(57)【要約】【課題】  ワンウェイクラッチを備えたオルタネータにおいて、低温環境下においてもワンウェイクラッチに所望の機能を発現させる。【解決手段】  ＥＣＵは、エンジンが始動されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、外気温を検知するステップ（Ｓ２００）と、オルタネータの目標発電量を算出するステップ（Ｓ３００）と、温度が低いほど目標発電量に到達するまでの時間が長くなるような発電指令信号を算出するステップ（Ｓ４００）と、発電指令信号をオルタネータに出力するステップ（Ｓ５００）とを含むプログラムを実行する。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源により作動される発電機の制御装置であって、前記駆動源と前記発電機とはワンウェイクラッチを介して接続され、前記制御装置は、
前記ワンウェイクラッチの作動状態を検知するための検知手段と、
前記ワンウェイクラッチの作動状態に基づいて、前記発電機への発電量の指令信号を出力して前記発電機を制御するための制御手段とを含む、車両に搭載されたワンウェイクラッチ付き発電機の制御装置。
【請求項２】
前記検知手段は、前記車両の外気温、前記駆動源の温度および前記ワンウェイクラッチの潤滑油温の少なくとも１つに基づいて前記ワンウェイクラッチの作動状態を検知するための手段を含み、
前記制御手段は、検知された温度が低いほど、前記発電量を緩やかに上昇する指令信号を出力するための手段を含む、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記駆動源の始動時に前記発電機を制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記駆動源はエンジンである、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
前記発電機はオルタネータである、請求項１〜４のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された発電機（オルタネータ）を制御する制御装置に関し、特に、ワンウェイクラッチを介してエンジンのクランクシャフトに接続された発電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されて電力を発電して車載バッテリを充電する電気機器としては、一般的にオルタネータがある。このオルタネータの出力を制御するオルタネータ制御装置は、オルタネータによって充電される車載バッテリのバッテリ電圧を検知し、そのバッテリ電圧が目標電圧になるよう界磁電流をオン・オフ制御するように構成されていることが多い。また、このようなオルタネータ制御装置においては、エアコンディショナやヘッドランプ等の車両用電気負荷（補機）が投入された時にはバッテリ電圧が低下しないよう界磁電流を増大させてオルタネータ出力を高めるように制御される。
【０００３】
特開平７−２３５９９号公報（特許文献１）は、アイドル時のトルクショックを抑制するため界磁電流の増大を徐々に行なうようにオルタネータ制御装置を構成した場合における、車両走行時におけるランプのちらつき等電気系への悪影響を防止するオルタネータ制御装置を開示する。
【０００４】
このオルタネータ制御装置は、車両用エンジンの出力軸に駆動連結されたオルタネータの出力を制御する。このオルタネータ制御装置は、車両用電気負荷の投入を検出する負荷投入検出手段と、負荷投入検出手段の出力を受け、車両用電気負荷投入時にオルタネータの界磁電流を増加させる界磁電流制御手段と、界磁電流が徐々に増加するよう界磁電流制御手段の制御速度を抑制する制御速度抑制手段と、車両が走行状態にあることを検出する車両走行検出手段と、車両走行検出手段の出力を受け、車両走行時には制御速度の抑制を制限する抑制制限手段を備える。
【０００５】
このオルタネータ制御装置によると、エアコンディショナやヘッドランプ等の車両用電気負荷が投入されると、この負荷投入の検出を受けてオルタネータの界磁電流を増加させるよう界磁電流制御が行なわれ、その際、アイドル時等においては、界磁電流が徐々に増加するよう制御速度が抑制される。これにより、電気負荷投入時にオルタネータ駆動トルクの急増によるエンジンの回転落ちが抑制され、アイドル時のトルクショックが防止される。また、車両走行時すなわちオフアイドル時には、上記制御速度の抑制が制限され、それにより、界磁電流は速やかに増加する。そのため、走行中は電気負荷が入った時に速やかに発電量が増加し、ヘッドランプのちらつき等、電気系への悪影響が防止される。
【特許文献１】特開平７−２３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オルタネータは、エンジンのクランクシャフトに設けられたクランクシャフトプーリとベルトを介して接続され、エンジンの駆動力によりオルタネータのロータ回転軸に設けられたプーリが回転されて発電される。このようなオルタネータのプーリにワンウェイクラッチを内蔵したプーリが用いられる場合がある。これは、ワンウェイクラッチにより回転慣性の大きなオルタネータにおいて、ベルトに作用する張力変動の低減やベルトのスリップ音を防止するためである。このワンウェイクラッチは、一方向にのみ回転を伝達するクラッチであって、グリス（半固体の潤滑剤）を内蔵する。このようなグリスは、一般的に温度が高いと柔らかく（粘度が低い）、所望のロック機構が作用する。
【０００７】
しかしながら、このようなグリスは、温度が低いと固く（粘度が高く）、ワンウェイクラッチのロック機構でグリスの油膜を切ることができないでワンウェイクラッチが滑ってしまい、エンジンの駆動力をオルタネータに伝達することができない。特に、低温時においてはバッテリの電圧が低くオルタネータに大きな電力を発電するように指令されるため、オルタネータの負荷がより大きくなり問題がより顕在化する。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ワンウェイクラッチを備えた発電機において、低温環境下においてもワンウェイクラッチに所望の機能を発現させる発電機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る車両に搭載されたワンウェイクラッチ付き発電機の制御装置は、ワンウェイクラッチの作動状態を検知するための検知手段と、ワンウェイクラッチの作動状態に基づいて、発電機への発電量の指令信号を出力して発電機を制御するための制御手段とを含む。
【００１０】
第１の発明によると、車両の駆動源により作動される発電機は、駆動源とワンウェイクラッチを介して接続されている。このワンウェイクラッチは、その内部に温度が低いほど固くなる潤滑油が封入されている。潤滑油が固いときに大きな発電量を発電するように指令すると、発電機の負荷が大きくなり過ぎてワンウェイクラッチが滑って所望の機能を発現できない。このため、検知手段が外気温等に基づいてワンウェイクラッチの状態を検知して、その状態がワンウェイクラッチを滑らせるような状態であるほど、発電量が緩やかに大きくなるように指令する。このようにすると、低温環境下において、駆動源の始動時に、発電機により充電されるバッテリの電圧値が低いことにより大きな発電量の指令が出力されても、それを抑制して発電機への発電量の指令信号が出力される。すなわち、発電機の最大負荷（バッテリ電圧値から算出される発電量）になるまでの時間が長くなり、ワンウェイクラッチの潤滑油の温度が上昇して柔らかくなるまでの時間を設けることができ、ワンウェイクラッチの滑りを抑制できる。駆動源の始動による発電機の負荷の急激な立ち上がりによる、ワンウェイクラッチへの衝撃荷重入力を低減できる。衝撃荷重が入力されない状態で、ワンウェイクラッチが回転してその間にワンウェイクラッチの内部の潤滑油の温度が上昇して粘度が下がり油膜が切れやすくなり、発電機の負荷が最大になった場合でもワンウェイクラッチの空転（滑り）を防止できる。その結果、ワンウェイクラッチを備えた発電機において、低温環境下においてもワンウェイクラッチに所望の機能を発現させる発電機の制御装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、車両の外気温、駆動源の温度およびワンウェイクラッチの潤滑油温の少なくとも１つに基づいてワンウェイクラッチの作動状態を検知するための手段を含む。制御手段は、検知された温度が低いほど、発電量を緩やかに上昇する指令信号を出力するための手段を含む。
【００１２】
第２の発明によると、ワンウェイクラッチの作動状態は、潤滑油の粘度により影響されるので、外気温や駆動源の温度（たとえばエンジン冷却水温）や潤滑油温に基づいて潤滑油の粘度を推定し、ワンウェイクラッチの作動状態（滑ってしまうほどに潤滑油が固いか否か）を検知することができる。このように温度に基づいて潤滑油の粘度を推定し、ワンウェイクラッチの作動状態を検知して、温度が低いほど（ワンウェイクラッチが滑ってしまうであろうほど）、発電量を緩やかに上昇させる。これにより、ワンウェイクラッチ滑りを抑制できる。
【００１３】
第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御手段は、駆動源の始動時に発電機を制御するための手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、駆動源の始動時に急激に発電機の発電量（負荷）は、０から上昇する。このように急激に発電量が上昇する場合にワンウェイクラッチの潤滑油が固いと、より滑りやすい。ワンウェイクラッチがより滑りやすいときに発電量を緩やかに上昇させて、ワンウェイクラッチ滑りを抑制できる。
【００１５】
第４の発明に係る制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、駆動源はエンジンである。
【００１６】
第４の発明によると、エンジンの始動時において、エンジンにより作動される発電機に設けられたワンウェイクラッチの滑りを回避できる。
【００１７】
第５の発明に係る制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、発電機はオルタネータである。
【００１８】
第５の発明によると、エンジンの始動時において、エンジンにより作動されるオルタネータに設けられたワンウェイクラッチの滑りを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を含む車両の制御ブロック図について説明する。図１に示すように、この車両には、外気温センサ３００から入力された温度に基づいてオルタネータ８００を制御するＥＣＵ１００と、エンジン７００を制御するエンジンＥＣＵ２００と、バッテリ４００と、エアコンディショナなどの補機５００と、エンジン７００をクランキングする始動装置であるスタータ６００と、エンジン７００の回転力により電力を発電するオルタネータ８００とを含む。なお、オルタネータ８００ではなく、モータジェネレータやジェネレータであってもよい。バッテリ４００の代わりにあるいは加えて、蓄電機構として、大容量コンデンサ等を設けてもよい。
【００２１】
バッテリ４００には、バッテリ４００の温度を検知する温度センサ４１０と、バッテリ４００の充放電電流値を検知する電流センサ４２０と、バッテリ４００の電圧値とを検知する電圧センサ４３０とが設けられている。このセンサにより検知された温度を示す信号や、外気温センサ３００により検知された温度を示す信号が、ＥＣＵ１００に入力される。
【００２２】
この車両は、運転者がイグニッションスイッチをスタート位置まで回すと、バッテリ４００からの電力がスタータリレーを介してスタータ６００に供給され、スタータ６００がエンジン７００を始動する。エンジン７００が始動するとエンジン７００のクランクシャフトプーリとベルトで接続されたオルタネータ８００のプーリが回転されてオルタネータ８００のロータが回転してオルタネータ８００が発電する。オルタネータ８００からの発電電力がバッテリ４００および補機５００に供給される。
【００２３】
本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００は、このエンジン７００の始動時において、オルタネータ８００のプーリに設けられたワンウェイクラッチが滑らないように制御することが特徴である。
【００２４】
図２を参照して、オルタネータ８００の概略について説明する。このオルタネータ８００は、ロータコイル８２２（図３参照）がロータコアで包まれたロータ８２０と、ステータコイル８３２（図３参照）がステータコアで包まれたステータ８３０と、ロータ８２０の回転軸に取り付けボルト８５２により取り付けられたワンウェイクラッチ付きプーリ８５０とから構成される。ロータコイル８２２に励磁電流が印加されると、ロータコイル８２２が磁束を発生しつつ回転し、それによりステータコイル８３２に三相交流電力が誘起される。
【００２５】
図３を参照して、オルタネータ８００の内部構造について説明する。このオルタネータ８００は、前述したロータ８２０、ステータ８３０に加えて、ＥＣＵ１００により制御され、ロータ８２０の回転数の変動より上下する発電電圧をロータコイル８２２に流れる励磁電流を調整することにより一定の発電電圧を確保するレギュレータ８１０と、ダイオードで構成され、ステータコイル８３２に誘起された三相交流電力を直流に整流するレクチファイア８４０と、バッテリ４００からロータコイル８２２に励磁電流を供給するための、ロータ８２０の回転軸に設けられたスリップリング８９０およびスリップリング８９０に接触したブラシ８８０とを備える。さらに、オルタネータ８００は、発電時のジュール熱等による発熱によりオルタネータ８００の内部温度が上昇することを抑制するための冷却ファン８７０を備える。
【００２６】
図４を参照して、ワンウェイクラッチ付きプーリ８５０について説明する。このワンウェイクラッチ付きプーリ８５０は、回転慣性の大きなオルタネータ８００に適したプーリであって、たとえば、図４に示すように、スプラグタイプのワンウェイクラッチ８６０が内蔵されている。また、そのスプラグタイプのワンウェイクラッチ８６０の両端にサポート用の深溝玉軸受８５８が設けられている。このような構成とすることにより、ベルトに作用する張力変動の低減を図ることができるとともに、ベルトのスリップ音を防止することができる。
【００２７】
オルタネータ８００のロータ８２０の回転軸とワンウェイクラッチ付きプーリ８５０とは、ワンウェイクラッチ付きプーリ８５０のねじ部８５６に取り付けボルト８５２を累合させることにより固定される。なお、ねじ部８５６よりも取り付けボルト８５２側には、取り付けボルト８５２の頭部側の六角部に対応する六角穴８５４が設けられている。
【００２８】
なお、図４に示すワンウェイクラッチ付きプーリ８５０は一例であって、異なる構成を有するワンウェイクラッチ付きプーリであってもよい。
【００２９】
図５を参照して、さらに詳しくオルタネータ８００について説明する。図５は、オルタネータの制御回路図である。ＥＣＵ１００からの発電量の指令信号に基づいてレギュレータ８１０の制御部が、ロータコイル８２２に供給する励磁電流を調整する。これにより、ステータコイル８３２に誘起される三相交流電力を変化させることができる。なお、ステータコイル８３２は３つに分けられており、三相交流電力が誘起される。
【００３０】
レギュレータ８１０の制御部は、たとえば、バッテリ４００とロータコイル８３２との電気的な通電／非通電とを切り換えるスイッチングトランジスタと、このスイッチングトランジスタをオン／オフ駆動する駆動回路とから構成される。
【００３１】
ＥＣＵ１００は、この制御部の駆動回路と電気配線を介して接続され、駆動回路へ駆動信号（発電指令信号）を送信することにより、スイッチングトランジスタのオン／オフを制御する。その際、制御部は、オルタネータ８００から出力される電圧を検知して、その出力電圧が所望の電圧とすべく、レギュレータ８１０を制御してロータコイル８３２の励磁電流を調節する。
【００３２】
ＥＣＵ１００は、この制御部に対して、駆動信号として、発電電力の電圧値が所望の電圧値になるように制御デューティ信号を出力する。デューティが１００％の指令信号とは、オルタネータ８００による発電量が別途算出される目標発電量（たとえば発電電圧が１４．５Ｖ）になるような指令である。ＥＣＵ１００は、外気温センサ３００からの外気の温度に基づいて、ワンウェイクラッチ８６０の作動状態（温度が低すぎてグリスが固くて油膜が切れないでワンウェイクラッチ８６０が滑らないか否か）を判断して、ワンウェイクラッチ８６０が滑るような状態であるほど、制御デューティを緩やかに上昇させて、時間をかけて目標発電量に到達させる。
【００３３】
チャージランプ５２０は、充電が行なわれていない場合の警告灯であって、たとえばインストルメントパネルに設けられ、充電が行なわれていない場合に点灯する。イグニッションスイッチ５１０がＯＮにされると、バッテリ４００からロータコイル８２２に、ＥＣＵ１００がレギュレータ８１０により調整させた励磁電流が供給されて、その途中にあるチャージランプ５２０が点灯する。エンジン７００が始動して回転を始めるとステータコイル８３２に三相交流電力が誘起されてバッテリ４００の電圧値を越えるとチャージランプ５２０の両端の電圧値が同じになりチャージランプ５２０は消灯する。したがって、本実施の形態に係る制御装置によりワンウェイクラッチ８６０の滑りを抑制するためにロータコイル８２２への励磁電流を抑制すると、バッテリ４００の電圧が高く、制御デューティが低い状態では誘起される三相交流電力の電圧値が低いので、チャージランプ５２０の消灯が遅れることがある。
【００３４】
図６を参照して、このような構造を有するオルタネータ８００を制御するＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３５】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン７００が始動されたか否かを判断する。この判断は、イグニッションスイッチの状態等に基づいて行なわれる。エンジン７００が始動されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、エンジン７００が始動されるまで待つ。
【００３６】
Ｓ２００にて、ＥＣＵ１００は、外気温を検知する。このとき、ＥＣＵ１００は、外気温センサ３００から入力された信号に基づいて外気温を検知する。
【００３７】
Ｓ３００にて、ＥＣＵ１００は、目標発電量を算出する。このとき、バッテリ４００の温度を温度センサ４１０で検知して、バッテリ４００の温度が低いとバッテリ４００の電圧値が低く目標発電量が大きくなるように算出される。また、電圧センサ４３０で直接検知されたバッテリ４００の電圧値が低いと目標発電量が大きくなるように算出される。さらに、バッテリ４００に設けられた温度センサ４１０と、バッテリ４００の充放電電流を検知する電流センサ４２０とに基づいてＳＯＣ（States Of Charge）を算出して、このＳＯＣが低いほど目標発電量が大きくなるように算出されるようにしてもよい。このとき、たとえば、バッテリ４００のＳＯＣは、電流センサ４２０により検知された充放電電流を時間積算することにより算出してもよいし、さらに、温度センサ４１０により検知されたバッテリ４００の温度に基づいて、ＳＯＣを補正するようにしてもよい。
【００３８】
Ｓ４００にて、ＥＣＵ１００は、温度に基づいて、目標発電量に到達するまでの発電指令信号（制御デューティ）を算出する。このとき、図７に示すように複数の種類の傾きを有する発電指令信号を準備するようにしてもよい。なお、このとき、目標発電量に到達するまでの時間は、外気温からワンウェイクラッチ８６０の潤滑油（グリス）の温度を推定して、この潤滑油の温度が十分に上昇して粘度が下がり油膜が切れやすくなるまでの時間を考慮して決定される。これにより、目標発電量に到達した場合であってオルタネータ８００の負荷が最大になっても、ワンウェイクラッチ８６０の空転（滑り）を防止できる。
【００３９】
Ｓ５００にて、ＥＣＵ１００は、発電指令信号（制御デューティ）をオルタネータ８００のレギュレータ８１０に出力する。
【００４０】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００により制御されるオルタネータ８００の動作について説明する。
【００４１】
イグニッションスイッチがＯＮ位置にされてさらにＳＴＡＲＴ位置にされてエンジン７００が始動される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。外気温センサ３００により検知された外気温に基づいて目標発電量に到達するまでの発電指令信号が算出される（Ｓ４００）。たとえば、図７に示すように、外気温が、常温時、低温時、極低温時に分けて算出される。このような図７に示す発電指令値がＥＣＵ１００からオルタネータ８００のレギュレータ８１０に出力される。
【００４２】
常温時よりも低温時、低温時よりも極低温時のほうが、目標発電量に到達するまでの時間がより長くなるように設定されている。また、この到達時間は、十分にワンウェイクラッチ８６０の潤滑油の温度が上昇して粘度が下がり油膜が切れやすくなって、ワンウェイクラッチ８６０が滑らないようになるまでの時間以上になるように設定されている。そのため、目標発電量の指令信号が出力されるタイミングでは、十分に時間が経過してワンウェイクラッチ８６０の潤滑油の温度が上昇して油膜が切れないでワンウェイクラッチ８６０が滑ることがなくなる。
【００４３】
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、ワンウェイクラッチを備えたオルタネータにおいて、エンジン始動時に低温であるほど発電指令値を緩やかに上昇させるように制御される。ワンウェイクラッチの潤滑油の温度が低くて固いときに大きな発電量を発電するように指令されないので、オルタネータの負荷が大きくなり過ぎてワンウェイクラッチが滑って所望の機能を発現できない問題を回避できる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態においては、外気温センサを用いてワンウェイクラッチの作動状態を検知したが、外気温ではなく、エンジンの温度（エンジン冷却水温）やワンウェイクラッチの潤滑油（グリス）の温度であってもよい。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の制御ブロック図である。
【図２】図１のオルタネータの内部構造を示す斜視図である。
【図３】図１のオルタネータの内部構造を示す断面図である。
【図４】図２のプーリの内部構造を示す断面図である。
【図５】図１のオルタネータの制御回路図である。
【図６】ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図７】エンジン始動時の発電指令値の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  ＥＣＵ、２００  エンジンＥＣＵ、３００  外気温センサ、４００  バッテリ、４１０  温度センサ、４２０  電流センサ、４３０  電圧センサ、５００  補機、５１０  イグニッションスイッチ、５２０  チャージランプ、６００  スタータ、７００  エンジン、８００  オルタネータ、８１０  レギュレータ、８２０  ロータ、８２２  ロータコイル、８３０  ステータ、８３２  ステータコイル、８４０  レクチファイア、８５０  ワンウェイクラッチ付きプーリ、８５２  取り付けボルト、８５４  六角穴、８５６  ねじ部、８５８  深溝玉軸受、８６０  ワンウェイクラッチ、８７０  冷却ファン、８８０  ブラシ、８９０  スリップリング。
【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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