JP3645916B2 - 内燃機関により駆動される発電機の出力電圧制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関により駆動される発電機の出力電圧を制御する方法であって、励磁巻線と、電圧制御器とを有し、内燃機関は始動時にスタータにより最小回転数にもたらされ、電圧制御器は励磁巻線を流れる励磁電流を制御し、電圧制御器には制御装置が配属されており、制御装置は始動相の間、励磁電流を制限する形式の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の電気エネルギー供給のために、車両の機関により駆動される発電機が使用されている。この発電機は通常、励磁巻線を有する３相発電機である。励磁巻線には励磁電流が流れ、その際電圧制御器は励磁電流を次のように制御する。すなわち、発電機の出力電圧が実質的に一定であり、充電されるバッテリーの定格電圧よりも少し高くなるように制御する。
【０００３】
始動の場合、機関はスタータにより所要の最小回転数にもたらされ、この最小回転数に達した後、スタータは外される。機関は付加的に発電機を駆動しなければならないので始動相が延長される。
【０００４】
始動相の終了後も、大きな負荷の接続により機関の回転数は短期間低下し得る。従って例えばドイツ公開公報第３８４３１６１号では、内燃機関により駆動される発電機を有する従来の内燃機関用発電装置が評価回路を有するように改善されている。この評価回路には、例えば機関回転数、発電機電圧、バッテリー電圧等の入力パラメータが供給され、入力されたパラメータに依存して例えば発電機の励磁電流を、機関に対する負荷を低減するために制御する。しかしこの発電装置では始動識別は実施されず、従って始動過程を短縮するために始動過程中に励磁電流を低減することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、始動相を短縮し、スタータの負荷を低減することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、始動相の間、発電機電圧が最小で搭載電源電圧を下回り、もって充電監視装置の発光を回避し、発電機による電流送出を阻止するように制御装置によって励磁電流を制限することにより解決される。
【０００７】
本発明では、選択可能な始動相の間、発電機の励磁電流が制限されるので、発電機がこの相の間励磁されず、従ってスタータが抗して動作しなければならない付加的な制動トルクを発生しない。
【０００８】
どの程度始動相ないし励磁電流が低減される時間が持続するかは個別に選択可能であり、有利には固定の時間間隔として定めるか、または機関が所定の回転数に達するまでの時間またはスタータから所定の信号が到来するまでの時間として定めることができる。
【０００９】
本発明の別の利点は、従属請求項に記載された構成から得られる。本発明の方法では、電圧制御器に制御装置が配属され、この制御装置が始動相の間、励磁電流を制限する。
【００１０】
励磁電流制限を必要に応じて選択できるようにされている。例えば励磁電流制限は、制御装置が電圧制御器を次のように制御して実現することができる。すなわち、発電機電圧ＵＤ＋が始動過程の間、固定の電圧値に制限されるようにするのである。この場合は付加的な発電機端子が必要ない。
【００１１】
励磁電流制限の別の手段は、発電機の出力電圧を始動相中、搭載電源電圧よりも僅かに低い電圧値に制限するのである。この手段では特に正確な制御が得られる。
【００１２】
有利には、発電機端子ＤＦに発生する電圧を励磁電流制限のために評価し、この電圧の値が端子ＤＦでのピーク電圧よりも僅かに低くなるように制限する。
【００１３】
特に有利には始動相の終了後に、励磁電流が通常の目標値に相応するまで連続的にこれを高める。これにより、弱い電子構成素子を限界を越えて負荷することとなる発電機の電圧跳躍の発生しないことが保証される。
【００１４】
【実施例】
図１には、本発明の発電機装置が示されている。この発電機装置は発電機ユニット１０と電圧制御器１１を有する。発電機ユニット１０は発電機１２からなり、発電機はダイオードブリッジ１３を介して発電機ユニット１０の端子Ｂ＋と接続されており、またダイオードブリッジないしツェナーダイオードブリッジ１４を介して発電機ユニット１０の端子Ｄ−と接続されている。
【００１５】
発電機ユニット１０はさらに励磁ダイオードブリッジ回路１５を有し、この回路は端子Ｄ＋と接続され、また励磁巻線１６を介して電圧制御器１１のスイッチングトランジスタ１７と接続されている。この電圧制御器１１は付加的にさらに制御装置１８を有する。制御装置は端子Ｄ＋とＤ−の間に接続されており、スイッチングトランジスタ１７を制御する。励磁巻線１６に対して並列にダイオード１９が接続されている。
【００１６】
発電機ユニット１０の端子Ｂ＋はバッテリー２０の＋極と接続され、その−極はアースされている。バッテリー２０に並列に負荷２１が接続されている。負荷はスイッチ２２を介して接続することができる。この負荷は搭載電源負荷全体を表すものである。
【００１７】
発電機ユニット１０の端子Ｄ＋は充電監視指示器２３を介して点火スイッチ２４と接続されている。点火スイッチの充電監視指示器反対側の極はバッテリー２０に接続されており、また充電監視指示器と接続された側の極は別の制御装置２５と接続されている。
【００１８】
制御装置２５は別の端子を介して電圧制御器１１の制御端子ＳＴと接続されており、別の端子を介して電圧制御器の端子ＤＦと接続されている。制御装置２５は発電機ユニット１０の端子Ｗ並びに発電機ユニットの端子Ｄ−とも接続されている。発電機ユニットはその他にアースと接続されている。別の入力側を介して制御装置２５には回転数センサ２６により検出された内燃機関ないし機関の回転数が供給される。
【００１９】
制御装置２５は少なくとも時間検出手段２７と回転数評価手段２８を有する。これらの手段は少なくともスイッチ２９を有し、このスイッチの位置は機関の回転数に依存する。
【００２０】
図１に図示された装置は、発電機電圧が電圧制御器１１によりこの電圧が発電機回転数に依存しないで一定の値に保持されるように制御される発電機系である。そのために励磁巻線１６を流れる励磁電流ＩＥが電圧制御器１１により制御されるか、または励磁電流はスイッチングトランジスタ１７により要求に応じてオンオフ制御される。発電機から送出される負荷電流ＩＬに対しては制御条件に応じて、図３に時間ｔについてプロットされた特性経過のいずれかがあてはまる。
【００２１】
本発明によれば機関の投入後、すなわち点火スイッチ２４の閉成後に電圧制御器１１が制御装置２５により次のように制御される。すなわち設定可能な時間間隔Δｔ１の間、電圧制御器１１によって励磁電流ＩＥが通常の高さの値に制御されず、所定の小さな値に留まるように制御される。発電機の励磁を回避することにより発電機は機関を負荷しない。それにより機関は始動相を比較的迅速に乗り越える。始動相の終了後、制御装置２５は遮断され、発電機の出力電圧は通常のように電圧制御器により制御される。
【００２２】
励磁電流ＩＥが小さな値に保持される時間間隔Δｔ１は種々の手段で設定することができる。その際、充電監視ランプ２３が可及的迅速に消灯し、その他発電機が搭載電源に電流を送出しないように励磁を調整することに注意しなければならない。このことは発電機電圧ＵＤ＋が搭載電源の電圧を最小でしか下回るべきでないことを意味する。発電機電圧が過度に低くなると、すなわちＵＢ＋／ＵＤ＋の比が過度に大きくなると、充電監視ランプが点灯する。発電機電圧が過度に高いと、発電機が既に電流を送出する。端子Ｄ＋での最小電圧の決定に対しては、３つの異なる手段がある。これらの手段はそれぞれ利点と欠点を有する。
【００２３】
第１の変形実施例では、端子Ｄ＋に発生すべき固定電圧値が定められる。この場合励磁電流は、正確にこの値が発生するように制御される。この手段の利点は別の端子が必要ないことであり、欠点はバッテリーの充電状態によっては電流がバッテリーに流れたり、またバッテリーから送出されることである。そのため充電監視ランプが点灯したり、発電機が僅かな電流を出力したりする。
【００２４】
第２の変形実施例では、端子Ｄ＋の電圧が搭載電源電圧マイナス０．５Ｖに相応するように設定される。この手段は非常に正確な制御が可能であるという利点を有する。しかし欠点は、発電機系に搭載電源電圧を供給するための付加的端子手段が必要なことである。
【００２５】
第３の変形実施例では、端子ＤＦでのピーク値評価が搭載電源電圧マイナス０．５Ｖに定められる。その際利点は別の端子が必要ないことであり、欠点は制御に面倒な手段が必要なことである。
【００２６】
すべての手段において、制御装置２５にて始動過程が終了したこと、または始動相に対して設定された時間間隔Δｔ１が経過したことが検知された後、励磁電流ＩＥは、バッテリー電圧よりもやや高い正規の制御電圧に達するまで連続的に高められる。
【００２７】
その持続期間はΔｔ１であるべき始動相の終了を検知するために、制御装置２５では機関の回転数が評価される。この回転数は回転数センサから送出され、制御装置２５に供給される。実際の回転数と設定可能な閾値回転数とを比較することにより、制御装置２５では始動相が存在するか、または既に終了したかが検知される。
【００２８】
始動相の終了は、例えば制御装置２５にて時間測定を実施し、Δｔ１の経過後に相応の信号を出力することによっても検知できる。始動相終了を検知する別の手段では、例えば特徴的信号を形成するスタータの離脱を検知するか、または始動終了を表す任意の別の信号を用いる。
【００２９】
始動相終了の検知により、スイッチ手段２９が切り換えられ、その後励磁電流が高められる。
【００３０】
低減された励磁から本来の励磁に移行するのに滑らかな移行が可能である。最良の移行は制御装置２５に記憶された特性データを用いて行うことができる。この低減された励磁電流から通常の励磁電流への移行は、Δｔ２で示した時間間隔の間に行われる。
【００３１】
図３には調整された負荷電流経過を表す曲線が示されている。ここで時間間隔Δｔ１では励磁電流は小さく保持され、時間間隔Δｔ１の経過後に時間間隔Δｔ２内で通常の励磁電流ＩＥへの移行が行われる。
【００３２】
図２には、端子Ｄ＋の電圧ＵＤ＋が時間に関して、並びに電圧制御器１１のオン／オフ比ＴＶＥＩＮが時間に関して実験例についてプロットされている。機関が始動する前は端子Ｄ＋にて、バッテリー電圧ないしその他の搭載電源条件に依存するほぼ一定の電圧が調整される。電圧制御器１１のオン／オフ比ＴＶＥＩＮは１００％である。というのは発電機が回転していないからである。
【００３３】
機関の始動後、発電機も回転し、端子Ｄ＋の電圧が上昇する。同時に励磁電流の制限も行われる。これは制御装置２５が、励磁電流が低い値に低減されるように電圧制御器１１を制御して行われる。この低い励磁電流は始動相Δｔ１の間、発電機の電流送出を阻止し、かつ充電監視指示器を消灯させる。
【００３４】
励磁電流が小さく保持される時間間隔Δｔ１の間、電圧ＵＤ＋は一定であることがわかる。同様に電圧制御器のオン／オフ比も一定である。
【００３５】
既に説明したように始動相の終了が検知された後、すなわち時間間隔Δｔ１の経過後、時間間隔Δｔ２の間に励磁電流は、Δｔ２の経過後に通常に所望される発電機出力電圧を形成する値に達しているように連続的に高められる。これにより通常の電圧制御が開始する。
【００３６】
移行相中、電圧ＵＤ＋は始動相中よりも高く、Δｔ２の終了後には制御される目標値に達する。電圧制御器のオン／オフ比は移行相中常時上昇し、Δｔ２の経過後は搭載電源ないしバッテリー条件により定められる値に達する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、始動相が短縮され、スタータの負荷が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の発電装置のブロック回路図である。
【図２】 端子Ｄ＋に印加される電圧ＵＤ＋と電圧制御器のオン／オフ比を時間に関して示す線図である。
【図３】 負荷電流の種々の条件の下での変化を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 発電機ユニット
１１ 電圧制御器
１２ 発電機
１３ ダイオードブリッジ
１４ ツェナーダイオードブリッジ
１５ 励磁ダイオードブリッジ回路
１６ 励磁巻線
１７ スイッチングダイオード
１８ 制御装置
２０ バッテリー
２１ 負荷
２２ スイッチ
２４ 点火スイッチ
２５ 別の制御装置

Claims (9)

1. 内燃機関により駆動される発電機（１２）の出力電圧を制御する方法であって、励磁巻線（１６）と、電圧制御器（１１）とを有し、
   前記内燃機関は始動時にスタータにより最小回転数にもたらされ、
   前記電圧制御器（１１）は励磁巻線（１６）を流れる励磁電流（ＩＥ）を制御し、
   前記電圧制御器には制御装置（２５）が配属されており、
   該制御装置は始動相（Δｔ１）の間、励磁電流（ＩＥ）を制限する形式の方法において、
   始動相（Δｔ１）の間、発電機電圧（ＵＤ＋）が最小で搭載電源電圧を下回り、もって充電監視装置（２３）の発光を回避し、発電機（１２）による電流送出を阻止するように制御装置（２５）によって前記励磁電流（ＩＥ）を制限する、ことを特徴とする、内燃機関により駆動される発電機の出力電圧制御方法。
2. 前記制御装置（２５）によって始動相（Δｔ１）の終了を検知し、励磁電流（ＩＥ）制限を中止する請求項１記載の出力電圧制御方法。
3. 励磁電流（ＩＥ）制限を、発電機電圧（ＵＤ＋）が所定の固定値になるように選択する請求項１または２記載の出力電圧制御方法。
4. 励磁電流制限を、発電機端子（ＤＦ）で測定されたピーク電圧が当該端子（ＤＦ）で許容される電圧よりも僅かに低くなるよう選択する請求項１または２記載の出力電圧制御方法。
5. 始動相の終了後、時間間隔（Δｔ２）の間、励磁電流を、通常の目標値に相応するまで連続的に高める請求項１から４までのいずれか１記載の出力電圧制御方法。
6. 始動相（Δｔ１）の終了後、制御装置 ( ２５ ) によって非作動状態に切り換える請求項１から５までのいずれか１記載の出力電圧制御方法。
7. 始動相（Δｔ１）の終了を、機関回転数と所定の回転数との比較により検知する請求項１から６までのいずれか１記載の出力電圧用制御方法。
8. 始動相（Δｔ１）の終了を、測定された時間と所定の時間間隔との比較により検知する請求項１から７までのいずれか１記載の出力電圧用制御方法。
9. 始動相（Δｔ１）の終了を、特徴的信号の評価により検知する請求項１から８までのいずれか１記載の出力電圧用制御方法。

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