JP5201196B2

JP5201196B2 - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP5201196B2
Application number: JP2010253605A
Authority: JP
Inventors: 庸介堀田; 貴彦田代
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: US8723486B2; US20120119713A1; JP2012105496A

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置に関する。

従来から、固定子巻線に現れる交流電圧に基づいて回転数検出を行い、この検出した回転数が基準回転数を超えたときに発電を開始し、検出した回転数が基準回転数よりも低くなったときに発電を停止させるようにした車両用発電機が知られている。この基準回転数をあまり小さな値に設定すると、ノイズ等に反応して誤検出を行うおそれがあるため、ある程度大きい値に設定することが望ましい。特に、周囲温度が低い冬の低温始動時には、それ以外の時期よりも高回転で運転が開始されるため、この基準回転数を高く設定することが可能となるが、エンジンの暖機運転が終了した後のアイドリング回転数よりも高く設定すると、信号待ち等のアイドリング時に発電を維持できなくなる不都合が生じる。

このような不都合を回避するために、固定子巻線の相電圧が第１の基準周波数を超えた場合に発電を開始し、第１の基準周波数よりも低い第２の周波数を下回ったときに発電を停止する制御を行う車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４００６９４１号公報（第４−８頁、図１−５）

ところで、低温始動時には、点火によるエンジンの回転脈動が大きく、実際の回転数（平均回転数）が低い場合であっても、特許文献１の車両用発電制御装置では、脈動の高回転部分が第１の基準周波数よりも高くなったときに発電を開始するおそれがある。一旦発電を開始すると、実際にはエンジン回転が低いにもかかわらず発電トルクが加わるため、エンジン回転が十分に上昇する前に再び第１の基準周波数に相当する回転数よりも低下することになるが、発電は停止しないため発電トルクは維持される。このため、エンジンの立ち上がりが遅れ、始動性が悪化するという問題があった。この始動性の悪化はエンストの原因にもなるため、改善が望まれる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、エンジンの始動性を向上させることができる車両用発電制御装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、エンジンの始動性向上を、簡略化した構成により実現することができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の界磁巻線に接続され、界磁巻線に流れる電流を断続するスイッチ手段と、界磁巻線に励磁電流を供給するとともにこの励磁電流が増加する場合に徐々に増加するようにスイッチ手段を制御して、車両用発電機の出力電圧を所定値に維持する電圧調整手段と、エンジン始動時に対応した始動時状態であることを検出する始動時状態検出手段と、始動時状態において、車両用発電機の固定子巻線の相電圧の周波数が第１の基準周波数を超えた場合に電圧調整手段による車両用発電機の発電を開始させるとともに、相電圧の周波数が第１の基準周波数を下回った場合に車両用発電機の発電を停止させる制御を行い、始動時状態終了後において、相電圧の周波数が第１の基準周波数よりも低い第２の基準周波数を下回った場合に車両用発電機の発電を停止させる制御を行う発電開始・停止手段とを備えている。

低温始動時等においては、エンジン回転数がある程度上昇して発電を開始しても、燃焼が不安定なため、発電トルクの増加に伴ってエンジン回転数が再び低下する場合があるが、エンジン回転数の低下時に速やかに発電を停止させてエンジン負荷となる発電トルクを下げることができるため、エンジン始動性、特に低温始動時のエンジン始動性を向上させることができる。

また、上述した始動時状態検出手段は、スイッチ手段のオンデューティが１００％になったとき、あるいは、車両用発電機の出力電圧が調整電圧よりも高くなったときに、始動時状態の終了判定を行うことが望ましい。スイッチ手段のオンデューティや車両用発電機の出力電圧は通常の発電制御において検出しているため、これらの値を始動時状態の終了判定に用いる場合には、この終了判定のために特別な追加構成が不要になり、構成の簡略化が可能となる。

また、上述した始動時状態検出手段は、固定子巻線の相電圧の周波数が第１の基準周波数を超えた状態が所定時間を超えて継続している場合に、始動時状態の終了判定を行うことが望ましい。所定時間を計測するために必要なカウンタ等の構成を追加するだけで始動時状態の終了判定を行うことができ、構成の簡略化が可能となる。

また、上述した電圧調整手段は、スイッチ手段を制御するパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調信号発生手段を有し、パルス幅変調信号発生手段は、始動時状態終了後に、車両用発電機の出力電圧よりも調整電圧の方が高いときにデューティが徐々に増加し、調整電圧の方が低いときにデューティが徐々に減少するパルス幅変調信号を発生し、始動時状態において、始動時状態が終了するまでデューティが徐々に増加するとともに固定子巻線の相電圧が第１の基準周波数以下になったときに初期励磁に相当するデューティのパルス幅変調信号を発生することが望ましい。始動時状態において発電を停止し、再び発電を開始したときに、パルス幅変調信号のデューティを初期励磁に相当するデューティに戻って徐々に増加するように発電制御が行われるため、第１の基準周波数を境にして発電開始と停止が繰り返される場合に発電開始時の発電機トルクを小さくしてエンジン始動性を向上させることができる。

一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図である。車両用発電制御装置による発電制御の動作手順を示す流れ図である。車両用発電制御装置による発電制御の動作手順を示す流れ図である。始動時モードにおける発電状態の変化を示す波形図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発電機やバッテリとの接続状態が示されている。

図１において、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力電圧ＶＢを所定値（調整電圧）に維持する制御を行う。車両用発電機２は、固定子に含まれる３相の固定子巻線２１と、回転子に設けられて界磁極を磁化する界磁巻線２２と、固定子巻線２１の３相出力を全波整流する全波整流回路２３とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧ＶＢの制御は、界磁巻線２２に通電する界磁電流を断続して調整することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３やその他の電気負荷（図示せず）に接続されており、車両用発電機２からこれらに対して電力が供給される。

次に、車両用発電制御装置１の詳細構成について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、ＭＯＳＦＥＴ１１、還流ダイオード１２、回転数検出回路１３、始動時状態検出回路１４、発電開始・停止回路１５、電圧調整回路１９を備えている。

ＭＯＳＦＥＴ１１は、界磁巻線２２に直列に接続されており、界磁巻線２２への励磁電流の供給を断続する。還流ダイオード１２は、界磁巻線２２に並列に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１１がオフ状態のときに、界磁巻線２２に流れる電流を還流させる。

回転数検出回路１３は、固定子巻線２１のいずれかの相電圧（例えばＹ相電圧Ｖｐ）に基づいて、車両用発電機２の回転数を示す相電圧の周波数を検出する。始動時状態検出回路１４は、エンジン始動時に対応した所定期間を始動時状態として検出する。

発電開始・停止回路１５は、始動時状態において、回転数検出回路１３によって検出された周波数が第１の基準周波数を超えた場合に電圧調整回路１９の制御による車両用発電機２の発電を開始させるとともに、第１の基準周波数を下回った場合に電圧調整回路１９の制御による車両用発電機２の発電を停止させる制御を行う。また、発電開始・停止回路１５は、始動時状態以外において、回転数検出回路１３によって検出された周波数が第１の基準周波数よりも低い第２の基準周波数を下回った場合に電圧調整回路１９の制御による車両用発電機２の発電を停止させる制御を行う。

電圧調整回路１９は、界磁巻線２２に励磁電流を供給するとともにこの励磁電流が増加する場合に徐々に増加するようにＭＯＳＦＥＴ１１を制御して、車両用発電機２の出力電圧ＶＢを調整電圧に維持する。この電圧調整回路１９は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生回路１６、記憶回路１７、更新回路１８を備えている。

ＰＷＭ信号発生回路１６は、車両用発電機２の出力電圧ＶＢと調整電圧とを比較し、この偏差量に応じたデューティを有するＰＷＭ信号を発生する。記憶回路１７は、上記の偏差量に関連した値（徐励記憶デューティ）を記憶する。更新回路１８は、記憶回路１７に記憶された記憶値を定期的に上記の偏差量に近づくように徐々に変化させるとともに、この変化させた記憶値を新たな記憶値として記憶回路１７の記憶内容を更新する。上述したＰＷＭ信号発生回路１６が発生するＰＷＭ信号のデューティ（このデューティを「駆動デューティＦduty」と称する）は、この記憶値（徐励記憶デューティ）に基づいて決定される。

上述したＭＯＳＦＥＴ１１がスイッチ手段に、電圧調整回路１９が電圧調整手段に、始動時状態検出回路１４が始動時状態検出手段に、発電開始・停止回路１５が発電開始・停止手段に、ＰＷＭ信号発生回路１６がパルス幅変調信号発生手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用発電制御装置１はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図２および図３は、車両用発電制御装置１による発電制御の動作手順を示す流れ図である。

イグニッションキー４がオンされると（ステップ１００）、始動時状態検出回路１４は、始動時状態に対応する動作モード（この動作モードを「始動時モード」と称する）の開始を検出する（ステップ１０２）。その後、電圧調整回路１９内のＰＷＭ信号発生回路１６は、初期励磁を開始するために、所定のオンデューティを有するＰＷＭ信号を発生する（ステップ１０４）。初期励磁に相当するＰＷＭ信号を発生した状態が「発電停止」状態に対応している。

次に、回転数検出回路１３は、Ｙ相電圧Ｖｐに基づいて、車両用発電機２の回転数と等価なＹ相電圧Ｖｐの周波数を検出する（ステップ１０６）。また、ＰＷＭ信号発生回路１６は、検出周波数が第１の基準周波数を超えたか否かを判定する（ステップ１０８）。検出周波数が第１の基準周波数以下の場合には否定判断が行われ、電圧調整回路１９内の更新回路１８によって、記憶回路１７に記憶された徐励記憶デューティがリセットされた後（ステップ１１０）、ステップ１０４の初期励磁に対応するＰＷＭ信号発生以降の動作が行われる。例えば、徐励記憶デューティのリセット後の値として、初期励磁状態に対応するオンデューティが設定される。

また、検出周波数が第１の基準周波数を超えた場合には、ステップ１０８の判定において肯定判断が行われる。この場合には、発電開始・停止回路１５は初期励磁状態の解除を決定し（ステップ１１２）、ＰＷＭ信号発生回路１６はその時点で記憶回路１１７に記憶されている徐励記憶デューティを駆動デューティＦdutyとしたＰＷＭ信号を発生する（ステップ１１４）。その後、更新回路１８は、記憶回路１７に記憶された徐励記憶デューティに所定の増加分を加算した後の値を新たな徐励記憶デューティとして記憶回路１７の記憶内容を更新する（ステップ１１６）。

次に、始動状態検出回路１４は、始動時モードの解除条件を満たしているか否かを判定する（ステップ１１８）。例えば、解除条件として、以下の２つ（解除条件Ａ、Ｂ）が考えられる。

（解除条件Ａ）
ＭＯＳＦＥＴ１１のオンデューティである駆動デューティＦdutyが増加していって１００％になったとき、あるいは、車両用発電機２の出力電圧ＶＢが調整電圧よりも高くなったとき。すなわち、始動状態検出回路１４は、ステップ１１４において駆動デューティＦdutyが１００％である場合や、ステップ１１６の動作が終了した時点において出力電圧ＶＢが調整電圧よりも高い場合には解除条件を満たしていると判断し、それ以外の場合には解除条件を満たしていないと判断する。
（解除条件Ｂ）
相電圧Ｖｐの周波数が第１の基準周波数を超えた状態が所定時間を超えて継続しているとき。すなわち、始動状態検出回路１４は、ステップ１０８の判定において肯定判断された状態（検出周波数の方が第１の基準周波数よりも高い場合）が継続している時間を計測し、所定時間継続している場合に解除条件を満たしていると判断し、それ以外の場合には解除条件を満たしていないと判断する。

なお、上述した２つの解除条件Ａ、Ｂは、いずれか一方のみを用いる場合の他、両方を用いるようにしてもよい。両方を用いる場合には、解除条件ＡあるいはＢの少なくとも一方を満たしたときにステップ１１８において肯定判断が行われる。

解除条件を満たしていない場合にはステップ１１８の判定において否定判断が行われ、ステップ１０４の初期励磁に対応するＰＷＭ信号発生以降の動作が行われる。一方、解除条件を満たしている場合にはステップ１１８の判定において肯定判断が行われ、始動時モードが解除される（ステップ１２０）。以後、通常発電モードに移行する。

通常発電モードに移行後、ＰＷＭ信号発生回路１６は、車両用発電機２の出力電圧ＶＢが調整電圧より低いか否かを判定する（ステップ１２２）。出力電圧ＶＢが調整電圧よりも低い場合には肯定判断が行われ、ＰＷＭ信号発生回路１６は、前回の駆動デューティＦdutyに対して所定の増加分だけ増加させた後の駆動デューティＦdutyを設定し、この駆動デューティＦdutyのＰＷＭ信号を発生する（ステップ１２４）。なお、所定の増加分を増加させた後の駆動デューティＦdutyは、その時点で記憶回路１７に記憶されている徐励記憶デューティを超えないように設定される。その後、更新回路１８は、記憶回路１７に記憶された徐励記憶デューティに所定の増加分を加算した後の値を新たな徐励記憶デューティとして記憶回路１７の記憶内容を更新する（ステップ１２６）。

一方、出力電圧ＶＢが調整電圧以上の場合にはステップ１２２の判定において否定判断が行われ、ＰＷＭ信号発生回路１６は、前回の駆動デューティＦdutyに対して所定の減少分だけ減少させた後の駆動デューティＦdutyを設定し、この駆動デューティＦdutyのＰＷＭ信号を発生する（ステップ１２８）。その後、更新回路１８は、記憶回路１７に記憶された徐励記憶デューティから所定の減少分を減算した後の値を新たな徐励記憶デューティとして記憶回路１７の記憶内容を更新する（ステップ１３０）。

ステップ１２６あるいはステップ１３０における徐励記憶デューティの更新が終了した後、回転数検出回路１３はＹ相電圧Ｖｐの周波数を検出する（ステップ１３２）。また、発電開始・停止回路１５は、検出周波数が第２の基準周波数（＜第１の基準周波数）よりも低くなったか否かを判定する（ステップ１３４）。検出周波数が第２の基準周波数以上の場合には否定判断が行われ、ステップ１２２の出力電圧ＶＢと調整電圧の比較判定以降の動作が繰り返される。一方、検出周波数が第２の基準周波数よりも低くなった場合にはステップ１３４の判定において肯定判断が行わ、発電開始・停止回路１５は、電圧調整回路１９による通常発電モードの発電制御を停止させる（ステップ１３６）。これにより、始動時モードおよび通常発電モードによる一連の発電制御動作が終了する。

図４は、始動時モードにおける発電状態の変化を示す波形図である。図３において、「ｆalt」は回転数検出回路１３によって検出されたＹ相電圧Ｖｐの周波数を、「発電機トルク」は車両用発電機２の発電トルクをそれぞれ示している。図３に示すように、始動時モードでは、検出周波数ｆaltが第１の基準周波数以下の場合には初期励磁が行われて非発電状態にある。また、検出周波数ｆaltが一旦第１の基準周波数を超えると発電状態に移行し、駆動デューティＦdutyが初期励磁状態から徐々に増加する。駆動デューティＦdutyの増加に伴って発電機トルクが上昇するため、エンジン回転数が低下して検出周波数ｆaltが第１の基準周波数以下になると、発電状態から非発電状態に戻ることになる。このようにして、駆動デューティＦdutyが１００％に達して始動時モードが終了するまでは（他の解除条件Ａ、Ｂに基づいて始動時モードの終了を判定するようにしてもよい）、検出周波数ｆaltが第１の基準周波数以下になった時点で非発電状態に戻るため、エンジン回転の低下を最小限に抑えることができる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、始動時モードにおいてエンジン回転数が低下したときに速やかに発電を停止させてエンジン負荷となる発電トルクを下げることができるため、エンジン始動性、特に低温始動時のエンジン始動性を向上させることができる。

また、始動時モードの解除条件を「ＭＯＳＦＥＴ１１のオンデューティである駆動デューティＦdutyが増加していって１００％になったとき、あるいは、車両用発電機２の出力電圧ＶＢが調整電圧よりも高くなったとき」とする場合には、この終了判定のために特別は追加構成が不要になり、構成の簡略化が可能となる。

また、始動時モードの解除条件を「相電圧Ｖｐの周波数が第１の基準周波数を超えた状態が所定時間を超えて継続しているとき」とする場合には、所定時間を計測するために必要なカウンタ等の構成を追加するだけで始動時状態の終了判定を行うことができ、構成の簡略化が可能となる。

また、始動時モードにおいて発電を停止し、再び発電を開始したときに、ＰＷＭ調信号のデューティ（駆動デューティＦduty）を初期励磁に相当するデューティに戻って徐々に増加するように発電制御が行われるため（図４のＰ参照）、第１の基準周波数を境にして発電開始と停止が繰り返される場合に発電開始時の発電機トルクを小さくしてエンジン始動性を向上させることができる。

上述したように、本発明によれば、低温始動時等においてエンジン回転数の低下時に速やかに発電を停止させてエンジン負荷となる発電トルクを下げることができるため、エンジン始動性、特に低温始動時のエンジン始動性を向上させることができる。

１車両用発電制御装置
２車両用発電機
３バッテリ
４イグニッションキー
１１ＭＯＳＦＥＴ
１２還流ダイオード
１３回転数検出回路
１４始動時状態検出回路
１５発電開始・停止回路
１６ＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生回路
１７記憶回路
１８更新回路
１９電圧調整回路
２１固定子巻線
２２界磁巻線
２３全波整流回路

Claims

車両用発電機の界磁巻線に接続され、前記界磁巻線に流れる電流を断続するスイッチ手段と、
前記界磁巻線に励磁電流を供給するとともにこの励磁電流が増加する場合に徐々に増加するように前記スイッチ手段を制御して、前記車両用発電機の出力電圧を所定値に維持する電圧調整手段と、
エンジン始動時に対応した始動時状態であることを検出する始動時状態検出手段と、
前記始動時状態において、前記車両用発電機の固定子巻線の相電圧の周波数が第１の基準周波数を超えた場合に前記電圧調整手段による前記車両用発電機の発電を開始させるとともに、前記相電圧の周波数が前記第１の基準周波数を下回った場合に前記車両用発電機の発電を停止させる制御を行い、前記始動時状態終了後において、前記相電圧の周波数が前記第１の基準周波数よりも低い第２の基準周波数を下回った場合に前記車両用発電機の発電を停止させる制御を行う発電開始・停止手段と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１において、
前記始動時状態検出手段は、前記スイッチ手段のオンデューティが１００％になったとき、あるいは、前記車両用発電機の出力電圧が調整電圧よりも高くなったときに、前記始動時状態の終了判定を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１または２において、
前記始動時状態検出手段は、前記固定子巻線の相電圧の周波数が前記第１の基準周波数を超えた状態が所定時間を超えて継続している場合に、前記始動時状態の終了判定を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記電圧調整手段は、前記スイッチ手段を制御するパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調信号発生手段を有し、
前記パルス幅変調信号発生手段は、前記始動時状態終了後に、前記車両用発電機の出力電圧よりも調整電圧の方が高いときにデューティが徐々に増加し、調整電圧の方が低いときにデューティが徐々に減少する前記パルス幅変調信号を発生し、前記始動時状態において、前記始動時状態が終了するまでデューティが徐々に増加するとともに前記固定子巻線の相電圧が前記第１の基準周波数以下になったときに初期励磁に相当するデューティの前記パルス幅変調信号を発生することを特徴とする車両用発電制御装置。