(57)【要約】【課題】エンジンの始動性を確保し、エンジンの運転状態を安定させつつ、オルタネータの発電を容易に制御するオルタネータ制御装置を提供する。【解決手段】オルタネータ制御装置は、エンジン回転数からエンジンが発生可能な最大トルクを算出し（Ｓ４００）、エンジンが実際に発生している出力トルクを算出し（Ｓ４０２）、最大トルクと出力トルクとの差から、エンジンがさらに発生できる余剰トルクを算出する（Ｓ４０４）。オルタネータ制御装置は、オルタネータの負荷トルクを算出し（Ｓ４０６）、余剰トルクと負荷トルクとを加算してオルタネータに割り当てる許容トルクを算出する（Ｓ４０８）。オルタネータ制御装置は、許容トルクが所定トルク以上であれば（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、許容トルクの範囲内でオルタネータの発電を制御し（Ｓ４１２）、許容トルクが所定トルク未満であれば（Ｓ４１０：Ｎｏ）、オルタネータの発電を停止する（Ｓ４１４）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生している出力トルクに加えてエンジンがさらに発生できる余剰トルクを算出する余剰トルク手段（Ｓ４０４）と、
前記余剰トルク手段が算出する前記余剰トルクに基づいてオルタネータに割り当てる許容トルクを算出する許容トルク手段（Ｓ４０８）と、
前記許容トルク手段が算出する前記許容トルクの範囲内で前記オルタネータの発電を制御する発電制御手段（Ｓ４１０〜Ｓ４１４）と、
を備えることを特徴とするオルタネータ制御装置（３０）。
【請求項２】
前記出力トルクに対して前記エンジンが発生できる最大トルクを算出する最大トルク手段（Ｓ４００）と、
前記出力トルクを算出する出力トルク手段（Ｓ４０２）と、
をさらに備え、
前記余剰トルク手段は、前記最大トルク手段が算出する前記最大トルクと前記出力トルク手段が算出する前記出力トルクとの差を前記余剰トルクとして算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項３】
前記出力トルク手段は、前記最大トルクに吸気充填効率と燃焼開始時期と空燃比とのそれぞれによるトルク効率を乗算して前記出力トルクを算出することを特徴とする請求項２に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項４】
前記出力トルクに対してこれから前記エンジンに要求されるトルクの増加分または減少分を予測する予測トルク手段（Ｓ４０２）をさらに備え、
前記出力トルク手段は、前記最大トルクに前記吸気充填効率と前記燃焼開始時期と前記空燃比とのそれぞれによるトルク効率を乗算した結果に、さらに前記予測トルク手段が予測する予測トルクを加算して前記出力トルクを算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項５】
前記予測トルク手段は、運転者の運転操作と変速装置の作動状態と補機の作動状態とのうち少なくともいずれか一つに基づいて前記予測トルクを予測することを特徴とする請求項４に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項６】
前記予測トルク手段は、運転者によるアクセル操作に基づいて前記予測トルクを予測することを特徴とする請求項５に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項７】
前記オルタネータを発電させるための負荷トルクを算出する負荷トルク手段（Ｓ４０６）をさらに備え、
前記許容トルク手段は、前記負荷トルク手段が算出する前記負荷トルクと前記余剰トルクとを加算して前記許容トルクを算出する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項８】
前記許容トルク手段は、前記負荷トルクと前記余剰トルクとを加算した結果にフィルタリング処理を施して前記許容トルクの変化を抑制することを特徴とする請求項７に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項９】
前記許容トルク手段は、前記負荷トルクと前記余剰トルクとを加算した結果にフィルタリング処理を施して前記許容トルクの増加方向の変化を抑制することを特徴とする請求項８に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項１０】
前記フィルタリング処理はなまし処理であることを特徴とする請求項８または９に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項１１】
前記発電制御手段は、前記オルタネータの回転数と前記オルタネータに対するレギュレータ電圧とに応じた発電特性に基づいて前記オルタネータに対する励磁電流を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項１２】
前記発電制御手段は、前記オルタネータの回転数と前記オルタネータに対する励磁電流とに応じた発電特性に基づいて前記オルタネータに対するレギュレータ電圧を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項１３】
前記発電制御手段は、前記許容トルクが所定トルクよりも小さい場合、前記オルタネータの発電を停止することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のオルタネータ制御装置。
【請求項１４】
前記所定トルクは、前記許容トルクの減少時よりも増加時の方が大きく設定されていることを特徴とする請求項１３に記載のオルタネータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オルタネータの発電を制御するオルタネータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、エンジンの駆動力により回転して発電するオルタネータと、オルタネータが発電する電力を充電するバッテリとが搭載されている。オルタネータの発電量は、エンジンの回転数と、ロータに巻回されたフィールドコイルに供給される励磁電流と、レギュレータが調整する発電電圧とにより決定される。
【０００３】
通常、オルタネータは、燃費と安定した電力供給とを両立させるために、車両の消費電力が大きいとき、あるいはバッテリ残量が低いときに発電量を増加するように制御されることが望ましい。
【０００４】
また、エンジン始動時には、エンジン停止中におけるバッテリ残量の低下、ならびにスタータの駆動による消費電力の増加により、バッテリからの供給電力が不足することがある。したがって、バッテリ残量を増加するために、エンジン始動時にオルタネータを速やかに発電させてバッテリを充電することが、電力の観点からは望ましい。
【０００５】
しかし、エンジン始動時にオルタネータを駆動して発電させると、オルタネータを発電させるために必要な負荷トルクにより、エンジンを回転させるために必要なトルクが不足する。その結果、エンジン回転数の上昇が妨げられてエンジンの始動性が悪化するという問題がある。
【０００６】
特許文献１には、エンジンの始動性とオルタネータによる発電とを両立させるために、冷却水の温度に応じて所定値を設定し、この所定値にエンジン回転数が達すると、オルタネータの発電を開始する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように、オルタネータの発電開始の判定値であるエンジン回転数の所定値を冷却水の温度に応じて設定し、エンジン回転数が所定値に達したときにオルタネータを発電させたとしても、負荷トルクの上昇によりエンジン回転数が低下し、始動性が悪化することがある。
【０００９】
そこで、エンジン始動時にオルタネータの発電開始を許可するか否かを判定するエンジン回転数の判定値に、オルタネータの発電によるエンジン回転数の低下分を考慮してマージンを加算することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、この方法では、エンジンの諸元、エンジンの制御方法、エンジンの制御パラメータ等が変更される毎に、エンジン回転数の判定値に加算するマージンを評価して適合する必要があるので、適合工数が増加して煩雑であるという問題がある。
【００１１】
エンジン始動時以外にも、エンジン運転中にオルタネータを発電させると、オルタネータの負荷トルクの上昇によりエンジン回転数が低下し、エンジン運転状態がばらつくという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エンジンの始動性を確保し、エンジンの運転状態を安定させつつ、オルタネータの発電を容易に制御するオルタネータ制御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】
【００１３】
本発明のオルタネータ制御装置によると、余剰トルク手段は、発生しているトルクに加えてエンジンがさらに発生できる余剰トルクを算出し、許容トルク手段は、余剰トルク手段が算出する余剰トルクに基づいてオルタネータに割り当てる許容トルクを算出する。そして、発電制御手段は、許容トルク手段が算出する許容トルクの範囲内でオルタネータの発電を制御する。
【００１４】
この構成によれば、エンジンが実際に発生しているトルクに加えて、エンジンがさらに発生できる余剰トルクに基づいて、オルタネータに割り当てる許容トルクを算出し、許容トルクの範囲内でオルタネータの発電を制御するので、オルタネータは許容トルクを超えて発電しない。
【００１５】
つまり、エンジンがどのような運転状態であっても、エンジンの出力トルクとしてオルタネータに割り当てることのできる許容トルクの範囲内でオルタネータの発電を制御するので、オルタネータの発電のためにエンジン回転数が低下することを極力抑制できる。
【００１６】
特に、エンジン始動時またはアイドル運転時のようにエンジンが十分なトルクを発生していない場合に、エンジンの運転状態を妨げずにオルタネータの発電を制御できるので、エンジンの始動性を確保し、エンジンの運転状態を安定させることができ効果的である。
【００１７】
さらに、エンジンの余剰トルクという指標に基づいて、エンジンの出力トルクを超えない範囲でオルタネータを容易に制御して発電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態による発電制御システムを示すブロック図。
【図２】本実施形態によるソフトウェア構成図。
【図３】オルタネータ制御を示すタイムチャート。
【図４】オルタネータ制御処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（発電制御システム）
図１に本実施形態の発電制御システム１０を示す。発電制御システム１０は、自動車等の車両に搭載されるオルタネータ４の発電を制御するものである。発電制御システム１０は、アクセルセンサ２２、回転数センサ２４および吸気量センサ２６等の車載センサ２０と電子制御装置（ＥＣＵ）３０とを備えている。
【００２０】
ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ等に記憶された制御プログラムを実行することにより、車載センサ２０の出力信号に基づいて、ガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）２およびオルタネータ４を制御する。
【００２１】
図２に示すように、ＥＣＵ３０の制御プログラムは、エンジン２の運転状態を制御するエンジン制御アプリケーション１００と、オルタネータ４の発電状態を制御する発電制御アプリケーション１１０とから主に構成されている。
【００２２】
エンジン制御アプリケーション１００は、エンジン２に要求されるトルクをエンジン２が発生するように、エンジン２の吸気充填効率と燃料の燃焼開始時期である点火時期と空燃比となどを制御する。エンジン２に要求される出力トルクには、オルタネータ４が発電するために必要な負荷トルクおよびエアコン等の補機の負荷トルクも含まれる。
【００２３】
エンジン制御アプリケーション１００は、エンジン２の出力トルクから発電のためにオルタネータ４に割り当てることのできる負荷トルクの上限値である許容トルクを発電制御アプリケーション１１０に通知する。
【００２４】
発電制御アプリケーション１１０は、オルタネータ４の負荷トルクが、エンジン制御アプリケーション１００から通知される許容トルクの範囲内になるように、オルタネータ４の励磁電流およびレギュレータ電圧を制御する。レギュレータ電圧は、オルタネータ４が発電するときの電圧の上限値を規定しており、バッテリ電圧に基づいて可変に設定される。発電制御アプリケーション１１０は、オルタネータ４から、オルタネータ４の回転数と実際の励磁電流とを取得する。
【００２５】
（発電制御処理）
図３に示すように、ＥＣＵ３０は、エンジン２を始動するとき、あるいはエンジンが加速運転をするときの許容トルクが所定トルクに達していない場合、オルタネータ４の発電を停止させる。そして、許容トルクが所定トルク以上になると、ＥＣＵ３０は、許容トルクの範囲内でオルタネータ４の発電を制御する。したがって、オルタネータ４の負荷トルクは許容トルクを超えない。
【００２６】
次に、ＥＣＵ３０が実行する発電制御処理について、図４のフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートは、タイマ割込等により所定周期で実行される。
図４のＳ４００において、ＥＣＵ３０は、現在のエンジン回転数から、エンジン２が発生可能な最大トルクを算出する。図３に示すように、エンジン２の最大トルクは、エンジン回転数が増加すると増加する。さらに、ＥＣＵ３０は、次式（１）からエンジン２が実際に発生している出力トルクを算出する（Ｓ４０２）。
出力トルク＝最大トルク×（吸気充填効率によるトルク効率）×（点火時期によるトルク効率）×（空燃比によるトルク効率）      ・・・（１）
式（１）においてトルク効率とは、エンジン２が最大トルクを発生するときの吸気充填効率、点火時期および空燃比を１００％としたときの、現在の吸気充填効率、点火時期および空燃比のそれぞれの割合を表わしている。
【００２７】
ＥＣＵ３０は、エンジン２に要求される出力トルクに基づいて吸気充填効率、点火時期および空燃比を制御することにより、要求されるトルクをエンジン２に発生させる。吸気充填効率は、スロットル装置の開度により制御される。点火時期は点火プラグにより制御される。空燃比は、スロットル開度、燃料噴射量およびＥＧＲガス量により制御される。
【００２８】
ここで、ＥＣＵ３０は、運転者のアクセル操作、ステアリング操作、ブレーキ操作等の運転操作と、変速装置の作動状態と、エアコン等の補機の作動状態とから、エンジン２に要求されるトルクの増加分および減少分を予測し、この予測トルクを、式（１）で算出した出力トルクに加えたものを、エンジン２の出力トルクとすることが望ましい。
【００２９】
これは、例えば急激な加減速またはエアコンのオン、オフの切り換え等によりエンジン２に対する要求トルクが急激に変化しても、予めその変化分を出力トルクに加えておくことにより、次式（２）で算出する余剰トルクの過不足を極力低減するためである。
【００３０】
ＥＣＵ３０は、最大トルクと出力トルクとに基づいて、式（２）からエンジン２が現在の出力トルクに加えてさらに発生できる余剰トルクを算出する（Ｓ４０４）。
余剰トルク＝最大トルク−出力トルク      ・・・（２）
次に、ＥＣＵ３０は、エンジン２が発生している出力トルクのうち、オルタネータ４を駆動して発電させるために使用される負荷トルクを算出する（Ｓ４０６）。ＥＣＵ３０は、オルタネータ４の回転数とレギュレータ電圧と励磁電流とに対するオルタネータ４の負荷トルクの発電特性データを予め計測してマップとしてＲＯＭ等に記憶している。そして、現在のオルタネータ４の回転数とレギュレータ電圧と励磁電流とに基づいてマップからオルタネータ４の現在の負荷トルクを算出する。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、次式（３）からオルタネータ４に割り当てることのできる許容トルクを算出する（Ｓ４０８）。
許容トルク＝余剰トルク＋負荷トルク      ・・・（３）
許容トルクは、オルタネータ４が発電に使用できる負荷トルクの最大値を表わしている。尚、余剰トルクのすべてを許容トルクの一部としてオルタネータ４に割り当てるのではなく、式（３）からマージンを減算したトルクを許容トルクとすることが望ましい。これは、余剰トルクのすべてを許容トルクとしてオルタネータ４に割り当てると、エンジン２に要求される出力トルクが急激に増加したときに、出力トルクが不足してドライバビリティが悪化することを抑制するためである。
【００３２】
また、マージンを減算した許容トルクに対して、１次フィルタによるなまし処理等のフィルタリング処理を行うことにより、オルタネータ４の負荷トルクが急激に変化してトルクの変動ショックが発生することを抑制することが望ましい。この場合、負荷トルクの増加方向、つまり許容トルクの増加方向の変化量に対してだけフィルタリング処理を施してもよい。
【００３３】
許容トルクに対して増加方向だけにフィルタリング処理を施すことにより、トルクの変動ショックを抑制するとともに、アイドル運転時のエンジン回転数の低下を抑制できる。
また、許容トルクをフィルタリングすることにより、オルタネータ４の発電量が急激に変化することを防止し、バッテリの充電電流が急激に変化することによるバッテリの発熱を抑制できる。
【００３４】
式（３）から減算するマージントルクの算出は、エンジン回転数および水温等のエンジン運転状態に基づいて可変に設定することが望ましい。これにより、エンジン２の出力トルクのばらつきが大きくなる運転状態においてマージントルクを大きくするなど、マージントルクを適切に設定することにより、急激なトルク変動およびアイドル運転時のエンジンストップを抑制できる。
【００３５】
ここで、負荷トルクとしてオルタネータ４に割り当てられる許容トルクが所定トルクに達しない場合、つまり負荷トルクとして所定トルク以上使用できない場合、オルタネータ４の特性上、発電量を高精度に制御できないことがある。
【００３６】
そこで、ＥＣＵ３０は、許容トルクが所定トルク以上であるか否かを判定する（Ｓ４１０）。許容トルクが所定トルク以上であれば（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、許容トルクの範囲内で、バッテリ残量に基づいてオルタネータ４の発電を制御する（Ｓ４１２）。
【００３７】
オルタネータ４に対する発電制御は、オルタネータ４の回転数とレギュレータ電圧とに応じた発電特性に基づいて励磁電流を制御するか、あるいはオルタネータ４の回転数と励磁電流とに応じた発電特性に基づいてレギュレータ電圧を制御することにより行う。
【００３８】
許容トルクが所定トルク未満であれば（Ｓ４１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は励磁電流を遮断し、オルタネータ４の発電を停止する（Ｓ４１４）。
Ｓ４１０の判定で使用する所定トルクは、許容トルクが減少するときの値よりも増加するときの値を大きくすることによりヒステリシスを設定することが望ましい。これにより、所定トルクが固定の場合に所定トルク付近で許容トルクが増減し、オルタネータ４に対する発電制御の停止と実行とが繰り返されることを防止できる。
【００３９】
以上説明した上記実施形態では、エンジン２が実際に発生している出力トルクに加えてさらにエンジン２が発生できる余剰トルクに基づいて、オルタネータ４に割り当てることのできる許容トルクを算出している。そして、許容トルクの範囲内でオルタネータ４に対する発電制御を実行する。
【００４０】
これにより、エンジン始動時および始動後のエンジン運転時において、エンジン２の回転を妨げない範囲でオルタネータ４の発電を制御できる。したがって、エンジンの始動性を確保するとともに、アイドル運転を含むエンジン運転状態を安定させることができる。
【００４１】
さらに、エンジン始動、アイドル運転、加速運転、減速運転等のエンジン２の運転状態に関わらず、許容トルクという共通の指標に基づいてオルタネータ４の発電を容易に制御できる。
【００４２】
［他の実施形態］
上記実施形態では、ガソリンエンジン２に適用されるオルタネータ４に対する発電制御について説明した。これに対し、ディーゼルエンジンに本発明のオルタネータに対する発電制御を適用してもよい。
【００４３】
ディーゼルエンジンの場合、スロットル開度は通常全開であるから、吸気充填効率によるトルク効率は１００％である。したがって、式（１）において吸気充填効率の項は１となり省略できる。そこで、ディーゼルエンジンの場合、燃焼噴射時期から推定される着火時期を燃焼開始時期とすると、出力トルクは次式（４）から算出される。
出力トルク＝最大トルク×（着火時期によるトルク効率）×（空燃比によるトルク効率）                                                  ・・・（４）
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２：エンジン、４：オルタネータ、１０：発電制御システム、３０：ＥＣＵ（オルタネータ制御装置、余剰トルク手段、許容トルク手段、発電制御手段、最大トルク手段、出力トルク手段、予測トルク手段、負荷トルク手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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