JP6422244B2

JP6422244B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6422244B2
Application number: JP2014128739A
Authority: JP
Inventors: 智紀谷内
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: JP2016010209A

Description

本発明は、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する発電機を制御する制御装置に関する。

一般に、内燃機関を搭載した車両においては、内燃機関の出力トルクの一部を発電機に供給して発電を行い、その発電した電力を車両の電装系に供給し、また車載のバッテリに充電している。

発電機に付随するＩＣレギュレータは、バッテリの端子電圧を指令された目標電圧に追従させるべく、発電機の出力を調整する（例えば、下記特許文献を参照）。具体的には、バッテリ電圧が目標電圧よりも低いときに発電機のフィールドコイルに通電して励磁し、逆にバッテリ電圧が目標電圧よりも高いときには同コイルへの通電を遮断して励磁を止める。発電機は、フィールドコイルに通電されている間発電を行い、フィールドコイルへの通電が遮断されている間は発電を停止する。目標電圧は、内燃機関及び発電機の制御を司るＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）から指令される。

さらに、ＥＣＵは、ＩＣレギュレータがフィールドコイルに通電するＯＮ時間と同コイルへの通電を遮断するＯＦＦ時間との割合である制御ＤＵＴＹ比（ｆＤＵＴＹ）、及び現在の発電機の回転数（エンジン回転数に比例する）等から、発電機の負荷トルクの大きさを推測して、その負荷分だけ内燃機関の出力を増大させる補正制御を行う。

電装系の要求する電力が大きく（例えば、ヘッドランプが点灯している等）、発電機による発電量が大きい状況下で、車速及び内燃機関の回転数を低下させる減速操作が行われると、内燃機関から放射されるエンジン音によってマスキングされていた発電機の磁気音（磁気騒音）が運転者を含む搭乗者に知覚されやすくなる。そして、その磁気音が搭乗者に違和感を与えることがあった。

磁気音が搭乗者に伝わることを抑制するべく、発電機の周囲に防音材を設置してもよいが、コストの増加を招く上、発電機の冷却性（放熱性）の妨げともなり得る。あるいは、発電機のポールコアやステータの電磁鋼板、巻線等の材料の選択を通じて磁気音を低減せしめることも考えられるが、やはりコストの増加や、発電機出力の低下といったデメリットがある。

特開２０１２−００２０６８号公報

本発明は、内燃機関の回転数が低下する減速時に発電機の磁気音が搭乗者に違和感を与える問題を緩和ないし解消することを所期の目的とする。

本発明では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する発電機を制御する制御装置であって、発電機のコイルに通電する励磁電流を操作することで発電機の出力を調整するものであり、車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量が０または０に近くなって内燃機関の回転数が低下する減速時に励磁電流の大きさを一時的に低下させ、前記減速時に一時的に低下させた励磁電流を、その後内燃機関の回転数が再び上昇するか否かを問わずに再び漸増させる制御装置を構成した。

本発明によれば、内燃機関の回転数が低下する減速時に発電機の磁気音が搭乗者に違和感を与える問題を緩和ないし解消することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。車両に実装された各種の電気負荷を制御するための電気回路を示す図。同実施形態における発電システムを示す回路図。内燃機関の減速時における発電機の出力電圧の制御の模様を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

車両に搭載されている発電システム及び電装系に関して述べる。発電機（オルタネータ、モータジェネレータまたはＩＳＧ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒｅｔｏｒ））１１０は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介して内燃機関のクランクシャフトに接続しており、クランクシャフトの回転に従動して回転し、発電した電力を車載バッテリ１２０に充電し、または車両に実装された各種の電気負荷に給電する。

電気負荷の具体例としては、エアコンディショナの送風用ブロワ、リアガラスの曇りを取るデフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯（ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプ、ウィンカ（ターンシグナルランプ）等）、内燃機関の冷却水を空冷するラジエータのファン、電動パワーステアリング装置等が挙げられる。

エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサは、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転駆動され、冷媒を圧縮する。図２に示すように、コンプレッサとクランクシャフトとの間には、断接切換可能なマグネットクラッチ６１が介在している。エアコンディショナを稼働するときには、マグネットクラッチ６１に車載のバッテリ１２０及び／または発電機１１０からの電流を通電し、マグネットクラッチ６１を締結する。逆に、エアコンディショナを稼働しないときには、マグネットクラッチ６１に通電せず、クラッチ６１を切断する。マグネットクラッチ６１への通電及びその遮断は、リレースイッチ６２のＯＮ／ＯＦＦによって行う。

送風用ブロワを回転駆動するモータ６３や、デフォッガとしてリアガラスに敷設された電熱線ヒータ６５は、バッテリ１２０及び／または発電機１１０から電力供給を受けて作動する。モータ６３やヒータ６５への通電及びその遮断は、リレースイッチ６４のＯＮ／ＯＦＦ、または半導体スイッチング素子（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））６６の点弧／消弧によって行う。

オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、照明灯、ラジエータファンを回転駆動するモータその他の電気負荷についても、上記と同様である。

上記電気負荷への電力供給の源である発電機１１０は、内燃機関のクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて回転駆動され、発電を行う。発電機１１０は、回生発電を実施することがある。即ち、運転者がアクセルペダルを踏んでおらず、車両の加速を要求していない（減速を容認している）場合において、クランクシャフト及び車軸の回転のエネルギを電気エネルギに変換して回収しつつ、内燃機関及び車両を減速させる。

図３に、発電システムの等価回路を示す。発電機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、ダイオードを用いてなる整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。

レギュレータ１３０は、発電機１１０に付随し、発電機１１０が発電して出力する電圧の大きさを制御するＩＣ式のものである。レギュレータ１３０は、半導体スイッチング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。

レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２は、制御装置たるＥＣＵ０から発電機１１０の目標電圧を指令する信号ｌを受け付け、バッテリ１２０の端子電圧をその指令された目標電圧に追従させるべく、パワーデバイス１３１をスイッチ動作させるＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。発電機１１０の出力電圧、即ち発電機１１０のステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイル１１２を流れる励磁電流のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。発電機１１０による発電量、換言すればバッテリ１２０への充電量及び／または電気負荷への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。

発電機１１０は、内燃機関から見れば機械的な負荷となる。発電機１１０の出力電圧がバッテリ１２０の端子電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電され、かつ発電機１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、発電機１１０がクランクシャフト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する。バッテリ１２０への充電量及び電気負荷への給電量は、発電機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、発電機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、また発電機１１０から電気負荷に電力が供給されない（バッテリ１２０から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、発電機１１０がクランクシャフトの回転のエネルギを費やす仕事をしないか、またはその仕事が小さくなる。

要するに、ＥＣＵ０からレギュレータ１３０に高い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機１１０の機械負荷が増し、低い出力電圧を指令すると、エンジン回転に対する発電機１１０の機械負荷が減る。

内燃機関及び発電機１１０の運転制御を司る、本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有した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には、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｆ、バッテリ１２０に対して流出入する電流及びバッテリ１２０の端子電圧を検出するセンサから出力されるバッテリ電流・電圧信号ｇ、レギュレータ１３０の内蔵回路１３３から出力される励磁電流の通電／遮断（パワーデバイス１３１の点弧／消弧）の波形を示す信号ｈ、エアコンディショナや各種電気負荷のそれぞれについて、これを作動させるべきか否かに関する作動要求信号ｍ、エアコンディショナのコンデンサから流下する冷媒の圧力を検出する冷媒圧センサから出力される冷媒圧信号ｎ等が入力される。作動要求信号ｍは、エアコンディショナや各種電気負荷を作動させることを望む運転者または搭乗者が手動操作する、エアコンディショナまたは電気負荷毎の操作スイッチ（または、コントロールパネル）から発される手動制御信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンＥＣＵ等から発される自動制御信号であったりする。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、発電機１１０の出力電圧を制御する電圧レギュレータ１３０に対して電圧指令信号ｌ、マグネットクラッチ６１に通電する電気回路上のスイッチ６２に対してクラッチ締結信号ｏ、モータ６３やヒータ６５その他の電気負荷に通電する電気回路上のスイッチ６４、６６に対してスイッチＯＮ信号ｐ、ｑ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｍ、ｎを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、ブロワのＯＮ／ＯＦＦ、デフォッガのＯＮ／ＯＦＦ、その他各種電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ、発電機１１０の出力電圧（発電量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｏ、ｐ、ｑを出力インタフェースを介して印加する。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、電装系の要求する電力が大きく（例えば、ヘッドランプが点灯している等）、発電機１１０による発電量が大きい状況下で、エンジン回転数を低下させる減速操作が運転者によって行われたときに、発電機１１０の出力を一時的に引き下げる過渡制御を実施する。

発電している発電機１１０は磁気音（磁気騒音）を発しているが、その磁気音は内燃機関から放射されるエンジン音によりマスキングされ、運転者を含む搭乗者に知覚されにくい（サウンドマスキング効果）。しかし、車速及びエンジン回転数が低下する減速時には、内燃機関から放射されるエンジン音が小さくなるため、発電機１１０の磁気音が搭乗者に知覚されやすくなり、搭乗者に違和感を与えることがあった。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、エンジン回転数が所定値以上であり、かつ発電機１１０の出力電圧が所定値以上またはフィールドコイル１１２に通電している励磁電流の大きさが所定値以上である場合において、アクセルペダルの踏込量が０または０に近くなってエンジン回転数が低下するときに、発電機１１０の出力電圧またはフィールドコイル１１２に通電する励磁電流の大きさを一時的に低下させることとした。これにより、減速時における発電機１１０の磁気音が抑制され、発電機１１０の磁気音が搭乗者に違和感を与える問題を緩和ないし回避することが可能となる。

上述の過渡制御（図４における時点ｔ₀以降）における発電機１１０の出力電圧は、フィールドコイル１１２を流れる励磁電流を低下（ＰＷＭ制御にあっては、励磁電流のＤＵＴＹ比を低下させることとなる）させ、またはこれを遮断することにより、一旦０または０に近い所定値以下まで引き下げることが望ましい。

また、一旦引き下げた発電機１１０の出力電圧、換言すればフィールドコイル１１２の励磁電流は、所定期間が経過した後（図４における時点ｔ₁以降）、電気負荷の大きさに見合う量まで徐々に増大させるようにする。この出力電圧または励磁電流の漸増は、低落したエンジン回転数が再び上昇するか否かを問わずに実行する。

本実施形態では、内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する発電機１１０を制御する制御装置０であって、発電機１１０のコイル１１２に通電する励磁電流を操作することで発電機１１０の出力を調整するものであり、エンジン回転数が低下する減速時に励磁電流の大きさを一時的に低下させる制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関の減速期に発電機１１０の磁気音が搭乗者に違和感を与える問題を低コストで緩和ないし解消することができる。

また、エンジン回転数が低下する減速時に一時的に低下させた励磁電流は、その後のエンジン回転数の上昇如何によらずに再び漸増させる。本実施形態では、エンジン回転数が低下してエンジン音が小さくなる時期に発電機１１０が大きな磁気音を発さないようにして搭乗者の違和感を抑制するとともに、その後に発電機１１０の出力を徐々に増大させることにより、搭乗者にとって磁気音が官能的に目立たないようにしながら、必要な発電量を確保する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、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、車両等に搭載される内燃機関及びこれに付帯した発電機の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１０…発電機
１１２…コイル（フィールドコイル）
１３０…レギュレータ

Claims

内燃機関から回転トルクの伝達を受けて発電する発電機を制御する制御装置であって、
発電機のコイルに通電する励磁電流を操作することで発電機の出力を調整するものであり、
車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量が０または０に近くなって内燃機関の回転数が低下する減速時に励磁電流の大きさを一時的に低下させ、
前記減速時に一時的に低下させた励磁電流を、その後内燃機関の回転数が再び上昇するか否かを問わずに再び漸増させる制御装置。