JPH0469020A

JPH0469020A - オルタネータ制御装置

Info

Publication number: JPH0469020A
Application number: JP17319590A
Authority: JP
Inventors: Naoya Takada; 直哉高田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-06-30
Filing date: 1990-06-30
Publication date: 1992-03-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明はエンジンによって駆動されるオルタネータ、
特に発電電圧が調整可能なオルタネータの制御装置に関
する。

（従来の技術）一般に車両用のエンジンには充電システムを構成する発
電機が装備されるが、この種の発電機としては普通一般
に交流発電機（オルタネータ）が用いられ、このオルタ
ネータがエンジンによって駆動されることにより発生し
た交流電流が整流器で直流電流に変換されると共に、そ
の直流電流が蓄電池の充電用等に用いられるようになっ
ている。この場合、オルタネータにおいては、エンジン
で発生した運動エネルギーが電気エネルギーに転換され
るようになっているので、オルタネータを作動させるこ
とにより燃料が余分に消費され、また正味の駆動トルク
が減少することになる。そこで、ある種のエンジンにお
いては、燃費性能や走行性能等の向上を目的として、所
定の条件下でオルタネータ発電電圧を制御する可変オル
タネータ制御システムが採用されることがある。例えば
特開昭５９〜２２０９９号公報には、電気負荷に供給さ
れる総負荷電流を検出すると共に、検出された総負荷電
流に応じてオルタネータ発ｉｔ圧を高発電状態と低発電
状態とに切り換えるようにした可変オルタネータ制御シ
ステムの構成が示されている。これによれば、電流消費
量の少ないときにはオルタネータが低発電状態に切り換
えられるので、オルタネータの駆動トルクが軽減される
ことになって、燃費性能の向上が期待される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の可変オルタネータ制御システムに
おいては、次のような問題を発生する可能性があった。

すなわち、オルタネータ制御が行われると低発電状態に
おいてはオルタネータの発電量が少なくなるため、それ
に伴って蓄電池へ分配される充電電流も少なくなる。し
たがって、蓄電池の放電状態においてオルタネータ制御
が行われると、低発電状態におけるオルタネータ発ｉｔ
流の不足に起因して蓄電池が満充電状態になるまでに時
間がかかり、その間オルタネータが高負荷状態で駆動さ
れる割合が増加することになって、大幅な燃費改善効果
が期待されないことになる。

しかも、充電電流の不足により蓄電池に過剰放電が発生
するおそれもあって、耐久性の面でも新たな問題を生じ
ることにもなる。

本発明は可変オルタネータ制御が行われるオルタネータ
における上記の実情に対処するもので、燃費性能をより
一層向上させると共に、蓄電池の過剰放電状態を防止し
うるオルタネータ制御装置を実現することを目的とする
。

（課題を解決するための手段）すなわち、本願の請求項１の発明（以下、第１発明とい
う）に係るオルタネータ制御装置は、エンジンにより駆
動され、かつ発電電圧が調整可能なオルタネータにおい
て、上記オルタネータの発電電圧を検出する第１電圧検
出手段と、該オルタネータに接続された蓄電池の端子電
圧を検出する第２電圧検出手段と、これら第１、第２電
圧検出手段によって検出される蓄電池端子電圧のオルタ
ネータ発電電圧に対する偏差を算出して、その偏差が負
方向に所定値以上であるときに、上記オルタネータの目
標発電電圧を高電圧側に設定する制御手段とを有するこ
とを特徴とする。

また、本願の請求項２の発明（以下、第２発明という）
に係るオルタネータ制御装置は、エンジンにより駆動さ
れ、かつ発電電圧が調整可能なオルタネータにおいて、
上記オルタネータの発電電圧を検出する第１電圧検出手
段と、該オルタネータに接続された蓄電池の端子電圧を
検出する第２電圧検出手段と、これら第１、第２電圧検
出手段によって検出される蓄電池端子電圧のオルタネー
タ発電電圧に対する偏差を算出して、その偏差が負方向
に大きいほど、該偏差に応じて上記オルタネータの目標
発電電圧を大きくなるように設定する制御手段とを有す
ることを特徴とする。

（作　　　用）第１発明に係るオルタネータ制御装置によれば、蓄電池
端子電圧のオルタネータ発電電圧に対する偏差が負方向
に所定値以上の値を示すときには、オルタネータの目標
発電電圧が高電圧側に設定されるので、蓄電池が速かに
満充電状態となってオルタネータが高負荷状態で駆動さ
れる割合が減少し、平均したオルタネータの駆動トルク
が軽減されることになり、従来のオルタネータ制御に比
べて燃費性能がより向上すると共に、充電電流の不足に
よる蓄電池の過放電状態が未然に回避されることになる
。

また、第２発明に係るオルタネータ制御装置によれば、
蓄電池端子電圧のオルタネータ発電電圧に対する偏差が
負方向に大きいほど、その偏差に応じてオルタネータの
目標発電電圧が大きくなるように設定されるので、蓄電
池が第１発明に係るオルタネータ制御装置に比べてより
一層速かに満充電状態となり、したがって平均したオル
タネータの駆動トルクも更に軽減されることになって、
更に良好な燃費性能が得られることになる。ｔな、この
場合においても、充電電流の不足による蓄電池の過放電
状態が未然に回避される。

（実　施　例）以下、本発明の実施例について説明する。

まず第１図により第１発明に係る第１実施例および第２
発明に係る第２実施例に共通するエンジン１の電気系統
の概略構成を説明すると、このエンジン１には始動用の
スタータ２が備えられていると共に、一端子側がボデー
アースされた蓄電池３の子端子に接続され、かつ点火系
統や各種のメータ、ランプ、アクチュエータ等の電気負
荷４に給電する電源ライン５から分岐された始動ライン
６の一端側が、上記スタータ２の受電端子に接続されて
いる。そして、このスタータ２の一端子には、一端側が
ボデーアースされたスタータスイッチ７が接続されてい
る。したがって、スタータスイッチ７を閉成すれば上記
蓄電池３とスタータ２との間に閉回路が形成され、これ
によりスタータ２に始動電流が供給されることになって
スタータ２に回転駆動力が発生する。そして、この回転
駆動力がエンジン本体８のクランク軸９に伝達されてエ
ンジン１が始動を開始する。

一方、エンジン１にはボデーアースされたオルタネータ
１０が装備されており、このオルタネータ１０にはオル
タネータ発電電圧■４を調整する周知のレギュレータ１
１が備えられている。このレギュレータ１１には、オル
タネータ発電電圧ＶＡを外部に取り出すＢ端子１２が設
けられて、このＢ端子１２と上記電源ライン５との間に
給電ライン１３が介設されている。

ここで、上記レギュレータ１１による自己電圧調整作用
の概略を説明すると、オルタネータ発電電圧ｖＡが調整
電圧より低いときには、レギュレータ１１はオルタネー
タ１０に備えられた界磁発生用のフィールドコイル（図
示せず）に通電する。これにより、フィールドコイルで
発生する磁界が増大し、それに伴って上記Ｂ端子１２に
出力されるオルタネータ発電電圧■４も上昇することに
なる。一方、オルタネータ発電電圧ＶＡが上記調整電圧
より高くなると、レギュレータ１１は上記フィールドコ
イルへの通電を遮断する。したがって、フィールドコイ
ルの磁界が消滅して、オルタネータ発電電圧ｖＡの出力
が停止することになる。このような制御が短時間で繰り
返されることにより、オルタネータ発電電圧ｖＡが調整
電圧の付近に維持されることになる。

そして、上記レギュレータ１１には外部から調整電圧を
操作するためのＧ端子１４が備えられており、このＧ端
子１４に印加される電圧に応じて上記フィールドコイル
の通電量が変化し、オルタネータ発電電圧■Ａが可変制
御されるようになっている。この場合、上記Ｇ端子１４
に対する印加電圧を低くするほどフィールドコイルの通
電電流が減少傾向を示し、それに伴ってオルタネータ発
電電圧■Ａも低下するようになっている。

また、上記オルタネータ１０には入力軸１５が備えられ
て、この入力軸１５に設けられた被動プーリ１６と、エ
ンジン本体８の上記クランク軸９に設けられた駆動プー
リ１７と、同じくエンジン本体８に回転自在に支持され
たアイドラ１８との間に動力伝達用のベルト１９が巻き
掛けられている。したがって、エンジン１の運転時にお
いては、上記クランク軸９に出力されるエンジン１の回
転力が上記ベルト１９を介してオルタネータｌＯの入力
軸１５に伝達され、その回転力によってオルタネータ１
０が駆動されて発電作用を営むことになる。そして、オ
ルタネータ１０の駆動時に上記レギュレータ１１のＢ端
子１２から出力されるオルタネータ電流■いが、上記給
電ライン１３を介して電源ライン５に伝達されて電気負
荷４に供給され、また蓄電池３の充電電流としても利用
されるようになっている。

そして、エンジン１には上記オルタネータ１０の発電電
圧を調整するコントロールユニット２０が備えられてい
る。このコントロールユニット２０は、上記スタータ２
からのスタータ信号ａと、上記オルタネータ１０から電
源ライン５に通じる給電ライン１３上に設置した電流セ
ンサ２１からのオルタネータ電流信号すと、同じく給電
ライン１３から取り出したオルタネータ発電電圧信号Ｃ
と、上記蓄電池３に近接した電源ライン５から取り出し
た蓄電池端子電圧信号ｄと、エンジン水温を検出する水
温センサ２２からのエンジン水温信号ｅと、エンジン本
体８の上記クランク軸９の近傍位置に配置されたクラン
ク角センサ２３からのエンジン回転数信号ｆと、エンジ
ン負荷を代表するスロットル開度センサ２４からのスロ
ットル開度信号ｇとを入力する。そして、これらの信号
ａ〜ｇに応じて目標発電電圧Ｖ。を設定すると共に、こ
の目標発電電圧Ｖ。が得られるようにオルタネータ１０
における上記レギュレータ１１のＧ端子１４にオルタネ
ータ制御信号ｉを出力する。

そして、第１実施例においては、上記コントロールユニ
ット２０に予め目標発電電圧Ｖ。として高電圧目標値Ｖ
Ｈ（例えば１４．４Ｖ）と低電圧目標値ＶＬ（例えば１
２．８Ｖ）とが設定されていると共に、蓄電池端子電圧
ＶＢのオルタネータ発電電圧■Ａに対する偏差へ■が負
方向に所定値α（例えば０．　Ｉ　Ｖ　）以上の値を示
したときに、目標発電電圧ｖｏとして上記高電圧目標値
ＶＨが選択されるように構成されている。

次に、第２図に示したオルタネータ制御のフローチャー
トを用いて上記実施例の作用を説明する。

すなわち、コントロールユニット２０はステップＳ１で
各種信号を入力した上で、まずステ・ンプＳ２でスター
タ信号ａに基づいてエンジン１が始動中か否かを判定す
る。始動中と判定するとステップＳ１□を実行して目標
発電電圧Ｖ。とじて低電圧目標値ＶＬをセットする。こ
れにより、オルタネータ１０によって消費される駆動ト
ルクが少なくなって、良好な始動性を得ることか出来る
。

一方、コントロールユニット２０は上記ステップＳ２に
おいて始動中ではないと判定したときには、ステップＳ
３に進み電気負荷４がＯＮ状態か否かを判定する。電気
負荷４がＯＮ−［Ｑのときには、ステップＳ４に進み上
記水温信号ｅが示すエンジン水温Ｔｗが基準水温Ｔ。（
例えば０℃）より高いか否かを判定して、エンジン水温
Ｔｗが基準水温Ｔｏより高いときにはステップＳ５で上
記オルタネータ電流信号すが示すオルタネータ電流ＩＡ
が基準電流ＩＯ（例えばｌ０Ａ）より小さいか否かを判
定する。そして、電気負荷４がＯＮ状態であり、かつエ
ンジン水温ＴＷが基準水温Ｔ。

より高く、かつオルタネータ電流ＩＡが基準電流ＩＯよ
り低いと判定したときには、上記蓄電池端子電圧信号ｄ
が示す蓄電池端子電圧ＶＢの上記オルタネータ発電電圧
信号Ｃが示すオルタネータ発！電圧ＶＡに対する偏差△
Ｖ（△Ｖ−Ｖ、−ＶＢ）を算出して、その偏差△Ｖが所
定値αより小さいか否かを判定する（ステップＳ６　、
　Ｓ７　）。

上記偏差△■が所定値αよりも小さいときには、コント
ロールユニット２０はステップＳ８で上記スロットル開
度信号ｇが示すスロットル開度から算出したスロットル
開度変化率に基づいて加速中か否かを判定し、加速中で
はないときにはステップＳ９で上記スロットル開度に基
づいてエンジン１が高負荷運転中か否かを判定する。そ
して、加速中あるいは高負荷運転中と判定すると、ステ
ップＳｌ＋に移り目標発電電圧■。とじて低電圧目標値
ＶＬをセットする。これにより、オルタネータ１０が低
負荷運転されることになり、エンジン出力のロスが少な
くなって走行性能が向上することになる。

一方、例えば始動後のように蓄電池３に蓄電された電荷
が多量に消費されて蓄電池端子電圧ＶＢが大きく低下し
て、第３図に示すように始動終了の目安となる完爆時ｔ
１において上記偏差△Ｖが所定値αを超えているときに
は、コントロールユニット２０は上記フローチャートに
おけるステップＳｌｏを実行して目標発電電圧Ｖ。とし
て高電圧目標値■Ｈをセットする。これにより、第３図
の矢印アで示すようにオルタネータ発電電圧ＶＡが上記
高電圧目標値ｖＨに一致するように急激に上昇すると共
に、それに伴うオルタネータ電流Ｉ＾の増加によって蓄
電池３が充電されることによリ、破線で示した蓄電池端
子電圧ＶＢも同図の矢印イで示すように急激に上昇して
、オルタネータ発電電圧ＶＡに近づいていく。この場合
、蓄電池３の蓄電量の増加に伴って蓄電池端子電圧ＶＢ
の増加率が減少すると共に、満充電状態では蓄電池端子
電圧ＶＢが殆ど変化しなくなる。

そして、蓄電池３か満充電状態になって上記偏差へＶが
所定値αに達した時刻ｔ２に、例えば当該車両が加速し
ているときには、コントロールユニット２０は上記フロ
ーチャートのステップＳｌｌを実行して目標発電電圧Ｖ
ｏとして低電圧目標値ＶＬをセットする。これにより、
オルタネータ発電電圧ＶＡも低下することになって、第
３図の矢印つで示すように上記低電圧目標値■Ｌに一致
するようにＭＩｌされることになる。すなわち、従来の
オルタネータ制御においては、第３図の鎖線で示すよう
に蓄電池端子電圧ＶＢの増加が鈍く、満充電状態となる
時刻ｔ３が遅かったのが大幅に改善されることになって
、その時間差△ｔ（△を−ｔ３　ｔ２）の分だけオルタ
ネータ１０が低負荷運転される割合が増加して、燃費性
能が大幅に向上することになる。

また、例えば高負荷運転時のようにオルタネータ発電電
圧ｖＡが低電圧目標値ＶＨに一致するように制御されて
いる場合に、第４図に示すように蓄電池端子電圧ＶＢが
オルタネータ発電電圧■Ａよりも所定値α以上に低下し
たとすると、コントロールユニット２０は上記フローチ
ャートのステップＳ７からステップＳ８．８９をスキッ
プしてステップＳＩＯを実行し、目標発電電圧■ｏとし
て高電圧目標値■Ｈをセットする。これにより、第４図
の矢印工で示すように、オルタネータ発電電圧ＶＡか高
電圧目標値ＶＨにまで急速に上昇し、それに伴って増加
するオルタネータ電流工＾によって蓄電池３に対する充
電電流が増加されることになって、破線で示すように蓄
電池端子電圧ＶＢが上昇傾向を示すことになる。これに
より、充電不足による蓄電池３の過放電状態が未然に回
避されることになる。なお、この高電圧状態は蓄電池端
子電圧■８のオルタネータ発電電圧ＶＡに対する偏差△
Ｖが上記所定値αに達した時点で解消され、オルタネー
タ発電電圧ＶＡは以前の低電圧状態に復帰される。

また、このように蓄電池３が放電状態になると早期に満
充電状態に復帰されることがら、オルタネータ１０が高
負荷運転される割合が平均して減少することになって、
オルタネータ制御を採用することによる燃費改善効果が
顕著にあられれることになる。

次に、第５〜第７図を参照して第２発明に対応する第２
実施例について説明する。

すなわち、この第２実施例においては、オルタネータ１
０の目標発電電圧ＶＯが、第５図に示すように、蓄電池
端子電圧ＶＢのオルタネータ発電電圧ＶＡに対する偏差
△Ｖに応じて多段階に変化するように設定されている。

すなわち、コントロールユニット２０は上記偏差△Ｖが
例えば基準偏差値α０　（例えば０．　Ｉ　Ｖ　）より
小さいときには、目標発電電圧Ｖ。とじて低電圧目標値
ｖＬ（例えば１２．８Ｖ）を選択し、上記偏差へＶが基
準偏差値α０を超えて第１偏差値α１　（例えば０゜５
Ｖ）に達するまでは基準高電圧目標値■□。（例えば１
４．４Ｖ）を選択し、偏差△Ｖがこの第１偏差値α、と
第２偏差値α２　（例えばＩＶ）との間においては第１
高電圧目標値Ｖｏｗ（例えば１４．７Ｖ）を、また第２
偏差値α２と第３１差値α３（例えば１．５　Ｖ　）と
の間においては第２高電圧目標値ＶＨ２（例えば１５．
ＯＶ）をそれぞれ選択し、そして上記偏差△Ｖが第３偏
差値α３を超えると第３高電圧目標値ＶＭ３（例えば１
６．０Ｖ）を選択するようになっている。

そして、コントロールユニット２０は、第６図に示すよ
うに予め目標発電電圧Ｖ。をパラメータとして設定した
デユーティ率のマツプを参照して、選択した目標発電電
圧Ｖｏに対応するオルタネータ制御信号ｉのデユーティ
率を決定する。この場合、デユーティ率が大きくなるほ
ど第１図におけるレギュレータ１１のＧ端子１４が接地
される割合が増加するようになっている。したがって、
目標発電電圧Ｖｏが小さくなるほどデューティ率が１０
０％に近づき、それに伴ってフィールドコイルの通電電
流が少なくなってＢ端子１２に出力されるオルタネータ
発電電圧■４も小さくなる。

このような第２実施例の構成によれば、蓄電池端子電圧
ＶＢのオルタネータ発電電圧ＶＡに対する偏差△Ｖが、
第７図に示すように第３偏差値α３よりも大きい値を示
すときには、目標発電電圧Ｖｏとして第３高電圧目標値
ＶＨ３が選択される。

したがって、オルタネータ発電電圧■＾が基準高電圧目
標値ｖＨｏよりも高めに制御されることから、蓄電池３
へ分配される充電電流の割合が大きくなって急速充電が
行われ、これにより蓄電池端子電圧ＶＢも速かに上昇す
ることになって、蓄電池３が第１実施例よりも更に短時
間で満充電状態となる。なお、コントロールユニット２
０は上記偏差△Ｖの減少と共に目標発電電圧■ｏを順次
低目標値に切り換えていき、最終的に上記偏差△Ｖが基
準偏差値α０に達したときに、オルタネータ発電電圧■
Ａが通常の基準高電圧目標値ＶＨＩ）に−致するように
制御する。愛な、その時点において、例えばエンジン１
が高負荷運転しているときには、目標発電電圧Ｖ。が低
電圧目標値Ｖ、に変更され、これによりオルタネータ発
電電圧Ｖ＾が第７図の矢印オで示すように低電圧目標値
ＶＬに一致するように制御されることになる。

（発明の効果）以上のように第１発明に係るオルタネータ制御装置・に
よれば、蓄電池端子電圧のオルタネータ発電電圧に対す
る偏差が負方向に所定値以上の値を示すときには、オル
タネータの目標発電電圧が高電圧側に設定されるので、
蓄電池が速かに満充電状態となってオルタネータが高負
荷状態で駆動される割合が減少し、平均したオルタネー
タの駆動トルクが軽減されることになり、従来のオルタ
ネータ制御に比べて燃費性能がより向上すると共に、充
電電流の不足による蓄電池の過放電状態が未然に回避さ
れることになる。

また、第２発明に係るオルタネータ制御装置によれば、
蓄電池端子電圧のオルタネータ発電電圧に対する偏差が
負方向に大きいほど、その偏差に応じてオルタネータの
目標発電電圧が大きくなるように設定されるので、蓄電
池が第１発明に係るオルタネータ制御装置に比べてより
一層速かに満充電状態となり、したがって平均したオル
タネータの駆動トルクも更に軽減されることになって、
さらに良好な燃費性能が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は第１、第
２実施例に共通するエンジンの電気系統図、第１実施例
におけるオルタネータ制御のフローチャート図、第３、
第４図はそれぞれ第１実施例の作用を示すタイムチャー
ト図、第５図は第２実施例における蓄電池端子電圧のオ
ルタネータ発電電圧に対する偏差と目標発電電圧との関
係を示す制御特性図、第６図は同じく目標発電電圧に対
するオルタネータ制御出力のデユーティ率を示す特性図
、第７図は第２実施例の作用を示すタイムチャート図で
ある。１・・エンジン、３・・・蓄電池、１０・・・オルタネ
ータ、２０・・・コントロールユニット（第１電圧検出
手段、第２電圧検出手段、制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンにより駆動され、かつ発電電圧が調整可
能なオルタネータにおいて、上記オルタネータの発電電
圧を検出する第１電圧検出手段と、該オルタネータに接
続された蓄電池の端子電圧を検出する第２電圧検出手段
と、これら第１、第２電圧検出手段によつて検出される
蓄電池端子電圧のオルタネータ発電電圧に対する偏差を
算出して、その偏差が負方向に所定値以上であるときに
、上記オルタネータの目標発電電圧を高電圧側に設定す
る制御手段とを有することを特徴とするオルタネータ制
御装置。
（２）エンジンにより駆動され、かつ発電電圧が調整可
能なオルタネータにおいて、上記オルタネータの発電電
圧を検出する第１電圧検出手段と、該オルタネータに接
続された蓄電池の端子電圧を検出する第２電圧検出手段
と、これら第１、第２電圧検出手段によって検出される
蓄電池端子電圧のオルタネータ発電電圧に対する偏差を
算出して、その偏差が負方向に大きいほど、該偏差に応
じて上記オルタネータの目標発電電圧を大きくなるよう
に設定する制御手段とを有することを特徴とするオルタ
ネータ制御装置。