JP4045657B2

JP4045657B2 - 車両用発電装置

Info

Publication number: JP4045657B2
Application number: JP22075198A
Authority: JP
Inventors: 光俊堀部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: EP0978935A3; EP0978935B1; DE69918906T2; JP2000052896A; EP0978935A2; US6291903B1; DE69918906D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車、トラック等に用いられる車両用発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンのアイドル回転数制御は電子制御が一般的になってきている。その場合、エンジンの冷熱状態、電気負荷の重軽、エアコンのオン・オフ等によりアイドル回転数は決定される。そして、回転数をフィードバックして狙いの回転数になるようにエンジンを安定させている。一方、燃費向上や、アイドル回転時の低騒音化・環境保護の社会的要求に応えるために、エンジンのアイドル回転数は低下の一途にある。
【０００３】
上記の状況において、アイドル回転時のエンジン回転数が一定せず、アップダウンを繰り返すハンチングという現象が、問題となってきた。一般に車両用交流発電機の出力は、所定回転数までは回転数の上昇に伴って上昇していき、所定回転数以後は飽和状態となる。また、車両用交流発電機の駆動トルクは、車両用交流発電機の１回転当たりの出力として考えることがででる。そのため、回転数に対して出力が飽和するまでは、回転数と駆動トルクとの関係は、単調増加となり、出力が飽和した後は単調減少となる。その結果、一般に車両用交流発電機は図３に示すように、回転数に対し急峻な駆動トルクピークＴ_pを持つ。一方、エンジンの出力トルクが充分でないアイドル回転数の領域においても、上述した様に、エンジン回転数の上昇や下降のコントロールをアイドル回転数制御装置によって制御している。このため、エンジンのアイドル回転時の車両用交流発電機の回転数と車両用交流発電機が駆動トルクピークＴ_pとなる回転数とがＮ₀でほぼ一致する場合に、制御の応答遅れなどにより、車両用交流発電機の駆動トルクピークＴ_pの回転数を境にしてエンジンアイドル回転数が下がりすぎたり、上がりすぎたりするハンチングが発生する。ハンチングが発生すると、エンジンの回転数およびエンジンに駆動されている多くの機器の回転数の変動音が耳障りとなったり、回転数変動に伴う振動変化を体感することなどにより、車両のユ−ザ−が不快感を持つという問題に至る。殊に、静粛性を増した近年の車室内においては、さらに大きな問題となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことを背景として、駆動トルクが低く、急峻な駆動トルクピークを持たない車両用交流発電機を提供することが求められている。
駆動トルクの低減については、小型化による回転体の慣性モーメントの低減、冷却性の向上による効率向上等の手段がなされている。しかし、ハンチング防止には不十分な状況である。
【０００５】
また、特公平６−３８７２０号公報に示されているように、車両用交流発電機の冷時の方が熱時よりも駆動トルクが大きいことから、冷時駆動トルクを熱時駆動トルクのレベルに抑えるべく、冷時での励磁電流を調整するという方法が知られている。しかし、この方法においても熱時の車両用交流発電機の駆動トルクピークは依然として存在するので、ハンチングの発生を無くすことはできない。
【０００６】
また、特開平１０−４６９８号公報に記載されるように、トルクピークの近傍において出力を抑制して、駆動トルクピークを平坦化することも試みられているが、発電出力が低下するという問題がある。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、車両用交流発電機の駆動トルクのピークに起因する不具合を低減することを目的としてなされたものである。
【０００７】
本発明は、内燃機関の回転数が車両用交流発電機の駆動トルクがピークとなる回転数に一致する機会を低減することを目的とする。
本発明は、車両用交流発電機の駆動トルクピークを回避してハンチングを発生させないことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の車両用交流発電機（１）を備えた車両用発電装置にあっては、内燃機関（２）のアイドル回転数における車両用交流発電機（１）の回転数を、車両用交流発電機（１）の駆動トルクがピークとなる回転数よりも高く設定するという構成を採用することができる。これにより、内燃機関（２）の回転を持続するために設定された最低回転数としてのアイドル回転数から、内燃機関（２）の回転数が車両の走行などのために高められても、車両用交流発電機（１）の駆動トルクがピークとなる回転数を通過することがないので内燃機関（２）にかかる負荷の変動を抑制できる。
【０００９】
請求項２、４の発明では、車両用交流発電機（１）の使用される使用回転数範囲が、車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークを含まない回転数範囲に設定されていることを特徴としている。これにより、内燃機関（２）の回転数が車両用交流発電機（１）の駆動トルクピ−クの回転数と一致することがない。請求項２の発明では、車両用交流発電機（１）を回転駆動する内燃機関（２）のアイドル回転数における車両用交流発電機（１）の回転数が、車両用交流発電機（１）の駆動トルクピークの回転数よりも高く設定されている。これにより、内燃機関（２）の回転数が、その回転を持続するために車両毎に設定される最低回転数としてのアイドル回転数よりも高く設定されるので、車両の走行などのために走行用内燃機関（２）の回転数が広い範囲にわたって変化しても、その内燃機関（２）により駆動される車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークが回避される。
【００１０】
請求項３、４の発明では、車両用交流発電機（１）の使用回転数範囲の最低回転数が、車両用交流発電機（１）の冷時の最大出力状態における駆動トルクピークの回転数よりも、１００ｒｐｍ以上高い回転数に設定されている。これにより、内燃機関（２）のアイドル回転数の一般的な変動を考慮しても、１００ｒｐｍ以上低い回転数に駆動トルクピークの回転数があるから、内燃機関（２）にかかる負荷の変動が防止される。尚、熱時の車両用交流発電機（１）の駆動トルクピークの回転数は、冷時の駆動トルクピークの回転数よりも低く、また、部分出力状態での駆動トルクは最大出力状態での駆動トルクよりも低いため、冷時の最大出力状態において上記の様に設定することによって確実に車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークを回避できる。なお、冷時の出力を熱時程度に制限する発電制御装置の構成を併用してもよい。かかる構成にあっても、車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークが回避されるため、駆動トルクピークの前後で内燃機関（２）にかかる負荷が変動することが防止できる。
【００１１】
なお、車両用交流発電機（１）には、内燃機関（２）の回転を伝達するための回転伝達装置（１１）を備えて構成することができ、例えば内燃機関（２）の回転をベルト（３）を介して受けるプーリ（１１）を設けることができる。そして、この回転伝達装置（１１）によって与えられる減速比によって上記のごとき回転数範囲の設定を実現することができる。
【００１２】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した車両用交流発電機を、図１、図２に示す実施形態に基づいて説明する。
〔第一実施形態〕
図１は車両用交流発電機が内燃機関（エンジン）に搭載された状況を示す平面図であり、図２は車両用交流発電機の回転数と駆動トルクとの関係を示すグラフである。図２には、冷時でかつ最大出力状態での駆動トルク特性が実線の曲線で示されている。図２において、Ｎ₁はエンジンのアイドル回転時における車両用交流発電機の回転数を表しており、車両用交流発電機はＮ₁以上の回転数範囲の領域で常用使用される。なお、エンジンの常用使用回転数範囲も、車両用交流発電機の常用使用回転数範囲に対応した範囲となっている。
【００１４】
図１に図示されるように、自動車の走行用動力源としてのエンジン２のクランクシャフトに装備されたクランクプーリ２１の回転は、ベルト３を介してエアコン用の圧縮機やウォータポンプなどの複数の回転補機に伝達される。このような回転伝達装置は、サーペンタイン方式のベルト駆動装置と呼ばれる。車両用交流発電機１に装備されたプーリ１１も、ベルト３によって回転駆動される。
【００１５】
この実施形態ではエンジン２のクランクプーリ２１の径が１９０ｍｍ、車両用交流発電機１のプーリ１１の径が５０ｍｍでプーリ比は３．８である。エンジン２の最低回転数としてのアイドル回転数は６００ｒｐｍの為、車両用交流発電機１のアイドル時回転数Ｎ₁は２２８０ｒｐｍとなり、駆動トルクピークＴ_pとなる回転数Ｎ_pである２１００ｒｐｍよりも１８０ｒｐｍ高く設定されている。このアイドル回転数はエアコンの作動などに応答して高められることがあるが、６００ｒｐｍを最低としている。よって、車両用交流発電機１がトルクピークＴ_pとなる回転数Ｎ_pは、エンジン２の始動時に瞬間的に通過するだけで、エンジン２の通常の運転では使用されない。
【００１６】
このため、通常のエンジン２の運転においては、エンジン２の運転にともなってその回転数が広い範囲で変化しても、車両用交流発電機１が駆動トルクピークＴ_pになることがないので、駆動トルクピークＴ_p前後でのトルク増減傾斜の変化が回避できる。このため、エンジン２の通常の運転中には回転数が上昇するほど駆動トルクが減少する一様な特性が得られる。このため、エンジン２のアイドル回転数制御装置によりアイドル回転数が一定に維持される場合に、その安定性が向上しハンチングの発生が防止される。
【００１７】
また、駆動トルクピークＴ_pとなる回転数Ｎ_pは、エンジン２の最低回転数Ｎ₁よりも低く設定されているため、アイドル回転数がエアコンの駆動のために高い回転数に変更されても、駆動トルクのピークが回避される。
なお、プーリ比の設定にあたっては、駆動用ベルトの曲げ角度に配慮してプーリ２１とプーリ１１との径を設定する。例えば、プーリ２１を可能な限り大きくし、相対的にプーリ１１を小さくすることが望ましい。
〔他の実施形態〕
第一実施形態ではエンジンと車両用交流発電機１のプーリ比を所定値に設定したが、車両用交流発電機１のステータの巻線ターン数を多くすることによって、駆動トルク特性を変えて駆動トルクがピークとなる回転数Ｎ_pを、車両において使用される車両用交流発電機１の最低回転数Ｎ₁以下に設定してもよい。
【００１８】
さらに、駆動トルクのピークを抑制する界磁電流の制御装置を本発明と併用してもよい。この場合には、抑制制御が故障した場合でも、駆動トルクのピークによる不具合を防止することができる。
また、図１のベルト駆動方式に代えて、多段溝のクランクプ−リと複数ベルトの組合せによる駆動方式であってもよい。また、ギヤ駆動装置などの回転伝達装置を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機のエンジンへの搭載状態を示す平面図である。
【図２】車両用交流発電機の駆動トルク特性を示すグラフである。
【図３】従来の車両用交流発電機の駆動トルク特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…車両用交流発電機、１１…プーリ、２…エンジン、
２１…クランクプーリ、３…ベルト。

Claims

内燃機関（２）により車両用交流発電機（１）を回転駆動する車両用発電装置において、前記内燃機関（２）のアイドル回転数における前記車両用交流発電機（１）の回転数を、前記車両用交流発電機（１）の駆動トルクがピークとなる回転数よりも高く設定したことを特徴とする車両用発電装置。
車両用交流発電機（１）の使用される使用回転数範囲が、前記車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークを含まない回転数範囲に設定されている車両用交流発電機（１）において、
前記車両用交流発電機（１）を回転駆動する内燃機関（２）のアイドル回転数における前記車両用交流発電機（１）の回転数が、前記車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークの回転数よりも高く設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項２記載の車両用交流発電機（１）において、
前記車両用交流発電機（１）の使用回転数範囲の最低回転数が、前記車両用交流発電機（１）の冷時の最大出力状態における駆動トルクピークの回転数よりも、１００ｒｐｍ以上高い回転数に設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
車両用交流発電機（１）の使用される使用回転数範囲が、前記車両用交流発電機（１）の駆動トルクのピークを含まない回転数範囲に設定されている車両用交流発電機（１）において、
前記車両用交流発電機（１）の使用回転数範囲の最低回転数が、前記車両用交流発電機（１）の冷時の最大出力状態における駆動トルクピークの回転数よりも、１００ｒｐｍ以上高い回転数に設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の車両用交流発電機（１）において、
前記内燃機関（２）の回転が伝達される回転伝達装置（１１）を備えることを特徴とする車両用交流発電機。