JP5515549B2 - 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トルクを制御して内燃機関の回転変動抑制に利用する発電制御装置に関する。

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。クランク軸に発電機が連結された内燃機関においては、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、内燃機関の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。

ところが、従来の発電制御方法においては、バッテリ電圧が高い場合には、過充電とならないようにバッテリを保護すべく保護回路が作動して発電が停止されるので、発電トルクを利用して回転変動を抑制することができず、振動等が発生する虞がある。また、回転変動の抑制を優先して一律の条件で発電制御が行われた場合には、十分な発電量が得られず充電不足によるバッテリ電圧の低下を招く虞もある。

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トルクを内燃機関の回転変動の抑制に利用する発電制御装置において、回転変動の抑制とバッテリ電圧の安定化とを両立できる発電制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明では、内燃機関のクランク軸に連結されて駆動される発電機によってバッテリを充電すると共に、上記発電機の発電を制御して上記発電機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、上記クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、該クランク角検出手段によって検出した所定のクランク角における上記クランク軸の回転速度から、上記発電機の発電の要否を判定する発電要否判定手段と、 該発電要否判定手段の判定結果にしたがって上記発電機の発電の実行と停止とを切り換える発電実行切換手段と、上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、該バッテリ電圧検出手段によって検出したバッテリ電圧と所定の閾値電圧との比較によって、上記発電機から上記バッテリの充電の可否を判定する充電可否判定手段と、該充電可否判定手段の判定結果にしたがって上記発電機から上記バッテリへの充電の実行と停止とを切り換える充電実行切換手段とを具備し、上記内燃機関の１サイクルの燃焼行程中において上記発電機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の正側の電流ピークを発電山とし、上記発電機の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の周期の数を発電山数としたとき、上記発電要否判定手段が、上記所定のクランク角における回転速度と上記内燃機関の運転状況に応じて設定される目標回転速度とから算出される目標偏差にしたがって上記発電機の発電山数を決定する発電山数決定手段を具備し、上記内燃機関の１サイクル中に発生する上記発電機の発電山の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とに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（請求項１）。

第２の発明では、上記充電実行切換手段は、上記充電可否判定手段によって充電不可と判定された場合には、上記発電機から上記バッテリへの充電経路を接地側に地絡させる充電電圧地絡手段を具備する（請求項２）。

第３の発明では、上記発電実行切換手段によって発電が停止された場合に上記内燃機関に作用する開時発電トルクと、上記発電実行切換手段によって発電が実施され、かつ、上記充電実行切換手段によって上記バッテリの充電が実施された場合に上記内燃機関に作用する閉時発電トルクと、上記発電実行切換手段によって発電が実施され、かつ、上記充電実行切換手段によって上記バッテリの充電が地絡された場合に上記内燃機関に作用する地絡時発電トルクと、を選択する発電トルク選択手段を具備する（請求項３）。

第４の発明では、上記発電山数決定手段は、上記バッテリ電圧が上記電圧閾値よりも低い場合には、上記目標偏差を補正せず、上記バッテリ電圧が上記電圧閾値以上である場合には、上記目標偏差を補正する目標偏差補正手段を具備する（請求項４）。

第５の発明では、上記目標偏差補正手段は、上記バッテリの充電が不可と判定され、上記充電電圧地絡手段によって、充電電圧を接地側に地絡させた場合には、バッテリ電圧測定時における閉時発電トルクＴ_ＣＬＳと開時発電トルクＴ_ＯＰＮとの偏差τ_Ｏと、短絡時発電トルクＴ_ＳＲＴと開時発電トルクＴ_ＯＰＮとの偏差τ_Ｓとの比τ_Ｏ／τ_Ｓによって算出した補正項Ｋ_ＴＱを用いて上記目標偏差が見かけ上大きくなるように補正する（請求項５）。

第６の発明では、上記発電実行切換手段として上記発電機から上記バッテリへの充電経路を開閉する第１のスイッチ手段と、上記充電電圧地絡手段として第２のスイッチ手段と、を具備する（請求項６）。

第７の発明では、上記内燃機関の運転を制御する電子制御装置を具備し、該電子制御装置は、上記発電要否判定手段の判定結果にしたがって上記第１のスイッチ手段を開閉駆動すべく第１の駆動トリガを発信し、上記充電可否判定手段の判定結果にしたがって上記第２のスイッチ手段を開閉駆動すべく第２の駆動トリガを発信する（請求項７）

本発明によれば、上記発電機の発電時に発生する発電トルクを上記内燃機関の回転変動抑制に利用すべく、発電が実施された場合であっても、バッテリ電圧が過充電となる虞がある場合には、上記充電可否判定手段によって充電不可であると判定され、上記充電実行切換手段によって、上記バッテリの充電が回避される。
したがって、回転変動の抑制とバッテリ電圧の安定化との両立を図ることができる。また、発電の停止と実行、充電の停止と実行とを切換ることによって発生する発電トルクを変化させ、更なる回転変動の抑制に利用することもできる。

本発明の実施形態における発電制御装置の全体概要を示す構成図。 本発明の発電制御装置に用いられる発電機の概要を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図。 本発明の発電制御装置に用いられる発電要否判定手段を示すメインフローチャート。 （ａ）は、本発明の発電制御装置に用いられる発電制御方法の燃焼サイクル中の回転変動抑制に対する効果を示すタイムチャート、（ｂ）は、当該発電制御方法に用いられる発電山数決定用テーブル。 （ａ）は、本発明の発電制御装置に用いられるバッテリ電圧の変動に対する目標偏差の補正方法を示すフローチャート、（ｂ）は、当該補正方法に用いられる補正係数決定用テーブル、（ｃ）は、当該補正係数の決定に用いられる回転速度と発電トルクとの関係を示す特性図。 本発明の発電制御方法に用いられる充電可否判定手段を示すフローチャート。 本発明の発電制御装置の効果を示す特性図。 本発明の第２の実施形態における発電制御装置の概要を示す構成図。

本発明は、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、回転変動の抑制と、ＡＣＧによって充電されるバッテリの過充電を防止して電源電圧の安定化との両立を図るものである。

本発明の発電制御装置１は、クランク角検出手段７１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ＣＡｓ（例えば、燃焼爆発行程直後）を発電制御方法決定時期として、そのときの瞬間回転速度Ｖ _ＲＴ を回転速度検出手段によって検出し、その回転速度から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（Ｓ１３０）によって燃焼サイクル中に必要な発電山数Ｃ _ＡＣＧ 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判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１７０）によって発電の要否を判定し、その判定結果にしたがって後述する発電実行切換手段（ＧＣＵ、ＳＣＲ _１ ）を用いて発電の実行と停止とを切り換えて、所望の発電トルクによって目標回転速度Ｖ _ＴＲＧ への速やかな収束を図る。
加えて、バッテリ電圧検出手段７２によって検出したバッテリ電圧＋Ｂと所定の電圧閾値Ｖｒｅｆとを比較し、充電可否判定手段（Ｓ２００〜Ｓ２４０）によって充電の可否を判定し、その判定結果にしたがって発電を停止するか、発電を実施しつつ、充電電圧を地絡させて充電を停止するか、充電を実施するかを選択し、回転変動を抑制しつつバッテリ電圧の安定化を図るものである。

先ず、図１並びに図２を参照して本発明の発電制御装置１全体を構成する内燃機関８０と、内燃機関８０のクランク軸８３１に連結され、駆動されるＡＣＧ１０と、内燃機関８０の燃焼を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）３０と、内燃機関８０の運手錠強に応じてＥＣＵ３０から発信される第１の駆動トリガ及び充電抑制指令にしたがってＡＣＧ１０の発電を制御する発電制御装置（ＲＥＧ）２０の概要について説明する。
内燃機関８０は、略筒状のシリンダ８２と、シリンダ８２の上面を覆うシリンダヘッド８１と、シリンダ８２内を昇降するピストン８３とによって区画された燃焼室８００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８３とコンロッド８３２とを介してクランク軸８３１の回転力に変換している。
また、クランク軸８３１は、クランクアーム８３３、カウンタウェイト８３４等のピストン８３の昇降運動をクランク軸８３１の回転運動に変換すると共にカウンタウェイト８３４の慣性を利用してピストン８３の昇降を補助する機構として通常用いられるものを含む。

シリンダヘッド８１には、吸気バルブ８１１によって開閉される吸気路８１０と排気バルブ８２１によって開閉される排気路８２０と、吸気路８１０内に燃料を噴射すべく燃料噴射装置６０によって駆動される燃料噴射弁（インジェクタ）６００と燃焼室８００内の混合気に点火をすべく点火装置（イグナイタ）６１によって駆動される点火プラグ６１０とが設けられている。
吸気バルブ８１１の開弁とピストン８３の下降とによる燃焼室８００内への吸気行程と、燃料噴射装置６０による燃料噴射とピストン８３の上昇による圧縮行程と、点火装置６１を用いた混合気への点火による爆発行程と、排気バルブ８２１の開弁による排気行程との燃焼サイクルが繰り返され、ピストン８３の昇降運動がコンロッド８３２等を介してクランク軸８３１に伝達されクランク軸８３１が回転運動する。

クランク軸８３１には、ＡＣＧ１０が連結されている。ＡＣＧ１０は、固定子（ステータ）１１とマグネット１２と回転子（ロータ）１３とフライホイール１４とによって構成されている。
ステータ１１は、複数のステータコア１１０にステータコイル１１１が巻回されたものが直列に接続され、さらに略放射状に配設されており、ステータ１１の外側にマグネット１２が回転方向に並べられ、Ｎ極とＳ極が交互にステータ１１に対向するように配設されている。マグネット１２には永久磁石が用いられている。
クランク軸８３１に連結されたフライホール１４の回転と共に、マグネット１２及びロータ１３がステータ１１に対して相対回転することによって、ステータコイル１１１内の磁界が変化し、ＡＣＧ１０に交流が発生する。

内燃機関８０において、吸気、圧縮、爆発、排気からなる１サイクルの燃焼行程が完了する間にクランク軸８３１は２回転する。クランク軸８３１の１回転当たりに、ＡＣＧ１０にはステータ１１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８３１の回転数に比例した周波数の起電力が発生する。
なお、本実施形態においては、図２に示すようにステータ１１が８極設けられた構成を例として説明するが、本発明は、ＡＣＧ１０の極数を限定するものではなく、発電極数を１６極や３２極とした構成でも良い。さらに、ＡＣＧ１０は、スタータモータとしても機能するＡＣＧスタータを用いても良い。

ＥＣＵ３０は、内燃機関８０の運転状況を検出すべく、クランク角センサ７１、バッテリ電圧検出手段７２、発電電流センサ等のセンサ類７０から、クランク角信号Ｓ_ＣＡ、バッテリ電圧＋Ｂ、発電電流ＩＧＥ等の機関の運転状況を示す情報が入力され、燃料噴射装置６０、イグナイタ６１、図略の燃料ポンプ、スロットルバルブ等のパワートレイン系負荷６２の駆動制御を行うべく点火信号ＩＧｔ、燃料噴射信号ＩＮＪ、ポンプ駆動信号、スロットル開閉信号等の信号を発信する。
フライホイール１４の外周には、所定の間隔で複数の検出子（リフラクタ）７１０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７１によってリフラクタ７１０が検知され、クランク角センサ７１からは、クランク角信号Ｓ_ＣＡがＥＣＵ３０に発信される。このとき、特定位置のリフラクタ７１０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。
具体的には、１サイクルの燃焼行程（７２０°ＣＡ）に対して、例えば３０°毎でクランク角信号Ｓ_ＣＡが発信され、各クランク各信号Ｓ_ＣＡに対して０から８及び１２〜２０までの行程番号（ＮＮＵＭ）が割り振られ、リフラクタ７１０の間引かれたＮＮＵＭ９〜１１及び２１〜２３に対応するクランク角ＣＡにおいてはクランク角信号Ｓ_ＣＡが検出されず、ＮＮＵＭの特定によって正確なクランク角ＣＡが判る。
また、回転速度算出手段としてＥＣＵ３０では、クランク角センサ７１によって検知される所定のリフラクタ７１０の通過時間から内燃機関８０の回転速度Ｖ_ＲＴを算出することができる。

さらに、ＥＣＵ３０は、ＡＣＧ１０をオンオフしてＡＣＧ１０に発生する発電トルクを制御すべく、ＥＣＵ３０に入力されたクランク角信号Ｓ_ＣＡ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、後述する発電要否判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１７０）にしたがって、適切な発電山数Ｃ_ＡＣＧを決定し、ＡＣＧ１０を回転速度Ｖ_ＲＴに応じた発電パターンに制御すべく第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１を開閉駆動する第１の駆動トリガＴ_１を発電制御ユニット（ＧＣＵ）２２へ発信する。
また、バッテリ電圧＋Ｂに応じて、後述する発電山数補正方法にしたがって、必要に応じて発電山数Ｃ_ＡＣＧを補正し、さらに、後述する充電可否判定手段によって、バッテリ４０の充電と停止とを決定し、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２を開閉駆動する第２の駆動トリガＴ_２をバッテリ制御ユニット（ＢＣＵ）２３へ発信して、発電トルクを利用して回転速度Ｖ_ＲＴの変動を抑制しつつ、バッテリ電圧＋Ｂのさらなる安定化を図っている。
なお、本実施形態においては、ステータ１１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８３１が２回転するので、８サイクルの発電山が発生する。

ＲＥＧ２０は、ランプ制御ユニット（ＬＣＵ）２１と、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１と発電制御ユニット（ＧＣＵ）２２とからなる発電実行切換定手段と、バッテリ電圧制御ユニット（ＢＣＵ）２３と充電電圧地絡手段として設けた第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２とからなる充電実行切換手段と、を具備する。
ＲＥＧ２０は、ＡＣＧ１０で発生した交流の正側成分を直流に変換し、ＥＣＵ２０から発信される第１の駆動トリガＴ_１にしたがって第１のスイッチング手段ＳＣＲ_１を開閉してバッテリ４０の充電を制御すると共に、ＥＣＵ２０から発信される第２の駆動トリガＴ_２にしたがって、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２を開閉して、バッテリ４０の過充電を抑制しつつ、燃料噴射装置６０、点火装置６１、燃料ポンプ、スロットルバルブ燃等のパワートレイン系負荷ＬＤ６２への電力供給を行い、ＡＣＧ１０で発生した交流の負側成分を直流に変換してＬＣＵ２１にしたがって第３のスイッチング手段ＳＣＲ_３を開閉してヘッドライト、テールライト、ランプ系負荷５０へ供給する単相半波整流オープン型レギュレータを構成している。

ＲＥＧ２０では、第１のスイッチング手段ＳＣＲ_１の開閉により、ＡＣＧ１０に発生する発電トルクＴＱ_ＧＥが調整され、エンジン回転速度Ｖ_ＲＴを目標回転速度Ｖ_ＴＲＧに速やかに収束すると共に、回転変動の抑制を図っている。
さらに、エンジン回転速度の変動を抑制すべく、ＥＣＵ３０から発信された第１の駆動トリガＴ_１にしたがって、第１のスイッチング手段ＳＣＲ_１が閉じられ、ＡＣＧ１０の発電が実施された場合であっても、バッテリ電圧＋Ｂが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆを超え、充電が続くとバッテリ４０が過充電となる虞がある場合には、後述する充電可否判定手段によって充電不可と判定され、ＥＣＵ３０から第２の駆動トリガＴ_２が発信され、第２のスイッチング手段ＳＣＲ_２を閉じて、ＡＣＧ１０からバッテリ４０への充電経路を接地側にバイパスさせて、ＡＣＧ１０からの充電電圧を地絡することによりバッテリ４０の過充電が防止される。
なお、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２、第３のスイッチ手段ＳＣＲ_３には、サイリスタ等が用いられている。

図３に示す制御フローチャートを参照して、本発明の発電制御装置１に適用される発電制御方法の基本となる発電要否判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１７０）について説明する。
ステップＳ１００からステップＳ１７０に示す発電要否判定手段によって、回転速度に応じた発電山数Ｃ_ＡＣＧを決定し、発電パターンを調整することにより、発電トルクを燃焼行程１サイクル中の回転変動を抑制することができる。
発電制御方法決定時期判定手段であるステップＳ１１０において、クランク角センサ７１によって検出されたクランク角ＣＡが発電制御方法を決定する発電制御方法決定時期としての所定のクランク角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。
具体的には、燃焼行程の爆発直後であることを示す行程番号（例えば、ＮＮＵＭ＝１２）か否かが判定される。

次いで、回転速度算出手段であるステップＳ１２０において、制御用回転速度として所定のクランク角ＣＡ_Ｓにおける瞬間的な回転速度Ｖ_ＲＴが算出される。
より具体的な、回転速度算出手段としてクランク角センサ７１からＥＣＵ３０に入力されたクランク角信号Ｓ_ＣＡによって検知された所定のリフラクタ７１０の通過時間から内燃機関８０の回転速度Ｖ_ＲＴを算出することができる。
また、内燃機関８０の運転状況に応じた目標回転速度Ｖ_ＴＲＧは、目標回転速度算出手段として、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。

次いで目標偏差算出手段であるステップＳ１３０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Ｅ_ＡＣＧが算出され、発電山数決定手段によって目標偏差Ｅ_ＡＣＧとバッテリ電圧＋Ｂとのマッピング処理応じて発電山数Ｃ_ＡＣＧが決定される。
次いで、発電優先順位判定手段であるステップＳ１４０では、ステップＳ１３０において決定された発電山数Ｃ_ＡＣＧ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Ｃ_ＡＣＧが該当する発電優先順位Ｎ_ＰＲ以上であればＹｅｓに進み、ステップＳ１５０において、発電を実施すべく第１の駆動トリガＴ_１がＯＮ（Ｔ_１＝１）となり、発電電流Ｉ_ＧＥが流れ、発電トルクが高くなりエンジン回転速度の上昇を抑制する方向に作用すると共にバッテリ４０が充電される。

一方、ステップＳ１４０において、発電山数Ｃ_ＡＣＧ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、ステップＳ１６０において、発電を停止すべく、第１の駆動トリガＴ_１がＯＦＦ（Ｔ_１＝０）となり、発電電流Ｉ_ＧＥがカットされ、発電トルクは低くなりエンジン回転速度の下降を緩和する方向に作用すると共にバッテリ４０の充電が停止される。

ステップＳ１１０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Ｓ１４０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ＡＣＧ１０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ＡＣＧ１０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８０の燃焼サイクルに応じて、発電トルクＴＱ_ＧＥの最適化を図ることができる。
本発明では、従来の発電制御装置のように特定のクランク角ＣＡに対して一律に発電のオンオフ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Ｅ_ＡＣＧによって、検出された回転速度Ｖ_ＲＴに応じ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がない。

なお、本実施形態のＲＥＧ２０では、ＡＣＧ１０出発生した交流出力の内、正電圧半波のみを第１の駆動トリガＴ_１にしたがって開閉する第１のスイッチング手段ＳＣＲ_１によってオンオフ制御し、負電圧半波は第１の駆動トリガＴ１によってオンオフ制御しないことで、ランプ系負荷５０に対して十分な発電量を確保している。
電力の常時供給の要求されるランプ系負荷５０に対して負電圧半波を振り分けて、バッテリ４０の充電及び燃料噴射装置６０、点火装置６１、その他のパワートレイン系負荷ＬＤ６２に対して正電圧半波を振り分けるようにしてある。

図４を参照して本発明の発電制御装置に用いられる発電制御方法による燃焼行程１サイクル内の回転変動の効果について説明する。
図４（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。
具体的には、燃焼行程１サイクルに発信されるクランク角信号Ｓ_ＣＡに対して０〜８、１２〜２０の行程番号（ＮＮＵＭ）が振り分けられており、ＮＮＵＭ＝１２におけるクランク角ＣＡを所定のクランク角ＣＡ_Ｓとして、そのときの瞬間的な回転速度Ｖ_ＲＴを算出し、これを基に発電のオンオフする発電山数Ｃ_ＡＣＧと発電優先順位Ｎ_ＰＲに基づいた発電山の位置が決定され発電パターンが決定される。

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Ｖ_ＲＴが遅くなる。
加えて、クランク軸８３１にＡＣＧ１０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８３１の回転を抑制する制動力として作用する。
本発明の発電制御装置に用いられる発電制御方法によらず、全行程で発電が行われた場合には、本図中に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。
ＡＣＧ２０により、ＥＣＵ３０から発信された第１の駆動トリガＴ_１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、本図中に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。

なお、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ＥＡＣＧが３０であるときの例を示している。
このとき、図４（ｂ）に示すような、予め目標偏差Ｅ_ＡＣＧと発電山数Ｃ_ＡＣＧとの関係を設定したテーブルにしたがって、発電山数Ｃ_ＡＣＧが５山に決定される。
また、１サイクルの燃焼行程中に８山発生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Ｎ_ＰＲ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Ｅ_ＡＣＧに対応する発電山数Ｃ_ＡＣＧとの大小が比較される。
発電優先順位Ｎ_ＰＲが発電山数Ｃ_ＡＣＧよりも小さい値の場合には、第１の駆動トリガＴ_１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Ｃ_ＡＣＧよりも大きい値の場合には、第１の駆動トリガＴ_１はＯＦＦとなり、発電が禁止される。
なお、発電優先順位Ｎ_ＰＲは、発電優先順位の高い方が小さい値で発電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Ｃ_ＡＣＧは５山であり、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Ｃ_ＡＣＧと発電優先順位Ｎ_ＰＲとの比較にのみ用いられるのでＥＣＵ３０の演算負荷を小さくできる。

本発明の発電制御装置１において、回転変動の抑制を優先して発電を実施したときに、駆動系負荷ＬＤ６０等によるバッテリ４０の消費が少ない場合、過充電となる虞がある。
そこで、図５を参照して、本発明の発電制御装置１において、回転変動の抑制を図りつつ、バッテリ４０の過充電を抑制すべく適用される、目標偏差Ｅ_ＡＣＧの補正方法について説明する。
上述したステップＳ１３０発電山数決定手段においては、目標偏差Ｅ_ＡＣＧから発電山数Ｃ_ＡＣＧの決定について基本となる制御方法を示したが、図５（ａ）にバッテリ電圧＋Ｂに応じた目標偏差の補正方法を示す。
ステップＳ１３１のバッテリ電圧判定手段においては、バッテリ電圧検出手段７２によって検出されたバッテリ電圧＋Ｂと電圧閾値Ｖｒｅｆ（例えば、１４Ｖ）とが比較され、バッテリ電圧＋Ｂが電圧閾値Ｖｒｅｆよりも低い場合には、Ｙｅｓに進み、目標偏差Ｅ_ＡＣＧを補正することなく、ステップＳ１３２の標準発電山数決定手段において、上述したステップＳ１３０発電山数決定手段と同様の方法により目標偏差Ｅ_ＡＣＧに応じた発電山数Ｃ_ＡＣＧが決定される。
ステップＳ１３１のバッテリ電圧判定手段において、バッテリ電圧＋Ｂが電圧閾値Ｖｒｅｆ以上である場合には、Ｎｏに進み、ステップ１３３の目標偏差補正手段によって、目標偏差Ｅ_ＡＣＧが補正される。
このとき、後述する充電可否判定手段（Ｓ２００〜Ｓ２４０）によって、バッテリ４０の充電が不可と判定されており、充電地絡手段（第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２）によって、充電電圧は接地側に地絡され、ＡＣＧ１０に発生する発電トルクＴＱ_ＧＥは、図５（ｃ）に示すように、充電を実施している場合の閉時発電トルクＴ_ＣＬＳよりも低く、発電を停止している場合の開時発電トルクＴ_ＯＰＮよりも高い地絡時発電トルクＴ_ＳＲＴとなっている。
このため、目標偏差Ｅ_ＡＣＧが見かけ上大きくなるように補正する。
このときの補正項Ｋ_ＴＱは、バッテリ電圧＋Ｂ測定時（例えば、本図に示すように４０００ｒｐｍ）における閉時発電トルクＴ_ＣＬＳと開時発電トルクＴ_ＯＰＮとの偏差τ_Ｏと、短絡時発電トルクＴ_ＳＲＴと開時発電トルクＴ_ＯＰＮとの偏差τ_Ｓとの比τ_Ｏ／τ_Ｓによって算出され、図５（ｂ）に例示すような値が用いられる。
ステップＳ１３４の補正後発電山数決定手段において、上述したステップＳ１３０発電山数決定手段と同様の方法によりステップＳ１３３の目標偏差補正手段において、補正された目標偏差Ｅ_ＡＣＧに応じた発電山数Ｃ_ＡＣＧが決定される。

図６を参照して、本発明の発電制御装置１に充電可否判定手段（Ｓ２００〜Ｓ２４０）として用いられる発電時の過充電を抑制する方法について説明する。
ステップＳ２００の発電制御実施状態判定手段では、回転変動を抑制すべく発電制御が実施されているか否かが判定される。回転変動を抑制するための発電制御が実施されている場合には、Ｙｅｓに進む。回転変動抑制のための発電制御が実施されていない場合にはＮｏに進む。
ステップＳ２１０の発電状態判定手段では、燃焼サイクルにおいて実際に発電が実施されているか否か判定され、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が閉じられ、発電ＯＮとなっている場合には、Ｙｅｓに進む。発電トルクＴＱ_ＧＥを低くするため、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が開かれ、発電ＯＦＦとなっている場合には、Ｎｏに進む。
ステップＳ２２０の発電制御時バッテリ電圧判定手段では、バッテリ電圧＋Ｂが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ（例えば、１４Ｖ）以上であるか否かが判定される。バッテリ電圧＋Ｂが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ以上である場合には、Ｙｅｓに進み、バッテリ電圧＋Ｂが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆより低い場合には、Ｎｏに進む。
ステップＳ２３０の充電停止手段では、第２の駆動トリガＴ_２が発信され（Ｔ_２＝１）、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２が閉じられ、充電電圧が地絡され、バッテリ４０の過剰充電が回避される。
ステップＳ２４０の充電許可手段では、第２の駆動トリガＴ_２が停止し（Ｔ_２＝０）、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２が開かれる。このとき、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が閉じられ、ＡＣＧ１０が発電していれば、充電電圧がバッテリ４０に印加される。

図７を参照して、本発明の効果について説明する。
第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が開かれＡＣＧ１０の発電が停止されている場合には、クランク軸８３１に作用するのは、負側の発電電流によって発生する開示発電トルクＴ_ＯＰＮ（平均τ_Ｏ）となり、例えばエンジンの回転数ＮＥが２０００ｒｐｍにおける、燃焼サイクル中の瞬間回転速度Ｖ_ＲＴは、図７に一点破線で示す発電を停止した状態となっている。
第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が閉じられ、かつ、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２が閉じられた状態では、開時発電トルクＴ_ＯＰＮよりもτ_Ｓだけ大きい短絡時発電トルクＴ_ＳＲＴとなり、図７に点線で示した回転速度Ｖ_ＲＴとなる。
第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１が閉じられ、かつ、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２が開かれた状態では、開時発電トルクＴ_ＯＰＮよりもτ_Ｃだけ大きい閉時発電トルクＴ_ＣＬＳとなり、図７に実線で示した回転速度Ｖ_ＲＴとなる。これに応じて、サイクル平均回転速度Ｖ_ＲＴＡも変化する。
したがって、図４に示した発電の実施と停止とによる回転変動の抑制効果に加えて、充電の実施と停止とによる制動トルクの増減を回転変動の抑制に利用できる。

図８を参照して、本発明の第２の実施形態における発電制御装置１ａの概要について説明する。
上記実施形態においては、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２の開閉を、ＥＣＵ３０から発信される第２の駆動トリガＴ_２によって制御する例を示したが、本実施形態では、ＥＣＵ３０ａからは、第１のスイッチ手段ＳＣＲ_１の開閉を制御する第１の駆動トリガＴ_１のみを発信し、バッテリ制御ユニットＢＣＵ２３ａに入力されたバッテリ電圧＋Ｂと一定電圧に調整した電圧閾値Ｖｒｅｆとの比較により、第２のスイッチ手段ＳＣＲ_２ａを開閉する第２の駆動トリガＴ_２ａを出力するアナログロジック回路を設けた構成としている。
本実施形態においても、発電トルクによって回転変動を抑制するための基本となる発電制御方法は、図３に示した、第１の実施形態における発電制御方法と同様であり、過充電の抑制をアナログロジックによって実施している点が相違する。
このような構成によっても、発電トルクを利用して回転変動を抑制しつつ、過充電を抑制し、安定した電源電圧を維持することができる。

さらに、上記実施形態においては、バッテリ電圧＋Ｂから充電の可否を判定して、発電時の充電電圧をバッテリ４０に送るか地絡させるかを判定したが、ＡＣＧ１０に発生する発電トルクＴＱ_ＧＥは、図５（ｃ）に示したように、発電を実施していない開時発電トルクＴ_ＯＰＮと、発電を実施し、かつ、バッテリ４０の充電を行わない短絡時発電トルクＴ_ＳＲＴと、発電を実施し、かつ、バッテリ４０の充電を行う閉時発電トルクＴ_ＣＬＳとの３種の値となる。
したがって、バッテリ電圧＋Ｂが所定の電圧閾値Ｖｒｅｆ以下であっても、負荷６０〜６２の駆動に十分なバッテリ容量が確保されている場合には、開時発電トルクＴ_ＯＰＮと短絡時発電トルクＴ_ＳＲＴとう閉時発電トルクＴ_ＣＬＳとの３種の発電トルクＴＱ_ＧＥを選択する発電トルク選択手段を設けて、発電トルクＴＱ_ＧＥの使い分けによってより細かく回転変動を抑制するように利用する構成としても良い。

なお、上記実施形態においては、界磁として永久磁石を用いた永久磁石型同期式発電機を具備する例について説明したが、本発明の発電制御装置は、励磁式発電機を用いた発電制御装置に転用することもできる。
また、上記実施形態においては、発電の実施と停止との切り換えに単層式半波整流回路（ＲＥＧ２０）を用いた例を示したが、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、発電電圧の開閉と地絡とを選択的に実施して、整流できるものであれば、半波整流に限らず、全波整流を行うものでも良い。
さらに、上記実施形態においては、単相型の発電機（ＡＣＧ１０）を用いた例を示したが、本発明は、三相型の発電機にも採用できるものである。

１ 発電制御装置
１０ 発電機（ＡＣＧ）
２０ 発電制御装置（ＲＥＧ）
３０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
４０ バッテリ
５０ ランプ系負荷
６０ 燃料噴射装置
７０ センサ類（運転状況検出手段）
７１ クランク角センサ（クランク角検出手段）
７２ バッテリ電圧検出手段
８０ 内燃機関
８００ 燃焼室
８１ シリンダヘッド
８１０ 吸気筒
８１１ 吸気バルブ
８２０ 排気筒
８２１ 排気バルブ
８２ シリンダ
８３ ピストン
８３１ クランク軸
ＣＡ クランク角
ＣＡ_Ｓ 所定クランク角
Ｃ_ＡＣＧ 発電山数
Ｎ_ＰＲ 発電優先順位
ＮＮＵＭ 行程番号
Ｖ_ＲＴ 回転速度
Ｖ_ＴＲＧ 目標回転速度
Ｅ_ＡＣＧ 目標偏差
Ｉ_ＧＥ 発電電流
ＴＱ_ＧＥ 発電トルク
＋Ｂ バッテリ電圧
ＳＣＲ_１ 第１のスイッチ手段（発電実行切換手段）
ＳＣＲ_２ 第２のスイッチ手段（充電実行切換手段、充電電圧地絡手段）
Ｔ_１ 第１の駆動トリガ
Ｔ_２ 第２の駆動トリガ
ＧＣＵ 発電制御ユニット（発電実行切換手段）
ＢＣＵ バッテリ電圧制御ユニット（充電実行切換手段）
Ｔ_ＯＰＮ 開放時発電トルク
Ｔ_ＳＲＴ 短絡時発電トルク
Ｔ_ＣＬＳ 閉鎖時発電トルク
Ｓ１００〜Ｓ１７０ 発電要否判定手段
Ｓ１１０ 発電制御方法決定時期判定手段
Ｓ１２０ 制御用回転速度算出手段
Ｓ１３０ 発電山数決定手段
Ｓ１４０ 優先順位判定手段
Ｓ１５０ 発電許可手段
Ｓ１６０ 発電停止手段
Ｓ１３１ バッテリ電圧判定手段
Ｓ１３２ 標準発電山数決定手段
Ｓ１３２ 目標偏差補正手段
Ｓ１３３ 補正後発電山数決定手段
Ｓ２００〜Ｓ２４０ 充電可否判定手段
Ｓ２００ 発電制御実施状態判定手段
Ｓ２１０ 発電状態判定手段
Ｓ２２０ 発電制御時バッテリ電圧判定手段
Ｓ２３０ 充電停止手段
Ｓ２４０ 充電許可手段
Ｖｒｅｆ 電圧閾値

特開２００６−１２９６８０号公報

Claims (7)

1. 内燃機関（８０）のクランク軸（８３１）に連結されて駆動される発電機(１０)によってバッテリ(４０)を充電すると共に、上記発電機の発電を制御して上記発電機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（１）において、
   上記クランク軸のクランク角(ＣＡ)を検出するクランク角検出手段(７１)と、
   該クランク角検出手段によって検出した所定のクランク角(ＣＡｓ)における上記クランク軸の回転速度(Ｖ _ＲＴ )から、上記発電機の発電の要否を判定する発電要否判定手段（Ｓ１００〜Ｓ１７０）と、
   該発電要否判定手段の判定結果にしたがって上記発電機の発電の実行と停止とを切り換える発電実行切換手段（ＧＣＵ、ＳＣＲ _１ ）と、
   上記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段(７２)と、
   該バッテリ電圧検出手段によって検出したバッテリ電圧(+Ｂ)と所定の電圧閾値（Ｖｒｅｆ）との比較によって、上記発電機から上記バッテリの充電の可否を判定する充電可否判定手段(Ｓ２００〜Ｓ２４０)と、
   該充電可否判定手段の判定結果にしたがって上記発電機から上記バッテリへの充電の実行と停止とを切り換える充電実行切換手段(ＢＣＵ、ＳＣＲ _２ )とを具備し、
   上記内燃機関の１サイクルの燃焼行程中において上記発電機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の正側の電流ピークを発電山とし、
   上記発電機の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の周期の数を発電山数(Ｃ _ＡＣＧ )としたとき、
   上記発電要否判定手段が、上記所定のクランク角(ＣＡｓ)における回転速度(Ｖ _ＲＴ )と上記内燃機関の運転状況に応じて設定される目標回転速度（Ｖ _ＴＲＧ ）とから算出される目標偏差(Ｅ _ＡＣＧ )にしたがって上記発電機の発電山数を決定する発電山数決定手段（Ｓ１３０）を具備し、
   上記内燃機関の１サイクル中に発生する上記発電機の発電山の周期に対して上記クランク角に応じて優先順位(Ｎ _ＰＲ )を設け、該優先順位と上記発電山数決定手段とに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ことを特徴とする発電制御装置（１、１ａ）。
2. 上記充電実行切換手段は、上記充電可否判定手段によって充電不可と判定された場合には、上記発電機から上記バッテリへの充電経路を接地側に地絡させる充電電圧地絡手段を具備する請求項１に記載の発電制御装置。
3. 上記発電実行切換手段によって発電が停止された場合に上記内燃機関に作用する開時発電トルクと、
   上記発電実行切換手段によって発電が実施され、かつ、上記充電実行切換手段によって上記バッテリの充電が実施された場合に上記内燃機関に作用する閉時発電トルクと、
   上記発電実行切換手段によって発電が実施され、かつ、上記充電実行切換手段によって上記バッテリの充電が地絡された場合に上記内燃機関に作用する地絡時発電トルクと、を選択する発電トルク選択手段を具備する請求項１又は２に記載の発電制御装置。
4. 上記発電山数決定手段は、上記バッテリ電圧が上記電圧閾値よりも低い場合には、上記目標偏差を補正せず、上記バッテリ電圧が上記電圧閾値以上である場合には、上記目標偏差を補正する目標偏差補正手段を具備する請求項１ないし３のいずれかに記載の発電制御装置。
5. 上記目標偏差補正手段は、上記充電電圧地絡手段によって、充電電圧を接地側に地絡させた場合には、
   バッテリ電圧測定時における閉時発電トルクＴ _ＣＬＳ と開時発電トルクＴ _ＯＰＮ との偏差τ _Ｏ と、短絡時発電トルクＴ _ＳＲＴ と開時発電トルクＴ _ＯＰＮ との偏差τ _Ｓ との比τ _Ｏ ／τ _Ｓ によって算出した補正項Ｋ _ＴＱ を用いて上記目標偏差が見かけ上大きくなるように補正する請求項４に記載の発電制御装置。
6. 上記発電実行切換手段として上記発電機から上記バッテリへの充電経路を開閉する第１のスイッチ手段と、
   上記充電電圧地絡手段として第２のスイッチ手段と、を具備する請求項３ないし５のいずれかに記載の発電制御装置。
7. 上記内燃機関の運転を制御する電子制御装置を具備し、
   該電子制御装置は、
   上記発電要否判定手段の判定結果にしたがって上記第１のスイッチ手段を開閉駆動すべく第１の駆動トリガを発信し、
   上記充電可否判定手段の判定結果にしたがって上記第２のスイッチ手段を開閉駆動すべく第２の駆動トリガを発信する請求項６に記載の発電制御装置。