(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用発電機に内蔵された車両用電圧制御装置であって、
前記車両用発電機の界磁巻線に直列に接続されたスイッチング手段を断続することにより、前記車両用発電機の出力電圧あるいは前記車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧を調整電圧に制御する電圧制御手段と、
前記車両用発電機の回転数が所定値以下のときに、前記エンジンの始動時であると判定し、前記エンジンの始動時か始動時以外かを示す出力信号を出力する始動判定手段と、
外部制御装置から送られてくる前記調整電圧の変更を指示する外部信号の受信の有無を判定し、前記外部信号の受信の有無を示す出力信号を出力する外部信号判定手段と、
前記始動判定手段の前記出力信号と前記外部信号判定手段の前記出力信号とに基づいて、前記調整電圧としての第１の値、第２の値、第３の値を生成する調整電圧切替手段とを備え、
前記調整電圧切替手段は、前記外部信号を受信したことが前記外部信号判定手段によって判定されたときの前記外部信号判定手段の前記出力信号と前記始動判定手段によって前記エンジンの始動時以外であると判定されたときの前記始動判定手段の前記出力信号とに基づいて、前記調整電圧をそれまでの前記第１の値よりも低い前記第２の値に変更するとともに、前記外部信号を受信したことが前記外部信号判定手段によって判定されたときの前記外部信号判定手段の出力信号と前記始動判定手段によって前記エンジンの始動時であると判定されたときの前記始動判定手段の出力信号とに基づいて、前記調整電圧を前記第２の値よりも低い前記第３の値に変更する、
ことを特徴とする車両用電圧制御装置。
【請求項２】
車両用発電機に内蔵された車両用電圧制御装置であって、
前記車両用発電機の界磁巻線に直列に接続されたスイッチング手段を断続することにより、前記車両用発電機の出力電圧あるいは前記車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧を調整電圧に制御する電圧制御手段と、
前記車両用発電機が回転を開始した後に前記車両用発電機の出力電圧が第１の値に達するまでを前記エンジンの始動時であると判定し、前記エンジンの始動時か始動時以外かを示す出力信号を出力する始動判定手段と、
外部制御装置から送られてくる前記調整電圧の変更を指示する外部信号の受信の有無を判定し、前記外部信号の受信の有無を示す出力信号を出力する外部信号判定手段と、
前記始動判定手段の前記出力信号と前記外部信号判定手段の前記出力信号とに基づいて、前記調整電圧としての前記第１の値、第２の値、第３の値を生成する調整電圧切替手段とを備え、
前記調整電圧切替手段は、前記外部信号を受信したことが前記外部信号判定手段によって判定されたときの前記外部信号判定手段の前記出力信号と前記始動判定手段によって前記エンジンの始動時以外であると判定されたときの前記始動判定手段の前記出力信号とに基づいて、前記調整電圧をそれまでの前記第１の値よりも低い前記第２の値に変更するとともに、前記外部信号を受信したことが前記外部信号判定手段によって判定されたときの前記外部信号判定手段の出力信号と前記始動判定手段によって前記エンジンの始動時であると判定されたときの前記始動判定手段の出力信号とに基づいて、前記調整電圧を前記第２の値よりも低い前記第３の値に変更する、
ことを特徴とする車両用電圧制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記調整電圧切替手段は、前記車両用発電機が回転を開始した後に前記外部制御装置による前記外部信号の送信が停止されたときに、前記調整電圧を前記第３の値に設定する動作を終了させることを特徴とする車両用電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載されて車両用発電機の出力電圧を制御する車両用電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンによって駆動される車両用発電機は、車両に搭載された各種の電気負荷およびバッテリに電力を供給すると発電トルクが大きくなってエンジンにかかる負担も大きくなる。特に、最近では、電気負荷の種類およびこれらによる消費電力が増加する傾向にあり、過大な発電トルクによってエンジン始動時の回転が不安定になる場合がある。このため、エンジン始動時の所定期間だけ発電を抑制する制御を電圧制御装置によって行ったり（例えば、特許文献１参照。）、ＥＣＵによってエンジン始動時に一時的に車両用発電機の調整電圧を下げて発電の抑制を行うことにより（例えば、特許文献２参照。）、エンジン始動性の向上が図られている。
【特許文献１】特開平３−１７３３２４号公報（第２−４頁、図１−２）
【特許文献２】特開昭６３−９２２３２号公報（第２−４頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された従来手法では、エンジン始動時の一定期間について車両用発電機の発電量が抑制されるが、この一定期間はタイマと時定数回路によって決まっているため、電気負荷が小さい場合のような必ずしも発電抑制の必要のないときに常時発電抑制が実施されてしまうという問題があった。発電抑制の期間が長くなれば、バッテリへの充電量が減少するし、バッテリの充電収支に悪影響を与えることになる。
【０００４】
また、特許文献２に開示された従来手法では、外部に接続されたＥＣＵによってエンジン始動時に調整電圧を切り替えることにより、エンジン始動時であって必要時に発電抑制を行うことができるが、特に低温のスタータ作動時にバッテリ端子電圧が大幅に低下すると調整電圧を少し低くした程度では発電抑制が実施されず、エンジンの始動性を向上させることができないという問題があった。このような低温時におけるエンジン始動性を改善するために調整電圧を極端に低く設定することも考えられるが、ＥＣＵから調整電圧を切り替える伝送線や端子に異常が発生して調整電圧がこの極端に低い値に固定される場合が生じると、車両用発電機による発電がほとんど行われなくなるため、その後のバッテリ上がりによって車両走行不良の重大不具合に至ることになる。このため、調整電圧を極端に低い値に設定することはできない。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、低温時を含むいずれの場合であってもエンジンの始動性を向上させることができ、必要時のみに発電抑制を実施することができる車両用電圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用電圧制御装置は、車両用発電機に内蔵された車両用電圧制御装置であって、車両用発電機の界磁巻線に直列に接続されたスイッチング手段を断続することにより、車両用発電機の出力電圧あるいは車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧を調整電圧に制御する電圧制御手段と、車両用発電機の回転数が所定値以下のときに、エンジンの始動時であると判定し、エンジンの始動時か始動時以外かを示す出力信号を出力する始動判定手段と、外部制御装置から送られてくる調整電圧の変更を指示する外部信号の受信の有無を判定し、外部信号の受信の有無を示す出力信号を出力する外部信号判定手段と、始動判定手段の出力信号と外部信号判定手段の出力信号とに基づいて、調整電圧としての第１の値、第２の値、第３の値を生成する調整電圧切替手段とを備え、調整電圧切替手段は、外部信号を受信したことが外部信号判定手段によって判定されたときの外部信号判定手段の出力信号と始動判定手段によってエンジンの始動時以外であると判定されたときの始動判定手段の出力信号とに基づいて、調整電圧をそれまでの第１の値よりも低い第２の値に変更するとともに、外部信号を受信したことが外部信号判定手段によって判定されたときの外部信号判定手段の出力信号と始動判定手段によってエンジンの始動時であると判定されたときの始動判定手段の出力信号とに基づいて、調整電圧を第２の値よりも低い第３の値に変更する。エンジン始動時に外部制御装置から送られてくる外部信号に応じて調整電圧を極端に低い第３の値に設定することができるため、低温時を含むいずれの場合であってもエンジンの始動性を向上させることができる。また、外部制御装置から外部信号を送信する伝送線や端子が固定電位に固定されて常に外部信号が入力された場合と同様の状態になったときであっても、始動判定手段によってエンジンの始動時であると判定され、始動判定手段がエンジンの始動時を示す出力信号を出力した場合に限って調整電圧が極端に低い第３の値に設定されるため、継続的に調整電圧が極端に低い値に維持されることを防止することができ、必要時（エンジン始動時）のみに発電抑制を実施することが可能となる。
【０００７】
上述した始動判定手段は、車両用発電機の回転数が所定値以下のときに、エンジンの始動時であると判定する。車両用発電機回転数とエンジン回転数は一定の関係があるため（（エンジン回転数）×（プーリ比）＝（車両用発電機回転数））、車両用発電機の回転数を監視することにより、容易かつ確実にエンジンの始動時を検出することができる。
【０００８】
あるいは、上述した始動判定手段は、車両用発電機が回転を開始した後に車両用発電機の出力電圧が第１の値に達するまでをエンジンの始動時であると判定する。外部制御装置から外部信号を送信することによって調整電圧を極端に低い第３の値に設定して発電抑制を行った後に、外部制御装置から送信する外部信号を断続することにより、徐々に発電量を増加させることが可能になるが、このような場合に車両用発電機の出力電圧が通常の発電制御に対応する第１の値に到達したときにエンジンの始動が完了したものとして判定することにより、エンジン始動時の発電抑制からそれ以後の通常発電制御に円滑につなげることが可能となる。
【０００９】
また、上述した調整電圧切替手段は、外部制御装置による外部信号の送信が停止されたときに、調整電圧を第３の値に設定する動作を終了させることが望ましい。これにより、エンジン始動時に調整電圧を極端に低い第３の値に設定する期間を外部制御装置によって任意のタイミングで終了させることができるため、エンジンの状態や電気負荷の状態に応じて発電抑制の時間を最適値に調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用電圧制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用電圧制御装置が内蔵された車両用発電機の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電機とバッテリや外部制御装置等との接続状態が示されている。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機２は、整流器２０、界磁巻線２１、電機子巻線２２、車両用電圧制御装置１を含んで構成されている。この車両用発電機２は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。
【００１１】
界磁巻線２１は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線２１は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線２２は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線２２は、界磁巻線２１の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線２２に誘起される交流出力が整流器２０に供給される。整流器２０は、電機子巻線２２の交流出力を全波整流する。整流器２０の出力が、車両用発電機２の出力として外部に取り出され、バッテリ４や電気負荷スイッチ５を介して電気負荷６に供給される。車両用発電機２の出力は、回転子の回転数や界磁巻線２１に流れる励磁電流の通電量に応じて変化し、その励磁電流は車両用電圧制御装置１によって制御される。
【００１２】
車両用発電機２には外部制御装置７が接続されている。この外部制御装置７は、車両用発電機２の出力を外部から制御する。具体的には、外部制御装置７は、発電抑制が必要なタイミングで、外部信号としての発電抑制指令信号を出力する。この発電抑制指令信号は、車両用電圧制御装置１の通信用の入力端子（Ｃ端子）に入力される。
【００１３】
次に、車両用電圧制御装置１の詳細について説明する。車両用電圧制御装置１は、電圧制御回路１１、始動判定回路１２、外部信号判定回路１３、アンド回路１４、基準電圧切替回路１５を含んで構成されている。
【００１４】
電圧制御回路１１は、抵抗１１１、１１２、電圧比較器１１３、スイッチングトランジスタ１１４、還流ダイオード１１５を含んで構成されている。電圧比較器１１３は、プラス入力端子には基準電圧切替回路１５から供給される基準電圧Ｖｒが、マイナス入力端子には車両用発電機２の出力電圧（Ｂ端子電圧）を抵抗１１１、１１２による分圧回路で分圧した検出電圧Ｖｂがそれぞれ入力される。この電圧比較器１１３の出力端子はスイッチングトランジスタ１１４に接続されている。スイッチングトランジスタ１１４は、ベースが電圧比較器１１３の出力端子に接続され、コレクタが還流ダイオード１１５を介して車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）に接続され、エミッタが接地端子（Ｅ端子）を介して接地されている。また、スイッチングトランジスタ１１４のコレクタは界磁巻線２１に接続されており、スイッチングトランジスタ１１４がオンされると界磁巻線２１に励磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード１１５は、界磁巻線２１と並列に接続されており、スイッチングトランジスタ１１４がオフされたときに、界磁巻線２１に流れる励磁電流を還流させる。
【００１５】
始動判定回路１２は、電機子巻線２２の一の相巻線がＰ端子を介して接続されており、この相巻線に誘起される相電圧の周波数に基づいて、車両用発電機２の回転数が所定値以下のときにエンジンの始動時であると判定する。エンジンの始動時であると判定されると、出力信号がハイレベルになる。
【００１６】
外部信号判定回路１３は、Ｃ端子を介して入力される発電抑制指令信号の有無を判定する。外部制御装置７から発電抑制指令信号が送られてくると、出力信号がハイレベルになる。この出力信号がハイレベルの状態は、発電抑制が必要な間継続される。この場合に、外部制御装置７は、継続的に発電抑制指令信号を送信し続けるようにしてもよいし、発電抑制指令信号の開始と終了のみを特定のコード等で車両用電圧制御装置１に向けて送信するようにしてもよい。
【００１７】
基準電圧切替回路１５は、３種類の調整電圧としての基準電圧Ｖref1（第１の値）、Ｖref2（第２の値）、Ｖref3（第３の値）を生成するとともに、そのときの状況に応じて有効な一の基準電圧を切り替えて、電圧比較器１１３のプラス入力端子に入力する。基準電圧Ｖref1は、発電抑制を行わない場合の車両用発電機２の出力電圧目標値であり、例えば１４．５Ｖに設定されている。基準電圧Ｖref2は、エンジン始動時以外に発電抑制を行う場合の車両用発電機２の出力電圧目標値である。例えば、車両の加速時にこの基準電圧Ｖref2が用いられる。基準電圧Ｖref3は、エンジン始動時に発電抑制を行う場合の車両用発電機２の出力電圧目標値であり、基準電圧Ｖref2よりも低い電圧値が設定されている。
【００１８】
上述したスイッチングトランジスタ１１４がスイッチング手段に、電圧制御回路１１が電圧制御手段に、始動判定回路１２が始動判定手段に、外部信号判定回路１３が外部信号判定手段に、基準電圧切替回路１５が調整電圧切替手段にそれぞれ対応する。
【００１９】
本実施形態の車両用電圧制御装置１はこのような構成を有しており、次に、キースイッチ３がオンされて車両用電圧制御装置１が動作可能な状態になった後に、外部制御装置７から送られてくる発電抑制指令信号に基づいて発電抑制を行う場合の動作について説明する。
【００２０】
発電抑制が必要ない場合には、外部制御装置７からは発電抑制指令信号が出力されない。したがって、外部信号判定回路１３の出力信号はローレベルになり、基準電圧切替回路１５は、通常発電時に用いられる基準電圧Ｖref1を出力する。このため、電圧制御回路１１では、車両用発電機２の出力電圧が基準電圧Ｖref1に一致するようにスイッチングトランジスタ１１４が制御される。
【００２１】
一方、発電抑制が必要な場合には、外部制御装置７からは発電抑制指令信号が出力される。したがって、外部信号判定回路１３の出力信号はハイレベルになる。この発電抑制が必要な場合には、エンジン始動時とそれ以外（例えば車両の加速時）の場合が含まれている。エンジン始動時以外の場合には、始動判定回路１２の出力信号がローレベルになるため、アンド回路１４からはローレベルの信号が出力される。このとき、基準電圧切替回路１５は、発電抑制時に用いられる基準電圧Ｖref2を出力する。このため、電圧制御回路１１では、車両用発電機２の出力電圧が基準電圧Ｖref2に一致するようにスイッチングトランジスタ１１４が制御される。この基準電圧Ｖref2は、通常の発電時に用いられる基準電圧Ｖref1よりも低い値が用いられているため、その分車両用発電機２の発電が抑制される。
【００２２】
また、エンジン始動時の場合には、始動判定回路１２の出力信号がハイレベルになる。外部制御装置７から発電抑制指令信号が入力されていると外部信号判定回路１３の出力もハイレベルになるため、アンド回路１４からはハイレベルの信号が出力される。このとき、基準電圧切替回路１５は、発電抑制時であってエンジン始動時に用いられる基準電圧Ｖref3を出力する。このため、電圧制御回路１１では、車両用発電機２の出力電圧が基準電圧Ｖref3に一致するようにスイッチングトランジスタ１１４が制御される。この基準電圧Ｖref3は、エンジン始動時以外の発電抑制時に用いられる基準電圧Ｖref2よりもさらに低い値が用いられているため、エンジン始動時にバッテリ４からスタータに大電流が流れてバッテリ４の端子電圧や車両用発電機２の出力電圧が低下しても、確実に発電抑制が行われる。このようなエンジン始動時の発電抑制は、車両用発電機２の回転数が所定値に達して始動判定回路１２の出力がハイレベルからローレベルに変化するまで、あるいは、外部制御装置７から入力されていた発電抑制指令信号がその前に停止されて外部信号判定回路１３の出力がハイレベルからローレベルに変化するまで継続される。
【００２３】
このように、エンジン始動時に外部制御装置７から送られてくる発電抑制指令信号に応じて基準電圧を極端に低い第３の値（Ｖref3）に設定することができるため、低温時を含むいずれの場合であっても車両用発電機２の発電抑制を実施してエンジンの始動性を向上させることができる。また、外部制御装置７から発電抑制指令信号を送信する伝送線や端子（Ｃ端子）が固定電位に固定されて常に発電抑制指令信号が入力された場合と同様の状態になったときであっても、始動判定回路１２によってエンジンの始動時であると判定された場合に限って基準電圧が極端に低い第３の値に設定されるため、継続的に基準電圧がこの第３の値に維持されることを防止することができ、必要時（エンジン始動時）のみに発電抑制を実施することが可能となる。特に、車両用発電機２の回転数とエンジン回転数は一定の関係があるため（（エンジン回転数）×（プーリ比）＝（車両用発電機回転数））、始動判定回路１２は、車両用発電機２の回転数を監視することにより、容易かつ確実にエンジンの始動時を検出することができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、始動判定回路１２では、車両用発電機２の回転数が所定値に達するまでの間をエンジン始動時と判定したが、車両用発電機２が回転を開始した後に車両用発電機２の出力電圧が通常発電に戻った際の基準電圧であるＶref1に達するまでをエンジンの始動時であると判定するようにしてもよい。但し、このような判定動作のためには、車両用発電機２の出力電圧あるいはこれに連動する電圧（図１に示す抵抗１１１、１１２の接続点の電圧等）を始動判定回路１２に入力する必要がある。外部制御装置７から発電抑制指令信号を送信することによって基準電圧を極端に低い第３の値（Ｖref3）に設定して発電抑制を行った後に、外部制御装置７から送信する発電抑制指令信号を断続することにより、徐々に発電量を増加させる徐励制御が可能になるが、このような場合に車両用発電機２の出力電圧が通常の発電制御に対応する第１の値（Ｖref1）に到達したときにエンジンの始動が完了したものとして判定することにより、エンジン始動時の発電抑制からそれ以後の通常発電制御に円滑につなげることが可能となる。
【００２５】
また、上述した実施形態では、基準電圧切替回路１５では、基準電圧Ｖref3の出力は、始動判定回路１２あるいは外部信号判定回路１３のいずれかの出力がハイレベルからローレベルに変化するまで維持されるが、始動判定回路１２の出力の状態にかかわらず、外部信号判定回路１３の出力がハイレベルからローレベルに変化するまで維持するようにしてもよい。エンジン始動時に基準電圧を極端に低い第３の値（Ｖref3）に設定する期間を外部制御装置７によって任意のタイミングで終了させることができるため、エンジンの状態や電気負荷の状態に応じて発電抑制の時間を最適値に調整することが可能となる。
【００２６】
また、上述した実施形態では、車両用発電機２の出力電圧が各種の基準電圧Ｖref1、Ｖref2、Ｖref3と一致するように発電制御を行う場合について説明したが、バッテリ４の端子電圧を専用の検出線を用いて検出し、この端子電圧が各種の基準電圧と一致するように発電制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態の車両用電圧制御装置が内蔵された車両用発電機の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  車両用電圧制御装置
２  車両用発電機
３  キースイッチ
４  バッテリ
５  電気負荷スイッチ
６  電気負荷
７  外部制御装置
１１  電圧制御回路
１２  始動判定回路
１３  外部信号判定回路
１４  アンド回路
１５  基準電圧切替回路
２０  整流器
２１  界磁巻線
２２  電機子巻線
１１１、１１２  抵抗
１１３  電圧比較器
１１４  スイッチングトランジスタ
１１５  環流ダイオード
【図１】
0004622758.tif 000002