JPH05170038A

JPH05170038A - 自動車用エンジン制御装置

Info

Publication number: JPH05170038A
Application number: JP3354326A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yamada; 茂樹山田; Kenji Tabuchi; 憲司田渕
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】バッテリの電圧が定格電圧から上昇しても、
常に安定した電装品の動作が可能で、平常と変らぬエン
ジン性能のもとで安全に自動車の運行を継続させること
ができる自動車用エンジン制御装置を提供すること。【構成】ＣＰＵ１２により、バッテリ電圧が定格値か
ら上昇するにつれてデューティ比が低下する矩形波信号
１８Ａを発生させ、アンドゲート回路２０〜２２によ
り、本来の制御信号２０Ａ〜２２Ａと論理積を取って、
エアコンの電磁クラッチ２０１やアイドル制御用の電磁
ソレノイド２１１、それに燃料ポンプ２２１などをデュ
ーティ制御する。【効果】バッテリ電圧が上昇しても、エアコンの電磁
クラッチ２０１、アイドル制御用の電磁ソレノイド２１
１、燃料ポンプ２２１などに流れる電流の実効値は、定
格電圧のもとでの電流値と同じになり、電圧上昇による
電装品の破壊、動作不良を防止できるだけでなく、シス
テムの高電圧化にも容易に対応できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンで駆動される
発電機と、この発電機により充電されるバッテリとを備
えた自動車のエンジンに係り、特に、バッテリの定格電
圧と自動車電装品の定格電圧が異なった場合でも柔軟に
対応が可能な自動車用エンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バッテリを電源として、電気機器に電力
を供給した場合には、バッテリの一般的な特性として、
放電時間の経過に伴う端子電圧の低下が不可避である。
そこで、従来は、例えば特開昭６０−２５５０２４号公
報の発明のように、電気機器(負荷)に供給される電力を
チョッパ制御し、バッテリ電圧の低下にかかわらず、常
に一定の電力が負荷に供給されるようにしていた。な
お、この種の装置として関連するものには、特開平１−
１７５１９７号、特開平１−３１５２２８号の各公報の
開示を挙げることがてきる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自動車用のエンジンで
は、例えば燃料ポンプやアイドル回転速度制御用の電磁
ソレノイドなどの電気的アクチュエータ等、その運転や
制御に種々の電気的な装置(補機)が使用され、更に自動
車用として、ヘッドライトなど各種の照明器具や空調装
置、音響機器など各種の電装品が数多く使用されている
が、これらの補機を含む電装品は、例えば、１２［Ｖ］
などの所定の定格電圧をもっており、当然のこととし
て、この定格電圧のもとで動作させたときに、初めて所
期の性能が発揮されるようになっており、従って、バッ
テリから供給されている電圧が、この定格電圧よりも高
くなると、動作に異常が現われ、故障や火災にいたる虞
れが生じる。

【０００４】一方、自動車では、冬期時などに与えられ
てしまうバッテリのジャンプスタート(本来のバッテリ
に別のバッテリを直列に接続してスタータ操作を行なう
こと)や、ＡＣＧ(発電機の自動電圧調整装置)故障時な
どにバッテリ電圧が異常に高くなってしまうことがあ
る。

【０００５】しかるに、従来技術では、このような自動
車の場合に生じるバッテリ電圧の異常な上昇について配
慮がされておらず、補機を含む電装品の動作が異常にな
ったり、故障や火災の虞れがあるという問題があった。

【０００６】本発明は、バッテリの電圧が定格電圧から
上昇しても、常に安定した電装品の動作が可能で、平常
と変らぬエンジン性能のもとで安全に自動車の運行を継
続させることができる自動車用エンジン制御装置の提供
を目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】上記目的は、バッテリ電
圧が定格電圧から上昇するにつれ、デューティ比が１０
０％を含むその近傍から低下して行く矩形波信号を発生
する演算手段を設け、この矩形波信号により、自動車用
電装品に対する電力の供給を制御するようにして達成さ
れる。

【０００８】

【作用】演算手段から発生される矩形波信号のデューテ
ィ比により、電装品に供給される電流の実効値が制御さ
れるから、バッテリ電圧が定格値から上昇しても、電装
品に流れる電流の実効値を定格電圧のときと同じに保つ
ことができ、従って、バッテリの電圧が異常に上昇して
も、電装品は平常通りに動作し、自動車を安全に運行さ
せることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による自動車用エンジン制御装
置について、図示の実施例により詳細に説明する。図１
は本発明の一実施例で、この図において、１２はマイコ
ンのＣＰＵで、エンジンの回転制御に必要な各種データ
のデジタル処理を行なう。１４はＲＯＭで、これにはエ
ンジン制御に必要な点火時期や燃料噴射などの制御、各
種補機の制御に必要なプログラム、及び、これらの制御
に必要な各種の固定データが記憶されている。１６はＲ
ＡＭで、これは読み出し、書き込みが可能な記憶素子で
ある。１７はバックアップＲＡＭで、エンジン停止時や
イグニッションスイッチがオフされているときにも記憶
を保持するＲＡＭである。１８はＩ／Ｏ(入出力回路)
で、ＣＰＵ１２などによる外部からの信号の取り込み
と、外部への信号の出力に使用される。

【００１０】１９はゲート回路で、バッテリのダンプサ
ージ発生時に、これを検出し、信号の出力を禁止する働
きをする。２０〜２２はそれぞれアンド(論理積)ゲート
回路で、まずアンドゲート回路２０はエアコン制御回路
２００に制御信号２０ａを供給して電磁クラッチ２０１
を動作させ、アンドゲート回路２１はアイドル制御回路
２１０に制御信号２１ａを供給してスロットルバルブの
復帰開度を制御する電磁ソレノイド２１１を動作させ、
アンドゲート回路２２は燃料ポンプ回路２２０に制御信
号２２ａを供給して燃料ポンプ２２１を動作させる。

【００１１】なお、ここでは、自動車の電装品のうちか
ら３種を選んでおり、従って、３個のアンドゲート回路
２０〜２２が用いられているが、これは一例であり、適
用対象となる電装品の個数に応じて、さらに多くのアン
ドゲート回路が必要になることは言うまでもない。ま
た、この実施例では、図示してないが、このエンジン制
御システム１０の制御対象となる自動車用エンジンと、
これにより駆動されている、定格電圧が１２［Ｖ］より
も所定値だけ高い発電機と、この発電機の出力により充
電される、定格電圧が１２［Ｖ］のバッテリとを備え、
このバッテリから１２［Ｖ］の電源電圧Ｖ_B が供給さ
れ、これにより全ての電装品が動作されるようになって
いる。ここで、１０はエンジン制御システムの全体を表
わす。

【００１２】次に、この実施例の動作について説明す
る。ＣＰＵ１２は入出力インターフェイス回路１８を介
して、自動車用エンジンに設けられている各種のセンサ
(この実施例ではエアフローセンサ６０、クランク角セ
ンサ７０、水温センサ８０、イグニッシヨンスイッチ９
０、バッテリ電圧１００、車室温センサ１１０を用いて
いる)からの信号を取り込み、これらの信号を基にし
て、ＲＯＭ１４に記憶されているエアコン制御用のプロ
グラムと、アイドル制御用のプログラム、それに燃料ポ
ンプ制御用のプログラムを実行し、これにより電磁クラ
ッチ２０１を駆動するためのクラッチ制御信号２０Ａ
と、アイドル制御信号２１Ａ、それに燃料ポンプ制御信
号２２Ａを、それぞれ出力する。

【００１３】一方、これと並行して、ＣＰＵ１２は、同
じくＲＯＭ１４に記憶されているデューティ算定プログ
ラムを実行し、バッテリ電圧１００を取り込み、これに
応じて図２に示すような、所定のＤＵＴＹ(デューティ
比)［％］を有する矩形波を作成し、これを矩形波信号
１８ＡとしてＩ／Ｏ１８から出力させ、ゲート回路１８
を介してアンドゲート回路２０〜２２のそれぞれに入力
するように動作する。

【００１４】ここで、この矩形波信号１８ＡのＤＵＴＹ
とは、図２の右側に示してあるように、矩形波信号１８
Ａのパルス幅Ａと、その周期(＝１／周波数)Ｂの比であ
り、この実施例では、図３に示すように、この矩形波信
号１８ＡのＤＵＴＹは、バッテリ電圧Ｖ_B が１２［Ｖ］
のときに１００％で、これからバッテリ電圧Ｖ_B が上昇
するにつれてＤＵＴＹが低下してゆくように、ＣＰＵ１
２による演算が行なわれるようになっている。なお、こ
の実施例では、矩形波信号１８Ａの周期Ｂ、つまり周波
数を一定にしたままで、パルス幅Ａを変化させて、図３
の特性が得られるようにしている。

【００１５】従って、この実施例では、エアコン制御回
路２００の制御信号２０ａは、クラッチ制御信号２０Ａ
と矩形波信号１８Ａの論理積を取ったものとなり、以
下、同様に、アイドル制御回路２１０の制御信号２１ａ
は、アイドル制御信号２１Ａと矩形波信号１８Ａの論理
積を取ったものに、そして燃料ポンプ回路２２０の制御
信号２２ａは、燃料ポンプ制御信号２２Ａと矩形波信号
１８Ａの論理積を取ったものに、それぞれなる。

【００１６】この結果、この実施例によれば、何らかの
理由、例えばバッテリのジャンプスタートなどにより、
バッテリ電圧Ｖ_B が２４［Ｖ］になったとしても、この
ときには、矩形波信号１８ＡのＤＵＴＹが、図３に示す
ように１００［％］から所定の値に低下されるため、各
電装品、つまり、図１では電磁クラッチ２０１と電磁ソ
レノイド２１１、それに燃料ポンプ２２１に供給される
電流は、この所定値のＤＵＴＹを有する矩形波信号１８
Ａによりチョッパ制御されて、その実効値はバッテリ電
圧Ｖ_B が１２［Ｖ］のときと同じにされるので、これら
電装品が消費する電力は、バッテリ電圧Ｖ_B が１２
［Ｖ］のときと同じに保たれ、従って、この実施例によ
れば、常に平常と変らぬ運転状態を保つことが出来る。

【００１７】このことについて、更に詳しく説明する
と、一般に負荷(電気装置)で消費される電力Ｐは、この
負荷に流れる電流Ｉの実効値と、この負荷の端子電圧Ｖ
の積で表わされ、他方、矩形波信号によりチョッパ制御
されたときに装置に流れる電流Ｉの実効値は、この矩形
波動信号のＤＵＴＹに比例することが知られている。こ
のため、電圧が変動したときでも、負荷で消費される電
力を一定値に保つためには、電圧変動分の２乗に反比例
したＤＵＴＹの矩形波信号で負荷をチョッパ制御しなけ
ればならない。

【００１８】そこで、この実施例では、図３に示すよう
に、定格バッテリ電圧値Ｖ_B ＝１２［Ｖ］のときに矩形
波信号１８ＡのＤＵＴＹを１００％とし、バッテリ電圧
Ｖ_Bが１２［Ｖ］以上の電圧Ｖ_B’のときのＤＵＴＹをＤ
ＵＴＹ（Ｖ_B’）で表わし、これが、ＤＵＴＹ（Ｖ_B’）＝１／（Ｖ_B’／Ｖ_B）²［％］で表わされるＤＵＴＹの矩形波信号１８Ａを出力するよ
うになっており、この結果、負荷で消費される電力は、
バッテリ電圧が定格電圧以上に変動した場合でも常に定
格バッテリ電圧時と同じ値となり、負荷の最適動作状態
を維持することでき、バッテリ電圧の上昇による負荷の
過電圧破壊、異常動作が防止できるのである。

【００１９】次に、この実施例では、図３に示すよう
に、バッテリ電圧Ｖ_B が１２［Ｖ］の定格電圧以下と、
最大電圧Ｖ_Bmax（＝４８［Ｖ］）以上の領域で、矩形波
信号１８ＡのＤＵＴＹが０［％］になるように構成して
あり、この結果、上記の領域では、負荷を駆動する信号
の出力が禁止されてしまうことになり、不必要な電流に
よるバッテリ上がりを防止したり、またバッテリのダン
プサージ等による異常電圧発生時での負荷の誤動作や破
壊、故障の発生を防止することができる。

【００２０】次に、ゲート回路１９の機能について説明
する。このゲート回路１９は、上記したように、バッテ
リのダンプサージ発生時などの異常電圧を検出し、信号
の出力を禁止する働きをするもので、このため、図示し
てない異常電圧検出手段からの信号Ｉ_nhiを入力とする
禁止ゲート回路で構成され、信号Ｉ_nhiが入力されたと
きには、矩形波信号１８Ａの状態と無関係にレベル０を
出力し、これによりアンドゲート回路２０〜２２の全て
の出力を、それぞれの信号２０ａ、２１ａ、２２ａの状
態と無関係に、同じくレベル０にしてしまうものであ
る。従って、この実施例によれば、このゲート回路１９
によっても、バッテリのダンプサージ発生時などによる
負荷の誤動作や破壊、故障の発生を防止することができ
る。

【００２１】次に、図４は、実際のバッテリ電圧の時間
変化の一例を示したものである。イグニッションスイッ
チ９０オン時点(ＩＧＳＷＯＮ)後、バッテリの端子電
圧は電圧Ｖ₁ となり、その後スタータスイッチオンと
同時に、図示のように降下し、最低電圧値Ｖ_Bminを通過
してエンジン始動後、電圧Ｖ₂ となる。ここで、この電
圧Ｖ₂ はバッテリ充電用の発電機(オルタネータ)の発電
電圧で、通常バッテリ端子電圧より高く設定されてい
る。

【００２２】バッテリの負荷(電装品)は、バッテリ端子
電圧Ｖ₁ で設定されているため、始動時の電圧降下時に
は負荷の駆動力不足等による始動性の悪化を招く恐れが
生じる、もちろんこの様な問題は、各負荷の電圧降下分
の補正量を制御プログラムに織り込むことや、エンジン
マッチングを行なうことにより、ある程度は改善可能で
あるが、負荷の絶対的な駆動力不足を完全に補えるもの
ではない。しかしながら、この実施例によれば、バッテ
リ電圧上昇時での負荷駆動上の問題を解決することがで
きる。

【００２３】ところで、矩形波信号１８ＡのＤＵＴＹ
は、図２に示すように、そのパルス幅Ａと、周期(＝１
／周波数)Ｂの比であるから、本発明の別の一実施例と
しては、図５に示すように、パルス幅Ａを一定にしたま
まで、周波数を変えることにより矩形波信号１８ＡのＤ
ＵＴＹを制御するようにしてもよい。

【００２４】次に、図６は、本発明のさらに別の一実施
例で、図１の実施例にインバータゲート回路２３を追加
したものであり、その他の構成は、図１の実施例と同じ
である。インバータゲート回路２３は、Ｉ／Ｏ１８から
出力される矩形波信号１８Ａの位相を反転させた信号１
８Ａ’を発生し、この反転信号１８Ａ’を、複数のアン
ドゲート回路２０〜２２のうちから適宜に選んだもの、
例えばアンドゲート回路２１に供給する働きをする。な
お、この図６の実施例で、２４はバッテリを表わす。

【００２５】上記した図１の実施例では、駆動対象とな
る自動車電装品の全てが同一の矩形波信号１８Ａで制御
されているので、もしも、この図６の場合でインバータ
ゲート回路２３がないとすれば、図７の(a)に示すよう
に、負荷がオン・オフするタイミングも全て同じにな
り、このためバッテリ２４に流れる総合電流Ｉ₃ は、各
負荷に流れる電流Ｉ₁、Ｉ₂ の脈動が加算された形にな
り、大きく変動してしまうことになる。

【００２６】しかして、この図６の実施例では、インバ
ータゲート回路２３により反転信号１８Ａ’が作られて
いるため、図７の(b)に示すように、アンドゲート回路
２１の出力により制御される負荷の電流Ｉ₂ の位相は、
アンドゲート回路２０の出力により制御される負荷の電
流Ｉ₁ の位相とは逆になり、従って、バッテリ２４に流
れる総合電流Ｉ₃ は、各負荷に流れる電流Ｉ₁、Ｉ₂ の
脈動が相殺された形になり、電流Ｉ₃ の変動をほとんど
無くすことができる。

【００２７】図６の実施例では、負荷が２種類だけであ
るが、上記したように、実際に使用される電装品は多種
多様で、各々に流れる電流値も異なるため、これらの負
荷の選定を適切に行なうことによりバッテリ電流の脈動
を充分に抑えることができ、従って、この図６の実施例
によれば、電装品の駆動を、更に安定して行なうことが
できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、バッテリ電圧の異常な
上昇による自動車用電装品の過電圧破壊や異常動作を防
止する効果がある。また、自動車の高性能化に対する要
求が強まるにつれ、将来は、現在の１２［Ｖ］に代え
て、例えば２４［Ｖ］や、更には４８［Ｖ］など電圧の
高いバッテリを使用するシステムへの移行が必至である
が、このとき、本発明によれば、従来の電装品の定格を
変更することなく、そのまま対応が可能であるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動車用エンジン制御装置の一実
施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例における矩形波信号の説明図
である。

【図３】本発明の一実施例における矩形波信号のＤＵＴ
Ｙ特性図である。

【図４】自動車におけるバッテリ電圧の変動を説明する
ための特性図である。

【図５】本発明の他の一実施例の動作を説明するための
特性図である。

【図６】本発明のさらに別の一実施例を示すブロック図
である。

【図７】本発明のさらに別の一実施例の動作を説明する
ための波形図である。

【符号の説明】

１０エンジン制御システム１２ＣＰＵ１４ＲＯＭ１６ＲＡＭ１７バックアップＲＡＭ１８Ｉ／Ｏ１９ゲート回路２０〜２２アンドゲート回路６０エアフローセンサ７０クランク角センサ８０水温センサ９０イグニッションスイッチ１００バッテリ電圧１１０車室温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田渕憲司茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンで駆動される発電機と、この発
電機の出力で充電されるバッテリとを備え、このバッテ
リから供給される電力により、自動車用電装品を駆動す
る方式の自動車用エンジンシステムにおいて、上記バッ
テリの端子電圧がその定格電圧から上昇するにつれてデ
ューティ比が１００％を含むその近傍から低下してゆく
矩形波信号を発生する演算手段と、上記複数の電気機器
に対する駆動制御信号のそれぞれと上記矩形波信号とを
入力とする複数の論理積ゲート手段とを設け、これら複
数の論理積ゲート手段の出力により上記複数の電装品の
それぞれを独立に制御するように構成したことを特徴と
する自動車用エンジン制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記矩形波信
号を入力とするインバータゲート手段を設け、上記複数
の論理積ゲート手段のうちの少なくとも１個が、このイ
ンバータゲート手段の出力信号と上記駆動制御信号とを
入力とするように構成したことを特徴とする自動車用エ
ンジン制御装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記演算手段
による上記矩形波信号のデューティ制御が、パルス幅一
定のもとでの周波数の変化により実行されるように構成
されていることを特徴とする自動車用エンジン制御装
置。
【請求項４】請求項１の発明において、上記演算手段
による上記矩形波信号のデューティ制御が、周波数一定
のもとでのパルス幅の変化により実行されるように構成
されていることを特徴とする自動車用エンジン制御装
置。
【請求項５】請求項１の発明において、上記バッテリ
の端子に現われる異常電圧を検出して禁止信号を発生す
るサージ検出手段と、上記演算手段の矩形波信号出力と
上記論理積ゲート手段の入力との間に接続された禁止ゲ
ート手段を設け、この禁止ゲート手段の制御入力に上記
サージ検出手段から出力される禁止信号を供給するよう
に構成したことを特徴とする自動車用エンジン制御装
置。