專利名稱：發(fā)電控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)電控制裝置，特別涉及控制為僅在引擎的摩擦力小的預定 區(qū)域將引擎發(fā)電機的輸出電流提供給電池或負荷的發(fā)電控制裝置。
背景技術：
二輪摩托車或四輪汽車等，由引擎驅動的車輛具有由引擎驅動的發(fā)電機， 用于提供車輛中的使用電力的電池由該發(fā)電機的輸出電流而被充電。此外， 一般，車載發(fā)電機兼用作引擎啟動用電機。已知，車載發(fā)電機所產生的發(fā)電量根據(jù)引擎的負荷而可變控制。例如在(日本)特表平3-504407號公報中，提出了一種電池充電方法，在電池電壓 達到規(guī)定電平時停止發(fā)電功能的交流發(fā)電機式電池充電方法中，在對引擎施 以較重負荷的情況下，即使電池沒有充電到規(guī)定電平，也使交流發(fā)電機的發(fā) 電功能停止或者降低，從而防止了引擎的效率下降。此外，在(日本)特開平3-212200號公報中，提出了一種控制裝置，在 根據(jù)電負荷狀態(tài)、或適用于汽車時的汽車的運行狀態(tài)來控制勵磁線圈電流的 裝置中，在發(fā)生碰撞(knock)時控制發(fā)電機的勵磁電流，或停止勵磁電流。[專利文獻1](日本)特表平3巧04407號公報[專利文獻2](曰本)特開平3-212200號公報在專利文獻1或2中記載的以往的發(fā)電控制裝置或者充電控制裝置中， 在負荷大時，可限制發(fā)電量來減輕引擎的負荷。另一方面，在四循環(huán)引擎中， 根據(jù)各循環(huán)(行程)而摩擦力(引擎工作時，在引擎的功能上，與活塞移動的方向相反方向作用的力)不同，所以即使不考慮該摩^^力，僅用施加在引 擎整體的負荷狀態(tài)來控制發(fā)電量，也很難減輕行程之間的摩擦力不同所產生 的轉矩變動。尤其是，在引擎在低轉速區(qū)域運行的情況下，因整體的輸出轉矩小，所 以即使限制了發(fā)電量，也存在因各行程之間的摩擦力的不同所產生的轉矩變 動而導致引擎旋轉缺乏平滑性的情況。即，存在即使僅依賴于一般的負荷狀
態(tài)來控制發(fā)電量，也無法大幅地改善引擎旋轉的平滑性的情況。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)電控制裝置，通過考慮了各行程的摩擦 力來控制發(fā)電量，可以實現(xiàn)特別在低轉速區(qū)域的轉矩的平滑化。為了達到上述目的，本發(fā)明的第一特征在于，用于由四循環(huán)引擎所驅動的發(fā)電機，所述發(fā)電控制裝置包括開關電路，控制發(fā)電機的輸出電流；以 及發(fā)電期間控制部件，使所述開關電路僅在引擎的四個循環(huán)(cycle)中的預 先設定的發(fā)電期間工作，所述發(fā)電期間被設定在引擎的四個循環(huán)中從爆發(fā)循 環(huán)到進氣循環(huán)為止的期間中。此外，本發(fā)明的第二特征在于，設定所述發(fā)電期間，使得根據(jù)引擎轉速， 引擎轉速越低，越轉移到爆發(fā)循環(huán)側且^t縮短。此外，本發(fā)明的第三特征在于，所述發(fā)電期間僅在預先設定的空轉轉速 和設定為高于空轉轉速的值的充電開始轉速之間成為有效，在所述充電開始 轉速以上的引擎轉速區(qū)域中，四個循環(huán)都使所述開關電路工作，全部循環(huán)中 進行發(fā)電控制。此外，本發(fā)明的第四特征在于，所述發(fā)電機連接到通過其輸出電流而被 充電的電池來使用，所述開關電路根據(jù)占空比而被驅動，所述占空比被決定 為，使所述電池的端子電壓收斂為規(guī)定的調整電壓。根據(jù)具有第 一特征的本發(fā)明，僅在摩擦力小的爆發(fā)循環(huán)到進氣循環(huán)為止 之間設定的發(fā)電期間被發(fā)電，通過發(fā)電所產生的負荷被加到引擎自己的摩擦 力上。因此，在與摩擦力大的其它循環(huán)之間實現(xiàn)了轉矩的均衡化，吸氣效率 穩(wěn)定。根據(jù)具有第二特征的本發(fā)明，引擎轉速越低的區(qū)域，發(fā)電期間越被縮短。 尤其是，在摩擦力較小的爆發(fā)循環(huán)側進行發(fā)電，所以可以將發(fā)電負荷的影響 最小化的同時進行最低限的發(fā)電。此外，通過進行最低限的發(fā)電，還實現(xiàn)了 燃費的改善。根據(jù)具有第三特征的本發(fā)明，在從空轉轉速到充電開始轉速之間、即在 比較低轉速的區(qū)域進行發(fā)電區(qū)間的限制，所以特別在轉矩小的低轉速區(qū)域通 過全部循環(huán)進行發(fā)電的情況相比，可以抑制通過發(fā)電所產生的負荷的增大，所以在低轉速區(qū)域中的引擎旋轉穩(wěn)定。
根據(jù)具有第四特征的本發(fā)明，在將發(fā)電電力提供給電池的系統(tǒng)中，可以 以規(guī)定的調整電壓為基準進行電池的充電控制。


圖1是本發(fā)明的一實施方式的充電控制裝置的系統(tǒng)結構圖。圖2是表示本發(fā)明的一實施方式的引擎轉速和充電期間之間的關系的圖。圖3是發(fā)電機的輸出特性圖。圖4是表示FET驅動器的主要部分功能的方框圖。圖5是表示曲軸轉角傳感器12和傳感器磁鐵11的位置關系的示意圖。圖6是說明上止點;險測單元14的作用的示意圖。標號i兌明1發(fā)電機、4引擎、6三相輸出線圈、7開關電路、8電池、IOFET驅 動器、12曲軸轉角傳感器、13機械角計數(shù)器、101充電期間控制模塊、102 調整電壓控制模塊具體實施方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的一個實施方式。圖l是表示本發(fā)明的發(fā) 電控制裝置的一個實施方式的充電控制裝置的系統(tǒng)結構的圖。在圖1中，發(fā)電機l由內齒輪2和外定子3構成，內齒輪2連結到四循 環(huán)引擎4的曲軸5的一端。外定子3具有三相輸出線圈6,三相輸出線圈6 連接到開關電路7的輸入側。開關電路7的輸出側連接到電池8以及負荷9。 開關電路7是由6個FET71、 72、 73、 74、 75、 76構成的三相電橋電路。設 置了 FET驅動器10，作為改變開關電^各7的FET71~76的通電相位來進行占 空控制的輸出控制裝置。在發(fā)電機l的內齒輪2中，設置了在圓周方向配置了規(guī)定數(shù)目的》茲極的 傳感器磁鐵(sensor magnet) 11。相鄰的磁極之間的極性互不相同。在傳感 器磁鐵ll的圓周面配置了曲軸轉角傳感器12。曲軸轉角傳感器12由多個磁 電轉換元件(霍爾元件)構成。在本實施方式中，傳感器磁鐵ll的磁極為8 個極，即以間隔45。的間隔而配置了箱t極。而且，曲軸轉角傳感器12由以15。 的間隔所配置的霍爾元件構成，各個霍爾元件依次以15。的間隔輸出檢測信號(以下，稱為"間距(pitch)信號，，)。該霍爾元件的檢測信號被輸入到FET 驅動器10。根據(jù)上述結構，F(xiàn)ET驅動器IO根據(jù)引擎轉速，在四個循環(huán)中的預先決定 的摩擦力小的區(qū)間進行開關控制，從而對電池8以及負荷9提供電流I。首先，參照圖2說明本實施方式的充電控制的概要。圖2在橫軸取曲軸 轉角a,縱軸取引擎轉速Ne。如橫軸所示，對應于曲軸轉角傳感器12的輸出， 以15。為間隔顯示了刻度。該刻度的左端是壓縮上止點(頂端位置)，若引擎 4旋轉，則將該頂端位置作為始點以180。為間隔依次重復爆發(fā)行程、排氣行 程、吸氣4亍程、以及壓縮4亍程。而且，對應于該刻度而顯示的充電期間即發(fā)電期間，根據(jù)引擎轉速Ne 而不同。根據(jù)引擎轉速Ne，充電期間A、 B、 C、 D被設定。充電期間A被 設定為，從爆發(fā)行程的初期到排氣行程的初期為止的范圍(曲軸轉角 30° 210。)，充電期間B被設定為，從充電期間A稍微超過的范圍(曲軸轉 角45。 240。)。充電期間C被設定為，從爆發(fā)行程的中間行程到排氣行程的 終端為止的范圍(曲軸轉角90。 360。)。此外，充電期間D被設定為，從爆 發(fā)行程的中間行程到吸氣行程的終端為止的范圍(曲軸轉角90° 540。)。即， 在引擎轉速Ne從預先設定的空轉轉速NeID到預先設定為高于空轉轉速 NeID的值的通常充電開始轉速NeCH為止的期間，在整個行程中，僅在將爆 發(fā)行程作為始點的被限定的范圍內進行充電。而且，在高于通常充電開始轉 速NeCH的引擎轉速區(qū)域期間，引擎在整個行程中根據(jù)負荷狀態(tài)或電池電壓 而^皮充電4空制。爆發(fā)行程是根據(jù)引擎的爆發(fā)而得到最大的轉矩的區(qū)域，即使被施加了發(fā) 電所產生的負荷，引擎旋轉變得不穩(wěn)定的顧慮少。另一方面，在壓縮行程中， 摩擦力大，轉矩小，所以發(fā)電所產生的負荷對引擎旋轉產生的影響大。在本 實施方式中，在引擎轉速Ne為通常充電開始轉速NeCH以下時，在發(fā)電所 產生的負荷的影響大的壓縮行程中停止充電，僅在發(fā)電所產生的負荷的影響 ,J 、的爆發(fā)行程以及吸氣行程進行充電。圖3是表示發(fā)電機1的基本輸出特性的圖，橫軸取引擎轉速Ne，縱軸取 輸出電流I。在該圖中，在引擎啟動之后，在引擎轉速Ne達到空轉開始轉速 NeID的時刻開始充電。但是，這里的充電不是在整個行程進行充電的通常充 電，是在關于圖2進行說明的僅在規(guī)定的充電期間進行充電(稱為"循環(huán)充
電，，)的充電。而且，在引擎轉速Ne達到通常充電開始轉速NeCH的時刻， 結束循環(huán)充電，在引擎的整個行程基于負荷狀態(tài)或電池電壓來控制充電量。 即，從空轉轉速NeID到通常充電開始轉速NeCH為止的轉速區(qū)域是循環(huán)充 電區(qū)域，通常充電開始轉速NeCH以上的轉速區(qū)域是通常充電區(qū)域。圖4是表示FET驅動器10的主要部分功能的方框圖。在圖4中，F(xiàn)ET 驅動器10包括充電期間控制模塊IOI、調整電壓控制模塊102、占空比設 定單元103以及"與，，門104。充電期間控制模塊101包括機械角計數(shù)器13、上止點;險測單元14、曲 軸轉角4企測單元15、引擎轉速^r測單元16、充電期間存儲單元17以及充電 期間判定單元18。機械角計數(shù)器13包括對以15。的間隔輸入的間距信號進行計數(shù)的第1 計數(shù)器131以及在每計數(shù)6個間距信號時計數(shù)值被增加1 (+1 )的第2計數(shù) 器132。即，第2計數(shù)器132的計數(shù)值在每個機械角90。被增加。第2計數(shù)器 132的初始值為"0"且最大值為"7"。因此，在機械角720。、即引擎4的四 個循環(huán)周期循環(huán)計數(shù)值。上止點檢測單元14將第2計數(shù)器132的計數(shù)值為"0"的位置決定作為 壓縮上止點。但是，僅用第2計數(shù)器132的計數(shù)值，壓縮上止點位置不清楚， 因此在本例子中，根據(jù)與來自外部的信號的"與，，(AND)來確定上止點。作 為來自外部的信號，例如可使用通過燃料噴射控制來決定燃料噴射定時的FI 信號。為了噴射燃料，F(xiàn)I信號在壓縮上止點附近的規(guī)定范圍被輸出。因此， 若在該FI信號的輸出期間內，檢測到第2計數(shù)器的計數(shù)值的增加，則該計數(shù) 值的增加的定時被確定為壓縮上止點。如果壓縮上止點被確定，則將第2計 數(shù)器132的計數(shù)值復位為"0"。曲軸轉角檢測單元15根據(jù)來自機械角計數(shù)器13的第2計數(shù)器132的計 數(shù)值和間距信號，檢測將壓縮上止點作為基準的曲軸轉角。例如，在從被輸 入計數(shù)值"0"的時刻起輸入三個間距信號，則曲軸轉角為45° (0。+15。x3=4 5。)，例如若從計數(shù)值"2"起輸入四個間距信號，則曲軸轉角為240。 (90。x 2+15。x4=240。)。引擎轉速檢測單元16監(jiān)視間距信號的周期，并根據(jù)該周期來檢測引擎的 轉速Ne。充電期間存儲單元17預先存儲所述充電期間A E和引擎轉速Ne 之間的對應關系表。充電期間以15。的單位被設定。若被輸入引擎轉速Ne，
則充電期間存儲單元17將表示與其？ 1擎轉速Ne對應的充電期間的數(shù)據(jù)輸入 到充電期間判定單元18。充電期間判定單元18比較曲軸轉角和充電期間， 在曲軸轉角為充電期間內的情況下，輸出充電控制信號。調整電壓控制模塊102包括調整電壓^r測單元19、調整電壓設定單元 20、電壓比較單元21、以及占空比增減單元22。在調整電壓設定單元20中， 預先存儲調整電壓設定值Vref。調整電壓設定值Vref設為規(guī)定的電池電壓值 14.5V。調整電壓檢測單元19檢測當前的電池電壓Vb作為調整電壓，并輸入 到電壓比較單元21。在電壓比較單元21中，進行調整電壓設定值Vref和枱r 測電壓值Vb之間的大小比較，并將其結果輸入到占空比增減單元22。占空比增減單元22根據(jù)被輸入的兩個值(Vref、 Vb )的大小，改變FET 的占空比。即，輸出占空比增減信號，該占空比增減信號在檢測電壓值Vb 小于調整電壓設定值Vref時，將占空比加大，在檢測電壓值Vb大于調整電 壓設定值Vref時，將占空比減小。另外，占空比的增減量可以是一定值，也 可以根據(jù)相對于調整電壓設定值Vref的檢測電壓值Vb的偏差的大小，在偏 差大時將一次的占空比增減量增加，在偏差小時將一次的占空比增減量減小。 占空比增減信號被輸入到占空比設定單元103。占空比設定單元103將被增 減的占空比和開關電路7的驅動指令輸入到"與"門104。另一方面，來自充電期間判定單元18的充電控制信號被輸入到"與"門 104作為門(gate)信號。因此，在充電控制信號為"接通(ON)"的期間， 從占空比設定單元22輸出的占空比和開關電路7的驅動指令被輸入到開關電 路7。開關電路7響應于從占空比設定單元103輸出的驅動信號而被驅動， 在FET71 76中，預定的FET按照規(guī)定的開關模式，在對應于所輸入的占空 比的相位的期間成為導通。而且，在該FET為導通的期間，在發(fā)電機l的三 相輸出線圈6中產生的電流被提供給電池8以及負荷9。圖5是表示曲軸轉角傳感器12和傳感器磁鐵11的位置關系的示意圖。 如圖5所示，傳感器磁鐵11由環(huán)狀的永久磁鐵構成，被設定為以45。的間隔 交替地配置N極(N)和S極(S)。曲軸轉角傳感器12由在傳感器磁鐵11 的外周面對置地配置的三個霍爾元件12a、 12b、 12c構成。霍爾元件12a、 12b、 12c相互以15。的間隔配置，這些霍爾元件12a、 12b、 12c的輸出經(jīng)由"或" 門25被輸入到所述第1計教器131。即，根據(jù)傳感器磁鐵11和霍爾元件12a 等之間的位置關系，被形成15。間隔的間距信號。
圖6是用于說明上止點檢測單元14的作用的示意圖。在圖6中，在每檢 測到6個間距信號(即每個機械角90° )時，所述第2計數(shù)器132的計數(shù)值在 "0" "7"的循環(huán)中循環(huán)。而且，對應于被輸出FI信號期間的計數(shù)值被復 位為"0"。即，在圖6的上段表示的復位前的假設的計數(shù)值，在與中段所示的FI 信號取"與"的結果，被確定為如下段那樣。其結果，計數(shù)值0 2被確定為 爆發(fā)行程、計數(shù)值2~4被確定為排氣行程、計數(shù)值4~6被確定為吸氣行程、 計數(shù)值6 8被確定為壓縮行程。開關電路7對FET71 76以規(guī)定的開關模式進行開關，將發(fā)電機1的發(fā) 電電流變換為直流。為了在低引擎轉速區(qū)域除了在充電期間A D以外不進行 充電，通過在充電時間A D以外的時間段預先設定掩模(masking )模式， 在掩模模式時將FET71~76全部截止，從而停止發(fā)電機1的輸出。另外，如上所述，因根據(jù)引擎的行程來改變充電電流，所以電池電壓變 動。因此，在調整電壓檢測單元19中，在各行程中多次讀取電池電壓，將其 平均值檢測作為電池電壓(調整電壓)。而且，對該平均值，可對應于充電期 間A E進行加權。即，在整個行程中僅在充電期間A D進行充電的情況下， 乘以小于1.0的系數(shù)，在整個行程(充電期間E)中進行充電的情況下，乘以 系數(shù)1.0。另外，在上止點檢測單元14中，通過將每個機械角90°的、假設的計數(shù) 值設定為與FI信號之間的"與"計算所確定的計數(shù)值，從而檢測了上止點。 但是，并不限定于此，也可以取每個機械角90。的引擎轉速的平均值，將在整 個行程中該平均值的差最大之處確定為計數(shù)值為"0",即上止點。這適用于 無法得到FI信號的附帶化油器(carburetor)的引擎。另外，在本實施方式中，對引擎的行程進行檢測，將摩擦力小的預定的 區(qū)域設為充電期間。但是，不僅是在摩^"力小的區(qū)域設定充電期間，也可以 在考慮負荷狀態(tài)而將充電期間設為可變。例如，對壓縮行程前的預定區(qū)域中 的曲軸轉角速度進行檢測，并根據(jù)其檢測結果，在曲軸轉角速度小于基準值 的情況下，判斷為負荷大，從而縮短充電期間。例如，即使根據(jù)引擎轉速， 充電期間被設定為D，但是在判斷為負荷大的情況下，不將充電期間延長至 吸氣行程，設為至排氣行程。即，將充電期間設為C。此外，即使根據(jù)引擎 轉速，充電期間凈皮設定為C，但是在判斷為負荷大的情況下，不將充電期間
延長至結束排氣行程的附近，設為至排氣行程的初始范圍。即，將充電期間 設為A或B。
權利要求
1. 一種發(fā)電控制裝置，用于由四循環(huán)引擎所驅動的發(fā)電機，其特征在于，所述發(fā)電控制裝置包括開關電路，控制發(fā)電機的輸出電流；以及發(fā)電期間控制部件，使所述開關電路僅在引擎的四個循環(huán)中的預先設定的發(fā)電期間工作，所述發(fā)電期間被設定在引擎的四個循環(huán)中，從爆發(fā)循環(huán)到進氣循環(huán)為止的期間中。
2. 如權利要求1所述的發(fā)電控制裝置，其特征在于， 設定所述發(fā)電期間，使得根據(jù)引擎轉速，引擎轉速越低，越轉移到爆發(fā)循環(huán)側且纟皮縮短。
3. 如權利要求1或2所述的發(fā)電控制裝置，其特征在于，所述發(fā)電期間僅在預先設定的空轉轉速和設定為高于空轉轉速的值的充 電開始轉速之間成為有效，在所述充電開始轉速以上的引擎轉速區(qū)域中，四個循環(huán)的全部都使所述 開關電路工作，全部循環(huán)中進行發(fā)電控制。
4. 如權利要求1至3的任一項所述的發(fā)電控制裝置，其特征在于， 所述發(fā)電機連接到通過其輸出電流而被充電的電池來使用， 所述開關電路根據(jù)占空比而被驅動，所述占空比被決定為，使所述電池的端子電壓收斂為規(guī)定的調整電壓。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)電控制裝置，通過減小發(fā)電負荷所產生的轉矩變動，從而進行最低限的發(fā)電。根據(jù)從曲軸轉角傳感器(12)輸入的間距信號，檢測以引擎轉速(Ne)和上止點為基準的曲軸轉角。在充電期間存儲單元(17)中，用引擎轉速(Ne)的函數(shù)對應于在整個循環(huán)中摩擦力較小的行程，預先存儲了多個長度的充電期間。充電期間判定單元(18)比較曲軸轉角和充電期間，在判斷為當前的曲軸轉角為預定的充電期間時，將充電控制信號輸入到“與”門(104)。由調整電壓控制模塊(102)所決定的占空比被設定在占空比設定單元(103)，在“與”門(104)開啟時輸入到開關電路(7)。
文檔編號H02P9/00GK101399460SQ20081013169
公開日2009年4月1日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權日2007年9月25日
發(fā)明者柴田和己, 齊藤賢二郎 申請人:本田技研工業(yè)株式會社