JP3613845B2 - 車両用発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電装置に関し、詳しくは大容量電気負荷への給電を制御する車両用発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−２２５４３号公報は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、大容量電気負荷の要求電流が大きい場合に、特別の励磁電流発生回路（出力電流増大手段）から励磁コイルへ高励磁電圧を印加して励磁電流を増大させ、これにより出力電流すなわち発電電流を増大させることを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報が提案する大容量電気負荷給電方式では、装置構成が複雑となるという問題があった。
この問題を改善するために、単に励磁電流の導通率増大に基づく界磁束増強により大容量電気負荷作動時における大電流発電を実施することも考えられるが、このような大出力発電機の採用は、大容量電気負荷の非作動時において小容量の通常電気負荷の断続やバッテリ電位の変動によりこの大出力発電機が断続して、発電に係わるエンジンの負荷トルクの変動が大きくなり、例えばアイドリング時のアイドル回転数の低下などの不具合が問題となった。もちろん、このような場合でも大容量電気負荷の断続時点からある程度時間が経過すれば、例えば検出したバッテリ電圧と基準電圧との差を解消するよう励磁電流制御トランジスタの導通率をフィードバック制御するなどの従来手法により発電に係わるエンジンの負荷トルクの変動を低減できるであろうが、発電時間がある程度持続するようなモードでは発電開始時や発電停止時にエンジンに与える負荷変動ショックが大きくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置規模や制御規模の増大を回避しつつ、大容量電気負荷の非作動時における発電機の発電と発電停止との発電状態の遷移に伴うエンジン負荷の変動を低減可能な車両用発電装置を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の第１の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、前記バッテリの電圧と前記バッテリの基準電圧との比較を行う回路と、入力される導通率制御信号と前記回路の出力との論理積演算結果を前記半導体スイッチに実質的に出力する回路とを有しており、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率制御信号により前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率制御信号による前記導通率の制限を禁止することを特徴とすることを特徴とする車両用発電装置である。
【０００６】
本構成では、大容量電気負荷の非作動時に（すなわち、非作動時の一部又は全部の期間において）、励磁電流の導通率を所定の最大導通率値未満に強制的に制限し、前記大容量電気負荷の作動期間中、この導通率の制限を禁止する。なお、導通率の制限を禁止するとは、通常のバッテリ電圧と基準電圧との比較に基づく導通率制御を１００％を含む範囲で行うか又は導通率を１００％に固定することを意味する。
【０００７】
このようにすれば、大容量電気負荷の非作動時において発電機が発電を開始したとしても発電機の出力電流が急増することなく、エンジン負荷の急増によるショックやエンジン回転数の低下を防止することができる。
なお、本構成は、特にエンジンのアイドル時などの低回転域においてその回転数の急低下によるエンジンストールを防止できる点で特に有効である。したがって、本構成は、エンジンのアイドル時などの低回転域を例えば発電周波数などに基づいて検出し、この低回転域において実施することもできる。
【０００８】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、前記制御手段が、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始することを特徴としている。
すなわち、大容量電気負荷の作動終了時点直後はバッテリ電位が低下しているのが通常であるので、大容量電気負荷の作動終了時点直後の期間も導通率の制限を行わないことによりバッテリ電位をある程度回復させ、その後、導通率制限を行う。これにより、大容量電気負荷の非作動時におけるバッテリ電圧の低電位状態を回避することができる。
【０００９】
本発明の第３の構成は、上記第１又は第２の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定することを特徴としている。本構成によれば、導通率制限時に万が一、通常の車両用電気負荷を全て作動させたとしてもバッテリが過放電となることがない。
【００１０】
本発明の第４の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記導通率を一定値に設定することを特徴としている。本構成によれば、導通率を一定値に制限するので、制御が簡単となる。
本発明の第５の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記励磁電流が所定値以下となるように前記導通率を制御することを特徴としている。本構成によれば、励磁電流の制限時に、励磁電流を検出するとともに検出した励磁電流が所定値以下となるように導通率を制御するので、一層正確なエンジン負荷の変動抑制が可能となる。
【００１１】
本発明の第６の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、バッテリ電圧が所定値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。本構成によれば、バッテリ電圧がある値以上にアップすることで大容量電気負荷の非作動を判断するので、検出はいわゆるレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。これは、大容量電気負荷の作動時、特にある一定期間連続作動する例えば排気ガス浄化用触媒加熱のためののヒータなどの作動期間の終了時点にはバッテリ電圧が低下し、その後、バッテリの充電により一時的にバッテリ電圧が所定の基準電圧を超過するためにバッテリ電圧のある値以上にアップすることで大容量電気負荷の非作動を判断できることに基づいている。
【００１２】
また、本構成では、大容量電気負荷の通電停止直後、バッテリ電圧が低下している場合でも、このバッテリ電圧を上昇させてから（バッテリを充電してから）導通率制限を行うので、大容量電気負荷の非作動時におけるバッテリ電圧の低電位状態も回避することができる。
本発明の第７の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、バッテリ電圧が所定値未満となる場合、前記導通率の制限禁止を開始することを特徴としている。本構成によれば、バッテリ電圧がある値以上ダウンすることで大容量電気負荷の作動を判断するので、作動検出は多少遅れるものの検出をいわゆるレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。
【００１３】
本発明の第８の構成は、上記第３の構成において更に、前記大容量電気負荷が前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータ（以下、触媒ヒータと略称する。）からなり、前記制御手段が、前記エンジンの始動時点から所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータはエンジン始動後、ある一定時間以上は絶対に作動することがないということが予めわかっているので、エンジン始動後、所定時間経過してから導通率制限を行えば制御を簡素化でき、作動検出は多少遅れるものの検出をレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。更に、触媒ヒータ通電停止後、バッテリ電圧が回復した後、導通率制限を行うこともでき、大容量電気負荷非作動時におけるバッテリ電圧低下を防止することができる。
【００１４】
本発明の第９の構成は、上記第３の構成において更に、前記大容量電気負荷が前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータからなり、前記制御手段は、前記エンジンの始動時点又はその所定時間経過後から前記導通率の制限禁止を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータはエンジン始動後のある一定期間の他は絶対に作動することがないということが予めわかっているので、エンジン始動後導通率制限を解除すれば制御を簡素化でき、大容量電気負荷の作動検出をレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。また、エンジンの始動時点から所定時間経過後、導通率制限を解除する場合にはそれまでにエンジン回転数を上昇させて負荷急増に耐えることが容易となり、エンジン回転数の落ち込みを減らせる。
【００１５】
本発明の第１０の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、前記温度が所定値値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータなどの大容量電気負荷に通電する場合、制御手段に内蔵されて励磁電流を制御する半導体スイッチの導通率が大きくその発熱が大きいので、制御手段内部又はその近傍の温度を検出するのみにより簡単確実に大容量電気負荷の作動検出を多少の時間遅延はあるものの実現することができ、更にこの検出方式はレギュレータ（制御手段）の内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。なお、この大容量電気負荷作動検出は触媒ヒータのようにある期間持続して作動する大容量電気負荷の作動検出に特に好適である。
【００１６】
なお、外気温度変動の影響などを排除するために、単に温度の高低により判定する代わりに温度上昇の大小や温度上昇率の大小により判定することも可能である。
本発明の第１１の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記大容量電気負荷の作動判定時に前記エンジンのアイドル回転数を上昇させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力することを特徴としている。本構成によれば、大容量電気負荷の作動によるエンジンストールを防止することができ、かつ、このエンジンストール防止と導通率制限制御との両方の制御のための大容量電気負荷作動判定手段を共用することもできる。
【００１７】
本発明の第１２の構成は、上記第１１の構成において更に、アイドル回転数を検出するアイドル回転数検出手段を備え、前記制御手段が、前記指令出力時点から所定時間経過後又は前記アイドル回転数の上昇後、前記導通率の制限を禁止することを特徴としている。本構成によれば、実質的にアイドル回転数の上昇後、導通率制限を解除するので、導通率制限の解除によるエンジン負荷の増大をアイドル回転数の上昇後とすることができ、エンジンストールを一層確実に防止することができる。
【００１８】
本発明の第１３の構成は、上記第１１の構成において更に、前記制御手段が、前記大容量電気負荷の非作動判定時又はその所定時間経過後、前記エンジンのアイドル回転数を下降させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力することを特徴としている。本構成によれば、簡単にエンジンのアイドル回転数を下降させることができる。
本発明の第１４の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始することを特徴とする車両用発電装置である。
本発明の第１５の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定することを特徴とする車両用発電装置である。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施態様を以下の複数の実施例に基づいて説明する。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
本発明の車両用発電装置の一実施例を図１を参照して説明する。
本実施例の車両用発電装置は、発電を行う発電部２と、エンジン１の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ、本発明でいう制御手段）３とからなる。発電部２は、電機子コイル９及び励磁コイル１０を有してエンジン１により駆動される三相交流発電機２０と、電機子コイル９が発電する三相交流発電電圧を整流してその高位直流出力端からバッテリ４へ給電する三相全波整流器１１と、励磁コイル１０へ給電する励磁電流を断続制御するレギュレータ３００とからなる。低位端が接地されるバッテリ４の高位端は、車両用電気負荷５を通じて接地されるとともに、スイッチ７及び触媒ヒータ（大容量電気負荷）６を通じて接地されている。
【００２１】
レギュレータ３００は、抵抗１４、２１、２２及び定電圧ダイオード１５からなる基準電圧発生回路３０１と、抵抗１８、１９からなる分圧回路３０２と、コンパレータ１７と、アンド回路２５と、励磁電流断続用のトランジスタ１３と、フライホイルダイオード１２と、バッテリ４からキースイッチ８を通じてトランジスタ１３のベースにベース電流を給電する負荷抵抗３１とからなる。アンド回路２５の出力段はオープンコレクタ接続のエミッタ接地トランジスタであって、負荷抵抗３１はこのオープンコレクタ接続のエミッタ接地トランジスタの負荷素子をなしており、キースイッチ８の遮断時におけるトランジスタ１３のオンを禁止する構成となっている。
【００２２】
コンパレータ１７は、基準電圧発生回路３０１が出力する基準電圧Ｖｒｅｆと、分圧回路３０２が出力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓとを比較し、ＶｓがＶｒｅｆより大きい場合にローレベル信号Ｌｏを出力し、ＶｓがＶｒｅｆより小さい場合にハイレベル信号Ｈｉを出力する。アンド回路２５は、ＥＣＵ３から入力される導通率制御信号Ｓｄがハイレベルの場合に、コンパレータ１７の出力信号をトランジスタ１３に出力し、トランジスタ１３はコンパレータ１７の出力信号に応じて励磁電流Ｉｆを断続制御してバッテリ電圧を所定レベルに維持する。
【００２３】
次に、本実施例の特徴をなすＥＣＵ３の導通率制御動作（導通率制限及びその解除動作）を、図２のフローチャートを参照して説明する。
ＥＣＵ３はバッテリ４からキースイッチ８を通じて電源電圧を給電されており、キースイッチ８のオンとともにルーチンをスタートし、最初にステップ１００にて初期設定を行ってから、導通率制御信号Ｓｄであるオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙが２５％のＰＷＭ（パルス幅変調）信号をアンド回路２５に出力する（１０２）。この時、バッテリ電圧はスタータモータ（図示せず）への給電のために低値であるので、コンパレータ１７の出力信号はハイレベルとなっており、トランジスタ１３は導通率制御信号Ｓｄによってのみ規制されることになり、その結果、励磁電流のデューティ比は２５％に固定されることになる。
【００２４】
次に、図示しないエンジン回転数センサからのエンジン回転数が所定レベル以上となったことを判定することにより（又は例えば発電周波数などエンジン回転数センサを用いないエンジン回転数検出方式により）、エンジン回転数が所定値以上になったかどうかによりエンジン１が始動したかどうかを調べてエンジン１が始動するまで待機し（１０４）、エンジンが始動したらスイッチ７を閉じて触媒ヒータ（ＥＨＣ）６に給電するとともにアイドル回転数の設定値をアップする（１０６）。ＥＣＵ３によるアイドル回転数を所定レベルに維持するアイドル制御自体は周知であり、その制御の詳細については説明を省略する。
【００２５】
次に、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数を超えるエンジン回転数の設定値１０００ｒｐｍを超えるまで待機し（１０８、１０９）、超えれば、導通率制御信号Ｓｄのオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙを１００％に設定する（１１０）。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが設定値１０００ｒｐｍを超えれば大出力発電によるエンジンストールを回避できるのでＦｄｕｔｙを１００％に設定して導通率の制限を解除し、トランジスタ１３を持続してオンする（１１０）。触媒ヒータ６は大容量であり、その導通期間中はバッテリ電圧は充分低下するのでコンパレータ１７は常にハイレベルを出力し、コンパレータ１７によりトランジスタ１３のこのＦｄｕｔｙ１００％での導通が規制されることはない。
【００２６】
次に、触媒ヒータ６の温度を検出する温度センサ６０が検出する温度Ｔが所定温度Ｔｔを超えるまで待機し（１１２、１１４）、超えれば触媒ヒータ６への通電は不要と判定して触媒ヒータ６への通電を遮断するとともにアイドル回転数の設定値を元の値にダウンする（１１６）。その後、一定時間ΔＴだけ待機した後（１１８）、導通率制御信号Ｓｄのオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙを６０％に設定する（１２０）。本実施例では、触媒ヒータ６が遮断された場合には、残りの車両用電気負荷全部からなる車両用電気負荷５がオンしてもトランジスタ１３のオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙは６０％未満としてあるので、過渡的に車両用電気負荷５の状態がいかなる状態であろうとトランジスタ１３の導通率を６０％未満に抑制することができ、エンジン負荷の急増を防止でき、エンジンストールを防止することができる。
【００２７】
本実施例における導通率変化を図５の（ａ）に示す。Ｌは導通率を６０％未満に制限した領域である。ステップ１１８における待機時間を０とすることも可能である。
（実施例２）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図３を参照して説明する。
【００２８】
本実施例の車両用発電装置は、トランジスタ１３の導通率の制御（導通率制限及びその解除）をレギュレータ３００ａにてハードウエアにより実施するものであり、したがって、本実施例では、レギュレータ３００ａが本発明でいう制御手段を構成している。
レギュレータ３００ａは、ＮＡＮＤ回路２６がハイレベルを出力する場合（導通率制限を行わない場合）、トランジスタ１３はアンド回路２５を通じてコンパレータ１７の出力により制御され、コンパレータ１７は、基準電圧発生回路３０１ａが出力する基準電圧Ｖｒｅｆと、分圧回路３０２ａが出力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓとの比較結果を出力し、励磁コイル１０にバッテリ電圧を一定レベルに維持する励磁電流を給電する制御を行う点で、実施例１又は通常のレギュレータと同じである。
【００２９】
ただし、基準電圧発生回路３１ａは抵抗２１、２２と直列に抵抗２３、２４とをもち、基準電圧Ｖｒｅｆ２及び基準電圧Ｖｒｅｆ３を発生している。また、分圧回路３２ａも抵抗１８、１９と直列に抵抗２０とをもち、バッテリ電圧の分圧Ｖｓ２を発生している。
次に、導通率制限及びその解除を行う回路部の構成及び動作を説明する。
【００３０】
この回路部は、アンド回路２５に出力するＮＡＮＤ回路２６と、基準電圧Ｖｒｅｆ２と分圧Ｖｓ２との比較結果をＮＡＮＤ回路２６に出力するコンパレータ１６と、トランジスタ１３のエミッタと接地間に接続される電流検出用のエミッタ抵抗３２と、トランジスタ１３のエミッタ電位と基準電圧Ｖｒｅｆ３とを比較するコンパレータ２７と、コンパレータ２７の出力電圧の低下時点から遅延動作を行う遅延回路３０３ａとからなる。遅延回路３０３ａは、低位端が接地されるコンデンサ２９と、コンデンサ２９からコンパレータ２７の出力端への逆流を阻止するダイオード２８と、コンデンサ３０と並列に接続される抵抗３０とからなり、コンデンサ２９の高位端はダイオード２８を通じてコンパレータ２７により充電される。
【００３１】
いま、触媒ヒータ６に通電が開始されたものとする。触媒ヒータ６は大容量であるので、バッテリ電圧の低下によりトランジスタ１３の導通率は１００％となり、励磁電流Ｉｆに比例するトランジスタ１３のエミッタ電圧は基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなるので（すなわち励磁電流Ｉｆが所定値を超えるので）、コンパレータ２７はハイレベルを出力し、ダイオード２８を通じてコンデンサ２９を充電するとともにＮＡＮＤ回路２６にハイレベルを出力する。この時、上述したようにバッテリ電圧が低いので、コンパレータ１６はローレベルを出力し、その結果、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、結局、アンド回路２５はハイレベルを出力し、トランジスタ１３は常時オンされる。
【００３２】
その後、触媒ヒータ６への通電が遮断されると、導通率１００％の発電によりバッテリ電圧が回復し、バッテリ電圧の分圧Ｖｓ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きくなり、コンパレータ１６はハイレベルを出力する。この時、コンパレータ１７はまだハイレベルを出力している。この結果、ＮＡＮＤ回路２６の出力信号は遅延回路３０３ａの出力信号の反転信号を出力する。
【００３３】
すなわち、トランジスタ１３の通電電流が増大して、そのエミッタ電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなればコンパレータ２７はハイレベルを出力し、ダイオード２８を通じてコンデンサ２９を充電するとともにＮＡＮＤ回路２６にハイレベルを出力する。すると、ＮＡＮＤ回路２６はローレベルを出力し、トランジスタ１３をオフする。トランジスタ１３がオフすれば、励磁コイル１０にはダイオード１２を通じて励磁電流を流しつつ、徐々に励磁電流Ｉｆが低下していく。
【００３４】
一方、トランジスタ１３を流れる励磁電流が遮断されれば、コンパレータ２７はローレベルを出力するが、遅延回路３０３ａはコンデンサ２９の蓄電によりすぐにはＮＡＮＤ回路２６にローレベルを出力せず、一定の遅延時間遅れて漸くローレベルを出力し、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、トランジスタ１３は再びオンする。このトランジスタ１３のオンにより励磁コイル１０への励磁電流Ｉｆは徐々に増大され、結局、トランジスタ１３のエミッタ電位に比例するトランジスタ１３の励磁電流成分が所定のピーク値を超えない範囲でトランジスタ１３が断続することになる。なお、励磁コイル１０に流れる電流はトランジスタ１３のオフ時にもダイオード１２を通じて流れるので、励磁電流Ｉｆは所定の一定レベルを超えないように制限されることになる。
【００３５】
次に、このように励磁電流Ｉｆの瞬時値を所定の一定レベルに制限しつつ発電を行っても、車両用電気負荷５が軽いのでバッテリ電圧は徐々に増大し、分圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータ１７がローレベルを出して、トランジスタ１３をオフする。すなわち、レギュレータ３００ａは、励磁電流Ｉｆの瞬時値が所定の一定レベルを超えないように制限するとともに、バッテリ電圧の分圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆに維持する制御動作を行う。
【００３６】
この実施例の導通率の変化を図５の（ｂ）に示し、バッテリ電圧Ｖｂの変化をＶｂに示す。なお、コンパレータ１６は触媒ヒータ６が遮断された後、所定時間経過したことをレギュレータ３００ａの内部で検出する機能を果たす。
（実施例３）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図４を参照して説明する。
【００３７】
本実施例の車両用発電装置は、実施例２のレギュレータ３００ａの回路を一部変更したものである。
すなわちこの実施例では、実施例２のコンパレータ１６が出力する比較結果の代わりに、抵抗３３とコンデンサ３４とからなる遅延回路３０４ｂの出力電圧をＮＡＮＤ回路２６に出力するものである。
【００３８】
このようにすれば、キースイッチ８をオンした後、抵抗３３とコンデンサ３４とで決定される遅延時間ΔＴ１だけ、遅延回路３０４ｂはＮＡＮＤ回路２６にローレベルを出力し、この期間中、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、トランジスタ１３はオンされる。
この遅延時間Ｔ１が過ぎれば、遅延回路３０４ｂはハイレベルを出力し、実施例２と同様の励磁電流制限を行いつつバッテリ電圧の分圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆに収束させる動作を行う。
【００３９】
この実施例の導通率の変化を図５の（ｃ）に示す。なお、遅延回路３０４ｂは触媒ヒータ６が遮断された後、所定時間経過したことをレギュレータ３００ａの内部で検出する機能を果たす。
（実施例４）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図６を参照して説明する。
【００４０】
本実施例の車両用発電装置は、実施例１のスイッチ７を、三相全波整流器１１の高位直流出力端をバッテリ４の高位端と触媒ヒータ６の高位端との一方に切り換える切り換えスイッチ７ｃに変更した点が異なっている。ＥＣＵ３の動作自体は図２のフローチャートに示す通りであるが、切り換えスイッチ７ｃはステップ１０６にて触媒ヒータ６側に切り換えられ、ステップ１１６にてバッテリ４側に切り換えられる。
【００４１】
このようにすれば、バッテリ４から触媒ヒータ６に給電することはなく、かつ、触媒ヒータ６の作動期間中における車両用電気負荷５の使用電力自体はバッテリ４の容量からみて充分小さいので、で、触媒ヒータ６の作動時のバッテリ４の電位低下を抑止できるという利点が生じる。
（実施例５）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図７及び図８を参照して説明する。
【００４２】
本実施例の車両用発電装置は、実施例２（図３参照）において、コンパレータ１６に入力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓ２の代わりにサーミスタ４０と抵抗４１との直列接続回路からなる温度検出回路３０５ｃの出力信号Ｖｓ４をコンパレータ１６に入力する点と、コンパレータ１６の出力を所定時間遅延する遅延回路３０３ｃを設けたものである。遅延回路３０３ｃは抵抗４２とコンデンサ４３とからなる通常のローパスフィルタであるが、どんな回路形式を採用してもよい。サーミスタ４０はトランジスタ１３の近傍に配設される。
【００４３】
以下、上記変更回路部分の動作を説明する。触媒ヒータ６への通電時において、トランジスタ１３は導通率１００％で運転され、サーミスタ４０は次第に温度が上昇し、その抵抗が低下し、温度信号電圧Ｖｓ４が低下し、所定時間経過すると温度信号電圧Ｖｓ４は基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回る。すると、コンパレータ１７はハイレベルを出力し、抵抗４２を通じてコンデンサ４３を充電し、コンデンサ４３は所定時間後、ハイレベルをＮＡＮＤ回路２６に出力する。その他の動作は実施例２と同じである。サーミスタ４０以外の他の温度検出手段をレギュレータ３００ｃに内蔵することは当然可能である。また、遅延回路３０３ｃの省略も可能である。
【００４４】
更に、上記実施例２、３、５では、レギュレータ（制御手段）内部にて、バッテリ電圧の低下またはキースイッチ８のオンの検出を行うことにより、触媒ヒータ６のオンを推定することができ、触媒ヒータ６の動作検出のための配線を必要としない。また、上記実施例２、３、５では、レギュレータ（制御手段）内部にて、触媒ヒータ６のオフを推定することができ、触媒ヒータ６の動作検出のための配線を必要としない。
【００４５】
（変形態様１）
触媒ヒータ６がオンすればすぐにバッテリ電圧が大幅に低下するので、バッテリ電圧が所定値未満となる場合、触媒ヒータ６のオンと判定して導通率の制限禁止を開始することができる。このようにすれば、触媒ヒータ６のオン時、導通率の制限禁止を速やかに実施することができる。
【００４６】
なお、この態様では、この場合、実際に触媒ヒータ６がオンしてから実際にバッテリ電圧が触媒ヒータ６のオンの判定可能なレベルまで低下する期間は、厳密に言えば導通率制限の禁止を行うことができない。しかし、この制御モードも本発明に包含されるものとする。
（変形態様２）
エンジン１の始動時点またはその直後を触媒ヒータ６のオン時点とし、その一定時間後を触媒ヒータ６のオフ時点とし、このオフ時点より長い所定時間がエンジン始動時から経過した後、トランジスタ１３の導通率の制限を開始することができる。すなわち、本態様では、エンジン始動時点から所定時間経過するまでの期間に触媒ヒータ６の作動期間が含まれると仮定して、その作動、非作動をレギュレータ内部で検出している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図２】実施例１のＥＣＵ３の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図４】本発明の実施例３の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図５】実施例１〜３における導通率波形を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例４の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図７】本発明の実施例５の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図８】図７の要部回路図である。
【符号の説明】
１０は励磁コイル、９は電機子コイル、１はエンジン、４はバッテリ、６は触媒ヒータ（大容量電気負荷）、５は車両用電気負荷、２０は車両用交流発電機（発電機）、１３はトランジスタ（半導体スイッチ）、３００、３００ａ、３００ｃはレギュレータ（制御手段）、３はＥＣＵ（制御手段）、４０はサーミスタ（温度検出手段）、６０はアイドル回転数検出手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電装置に関し、詳しくは大容量電気負荷への給電を制御する車両用発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−２２５４３号公報は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、大容量電気負荷の要求電流が大きい場合に、特別の励磁電流発生回路（出力電流増大手段）から励磁コイルへ高励磁電圧を印加して励磁電流を増大させ、これにより出力電流すなわち発電電流を増大させることを提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報が提案する大容量電気負荷給電方式では、装置構成が複雑となるという問題があった。
この問題を改善するために、単に励磁電流の導通率増大に基づく界磁束増強により大容量電気負荷作動時における大電流発電を実施することも考えられるが、このような大出力発電機の採用は、大容量電気負荷の非作動時において小容量の通常電気負荷の断続やバッテリ電位の変動によりこの大出力発電機が断続して、発電に係わるエンジンの負荷トルクの変動が大きくなり、例えばアイドリング時のアイドル回転数の低下などの不具合が問題となった。もちろん、このような場合でも大容量電気負荷の断続時点からある程度時間が経過すれば、例えば検出したバッテリ電圧と基準電圧との差を解消するよう励磁電流制御トランジスタの導通率をフィードバック制御するなどの従来手法により発電に係わるエンジンの負荷トルクの変動を低減できるであろうが、発電時間がある程度持続するようなモードでは発電開始時や発電停止時にエンジンに与える負荷変動ショックが大きくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置規模や制御規模の増大を回避しつつ、大容量電気負荷の非作動時における発電機の発電と発電停止との発電状態の遷移に伴うエンジン負荷の変動を低減可能な車両用発電装置を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の第１の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、前記バッテリの電圧と前記バッテリの基準電圧との比較を行う回路と、入力される導通率制御信号と前記回路の出力との論理積演算結果を前記半導体スイッチに実質的に出力する回路とを有しており、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率制御信号により前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率制御信号による前記導通率の制限を禁止することを特徴とすることを特徴とする車両用発電装置である。
【０００６】
本構成では、大容量電気負荷の非作動時に（すなわち、非作動時の一部又は全部の期間において）、励磁電流の導通率を所定の最大導通率値未満に強制的に制限し、前記大容量電気負荷の作動期間中、この導通率の制限を禁止する。なお、導通率の制限を禁止するとは、通常のバッテリ電圧と基準電圧との比較に基づく導通率制御を１００％を含む範囲で行うか又は導通率を１００％に固定することを意味する。
【０００７】
このようにすれば、大容量電気負荷の非作動時において発電機が発電を開始したとしても発電機の出力電流が急増することなく、エンジン負荷の急増によるショックやエンジン回転数の低下を防止することができる。
なお、本構成は、特にエンジンのアイドル時などの低回転域においてその回転数の急低下によるエンジンストールを防止できる点で特に有効である。したがって、本構成は、エンジンのアイドル時などの低回転域を例えば発電周波数などに基づいて検出し、この低回転域において実施することもできる。
【０００８】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、前記制御手段が、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始することを特徴としている。
すなわち、大容量電気負荷の作動終了時点直後はバッテリ電位が低下しているのが通常であるので、大容量電気負荷の作動終了時点直後の期間も導通率の制限を行わないことによりバッテリ電位をある程度回復させ、その後、導通率制限を行う。これにより、大容量電気負荷の非作動時におけるバッテリ電圧の低電位状態を回避することができる。
【０００９】
本発明の第３の構成は、上記第１又は第２の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定することを特徴としている。本構成によれば、導通率制限時に万が一、通常の車両用電気負荷を全て作動させたとしてもバッテリが過放電となることがない。
【００１０】
本発明の第４の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記導通率を一定値に設定することを特徴としている。本構成によれば、導通率を一定値に制限するので、制御が簡単となる。
本発明の第５の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記導通率の制限時に前記励磁電流が所定値以下となるように前記導通率を制御することを特徴としている。本構成によれば、励磁電流の制限時に、励磁電流を検出するとともに検出した励磁電流が所定値以下となるように導通率を制御するので、一層正確なエンジン負荷の変動抑制が可能となる。
【００１１】
本発明の第６の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、バッテリ電圧が所定値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。本構成によれば、バッテリ電圧がある値以上にアップすることで大容量電気負荷の非作動を判断するので、検出はいわゆるレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。これは、大容量電気負荷の作動時、特にある一定期間連続作動する例えば排気ガス浄化用触媒加熱のためののヒータなどの作動期間の終了時点にはバッテリ電圧が低下し、その後、バッテリの充電により一時的にバッテリ電圧が所定の基準電圧を超過するためにバッテリ電圧のある値以上にアップすることで大容量電気負荷の非作動を判断できることに基づいている。
【００１２】
また、本構成では、大容量電気負荷の通電停止直後、バッテリ電圧が低下している場合でも、このバッテリ電圧を上昇させてから（バッテリを充電してから）導通率制限を行うので、大容量電気負荷の非作動時におけるバッテリ電圧の低電位状態も回避することができる。
本発明の第７の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、バッテリ電圧が所定値未満となる場合、前記導通率の制限禁止を開始することを特徴としている。本構成によれば、バッテリ電圧がある値以上ダウンすることで大容量電気負荷の作動を判断するので、作動検出は多少遅れるものの検出をいわゆるレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。
【００１３】
本発明の第８の構成は、上記第３の構成において更に、前記大容量電気負荷が前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータ（以下、触媒ヒータと略称する。）からなり、前記制御手段が、前記エンジンの始動時点から所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータはエンジン始動後、ある一定時間以上は絶対に作動することがないということが予めわかっているので、エンジン始動後、所定時間経過してから導通率制限を行えば制御を簡素化でき、作動検出は多少遅れるものの検出をレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。更に、触媒ヒータ通電停止後、バッテリ電圧が回復した後、導通率制限を行うこともでき、大容量電気負荷非作動時におけるバッテリ電圧低下を防止することができる。
【００１４】
本発明の第９の構成は、上記第３の構成において更に、前記大容量電気負荷が前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータからなり、前記制御手段は、前記エンジンの始動時点又はその所定時間経過後から前記導通率の制限禁止を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータはエンジン始動後のある一定期間の他は絶対に作動することがないということが予めわかっているので、エンジン始動後導通率制限を解除すれば制御を簡素化でき、大容量電気負荷の作動検出をレギュレータの内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。また、エンジンの始動時点から所定時間経過後、導通率制限を解除する場合にはそれまでにエンジン回転数を上昇させて負荷急増に耐えることが容易となり、エンジン回転数の落ち込みを減らせる。
【００１５】
本発明の第１０の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、前記温度が所定値値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始することを特徴としている。すなわち、本構成では、触媒ヒータなどの大容量電気負荷に通電する場合、制御手段に内蔵されて励磁電流を制御する半導体スイッチの導通率が大きくその発熱が大きいので、制御手段内部又はその近傍の温度を検出するのみにより簡単確実に大容量電気負荷の作動検出を多少の時間遅延はあるものの実現することができ、更にこの検出方式はレギュレータ（制御手段）の内部にて行うことができ、大容量電気負荷の作動、非作動を検出するための配線を減らすことができる。なお、この大容量電気負荷作動検出は触媒ヒータのようにある期間持続して作動する大容量電気負荷の作動検出に特に好適である。
【００１６】
なお、外気温度変動の影響などを排除するために、単に温度の高低により判定する代わりに温度上昇の大小や温度上昇率の大小により判定することも可能である。
本発明の第１１の構成は、上記第３の構成において更に、前記制御手段が、前記大容量電気負荷の作動判定時に前記エンジンのアイドル回転数を上昇させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力することを特徴としている。本構成によれば、大容量電気負荷の作動によるエンジンストールを防止することができ、かつ、このエンジンストール防止と導通率制限制御との両方の制御のための大容量電気負荷作動判定手段を共用することもできる。
【００１７】
本発明の第１２の構成は、上記第１１の構成において更に、アイドル回転数を検出するアイドル回転数検出手段を備え、前記制御手段が、前記指令出力時点から所定時間経過後又は前記アイドル回転数の上昇後、前記導通率の制限を禁止することを特徴としている。本構成によれば、実質的にアイドル回転数の上昇後、導通率制限を解除するので、導通率制限の解除によるエンジン負荷の増大をアイドル回転数の上昇後とすることができ、エンジンストールを一層確実に防止することができる。
【００１８】
本発明の第１３の構成は、上記第１１の構成において更に、前記制御手段が、前記大容量電気負荷の非作動判定時又はその所定時間経過後、前記エンジンのアイドル回転数を下降させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力することを特徴としている。本構成によれば、簡単にエンジンのアイドル回転数を下降させることができる。
本発明の第１４の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始することを特徴とする車両用発電装置である。
本発明の第１５の構成は、励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定することを特徴とする車両用発電装置である。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施態様を以下の複数の実施例に基づいて説明する。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
本発明の車両用発電装置の一実施例を図１を参照して説明する。
本実施例の車両用発電装置は、発電を行う発電部２と、エンジン１の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ、本発明でいう制御手段）３とからなる。発電部２は、電機子コイル９及び励磁コイル１０を有してエンジン１により駆動される三相交流発電機２０と、電機子コイル９が発電する三相交流発電電圧を整流してその高位直流出力端からバッテリ４へ給電する三相全波整流器１１と、励磁コイル１０へ給電する励磁電流を断続制御するレギュレータ３００とからなる。低位端が接地されるバッテリ４の高位端は、車両用電気負荷５を通じて接地されるとともに、スイッチ７及び触媒ヒータ（大容量電気負荷）６を通じて接地されている。
【００２１】
レギュレータ３００は、抵抗１４、２１、２２及び定電圧ダイオード１５からなる基準電圧発生回路３０１と、抵抗１８、１９からなる分圧回路３０２と、コンパレータ１７と、アンド回路２５と、励磁電流断続用のトランジスタ１３と、フライホイルダイオード１２と、バッテリ４からキースイッチ８を通じてトランジスタ１３のベースにベース電流を給電する負荷抵抗３１とからなる。アンド回路２５の出力段はオープンコレクタ接続のエミッタ接地トランジスタであって、負荷抵抗３１はこのオープンコレクタ接続のエミッタ接地トランジスタの負荷素子をなしており、キースイッチ８の遮断時におけるトランジスタ１３のオンを禁止する構成となっている。
【００２２】
コンパレータ１７は、基準電圧発生回路３０１が出力する基準電圧Ｖｒｅｆと、分圧回路３０２が出力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓとを比較し、ＶｓがＶｒｅｆより大きい場合にローレベル信号Ｌｏを出力し、ＶｓがＶｒｅｆより小さい場合にハイレベル信号Ｈｉを出力する。アンド回路２５は、ＥＣＵ３から入力される導通率制御信号Ｓｄがハイレベルの場合に、コンパレータ１７の出力信号をトランジスタ１３に出力し、トランジスタ１３はコンパレータ１７の出力信号に応じて励磁電流Ｉｆを断続制御してバッテリ電圧を所定レベルに維持する。
【００２３】
次に、本実施例の特徴をなすＥＣＵ３の導通率制御動作（導通率制限及びその解除動作）を、図２のフローチャートを参照して説明する。
ＥＣＵ３はバッテリ４からキースイッチ８を通じて電源電圧を給電されており、キースイッチ８のオンとともにルーチンをスタートし、最初にステップ１００にて初期設定を行ってから、導通率制御信号Ｓｄであるオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙが２５％のＰＷＭ（パルス幅変調）信号をアンド回路２５に出力する（１０２）。この時、バッテリ電圧はスタータモータ（図示せず）への給電のために低値であるので、コンパレータ１７の出力信号はハイレベルとなっており、トランジスタ１３は導通率制御信号Ｓｄによってのみ規制されることになり、その結果、励磁電流のデューティ比は２５％に固定されることになる。
【００２４】
次に、図示しないエンジン回転数センサからのエンジン回転数が所定レベル以上となったことを判定することにより（又は例えば発電周波数などエンジン回転数センサを用いないエンジン回転数検出方式により）、エンジン回転数が所定値以上になったかどうかによりエンジン１が始動したかどうかを調べてエンジン１が始動するまで待機し（１０４）、エンジンが始動したらスイッチ７を閉じて触媒ヒータ（ＥＨＣ）６に給電するとともにアイドル回転数の設定値をアップする（１０６）。ＥＣＵ３によるアイドル回転数を所定レベルに維持するアイドル制御自体は周知であり、その制御の詳細については説明を省略する。
【００２５】
次に、エンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数を超えるエンジン回転数の設定値１０００ｒｐｍを超えるまで待機し（１０８、１０９）、超えれば、導通率制御信号Ｓｄのオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙを１００％に設定する（１１０）。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが設定値１０００ｒｐｍを超えれば大出力発電によるエンジンストールを回避できるのでＦｄｕｔｙを１００％に設定して導通率の制限を解除し、トランジスタ１３を持続してオンする（１１０）。触媒ヒータ６は大容量であり、その導通期間中はバッテリ電圧は充分低下するのでコンパレータ１７は常にハイレベルを出力し、コンパレータ１７によりトランジスタ１３のこのＦｄｕｔｙ１００％での導通が規制されることはない。
【００２６】
次に、触媒ヒータ６の温度を検出する温度センサ６０が検出する温度Ｔが所定温度Ｔｔを超えるまで待機し（１１２、１１４）、超えれば触媒ヒータ６への通電は不要と判定して触媒ヒータ６への通電を遮断するとともにアイドル回転数の設定値を元の値にダウンする（１１６）。その後、一定時間ΔＴだけ待機した後（１１８）、導通率制御信号Ｓｄのオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙを６０％に設定する（１２０）。本実施例では、触媒ヒータ６が遮断された場合には、残りの車両用電気負荷全部からなる車両用電気負荷５がオンしてもトランジスタ１３のオン・デューティ比Ｆｄｕｔｙは６０％未満としてあるので、過渡的に車両用電気負荷５の状態がいかなる状態であろうとトランジスタ１３の導通率を６０％未満に抑制することができ、エンジン負荷の急増を防止でき、エンジンストールを防止することができる。
【００２７】
本実施例における導通率変化を図５の（ａ）に示す。Ｌは導通率を６０％未満に制限した領域である。ステップ１１８における待機時間を０とすることも可能である。
（実施例２）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図３を参照して説明する。
【００２８】
本実施例の車両用発電装置は、トランジスタ１３の導通率の制御（導通率制限及びその解除）をレギュレータ３００ａにてハードウエアにより実施するものであり、したがって、本実施例では、レギュレータ３００ａが本発明でいう制御手段を構成している。
レギュレータ３００ａは、ＮＡＮＤ回路２６がハイレベルを出力する場合（導通率制限を行わない場合）、トランジスタ１３はアンド回路２５を通じてコンパレータ１７の出力により制御され、コンパレータ１７は、基準電圧発生回路３０１ａが出力する基準電圧Ｖｒｅｆと、分圧回路３０２ａが出力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓとの比較結果を出力し、励磁コイル１０にバッテリ電圧を一定レベルに維持する励磁電流を給電する制御を行う点で、実施例１又は通常のレギュレータと同じである。
【００２９】
ただし、基準電圧発生回路３１ａは抵抗２１、２２と直列に抵抗２３、２４とをもち、基準電圧Ｖｒｅｆ２及び基準電圧Ｖｒｅｆ３を発生している。また、分圧回路３２ａも抵抗１８、１９と直列に抵抗２０とをもち、バッテリ電圧の分圧Ｖｓ２を発生している。
次に、導通率制限及びその解除を行う回路部の構成及び動作を説明する。
【００３０】
この回路部は、アンド回路２５に出力するＮＡＮＤ回路２６と、基準電圧Ｖｒｅｆ２と分圧Ｖｓ２との比較結果をＮＡＮＤ回路２６に出力するコンパレータ１６と、トランジスタ１３のエミッタと接地間に接続される電流検出用のエミッタ抵抗３２と、トランジスタ１３のエミッタ電位と基準電圧Ｖｒｅｆ３とを比較するコンパレータ２７と、コンパレータ２７の出力電圧の低下時点から遅延動作を行う遅延回路３０３ａとからなる。遅延回路３０３ａは、低位端が接地されるコンデンサ２９と、コンデンサ２９からコンパレータ２７の出力端への逆流を阻止するダイオード２８と、コンデンサ３０と並列に接続される抵抗３０とからなり、コンデンサ２９の高位端はダイオード２８を通じてコンパレータ２７により充電される。
【００３１】
いま、触媒ヒータ６に通電が開始されたものとする。触媒ヒータ６は大容量であるので、バッテリ電圧の低下によりトランジスタ１３の導通率は１００％となり、励磁電流Ｉｆに比例するトランジスタ１３のエミッタ電圧は基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなるので（すなわち励磁電流Ｉｆが所定値を超えるので）、コンパレータ２７はハイレベルを出力し、ダイオード２８を通じてコンデンサ２９を充電するとともにＮＡＮＤ回路２６にハイレベルを出力する。この時、上述したようにバッテリ電圧が低いので、コンパレータ１６はローレベルを出力し、その結果、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、結局、アンド回路２５はハイレベルを出力し、トランジスタ１３は常時オンされる。
【００３２】
その後、触媒ヒータ６への通電が遮断されると、導通率１００％の発電によりバッテリ電圧が回復し、バッテリ電圧の分圧Ｖｓ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きくなり、コンパレータ１６はハイレベルを出力する。この時、コンパレータ１７はまだハイレベルを出力している。この結果、ＮＡＮＤ回路２６の出力信号は遅延回路３０３ａの出力信号の反転信号を出力する。
【００３３】
すなわち、トランジスタ１３の通電電流が増大して、そのエミッタ電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなればコンパレータ２７はハイレベルを出力し、ダイオード２８を通じてコンデンサ２９を充電するとともにＮＡＮＤ回路２６にハイレベルを出力する。すると、ＮＡＮＤ回路２６はローレベルを出力し、トランジスタ１３をオフする。トランジスタ１３がオフすれば、励磁コイル１０にはダイオード１２を通じて励磁電流を流しつつ、徐々に励磁電流Ｉｆが低下していく。
【００３４】
一方、トランジスタ１３を流れる励磁電流が遮断されれば、コンパレータ２７はローレベルを出力するが、遅延回路３０３ａはコンデンサ２９の蓄電によりすぐにはＮＡＮＤ回路２６にローレベルを出力せず、一定の遅延時間遅れて漸くローレベルを出力し、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、トランジスタ１３は再びオンする。このトランジスタ１３のオンにより励磁コイル１０への励磁電流Ｉｆは徐々に増大され、結局、トランジスタ１３のエミッタ電位に比例するトランジスタ１３の励磁電流成分が所定のピーク値を超えない範囲でトランジスタ１３が断続することになる。なお、励磁コイル１０に流れる電流はトランジスタ１３のオフ時にもダイオード１２を通じて流れるので、励磁電流Ｉｆは所定の一定レベルを超えないように制限されることになる。
【００３５】
次に、このように励磁電流Ｉｆの瞬時値を所定の一定レベルに制限しつつ発電を行っても、車両用電気負荷５が軽いのでバッテリ電圧は徐々に増大し、分圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、コンパレータ１７がローレベルを出して、トランジスタ１３をオフする。すなわち、レギュレータ３００ａは、励磁電流Ｉｆの瞬時値が所定の一定レベルを超えないように制限するとともに、バッテリ電圧の分圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆに維持する制御動作を行う。
【００３６】
この実施例の導通率の変化を図５の（ｂ）に示し、バッテリ電圧Ｖｂの変化をＶｂに示す。なお、コンパレータ１６は触媒ヒータ６が遮断された後、所定時間経過したことをレギュレータ３００ａの内部で検出する機能を果たす。
（実施例３）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図４を参照して説明する。
【００３７】
本実施例の車両用発電装置は、実施例２のレギュレータ３００ａの回路を一部変更したものである。
すなわちこの実施例では、実施例２のコンパレータ１６が出力する比較結果の代わりに、抵抗３３とコンデンサ３４とからなる遅延回路３０４ｂの出力電圧をＮＡＮＤ回路２６に出力するものである。
【００３８】
このようにすれば、キースイッチ８をオンした後、抵抗３３とコンデンサ３４とで決定される遅延時間ΔＴ１だけ、遅延回路３０４ｂはＮＡＮＤ回路２６にローレベルを出力し、この期間中、ＮＡＮＤ回路２６はハイレベルを出力し、トランジスタ１３はオンされる。
この遅延時間Ｔ１が過ぎれば、遅延回路３０４ｂはハイレベルを出力し、実施例２と同様の励磁電流制限を行いつつバッテリ電圧の分圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆに収束させる動作を行う。
【００３９】
この実施例の導通率の変化を図５の（ｃ）に示す。なお、遅延回路３０４ｂは触媒ヒータ６が遮断された後、所定時間経過したことをレギュレータ３００ａの内部で検出する機能を果たす。
（実施例４）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図６を参照して説明する。
【００４０】
本実施例の車両用発電装置は、実施例１のスイッチ７を、三相全波整流器１１の高位直流出力端をバッテリ４の高位端と触媒ヒータ６の高位端との一方に切り換える切り換えスイッチ７ｃに変更した点が異なっている。ＥＣＵ３の動作自体は図２のフローチャートに示す通りであるが、切り換えスイッチ７ｃはステップ１０６にて触媒ヒータ６側に切り換えられ、ステップ１１６にてバッテリ４側に切り換えられる。
【００４１】
このようにすれば、バッテリ４から触媒ヒータ６に給電することはなく、かつ、触媒ヒータ６の作動期間中における車両用電気負荷５の使用電力自体はバッテリ４の容量からみて充分小さいので、で、触媒ヒータ６の作動時のバッテリ４の電位低下を抑止できるという利点が生じる。
（実施例５）
本発明の車両用発電装置の他の実施例を図７及び図８を参照して説明する。
【００４２】
本実施例の車両用発電装置は、実施例２（図３参照）において、コンパレータ１６に入力するバッテリ電圧の分圧Ｖｓ２の代わりにサーミスタ４０と抵抗４１との直列接続回路からなる温度検出回路３０５ｃの出力信号Ｖｓ４をコンパレータ１６に入力する点と、コンパレータ１６の出力を所定時間遅延する遅延回路３０３ｃを設けたものである。遅延回路３０３ｃは抵抗４２とコンデンサ４３とからなる通常のローパスフィルタであるが、どんな回路形式を採用してもよい。サーミスタ４０はトランジスタ１３の近傍に配設される。
【００４３】
以下、上記変更回路部分の動作を説明する。触媒ヒータ６への通電時において、トランジスタ１３は導通率１００％で運転され、サーミスタ４０は次第に温度が上昇し、その抵抗が低下し、温度信号電圧Ｖｓ４が低下し、所定時間経過すると温度信号電圧Ｖｓ４は基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回る。すると、コンパレータ１７はハイレベルを出力し、抵抗４２を通じてコンデンサ４３を充電し、コンデンサ４３は所定時間後、ハイレベルをＮＡＮＤ回路２６に出力する。その他の動作は実施例２と同じである。サーミスタ４０以外の他の温度検出手段をレギュレータ３００ｃに内蔵することは当然可能である。また、遅延回路３０３ｃの省略も可能である。
【００４４】
更に、上記実施例２、３、５では、レギュレータ（制御手段）内部にて、バッテリ電圧の低下またはキースイッチ８のオンの検出を行うことにより、触媒ヒータ６のオンを推定することができ、触媒ヒータ６の動作検出のための配線を必要としない。また、上記実施例２、３、５では、レギュレータ（制御手段）内部にて、触媒ヒータ６のオフを推定することができ、触媒ヒータ６の動作検出のための配線を必要としない。
【００４５】
（変形態様１）
触媒ヒータ６がオンすればすぐにバッテリ電圧が大幅に低下するので、バッテリ電圧が所定値未満となる場合、触媒ヒータ６のオンと判定して導通率の制限禁止を開始することができる。このようにすれば、触媒ヒータ６のオン時、導通率の制限禁止を速やかに実施することができる。
【００４６】
なお、この態様では、この場合、実際に触媒ヒータ６がオンしてから実際にバッテリ電圧が触媒ヒータ６のオンの判定可能なレベルまで低下する期間は、厳密に言えば導通率制限の禁止を行うことができない。しかし、この制御モードも本発明に包含されるものとする。
（変形態様２）
エンジン１の始動時点またはその直後を触媒ヒータ６のオン時点とし、その一定時間後を触媒ヒータ６のオフ時点とし、このオフ時点より長い所定時間がエンジン始動時から経過した後、トランジスタ１３の導通率の制限を開始することができる。すなわち、本態様では、エンジン始動時点から所定時間経過するまでの期間に触媒ヒータ６の作動期間が含まれると仮定して、その作動、非作動をレギュレータ内部で検出している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図２】実施例１のＥＣＵ３の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図４】本発明の実施例３の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図５】実施例１〜３における導通率波形を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例４の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図７】本発明の実施例５の車両用発電装置を含む車両電気系のブロック図である。
【図８】図７の要部回路図である。
【符号の説明】
１０は励磁コイル、９は電機子コイル、１はエンジン、４はバッテリ、６は触媒ヒータ（大容量電気負荷）、５は車両用電気負荷、２０は車両用交流発電機（発電機）、１３はトランジスタ（半導体スイッチ）、３００、３００ａ、３００ｃはレギュレータ（制御手段）、３はＥＣＵ（制御手段）、４０はサーミスタ（温度検出手段）、６０はアイドル回転数検出手段。
Claims (15)
- 励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、
前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段と、
を備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、前記バッテリの電圧と前記バッテリの基準電圧との比較を行う回路と、入力される導通率制御信号と前記回路の出力との論理積演算結果を前記半導体スイッチに実質的に出力する回路とを有しており、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率制御信号により前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率制御信号による前記導通率の制限を禁止することを特徴とする車両用発電装置。 - 前記制御手段は、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始する請求項１記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定する請求項１又は２記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記導通率を一定値に設定する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記励磁電流が所定値以下となるように前記導通率を制御する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、バッテリ電圧が所定値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、バッテリ電圧が所定値未満となる場合、前記導通率の制限禁止を開始する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記大容量電気負荷は前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータからなり、前記制御手段は、前記エンジンの始動時点から所定時間経過後、前記導通率の制限を開始する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記大容量電気負荷は前記エンジンの始動時点から所定時間だけ運転される排気ガス浄化用触媒加熱のためのヒータからなり、前記制御手段は、前記エンジンの始動時点又はその所定時間後、前記導通率の制限禁止を開始する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段近傍の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度が所定値値以上となる場合又はその所定時間経過後、前記導通率の制限を開始する請求項３記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、前記大容量電気負荷の作動判定時に前記エンジンのアイドル回転数を上昇させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力する請求項３記載の車両用発電装置。
- アイドル回転数を検出するアイドル回転数検出手段を備え、前記制御手段は、前記指令出力時点から所定時間経過後又は前記アイドル回転数の上昇後、前記導通率の制限を禁止する請求項１１記載の車両用発電装置。
- 前記制御手段は、前記大容量電気負荷の非作動判定時又はその所定時間経過後、前記エンジンのアイドル回転数を下降させる指令を前記エンジンの制御装置へ出力する請求項１１記載の車両用発電装置。
- 励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の作動終了時点から所定時間経過後に前記導通率の制限を開始することを特徴とする車両用発電装置。 - 励磁コイル及び電機子コイルを有してエンジンにより駆動されるとともにバッテリ及び大容量電気負荷を含む車両用電気負荷に給電する発電機と、前記励磁コイルと直列接続される半導体スイッチを有するとともに前記半導体スイッチの導通率の制御により励磁電流を制御して前記電機子コイルの出力電流を調節する制御手段とを備える車両用発電装置において、
前記制御手段は、入力されるかまたは自ら検出した前記大容量電気負荷の作動、非作動に関連する電気信号に基づいて判定した前記大容量電気負荷の非作動期間の一部又は全部の期間に前記導通率の制限を行い、かつ、前記電気信号に基づいて判定した少なくとも前記大容量電気負荷の作動期間に前記導通率の制限を禁止し、
前記制御手段は、前記導通率の制限時に前記導通率の上限値を前記バッテリ及び大容量電気負荷以外の前記車両用電気負荷の駆動に必要な電流以上でかつ１００％未満に設定することを特徴とする車両用発電装置。
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