(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルを有する交流発電機と、該交流発電機の交流出力を整流する整流器と、該整流器の出力端に接続された蓄電池と、上記界磁コイルの電流を制御する開閉素子を有し、上記整流器の端子電圧を検出して上記開閉素子により界磁電流を断続制御し上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器と、エンジンの回転数がしきい値に達するまでは上記界磁電流が初期励磁電流となるよう上記開閉素子の導通率を制御し、エンジンの回転数がしきい値に達した後の第１の時間内は上記開閉素子の導通率を最小設定値とし、第２の時間内に導通率の設定を最小設定値から最大設定値まで漸増制御し、温度が一定以上のとき上記しきい値を低く設定する界磁電流制御器とを備えた車両用交流発電機の制御装置。
【請求項２】
界磁コイルを有する交流発電機と、該交流発電機の交流出力を整流する整流器と、該整流器の出力端に接続された蓄電池と、上記界磁コイルの電流を制御する開閉素子を有し、上記整流器又は上記電池の端子電圧を検出して上記開閉素子により界磁電流を断続制御し上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器と、エンジンの回転数がしきい値以下のとき上記界磁電流が初期励磁電流となるよう上記開閉素子の導通率を制御し、エンジンの回転数がしきい値に達した後の第１の時間内は上記開閉素子の導通率を最小設定値とし、第２の時間内に導通率の設定を最小設定値から最大設定値まで漸増制御し、温度が一定以上のとき上記しきい値を低く設定するとともに上記第１の時間および第２の時間を短縮する界磁電流制御器とを備えた車両用交流発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、車両の電気負荷に電力を供給する車両用交流発電機のエンジン始動直後における制御に関する。
背景技術
車両用交流発電機は、一般にエンジンによりＶベルト等を介して駆動され、回転エネルギーを電気エネルギーに換えて出力するものであって、それも、近年では車両側電気負荷の増大に伴って発電機も大出力のものが要求されるようになってきている。ところが、発電機の出力が大きくなると、発電機駆動によるエンジンの負荷トルクが大きくなる。そのため、特にエンジン始動直後のように爆発・燃焼の不安定な時期にはエンジン回転が不安定な状態となりやすい。それに加えて、エンジン始動時にはスタータモータを起動によって過放電した蓄電池を充電すべく発電機は最大出力を出力するから、エンジンにかかる負荷は一層大きくなり、ますますエンジン回転は不安定状態に陥りやすくなる。このような現象は特に寒冷時において顕著である。
従来、このような不都合を解決するため、交流発電機が発電を開始した後所定時間、界磁コイルに直列に挿入された開閉素子の導通率を最小設定値とすることにより、エンジン始動直後の発電機駆動による負荷トルクを完全に排除してエンジン回転の安定化を達成するとともに、所定時間経過後に上記導通率の設定を上記最小設定値から最大値まで漸増制御することにより、エンジン負荷の急激な増大を防ぎ、寒冷時のベルトスリップ音の発生を防止し、また、発電機出力が復帰する際のベルトスリップ音の発生やエンジン回転の落ち込みを防止する制御装置が特開平３−173324号にて提案されていた。
そのような車両用交流発電機の制御装置の回路図を第６図に、制御特性図を第７図に示す。
この制御装置の動作を説明する。
１は発電機、２は整流器、３は電圧調整器、４は界磁電流制御器、５は蓄電池、６はキースイッチ、７は車両の電気負荷、８はスイッチ、10は初期励磁抵抗である。
キースイッチ６がONとなった時点では、発電機１はまだ発電を開始していないので、電圧調整器３のコンパレータ307は“Low"で、界磁電流制御器４のタイマー402は“Low"である。したがって、このとき界磁電流制御器４のコンパレータ409は“High"でパワートランジスタ310は“ON"となり、初期励磁抵抗10を通し界磁コイル102に初期励磁電流が流れる。そして、エンジンにより駆動されて発電機１が発電を開始すると、タイマー402が“High"となり、時間の計測を開始する。このタイマー402が作動している所定時間T1の間、Ｃ点電圧は分圧抵抗403、404により設定されたレベルにある。
この設定レベルとＢ点の三角波信号との関係は第７図ａに示すとおりであって、これらが界磁電流制御器４のコンパレータ409で比較され、その比較出力により第７図ｂに示すようなパワートランジスタ310の導通波形が得られる。このときパワートランジスタ310の導通率は最小設定値であって、それによる発電電圧は蓄電池電圧以下とされ，したがって、この所定時間T1の間、第７図ｃに示すように発電機１の出力は０である。
次に所定時間T1が経過してタイマー402が“Low"になると、Ｃ点電圧はコンデンサ407と抵抗406との時定数回路により設定される所定時間T2をかけて第７図ａに示すように所定レベルまで低下する。この間のコンパレータ409の比較出力によるパワートランジスタ310の導通波形は第７図ｂに示すとおりであって、パワートランジスタ310の導通率が次第に増加し、所定時間T2経過後に最大値（100％）となる。そして、この所定時間T2の間に発電機出力は第７図ｃに実線で示すように０から100％まで漸増し、その後は電圧調整器３のコンパレータ307の比較出力による本来の制御に移行する。
この従来技術では、エンジン始動直後の発電機駆動による負荷トルクを無くしてエンジンの回転を安定させる期間T1およびその後発電機出力を100％まで漸増する期間T2は固定値としていた。
しかしながら、このような発電機の制御が必要となるのは、低温時だけであり、高温時には不要である。高温時にはエンジンの始動性が良いからである。
高温時に発電機制御を行うと、エンジンの始動直後に発電機の出力を抑制するため、蓄電池５が放電し、その充電性能が低下して好ましくない。
従って、高温時には、発電機の出力を抑制する期間T1および発電機出力を漸増させる期間T2は短くして速やかに発電機出力を100％にすることが好ましい。
また、エンジンの始動が検出されるまでの間（回転がしきい値以下の間）は、初期励磁期間として発電機の出力を低く抑制して蓄電池の負荷を小さくしているが、高温時にはエンジンの始動性が良いので、処理励磁期間は短くすることが好ましい。
発明の開示
本発明の目的は、エンジンの始動直後に発電機の出力を一定期間最小値に抑制し、その後発電機出力を最大値まで次第に増加させるようにした車両用発電機の制御装置において、高温時には発電機の出力を最小値とする期間および発電機の出力を漸増させる期間の少なくとも一方を短縮し、蓄電池の充電性能の低下を防止することにある。
また、本発明の目的は、低温時にはエンジン始動後の発電機の出力を最小値に抑制する時間および発電機の出力を最大値まで漸増させる期間を長く設定し、発電機駆動による負荷トルクを排除してエンジンの回転を安定化することにある。
本発明の他の目的は、エンジンの回転数がしきい値に達するまでは界磁電流を初期励磁電流に抑制して蓄電池の放電を防止し、エンジンの回転数がしきい値に達した後の第１の時間内は界磁電流を最小値として発電機出力を抑制し、その後の第２の時間に発電機出力を最大値まで次第に増加させる車両用交流発電機の制御装置において、エンジンの回転数を検出するしきい値を高温時には低く設定して初期励磁期間を短縮することにある。
また、本発明の車両用交流発電機の制御装置は、界磁コイルを有する交流発電機と、該交流発電機の交流出力を整流する整流器と、該整流器の出力端に接続された蓄電池と、上記界磁コイルの電流を制御する開閉素子を有し、上記整流器の端子電圧を検出して上記開閉素子により界磁電流を断続制御し上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器と、エンジンの始動が検出されるまでは上記界磁電流が初期励磁電流となるように上記開閉素子の導通率を制御し、エンジンの始動を検出した後の第１の時間は上記開閉素子の導通率を最小設定値とし、第２の時間内の導通率の設定を最小設定値から最大設定値まで漸増制御し、温度が一定以上のときエンジンの始動を検出する回転数のしきい値を低く設定する界磁電流制御器とを備えたものに関する。
高温時には、エンジンの始動検出を行う回転数のしきい値を低く設定することにより、初期励磁期間を短縮し、蓄電池の放電を抑制する。
また、本発明の車両用交流発電機の制御装置は、界磁コイルを有する交流発電機と、該交流発電機の交流出力を整流する整流器と、該整流器の出力端に接続された蓄電池と、上記界磁コイルの電流を制御する開閉素子を有し、上記整流器の端子電圧を検出して上記開閉素子により界磁電流を断続制御し上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器と、エンジンの始動が検出されるまでは上記界磁電流が初期励磁電流となるように上記開閉素子の導通率を制御し、エンジンの始動を検出した後の第１の時間は上記開閉素子の導通率を最小設定値とし、第２の時間内に導通率の設定を最小設定値から最大設定値まで漸増制御し、温度が一定以上のときエンジンの始動を検出する回転数のしきい値を低く設定するとともに上記第１の時間および上記第２の時間を短縮する界磁電流制御器とを備えたものに関する。
高温時には、エンジンの始動検出を行う回転数のしきい値を低く設定することにより、初期励磁期間を短縮し、蓄電池の放電を防止できる。
高温時には、更に第１の時間および第２の時間を短縮しているので発電機の出力を抑制する期間を短縮し、蓄電池の充電性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の車両用交流発電機の制御装置の一実施の形態を示す回路図である。
第２図は、低温時における第１図の制御装置の動作説明図である。
第３図は、高温時における第１図の制御装置の動作説明図である。
第４図は、本発明の車両用交流発電機の制御装置の他の一実施の形態を示す回路図である。
第５図は、本発明の車両用交流発電機の制御装置の他の一実施の形態を示す回路図である。
第６図は、従来の車両用交流発電機の制御装置の一例を示す回路図である。
第７図は、第６図の制御装置の動作説明図である。
発明を実施するための最良の形態
つぎに本発明の車両用交流発電機の制御装置を図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
第１図は本発明に係る車両用交流発電機の制御装置の一実施の形態を示す回路図、第２図は第１図の回路のａ〜ｉにおける低温時の動作を示すタイミング図である。第３図は第１図の回路のａ〜ｉにおける高温時の動作を示すタイミング図である。
第１図において、１は交流発電機で電機子コイル101と界磁コイル102を有し、整流器２に接続されている、整流器２は出力端子201と接地端子202を有している。
３は本発明の制御装置の電圧調整部、４は発電制御部である。Ａは定電圧源で抵抗301とツェナーダイオード302で構成され制御装置の電源として供給されている。
307は発電機の出力電圧を検出するコンパレータであり、抵抗303、304の分圧電位を基準として、発電機の発電電圧を抵抗305、306で分圧した電位を比較しており、発電機の分圧電圧が基準電圧よりも高ければＨレベルを出力し、逆に低ければＬレベルを出力する。発電機の出力電圧を検出する代りに蓄電池５の電圧を検出しても良い。308は発電機の初期励磁用発振器であり、一定周波数、一定デューティの矩形波を出力している。
310は界磁コイルを断続制御するパワートランジスタ、309はパワートランジスタのドライバーのNORゲートであり、全入力が“L"レベルの時Ｈレベルを出力し、パワートランジスタをONし、いずれか１入力がＨレベルの時はＬレベルを出力し、パワートランジスタをOFFする。311は界磁コイルに並列接続されたダイオードであり、界磁コイル遮断時のサージを吸収する。403、404はコンデンサ407の充電電位を決める分圧抵抗、405はコンデンサ407の逆流を防止するダイオード、406はコンデンサ407の放電抵抗、408はPWM用の三角波発生器であり、コンデンサ407と共にPWM用コンパレータ409に接続されている。
401は交流発電機１の１相半波波形を入力とする回転検出器で交流発電機１の回転を検出し、駆動源であるエンジンの回転を間接的に判定している。回転検出器401の出力は、所定回転以上でONとなり、その出力は初期励磁発振器308とタイマー402に接続されている。又、温度センサの入力信号により判定回転が切替えられる。
402はタイマーであり、回転検出器401の出力によるトリガーによりONし、所定時間後にOFFする。このタイマーの出力は抵抗403、404の分圧点に接続されている。又、温度センサの入力信号により所定時間が切替えられる。
410は制御器内に設けられた温度センサーであり、出力は所定温度以下でON、以上でOFFとなり、回転検出器401及びタイマー402に接続されている。
５は車両の蓄電池、６はキースイッチ、７は車両の電気負荷、８は電気負荷のスイッチ、10は初期励磁抵抗である。
次に第１図の回路の低温時および高温時の各部分ａ〜ｉの動作について、第２図、第３図のタイミング図と共に説明する。
第２図ａ〜ｉは第１図の各部分ａ〜ｉの低温時における波形図である。
第３図ａ〜ｉは第１図の各部分ａ〜ｉの高温時における波形図である。
第２図において、温度が所定値以下であるため、温度センサ410はON信号ａを出力し、回転検出器401、タイマー402を低温状態にセットする。即ち回転検出器401がエンジンの始動を検出する回転数のしきい値を高く（エンジン始動時の完爆回転以上、例えば発電機換算で1500回転／分）設定し、タイマー402の時定数T1を大きく設定する。エンジンの始動が回転検出器401で検出されるまでは、タイマー402の出力がOFFであるので（第２図ｃ）、抵抗403、404の分圧点が接地されコンデンサ407の電位が下がり、コンパレータ409の＋入力が抵抗406によって接地され（第２図ｅ）、コンパレータ409出力がＬレベルとなる（第２図ｆ）。
回転検出器401の出力がOFFの状態にある時は（第２図ｂ）、タイマー402はリセットOFF状態、初期励磁発振器308は作動状態となる（第２図ｄ）。
エンジンが始動される前の状態でその回転が回転検出器401で検出されるしきい値以下にある時のトランジスタ310の動作は、初期励磁発振器308の動作に依存し、初期励磁の状態である（第２図ｇ）。このとき発電機１の出力は基準電圧より低いのでコンパレータ307の出力はＬレベルである。また、コンパレータ409の出力ｆもＬレベルである。従って、初期励磁発振器308の出力ｄがＬレベルにある期間にNORゲート309の出力はＨレベルとなりトランジスタ310をONさせる（第２図ｇ）。
キースイッチ６をONにしたまま放置すると蓄電池５が放電してしまうおそれがある。これを防ぐため、キースイッチ６がONで且つエンジンが始動していない状態では、蓄電池５の負荷である発電機１の界磁電流をトランジスタ310でチョッピングして発電機出力を1/5程度に抑制している。これが初期励磁状態であり、第２図ｈのＡの期間に相当する。
次にエンジンが始動してその回転数がしきい値を越えると、回転検出器401の出力がONし（第２図ｂ）、初期励磁発振器308の動作を停止させ（第２図ｄ）、タイマ402のタイムカウントを開始させる。
タイマ402の出力がONすると（第２図ｃ）、抵抗403、404の分圧点が開放され、コンデンサ407が抵抗403、404で分圧された分圧電位まで充電される。その電位はコンパレータ409の−入力の三角波のピーク値よりも若干低目に設定され、コンパレータ409の出力がＬとなる率は10〜15％となる（第２図ｆ）。
トランジスタ310の動作は、初期励磁発振器308で決定されるONデューティから、コンパレータ409で決定されるONデューティに切替る。そのONデューティは初期励磁発振器308で決定される約20％から前記した10〜15％となる（第２図ｇ）。
デューティ10〜15％の値は、発電機１の出力電圧が蓄電池５の電圧を越えない値、つまり発電機１が出力しない最小値に設定している。
次にタイマ402の時定数T1が経過してタイムアップすると、タイマ402の出力がOFFとなり（第２図ｃ）、抵抗403、404の分圧点が接地され、コンデンサ407が抵抗406を介して放電を開始し、コンパレータ409の＋入力電位が減少する（第２図ｅ）。＋入力電位が減少する事により、コンパレータ409の出力（第２図ｆ）がＬとなる率、即ちトランジスタ310の導通（ON）率が徐々に増加する（第２図ｇ）。前述した動作を、第２図ｈの界磁コイル導通率つまりトランジスタ310の導通率と第２図ｉの発電機出力とで説明する。
発電機１の界磁電流は、機関が始動され所定回転以下では、Ａの初期励磁の導通率で動作し、所定回転以上ではＢの初期励磁より若干低い導通率で動作する。又、Ａ、Ｂの領域では、発電機の発電電圧が蓄電池５の電圧以下になる様に設定されているため、発電機が出力を出す事はない。
次に発電カット領域Ｂの第１の時間（タイマ402の時定数T1）が経過すると、界磁コイルの導通率は最小値から徐々に増加しＣの漸増領域となり発電機が出力を開始し、その値は第２の時間（コンデンサ407の容量と抵抗406の抵抗値で定まる時定数T2）内に徐々に増加し、発電機出力による機関への負荷の急激な変化をおさえている。その後制御装置は通常の電圧制御を行なう。
以上により、低温時にエンジンを始動させる場合、発電機の出力電圧を最小値とする第１の時間およびその後発電機出力を最大値まで漸増させる第２の時間を比較的長く設定し、エンジンの回転を安定化させ、始動性能を改善できる。
第３図に温度が所定値以上の時の動作を示す。温度センサー410の出力がOFFとなり（第３図ａ）、エンジンの始動を検出する回転検出器401の検出しきい値が低温時よりも低い値（本例では発電機で800回転／分）に設定される。又、タイマー402の時定数T1も低温時よりも短い時間（本例では約1/10）に設定される。
回転検出器401の検出しきい値が低く設定されているので、回転検出器401の出力ｂによって初期励磁発振器308の出力ｄをOFFにするタイミングは早くなる。これにより発電機１の界磁電流として初期励磁電流を供給する期間は短縮される（第３図ｈのＡ領域）。初期励磁状態の各部分の動作については、その期間が短縮されること以外は第２図と同様である。
次にエンジンが始動してその回転数が回転検出器401の検出しきい値以上となると、回転検出器401の出力ｂがONとなり（第３図ｂ）、初期励磁発振器308の出力をＬレベルとして初期励磁期間を終了させる（第３図ｄ）。また、タイマー402の出力がＨレベルとなりカウントを開始する（第３図ｃ）。これによってコンデンサ407の電圧が高くなり、コンパレータ409の＋入力端子へ印加され（第３図ｅ）、トランジスタ310の導通期間ｇはコンパレータ409の出力ｆにより制御されるようになる（第３図f,g）。
タイマー402の時定数T1は高温では低温時の約1/10に設定されているので、タイマー402は短期間でタイムアップしてその出力はＬレベルとなり、発電カット領域Ｂは終了する。これに従い、コンデンサ407の電圧はコンデンサ407の容量と抵抗406とで決まる時定数T2で減衰して行き、コンパレータ409の＋入力もそれに追従して減衰して行く（第３図ｅ）。よって、コンパレータ409の出力ｆがＬレベルとなる期間は次第に増加して行き（第３図ｆ）、それに伴ってトランジスタ310がONとなる期間も最小値から最大値へと次第に増加して行く（第３図ｇ）。これにより、発電機１の界磁電流の導通率も最小値から最大値まで次第に増加して行き（第３図ｈ）、発電機出力もそれに従って最小値から最大値まで増加する（第３図ｉ）。
以上の動作を界磁コイルの導通率（第３図ｈ）と発電機出力（第３図ｉ）で説明すると、発電機の所定回転を検出すると、初期励磁領域Ａから極く短い発電カット領域Ｂを経てすぐに漸増領域Ｃとなる。
実施の形態2.
第４図はこの発明の車両用交流発電機の制御装置の他の一実施の形態を示す回路図である。
第４図で９は発電機外部、例えば機関の一部に取付けられた温度センサーであり、動作は、第１図の温度センサー410と同様の働きをする。第４図の回路の動作タイミングは第２図、第３図と同様である。
実施の形態3.
第５図はこの発明の車両用交流発電機の制御装置の他の一実施の形態を示す回路図である。
この実施の形態は、発電機の出力を最小値に抑制する時間（第１の時間）と発電機の出力を最小値から最大値にまで次第に増加させる時間（第２の時間）の両方が高温時には短く切替られるものである。発電機の出力を抑制する時間を実施の形態１よりも更に短縮できるので、高温でエンジンを始動する場合に蓄電池の充電の低下を防止できる。
第５図で411はコンデンサ407、抵抗406と並列に接続されたコンデンサ407の放電用抵抗、412は抵抗411を制御するトランジスタであり、温度センサ410の出力によって制御される。
低温時には、温度センサ出力がONとなり、トランジスタ412が遮断され、抵抗411が作用しないので、コンデンサ407の放電時定数で定まる第２の時間は長い。
高温時には、温度センサ出力がOFFとなり、トランジスタ412が導通し抵抗411が抵抗406と共にコンデンサ407の放電回路を形成するので放電の時定数は短くなり、第２の時間は短くなる。
つまり、トランジスタ412が導通している期間は漸増時間T2が短かくなり、低温時と高温時で漸増時間を変えて、期間の低温始動性とバッテリの充電性を効果的に両立させる事ができる。
また、高温時には温度センサ410の出力によってタイマー402の時限を短縮することにより、発電機の出力を最小値に抑制する第１の時間T1を短縮する。その動作波形は実施の形態１と同様である。
また、高温時には温度センサ410の出力によってエンジンの始動を検出する回転検出器401のしきい値を低く設定し、発電機の初期励磁期間を短くする。その動作は実施の形態１と同様である。
以上によればこの発明は、交流発電機が回転を開始した後の第１の時間は発電機の出力を最小値に抑制し、その後の第２の時間に発電機の出力を最小値から最大値にまで次第に増加させる車両用交流発電機の制御装置において、高温時には、第１の時間および第２の時間の少なくとも一方を短縮するようにしたので、高温でのエンジンの始動直後における発電機の出力を抑制する期間を短縮し、蓄電池の充電性能の低下を防止できる。
また、低温でのエンジンの始動直後においては発電機の出力を第１の時間は最小値に抑制し、その後の第２の時間内に最小値から最大値まで増加させるようにしたので、低温でエンジンを始動する際に発電機駆動による負荷トルクを排除してエンジンの回転を安定化でき、且つエンジン負荷が急激に増加することがなく、ベルトスリップ音の発生やエンジン回転の落ち込みを防止できるので、エンジンの始動性を改善できる。
また、この発明は、高温時にはエンジンの始動検出を行う回転数のしきい値を低く設定するので、発電機の初期励磁期間を短縮し、発電機の出力を抑制できる期間を短縮できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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