オルタネータの制御装置
【課題】電気負荷の増大に起因したエンジン回転数の大幅な落ち込みをより確実に予防できるようにする。
【解決手段】車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ１１０を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力を規定するｆＤＵＴＹの上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、前記ｆＤＵＴＹの上限を再び引き上げることを特徴とする制御装置を構成した。
【解決手段】車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ１１０を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力を規定するｆＤＵＴＹの上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、前記ｆＤＵＴＹの上限を再び引き上げることを特徴とする制御装置を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車では、内燃機関の出力の一部を利用して発電を行い、その発電した電力をバッテリに充電するとともに、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、照明灯、エアコンディショナやラジエータを空冷するファンのモータ、オーディオ機器といった種々の電気負荷（電装系）に供給している。
【０００３】
コースト走行時（車両の減速時、燃料カット走行時）や登坂時等のエンジン回転数が降下傾向にある状況の下、比較的電力消費の大きい電気負荷がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替えられると、必要な電力供給を行うべくオルタネータの出力電圧が引き上げられ、内燃機関に加わる機械負荷が急増するためにエンジン回転数が大きく落ち込んでしまう。
【０００４】
従来より、実測エンジン回転数に応じてオルタネータの発電電力を制限する（例えば、下記特許文献１を参照）ことや、実測エンジン回転数に応じてスロットル開度を調整することで電気負荷に対応できる発電能力を確保する（例えば、下記特許文献２を参照）ことが知られている。しかしながら、これらの手法を採用したとしても、上に述べたようなエンジン回転数の落ち込みを完全に回避することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９１９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気負荷の増大に起因したエンジン回転数の大幅な落ち込みをより確実に予防できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るオルタネータの制御装置は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度（回転数の単位時間あたり増加量）が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気負荷の増大に起因したエンジン回転数の大幅な落ち込みをより確実に予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。
【図２】同実施形態におけるオルタネータの制御装置を示す回路図。
【図３】同実施形態の制御装置によるオルタネータのｆＤＵＴＹの制御例を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した内燃機関は、自動車に搭載されるものである。内燃機関の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ（特に、電子スロットルバルブ）１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（過給圧または吸気負圧）を検出する圧力センサを配している。
【００１１】
排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ2センサを、下流にリアＯ2センサを、それぞれ配している。Ｏ2センサは、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。
【００１２】
吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。
【００１３】
気筒２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。
【００１４】
内燃機関及び自動変速機の運転制御を司るＥＣＵ４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。
【００１５】
入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ａ、クランク軸の回転速度及びエンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ１１の開度（いわば、機関の要求負荷）を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｄ、シフトレバーの位置（シフトレンジ）を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、吸気カム軸９１の端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カム軸９２の端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ2センサから出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ2センサから出力される下流側空燃比信号ｊ、ノッキングの発生状況を検出するノックセンサから出力されるノッキング信号ｋ等が入力される。
【００１６】
出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、トルクコンバータ（図示せず）のロックアップクラッチに対してロックアップ信号ｐ等を出力する。
【００１７】
中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲガスの還流量（吸気のＥＧＲ率）、変速比等の制御を遂行する。
【００１８】
ＥＣＵ４は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、現状の吸気量及び吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、自動変速比の変速比及びトルクコンバータにおけるロックアップの要否等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを、出力インタフェース４４を介して印加する。この制御入力の算定手法は、既知の内燃機関の運転制御と同様とすることができるので、ここでは説明を割愛する。
【００１９】
発電システムに関して述べる。オルタネータ１１０は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介して内燃機関のクランク軸に接続しており、クランク軸の回転に従動して回転し発電する。図２に、発電システムの等価回路を示す。オルタネータ１１０は、ステータに巻回されたステータコイル１１１と、ステータの内側に配置され回転するロータに巻回されたフィールドコイル１１２とを有する。ステータコイル１１１は三相コイルであり、三相交流の誘起電流を発電する。この誘起電流は、整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。
【００２０】
本実施形態のオルタネータ１１０の制御装置は、フィールドコイル１１２への通電のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹを操作することを通じて、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の大きさを少なくともＨＩ電位とＬＯ電位との二段階に切り替えることが可能なレギュレータ１３０と、オルタネータ１１０の発電電圧若しくは電力をＨＩとするかＬＯとするかを指令する信号ｑをレギュレータ１３０に入力可能な制御部たるＥＣＵ４とを具備してなる。
【００２１】
オルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさを制御するレギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式のもので、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）を用いた切替回路１３１を介してフィールドコイル１１２に通電する。そして、パワーデバイスのスイッチ動作により、フィールドコイル１１２への通電をＯＮ／ＯＦＦする。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイル１１１に誘起される電圧は、フィールドコイル１１２を流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比即ちｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２は、ＥＣＵ４からオルタネータ１１０の出力電圧を指令する信号ｑを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。
【００２２】
上記のＰＷＭ制御により、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧、ひいてはオルタネータ１１０の発電電力を増減させることができる。オルタネータ１１０による発電量、即ちバッテリ１２０への充電量及び／または種々の電気負荷（照明灯、エアコンディショナやラジエータを空冷するファンのモータ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、その他）への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。
【００２３】
広汎に普及している車両用オルタネータ１１０のレギュレータ１３０では、オルタネータ１１０の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ４は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｑを入力する。
【００２４】
なお、レギュレータ１３０として、オルタネータ１１０の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のＥＣＵ４は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧を上記範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｑを入力する。以降の説明では、比較的高位の電圧値をＨＩ電位、比較的低位の電圧値をＬＯ電位と呼称するが、その具体的な数値は一意に限定されない。ＬＯ電位は、バッテリ１２０の電圧以下またはバッテリ１２０の電圧に近い低電圧に定めることが望ましい。バッテリ１２０電圧はバッテリ１２０の充電状態等に応じて上下するものの、通常は所定電圧、例えば１２Ｖ以上である。
【００２５】
オルタネータ１１０は内燃機関のクランク軸から回転駆動力の供給を受けて発電するものであるから、内燃機関から見ればオルタネータ１１０は機械負荷となる。当然ながら、その機械負荷は、オルタネータ１１０による発電量が大きいほど大きくなる。
【００２６】
より具体的に述べると、オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０の電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電され、かつオルタネータ１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、オルタネータ１１０がクランク軸の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ１２０への充電量及び電気負荷への給電量は、オルタネータ１１０の出力電圧とバッテリ１２０電圧との電位差に依存する。
【００２７】
逆に、オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０電圧に満たないか、バッテリ１２０電圧に近いときには、バッテリ１２０が充電されず、またオルタネータ１１０からは電気負荷に電力が供給されない（バッテリ１２０から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、オルタネータ１１０が仕事をしない、またはオルタネータ１１０がする仕事が小さくなる。
【００２８】
要するに、ＥＣＵ４からレギュレータ１３０にＨＩ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の機械負荷が増し、ＬＯ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の機械負荷が減る。
【００２９】
オルタネータ１１０の発電量に係わる目標ｆＤＵＴＹは、基本的に、車速が低いほど少なく、車速が高いほど多くする。車速が十分に高い領域では、オルタネータ１１０の発電に起因するエンジン回転の減速は問題とならず、発電量を制限する必要は乏しい。また、車速が低い領域では、トルクコンバータにおけるロックアップが解除されるため、目標ｆＤＵＴＹを高くしても車両（の車軸）が急制動されることはない。故に、トルクコンバータのロックアップが開始される車速の近傍、ロックアップが開始される車速よりも若干低い車速の領域において、目標ｆＤＵＴＹを最も低く設定する。
【００３０】
目標ｆＤＵＴＹに影響を与える要素は、車速だけではない。内燃機関及び／または変速機の温度も、目標ｆＤＵＴＹを定める上で無視できない。内燃機関の温度を示唆する冷却水温や、変速機の温度を示唆する変速機（及び、トルクコンバータ）の作動油温が低い状況では、元来エンジン回転に対する機械負荷が高いと言える。状況如何によらずエンジンブレーキ力を一定に保つには、冷却水温及び／または作動油温が低いほど、目標ｆＤＵＴＹを低く補正する必要がある。
【００３１】
加えて、バッテリ１２０の充電状態や電気負荷の稼働状況も、目標ｆＤＵＴＹに影響を与える。バッテリ１２０があまり充電されていない、または電気負荷の消費電力が大きいような状況では、エンジンブレーキ力が強化されることを容認してもオルタネータ１１０による発電量を増加させた方がよい。よって、バッテリ１２０電圧が低い場合や電気負荷の稼働数が多い（または、消費電力が多い）場合には、バッテリ１２０電圧が高い場合や電気負荷の稼働数が少ない（または、消費電力が少ない）場合と比べて、目標ｆＤＵＴＹを高く補正する。
【００３２】
総じて、ＥＣＵ４は、車速、冷却水温、作動油温、バッテリ１２０電圧及び電気負荷等を参照して、目標ｆＤＵＴＹを決定する。
【００３３】
しかしながら、コースト走行時や登坂時等のエンジン回転数が降下傾向にある状況の下で、比較的電力消費の大きい電気負荷がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替えられた場合、増大した電気負荷に見合った電力供給を行うべく目標ｆＤＵＴＹが引き上げられる結果、内燃機関に加わる機械負荷が急増してエンジン回転数が大きく落ち込んでしまうおそれがある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、必要に応じて目標ｆＤＵＴＹに上限を設けることとしている。
【００３５】
目標ｆＤＵＴＹの上限となるガード値は、エンジン回転数の減速度に応じて設定する。即ち、図３（図中、目標ｆＤＵＴＹを細い実線で示し、上限ガード値を太い破線で示している）に例示するように、ＥＣＵ４は、エンジン回転数が所定以下であり、なおかつエンジン回転数の降下速度（回転数の単位時間あたり減少量）が第一の閾値を超えている場合において、目標ｆＤＵＴＹの上限ガード値を、それ以外の場合と比較して引き下げる。
【００３６】
その後、エンジン回転数が落ち着き、その降下速度が０近傍となった場合には、引き下げていた目標ｆＤＵＴＹの上限ガード値を元の値まで引き上げる。なお、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件とする替わりに、エンジン回転数が再上昇を始めてその上昇速度（回転数の単位時間あたり増加量）が第二の閾値を超えたことを条件として、引き下げていた上限ガード値を元の値に引き上げるようにしてもよい。ここに言う第二の閾値は、前記第一の閾値とは異なる。
【００３７】
上限ガード値を元の値に引き上げる際には、その上限ガード値を時間経過に伴って徐々に上昇させるか、または目標ｆＤＵＴＹを時間経過に伴って徐々に上昇させることが望ましい。これは、オルタネータ１１０の発電量が急に増大してエンジン回転数がハンチングすることを抑止する意図である。上限ガード値を徐々に上昇させるときの上昇速度（上限ガード値の単位時間あたり増加量）、または目標ｆＤＵＴＹを徐々に上昇させるときの上昇速度（目標ｆＤＵＴＹの単位時間あたり増加量）は、エンジン回転数の上昇速度が大きいほど大きくする。
【００３８】
ＥＣＵ４は、車速や冷却水温、作動油温、バッテリ１２０電圧、電気負荷等に基づいて演算した目標ｆＤＵＴＹが上限ガード値を超えてしまうのであれば、目標ｆＤＵＴＹを上限ガード値に抑える。その上で、フィールド電流のＤＵＴＹ比を、目標ｆＤＵＴＹ比となるようにフィードバック制御する。
【００３９】
ＥＣＵ４は、検出回路１３３を介してフィールド電流の波形を検出し、実測ｆＤＵＴＹを算定する。図３に示しているように、検出回路１３３は、パワーデバイスに入力されるＰＷＭ制御電流の波形を観測することで間接的にフィールド電流の波形を検出し、その信号ｒをＥＣＵ４に送るものである。尤も、フィールドコイル１１２を流れる電流自体を直接観測して波形を検出し、その信号をＥＣＵ４に送るものとしても構わない。そして、ＥＣＵ４は、目標ｆＤＵＴＹと実測ｆＤＵＴＹとを反復的に比較し、両者の偏差が縮小するようにレギュレータ１３０に与える指令ｑを変化させることで、実測ｆＤＵＴＹを目標ｆＤＵＴＹへと追従させる。
【００４０】
本実施形態では、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ１１０を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力（目標ｆＤＵＴＹ）の上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げることを特徴とする制御装置を構成した。
【００４１】
本実施形態によれば、エンジン回転数が急落するおそれがある状況で、オルタネータ１１０の発電による機械負荷の増大に適正な制限をかけることができる。従って、エンジンストールに至るようなエンジン回転数の落ち込みを確実に防止することが可能となる。無論、エンジン回転数が安定し、または再び加速を始めた暁には、制限を解除してオルタネータ１１０の発電量を増大させ、電気負荷の要求に見合った電力を確保するのである。
【００４２】
加えて、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げる際に、上限ガード値または目標ｆＤＵＴＹを時間経過に伴って徐々に上昇させるようにしたため、オルタネータ１１０の発電による機械負荷の急増を回避してエンジン回転数のハンチングを予防でき、ドライバビリティを維持することができる。
【００４３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、車両に搭載される内燃機関に付帯するオルタネータの制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
０…内燃機関
４…制御部（ＥＣＵ）
１１０…オルタネータ
１１２…フィールドコイル
１３０…レギュレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車では、内燃機関の出力の一部を利用して発電を行い、その発電した電力をバッテリに充電するとともに、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、照明灯、エアコンディショナやラジエータを空冷するファンのモータ、オーディオ機器といった種々の電気負荷（電装系）に供給している。
【０００３】
コースト走行時（車両の減速時、燃料カット走行時）や登坂時等のエンジン回転数が降下傾向にある状況の下、比較的電力消費の大きい電気負荷がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替えられると、必要な電力供給を行うべくオルタネータの出力電圧が引き上げられ、内燃機関に加わる機械負荷が急増するためにエンジン回転数が大きく落ち込んでしまう。
【０００４】
従来より、実測エンジン回転数に応じてオルタネータの発電電力を制限する（例えば、下記特許文献１を参照）ことや、実測エンジン回転数に応じてスロットル開度を調整することで電気負荷に対応できる発電能力を確保する（例えば、下記特許文献２を参照）ことが知られている。しかしながら、これらの手法を採用したとしても、上に述べたようなエンジン回転数の落ち込みを完全に回避することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９１９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気負荷の増大に起因したエンジン回転数の大幅な落ち込みをより確実に予防できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るオルタネータの制御装置は、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度（回転数の単位時間あたり増加量）が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電気負荷の増大に起因したエンジン回転数の大幅な落ち込みをより確実に予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。
【図２】同実施形態におけるオルタネータの制御装置を示す回路図。
【図３】同実施形態の制御装置によるオルタネータのｆＤＵＴＹの制御例を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した内燃機関は、自動車に搭載されるものである。内燃機関の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ（特に、電子スロットルバルブ）１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（過給圧または吸気負圧）を検出する圧力センサを配している。
【００１１】
排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ2センサを、下流にリアＯ2センサを、それぞれ配している。Ｏ2センサは、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。
【００１２】
吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。
【００１３】
気筒２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。
【００１４】
内燃機関及び自動変速機の運転制御を司るＥＣＵ４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。
【００１５】
入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ａ、クランク軸の回転速度及びエンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ１１の開度（いわば、機関の要求負荷）を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｄ、シフトレバーの位置（シフトレンジ）を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号ｆ、吸気カム軸９１の端部にあるタイミングセンサから出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カム軸９２の端部にあるタイミングセンサから所定クランク角度の回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ2センサから出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ2センサから出力される下流側空燃比信号ｊ、ノッキングの発生状況を検出するノックセンサから出力されるノッキング信号ｋ等が入力される。
【００１６】
出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、トルクコンバータ（図示せず）のロックアップクラッチに対してロックアップ信号ｐ等を出力する。
【００１７】
中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の燃料噴射量や点火時期、ＥＧＲガスの還流量（吸気のＥＧＲ率）、変速比等の制御を遂行する。
【００１８】
ＥＣＵ４は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、現状の吸気量及び吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火タイミング、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、自動変速比の変速比及びトルクコンバータにおけるロックアップの要否等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを、出力インタフェース４４を介して印加する。この制御入力の算定手法は、既知の内燃機関の運転制御と同様とすることができるので、ここでは説明を割愛する。
【００１９】
発電システムに関して述べる。オルタネータ１１０は、ベルト及びプーリを要素とする巻掛伝動機構等を介して内燃機関のクランク軸に接続しており、クランク軸の回転に従動して回転し発電する。図２に、発電システムの等価回路を示す。オルタネータ１１０は、ステータに巻回されたステータコイル１１１と、ステータの内側に配置され回転するロータに巻回されたフィールドコイル１１２とを有する。ステータコイル１１１は三相コイルであり、三相交流の誘起電流を発電する。この誘起電流は、整流器１１３によって直流電流とした上でバッテリ１２０に蓄電する。
【００２０】
本実施形態のオルタネータ１１０の制御装置は、フィールドコイル１１２への通電のＤＵＴＹ比であるｆＤＵＴＹを操作することを通じて、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の大きさを少なくともＨＩ電位とＬＯ電位との二段階に切り替えることが可能なレギュレータ１３０と、オルタネータ１１０の発電電圧若しくは電力をＨＩとするかＬＯとするかを指令する信号ｑをレギュレータ１３０に入力可能な制御部たるＥＣＵ４とを具備してなる。
【００２１】
オルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさを制御するレギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式のもので、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）を用いた切替回路１３１を介してフィールドコイル１１２に通電する。そして、パワーデバイスのスイッチ動作により、フィールドコイル１１２への通電をＯＮ／ＯＦＦする。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイル１１１に誘起される電圧は、フィールドコイル１１２を流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比即ちｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ１３０の電圧制御回路１３２は、ＥＣＵ４からオルタネータ１１０の出力電圧を指令する信号ｑを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。
【００２２】
上記のＰＷＭ制御により、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧、ひいてはオルタネータ１１０の発電電力を増減させることができる。オルタネータ１１０による発電量、即ちバッテリ１２０への充電量及び／または種々の電気負荷（照明灯、エアコンディショナやラジエータを空冷するファンのモータ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム、その他）への給電量は、ｆＤＵＴＹが高いほど増加し、ｆＤＵＴＹが低いほど減少する。
【００２３】
広汎に普及している車両用オルタネータ１１０のレギュレータ１３０では、オルタネータ１１０の出力電圧を二段階、例えば１４．５Ｖまたは１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ４は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧をＨＩ電位＝１４．５Ｖとするか、ＬＯ電位＝１２．８Ｖとするかを指令する信号ｑを入力する。
【００２４】
なお、レギュレータ１３０として、オルタネータ１１０の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のＥＣＵ４は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧を上記範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｑを入力する。以降の説明では、比較的高位の電圧値をＨＩ電位、比較的低位の電圧値をＬＯ電位と呼称するが、その具体的な数値は一意に限定されない。ＬＯ電位は、バッテリ１２０の電圧以下またはバッテリ１２０の電圧に近い低電圧に定めることが望ましい。バッテリ１２０電圧はバッテリ１２０の充電状態等に応じて上下するものの、通常は所定電圧、例えば１２Ｖ以上である。
【００２５】
オルタネータ１１０は内燃機関のクランク軸から回転駆動力の供給を受けて発電するものであるから、内燃機関から見ればオルタネータ１１０は機械負荷となる。当然ながら、その機械負荷は、オルタネータ１１０による発電量が大きいほど大きくなる。
【００２６】
より具体的に述べると、オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０の電圧を超越するとき、バッテリ１２０が充電され、かつオルタネータ１１０から電気負荷に電力が供給される。つまり、オルタネータ１１０がクランク軸の回転のエネルギを費やして電気エネルギを生成する仕事をする。バッテリ１２０への充電量及び電気負荷への給電量は、オルタネータ１１０の出力電圧とバッテリ１２０電圧との電位差に依存する。
【００２７】
逆に、オルタネータ１１０の出力電圧がバッテリ１２０電圧に満たないか、バッテリ１２０電圧に近いときには、バッテリ１２０が充電されず、またオルタネータ１１０からは電気負荷に電力が供給されない（バッテリ１２０から電気負荷に電力供給されることはある）。つまり、オルタネータ１１０が仕事をしない、またはオルタネータ１１０がする仕事が小さくなる。
【００２８】
要するに、ＥＣＵ４からレギュレータ１３０にＨＩ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の機械負荷が増し、ＬＯ電位を指令するとエンジン回転に対するオルタネータ１１０の機械負荷が減る。
【００２９】
オルタネータ１１０の発電量に係わる目標ｆＤＵＴＹは、基本的に、車速が低いほど少なく、車速が高いほど多くする。車速が十分に高い領域では、オルタネータ１１０の発電に起因するエンジン回転の減速は問題とならず、発電量を制限する必要は乏しい。また、車速が低い領域では、トルクコンバータにおけるロックアップが解除されるため、目標ｆＤＵＴＹを高くしても車両（の車軸）が急制動されることはない。故に、トルクコンバータのロックアップが開始される車速の近傍、ロックアップが開始される車速よりも若干低い車速の領域において、目標ｆＤＵＴＹを最も低く設定する。
【００３０】
目標ｆＤＵＴＹに影響を与える要素は、車速だけではない。内燃機関及び／または変速機の温度も、目標ｆＤＵＴＹを定める上で無視できない。内燃機関の温度を示唆する冷却水温や、変速機の温度を示唆する変速機（及び、トルクコンバータ）の作動油温が低い状況では、元来エンジン回転に対する機械負荷が高いと言える。状況如何によらずエンジンブレーキ力を一定に保つには、冷却水温及び／または作動油温が低いほど、目標ｆＤＵＴＹを低く補正する必要がある。
【００３１】
加えて、バッテリ１２０の充電状態や電気負荷の稼働状況も、目標ｆＤＵＴＹに影響を与える。バッテリ１２０があまり充電されていない、または電気負荷の消費電力が大きいような状況では、エンジンブレーキ力が強化されることを容認してもオルタネータ１１０による発電量を増加させた方がよい。よって、バッテリ１２０電圧が低い場合や電気負荷の稼働数が多い（または、消費電力が多い）場合には、バッテリ１２０電圧が高い場合や電気負荷の稼働数が少ない（または、消費電力が少ない）場合と比べて、目標ｆＤＵＴＹを高く補正する。
【００３２】
総じて、ＥＣＵ４は、車速、冷却水温、作動油温、バッテリ１２０電圧及び電気負荷等を参照して、目標ｆＤＵＴＹを決定する。
【００３３】
しかしながら、コースト走行時や登坂時等のエンジン回転数が降下傾向にある状況の下で、比較的電力消費の大きい電気負荷がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替えられた場合、増大した電気負荷に見合った電力供給を行うべく目標ｆＤＵＴＹが引き上げられる結果、内燃機関に加わる機械負荷が急増してエンジン回転数が大きく落ち込んでしまうおそれがある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、必要に応じて目標ｆＤＵＴＹに上限を設けることとしている。
【００３５】
目標ｆＤＵＴＹの上限となるガード値は、エンジン回転数の減速度に応じて設定する。即ち、図３（図中、目標ｆＤＵＴＹを細い実線で示し、上限ガード値を太い破線で示している）に例示するように、ＥＣＵ４は、エンジン回転数が所定以下であり、なおかつエンジン回転数の降下速度（回転数の単位時間あたり減少量）が第一の閾値を超えている場合において、目標ｆＤＵＴＹの上限ガード値を、それ以外の場合と比較して引き下げる。
【００３６】
その後、エンジン回転数が落ち着き、その降下速度が０近傍となった場合には、引き下げていた目標ｆＤＵＴＹの上限ガード値を元の値まで引き上げる。なお、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件とする替わりに、エンジン回転数が再上昇を始めてその上昇速度（回転数の単位時間あたり増加量）が第二の閾値を超えたことを条件として、引き下げていた上限ガード値を元の値に引き上げるようにしてもよい。ここに言う第二の閾値は、前記第一の閾値とは異なる。
【００３７】
上限ガード値を元の値に引き上げる際には、その上限ガード値を時間経過に伴って徐々に上昇させるか、または目標ｆＤＵＴＹを時間経過に伴って徐々に上昇させることが望ましい。これは、オルタネータ１１０の発電量が急に増大してエンジン回転数がハンチングすることを抑止する意図である。上限ガード値を徐々に上昇させるときの上昇速度（上限ガード値の単位時間あたり増加量）、または目標ｆＤＵＴＹを徐々に上昇させるときの上昇速度（目標ｆＤＵＴＹの単位時間あたり増加量）は、エンジン回転数の上昇速度が大きいほど大きくする。
【００３８】
ＥＣＵ４は、車速や冷却水温、作動油温、バッテリ１２０電圧、電気負荷等に基づいて演算した目標ｆＤＵＴＹが上限ガード値を超えてしまうのであれば、目標ｆＤＵＴＹを上限ガード値に抑える。その上で、フィールド電流のＤＵＴＹ比を、目標ｆＤＵＴＹ比となるようにフィードバック制御する。
【００３９】
ＥＣＵ４は、検出回路１３３を介してフィールド電流の波形を検出し、実測ｆＤＵＴＹを算定する。図３に示しているように、検出回路１３３は、パワーデバイスに入力されるＰＷＭ制御電流の波形を観測することで間接的にフィールド電流の波形を検出し、その信号ｒをＥＣＵ４に送るものである。尤も、フィールドコイル１１２を流れる電流自体を直接観測して波形を検出し、その信号をＥＣＵ４に送るものとしても構わない。そして、ＥＣＵ４は、目標ｆＤＵＴＹと実測ｆＤＵＴＹとを反復的に比較し、両者の偏差が縮小するようにレギュレータ１３０に与える指令ｑを変化させることで、実測ｆＤＵＴＹを目標ｆＤＵＴＹへと追従させる。
【００４０】
本実施形態では、車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータ１１０を駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力（目標ｆＤＵＴＹ）の上限を平時と比較して引き下げ、その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げることを特徴とする制御装置を構成した。
【００４１】
本実施形態によれば、エンジン回転数が急落するおそれがある状況で、オルタネータ１１０の発電による機械負荷の増大に適正な制限をかけることができる。従って、エンジンストールに至るようなエンジン回転数の落ち込みを確実に防止することが可能となる。無論、エンジン回転数が安定し、または再び加速を始めた暁には、制限を解除してオルタネータ１１０の発電量を増大させ、電気負荷の要求に見合った電力を確保するのである。
【００４２】
加えて、オルタネータ１１０が発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げる際に、上限ガード値または目標ｆＤＵＴＹを時間経過に伴って徐々に上昇させるようにしたため、オルタネータ１１０の発電による機械負荷の急増を回避してエンジン回転数のハンチングを予防でき、ドライバビリティを維持することができる。
【００４３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、車両に搭載される内燃機関に付帯するオルタネータの制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
０…内燃機関
４…制御部（ＥＣＵ）
１１０…オルタネータ
１１２…フィールドコイル
１３０…レギュレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、
エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を平時と比較して引き下げ、
その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げる
ことを特徴とするオルタネータの制御装置。
【請求項１】
車両に搭載され、エンジン回転を伝達することによりオルタネータを駆動し発電を行うシステムを制御するものであって、
エンジン回転数の降下速度が第一の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を平時と比較して引き下げ、
その後、エンジン回転数の降下速度が０近傍となったことを条件として、またはエンジン回転数の上昇速度が第二の閾値を超えたことを条件として、オルタネータが発電し出力する電圧若しくは電力の上限を再び引き上げる
ことを特徴とするオルタネータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１０９３７（Ｐ２０１３−１１０９３７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６３９４（Ｐ２０１１−２５６３９４）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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