WO2010095212A1

WO2010095212A1 - エンジンの暖機システム

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Publication number: WO2010095212A1
Application number: PCT/JP2009/052648
Authority: WO
Inventors: 勇一島崎; 崇小山
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-08-26

Abstract

　冷間始動時におけるエンジンの速やかな暖機と、走行燃費の悪化の抑制とを両立することのできるエンジンの暖機システムを提供する。　電気ヒータ１３と一般負荷用バッテリ１８のうち何れか一方をオルタネータ１４と電気的に接続し、他方を電気的に遮断するスイッチ２０を車両の走行状態に応じて切り替える。エンジン１の暖機期間であって且つ車両の減速走行時において、オルタネータ１４を電気ヒータ１３と接続させている状態で車両の減速エネルギーを利用した発電をオルタネータ１４で行い、発電された電力を電気ヒータ１３に直接供給する。

Description

エンジンの暖機システム

　本発明は、エンジンの暖機システムに関する。

　一般に、内燃機関（以下、「エンジン」という）の始動時（冷間時）は、エンジン冷却水温度やその他エンジンの構成部品の温度は外気温と略等しい。エンジンを始動させてからその暖機が完了するまでの間を「暖機期間」と称すと、暖機期間におけるエンジン性能は、冷却損失やエンジンオイルの粘度の増加に伴うフリクションロス等の影響によって低下する。そこで、従来から、エンジンの冷間始動時に電力の供給を受けて発熱する電気ヒータを用いてエンジンの暖機を行う暖機システムが提案されている。

　電気ヒータへの電力供給（給電）は、車両に搭載されたバッテリ（充電池）の電気負荷を増大させる。また、バッテリはエンジンの出力を利用して回転駆動されるオルタネータ（発電装置）が発電した電力の供給を受けて充電される。そのため、バッテリの電力を大量に消費することは、オルタネータの発電負荷を増大させることにつながり、エンジンの燃費を悪化させる一因となる。したがって、エンジンの暖機期間においてエンジンに投入される総エネルギーのうち、エンジンを暖機する為に消費されるエネルギーの占める割合は高く、燃費の悪化や暖機期間中における出力性能の悪化が懸念される。

　これに関連して、特許文献１には、車両の減速（制動）時において、車両の減速（制動）エネルギーを回収してオルタネータで発電を行い、発電した電力をバッテリに充電する車両の制動減速エネルギー回生装置が開示されている。しかし、このような構成を前提とした上でエンジンの始動時における暖機を考えた場合、車両の減速エネルギーを回収して発電した電力は一旦バッテリに充電されてから電気ヒータなどの電気負荷装置に供給されることになる。その場合、大量に消費されたバッテリの電力を補うべくオルタネータの発電負荷が著しく増大し、走行燃費の悪化を招くおそれがあった。
特開平１０－２８５７０６号公報特開２００４－３６０５４４号公報特開２００４－２４５１３５号公報特開２００８－８２２８８号公報特開２００１－２２１１１２号公報特公平８－１０９９９号公報

　本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷間始動時におけるエンジンの速やかな暖機と、走行燃費の悪化の抑制を両立することのできるエンジンの暖機システムを提供することである。

　上記目的を達成するための本発明に係るエンジンの暖機システムは、以下の手段を採用する。すなわち、エンジンの出力軸の回転トルクを駆動源として発電を行うオルタネータ（発電機）と、前記オルタネータが発電した電力の供給を受けて発熱する電気ヒータと、前記オルタネータが発電した電力を充電し、且つ充電した電力を前記電気ヒータとは別の電気負荷装置（以下、「一般電気負荷装置」という）に供給するバッテリである一般負荷用バッテリと、前記電気ヒータおよび前記一般負荷用バッテリのうち何れか一方を前記オルタネータと電気的に接続し、他方を電気的に遮断するスイッチング装置を有し、該スイッチング装置における該オルタネータの接続対象を車両の走行状態に応じて切り替える電力制御手段と、を備え、エンジンの暖機期間であって且つ車両の減速走行時においては、前記電力制御手段が前記オルタネータを前記電気ヒータと接続させている状態で車両の減速エネルギーを利用した発電が該オルタネータで行われ、且つ、該発電された電力が電気ヒータに直接供給されることを特徴とする。

　上記構成によれば、エンジンの暖機期間であって且つ車両の減速走行時に車両の持つ減速（制動）エネルギーがオルタネータでの発電という形で回収される。その際、電力制御手段は、スイッチング装置においてオルタネータと電気ヒータとを接続させてオルタネータで発電された電力の供給先を制御する。これにより、オルタネータにて発電された電力が電気ヒータへと直接供給され、エンジンの暖機が可及的に促進される。また、この構成によれば、一般負荷用バッテリに充電されている電力が電気ヒータへの給電の為に大量に消費されることがない。そのため、エンジンの走行燃費が悪化することが抑制される。

　なお、車両の走行状態が減速走行以外の時において、電力制御手段は、スイッチング装置においてオルタネータを一般負荷用バッテリと接続し、該オルタネータと電気ヒータとを遮断しても良い。減速走行以外の走行状態とは、車両の加速走行時や定速走行（クルーズ走行）時が例示できる。以下、車両の加速走行時或いはクルーズ走行をまとめて「加速／クルーズ走行」と称する。加速／クルーズ走行時においては、エンジンの燃焼によって発生した出力の一部を利用した発電が、適宜（例えば、バッテリの充電状態に応じて）、オルタネータにて行われる。そして、このように加速／クルーズ走行時に発電された電力は、オルタネータから一般負荷用バッテリへの充電のために一般負荷用バッテリに供給され、或いは一般負荷用バッテリに接続された一般電気負荷装置へと供給される。

　なお、本発明における「電気ヒータ」は、エンジンやトランスミッションの冷却媒体（例えば、冷却水）や作動油、吸気、排気、排気浄化触媒、その他エンジンに付随する周辺部品等の何れか、或いは複数からなる昇温対象を加熱するものであって良い。

　ここで、オルタネータの発電量が比較的多い状態でスイッチング装置におけるオルタネータの接続対象が切り替えられると、該スイッチング装置（スイッチなどの電気回路）の破損や、電気ノイズの発生確率が高まる。そこで、前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象の切り替えは、該オルタネータにおける発電量が所定の低負荷発電量以下まで一旦低減された状態で行われると良い。

　すなわち、オルタネータの接続対象の切り替え時における発電量を、所定の低負荷発電量まで一旦（一時的に）低減すると良い。所定の低負荷発電量とは、オルタネータの接続対象の切り替え時において、スイッチング装置の破損や電気ノイズの発生等の不具合が生じるおそれがないと判断できるレベルの発電量である。また、その値は、実験等の経験則に基づいて設定することもできる。なお、所定の低負荷発電量の最小値は零である。そこで、前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象の切り替えは、該オルタネータにおける発電が一旦停止された状態で行われても良い。これらの制御によれば、スイッチング装置におけるオルタネータの接続対象を切り替える際に、電気ノイズなどの不具合の発生を確実に抑制できる。

　また、前記オルタネータの発電電圧は、前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象が前記一般負荷用バッテリである時よりも前記電気ヒータである時の方が高く制御されても良い。これによれば、エンジンの冷間始動時において、車両の減速エネルギーを回収することでオルタネータにて発電される電力量がより一層増大する。そのため、エンジンの暖機をより早期に行うことができる（エンジンの暖機期間を一層短縮することができる）。

　また、前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象が前記電気ヒータである時の該オルタネータの発電電圧は、前記一般負荷用バッテリおよび前記別の電気負荷装置（一般電気負荷装置）に許容される最大電圧（以下、「一般負荷側許容最大電圧」という）よりも高い電圧に設定されても良い。

　上記の「許容される」とは、「一般電気負荷装置や一般負荷用バッテリが正常に作動する範囲内において許容される」との意味で用いられたものである。したがって、一般負荷側許容最大電圧とは、一般電気負荷装置あるいは一般負荷用バッテリに電力が供給された際に、これらが正常に作動し得る上限の電圧値である。このように、エンジンの暖機期間であって且つ車両の減速走行時においては、オルタネータの発電電圧を一般負荷側許容最大電圧よりも高圧側に制御することにより、エンジンの暖機期間を容易に短縮することができる。また、その際には、一般負荷用バッテリおよび一般電気負荷装置の何れもオルタネータと電気的に遮断されているため、これらの装置が高電圧の電力供給を受けることがない。よって、一般負荷用バッテリおよび一般電気負荷装置において作動異常が生じるおそれがない。

　なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

　本発明にあっては、冷間始動時におけるエンジンの速やかな暖機と、走行燃費の悪化の抑制を両立することのできるエンジンの暖機システムを提供することができる。

図１は、実施例１の暖機システムが適用されるエンジンおよびその冷却系の概略構成を示した図である。図２は、実施例１における電源制御装置の構成例を示した図である。図３は、エンジンの暖機期間中における車両の走行状態、スイッチの切り替え信号、レギュレータの発電制御信号の時間的推移を示したタイムチャートである。図４は、暖機促進制御時における発電制御ルーチンを示すフローチャートである。図５は、実施例２における電源制御装置の構成例を示した図である。図６は、実施例３における電源制御装置の構成例を示した図である。

符号の説明

　１　　エンジン
　５　　冷却水循環路
　１０　ＥＣＵ
　１１　クランク軸
　１３　電気ヒータ
　１４　オルタネータ
　１５　レギュレータ
　１７　一般電気負荷装置
　１８　一般負荷用バッテリ
　２０　スイッチ

　以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　図１は本実施例の暖機システムが適用されるエンジン（内燃機関）１およびその冷却系の概略構成を示した図である。図１に示すエンジン１は、水冷式の４サイクルエンジンである。エンジン１には、該エンジン１の冷却水が循環する冷却水循環路５、シリンダブロックにおける各シリンダの周囲を囲むように形成されたウォータジャケット（図示省略）、ウォータポンプ６、ラジエータ７、サーモスタット８を主要部品として構成される冷却系が設けられている。

　冷却水循環路５は、ウォータポンプ６、エンジン１のウォータジャケット、サーモスタット８、ラジエータ７を環状に接続する。また、冷却水循環路５には、該冷却水循環路５を循環する冷却水にラジエータ７をバイパスさせるバイパス水路５ａが接続されている。このバイパス水路５ａは、冷却水循環路５におけるサーモスタット８が配置された部分から分岐し、ラジエータ７とウォータポンプ６との間の部分で再び冷却水循環路５と合流している。

　また、エンジン１には、該エンジン１の運転状態等を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。また、ＥＣＵ１０はエンジン１の燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行う他、エンジン１の始動時に該エンジン１の暖機を促進させる暖機促進制御を実行する。

　ウォータポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランク軸）１１にベルト１２を介して接続されており、クランク軸１１の回転トルクを駆動源とする機械式ポンプである。このウォータポンプ６の駆動によって冷却水が吐出されると、エンジン１と冷却系との間で冷却水が循環される。

　エンジン１の冷却系に設けられたサーモスタット８は、冷却水の温度に応じて該サーモスタット８の温感部（図示省略）が伸縮するようになっており、この伸縮に応じて弁体（図示省略）が開閉される。これにより、サーモスタット８に流入する冷却水温が予め定めておいた規定温度よりも高いときには自動的に弁体が開弁された状態となる。その結果、エンジン１の冷却水は冷却水循環路５を介してラジエータ７へと導かれる。ラジエータ７は、冷却水と車両の走行風との間で熱交換を行う熱交換器であり、冷却水はラジエータ７を流れる際に走行風によって冷却される。一方、サーモスタット８に流入する冷却水温が規定温度以下のときには自動的に弁体が閉弁された状態となる。この場合、冷却水はバイパス水路５ａへと流出し、ラジエータ７を迂回してから再びエンジン１に導かれる。

　次に、本実施例に係るエンジン１の暖機システムの構成について説明する。エンジン１の始動時（冷間時）には、エンジン１およびその冷却水温は外気温と略等しい。したがって、エンジン１を始動させてからその暖機が完了するまでの暖機期間にわたるエンジン性能は、冷却損失やフリクションロス等の影響によって低下し易い。そこで、本実施例では、エンジン１の冷却水を加熱する電気ヒータ１３を冷却水循環路５に具備する。電気ヒータ１３は、電力の供給を受けて発熱する電気式の加熱装置である。本実施例では、エンジン１の暖機期間に、電気ヒータ１３に冷却水循環路５内の冷却水を加熱させてエンジン１の暖機を促進させる暖機促進制御を行う。

　暖機促進制御に関する電気ヒータ１３への電力供給は、オルタネータ（発電機）１４によって行われる。オルタネータ１４は、ベルト１２を介してクランク軸１１と機械的に連結されている。そして、オルタネータ１４は、クランク軸１１の回転トルクを駆動源として回転駆動されることによって三相交流を発生する三相交流発電機として機能する。

　図２は、本実施例における電源制御装置の構成例を示した図である。同図において、オルタネータ１４は、ダイオード整流器１４１を内蔵しており、オルタネータ１４のステータ１４２からの三相交流出力はダイオード整流器１４１により直流に変換された上で、出力端子１４ａから出力される。

　オルタネータ１４は、コイルロータ１４３のフィールド電流（界磁電流）を制御するレギュレータ１５を内蔵している。また、同図において、符号１７は車両のライト、エアコン、点火プラグ、オーディオ装置等の１２Ｖで作動する一般電気負荷装置を表し、符号１８は一般電気負荷装置１７に供給する電力を充電するバッテリ（蓄電池）である一般負荷用バッテリを表す。なお、符号１３は前述した電気ヒータを表す。本実施例における電気ヒータ１３の作動電圧（定格電圧）は、一般電気負荷装置１７よりも高い。本実施例においては一般電気負荷装置１７が本発明における「電気ヒータとは別の電気負荷装置」に相当する。

　図２において、電気ヒータ１３と一般負荷用バッテリ１８とは、スイッチ２０を介してオルタネータ１４の出力端子１４ａに接続されている。そして、スイッチ２０を切り替えることにより、電気ヒータ１４および一般負荷用バッテリ１８のうち何れか一方がオルタネータ１４と電気的に接続され、他方が電気的に遮断される。本実施例においてはスイッチ２０が本発明におけるスイッチング装置に相当する。

　スイッチ２０は、ＥＣＵ１０からの切り替え信号に応じて作動するリレー（図示省略）を備え、当該信号に応じてオルタネータ１４と一般負荷用バッテリ１８とを接続する第１の位置（図２に示した位置）と、オルタネータ１４と電気ヒータ１３とを接続する第２の位置との何れかの位置に切り替えられる。なお、この図において、一般負荷用バッテリ１８と一般電気負荷装置１７との間にスイッチは介在しないため、双方は常に電気的に接続された状態に保持される。したがって、スイッチ２０が第１の位置にあるときには、オルタネータ１４、一般負荷用バッテリ１８、一般電気負荷装置１７の全てが電気的に接続されることになる。

　ＥＣＵ１０は、一般負荷用バッテリ１８と電気配線を介して接続されており、バッテリ電圧ＶＢが図示しないＡ／Ｄ変換器を経由してＥＣＵ１０へと入力される。また、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０とレギュレータ１５との各々に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０はこれらの制御を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０の切り替えを行う切り替え信号と、オルタネータ１４の発電制御を行う発電制御信号とを各々の装置に出力する。

　次に、レギュレータ１５について説明する。図２に示すように、オルタネータ１４のコイルロータ１４３は一般負荷用バッテリ１８に接続されており、一般負荷用バッテリ１８からフィールド電流（界磁電流）が供給されている。また、レギュレータ１５は、コイルロータ１４３へのフィールド電流供給回路に配置されているスイッチングトランジスタ１５ａと、このスイッチングトランジスタ１５ａの作動を制御する制御回路１５ｂとを備え、端子を介してＥＣＵ１０から入力される発電制御信号に応じてスイッチングトランジスタ１５ａをオン／オフ制御する。

　このようにして、ＥＣＵ１０はコイルロータ１４３に流れるフィールド電流を調整し、オルタネータ１４の出力電圧（発電電圧）や発電量を制御することができる。また、ＥＣＵ１０は、スイッチングトランジスタ１５ａのオン／オフ制御における一サイクル時間当たりのオン・オフ比率、つまり一サイクル時間内でのオン時間の割合（通電デューティ；％）を制御することができる。この通電デューティは、現在の走行状態においてオルタネータ１４にて発電し得る最大発電量に対する、実際の発電量の割合を表す。

　次に、ＥＣＵ１０からスイッチ２０に出力される切り替え信号と、レギュレータ１５に出力される発電制御信号と、車両の走行状態の関係について説明する。図３は、エンジン１の暖機期間中における車両の走行状態、スイッチ２０の切り替え信号、レギュレータ１５の発電制御信号の時間的推移を示したタイムチャートである。上段には車両の走行状態を、中段にはスイッチ２０の切り替え信号を、下段にはレギュレータ１５の発電制御信号を示す。中段における符号Ａは「第１の位置信号」を表し、スイッチ２０を第１の位置に保持する内容の制御信号である。符号Ｂは「第２の位置信号」を表し、スイッチ２０を第２の位置に保持する内容の制御信号である。

　この図の例では、車両の走行状態が定速走行（クルーズ走行）→加速走行→クルーズ走行→減速走行→クルーズ走行の順に推移している。ＥＣＵ１０は、暖機期間における車両の走行状態が加速走行或いはクルーズ走行（以下、「加速／クルーズ走行」という）である時に第１の位置信号を出力し、減速走行時に第２の位置信号を出力する。本実施例においては、上記の如くスイッチ２０におけるオルタネータ１４の接続対象を車両の走行状態に応じて切り替えるＥＣＵ１０が本発明における電力制御手段に相当する。

　ＥＣＵ１０は、レギュレータ１５に対し、スイッチ２０の切り替え位置に応じて異なる発電制御信号を出力する。具体的には、スイッチ２０に第１の位置信号が出力されている時には、レギュレータ１５に定電圧発電信号（図中、符号Ｃ）を出力する。また、スイッチ２０に第２の位置信号が出力されている時には、レギュレータ１５にフルデューティ発電信号（図中、符号Ｄ）を出力する。

　次に、レギュレータ１５に対する定電圧発電信号とフルデューティ発電信号の違いについて説明する。まず、定電圧発電信号の内容について説明する。定電圧発電信号（図中、符号Ｃ）がレギュレータ１５に出力されると、レギュレータ１５は、一般負荷用バッテリ１８のバッテリ電圧ＶＢを所定の基準充電電圧（例えば、１４．５Ｖ）に保持する定電圧制御を実施する。バッテリ電圧ＶＢは、一般負荷用バッテリ１８の端子からＥＣＵ１０に一定期間（例えば、１０～２０ｍｓ）毎に入力され、ＥＣＵ１０がバッテリ電圧ＶＢを取得する度にその情報がレギュレータ１５に出力される。

　ところで、定電圧制御が実施される車両の加速／クルーズ走行時においては、スイッチ２０は第１の位置に保持されている。したがって、このようにスイッチ２０が第１の位置に保持されている間は、一般負荷用バッテリ１８に充電されている電力が、エアコン、オーディオ装置等の１２Ｖで作動する一般電気負荷装置１７の使用状況に応じて各装置へと供給される状況にある。

　そこで、レギュレータ１５は、ＥＣＵ１０から入力された充電電圧ＶＢが基準充電電圧よりも少し低い電圧（例えば、１４Ｖ程度）以下となった場合にスイッチングトランジスタ１５ａをオンしてコイルロータ１４３にフィールド電流を供給する。一方、ＥＣＵ１０から入力された充電電圧ＶＢが基準充電電圧以上になると、レギュレータ１５は、スイッチングトランジスタ１５ａをオフしてコイルロータ１４３へのフィールド電流の供給を停止する。これにより、バッテリ電圧ＶＢが基準充電電圧の近傍に保持され、一般負荷用バッテリ１８の過充電や充電不足が防止される。なお、定電圧制御が行われ、一般負荷用バッテリ１８がオルタネータ１４に接続されている時におけるオルタネータ１４の出力電圧は、基準充電電圧に近く、且つ比較的低い電圧（例えば、１４～１５Ｖ程度）に制御される。

　次に、レギュレータ１５に対する他方の発電制御信号であるフルデューティ発電信号の内容について説明する。このフルデューティ発電信号（図中、符号Ｄ）がレギュレータ１５に出力されると、レギュレータ１５は、通電デューティを１００％の状態（フルデューティ）に保持するフルデューティ制御を行う。このフルデューティ制御は、車両の減速走行時に行われる。減速走行時においては、車両が有する慣性エネルギーによって車両は惰性走行するため、エンジン１のクランク軸１１も惰性で回転される。その際、上述の如くレギュレータ１５における通電デューティをフルデューティに制御することにより、フィールド電流が最大となる。その結果、オルタネータ１４の出力電圧（発電電圧）が大幅に上昇し（例えば、３０～５０Ｖ程度）、その発電量も最大となる。

　ここで、フルデューティ制御が実施されている最中は、スイッチ２０が第２の位置に保持されているため、オルタネータ１４と電気ヒータ１３とが接続されている。したがって、上記のように車両の減速走行時における減速エネルギーを利用して発電された電力は、電気ヒータ１３に直接供給される。

　このようにして、電気ヒータ１３へと供給された高電圧の電力は、暖機促進制御のために使用される。すなわち、ＥＣＵ１０は、電気ヒータ１３に対して作動信号を出力し、該電気ヒータ１３を発熱させる。その結果、冷却水循環路５内の冷却水が加熱され、高温となった冷却水がエンジン１（ウォータジャケット）に供給されることにより、エンジン１の暖機が促進される。

　なお、フルデューティ制御時における一般電気負荷装置１７（エアコン、オーディオ装置等）への電力の供給は、一般負荷用バッテリ１８に充電されている電力により賄われる。

　図４は、暖機促進制御時における発電制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の暖機期間中の一定周期毎にＥＣＵ１０によって実行される。本ルーチンが実行されると、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、レギュレータ１５への現在の発電制御信号が「定電圧発電信号」であるか否かを判定する。ここで、ＥＣＵ１０が肯定判定した場合（発電制御信号＝定電圧発電信号）には、現在の状態が、スイッチ２０が第１の位置に保持された状態で定電圧制御が実施されていることを意味する。この場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０２に進む。

　一方、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０が否定判定した場合（発電制御信号＝フルデューティ発電信号）には、現在の状態が、スイッチ２０が第２の位置に保持された状態でフルデューティ制御が実施されていることを意味する。この場合には、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６以降の処理については後述する。

　ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１０は、車両の走行状態を検出し、車両が減速走行を開始したか否かを判定する。車両の走行状態は、アクセルペダルの踏み込み量を取得するアクセルペダルポジションセンサ、ブレーキペダルの踏み込み量を取得するブレーキペダルポジションセンサ、車両速度（車速）を取得する車速センサ等の各種センサ（何れも図示省略）からの信号に基づいて検出することができる。これらの各種センサは、電気配線を介してＥＣＵ１０と接続されており、その出力信号がＥＣＵ１０に入力される。

　本ステップにおいて、ＥＣＵ１０が肯定判定（走行状態＝減速走行）した場合にはステップＳ１０３に進み、否定判定（走行状態＝加速／クルーズ走行）した場合には本ルーチンを一旦終了する。

　本実施例において、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０におけるオルタネータ１４の接続対象の切り替えを行う際、すなわちスイッチ２０への制御信号を切り替える時に、オルタネータ１４の発電量を基準低負荷発電量以下に低減させる処理（以下、「切替時発電量低減処理」という）を行う。ここで、オルタネータ１４における「フルデューティ制御」と「定電圧制御」に係る発電制御のうち、発電電圧の低い「定電圧制御」を行う場合でもその発電電圧は１４～１５Ｖ程度に維持される。そのため、オルタネータ１４の発電制御を、現在の車両の走行状態に適した方の制御（すなわち、フルデューティ制御と定電圧制御の何れか）を行っている状態でスイッチ２０を切り替えてしまうと、スイッチ２０が破損したり、電気ノイズが発生する可能性が高まる。

　電気ノイズとは、端的に言うと「電気の乱れ」を意味し、様々な電気負荷装置に影響を及ぼしてしまう。例えば、一般電気負荷装置１７への電力供給時に電気ノイズが生じると、オーディオの音質が悪くなったり、点火プラグがスパークを飛ばすタイミング（点火タイミング）が狂い易くなる。

　そこで、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０におけるオルタネータ１４の接続対象の切り替えを、オルタネータ１４における発電量を基準低負荷発電量以下まで一旦低減させた状態で行う。基準低負荷発電量は、オルタネータ１４の接続対象の切り替え時において、スイッチ２０の破損や電気ノイズの生じるおそれがないと判断できるほどレベルの低い発電量である。基準低負荷発電量は、実験等の経験則に基づいて設定しておくことができる。本実施例においては基準低負荷発電量が本発明における所定の低負荷発電量に相当する。

　より詳しく述べると、ＥＣＵ１０は、切替時発電量低減処理に際して、スイッチ２０を第１の位置から第２の位置に、或いはその逆へと切り替える瞬間のオルタネータ１４における発電量を当該切り替え前後に比べて相対的に低く、且つ基準低負荷発電量以下となるように低減させる。例えば、現在、スイッチ２０が第１の位置に保持された状態で定電圧制御が実施されている。また、前述のステップＳ１０２において車両の減速走行の開始が検出されているため、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０を現在の第１の位置から第２の位置に切り替え、且つ、オルタネータ１４に係る発電制御として「フルデューティ制御」を行うべきと判断する。

　かかる場合に、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０を第１の位置に保持した状態のまま、オルタネータ１４の発電量が定電圧制御における制御目標値から基準低負荷発電量以下の範囲で設定される目標値まで低下するようにレギュレータ１５を制御する。そして、このようにオルタネータ１４の発電量を低減させた後、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０を第１の位置から第２の位置に切り替える。その後、ＥＣＵ１０は、オルタネータ１４の発電量が、現在の値（基準低負荷発電量以下の範囲で設定した目標値）からフルデューティ制御における制御目標値まで増加するようにレギュレータ１５を制御する。

　これにより、オルタネータ１４の発電量が比較的高い状態のままスイッチ２０が切り替えられることが回避され、前述した電気ノイズ等の発生が抑制される。なお、基準低負荷発電量の最小値は零であり、この場合にはオルタネータ１４における発電が停止された状態を表す。そこで、本ルーチンでは、切替時発電量低減処理に際して、オルタネータ１４における発電を一旦停止させた状態でスイッチ２０の切り替えを行うこととした。すなわち、ＥＣＵ１０は、続くステップＳ１０３において、レギュレータ１５に指令を出し、オルタネータ１４における発電を停止させる。そして、上記指令を受けて、レギュレータ１５が通電デューティを０％の状態に保持する。その結果、オルタネータ１４のコイルロータ１４３へのフィールド電流の供給が停止され、オルタネータ１４における発電が一旦停止される。

　続くステップＳ１０４において、ＥＣＵ１０は、オルタネータ１４での発電が停止されている間に、スイッチ２０への切り替え信号を第１の位置信号から第２の位置信号に切り替える。これにより、スイッチ２０が第１の位置から第２の位置に切り替わる。つまり、一般負荷用バッテリ１８および一般電気負荷装置１７がオルタネータ１４と遮断され、電気ヒータ１３とオルタネータ１４とが接続される。これに際して、オルタネータ１４における発電は一時的に停止されているため、電気ノイズ等の不具合の発生が抑制される。

　ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１０は、レギュレータ１５に出力する発電制御信号をフルデューティ発電信号に切り替える。これにより、レギュレータ１５において前述のフルデューティ制御が開始される。本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

　次に、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０が否定判定した場合（発電制御信号＝フルデューティ発電信号）について説明する。その場合には、現在、スイッチ２０が第２の位置に保持された状態でフルデューティ制御が実施されていることを意味する。この場合、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０６に進み、車両の走行状態を検出し、車両が減速走行を解除したか否かを判定する。減速走行の解除とは車両が加速走行或いはクルーズ走行（加速／クルーズ走行）を開始したことを表す。本ステップにおいて、否定判定（走行状態＝減速走行）した場合には本ルーチンを一旦終了する。

　また、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１０が肯定判定（走行状態＝加速／クルーズ走行）した場合には、スイッチ２０を現在の第２の位置から第１の位置に切り替え、且つ、オルタネータ１４に係る発電制御として「フルデューティ制御」から「定電圧制御」に切り替えるべきと判断する。

　そこで、この場合にＥＣＵ１０は、スイッチ２０を現在の位置である第２の位置に保持した状態のまま、オルタネータ１４における発電量がフルデューティ制御における制御目標値から基準低負荷発電量以下の範囲で設定される目標値まで低下するようにレギュレータ１５を制御する。そして、このように、オルタネータ１４の発電量を低減させた後、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０を第２の位置から第１の位置に切り替える。その後、ＥＣＵ１０は、オルタネータ１４の発電量が、現在の値（基準低負荷発電量以下の範囲で設定した目標値）から定電圧制御における制御目標値まで増加するようにレギュレータ１５を制御する。

　以上のことから、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０６において肯定判定（走行状態＝加速／クルーズ走行）した場合にはステップＳ１０７に進み、レギュレータ１５に指令を出すことでオルタネータ１４における発電を停止させる。より具体的には、ステップＳ１０７においてレギュレータ１５は、通電デューティを０％の状態に保持する。その結果、オルタネータ１４のコイルロータ１４３へのフィールド電流の供給が停止され、オルタネータ１４における発電が一旦停止される。

　ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１０は、オルタネータ１４における発電が停止された状態で、スイッチ２０を第２の位置から第１の位置に切り替える。すなわち、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０に出力する切り替え信号を第２の位置信号から第１の位置信号に切り替えることにより、オルタネータ１４の接続対象を電気ヒータ１３から一般負荷用バッテリ１８側に切り替える。これにより、スイッチ２０において一般負荷用バッテリ１８および一般電気負荷装置１７がオルタネータ１４と接続され、電気ヒータ１３とオルタネータ１４とが遮断される。その際には、前述の通りオルタネータ１４の発電が一旦停止されているため、電気ノイズ等の発生が抑制される。

　ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１０は、レギュレータ１５に出力する発電制御信号を定電圧発電信号に切り替える。これにより、レギュレータ１５において前述の定電圧制御が開始される。本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

　以上のように、本実施例にかかる暖機促進制御によれば、エンジン１の暖機期間であって且つ車両の減速走行時に車両の持つ減速エネルギーがオルタネータ１４での発電という形で回収される。そして、発電された電力が電気ヒータ１４に直接供給されるため、エンジン１の暖機が可及的に促進される。また、このシステム構成によれば、一般負荷用バッテリ１８に充電されている電力が電気ヒータ１３への給電の為に大量に消費されることがない。そのため、一般負荷用バッテリ１８への充電のためにオルタネータ１４の発電負荷が過度に増大することがなく、エンジン１の走行燃費が悪化することを抑制できる。

　また、ＥＣＵ１０は、前述の定電圧制御時（スイッチ２０におけるオルタネータ１４の接続対象が一般負荷用バッテリ１８である時）における発電電圧よりもフルデューティ制御時（スイッチ２０におけるオルタネータ１４の接続対象が電気ヒータ１３である時）における発電電圧の方が高くなるように制御する。そのため、エンジンの暖機期間であって且つ車両の減速走行時に大きな電力を電気ヒータ１３へと供給可能となり、早期にエンジン１を暖機できる。

　より具体的には、フルデューティ制御時の発電電圧は、一般負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ１よりも高く、且つ高負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ２以下の範囲で設定されている（例えば、３０Ｖ～５０Ｖ程度）。ここで、一般負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ１は、一般負荷用バッテリ１８および一般電気負荷装置１７へと給電した場合に、これらが正常に作動する範囲内で許容される最大電圧である。一方、高負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ２は、電気ヒータ１３やスイッチ２０などが正常に作動する範囲内で許容される最大電圧である。

　ここで、フルデューティ制御時の発電電圧を高負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ２以下の範囲内で制御することにより、電気ヒータ１３に過度に高電圧の電力が供給されることがない。それ故、電気ヒータ１３に異常作動が起こることは確実に抑制される。また、フルデューティ制御時の発電電圧を一般負荷側許容最大電圧ＶＧｍａｘ１よりも高く制御することで、電気ヒータ１３に供給する電力を可及的に増大させることができる。したがって、エンジン１を可及的に速やかに暖機することができる。

　また、上記のように定電圧制御時に比べて高電圧に維持された電力を電気ヒータ１３へと供給することで、電気ヒータ１３への送電時におけるエネルギーロスを低減することができる。その結果、このエネルギーロスに起因する発熱量も低減することができる。したがって、図２に示した電気回路を構築する配線の太さを細くすることが可能となり、コストの削減を達成することができる。

　また、本実施例にかかるオルタネータ１４はいわゆるフィールド電流の大きさを制御してその出力電圧や発電量を制御するタイプの発電装置である。そのため、いわゆるハイブリッド車両用の減速エネルギー回生装置に比べてコストや重量の増加が少なく、且つ車両への搭載性も優れている。また、本実施例における電気ヒータ１３は、冷却水を加熱してエンジン１の暖機を促進しているが、その代わりにエンジンオイルやトランスミッションの作動油、吸気、排気、排気浄化装置等を加熱するものであっても良い。

　次に、第２の実施例について説明する。図５は、実施例２における電源制御装置の構成例を示した図である。図５において、図２と同等の構成については同じ符号を付すことでその詳しい説明を省略する。

　図５において、符号２２は、一般電気負荷装置１７の電気負荷を検出するセンサ（以下、「１２Ｖ系負荷センサ」という）である。この１２Ｖ系負荷センサ２２は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、その出力信号がＥＣＵ１０に入力される。この１２Ｖ系負荷センサ２２からの信号により、ＥＣＵ１０は車両のライト、エアコン、点火プラグ、オーディオ装置等の使用状況に応じて、一般電気負荷装置１７の電気負荷の総量（以下、「１２Ｖ系総負荷」という）を取得することができる。

　実施例１で述べたように、エンジン１の暖機期間における車両の減速走行時においてはフルデューティ制御が行われる。そして、その時に一般電気負荷装置１７（エアコン、オーディオ装置等）へと供給される電力は、一般負荷用バッテリ１８に充電されている電力で賄われる。しかしながら、１２Ｖ系総負荷が過度に大きい場合には、一般負荷用バッテリ１８に充電された電力では、一般電気負荷装置１７に要求される量の電力を賄うことができないおそれがある。

　そこで、ＥＣＵ１０は、フルデューティ制御が行われているときには、１２Ｖ系負荷センサ２２の出力信号に基づいて１２Ｖ系総負荷を一定周期毎に取得し、その値を所定の比較値と比較する。この比較値は、１２Ｖ系総負荷を一般負荷用バッテリ１８に充電された電力によって賄えるか否かを判断する基準となる値であり、予め実験などの経験則に基づいて定めておく。

　ＥＣＵ１０は、１２Ｖ系総負荷と比較値とを対比した結果、１２Ｖ系総負荷が比較値を超えている場合に、一般負荷用バッテリ１８が１２Ｖ系総負荷を賄うことができないと判断する。そして、その場合には、ＥＣＵ１０はフルデューティ制御を強制的に終了する。具体的には、スイッチ２０に対する切り替え信号を第２の位置信号から第１の位置信号へと切り替え、一般負荷用バッテリ１８と一般電気負荷装置１７の双方をオルタネータ１４と接続させる。さらに、ＥＣＵ１０は、レギュレータ１５に対する発電制御信号をフルデューティ発電信号から定電圧発電信号へと切り替えることにより、定電圧制御を実施する。

　以上述べた制御により、オルタネータ１４にて比較的に低い電圧の電力が発電され、その電力が一般電気負荷装置１７へと直接的に供給され、或いは一般負荷用バッテリ１８を介して間接的に供給される。これにより、たとえフルデューティ制御の継続中に１２Ｖ系総負荷が過度に増大した場合においても、一般電気負荷装置１７への円滑な電力の供給を行うことができる。なお、上記の制御例では、比較値との比較対象を１２Ｖ系総負荷としているが、これに代えて、１２Ｖ系総負荷に相関する値（例えば、充電電圧ＶＢと１２Ｖ系総負荷の比率など）を採用しても構わない。

　次に、第３の実施例について説明する。図６は、実施例３における電源制御装置の構成例を示した図である。図６において、図２または５と同等の構成については同じ符号を付すことでその詳しい説明を省略する。

　図６において、符号２３は高電圧バッテリを表す。この高電圧バッテリ２３は、フルデューティ制御の実行によって発電された高電圧の電力を充電可能な蓄電池である。なお、高電圧バッテリ２３の代わりに、これと同等の機能を有するキャパシターを配置しても構わない。ここで、高電圧バッテリ２３とスイッチ２０とは第２スイッチ２４を介して接続されている。また、電気ヒータ１３とスイッチ２０とは第３スイッチ２５を介して接続されている。第２スイッチ２４および第３スイッチ２５はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、該ＥＣＵ１０からの切り替え信号に応じてオン／オフが切り替えられる。

　そして、第２スイッチ２４がオン状態に切り替えられると高電圧バッテリ２３とスイッチ２０とが接続され、オフ状態に切り替えられるとこれらが遮断される。また、第３スイッチ２５がオン状態に切り替えられると電気ヒータ１３とスイッチ２０とが接続され、オフ状態に切り替えられるとこれらが遮断される。さらに、スイッチ２０が第２の位置に切り替えられた状態で、第２スイッチ２４および第３スイッチ２５が共にオン状態に切り替えられると、オルタネータ１４と電気ヒータ１３と高電圧バッテリ２３の全てが接続状態となる。また、スイッチ２０が第１の位置に切り替えられた状態で、第２スイッチ２４および第３スイッチ２５が共にオン状態に切り替えられると、電気ヒータ１３および高電圧バッテリ２３が互いに接続された状態で、オルタネータ１４とは遮断される。

　同図において、符号２６はＤＣ／ＤＣコンバータである。このＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、高電圧バッテリ２３に充電されている電力の電圧を降下（降圧）させる装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、一般電気負荷装置１７や一般負荷用バッテリ１８と接続される他、図示のように第２スイッチ２４を介して高電圧バッテリ２３と接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、第２スイッチ２４がオン状態のときに高電圧バッテリ２３から供給される電力の電圧を降下させた後、電圧降下後の電力を一般電気負荷装置１７や一般負荷用バッテリ１８へと供給することができる。

　次に、本実施例における特徴的な制御内容について説明する。エンジン１の暖機が終了した後は電気ヒータ１３による冷却水の加熱は不要となるため、電気ヒータ１３への電力供給も不要となる。そこで、本実施例では、エンジン１の暖機後であって且つ車両の減速走行時においては、車両の減速エネルギーを回収して発電した電力を高電圧バッテリ２３へと供給し、該高電圧バッテリ２３に充電することとした。

　具体的には、オルタネータ１４における発電制御は、レギュレータ１５にフルデューティ発電信号を出力してフルデューティ制御が実行される。その際、ＥＣＵ１０は、スイッチ２０を第２の位置に保持し、第２スイッチ２４をオン状態に保持し、第３スイッチ２５をオフ状態に保持する。これにより、フルデューティ制御の実行によって発電された高電圧の電力を、オルタネータ１４から高電圧バッテリ２３へと供給し、充電することができる。

　高電圧バッテリ２３に充電されている電力は、例えば、エンジン１が次回始動される際の暖機促進制御において電気ヒータ１３に供給するために使用される。具体的には、エンジン１の暖機期間において車両の加速／クルーズ走行時は、スイッチ２０が第１の位置に保持された状態で定電圧制御が行われる。その際に、ＥＣＵ１０は、第２スイッチ２４と第３スイッチ２５を共にオン状態に保持することで、高電圧バッテリ２３と電気ヒータ１３とを接続する。そして、ＥＣＵ１０は、高電圧バッテリ２３に充電されている高電圧の電力を電気ヒータ１３へと供給することができる。この制御によれば、車両の走行状態にかかわらず、電気ヒータ１３に高電圧の電力を供給することができるので、エンジン１の暖機を可及的に促進させることができる。

　また、ＥＣＵ１０は、一般電気負荷装置１７の１２Ｖ系総負荷が増大した場合や一般負荷用バッテリ１８の充電電圧ＶＢが少ない場合に、高電圧バッテリ２３に充電されている電力の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２６において降下させた後、一般電気負荷装置１７や一般負荷用バッテリ１８へと供給する。これによれば、フルデューティ制御中に１２Ｖ系総負荷が急激に増加した場合においても、同制御を継続したままで一般電気負荷装置１７や一般負荷用バッテリ１８に電力を供給することができる。

　また、一般電気負荷装置１７等には、上記のように電圧が降下された電力が供給されるため、これらの装置が故障するおそれもない。また、高電圧バッテリ２３への充電は、車両の減速エネルギーを回収して行った発電によって賄われているため、エンジンの走行燃費が悪化することもなく、好適である。

　以上述べた本実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。また、前述の実施例１～３において説明した構成や制御については、可能な限り組み合わせることができる。

Claims

　エンジンの出力軸の回転トルクを駆動源として発電を行うオルタネータと、
　前記オルタネータが発電した電力の供給を受けて発熱する電気ヒータと、
　前記オルタネータが発電した電力を充電し、且つ充電した電力を前記電気ヒータとは別の電気負荷装置に供給するバッテリである一般負荷用バッテリと、
　前記電気ヒータおよび前記一般負荷用バッテリのうち何れか一方を前記オルタネータと電気的に接続し、他方を電気的に遮断するスイッチング装置を有し、該スイッチング装置における該オルタネータの接続対象を車両の走行状態に応じて切り替える電力制御手段と、を備え、
　エンジンの暖機期間であって且つ車両の減速走行時においては、前記電力制御手段が前記オルタネータを前記電気ヒータと接続させている状態で車両の減速エネルギーを利用した発電が該オルタネータで行われ、且つ、該発電された電力が電気ヒータに直接供給されることを特徴とするエンジンの暖機システム。
　前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象の切り替えは、該オルタネータにおける発電量が所定の低負荷発電量以下まで一旦低減された状態で行われることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの暖機システム。
　前記オルタネータの発電電圧は、前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象が前記一般負荷用バッテリである時よりも前記電気ヒータである時の方が高く制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの暖機システム。
　前記スイッチング装置における前記オルタネータの接続対象が前記電気ヒータである時の該オルタネータの発電電圧は、前記一般負荷用バッテリおよび前記別の電気負荷装置に許容される最大電圧よりも高い電圧に設定されることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの暖機システム。