JPH0691759B2 - 内燃機関の発電制御装置 - Google Patents
内燃機関の発電制御装置Info
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- JPH0691759B2 JPH0691759B2 JP1199425A JP19942589A JPH0691759B2 JP H0691759 B2 JPH0691759 B2 JP H0691759B2 JP 1199425 A JP1199425 A JP 1199425A JP 19942589 A JP19942589 A JP 19942589A JP H0691759 B2 JPH0691759 B2 JP H0691759B2
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- Japan
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- internal combustion
- combustion engine
- power
- generator
- torque
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/0016—Control of angular speed of one shaft without controlling the prime mover
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/06—Engines with means for equalising torque
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
- Motor And Converter Starters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はあらゆる原動機のトルクを制御するのに用いる
ことができる。一つの例として本発明は内燃機関の発電
制御方法及び装置に利用でき、特に車両においてアイド
ル運転時の燃焼圧力変動等によつて生ずるトルク変動及
びそのトルク変動が誘起する振動，騒音を低減するため
に好適な内燃機関のトルク変動抑制装置として利用でき
る。
ことができる。一つの例として本発明は内燃機関の発電
制御方法及び装置に利用でき、特に車両においてアイド
ル運転時の燃焼圧力変動等によつて生ずるトルク変動及
びそのトルク変動が誘起する振動，騒音を低減するため
に好適な内燃機関のトルク変動抑制装置として利用でき
る。
従来の装置は特開昭61−61930号，特開昭58−185938
号，特開昭55−1431号，特開昭62−255534号公報等で示
されるように原動機としての内燃機関に発生する回転ト
ルク変動のトルク増大時に同期してクランク軸に逆トル
クを発生させて、原動機の回転トルク変動を抑制する方
法などが提案されていた。
号，特開昭55−1431号，特開昭62−255534号公報等で示
されるように原動機としての内燃機関に発生する回転ト
ルク変動のトルク増大時に同期してクランク軸に逆トル
クを発生させて、原動機の回転トルク変動を抑制する方
法などが提案されていた。
上記従来技術では、高速で変動する変動トルクを検出
し、この変動トルクを打ち消すに必要な負荷トルク量を
演算し、負荷トルクを印加するという一連の処理を行う
必要が有り、演算処理に要する時間遅れについて考慮さ
れていなかつた。また、変動トルクを打ち消す手段とし
て、特開昭58−185938号では発電機が用いられていた
が、機関の変動トルクを打ち消すに必要なトルクを発生
するためには、過度の容量を持つ発電機を設置する必要
が有り、経済上の問題が有る。また、機関の負荷トルク
が増加し、回転速度が低下するという問題が有つた。
し、この変動トルクを打ち消すに必要な負荷トルク量を
演算し、負荷トルクを印加するという一連の処理を行う
必要が有り、演算処理に要する時間遅れについて考慮さ
れていなかつた。また、変動トルクを打ち消す手段とし
て、特開昭58−185938号では発電機が用いられていた
が、機関の変動トルクを打ち消すに必要なトルクを発生
するためには、過度の容量を持つ発電機を設置する必要
が有り、経済上の問題が有る。また、機関の負荷トルク
が増加し、回転速度が低下するという問題が有つた。
本発明は上記課題に鑑み、トルク変動に遅れなく追従で
き、且つ小型のこの種装置を得ることを目的とする。
き、且つ小型のこの種装置を得ることを目的とする。
上記目的は、発電機としての機能と電動機としての機能
を備えた多相回転電機の原動機の駆動軸に連結し、原動
機のトルクが増大した時は各相を発電コイルとして機能
させ、逆の場合は各相を電動コイルとして機能させるイ
ンバータ装置を設けることによつて達成される。
を備えた多相回転電機の原動機の駆動軸に連結し、原動
機のトルクが増大した時は各相を発電コイルとして機能
させ、逆の場合は各相を電動コイルとして機能させるイ
ンバータ装置を設けることによつて達成される。
また、発電時の出力を蓄電器に充電し、電動時にこの蓄
電器からの放電エネルギーで各コイルを付勢することが
できる。
電器からの放電エネルギーで各コイルを付勢することが
できる。
インバータ制御のタイミングはこの回転電機の分相の発
生電圧を監視することで決定される。
生電圧を監視することで決定される。
インバータを電界効果型のトランジスタで構成すれば、
内部の寄生ダイオードを整流器用のダイオードとして使
用できる。
内部の寄生ダイオードを整流器用のダイオードとして使
用できる。
以上の構成になる本発明によれば、原動機のトルク過多
の時は回転電機が発電機として作用することによりトル
クを吸収する。逆にトルク不足の時は回転電機が電動機
として作用することによりトルクを与える。従つて原動
機のトルク変動が少なくなる。しかも相毎に制御するの
で、トルクの制御がきめ細かく行なえる。
の時は回転電機が発電機として作用することによりトル
クを吸収する。逆にトルク不足の時は回転電機が電動機
として作用することによりトルクを与える。従つて原動
機のトルク変動が少なくなる。しかも相毎に制御するの
で、トルクの制御がきめ細かく行なえる。
〔実施例〕 以下本発明を内燃機関の発電制御に利用した場合の実施
例を図面に基づき詳説する。
例を図面に基づき詳説する。
内燃機関の発生する変動トルク曲線の一例を第９図に示
す。４サイクル機関では、吸入−圧縮−着火−排気の４
行程（機関１回転）はクランク回転角にして720゜（２
回転）に相当するが、着火直後では燃焼ガス圧が非常に
大きなトルク変動が生じている。もし４気筒であれば、
180゜遅れで同一のトルク変動が４回重ね合わされたも
のが機関１回転中のガストルク変動となる。そして、こ
れに回転慣性力の変動による慣性トルク変動が加わつた
ものが実際の機関が発生する変動トルクになる。
す。４サイクル機関では、吸入−圧縮−着火−排気の４
行程（機関１回転）はクランク回転角にして720゜（２
回転）に相当するが、着火直後では燃焼ガス圧が非常に
大きなトルク変動が生じている。もし４気筒であれば、
180゜遅れで同一のトルク変動が４回重ね合わされたも
のが機関１回転中のガストルク変動となる。そして、こ
れに回転慣性力の変動による慣性トルク変動が加わつた
ものが実際の機関が発生する変動トルクになる。
このように内燃機関に発生する変動トルクはクランク回
転角度によつて急激かつ複雑に変化するため、変動トル
クに追従してリアルタイムに補機（発電機）の吸収する
負荷トルクを変化させるのは困難である。しかしなが
ら、機関の運転速度が一定の時、機関１回転について見
た場合、変動トルクは機関１回転を１周期として繰返さ
れる周期脈動現象である。したがつて同一のクランク回
転角度について見れば、その値はあまり変化しない。
転角度によつて急激かつ複雑に変化するため、変動トル
クに追従してリアルタイムに補機（発電機）の吸収する
負荷トルクを変化させるのは困難である。しかしなが
ら、機関の運転速度が一定の時、機関１回転について見
た場合、変動トルクは機関１回転を１周期として繰返さ
れる周期脈動現象である。したがつて同一のクランク回
転角度について見れば、その値はあまり変化しない。
一方、この変動トルクと補機（発電機）で吸収される負
荷トルクの差（残差トルク）は、クランク軸に対しては
回転速度変動となつて現れ、トルクが増大方向にあると
きは回転速度は下降する。したがつて、このクランク軸
の回転速度変動を何らかの手段によつて検知し、これが
０になるように負荷トルク量を制御すれば、残差トルク
は０になり、トルク変動により生じる振動，騒音などの
問題を解決できる。従来の考え方では発電機の出力を制
御して残差トルクを０にするものであつたが、発電機で
吸収し得るトルクは絶対値が小さく、残差トルクを完全
に０にすることは不可能である。そこで、特開昭62−25
5534号公報等に示されているように発電機を電動機とし
て用い、内燃機関より発生するトルクが低い時に外部か
らトルクを補給するという考え方が試みられたが、特に
車両に用いられる発電機に関しては、次の様な問題点が
有つた。
荷トルクの差（残差トルク）は、クランク軸に対しては
回転速度変動となつて現れ、トルクが増大方向にあると
きは回転速度は下降する。したがつて、このクランク軸
の回転速度変動を何らかの手段によつて検知し、これが
０になるように負荷トルク量を制御すれば、残差トルク
は０になり、トルク変動により生じる振動，騒音などの
問題を解決できる。従来の考え方では発電機の出力を制
御して残差トルクを０にするものであつたが、発電機で
吸収し得るトルクは絶対値が小さく、残差トルクを完全
に０にすることは不可能である。そこで、特開昭62−25
5534号公報等に示されているように発電機を電動機とし
て用い、内燃機関より発生するトルクが低い時に外部か
らトルクを補給するという考え方が試みられたが、特に
車両に用いられる発電機に関しては、次の様な問題点が
有つた。
（ｉ）通常内燃機関の発電機は、クランプ軸とプーリ等
を介して結合されており、そのプーリ比は常通2.1〜2.7
程度であり、必ずしも整数でない。このため、上述した
機関の回転角と発電機の回転角が一致しておらず、発電
機を駆動するためには機関の回転角の情報の他に発電機
の回転角の情報が必要である。
を介して結合されており、そのプーリ比は常通2.1〜2.7
程度であり、必ずしも整数でない。このため、上述した
機関の回転角と発電機の回転角が一致しておらず、発電
機を駆動するためには機関の回転角の情報の他に発電機
の回転角の情報が必要である。
（ii）発電機が回転している時には、電機子巻線には交
流電圧が発生しており、発電機を電動機として動作させ
るには、少なくとも電機子巻線に発生している電圧より
も高い電圧を印加しなければ、十分なトルクを発生する
ことができない。本実施例では、内燃機関の発電機を、
ある時には電動機として使用する際に問題となる上記の
点に関する解決策を提供することを目的とする。
流電圧が発生しており、発電機を電動機として動作させ
るには、少なくとも電機子巻線に発生している電圧より
も高い電圧を印加しなければ、十分なトルクを発生する
ことができない。本実施例では、内燃機関の発電機を、
ある時には電動機として使用する際に問題となる上記の
点に関する解決策を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、発電機の使われ方に関する
特異性を検討し、次の見地を得た。
特異性を検討し、次の見地を得た。
（ｉ）発電機を電動機として動作させる場合は、発電機
の回転中に限る。
の回転中に限る。
一般の同期電動機は起動時の磁極位置を検出する必要が
有るが、内燃機関の回転脈動を低減することが目的であ
る本願では、電機子巻線には常に交流電圧が発生してお
り、この電圧を検出することにより発電機の回転角を検
知することが可能である。
有るが、内燃機関の回転脈動を低減することが目的であ
る本願では、電機子巻線には常に交流電圧が発生してお
り、この電圧を検出することにより発電機の回転角を検
知することが可能である。
（ii）発電機の出力を一般的に蓄電手段に蓄え、電動機
として動作させる時にこのエネルギーを取り出せば良
い。特に、プロセスは機関回転に同期して高速に行われ
るため、蓄電手段の容量は小さくても良く、コンデンサ
等でも十分動作する。
として動作させる時にこのエネルギーを取り出せば良
い。特に、プロセスは機関回転に同期して高速に行われ
るため、蓄電手段の容量は小さくても良く、コンデンサ
等でも十分動作する。
発電機の回路及び等価回路を第10図に示す。第10図には
直流機の動作が原理的に記載されている。（ａ）の発電
動作を行つている時には、起電力εに対し、内部抵抗ｒ
を介して外部負荷に電流が供給されている。一方、
（ｂ）のモータ動作を行つている時にもやはり、起電力
εが逆起電力という形で存在し、電流の向きが異なるけ
れども起電力の電圧は同じであることに着目する。この
デイストリビユータであり、内部のクランク角センサに
より、機関のクランクシヤフトの回転角信号を発生す
る。
直流機の動作が原理的に記載されている。（ａ）の発電
動作を行つている時には、起電力εに対し、内部抵抗ｒ
を介して外部負荷に電流が供給されている。一方、
（ｂ）のモータ動作を行つている時にもやはり、起電力
εが逆起電力という形で存在し、電流の向きが異なるけ
れども起電力の電圧は同じであることに着目する。この
デイストリビユータであり、内部のクランク角センサに
より、機関のクランクシヤフトの回転角信号を発生す
る。
第２図は第１図のパワー・モジユールa,b,c,d,e,fの内
部回路図であり、ダイオード21,Nチヤンネル・パワーMO
S22,レベル・シフト回路23より成る。コントローラ18か
ら信号を受信すると、パワーMOS22が導通する。
部回路図であり、ダイオード21,Nチヤンネル・パワーMO
S22,レベル・シフト回路23より成る。コントローラ18か
ら信号を受信すると、パワーMOS22が導通する。
第３図は第１図のキヤパシタ・モジユール15の内部回路
図であり、コンデンサ31,32、スイツチ33,34,35より成
る。スイツチ33,34,35は制御端子C1の電圧により開閉状
態が制御される。
図であり、コンデンサ31,32、スイツチ33,34,35より成
る。スイツチ33,34,35は制御端子C1の電圧により開閉状
態が制御される。
第４図は内燃機関周辺の機器の位置関係を示し、内燃機
関41は機関本体42と、デイストリビユーター19,機関か
らＶベルト43により駆動され、機関本体42と一体に取り
付けられている発電機10を備えている。コントローラ18
は、内燃機関41の変動トルクを回転速度変動の形で検出
するために、クランク角センサの出力パルスをクロツク
して時々刻々の回転速度変動値を演算し、この回転速度
変動値が０になるために必要な、発電，電動動作を切り
換えるクランク角度等を算出し、パワー・モジユール20
へ信号を送る。
関41は機関本体42と、デイストリビユーター19,機関か
らＶベルト43により駆動され、機関本体42と一体に取り
付けられている発電機10を備えている。コントローラ18
は、内燃機関41の変動トルクを回転速度変動の形で検出
するために、クランク角センサの出力パルスをクロツク
して時々刻々の回転速度変動値を演算し、この回転速度
変動値が０になるために必要な、発電，電動動作を切り
換えるクランク角度等を算出し、パワー・モジユール20
へ信号を送る。
以上の構成による動作をさらに詳細に説明する。
第５図はクランク角センサにより得られる回転パルスを
示している。図示するようにパルス幅はクランク軸が回
転速度変動を生じると脈動する。回転速度の変動を求め
るフロー・チヤートは第７図中のステツプ710により示
される。コントローラ中のタイマ18aにより、この脈動
パルスのパルス幅を計測して、CPU18bによりその逆数か
ら時々刻々の回転速度を求めると共に、タイマ18aに内
蔵のカウンタにより機関１回転分のパルスをカウントし
て機関１回転周期を求め機関平均回転速度を得る。そし
て、第７図、ステツプ20でこの両者の偏差をとることに
より時々刻々の回転速度変動が得られる（第６図参
照）。
示している。図示するようにパルス幅はクランク軸が回
転速度変動を生じると脈動する。回転速度の変動を求め
るフロー・チヤートは第７図中のステツプ710により示
される。コントローラ中のタイマ18aにより、この脈動
パルスのパルス幅を計測して、CPU18bによりその逆数か
ら時々刻々の回転速度を求めると共に、タイマ18aに内
蔵のカウンタにより機関１回転分のパルスをカウントし
て機関１回転周期を求め機関平均回転速度を得る。そし
て、第７図、ステツプ20でこの両者の偏差をとることに
より時々刻々の回転速度変動が得られる（第６図参
照）。
次にステツプ730へ飛び、偏差速度の正負を判断する。
Δvxが正の時には、ステツプ740へ移り、動作切換指令
を“発電”とする。この時、第２図のパワーMOS22はOFF
とし、かつ第３図のスイツチ33,34,35を常閉接点側に倒
す。すると、三相電機子巻線11,12,13で発生した交流電
圧はダイオード21で全波整流され、スイツチ35を介して
バツテリ16に供給されるとともに、スイツチ34を介して
コンデンサ31,スイツチ33を介してコンデンサ32を充電
する。この状態では、バツテリ16,コンデンサ31,32が発
電機10の負荷となつている。
Δvxが正の時には、ステツプ740へ移り、動作切換指令
を“発電”とする。この時、第２図のパワーMOS22はOFF
とし、かつ第３図のスイツチ33,34,35を常閉接点側に倒
す。すると、三相電機子巻線11,12,13で発生した交流電
圧はダイオード21で全波整流され、スイツチ35を介して
バツテリ16に供給されるとともに、スイツチ34を介して
コンデンサ31,スイツチ33を介してコンデンサ32を充電
する。この状態では、バツテリ16,コンデンサ31,32が発
電機10の負荷となつている。
一方、Δvxが負の時には、ステツプ750へ移り、動作切
換指令を“電動”とする。すると、コントローラ18のC1
端子から第３図のキヤパシタ・モジユール15の接点を切
り換える指令が発せられる。スイツチ33,34,35が常開接
点側へ倒れる。すると、キヤパシタ・モジユール15のA1
端子とA2端子が切り離され、コンデンサ31,32が直列接
続される。A1端子の電圧はバツテリ16の電圧の約２倍と
なり、ダイオード21は逆バイアスとなるので電流が流れ
ない。
換指令を“電動”とする。すると、コントローラ18のC1
端子から第３図のキヤパシタ・モジユール15の接点を切
り換える指令が発せられる。スイツチ33,34,35が常開接
点側へ倒れる。すると、キヤパシタ・モジユール15のA1
端子とA2端子が切り離され、コンデンサ31,32が直列接
続される。A1端子の電圧はバツテリ16の電圧の約２倍と
なり、ダイオード21は逆バイアスとなるので電流が流れ
ない。
次にステツプ760へ進み、導通選択回路を動作させる。
導通選択回路は、ａ〜ｆのパワー・モジユール中のどの
パワーMOS22を導通するかを選択する回路であり、第11
図の様な回路で実現できる。その動作原理を第12図に示
す。
導通選択回路は、ａ〜ｆのパワー・モジユール中のどの
パワーMOS22を導通するかを選択する回路であり、第11
図の様な回路で実現できる。その動作原理を第12図に示
す。
第12図中のP1,P2,P3は電機子巻線11,12,13の各相に発生
する交流電圧波形であり、第12図中にa,b,c,d,e,fとし
て表されている波形が、“1"状態の時に、それぞれのパ
ワー・モジユール20のパワーMOSが駆動されるべきであ
ることを表わす。例えば、ａはP1端子の電位がP2,P3よ
り低電圧にある時に駆動されることになる。P1,P2,P3の
電圧から導通すべきパワー・モジユールを選択するため
に、コンパレータ111,112,113を用い、 という演算を行う。Q1,Q2,Q3を用い、 という論理演算を行えば良い。（２）〜（10）式の演算
を実現したのが第11図の回路である。上述の手法により
パワーMOS22のいずれかが選択，導通されるが、その電
流は直列接続されたコンデンサ31,32から引き出され
る。
する交流電圧波形であり、第12図中にa,b,c,d,e,fとし
て表されている波形が、“1"状態の時に、それぞれのパ
ワー・モジユール20のパワーMOSが駆動されるべきであ
ることを表わす。例えば、ａはP1端子の電位がP2,P3よ
り低電圧にある時に駆動されることになる。P1,P2,P3の
電圧から導通すべきパワー・モジユールを選択するため
に、コンパレータ111,112,113を用い、 という演算を行う。Q1,Q2,Q3を用い、 という論理演算を行えば良い。（２）〜（10）式の演算
を実現したのが第11図の回路である。上述の手法により
パワーMOS22のいずれかが選択，導通されるが、その電
流は直列接続されたコンデンサ31,32から引き出され
る。
次にステツプ770へ移り、各回転角度での動作切換指令
を記憶する。ここで、過去の回転情報を元に学習制御を
行う。第８図は、その方法を表したものである。
を記憶する。ここで、過去の回転情報を元に学習制御を
行う。第８図は、その方法を表したものである。
今、あるクラウン回路角度位置ｋでの偏差速度データΔ
vx（ｋ）に対し過去数回転にわたつて重みづけ移動平均
をとると、 となり、このような平均処理は第８図で示されるような
線形の非巡回型デジタルフイルタを使用することにより
得られる。ただし、aiは重みづけ係数である。これは入
力データΔvxに対し、乗算器80,1周期遅延素子81,加算
器82で構成される。ここで、 ならば、（11）式は単純平均となる。このような平均化
処理による方法では、クランク軸の回転速度変動は周期
的であるので、偶然的な変動成分が現われたとしても、
これによる制御性の不安定化を最小限にできる。
vx（ｋ）に対し過去数回転にわたつて重みづけ移動平均
をとると、 となり、このような平均処理は第８図で示されるような
線形の非巡回型デジタルフイルタを使用することにより
得られる。ただし、aiは重みづけ係数である。これは入
力データΔvxに対し、乗算器80,1周期遅延素子81,加算
器82で構成される。ここで、 ならば、（11）式は単純平均となる。このような平均化
処理による方法では、クランク軸の回転速度変動は周期
的であるので、偶然的な変動成分が現われたとしても、
これによる制御性の不安定化を最小限にできる。
再び第７図のフローチヤートへ戻り、ステツプ780へ進
む。ここでは機関のクランク角が進んだ領域まで待ち、
クランク角信号が検出された時点でスイツプ710へもど
り、上記のループをくり返す。
む。ここでは機関のクランク角が進んだ領域まで待ち、
クランク角信号が検出された時点でスイツプ710へもど
り、上記のループをくり返す。
上記のループをくり返すことにより、内燃機関の発生ト
ルクむらが無くなり、機関振動が低減され、特にアイド
ル回転時での自動車の車室内の振動が少なくなるので、
居住性が向上する。
ルクむらが無くなり、機関振動が低減され、特にアイド
ル回転時での自動車の車室内の振動が少なくなるので、
居住性が向上する。
上記実施例ではスイツチ33,35,35を機械的なスイツチで
表示したが、トランジスタ等の半導体を用いることによ
り、高速切換が可能となる。そこで、通電時間隔を制御
することにより、電動機としての発生トルクを調節する
ことが可能となる。この場合、トルク変動をアナログ的
に抑制できるので、高次の回転振動が低減できる。
表示したが、トランジスタ等の半導体を用いることによ
り、高速切換が可能となる。そこで、通電時間隔を制御
することにより、電動機としての発生トルクを調節する
ことが可能となる。この場合、トルク変動をアナログ的
に抑制できるので、高次の回転振動が低減できる。
さらに、第２図に示すパワー・モジユールを第13図の様
な縦構造MOSで実現する場合、通常21Aで示す寄生ダイオ
ードが発生することが知られている。この寄生ダイオー
ドを交流整流用のダイオード21として兼用することによ
り、１つの半導体チツプで発電用と電動用のパワー素子
を同時に形成できるので、部品点数が少なくなる。この
実施例は発電機を電動機と兼用する本願の使用目的に即
した半導体の構成例である。
な縦構造MOSで実現する場合、通常21Aで示す寄生ダイオ
ードが発生することが知られている。この寄生ダイオー
ドを交流整流用のダイオード21として兼用することによ
り、１つの半導体チツプで発電用と電動用のパワー素子
を同時に形成できるので、部品点数が少なくなる。この
実施例は発電機を電動機と兼用する本願の使用目的に即
した半導体の構成例である。
次に本発明の第２の実施例を第14図，第15図により説明
する。第14図は交流発電機10の駆動軸側から見た図面で
あり、回転する遮へい板141,交流発電機10に固定された
フオトインタラプタQ1,Q2,Q3を付加したものである。第
14図は12極交流発電機用の電気角を検出する装置であ
り、角度30゜ごとにフオト・インターラプタを遮へいし
たり、結合したりする。フオト・インターラプタQ1,Q2,
Q3はQ1をはさんで、Q2とQ3が角度200゜の位置関係にあ
る。このような位置関係にあり、遮へい板141が右回り
に回転するとQ1,Q2,Q3には第15図に示すような10゜ずつ
位相のずれた波形が発生する。第15図のv1,v2,v3は電機
子巻線11,12,13に発生する交流電圧波形であるとすれ
ば、相間電圧v3−v2はQ1と同期した波形となり、第11図
のQ1と同一の波形が得られることわかる。第11図の論理
回路と同一の回路を用いることにより、ａからｆまでの
駆動信号が得られる。第14図の電気角検出回路によれ
ば、電機子に流れる電流が増加しても正確な電気角が検
出できるという長所がある。一般に、電機子巻線は第10
図に示したように、起電力εと内部抵抗ｒの直列回路に
より表され、端子電圧V0は （ａ）発電時:V0＝ε−I0・ｒ …（12） （ｂ）電動時:V0＝ε＋I0・ｒ …（13） ただし、I0は電機子電流 であり、I0が大きいと、（ａ）の場合と（ｂ）の場合の
電圧差が大きくなり、検出する位相がずれることが懸念
される。ところが第14図の実施例では、機械的な角度を
検出することにより、この課題を解決している。
する。第14図は交流発電機10の駆動軸側から見た図面で
あり、回転する遮へい板141,交流発電機10に固定された
フオトインタラプタQ1,Q2,Q3を付加したものである。第
14図は12極交流発電機用の電気角を検出する装置であ
り、角度30゜ごとにフオト・インターラプタを遮へいし
たり、結合したりする。フオト・インターラプタQ1,Q2,
Q3はQ1をはさんで、Q2とQ3が角度200゜の位置関係にあ
る。このような位置関係にあり、遮へい板141が右回り
に回転するとQ1,Q2,Q3には第15図に示すような10゜ずつ
位相のずれた波形が発生する。第15図のv1,v2,v3は電機
子巻線11,12,13に発生する交流電圧波形であるとすれ
ば、相間電圧v3−v2はQ1と同期した波形となり、第11図
のQ1と同一の波形が得られることわかる。第11図の論理
回路と同一の回路を用いることにより、ａからｆまでの
駆動信号が得られる。第14図の電気角検出回路によれ
ば、電機子に流れる電流が増加しても正確な電気角が検
出できるという長所がある。一般に、電機子巻線は第10
図に示したように、起電力εと内部抵抗ｒの直列回路に
より表され、端子電圧V0は （ａ）発電時:V0＝ε−I0・ｒ …（12） （ｂ）電動時:V0＝ε＋I0・ｒ …（13） ただし、I0は電機子電流 であり、I0が大きいと、（ａ）の場合と（ｂ）の場合の
電圧差が大きくなり、検出する位相がずれることが懸念
される。ところが第14図の実施例では、機械的な角度を
検出することにより、この課題を解決している。
上記の問題を電気的に解決する方法としては、インバー
タ制御技術で用いられる方式の応用が考えられる。この
方法は、特開昭62−123980号等で公知であり、その回路
の一例を第16図に示す。第16図中の111,112,113は比較
器であり第11図と共通の部品である。第26図の回路では
第11図のP1,P2,P3端子と比較器111,112,113の間にロー
・パス・フイルタF11,F12,F13,F21,F22,F23を接続して
いる。また、各相の中性点VNを基準電圧として比較器11
1,112,113で比較演算を行つている。本実施例による各
点の電圧波形を第17図に示す。ロー・パス・フイルタ回
路により位相が遅れるので電機子電流による位相進みが
相殺され、適正な電気角が演算される。本実施例ではア
ナログ・フイルタを使つて位相補償を行つたが、デジタ
ル・フイルタを用いたり、Ａ−Ｄ変換後にマイクロ・コ
ンピユータ等で同等の演算を行つても良い。
タ制御技術で用いられる方式の応用が考えられる。この
方法は、特開昭62−123980号等で公知であり、その回路
の一例を第16図に示す。第16図中の111,112,113は比較
器であり第11図と共通の部品である。第26図の回路では
第11図のP1,P2,P3端子と比較器111,112,113の間にロー
・パス・フイルタF11,F12,F13,F21,F22,F23を接続して
いる。また、各相の中性点VNを基準電圧として比較器11
1,112,113で比較演算を行つている。本実施例による各
点の電圧波形を第17図に示す。ロー・パス・フイルタ回
路により位相が遅れるので電機子電流による位相進みが
相殺され、適正な電気角が演算される。本実施例ではア
ナログ・フイルタを使つて位相補償を行つたが、デジタ
ル・フイルタを用いたり、Ａ−Ｄ変換後にマイクロ・コ
ンピユータ等で同等の演算を行つても良い。
さらに電気角を検出する良好な方法として、機関と交流
発電機の回転速度の比を整数倍とする方法があげられ
る。第18図はその一例として、交流発電機を機関のクラ
ンクシヤフト181に直結したものを示す。この実施例で
は、機関の回転角と交流発電機の回転角が１対１に対応
するので、デイストリビユータ19のクランク角センサ信
号により交流発電機10の電気角が容易に検出できる。第
18図の例では、ブラシレスの発電機をクランク・シヤフ
トに取りつけ、回転子182がクランク・シヤフトと同時
に回転する。さらに、本実施例では、クランク・シヤフ
ト181のトルク・コンバータ134が直結されており、自動
変速機構の構造の簡略化に寄与している。本実施例で
は、電気角検出回路が不要であるという経済的な効果が
有り、さらに発電機がトルクコンバータ184に直結して
いるので、機関のトルク変動による振動が、エンジン・
マウントの外へ伝達されにくく、振動低減効果がさらに
高まる。上記の実施例ではクランク・シヤフトと直結し
た構造となつているが、ギヤ駆動を行つても良い。
発電機の回転速度の比を整数倍とする方法があげられ
る。第18図はその一例として、交流発電機を機関のクラ
ンクシヤフト181に直結したものを示す。この実施例で
は、機関の回転角と交流発電機の回転角が１対１に対応
するので、デイストリビユータ19のクランク角センサ信
号により交流発電機10の電気角が容易に検出できる。第
18図の例では、ブラシレスの発電機をクランク・シヤフ
トに取りつけ、回転子182がクランク・シヤフトと同時
に回転する。さらに、本実施例では、クランク・シヤフ
ト181のトルク・コンバータ134が直結されており、自動
変速機構の構造の簡略化に寄与している。本実施例で
は、電気角検出回路が不要であるという経済的な効果が
有り、さらに発電機がトルクコンバータ184に直結して
いるので、機関のトルク変動による振動が、エンジン・
マウントの外へ伝達されにくく、振動低減効果がさらに
高まる。上記の実施例ではクランク・シヤフトと直結し
た構造となつているが、ギヤ駆動を行つても良い。
次に、第３図のキヤパシタ・モジユール15の内部回路図
を第19図に示す。第19図の31,32はコンデンサであり、
第３図のスイツチ33,34はパワーMOS33a,33b,34a,34bに
置き換えられている。また35aはパワーMOSであり、第３
図のスイツチ35を半導体に置き換えた物である。次に15
1はＣ−MOSゲートによるよく知られた発振回路であり、
NOTゲート151a,151b、抵抗器151c、コンデンサ151dより
なり、NOTゲート151bの出力端子は矩形波を発生する。1
52はよく知られたチヤージポンプ回路であり、NOTゲー
ト152a、ダイオード152b,152e,152f、コンデンサ152c,1
52dにより成り、発振回路151の矩形波信号により、コン
デンサ152b,152fに電荷が逐次蓄積され、電源電圧より
高い電圧を発生し、抵抗器155,156,157を通じてパワーM
OS35a,33a,33b,のゲートに電荷を与える。パワーMOS33
a,33b,34b,35aは、ソース電極が接地されていないため
ゲート電極はバツテリ16の正極電位と比べて十分高い電
圧を印加する必要がある。次に、159a,159bはNOTゲート
であり、153,154,158はパワーMOSのゲート電荷を放電さ
せるMOSトランジスタである。C1端子がHighレベルの
時、NOTゲート159aの出力はLowレベル、NOTゲート159b
の出力はHighレベルであり、パワーMOS34a,33aがONにな
り、コンデンサ31,32が並列充電される。一方、C1端子
がLowレベル時には逆に動作によりパワーMOS34b,33b,35
aがONになり、コンデンサ31,32に蓄積された電荷がA1端
子へ出力される。
を第19図に示す。第19図の31,32はコンデンサであり、
第３図のスイツチ33,34はパワーMOS33a,33b,34a,34bに
置き換えられている。また35aはパワーMOSであり、第３
図のスイツチ35を半導体に置き換えた物である。次に15
1はＣ−MOSゲートによるよく知られた発振回路であり、
NOTゲート151a,151b、抵抗器151c、コンデンサ151dより
なり、NOTゲート151bの出力端子は矩形波を発生する。1
52はよく知られたチヤージポンプ回路であり、NOTゲー
ト152a、ダイオード152b,152e,152f、コンデンサ152c,1
52dにより成り、発振回路151の矩形波信号により、コン
デンサ152b,152fに電荷が逐次蓄積され、電源電圧より
高い電圧を発生し、抵抗器155,156,157を通じてパワーM
OS35a,33a,33b,のゲートに電荷を与える。パワーMOS33
a,33b,34b,35aは、ソース電極が接地されていないため
ゲート電極はバツテリ16の正極電位と比べて十分高い電
圧を印加する必要がある。次に、159a,159bはNOTゲート
であり、153,154,158はパワーMOSのゲート電荷を放電さ
せるMOSトランジスタである。C1端子がHighレベルの
時、NOTゲート159aの出力はLowレベル、NOTゲート159b
の出力はHighレベルであり、パワーMOS34a,33aがONにな
り、コンデンサ31,32が並列充電される。一方、C1端子
がLowレベル時には逆に動作によりパワーMOS34b,33b,35
aがONになり、コンデンサ31,32に蓄積された電荷がA1端
子へ出力される。
本実施例によれば昇圧回路及び切り換え回路を半導体の
みで構成できるので、信頼性の高い装置を提供できる。
みで構成できるので、信頼性の高い装置を提供できる。
本発明の他の実施例を第20図に示す。第20図は車両の充
電発電機の回路図である。第１図と同一の符号を付した
部品は同一機能部品を表す。第20図の201は電圧変換器
でありバツテリ16の電圧を入力し高電圧を出力する。発
電機10が発電動作を行なつている時には、三相全波整流
器15を介してバツテリ16が充電される。そして、電動動
作を行う時には電圧変換器201が出力V0からパワーモジ
ユールa,b,c,d,e,fを介して三相電機子巻線11,12,13を
高圧で駆動される。
電発電機の回路図である。第１図と同一の符号を付した
部品は同一機能部品を表す。第20図の201は電圧変換器
でありバツテリ16の電圧を入力し高電圧を出力する。発
電機10が発電動作を行なつている時には、三相全波整流
器15を介してバツテリ16が充電される。そして、電動動
作を行う時には電圧変換器201が出力V0からパワーモジ
ユールa,b,c,d,e,fを介して三相電機子巻線11,12,13を
高圧で駆動される。
本実施例では、電圧変換器201の出力を負荷202（例えば
電熱ヒータなど）に接続し高圧電源をトルク変動抑制装
置以外の用途にも使用することができる。更に、第21図
は第20図の電圧変換器201の内部回路を示す。本回路はP
WM（パルス幅変調）コントローラ216を用いたスイツチ
ング・レギユレータであり、トランス211の１次入力を
パワーMOS212によるスイツチング制御し、２次出力をダ
イオード213,214により整流し、コンデンサ215へ直流出
力を与える。そして、抵抗器218,219により出力電圧を
検出し、比較器217でPWMコントローラ216の三角波出力
と比較を行い、パワーMOS212のデユーテイを制御し、出
力電圧を一定値に調整する。
電熱ヒータなど）に接続し高圧電源をトルク変動抑制装
置以外の用途にも使用することができる。更に、第21図
は第20図の電圧変換器201の内部回路を示す。本回路はP
WM（パルス幅変調）コントローラ216を用いたスイツチ
ング・レギユレータであり、トランス211の１次入力を
パワーMOS212によるスイツチング制御し、２次出力をダ
イオード213,214により整流し、コンデンサ215へ直流出
力を与える。そして、抵抗器218,219により出力電圧を
検出し、比較器217でPWMコントローラ216の三角波出力
と比較を行い、パワーMOS212のデユーテイを制御し、出
力電圧を一定値に調整する。
本実施例によれば、高圧電源用の電圧変換器をトルク変
動抑制装置用の電源と兼用させ、部品点数を低減できる
ので、装置のコストを低くできるという経済上の効果が
ある。
動抑制装置用の電源と兼用させ、部品点数を低減できる
ので、装置のコストを低くできるという経済上の効果が
ある。
本発明によれば原動機のシヤフトに交流の多相回転電機
を連結し、シヤフトのトルクが増大した時は交流多相回
転電機を発電機として使用し、トルク減少時はこれを電
動機として使用するようにしたので、トルク変動に遅れ
なく追従できるこの種制御装置を得ることができた。
を連結し、シヤフトのトルクが増大した時は交流多相回
転電機を発電機として使用し、トルク減少時はこれを電
動機として使用するようにしたので、トルク変動に遅れ
なく追従できるこの種制御装置を得ることができた。
また、これを用いた内燃機関の発電制御においては、機
関のトルク状態に応じた発電制御が可能となつた。
関のトルク状態に応じた発電制御が可能となつた。
第１図は本発明の一実施例による車両の充電発電機の回
路図、第２図は第１図のパワーモジユールa,b,c,d,e,f
の内部回路図であり、第３図は第１図のキヤパシタ・モ
ジユール15の内部回路図、第４図は第１図による実施例
の内燃機関周辺の機器の位置関係を示す図、第５図，第
６図は第１図のクランク角センサ19の出力波形及び機関
の回転速度変動波形を示す図、第７図は第１図のコント
ローラ18の制御フローを示すフロー・チヤート、第８図
は第７図のステツプ770における学習制御の概念を表す
ブロツク図、第９図は第４図の内燃機関本体41から発生
するガストルク波形、第10図は第１図の回路の動作切換
を表す原理図、第11図は第７図のステツプ770の動作を
表すブロツク図、第12図は第11図のブロツク図のタイム
・チヤート、第13図は第２図の回路を単一チツプの半導
体で実現する場合の構造図、第14図，第15図は回転角検
出の第２実施例を示す図面、第16図はその検出回路を示
す図面、第17図は各点の電圧波形を示す図面、第18図は
本発明の他の実施例で回転電機を内燃機関に直結した例
を示す図面、第19図はキヤパシタモジユールの内部回路
図、第20図は本発明の他の実施例を示す図面、第21図は
第20図の電圧変換回路を示す図面である。 10……交流発電機、11〜13……電機子巻線、15……キヤ
パシタ・モジユール、18……コントローラ、21A……寄
生ダイオード、22……パワーMOS、41……内燃機関本
体。
路図、第２図は第１図のパワーモジユールa,b,c,d,e,f
の内部回路図であり、第３図は第１図のキヤパシタ・モ
ジユール15の内部回路図、第４図は第１図による実施例
の内燃機関周辺の機器の位置関係を示す図、第５図，第
６図は第１図のクランク角センサ19の出力波形及び機関
の回転速度変動波形を示す図、第７図は第１図のコント
ローラ18の制御フローを示すフロー・チヤート、第８図
は第７図のステツプ770における学習制御の概念を表す
ブロツク図、第９図は第４図の内燃機関本体41から発生
するガストルク波形、第10図は第１図の回路の動作切換
を表す原理図、第11図は第７図のステツプ770の動作を
表すブロツク図、第12図は第11図のブロツク図のタイム
・チヤート、第13図は第２図の回路を単一チツプの半導
体で実現する場合の構造図、第14図，第15図は回転角検
出の第２実施例を示す図面、第16図はその検出回路を示
す図面、第17図は各点の電圧波形を示す図面、第18図は
本発明の他の実施例で回転電機を内燃機関に直結した例
を示す図面、第19図はキヤパシタモジユールの内部回路
図、第20図は本発明の他の実施例を示す図面、第21図は
第20図の電圧変換回路を示す図面である。 10……交流発電機、11〜13……電機子巻線、15……キヤ
パシタ・モジユール、18……コントローラ、21A……寄
生ダイオード、22……パワーMOS、41……内燃機関本
体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山門 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−157699（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277499（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】内燃機関により駆動され、蓄電手段に電力
を供給する交流発電機と、前記発電機の電機子巻線が発
生する起電力の差を検出して、通電する電機子巻線を選
択する選択回路と、前記電機子巻線からの交流出力を整
流する複数の整流器と、前記整流器とそれぞれ並列に接
続され、前記選択回路の信号により選択された電機子巻
線に前記蓄電手段に蓄えられた電力を印加する複数のス
イッチ素子と、前記内燃機関の回転角を検出する位置セ
ンサと、前記位置センサにより得られる内燃機関の回転
位置信号を微分演算して得られた回転速度信号に基づ
き、前記回転速度がその時間平均値より大きい時に前記
電機子巻線からの発電出力を前記複数の整流器を介して
前記蓄電手段に供給して、前記内燃機関に回転負荷を与
えるように制御し、前記回転速度がその時間平均値より
小さい時に前記電機子巻線に前記蓄電手段から前記複数
のスッチ手段を介して電力を供給し、前記内燃機関に回
転力を供するように制御する制御装置とを設けてなる内
燃機関の発電制御装置であって、 前記蓄電手段は、切り換え指令信号に応じて並列、直列
結線される複数のコンデンサを含み、充電時には並列接
続され、放電時には直列接続されて昇圧回路を形成する
ことを特徴とする内燃機関の発電制御装置。 - 【請求項２】前記整流手段は、ソース，ボディ，ゲー
ト，ドレインの各電極を有する縦型MOSで構成されたパ
ワー半導体スッチング素子の組合せで構成され、そのボ
ディとドレイン間に形成された寄生ダイオードを用いて
整流器を構成したことを特徴とする特許請求範囲第１項
記載の内燃機関の発電装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-199891 | 1988-08-12 | ||
| JP19989188 | 1988-08-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02146977A JPH02146977A (ja) | 1990-06-06 |
| JPH0691759B2 true JPH0691759B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=16415326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1199425A Expired - Fee Related JPH0691759B2 (ja) | 1988-08-12 | 1989-08-02 | 内燃機関の発電制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5020491A (ja) |
| EP (1) | EP0354790A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0691759B2 (ja) |
| KR (1) | KR900003518A (ja) |
Families Citing this family (58)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0734678B2 (ja) * | 1989-11-09 | 1995-04-12 | いすゞ自動車株式会社 | アイドル振動低減装置 |
| US5163400A (en) * | 1990-01-16 | 1992-11-17 | Sawafuji Electric Co. Ltd. | Engine unit |
| JP2950880B2 (ja) * | 1990-02-01 | 1999-09-20 | 株式会社日立製作所 | 車体振動低減制御装置 |
| JPH04109062A (ja) * | 1990-08-28 | 1992-04-10 | Hitachi Ltd | 内燃機関の異常燃焼検出装置および内燃機関のトルク制御装置 |
| US5103127A (en) * | 1991-02-25 | 1992-04-07 | General Motors Corporation | Torque converter mounted starter/generator for a motor vehicle |
| JP3063589B2 (ja) * | 1995-05-19 | 2000-07-12 | トヨタ自動車株式会社 | 動力伝達装置およびその制御方法 |
| EP0743215B1 (en) * | 1995-05-19 | 2000-08-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hybrid vehicle power output apparatus and method of controlling same for reducing vibrations |
| US6158405A (en) * | 1995-08-31 | 2000-12-12 | Isad Electronic Systems | System for actively reducing rotational nonuniformity of a shaft, in particular, the drive shaft of an internal combustion engine, and method of operating the system |
| JP2002516055A (ja) | 1995-08-31 | 2002-05-28 | イーエスアーデー・エレクトロニク・ジステームス・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニ・カーゲー | 電気機械を用いて自動車用のけん引制御システムおよび方法 |
| DE19549259A1 (de) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben |
| DE19532135A1 (de) | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben |
| US6148784A (en) * | 1995-08-31 | 2000-11-21 | Isad Electronic Systems Gmbh & Co. Kg | Drive systems, especially for a motor vehicle, and method of operating same |
| DE19532129A1 (de) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | System zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten einer Welle, insbesondere der Triebwelle eines Verbrennungsmotors, und Verfahren hierzu |
| DE19532136A1 (de) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben |
| US6177734B1 (en) | 1998-02-27 | 2001-01-23 | Isad Electronic Systems Gmbh & Co. Kg | Starter/generator for an internal combustion engine, especially an engine of a motor vehicle |
| EP0847487B2 (de) * | 1995-08-31 | 2004-10-20 | Continental ISAD Electronic Systems GmbH & Co. oHG | Antriebssystem mit antriebsmotor, elektrischer maschine und batterie |
| DE19532164A1 (de) | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben |
| KR19990044295A (ko) | 1995-08-31 | 1999-06-25 | 호프만, 휘시텐부쉬 | 내연 기관, 특히 자동차 내연 기관용 시동기/발전기 |
| DE19532128A1 (de) | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | Antriebssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Betreiben desselben |
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