JPH061959B2 - エンジン駆動発電機の制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、エンジンによって駆動される発電機の発電電
圧の切換制御を行なわせるエンジン駆動発電機の制御方
式に関する。

従来技術 一般に、自動車などにあっては、第２図に示すように、
バッテリ１とエンジン２によって駆動される発電機３と
が電気負荷４に対して並列接続されており、発電機３の
発電電圧がバッテリ１への充電および電気負荷４の容量
に対して充分供給可能となるようにバッテリ１の所定電
圧（例えば１４．５Ｖ）に規定されているのが普通であ
る。しかして、発電機３の発電電力は電気負荷の使用状
態に応じて変化し、それに比例して発電機３を駆動する
エンジン２への負荷も変化するが、電気負荷４の容量が
小さくかつエンジン２が減速以外の運転状態となってい
る場合には発電機３の発電電圧をバッテリ１の充電電圧
（例えば１２．５Ｖ）まで下げて発電機３のエンジン２
への負荷を軽減することができ、かつそうすることによ
り発電機３の負担がなくなってその分エンジン２の駆動
損失を軽減させ、燃費の向上を図ることができるように
なる。

第３図は発電電圧をパラメータにとったときのエンジン
回転数に対する発電機の出力電流の特性を示すもので、
発電電圧が高くなると発電量が増大し、バッテリの充電
速度が速くなる。この特性を利用して、通常の状態であ
る軽電気負荷時には低い方の電圧で発電を行なわせる
と、充電電流が少なくなり、エンジンの負荷が軽くなっ
てエンジン負荷を低減することができるようになる。ま
た、電気負荷が重くなった場合には、発電電圧を高めに
切り換えて発電量をアツプさせれば、負荷要求に充分応
えることができるとともに、バッテリの放電を抑制する
ことができるようになる。

そのため従来では、電気負荷に対してバッテリとエンジ
ンによって駆動される発電機とが並列に接続された回路
構成によるものにあって、バッテリの充電状態および電
気負荷の投入状態およびエンジンの運転状態に応じて常
にバッテリ電圧を一定に保持させるべく、バッテリ電圧
を検出して予め設定された基準電圧と比較しながら、そ
の比較結果に応じて発電機の界磁電流をオン、オフ制御
する電圧レギュレータの基準発電電圧の高め、低めの切
換制御を行なわせるようにしている。

しかし、このような従来のエンジン駆動発電機の制御で
は、発電機が低めの発電量となる小発電側に切り換えら
れているときにヘッドランプやエアコンディショナーな
どの電源投入時の突入電流の大きな電気負荷を投入した
際、発電機が高めの発電量となる大発電側に切り換えら
れると、その切換えの初期では基準発電電圧の差に基づ
くバッテリ電解液中のイオン濃度を高い発電電圧での巻
線電流のオン時間が長くなり、平衡状態に回復するまで
の時間にわたって発電機の発電量が急増し、エンジン回
転数が急に低下することになるため、自動車のドライバ
ビリティが損なわれてしまう。

目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、突入電流
の大きな電気負荷が投入されてもエンジンに負担が急激
にかかることがないように発電機の発電電圧の切換制御
を行なわせるようにしたエンジン駆動発電機の制御方式
を提供するものである。

構成 本発明はその目的達成のため、バッテリ電圧と予め設定
された基準電圧と比較するコンパレータの出力信号に応
じてコントローラの制御下でバッテリ電圧が基準電圧に
なるようにバッテリに並列接続された発電機の界磁巻線
電流のオン、オフ切換制御を行なわせるものにあって、
コンパレータにおける基準電圧を電気負荷またはエンジ
ンの運転状態に応じて高め、低めに切り換えて設定させ
る手段と、発電機の界磁巻線電流のオン状態が予め設定
された第１の期間継続したことを検知する手段と、その
検知時に予め設定された第２の期間のあいだ強制的に発
電機の界磁巻線電流をオフ側に切り換える手段と、基準
電圧の設定状態に応じて前記第１の期間を変化する手段
とをとるようにするものである。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

第１図は本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式を
具体的に実施するための回路構成を示すもので、バッテ
リ１の端子電圧Ｖ_Ｂと低めに設定された基準電圧Ｖｓ１
（例えば１２．５Ｖ）とを比較するコンパレータＣＭＰ
１、同じくバッテリ電圧Ｖ_Ｂと高めに設定された基準電
圧Ｖｓ２（例えば１４．５Ｖ）とを比較するコンパレー
タＣＭＰ２、発電機３の大発電側、小発電側の切換えを
行なわせるコントロール信号ＣＳの否定信号とコンパレ
ータＣＭＰ１の出力信号とのアンドをとるアンドゲート
Ｇ１、コントロール信号ＣＳとコンパレータＣＭＰ２の
出力信号とのアンドをとるアンドゲートＧ２、それら各
アンドゲートＧ１、Ｇ２の出力信号のオアをとるオアゲ
ートＧ３からなる比較部Ａと、その比較部Ａの出力信号
を読み込んで発電機３における界磁コイルＦＣに流れる
電流を制御するスイッチング素子ＳＷのオン、オフを行
なわせるコントローラ部Ｂとによって構成されている。
なお、前記コントロール信号ＣＳはコントローラ部Ｂか
ら出されるスイッチング素子ＳＷのオン、オフ信号であ
る。

このように構成されたものにあって、従来では例えばバ
ッテリ電圧Ｖ_Ｂが第４図に示すように変化した場合、そ
のときの比較部Ａの出力信号をコントローラ部Ｂが読み
込んで、その制御下においてバッテリ電圧Ｖ_Ｂが所定の
基準電圧Ｖｓに保持されるようにスイッチング素子ＳＷ
のオン、オフの切り換えを同図に示すように適宜行なわ
せるようにしている。

なお比較部Ａにあって、コントロール信号ＣＳが小発電
側の切換信号であるローレベル“Ｌ”のときにはコンパ
レータＣＭＰ１側の低い方の基準電圧Ｖｓ１が設定さ
れ、コントロール信号ＣＳが大発電側の切換信号である
ハイレベル“Ｈ”のときにはコンパレータＣＭＰ２側の
高い方の基準電圧Ｖｓ２が設定される。また、Ｖ_Ｂ＜Ｖ
ｓ１またはＶｓ２のとき比較部Ａの出力信号はハイレベ
ル“Ｈ”となってコントローラ部Ｂに界磁巻線の導通指
令を与え、Ｖ_Ｂ≧Ｖｓ１またはＶｓ２のとき比較部Ａの
出力信号はローレベル“Ｌ”となってコントローラ部Ｂ
に界磁巻線のしゃ断指令を与えるようになっている。

しかし、このように単に比較部Ａの出力信号にしたがっ
てスイッチング素子ＳＷのオン、オフを行なわせるので
は、第４図に示すようにスイッチング素子ＳＷがオフに
なって発電機３が小発電側になっているｔ１の時点で例
えばエアコンディショナーなどの大きな電気負荷４が投
入されると、電気負荷が増大するとともに発電機３が大
発電側に切り換えられるためにそれが基準電圧Ｖｓ２に
達するｔ２時点までに長時間Tonを要してしまう。その
とき第５図に示すように、発電機３の発電量も電気負荷
４の投入時の突入電流に応じて急増し、それにしたがっ
てエンジン回転数Ｎｅも急激に低下し、エンジン２のア
イドルアップの制御を行なわせる場合、エンジン回転数
Ｎｅが所定に立上るまでの応答時間Tupが長くなってし
まう。その際、特に比較部Ａにおいて高めの基準電圧Ｖ
ｓ２に切り換えられるために、エンジン２に与える負荷
変動が大きくなってしまうことになる。

そのため本発明では、特にコントローラ部Ｂにおいて、
スイッチング素子ＳＷのオン状態が予め設定された所定
時間継続したことを検知する手段と、その検知時に一時
強制的にスイッチング素子ＳＷをオフさせる手段と、比
較部Ａにおいて高め、低めに切り換えられる基準電圧の
設定状態に応じて前記所定時間または強制オフ時間を変
化させる手段とをとるようにしている。

第６図はその場合におけるコントローラ部Ｂの一構成例
を示すもので、出力端ＯＵＴから出されるスイッチング
素子ＳＷのオン、オフ信号Ｓ２によってトリガされるオ
ンディレー形のタイマ（遅延時間ｔα）５と、そのタイ
マ出力Ｓ３によってトリガされるワンショット形のタイ
マ（設定時間ｔｃ）６と、そのタイマ出力Ｓ４の否定信
号と入力端ＩＮから入力されてくるコンパレータ出力信
号Ｓ１との論理積をとるアンド回路とからなっている。
第７図に、各部信号のタイムチャートを示している。

したがって、このように構成されたものでは、例えば第
８図に示すように、ｔ１時点で大きな電気負荷がかかっ
てバッテリ電圧Ｖ_Ｂが低めの基準電圧Ｖｓ１から、それ
が高めの基準電圧Ｖｓ２に回復するｔ２時点までに比較
的長い時間Tonがかかる場合、そのときスイッチング素
子ＳＷのオン時間がタイマ５の設定時間ｔα以上になる
ため、ｔ１時点からｔα時間の経過時に各タイマ５，６
がそれぞれ働いてｔｃ期間の強制オフが行なわれること
になる。

第９図に、コンパレータ部Ｂの具体的な回路構成例を示
している。

いま、第８図の関係にあって、ｔ１時点で基準電圧Ｖｓ
１以下に低下したバッテリ電圧Ｖ_Ｂがスイッチング素子
ＳＷのオンとなり基準電圧Ｖｓ２に達するまでの期間To
nのあいだｔα、ｔｃ時間にしたがって強制オフを行な
わせるとき、以下のように種々の手法をとることが考え
られる。

まず第１の手法として、ｔｃ時間を一定としたうえで、
比較部Ａからスイッチング素子ＳＷのオン指令が出され
ている際、比較部Ａにおいて高めの基準電圧Ｖｓ２が設
定されている限りｔα時間を短く、全体として強制オフ
期間の比率を大きくして発電機３の発電量を抑制する。

この場合には、第１０図に示すように、コントローラ部
Ｂの入力端子ＩＮに送られてくるコンパレータ部Ａの出
力信号Ｓ１がローレベル“Ｌ”になるとコンデンサＣｐ
が放電状態となり、ハイレベル“Ｈ”になるとＲｐ，Ｃ
ｐの時定数で徐界に充電状態となるが、コントローラ部
ＢのＳＧ端子に送られてくるコントロール信号ＣＳの否
定信号▲▼がローレベル“Ｌ”になっているときに
は充電開始電圧がほぼアース電位から始まるが、▲
▼がハイレベル“Ｈ”になっているときにはツェナダイ
オードＺＤのツェナ電圧による初期電圧から充電が始ま
るコンデンサＣｐの電位を演算増幅器を介してとり出し
て第９図の回路構成におけるコンパレータＣＭＰ３の基
準電圧値として加えるようにすればよい。この場合、第
９図の回路構成におけるコンパレータＣＭＰ４の基準電
圧値としては、第１１図に示すような抵抗分割点の電位
を加えるようにすればよい。

また第２の手法として、ｔｃ時間を一定としたうえで、
比較部Ａからスイッチング素子ＳＷのオン指令が出され
ている際、比較部Ａにおいて高めの基準電圧Ｖa２が設
定されている限りｔｃ時間を長くして、全体として強制
オフ期間の比率を大きくして発電機３の発電量を抑制す
る。

この場合には、第１２図に示すように、コントローラ部
Ｂの入力端ＩＮに送られてくるコンパレータ部Ａの出力
信号ＳＩがローレベル“Ｌ”になるとコンデンサＣｐ′
がツエナダイオードＺＤのツエナ電圧による電圧降下の
有無によって決まる初期電圧をコンデンサＣｐ′に供給
しハイレベル“Ｈ”となると同時にコンデンサＣｐ′、
抵抗Ｒｐ′の時定数で徐界に放電状態となる。ツエナタ
イオードＺＤ分の電圧降下はコントローラ部ＢのＳＧ端
子に送られてるコントローラ信号ＣＳの否定信号▲
▼がローレベル“Ｌ”になったときにツエナ電圧降下が
無となり、ハイレベル“Ｈ”になったときに有となる。
この場合、第９図の回路構成におけるコンパレータＣＭ
Ｐ３の基準電圧値としては、第１１図に示すいうな抵抗
分割点の電位を加えるようにすればよい。

また第３の手法として、ｔｃ時間を一定としたうえで、
比較部Ａからスイッチング素子ＳＷのオン指令が出され
ている場合であっても、比較部Ａにおいて低めの基準電
圧Ｖｓ１から高めの基準電圧Ｖｓ２に切り換わったとき
にｔα時間を短くしていくようにする。

この場合には、第１３図に示すように、コントローラ部
Ｂの入力端子ＩＮに送られてくるコンパレータ部Ａの出
力信号Ｓ１がローレベル“Ｌ”のとき、コントロール信
号ＣＳの否定信号▲▼がハイレベル“Ｈ”からロー
レベル“Ｌ”に切り換わるとき以外はコンデンサＣｐに
はツエナダイオードＺＤにツエナ電圧による初期値が印
加され、出力信号Ｓ１がハイレベル“Ｈ”となるとＲ
ｐ、Ｃｐで定まる時定数で充電状態となる。一方、信号
▲▼がハイレベル“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に切
り換わるときはＣｐの初期値はほぼアース電位まで下げ
られる。のＲＣタイマ回路におけるコンデンサＣｐの電
位を演算増幅器を介してとり出して第９図の回路構成に
おけるコンパレータＣＭＰ３の基準電圧値として加える
ようにすればよい。

また第４の手法として、ｔα時間を一定としたうえで、
比較部Ａからスイッチング素子ＳＷのオン指令が出され
ている場合であっても、比較部Ａにおいて低めの基準電
圧Ｖｓ１から高めの基準電圧Ｖｓ２に切り換わったとき
にｔｃ時間を長くしていくようにする。

この場合には、第１４図に示すように、コントローラ部
Ｂの入力端部ＩＮに送られてくるコンパレータ部Ａの出
力信号Ｓ１がローレベル“Ｌ”のときにコントロール信
号ＣＳの否定信号▲▼が切り換わるとき以外はコン
デンサＣp′がツエナダイオードＺＤのツエナ電圧によ
る初期電圧をコンデンサＣｐ′に供給し、Ｓ１がハイレ
ベル“Ｈ”になるとＣｐ′、Ｒｐ′で定まる時定数で徐
々に放電状態となる。一方、信号▲▼がハイレベル
“Ｈ”からローレベル“Ｌ”に切り換わるときにはＣ
ｐ′の初期値はほぼ＋Ｖｃｃまで引き下げられる。この
ＰＣタイマ回路におけるコンデンサＣｐ′の電位を演算
増幅器を介してとり出して第９図の回路構成におけるコ
ンパレータＣＭＰ４の基準電圧値として加えるようにす
ればよい。

このように本発明では、バッテリ電圧が低下して発電機
３の界磁巻線電流のオン状態が長くなると、一時強制的
に発電機３を発電量を抑制し、エンジンに負荷が急激に
かかなないようにして発電機３のソフト発電を行なわせ
るようにしているので、第１５図に示すように、大きな
電気負荷４が投入されても発電機３の発電量が従来のよ
うに急増することがなくなる。そのためエンジンの負担
が軽くなってエンジン回転数Ｎｅが大きく低下すること
がなく、エンジンのアイドルアップの制御を行なわせる
場合にエンジン回転数Ｎｅが所定に立上るまでの応答時
間Tup′が短くなって応答性の良いエンジンのアイドル
アップを行なわせることができ、自動車のドライバビテ
ィを損なうことがなくなる。

効果 以上、本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式にあ
っては、バッテリ電圧が発電機における発電量の切換制
御にしたがって高め、低めに切り換えられながら設定さ
れる基準電圧になるように発電機の界磁巻線電入のオ
ン、オフの切換制御を行なわせる際、大きな電気負荷が
投入されて発電機が大発電側に切り換えられる場合にエ
ンジンに負担が急激にかかることを有効に防止すること
ができるという優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式を
具体的に実施するための回路構成例を示す電気的結線
図、第２図はバッテリ、発電機および電気負荷の接続状
態を示す回路図、第３図はエンジン回転数に対する発電
機の出力電流特性を示す図、第４図はバッテリ電圧の変
化に対する従来の制御方式におけるスイッチング素子の
オン、オフ状態を示す特性図、第５図は従来の制御方式
におけるスイッチング素子のオン、オフ状態、電気負荷
の投入状態、発電機の発電量、エンジン回転数の各特性
を示すタイムチヤート、第６図はコントローラの一構成
例を示すブロック図、第７図はそのコントローラにおけ
る各部信号のタイムチャート、第８図はバッテリ電圧の
変化に対する本発明の制御方式におけるスイッチング素
子のオン、オフ状態を示す特性図、第９図はコントロー
ラの具体的な回路構成例を示す電気的結線図、第１０図
ないし第１４図は第９図の回路構成における各コンパレ
ータの基準電圧設定回路の一例をそれぞれ示す電気的結
線図、第１５図は本発明の制御方式によるスイッチング
素子のオン、オフ状態、電気負荷の投入状態、発電機の
発電量、エンジン回転数の各特性を示すタイムチヤート
である。 １…バッテリ ２…エンジン ３…発電機 ４…電気負
荷 ５，６…タイマ Ａ…比較部 Ｂ…コントローラ部
ＦＣ…界磁コイル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バッテリ電圧と予め設定された基準電圧と
   比較するコンパレータの出力信号に応じてコントローラ
   の制御下でバッテリ電圧が基準電圧になるようにバッテ
   リに並列接続された発電機の界磁巻線電流のオン、オフ
   切換制御を行なわせるものにあって、コンパレータにお
   ける基準電圧を電気負荷またはエンジンの運転状態に応
   じて高め、低めに切り換えて設定させる手段と、発電機
   の界磁巻線電流のオン状態が予め設定された第１の期間
   継続したことを検知する手段と、その検知時に予め設定
   された第２の期間のあいだ強制的に発電機の界磁巻線電
   流をオフ側に切り換える手段と、基準電圧の設定状態に
   応じて前記第１の期間を変化する手段とをとるようにし
   たエンジン駆動発電機の制御方式。
2. 【請求項２】基準電圧が高めに設定されているときに、
   第１の期間を短くするようにしたことを特徴とする前記
   第１項の記載によるエンジン発電機の制御方式。
3. 【請求項３】基準電圧が低めから高めに切り換えられた
   ときに、第１の期間を短くするようにしたことを特徴と
   する前記第１項の記載によるエンジン発電機の制御方
   式。
4. 【請求項４】バッテリ電圧と予め設定された基準電圧と
   比較するコンパレータの出力信号に応じてコントローラ
   の制御下でバッテリ電圧が基準電圧になるようにバッテ
   リに並列接続された発電機の界磁巻線電流のオン、オフ
   切換制御を行なわせるものにあって、コンパレータにお
   ける基準電圧の界磁巻線電流のオン、オフの切換えにし
   たがって高め、低めに切り換えて設定させる手段と、発
   電機における大発電側の切換状態が予め設定された第１
   の期間継続したことを検知する手段と、その検知時に予
   め設定された第２の期間のあいだ強制的に発電機の発電
   量を小発電側に切り換える手段と、基準電圧の設定状態
   に応じて前記第２の期間を長くする手段とをとるように
   したエンジン駆動発電機の制御方式。
5. 【請求項５】基準電圧が高めに設定されているときに、
   第２の期間を長くするようにしたことを特徴とする前記
   第４項の記載によるエンジン発電機の制御方式。
6. 【請求項６】基準電圧が低めから高めに切り換えられた
   ときに、第２の期間を長くするようにしたことを特徴と
   する前記第４項の記載によるエンジン発電機の制御方
   式。