JP5444804B2 - 発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸に連結された発電機の発電制御に関し、特に小排気量の内燃機関における回転変動の抑制に対して好適なものである。

内燃機関の燃焼サイクルにおいて、燃焼行程ではエンジントルクが大きくなり、排気行程から圧縮行程まではエンジントルクが小さくなる。内燃機関のクランク軸に連結された発電機では、発電時に発生する発電トルクが、内燃機関の回転速度を抑制する方向に作用し、エンジントルクの小さくなる行程においてさらにエンジントルクが小さくなるので、回転変動が大きくなり、円滑なエンジン回転が阻害され、振動や騒音の発生原因となっている。

かかる問題に関して、特許文献１にあるような従来の発電制御装置では、エンジンに与える発電トルクを燃焼サイクル中に設定された所定のタイミングで増減させ、燃焼サイクル中のエンジン回転速度の変動を抑制すべく、エンジンの所定タイミングを検出するタイミング検出手段と、該タイミング検出手段によって検出された所定のタイミングに応じて、発電装置の発電状態と非発電状態とを切り換えて発電トルクを制御する発電トルク制御手段を設けた発電制御装置が開示されている。

一方、近年、スクータ、小型船舶等の小排気量の内燃機関を使用する車両においても、キャブレターに替えて燃料噴射装置が採用され、低燃費化、燃焼排気の清浄化、リーン燃焼化、低アイドル化等が試みられている（特許文献２等参照）。

ところが、特許文献１にあるような従来の発電制御装置では、回転変動を抑制すべく、エンジントルクの高い燃焼行程に合わせて発電トルクを増加させるべく発電が許可され、エンジントルクの低い行程に合わせて発電トルクを低減させるべく発電が停止されている。このため、センサノイズや振動等の外乱により、燃料噴射装置に誤作動を招き、燃料噴射量が減少して実際のエンジン回転速度が低下しているにも関わらず、従来の発電制御装置では、タイミングとしては高トルク行程であると認識されるので、発電が許可され、発電トルクによって回転速度のさらなる低下を招き、却って回転速度の変動が増加する虞がある。特に、低回転時にはエンジンの作動停止に至る虞もある。
また、燃料噴射装置の誤作動により、燃料噴射量が増加して実際のエンジン回転速度が上昇しているにも関わらず、従来の発電制御装置では、タイミングとしては低トルク行程であると認識されるので、発電が制限されて発電トルクが減少し、エンジンの回転数の上昇を招き、却って回転速度の変動が増加する虞もある。
さらに、高トルク行程のみを発電期間とした場合には、充放電収支が合わず、発電量不足によるバッテリ上がりを招く虞もある。
加えて、発電制御条件を決定するための処理情報量が多すぎると、内燃機関の運転状況に応じて、燃焼を制御する電子制御装置の演算負荷が大きくなり、発電制御のタイミングに遅れを生じる虞もある。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、内燃機関のクランク軸に連結されて駆動される発電機の発電を制御する発電制御装置において、燃焼サイクル中の回転速度の変動を抑制すると共に、演算負荷が少なく、燃焼異常による回転速度の変動を速やかに解消して目標回転速度に収束させることができる発電制御装置とその制御方法とを提供することを目的とする。

第１の発明では、内燃機関（１０）のクランク軸（２０）に連結されて駆動される発電機（３０）の発電の許可と停止とを開閉素子（５２）によって選択制御して上記発電機（３０）に発生する発電トルク（ＴＱ _ＧＥ ）を上記クランク軸（２０）の回転変動の抑制に利用する発電制御装置において、クランク角（ＣＡ）を検出するクランク角検出手段（４１）と、該クランク角検出手段（４１）によって検出されたクランク角（ＣＡ）の内、所定のクランク角（ＣＡ _Ｓ ）における回転速度（Ｖ _ＲＴ ）を算出する回転速度算出手段（Ｓ１０２）と、上記内燃機関（１０）の運転状況に応じて設定される目標回転速度（Ｖ _ＴＲＧ ）と上記回転速度算出手段（Ｓ１０２）によって算出された上記所定のクランク角（ＣＡ _Ｓ ）における回転速度（Ｖ _ＲＴ ）との偏差（△Ｈ）を算出する目標偏差算出手段（Ｓ１０２）と、上記内燃機関（１０）の１サイクルの燃焼行程中において上記発電機（３０）の発電が許可された場合に、山と谷とが周期的に変化するように発生する交流電流（Ｉ _ＧＥ ）の正側の電流ピークを発電山とし、発電制御を行わない場合には、燃焼行程１サイクル当たりの発電極の数に等しい数だけ発生することになる発電山の内、燃焼行程１サイクル内で発電許可される交流電流（Ｉ _ＧＥ ）の周期の数を発電山数（Ｎ _Ｐ ）としたとき、上記目標偏差（ΔＨ）に応じて予め設定された発電山数（Ｎ _Ｐ ）に決定する発電山数決定手段（Ｓ１０３）と、を具備する（請求項１）。

第２の発明では、上記内燃機関の１サイクルの燃焼工程中に発生する上記発電機の発電山周期に対して上記クランク角に応じて優先順位を設け、該優先順位と上記発電山数決定手段よって決定された発電山数との比較によって上記発電機の発電の要否を決定する発電要否決定手段を具備する（請求項２）。

第３の発明では、請求項１又は２に記載の発電制御装置の発電制御方法であって、上記発電山数と上記発電優先順位とを比較し、上記発電山数が上記発電優先順位以上の大きい場合には発電を許可し、上記発電山数が上記発電優先順位よりも小さい場合には発電を禁止する（請求項３）。

第４の発明では、上記目標偏差が所定の下限閾値から上限閾値の範囲内であるときには、上記目標偏差に応じた上記発電山数を維持し、上記目標偏差が正であって所定の上限閾値以上である場合には、上記発電山数を増加し、上記目標偏差が負であって所定の下限閾値以下の場合には、上記発電山数を減少して上記発電機の発電の要否を決定する（請求項４）。

第１の発明によれば、発電トルクを上記クランク軸の回転変動の抑制に利用する発電制御装置において、燃焼行程１サイクル中の所定のクランク角タイミングの回転速度のみを算出し、他のクランク角における回転速度を算出することなく１サイクル中における回転速度の変化を予測し、目標回転速度と所定のクランク角における回転速度との偏差から上記発電山数決定手段によって燃焼サイクル中に必要な発電山数を決定するので、演算負荷が小さくなり、回転速度の変動に対して速やかに対応した発電制御が実施できる。

第２の発明によれば、予め設定した発電山に対する発電優先順位から、目標とする回転速度に応じた発電トルクとなるよう発電のＯＮ・ＯＦＦパターンを決定し、目標回転速度への速やかな収束を図ることができる。

第３の発明によれば、特定のクランク角に対応する発電を一律に制限するのではなく、目標回転速度と実際の回転速度との偏差によって決定された発電山数に対して、燃焼行程中の優先順位の低い行程の発電のみを制限するので、過剰に発電が制限されることなく、必要な発電量を確保しつつ、回転変動を速やかに解消し目標回転速度に収束できる。
また、意図しない回転速度の上昇に対しては、発電山数を増加して発電トルクを作用させて上昇した回転速度を目標回転速度に収束させることができる。

第４の発明によれば、燃焼異常等により、回転速度が目標回転速度から大幅に減少した場合には、発電山数をさらに減じて、回転速度の低下を抑制し、より速やかに回転速度を目標回転速度に収束できる。
また、回転速度が目標回転速度から大幅に増加した場合には、発電山数をさらに増加して発電トルクを作用させ過剰な回転速度を抑制し、回転変動をより速やかに解消し目標回転速度に収束させることができる。

本発明の発電制御装置の適用された内燃機関の概要を示す構成図。 本発明の発電制御装置の適用される発電機の概要を示す平面図。 本発明の第１の実施形態における発電制御装置に適用される制御フローチャート図。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における発電制御装置の作動を示す説明図、（ｂ）は、当該発電制御装置に適用される発電山数決定用テーブル。 本発明の第１の実施形態における回転速度の変動に対する効果を示す特性図。 本発明の第２の実施形態における発電制御装置に適用される制御フローチャート図。 （ａ）は、本発明の第３の実施形態における発電制御装置の作動を示す説明図、（ｂ）は、当該発電制御装置に適用される発電山数決定用テーブル。 本発明の第３の実施形態における回転速度の変動に対する効果を示す特性図。 本発明に適用される目標回転速度の決定方法の一例を示すブロック図。 本発明の第４の実施形態における発電優先順位決定方法を示す特性図。

内燃機関のクランク軸に連結されてクランク軸の回転により回転駆動されて交流電流を
発電する交流発電機（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、
ＡＣＧ）、特に、界磁として永久磁石を回転子に使用した永久磁石同期ＡＣＧの発電を制
御してＡＣＧに発生する発電トルクを上記クランク軸の回転変動の抑制に利用する発電制
御装置において、リーン燃焼時やアイドリング運転時などの低速回転領域における更なる
回転変動の抑制に好適なものである。
本発明の発電制御装置５０は、クランク角検出手段４１によって検出された燃焼行程中の所定のクランク角タイミングＣＡ _Ｓ （例えば、燃焼爆発行程直後）における回転速度Ｖ _ＲＴ を回転速度検出手段（Ｓ１０２）によって検出し、その回転速度Ｖ _ＲＴ から１サイクル中における回転速度の変化を予測し、発電山数決定手段（Ｓ１０３）によって燃焼サイクル中に必要な発電山数Ｎ _Ｐ を決定し、予め設定した発電山に対する発電優先順位Ｎ _ＰＲ から、目標とする回転速度Ｖ _ＴＲＧ に応じた発電トルクＴＱ _ＧＥ となるよう発電要否決定手段（Ｓ１０４）によって発電のＯＮ・ＯＦＦパターンを決定し、目標回転速度への速やかな収束を図るものである。
なお、本発明において、内燃機関１０の１サイクルの燃焼行程中において発電機３０の発電が許可された場合に、山と谷とが周期的に変化するように発生する交流電流Ｉ _ＧＥ の正側の電流ピークを発電山と称し、発電制御を行わない場合には、燃焼行程１サイクル当たりの発電極の数に等しい数だけ発生することになる発電山の内、燃焼行程１サイクル内で発電許可される交流電流Ｉ _ＧＥ の周期の数を発電山数Ｎ _Ｐ と称する。

図１並びに図２を参照して本発明の発電制御装置の適用される内燃機関１０、内燃機関１０のクランク軸２０に連結され内燃機関１０によって駆動されるＡＣＧ３０、内燃機関１０の燃焼を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）４０、ＡＣＧ３０の発電を制御する発電制御装置５０の概要について説明する。
内燃機関１０は、略筒状のシリンダ１１と、シリンダ１１の上面を覆うシリンダヘッド１２と、シリンダ１１内を昇降するピストン１４とによって区画された燃焼室１３内に導入された圧縮空気と燃料との混合気への点火によって燃焼エネルギを発生させ、得られた燃焼エネルギをピストン１４とコンロッド１５とを介してクランク軸２０の回転力に変換している。
シリンダヘッド１２には、図略の吸気バルブによって開閉される吸気路と排気バルブによって開閉される排気路と、燃料噴射弁１６と点火プラグ１７とが設けられている。
吸気バルブの開弁とピストン１４の下降とによる燃焼室１３内への吸気行程と、燃料噴射弁１６による燃料噴射とピストン１４の上昇による圧縮行程と、点火プラグ１７を用いた混合気への点火による爆発行程と、排気バルブの開弁による排気行程との燃焼サイクルが繰り返され、クランク軸２０が回転する。

クランク軸２０には、ＡＣＧ３０が連結されている。ＡＣＧ３０は、固定子（ステータ）３１とマグネット３２と回転子（ロータ）３３とフライホイール３４とによって構成されている。
ステータ３１は、図２に示すように、複数のステータコア３１０にステータコイル３１１が巻回されたものが直列に接続され、略放射状に配設されており、ステータ３１の外側にマグネット３２が回転方向に並べられ、Ｎ極とＳ極が交互にステータ３１に対向するように配設されている。マグネット３２には永久磁石が用いられている。
クランク軸２０に連結されたフライホール３４の回転とともに、マグネット３２及びロータ３３がステータ３１に対して相対回転することによって、ステータコイル３１１内の磁界が変化し、ＡＣＧ３０に交流が発生する。
内燃機関１０において、吸気、圧縮、爆発、排気の１サイクルが完了する間にクランク軸２０は２回転する。クランク軸２０の１回転当たりに、ＡＣＧ３０にはステータ３１の極数に対してその半分の発電山周期をもち、クランク軸２０の回転数に比例した周波数の起電力が発生する。

ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状況を検出すべく、クランク角センサ４１、図略のエンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、エンジン温度センサ等のセンサ類から、クランク角ＣＡ、回転数ＮＥ、スロットル開度ＳＬ、エンジン温度ＴＷ等の情報が入力され、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、燃料ポンプ１８、スロットルバルブ１９等の駆動制御を行うべく点火信号ＩＧｔ、燃料噴射信号ＦＩ、ポンプ駆動信号ＦＬ、スロットル開閉信号ＳＬ等の信号を発信する。
フライホイール３４の外周には、所定の間隔で複数の検出子（リフラクタ）４１１が設けられている。クランク角検出手段として設けられたクランク角センサ４１によってリフラクタ４１１が検知され、クランク角センサ４１からは、クランク角信号ＳＣＡがＥＣＵ４０に発信される。このとき、特定位置のリフラクタ４１１が間引かれているので、クランク角ＣＡを正確に検出することができる。
また、回転速度算出手段としてのＥＣＵ４０では、クランク角センサ４１によって検知される所定のリフラクタ４１１の通過時間から内燃機関１０の回転速度Ｖ_ＲＴを算出することができる。

さらに、ＥＣＵ４０は、本発明の要部である発電制御装置５０によって、ＡＣＧ３０の発電を制御すべく発電山数Ｎ_Ｐを決定し、発電制御装置５０を駆動する発電指令Ｓ_ＧＥを発信する。
なお、本実施形態においては、ステータ３１は８極配設されており、全期間に渡って発電された場合には、１回転あたり４サイクルの発電山が発生し、１回の燃焼サイクルに対してクランク軸２０が２回転するので、８サイクルの発電山が発生する。
本発明の発電制御装置５０は、ＥＣＵ４０に入力されたクランク角信号に基づき、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴを検出し、後述する発電制御方法にしたがって、適切な発電山数Ｎ_Ｐを選択し、内燃機関１０の目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに応じて発信された発電指令Ｓ_ＧＥにしたがって、例えばサイリスタ等の開閉素子５２が開閉され、ＡＣＧ３０の発電の発電状態と非発電状態とが選択され、エンジン回転速度ＶＲＴを目標回転速度ＶＴＲＧに速やかに収束させるよう発電トルクＴＱ_ＧＥの最適化を図っている。
さらに、発電制御装置５０は、内蔵するレギュレータ５１によって、ＡＣＧ３０で発生した交流を直流に変換し、バッテリ６０を充電すると共に、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、料ポンプＰ_ＦＬ１８、スロットルバルブＶ_ＳＬ１９燃等のパワートレイン系負荷ＰＷＲへの電力供給及び、図略のヘッドライト、テールライト、方向指示器等のランプ系負荷ＬＭＰへの電力供給を担っている。
なお、本実施形態においては、発信指令Ｓ_ＧＥを算出する演算部をＥＣＵ４０内に設けた例を示したが、ＥＣＵ４０の演算負荷を低減するために、発電制御装置５０側に、クランク角信号Ｓ_ＣＡにしたがって回転速度Ｖ_ＲＴ、電山数Ｎ_Ｐ、発信指令Ｓ_ＧＥ等を算出する演算部を設けた構成としても良い。

図３を参照して、本発明の要部である発電制御装置５０に適用される本発明の第１の実施形態における発電制御方法について説明する。
ステップＳ１０１において、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角ＣＡが所定のクランク角ＣＡ_Ｓであるか否かが判定され、発電制御条件を決定すべき所定のクランク角ＣＡ_Ｓである場合にはＹｅｓに進み、その他のクランク角ＣＡである場合にはＮｏに進む。
次いで、ステップＳ１０２において、回転速度算出手段によって制御用回転速度として所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが算出される。
また、内燃機関１０の運転状況に応じた目標回転速度Ｖ_ＴＲＧは、スロットル開度ＳＬ、エンジン温度ＴＷ等に基づくマッピング処理や、安定した状態における回転速度の平均値等により別途算出される。

次いでステップＳ１０３において、目標偏差算出手段によって、所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの目標偏差ΔＨが算出され、発電山数決定手段によって目標偏差ΔＨとバッテリ電圧Ｖｂとのマッピング処理応じて発電山数Ｎ_Ｐが決定される。より具体的なマッピング処理方法については後述する。
次いでステップＳ１０４では、ステップＳ１０３において決定された発電山数Ｎ_Ｐと該当するクランク角ＣＡにおける発電優先順位Ｎ_ＰＲとを比較し、発電山数ＮＰが該当する発電優先順位Ｎ_ＰＲ以上であればＹｅｓに進み、発電を実施すべく発電指令Ｓ_ＧＥがＯＮとなり、ステップＳ１０５へ進み、発電電流Ｉ_ＧＥが流れる。

一方、ステップＳ１０４において、発電山数Ｎ_Ｐが該当する発電優先順位Ｎ_ＰＲより小さい値の場合には、Ｎｏに進み、発電を停止すべく、発電指令Ｓ_ＧＥがＯＦＦとなり、ステップＳ１０６に進み、発電電流Ｉ_ＧＥがカットされる。

ステップＳ１０１において、所定のクランク角ＣＡ_Ｓ以外はＮｏに進み、実際の回転速度Ｖ_ＲＴを算出することなく、ステップＳ１０４へ進み、該当するクランク角ＣＡにおける発電の要否が発電優先順位Ｎ_ＰＲに応じて判定される。
所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおいて測定された回転速度Ｖ_ＲＴは、フリクションによって、一定の割合で低下するため、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴを測定するだけで、燃焼サイクルに応じた回転速度の変化を予測することが可能である。

所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが目標回転速度Ｖ_ＴＲＧよりも遅い場合には、発電トルクＴＱ_ＧＥを抑制するようにＡＣＧ３０が非発電状態となり、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが目標回転速度Ｖ_ＴＲＧよりも早い場合には、発電トルクＴＱ_ＧＥを増加するようにＡＣＧ３０が発電状態となる。
以上の工程をクランク信号Ｓ_ＣＡ毎に実施し、必要な発電量を確保しつつ、内燃機関１０の行程に応じて、発電トルクＴ_ＧＥの最適化を図ることができる。
本発明では、クランク角ＣＡによって一律に発電のＯＮ・ＯＦＦを決定するのではなく、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの目標偏差ΔＨによって、発電の制御方法が決定されるので、過剰に発電が抑制されることなく、必要な発電量を確保した上で、実際の回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの偏差に応じて最適な発電制御が行われる。

なお、本発明の発電制御装置５０では、ＡＣＧ３０出発生した交流出力の内、正電圧半波のみを発電指令Ｓ_ＧＥにしたがって開閉するＳＣＲ５２によってＯＮ・ＯＦＦ制御し、負電圧半波はＯＮ・ＯＦＦ制御しないことで、安定した発電量を確保している。
また、電力の安定供給の要求されるランプ系負荷ＬＭＰに対して負電圧半波を振り分けて、バッテリ６０の充電及びパワートレイン系負荷ＰＷＲに対して正電圧半波を振り分けるようにしても良い。

図４を参照して本発明の第１の実施形態における発電制御装置５０を単気筒エンジンに適用した場合の効果について説明する。
本実施形態においては、本図（ａ）に示すように、１サイクルの燃焼行程において、爆発行程直後のクランク角ＣＡを所定のクランク角ＣＡ_Ｓとし、発電条件を決定する。
単気筒エンジンにおいては、爆発完了時に最も回転速度Ｖ_ＲＴが早くなり、圧縮時に最も回転速度ＶＲＴが遅くなる。
加えて、クランク軸２０にＡＣＧ３０が連結されているため、発電時には発電トルクが発生し、クランク軸２０の回転を抑制する制動力として作用し、本発明の発電制御装置５０によらず、全行程で発電が行われた場合には、比較例として点線で示すように、吸気行程及び圧縮行程における回転速度Ｖ_ＲＴがさらに低下する。
本発明の発電制御装置５０は、ＥＣＵ４０から発信された発電指令Ｓ_ＧＥにしたがって、低トルク行程での発電が停止され、発電トルクＴＱ_ＧＥが下がると、その分回転速度Ｖ_ＲＴの低下が抑制され、実施例として実線で示すように目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに近づく。
本実施例においては、目標回転数Ｖ_ＴＲＧと所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴとの目標偏差ΔＨが３０であるときの例を示している。

このとき、本図（ｂ）に示すような、予め目標偏差ΔＨと発電山数Ｎ _Ｐ との関係を設定したテーブルにしたがって、発電山数Ｎ_Ｐが５山に決定される。
また、１サイクルの燃焼行程中に発電制御を行わない場合に燃焼行程１サイクル中に発電極の数に等しい数だけ発生することになり、本実施形態においては、最大８山存在し得る発電山の各発電山に対して、燃焼サイクルに応じて、１位から８位までの発電優先順位が設定されており、クランク角ＣＡに対応する各発電山の発電優先順位Ｎ_ＰＲと目標偏差ΔＨに対応する発電山数Ｎ_Ｐとの大小を比較し、発電優先順位Ｎ_ＰＲが発電山数Ｎ_Ｐよりも小さい値の場合には、発電指令Ｓ_ＧＥはＯＮとなり、発電が許可され、発電優先順位Ｎ_ＰＲが発電山数Ｎ_Ｐよりも大きい値の場合には、発電指令Ｓ_ＧＥはＯＦＦとなり、発電が禁止される。
なお、発電優先順位Ｎ_ＰＲは、優先順位の高い方が小さい値で優先順位の低い方が大きい値に設定してある。

本実施例においては、発電山数Ｎ_Ｐは５であり、発電優先順位Ｎ_ＰＲが１位から５位に対応するクランク角ＣＡにおける発電が許可され、発電優先順位が６位から８位に対応するクランク角ＣＡにおける発電が禁止される。
なお、所定のクランク角ＣＡ_Ｓ以外では、クランク角信号Ｓ_ＣＡは、回転速度Ｖ_ＲＴの算出に用いられることなく、発電山数Ｎ_Ｐと発電優先順位Ｎ_ＰＲとの比較にのみ用いられるので演算負荷を小さくできる。

上記実施形態において、発電山数ＮＰを目標回転速度Ｖ_ＴＲＧと所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴとの目標偏差ΔＨからのみによって決定する方法について説明したが、バッテリ上がりの抑制や過充電の抑制を図るべく、必要な発電電力に応じて目標偏差に対応する発電山数Ｎ_Ｐを表１に示すように調整しても良い。
バッテリ電圧Ｖｂが低下し、発電電力の増加が必要な場合には、発電量を増加すべく発電山数Ｎ_Ｐを増加する補正がなされ、バッテリ電圧Ｖｂが高く、過充電を抑制する場合には、発電山数ＮＰを削減する補正がなされる。

図５では、比較的安定した状態の回転速度Ｖ_ＲＴにおける本発明の基本的な発電制御方法について説明したが、図６を参照して、例えば燃料噴射装置の誤作動により回転速度Ｖ_ＲＴに想定外の変動が生じた場合の効果について説明する。
爆発直後の所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが比較的安定した状態Ｐ_１においては、上述の発電山数の決定方法に従い、発電山数Ｎ_Ｐを５山に制限し、発電量を確保しつつ、排気行程から圧縮行程までの発電トルクＴＱ_ＧＥも抑制し、比較的安定した回転速度Ｖ_ＲＴを得ることができる。
所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが大きく低下した状態Ｐ_２においては、目標偏差ΔＨ２が大きいので、発電山数Ｎ_Ｐを爆発行程のみの２山に制限し、発電トルクＴＱ_ＧＥを低下させ、排気行程から圧縮行程までの回転速度Ｖ_ＲＴの大幅な落ち込みを抑制することができる。
所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが目標回転速度Ｖ_ＴＲＧより僅かに低い状態Ｐ_３においては、発電山数Ｎ_Ｐを４山に制限し、発電量をある程度確保しつつ、排気行程から圧縮行程までの発電トルクＴＱ_ＧＥも抑制し、比較的安定した回転速度Ｖ_ＲＴを得ることができる。
所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが大きく増加した状態Ｐ_４においては、目標偏差ΔＨ_４が大きいので、発電山数ＮＰを７山に増加し、発電トルクＴＱ_ＧＥを高くし、排気行程から圧縮行程までの回転速度Ｖ_ＲＴを速やかに目標回転速度ＶＴ_ＲＧに収束させることができる。

図６を参照して、本発明の第２の実施形態における発電制御方法について説明する。
ステップＳ２０１において、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角ＣＡが所定のクランク角ＣＡＳであるか否かが判定され、発電制御条件を決定すべき所定のクランク角ＣＡＳである場合にはＹｅｓに進み、その他のクランク角ＣＡである場合にはＮｏに進む。
次いで、ステップＳ２０２において、所定のクランク角ＣＡＳにおける回転速度ＶＲＴが算出される。

また、内燃機関１０の運転状況に応じた目標回転速度ＶＴＲＧは、スロットル開度ＳＬ、エンジン温度ＴＷ等に基づくマッピング処理や、安定した状態における回転速度の平均値等により別途算出される。
次いでステップＳ２０３において、所定クランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの目標偏差ΔＨが算出され、目標偏差ΔＨの値に応じて予め設定した発電山数Ｎ_Ｐが決定される。

次いでステップＳ２０４では、ステップＳ２０３において算出された目標偏差ΔＨの正負が判定され、目標偏差ΔＨが正ならば、Ｙｅｓに進み、目標偏差ΔＨが負ならば、Ｎｏに進む。
目標偏差ΔＨが正の場合、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０５では、目標偏差ΔＨと所定の上限閾値ＮＥＨとが比較され、目標偏差ΔＨが上限閾値Ｎ_ＥＨ以上であれば、Ｙｅｓに進み、ステップＳ２０６で、発電山数Ｎ_Ｐの値が増加される。目標偏差ΔＨが上限閾値Ｎ_ＥＨより小さければＮｏに進む。

一方、目標偏差ΔＨが負である場合、ステップ２０７に進み、ステップＳ２０７では、目標偏差ΔＨと所定の下限閾値Ｎ_ＥＬとが比較され、目標偏差ΔＨが下限閾値Ｎ_ＥＬ以下であれば、Ｙｅｓに進み、ステップＳ２０８で、発電山数ＮＰの値が減少される。目標偏差ΔＨが閾値Ｎ_ＥＬより小さければＮｏに進む。
即ち、目標偏差ΔＨが下限閾値Ｎ_ＥＬより大きく上限閾値Ｎ_ＥＨより小さい範囲の場合には、発電山数Ｎ_Ｐを増減することなくステップＳ２０９に進む。
次いでステップＳ２０９では、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８で決定された発電山数Ｎ_Ｐと該当するクランク角ＣＡにおける発電優先順位Ｎ_ＰＲとを比較し、発電山数ＮＰが該当する発電優先順位ＮＰＲ以上であればＹｅｓに進み、発電を実施すべく発電指令Ｓ_ＧＥがＯＮとなり、ステップＳ２１０へ進み、発電電流Ｉ_ＧＥが流れる。
一方、ステップＳ２０８において、発電山数Ｎ_Ｐが該当する発電優先順位Ｎ_ＰＲより小さい値の場合には、Ｎｏに進み、発電を停止すべく、発電指令Ｓ_ＧＥがＯＦＦとなり、ステップＳ２１１に進み、発電電流Ｉ_ＧＥがカットされる。

ステップＳ２０１において、所定のクランク角ＣＡ_Ｓ以外はＮｏに進み、実際の回転速度Ｖ_ＲＴを算出することなく、ステップＳ２０９へ進み、該当するクランク角ＣＡにおける発電の要否が発電優先順位Ｎ_ＰＲに応じて判定される。
所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおいて測定された回転速度Ｖ_ＲＴは、フリクションによって、一定の割合で低下するため、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴを測定するだけで、燃焼サイクルに応じた回転速度の変化を予測することが可能である。
所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが目標回転速度Ｖ_ＴＲＧよりも遅い場合には、発電トルクＴＱ_ＧＥを抑制するようにＡＣＧ３０が非発電状態となり、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴが目標回転速度Ｖ_ＴＲＧよりも早い場合には、発電トルクＴＱ_ＧＥを増加するようにＡＣＧ３０が発電状態となる。

以上の工程をクランク信号Ｓ_ＣＡ毎に実施し、必要な発電量を確保しつつ、内燃機関１０の行程に応じて、発電トルクＴQ_ＧＥの最適化を図ることができる。
本実施形態における発電制御方法によれば、上記本発明の第１の実施形態と同様の効果に加え、目標偏差ΔＨの偏差幅に応じて発電山数Ｎ_Ｐを増減することによって、発電トルクＴＱ_ＧＥの増減幅を増加し、回転速度Ｖ_ＲＴをより速やかに目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに収束させることが可能となる。

図７を参照して、本発明の発電制御装置５０を２気筒エンジンに適用した場合の効果について説明する。なお、上記第１の実施形態における発電制御方法と上記第２の実施形態における発電制御方法とのいずれを適用しても良い。
単気筒エンジンにおいては燃焼サイクルにおいて、燃焼直後の行程を所定のクランク角ＣＡ_Ｓとして、回転速度Ｖ_ＲＴを測定したが、２気筒エンジンにおいては、一方の気筒が燃焼爆発したときに最大の回転速度となるので、１サイクルの燃焼行程に回転速度Ｖ_ＲＴの山が２山発生する。
したがって、２つの気筒のうちいずれか一方の気筒の燃焼サイクルにおいて燃焼が起こった場合には、必ずその直後を回転速度Ｖ_ＲＴの測定を行う所定のクランク角ＣＡ_Ｓとしている。したがって、本実施形態では、本図（ｂ）に示すように、４山の発電山数Ｎ_Ｐに対して１から４の発電優先順位Ｎ_ＰＲを割当て、目標偏差ΔＨの大きさに応じて０から４の範囲で決定した発電山数Ｎ_Ｐと発電優先順位Ｎ_ＰＲとの比較によってＡＣＧ３０の発電要否を決定する。

目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに近い比較的安定した状態Ｐ_１においては、発電山数Ｎ_Ｐを２山として、発電指令Ｓ_ＧＥが発信され、発電優先順位Ｎ_ＰＲの高い一方の気筒Aの排気行程後半と吸気行程後半において発電が許可され、優先順位の低い排気行程前半と吸気行程前半において発電が制限される。
他方の気筒Bにおいて過剰な燃料噴射などが発生し目標回転速度Ｖ_ＴＲＧよりも高い回転速度となった状態Ｐ_２においては、発電山数Ｎ_Ｐを４山として、他方の気筒Bの排気行程から吸気行程の全行程に渡って発電が許可され、発電トルクＴＱ_ＧＥが増大し、速やかに目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに収束させることができる。

図８に示すように、本発明の発電制御装置５０を２気筒エンジンに適用した場合には、何らかの誤動作によって、回転速度Ｖ_ＲＴに大きな変動が生じても、１サイクルの燃焼工程中に２回だけ所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴを算出して、発電山数Ｎ_Ｐを決定し、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの偏差と発電優先順位Ｎ_ＰＲとに応じて発電が制御され速やかに目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに収束させることができる。

ここで、上記実施形態に共通して用いられる目標回転速度Ｖ_ＴＲＧのより設定方法のいくつかの具体例について説明する。
目標回転速度Ｖ_ＴＲＧは、安定した運転状態において、所定クランク角ＣＡＳにおいて、複数回の回転速度Ｖ_ＲＴ（ｉ）を測定し、下記式１に示すようにこれらを平均化処理することによって求めることができる。
Ｖ_ＴＲＧ＝ΣＶ_ＲＴ（ｉ）／（ｎ＋１）、（ｉ＝０，１，２，・・・ｎ）・・・式１

また、スロットル開度ＳＬと下記式２に示す平均処理回転速度Ｖ_ＲＴＡとのマップ処理により、ギア比に応じて補正した目標回転速度Ｖ_ＴＲＧを求めることもできる。
ここで、
Ｖ_ＲＴＡ＝ΣＶ_ＲＴ（ｉ）／（ｎ＋１）、（ｉ＝０，１，２，・・・ｎ）・・・式２
図９に示すように、予め用意されたギア比に応じた検索マップを選択し、平均処理回転速度Ｖ_ＲＴＡに対して、等高線状に示した等回転速度線とスロットル開度ＳＬとの交点によって目標回転速度Ｖ_ＴＲＧが決定され、上述の目標偏差ΔＨの値が補正され、発電山数Ｎ_Ｐが決定される。
平均処理回転速度Ｖ_ＲＴＡに対して、スロットル開度ＳＬが開き気味に設定されている場合には、運転者の意思を反映し、高め側に目標回転速度Ｖ_ＴＲＧが修正され、スロットル開度ＳＬが閉じ気味みに設定されている場合には、低め側に目標回転速度Ｖ_ＴＲＧが修正される。

さらに、アイドリング時の回転速度を制御する図略のＩＳＣ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）を併用する場合には、ＩＳＣで行われているのと同様に、エンジン温度ＴＷに応じて、表２に示す一例のように、目標回転速度Ｖ_ＴＲＧを補正しても良い。

上記実施形態においては、発電山数ＮＰが、１サイクルの燃焼当たり８山発生するＡＣＧ３０を用いた場合について説明したが、本発明の発電制御装置は、発電機の極数を限定するものではない。
本発明の第４の実施形態として、例えば、ステータ３１が１６極に形成されている場合には、発電山数は、１回転当たり極数の半分の８山発生し、１サイクルの燃焼行程当たりクランク軸２０が２回転するので、１サイクルの燃焼行程当たり１６山発生する。
したがって、１６山について発電優先順位Ｎ_ＰＲを決定し、上記実施形態と同様に、所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける回転速度Ｖ_ＲＴと目標回転速度Ｖ_ＴＲＧとの偏差ΔＨによって、必要な発電山数Ｎ_Ｐを決定し、発電山数Ｎ_Ｐと発電優先順位Ｎ_ＰＲとの比較によって、角クランク角ＣＡに応じて発電の要否を決定し発電制御を行えば良い。
なお、１６極の発電機の場合には、排気工程、吸気工程、圧縮工程、爆発工程をそれぞれ４区分に分け、対応する発電山に対して１位から１６位の発電優先順位を割り当てる。
１６極の発電機を用いた場合の優先順位の具体例を図１０に示す。

また、上記実施形態において、ＡＣＧ３０は、発電のみを目的とするものを示したが、発電機としてスタータを兼用したＡＣＧスタータを用いた場合にも本発明は対応し得るものである。さらに、上記実施形態においてはＡＣＧ３０として単相の発電機を例に説明したが、三相としても良い。
なお、本発明の第１の実施形態における発電制御方法と第２の実施形態における発電制御方法とのいずれも、単気筒エンジンに連結された発電機の発電制御と多気筒エンジンに連結された発電機の発電制御とのいずれにも適用可能である。

１０ 内燃機関
１１ シリンダ
１２ シリンダヘッド
１３ 燃焼室
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ 点火プラグ
１７ 燃料噴射弁
２０ クランクシャフト
３０ 発電機
３１ ステータ
３２ マグネット
３３ ロータ
３４ フライホイール
４０ ＥＣＵ
４１ クランク角センサ（クランク角検出手段）
４１０ クランク角検出子（リフラクタ）
５０ 発電制御装置
６０ バッテリ
ＣＡ クランク角
ＣＡ_Ｓ 所定クランク角
Ｎ_Ｐ 発電山数
Ｎ_ＰＲ 発電優先順位
Ｖ_ＲＴ 回転速度
Ｖ_ＴＲＧ 目標回転速度
ΔＨ 目標偏差
Ｉ_ＧＥ 発電電流
ＴＱ_ＧＥ 発電トルク

特開２００６−１２９６８０号公報 特開２００４−３６０６４０号公報

Claims (4)

1. 内燃機関（１０）のクランク軸（２０）に連結されて駆動される発電機（３０）の発電の許可と停止とを開閉素子（５２）によって選択制御して上記発電機（３０）に発生する発電トルク（ＴＱ _ＧＥ ）を上記クランク軸（２０）の回転変動の抑制に利用する発電制御装置において、
   クランク角（ＣＡ）を検出するクランク角検出手段（４１）と、
   該クランク角検出手段（４１）によって検出されたクランク角（ＣＡ）の内、所定のクランク角（ＣＡ _Ｓ ）における回転速度（Ｖ _ＲＴ ）を算出する回転速度算出手段（Ｓ１０２）と、
   上記内燃機関（１０）の運転状況に応じて設定される目標回転速度（Ｖ _ＴＲＧ ）と上記回転速度算出手段（Ｓ１０２）によって算出された上記所定のクランク角（ＣＡ _Ｓ ）における回転速度（Ｖ _ＲＴ ）との偏差（△Ｈ）を算出する目標偏差算出手段（Ｓ１０３）と、
   上記内燃機関（１０）の１サイクルの燃焼行程中において上記発電機（３０）の発電が許可された場合に、山と谷とが周期的に変化するように発生する交流電流（Ｉ _ＧＥ ）の正側の電流ピークを発電山とし、
   発電制御を行わない場合には、燃焼行程１サイクル当たりの発電極の数に等しい数だけ発生することになる発電山の内、燃焼行程１サイクル内で発電許可される交流電流（Ｉ _ＧＥ ）の周期の数を発電山数（Ｎ _Ｐ ）としたとき、
   上記目標偏差（ΔＨ）に応じて予め設定された発電山数（Ｎ _Ｐ ）に決定する発電山数決定手段（Ｓ１０３）とを具備することを特徴とする発電制御装置。
2. 上記内燃機関の１サイクルの燃焼行程中に発生する上記発電機の発電山周期に対して上記クランク角に応じて優先順位を設け、該優先順位と上記発電山数決定手段よって決定された発電山数との比較によって上記発電機の発電の要否を決定する発電要否決定手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の発電制御装置の発電制御方法であって、
   上記発電山数と上記発電優先順位とを比較し、上記発電山数が上記発電優先順位以上の大きい場合には発電を許可し、上記発電山数が上記発電優先順位よりも小さい場合には発電を禁止することを特徴とする発電制御方法。
4. 上記目標偏差が所定の下限閾値から上限閾値の範囲内であるときには、上記目標偏差に応じた上記発電山数を維持し、上記目標偏差が正であって所定の上限閾値以上である場合には、上記発電山数を増加し、上記目標偏差が負であって所定の下限閾値以下の場合には、上記発電山数を減少して上記発電機の発電の要否を決定することを特徴とする請求項３に記載の発電制御方法。

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