(57)【要約】【課題】車両に搭載された補機を含めた車両の電気的負荷と車載バッテリの状態に基づき、内燃機関の好適なアイドル回転数を変更するアイドル回転数決定装置を提供する。【解決手段】内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段（１１）と、発電機の発電量を検出する発電量検出手段（１２）と、バッテリの電圧と発電機の電圧との差電圧（ＤＶＢ）を検出するバッテリ状態検出手段（１３）と、を備え、内燃機関のアイドル回転時に、このアイドル回転数における最大となる発電量が検出され、かつ、バッテリに所定量を超える放電量（Ａｈ）が検出されたとき、検出された差電圧（ＤＶＢ）に基づいて、発電機の電圧を前記バッテリの電圧に一致させるようアイドル回転数を所定の回転数に上昇させるよう構成された車両の電装システム（１００）に設けられたアイドル回転数決定装置（１０）を提供する。【選択図】図１
2010077836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転駆動によって発電する発電機と、前記発電機と並列に配設され、発電された電気を充電するバッテリと、前記発電機および前記バッテリの一方または両方から供給される電気によって作動する補機と、を備えた車両の電装システムに設けられたアイドル回転数決定装置であって、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記発電機の発電量を検出する発電量検出手段と、
前記バッテリの電圧と前記発電機の電圧との差電圧を検出するバッテリ状態検出手段と、を備え、
前記内燃機関のアイドル回転時に、このアイドル回転数における最大となる発電量が検出され、かつ、前記バッテリに所定量を超える放電量が検出されたとき、検出された前記差電圧に基づいて、前記発電機の電圧を前記バッテリの電圧に一致させるようアイドル回転数を所定の回転数に上昇させるよう構成された、アイドル回転数決定装置。
【請求項２】
前記発電機は、励磁巻線を備える交流発電機であり、
前記発電量検出手段は、前記励磁巻線を流れる励磁電流を検出し、
前記内燃機関のアイドル回転時に、所定回転数に対する前記発電機の発電量が最大を超えず、もしくは、前記バッテリの放電量が所定量以内である場合であって励磁電流が所定値より高いとき、アイドル回転数を所定の回転数へ上昇させるよう構成された、請求項１に記載のアイドル回転数決定装置。
【請求項３】
前記バッテリ状態検出手段は、前記バッテリへの流入電流を検出し、
前記流入電流の上昇が所定以上であって、前記差電圧が所定値以下であって、かつ、励磁電流が所定値より低いとき、アイドル回転数を所定の回転数に下降させるとともに、前記流入電流の上昇が所定以下であるときはアイドル回転数を維持するよう構成された、請求項２に記載のアイドル回転数決定装置。
【請求項４】
前記内燃機関のアイドル回転時に、所定回転数に対する前記発電機の発電量が最大を超えず、もしくは、前記バッテリの放電量が所定量以内である場合であって、励磁電流が所定値より低く、かつ、前記流入電流の上昇が所定以上と判定されたときには、前記判定がされた時点から時間計測を開始するとともにアイドル回転数を維持し、
その後、所定回転数に対する前記発電機の発電量が最大を超えず、もしくは、前記バッテリの放電量が所定量以内である場合であって、励磁電流が所定値より低く、前記流入電流の上昇が所定以下と判定され、かつ、前記時間計測がされている場合に、
前記差電圧が所定値以下であって、かつ、励磁電流が所定値より低いと判定されたとき、アイドル回転数を所定の回転数に下降させるよう構成された、請求項３に記載のアイドル回転数決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され内燃機関の回転駆動によって発電する発電機の制御にかかり、詳しくは、車両に搭載された補機を含めた車両の電気的負荷と車載バッテリの状態に基づき、好適な内燃機関のアイドル回転数を変更する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電装システムには、エンジンシステム運転に関わるインジェクタ、クランクセンサ等、走行に関わる照明、スイッチ類、モジュレータ、センサ類等、車室内の装備等、多くの電装部品が備えられている。これらのいわゆる補機は、電気的に作動するものが多く、車両の電装システムを制御する制御装置（以下「ＥＣＵ」という。）と電気的に接続されている。そして、補機を作動させるための電力は、内燃機関の回転駆動によって発電する発電機から、もしくは、発電された電気を充電しているバッテリから供給されている。
【０００３】
バッテリは充電容量が定まっており、電気が流入しても、この充電容量を超えて充電することはできない。一方、バッテリ電圧が充電容量に対して不足している場合は、補機を作動させるための電力が不足するおそれがあることから、発電機からの電気をバッテリへ供給し、充電させる必要がある。
【０００４】
アイドリング運転中（エンジンシステム運転中にアクセルペダルを離している状態）の内燃機関は、回転数の低いアイドル回転で作動している。アイドル回転は回転数が低いため、アイドリング運転中における発電機の発生電圧は低く、このときバッテリ電圧が不足している場合、補機を作動させるための電力が不足するおそれがあった。このため、このような場合には内燃機関の回転数を高く設定する等の対策が採られていた。
【０００５】
一方、バッテリが十分に充電されているときに高いアイドル回転で発電しても、発電された電気は充電できないとともに、内燃機関の燃費を低下させるおそれがあった。
【０００６】
そこで、内燃機関のアイドル回転時にバッテリの放電電流が所定値に達した場合にはアイドル回転数を上昇させて発電機の出力電圧を上昇させ、一方、放電電流が所定値に達しない場合には低いアイドル回転数を維持させることによって、運転に支障を来さず、燃費を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実公昭６１−１０４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
補機の作動状況によって電装システムの電気的な負荷は大きく変動するため、負荷状態に応じたアイドル回転が必要となる。また、エンジンシステムの始動から内燃機関の各部が適正な温度に達するまでは、内燃機関の各部の動きは滑らかとはなっておらず、この機械的な負荷状態に応じたアイドル回転も必要となる。
【０００８】
しかしながら、前記した技術（特許文献１）は、バッテリの放電電流を所定値と比較することでアイドル回転数を決定しているため、補機の作動状況や、内燃機関の各部の状況を反映したものとはなっていない。したがって、切り替わったアイドル回転数は、車両がおかれた温度や季節などの状況に適したものではないおそれがあった。
【０００９】
そして、かかる状況においてバッテリの充放電が繰り返し行われることはバッテリを劣化させるとともに、エンジンシステムの燃費の向上にも貢献しないおそれがあった。
【００１０】
本発明は、前記課題を鑑み、車両に搭載された補機を含めた車両の電気的負荷と車載バッテリの状態に基づき、内燃機関の好適なアイドル回転数を変更するアイドル回転数決定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記問題を解決するため、本発明の一の実施形態は、内燃機関の回転駆動によって発電する発電機と、前記発電機と並列に配設され、発電された電気を充電するバッテリと、前記発電機および前記バッテリの一方または両方から供給される電気によって作動する補機と、を備えた車両の電装システムにアイドル回転数決定装置を設けている。
【００１２】
このアイドル回転数決定装置は、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記発電機の発電量を検出する発電量検出手段と、前記バッテリの電圧と前記バッテリの電圧と前記発電機の電圧との差電圧を検出するバッテリ状態検出手段と、を備えている。
【００１３】
前記内燃機関のアイドル回転時に、このアイドル回転数における最大となる発電量が検出され、かつ、前記バッテリに所定量を超える放電量（所定時間を超える放電状態）が検出されたとき、検出された前記差電圧に基づいて、前記発電機の電圧を前記バッテリの電圧に一致させるようアイドル回転数を所定の回転数に上昇させるよう構成した。
【００１４】
前記構成によれば、発電機の電圧とバッテリの電圧との差電圧を観測量としており、エンジンシステム以外の補機も含まれた車両全体の電装システムとしての電気的負荷を観測量とすることができる。
【００１５】
すなわち、車両に搭載された補機の負荷によって消費される電力の変化がバッテリの電圧と前記発電機の発電電圧との差によって検出されている。かかる構成によって、発電機の発電電圧およびバッテリの電圧が各機関の温度による特性の変化分を含んだ値として得ることができる。
【００１６】
内燃機関の回転数の制御は、内燃機関への吸入空気量で行うことが多い。前記構成にすることによって、吸入空気量の制御量を機関の温度による影響が受けやすい発電機の制御デューティに基づいて制御するような従来技術と比べ、機関温度の影響による補正項をなくした場合であっても状況に応じた制御をすることを可能とする。また、バッテリの状態を検出することで、従来配設されていた車両の消費電流を検出するためのセンサは必要としないため、部品点数を増加させることもない。
【００１７】
前記した実施形態は、次のような構成としてもよい。すなわち、前記発電機は、励磁巻線を備える交流発電機とし、前記発電量検出手段は、前記励磁巻線を流れる励磁電流を検出し、前記内燃機関のアイドル回転時に、所定回転数に対する前記発電機の発電量が最大を超えず、もしくは、前記バッテリの放電量が所定量以内である場合であって励磁電流が所定値より高いとき、アイドル回転数を所定の回転数へ上昇させる構成としてもよい。
【００１８】
前記した構成によって、励磁電流が高いと判定される場合は、アイドル目標回転数を上昇するため、発電機のトルクの影響を低減できるため安定したアイドル状態を保つことができると共に、発電効率を高めることができる。
【００１９】
本発明は、車両に搭載された補機を含めた車両の電気的負荷と車載バッテリの状態に基づき、好適な内燃機関の回転数を変更するアイドル回転数決定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるアイドル回転数決定装置を備えた電装システムの構成を示すブロック図であり、図２は従来の電装システムと本実施形態にかかる電装システムとの差異を示すブロック図である。
【００２１】
車両には、エンジンシステムの内燃機関２０の回転によって発電するオルタネータと呼ばれる発電機３０が搭載されている。内燃機関２０が回転している間は、発電機３０の発電した電力は、車両の電気的負荷に供給されるとともに、余剰分の電気はバッテリ４０に充電される。
【００２２】
車両の電気的負荷とは、車両の電装システムであり、エンジンシステム運転に関わるインジェクタ、クランクセンサ等、走行に関わる照明、スイッチ類、モジュレータ、センサ類等、車室内の装備等、多くの電装部品が該当する。これらのいわゆる補機５０は、車両の電装システムを制御する制御装置（図示せず。以下「ＥＣＵ」という。）と電気的に接続されている。
【００２３】
本実施形態も同様であって、図１に示すように、内燃機関２０の回転駆動によって発電する発電機３０と、発電機３０と並列に配設され、発電された電気を充電するバッテリ４０と、発電された電気およびバッテリの一方または両方から供給される電気によって作動する補機５０と、を備えた車両の電装システム１００である。
【００２４】
そして、この電装システム１００にはアイドル回転数決定装置１０が設けられている。アイドル回転数決定装置１０は、内燃機関２０の回転数を検出する回転数検出部１１と、発電機３０の状態を検出する発電機状態検出部１２と、バッテリ４０の状態を検出するバッテリ状態検出部１３と、を備えている。
【００２５】
ここで、発電機状態検出部１２は、発電量を検出し、バッテリ状態検出部１３は、バッテリ４０の電圧と前記発電機の電圧との差電圧（ＤＶＢ）を検出する。図２（ｂ）において、バッテリ状態検出部１３は、バッテリ４０のマイナス端子側に配設されているが、プラス端子側に配設する構成としてもよい。なお、タイマ１４については後記する。
【００２６】
図２（ａ）に示す従来の電装システム５００においては、エンジンシステムに関連する補機５１である、インジェクタ、クランクセンサ等を、車両の電力環境を検出していた「車体電気負荷」としていた。そして、これらの補機５１へ送られる電気の電流値を観測量として電流計１５で計測していた。そのため、車両全体の電気的負荷を把握できないおそれがあった。
【００２７】
そこで、図２（ｂ）に示す本実施形態の電装系１００では、発電機３０の電圧とバッテリ４０の電圧との差電圧等を観測量としてバッテリ状態検出部１３で計測しており、エンジンシステムの補機５１以外の補機５２も含まれた車両全体の電装システム１００としての電気的負荷（補機５０）を観測量とすることができる。
【００２８】
前記したように、かかる構成によって、車両に搭載された補機５０の負荷によって消費される電力の変化がバッテリ４０の電圧と発電機３０の発電電圧との差によって検出される。そして、発電機３０の発電電圧およびバッテリ４０の電圧が各機関の温度による特性の変化分を含んだ値として得ることができる。
【００２９】
次に図を参照して、アイドル回転数を変更するための流れを説明する。図３は「目標アイドル回転数上昇判断」のフロー図であり、図４は「目標アイドル回転数下降判断」のフロー図であり、図５は目標アイドル回転数上昇と下降の判断をあわせたアイドル回転数を変更するためのフロー図である。なお、図５のフロー図のステップの参照符号において、図３もしくは図４と共通するステップには同じ参照符号を付している。
【００３０】
最初に図３を参照して、目標アイドル回転数上昇判断について説明する。アイドル回転数決定装置１０は、最初に発電機状態検出部１２の検出結果から発電機３０の発電量を取得する。そして、この発電量が現状の内燃機関２０のアイドル回転数に対して最大のものか、否かを判断する（ステップＲ０１）。発電量の判断は、検出された電圧と予め設定されたアイドル時の最大電圧とを比較することによって行っている。
【００３１】
最大の発電量、すなわち、検出された電圧が最大電圧となった場合（ステップＲ０１：ＹＥＳ）は、発電機の電圧は下方側への変更しかできず、これ以上の発電はできない。そこで、アイドル回転数の上昇の判断が継続され、ステップＲ０２へ進む。
【００３２】
次に、アイドル回転数決定装置１０は、バッテリ状態検出部１３の検出結果から、バッテリ４０が所定時間で所定値以上の放電をしているか、否かを判断する（ステップＲ０２）。ここで所定値以上とは、たとえば、−２Ａｈ以上の放電量とすることができる。なお、放電量Ａｈは、放電電流Ａと放電終了電圧までの放電持続時間ｈの積である。放電量が大きければ、バッテリ４０の充電量が不足することになり、充電が必要となるからである。
【００３３】
バッテリ４０が所定時間で所定値以上の放電をしている場合（ステップＲ０２：ＹＥＳ）、アイドル回転数決定装置１０は、バッテリ状態検出部１３から検出された発電機３０の発電電圧とバッテリ４０の電圧との差電圧（ＤＶＢ）に基づいて、発電機３０の電圧をバッテリ４０の電圧に一致させるよう目標アイドル回転数を上昇させ、所定の回転数に変更する（ステップＲ０４）。
【００３４】
ここで、所定の回転数とは、車両や搭載されるエンジン、環境によって異なり、たとえば、上昇側を約７００ｒｐｍ、下降側を６００〜６５０ｒｐｍと予め設定しているが、これらの回転数に限定はされない。
【００３５】
変更された目標アイドル回転数は、バッテリ４０に充電させるために現在のアイドル回転数から上昇した所定の回転数となる。
【００３６】
最大の発電量でない、すなわち、検出された電圧が最大電圧に届かない場合（ステップＲ０１：ＮＯ）、および、バッテリ４０が所定時間で所定値以上の放電をしていない場合（ステップＲ０２：ＮＯ）、アイドル回転数決定装置１０は、励磁電流と所定値とを比較する（ステップＲ０３）。ここで、所定値はデューティ（発電の仕事量）が７０〜８０％となる値としている。
【００３７】
励磁電流が所定値より高い場合（ステップＲ０３：ＹＥＳ）、アイドル回転数決定装置１０は、目標アイドル回転数を上昇させ、所定に回転数に変更する（ステップＲ０４）。
【００３８】
かかる状況は、発電機３０のトルクが大きいことが想定され、発電の効率が低くなる。そこでトルクの影響を考慮して、目標アイドル回転数を上昇させ所定の回転数に変更している。
【００３９】
なお、励磁電流が所定値より低い場合（ステップＲ０３：ＮＯ）には、目標アイドル回転数の変更はされない。
【００４０】
かかる構成は、発電機３０の発電電圧がバッテリ４０の電圧よりも低く、バッテリ４０単独による放電が続く場合に、アイドル目標回転数を上昇させて発電機３０の発電能力を高めるように制御する。そのため、バッテリ４０の過剰な放電を防ぐと共に、確実にバッテリ４０の消耗を防ぐことができる。
【００４１】
さらに、バッテリ４０の放電が所定時間継続して行われたときに目標アイドル回転数を上昇させるようにしたので、上昇側への目標アイドル回転数の頻繁な切り替わりを防ぐことができる。
【００４２】
そして、励磁電流が所定値より低い場合は、上昇方向の目標アイドル回転数を変更するので、発電機３０のトルクの影響を低減できる。このことから、安定したアイドル状態を保ち、発電効率を高めるアイドル回転数とすることができる。
【００４３】
続いて図４を参照して、目標アイドル回転数下降判断について説明する。アイドル回転数決定装置１０は、最初にバッテリ４０への流入電流をバッテリ状態検出部１２の検出結果から取得する。そして、この流入電流が急上昇しているか、否かを判断する（ステップＤ０１）。流入電流の急上昇は、補機５０の作動が停止した等により、車両の電気的負荷が急減したことによって生ずる。
【００４４】
流入電流が急上昇したと判断された場合（ステップＤ０１：ＹＥＳ）、バッテリ４０の電圧と発電機３０の電圧との差電圧が小さいか、否かを判断する（ステップＤ０２）。差電圧が小さい場合（ステップＤ０２：ＹＥＳ）、電圧が降下しており、車体の電気的負荷が少ないことが確認される。そして、アイドル回転数決定装置１０は、励磁電流を所定値と比較する（ステップＤ０３）。
【００４５】
励磁電流が所定値より低い場合（ステップＤ０３：ＹＥＳ）、アイドル回転数決定装置１０は、目標アイドル回転数を下降させ所定の回転数に変更する（ステップＤ０４）。かかる状況においては、発電機３０が仕事をしていないと判断できるためである。
【００４６】
流入電流の急上昇がない場合（ステップＤ０１：ＮＯ）、差電圧が大きい場合（ステップＤ０２：ＮＯ）、および、励磁電流が所定値より高い場合（ステップＤ０３：ＮＯ）、のいずれかに該当する場合は、目標アイドル回転数の変更はされない（ステップＤ０５）。
【００４７】
かかる構成によって、車両側の負荷が低減されていることを推測することができる。そして発電機３０の発電電圧がバッテリ４０の電圧と一致させるような内燃機関２０のアイドル回転状態となっているかを判定することができる。本実施形態は、状況に応じて下降方向の目標アイドル回転数を変更するため、安定したアイドル回転状態を保つとともに、燃費の向上に貢献する情報を与えることができる。
【００４８】
続いて、図５を参照して、目標アイドル回転数上昇と下降の判断をあわせたアイドル回転数を変更するためのフローを説明する。図５のフロー図のステップの参照符号において、図３もしくは図４と共通するステップには同じ参照符号を付している。
【００４９】
前記したように、アイドル回転数決定装置１０は、発電機３０の発電量が現状の内燃機関２０のアイドル回転数に対して最大のものか、否か判断し（ステップＲ０１）、次にバッテリ４０が所定時間で所定値以上の放電をしているか、否か判断し（ステップＲ０２）、いずれの判断もＹＥＳであれば、上昇方向の目標アイドル回転数を変更する。しかし、いずれかの判断がＮＯであれば、アイドル回転数決定装置１０は、励磁電流を所定値と比較する（ステップＲ０３）。
【００５０】
図３の目標アイドル回転数上昇判断においては、ステップＲ０３がＮＯの場合、アイドル回転数を維持していたが、かかる状況において車両の電気的負荷が急減していることも予想される。また、電気的負荷が急減するとバッテリ４０への流入電流は急上昇するが、バッテリ４０の電圧は電流の上昇に追随せず、多少の遅れが生ずる場合がある。このような場合に、アイドル回転数を維持したままであると、燃費の悪化を招く結果となる。そこで、後記するフローとしている。
【００５１】
励磁電流が所定値よりも低い場合（ステップＲ０３：ＮＯ）、アイドル回転数決定装置１０は、バッテリ４０への流入電流が急上昇しているか、否かを判断する（ステップＤ０１）。
【００５２】
電流の急上昇が最初に観測されたときに、十分な差電圧があり（ステップＤ０２：ＮＯ）、もしくは、励磁電流が所定値より高い（ステップＤ０３：ＮＯ）と判定された場合には目標アイドル回転数の変更は行われない。
【００５３】
しかしながら、電流の急上昇は、電気的負荷の急減が生じた結果であり、その後の車両全体の電気的負荷が変化することも予想される。そこで、電流の急上昇が最初に観測されたときにタイマを設定し（ステップＴ０１）、その後に再び目標アイドル回転数の判断が行われ、バッテリ４０への流入電流が急上昇していないと判断された場合（ステップＤ０１：ＮＯ）であっても、タイマが作動されているか判定する。
【００５４】
タイマが作動していれば（ステップＴ０２：ＹＥＳ）、アイドル回転数決定装置１０は、バッテリ４０の電圧と発電機３０の電圧との差電圧が小さいか、否かを判断し（ステップＤ０２）、励磁電流と所定値とを比較する（ステップＤ０３）構成としている。
【００５５】
差電圧が小さい場合（ステップＤ０２：ＹＥＳ）、励磁電流が所定値より低い場合（ステップＤ０３：ＹＥＳ）、アイドル回転数決定装置１０は、目標アイドル回転数を下降させ所定の回転数に変更する（ステップＤ０４）。
【００５６】
なお、図１に示すように、タイマ１４は、アイドル回転数決定装置１０の構成の一つとしている。
【００５７】
かかる構成によって、バッテリ４０への流入電流は急上昇するが、電圧が電流の上昇に追随しない場合であっても、タイマ１４によって再度差電圧の判定が行われるため、適正なアイドル回転数を決定することができる。また、発電電圧が常にバッテリ電圧にフィードバックする制御がされているため、バッテリの充放電が頻繁に繰り返されることを防ぐことができる。そして、バッテリの放電電流が小さくなることから、充放電の深度が浅くなりバッテリの劣化も防ぐことができる。
【００５８】
以上、本発明について好適な実施形態を説明した。本発明は、図面に記載したものに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるアイドル回転数決定装置を備えた電装システムの構成を示すブロック図である。
【図２】従来の電装システムと本実施形態にかかる電装システムとの差異を示すブロック図である。
【図３】「目標アイドル回転数上昇判断」のフロー図である。
【図４】「目標アイドル回転数下降判断」のフロー図である。
【図５】目標アイドル回転数上昇と下降の判断をあわせたアイドル回転数を変更するためのフロー図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０      アイドル回転数決定装置
１１      回転数検出部
１２      発電機状態検出部
１３      バッテリ状態検出部
１４      タイマ
２０      内燃機関
３０      発電機
４０      バッテリ
５０      補機
５１      エンジンシステム補機
５２      その他補機
【図１】
2010077836.tif 000003
【図２】
2010077836.tif 000004
【図３】
2010077836.tif 000005
【図４】
2010077836.tif 000006
【図５】
2010077836.tif 000007