JP5637742B2 - 内燃機関の発電機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載される内燃機関に取り付けられた発電機の制御方法に関するものである。

従来、この種の内燃機関は、車両に搭載されるバッテリを充電するとともに、電装品の電源として機能する発電機（以下、オルタネータと称する）を備えている。オルタネータは、ベルトによりクランク軸の回転力が伝達されて発電する。

ところで、内燃機関において、アイドル運転時などの低回転運転時においては、ピストンの移動方向により、つまり各行程によりクランク軸におけるトルクが変動する。このようなトルクの変動に合わせて、オルタネータの発電を制御して、内燃機関の回転を円滑にする試みが知られている（例えば特許文献１）。具体的には、膨張行程を含む区間においてオルタネータを作動させて発電させ、トルクが増加する場合にオルタネータの発生する逆トルク、つまり内燃機関のトルクを相殺するように作用するトルクにより、内燃機関のトルクを膨張行程以外との間で均衡を図るものである。

このようなオルタネータの発電制御において、膨張行程に対応させてオルタネータを作動させるが、車両が走行してバッテリが満充電状態になっていると、それに合わせてオルタネータの発電量を少なくするものとなる。このように、オルタネータの発電量を少なくすると、内燃機関に対してオルタネータが負荷にはならず、言い換えれば、オルタネータで発生させる逆トルクが内燃機関の膨張行程の、他の行程より高いトルクを抑制することができなくなる。そのため、内燃機関の回転変動を抑制することが困難になる。

２００９‐８９４６６号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、発電機の内燃機関に対する負荷を増大することができるようにして、内燃機関のトルク変動の抑制を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の発電機の制御方法は、内燃機関が発電機を備え、発電機は車両に搭載される蓄電池に対して電力を供給し、内燃機関が所定回転数未満の機関回転数で運転されている際に、機関出力トルクの変動を吸収するタイミングで発電機に発電をさせて発電機が発電した電力により蓄電池を充電する内燃機関の発電機の制御方法であって、機関回転数を検出し、検出した機関回転数が所定回転数を上回ることを判定した場合に、蓄電池の充電容量が発電機が発電した電力を充電できる未充電容量となるように設定された所定値を超える時点で、発電機の発電を完全に停止するか、もしくは発電機を低電圧で発電し、蓄電池の充電量が所定値を下回らないように、蓄電池の放電を抑制するために発電機の発電電圧を制御して発電を継続することにより、蓄電池の充電容量を所定値までしか充電しないようにするとともに、検出した機関回転数が所定回転数未満であることを判定した場合に、蓄電池の充電容量が略満充電量である上限充電量以上となった場合は発電機の発電を停止することにより充電を停止することを特徴とする。

このような構成によれば、所定回転数を上回る機関回転数で内燃機関を運転する場合に、蓄電池の充電容量が所定値を超える時点までしか充電しない。このため、蓄電池には、未充電容量が確保される。内燃機関を所定回転数未満の回転数で運転する場合に、未充電容量が確保されているため、発電機の負荷を増大させることが可能になる。しかも、所定回転数以上で運転しているときに、バッテリを満充電になるまで充電しないので、充電に要する燃料消費を低減することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、内燃機関を所定回転数未満の回転数で運転する場合に、発電機の負荷を増大させることができ、内燃機関のトルク変動を吸収することができ、しかも、所定回転数以上で運転している時に、充電に要する燃料消費を低減することができる。

本発明の実施形態の全体構成を示すブロック図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態のエンジン１は例えば、車両に搭載される二気筒の火花点火式のもので、第一気筒と第二気筒との行程が３６０°離れた等間隔爆発型式のものである。このエンジン１は三相交流発電機であるＩＣレギュレータ付オルタネータ２を備えている。エンジン自体は、二気筒のものに限定されるものではなく、この分野で広く知られている各種のものを適用することができる。

オルタネータ２は、プーリ３及びベルト４を介して、エンジン１から駆動力を得て発電する。オルタネータ２は、発電した三相交流を一体的に取り付けられているＩＣレギュレータ（図示しない）により直流に整流して、車両に搭載される蓄電池（以下、バッテリと称する）５の充電器及び電子制御装置６と電装品７との電源として機能する。このような構成のオルタネータ４は、この分野で広く知られているものを使用するものであってよい。

具体的には、オルタネータ４は、ロータコイル（フィールドコイル）とステータコイルとを備え、ロータコイルに供給する電流をＩＣレギュレータにより制御して、ステータコイルに発生する交流の発電量を制御する構成である。ＩＣレギュレータは、エンジン１の運転状態を制御する電子制御装置６により制御される。オルタネータ４は、ロータコイルへの通電を制御することにより、高電圧、その高電圧よりも低く満充電時のほぼバッテリ端子電圧に等しい低電圧、及び０ボルトの三種類の電圧で発電することができる。

電子制御装置６は、中央演算装置と記憶装置と入力インターフェースと出力インターフェースとを具備してなるコンピュータシステムを主体に構成されるもので、エンジン１の運転状態を把握するために、各種のセンサから送られてくる出力信号に基づいて、エンジン１の運転状態を制御する。これらのセンサとしては、具体的には、クランク軸の回転数したがってエンジン１の回転数を検出する回転数センサ、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ、カム軸に取り付けられてクランク角度信号及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ等が挙げられる。又、バッテリ５の充電状態を検知するために、バッテリ５の端子間の電圧を検出するための電圧検出手段（電圧計）及びバッテリ５の放電電流を検出するための電流検出手段（電流計）が電子制御装置６に接続される。電子制御装置６は、電圧検出手段及び電流検出手段からの出力信号に基づいて、バッテリ５の充放電量を積算する。

この電子制御装置６は、エンジン１が所定回転数未満のエンジン回転数で運転されている際に、エンジン出力トルクの変動を吸収するタイミングでオルタネータ２に発電をさせるようにオルタネータ２を制御するもので、検出したエンジン回転数が所定回転数を上回ることを判定した場合に、バッテリ５の充電容量が所定値を超える時点で充電を停止するオルタネータ２の制御プログラムを内蔵している。オルタネータ２の制御手順を、図２を参照して説明する。なお、このオルタネータ２の制御プログラムは、エンジン１の運転中は所定の間隔で繰り返し実行するものである。

まず、ステップＳ１では、回転数センサから出力される出力信号に基づいてエンジン回転数を検出する。

ステップＳ２では、検出したエンジン回転数が所定回転数以上であるか否かを判定する。所定回転数は、エンジン１を運転している場合に、エンジン回転数の変動が生じる値に設定する。この実施形態のエンジン１にあっては、所定回転数は、無負荷の場合のアイドリング回転数より高い低回転数に設定している。ステップＳ２において、エンジン回転数が所定回転数以上であると判定した場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、バッテリ５の充電容量が所定値以上であるか否かを判定する。充電容量は例えば、バッテリ５の充放電量を積算して測定する。所定値は例えば、満充電量の７０パーセント程度に設定し、エンジン回転数が所定回転数未満の場合のトルク変動に対応して、オルタネータ２が発電した電力を充電できる未充電容量となるように設定する。ステップＳ３において、充電容量が所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、バッテリ５の充電を停止する。これに対して、ステップＳ２において、エンジン回転数が所定回転数未満であると判定した場合、及びステップＳ３において、充電容量が所定値未満であると判定した場合は、ステップＳ５において、バッテリ５を充電する。

このような構成において、エンジン１を始動すると、エンジン回転数が所定回転数に達しない状態ではステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ５を実行してバッテリ５を充電する。この場合、バッテリ５の充電状態の如何にかかわらず、オルタネータ２に対して、電子制御装置６は発電の指示を出力するものである。この場合、オルタネータ２が上記高電圧で発電を継続し、バッテリ５及び電装品７に供給される。

このようにしてエンジン回転数が所定回転数未満であるエンジン１の運転状態では、バッテリ５を充電するものであるが、この実施形態ではバッテリ５の充電状態に応じてオルタネータ２の発電量を制御している。具体的には、バッテリ５の充電量が設定された下限充電量（ほぼ、電装品７の電源として使用可能な残りの充電量）以下である場合は、オルタネータ２を常時発電させてバッテリ５を充電する。この後、充電量が、下限充電量を上回り、かつ設定された上限充電量（ほぼ満充電量）以下である状態に変化した、つまり下限充電量を上回ってバッテリ５が充電された場合は、高電圧での発電を断続する、言い換えれば高電圧での発電を間欠的に実行して、充電量を制御する。そして、充電量が上限充電量以上となった場合は、発電を停止し、電装品７への電力供給をバッテリ５からのみとする。このように、バッテリ５の充電状態によりオルタネータ２の発電制御を変更することにより、エンジン１に対する負荷のかかり方を制御して、回転変動を抑制するものである。

次に、加速などによりエンジン回転数が所定回転数以上になった場合には、ステップＳ３においてバッテリ５の充電状態を判定し、バッテリ５の充電容量が所定値に達していなければ、ステップＳ５を実行して所定値までバッテリ５を充電する。一方、ステップＳ３において、充電容量が所定値以上であると判定した場合は、ステップＳ４を実行してバッテリ５の充電を停止する。この場合、オルタネータ２の発電を完全に停止するか、もしくはオルタネータ２を低電圧で発電し、バッテリ５の充電量が所定値を下回らないように、バッテリ５の放電を抑制するためにオルタネータ２の発電電圧を制御して発電を継続する。つまり、バッテリ５の充電を停止することは、オルタネータ２の発電を停止することではない。

この場合、発電された電力は、電子制御装置６及び電装品７において消費されるものであるが、発電された電力が電子制御装置６及び電装品７の消費電力量に足らない場合は、不足分がバッテリ５から供給されるものとなる。したがって、バッテリ５の放電が生じた場合は、エンジン１の運転状態及びバッテリ５の充電状態に応じて、上述したようにオルタネータ２の発電を制御する。

このように、所定回転数以上にエンジン回転数が上昇し、バッテリ５の充電容量が所定値に達している場合に、バッテリの充電を停止するので、所定値から満充電量までの未充電容量が確保できる。この結果、エンジン１が所定回転数未満で運転される場合に、エンジン１に対するオルタネータ２の負荷が増大する。つまり、オルタネータ２がエンジン１に対して発生させる逆トルクが増大することができる。

このようにオルタネータ２を制御することにより、低回転数で回転しているエンジン１の回転数が上昇する際に、オルタネータ２が発生させる逆トルクがエンジン１に対してブレーキとして作用し、結果としてエンジン１のトルク変動の際のトルクを逆トルクが相殺することで、エンジン１のトルク変動を吸収する。したがって、エンジン１の回転変動を抑制することができ、ドライバビリティを向上させることができる。

また、所定回転数以上でエンジン１を運転している場合に、バッテリ５が満充電状態になるまでオルタネータ２を作動させないので、充電に要するエンジン１の出力が不要になるので、燃料消費を低減することができる。

なお、各気筒の膨張行程それぞれに合わせて変動するトルクに対応して、オルタネータ２を制御するものであってもよい。この場合、クランクセンサから出力されるクランク角度信号に基づいて角速度を演算し、得られた角速度に基づいてトルクの変動を検出し、トルクの変動が増加するタイミングに合わせて、オルタネータ２が発電し、かつトルクの変動が低下するタイミングに合わせてオルタネータ２の発電を停止するようにオルタネータ２を制御する。このように、各気筒の膨張行程などのトルクの変動に応じてオルタネータ２の発電状態を制御することにより、より円滑にエンジン１の回転変動を抑制することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、低速運転領域におけるトルク変動が顕在化しやすい二気筒ガソリンエンジンや小排気量の内燃機関に対するものが挙げられる。

１…エンジン
２…オルタネータ
５…バッテリ
６…電子制御装置
７…電装品

Claims (1)

1. 内燃機関が発電機を備え、発電機は車両に搭載される蓄電池に対して電力を供給し、内燃機関が所定回転数未満の機関回転数で運転されている際に、機関出力トルクの変動を吸収するタイミングで発電機に発電をさせて発電機が発電した電力により蓄電池を充電する内燃機関の発電機の制御方法であって、
   機関回転数を検出し、
   検出した機関回転数が所定回転数を上回ることを判定した場合に、蓄電池の充電容量が発電機が発電した電力を充電できる未充電容量となるように設定された所定値を超える時点で、発電機の発電を完全に停止するか、もしくは発電機を低電圧で発電し、蓄電池の充電量が所定値を下回らないように、蓄電池の放電を抑制するために発電機の発電電圧を制御して発電を継続することにより、蓄電池の充電容量を所定値までしか充電しないようにするとともに、
   検出した機関回転数が所定回転数未満であることを判定した場合に、蓄電池の充電容量が略満充電量である上限充電量以上となった場合は発電機の発電を停止することにより充電を停止する内燃機関の発電機の制御方法。

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