JP3248827B2 - エンジン発電機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの回転変動
を抑制し且つ発電機の出力電力を一定制御するエンジン
発電機の制御装置に関し、特にクランク軸回転数および
負荷電圧に基づいて励磁電流を制御することにより発電
機の必要トルクを一定制御し、エンジン効率の最適化、
低騒音化、燃費の向上および排気ガスの浄化を容易に実
現したエンジン発電機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４はたとえば特開平４−２９７３３
０号公報に記載された従来のエンジン発電機（発動発電
機）の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図
において、制御部１は、演算部１３（後述する）からの
出力信号Ｃに応動してスロットル弁４の開度（エンジン
６の吸入空気量に対応）を制御する。駆動部２は、制御
部１の制御下で、演算部１３からの出力信号Ｃに応じた
駆動電圧（直流電圧）をアクチュエータ３に供給する。

【０００３】アクチュエータ３は、駆動部２からの直流
電圧に応じてスロットル弁４を駆動する。スロットル弁
４は、アクチュエータ３により開閉駆動されて開度が設
定され、エンジン６の吸入空気量を調整する。制動バネ
５は、アクチュエータ３の駆動トルクと平衡した状態で
スロットル弁４の開度を固定させるための制動トルクを
発生するとともに、アクチュエータ３の無作動時にスロ
ットル弁４を全閉させる。

【０００４】エンジン６のクランク軸回転数は、スロッ
トル弁４の開度に応じて供給される吸入空気量によって
制御される。三相同期型の磁石発電機からなる発電機７
は、エンジン６の出力シャフトに連結されたロータ部の
三相コイル（図示せず）およびステータ部の励磁コイル
（図示せず）を含み、三相正弦波からなる高周波電圧を
出力電圧Ｖｇとして発電する。整流回路８は、発電機７
の出力電圧Ｖｇを三相全波整流して直流の負荷電圧Ｖｄ
に変換する。

【０００５】発電機７の負荷として作用するインバータ
回路９は、整流回路８から生成される負荷電圧Ｖｄを商
用周波数の正弦波に再変換して他の電気機器等の負荷
（図示せず）に供給する。負荷電圧Ｖｄは、他の負荷、
たとえば自動車に搭載された動力源となるバッテリにも
供給され、負荷の抵抗値に対応した電圧値を示す。

【０００６】制御部１に対する指示としての出力信号Ｃ
を生成する比較演算部１１は、整流回路８から出力され
る負荷電圧Ｖｄ（発電機７の出力電圧Ｖｄに対応）を検
出して設定電圧Ｖｒ（目標電圧）と比較する比較部１２
と、比較部１２の比較結果に基づいて演算を行い出力信
号Ｃを生成する演算部１３とを備えている。

【０００７】なお、ここでは図示されないが、エンジン
６の運転状態を示す各種情報を検出するための各種セン
サ手段と、運転条件に応じてエンジン６の燃料噴射量お
よび点火時期等を制御するための一般的なエンジン制御
装置が設けられている。また、制御部１、駆動部２およ
び比較演算部１１は、電子制御ユニット３０を構成して
おり、各種情報に基づいてエンジン制御装置を制御して
いる。

【０００８】図１５は図１４内の電子制御ユニット３０
の具体的構成例を示す回路図であるり、図において、比
較演算部１１は、設定電圧Ｖｒを取り込むオペアンプＯ
Ｐ１と、オペアンプＯＰ１の入力抵抗器Ｒ１〜Ｒ３およ
び帰還抵抗器Ｒ４と、負荷電圧Ｖｄを取り込むオペアン
プＯＰ３と、オペアンプＯＰ３の入力抵抗器Ｒ７および
帰還抵抗器Ｒ８とから構成されている。オペアンプＯＰ
３の出力信号は、入力抵抗器Ｒ２を介してオペアンプＯ
Ｐ１に入力されている。

【０００９】また、駆動部２は、オペアンプＯＰ１の出
力信号を取り込むオペアンプＯＰ２と、オペアンプＯＰ
２の入力抵抗器Ｒ５および帰還抵抗器Ｒ６とから構成さ
れている。オペアンプＯＰ２の出力信号は、入力抵抗器
Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１に入力されている。さら
に、駆動部２内のオペアンプＯＰ２の出力信号はアクチ
ュエータ３に供給され、アクチュエータ３の出力軸は、
エンジン６の吸気管内に回転自在に配設されたスロット
ル弁４に連結されている。

【００１０】次に、図１４および図１５に示した従来の
エンジン発電機の制御装置の動作について説明する。一
般に、バッテリやインバータ回路９を含む負荷の抵抗値
は、たとえば、発電機７の出力電力Ｐｇが２０ｋＷ、負
荷電圧Ｖｄが４００Ｖ、負荷電流が５０Ａとすれば、８
Ω程度であるが、バッテリの充電状態や電気機器の投入
等により変動する。この負荷抵抗値の変動に応じて、負
荷電圧Ｖｄが変動することにより、発電機７の必要トル
クが変動し、エンジン６から見た負荷の大きさが変動す
ることになる。

【００１１】ここで、発電機７の出力電圧Ｖｇはインバ
ータ回路９を含む負荷に依存するので、たとえば発電機
７の出力電力制御やスロットル弁４の開閉制御等により
クランク軸回転数の制御が行われなければ、エンジン６
のクランク軸回転数は、負荷に応じて変化することにな
る。もし、負荷変動に応じてエンジン６のクランク軸回
転数が大きく変動すると、高効率でエンジン６を運転し
続けることも、また、発電機７の出力電機Ｐｇを一定に
することもできなくなる。

【００１２】したがって、従来より、電子制御ユニット
３０は、クランク軸回転数をたとえば２０００ｒｐｍ〜
２５００ｒｐｍ程度に制御してエンジン６を高効率運転
するために、負荷の抵抗値に対応した負荷電圧Ｖｄの変
動に応じてスロットル弁４の開度を制御し、エンジン６
の吸入空気量を変化させている。この場合、発電機７内
の励磁コイルに供給される励磁電流は一定制御されてい
るものとする。

【００１３】すなわち、電子制御ユニット３０は、負荷
電圧Ｖｄを検出して設定電圧Ｖｒと比較し、比較検出に
基づく演算により出力信号Ｃを生成し、アクチュエータ
３を駆動してスロットル弁４の開度を開閉制御し、エン
ジン６の回転変動を抑制するとともに発電機７の出力電
力を一定制御することになる。

【００１４】この場合、制御部１は、比較演算部１１内
の演算部１３から指示された出力信号Ｃに応じて、駆動
部２を介してアクチュエータ３を駆動する。これによ
り、アクチュエータ３は、駆動部２から供給される直流
電圧に対応した駆動トルクを発生し、スロットル弁４を
開閉駆動してエンジン６の吸入空気量を制御する。

【００１５】このとき、スロットル弁４の回転角度に対
応してアクチュエータ３の制動バネ５による制動力が変
化し、この制動トルクとアクチュエータ３の駆動トルク
とが平衡した状態でスロットル弁４の回転は停止する。
こうして、アクチュエータ３の駆動トルクを変化させる
ことによりスロットル弁４の開度を制御し、エンジン６
に供給される吸入空気量（燃料ガス）の流量を制御し、
クランク軸回転数を一定制御する。

【００１６】たとえば、負荷電圧Ｖｄが設定電圧Ｖｒ以
上に上昇すれば、負荷の抵抗値が高い（負荷が小さい）
ので、発電機７の必要トルクが小さいことから、クラン
ク軸回転数の上昇を抑制するために、スロットル弁４の
開度を閉成側に制御する。逆に、負荷電圧Ｖｄが設定電
圧Ｖｒ以下に減少すれば、負荷の抵抗値が小さい（負荷
が大きい）ので、発電機７の必要トルクが大きいことか
ら、クランク軸回転数の減少を抑制するために、スロッ
トル弁４の開度を開放側に制御する。

【００１７】エンジン６の回転出力は、出力シャフトの
回転エネルギとして取り出され、出力シャフトに連結さ
れた発電機７は、クランク軸回転数に応じた出力電圧Ｖ
ｇを発電する。発電機７の出力電圧Ｖｇは、整流回路８
を介して負荷電圧Ｖｄに変換された後、バッテリ等の負
荷に供給され、さらに、最終的にインバータ回路９を介
して商用周波数の正弦波（商用電源相当の交流出力）に
再変換され、他の電気機器等の負荷に供給される。

【００１８】電子制御ユニット３０内の比較演算部１１
は、整流回路８に接続された負荷電圧検出手段（図示し
ない分圧回路）により、発電機７の出力電圧Ｖｇに対応
した負荷電圧Ｖｄを検出し、比較部１２において所定の
設定電圧Ｖｒと比較する。また、比較演算部１１内の演
算部１３は、比較部１２からの比較結果に基づいて所定
の演算を行い、演算結果を出力信号Ｃとして制御部１に
供給する。

【００１９】具体的には、負荷電圧Ｖｄは、入力抵抗器
Ｒ７を介して比較演算部１１内の前段のオペアンプＯＰ
３（図１５参照）に入力され、演算増幅された出力信号
となり、後段のオペアンプＯＰ１に入力される。また、
オペアンプＯＰ１には、入力抵抗器Ｒ１を介して設定電
圧Ｖｒが入力されるとともに、入力抵抗器Ｒ３を介して
駆動部２内のオペアンプＯＰ２の出力信号がフィードバ
ック入力される。これにより、オペアンプＯＰ１におい
て、負荷電圧Ｖｄと設定電圧Ｖｒとが比較される。

【００２０】たとえば、比較結果に基づいてアクチュエ
ータ３に対する駆動電圧が減少した場合は、スロットル
弁４が閉成側に駆動されてエンジン６のクランク軸回転
数が減少し、発電機７の出力電力も減少する。

【００２１】こうして、比較演算部１１は、発電機７の
出力電圧Ｖｇに基づいて演算を行い、演算結果としての
出力信号Ｃを生成する。これにより、制御部１は、スロ
ットル弁４の開度を制御してエンジン６のクランク軸回
転数を制御する。したがって、エンジン６のクランク軸
回転数は、発電機７の出力電圧Ｖｇに対応した負荷電圧
Ｖｄの増減に応じて制御される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来のエンジン発電機
の制御装置は以上のように、負荷電圧Ｖｄの変動に対し
て、発電機７の励磁電流を一定として、常にスロットル
弁４の開度を変化させてエンジン６のクランク軸回転数
を制御しているので、スロットル弁４の急変制御により
吸入空気量が急変することから、排気ガスの浄化を実現
することができないという問題点があった。

【００２３】また、負荷電圧Ｖｄの変化を検出した後に
スロットル弁４を開閉制御しているので、発電機７の必
要トルクの変動と比べてスロットル弁４の開閉による吸
入空気量の変化が著しく遅いことから、実際の吸入空気
量に反映するまでの制御遅れ等の制御系無応答時間が発
生し、ハンチングによりクランク軸回転数が脈動してし
まい、クランク軸回転数を一定に制御することが困難に
なるという問題点があった。

【００２４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、発電機の出力電力が定格電力を
出力できる状態の場合は、負荷電圧が変動してもスロッ
トル弁の開度をほとんど変化させることなく、発電機が
最適効率回転数で駆動されて一定の発電出力電力が得ら
れるようにクランク軸回転数を維持し、エンジン効率が
最高となるクランク軸回転数で運転することにより、エ
ンジン効率の最適化、低騒音化、燃費の向上および排気
ガスの浄化を容易に実現したエンジン発電機の制御装置
を得ることを目的とする。

【００２５】また、この発明は、発電機の出力電力が定
格電力に満たない場合は、スロットル弁を開閉制御する
ものの開閉制御速度を常に一定とし、燃費の向上および
排気ガスの浄化を容易に実現したエンジン発電機の制御
装置を得ることを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るエンジン
発電機の制御装置は、エンジンの吸入空気量を調整する
スロットル弁と、エンジンに対する燃料噴射量および点
火時期を制御するエンジン制御装置と、スロットル弁の
開度を調整するアクチュエータと、エンジンの回転出力
により発電を行う発電機と、発電機の出力電圧を整流し
て直流の負荷電圧を生成する整流回路と、負荷電圧が印
加されて発電機の出力電力が供給される負荷と、エンジ
ンの運転状態を示す各種情報に基づいて、発電機に対す
る励磁電流、エンジン制御装置およびアクチュエータを
制御する電子制御ユニットとを備え、各種情報は、負荷
の抵抗値に対応する負荷電圧およびエンジンのクランク
軸回転数を含み、電子制御ユニットは、負荷電圧に対す
る発電機の目標出力電力をマップ設定する目標出力電力
設定手段と、負荷電圧およびクランク軸回転数に基づい
て、目標出力電力を得るために発電機が必要とする目標
トルクをマップ設定する目標トルク設定手段と、発電機
の必要トルクが目標トルクと一致するように発電機の励
磁電流を演算する励磁電流演算手段と、演算された励磁
電流が得られるように発電機内の励磁コイルを駆動する
励磁電流制御手段とを含み、発電機の必要トルクを目標
トルクで一定制御して出力電力を目標出力電力で一定制
御するとともに、エンジンの出力効率が最大となるクラ
ンク軸回転数で運転するものである。

【００２７】また、この発明に係るエンジン発電機の制
御装置は、発電機に供給される励磁電流を検出する励磁
電流検出手段と、励磁電流の検出値と演算値との差に基
づいて励磁電流を微調整する励磁電流補正手段とを含む
ものである。

【００２８】また、この発明に係るエンジン発電機の制
御装置は、発電機の出力電力が定格電力以上か否かを、
負荷電圧が所定範囲内であるか否かにより判定する負荷
変動判定手段と、負荷電圧が所定範囲内でなく、発電機
の出力電力が定格電力に満たないと判定された場合に、
クランク軸回転数が目標回転数と一致するようにエンジ
ンの点火時期を補正する点火時期補正手段とを含むもの
である。

【００２９】また、この発明に係るエンジン発電機の制
御装置は、発電機の出力電力が定格電力以上か否かを、
負荷電圧が所定範囲内であるか否かにより判定する負荷
変動判定手段と、負荷電圧が所定範囲内でなく、発電機
の出力電力が定格電力に満たない場合に、クランク軸回
転数が目標回転数と一致するようにスロットル弁の開度
を閉成側に一定速度制御する開度補正手段とを含むもの
である。

【００３０】また、この発明に係るエンジン発電機の制
御装置は、開度およびブースト圧力（インマニ圧）に基
づいてエンジンの出力トルクを推定する出力トルク推定
手段と、発電機の必要トルクとエンジンの出力トルクと
の関係に基づいて、スロットル弁の目標開度をマップ補
間演算する目標開度演算手段とを含み、開度補正手段
は、発電機の出力電力が定格電力に満たない場合に、ク
ランク軸回転数が目標回転数と一致するようにスロット
ル弁の開度を目標開度に制御するものである。

【００３１】

【作用】この発明においては、発電機の出力電力が定格
電力を出力できる状態であれば、出力電圧が負荷状態に
応じて変化する場合であっても、負荷電圧およびクラン
ク軸回転数に基づいて発電機の励磁電流を制御し、発電
機を一定の目標出力電力（一定トルク）となるように制
御する。これにより、スロットル弁を開閉制御すること
なく、エンジンから見た負荷トルクを一定に制御し、エ
ンジンの回転変動および脈動を抑制する。また、発電機
の必要トルクを目標トルクで一定トルク制御して、エン
ジンの回転変動を抑制することにより、エンジン効率の
最適化、燃費の向上および排気ガスの浄化を容易に実現
する。

【００３２】また、この発明においては、発電機に供給
される励磁電流の検出値と演算値との差に基づいて励磁
電流を微調整し、励磁コイルの抵抗値温度ドリフト等を
補償する。

【００３３】また、この発明においては、発電機の目標
トルクと必要トルクの制御誤差が完全にゼロでない場合
であっても、クランク軸回転数が目標回転数と一致する
ようにエンジンの点火時期を遅角または進角補正するた
め、スロットル弁の開度をほとんど変化させる必要がな
い。これにより、マップデータの補間演算精度とは無関
係に、発電機が最適効率となるようにクランク軸回転数
を維持し、エンジン効率が最高となるポイント運転を維
持して一定の出力電力を得る。

【００３４】また、この発明においては、発電機の出力
電力が定格電力に満たない場合には、クランク軸回転数
が目標回転数と一致するようにスロットル弁の開度を閉
成側に一定速度制御する。これにより、負荷電圧が変動
して発電機の出力電力が定格電力に満たない場合におい
ても、エンジンの回転脈動を抑制して一定回転制御する
とともに、排気ガスの浄化を実現する。

【００３５】また、この発明においては、スロットル弁
の開度およびエンジンのブースト圧力に基づいて現在の
エンジン出力トルクを推定し、スロットル弁の目標開度
をマップ補間演算し、発電機の出力電力が定格電力に満
たない場合には、クランク軸回転数が目標回転数と一致
するようにスロットル弁の開度を目標開度に制御してか
ら、吸入空気量の遅れ時間を見込んで、一定時間経過
後、発電機の電力を低下させる。これにより、発電機の
必要トルクが負荷の低減によって低下する前にスロット
ル弁を閉成側に先行制御し、エンジンの回転脈動を抑制
して一定回転制御し、高効率化、低騒音化および排気ガ
ス浄化を実現する。

【００３６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１を示すブロック図であ
り、駆動部２〜スロットル弁４ならびにエンジン６〜イ
ンバータ回路９は、前述と同様である。

【００３７】また、電子制御ユニット３０Ａは、前述の
電子制御ユニット３０に対応した構成を有し、各種情報
として、スロットル弁４の開度θ、エンジン６のクラン
ク軸回転数Ｎｅおよびブースト圧力ＰＢ（インマニ
圧）、ならびに負荷電圧Ｖｄを取り込んでいる。

【００３８】ここでは、保守性および信頼性を向上させ
るため、たとえば、アクチュエータ３としてはＤＣブラ
シレスモータが用いられており、アクチュエータ３は、
駆動部２から供給される三相波電流に比例して駆動トル
クを発生し、エンジン６のスロットル弁４を駆動する。
アクチュエータ３の駆動部２は、パワーＦＥＴを用いた
フルブリッジ回路により構成されている。

【００３９】スロットル弁４の開度θは、たとえば可変
抵抗器（後述する）により構成された開度センサにより
検出され、電子制御ユニット３０Ａ内の制御演算部１４
に入力されている。エンジン制御装置１０は、制御演算
部１４からの制御信号に応答してエンジン６の燃料噴射
量および点火時期を制御するとともに点火時期補正等を
行う。エンジン制御装置１０と制御演算部１４との間
は、相互にデータ通信が行われている。

【００４０】マイクロコンピュータからなる制御演算部
１４は、前述の制御部１および比較演算部１１に対応し
ており、スロットル弁４の開度θ、エンジン６のクラン
ク軸回転数Ｎｅ、負荷電圧Ｖｄおよび発電機７の励磁電
流Ｉｍを検出して、スロットル弁４の開度θ、発電機７
の励磁電流Ｉｍおよびエンジン６の燃料噴射量および点
火時期等を制御する。

【００４１】スロットル弁４の開度θは、制御演算部１
４によりフィードバック制御されており、エンジン６の
吸入空気量を任意に制御するようになっている。また、
スロットル弁４には、無通電時に全閉側に作用するスプ
リング（図示せず）が取り付けられており、アクチュエ
ータ３が故障したときに、スロットル弁４が全閉されて
エンジン６が停止するようにフェールセーフが施されて
いる。

【００４２】駆動部１５は、制御演算部１４からの制御
信号に応答して、励磁電流Ｉｍを発電機７に供給する。
励磁電流検出部１６は、駆動部１５を介して励磁電流Ｉ
ｍを検出し、制御演算部１４に入力する。アクチュエー
タ３の駆動部２、制御演算部１４、励磁電流Ｉｍを供給
するための駆動部１５および励磁電流検出部１６は、電
子制御ユニット３０Ａ内に構成されている。

【００４３】図２は図１内の発電機７、整流回路８およ
び制御演算部１４〜励磁電流検出部１６の具体的構成を
示す回路ブロック図である。図２において、発電機７
は、並列接続されて励磁電流Ｉｍが通電される励磁コイ
ル７１および７２と、ステータコイル７３とを有してい
る。発電機７内の励磁コイル７１および７２は、駆動部
１５によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御され、励磁電流
Ｉｍを制御することにより、発電機７の出力電力Ｐｇお
よび必要トルクＴｇを任意の値に設定できるようになっ
ている。

【００４４】駆動部１５は、エミッタ接地のパワートラ
ンジスタ１９とパワートランジスタ１９のベースに接続
された抵抗器Ｒとを有している。励磁電流検出部１６
は、パワートランジスタ１９のコレクタに接続されたシ
ャント抵抗器Ｒｓと、シャント抵抗器Ｒｓの両端間に接
続されて励磁電流Ｉｍを検出する差動増幅回路１７とを
有している。

【００４５】制御演算部１４は、クランク角センサ（図
示せず）により検出されるクランク角信号に基づくクラ
ンク軸回転数Ｎｅを取り込む回転数計数入力ポートと、
アイソレーションアンプ１８を介して負荷電圧Ｖｄを取
り込むＡ／Ｄコンバータ入力ポートと、差動増幅回路１
７を介して検出された励磁電流Ｉｍを取り込むＡ／Ｄコ
ンバータ入力ポートと、抵抗器Ｒを介してパワートラン
ジスタ１９を開閉駆動するための駆動信号を出力するＰ
ＷＭ駆動出力ポートとを有する。

【００４６】制御演算部１４は、Ａ／Ｄコンバータ（図
示せず）を内蔵しており、各Ａ／Ｄコンバータ入力ポー
トは、入力データを変換して制御演算部１４内のＡ／Ｄ
コンバータに対してデータの読み取りを可能にするイン
タフェイス回路を構成している。

【００４７】また、図２に示されるように、励磁コイル
７１および７２に通電される励磁電流Ｉｍは他励磁方式
となっており、制御演算部１４による定電流制御が可能
な構成となっている。

【００４８】制御演算部１４は、負荷電圧Ｖｄに対する
発電機７の目標出力電力Ｐｏをマップ設定する目標出力
電力設定手段と、負荷電圧Ｖｄおよびクランク軸回転数
Ｎｅに基づいて、目標出力電力Ｐｏを得るために発電機
７が必要とする目標トルクＴｏ（４．８ｋｇ・ｍ程度）
をマップ設定する目標トルク設定手段と、発電機７の必
要トルクＴｇが目標トルクＴｏと一致するように発電機
７の励磁電流Ｉｍを演算する励磁電流演算手段と、演算
された励磁電流Ｉｍが得られるように発電機７内の励磁
コイル７１および７２を駆動する励磁電流制御手段とを
含む。これにより、発電機７の必要トルクＴｇを目標ト
ルクＴｏで一定制御して出力電力Ｐｇを目標出力電力Ｐ
ｏで一定制御するとともに、エンジン６の出力効率が最
大となるクランク軸回転数で運転するようになってい
る。

【００４９】図３は負荷電圧Ｖｄに対する発電機７の必
要トルクＴｇおよび出力電力Ｐｇの特性曲線を示す特性
図であり、実線は一定制御される前の必要トルクＴｇお
よび出力電力Ｐｇの各変動を示す。破線はこの発明の実
施例１によりマップ設定された目標トルクＴｏおよび目
標出力電力Ｐｏの値を示す。

【００５０】図３のように、出力電力Ｐｇが目標出力電
力Ｐｏ（定格電力に対応）以上となる下限値ＶＬ（２８
０Ｖ程度）から上限値ＶＨ（４００Ｖ程度）までの範囲
内の負荷電圧Ｖｄに対して、必要トルクＴｇおよび出力
電力Ｐｇは、各マップ値（破線）の目標トルクＴｏおよ
び目標出力電力Ｐｏで一定に制御される。なお、目標ト
ルクＴｏおよび目標出力電力Ｐｏのマップ値は、制御演
算部１４内のメモリにあらかじめ記憶されているものと
する。

【００５１】次に、図３とともに図４のフローチャート
を参照しながら、図１および図２に示したこの発明の実
施例１の動作について説明する。まず、発電機７を一定
トルク制御する前の従来動作について説明すると、一般
に、励磁電流Ｉｍおよびクランク軸回転数を一定とする
と、発電機７の必要トルクＴｇおよび出力電力Ｐｇは、
負荷電圧Ｖｄの変動に対して、図３内の実線で示した特
性にしたがって変化する。

【００５２】すなわち、必要トルクＴｇおよび出力電力
Ｐｇは、それぞれ、負荷電圧Ｖｄの中央値（（ＶＬ＋Ｖ
Ｈ）／２）においてピークとなり、下限値ＶＬおよび上
限値ＶＨで示した両側で減少する特性曲線となる。

【００５３】したがって、もし発電機７が連結されてい
るエンジン６の出力トルクが変化すると、スロットル弁
４によるクランク軸回転数Ｎｅの制御のみでは、吸入空
気量の制御遅れ（制御系無応答時間）等の関係から、回
転脈動の抑制に間に合わず、クランク軸回転数Ｎｅがハ
ンチングしてしまい、エンジン効率および排気ガスの悪
化の要因となり得る。

【００５４】そこで、図２に示すこの発明の実施例１に
おいては、制御演算部１４により、励磁電流Ｉｍを一定
電流制御することが可能な構成となっている。すなわ
ち、制御演算部１４は、検出されたスロットル弁４の開
度θ、エンジン６のクランク軸回転数Ｎｅおよび負荷電
圧Ｖｄに応じて、発電機７内の励磁コイル７１および７
２に供給する励磁電流Ｉｍを決定する。

【００５５】図４において、まず、発電機７の定格電力
に対応する負荷電圧Ｖｄの範囲（下限値ＶＬ〜上限値Ｖ
Ｈ）を仮定し、この負荷電圧範囲内で発電機７の出力電
力Ｐｇ（および必要トルクＴｇ）が目標値Ｐｏ（および
Ｔｏ）で一定となるように、目標出力電力Ｐｏのマップ
値を設定する（ステップＳ１）。

【００５６】続いて、制御演算部１４は、負荷電圧Ｖｄ
およびクランク角回転数Ｎｅに基づいて、発電機７が目
標出力電力Ｐｏに等しい出力電力Ｐｇを発電するために
必要な目標トルクＴｏをマップ設定する（ステップＳ
２）。次に、負荷電圧Ｖｄの変動にかかわらず発電機７
の必要トルクＴｇが目標トルクＴｏと一致するように、
発電機７内の励磁コイル７１および７２に供給する励磁
電流Ｉｍを演算する（ステップＳ３）。

【００５７】こうして、ステップＳ１〜Ｓ３により、負
荷電圧Ｖｄ、クランク角回転数Ｎｅおよび目標トルクＴ
ｏに基づいて一定周期毎に励磁電流Ｉｍを演算する。次
に、演算された励磁電流Ｉｍを実際に得るために、駆動
部１５のパワートランジスタ１９を開閉させて発電機７
内の励磁コイル７１および７２をＰＷＭ駆動する（ステ
ップＳ４）。

【００５８】このとき、発電機７内のステータコイル７
３に誘起される出力電圧Ｖｇと励磁電流Ｉｍとの関係
は、以下の式（１）のようになる。

【００５９】Ｖｇ＝Ｐｍ・Ｍ・ωｍ・Ｉｍ …（１）

【００６０】但し、式（１）において、Ｖｇは発電機７
から発電される高周波の出力電圧、Ｐｍは発電機７の出
力磁極対を示す電機子定数、Ｍは相互インダクタンスを
示す電機子定数、ωｍは回転角速度（＝２πＮｅ／６０
ｒａｄ／ｓｅｃ）、Ｉｍはフィールド電流すなわち励磁
電流である。

【００６１】式（１）から、ＰＷＭデューティ値に相当
する励磁電流Ｉｍが出力電圧Ｖｇに比例することが分か
る。ここで、励磁電流Ｉｍは、以下の式（２）により与
えられる。

【００６２】 Ｉｍ＝ＶＰ／｛Ｒｆ（１＋Ｓ・τｒ）｝ …（２）

【００６３】但し、式（２）において、ＶＰはＰＷＭデ
ューティ電圧、Ｒｆは励磁コイル７１および７２等の等
価抵抗値、Ｓはラプラス変換の一次遅れ演算子、τｒは
励磁コイル７１および７２の時定数である。

【００６４】式（１）および式（２）から明らかなよう
に、ＰＷＭデューティ値を可変にすることにより、励磁
電流Ｉｍが可変となり、発電機７の必要トルクＴｇおよ
び出力電力Ｐｇを制御することが可能なことが分かる。

【００６５】以上の点を考慮して、また、励磁コイル７
１および７２の温度ドリフト等を考慮して、さらに、制
御演算部１４は、励磁電流検出部１６により実際の励磁
電流Ｉｍを測定する。そして、励磁電流Ｉｍの演算値と
検出値との差に基づいて、パワートランジスタ１９に対
する駆動信号のＰＷＭデューティ値を微調整することに
より、発電機７の必要トルクＴｇを目標トルクＴｏに近
づけるように制御を行う（ステップＳ５）。

【００６６】これにより、発電機７は、負荷電圧Ｖｄの
変動にかかわらず一定トルク制御されるので、エンジン
６から見たときの負荷変動は発生しない。したがって、
負荷電圧Ｖｄが急変したときにおいても、スロットル弁
４に対して極めて緩慢な操作を行えばよいので、スロッ
トル弁４の操作性が向上し、また、エンジン６を最高効
率の回転数でポイント運転することができ、燃費が向上
する。

【００６７】このように、クランク軸回転数Ｎｅに対応
した発電機７の回転数、負荷電圧Ｖｄおよび目標トルク
Ｔｏから励磁電流Ｉｍを常に制御し、エンジン６の負荷
トルクを一定にすることにより、スロットル弁４をほと
んど操作することなく、エンジン６を一定回転制御する
ことができる。したがって、エンジン６の効率向上、燃
費の向上ならびに排気ガスの浄化を容易に実現すること
ができる。

【００６８】また、制御演算部１４は、エンジン制御装
置１０を制御し、たとえば排気ガスを浄化するために、
Ａ／Ｆ（空燃比）値が常に理論空燃比１４．７となるよ
うに燃料噴射量を制御している。このとき、エンジン６
の吸入空気量に対応するスロットル弁４の開度θはほと
んど変化しないため、燃料噴射量に加減速補正をかけな
くても済み、したがって、排気ガスの浄化を容易に行う
ことができる。

【００６９】実施例２．なお、上記実施例１では、発電
機７の定格電力範囲における励磁電流Ｉｍの制御のみに
ついて説明したが、過渡的な負荷変動により発電機７の
必要トルクＴｇが目標トルクＴｏ以下に低下し、発電機
７の出力電力Ｐｇが定格電力に満たなくなった場合に
は、次のようにエンジン６の回転吹き上がりを防止して
もよい。すなわち、発電機７の定格電力範囲内では、目
標トルクと必要トルクとの制御誤差を補間する目的で、
遅角および進角させていた点火時期の制御範囲を大きく
し、スロットル弁４を閉成側に動かさずに点火時期に対
して遅角補正制御を行うようにしてもよい。

【００７０】たとえば、実施例１においては、負荷電圧
Ｖｄの変動に応じて発電機７の励磁電流Ｉｍを制御し、
一定トルク制御を実現しているので、発電機７の出力電
力Ｐｇが定格電力で発電されている場合は、エンジン６
の出力トルクＴｅがほぼ一定となり、スロットル弁４の
変化量は極めて少ない。

【００７１】しかしながら、発電機７の負荷が小さく、
出力電力Ｐｇが定格電力に満たない場合は、発電機７の
必要トルクＴｇが目標トルクＴｏ以下となるため、エン
ジン６の出力トルクＴｅが軽くなり、回転吹き上がりが
発生することになる。したがって、このようなエンジン
６の回転吹き上がりを抑制するためには、スロットル弁
４を全閉側に移行せざるを得なくなり、排気ガスの浄化
作用を劣化することになる。

【００７２】そこで、過渡的な定格電力の低減変動に対
しては、スロットル弁４を閉成側に変化させずに、エン
ジン６の点火時期を遅角補正し、エンジン６の出力トル
クＴｅを一時的に低下させて回転吹き上がりを抑制し、
エンジン６のクランク軸回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｏで
一定回転制御することが望ましい。

【００７３】過渡的な負荷変動時に点火時期遅角補正を
行うようにしたこの発明の実施例２において、制御演算
部１４は、発電機７の出力電力Ｐｇが定格電力以上か否
かを、負荷電圧Ｖｄが所定範囲（ＶＬ〜ＶＨ）内である
か否かにより判定する負荷変動判定手段と、負荷電圧Ｖ
ｄが所定範囲内でなく、発電機７の出力電力Ｐｇが定格
電力に満たないと判定された場合に、クランク軸回転数
Ｎｅが目標回転数Ｎｏと一致するようにエンジン６の点
火時期を遅角補正する点火時期補正手段とを含んでい
る。

【００７４】図５はこの発明の実施例２による点火時期
遅角補正動作を示すフローチャートである。この場合、
制御演算部１４は、ステップＳ５（図４参照）に続い
て、発電機７の出力電力Ｐｇが定格電力以上か否か（す
なわち、必要トルクＴｇが目標トルクＴｏ以上か否か）
を、負荷電圧Ｖｄが所定範囲（ＶＬ〜ＶＨ）内であるか
否かにより判定する（ステップＳ６）。

【００７５】もし、負荷電圧Ｖｄが所定範囲内（すなわ
ち、ＹＥＳ）であると判定されれば、そのまま図５のル
ーチンを終了する。一方、負荷電圧Ｖｄが所定範囲内で
なく、発電機７の出力電力Ｐｇが定格電力に満たない
（Ｔｇ＜Ｔｏ）と判定された場合には、クランク軸回転
数Ｎｅが目標回転数Ｎｏと一致するようにエンジン６の
点火時期を遅角補正する（ステップＳ７）。

【００７６】このように、発電機７の発電出力が定格電
力に満たない場合に、スロットル弁４を動かさずにエン
ジン６の点火時期を遅角補正することにより、エンジン
６の効率は瞬時的に低下するが、スロットル弁４の開度
θは変化しないため、排気ガスの浄化を容易に向上させ
ることができる。

【００７７】したがって、負荷電圧Ｖｄの過渡的な変動
による電力変動とは無関係に、発電機７が最適効率とな
るようにクランク軸回転数Ｎｅを維持し、スロットル弁
４を操作せずに、エンジン６の効率が最高となるポイン
ト運転を維持して一定の出力電力Ｐｇを得ることができ
る。また、スロットル弁６の開度変化が緩慢な場合であ
っても、エンジン６の回転脈動を抑制して最適効率のク
ランク軸回転数に安定させ、負荷９の過渡的な変動時に
もクランク軸回転数Ｎｅを安定化させることができる。

【００７８】実施例３．なお、上記実施例２では、定格
電力に満たない場合に、エンジン６の点火時期を遅角補
正したが、スロットル弁４を比較的低速度の一定速度で
閉成側に制御してもよい。図６はスロットル弁４の開度
θを制御するようにしたこの発明の実施例３による電子
制御ユニット３０Ａ、駆動部２、アクチュエータ３およ
びスロットル弁４の具体的な構成を示す回路ブロック図
である。

【００７９】図６において、各種センサとして、アクチ
ュエータ３の駆動位置Ｄを検出する駆動位置センサ３１
と、アクチュエータ３により駆動されるスロットル弁４
の開度θを検出する開度センサ４１と、エンジン６のブ
ースト圧力（インマニ圧）を検出する圧力センサ（図示
せず）とが設けられている。

【００８０】たとえば、駆動位置センサ３１はホール素
子により構成され、開度センサ４１は可変抵抗器により
構成されている。

【００８１】アクチュエータ３を制御するための電子制
御ユニット３０Ａ内の駆動部２は、制御演算部１４のＰ
ＷＭ駆動出力ポートからのＰＷＭ制御信号によって駆動
制御されるＰＷＭ相切替回路２１と、ＰＷＭ相切替回路
２１の出力信号に基づいてアクチュエータ３の駆動信号
を生成するためのトランジスタブリッジからなる三相フ
ルブリッジ回路２２とを備えている。

【００８２】アクチュエータ３は、駆動信号に応答して
スロットル弁４を回転位置決めするための三相コイルか
らなる。電子制御ユニット３０Ａは、各種情報として、
アクチュエータ３の駆動位置Ｄ、スロットル弁４の開度
θ、負荷電圧Ｖｄ、エンジン６のブースト圧力ＰＢおよ
びクランク軸回転数Ｎｅを取り込んでいる。

【００８３】スロットル弁４の開度θ、負荷電圧Ｖｄお
よびブースト圧力ＰＢは、Ａ／Ｄ入力ポートを介して制
御演算部１４に入力され、クランク軸回転数Ｎｅは、回
転数計数入力ポートを介して制御演算部１４に入力され
ている。また、アクチュエータ３の駆動位置Ｄは、駆動
部２内のＰＷＭ相切替回路２１に入力されている。

【００８４】また、制御演算部１４は、発電機７の出力
電力Ｐｇが定格電力以上か否かを、負荷電圧Ｖｄが所定
範囲内であるか否かにより判定する負荷変動判定手段
と、負荷電圧Ｖｄが所定範囲内でなく、発電機７の出力
電力Ｐｇが定格電力に満たない場合に、クランク軸回転
数Ｎｅが目標回転数Ｎｏと一致するようにスロットル弁
４の開度θを閉成側に一定速度で制御する開度補正手段
とを含んでいる。

【００８５】このように、発電機７の出力電力Ｐｇが定
格電力に満たない場合に、クランク軸回転数Ｎｅが目標
回転数Ｎｏと一致するようにスロットル弁４の開度θを
閉成側に制御することにより、負荷電圧Ｖｄが変動して
出力電力Ｐｇが定格電力に満たない場合でも、エンジン
６の回転脈動を抑制して一定回転制御することができ
る。

【００８６】これにより、発電機７の必要トルクＴｇが
負荷の低減によって低下する前に、スロットル弁４を閉
成側に先行制御し、エンジン６の回転脈動を抑制して一
定回転制御し、高効率化、低騒音化および排気ガス浄化
を実現する。また、制御演算部１４は、エンジン６を最
高効率のクランク軸回転数でポイント運転するように、
クランク軸回転数Ｎｅをフィードバック制御している。

【００８７】この場合、制御演算部１４は、検出された
スロットル弁４の開度θと、制御演算部１４内で演算さ
れた目標開度θｏとを常に比較してＤ−ＰＩ（比例積分
−先行微分）制御し、両者の偏差量をＰＷＭデューティ
値として、駆動部２内のＰＷＭ相切替回路２１に入力す
るようになっている。

【００８８】この結果、アクチュエータ３を介してスロ
ットル弁４が開閉駆動され、ＰＷＭデューティ値の変化
量に応じて、エンジン６のクランク軸回転数Ｎｅを任意
に増減制御することができる。このとき、スロットル弁
４の開度θは、比較的低速度で駆動され、急変されるこ
とがないので、排気ガスの悪化を招くことはない。

【００８９】図７は一般的な三相同期型の発電機７の出
力電圧Ｖｇと出力電流Ｉｇとの関係を示す特性図であ
り、出力電圧範囲Ｖ０〜Ｖ１および出力電流範囲Ａ０〜
Ａ１は、それぞれ、負荷変動時に発電機７の定格出力電
圧が得られる範囲を示している。

【００９０】図８はこの発明の実施例３により制御され
るスロットル弁４の開度θおよび発電機７の必要トルク
Ｔｇと発電機７の負荷電圧Ｖｄとの関係を示す特性図で
あり、開度θは基準電圧Ｖｄ１以上で閉成側に制御さ
れ、発電機７の必要トルクＴｇは基準電圧Ｖｄ２以上で
低下されている。

【００９１】図９は負荷電圧Ｖｄ、スロットル弁４の開
度θ、励磁電流Ｉｍおよびクランク軸回転数Ｎｅの変化
タイミングを経過時間ｔとともに時系列的に示す特性図
であり、吸入空気量の遅れ時間τは、開度θの閉成開始
タイミングから励磁電流Ｉｍの低減開始タイミングまで
の間隔に相当する。

【００９２】図１０はこの発明の実施例３の動作を示す
フローチャートであり、図４内のステップＳ５に続いて
開度θの補正ステップＳ８および発電機７の必要トルク
Ｔｇの補正ステップＳ９を挿入した場合を示す。

【００９３】以下、図７〜図１０を参照しながら、図１
および図６に示したこの発明の実施例３によるスロット
ル弁４の先行制御動作について、さらに詳細に説明す
る。ここでは、前述したように、発電機７の出力電力Ｐ
ｇが定格電力に満たない場合にスロットル弁４を閉成側
に制御し、エンジン６のクランク軸回転数Ｎｅの吹き上
がりおよび脈動を抑制する場合のみについて説明する。

【００９４】一般に、発電機７の出力電圧Ｖｇおよび出
力電流Ｉｇの特性は、図７に示すようになる。このと
き、発電機７の構造仕様等から、出力電圧Ｖｇおよび出
力電流Ｉｇが変動した場合に定格電力が得られる範囲Ｖ
０〜Ｖ１およびＡ０〜Ａ１が制限される。

【００９５】ここでは、発電機７を他励として一定トル
ク制御を行っているため、発電機７の負荷が定格電力以
下の消費量に低下した場合のみに、スロットル弁４の制
御が必要となる。このとき、図７から明らかなように、
出力電流Ｉｇすなわち負荷電流が減少すると、出力電圧
Ｖｇが増加する傾向にある。

【００９６】したがって、図８に示すように、基準電圧
Ｖｄ１およびＶｄ２をあらかじめ制御演算部１４内にマ
ップ設定しておき、負荷電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｄ１以上
に達したときにスロットル弁４の開度θを閉成側に低下
させ、負荷電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｄ２以上に達したとき
に発電機７の必要トルクＴｇを低下させる。

【００９７】このとき、スロットル弁４の開度θを閉成
させるための基準電圧Ｖｄ１は、発電機７の必要トルク
Ｔｇを低下させるための基準電圧Ｖｄ２よりも低い値に
マップ設定され、スロットル弁４の開度θが発電機７の
必要トルクＴｇよりも早く低下制御されるようになって
いる。

【００９８】すなわち、図１０において、まず、負荷電
圧Ｖｄを基準電圧Ｖｄ１と比較し、負荷電圧Ｖｄが基準
電圧Ｖｄ１以上か否かを判定する（ステップＳ６１）。
もし、Ｖｄ＜Ｖｄ１（すなわち、ＮＯ）と判定されれ
ば、次の判定ステップＳ６２に進み、Ｖｄ１≦Ｖｄ（す
なわち、ＹＥＳ）と判定されれば、エンジン６のクラン
ク軸回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｏと一致するように、開
度θを閉成側に補正する（ステップＳ８）。

【００９９】続いて、負荷電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｄ２以
上か否かを判定し（ステップＳ６２）、もし、Ｖｄ＜Ｖ
ｄ２（すなわち、ＮＯ）と判定されれば図１０のルーチ
ンを終了し、Ｖｄ２≦Ｖｄ（すなわち、ＹＥＳ）と判定
されれば、発電機７の必要トルクＴｇが低減するように
励磁電流Ｉｍを補正する（ステップＳ９）。

【０１００】以上の動作を時系列的に表現した図９から
明らかなように、スロットル弁４の開度θは、発電機７
の必要トルクＴｇに相当する励磁電流Ｉｍの減少タイミ
ングよりも先行して閉成側に移行するため、吸入空気量
の遅れや制御系の無応答時間が相殺される。したがっ
て、エンジン６の回転吹き上がりを抑制することができ
る。

【０１０１】ここで、吸気系の遅れおよびエンジン６の
燃焼遅れ（無駄時間ｔＬ）を先行制御時の遅れ時間をτ
とし、吸気系遅れを固定時間とし、無駄時間ｔＬが吸気
行程、圧縮行程および燃焼行程の３行程からなるものと
すると、無駄時間ｔＬは、エンジン６の１．５回転分に
等しい。したがって、無駄時間ｔＬは、クランク軸回転
数Ｎｅに反比例し、以下の式（３）により表わされる。

【０１０２】 ｔＬ＝（６０×１．５）／Ｎｅ …（３）

【０１０３】実際の制御に関しては、無駄時間ｔＬは、
クランク軸回転数Ｎｅの時間変化を考慮して近似的に一
次遅れと見なされ、ラプラス演算子Ｓを用いた無駄時間
ｔＬの関数として、以下の式（４）のように表わされ
る。

【０１０４】 ｅｘｐ（−ｔＬ・Ｓ）≒１−ｔＬ・Ｓ ≒１／（１＋ｔＬ・Ｓ） …（４）

【０１０５】図８および図９のように、スロットル弁４
の開度θを発電機７の必要トルクＴｇ（励磁電流Ｉｍ）
よりも先行して制御することにより、エンジン６の回転
吹き上がりや回転脈動は抑制されるため、エンジン６の
低騒音化および排気ガスの浄化を容易に実現することが
できる。

【０１０６】実施例４．なお、スロットル弁４の先行制
御を行う上記実施例３では、発電機７の必要トルクＴｇ
（励磁電流Ｉｍ）を変化させる前にスロットル弁４の開
度θを変化させることによってエンジン６の吸気系の遅
れ時間を相殺したが、先行制御により移行する目標開度
θｏの位置が曖昧な場合は、逆にエンジン６のクランク
軸回転数Ｎｅが低下するおそれがある。

【０１０７】そこで、エンジン６の出力トルクＴｅと発
電機７の必要トルクＴｇとの偏差（トルク余裕）が常に
一定値となるように、必要トルクＴｇのマップ値を演算
することが望ましい。すなわち、制御演算部１４内のマ
イクロコンピュータにより、発電機７の目標トルクＴｏ
に応じたエンジン６の出力トルクＴｅを推定し、推定さ
れたエンジン出力トルクＴｅに基づく開度θにスロット
ル弁４を固定制御すればよい。

【０１０８】以下、エンジン出力トルクＴｅの推定およ
び目標開度θｏのマップ補間演算を行うこの発明の実施
例４について説明する。なお、この発明の実施例４にお
ける電子制御ユニット３０Ａのブロック構成は、図６に
示した通りである。

【０１０９】この場合、制御演算部１４は、検出された
開度θおよびブースト圧力ＰＢに基づいてエンジン６の
出力トルクＴｅを推定する出力トルク推定手段と、発電
機７の必要トルクＴｇとエンジン６の出力トルクＴｅと
の関係に基づいて、スロットル弁４の目標開度θｏをマ
ップ補間演算する目標開度演算手段とを含む。

【０１１０】したがって、開度補正手段は、発電機７の
出力電力Ｐｇが定格電力に満たない場合に、クランク軸
回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｏと一致するようにスロット
ル弁４の開度θを目標開度θｏに制御するようになって
いる。これにより、発電機７の必要トルクＴｇが負荷の
低減によって低下する前に、スロットル弁４を閉成側に
先行制御し、エンジン６の回転脈動を抑制して一定回転
制御し、高効率化、低騒音化および排気ガス浄化を実現
する。

【０１１１】これにより、発電機７の目標トルクＴｏ
（発電機７の出力電力Ｐｇに対応）が変化しても、常に
最適な開度θに先行制御で移行させ、エンジン６の回転
吹き上がりや脈動を抑制することができる。次に、図１
１〜図１３を参照しながら、この発明の実施例４による
エンジン出力トルクＴｅの推定処理および開度θの目標
値θｏのマップ補間演算処理について詳細に説明する。

【０１１２】図１１は一般的なエンジン６のクランク軸
回転数Ｎｅと出力トルクＴｅとの関係を示す特性図であ
り、ブースト圧力ＰＢが大気圧ＷＯＴ（開度θが全開状
態）から開度θの全閉方向に対応して、−１００ｍｍＨ
ｇ〜−４００ｍｍＨｇの単位でマップデータ化されてい
る。

【０１１３】図１２はエンジン６の出力トルクＴｅおよ
び発電機７の必要トルクＴｇとクランク軸回転数Ｎｅと
の関係を示す特性図であり、エンジン６の出力トルクＴ
ｅと発電機７の必要トルクＴｇとの偏差（余裕トルク）
は、最大効率となるポイント運転回転数Ｎｐのみなら
ず、全てのクランク軸回転数Ｎｅに対して一定となるよ
うにマップ演算されている。

【０１１４】図１３はこの発明の実施例４の動作を示す
フローチャートであり、図１０内の開度補正ステップＳ
８に代えて、出力トルク推定ステップＳ８１、目標開度
θｏのマップ補間演算ステップＳ８２および開度補正ス
テップＳ８３を挿入した場合を示す。

【０１１５】電子制御ユニット３０Ａ内の制御演算部１
４は、エンジン６のクランク軸回転数Ｎｅおよび出力ト
ルクＴｅのマップデータを、図１１のように、各ブース
ト圧力ＰＢ単位であらかじめ格納している。

【０１１６】図１３において、まず、制御演算部１４内
のマイクロコンピュータは、ステップＳ６１によりＶｄ
１≦Ｖｄ（発電機７の出力電力Ｐｇが定格電力に満たな
い状態）であることを判定すると、図１１のマップデー
タに基づいて、クランク軸回転数Ｎｅおよびブースト圧
力ＰＢに基づいてエンジン６の出力トルクＴｅを推定す
る（ステップＳ８１）。

【０１１７】なお、このとき推定されるエンジン出力ト
ルクＴｅは、スロットルボア径、シリンダ容積および排
気容積が全て固定値であることから、静的にはエンジン
６に固有の値として不変である。

【０１１８】続いて、推定されたエンジン出力トルクＴ
ｅに基づいて目標開度θｏを決定し、この目標開度θｏ
を、エンジン出力トルクＴｅと発電機７の目標トルクＴ
ｏとの関係からマップ補間演算する（ステップＳ８
２）。すなわち、発電機７の必要トルクＴｇが変化した
後のクランク軸回転数Ｎｅの偏差に基づいて目標開度θ
ｏを毎回学習し、マップデータを補正する。

【０１１９】続いて、クランク軸回転数Ｎｅが目標回転
数Ｎｏと一致するように、スロットル弁４の開度θを目
標開度θｏに補正する。これにより、さらに高精度のエ
ンジン６の一定回転制御を実現することができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、エンジ
ンの吸入空気量を調整するスロットル弁と、エンジンに
対する燃料噴射量および点火時期を制御するエンジン制
御装置と、スロットル弁の開度を調整するアクチュエー
タと、エンジンの回転出力により発電を行う発電機と、
発電機の出力電圧を整流して直流の負荷電圧を生成する
整流回路と、負荷電圧が印加されて発電機の出力電力が
供給される負荷と、エンジンの運転状態を示す各種情報
に基づいて、発電機に対する励磁電流、エンジン制御装
置およびアクチュエータを制御する電子制御ユニットと
を備え、各種情報は、負荷の抵抗値に対応する負荷電圧
およびエンジンのクランク軸回転数を含み、電子制御ユ
ニットは、負荷電圧に対する発電機の目標出力電力をマ
ップ設定する目標出力電力設定手段と、負荷電圧および
クランク軸回転数に基づいて、目標出力電力を得るため
に発電機が必要とする目標トルクをマップ設定する目標
トルク設定手段と、発電機の必要トルクが目標トルクと
一致するように発電機の励磁電流を演算する励磁電流演
算手段と、演算された励磁電流が得られるように発電機
内の励磁コイルを駆動する励磁電流制御手段とを含み、
発電機の必要トルクを目標トルクで一定制御して出力電
力を目標出力電力で一定制御するとともに、エンジンの
出力効率が最大となるクランク軸回転数で運転する。こ
れにより、発電機の出力電力が定格電力を出力できる状
態であれば負荷変動にかかわらず発電機を一定トルク制
御し、スロットル弁を開閉制御することなくエンジンか
ら見た負荷トルクを一定にしたので、エンジンのクラン
ク軸回転数を維持して回転変動および脈動を抑制し、エ
ンジン効率の最適化、低騒音化、燃費の向上および排気
ガスの浄化を容易に実現したエンジン発電機の制御装置
が得られる効果がある。

【０１２１】また、この発明によれば、発電機に供給さ
れる励磁電流を検出する励磁電流検出手段と、励磁電流
の検出値と演算値との差に基づいて励磁電流を微調整す
る励磁電流補正手段とを設け、発電機に供給される励磁
電流の検出値と演算値との差に基づいて励磁電流を微調
整し、温度ドリフト等を補償するようにしたので、エン
ジンの回転変動および脈動をさらに確実に抑制し、エン
ジン効率の最適化、低騒音化、燃費の向上および排気ガ
スの浄化を容易に実現したエンジン発電機の制御装置が
得られる効果がある。

【０１２２】また、この発明によれば、発電機の出力電
力が定格電力以上か否かを、負荷電圧が所定範囲内であ
るか否かにより判定する負荷変動判定手段と、負荷電圧
が所定範囲内でなく、発電機の出力電力が定格電力に満
たないと判定された場合に、クランク軸回転数が目標回
転数と一致するようにエンジンの点火時期を補正する点
火時期補正手段とを設け、スロットル弁の開度の変化を
抑制するようにしたので、過渡的な電力変動時において
もスロットル弁をほとんど操作せずにエンジンを一定回
転制御し、また、スロットル弁の開度変化が緩慢な場合
でもエンジンの回転脈動を抑制して最適効率のクランク
軸回転数に安定させることができ、さらにエンジン効率
および燃費の向上ならびに排気ガスの浄化を容易に実現
したエンジン発電機の制御装置が得られる効果がある。

【０１２３】また、この発明によれば、発電機の出力電
力が定格電力以上か否かを、負荷電圧が所定範囲内であ
るか否かにより判定する負荷変動判定手段と、負荷電圧
が所定範囲内でなく、発電機の出力電力が定格電力に満
たない場合に、クランク軸回転数が目標回転数と一致す
るようにスロットル弁の開度を閉成側に一定速度制御す
る開度補正手段とを設け、負荷変動により発電機の出力
電力が定格電力に満たない場合にスロットル弁を一定速
度で開閉制御するようにしたので、エンジンのクランク
軸回転数の脈動を抑制してエンジン効率の最適化すると
ともに、燃費の向上および排気ガスの浄化を容易に実現
したエンジン発電機の制御装置が得られる効果がある。

【０１２４】また、この発明によれば、開度およびブー
スト圧力に基づいてエンジンの出力トルクを推定する出
力トルク推定手段と、発電機の必要トルクとエンジンの
出力トルクとの関係に基づいて、スロットル弁の目標開
度をマップ補間演算する目標開度演算手段とを設け、負
荷変動により発電機の出力電力が定格電力に満たない場
合に、クランク軸回転数が目標回転数と一致するように
スロットル弁の開度を目標開度に制御するようにしたの
で、発電機の必要トルクが負荷の低減によって低下する
前にスロットル弁を閉成側に先行制御し、エンジンの回
転脈動を抑制して一定回転制御することができ、エンジ
ン効率を最適化するとともに、燃費の向上および排気ガ
スの浄化を容易に実現したエンジン発電機の制御装置が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１〜実施例４に対応したエ
ンジン発電機の制御装置の概略構成を示すブロック図で
ある。

【図２】 この発明の実施例１による図１内の電子制御
ユニットおよび発電機の具体的構成を示す回路ブロック
図である。

【図３】 この発明の実施例１の動作を説明するための
発電機の必要トルクおよび出力電力と負荷電圧との関係
を示す特性図である。

【図４】 この発明の実施例１による励磁電流の制御動
作を示すフローチャートである。

【図５】 この発明の実施例２による点火時期補正動作
を示すフローチャートである。

【図６】 この発明の実施例３による図１内の電子制御
ユニット、アクチュエータおよびスロットル弁の具体的
構成を示す回路ブロック図である。

【図７】 この発明の実施例３の動作を説明するための
発電機の出力電圧と出力電流との関係を示す特性図であ
る。

【図８】 この発明の実施例３の動作を説明するための
スロットル弁の開度および発電機の必要トルクと負荷電
圧との関係を示す特性図である。

【図９】 この発明の実施例３の動作を説明するための
負荷電圧、スロットル弁の開度、発電機の励磁電流およ
びクランク軸回転数の時間変化を示す特性図である。

【図１０】 この発明の実施例３によるスロットル弁制
御動作を示すフローチャートである。

【図１１】 この発明の実施例４の動作を説明するため
のブースト圧力単位毎のエンジン出力トルクとクランク
軸回転数との関係を示す特性図である。

【図１２】 この発明の実施例４の動作を説明するため
のエンジン出力トルクおよび発電機必要トルクとクラン
ク軸回転数との関係を示す特性図である。

【図１３】 この発明の実施例４によるエンジン出力ト
ルクの推定動作および目標開度の補間演算動作を示すフ
ローチャートである。

【図１４】 従来のエンジン発電機の制御装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図１５】 図１４内の電子制御ユニットおよびスロッ
トル弁の具体的構成を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

３ アクチュエータ、４ スロットル弁、６ エンジ
ン、７ 発電機、７１、７２ 励磁コイル、８ 整流回
路、９ インバータ回路（負荷）、１０ エンジン制御
装置、１６ 励磁電流検出部、３０Ａ 電子制御ユニッ
ト、Ｉｍ 励磁電流、Ｎｅ クランク軸回転数、Ｎｏ
目標回転数、ＰＢ ブースト圧力、Ｐｇ発電機の出力電
力、Ｐｏ 目標出力電力、Ｔｅ エンジンの出力トル
ク、Ｔｇ発電機の必要トルク、Ｔｏ 目標トルク、Ｖｄ
負荷電圧、Ｖｇ 発電機の出力電圧、θ スロットル
弁の開度、θｏ 目標開度、Ｓ１ 目標出力電力設定ス
テップ、Ｓ２ 目標トルク設定ステップ、Ｓ３ 磁電流
演算ステップ、Ｓ４ 励磁電流制御ステップ、Ｓ５ 励
磁電流補正ステップ、Ｓ６、Ｓ６１、Ｓ６２ 負荷変動
判定ステップ、Ｓ７ 点火時期補正ステップ、Ｓ８、Ｓ
８３ 開度補正ステップ、Ｓ８１ 出力トルク推定ステ
ップ、Ｓ８２ 目標開度演算ステップ。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン（６）の吸入空気量を調整する
   スロットル弁（４）と、 前記エンジンに対する燃料噴射量および点火時期を制御
   するエンジン制御装置（１０）と、 前記スロットル弁の開度（θ）を調整するアクチュエー
   タ（３）と、 前記エンジンの回転出力により発電を行う発電機（７）
   と、 前記発電機の出力電圧（Ｖｇ）を整流して直流の負荷電
   圧（Ｖｄ）を生成する整流回路（８）と、 前記負荷電圧が印加されて前記発電機の出力電力（Ｐ
   ｇ）が供給される負荷（９）と、 前記エンジンの運転状態を示す各種情報に基づいて、前
   記発電機に対する励磁電流（Ｉｍ）、前記エンジン制御
   装置および前記アクチュエータを制御する電子制御ユニ
   ット（３０Ａ）とを備え、 前記各種情報は、前記負荷の抵抗値に対応する負荷電圧
   （Ｖｄ）および前記エンジンのクランク軸回転数（Ｎ
   ｅ）を含み、 前記電子制御ユニットは、 前記負荷電圧に対する前記発電機の目標出力電力（Ｐ
   ｏ）をマップ設定する目標出力電力設定手段と、 前記負荷電圧および前記クランク軸回転数に基づいて、
   前記目標出力電力を得るために前記発電機が必要とする
   目標トルク（Ｔｏ）をマップ設定する目標トルク設定手
   段と、 前記発電機の必要トルク（Ｔｇ）が前記目標トルクと一
   致するように前記発電機の励磁電流を演算する励磁電流
   演算手段と、 前記励磁電流が得られるように前記発電機内の励磁コイ
   ルを駆動する励磁電流制御手段とを含み、 前記発電機の必要トルクを前記目標トルクで一定制御し
   て前記出力電力を目標出力電力で一定制御するととも
   に、前記エンジンの出力効率が最大となるクランク軸回
   転数で運転することを特徴とするエンジン発電機の制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記電子制御ユニットは、 前記発電機に供給される励磁電流を検出する励磁電流検
   出手段と、前記励磁電流の検出値と演算値との差に基づ
   いて前記励磁電流を微調整する励磁電流補正手段とを含
   むことを特徴とする請求項１のエンジン発電機の制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記電子制御ユニットは、 前記発電機の出力電力が定格電力以上か否かを、前記負
   荷電圧が所定範囲内であるか否かにより判定する負荷変
   動判定手段と、 前記負荷電圧が前記所定範囲内でなく、前記発電機の出
   力電力が定格電力に満たないと判定された場合に、前記
   クランク軸回転数が目標回転数（Ｎｏ）と一致するよう
   に前記エンジンの点火時期を補正する点火時期補正手段
   とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２のエ
   ンジン発電機の制御装置。
4. 【請求項４】 前記電子制御ユニットは、 前記発電機の出力電力が定格電力以上か否かを、前記負
   荷電圧が所定範囲内であるか否かにより判定する負荷変
   動判定手段と、 前記負荷電圧が前記所定範囲内でなく、前記発電機の出
   力電力が定格電力に満たない場合に、前記クランク軸回
   転数（Ｎｅ）が目標回転数（Ｎｏ）と一致するように前
   記スロットル弁の開度を閉成側に一定速度制御する開度
   補正手段と を含むことを特徴とする請求項１または請
   求項２のエンジン発電機の制御装置。
5. 【請求項５】 前記各種情報は、前記スロットル弁の開
   度（θ）および前記エンジンのブースト圧力（ＰＢ）を
   含み、 前記電子制御ユニットは、 前記開度および前記ブースト圧力に基づいて前記エンジ
   ンの出力トルク（Ｔｅ）を推定する出力トルク推定手段
   と、 前記発電機の必要トルクと前記エンジンの出力トルクと
   の関係に基づいて、前記スロットル弁の目標開度（θ
   ｏ）をマップ補間演算する目標開度演算手段とを含み、 前記開度補正手段は、前記発電機の出力電力が定格電力
   に満たない場合に、前記クランク軸回転数（Ｎｅ）が目
   標回転数（Ｎｏ）と一致するように前記スロットル弁の
   開度を前記目標開度に制御することを特徴とする請求項
   ４のエンジン発電機の制御装置。