JP5868075B2 - 発電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ等の発電機を駆動し発電を行う発電機の制御装置に関する。

従来、エンジン回転が低下したときに、ストールを回避するために発電機であるオルタネータの発電をカットさせる制御がある（例えば、特許文献１参照）。当該制御は、エンジン回転が所定以下になったことを検出して、オルタネータの発電をカットさせているものである。ここで、手動変速機を搭載した所謂ＭＴ車の場合、運転者のクラッチ操作による回転低下で発電が頻繁にカットされると、十分な発電量が得られないので好ましくない。そのためＭＴ車では、本制御ができないことにより、エンジンの不調による回転低下といった運転者の操作以外での回転低下時に発電をカットできないため、手動変速機を搭載していない他の車両に比べて耐ストール性を十分に向上させることができていないのが現状である。

特開昭５９−１０３９３５号公報

本発明は、上述したような点に着目したものであり、発電機による発電量を十分に確保しつつ耐ストール性にも優れた発電機の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る発電機の制御装置は、手動変速機を備えた車両に搭載されエンジン回転を伝達することにより発電機を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数を検出し、運転者の操作によるエンジン回転数の低下を検出するとともに検出されたエンジン回転数が所定のエンジン回転数以下であるか否かを判定するものであり、運転者の操作によるエンジン回転数の低下が検出されず且つ検出されたエンジン回転数が所定の回転数以下と判定された場合に、前記発電機の発電量を減じるものである。

このようなものであれば、手動変速機を備えた車両において、運転者の操作によるエンジン回転数の低下か否かを判定することにより運転者の操作によるエンジン回転数の低下でない場合は、エンジンの不調によるエンジン回転数の低下と判断することができる。つまり、運転者の意思によるものでは発電機の発電量制御を行わず発電し続けることにより、発電機による発電量を十分確保し、ひいては他の運転領域での発電量の低減に繋がることから、有効に燃費を向上させることができる。他方、エンジンの不調による回転数低下の場合は発電機の発電量を減らすようにしているため、エンジンの耐ストール性の向上にも資する。

そして、機構部品や電子回路等をなんら追加せずに運転者の操作による回転数の減少を高い精度で検出するために本発明は、運転者の操作によるエンジン回転数の低下の検出が、点火毎の回転数の変動量である回転変動量を算出するか所定点火回数の前記回転変動量の平均を算出し、算出された前記変動量又は前記変動量の平均が所定量を超えない場合、運転者の操作によるエンジン回転数の低下と判定するようにすることを特徴とする。

本発明によれば、発電機による発電量を十分確保し、ひいては他の運転領域での発電量の低減に繋がることから、有効に燃費を向上させることができるとともに、エンジンの不調による回転数低下の場合は発電機の発電量を減らすようにしているため、エンジンの耐ストール性を向上させることができる。

本発明の一実施形態のハードウェア資源構成を示す図。 同実施形態に係るハードウェア資源構成を示す別の図。 同実施形態におけるオルタネータの制御装置を示す回路図。 エンジン回転数の変動量とオルタネータの制御を開始する回転数との関係を示したグラフ。 エンジン回転数の平均変動量とオルタネータの制御を開始する回転数との関係を示したグラフ。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、例えば図２に模式的に示すような手動変速機ＭＴを備えた自動車に搭載される例えば３気筒のものである。エンジン１００の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。シリンダ２上部に形成される燃焼室２１の天井部には点火プラグ８を、吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には燃料噴射弁３を、それぞれ設けている。

エンジン１００の排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、かつ排気ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサ５３を、下流にリアＯ₂センサ５４を、それぞれ設けている。これらＯ₂センサ５３、５４は、排気ガスに接触して反応することにより、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）装置６を介して接続する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通するＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素とする。

エンジン１００の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェース４３には、吸気負圧を検出する圧力センサ７１から出力される吸気負圧信号ａ、エンジン１００の回転数を検出する回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、冷却水温を検出する水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、燃焼圧の変化によりノッキングの状態を検出するノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅ、吸気カムシャフト９１の端部にあるタイミングセンサ９３から出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カムシャフト９２の端部にあるタイミングセンサ９４から２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサ５３から出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ５４から出力される下流側空燃比信号ｊ、そして図２でも示すような、手動変速機ＭＴにおける変速時に踏み込み操作されるクラッチペダルＣＰの状態を検出するクラッチセンサ７７から出力されるクラッチ信号ｋ等が入力される。

出力インタフェース４４からは、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してバルブ開度信号ｏ、そして図３に示すオルタネータに対してはオルタネータ制御信号ｑ等を出力する。

中央演算装置４１は、予め記憶装置４２に格納されているプログラムを解釈、実行し、エンジン１００の燃焼噴射制御、ＥＧＲ制御等を実行する。即ち、エンジン１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量すなわち吸入空気量、点火時期、ＥＧＲバルブ６２の開度、オルタネータ１１０による発電の有無等を算出して、制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｑを出力インタフェース４４を介して印加する。

発電システムに関して述べる。発電システムは、オルタネータ１１０と、このオルタネータ１１０をベルト及びプーリを要素としてエンジン１００のクランク軸に接続させる図示しない巻掛伝動機構とを具備しており、クランク軸の回転に従動して回転し発電する。図３に発電システムの等価回路を示す。オルタネータ１１０は、ステータに巻回されたステータコイル１１１と、ステータの内側に配置され回転するロータに巻回されたフィールドコイル１１２とを有する。ステータコイル１１１は三相コイルであり、三相交流の誘起電流を発電する。この誘起電流は、整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。

オルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさを制御するレギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式のもので、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）を用いた切替回路１３１を介してフィールドコイル１１２に通電する。そして、パワーデバイスのスイッチ動作により、フィールドコイル１１２への通電をＯＮ／ＯＦＦする。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイル１１１に誘起される電圧は、フィールドコイル１１２を流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比（ｆＤＵＴＹ）に比例して大きくなる。またオルタネータ１１０による発電を行なうか否かは、スイッチ１３３のＯＮ／ＯＦＦにより切り替える。本実施形態では、オルタネータ１１０が制御部たるＥＣＵ４からオルタネータ制御信号ｑを受け付けると、スイッチ１３３のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるか或いは、レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２がオルタネータ１１０の出力電圧を指令し、その指令された出力電圧を実現するよう所謂ＤＵＴＹ制御を行うようにしている。

広汎に普及している車両用オルタネータ１１０のレギュレータ１３０では、オルタネータ１１０の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ４は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｑを入力する。

オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０の電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電される。つまり、オルタネータ１１０がクランク軸の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をし、バッテリ１２０に電力を供給する。バッテリ１２０への充電量は、オルタネータ１１０の出力電圧とバッテリ１２０電圧との電位差に依存する。逆に、オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０電圧に満たないか、バッテリ１２０電圧に近いときには、バッテリ１２０が充電されずオルタネータ１１０が仕事をしない、またはオルタネータ１１０がする仕事が小さくなる。要するに、ＥＣＵ４からレギュレータ１３０にＨＩ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の負荷が増し、ＬＯ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の負荷が減る。そしてさらにスイッチ１３３をＯＦＦとすると、エンジン回転に対するオルタネータの負荷は最も減ることになる。

しかして本実施形態に係る発電機たるオルタネータ１１０の制御装置であるＥＣＵ４は、エンジン回転数を検出し、運転者の操作によるエンジン回転数の低下を検出するとともに検出されたエンジン回転数が所定のエンジン回転数以下であるか否かを判定するものであり、運転者の操作によるエンジン回転数の低下が検出されず且つ検出されたエンジン回転数が所定の回転数以下と判定された場合に、前記オルタネータ１１０の発電量を減じるようにしている。

以下、ＥＣＵ４が運転者の操作以外のエンジン回転数の低下を検出してからオルタネータ１１０の発電量を減じる態様について説明する。

本実施形態では、エンジン回転数の低下が運転者の操作によるものか否かを決めるために、回転数センサ７２から出力され入力インタフェース４３を介して取得される回転数信号ｂにより、点火毎のエンジン回転数を所得する。そして取得されたエンジン回転数から、点火毎の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗ及び３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇを算出する。

点火毎の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗは、直近の点火時のエンジン回転数から、その前回の点火時のエンジン回転数の差の値である。

また３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇとは、直近４回の点火時に得られた３つの変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗの平均値である。

しかして本実施形態では、算出した点火毎の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗ又は３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇから、オルタネータ１１０の発電量を減じるためのエンジン回転数の閾値であるオルタネータ制御回転数を、図４及び図５に示すように決定しているとともに、運転者の操作によるエンジン回転数の低下を検出している。

図４は、点火毎の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗとオルタネータ制御回転数との相関を示すグラフである。本実施形態では変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗが０ｒｐｍである全くエンジン回転数が変動しない状態から、所定の値を示す図示右側の領域を通常域と設定している。この通常域は、通常の運転者の操作において起こるエンジン回転数の変動の範囲を含むように設定された、例えば経験的に得られた所定の値である。すなわち変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗがこの通常域に有る場合にエンジン回転数の低下が起こっても、当該エンジン回転数の低下は運転者の操作によるものであると判定する。この通常域ではオルタネータ制御回転数を設定しないか或いはオルタネータ制御回転数を０ｒｐｍに近い極めて低い値に設定している。そして変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗがこの通常域を超える場合には、図示の通り変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗが増すにつれ、オルタネータ制御回転数が通常域よりも高い値から、漸次高い値へと増すように設定される。

図５は、３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇとオルタネータ制御回転数との相関を示すグラフである。本実施形態では３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇが０ｒｐｍである全くエンジン回転数が変動しない状態から、所定の値を示す図示右側の領域を操作域と設定している。この操作域は、通常の運転者の操作において起こるエンジン回転数の変動の範囲を含むように設定された、例えば経験的に得られた所定の値である。すなわち３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇがこの操作域に有る場合にエンジン回転数の低下が起こっても、当該エンジン回転数の低下は運転者の操作によるものであると判定する。この操作域ではオルタネータ制御回転数を設定しないか或いはオルタネータ制御回転数を０ｒｐｍに近い極めて低い値に設定している。そして３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇがこの操作域を超える場合には、図示の通り３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇが増すにつれ、オルタネータ制御回転数が操作域の値から、漸次高い値へと増すように設定される。

すなわち本実施形態では、エンジン回転数の変動が所定の範囲内で有ればその範囲内で起こるエンジン回転数の低下は運転者の操作によるエンジン回転数の低下と検出するようにしている。他方エンジン回転数の変動が所定の範囲を超える場合は特定の気筒のエンジン回転数の低下、若しくはエンジン全体の急激なエンジン回転数の低下であり、これらは手動変速機ＭＴの操作によるエンジン回転数の低下よりも大きい変動を示すものであるので、運転者の操作によるエンジン回転数の低下として検出しないようにしている。そしてエンジン回転数の変動が所定の範囲を超えて大きくなるほど、高いエンジン回転数で発電量を減じるためのオルタネータ１１０の制御が実行される。換言すれば、そしてエンジン回転数の変動が所定の範囲を超えて大きくなるほど、オルタネータ１１０の制御が実行されるエンジン回転数の低下の幅は小さくなる。

そしてオルタネータ１１０の発電量を減じるための制御は上述したとおり、ＥＣＵ４からの信号ｑによってレギュレータ１３０にＨＩ電位を指令する状態からＬＯ電位を指令するか、スイッチ１３３をＯＦＦとするように指令する。または、ＥＣＵ４からの信号ｑによってレギュレータ１３０にＨＩ電位を指令する状態若しくはレギュレータ１３０にＬＯ電位を指令する状態からスイッチ１３３をＯＦＦとするように指令する。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る発電機つまりオルタネータ１１０の制御装置たるＥＣＵ４は、運転者の操作によるエンジン回転数の低下か否かを正確に判定できることにより、運転者の意思によるエンジン回転数の低下ではオルタネータ１１０の発電量制御を行わず発電し続ける。その結果発電量を十分確保し、ひいては他の運転領域での発電量の低減に繋がるので、有効に燃費を向上させたものとなっている。他方エンジン１００の不調による回転数低下の場合はオルタネータ１１０の発電量を減らすようにしているため、エンジン１００の耐ストール性も有効に向上させている。

そして、機構部品や電子回路等をなんら追加せずに運転者の操作による回転数の減少を高い精度で検出すべく本実施形態では、運転者の操作によるエンジン回転数の低下の検出が、点火毎の回転数の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗを算出するか所定点火回数の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗの平均である平均変動量ｄｎｅ３ｉｇを算出し、算出された変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗ又は平均変動量ｄｎｅ３ｉｇが所定量を超えない場合、運転者の操作によるエンジン回転数の低下と判定するようにしている。

＜変形例＞
続いて、本発明には属さない変形例について説明する。本変形例については上記実施形態の構成をそのまま適用するため、上記実施形態の構成要素に対しては同じ符号を付すとともに詳細な説明を省略する。

上記実施形態では点火毎の変動量ｄｎｅｉｇｎｅｗや３点火の平均変動量ｄｎｅ３ｉｇを算出するとともにこれらの値から通常域、操作域を設定し、運転者の操作による回転数の低下を検出したが、本発明は当該態様に限られない。

すなわち本変形例として、手動変速機ＭＴにおける変速時に踏み込み操作されるクラッチペダルＣＰの状態を検出するクラッチセンサ７７から出力されるクラッチ信号ｋを参照することにより、クラッチペダルＣＰの踏み込み動作が解除された際に起こったエンジン回転数の低下を、運転者の操作によるエンジン回転数の低下とみなす態様を挙げることができる。

このようなものであっても、手動変速機ＭＴを搭載した車両において最も頻繁に起こる運転者の操作によるエンジン回転数の低下を、なんら格別の機構部品等を追加することなく正確に現出することができる。

以上、本発明の実施形態及び本発明には属さない変形例について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。

例えば、上記実施形態では３気筒の内燃機関であるエンジンを用いた態様を開示したが、勿論、４気筒や６気筒のエンジンに適用したものであってもよい。また変動量の平均を算出する為のサンプル数や発電量を減じるための具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

また本発明には属さないものの、上記実施形態で行なった態様は手動変速機を有さない車両に対しても適用することができる。つまり、エンジン異常時のフェイルセーフとして有効である。

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。

本発明は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ等の発電機を駆動し発電を行う発電機の制御装置として利用することができる。

１００…エンジン
１１０…発電機（オルタネータ）
ＭＴ…手動変速機

Claims (1)

1. 手動変速機を備えた車両に搭載されエンジンの回転を伝達することにより発電機を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、
   エンジン回転数を検出し、運転者の操作によるエンジン回転数の低下を検出するとともに検出されたエンジン回転数が所定のエンジン回転数以下であるか否かを判定するものであり、
   運転者の操作によるエンジン回転数の低下の検出を、
   点火毎の回転数の変動量を算出するか所定点火回数の前記変動量の平均を算出し、算出された前記変動量が所定量を超えない場合、運転者の操作によるエンジン回転数の低下と判定するものとし、
   運転者の操作によるエンジン回転数の低下が検出されず且つ検出されたエンジン回転数が所定の回転数以下と判定された場合に、前記発電機の発電量を減じることを特徴とする発電機の制御装置。

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