JPH10155203A

JPH10155203A - 発電装置

Info

Publication number: JPH10155203A
Application number: JP9312959A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Kitada; 眞一郎北田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】発電機７のトルク特性とこの発電機を駆動す
るエンジンのトルク特性を適合させる。【解決手段】発電機７は、交流電圧を直流電圧に変換
する３相全波整流回路１４と、界磁コイル１３の電流を
制御する自動電圧調整器（ＡＶＲ）１５とを備えてい
る。そして、上記自動電圧調整器１５によって、界磁電
流の最大値を中間回転数において抑制するようになって
いる。これにより、発電装置を駆動するエンジンの最良
燃費点で運転することが可能となり、燃料消費率が大幅
に低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハイブリッド型
電気自動車に搭載可能な発電機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機およびエンジンを駆動用モータと
ともに搭載し、バッテリの電力が不十分なときにエンジ
ンにより発電機を駆動して電力を補うようにした所謂シ
リーズハイブリッド型電気自動車が従来から知られてい
る。

【０００３】この種のハイブリッド型電気自動車におい
ては、特開平３−１４３２０１号公報等に示されている
ように、バッテリの充放電状態例えばバッテリ端子電圧
に基づいてエンジンの始動，停止が制御されるようにな
っている。つまり、バッテリが十分に充電されている状
態ではエンジンが停止しており、バッテリ電力でもって
駆動用モータが駆動されて車両が走行するが、端子電圧
が所定値以下となるとエンジンが始動し、発電機を駆動
する。この発電機の電力は駆動用モータに供給されるほ
か、バッテリの充電に用いられるので、やがてバッテリ
端子電圧が回復する。この時点でエンジンは停止する。
尚、エンジンの出力は、スロットル弁に連係したアクチ
ュエータ等により、発電機の定格回転数となるように自
動制御されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ハイブリッド
型電気自動車に搭載される発電機のトルク特性は、一般
に、中間回転数でピークとなるため、エンジンのトルク
特性と最適なマッチングが難しいという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
は、エンジンで発電機を駆動することによって発電を行
う発電装置において、上記発電機の回転数を直接もしく
は間接に検出する手段と、発電機の中間回転数において
最大界磁電流を抑制する手段と、を備えていることを特
徴としている。これによって、発電機の最大界磁電流
は、中間回転数で最大電流が小さくなるように設定され
ている。従って、発電機の定格点をエンジンの最良燃費
点で運転することができる。

【０００６】また、請求項２の発明においては、ハイブ
リッド型電気自動車に搭載され、発電した電力で車両の
駆動用モータを駆動することを特徴としている。

【０００７】請求項３の発明においては、上記エンジン
が所定の定格点で運転されることを特徴としている。

【０００８】請求項４の発明においては、上記定格点が
エンジンの最良燃費点近傍に設定されていることを特徴
としている。

【０００９】

【発明の効果】この発明に係る発電装置においては、上
記発電機の界磁電流の最大値を中間回転数において抑制
するようにしたので、エンジンの最良燃費点で運転する
ことが可能となり、燃料消費率が大幅に低減するととも
に、小型のエンジンでの駆動が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１は、この発明に係る発電装置をハイブ
リッド型電気自動車に搭載した場合を示す構成説明図で
ある。駆動用モータ１は、例えば３相誘導電動機からな
り、車両の駆動輪２を駆動している。この駆動用モータ
１は、基本的にはバッテリ３の電力によって駆動される
ものであり、バッテリ３の直流電圧を３相交流電圧に変
換するとともに、その速度制御を行うモータ駆動制御装
置４を備えている。

【００１２】またバッテリ３に対しては、その充放電状
態を検出する充放電状態検出装置５が設けられている。

【００１３】エンジン６は、例えばガソリンエンジンか
らなり、発電機７を駆動するようになっている。このエ
ンジン６の排気系には、触媒装置８が介装されている。
また吸気通路には、吸入空気量制御手段として、ソレノ
イド式のエアコントロールバルブ９が介装されている。
このエアコントロールバルブ９は、例えばマイクロコン
ピュータシステムを用いたエアコントロールバルブ制御
装置１０によって制御される。

【００１４】エンジン６は、図示せぬスタータモータ、
点火装置および燃料供給装置を有し、これらがエンジン
始動停止制御装置１１によって制御される。このエンジ
ン始動停止制御装置１１は、前述した充放電状態検出装
置５の信号に基づいて作動する。

【００１５】バッテリ３の充放電状態検出装置５は、図
２に示すように、バッテリ３の充放電電流による磁界を
検出するホール素子１６と、このホール素子１６の信号
から電流値を出力する電流検出回路１７と、この電流値
とバッテリ電圧とからメモリに記憶したマップを参照し
てＤＯＤ（バッテリ放電深度）％を計算するＤＯＤ計算
回路１８と、このＤＯＤ値を適当な期間で平均化するア
ベレージング回路１９とから構成されている。図１８
は、上記ＤＯＤ計算回路１８におけるマップの一例を示
す。尚、上記ＤＯＤは、０％がフル充電状態を示し、１
００％が完全放電状態を示している。

【００１６】エンジン始動停止制御装置１１は、上記Ｄ
ＯＤの値に基づいてエンジン６の始動、停止の制御を行
っている。例えば、図３に示すように、ＤＯＤ値が６０
％以上となるとエンジン６が始動され、発電機７による
発電が開始される。そして、発電機７による充電の結
果、ＤＯＤ値が２０％以下にまで回復したらエンジン６
が停止される。エンジン６の始動時には図示せぬスター
タモータが作動するが、このスタータモータへの通電
は、エンジン６の回転数が所定回転数以上になったこと
を検出して停止される。尚、このエンジン始動停止制御
装置１１は、実際には、エアコントロールバルブ制御装
置１０とともにマイクロコンピュータシステムにて構成
されている。

【００１７】図４は、エアコントロールバルブ９の一例
を示しており、ハウジング３１の入口ポート３２と出口
ポート３３とを開閉するようにスプール３４が設けられ
ているとともに、該スプール３４を駆動するソレノイド
３５が一端に設けられている。そして、上記ソレノイド
３５を所定周期のパルス信号でもってＯＮ−ＯＦＦする
とともに、そのＯＮデューティ比の可変制御により、エ
ンジン６の吸入空気量を連続的に制御できるようになっ
ている。

【００１８】上記実施例のハイブリッド型電気自動車
は、基本的にはバッテリ３の電力でもって走行する。
尚、車両の減速時には駆動用モータ１が回生発電機とし
て機能し、回収した電力がバッテリ３に与えられる。図
５のフローチャートを参照して説明すると、バッテリ３
の電力が低下し、前述したようにＤＯＤ値が６０％以上
となると、充放電状態検出装置５の検出信号の基づいて
エンジン６が始動される（ステップ１，ステップ２）。
そして、エンジン６が始動したら、エアコントロールバ
ルブ９による吸入空気量が所定のアイドル相当の少流量
に抑制される（ステップ３）。このように、始動後の出
力を抑制することで、触媒装置８が暖まらない間に通過
する排気量が減少し、ＨＣ等のエミッション排出が抑制
される。また触媒装置８は、少量の排気の通過によって
徐々に加熱される。

【００１９】上記の出力抑制は始動後一定時間（例えば
２〜３分程度）継続される（ステップ４）。一定時間経
過後は、エアコントロールバルブ９による流量を発電機
７の定格出力相当にまで増大させるが、その際の流量増
加は一定割合で徐々に行われる（ステップ５）。つま
り、前述した出力抑制時の排気の通過では、触媒装置８
の温度が十分に上昇しないので、急激に排気量が増大す
ると、エミッションが一時的に悪化するが、吸入空気量
を徐々に増加させることによって、触媒温度の上昇とと
もに排気量が増大する形となり、エミッションを一層抑
制できる。そして、エンジン６の回転数が発電機７の定
格回転数に達したら、エアコントロールバルブ９の流量
を、その状態に保持する（ステップ７）。

【００２０】従って、エンジン６の吸入空気量つまり出
力は、図６のような特性で変化することになる。ここ
で、出力抑制期間Ｔ１および出力増加期間Ｔ２の最適値
は、触媒装置８の性能や取付位置あるいはエンジン６の
総排気量や回転数などによって異なるものとなる。

【００２１】図７は、出力抑制期間Ｔ１の長短がＨＣ排
出量に与える影響の傾向を示したものであり、従来例つ
まり始動後直ちに定格運転とした場合の１回の始動に伴
う全体的なＨＣ排出量を１としたときの比でもって示し
ている。また、出力増加期間Ｔ２を１秒、４０秒および
１６０秒とした３つの例の特性を示す。この図７から明
らかなように、出力抑制期間Ｔ１を適当に与えることに
よってＨＣ排出量を大幅に低減できる。特に、触媒の転
化性能は図８に示すように空間速度ＳＶにより大きく変
化し、空間速度ＳＶが低い方が転化率が高い。しかも活
性化温度より低い暖機途中ではその傾向が顕著である。
従って、図８に矢印で示すように、できるだけ排気流量
を少なくした状態とすることにより転化率を高く維持で
きるのである。尚、ＨＣ排出量は出力抑制期間Ｔ１の増
加に伴って減少するが、出力抑制期間Ｔ１を過度に長く
与えると逆に増加する傾向を示す。これは、出力抑制時
の排気では触媒装置８の温度が十分には上昇せず、触媒
性能が不十分なまま長時間に亙って排気が通流し続ける
結果、エミッション総量が増加するからである。従っ
て、このような悪化を来さない範囲で出力抑制期間Ｔ１
を設定する必要がある。

【００２２】また図９は、出力増加期間Ｔ２の長短がＨ
Ｃ排出量に与える影響の傾向を示したもので、前述した
出力抑制期間Ｔ１を１秒、８０秒および１６０秒とした
３つの例の特性を示している。この図９から明らかなよ
うに、出力抑制の後に出力増加期間Ｔ２を適当に与えて
出力増加を徐々に行うようにすれば、更に一層のエミッ
ション低減を達成できる。すなわち、出力増加期間Ｔ２
を適当に与えることにより、図１０に示すように触媒温
度の上昇と出力つまり排気量の増大とがうまく対応した
ものとなり、過度的なエミッションの悪化を防止でき
る。尚、従来は一点鎖線に示すように排気量が当初から
最大流量となるので、触媒温度の上昇が相対的に遅れた
形となる。

【００２３】触媒装置８として、近年、温度上昇を促進
する電気ヒータ付のものが種々提案されているが、本発
明は、このヒータ付触媒装置と組み合わせることも可能
である。この場合、出力抑制期間Ｔ１をかなり短くする
ことができる。

【００２４】発電機７は、図１１に示すように、電機子
コイル１２と界磁コイル１３とを有する３相交流発電機
が用いられており、交流電圧を直流電圧に変換する３相
全波整流回路１４と、電圧を一定に保つように界磁コイ
ル１３の電流を制御する自動電圧調整器（ＡＶＲ）１５
とを備えている。この発電機７が発生した電力は駆動用
モータ１に供給され、更に余剰分はバッテリ３の充電に
用いられる。

【００２５】この自動電圧調整器１５は、界磁コイル１
３に流れる電流を検出する界磁電流検出装置２０と、パ
ルスカウント等により発電機７の回転数を検出する回転
数検出装置２１と、この発電機回転数に応じてその回転
数における最大界磁電流を出力する最大界磁電流演算回
路２２と、この最大界磁電流演算回路２２の出力と界磁
電流検出装置２０の出力とを比較する比較器２３と、発
電電圧に比例するａ点の電圧と目標電圧に比例するｂ点
の電圧とを比較する比較器２４と、両比較器２３，２４
の出力が入力され、かつ界磁電流制御用のトランジスタ
２５をＯＮ，ＯＦＦするアンド回路２６とを備えて構成
されている。尚、エンジン６と発電機７とは一定の比で
もって連動しているので、発電機７の回転数に代えてエ
ンジン６の回転数を検出するようにしても良い。

【００２６】上記実施例のような、ハイブリッド型電気
自動車に搭載される発電機７の構成においては、自動電
圧調整器１５が発電機７の中間回転数において最大界磁
電流を抑制する手段として機能し、界磁電流がその回転
数における最大界磁電流以下でかつ発電電圧が目標電圧
以下のときにのみトランジスタ２５がＯＮとなる。つま
り、各回転数に対し予め与えられた最大界磁電流を超え
ないように制御される。発電機回転数と最大界磁電流と
の関係は図１２のようになっており、中間回転数で最大
電流が小さくなるように設定されている。

【００２７】すなわち、通常の発電機７のトルク特性は
図１３に示すように中間回転数でピークとなるため、エ
ンジン６のトルク特性との最適なマッチングが難しい。
従って、発電機７の定格点がエンジン６の最良燃費点か
ら離れた点となり、燃費が悪い。しかも発電機７の要求
よりも大きいトルクを有するエンジン６が必要となる。
これに対し、上記実施例のように界磁電流の最大値を中
間回転数において抑制すれば、図１４に示すようなトル
ク特性となり、エンジン６の所定の定格点、すなわち最
良燃費点で運転することが可能となる。従って、燃料消
費率が大幅に低減するとともに、小型のエンジン６での
駆動が可能となる。

【００２８】次に、図１５は触媒装置８に触媒温度を検
出する温度センサ５１を設け、エンジン６の始動時に、
その検出温度が所定温度（例えば１２０℃、図１０参
照）に達するまで吸入空気量を少流量に抑制するように
した実施例を示している。この実施例によれば、外部の
温度条件やエンジン６自体の温度条件が異なる場合で
も、実際の触媒性能に最も適した形で出力抑制期間Ｔ１
を与えることができ、エミッションを十分に低減でき
る。また、触媒温度が高くなった後に不必要な出力抑制
が行われないため、バッテリ３の電力回復を早めること
ができる。

【００２９】次に、図１６はエンジン６の冷却水温を検
出する水温センサ５２を設け、エンジン始動時の冷却水
温に基づいて出力抑制期間Ｔ１を設定するようにした実
施例を示している。具体的には、図１７に示すように、
始動時の冷却水温が低いほど出力抑制期間Ｔ１が長く与
えられ、逆に冷却水温が高ければ出力抑制期間Ｔ１が短
縮化されるようになっている。この実施例でも、夏，冬
等の外部の温度条件やエンジン６の温度条件等が考慮さ
れたものとなり、エミッション低減の上で最適な出力抑
制期間Ｔ１が与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る発電装置をハイブリッド型電気
自動車に搭載した一実施例を示す構成説明図。

【図２】充放電状態検出装置の構成を示す回路図。

【図３】エンジンの作動条件を示す特性図。

【図４】エアコントロールバルブの一例を示す断面図。

【図５】エンジンの制御の流れを示すフローチャート。

【図６】エンジン始動時の出力変化を示すタイムチャー
ト。

【図７】出力抑制期間Ｔ１とエミッションとの関係を示
す特性図。

【図８】空間速度ＳＶと触媒の転化率との関係を示す特
性図。

【図９】出力増加期間Ｔ２とエミッションとの関係を示
す特性図。

【図１０】始動後の触媒温度の変化を出力パターンと比
較して示すタイムチャート。

【図１１】自動電圧調整器の実施例を示す回路図。

【図１２】この実施例における発電装置の発電機回転数
に対する最大界磁電流の特性を示す特性図。

【図１３】最大界磁電流を制限しない場合の発電機トル
ク特性とエンジントルク特性との関係を示す特性図。

【図１４】最大界磁電流を制限した場合の発電機トルク
特性とエンジントルク特性との関係を示す特性図。

【図１５】触媒温度を検出して出力抑制期間を制御する
ようにした実施例を示す構成説明図。

【図１６】エンジン冷却水温を検出する水温センサを設
けた実施例を示す構成説明図。

【図１７】始動時の冷却水温と出力抑制期間Ｔ１との関
係を示す特性図。

【図１８】ＤＯＤ値のマップの一例を示す説明図。

【符号の説明】

１…駆動用モータ６…エンジン７…発電機１５…自動電圧調整器２１…回転数検出装置２２…最大界磁電流演算回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｐ 9/14 Ｈ０２Ｐ 9/14 Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンで発電機を駆動することによっ
て発電を行う発電装置において、上記発電機の回転数を
直接もしくは間接に検出する手段と、発電機の中間回転
数において最大界磁電流を抑制する手段と、を備えてい
ることを特徴とする発電装置。
【請求項２】ハイブリッド型電気自動車に搭載され、
発電した電力で車両の駆動用モータを駆動することを特
徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】上記エンジンが所定の定格点で運転され
ることを特徴とする請求項１または２に記載の発電装
置。
【請求項４】上記定格点がエンジンの最良燃費点近傍
に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の発電装置。