TW200922111A - Control device for a generator driven by a four-stroke cycle engine - Google Patents

Description

200922111 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於發電控制裝置，特別是關於將引擎發電 機的輸出電流控制成在預定爲引擎摩擦小的區域僅供給蓄 電池和負荷的發電控制裝置。 【先前技術】 機車和四輪汽車等以引擎驅動的車輛，係具備以引擎 驅動的發電機，而用於供給車輛所使用的電力之蓄電池， 係由該發電機的輸出電流而被充電。且，一般係將車上用 發電機兼用爲引擎啓動用電動機。 眾知車上用發電機所製造的發電量係可配合引擎負荷 而被可變控制。例如，日本專利特表平3 - 5 0 4 4 0 7號公報 在蓄電池電壓達到預定位準時使發電功能停止的交流發電 機式蓄電池充電方法中，揭示有當引擎被施加沈重的負荷 時，即使蓄電池未被充電到預定位準，仍可停止或降低交 流發電機的發電功能，藉此謀求防止引擎效率降低的蓄電 池充電方法。 且，日本專利特開平3-2 1 2200號公報在配合電氣負 荷狀態或配合適用在汽車時的汽車運轉狀態，進行控制勵 磁電圈電流的裝置中，揭示有在發生敲擊時控制發電機的 勵磁電流或停止勵磁電流的控制裝置。 [專利文獻1]日本專利特表平3 - 5 04407號公報 [專利文獻2]日本專利特開平3-2 1 2200號公報 200922111 【發明內容】 專利文獻1或2所記載的習知之發電控制裝置或充電 控制裝置，在負荷大時可限制發電量、減輕引擎的負荷。 另外，4行程引擎係根據各行程（行程）而摩擦（在引擎 動作中，引擎的功能上作用在與活塞移動方向相反的方向 之力量）不同’因此即使不考慮'該摩擦’僅根據施加在引 擎全體的負荷狀態來控制發電量’仍難以減輕因行程間的 摩擦不同所造成的扭矩變動。 特別是引擎在低旋轉數區域進行運轉時’因全體輸出 扭矩小，雖然已限制發電量’但各行程間的摩擦不同所造 成的扭矩變動仍使引擎旋轉有欠缺圓滑性的情形。即’僅 根據一般的負荷狀態控制發電量’仍有無法改善引擎旋轉 的圓滑性之情形。 本發明之目的在於提供藉由考慮各行程的摩擦、控制 發電量的方式，特別是可謀求低旋轉數區域之扭矩平滑化 的發電控制裝置。 爲了達成前述目的之本發明’係以4行程引擎所驅動 的發電機之發電控制裝置，其第1特徴爲具備：切換電路 ，係控制發電機的輸出電流；及發電期間控制手段，係使 前述切換電路僅在引擎的4行程中預先設定的發電期間進 行動作；且前述發電期間係設定在引擎的4行程之中的從 爆發行程到吸入行程之間。 且，本發明之第2特徴爲：前述發電期間係設定成配 -5- 200922111 合引擎旋轉數，引擎旋轉數愈低愈朝爆發行程側移行，且 被縮短。 且，本發明之第3特徴係前述發電期間係僅在預先設 定的空轉旋轉數、和設定成比空轉旋轉數高的値之充電開 始旋轉數之間爲有效，在前述充電開始旋轉數以上的引擎 旋轉數區域，構成在4行程全部使前述切換電路進行動作 ，以全行程進行發電控制。 再者，本發明之第4特徴係前述發電機與蓄電池連接 供充電由該發電機所輸出的電流用，前述切換電路係根據 以使前述蓄電池的端子電壓收斂在預定的調節電壓之方式 所決定的負載而被驅動。 根據具有第1特徴之本發明，只有設定在摩擦小的爆 發行程到吸入行程之間的發電期間被發電，發電所造成的 負荷加在引擎本身之摩擦。因而，可在與摩擦大的其他行 程之間謀求扭矩均衡化、安定吸氣效率。 根據具有第2特徴之本發明，引擎旋轉數愈低的區域 ，發電期間愈被縮短。特別是因爲在摩擦更小的爆發行程 側進行發電，因此發電負荷的影響最小化且可進行最低限 度之發電。且，藉由進行最低限度之發電而可謀求改善燃 料費。 根據具有第3特徴之本發明，發電期間之限制係於空 轉旋轉數到充電開始旋轉數之間亦即在較低旋轉數之區域 進行，因此特別是在扭矩小的低旋轉數區域，比通過全行 程進行發電時，可抑制發電所造成的負荷増加’因此在低 -6- 200922111 旋轉數區域之引擎旋轉較安定。 根據具有第4特徴之本發明，在發電電力供給到蓄電 池的系統中，可用預定的調節電壓爲基準進行蓄電池之充 電控制。 【實施方式】 以下’參照圖式説明本發明之一實施形態。第1圖係 本發明之發電控制裝置之一實施形態所相關的充電控制裝 置之系統構成示意圖。 第1圖中，發電機1係由內部轉子2和外部定子3所 構成，內部轉子2連結在4行程引擎4的曲軸5之一端。 外部定子3具有3相輸出電圈6，3相輸出電圈6連接在 切換電路7的輸入側。切換電路7的輸出側連接在蓄電池 8及負荷9。切換電路7係由FET71、72、73、74、75、 76共6個所構成的3相橋式電路。設有當作輸出控制裝置 的FET驅動器10，係使切換電路7的FET71〜76的通電相 位變化，進行負荷控制。 發電機1的內部轉子2設有周方向配置著預定數之磁 極的感測器磁鐵11。鄰接之磁極彼此互爲不同極性。感測 器磁鐵1 1的周面配置有曲柄角感測器1 2。曲柄角感測器 1 2係由複數之磁電變換元件（霍爾元件）所構成。本實施 形態中，感測器磁鐵11的磁極爲8極，即以4 5 °間隔配置 著磁極。然後，曲柄角感測器12係以15 °間隔所配置的3 個霍爾元件所構成’各霍爾元件係順序以1 5 °間隔輸出檢 200922111 測訊號（以下稱爲「間距訊號」）。該霍爾元件的檢測訊 號係輸入FET驅動器1〇。 藉由上述構成’ FET驅動器10配合引擎旋轉數，在4 行程中預先決定的摩擦小的區間進行切換控制，將電流I 供給到畜電池8及負荷9。 首先，參照第2圖説明本實施形態的充電控制之槪要 。第2圖係於横軸取曲柄角α、於縱軸取引擎旋轉數Ne。 如横軸所示，對應曲柄角感測器1 2之輸出，以1 5。間隔顯 示刻度。該刻度左端爲壓縮上死點（頂點位置），當引擎 4旋轉時，以該頂點位置爲起點，以1 8 0。間隔順序重複 爆發行程、排氣行程、吸入行程' 及壓縮行程。 然後，對應該刻度所顯示的充電期間亦即發電期間， 係配合引擎旋轉數Ne而不同。配合引擎旋轉數Ne設定充 電期間A、B、C、D及E。充電期間A設定在爆發行程初 期到排氣行程初期之範圍（曲柄角3 0 °〜2 1 0。），充電期間 B設定在從充電期間A稍微前進之範圍（曲柄角45°〜240° )。充電期間C設定在爆發行程中程到排氣行程終端之範 圍（曲柄角90°~3 60° )。此外，充電期間D設定在爆發 行程中程到吸入行程終端之範圍（曲柄角9 0。〜5 4 0。）。即 ，引擎旋轉數Ne爲從預先設定的空轉旋轉數Ne I D，到 預先設定成比空轉旋轉數Ne I D高的値之通常充電開始 旋轉數N eCH之間時’只有在全行程之中以爆發行程爲起 點之被限定的範圍進行充電。然後，在比通常充電開始旋 轉數NeC Η高的引擎旋轉數區域，引擎的全行程配合負荷 -8- 200922111 狀態和蓄電池電壓而受到充電控制。 爆發行程係藉由引擎爆發而得到最大扭矩 使加上發電造成的負荷，亦少有引擎旋轉不安 一方面，壓縮行程中，摩擦大而扭矩小，因此 負荷對引擎旋轉的影響大。本實施形態中， Ne爲通常充電開始旋轉數NeC Η以下時，在 造成較大影響的壓縮行程將停止充電，只有在 造成較小影響的爆發行程到吸入行程將進行充 第3圖係發電機1的基本輸出特性之示意 取引擎旋轉數Ne、於縱軸取輸出電流I 。該 啓動後，在引擎旋轉數Ne到達空轉開始旋轉 之時點開始充電。但是，此處之充電並非在全 電之通常充電，而是僅就第2圖所説明的預定 行充電（稱爲「周期充電」）。然後，在引馨 到達通常充電開始旋轉數N e C Η之時點，結束 且在引擎全行程根據負荷狀態和蓄電池電壓控 即，從空轉旋轉數Ne I D到通常充電開始损 之旋轉數區域爲周期充電區域，通常充電開始 Η以上之旋轉數區域爲通常充電區域。 第4圖係表示FET驅動器10主要部分的 圖。第4圖中，FET驅動器1 〇係由充電期間g 、調節電壓控制區塊1 0 2、負載設定部1 0 3、 104所構成。 充電期間控制區塊1 01係由機械角計數器 的區域，即 定之虞。另 發電造成的 引擎旋轉數 :發電之負荷 發電之負荷 電。 圖，於横軸 圖中，引擎 數 Ne I D 行程進行充 充電期間進 S旋轉數Ne 周期充電， 制充電量。 g轉數N e C Η 旋轉數NeC 功能之區塊 g制區塊1 0 1 义及AND閘 1 3、上死點 -9- 200922111 檢測部1 4、曲柄角檢測部1 5、引擎旋轉數檢測部1 6、充 電期間記憶部1 7、及充電期間判定部1 8所構成。 機械角計數器1 3係由計算以1 5°間隔輸入的間距訊號 之第1計數器1 3 1、及毎計算6個間距訊號就增加（+ 1 ) 計算値之第2計數器1 32所構成。即，第2計數器1 32的 計算値每90°機械角就増加。第2計數器132的初期値爲 「〇」、最大値爲「7」。因而，以機械角720。、亦即引擎 4的4行程周期進行計算値行程。 上死點檢測部1 4決定第2計數器1 3 2的計算値爲「〇 」的位置爲壓縮上死點。但是，僅依第2計數器1 3 2的計 算値，壓縮上死點位置仍不明確，因此本例中，以和來自 外部的訊號之AND確定上死點。來自外部的訊號，例如 可使用以燃料噴射控制決定燃料噴射時點的FI訊號。FI 訊號係爲了噴射燃料而在壓縮上死點近旁的預定範圍被輸 出。因此，在該FI訊號輸出期間内若檢測到第2計數器 的計算値之增加，則確定該計算値之增加時點爲壓縮上死 點。若已確定壓縮上死點，則將第2計數器1 3 2的計算値 重設爲「〇」。 曲柄角檢測部15係根據來自機械角計數器13的第2 計數器1 3 2之計算値和間距訊號，檢測以壓縮上死點爲基 準之曲柄角。例如，從輸入計算値「〇」開始，若輸入3 個間距訊號，則曲柄角爲45° ( 0° + 15°χ3 = 45° )，例如 ，從計算値「2」開始，若輸入4個間距訊號，則爲曲柄 角 240° ( 90ox2 + 15°x4 = 240°)。 -10- 200922111 引擎旋轉數檢測部1 6監視間距訊號的周期，且根據 該周期檢測引擎旋轉數Ne。充電期間記憶部1 7預先記億 前述充電期間A〜E和引擎旋轉數Ne的對應關係表格。充 電期間係以1 5 °爲單位予以設定。充電期間記憶部1 7被輸 入引擎旋轉數Ne時，將顯示對應該引擎旋轉數Ne之充電 期間的資料輸入充電期間判定部1 8。充電期間判定部1 8 將曲柄角和充電期間進行比較，且在曲柄角爲充電期間内 時，輸出充電控制訊號。 調節電壓控制區塊1 0 2係由調節電壓檢測部1 9、調節 電壓設定部20、電壓比較部2 1、及負載增減部22所構成 。在調節電壓設定部20預先記憶調節電壓設定値Vref。 調節電壓設定値Vref係規定的蓄電池電壓値14.5伏特。 調節電壓檢測部1 9係檢測出現在的蓄電池電壓Vb當作調 節電壓’且輸入電壓比較部21。在電壓比較部2 1將調節 電壓設定値Vref和檢測電壓値Vb進行大小比較，將其結 果輸入負載增減部22。 負載増減部22係配合被輸入的兩値（Vref、Vb)之 大小’使FET之負載變化。即，當檢測電壓値Vb比調節 電壓設定値Vref小，則輸出增加負載之負載増減訊號， 當檢測電壓値Vb比調節電壓設定値Vref大，則輸出減少 負載之負載増減訊號。此外，負載之増減量爲固定値亦可 ’根據檢測電壓値Vb對調節電壓設定値Vref的偏差大小 ’當偏差大時增加1次的負載増減量，當偏差小時減少1 次的負載増減量亦可。負載増減訊號係輸入負載設定部 -11 - 200922111 103。負載設定部103將増減後的負載和切換電路7 動指令輸入AND閘104。 另一方面，來自充電期間判定部1 8的充電控制 ’係當作閘訊號被輸入AND閘1 04。因而，充電控制 爲ON期間，負載設定部22所輸出的負載和切換電 的驅動指令係輸入切換電路7。切換電路7回應負載 部103所輸出的驅動訊號而被驅動，FET7 1〜76之中 定的FET根據預定的切換模式，在配合被輸入的負載 位之間變成ON。然後，該FET爲ON期間，將發電 的3相輸出電圈6所產生的電流，供給到蓄電池8及 9 〇 第5圖係表示曲柄角感測器12和感測器磁鐵11 置關係之模型圖。如第5圖所示，感測器磁鐵1 1係 狀的永久磁鐵所構成，設定成以4 5 °間隔交替排列N N )和S極（S )。曲柄角感測器12係由相對向配置 測器磁鐵1 1外周面的3個霍爾元件12a、12b、12c 成。霍爾元件1 2 a、1 2 b、1 2 c係交替地以1 5 °間隔配 該等霍爾元件12a、12b、12c之輸出係透過011閘25 到前述第1計數器1 3 1。即’根據感測器磁鐵1 1和霍 件12a等之位置關係，形成15。間隔之間距訊號。 第6圖係説明上死點檢測部1 4的作用之模型圖。 圖中，毎檢測出6個間距訊號（即毎9 0 °機械角）’ 第2計數器1 3 2計算値就以「〇」〜「7」的行程進行 。然後，對應FI訊號輸出期間的計算値係重設在「〇 的驅 訊號 訊號 路Ί 設定 ，預 之相 機1 負荷 的位 由環 極（ 在感 所構 置， 輸入 爾元 第6 前述 行程 -12- 200922111 即’第6圖上段所示之重設前的暫時計算値和中段所 示之FI訊號’取得AND之結果，被確定如下段。其結果 確疋計算値〇〜2爲爆發行程、計算値2〜4爲排氣行程、計 算値4〜6爲吸入行程、計算値6〜8爲壓縮行程。 切換電路7係將FET71〜76以預定的切換模式切換， 將發®機i產生的發電電流轉換成直流。爲了在低引擎旋 轉數區域除了充電期間A〜D以外不充電，而在充電時間 A〜D以外的時間帶預先設定遮蔽模式，當遮蔽模式時，藉 由FET71〜76全部成爲OFF的方式，使發電機1的輸出停 止。

It匕外，如上述地根據引擎之行程使充電電流變化，因 此蓄電池電壓會變動。因此，調節電壓檢測部丨9中，在 各行程複數次讀入蓄電池電壓，檢測其平均値當作蓄電池 電壓（調節電壓）。然後，可在該平均値配合充電期間 A~E進行加權。即，全行程中只有在充電期間a~D進行 充電時’乘上未達1.0的係數，在全行程（充電期間E ) 進行充電時，乘上係數1.0。 此外，在上死點檢測部14，藉由毎90°機械角之暫時 計算値和FI訊號之AND演算當作確定的計算値，檢測出 上死點。但不限於此，求出毎9 0 °機械角的引擎旋轉數平 均値，在全行程中該平均値之差達到最大時，確定爲計算 値「〇」亦即上死點亦可。這種方式適於無法獲得FI訊號 之附有化油器的引擎。 此外，本實施形態中，檢測引擎行程’將設定爲摩擦 -13- 200922111 小的預定區域當作充電期間。但是，不僅在摩擦小的區域 設定充電期間’考慮負荷狀態而將充電期間設定爲可變亦 可。例如，檢測壓縮行程前的預定區域之曲柄角速度，根 據該檢測結果’當曲柄角速度比基準値小，則判斷爲負荷 大而縮短充電期間。例如，根據引擎旋轉數，將充電期間 設定爲D，但當判斷爲負荷大，則充電期間不延長到吸入 行程，而到排氣行程爲止。即充電期間爲C。且，即使根 據引擎旋轉數，將充電期間設定爲C，但當判斷爲負荷大 ’則充電期間不延長到排氣行程結束附近，而到排氣行程 初期範圍爲止。即充電期間爲A或B。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之一實施形態所相關之充電控制裝置 的系統構成圖。 第2圖係本發明之一實施形態所相關之引擎旋轉數和 充電期間的關係之示意圖。 第3圖係發電機的輸出特性圖。 第4圖係表示fEt驅動器主要部分的功能之區塊圖。 第5圖係表示曲柄角感測器1 2和感測器磁鐵1 1的位 置關係之模型圖。 第6圖係説明上死點檢測部1 4的作用之模型圖。 【主要元件符號說明】 1 :發電機 -14- 200922111 4 :引擎 6 : 3相輸出電圏 7 :切換電路 8 :蓄電池 10 : FET驅動器 1 2 ·’曲柄角感測器 1 3 :機械角計算器 1 〇 1 :充電期間控制區塊 102 :調節電壓控制區塊 -15

Claims (1)

1. 200922111 十、申請專利範圍 1 -一種發電控制裝置，係以4行程引擎所驅動的發電 機之發電控制裝置，其特徴爲： 具備： 切換電路，係控制發電機的輸出電流；及 發電期間控制手段，係使前述切換電路僅在引擎 的4行程中預先設定的發電期間進行動作； 前述發電期間係設定在引擎的4行程之中的從爆 發行程到吸入行程之間。 2 ·如申請專利範圍第1項之發電控制裝置，其中， 則述發電期間係設定成配合引擎旋轉數，引擎旋轉數 愈低愈朝爆發行程側移行，且被縮短。 3 ·如申請專利範圍第丨項或第2項之發電控制裝置， 其中， 則述發電期間係僅在預先設定的空轉旋轉數、和設定 成比空轉旋轉數高的値之充電開始旋轉數之間爲有效， 在前述充電開始旋轉數以上的引擎旋轉數區域，構成 在4行程全部使前述切換電路進行動作，以全行程進行發 電控制。 4 如申請專利範圍第1項或第2項之發電控制裝置， 其中， 前述發電機係與蓄電池連接供充電由該發電機所輸出 的電流用， 前述切換電路係根據以使前述蓄電池的端子電壓收斂 -16 - 200922111 在預定的調節電壓之方式所決定的負載而被驅動 -17-