(57)【要約】【課題】オルタネータの発電制御を最適化し、排気エミッションの改善、燃費向上を図る。【解決手段】エンジン始動時のオルタカット制御中はオルタネータの発電を停止させ、オルタカット制御終了後、エンジン回転数が設定値未満、ブロアファンスイッチ、スモールライトスイッチ、リヤデフォッガスイッチの何れかがＯＮ、ラジエータファン作動或いは作動後の冷却水温の低下が設定値未満、バッテリ低電圧、バッテリ電圧急降下、減速回生条件、テストモードスイッチがＯＮ、高負荷領域の各条件を判定し、何れかの条件が成立する場合、オルタネータの調整電圧を１４．５Ｖとし（Ｓ１７）、全ての条件が不成立の場合、オルタネータの調整電圧を１２．８Ｖとする（Ｓ１８）。これにより、エンジン始動時の排気エミッションを低減すると共に、不要な発電を回避してエンジンの駆動負荷を低減し、燃費向上を実現する。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動され、制御入力によって発電電圧を調整可能なオルタネータの発電制御装置において、
上記オルタネータのフィールドコイルとバッテリとを接続／遮断する開閉手段と、
エンジン始動時、バッテリ電圧が設定電圧以上の設定条件下で上記開閉手段を開として上記オルタネータの発電を停止させる発電停止手段と、
上記発電停止手段による上記オルタネータの発電停止終了後、上記オルタネータの発電電圧を、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じ、バッテリの開放端子電圧に近い第１の調整電圧と、この第１の調整電圧よりも高い第２の調整電圧とに切り換える発電電圧調整手段とを備えたことを特徴とするオルタネータの発電制御装置。
【請求項２】
上記発電停止手段は、
エンジン始動後、バッテリ電圧が設定電圧以上でエンジンの空燃比制御状態が設定状態に移行するまでの期間、上記開閉手段を開とすることを特徴とする請求項１記載のオルタネータの発電制御装置。
【請求項３】
上記発電電圧調整手段は、
少なくとも、エンジン回転数が設定回転数に達していない条件、予め設定した電気負荷が投入されている条件、上記バッテリの端子電圧が設定電圧以下である条件の何れかが成立するときには、上記発電機の発電電圧を上記第２の調整電圧に制御することを特徴とする請求項１又は２記載のオルタネータの発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンによって駆動され、制御入力によって発電電圧を調整可能なオルタネータの発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両に搭載される発電機はベルト等を介してエンジンによって駆動されるため、その駆動トルクがエンジンにとっては大きな負荷となる。特に、近年では、灯火類の光度の上昇や各種電装品の増加に伴い、発電機が大型化する傾向にあり、駆動トルクの増大による燃費悪化を招く虞がある。
【０００３】
このため、特許第３０４７５４２号公報には、一定条件下で発電機の発電電圧をバッテリの開放端子電圧に近い値に低下させ、発電機の発電率が所定値以下を示す時間が所定時間に満たない場合には、調整電圧をより高い値に上昇変更することで、適正な発電制御としてエンジン負担を軽減し、燃費向上を図る技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の先行技術では、発電機の発電率を基準に調整電圧を切り換えているため、新たに電気負荷が突入した場合に迅速な応答を得ることができない。すなわち、発電機の調整電圧を低下させた時点では電気負荷が小さく、その後、大きな電気負荷の突入があった場合、所定時間を越えるまでは調整電圧を高くすることができず、バッテリが適正に充電されない虞がある。
【０００５】
更に、従来のオルタネータの発電制御では、オルタネータの駆動負荷とエンジンの排気エミッションとの関係を考慮していない。すなわち、エンジンの冷態モードにおける排気エミッションは、その大部分がエンジン始動後に発生することから、エンジン始動直後のエミッション低減が特に重要であり、一義的にエンジン負荷を低減する目的でオルタネータの発電電圧を変えるのみでは、有効に排気エミッションを低減することは困難である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、オルタネータの発電制御を最適化し、排気エミッションの改善、燃費向上を図ることのできるオルタネータの発電制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動され、制御入力によって発電電圧を調整可能なオルタネータの発電制御装置において、上記オルタネータのフィールドコイルとバッテリとを接続／遮断する開閉手段と、エンジン始動時、バッテリ電圧が設定電圧以上の設定条件下で上記開閉手段を開として上記オルタネータの発電を停止させる発電停止手段と、上記発電停止手段による上記オルタネータの発電停止終了後、上記オルタネータの発電電圧を、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じ、バッテリの開放端子電圧に近い第１の調整電圧と、この第１の調整電圧よりも高い第２の調整電圧とに切り換える発電電圧調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記発電停止手段は、エンジン始動後、バッテリ電圧が設定電圧以上でエンジンの空燃比制御状態が設定状態に移行するまでの期間、上記開閉手段を開とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、上記発電電圧調整手段は、少なくとも、エンジン回転数が設定回転数に達していない条件、予め設定した電気負荷が投入されている条件、上記バッテリの端子電圧が設定電圧以下である条件の何れかが成立するときには、上記発電機の発電電圧を上記第２の調整電圧に制御することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明は、エンジン始動時、バッテリ電圧が設定電圧以上の設定条件下でオルタネータのフィールドコイルへの通電をカットしてオルタネータの発電を停止させることで、空燃比挙動の不安定な始動直後の発電負荷を無くしてエンジンの消費空気量を低減させ、エミッションの排出量を低減する。そして、発電停止終了後は、オルタネータの発電電圧を、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じ、バッテリの開放端子電圧に近い第１の調整電圧と、この第１の調整電圧よりも高い第２の調整電圧とに切り換えて制御することで、不要な発電を回避してエンジンの駆動負荷を低減して燃費向上を図る。
【００１１】
その際、オルタネータの発電停止期間は、請求項２記載の発明のように、エンジン始動後の空燃比制御状態が設定状態に移行するまでの期間とすることが望ましく、特に、エンジン始動直後の排気エミッション濃度の高い領域でオルタネータの発電負荷を除外することができる。
【００１２】
また、第１の調整電圧から第２の調整電圧への切り換えは、請求項３記載の発明のように、少なくとも、エンジン回転数が設定回転数に達していない条件、予め設定した電気負荷が投入されている条件、バッテリの端子電圧が設定電圧以下である条件の何れかが成立する場合として、電気負荷部品の機能を確保することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係わり、図１はオルタネータ制御系の回路構成図、図２及び図３はオルタネータ制御ルーチンのフローチャートである。
【００１４】
図１において、符号１は、図示しないエンジンによって駆動されるオルタネータである。このオルタネータ１は、三相交流を発生するためのステータコイル２、エンジンのクランク軸にプーリ等を介して連設されて回動されるロータコア（図示せず）に巻回され、所定の励磁電流によって磁場を形成するフィールドコイル３、ステータコイル２に発生した交流電圧を直流電圧に整流する整流回路（レクチファイアー）４、集積回路により形成されて出力電圧を制御する電圧レギュレータ５等を一体的に備えて構成される。尚、符号６は、ノイズ消去用のコンデンサである。
【００１５】
また、オルタネータ１には、ＢＡＴ端子、Ｃ端子、Ｓ端子、Ｌ端子、Ｅ端子が設けられている。ＢＡＴ端子は発電電力の出力端子であり、Ｃ端子は発電電圧を調整するための制御信号の入力端子、Ｓ端子は発電出力のフィードバック入力端子、Ｌ端子はフィールドコイル３の通電・非通電を制御するための入力端子、Ｅ端子は接地用の端子である。オルタネータ１の内部では、ＢＡＴ端子、Ｃ端子、Ｓ端子、Ｌ端子、Ｅ端子が、電圧レギュレータ５の対応する各端子（Ｂ端子、Ｃ端子、Ｓ端子、Ｌ端子、Ｅ端子）にそれぞれ接続され、また、整流回路４の出力側及びフィールドコイル３の一端がＢＡＴ端子に接続されている。フィールドコイル３の他端は、フィールド電流の制御端子である電圧レギュレータ５のＦ端子に接続され、更に、ステータコイル２を形成する三相のコイルの一つがステータコイル２の制御端子である電圧レギュレータ５のＰ端子に接続されている。
【００１６】
一方、符号７はバッテリであり、このバッテリ７の＋極端子がオルタネータ１のＢＡＴ端子及びＳ端子に接続されると共に、−極端子にオルタネータ１のＥ端子が接続されている。また、バッテリ７の＋極端子には、イグニッションスイッチ８を介してチャージランプ９が接続され、このチャージランプ９がオルタネータ１のフィールドコイル３とバッテリ７とを接続／遮断する開閉手段としての発電カットリレー１０のリレー接点を介してオルタネータ１のＬ端子に接続されている。
【００１７】
更に、バッテリ７の＋極端子には、メインリレー１１のリレーコイルの一端が接続されると共に、メインリレー１１のリレー接点を介して発電カットリレー１０のリレーコイルの一端が接続されている。発電カットリレー１０及びメインリレー１１の各リレーコイルの他端は、エンジンを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０に接続されて開閉制御され、発電カットリレー１０のリレー接点を開放してオルタネータ１のＬ端子への通電をカットすることで、オルタネータ１の発電を停止させる。
【００１８】
ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを中心としてその他の周辺回路を備えて構成されるものであり、バッテリ７が接続されてバッテリ電圧をモニタすると共に、イグニッションスイッチ８が接続されてＯＮ，ＯＦＦを検出し、また、各種センサ類２１、各種スイッチ類２２が接続されて運転状態を検出する。そして、運転状態に基づいて燃料噴射量や点火時期等の各種制御量を演算し、各種アクチュエータ類２３を駆動してエンジン制御を行う。
【００１９】
更に、ＥＣＵ２０は、イグニッションスイッチ８のＯＮ，ＯＦＦ、バッテリ電圧、各種センサ・スイッチ類からの入力信号等に基づく車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とを監視してオルタネータ１の発電状態を最適化するようにしている。すなわち、エンジン始動時、バッテリ７の電圧が設定電圧以上でエンジンの空燃比制御状態が設定状態に移行するまでの期間は、発電カットリレー１０をＯＦＦとしてリレー接点を開放状態に維持し、オルタネータ１のＬ端子への通電をカットしてオルタネータ１の発電を停止させる発電停止制御（オルタカット制御）を行い、オルタネータ１によるフリクションを低減してエンジンの負荷を低減し、円滑な始動・暖機を可能とする共に、排気エミッションを低減する。
【００２０】
そして、オルタカット制御終了後は、発電カットリレー１０をＯＮしてリレー接点を閉成させてオルタネータ１のフィールドコイル３に通電し、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じてオルタネータ１のＣ端子に出力する制御電圧を可変することで、オルタネータ１の発電電圧を、バッテリ７の開放端子電圧に近い第１の調整電圧（例えば、１２．８Ｖ）と、この調整電圧よりも高い第２の調整電圧（例えば、１４．５Ｖ）とに切換える。
【００２１】
詳細には、エンジン回転数（オルタネータ１の回転数）が発電に十分な回転数に達しており、且つ予め設定した電気負荷の投入がなく電気負荷が小さいと判断され、且つバッテリ７の端子電圧が設定電圧以下に低下していない場合等のように、オルタネータ１の発電電圧をバッテリ７の開放端子電圧に近い電圧としてもシステム全体の作動には特に支障が無いと判断される場合には、ＥＣＵ２０からＣ端子に出力する目標電圧をＬＯＷ（低レベル）として、オルタネータ１の調整電圧を１２．８Ｖに低下させ、オルタネータ１によるフリクションを低減してエンジンのオルタネータ駆動負荷を低減することにより、燃費向上、排気エミッションの低減を図る。
【００２２】
一方、少なくとも、エンジン回転数（オルタネータ１の回転数）が発電に十分な回転数に達していない条件、予め設定した電気負荷が投入されて電気負荷が大きいと判断される条件、バッテリ７の端子電圧が設定電圧以下で充電を要する条件の何れかが成立する場合には、ＥＣＵ２０からＣ端子に出力する目標電圧をＨＩＧＨ（高レベル）としてオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖに上昇させ、電力供給能力の低下や電気負荷の増加に対応する。また、車両が減速運転中で電力回生が可能な場合においても、エネルギー回収効率向上のため、オルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとする。
【００２３】
以下、ＥＣＵ２０によるオルタネータ１の発電制御について、図２及び図３に示すオルタネータ制御ルーチンのフローチャートを用いて説明する。尚、エンジン停止時には、発電カットリレー１０のリレー接点を開放してオルタネータ１のＬ端子を開放して発電を停止させ、Ｃ端子に印加する目標電圧は、オルタネータ１の発電電圧を１２．８Ｖの調整電圧にする場合のＬＯＷにセットする。
【００２４】
このルーチンがスタートすると、先ず、ステップＳ１において、オルタカット制御が終了状態にあるか否かを調べる。このオルタカット制御では、エンジン始動時及び始動直後の排気エミッション濃度の高い領域でオルタネータ１の発電を停止させる。このオルタネータ１の発電停止中は、エンジンにかかる発電負荷が０となるため、エンジンのフリクションを低減することができ、また、エンジンの消費空気量が減るため、エミッションの濃度が同じでも排出量を減少させることができる。
【００２５】
すなわち、エンジン始動直後の始動後増量燃料噴射の実施中、或いは空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間は、バッテリ電圧が設定電圧より低下していない限り、発電カットリレー１０のリレーコイルへの通電をＯＦＦしてリレー接点を開放し、オルタネータ１の発電を停止させる。そして、エンジンの空燃比制御が通常制御に移行したとき、或いはオルタネータ１の発電停止中にバッテリ電圧ＶＢが設定電圧より低くなったときには、発電カットリレー１０のリレーコイルへの通電をＯＮしてリレー接点を閉成させ、オルタネータ１のフィールドコイル３に通電すると共に、オルタネータ１のＣ端子に印加する目標電圧を、１２．８Ｖの調整電圧への制御電圧であるＬＯＷから、１４．５Ｖの調整電圧への制御電圧であるＨＩＧＨへ緩やかに上昇させてオルタカット制御を終了する。
【００２６】
そして、ステップＳ１において、オルタカット制御が未終了である場合には、ステップＳ１からステップＳ１８へジャンプして、発電カットリレー１０をＯＦＦとしてリレー接点を開放状態に維持すると共に、オルタネータ１のＣ端子への目標電圧をＬＯＷに維持し、ルーチンを抜ける。
【００２７】
一方、オルタカット制御が終了した場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進み、エンジン回転数が設定値未満か否かを調べる。この設定値は、オルタネータ１の発電能力が十分に機能する回転数に対応するものであり、エンジンとオルタネータ１との間の駆動プーリのプーリ比に基づいてヒステリシス付きで設定される。
【００２８】
そして、エンジン回転数が設定値未満であり、オルタネータ１の発電が不十分な場合には、ステップＳ２からステップＳ１７へジャンプしてオルタネータ１のＣ端子への目標電圧をＨＩＧＨとしてオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖにセットし、ルーチンを抜ける。また、エンジン回転数が設定値以上の場合には、、ステップＳ２からステップＳ３以降へ進む。
【００２９】
ステップＳ３以降では、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５で、それぞれ、ブロアファンスイッチがＯＮされているか否か、スモールライトスイッチがＯＮされているか、リヤデフォッガスイッチがＯＮされているか、すなわち、ブロワファンのモータ負荷、ライト点灯によるランプ負荷、リヤデフォッガのヒータ負荷が投入されているか否かを調べる。
【００３０】
その結果、ブロアファンスイッチ、スモールライトスイッチ、リヤデフォッガスイッチの少なくとも一つがＯＮされており、高発電量が要求される場合には、電力負荷の増加に対応するため、前述のステップＳ１７でオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとしてルーチンを抜ける。一方、ブロアファンスイッチ、スモールライトスイッチ、リヤデフォッガスイッチが全てＯＦＦの場合には、ステップＳ６へ進んでラジエータファンの作動に対するラジファン条件判定を行う。
【００３１】
このラジファン条件判定は、ラジエータファンの作動頻度に応じてバッテリ７の消耗（容量低下）を推定するものであり、ラジエータファンが設定時間以上継続して作動中で、ラジエータファンを作動させた後に冷却水温の低下が設定値未満である状態、すなわちラジエータファンによる冷却効果が十分に得られていない状態のとき、ラジファン条件成立と判断する。
【００３２】
そして、ステップＳ７で、ラジファン条件が成立するか否かを調べ、ラジファン条件が成立する場合、ステップＳ１７で、オルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖに上昇させ、ラジエータファンの回転数を上昇させる等して冷却効果を向上させる。
【００３３】
一方、ラジファン条件が成立しない場合には、ステップＳ７からステップＳ８へ進み、バッテリ電圧が設定電圧より低い状態が設定時間継続しているか否かのバッテリ電圧降下判定を行う。このバッテリ電圧降下判定は、バッテリ電圧からバッテリ７の消耗を推定するためのものであり、エンジン始動後の時間が設定時間以上経過し、バッテリ電圧が設定値以下の状態が設定時間継続する場合、バッテリ電圧降下判定が成立すると判断する。
【００３４】
そして、ステップＳ９でバッテリ電圧降下判定が成立するか否かを調べ、バッテリ７の電圧が低下しており、バッテリ電圧降下判定が成立する場合には、バッテリ７への充電をすべく、ステップＳ１７でオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとし、バッテリ電圧降下判定が成立しない場合、ステップＳ１０へ進む。
【００３５】
ステップＳ１０では、バッテリ電圧が急降下したか否かのバッテリ電圧急降下判定を行う。このバッテリ電圧急降下判定は、スタータモータの駆動や、ＥＣＵ２０が認識できない電気負荷の増加、例えばユーザが追加した各種電装品による電気負荷の増加を検出するものであり、バッテリ電圧の電圧降下速度、すなわち一定時間内の電圧降下を算出し、この電圧降下速度が設定値以上のとき、バッテリ電圧急降下と判定する。
【００３６】
そして、ステップＳ１１で、バッテリ電圧急降下判定が成立するか否かを調べ、バッテリ電圧急降下判定が成立する場合には、オルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとして電装品の安定動作を確保し、バッテリ電圧急降下判定が非成立の場合、次のステップＳ１２へ進む。
【００３７】
ステップＳ１２では、車両が減速運転中で電力回生が可能な運転状態か否かの減速回生条件判定を行う。この減速回生条件は、主として減速時燃料カットを実施中か否かを検出し、ステップＳ１３で減速回生条件判定が成立するか否かを調べる。そして、減速回生条件判定が成立する場合には、ステップＳ１７で、オルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとして減速時のエネルギーを回収してバッテリ７を充電し、減速回生条件判定が成立しない場合、ステップＳ１４へ進んでテストモードスイッチがＯＮか否かを調べる。
【００３８】
テストモードスイッチは、ＥＣＵ２０に設けられたコネクタからなるスイッチであり、ラインエンドやディーラにおいてテストモードスイッチを接続することで、ＥＣＵ２０が所定のテストモード制御を実行し、種々の検査や点検を可能するものであり、通常、市場においてはスイッチＯＦＦすなわちコネクタ未接続の状態である。
【００３９】
従って、このテストモードスイッチがＯＮの状態は、短時間の特殊な状態であり、オルタネータ１の駆動負荷を低減するための発電電圧を低下させてもあまり意味がなく、むしろ、エンジンの始動及び停止の繰り返しによるバッテリ容量の低下を防止することが必要となる。このため、ステップＳ１４で、テストモードスイッチがＯＮの場合には、ステップＳ１７でオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとし、テストモードスイッチがＯＦＦの場合、ステップＳ１５へ進む。
【００４０】
ステップＳ１５では、現在の運転状態が高負荷運転状態か否かを調べる高負荷判定を行う。この高負荷判定は、例えばエンジン回転数と吸入管圧力とのマップからエンジン高負荷領域を判定し、要求燃料流量が増大する高負荷領域でのバッテリ電圧低下による燃料供給系の燃料供給能力が低下することを回避するためのものであり、特に燃料ポンプのモータ回転数がバッテリ電圧に依存して変化することから、高負荷運転時に燃料ポンプモータの回転数低下による燃料供給圧力が低下し、燃料供給量が不足することを防止する。
【００４１】
そして、ステップＳ１６で高負荷判定が成立するか否かを調べ、判定成立時の高負荷運転時の場合、ステップＳ１７でオルタネータ１の調整電圧を１４．５Ｖとしてルーチンを抜け、判定不成立の低・中負荷運転時である場合には、ステップＳ１６からステップＳ１８へ進んでオルタネータ１の調整電圧を１２．８Ｖとしてルーチンを抜ける。
【００４２】
このように、本実施の形態においては、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じてオルタネータを最適に制御するので、不要な発電を回避してエンジンの負荷を低減し、燃費向上を図ることができると共に、排気エミッションの低減を実現することができる。特に、オルタネータ駆動負荷の影響が大きい小排気量エンジンでは、オルタネータの発電制御の最適化による燃費向上と排気エミッションの低減が有効であり、コスト低減に寄与することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、オルタネータの発電制御を最適化し、エンジン始動時にはバッテリ電圧が設定電圧以上の設定条件下でオルタネータのフィールドコイルへの通電をカットして発電を停止させ、発電停止終了後は、オルタネータの発電電圧を、車両の運転状態と電気負荷の負荷状態とに応じ、バッテリの開放端子電圧に近い第１の調整電圧と、この第１の調整電圧よりも高い第２の調整電圧とに切り換えて制御するので、空燃比挙動の不安定なエンジン始動直後の発電負荷を無くしてエミッションの排出量を低減することができると共に、発電停止終了後の不要な発電を回避してエンジンの駆動負荷を低減して燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オルタネータ制御系の回路構成図
【図２】オルタネータ制御ルーチンのフローチャート
【図３】オルタネータ制御ルーチンのフローチャート（続き）
【符号の説明】
１　オルタネータ
３　フィールドコイル
７　バッテリ
１０　発電カットリレー
２０　電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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