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JP2528995B2 - 車載発電機の制御システム - Google Patents

車載発電機の制御システム

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Publication number
JP2528995B2
JP2528995B2 JP2067076A JP6707690A JP2528995B2 JP 2528995 B2 JP2528995 B2 JP 2528995B2 JP 2067076 A JP2067076 A JP 2067076A JP 6707690 A JP6707690 A JP 6707690A JP 2528995 B2 JP2528995 B2 JP 2528995B2
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combustion engine
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vehicle
control means
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武士 阿田子
正英 坂本
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1446—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in response to parameters of a vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関を搭載した車両の充電系に関し、
特に、上記内燃機関により回転駆動されて発電を行う車
載発電機の制御システムに関する。
〔従来の技術〕
従来、自動車に搭載され、その内燃機関によつて回転
駆動されて発電を行う車載発電機の制御は、一般に、い
わゆるICレギユレータと呼ばれる制御装置により界磁電
流を断続制御することによつて行われていた。このICレ
ギユレータは、発電機の出力により充電されるバツテリ
の出力電圧を検出しつつ、これが所定値以下となれば界
磁電流を供給して発電を行い、他方、所定値以上の場合
には界磁電流を遮断して発電を中止するものであつた。
また、特開昭60−16195号公報によれば、単にバツテ
リ出力のみならず、エンジン状態や電気的負荷の状態に
応じて発電機の発電動作を総合的かつ良好に制御すべ
く、マイクロコンピユータを使用して発電機の界磁電流
を制御する車載発電機の制御装置が知られている。この
制御装置では、その第２図に示される電気回路からも明
らかな様に、マイクロコンピユータから成る制御装置
は、エアコンやヘツドランプ投入を検出するセンサ等を
含む内燃機関の運転パラメータを取り込んで車載エンジ
ンの運転状態または電気負荷状態を検出する。そして、
この検出されたエンジン運転状態または電気負荷状態に
対応して車載発電機の発電量を、すなわち、発電量を制
御するためのレギユレータの目標電圧値を２段に切り換
える。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術になる車載発電機の制御装置では、特
に後者においては、成程、エンジン運転状態や電気負荷
状態を取り込んで総合的に発電動作の制御をすることに
より、より良好な制御が可能ではあるが、しかしなが
ら、発電機の発電動作を制御する方法としては、単にレ
ギユレータの目標値を２段に切り換えるだけであり、こ
れでは発電時の発電機負荷（すなわち、発電時中の発電
機の回転駆動はエンジンにとつては負荷として作用す
る）の段階的な変動により、特にアイドル運転時等にお
いてはエンジン回転数の変動，振動の発生に繋つてしま
う。すなわち、上記目標値が切り換つても、バツテリ電
圧がこの目標値に達しなければ界磁電流が供給されて上
記発電機は発電状態となり、目標値を越えれば発電は中
止されるからである。
そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑
み、上記内燃機関と発電機をより有機的・総合的に制御
することにより上記内燃機関の動作状態により良く適合
した車載発電機の制御システムを提供することをその目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、上記の目的を解消するため、車両に
搭載した内燃機関と、上記内燃機関により回転され、そ
の界磁電流を制御することにより出力電力を変化する発
電機と、上記発電機の発電電力により充電される蓄電手
段と、上記蓄電手段の発生出力を検出しながら上記発電
機の界磁電流を制御するパワートランジスタを含む界磁
電流制御手段と、上記内燃機関の運転パラメータを入力
し、上記内燃機関の燃料供給量及び点火時期の少なくと
も一方を制御する内燃機関制御手段とを備えた車載発電
機の制御システムにおいて、上記内燃機関制御手段は、
さらに、上記内燃機関に対する負荷が変化した場合、こ
の負荷変化の種類を判別し、この判別した負荷変化の種
類に対応して定めた所定の上記パワートランジスタ入力
される制御パルスのオン・オフ比を表すデューティ信号
の経時的変化パターンに従つて上記発電機の界磁電流を
制御する様に構成されたことを特徴とする車載発電機の
制御システムが提案される。
〔作用〕
上記の本発明による車載発電機の制御システムでは、
発電動作中の発電機は内燃機関に対して機械的負荷とし
て働くとの認識に基づき、この発電機の発電動作を制御
する界磁電流を、上記内燃機関に対する機械的負荷の変
動に対応した所定のパターンに従つて制御するものであ
る。
すなわち、内燃機関は、一般に、その機械的負荷を急
変した場合、この変動に追従することが出来ず、その回
転数を上下に振動させる等の不安定状態を経て上記機械
的負荷に対応した安定領域に達する。しかしながら、こ
の不安定状態における内燃機関の変動は、特に内燃機関
を搭載した車両にあつては前後方向の振動であるジヨル
テイング等に結び付き、運転者に不快感を与える。
そこで、本発明によれば、上記機械的負荷変動を発電
機の発電動作、すなわち界磁電流を制御することにより
緩和するが、その際、この界磁電流を上記機械的負荷変
動の種類に適合した所定のパターンに基づいて制御する
ことにより、上記機械的負荷変動を内燃機関の負荷変動
応答特性に合致させる様にすることが可能となる。この
ことにより、内燃機関に対する機械的負荷が変化して
も、内燃機関の動作状態により良く適合した車載発電機
の制御が可能となる。さらに、車載発電機に対する電気
的負荷の変動についても、上記界磁電流を変化させる際
には、上記所定のパターンに従つて制御することによ
り、上記と同様に内燃機関の動作状態により良く適合し
た車載発電機の制御が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例になる車載発電機の制御シス
テムについて、添付の図面を参照しながら詳細に説明す
る。
まず、第２図には、上記本発明になる車載発電機の制
御システムの全体構成が示されており、この図におい
て、例えば自動車等、車両に搭載された内燃機関１は、
回転トルクを出力する出力軸、すなわちクラウン軸11を
備えている。このクランク軸11には、図示はされていな
いが、プーリやベルト等を介して車載発電機３が機械的
に連結されている。この車載発電機３は、従来の発電機
と同様、外周に界磁巻線31を巻き回して成る回転子と、
この回転子の外周面に対向する様に３相巻線32,32,32を
巻き回した固定子とから構成されており、そして、この
回転子は上記内燃機関１のクランク軸に同期して回転駆
動される。また、上記発電機３の３相巻線32,32,32に
は、例えば６個のダイオードを直並列に接続して成る整
流回路33が接続され、発電機の３相交流出力を整流して
車載バツテリ４に供給して充電する様に構成されてい
る。
上記車載発電機３には、その一部に、上記車載バツテ
リ４の出力電圧、すなわちバツテリ電圧（VB）を検出し
ながら出力電圧を調整する発電制御装置５が設けられて
いる。この発電制御装置５は、バツテリ電圧VBが所定の
値VThr以上になると界磁電流Ifを増加し、他方、このバ
ツテリ電圧VBが所定値vThr以下になると界磁電流Ifを減
少して発電制御を行う。この発電制御装置５は、図から
も明らかな様に、上記界磁巻線31に直列に接続されたパ
ワートランジスタTRを有し、このパワートランジスタTR
を断続しながら上記の界磁電流Ifを制御するものであ
る。より具体的には、以下にその詳細を説明する駆動回
路50からの駆動パルスPdを上記パワートランジスタTRの
ベースに入力してそのオン・オフを行う。また、図中の
符号FDは、上記界磁巻線31に並列に接続され、上記界磁
電流Ifが遮断（オフ）された時に上記界磁巻線31内に発
生する逆起電圧から上記パワートランジスタTRを保護す
るための、いわゆる、フライホイールダイオードであ
る。
また、上記車両に車載された内燃機関１は、その回転
トルクをトランスミツシヨン２を介して駆動輪6,6に伝
達されているのは一般の車両と同様である。この内燃機
関１は、上記第２図に示す例では、いわゆるMPI（多気
筒燃料噴射）方式の４気筒内燃機関であり、４個のイン
ジエクタ51,51…とその駆動装置52,52…が設けられ、こ
れらによつて各気筒毎に燃料供給量が制御されている。
また、上記内燃機関１には、各気筒毎に点火プラグ53,5
3…が取り付けられ、これらは、例えば点火コイルを内
蔵したデイストリビユータ54から点火気筒順に配電され
る点火用高電圧によりスパークを発生し、各気筒内に充
填圧縮された燃料を爆発させる。そして、これらインジ
エクタ51,51…、点火プラグ53,53…の動作は、内燃機関
の制御装置である、いわゆるエンジンコントロールユニ
ツト（ECU）によつて制御される。また、上記第２図
中、上記内燃機関１に供給する燃料を蓄えるための燃料
タンク７の内部には、燃料を加圧して上記インジエクタ
51,51…に供給するための燃料ポンプ71が沈設され、こ
の燃料ポンプ71の動作も、また、上記ECU8により、燃料
ポンプ制御装置72を介して制御される。
この様に、内燃機関１の制御を行う上記ECU8は、図に
も示す様に、例えばマイクロコンピユータ等を利用して
構成されたものであり、図示の例では、各種演算を行う
ためのセントラルプロセツシングユニツト（CPU）81、
演算に用いる各種データを一時的に記憶するためのラン
ダムアクセスメモリ（RAM）82及びプログラムや必要な
データ等を格納・記憶したリードオンリメモリROM83と
から構成され、さらに、これらとは個別に、いわゆる、
入出力用混成集積回路（I/O LSI）84が設けられてい
る。このI/O LSI84は、上記内燃機関１の制御に必要な
各種のパラメータやデータを上記マイクロコンピユータ
内に取り込むためのものであり、例えば、バツテリ電圧
VB等のアナログ信号については、これをデイジタル信号
に変換するA/D変換器等をも内蔵している。また、このI
/O LSI74は、上記マイクロコンピユータの演算結果に
基づいて各種のアクチユエータを駆動・制御する制御信
号をも発生する様に構成されている。
以上のECU8による制御に必要な内燃機関のパラメータ
やデータを検出するため、例えば、内燃機関に吸入され
る吸入空気量Ｑを検出する空気流量計（例えば、ホツト
ワイヤ式エアフローセンサ等）101、冷却水の水温TWを
検知する水温センサ102、スロツトルバルブの開度θを
検出するスロツトルセンサ103、排気ガス中の酸素濃度O
2を検出して供給燃料の空燃比（A/F）を制御するための
O2センサ104、内燃機関の速度あるいは回転角度を検出
するために上記クランク軸11の所定の回転角（例えば、
１度）毎にパルス出力ｎを発生するクランク角センサ10
5、例えばアクセルペダルの踏角あるいはスロツトルバ
ルブの角度から機関のアイドル運転状態SIを検出するア
イドルスイツチ106、そして、機関の始動を行うスター
タの投入SSを検出するスタータスイツチ107等が設けら
れている。さらに、上記トランスミツシヨン２には、ニ
ユートラル状態SNにあるか否かを検知するためのニユー
トラルスイツチ108が設けられている。
以上に説明した内燃機関の各種動作パラメータやデー
タに加え、上記ECU8には、上記車載バツテリ４のバツテ
リ電圧VBが、そして、この車載バツテリ４に接続された
例えばヘツドライトランプ等の電気負荷41,41…に供給
される負荷電流Ilを検出する電流センサ42の出力信号
が、さらには、上記発電機３の界磁巻線31に供給される
界磁電流Ifを検出する電流センサ35の出力信号が入力さ
れている。これら、電流センサ42,35は、例えばホール
素子等を利用して構成されたものである。
加うるに、上記ECU8には、車載のエアコンデイシヨナ
のコンプレツサ９を内燃機関のクランク軸11に断続する
ための電磁クラツチ91の動作を検知する、いわゆるエア
コン負荷スイツチ92の出力信号Ａもまた入力されてお
り、これによつてエアコンの投入を判別する。
以上に説明した構成において、まず、発電制御装置５
は、車載バツテリ４の出力電圧VBを検出し、これを所定
の基準値と比較しながら界磁電流Ifを断続制御し、もつ
て、車載発電機３の発電動作を制御する。他方、ECU8
は、上記の各種センサ，スイツチ等から出力される内燃
機関の運転パラメータを取り込み、所定の演算を行つた
後、この演算結果に基づいて各種のアクチユエータ（上
記の例では、供給する燃料を制御するためのインジエク
タ、気筒内に充填された燃料を着火爆発させる点火プラ
グ、そして、インジエクタに加圧燃料を供給する燃料ポ
ンプ）を適宜制御し、もつて、内燃機関の運転動作を制
御することは従来技術と同様である。
そして、本発明によれば、ECU8は、上記内燃機関１の
動作を制御するのみならず、更には、上記車載発電機３
の発電動作をも制御する様に構成されている。即ち、上
記ECU8のI/O LSI84の出力側ポート（第２図中、I/O L
SI84右端部）からは制御パルスＰが出力され、発電制御
装置５の制御回路50に、より具体的にはそのＣ入力端子
に入力されている。
この制御回路50の回路構成が添付の第３図に詳細に示
されている。図において、車載バツテリ４の出力電圧VB
は制御回路50のＳ入力端子に入力され、直列接続した分
圧抵抗501,502がこのＳ入力端子に接続されている。こ
れら直列接続された抵抗501,502により分圧され、その
接続点に表われる電圧は、コンパレータ503の負（−）
の入力端子に接続されている。一方、このコンパレータ
503の正（＋）の入力端子には、例えばキースイツチ55
が閉じられることによりIG入力端子より印加され、ツエ
ナーダイオード504の両端に発生される一定電圧VZが、
分圧抵抗505,506により分圧され、基準値VThとして入力
されている。また、抵抗507は、上記ツエナーダイオー
ド504と上記キースイツチ55の間にそう入された抵抗で
ある。
さらに、上記のコンパレータ503の出力は、論理素子
であるAND回路508の一方の入力端子に入力され、このAN
D回路508の出力はトランジスタ509のベース端子に入力
される。一方、上記AND回路508の他方の入力端子には、
ECU8からの制御パルスＰが、既述のＣ端子を通して入力
されている。さらに、上記トランジスタ509のコレクタ
は、いわゆるコレクタ抵抗510及びIG入力端子を介して
車載バツテリ４に接続され、そのエミツタ出力を、上記
発電制御装置５のパワートランジスタTRのベースへ入力
している。
以上に詳述した発電制御装置５の動作について、添付
の第４図（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、以下に簡単に
説明する。まず、コンパレータ503は、第４図（ａ）に
示す様に、バツテリ電圧VBを所定の基準電圧VThと比較
しながら、同図（ｂ）に示す様に、VB＜VThの場合には
オン出力（例えば、電源電圧VCC）を、他方、VB≧VThの
場合にはオフ出力（０（Ｖ））を発生する。
一方、その内容については後に詳述するが、上記ECU8
からは、例えば第４図（ｃ）に示す様に、時刻t1から始
まつて所定のパターンで変化するカツトオフデユーテイ
信号Doffに従つて、同図（ｄ）に示す様な制御パルスＰ
がＣ端子に入力される。
次に、これらコンパレータ503の出力Ｃと制御パルス
Ｐは、上記AND回路506の働きにより論理積が求められる
ことにより、これによつて第４図（ｅ）に示す様な出力
Ｅが得られる。この出力Ｅは、トランジスタ507を介し
て、上記車載発電機３の界磁電流Ifの断続を制御するパ
ワートランジスタTRのベースに入力され、もつて、パワ
ートランジスタTRの断続を制御し、界磁電流Ifを第４図
（ｆ）に示す様に制御する。
続いて、上記第４図（ｃ）にも示した、ECU8によつて
発生されるカツトオフデユーテイ信号Doffについて、添
付の第５図を参照しながら、以下に説明する。
このカツトオフデユーテイ信号Doffは、上記AND回路5
08を介してパワートランジスタTRに入力される制御パル
スＰのオン・オフ比（デユーテイ）の経時的変化（パタ
ーン）を表わすものであり、その値Doff（％）は以下の
式で表わされる。
Doff＝Toff/（Ton＋Toff） すなわち、このカツトオフデユーテイ信号Doffの値が
大きい場合は、上記パワートランジスタTRのオフ（遮断
状態）時間が長くなり、界磁電流Ifが減少し、他方、こ
のDoffの値が小さい場合にはそのオン（導通状態）時間
が長くなり、界磁電流Ifが増大することを意味してい
る。
本発明では、上記のカツトオフデユーテイ信号Doffを
上記発電制御装置５の中の制御回路50のＣ入力端子に入
力することにより車載発電機３の発電動作を制御するこ
ととなるが、このカツトオフデユーテイ信号Doffは、第
６図に示す様に、時間の経過に対し、形状が直角三角形
又はその頂角部分を切り取つた四辺形になるパターンで
形成されている。そして、このカツトオフデユーテイ信
号Doffのパターンは、まず、初期発電カツト量を表わす
初期カツト部SDと、この値SDを維持する遅延部TDと、そ
の後、徐々に減少する減衰部RDとから構成されている。
これらの各部の値は、それぞれ、図中に破線でも示す様
に、種々の値に設定され得る。例えば、SDの最大値は10
0％であり、TDを零（０）とした場合の上記DOffのパタ
ーンは三角形状となる。
また、第７図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）には、上記カ
ツトオフデユーテイ信号Doffを100（％）（時点t1）か
ら徐々に０（％）（時点t2）まで減少する三角形状パタ
ーンと、これに伴う制御パルスＰの波形、さらに、これ
に伴つてパワートランジスタTRで断続される電流I
TR（平均値）の変化状況が示されている。これらの波形
からも明らかな様に、Doffが値100（％）から０（％）
に徐々に減少するに従い、上記制御パルスＰのオフ時間
が減少し、反対に、そのオン時間が増大してゆく。そし
て、この様なカツトオフデユーテイ信号Doffを、界磁電
流Ifが所定の値になる様にパワートランジスタTRを制御
している発電制御装置５の制御回路50のＣ入力端子に入
力した場合、上記パワートランジスタTRを流れる電流I
TRは、その平均値において、まずDoff信号の投入時
（t1）において０（Ａ）まで減少し、その後、時間の経
過と共に徐々に回復し、Doffが零（０）になる時点t2以
前の時点t2′において元の値に戻る。すなわち、このカ
ツトオフデユーテイ信号Doffは、本来は電源電圧VBを検
出しながら形成されるパワートランジスタ制御信号に重
畳され、上記パワートランジスタTRが導通状態である期
間のみこれをパターンに従つて強制的に遮断状態に移行
せしめ、もつて、磁界電流Ifを減少させる働きを有する
ものである。
ここで、本発明になる車載発電機の制御システムにお
ける発電制御動作について、第１図の機能説明図を用い
て以下に説明する。また、以下の動作は第２図に示した
ECU8内のCPU81等によつて行われ、その具体的なフロー
チヤートは後に示す。
先ず、ECU8のCPU81は、入力した各種運転パラメータ
等に基づいて内燃機関１を制御すると同時に、内燃期間
に対する負荷状態の変化をも検出し、その種類を判断す
る（ブロツク1001）。
例えば、ヘツドランプや他の電気負荷が、時点t1にお
いて、同時に投入された場合、第８図（ｂ）にも示す様
に、車載バツテリ４から上記電気負荷への電流Ilが急激
に増大する。そこで、電流センサ42（第２図参照）が検
出するこの負荷電流Ilの変化状態、例えば変化率dIl/dt
を観察することによつて電気負荷投入が検出され、同時
に、第８図（ａ）に示す様に電気負荷検出フラグが立て
られる。
一般に、大きな負荷電流が投入負荷に投入されると、
車載バツテリ４のバツテリ電圧VBは低下し、これに伴つ
て発電制御装置５は発電機３の発電を増大すべくその界
磁電流Ifを増大しようとする（第８図（ｄ）に破線で示
す）。発電機３は、その発電動作中においては、内燃機
関１に対しては負荷として作用することから、電気負荷
の急激な投入は、結局、内燃機関１に対する急激な負荷
増大と同じくなり、そのため、回転数Ｎは第８図（ｃ）
に破線で示す様に、急激に減少した後、上下に振動を伴
いながら元の回転速度（例えばアイドルスピード等）に
戻る。
この様な電気負荷の急変（急増）に伴う回転数Ｎの変
動（振動）は運転者の不快感を与え、運転性を損ねる結
果となる。そこで、本発明では、この電気負荷の急変時
（t1）から所定の期間、その発電量を急激に増大させ様
とする発電機３の界磁電流Ifを徐々に変化させることに
より（第８図（ｄ）の実線）内燃機関に対する負荷変動
を滑らかなものとし、もつて、回転数Ｎの振動を抑制し
ようとする（第８図（ｃ）の実線）ものである。
そこで、第１図に戻り、ECU8は以上の様にして判別さ
れた負荷状態の変化の種類に対応し、これに適切なカツ
トオフデユーテイ信号Doffのパターンを、すなわち、上
記の初期カツト部SDの大きさ、遅延部TDの長さ、そして
減衰部RDの傾きを適宜設定することになる（ブロツク10
02,1003,1004）。
より具体的には、例えば上記の電気負荷の急増の場合
においては、遅延部TDの長さは零（０）とし、初期カツ
ト部SDの大きさを定める（ブロツク1002）。すなわち、
まず、電気負荷投入時t1直前の界磁電流Ifを電流センサ
35（第２図参照）からの出力で求め、この値に対応した
カツトオフデユーティ信号Doffの値を求め、これを初期
カツト部SDの大きさとする。一般に、界磁電流Ifとカツ
トオフデユーテイ信号Doffの値との間には、第９図に示
す様な関係があり、これを例えばECU8のメモリであるRO
M83内に格納して置き、検出された上記直前の界磁電流I
fの値をパラメータとしてこれを読み出すことによつて
簡単に実現することが出来る。
その後、ECU8は、減衰部RDの傾き（dD/dt）を設定す
ることとなるが（ブロツク1004）、この場合、例えば急
変する負荷電流Ilの傾き（dIl/dt）から負荷の増加分を
推測し、これに対応した減衰部RDの傾き（dD/dt）を設
定しても良いが、一定値に設定しても良い。その後、EC
U8は、そのI/O LSI84により、上記に設定されたカツト
オフデユーテイ信号Doffのパターンに従つて制御パルス
Ｐを出力し、発電制御装置５によつて界磁電流Ifを制御
して車載発電機３の発電動作を制御する。すなわち、界
磁電流Ifは、上記第８図（ｄ）に実線で示す様に、電気
負荷の急増すなわちIlの負増にも拘らず、これまでの電
流値If1から増大した負荷に対応する値If2まで徐々に増
加することとなる。そのため、その発電量に対応して機
械的負荷となる発電機３の内燃機関１に対する負荷の変
動は滑らかとなり、第８図（ｃ）にも示す様に、回転数
Ｎの上下振動を伴うことなくスムーズな回転出力（例え
ば、アイドル時においてはアイドル回転数）に落ち付い
ている。
再び第１図に戻り、次に、エアコン負荷検出時の動作
について説明する。上記の電気負荷の増大とは異なり、
カー・エア・コンデイシヨナー（以下、単にエアコンと
称す）が作動された場合、そのコンプレツサ９（第２図
参照）が電磁クラツチ91の働きによつて内燃機関の出力
軸11に接続される。この電磁クラツチ91によるコンプレ
ツサ９の投入は、上記エアコン負荷スイツチ91（第２図
参照）によつて検知され、同時にエアコン負荷のフラグ
を立てられる（第10図（ａ））。このコンプレツサ９の
投入は、内燃機関１に対する負荷の急激な変動（増大）
となり、この負荷変動により内燃機関の回転数Ｎは第10
図（ｂ）に破線で示す様な上下の振動を生じ、その後、
所定の負荷に対応した値（例えば、アイドル運転時であ
ればアイドル回転数）に落ち着くことは上述と同様であ
る。
そこで、本発明によれば、この負荷変動を車載発電機
の発電動作を制御することにより相殺しようとするもの
であり、第１図のブロツク1001においてこのエアコン負
荷を判別し、次にブロツク1002においてカツトオフデユ
ーテイ信号Doffパターンの所期カツト部SDを設定する。
この時、遅延部TDの長さは零（０）とされ、その形状は
三角であり、また、SDの値は、第11図に示す様に、内燃
機関の回転数Ｎと車載バツテリ４の出力電圧VBに対応し
ながら設定される これは、例えばアイドル運転等の一定回転運転時にお
いて、カツトオフデユーテイ信号Doffを第12図（ａ）に
示す様に、その初期カツト部SDの大きさを100％から開
始した際に生じる無駄時間τを最小限に抑えるためであ
る。すなわち、SDを100％に設定した場合、同図（ｂ）
に示す様に界磁電流Ifは一旦０（Ａ）まで低下した後に
徐々に元の値に向つて回復してゆく。ところが、発電機
３により充電されるバツテリ４の出力電圧VBは14V程度
に保たれており、そのため、第12図（ｃ）及び（ｄ）に
も明らかな様に発電機３の出力電圧がこのバツテリ電圧
VBに達するまでは実際に発電が行われず、これでは、カ
ツトオフデユーテイ信号Doffの開始点（t1）から上記無
駄時間τが経過するまでは発電機３の内燃機関に対する
負荷は零（０）となり、不要に負荷を軽減する効果とな
つてしまう。また、この無駄時間τの期間は、内燃機関
の回転数Ｎを不要に上昇させることにもなり、回転数Ｎ
の振動発生の原因ともなり、望ましくない。そこで、こ
の無駄時間τを最大限に抑えることが必要であり、その
ためには、上記のSDを適切な値に設定する必要がある。
また、一般的に、発電機３の発電量は回転子を回転する
速度である発電機駆動回転数（＝内燃機関の回転数Ｎ）
に依存し、また、上記無駄時間τはバツテリ電圧VBにも
依存する。そこで、上記の様に、カツトオフデユーテイ
信号Doffの初期カツト部SDの大きさを、内燃機関の回転
数Ｎとバツテリ電圧VBとによつて設定するものである。
以上の様にしてSDの値を設定した後、次に、ブロツク
1004において減衰部RDの傾きdD/dtが設定されるが、そ
の際、例えば内燃機関の運転状態を表わすパラメータの
一つである内燃機関の冷却水温TWを用いて設定すること
も可能であるが、上記の実施例においては、これを所定
の値に固定して設定する様に構成されている。ただし、
この所定の値は、内燃機関１の負荷応答性等を考慮しな
がら適切に定められるべきである。その後、この設定さ
れたDOffのパターンに従つて制御パルスＰが発生され、
界磁電流Ifが制御されて発電機３の発電動作が制御され
ることは上記と同様である。
すなわち、上記界磁電流Ifは上記の三角形状のDoffパ
ターンに従つて、第10図（ｃ）に示す様に、エアコン負
荷の投入と同時に（時点t1）急激に立ち下がり、その後
徐々に元の値にまで回復する。この様な界磁電流Ifの変
化により、エアコン負荷投入に伴う内燃機関１への負荷
の急激な増大は、界磁電流Ifの減少に伴う発電機負荷の
減少により相殺される。その後、界磁電流Ifは徐々に元
の値に戻ることとなるが、これに伴う内燃機関１への負
荷増大は滑らかであり、内燃機関の回転数Ｎは負荷応答
性により（特に、アイドル運転時ではISC機構等の働き
により）上下の振動を発生せずに一定に保たれることと
なる。
次に、ECU8が内燃機関の始動時を検出した場合の動作
について説明する（第１図）。この始動時の検出は、ス
タータスイツチ107（第２図を参照）の出力信号SSによ
つて行われる。
一般的に、内燃機関の始動時における回転数Ｎの変化
は、第14図にも示す様に、内燃機関の温度を表わす冷却
水温TWが高い（TW≒80℃）場合には、回転数Ｎは比較的
短い期間Δtrn1で目標回転数Ntrg1に達して安定する。
一方、冷却温度TWが低い場合（TW≒０℃）には、比較的
長い期間Δtrn2で目標回転数Ntrg2に達する。これは、
低温時における潤滑油の粘度の違い等により、その目標
回転数については、低温時の目標値Ntrg2は高温時の目
標値Ntrg1よりも高い値に設定されている。そして、こ
の内燃機関１の動作が安定するまでの期間Δtrn1,Δt
rn2の間に発電機負荷が投入されると、この回転数Ｎの
上昇が遅れて不安定状態になり易く、場合によつては内
燃機関が停止してしまう。
そこで、始動時に内燃機関１を回転駆動するスタータ
が投入されている期間は車載発電機３の発電動作を強制
的に停止し、スタータの動作が停止した後、内燃機関の
運転状態に対応して徐々にその発電動作を通常の状態に
戻す様にして内燃機関の始動性を向上しようとするもの
である。
すなわち、第13図（ａ）に示す様に、ECU8はスタータ
スイツチ107からの出力信号SSを入力して内燃機関１の
始動時を検出する（第１図のブロツク1001）。同時に、
カツトオフデユーテイ信号Doffの初期カツト部SDの大き
さは自動的に100％に設定され、この状態は、第13図
（ｂ）に示す様に、上記出力信号SSがオフし、スタータ
の投入が終了するまで続く（ブロツク1003）。そして、
この出力信号SSがオフすると同時に、上記カツトオフデ
ユーテイ信号Doffの減衰部RDの傾斜dD/dtが設定される
が（ブロツク1004）、この時、上記ECU8は水温センサ10
2（第２図を参照）からの出力TWに基づいて設定するこ
ととなる。
また、上記の方法以外にも、例えば第15図（ａ）乃至
（ｃ）に示す様に、カツトオフデユーテイ信号Doffの減
衰部RDの傾きdD/dtのみならず、さらに、その遅延部TD
の大きさをも内燃機関の冷却水温に応じて設定すること
も可能である。この時、勿論、初期カツト部SDは100％
に設定されている。なお、同図（ｃ）に示す減衰部RDの
傾斜dDは、マイクロコンピユータのクロツク間隔をdtと
してその変化分dDだけを示したものである。
さらに、車両の発進時においては、上記と同様に、内
燃機関１に対する負荷は急激に増大する。そこで、この
場合には、車載発電機３の発電動作を一時的に停止させ
て発電機負荷を強制的に取り除き、もつて、内燃機関１
の出力トルクを車両の発進に振り向けようとするもので
ある。
まず、ECU8は、第16図（ａ）乃至（ｃ）に示す様に、
トランスミツシヨン２内に設けられたニユートラルスイ
ツチ108（第２図を参照）の出力SNによつて車両の発進
時を判別し（第１図のブロツク1001）、カツトオフデユ
ーテイ信号Doffの初期カツト部SDを100％に設定する
（ブロツク1002）。その後、Dojfの遅延部TD及び減衰部
RDの傾斜dD/dtを設定するが（ブロツク1003,1004）、こ
の時、例えば内燃機関冷却水温TWに対応した値を設定す
ることも可能であるが、上記の実施例においては一律に
設定することも可能である。なお、同図において、実線
は遅延部TDを零（０）とした場合、破線は遅延部TDを所
定の値にした場合の波形を示している。
最後に、加速度においては、スロツトルセンサ103の
出力信号θ（第２図を参照）からその変化率Δθを求め
て加速状態を検出する（ブロツク1001）と、まず、カツ
トオフデユーテイ信号Doffの初期カツト部SDを100％に
設定する（ブロツク1002）。さらに、Doffの遅延部TD及
び減衰部RDを設定するが（ブロツク1003,1004）、その
際、加速の程度に応じてそれぞれの値を設定する。例え
ば、第17図（ａ）乃至（ｃ）に示す本実施例では、加速
度は三段階のレベル，加速レベル1,加速レベル2,加速レ
ベル３に分けられ、各レベルに対応して予め設定した遅
延部TD及び減衰部の傾斜dD/dtを利用してパターンが決
定される。その結果、加速時において、車載発電機３の
発電動作が中断されて内燃機関の負荷が減少し、加速性
が向上されると共に、内燃機関に対する発電機負荷の変
化も加速状態に対応した適切なものとなる。
次に、上記にその概略を説明した発電制御動作を、上
記ECU8が実行するフローチヤートの形で以下に説明す
る。
第18図には電気負荷検出時（第１図参照）のフローチ
ヤートであり、まず、例えば10msのクロツクで処理が始
まると（ステツプ200）、負荷電流Ilの変化率dIlを求め
てこれを比較値Ithと比較する（ステツプ201）。この比
較の結果、dIl＞Ithと判断された場合には（「YES」）
発電機３の界磁電流If、より具体的には上記電気負荷の
急変を検出する直前のIfの値を取り込む（ステツプ20
2）。次に、上記で求めたIfによつて、例えば上記第９
図の様な関係を記憶したテーブルからカツトオフデユー
テイ信号Doffの初期カツト部SDの値を検索する（ステツ
プ203）。その後、上記で求めたSDをＤとし、TDを零
（０）とし、さらに、dDには一定値Ｋを入れてDoffのパ
ターンを設定する（ステツプ204）して終了する（ステ
ツプ205）。
その後は、上記ステツプ201においては「NO」とな
り、Ｄが零（０）であるか否かを判断し（ステツプ20
6）、零（０）でない（すなわち、「YES」）場合には上
記の設定したＤからdDだけ減算し（ステツプ207）で終
了する（ステップ205）。以上の減算を繰り返し、上記
ステツプ201において、上記Ｄが零と判断された場合
（すなわち、「YES」）には、直ちに終了する（ステツ
プ205）。
次に、第19図には、エアコン負荷検出時のフローチヤ
ートが示され、その処理が開始（ステツプ300）される
と、エアコンフラグがオンか否かを判断する（ステツプ
301）。その結果、YESと判断された場合、回転数Ｎとバ
ツテリ電圧VBを取り込み（ステツプ302）、このＮとVB
とによつてテーブルを検索してSDを求める（ステツプ30
3）。その後、上記SDをＤに、零（０）をTDに、一定値
ＫをdDに入れてカツトオフデユーテイ信号Doffのパター
ンを設定する（ステツプ304）。さらに、上記のエアコ
ンフラグをオフし（ステツプ305）、終了する（ステツ
プ306）。
その後、上記Ｄを徐々に減少させて零になるまで繰り
返す（ステツプ307,308）は上記第18図に示したと同様
である。すなわち、これらのフローチヤートに示す動作
によれば、時間の経過に対してＤの値を徐々に減少する
直角三角形（第６図参照）のパターンが発生されること
となる。
第20図には内燃機関の始動時検出時のフローが示され
ており、まず、処理が開始（ステツプ400）されると、
スタータフラクがオンか否かを判断し（ステツプ40
1）、「YES」の場合には水温信号TWを取り込み（ステツ
プ402）、この水温信号TWをパラメータとしてTDを検索
する（ステツプ403）。次に、Ｄを100に、上記検索した
TDをTDに、そして、一定値ＫをdDにし（ステップ40
4）、さらに、上記スタータフラグをオフして（ステツ
プ405）処理を終了する（ステツプ406）。すなわち、四
辺形のパターンが設定される。
その後、上記ステツプ401において「NO」と判断され
ると、フローは図の右側に移行してTDが零か否かを判断
する（ステツプ407）。このTDが零（０）でないと判断
されると（すなわち「YES」）、上記TDからクロツクの
間隔に対応するΔｔが減算されて終了（406）する。そ
して、以上の動作をTDが零となるまで繰り返す。上記TD
が零となると、フローは図中の右側に移動し、Ｄを徐々
に減少させて零になるまで繰り返し（ステツプ409,41
0）、終了する（ステツプ406）。
また、第21図は車両の発進時のフローチヤートを示し
ているが、これはステツプ501において発進フラグがオ
ンか否かを確認し、ステツプ505において発進フラグを
オフする点を除き、上記第20図に示したフローと同様で
あり、詳細な説明は省略する。これらのフローチヤート
によれば、Ｄの値は所定の期間（TD）経過の後に徐々に
減少する。いわゆる台形状の（第６図参照）パターンを
形成することになる。
最後に、第22図には、切速時の処理フローが示されて
いる。処理が開始される（ステツプ600）と、まず、ス
ロツトルセンサ103（第２図参照）の出力θを取り込む
（ステツプ601）。この取り込んだθから前回取り込ん
だθの値を減算して変化量Δθを求め、このΔθがどの
レベルにあるのかを判断する（ステツプ603,604,60
5）。すなわち、加速の程度がレベル３より大きい場合
はステツプ606へ、レベル３より小さくレベル２より大
きい場合はステツプ607へ、そしてレベル２とレベル１
との間にある場合にはステツプ608へ進み、テーブルを
検索してそれぞれ対応するTD3,dD3,TD2,dD2,TD1,dD1を
求める（加速レベルとTD,dDの関係については第17図
（ｂ），（ｃ）を参照）。その後、検索によつて求めた
TD3,dD3,TD2,dD2,TD1,dD1をそれぞれTD,dDに入れ（ステ
ツプ609,610,611）、さらに、Ｄには100を入れてパター
ンを設定して終了する（ステツプ612）。その後、この
設定されたパターンに従つてＤを変えて行くのは前期の
フローチヤートと同様である（ステツプ613〜616）。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかな様に、本発明になる車載発
電機の制御システムによれば、内燃機関に対する負荷状
態の急変が生じても、これを車載発電機の発電状態を制
御することによつて吸収することが出来、もつて、内燃
機関の動作をスムーズにすると共に振動の発生を抑制
し、運転者に不快感を与えない最適な運転状態を得るこ
とが可能になるという極めて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明になる車載発電機の制御システムの要部
であるECUの動作を説明する機能説明図、第２図は上記
制御システムの全体構成を示すブロツク図、第３図は上
記制御システムの発電制御装置の回路構成を示す回路
図、第４図（ａ）乃至（ｆ）は上記発電制御装置の動作
を説明する各部波形図、第５図乃至第７図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は本発明の特徴をなすカツトオフデユー
テイ信号の意味，形状，動作等を説明する信号波形図、
第８図（ａ）〜（ｄ）は電気負荷急増時の制御システム
動作を示す各部波形図、第９図は上記電気負荷急増時の
制御に用いる界磁電流とカツトオフデユーテイ値の関係
を示すグラフ、第10図（ａ）〜（ｃ）はエアコン負荷時
の動作を説明する各部波形図、第11図は内燃機関の回転
数とカツトオフデユーテイとの関係を示すグラフ、第12
図（ａ）〜（ｄ）はカツトオフデユーテイ信号の初期カ
ツト部の調整の必要性を説明するための信号波形図、第
13図（ａ）〜（ｃ）は始動時の制御システム動作を示す
各部波形図、第14図は始動時の内燃機関の回転数の変化
状態を示すグラフ、第15図（ａ）〜（ｃ）は上記始動時
における他の制御方式を示す図、第16図（ａ）〜（ｃ）
は車両発進時の制御システム動作を示す各部波形図、第
17図（ａ）〜（ｃ）は加速時の制御システム動作を説明
する図、そして、第18図乃至第22図は上記制御システム
の各種動作を示すフローチヤートである。 １……内燃機関、３……車載発電機、５……発電制御装
置、８……ECU、11……クランク軸、31……界磁巻線。
フロントページの続き (72)発明者 森 雄一 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 平１−308135（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118777（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−34900（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車両に搭載した内燃機関と、上記内燃機関
    により回転され、その界磁電流を制御することにより出
    力電力を変化する発電機と、上記発電機の発電電力によ
    り充電される蓄電手段と、上記蓄電手段の発生出力を検
    出しながら上記発電機の界磁電流を制御するパワートラ
    ンジスタを含む界磁電流制御手段と、上記内燃機関の運
    転パラメータを入力し、上記内燃機関の燃料供給量及び
    点火時期の少なくとも一方を制御する内燃機関制御手段
    とを備えた車載発電機の制御システムにおいて、上記内
    燃機関制御手段は、さらに、上記内燃機関に対する負荷
    が変化した場合、この負荷変化の種類を判別し、この判
    別した負荷変化の種類に対応して定めた所定の上記パワ
    ートランジスタ入力される制御パルスのオン・オフ比を
    表すデューティ信号の経時的変化パターンに従つて上記
    発電機の界磁電流を制御する様に構成されたことを特徴
    とする車載発電機の制御システム。
  2. 【請求項２】上記特許請求の範囲第１項において、上記
    所定のパターンとは、初期発電カツト量（SD）と、上記
    初期発電カツト量を持続する遅延部（DT）、上記初期発
    電カツト量（SD）から徐々に元の発電量に戻る減少部
    （RD）とを備えていることを特徴とする車載発電機の制
    御システム。
  3. 【請求項３】上記特許請求の範囲第２項において、上記
    内燃機関制御手段は、上記車載の内燃機関が始動状態に
    あると判別する場合には、上記所定パターンの上記遅延
    部（DT）を内燃機関温度に対応して決定することを特徴
    とする車載発電機の制御システム。
  4. 【請求項４】上記特許請求の範囲第２項において、上記
    内燃機関制御手段は、上記車載の内燃機関が加速状態に
    あると判別する場合には、加速のレベルを求め、この求
    められた加速レベルに対応して上記所定パターンの上記
    遅延部（DT）を決定することを特徴とする車載発電機の
    制御システム。
  5. 【請求項５】上記特許請求の範囲第２項において、上記
    内燃機関制御手段は、上記内燃機関を搭載した車両が発
    進状態にあると判別する場合には、上記所定パターンの
    上記遅延部（DT）を内燃機関温度に対応して決定するこ
    とを特徴とする車載発電機の制御システム。
  6. 【請求項６】上記特許請求の範囲第２項において、上記
    内燃機関制御手段は、上記車載の内燃機関がアイドル状
    態にあると判断した場合には、上記所定パターンの上記
    遅延部（DT）を零（０）とすることを特徴とする車載発
    電機の制御システム。
  7. 【請求項７】上記特許請求の範囲第３項において、上記
    内燃機関制御手段は、さらに、上記所定パターンの上記
    初期発電カツト量をデユーテイ比で100％とすることを
    特徴とする車載発電機の制御システム。
  8. 【請求項８】上記特許請求の範囲第４項又は第５項にお
    いて、上記内燃機関制御手段は、さらに、上記所定パタ
    ーンの上記初期発電カツト量（SD）を上記内燃機関の回
    転数に対応して決定することを特徴とする車載発電機の
    制御システム。
  9. 【請求項９】上記特許請求の範囲第６項において、上記
    内燃機関制御手段は、さらに、上記発電機の電気的負荷
    が増大した場合には、上記所定パターンの上記初期発電
    カツト量（SD）を、上記電気的負荷増大前の上記発電機
    からの出力電流の大きさ及び上記蓄電手段の出力電圧に
    対応して決定することを特徴とする車載発電機の制御シ
    ステム。
  10. 【請求項１０】上記特許請求の範囲第６項において、上
    記内燃機関制御手段は、さらに、上記内燃機関への機械
    的負荷が増大した場合には、上記所定のパターンの上記
    初期発電カツト量（SD）を、上記内燃機関の回転数及び
    上記蓄電手段の出力電圧に対応決して決定することを特
    徴とする車載発電機の制御システム。
  11. 【請求項１１】上記特許請求の範囲第４項において、上
    記内燃機関制御手段は、さらに、上記の求められた加速
    レベルに対応して上記所定パターンの上記減少部（RD）
    の傾き（dD/dt）を決定することを特徴とする車載発電
    機の制御システム。
  12. 【請求項１２】上記特許請求の範囲第５項において、上
    記内燃機関制御手段は、さらに、上記所定パターンの上
    記減少部（RD）の傾き（dD/dt）を上記内燃機関温度に
    対応して決定することを特徴とする車載発電機の制御シ
    ステム。
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