JP4798196B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置に関する。

従来から、受信したＰＷＭ信号のデューティ比が所定の範囲にある場合に、発電電力抑制制御を行い、それ以外の範囲の場合はこの制御を行わないことで、エンジンの良好な始動性を確保するようにした車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この発電抑制制御は、励磁電流値の制限、励磁デューティの制限、励磁の停止などにより行われる。また、発電抑制制御の有効無効は、Ｐ端子電圧に基づいて検出した回転数に応じて切り替えるようにしてもよい。

また、バッテリ電圧をイグニッションスイッチおよび直列に接続されたチャージランプを通じて、レギュレータのチャージランプ駆動端子（Ｌ端子）に印加し、Ｌ端子電圧の検出手段を追加することにより、イグニッションスイッチの導通（電源投入信号）を検出するようにした車両充電発電機用制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−３１５２２２号公報（第４−８頁、図１−１３） 特開昭６０−１０９７３１号公報（第２−３頁、図１−３）

ところで、上述した特許文献１に開示された従来技術は、主にエンジン始動性の向上に効果があり、発電抑制制御の有効／無効を状況に応じて切替えることができる。しかし、有効／無効を切替えるだけであるため、状況により適した発電抑制制御を行うことができないという問題があった。

また、近年、Ｌ端子に接続される負荷が多様化している。従来から使用されているフィラメントを有するバルブランプと近年使用されることが多い発光ダイオードのランプはその電気特性が大きく異なる。また、上記の負荷を車両用発電機の制御装置で直接駆動することなく、負荷を駆動する外部制御装置をＬ端子へ接続してＬ端子から外部制御装置に向けて信号を送信する場合もある。Ｌ端子に電源投入（キーオン）検出機能を持たせた車両用発電機の制御装置（レギュレータ）では、その機能はＬ端子接続負荷に影響を受けるため、レギュレータとＬ端子接続負荷の組合せによっては電源投入（キーオン）検出機能（Ｌ端子電圧の検出手段の機能）が正常に動作しないおそれがあるという問題があり、Ｌ端子に接続される負荷の影響を受けずに発電状態の警報を行うことができる手法が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、エンジン始動性を向上させることができるとともに、Ｌ端子（警報端子）に接続される負荷の影響を受けずに発電状態の警報を行うことができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、エンジンにより駆動される車両用発電機の発電開始を検出する発電検出手段と、発電検出手段によって発電開始が検出されるまで警報動作を行い、発電開始検出後に警報動作を停止する警報手段と、通信線を介して外部制御装置から送信される信号を検出する通信信号検出回路と、エンジンの始動開始を検出する始動検出手段と、通信信号検出回路によって検出された信号のデューティに応じた基準電圧を用いて、車両用発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御と、通信信号検出回路によって検出された信号のデューティに応じた駆動デューティで、車両用発電機の界磁巻線に励磁電流を供給するスイッチング素子を駆動する初期励磁制御とを選択的に行う発電制御手段とを車両用発電機内部に備え、発電制御手段は、前記始動検出手段によって前記エンジンの始動開始が検出されるまで前記初期励磁制御を行い、始動開始検出後は前記発電電圧制御を行っている。外部制御装置から送られてくる信号のデューティに応じて初期励磁デューティを設定することができるため、外部制御装置はエンジン冷却水温度やエンジン始動履歴等に応じて初期励磁デューティを可変設定することが可能になり、エンジン始動性を向上させことができる。

また、エンジン始動時には初期励磁制御を行うとともに、エンジンが始動して回転が安定した後は発電電圧制御に切り替えることができる。

また、車両の電源投入を示す信号が外部制御装置から通信端子を介して入力され、警報手段に接続された警報端子は、警報動作に対応して警報手段を駆動する信号を出力する機能のみを有することが望ましい。電源投入の有無を検出するために警報端子を用いないため、警報端子（Ｌ端子）に接続される負荷の影響を受けずに警報動作を行うことが可能となる。

また、上述した外部制御装置から通信端子に送られてくる信号が一定時間以上に渡って一定電圧になったときに電源投入を検出する電源投入検出手段をさらに備え、電源投入検出手段によって電源投入が検出されたときに、発電制御手段による初期励磁制御が開始されることが望ましい。これにより、警報端子ではなく通信端子を監視することにより電源投入を検出して初期励磁制御を開始することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置が内蔵される車両用発電機とバッテリや電気負荷等との接続状態が示されている。

図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、車両用発電制御装置５、電機子巻線６、界磁巻線７、整流器８を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線７は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線７は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線６は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線６は、界磁巻線７の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線６に誘起される交流出力が整流器８に供給される。整流器８は、電機子巻線６の交流出力を全波整流する。整流器８の出力が、車両用発電機１の出力としてＢ端子を介して外部に取り出され、バッテリ２や電気負荷スイッチ４を介して電気負荷３に供給される。車両用発電機１の出力は、回転子の回転数や界磁巻線７に流れる励磁電流の通電量に応じて変化し、その励磁電流は車両用発電制御装置５によって制御される。また、車両用発電制御装置５は、Ｌ端子（警報端子）を介してチャージランプ１０の一方端に接続されている。チャージランプ１０の他方端はバッテリ２の高電圧端に接続されている。

次に、車両用発電制御装置５の詳細について説明する。車両用発電制御装置５は、スイッチング素子５１、還流ダイオード５２、抵抗５３、５４、スイッチング素子（チャージランプ制御手段）５６、励磁電流制御回路５７、発電検出回路５８、電圧比較回路５９、通信信号検出回路６０、電源投入検出回路６１、チャージランプ制御回路６２を有している。

通信信号検出回路６０は、ＥＣＵ９０から送信されるパルス幅変調信号をＣ端子（通信端子）を介して検出するパルス幅変調信号検出回路を有しており、この信号に基づいて、電源投入の有無を判定して電源投入を判定したときに電源投入信号を出力するとともに、この信号のデューティに基づいて初期励磁デューティや基準電圧の設定を行う。

電源投入検出回路６１は、通信信号検出回路６０から電源投入信号が出力されると、励磁電流制御回路５７、発電検出回路５８、電圧比較回路５９、チャージランプ制御回路６２、始動検出回路６７に動作電圧を送ってこれらの回路を起動する。以後、車両用発電制御装置５による発電制御が開始される。

抵抗５３、５４は、分圧回路を構成し、車両用発電機１の発電電圧（出力電圧）を分圧した電圧を電圧比較回路５９に入力する。電圧比較回路５９は、抵抗５３、５４で分圧された発電電圧と、通信信号検出回路６０から出力される基準電圧とを比較する。例えば、比較結果として、基準電圧の方が発電電圧よりも高い場合にはハイレベルの信号が出力され、反対に発電電圧の方が基準電圧よりも高い場合にはローレベルの信号が出力される。

励磁電流制御回路５７は、エンジン始動直後の初期励磁制御状態と、エンジン始動後の発電電圧制御状態とで異なる制御を行う。具体的には、初期励磁制御状態においては、励磁電流制御回路５７は、ＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティに応じて設定される初期励磁デューティ（駆動デューティ）で、スイッチング素子５１をオンオフ制御する。一方、発電電圧制御状態においては、励磁電流制御回路５７は、電圧比較回路５９の出力（電圧比較結果）と、スイッチング素子５１の直前の制御履歴（直前の駆動デューティ）とに基づいて決定した駆動デューティで、スイッチング素子５１をオンオフ制御する。

スイッチング素子５１はＦ端子を介して界磁巻線７の高電圧端に接続され、界磁巻線７の他端は接地されている。したがって、スイッチング素子５１をオフすることにより界磁巻線７の励磁電流が遮断され、スイッチング素子５１をオンすることにより界磁巻線７に励磁電流が通電される。また、界磁巻線７と並列に還流ダイオード５２が接続されており、スイッチング素子５１がオフされた場合にも励磁電流は過渡的に流れるようになっている。

発電検出回路５８は、電機子巻線６の一相が接続されたＰ端子の電圧Ｖｐに基づいて、車両用発電機１の発電開始を検出する。例えば、Ｖｐ＞Ｖ１、かつ、Ｔｐ＜Ｔ１のときに、発電が開始したものと判定される。ここで、Ｔｐは電圧Ｖｐの周期であり、Ｖ１、Ｔ１は発電開始検出の基準となる基準電圧、基準周期である。これらの電圧条件と周期条件を満たしたときに、発電開始の判定がなされる。

始動検出回路６７は、電機子巻線６の一相が接続されたＰ端子の電圧Ｖｐに基づいて、エンジンの始動を検出する。例えば、Ｖｐ＞Ｖ２、または、Ｔｐ＜Ｔ２のときに、エンジンが始動したものと判定される。ここで、Ｖ２、Ｔ２は始動検出の基準となる基準電圧、基準周期である。始動検出回路６７の検出条件をＶｐ＞Ｖ２、かつ、Ｔｐ＜Ｔ２とせず、Ｖｐ＞Ｖ２、または、Ｔｐ＜Ｔ２としたのは、パルス幅変調信号のデューティに応じて決定される初期励磁デューティが低い場合に、エンジン始動後になってもＶｐ＞Ｖ２を満足できずに初期励磁制御状態から発電電圧制御状態へ切り替わらない懸念と、逆にパルス幅変調信号のデューティに応じて決定される初期励磁デューティが高い場合にエンジン回転数が上昇しＴｐ＜Ｔ２を満足して制御状態が切り替わる以前に、発電電圧が充電に不適切な電圧まで上昇するという懸念とを、あわせて排除するためである。

図２は、発電開始およびエンジン始動の検出を行うために用いられる基準電圧と基準周期の具体例を示す図である。図２に示す例では、Ｖ１＝１０Ｖ、Ｖ２＝１４Ｖにそれぞれの基準電圧が設定され、Ｔ１＝１０ｍｓ、Ｔ２＝５ｍｓにそれぞれの基準周期が設定されている。

チャージランプ制御回路６２は、発電検出回路５８によって発電開始が検出されるまで、Ｌ端子に接続されているチャージランプ１０を駆動して点灯し、発電開始検出後はチャージランプ１０の駆動を停止して消灯する。このチャージランプの点灯が警報動作に対応する。なお、図１では、チャージランプ１０はバルブランプを意味する記号となっているが、バルブランプの代わりに、発光ダイオードを含む回路や、Ｌ端子に対する電圧検出手段を持つＥＣＵ９０やその他の外部制御装置であってもよい。

また、図１に示すように、上述した車両用発電機１のＣ端子には、通信線を介して外部制御装置としてのＥＣＵ９０が接続されている。ＥＣＵ９０は、エンジン制御装置やその他の制御装置を用いることができる。ＥＣＵ９０は、スイッチング素子９１、９３および抵抗９２を含んで構成されている。スイッチング素子９３、抵抗９２、スイッチング素子９１の順番で電源ラインとアース間に接続されており、スイッチング素子９１と抵抗９２の接続点からＣ端子に向けた信号線が引き出されている。

上述した発電検出回路５８が発電検出手段に、チャージランプ制御回路６２が警報手段に、抵抗５３、５４、励磁電流制御回路５７、電圧比較回路５９、通信信号検出回路６０が発電制御手段に、始動検出回路６７が始動検出手段に、通信信号検出回路６０、電源投入検出回路６１が電源投入検出手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用発電機１およびＥＣＵ９０はこのような構成を有しており、次に、エンジン始動時の動作について説明する。

キースイッチがオンされると、ＥＣＵ９０は、スイッチング素子９３をオン、スイッチング素子９１をオフする。これにより、信号線が抵抗９２を介して電源ラインに接続された車両用発電機１のＣ端子の電位が上昇する。この状態は一定時間以上継続される。その後、ＥＣＵ９０は、スイッチング素子９３をオンした状態を維持しながらスイッチング素子９１をオンオフすることでパルス幅変調信号を生成し、車両用発電機１に向けて送信する。

通信信号検出回路６０は、Ｃ端子電圧が一定時間以上に渡って一定電圧値以上になると、内部のパルス幅変調信号検出回路を起動する。その後、このパルス幅変調信号検出回路によって、ＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号を検出すると、通信信号検出回路６０は、電源投入検出回路６１に向けて電源投入信号を入力する。以後、車両用発電制御装置５の各部が動作可能な状態に移行し、チャージランプ制御回路６２は、Ｌ端子に接続されたチャージランプ１０を点灯する。

この状態では、エンジンが始動されていないため、発電検出回路５８によって発電開始が検出されておらず、始動検出回路６７によってエンジン始動が検出されていない。

ところで、本実施形態では、初期励磁制御と発電電圧制御との切り替えは、始動検出回路６７の検出結果に基づいて行われる。具体的には、エンジン始動が検出されるまでは初期励磁制御が行われ、エンジン始動が検出された後は発電電圧制御が行われる。

（エンジン始動前の動作）
エンジン始動の検出結果は、始動検出回路６７から通信信号検出回路６０、励磁電流制御回路５７に送られる。エンジン始動前においては、通信信号検出回路６０は、ＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティに基づいて初期励磁デューティを設定し、設定した初期励磁デューティを励磁電流制御回路５７に入力する。

図３は、初期励磁デューティの具体的な設定例を示す図である。横軸の「通信信号デューティ」はＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティを示している。図３に示す例では、パルス幅変調信号のデューティを１〜１３％の範囲で変化させることにより、初期励磁デューティを０〜３０％の範囲で階段状に変化させることができる。ＥＣＵ９０は、電気負荷の接続状況などを考慮してパルス幅変調信号のデューティを決定することにより、初期励磁デューティを可変設定することができる。

励磁電流制御回路５７は、通信信号検出回路６０によって設定された初期励磁デューティでスイッチング素子５１をオンオフ制御する。この制御は、始動検出回路６７によってエンジン始動が検出されるまで継続されるが、エンジン始動が検出する前に発電検出回路５８による発電開始が検出されてチャージランプ１０が消灯する。

（エンジン始動後の動作）
発電開始時よりもさらに回転数が上昇して始動検出回路６７によってエンジン始動が検出されると、通信信号検出回路６０は、ＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティに基づいて、発電電圧制御に用いられる基準電圧を設定する。

図４は、基準電圧の具体的な設定例を示す図である。横軸の「通信信号デューティ」はＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティを示している。図４に示す例では、パルス幅変調信号のデューティが１〜３％の範囲では基準電圧が１２Ｖに、９７〜９９％の範囲では基準電圧が１５Ｖに、３〜９７％の範囲ではその値に応じて基準電圧が１２〜１５Ｖの範囲で設定される。なお、電圧比較回路５９には、抵抗５３、５４で分圧された発電電圧が入力されているため、実際に通信信号検出回路６０で設定される基準電圧は、図４に示した値に抵抗５３、５４の分圧比を乗じた値に設定される。

電圧比較回路５９は、通信信号検出回路６０によって設定された基準電圧と、抵抗５３、５４によって分圧された発電電圧とを比較し、電圧比較結果に対応する信号を励磁電流制御回路５７に向けて出力する。励磁電流制御回路５７は、この電圧比較結果と、スイッチング素子５１の直前の制御履歴とに基づいて決定した駆動デューティでスイッチング素子５１をオンオフ制御する。例えば、基準電圧よりも発電電圧の方が低く、電圧比較回路５９からハイレベルの信号が出力されると、励磁電流制御回路５７は、直前の駆動デューティに対して所定の増分を加えて駆動デューティを決定することにより、駆動デューティを徐々に増加させる徐励制御（負荷応答制御）を行っている。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置５では、ＥＣＵ９０から送られてくるパルス幅変調信号のデューティに応じて初期励磁デューティを設定することができるため、ＥＣＵ９０はエンジン冷却水温度やエンジン始動履歴等に応じて初期励磁デューティを可変設定することが可能になり、エンジン始動性を向上させことができる。また、始動検出回路６７によるエンジン始動の検出の有無に応じて初期励磁制御と発電電圧制御とを切り替えることにより、エンジン始動時には初期励磁制御を行うとともに、エンジンが始動して回転が安定した後は発電電圧制御に切り替えることができる。

また、Ｃ端子の電圧を監視することにより電源投入の有無を検出するため、この検出のためにＬ端子を用いる必要がなく、Ｌ端子に接続される負荷（チャージランプ１０）の影響を受けずに警報動作を行うことが可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 発電開始およびエンジン始動の検出を行うために用いられる基準電圧と基準周期の具体例を示す図である。 初期励磁デューティの具体的な設定例を示す図である。 基準電圧の具体的な設定例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電機
２ バッテリ
３ 電気負荷
４ 電気負荷スイッチ
５ 車両用発電制御装置
６ 電機子巻線
７ 界磁巻線
８ 整流器
１０ チャージランプ
５１、５６、９１、９３ スイッチング素子
５２ 還流ダイオード
５３、５４、９２ 抵抗
５７ 励磁電流制御回路
５８ 発電検出回路
５９ 電圧比較回路
６０ 通信信号検出回路
６１ 電源投入検出回路
６２ チャージランプ制御回路
６７ 始動検出回路
９０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. エンジンにより駆動される車両用発電機の発電開始を検出する発電検出手段と、
   前記発電検出手段によって発電開始が検出されるまで警報動作を行い、発電開始検出後に警報動作を停止する警報手段と、
   通信線を介して外部制御装置から送信される信号を検出する通信信号検出回路と、
   前記エンジンの始動開始を検出する始動検出手段と、
   前記通信信号検出回路によって検出された信号のデューティに応じた基準電圧を用いて、前記車両用発電機の発電電圧を制御する発電電圧制御と、前記通信信号検出回路によって検出された信号のデューティに応じた駆動デューティで、前記車両用発電機の界磁巻線に励磁電流を供給するスイッチング素子を駆動する初期励磁制御とを選択的に行う発電制御手段と、
   を前記車両用発電機内部に備え、前記発電制御手段は、前記始動検出手段によって前記エンジンの始動開始が検出されるまで前記初期励磁制御を行い、始動開始検出後は前記発電電圧制御を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１において、
   車両の電源投入を示す信号が前記外部制御装置から前記通信端子を介して入力され、
   前記警報手段に接続された警報端子は、前記警報動作に対応して警報手段を駆動する信号を出力する機能のみを有することを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項２において、
   前記外部制御装置から前記通信端子に送られてくる信号が一定時間以上に渡って一定電圧になったときに前記電源投入を検出する電源投入検出手段をさらに備え、
   前記電源投入検出手段によって電源投入が検出されたときに、前記発電制御手段による前記初期励磁制御が開始されることを特徴とする車両用発電制御装置。

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