JP5505146B2 - 内燃機関における発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸に止着されたクランクプーリに巻き掛けられたベルトを介して前記クランクプーリからオルタネータへ回転駆動力を伝達して前記オルタネータに発電させる内燃機関における発電制御装置に関する。

一般に、内燃機関の補機であるオルタネータを駆動するための駆動力伝達装置としては、クランクシャフトに取り付けられたクランクプーリ、オルタネータのロータ軸に取り付けられた被動プーリ及び両プーリに巻き掛けられたベルトが用いられる（例えば特許文献１，４参照）。さらに、電気負荷に応じて、オルタネータへの駆動力の伝達を断接するクラッチ、又は発電量を変更できる制御手段を備える。オルタネータで発電された電気は、バッテリに蓄えられる。

電気機器（ヘッドライト、空調装置に用いられるコンプレッサ用の電磁クラッチ、ディーゼルエンジンではグロープラグ等）の使用に伴って電気負荷が生じると、バッテリにおける蓄電残量が十分でない場合には、オルタネータが駆動されて発電が行なわれる。この発電に伴うオルタネータの負荷（以下においてはオルタネータ負荷トルクと言う）は、大き過ぎたり、変動が大きかったりする場合がある。

例えば、エンジン停止状態が長期間続いたときには、バッテリにおける電圧が自然放電によって大きく低下する場合があるが、このような状況にあるときにエンジン始動時に大きな電力負荷（例えばディーゼルエンジンにおけるグロープラグへの通電等）がある場合には、過大な発電が要求される場合がある。そうすると、オルタネータ負荷トルクが過大になり、ベルトスリップが発生する可能性がある。ベルトスリップが発生すると、オルタネータの出力が低下したり、異音が発生したりする。

特許文献１では、プーリ有効径を変更可能な可変速プーリ機構を用いてオルタネータを駆動するようにしており、オルタネータ負荷トルクがピークとなるオルタネータ回転数を避けるように可変速プーリ機構が制御される。

しかし、オルタネータ負荷トルクが変動するような状況が発生した場合には、オルタネータベルトに急激なショックとして現れる。
特許文献２では、オルタネータ負荷トルクが予定範囲内に収まるようにオルタネータの回転磁界の速度を制御する発電装置が開示されている。オルタネータ負荷トルクが変動するような状況が発生した場合には、オルタネータベルトに急激なショックとして現れないように回転磁界の速度を徐々に変化させてオルタネータ負荷トルクを徐々に変更してゆく徐変制御が行なわれる。

しかし、このような徐変制御を行なったとしても、オルタネータ負荷トルクが大きすぎるときには、ベルトスリップが発生してしまう可能性がある。
特許文献３では、ベルトスリップを生じない伝達トルク上限値に対応するオルタネータ負荷トルクの上限値（最大値）以下にオルタネータ負荷トルクを調整する装置が開示されている。

しかし、このような上限値制限（最大値制限）を掛けると、エンジン始動時やアイドリング時には要求される発電量を得るまでに時間が掛かる。
特許文献４では、上限値制限を行なう際には、オルタネータの出力不足を補うためにオルタネータの回転数を増加させる回転数増加制御を行なう発電制御装置が開示されている。

実開昭６３−１６０４６５号公報 特開平１０−２０１２９７号公報 特開２００３−１９３８７７号公報 特開２００６−２７５９８号公報

しかし、上限値制限と回転数増加制御とのみでは、特にオルタネータ負荷トルクが大きいエンジン始動時には、エンジン回転数の変化時にベルトスリップが発生する可能性がある。

本発明は、エンジン始動時においてオルタネータベルトのスリップを防止しつつ要求発電量を得るために掛かる時間を短縮できる内燃機関における発電制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関のクランク軸に止着されたクランクプーリに巻き掛けられたベルトを介して前記クランクプーリから回転駆動力が伝達されて発電するオルタネータを備えた内燃機関における発電制御装置を対象とし、請求項１の発明では、オルタネータ負荷トルクを予め設定された最大値以下に制限する最大値制限手段と、オルタネータ回転数を始動アイドリング時におけるオルタネータの基準回転数よりも増大させる回転数増大制御手段とを備え、前記最大値制限手段は、前記内燃機関の始動時に発電要求がある場合において、前記オルタネータ負荷トルクを発電要求に応じて所定量増大させたときの前記ベルトのスリップ発生有無を推定し、スリップ発生無しの推定がなされた場合には、前記オルタネータ負荷トルクを発電要求に応じて前記所定量増大させる一方、スリップ発生有りの推定がなされた場合には、前記オルタネータ負荷トルクを維持したまま、前記回転数増大制御手段によって、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を前記基準回転数よりも増大させる。

徐変制御と回転数増大制御とを関連させた関連制御は、徐変制御と回転数増大制御とを共に実行したりする制御のことである。最大値制限制御と回転数増大制御とを関連させた制御は、最大値制限制御を実行しているときに回転数増大制御を実行する制御のことである。

始動アイドリング時におけるオルタネータの基準回転数とは、始動アイドリング時のアイドリング回転数（始動アイドリング回転数）に対応したオルタネータ回転数のことである。例えば、始動アイドリング回転数が通常のアイドリング回転数（例えば８００ｒｐｍ）であるときのオルタネータ回転数をｎ１とすると、始動アイドリング回転数が例えば１６００ｒｐｍであるときのオルタネータの基準回転数は、２×ｎ１となる。

オルタネータ回転数は、徐変制御又は最大値制限制御と関連して始動アイドリング時の基準回転数よりも増大される。そのため、要求発電量が特に大きくなるエンジン始動時においても、ベルトスリップが徐変制御によって防止されると共に、要求発電量を得るまでの時間がオルタネータ回転数増大によって短縮される。

好適な例では、スリップ発生の有無は、前記オルタネータ負荷トルクの最大値に基づいて決定される前記ベルトの摩擦トルクと、前記クランクプーリの回転運動量の変化に基づく変動トルクと前記所定量増大分の発生トルクの合算との比較によって行われる。

好適な例では、前記ベルトがスリップしないように前記オルタネータ負荷トルクを徐々に変化させる徐変制御手段とをさらに備え、前記徐変制御手段による徐変制御又は前記最大値制限手段による最大値制限制御と関連させる。

好適な例では、発電量と電力消費量との収支を推定する収支推定手段を備え、前記回転数増大制御手段は、推定された前記収支と関連させて、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を増大する制御の実行の是非を選択する。

収支と回転数増大制御とを関連させた関連制御は、発電要求があった時点での収支に応じて回転数増大制御を実行したり、最大値制限制御を開始した時点での収支に応じて回転数増大制御を実行したりする制御のことである。

好適な例では、前記収支推定手段が収支不良との推定をした場合には、前記回転数増大制御手段は、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を前記基準回転数よりも増大させる。

好適な例では、前記回転数増大制御手段は、内燃機関のアイドリング回転数を増大させるアイドリング回転数増大制御手段である。

本発明は、エンジン始動時においてオルタネータベルトのスリップを防止しつつ要求発電量を得るために掛かる時間を短縮できるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、ベルト、オルタネータプーリ及びオルタネータを示す模式図。（ｂ）は、エンジン始動時における回転数増大制御を説明するためのタイミングチャート。 発電制御装置を示すブロック図。 発電制御プログラムを表すフローチャート。 発電制御プログラムを表すフローチャート。 アイドリング時における回転数増大制御を説明するためのタイミングチャート。 第２の実施形態を示し、回転数増大制御を説明するためのタイミングチャート。 発電制御プログラムを表すフローチャート。 発電制御プログラムを表すフローチャート。 第３の実施形態を示し、発電制御プログラムを表すフローチャート。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、車両に搭載された内燃機関１０のクランク軸１１にはクランクプーリ１２が止着されており、クランクプーリ１２にはベルト１３が掛け回されている。ベルト１３は、ファン（図示略）に連結されたファンプーリ１４、オルタネータ１５に連結されたオルタネータプーリ１６及びアイドラ１７に掛け回されている。気筒（図示略）内で往復動されるピストン（図示略）の往復運動は、クランク機構を介してクランク軸１１の回転運動に変換される。オルタネータプーリ１６は、ベルト１３を介してクランク軸１１から回転駆動力を得る。

オルタネータ１５にはバッテリ１８が電気接続されており、バッテリ１８には電圧検出器１９が電気接続されている。電圧検出器１９は、バッテリ１８の電圧を検出する。電圧検出器１９によって得られた電圧検出情報は、制御コンピュータＣに送られる。

図２に示すように、制御コンピュータＣには回転磁界発生手段２１が信号接続されており、回転磁界発生手段２１にはオルタネータ１５が電気接続されている。回転磁界発生手段２１は、オルタネータ１５におけるロータ１５１の多相巻線に回転磁界を発生させ、且つ回転磁界の速度を制御する。回転磁界発生手段２１は、制御コンピュータＣの指令制御を受ける。制御コンピュータＣは、回転磁界の速度を制御することによってオルタネータ負荷トルクＤを制御する。

制御コンピュータＣにはクランク角度検出器２０及び電気負荷検出手段２２が信号接続されている。クランク角度検出器２０は、クランク軸１１の回転角度（クランク角度）を検出する。クランク角度検出器２０によって検出されたクランク角度検出情報は、制御コンピュータＣへ送られる。制御コンピュータＣは、クランク角度検出器２０から送られてきたクランク角度検出情報に基づいて、エンジン回転数を算出する。

電気負荷検出手段２２は、車両に搭載された電気機器（ヘッドライト、空調装置に用いられるコンプレッサ用の電磁クラッチ、ディーゼルエンジンではグロープラグ等）の使用に伴う必要電力を検出する。電気負荷検出手段２２によって検出された要求負荷検出情報は、制御コンピュータＣへ送られる。

制御コンピュータＣは、内燃機関１０の電動スロットル１０１の開度を増大させてアイドリング回転数を増大させる機能を有する。
図３及び図４は、制御周期１周期分の発電制御プログラムを表すフローチャートである。制御コンピュータＣは、図３及び図４のフローチャートで表される発電制御プログラムを実行する。以下、このフローチャートに従って発電制御を説明する。

内燃機関１０が始動されると、制御コンピュータＣは、電気負荷検出手段２２からの要求負荷検出情報の有無、つまり発電要求の有無の判断を開始する（ステップＳ１）。発電要求が有る場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、クランク角度検出器２０から得られるクランク角度検出情報に基づいて、エンンジン回転数を算出すると共に、エンジン回転数の変動量を算出して変動トルクｆ１を算出する（ステップＳ２）。変動トルクｆ１は、オルタネータプーリ１６の回転運動量の変化に対応する変動トルクを表す。

又、制御コンピュータＣは、予め設定された所定量の負荷トルクΔだけオルタネータ負荷トルクＤを増大させたと仮定したときのベルト発生トルクｆ２を算出する（ステップＳ３）。負荷トルクΔは、オルタネータ１５におけるロータ１５１の多相巻線における回転磁界の速度を変化させたと仮定したときのオルタネータ負荷トルクの増分である。ベルト発生トルクｆ２は、負荷トルクΔだけオルタネータ負荷トルクＤを増大させた仮定したときのオルタネータを駆動するトルクを表す。

ステップＳ２，Ｓ３の処理後、制御コンピュータＣは、変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）と、ベルト摩擦力に応じた摩擦トルクＦとの大小関係を判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４の判断は、オルタネータ負荷トルクＤを仮に所定量増大させたときのスリップ発生の有無を推定するステップである。

変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦを超える場合（ステップＳ４においてＹＥＳであってスリップ発生有りの推定）、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持する制御を行なう（ステップＳ５）。ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５は、オルタネータ負荷トルクＤを予め設定されたオルタネータ負荷トルクの最大値Ｄｍａｘ以下に制限する最大値制限機能を表す。

制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持した状態で、アイドリング回転数を通常の基準回転数Ｎｏから非常回転数Ｎｘへ増大させる制御を実行する（ステップＳ６）。アイドリング回転数を増大させる制御は、電動スロットル１０１の開度を増してエンジン回転数を増大させる制御である。ステップＳ６は、内燃機関１０のアイドリング回転数を基準回転数Ｎｏよりも増大させるアイドリング回転数増大機能を表し、アイドリング回転数増大制御は、最大値制限制御への移行の際に行なわれる。このアイドリング回転数増大機能は、オルタネータ１５の回転数を内燃機関１０の始動時のアイドリング回転数（始動アイドリング回転数）に対応したオルタネータ１５の基準回転数よりも増大させる回転数増大制御機能である。

本実施形態では、アイドリング回転数増大制御は、オルタネータ負荷トルクＤが最大値Ｄｍａｘを超えないように制御する最大値制限制御を実行しているときに行なわれる。つまり、アイドリング回転数増大制御は、最大値制限制御と関連させて行なわれる。

アイドリング回転数を増大させる制御を実行している間、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている発電量が瞬時の必要発電量Ｅｏに達したか否かを判断する（ステップＳ７）。瞬時の必要発電量Ｅｏ（＝瞬時の消費電力）は、電気負荷検出手段２２からの要求負荷検出情報に応じて、バッテリ電圧として設定される。以下においては、瞬時の必要発電量Ｅｏを単に必要発電量Ｅｏと記す。制御コンピュータＣは、電圧検出器１９から得られる電圧検出情報に基づいて、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅを把握する。

制御コンピュータＣは、電圧検出器１９から得られる電圧検出情報に基づいて、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達したか否かを判断する。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を増大させる制御を停止する（ステップＳ８）。そして、制御コンピュータＣは、ステップＳ１へ移行する。

ステップＳ４においてＮＯの場合〔変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦ以下であってスリップ発生無しの推定〕、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大する制御を行なう（ステップＳ９）。制御コンピュータＣは、オルタネータ１５におけるロータ１５１の多相巻線における回転磁界の速度を変化させてオルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大する。ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ９は、ベルト１３がスリップしないようにオルタネータ負荷トルクＤを徐々に変化させる徐変制御機能を表す。

図１（ｂ）は、内燃機関１０の始動時（エンジン始動時）のオルタネータ負荷トルクの変化及びアイドリング回転数の変化を示すタイミングチャートである。図示の例は、エンジン始動と同時に発電要求が有る場合の例である。

波形Ｅｘは、オルタネータ負荷トルクＤの変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、オルタネータ負荷トルクを表す。波形Ｅｘにおける傾斜部位Ｅｘ１，Ｅｘ２は、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大していったときのオルタネータ負荷トルクＤの変化を表す。波形Ｅｘにおける平坦部位Ｅｘ３は、オルタネータ負荷トルクが最大値Ｄｍａｘであるときを表す。

波形Ｍｘは、アイドリング回転数の変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、アイドリング回転数を表す。時点ｔ１は、エンジン始動時点を示す。
波形Ｍｘにおける平坦部位Ｍｘ１，Ｍｘ２は、アイドリング回転数が通常の基準回転数Ｎｏであるときを表し、波形Ｍｘにおける平坦部位Ｍｘ３は、アイドリング回転数が基準回転数Ｎｏよりも高い非常回転数Ｎｘであるときを表す。時点ｔ２は、図３のステップＳ５に示すオルタネータ負荷トルクＤを現状維持する開始時点である。アイドリング回転数が基準回転数Ｎｏから非常回転数Ｎｘへ移行する時点ｔ３は、図３のステップＳ６に示すアイドリング回転数増大制御を開始する時点である。アイドリング回転数が非常回転数Ｎｘから基準回転数Ｎｏへ移行する時点ｔ４は、図３のステップＳ８に示すアイドリング回転数増大制御を停止する時点である。

ステップＳ９の処理後、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている瞬時の発電量Ｅと、瞬時の必要発電量Ｅｏとの大小関係を判断する（ステップＳ１０）。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１へ移行する。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ７においてＮＯの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合）、制御コンピュータＣは、図４に示すステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１において、制御コンピュータＣは、クランク角度検出器２０から得られるクランク角度検出情報に基づいて、エンンジン回転数を算出すると共に、エンジン回転数の変動量を算出して変動トルクｆ１を算出する。又、制御コンピュータＣは、予め設定された所定量の負荷トルクΔだけオルタネータ負荷トルクＤを増大させたと仮定したときのベルト発生トルクｆ２を算出する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１１，Ｓ１２の処理後、制御コンピュータＣは、変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）と、摩擦トルクＦとの大小関係を判断する（ステップＳ１３）。変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦを超える場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持する制御を行なう（ステップＳ１４）。ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４は、オルタネータ負荷トルクＤを予め設定された最大値Ｄｍａｘ以下に制限する最大値制限機能を表す。

制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持した状態で、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ１５）。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を増大させる制御を停止する（ステップＳ１６）。そして、制御コンピュータＣは、ステップＳ１へ移行する。

アイドリング回転数の増大によるオルタネータ１５の回転数の増大は、オルタネータ１５における発電効率を高めて要求される発電量を得るまでの時間を短縮する。アイドリング回転数増大（つまりオルタネータ１５の回転数の増大）によるオルタネータ１５における発電効率の上昇は、通常のアイドリングにおける基準回転数Ｎｏ付近において特に顕著である。アイドリングの非常回転数Ｎｘは、この事情を考慮して設定されている。一例として、通常のアイドリングにおける基準回転数Ｎｏが例えば１０００ｒｐｍであれば、アイドリングの非常回転数Ｎｘは、例えば１２００ｒｐｍに設定される。１２００ｒｐｍは、アイドリング走行における車速を適度な低速に抑える上でも好ましい回転数である。

ステップＳ１３においてＮＯの場合〔変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦ以下である場合〕、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大する制御を行なう（ステップＳ１７）。ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１７は、ベルト１３がスリップしないようにオルタネータ負荷トルクＤを徐々に変化させる徐変制御機能を表す。

ステップＳ１７の処理後、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ１８）。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１８へ移行する。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１１へ移行する。

図５は、基準回転数Ｎｏでの通常のアイドリング状態におけるオルタネータ負荷トルクの変化及びアイドリング回転数の変化を示すタイミングチャートである。図示の例は、通常のアイドリング中に発電要求が有った場合の例である。

波形Ｅｙは、オルタネータ負荷トルクＤの変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、オルタネータ負荷トルクを表す。波形Ｅｙにおける傾斜部位Ｅｙ１，Ｅｙ２は、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大していったときのオルタネータ負荷トルクＤの変化を表す。波形Ｅｙにおける平坦部位Ｅｙ３は、オルタネータ負荷トルクが最大値Ｄｍａｘであるときを表す。

波形Ｍｙは、アイドリング回転数の変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、アイドリング回転数を表す。時点ｔ５は、発電要求が有った時点を示す。
波形Ｍｙにおける平坦部位Ｍｙ１，Ｍｙ２は、アイドリング回転数が通常の基準回転数Ｎｏであるときを表し、波形Ｍｙにおける平坦部位Ｍｙ３は、アイドリング回転数が基準回転数Ｎｏよりも高い非常回転数Ｎｘであるときを表す。時点ｔ６は、図３のステップＳ５に示すオルタネータ負荷トルクＤを現状維持する開始時点である。アイドリング回転数が基準回転数Ｎｏから非常回転数Ｎｘへ移行する時点ｔ７は、図３のステップＳ６に示すアイドリング回転数増大制御を開始する時点である。アイドリング回転数が非常回転数Ｎｘから基準回転数Ｎｏへ移行する時点ｔ８は、図３のステップＳ８に示すアイドリング回転数増大制御を停止する時点である。

制御コンピュータＣ及び回転磁界発生手段２１は、オルタネータ負荷トルクＤを予め設定された最大値Ｄｍａｘ以下に制限する最大値制限手段を構成する。又、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを所定量Δ増大させたときのベルト発生トルクを算出するベルト発生トルク算出手段を構成する。

制御コンピュータＣ及び回転磁界発生手段２１は、ベルト１３がスリップしないようにオルタネータ負荷トルクＤを徐々に変化させる徐変制御手段を構成する。制御コンピュータＣ及び電動スロットル１０１は、内燃機関１０のアイドリング回転数を始動アイドリング時における基準回転数Ｎｏよりも増大させるアイドリング回転数増大制御手段を構成する。このアイドリング回転数増大制御手段は、内燃機関１０の始動アイドリング時におけるオルタネータ１５の回転数を始動アイドリング回転数である基準回転数Ｎｏに対応した基準回転数よりも増大させる回転数増大制御手段である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）オルタネータ負荷トルクＤが最大値Ｄｍａｘ以下に抑えられるため、発電要求負荷が過大である場合にも、過大な発電要求負荷によってベルト１３がスリップすることはない。又、オルタネータ負荷トルクＤが徐々に変更されてゆくため、オルタネータ負荷トルクＤの急激な変化が回避され、オルタネータ負荷トルクＤの急激な変化によるベルト１３のスリップという問題は生じない。

さらに、オルタネータ負荷トルクＤが最大値Ｄｍａｘに達する可能性が生じたときにアイドリング回転数増大制御が行なわれる。そのため、オルタネータ１５を駆動する駆動トルクがアイドリング回転数増大によって低減すると共に、オルタネータ１５の回転数が増大する。オルタネータ１５を駆動する駆動トルクの低減は、ベルト１３のスリップ防止をもたらす。又、オルタネータ１５の回転数の増大は、オルタネータ１５における発電効率を高めて要求される発電量を得るまでの時間を短縮する。

従って、要求される発電量が過大である場合にも、最大値制限制御と関連させてアイドリング回転数増大制御を行なうことによって、ベルト１３のスリップを防止しつつ要求される発電量を得るまでの時間を短縮することができる。

エンジン停止状態が長期間続いたときには、バッテリ１８における電圧が自然放電によって大きく低下し、内燃機関１０の始動時（エンジン始動時）に過大な発電要求がある場合（例えばディーゼルエンジンにおけるグロープラグへの通電等）には、オルタネータ負荷トルクが過大になる可能性が高い。従って、最大値制限制御と関連させてアイドリング回転数を始動アイドリング時における基準回転数Ｎｏよりも増大させるアイドリング回転数増大制御は、エンジン始動時において特に有効である。

次に、図６〜図８の第２の実施形態を説明する。装置構成は、電流検出手段（図示略）がある点のみが第１の実施形態と異なり、同じ構成部には同じ符合を用いてその詳細説明は省略する。電流検出手段は、バッテリ１８から取り出される電流を検出する。

図７に示すステップＳ２０においてＹＥＳの場合（発電要求がある場合）、制御コンピュータＣは、瞬時の収支が良いか否かを判断する（ステップＳ２１）。収支は、バッテリ１８における残量の変化のことである。収支が良い状態は、バッテリ１８における残量が不変または増える状態のことであり、収支が良くない状態（不良状態）は、バッテリ１８における残量が減る状態のことである。

バッテリ１８は、消耗具合の違いから同じ電圧値であっても取り出せる電流値が異なる。電圧検出器１９によって検出されるバッテリ１８の電圧値Ｖと、電流検出手段によって検出される電流値Ｉとの積（Ｖ×Ｉ）の単位時間当たりの値Σ（Ｖ×Ｉ）は、バッテリ１８の真の残量を反映する。制御コンピュータＣは、このようにしてバッテリ１８の真の残量を把握する。

第２の実施形態では、今回のエンジン始動よりも過去の収支状況が記憶されており、この記憶された収支状況から今回のエンジン始動時の収支の良好あるいは不良の判断が行なわれる。

収支が良い場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４の処理を実行する。ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４は、図３のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４と同じ制御ステップである。ステップＳ２４においてＹＥＳ（変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦを超える場合）、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持する制御を行なう（ステップＳ２５）。そして、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６においてＮＯの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２２へ移行する。ステップＳ２６においてＹＥＳの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２０へ移行する。

図７のステップＳ２４においてＮＯの場合〔変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦ以下である場合〕、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大する制御を行なう（ステップＳ２７）。ステップＳ９の処理後、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ２８）。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２０へ移行する。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ２２へ移行する。

ステップＳ２１においてＮＯの場合（収支が不良の場合）、制御コンピュータＣは、図８に示すステップＳ２９へ移行する。ステップＳ２９において、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を通常の基準回転数Ｎｏから非常回転数Ｎｘへ増大させる制御を実行する。

そして、制御コンピュータＣは、ステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３２の処理を実行する。ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３は、図３のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４と同じ制御ステップである。ステップＳ３２においてＹＥＳ（変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦを超える場合）、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを現状維持する制御を行なう（ステップＳ３３）。そして、制御コンピュータＣは、オルタネータ１５において発電されている発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３４においてＮＯの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合）、制御コンピュータＣは、ステップＳ３０へ移行する。ステップＳ３４においてＹＥＳの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合）、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を増大させる制御を停止する（ステップＳ３５）。そして、制御コンピュータＣは、ステップＳ２０へ移行する。

ステップＳ３２においてＮＯの場合〔変動トルクｆ１とベルト発生トルクｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）が摩擦トルクＦ以下である場合〕、制御コンピュータＣは、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大する制御を行なう（ステップＳ３６）。ステップＳ３６の処理後、制御コンピュータＣは、発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達しているか否かを判断する（ステップＳ３７）。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合（ステップＳ３７においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ３０へ移行する。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ３７においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ３５へ移行する。

制御コンピュータＣは、発電量と電力消費量との収支を推定する収支推定手段を構成する。制御コンピュータＣは、収支と関連させて、オルタネータ回転数を増大する制御の実行の是非を選択する。第２の実施形態では、制御コンピュータＣが収支不良との推定をした場合には、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を基準回転数Ｎｏよりも増大させてアイドリング時におけるオルタネータ回転数を増大させる制御を選択する。そして、制御コンピュータＣは、徐変制御とアイドリング回転数増大制御とを共に実行する。

図６は、内燃機関１０の始動時（エンジン始動時）のオルタネータ負荷トルクの変化及びアイドリング回転数の変化を示すタイミングチャートである。図示の例は、エンジン始動と同時に発電要求が有ってアイドリング回転数が基準回転数Ｎｏから非常回転数Ｎｘへ増大された場合の例である。

波形Ｅｚは、エンジン始動時におけるオルタネータ負荷トルクＤの変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、オルタネータ負荷トルクを表す。波形Ｅｚにおける傾斜部位Ｅｚ１は、オルタネータ負荷トルクＤを負荷トルクΔだけ増大していったときのオルタネータ負荷トルクＤの変化を表す。波形Ｅｚにおける平坦部位Ｅｚ２は、オルタネータ負荷トルクが最大値Ｄｍａｘであるときを表す。

波形Ｍｚは、アイドリング回転数の変化を表す一例である。横軸は、時間を表し、縦軸は、アイドリング回転数を表す。時点ｔ９は、エンジン始動時点を示す。波形Ｍｚにおける平坦部位Ｍｚ１は、アイドリング回転数が通常の基準回転数Ｎｏであるときを表し、波形Ｍｚにおける平坦部位Ｍｚ２は、アイドリング回転数が基準回転数Ｎｏよりも高い非常回転数Ｎｘであるときを表す。アイドリング回転数が非常回転数Ｎｘから基準回転数Ｎｏへ移行する時点ｔ１０は、図８のステップＳ３５に示すアイドリング回転数増大制御を停止する時点である。

第２の実施形態では、アイドリング回転数増大制御は、徐変制御を開始する前に行なわれ、徐変制御とアイドリング回転数増大制御とが共に実行される。徐変制御とアイドリング回転数増大制御とを共に実行する制御は、徐変制御と回転数増大制御とを関連させた関連制御である。

第２の実施形態では、エンジン始動時の収支が不良である場合には、アイドリング回転数増大制御が最初から行なわれる。エンジン始動の最初からアイドリング回転数を増大させる制御は、エンジン始動時に要求される発電量が過大である場合にも、要求される発電量を得るまでの時間を短縮しつつベルト１３のスリップを防止する上で特に有利である。

次に、図９の第３の実施形態を説明する。装置構成は、電流検出手段（図示略）がある点のみが第１の実施形態と異なり、同じ構成部には同じ符合を用いてその詳細説明は省略する。又、第１の実施形態のフローチャートにおける制御ステップと同じ制御ステップには同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。

ステップＳ５の処理後、制御コンピュータＣは、収支が良いか否かを判断する（ステップＳ３８）。ここにおける収支は、最大値制限のためにオルタネータ負荷トルクＤを現状維持したときの収支である。収支が良い場合（ステップＳ３８においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１へ移行する。

収支が不良である場合（ステップＳ３８においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ６へ移行してアイドリング回転数増大制御を実行すると共に、ステップＳ７の判断を行なう。発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達している場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、アイドリング回転数を増大させる制御を停止する（ステップＳ８）。そして、制御コンピュータＣは、ステップＳ１へ移行する。

ステップＳ７においてＮＯの場合（発電量Ｅが必要発電量Ｅｏに達していない場合）、制御コンピュータＣは、第１の実施形態における図４に示すステップＳ１１以降の制御ステップと同じ制御ステップを実行する。

第３の実施形態では、最大値制限制御を開始した時点での収支が不良である場合には、回転数増大制御が実行される。最大値制限のためにオルタネータ負荷トルクＤを現状維持して収支を推定すると共に、収支が不良である場合にはアイドリング回転数を増大させる制御は、内燃機関１０の始動時において要求される発電量を得るまでの時間を短縮しつつベルト１３のスリップを防止する上で有利である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第１〜第３の実施形態では、内燃機関の始動時における始動アイドリング回転数は、通常のアイドリング回転数Ｎｏとなっている。始動アイドリング回転数は、始動時のエンジンスト−ル防止や低温時の暖機時間短縮のために、通常のアイドリング回転数Ｎｏよりも高い回転数（ｋ×Ｎｏ）〔ｋは、１より大きい数〕に設定される場合がある。このような場合、内燃機関の始動時において回転数増大制御を行なう場合のオルタネータ回転数は、始動アイドリング回転数（ｋ×Ｎｏ）に対応した回転数から増大させた回転数となる。例えば、通常のアイドリング回転数Ｎｏであるときのオルタネータ回転数をｎ１とすると、始動アイドリング時のアイドリング回転数が例えば２×Ｎｏであるときの基準回転数は、２×ｎ１であり、内燃機関の始動時において回転数増大制御を行なう場合のオルタネータ回転数は、始動アイドリング回転数（ｋ×Ｎｏ）に対応した基準回転数２×ｎ１から増大させた回転数となる。

○第１〜第３の実施形態では、内燃機関の始動時以外のアイドリング時においても、徐変制御又は最大値制限制御と関連させて、オルタネータ回転数を始動アイドリング時における基準回転数よりも増大させる回転数増大制御が実行可能となっているが、内燃機関の始動時にのみ、前記の回転数増大制御を実行可能とするようにしてもよい。この場合、内燃機関が始動時か否かは、例えば、エンジン始動用キーのキー操作に伴う始動信号の出力から把握できる。

○第２の実施形態における図７のステップＳ２１においてＮＯの場合（収支が不良である場合）、及び第３の実施形態における図９のステップＳ３８においてＮＯの場合（収支が不良である場合）には、以下のように、バッテリ１８における残量に応じてアイドリング回転数増大制御の実行の是非を選択するようにしてもよい。

バッテリ１８における残量が基準値Σ１以上の十分な量である場合には、発電せず、バッテリ１８における残量が基準値Σ２（＜Σ１）以下の不十分な量である場合には、アイドリング回転数増大制御を実行する。バッテリ１８における残量が基準量Σ１に満たず、且つ基準値Σ２を超える場合には、通常のアイドリング回転数で発電する。

○回転数増大制御手段として、アイドリング回転数増大制御手段の代わりに、特許文献１に開示のような可変速プーリ機構を用いてもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。

（イ）前記回転数増大制御手段による回転数増大制御は、内燃機関の始動時以外のアイドリング時においても前記徐変手段による徐変制御又は前記最大値制限手段による最大値制限制御と関連させて行なわれる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関における発電制御装置。

１０…内燃機関。１０１…アイドリング回転数増大制御手段を構成する電動スロットル。１１…クランク軸。１２…クランクプーリ。１３…ベルト。１５…オルタネータ。２１…徐変制御手段及び最大値制限手段を構成する回転磁界発生手段。Ｃ…アイドリング回転数増大制御手段、徐変制御手段、最大値制限手段及び収支推定手段を構成する制御コンピュータ。Ｎｏ…始動アイドリング回転数である基準回転数。Ｄｍａｘ…最大値。

Claims (6)

1. 内燃機関のクランク軸に止着されたクランクプーリに巻き掛けられたベルトを介して前記クランクプーリから回転駆動力が伝達されて発電するオルタネータを備えた内燃機関における発電制御装置において、
   オルタネータ負荷トルクを予め設定された最大値以下に制限する最大値制限手段と、
   オルタネータ回転数を始動アイドリング時におけるオルタネータの基準回転数よりも増大させる回転数増大制御手段とを備え、
   前記最大値制限手段は、前記内燃機関の始動時に発電要求がある場合において、前記オルタネータ負荷トルクを発電要求に応じて所定量増大させたときの前記ベルトのスリップ発生有無を推定し、スリップ発生無しの推定がなされた場合には、前記オルタネータ負荷トルクを発電要求に応じて前記所定量増大させる一方、
   スリップ発生有りの推定がなされた場合には、前記オルタネータ負荷トルクを維持したまま、前記回転数増大制御手段によって、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を前記基準回転数よりも増大させる内燃機関における発電制御装置。
2. スリップ発生の有無は、前記オルタネータ負荷トルクの最大値に基づいて決定される前記ベルトの摩擦トルクと、前記クランクプーリの回転運動量の変化に基づく変動トルクと前記所定量増大分の発生トルクの合算との比較によって行われる請求項１に記載の内燃機関における発電制御装置。
3. 前記ベルトがスリップしないように前記オルタネータ負荷トルクを徐々に変化させる徐変制御手段とをさらに備え、
   前記徐変制御手段による徐変制御又は前記最大値制限手段による最大値制限制御と関連させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関における発電制御装置。
4. 発電量と電力消費量との収支を推定する収支推定手段を備え、前記回転数増大制御手段は、推定された前記収支と関連させて、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を増大する制御の実行の是非を選択する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関における発電制御装置。
5. 前記収支推定手段が収支不良との推定をした場合には、前記回転数増大制御手段は、前記内燃機関の始動時における前記オルタネータ回転数を前記基準回転数よりも増大させる請求項４に記載の内燃機関における発電制御装置。
6. 前記回転数増大制御手段は、内燃機関のアイドリング回転数を増大させるアイドリング回転数増大制御手段である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関における発電制御装置。

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