(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関にて回転駆動され、車両に搭載された電気負荷への電力供給及びバッテリを充電する発電機と、
前記発電機の発電電圧を目標電圧に維持するよう制御する電圧制御手段と、
前記内燃機関の始動時における温度パラメータを検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記温度パラメータに基づき前記目標電圧を高電圧とする変動継続時間を設定する時間設定手段と、
前記内燃機関の始動後、前記バッテリの電圧値が前記時間設定手段で設定された前記変動継続時間を含む所定継続時間内に所定の許容上限値に到達したとき、または前記所定継続時間以降で前記所定継続時間より長く設定された最大継続時間内に所定の許容下限値を越えたときには、前記目標電圧を高電圧から低電圧に切替える電圧切替手段と
を具備することを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項２】
前記電圧切替手段は、前記バッテリの電圧値が前記最大継続時間を経過しても前記許容下限値未満であるときには、前記目標電圧を高電圧から低電圧に切替えることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。
【請求項３】
前記所定継続時間は、温度条件によらず前記目標電圧を高電圧とする最低継続時間を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関にて回転駆動され、車両に搭載された電気負荷への電力供給及びバッテリを充電する車両用発電機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関にて回転駆動される発電機の発電電圧を、例えば、車両減速状態であるときには発電電圧を高く設定することで、無駄に消費される制動エネルギを車載されたバッテリに回生し効率良く充電する車両用発電機の制御装置が知られている。このものでは、例えば、下り坂でエンジンブレーキ状態が長く続くようなときには、発電電圧を低く変更することでバッテリが過充電にならず、車両の燃費向上を実現しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、内燃機関の冷間始動時で温度条件や放電条件が悪いときには、車載されたバッテリへの充電を促進するため、発電機の発電電圧を高く設定することが有効である。通常、バッテリは温度が低いほどバッテリ容量が減少し、かつ始動時に要する放電電流が増大するため、発電機の発電電圧が高いバッテリ充電期間を長く設定し素早くバッテリを完全充電状態に近づけることが望ましい。しかし、内燃機関の始動時に発電機の発電電圧が高いバッテリ充電期間を一律に長く設定すると、その時の温度条件や放電条件によっては、バッテリが過充電に陥るという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の始動時に、バッテリを過充電に陥れることなく素早く適切な充電状態に近づけることが可能な車両用発電機の制御装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の車両用発電機の制御装置によれば、内燃機関の始動時における温度パラメータに応じてバッテリを充電する発電機の充電電圧が高電圧に設定される変動継続時間と温度パラメータによらず設定される最低継続時間とが加算され、所定継続時間が設定される。このため、内燃機関の始動後、バッテリ電圧がモニタされ、所定継続時間内に予め設定されている許容上限値に到達または前記所定継続時間以降で所定継続時間より長く設定された最大継続時間内に許容下限値を越えると発電機の充電電圧が高電圧から低電圧に切替えられる。これにより、内燃機関の始動時及びその後のバッテリの充電状態によって発電機の充電電圧が適切に設定されることとなり、バッテリが過充電に陥ることなく最適な充電状態に維持される。
【０００６】
請求項２の車両用発電機の制御装置における電圧切替手段では、バッテリの電圧値が最大継続時間を経過しても許容下限値未満と低いときには、例えば、バッテリの劣化以外に、ワイヤハーネス等の抵抗値が何らかの要因で高くなっていることも考えられるため、発電機の充電電圧の目標電圧が高電圧から低電圧に切替えられることで、バッテリを長い時間、過充電に陥れることが回避される。
【０００７】
請求項３の車両用発電機の制御装置では、電圧切替手段における所定継続時間が温度パラメータによらず発電機の発電電圧の目標電圧を高電圧とする最低継続時間を含んでいる。これにより、内燃機関の始動時のように電気負荷に対する放電電流が増大するときに対応して発電機の充電電圧が設定されることで、バッテリの充電状態が適切に維持される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる車両用発電機の制御装置の構成を示す回路図である。
【００１０】
図１において、車両用発電機（オルタネータ）１０は固定子巻線であるステータコイル１１、磁界巻線であるロータコイル１２及び全波整流器１３からなり、ロータコイル１２がベルト等を介して内燃機関１にて回転駆動される。このとき、内燃機関１の機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕に応じて発電機１０の発電量が増減される。ここで、ロータコイル１２は発電電圧制御回路２０のスイッチングトランジスタ２１にてＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）通電される。つまり、スイッチングトランジスタ２１のベースは比較器２２の出力端子と接続され、スイッチングトランジスタ２１の作動はベースに入力される比較器２２からの出力にて制御される。この比較器２２の非反転（＋）入力端子にはＤ／Ａ変換器２３から発電機１０の発電電圧の目標電圧を設定する調整電圧Ｖreg 、また、比較器２２の反転（−）入力端子には車載されているバッテリ６のフィードバック電圧ＶF が入力されている。この結果、バッテリ６のバッテリ電圧ＶB はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０のＩ／Ｏポート３４から発電電圧制御回路２０のＤ／Ａ変換器２３を介して比較器２２に入力されている調整電圧Ｖreg に基づく発電機１０の発電電圧に一致するよう追従される。
【００１１】
ＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３を含んでおり、ＣＰＵ３１は内燃機関１からの機関回転数ＮＥ等の各種信号をＩ／Ｏポート３４を介して入力し、後述のように調整電圧Ｖreg を変更する。上述の各回路にはキースイッチ４１の投入にて定電圧電源４２から作動電力が供給される。また、バッテリ６には負荷スイッチ４３を介して車載されているヘッドライト、ブロワモータ、電動ファン等の電気負荷４４が並列接続されている。
【００１２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる車両用発電機の制御装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における調整電圧制御の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３を参照して説明する。ここで、図３は図２の処理に対応する各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この調整電圧制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００１３】
図２において、まず、ステップＳ１０１では、イニシャル（初期化）状態であるかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、イニシャル状態であるときにはステップＳ１０２に移行し、発電機１０の発電電圧を低電圧とするよう調整電圧Ｖreg が初期設定される。一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、イニシャル状態でないときにはステップＳ１０２がスキップされる。次にステップＳ１０３に移行して、始動フラグＸＳＴＡが「１」であるかが判定される。ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の機関回転数ＮＥが所定回転数未満と低く、始動フラグＸＳＴＡが「１」にセットされており内燃機関１が始動状態であるときにはステップＳ１０４に移行し、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が所定値ＴＨＷ1 未満、かつ吸気温ＴＨＡ〔℃〕が所定値ＴＨＡ1 未満であるかが判定される。ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が冷間状態であり冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷ1 未満、かつ吸気温ＴＨＡが所定値ＴＨＡ1 未満と低くいときにはステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５では、調整電圧Ｖreg 〔Ｖ〕に基づき発電機１０の発電電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔが冷間始動用調整電圧高継続時間Ｔ1 に設定される。
【００１４】
一方、ステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が冷間状態でなく冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷ1 以上、または吸気温ＴＨＡが所定値ＴＨＡ1 以上と高いときにはステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６では、冷却水温ＴＨＷと吸気温ＴＨＡとの偏差が所定値ＴＨＲ1 未満であるかが判定される。ステップＳ１０６の判定条件が成立、即ち、（ＴＨＷ−ＴＨＡ）が所定値ＴＨＲ1 未満と低く内燃機関１が半暖機状態であるときにはステップＳ１０７に移行する。ステップＳ１０７では、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔが半暖機始動用調整電圧高継続時間Ｔ2 に設定される。
【００１５】
ここで、ステップＳ１０６の判定条件が成立せず、即ち、（ＴＨＷ−ＴＨＡ）が所定値ＴＨＲ1 以上と高いときにはステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔが完全暖機始動用調整電圧高継続時間Ｔ3 に設定される（図３に示す時刻ｔ1 以前）。なお、各調整電圧高継続時間Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 はＴ1 ＞Ｔ2 ＞Ｔ3 の関係にある。
【００１６】
一方、ステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、始動フラグＸＳＴＡが「０」にクリアされており内燃機関１が非始動状態（始動完了状態）であるとき、またはステップＳ１０５、またはステップＳ１０７、またはステップＳ１０８による処理が実行され調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔが設定されたのちステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０９では、バッテリ６のバッテリ電圧ＶB が測定される。
【００１７】
次にステップＳ１１０に移行して、始動フラグＸＳＴＡが「１」であるかが判定される。ステップＳ１１０の判定条件が成立、即ち、始動フラグＸＳＴＡが「１」にセットされており内燃機関１が始動状態であるときにはステップＳ１１１に移行する。ステップＳ１１１では、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧が高電圧となる継続時間をカウントする継続時間カウンタＣが「０」にリセット（図３に示す時刻ｔ1 以前）されたのち、本ルーチンを終了する。
【００１８】
一方、ステップＳ１１０の判定条件が成立せず、即ち、始動フラグＸＳＴＡが「０」にクリアされており内燃機関１が非始動状態であるとき（図３に示す時刻ｔ1 以降）にはステップＳ１１２に移行する。ステップＳ１１２では、発電機１０の発電電圧を高電圧とする継続時間カウンタＣが「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ１１３に移行して、発電機１０の発電電圧を高電圧とする継続時間カウンタＣが、無条件に設定されている最低継続時間Ｔmin から更に、上述のステップＳ１０５、またはステップＳ１０７、またはステップＳ１０８による処理で設定された発電機１０の発電電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔが経過しているかが判定される。ステップＳ１１３の判定条件が成立せず、即ち、Ｃ≦Ｔmin ＋Ｔの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ2 〜時刻ｔ4 ）にはステップＳ１１４に移行する。ステップＳ１１４では、バッテリ電圧ＶB が高所定値ＶBHを越えているかが判定される。ステップＳ１１４の判定条件が成立せず、即ち、ＶB ≦ＶBHの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ3 以前）にはステップＳ１１５に移行し、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧が高電圧（図３の時刻ｔ3 以前に実線にて示す調整電圧Ｖreg ）に設定されバッテリ充電が継続され、本ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、ステップＳ１１３の判定条件が成立、即ち、Ｃ＞Ｔmin ＋Ｔの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ4 以降）にはステップＳ１１６に移行する。ステップＳ１１６では、バッテリ電圧ＶB が低所定値ＶBLを越えているかが判定される。ステップＳ１１６の判定条件が成立せず、即ち、ＶB ≦ＶBLの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ5 以前）にはステップＳ１１７に移行する。ステップＳ１１７では、発電機１０の発電電圧を高電圧とする継続時間カウンタＣが最大継続時間Ｔmax を越えているかが判定される。
【００２０】
なお、最大継続時間Ｔmax は最低継続時間Ｔmin に冷間始動用調整電圧高継続時間Ｔ1 を加えた時間より長く設定された適当な時間である（図３に示す時刻ｔ1 〜時刻ｔ6 ）。ここで、例えば、バッテリ６とＥＣＵ３０との間を電気的に接続するワイヤハーネス（図示略）の抵抗値が何らかの要因で高くなると、ＥＣＵ３０はバッテリ電圧ＶB が実際より低いと認識し、そのまま調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧が高電圧に設定されたままとなるが、最大継続時間Ｔmax が適切に設定されていることでバッテリ６に対する過充電を防止することができる。
【００２１】
ステップＳ１１７の判定条件が成立せず、即ち、Ｃ≦Ｔmax の不等式が成立するときには上述のステップＳ１１５に移行し、同様に、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧が高電圧（図３の時刻ｔ3 〜時刻ｔ5 に破線にて示す調整電圧Ｖreg ）に設定されバッテリ充電が継続され、本ルーチンを終了する。
【００２２】
そして、ステップＳ１１４の判定条件が成立、即ち、ＶB ＞ＶBHの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ3 以降）、またはステップＳ１１６の判定条件が成立、即ち、ＶB ＞ＶBLの不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ5 以降）、またはステップＳ１１７の判定条件が成立、即ち、Ｃ＞Ｔmax の不等式が成立するとき（図３に示す時刻ｔ6 ）にはステップＳ１１８に移行し、調整電圧Ｖreg に基づき発電機１０の発電電圧が高電圧から低電圧に切換えられたのち、本ルーチンを終了する。
【００２３】
このように、本実施例の車両用発電機の制御装置は、内燃機関１にて回転駆動され、車両に搭載された電気負荷４４への電力供給及びバッテリ６を充電する発電機１０と、発電機１０の発電電圧を目標電圧に維持するよう制御する発電電圧制御回路２０及びＥＣＵ３０にて達成される電圧制御手段と、内燃機関１の始動時（始動状態）における温度パラメータとしての冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡを検出する水温センサ（図示略）及び吸気温センサ（図示略）からなる温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された冷却水温ＴＨＷ、吸気温ＴＨＡに基づき目標電圧を高電圧とする変動継続時間Ｔを設定するＥＣＵ３０にて達成される時間設定手段と、内燃機関１の始動後（非始動状態）、バッテリ６の電圧値が前記時間設定手段で設定された変動継続時間Ｔを含む所定継続時間内に所定の許容上限値ＶBHに到達したとき、または所定継続時間より長く設定された最大継続時間Ｔmax 内に所定の許容下限値ＶBLを越えたときには、目標電圧を高電圧から低電圧に切替える発電電圧制御回路２０及びＥＣＵ３０にて達成される電圧切替手段とを具備するものである。また、本実施例の車両用発電機の制御装置の所定継続時間は、温度パラメータによらず目標電圧を高電圧とする最低継続時間Ｔmin を含むものである。
【００２４】
つまり、内燃機関１の始動時における温度条件に応じてバッテリ６を充電する発電機１０の充電電圧が高電圧に設定される変動継続時間Ｔと温度条件によらず設定される最低継続時間Ｔmin とが加算され、所定継続時間が設定される。このため、内燃機関１の始動時のように電気負荷４４に対する放電電流が増大するときには、温度条件に関係なく調整電圧Ｖreg に基づき最低継続時間Ｔmin だけ発電機１０の充電電圧が高電圧に設定される。その後、バッテリ電圧ＶB がモニタされ、所定継続時間内に予め設定された許容上限値ＶBHに到達または最大継続時間Ｔmax 内に予め設定された許容下限値ＶBLを越えると調整電圧Ｖreg が変更され発電機１０の充電電圧が高電圧から低電圧に切替えられる。これにより、内燃機関１の始動時及びその後のバッテリ６の充電状態によって発電機１０の充電電圧が適切に設定されることとなり、バッテリ６を過充電に陥れることなく最適な充電状態に維持することができる。
【００２５】
そして、本実施例の車両用発電機の制御装置の発電電圧制御回路２０及びＥＣＵ３０にて達成される電圧切替手段は、バッテリ６の電圧値ＶB が最大継続時間Ｔmax を経過しても許容下限値ＶBL未満であるときには、目標電圧を高電圧から低電圧に調整電圧Ｖreg の変更によって切替えるものである。つまり、バッテリ６の電圧値ＶB が最大継続時間Ｔmax を経過しても許容下限値ＶBL未満と低いときには、例えば、バッテリ６の劣化以外に、ワイヤハーネス等の抵抗値が何らかの要因で高くなっていることも考えられるため、発電機１０の充電電圧の目標電圧が高電圧から低電圧に切替えられることで、バッテリ６を長い時間、過充電に陥れることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる車両用発電機の制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる車両用発電機の制御装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける調整電圧制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】  図３は図２の処理に対応する各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関
６  バッテリ
１０  発電機
２０  発電電圧制御回路
３０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
0004325070.tif 000002
【図２】
0004325070.tif 000003
【図３】
0004325070.tif 000004