JPS61247239A - エンジン駆動発電機の制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 抜東氷見 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。

良末挟１ 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ｌ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１
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
る軽重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
換えて発電量をアップさせれば、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１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ニ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１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。

ｌ煎 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
１こ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。

車底 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交流発電機の界磁
巻線のオン、オフ制御を行なわせるものにあって、コン
トローラにおいて、界磁巻線におけるオン時間を計測保
持する手段と、今回のオン時間が前回のオン時間よりも
所定時間長くなったことを検知する手段と、その検知時
に一時強制的に発電機の発電量をオフ側に切り換える手
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ｖ６　　と予め設定された基準発電電圧
Ｖｓとを比較するコンパレータＣＭＰと、そのコンパレ
ータＣＭＰ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を強め側に切り換えるスイッチング素子Ｓ
Ｗのオン。

オフを行なわせるコントローラＣＮＴとからなっている
。なお基準発電電圧Ｖｓは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と（７
）分圧時に１４．５Ｖとなり、Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗と
抵抗Ｒ３との分圧時に１２．５Ｖとなるように設定され
ている。またその抵抗Ｒ３の投入、引外しを行なわせる
スイッチング用トランジスタＴｒは、ニアコンディショ
ナーの動作信号ＳＬ、ヘッドランプの点灯信号Ｓ２．減
速信号Ｓ３を読み込んで電気負荷状態およびエンジンの
運転状態を判定するロジック回路ＬＯＧの判定出力信号
に応じてオン、オフされるようになっている。

このように構成されたものにあって、従来では電気負荷
（ニアコンディショナー）がオフからオンに切り換った
時点で基準電圧Ｖｓが第４図に示すように変化した場合
、そのときのコンパレータＣＭＰの出力信号に応答して
バッテリ電圧Ｖ、が基準発電電圧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。なおその
場合、　Ｖ１５＜Ｖ　ｓのときコンパレータＣＭＰの出
力信号はハイレベル“Ｈ”となってスイッチング素子Ｓ
Ｗはオンとなり、ｖ６　≧ＶｓのときコンパレータＣＭ
Ｐの出力信号はローレベル゛Ｌ″となってスイッチング
素子ＳＷはオフとなるようになっている。

しかし、このように単にコンパレータＣＭＰ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ｔｌの時点で例えば
ニアコンディショナーなどの電気負荷４が投入されると
、基準発電電圧ｖ８が切り換えられることによりスイッ
チング素子ＳＷがオンしてもそれが基準電圧Ｖｓに回復
するｔ２時点までに長時間Ｔｏｎを要してしまう。また
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Ｎｏも急激に低下し、エンジンのアイド
ルアップの制御を行なわせたとしても、エンジン回転数
Ｎｏが所定に立上るまでの応答時間以前にエンジン負荷
が増えるためにエンジン回転数の低下を防止しがたい。

そのため本発明では、特にコントローラＣＮＴにおいて
、スイッチング素子ＳＷのオン時間を内部カウンタによ
り計測する手段と、今回のオン時間が前回のオン時間よ
りも所定時間長くなったか否かを検知させる手段と、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ＣＮＴの構成例
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Ｂ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Ｃ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、そのタイマ出力りの否定信号と入
力端ＩＮから入力されてくるコンパレータ出力信号Ａ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時点で突入電流の大き
な電気負荷がかかってバッテリ電圧ｖｌが大きく低下し
て、それが基準電圧Ｖｓ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ｔ’ｃ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ＣＭＰ、コントローラＣＮＴ、
スイッチング素子ＳＷおよび界磁コイルＦＣ部分の具体
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
以下に低下したバッテリ電圧ｖａがスイッチング素子Ｓ
Ｗのオンにより再び基準電圧Ｖｓにまで回復するまでの
期間Ｔｏｎのあいだ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か考えられる。

まず第１の手法として１期間Ｔｏｎのあいだ数回にわた
って強制オフを行なわせる場合にあってもｔＣ，ｔｃの
各時間が常に一定になるようにする。

この場合には、第１０図に示すように、単に抵抗分割回
路における分割点の電位をそれぞれ第９図の回路構成に
おける各コンパレータＣＭＰＩ、ＣＭＰ２の各基準電圧
値として加えるようにすればよい。

また、第２の手法として、ｔｃ待時間一定としたうえで
、ｔＣを時間ｔの関数すなわちｔα＝ｆ（１）　とし、
コンパレータＣＭＰからハイレベル′“ＨＩＨのオン指
令が出されている限り、時間ｔの経過とともに１０時間
を増大させるようにする。この場合には、篤１１図に示
すように、コンパレータＣＭＰの出力信号がハイレベル
ｔｇＨ”となっているときにコンデンサＣｐが所定のＲ
Ｃ時定数をもって充電状態となり、その出力信号がロー
レベル“Ｌ”となっているときにコンデンサＣｐが放電
状態となるＲＣタイマ回回路おけるコンデンサ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ＣＭＰＩ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ＣＭＰ　２の基準電圧値としては、第１
０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。

第２の手法をとる場合、第１２図に示すように、ツェナ
ダイオードＺＤを設けてコンデンサＣｐの電位に初期値
をもたせるようにすることが考えられる。

なお第２の手法により１０時間を時間ｔの経過にしたが
って引き延すようにする代わりに、１０時間を一定とし
たうえで、ｔｃを時間ｔの関数すなわちｔ　ｃ＝ｆ　（
ｔ）とし、コンパレータＣＭＰからハイレベルｇｔＨ”
のオン指令が出されている限り１時間ｔの経過とともに
ｔｃ待時間減少させていくような手法をとるようにして
もよい。この場合は、第１３図に示すような回路構成に
よるものを用いてその出力電圧を第９図の回路構成にお
けるコンパレータＣＭＰ２の基準電圧値として加えるよ
うにすればよい、また第１４図に、ツェナダイオードＺ
Ｄ’　を設けてコンデンサＣｐ′の電位に初期値をもた
せるようにした場合の回路構成を示している。

また第３の手法として、ｔＣ，ｔｃをそれぞれバッテリ
電圧Ｖａの関数すなわちｔα＝ｔ　ｃ＝ｆ（Ｖ　　）と
し、バッテリ電圧Ｖ、が低くなるにしたがって１０時間
およびｔｅ待時間短くなるように、１０時間およびｔｃ
待時間バッテリ電圧Ｖ。

に応じてそれぞれ変化させる。この場合には第１５図に
示すように、バッテリ電圧ＶＢ　と基準値との比較出力
に応じて基準値を可変にするコンパレータＣＭＰ３を用
いて、その比較出力をそれぞれ第９図の回路構成におけ
る各コンパレータＣＭＰ１、ＣＭＰ２の各基準電圧値と
して加えるようにすればよい。

第３の手法をとる場合、１０時間を一定としたうえで、
ｔｃ待時間みをバッテリ電圧ＶＢにしたかって可変にす
るようにしてもよい、また、ｔｃ待時間一定とじたうえ
で、１０時間のみをバッテリ電圧ＶＢ　にしたがって可
変にするようにしてもよい。

また第４の手法として、１０時間を一定としたうえで、
ｔｃを強制オフの回数ｎの関数すなわちｔｃ＝ｆ　　（
ｎ）とし、ｔｃ待時間オン、オフの繰返し回数に応じて
一定の割合で増大させていくようにする。この場合、第
１６図に示すように、コンパレータＣＭＰからハイレベ
ル゛Ｈ″のオン指令が出されている限りコンデンサＣｔ
の充電回路が形成され、コンパレータＣＭＰの出力信号
がハイレベル゛Ｈ”で、かつスイチッング素子ＳＷがオ
フしているときに所定の時定数をもったコンデンサＣｔ
の放電回路が形成されるようにし、そのコンデンサＣｔ
の電位を演算増幅量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ＣＭＰ２の基準電圧値として加
えるようにすればよい。

また第５の手法として、第２の手法によりオン時間ｔα
を時間ｔに応じて可変にする際、さらにｔＣを１０時間
の関数すなわちｔｃ＝ｆ　（ｔａ）とし、１０時間が長
くなるにしたがってｔｃ時間を短くするように、そのｔ
α時間に応じて次に行なわれる強制オフの時間ｔｃを変
化させる。この場合は、第１７図に示すように、コンパ
レータＣＭＰの出力信号がハイレベル゛′Ｈ″状態に保
持されている限り、第９図の回路構成におけるコンパレ
ータＣＭＰＩの出力信号がローレベル゛Ｌ″のときコン
デンサＣＰ′の所定の時定数をもった充電回路が形成さ
れ、コンパレータＣＭＰＩの出力信号がハイレベルｕ　
Ｌ　ＨになるとコンデンサＣｐ′の所定の時定数をもっ
た放電回路が形成され、かつスイッチング素子ＳＷがオ
フしているときにコンデンサＣｐ′を強制的にリセット
させる回路を設けて、そのコンデンサ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ＣＭＰ２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
の界磁巻線電流オフからオンに切り換えられる期間が長
くなると、大発電側への切換時間が漸増していくように
一時強制的に発電機の界磁巻線電流をオフに切り換えな
がら発電機のソフト発電を行なわせるようにしているの
で、第１８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Ｎｏが急激に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Ｎａ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リティを損な
うことがなくなる。

遼１」 以上１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、バッテリ電圧が常に基準電圧になるようにその
発電機における界磁巻線電流のオン、オフの切換制御を
行なわせる際、突入電流の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１発電機の発電量、エンジン回転数の各特性を
示すタイムチャート、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１
７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１
８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ャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   接続された交流発電機の界磁巻線電流のオン、オフ制御
   を行なわせるものにあって、コントローラにおいて、発
   電機における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をとるように
   したエンジン駆動発電機の制御方式。 ２、前記第１の期間および第２の期間を、それぞれ一定
   とするようにしたことを特徴とする前記第１項の記載に
   よるエンジン駆動発電機の制御方式。 ３、前記第１の期間を、コンパレータから界磁巻線電流
   のオン指令が出されている限り、時間の経過とともに増
   大させるようにしたことを特徴とする前記第１項の記載
   によるエンジン駆動発電機の制御方式。 ４、前記第２の期間、コンパレータから界磁巻線電流の
   オン指令が出されている限り、時間の経過とともに減少
   させるようにしたことを特徴とする前記第１項の記載に
   よるエンジン駆動発電機の制御方式。 ５、前記第１の期間および第２の期間を、バッテリ電圧
   に応じて変化させ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駆動発電機の制御方式。 ６、前記第２の期間を、強制的に発電機の界磁巻線電流
   をオフ側に切り換える回数に応じて変化させるようにし
   たことを特徴とする前記第１項の記載によるエンジン駆
   動発電機の制御方式。