JP2000504558A - 車両用動力を制御する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による装置及び方法は、電池の状態とエンジン状態とを監視し、特定の電池及びエンジン条件に依存して電池を選択的に充電するように発電機を制御し、電池とエンジンの機能と作動特性を最適化し、燃料消費を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】 車両用動力を制御する装置及び方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、自動車の電気動力を制御する装置及び方法に関する。詳細には、燃 料効率を改良するためにエンジン動力を有効に使用しながら、電池とエンジンの 状態を監視し決定するために、また、電池の機能及び性能を最適化するために電 池を選択的に充電する発電機を制御する装置及び方法に関する。 ２．従来技術の説明 自動車のようなモータ車両の従来の電気動力制御装置は、調整器による調整に よって電池を充電する交流発電機又は発電機（以下、「発電機」という。）で車 両の電気系統に電気を供給する電池を使用する。電池から引き出される電力は、 車両のエンジンからエネルギーを引き出す発電機による充電によって補充される 。調整器は、電池の電圧を監視し、発電器から供給される充電を通過又は制限す ることによって電池の電圧を調整する。通常、エンジンが作動するときはいつで も、発電機は、電池の状態とは無関係に車両に電気的なエネルギーを供給し、電 池を充電するために作動する。電池は、発電機の停止時に、車に必要な全電気エ ネルギーを供給する。ロバートボッシュ社（Robert Bosch GmbH）及び自動車 技術者協会（Society of Automotive Engineers，Inc.,）によって１９８８ 年に発行された「車両の電気・電子装置」の第１８頁乃至第６９頁は、発電機及 び調整器の動作の原理を示す。 多数の因子が電池の性能と機能に寄与する。大多数の従来の車両の電池充電装 置において、電池の電圧を単に監視することによっては電池の状態及び機能を決 定することはできず、電池の機能及び性能を最適化することはできない。電気の 効率に影響を与える因子は、電池の充電状態、容量、電池の端子状態、電解液の 水準及び濃度、負荷状態、プレート面積、温度、内部抵抗を含む。これらのパラ メータの大部分は、作動状態に依存して変化する。電池が発電機・交流発電機に よって充電されるとき、電池で測定される電圧（電池充電電圧）は、大きく２つ の要因がある。即ち、（１）逆起電力（ＣＥＭＦ）と（２）内部電圧低下である 。ＣＥＭＦは、電池を充電するために、電池充電電圧が克服しなければならない 電位である。ＣＥＭＦに影響を与える因子は、電池の充電速度、温度、電解液の 濃度、電極に接触するプレート面積、充電状態を含む。電池の内部電圧降下は、 電池の内部抵抗を通って流れる電流によって生じる。オームの抵抗及び電池の分 極作用を含む内部抵抗は、主に、コネクタに固有の電流に対する正抵抗、コネク タストラップ、溶接接続部、電解液に接触するプレート面積、電池温度、電解液 の電気抵抗、硫酸化又は放電プレート及び電池端子の状態を含む因子によって決 まる。内部電池電圧降下は、充電速度のアンペアと電池の抵抗のオームを乗じる ことによって計算される。 電池の性能に影響を与える上述の因子において、特に充電状態（ＳＯＣ）が最 も重要である。充電状態特性は、ＣＥＭＦに影響を与え、もし、充電状態が大き いならば、ＣＥＭＦは大きく、充電状態を上昇させるために大きな充電電圧が必 要である。 Palanisary に付与された米国特許第 5,281,919 号（’919 特許）は、電池の 動作に影響を与える要因を詳細に説明し、電池の動作パラメータを監視し、決定 する有効な装置を示す。’919 特許は、電池性能を最適化し、故障の発見の診断 ルーチンのソフトウエアを示す。Palanisary に付与された米国特許第 4,978,94 2 号（’942 特許）は、電池の内部抵抗をダイナミックに決定する有効な技術を 示している。’919特許及び’942特許は、参照によりこの明細書に組込まれてい る。 マイクロプロセッサの技術の進歩とともに、マイクロプロセッサを使用する車 両の制御が、注目を集めている。電池の動作パラメータが非常にダイナミックで あるので、従来の調整機の代わりに種々の電池の条件を監視するためにマイクロ プロセッサが適していることが分かってきた。例えば、Matsuda らに付与された 米国特許第 5,404,106 号は、電池の容量を監視し、電圧、電流及び温度に基づ いた電池の内部抵抗を計算するシステムを示す。Kohl に付与された米国特許第 5,280,232 号は、分離した時間において測定することによって、充電の状態を決 定し、その状態を計算する。Sato に付与された米国特許第 5,193,067 号は、電 極の特定の重力及び温度のマイクロプロセッサ制御による測定を使用することに よって、同様の方法を提供する。従来の「インテリジェント型」調整器・発電機 を使用 するかどうかによって、従来技術の目的は電池を１００％の状態で充電すること である。 周知のように、発電機によって発電される電気エネルギーは、発電機を回転す るエンジンによって駆動されるベルト及びプーリによってエンジンから取り出さ れる動力又はエネルギーから得られる。システムは、エンジンの発電機の負荷効 果を監視制御するために提案された。例えば、Nagano らに付与された米国特許 第 5,256,959 号は、発電機の界磁電流を制御することによって、エンジン負荷 を制御することを提案している。Asuka に付与された米国特許第 4,789,817 号 は、負荷の制限がエンジン速度の損失を生じるとき、エンジンへの発電機の負荷 を最小限にすることを提案し、Kissel らに付与された米国特許第 4,659,977 号 は、電池の充電を制御するためにマイクロプロセッサベースの調整器を提案して いる。Kissel に示された調整器は、ローカル環境、電池温度、電池電圧水準の いずれかを監視する。また車両の速度が測定され、このデータ及び電池のデータ が発電機の界磁巻線を制御するために、エンジンの RPM とともにプリセット値 と比較される。 車両がエンジンによって駆動されるとき、エンジンによって発生されたかなり のエネルギー量が消費され、よって、ドライバが車を低速にするか停止するとき 浪費される。さらに、車が一定の速度で走り、走行するとき、下り坂を走行する とき、エンジンから出る動力は、減少される。なぜならば、車両の慣性が車を一 定の速度で維持するために必要なエネルギーの大きな部分になるからである。本 発明の目的のために、これらのエンジン及び車両の動作状態は、以降、「過剰エ ネルギーモード」と称される。もし、電池発電機エンジン装置が、車両又はエン ジンが過剰エネルギーモードで作動するとき、発電機がターンオンして電池を放 電するように管理される場合には、浪費されるはずの余分な運動又は位置エナル ギーは、蓄積された電気エネルギーの形で回復され、効率のよいエネルギーの使 用と、エンジン燃料の消費の低下を生じる。 上記提案の装置の利用可能性のために、電池の動作を最適にしながら、エンジ ンから引き出される有効電力を最小限にするように発電機を制御しながら、電池 、エンジン及び車両の運転状態を監視及び決定する装置が必要である。 発明の概要 本発明は、充電状態又は内部抵抗のような電池状態を監視するプロセッサ及び 共働する格納されたプログラムを有するコントローラと、過剰エネルギーモード を含むエンジン動作状態を決定する手段と、過剰エネルギーモードの間、電池を 充電する発電機制御手段と、を有する、エンジンによって駆動される車両の電池 を選択的に充電する発電機の制御装置及び制御方法を提供する。過剰エネルギー モードは、車がブレーキをかけるか、ゆっくり走るか、一定の速度で走行するか 、運転されるか、減速するときのように車とエンジンの動作によって余分のエネ ルギーが存在するときに生じる。また、コントローラは、減少するエンジン負荷 状態を監視する手段を含み、それによって、エンジンによって要求される燃料は 、減少するか、ほぼゼロになる。また、このコントローラは、エンジン速度を決 定するためにエンジン速度を監視する。さらに、コントローラは、エンジンがス タートを開始した後、所定の期間にわたって、発電機コントローラが電池を充電 することを不可能にする手段を有する。 好ましくは、エンジン動作状態を決定する手段は、燃焼エンジンに送られる燃 料量を示す手段を含む。もし、エンジンの燃料が噴射される場合には、エンジン に供給される燃料が、燃料噴射機に送られる電気エネルギーを検出することによ って決定される。減少するエンジンの負荷状態は、電気エネルギーが燃料噴射機 に供給されるエネルギーがほぼゼロプラス幅を有するとき、エンジン動作条件を 決定する手段によって決定される。減少するエンジン負荷状態は、燃料噴射機に おくられる電気エエルギーが所定の期間上にあり、２つの連続した燃料噴射サイ クルの間のプラス幅期間において減少する。燃料噴射機電流の特性を含むエンジ ンに送られる燃料は、公知の論理的な信号処理技術によって車両の負荷電流波形 を構成部品に送ることによって決定される。発電機制御装置は、発電機に供給さ れる励磁電流を制御することによって、電池を選択的に充電する。発電機に界磁 励磁電流があるとき、電池は、車によって要求されるすべての電気エネルギーを 提供する。好ましくは、（例えば、界磁励磁電流が発電機に送られることによっ て）過剰エネルギーモードが検出され、電池の充電状態を上昇するように検出さ れるときはいつでも、コントローラが電池をすでに完全に充電しない限りにおい て、電池を充電する。 本発明の図示した他の実施例によれば、発電機は、（a）エンジン・車が減速 したときはいつでも、電池を充電し、（b）充電状態が最小限の安全値以下にな い限りにおいて、加速中に電池は充電しない。（c）最適の充電能率を有するよ うに公知の充電状態パーセンテージの範囲内で電池を維持するために特定の条件 の下に電池を充電する。 さらに、コントローラは、内部抵抗、温度、電流の大きさ・方向を含む電池状 態を監視する手段を有する。電池が低い放電状態であることが決定されたときに は、所定の充電状態の最小限の安全値以下のような、選択的な充電が重なり、発 電機は、エンジンが動作するときはいつでも、電池を充電するためにオンされる 。 本発明による図示のシステム及び方法の実施は、エンジン・発電機の近傍に設 定可能な「後付け（add-on）」の市販の装置によることができる。別の例として 、エンジン及び車両の条件を監視し、決定するエンジン制御ユニット（ECU）を 備えた車両において、制御ロジックは、車両の ECU 内に存在する。ECU は、エ ンジンの動作を監視し制御するために最近の車両の装置として設定され、本発明 の実施例によるエンジン動作及びソフトウエア制御は、電池及びエンジン状態を 監視し、発電機を制御するために工場で ECU に組み込まれる。このような実施 例において、ECU は、上述した余分のエネルギーを監視し、決定する。 図面の簡単な説明 本発明は、次の本発明の好ましい詳細な説明及び添付図面を参照するとき、さ らに完全に理解できよう。 図１は、本発明の例示的な実施例による発電機を制御する装置を示すブロック 図である。 図２は、図１の装置の作動方法を示すフローチャートである。 図３は、図１に示す装置の使用によって電池の充電値の状態を示したグラフで ある。 図４は、燃料噴射機に送られるエネルギーを監視する回路のブロック図である 。 図５は、図１の装置を使用した試験結果を示すグラフである。 添付図面リスト Ａ は、本発明の例示的な実施例と関連して使用可能なソフト ウエアプログラムの代表的な部分を示したものである。 好ましい実施例の説明 概略的に、本発明の車両動力制御装置は、電池及びエンジンの状態を監視し、 発電機を制御し電池を選択的に充電して電池ー発電機ーエンジンの出力／放電効 率を最大限にし、改良されたマイル・パー・ガロン（mpg）率を生じる。電池性 能を最適化するために、電池の充電及びエンジンの負荷能率に影響を与えるパラ メータ及び条件が監視される。プロセッサ・コントローラによって、電池温度、 内部抵抗、及び充電状態を含むパラメータが連続的に監視され、計算され、更新 される。発電機は、車両及びエンジンが過剰エネルギーモードで作動するとき、 所定の電池又はエンジン条件に依存して電池を充電するために選択的にオンされ る。電池の充電状態は、所定の最小限の安全パーセンテージ以上、及び充電状態 値の最適な範囲内にあるように維持されることが好ましい。 前述したように、車両の電池充電条件を決定し維持する有効な方法は、Palani samy に付与された米国特許第 5,281,919 号に詳細に説明されており、この内容 は、参照によりここに組み込まれる。 本発明の好ましい実施例によれば、発電機の動作は、選択的にターンオンされ 、エンジンによって消費される燃料を最小限にし、車両の mpg 性能を改良する ように制御される。例えば、発電機は、エンジンのスタートアップの期間及び車 両の加速の間にエンジンから要求された増大した動力の状態の間、及び電池が充 電の状態の最小限の値以上であることが決定されたときを避けることが好ましい 。この発電機は、エンジンが減速負荷状態であるとき、又は車が走行していると きのような特定の条件であるとき、電池を充電するためにオンされる。本発明の 図示した実施例によれば、電池の状態を連続的に監視し、高い内部抵抗又は電池 の故障のような欠陥状態のときユーザに警告する手段を含む。 図１を参照すると、プロセッサ１００及び関連するメモリ（図示せず）が示さ れ、これらは、プロセッサ制御の動作及び電池作動パラメータと関連するデータ 又はテーブルを含む。プロセッサ１００は、発電機及び電池のそれぞれに関連す る情報を受けるために発電機制御ユニット１２０及び電池制御ユニット１４０に 接続される。プロセッサが、車両のエンジン条件を監視し、決定するために車両 の既存のセンサに接続することができることは、当業者には容易に明らかである 。例えば、マニフォルド、燃料圧力、又は空気流センサ又はタコメータが、マニ フォルド圧力、空燃比、エンジン RPM を決定するためにプロセッサ１００によ って監視される。 発電機制御ユニット１２０は、発電機と調整機の間に接続され、別の例として 、発電機制御ユニット１２０が調整機と交換される。発電機制御ユニット１２０ は、電流の大きさ及び方向において発電機１１０の電流を監視するために電流セ ンサを含み、電流センサに接続される。また発電機制御ユニット１２０は、発電 機の電圧を監視し、発電機の速度、すなわち、RPM を監視する。上述したBosch SAE の仕事に示すような発電機の従来の Ｗ 端子は、RPM プリアンプ１１７によ って増幅される発電機 RPM に変換されるユニット時間毎のイベントを提供する 。発電機制御ユニット１２０からプロセッサ１００へ情報を送る前に、アナログ デジタル変換器（ADC）（図示せず）によってデジタルデータに変換される。デ ータを測定する他の方法も使用することができるが、このような場合、ADC は必 要とはされない。プロセッサ１００は、発電機制御ユニット１２０を通して発電 機励磁電流を制御することによって、発電機１１０のターンオン・オフを制御す る。プロセッッサ１００から発電機制御ユニット１２０へのデータは、発電機制 御ユニット１２０においてデジタルアナログ変換器によってアナログ信号に変換 される。 電池制御ユニット１４０は、ホール効果トランスジューサのような、電池の電 圧及び電流センサ１３５を監視するために電池の正と負の端子に接続され、これ は、電池制御ユニット１４０の一部であり、電池制御ユニット１４０の外側に、 電池１３０の近くに配置されており、電流の大きさと方向において、電池の電流 を検出する。電池制御ユニット１４０に電池１３０を接続する電池状態ライン１ ３８は、電池の温度、電解液の水準、ガスの点のような電池の状態を示すデータ を伝えるためのものである。電池の温度の測定は、電池１３０の環境に隣接する ように配置されたサーミスタ（図示せず）のような温度検出手段によって行われ ることが好ましい。また電池制御ユニット１４０は、電流センサ１５５に接続さ れ、このセンサ１５５は、燃料噴射機１５０に、又は燃料噴射機１５０からの電 流を監視するために燃料噴射機への電気制御に接続される。図４に以下に詳細に 接続するように、燃料噴射機に送られる電流が、プロセッサ１００又は ECU に よって監視されるパラメータである。燃料噴射機の電流パルス幅は、発電機１１ ０をオンオフする１つの条件として使用される。また電池制御ユニット１４０の 情報は、プロセッサ１００にデータが送られる前に、アナログデジタル変換器に よってデジタル信号に変換される。 発電機及び電池を除いた図１の部品は、回路カード等、集積回路又は後付けの 市販の装置のようなものによって実施される。さらに当業者に明らかなように、 プロセッサ、共働するメモリ、電流センサ、増幅器、信号コンディショニング手 段、アナログデジタル、デジタルアナログ変換器のようなこの明細書で示した部 品は、公知の部品であり、ここでは更なる説明はしない。更に、プロセッサ１０ ０と、発電機制御ユニット１２０と、電池制御ユニット１４０による構造及び機 能は、最近の車に利用できるような搭載されるエンジン制御ユニット１２０と一 体的にされる。機能と関連して記憧されるプログラムは、工場で設定される。 図２は、本発明によって図１に示すような部品を使用する発電機制御方法の代 表的な制御方法である。方法が２００で始まる前に、プロセッサ１００は、分極 化を含む内部抵抗、充電状態、電池容量、電池の電圧及び他の作動データを計算 して、関連するメモリに記憶する。これらの値は電池及びエンジンの寸法に依存 するので、それらは、設定において評価され、メモリに入力される。発電機のオ ンオフ動作を決定するプリセット条件は、関連するメモリに記憶される。この条 件は、温度下方制限、充電状態安全最小値を含み、エンジンが作動するとき電池 は常時、充電しなければならず、また、この条件は、これ以上では電池が充電さ れない充電状態最大値と、電池を維持する最適な充電状態範囲と、タイムアウト 期間、発電機をオンオフする条件、他の安全性が重複する。この条件は、ユーザ 又は工場で選択可能であり、入力される、 車両が（エンジンがスタートする前に）電気的にオンされるとき、また、エン ジンがスタートする間、発電機の制御ユニット１２０及び電池制御ユニット１３ ０は、種々のセンサから動作データ及び電圧及び現在の情報を収集し、情報をプ ロセッサ１００に送り、充電状態及び内部抵抗のような電池動作データを計算し 、プロセッサメモリ内に記憶されたテーブルの対応する評価値を更新する。 電池の放電状態は、充電のインテグレーションの一方及び開放回路電圧（OCV ）技術を使用して計算される。後者の技術によれば、完全に放電された鉛酸電池 の OCV は、完全に放電された電池のＯＣＶより約０．２Ｖ高い電圧を示す。電 池電圧は、これらの極限値の間に直線的に変化する。電流が電池から流れないと きの電池の電圧は、開放回路電圧と称される。車両の鉛酸電池は、６個の電池を 有し、完全に放電された電池は、約１２．７Ｖ以上であり、充電状態（ＳＯＣ） は次のように計算することができる。 ＳＯＣ＝１００−｛［（１２．７−ＯＣＶ）／１．２］^*１００｝％ この計算で使用される電池電圧は、分極化から自由でなければならない。分極 化は、大きさにおける電解液濃度と比較される電極で又はその近傍で、電解液の 濃度の非一様性から上昇する。電池から又は電池に流れる電流がたとえなくとも 、充電又は放電の後、数分まで電圧が測定される。 充電状態を計算する充電統合技術は、所定期間にわたって電池に又は電池の外 に出る電流の統合を含む。モニタは、電池の所定の放電状態からの放電のカウン トをスタートする。電源から電池に入る全体の放電は、電池の蓄電された電荷に 加えられる。同様に、スタート中に車及びその電気部品及びその付属品によって 電池の外に取り出された電荷は電荷から引かれる。この電池の容量によって分割 された正味の電荷は電池の電荷の状態を与える。モニタがそれを検出するときに はいつでも、電池は完全に充電され、それは１００％までの充電の状態でリセッ トされる。電池の完全に充電された状態は、電池の開放回路電圧が所定に値、好 ましくは、１２Ｖ移住であるときに認められる。スタート処理中に、モニタは、 内部抵抗を決定し、この内部抵抗は、電池への電流の入力又は電池からの出力の 始め及び最後で電圧の瞬間的な変化から決定することができる。当業者によれば 、放電パルス電流の付属品のいくつかを使用して、又は電荷パルス電流の車両の 電源を使用してこれを達成する多数の方法がある。この発明の好ましい実施例に よれば、車両の電池の内部抵抗（IR）は、その開放回路電圧（OCV）から決定さ れる。第１の測定電圧（Vs）及び最初の電流（Is）は、スタート処理の間、次の 等式によって電池から流れる。 IR=(OCV-Vs)/Is 電池の最大限の瞬間電力は内部抵抗に逆に関連する。よって、電池の出力容量 は、内部抵抗から決定することができる。 電池の分極化抵抗（PR）は、プレートの間の電解液の量に電解液の電極の濃度 の非一様性から生じる。それは、次の等式によってスタート処理の間所定の時間 間隔又は最後の電圧値の後に、パラメータＶ s 及び Is 及び電池電圧から決定 される。 PR=(Vs-V1)/Is 上述したように、電池の充電状態に影響を与えるので、最適の電池性能に電池 を維持するために、異なる電池において異なる。電池の容量は、充電状態に影響 を与える。車両の電池の開始性能は、ＣＣＡ（コールドクランクアンペヤ）にお いて見積もられ、これは乗用車及び軽トラックにおいて、５５０ないし１１００ CCA の範囲である。大きなエンジンは、高いＣＣ Ａを有する電池と合致する。 所定の車両の電池のＣＣ Ａが大きくなればなるほど、最適な充電状態範囲が小 さくなる。電池における小さい充電値と大きな充電値との間の通常の最適な充電 状態の範囲は、約８５ないし９２％の範囲である。 図２を参照すると、エンジンがステップ２０５でスタートすると、電流が発電 機に行って発電機をオンすることを防止するためにタイムアウトが開始される。 このタイムアウトは、車両の排出（emission）性能を改良し、大きなエンジン動 力が要求される間、発電機をオフすることを目的とする。しかしながら、発電機 のターン・オフ及びタイム・アウトは、切り離すことができ、もし、温度センサ が凍結温度を示すときには、弱い電池のために充電が要求されることをサポート する場合には発電機がオンされる。タイムアウト期間は、車両に依存し、この例 において、説明の目的でステップ２１５で約９０秒に設定される。発電機制御ユ ニット１２０及び電池制御ユニット１３０に関連して、電池及び発電機データを 連続してモニタし、現在の充電状態及び内部抵抗値（２１０）を周期的に更新す る。タイムアウト時間の後、充電の状態は、充電状態安全最小限の値に対して比 較され、もし、充電の状態が、もし、充電の状態がプリセット最小限（２３０） 以下である場合には、充電状態フラグは、発電機の励磁電流をオンし電池を充電 するためにプロセッサ１００に知らせる。もし、更新された充電状態がプリセッ トされた充電状態の最大の値（２４０）以上である場合には、充電状態フラグは 、ステップ２４５でオフされ、発電機励磁電流がオフされる。好ましくは、充電 状態安全最小限値が７５％に設定され、充電状態安全最小限値がほぼ１００％で あることが好ましい。 種々のセンサ及び検出器がエンジン環境及び負荷条件を監視するために利用可 能である。例えば、プロセッサ又は ECU がエンジン負荷を決定するためにエン ジンマニフィフォルド圧、燃料圧、エンジンＲＰＭ、空気流及び空燃比、付属品 及び駆動制御の仕様の範囲を監視する。マニフォルド及び燃料圧は、圧力センサ から引き出され、空気流センサ及びエンジンＲＰＭ又は速度から測定された空気 流が発電機又は燃料噴射周波数のいずれかを測定するセンサを含む種々の検出手 段によって抽出可能である。なぜならば、これは、エンジン、発電機及び燃料噴 射機の間の固定された関係があるからである。過剰エネルギーモードの全体にお いて、エンジンが作動するとき、エンジン及び環境的な負荷条件のキーインジケ ータは、エンジンによって引かれる燃料量であり、例えば、少量の燃料又は燃料 が全くエンジンに送られないとき、エンジンの要求が低いか、ゼロであるとき、 これは、例えば、車がブレーキをかけるとき、減速するとき、ゆっくり走るとき 、走行するとき、降下するとき等の余分なモードの１つであることを示す。 燃費に関しては、車両は、比較的一定の速度で走行するとき、経済的に作動す る。一定の走行中、車両の慣性負荷が、車両の前進を促進し、速度を維持するた めに必要なエネルギーに寄与するのでエンジン負荷は減速する。例えば、１９９ ２年のフォードトーラスのような車が、約２１００ＲＰＭのエンジン速度で６０ ＭＰＨで走行するとき、エンジン又は路面負荷は、約１４％のエンジン定格であ り、約２２馬力がエンジンから必要とされる。車が下降するように駆動されると き、車両の位置及び運動エネルギーは、車両を移動するために必要なエネルギー がほとんど必要とされない場合、最大に提供される。このような減少したエンジ ン負荷状態の間、エンジンによって引かれる燃料は、同様に減少される。このよ うな減少したエンジン負荷状態において、エンジンによって引かれる燃料及びエ ンジン速度は、ほぼ一定である。 したがって、（燃料噴射エンジンとしたとき、）燃料噴射機におくられる電流 のパルス幅及びエンジン速度を監視することによって、エンジン負荷条件が決定 可能である。他の例において、もし、約２ないし３ミリ秒でパルス幅がほぼ零の 場合、エンジン速度はアイドル速度以上であり、車両は、ほとんど一定速度で走 行する。エンジン負荷が、再び減少すると、車両は、過剰エネルギーモードであ る。それに対して、電流パルスの幅は、エンジンスタートの間、２０ないし２３ ミリ秒の範囲であり、加速の間は、１０ないし１２ミリ秒の範囲である。 車両が減速中か又はブレーキをかけるときのような他の過剰エネルギーモード において、慣性及びエンジン生成エネルギーは車をゆっくり走らすように消す必 要がある。本発明による図示した装置及び方法は、降下エンジン負荷としての過 剰エネルギーモード及びエンジン負荷条件を特徴とし、これは、燃料噴射励起電 流のの傾斜を検出することによって決定される。よって、燃料噴射機に送られる 電流のパルス幅（パルス幅）は、減少した又は降下したエンジン負荷条件を含む 過剰エネルギーモードを決定するために使用される。このように、車が過剰エネ ルギーモードであるとき存在する過剰エネルギーは、蓄積された電気エネルギー に回復可能であり、変換可能である。 図２を再び参照すると、本発明による図示した装置及び方法は、燃料噴射機パ ルス幅を５ミリ秒であることを監視することによって傾斜したエンジン負荷を決 定し、パルス幅期間の傾斜は、連続した燃料噴射機パルス幅（３１５）の間で検 出される。例えば、パルス幅は、１０ないし８ミリ秒の期間において傾斜する。 双方の条件が満足された場合には、過剰エネルギーモードが存在すること、すな わち、（例えば、上昇した傾斜フラグを検出することによって）傾斜エンジン負 荷条件が存在することを決定する。励磁電流は、電池（３２５）を充電するため に発電機に送られる。もし、条件のいずれかが、合致しない場合には、発電機は オフのままである。パルス幅がゼロに近いか、２ないし３ミリ秒（３３０）であ ることを検出した場合には、他の過剰エネルギーモード、すなわち、減少したエ ンジン負荷状態が存在し、発電機がターンオンされる。当業者には容易に明らか になるように、上述したフローチャートで使用されるパルス幅期間の値は、異な る電池、エンジン又は車で異なり、変化する。適当なパルス幅期間の値が本発明 の利点を達成するために電池、エンジン及び車両の特性に依存して減少、又は降 下エンジン負荷状態と交換することができる。当業者には容易に明らかになるよ うに、燃料噴射パルス電流は、車両の負荷電流波形をその構成部分に含ませるこ とによって、（燃料噴射電流センサ）の代わりに数学的に決定される。 別の例として、このようなエンジン負荷条件の間に電池を充電することは、実 際の変換エネルギーにおいて、車によって蓄積された慣性又はエンジンによって 生じる動力であり、これは、別の方法では、電池によって蓄積される電気エネル ギーへの負荷損失として消費される。本発明の他の実施例によれＲば、図２に示 した図示したソフトウエア制御は、電池を充電状態の最適な動作範囲内に電池を 維持しながら、余分のエネルギーを変換するために用いられる。充電状態値（ｙ 軸）対時間（ｘ軸）のプロットである図３を参照すると、充電状態安全最小値と 充電状態最大値のような充電状態値の例が約７５％と１００％にそれぞれ設定さ れる。一例としての最適な範囲は、８５％の下方の制御値（LCV）と、９２％の 上方制御値（ＵＣＶ）とを有する。プロセッサ１００は、電池の充電状態が、（ Ａで）ＬＣＶ以下に落ちたことを決定するとき、発電機の磁界電流が過剰エネル ギーモードが選択されるときはいつも、電池を充電するようにオンされる。例え ば、充電は、減速し下降するエンジン負荷状態の間適用され、充電は、（Ｂで） 車両の加速の間は適用されない。また、充電状態の値は、選択的な充電によって 時間が増大する。 充電状態が、（Ｃで）ＵＣＶに到達するとき、電池は、最適な範囲内で充電状 態を維持するために過剰エネルギーモードのいくつかにおいてのみ必要なだけで ある。このような時間（ＣとＥとの間）電池は、傾斜エンジン負荷状態を（Ｄで ）検出するときのみ充電することが好ましい。本実施例による装置及び方法の使 用によって、エンジンの有効な動力出力においてほとんど又はわずかにドローの 影響を受けない間に、ピーク作動能率で電池を維持する。 図４は、燃料噴射機電流パルス幅を監視する回路の実施例を示す。図４に示す ように、回路のピン９が、電流センサ１５５に接続されており（図１）、電流値 は、回路によって処理され、処理された値は、電池制御ユニット１４０を通して 、データとしてプロセッサにピン１４で出力される。 プロセッサ関連ソフトウエアプログラムは、電池の安全条件を監視する。１つ の例は、ステップ４００で示される（図２）。電池負荷がプリセットされた特定 の負荷の最大値を超えるとき、励磁電流は、発電機（３２５）に加えられる。他 の励磁安全条件は、警告電池状態であり、これは、内部抵抗、プリセットされた 安全値を超える又はそれ以下の極値又は温度値を含む。 図５は、連邦試験手順（FTP-75）によって実行される試験の結果である。従来 の発電機調整器を備えた A1992 フォードトーラス・セダンが試験用車として使 用された。本発明による装置による FTP 試験は、本発明の装置を備えていない 従来の発電機・調整器を使用して行われた。電流プローブ及びオシロスコープ及 びスコープカメラを使用することによって、発電機及び電池の電流波形が、双方 の装置について記録される。電流センサ信号又は高速 Ａ/Ｄ変換を統合して使用 することによって、電池及び発電機の双方の電流が測定され、電池の充電状態（ 充電状態）が計算される。本発明による装置の応用による試験の後に、電池が利 用可能な容量は、４９アンペア時対３５アンペア時であり、これは、燃費の経済 性の利点に加えて、電池に送られるエネルギーを増大させる。図５の曲線 Ａ は 、従来の発電機・調整器のＭＰＧ値を示し、曲線Ｂは、本発明による装置及び方 法が適用されるとき、約０．３ないし０．６ＭＰＧの増大を示す。 本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本発明の種々の実施例に対して種々の 変形が行われることは理解できよう。例えば、エンジン・マニフォルド圧力は、 エンジン負荷条件を決定するために燃料噴射パルス幅の代わりに、監視すること ができる。１０Ｈｇの絶対圧力は、２ミリ秒のパルス幅に対応する。したがって 、上述した説明は、本発明を制限するものと考慮してはならないが、単なる好ま しい実施例の例示である。当業者は、請求の範囲によって制限される本発明の範 囲及び精神内で他の変形例を考慮することができる。

【手続補正書】 【提出日】１９９９年５月１０日（１９９９．５．１０） 【補正内容】 請求の範囲 １．エンジンによって駆動される車両の電池を選択的に充電する発電機の制御 装置であって、 電池の状態を監視するためのプロセッサ及び共働する格納されたプログラムを 有するコントローラと、 過剰エネルギー状態を表す信号を検出する手段と、 過剰エネルギー状態を表す前記信号から複数の過剰エネルギーモードを含むエ ンジン動作状態を決定する手段と、 前記複数の過剰エネルギーモードの１つが存在することが決定されるとき、前 記電池を充電するため前記発電機を選択的にオンする発電機制御手段と、を含む 制御装置。 ２．前記コントローラは、電池の充電状態を監視し、前記発電機制御手段は、 所定の下方制限値と所定の上方値との間の特定の範囲内に電池の充電状態を維持 するために電池を選択的に充電する請求項１の制御装置。 ３．前記信号を検出する手段は、前記エンジンに送られる燃料を検出するセン サを含む請求項１の制御装置。 ４．前記検出手段は、前記エンジンに送られるエネルギーの流速を更に検出す る請求項１の制御装置。 ５．前記センサは、前記エンジンに燃料を送る燃料噴射機に送られる電気エネ ルギーを検出する請求項３の制御装置。 ６．前記コントローラは、電池の内部抵抗を含む前記電池の状態を監視する手 段を含む請求項１の制御装置。 ７．前記複数の過剰エネルギーモードの１つは、前記センサが前記エンジンに 送られる燃料がほぼ零であるとき、エンジン動作状態を決定する前記手段によっ て減少エンジン負荷であると決定される請求項４の制御装置。 ８．前記センサは、前記エンジンのマニフォルド圧を検出する請求項４の制御 装置。 ９．前記複数の過剰エネルギーモードの１つは、車両の減速、ブレーキ、ゆっ くりした走行、一定の走行、又は下降走行の１つである請求項１の制御装置。 １０．前記所定の下方制限充電状態は、約８５％であり、前記上方制限充電状 態は、約９２％である請求項２の制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ， ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 パラニサミ，ティルマテライ・ゴーンデル アメリカ合衆国ニュージャージー州07924, モーリスタウン，カンタベリー・ウェイ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エンジンによって駆動される車両の電池を選択的に充電する発電機の制御 装置であって、 電池の状態を監視するプロセッサ及び共働する格納されたプログラムを有する コントローラと、 複数の過剰エネルギーモードを含むエンジン動作状態を決定する手段と、 前記複数の過剰エネルギーモードの１つが存在することが決定されるとき、前 記電池を充電するため前記発電機を選択的にオンする発電機制御手段と、を含む 制御装置。 ２．前記コントローラは、電池の充電状態値を監視し、前記発電機制御手段は 、所定の下方制限値と所定の上方値との間の特定の範囲内に電池の充電状態を維 持するために電池を選択的に充電する請求項１の制御装置。 ３．前記エンジン動作状態を決定する手段は、前記エンジンに送られる燃料を 検出するセンサを含む請求項の制御装置。 ４．前記センサは、前記エンジンに燃料を送る燃料噴射機に送られる電気エネ ルギーを検出する請求項３の制御装置。 ５．前記複数の過剰エネルギーモードの１つは、前記燃料噴射機に送られる電 気エネルギーが、所定の期間より大きいパルス幅を有し、２つの連続した燃料噴 射サイクル内に減少するとき減少エンジン負荷であることを決定する請求項４の 制御装置。 ６．前記複数の過剰エネルギーモードの１つは、前記センサが前記エンジンに 送られる燃料がほぼゼロであるとき、エンジン動作状態を決定する前記手段によ って減少エンジン負荷であると決定する請求項３の制御装置。 ７．前記センサは、前記エンジンのマニフォルド圧を検出する請求項３の制御 装置。 ８．前記複数の過剰エネルギーモードの１つは、車両の減速、ブレーキ、ゆっ くりした走行、一定の走行、又は下降移動の１つである請求項１の制御装置。 ９．前記発電機制御手段は、前記発電機に送られる励磁電流を制御することに よって前記電池を選択的に充電する請求項１の制御装置。 １０．前記コントローラは、電池の内部抵抗を含む前記電池の状態を監視する 手段を含む請求項１の制御装置。 １１．前記コントローラは、電池の温度を含む前記電池の状態を監視する手段 を含む請求項１の制御装置。 １２．前記コントローラは、電池電流の流れの大きさ及び方向を監視する電池 電流モニタを含む請求項１の制御装置。 １３．エンジンのスタート条件の後、発電機制御手段が、所定の時間の間に前 記電池を充電することを一時的に抑止する手段を有する請求項１の制御装置。 １４．前記コントローラは、前記車両の前記エンジン制御ユニット (ECU)内にあ り、前記 ECU は、エンジンの動作を監視し、制御する手段を含む請求項１の制 御装置。 １５．前記所定の下方制限充電状態は、約８５％であり、前記上方制限充電状 態は、約９２％である請求項２の制御装置。 １６．前記減少エンジン負荷状態は、前記車が減速するとき、エンジンの負荷 状態を含む請求項５の制御装置。 １７．エンジンによって駆動される車両の電池を選択的に充電する発電機を制 御する方法であって、 電池の状態を監視する工程と、 複数の余分なモードを含むエンジン作動状態を決定する工程と、 前記余分なモードの１つが存在することを決定するとき、前記電池を充電する 発電機を選択的にオンする工程と、を含む方法。 １８．エンジン作動状態を決定する工程は、前記エンジンに送られる燃料を選 出する工程を含む請求項１７の方法。 １９．前記エンジン作動条件を決定する工程は、前記燃焼エンジンに燃料を送 る燃料噴射機に送られる電気エネルギーを検出する工程を含む請求項１８の方法 。 ２０．前記過剰エネルギーモードは、前記燃料噴射機に送られる電気エネルギ ーが、ほぼゼロパルスの幅であるとき、減少エンジン負荷状態にあると決定する 請求項１９の方法。 ２１．前記電池状態を監視する工程は、電池の内部抵抗、温度、電流の大きさ の１つを監視する工程を含む請求項１７の制御装置。 ２２．前記電池状態を監視し、エンジン作動状態を決定する工程は、車両のエ ンジン制御ユニット (ECU)によって実行される請求項１７の方法。 ２３．前記過剰エネルギーモードは、所定の期間より大きいパルス幅を有し、 ２つの連続した燃料噴射サイクルの間の期間で減少するとき、減少エンジン負荷 状態にあると決定される請求項１９の方法。 ２４．前記複数の過剰エネルギーモードは、車が低速で走行するとき、一定の 速度で走行するとき、エンジン動力曲線の下端で作動するとき、下降移動を行う ときを含む、エンジン又は車両の状態の組み合わせである、請求項１７の方法。 ２５．エンジンによって駆動される車両の電池を選択的に充電する発電機の制 御装置であって、 電池状態を監視するためのプロセッサ及び共働する格納されたプログラムと、 所定の減少するエンジン負荷状態を監視するエンジン作動状態モニタと、 前記所定の減少するエンジン負荷状態の間、前記電池を充電する発電機を選択 的にオンする発電機コントローラと、を含む制御装置。