JPH061957B2 - エンジン駆動発電機の制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、エンジンによって駆動される発電機の発電電
圧の切換制御を行なわせるエンジン駆動発電機の制御方
式に関する。

従来技術 一般に、自動車などにあっては、第２図に示すように、
バッテリ１とエンジン２によって駆動される発電機３と
が電気負荷４に対して並列接続されており、発電機３の
発電電圧がバッテリ１への充電および電気負荷４の容量
に対して充分供給可能となるようにバッテリ１の所定電
圧（例えば１４．５Ｖ）に規定されているのが普通であ
る。しかして、発電機３の発電電力は電気負荷の使用状
態に応じて変化し、それに比例して発電機３を駆動する
エンジン２への負荷も変化するが、電気負荷４の容量が
小さくかつエンジン２が減速以外の運転状態となってい
る場合には発電機３の発電電圧をバッテリ１の充電電圧
（例えば１２．５Ｖ）まで下げて発電機３のエンジン２
への負荷を軽減することができ、かつそうすることによ
り発電機３の負担がなくなってその分エンジン２の駆動
損失を軽減させ、燃費の向上を図ることができるように
なる。

第３図は発電電圧をパラメータにとったときのエンジン
回転数に対する発電機の出力電流の特性を示すもので、
発電電圧が高くなると発電量が増大し、バッテリの充電
速度が速くなる。この特性を利用して、通常の状態であ
る軽電気負荷時には低い方の電圧で発電を行なわせる
と、充電電流が少なくなり、エンジンの負荷が軽くなっ
てエンジン負荷を低減することができるようになる。ま
た、電気負荷が重くなった場合には、発電電圧を高めに
切り換えて発電量をアツプさせれば、負荷要求に充分応
えることができるともに、バッテリの放電を抑制するこ
とができるようになる。

そのため従来では、電気負荷に対してバッテリとエンジ
ンによって駆動される発電機とが並列に接続された回路
構成によるものにあって、バッテリの充電状態および電
気負荷の投入状態およびエンジンの運転状態に応じて常
にバッテリ電圧を一定に保持させるべく、バッテリ電圧
を検出して予め設定された基準電圧と比較しながら、そ
の比較結果に応じて発電機の界磁電流をオン、オフ制御
する電圧レギュレータの基準発電電圧の高め、低めの切
換制御を行なわせるようにしている。

しかし、このような従来のエンジン駆動発電機の制御で
は、発電機が低めの発電量となる小発電側に切り換えら
れているときにヘッドランプやエアコンディショナーな
どの電源投入時の突入電流の大きな電気負荷を投入した
際、発電機が高めの発電量となる大発電側に切り換えら
れると、その切換えの初期では基準発電電圧の差に基づ
くバッテリ電解液中のイオン濃度を高い発電電圧での巻
線電流のオン時間が長くなり、平衡状態に回復するまで
の時間にわたって発電機の発電量が急増し、エンジン回
転数が急に低下することになるため、自動車のドライバ
ビリティが損なわれてしまう。

目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、突入電流
の大きな電気負荷が投入されてもエンジンに負担が急激
にかかることがないように発電機の発電電圧の切換制御
を行なわせるようにしたエンジン駆動発電機の制御方式
を提供するものである。

構成 本発明はその目的達成のため、バッテリ電圧と予め設定
された基準電圧と比較するコンパレータの出力信号に応
じてコントローラの制御下でバッテリ電圧が基準電圧に
なるようにバッテリに並列接続された交流電機の界磁巻
線のオン、オフ制御を行なわせるものにあって、コント
ローラにおいて、界磁巻線におけるオン時間を計測保持
する手段と、今回のオン時間が前回のオン時間よりも所
定時間長くなったことを検知する手段と、その検知時に
一時強制的に発電機の発電量をオフ側に切り換える手段
とをとるようにするものである。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

第１図は本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式を
具体的に実施するための回路構成を示すもので、バッテ
リ１の端子電圧Ｖ_Ｂと予め設定された基準発電電圧Ｖ_ｓ
とを比較するコンパレータＣＭＰと、そのコンパレータ
ＣＭＰの出力信号を読み込んで発電機３における界磁コ
イルＦＣを強め側に切り換えるスイッチング素子ＳＷの
オン、オフを行なわせるコントローラＣＮＴとからなっ
ている。なお基準発電電圧Ｖ_ｓは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２
との分圧時に１４．５Ｖとなり、Ｒ１、Ｒ２の合成抵抗
と抵抗Ｒ３との分圧時に１２．５Ｖとなるように設定さ
れている。またその抵抗Ｒ３の投入、引外しを行なわせ
るスイッチング用トランジスタＴｒは、エアコンディシ
ョナーの動作信号Ｓ１、ヘッドランプの点灯信号Ｓ２、
減速信号Ｓ３を読み込んで電気負荷状態およびエンジン
の運転状態を判定するロジック回路ＬＯＧの判定出力信
号に応じてオン、オフされるようになっている。

このように構成されたものにあって、従来では電気負荷
（エアコンディショナー）がオフからオンに切り換った
時点で基準電圧Ｖ_ｓが第４図に示すように変化した場
合、そのときのコンパレータＣＭＰの出力信号に応答し
てバッテリ電圧Ｖ_Ｂが基準発電電圧Ｖ_ｓに保持されるよ
うにスイッチング素子ＳＷのオン、オフの切り換えを同
図に示すように適宜行なわせるようにしている。なおそ
の場合、Ｖ_Ｂ＜Ｖ_ｓのときコンパレータＣＭＰの出力信
号はハイレベル“Ｈ”となってスイッチング素子ＳＷは
オンとなり、Ｖ_Ｂ≧Ｖ_ｓのときコンパレータＣＭＰの出
力信号はローレベル“Ｌ”となってスイッチング素子Ｓ
Ｗはオフとなるようになっている。

しかし、このように単にコンパレータＣＭＰの出力信号
にしたがってスイッチング素子ＳＷのオン、オフを行な
わせるのでは、第４図に示すようにｔ１の時点で例えば
エアコンディショナーなどの電気負荷４が投入される
と、基準発電電圧Ｖ_ｓが切り換えられることによりスイ
ッチング素子ＳＷがオンしてもそれが基準電圧Ｖ_ｓに回
復するｔ２時点まで長時間Tonを要してしまう。また第
５図に示すように、発電機３の発電量も電気負荷４の投
入時の突入電流に応じて急増し、それにしたがってエン
ジン回転数Ｎｅも急激に低下し、エンジンのアイドルア
ップの制御を行なわせたとしても、エンジン回転数Ｎｅ
が所定に立上るまでの応答時間以前にエンジン負荷が増
えるためにエンジン回転数の低下を防止しがたい。

そのため本発明では、特にコントローラＣＮＴにおい
て、スイッチング素子ＳＷのオン時間を内部カウンタに
より計測保持させる手段と、今回のオン時間が前回のオ
ン時間よりも所定時間長くなったか否かを検知させる手
段と、その検知時に一時強制的にスイッチング素子ＳＷ
をオフさせる手段とをとるようにしている。

その際、例えば第６図に示すように、前回のオン時間ｔ
（ｎ−１）に超過時間ｔαを加えたオン時間ｔｎの経過
後に強制オフ時間ｔｃを設けるようにする場合、ｔ１時
点で基準電圧Ｖ_ｓ以下に低下したバッテリ電圧Ｖ_Ｂが再
び基準電圧Ｖ_ｓにまで回復するまでの期間Ton′のあい
だ数回にわたって強制オフを行なわせるとき、ｔα，ｔ
ｃの各時間の初期値をそれぞれ設定したうえで、強制オ
フの回を重ねるごとにオン時間を長くしていくようなオ
ン時間の可変制御（この場合強制オフ時間ｔｃは一定）
または強制オフの回を重ねるごとに強制オフ時間を長く
していくようなオフ時間の可変制御を実行させるように
している。その場合、以下のように種々の手法をとるこ
とが考えられる。

まずオン時間の可変制御を行なわせる場合、第１の手法
として、今回のｔα時間を前回のｔα（ｎ−１）の関数
すなわちｔα＝ｆ｛ｔα（ｎ−１）｝とし、今回のｔα
時間を前回のｔα（ｎ−１）時間に一定時間Ｋ１を加え
たものとして設定させるようにして、ｔα時間を一定時
間Ｋ１ずつ加算的に増大させていくようにする。

またその第２の手法として、同じくｔα＝ｆ｛ｔα（ｎ
−１）｝の関係にあって、今回のｔα時間を前回のｔα
（ｎ−１）時間に一定係数ｋ１を乗じたものとして設定
させるようにして、ｔα時間を一定の割合で比例的に増
大させていくようにする。

またその第３の手法として、今回のｔα時間をそれまで
行なった強制オフの回数ｎの関数すなわちｔα＝ｆ(n)
とし、その強制オフの回数ｎに一定の係数ｋ２を乗じた
ものを前回のｔα（ｎ−１）時間に加えた値を今回のｔ
α時間として設定させるようにして、ｔα時間を強制オ
フの回数ｎにしたがって一定の割合で増大させていくよ
うにする。

さらに第４の手法として、今回のｔα時間を前回のｔα
（ｎ−１）時間および強制オフの回数ｎの関数すなわち
ｔα＝ｆ｛ｔα（ｎ−１）、ｎ｝とし、前回のｔα（ｎ
−１）時間に一定係数ｋ１を乗じたものと強制オフの回
数ｎに一定の係数ｋ２を乗じたものとを加えた値を今回
のｔα時間として設定させるようにして、ｔα時間をそ
の前回の値ｔα（ｎ−１）および強制オフの回数ｎにし
たがって一定の割合で増大させていくようにする。

次にオフ時間の可変制御を行なわせる場合、第１の手法
として、今回のｔｃ時間を前回のｔｃ（ｎ−１）の関数
すなわちｔｃ＝ｆ｛ｔｃ（ｎ−１）｝とし、今回のｔｃ
時間を前回のｔｃ（ｎ−１）時間に一定時間Ｋ２を加え
たものとして設定させるようにして、ｔｃ時間を一定時
間Ｋ２ずつ加算的に増大させていくようにする。その場
合、前述したｔα時間を一定時間Ｋ１ずつ加算的に増大
させていく手法を合せて採用する。

またその第２の手法として、今回のｔｃ時間をそれまで
行なった強制オフの回数ｎの関数すなわちｔｃ＝ｆ(n)
とし、その強制オフの回数ｎに一定の係数ｋ３を乗じた
値を今回のｔｃ時間として設定させるようにして、ｔｃ
時間を強制オフの回数ｎにしたがって一定の割合で増大
させていくようにする。その場合も、前述したｔα時間
を一定時間Ｋ１ずつ加算的に増大させていく手法を合せ
て採用する。

さらに第３の手法として、今回のｔｃ時間を前回のｔｃ
（ｎ−１）時間および強制オフの回数ｎの関数すなわち
ｔｃ＝ｆ｛ｔｃ（ｎ−１）、ｎ｝とし、前回のｔｃ（ｎ
−１）時間に一定係数ｋ４を乗じたのと強制オフの回数
ｎに一定の係数ｋ２を乗じたものとを加えた値を今回の
ｔα時間として設定させるようにして、ｔα時間をその
前回の値ｔα（ｎ−１）および強制オフの回数ｎにした
がって一定の割合で増大させていくようにする。その場
合も、前述したｔα時間を一定時間Ｋ１ずつ加算的に増
大させていく手法を合せて採用する。

第７図に、本発明を実施する際におけるコントローラＣ
ＮＴの処理のフローを示している。

まず、コンパレータＣＭＰの出力信号がハイレベル
“Ｈ”すなわちスイッチング素子ＳＷのオン指令である
か否かをみて、ハイレベル“Ｈ”であれば次にｔα時間
を計測するｔαカウンタ（コントローラＣＮＴの内部に
設けられている）のカウント値Ａとｔα設定値Ｂとの比
較を行なう。

そのときＡ≦ＢであればＡのカウント値をインクリメン
トしたうえで、ｔα、ｔｃの設定のためのフラグＦａが
セットされているか否かをみて、セットされていればス
イッチング素子ＳＷにオン信号を与えて発電機３の界磁
コイルＦＣに励磁電流を供給する。またフラグＦｅがセ
ットされていなければフラグＦｅをセットしたうえで演
算サブルーチンに入り、そこでｔα、ｔｃを再設定した
うえでスイッチング素子ＳＷにオン信号を与える。

そのときＡ＞Ｂであれば、ｔｃ時間を計測するｔｃカウ
ンタ（コントローラＣＮＴの内部に設けられている）の
内容をインクリメントしたうえでそのカウント値Ｃとｔ
ｃ設定値Ｅとを比較し、Ｃ＞Ｅのときには強制オフ回数
をカウントするｎカウンタ（コントローラＣＮＴの内部
に設けられている）の内容をインクリメントしたうえ
で、フラグＦｅがセットされているか否かをみて、後は
前述と同様の処理を行なう。またＣ≦Ｅのときには、フ
ラグＦｅをリセットしたうえで、スイッチング素子ＳＷ
にオフ信号を与えて発電機３の界磁電流をしゃ断する。

また、コンパレータＣＭＰの出力信号がローレベル
“Ｌ”であれば、ｎカウンタの内容をゼロにセットし、
フラグＦｅをリセットしたのちスイッチング素子ＳＷに
オフ信号を与える。

なお、ここでｔαカウンタおよびｔｃカウンタはいわゆ
る発電機３のソフト発電を行なわせるためのソフトタイ
マーとして機能している。またＡ、Ｂ、Ｆａはそれぞれ
ゼロに初期設定されている。

第８図ないし第１１図に、前述したオン時間の可変制御
を行なわせる場合の第１ないし第４の手法をとる際にお
ける各演算サブルーチンの内容をそれぞれ示している。

第１２図ないし第１４図に、前述したオフ時間の可変制
御を行なわせる場合の第１ないし第３の手法をとる際に
おける各演算サブルーチンの内容をそれぞれ示してい
る。

このように本発明では基準発電電圧Ｖ_ｓが切り換られて
発電機３の界磁巻線電流のオン期間が長くなると、界磁
電流のオン時間が漸増していくように一時強制的に発電
機の界磁電流をしゃ断しながら発電機の発電を行なわせ
るようにしているので、第１５図に示すように、突入電
流の大きな電気負荷４が投入されても発電機３の発電量
が従来のように急増することがなくなる。そのためエン
ジンの負担が軽くなってエンジン回転数Ｎｅが急激に大
きく低下することがなく、エンジンのアイドルアップの
制御を行なわせる場合にエンジン回転数Ｎｅが所定に立
上るまでの応答時間Tup′が短くなって応答性の良いエ
ンジンのアイドルアップを行なわせることができ、自動
車のドライバビリテイを損なうことがなくなる。

効果 以上、本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式にあ
っては、バッテリ電圧が常に基準電圧になるようにその
発電機の大発電側、小発電側の切換制御を行なわせる
際、大きな電気負荷が投入されて発電機が大発電側に切
り換えられる場合にエンジンに負担が急激にかかること
を有効に防止することができるという優れた利点を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンジン駆動発電機の制御方式を
具体的に実施するための回路構成例を示す電気的結線
図、第２図はバッテリ、発電機および電気負荷の接続状
態を示す回路図、第３図はエンジン回転数に対する発電
機の出力電流特性を示す図、第４図はバッテリ電圧の変
化に対する従来の制御方式におけるスイッチング素子の
オン、オフ状態を示す特性図、第５図は従来の制御方式
におけるスイッチング素子のオン、オフ状態、電気負荷
の投入状態、発電機の発電量、エンジン回転数の各特性
を示すタイムチヤート、第６図はバッテリ電圧の変化に
対する本発明の制御方式におけるスイッチング素子のオ
ン、オフ状態を示す特性図、第７図は本発明を実施する
際におけるコントローラの処理のフローを示す図、第８
図ないし第１４図はそのフローにおける演算サブルーチ
ンの一例をそれぞれ示す図、第１５図は本発明の制御方
式によるスイッチング素子のオン、オフ状態、電気負荷
の投入状態、発電機の発電量、エンジン回転数の各特性
を示すタイムチヤートである。 １…バッテリ ２…エンジン ３…発電機 ４…電気負
荷 ＣＭＰ…コンパレータ ＣＮＴ…コントローラ Ｌ
ＯＧ…ロジック回路 ＦＣ…界磁コイル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バッテリ電圧と予め設定された基準電圧と
   比較するコンパレータの出力信号に応じてコントローラ
   の制御下でバッテリ電圧が基準電圧になるようにバッテ
   リに並列接続された交流発電機の界磁巻線のオン、オフ
   制御を行なわせるものにあって、コントローラにおい
   て、界磁巻線におけるオン時間を計測保持する手段と、
   今回のオン時間が前回のオン時間よりも所定時間長くな
   ったことを検知する手段と、その検知時に一時強制的に
   発電機の発電量をオフ側に切り換える手段とをとるよう
   にしたエンジン駆動発電機の制御方式。
2. 【請求項２】前記所定時間を、前回の所定時間およびま
   たは強制的にオフ側に切り換える回数に応じて可変的に
   設定するようにしたことを特徴とする前記第１項の記載
   によるエンジン駆動発電機の制御方式。
3. 【請求項３】発電機の発電量を強制的にオフ側に切り換
   える時間を、前回のオン側への切換時間およびまたは強
   制的にオフ側に切り換える回数に応じて可変的に設定す
   るようにしたことを特徴とする前記第１項の記載による
   エンジン駆動発電機の制御方式。