JPH0255845A - 内燃機関のトルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の運転時に生じるトルクの変動成分
を低減するための内燃機関のトルク制御装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、内燃機関では、混合気の吸入圧縮、燃焼ガスの膨
張等による気筒内圧力の変化によってガストルクが変動
すること、および、クランク軸に対するコネクティング
ロッドの角度の変化によって回転慣性が変化し、慣性ト
ルクが変動することは周知のことである。このようなト
ルクの変動成分が内燃機関によって原動される各種機器
に伝達されると、それらの機器にねじり振動が発生し、
性能の低下や機器の損傷等を引き起こす。さらに、この
トルク変動の反作用は、シリンダブロックからマウント
やシャシ−にまで伝達されて内燃機関や車両全体の振動
を引き起こす原因となるため、内燃機関が発生するトル
ク変動を低減する必要があった。

このような課題に対し、従来は、特開昭６１−１７１６
１２号に記載のように、内燃機関が発生するトルク変動
のトルク増大時に同期してクランク軸に逆トルクを発生
させて１−ルクの変動成分を低減させる技術が提案され
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上記従来技術は、内燃機関が瞬時瞬時に発生す
るトルクを、電磁ピックアップの出力パルスの発生周期
をもとに算出された、クランク軸の回転加速度から求め
ているため、内燃機関が発生するトルクの変動成分に充
分追従するようにトルク制御を行うためには非常な高速
で回転加速度の算出等の演算を行う必要があった。また
、高速の演算が不可能な場合には内燃機関が発生するト
ルクを検出する間隔を粗くしなくてはならず、精度良く
トルクの変動成分を低減することが難しい、などの問題
点があった。

本発明の目的は、内燃機関が発生するトルクの変動成分
を求めるために特別に高速の演算処理を必要とせずに、
かつ、充分に精度良くトルクの変動成分を低減させるこ
とが可能な内燃機関のトルク制御装置を提供することに
ある。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するための本発明の第一の特徴は、内燃
機関からのトルクの吸収、内燃機関へのトルクの付与と
する電動発動機と、前記内燃機関が発生するトルクの変
動成分が小さくなるように前記電動発電機が発生、吸収
する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装置にお
いて、前記内燃機関の運転状態に応じたトルク変動成分
のトルク波形を記憶している記憶手段と、前記内燃機関
の運転状態を検出する検出手段とを備え、前記検出手段
により検出された運転状態に対応したトルク波形を前記
記憶手段から読み出し、そのトルク波形に基づいて前記
電動発電機が発生、吸収するトルクを制御することにあ
る。

また、本発明の第二の特徴は内燃機関からのトルクを吸
収する電気負荷手段と、前記内燃機関が発生するトルク
の変動成分が小さくなるように前記電気負荷手段の吸収
するトルクを制御する制御手段とを備えた内燃機関のト
ルク制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じ
たトルク変動成分のトルク波形を記憶している記憶手段
と、前記内燃機関の運転状態を検出する検出手段とを備
え、前記検出手段により検出された運転状態に対応した
トルク波形を前記記憶手段から読み出し、そのトルク波
形に基づいて前記電気負荷手段が吸収するトルクを制御
するにある。

さらに、本発明の第三の特徴は内燃機関へのトルクを付
与する電動手段と前記内燃機関が発生するトルクの変動
成分が小さくなるように前記電動手段が発生するトルク
を制御する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装
置において、前記内燃機関の運転状態に応じたトルク変
動成分のトルク波形を記憶している記憶手段と、前記内
燃機関の運転状態を検出する検出手段とを備え、前記検
出手段により検出された運転状態に対応したトルク波形
を前記記憶手段から読み出し、そのトルク波形に基づい
て前記電動手段が発生するトルクを制御することにある
。

さらに、本発明の第四の特徴は、内燃機関からのトルク
を吸収する電気負荷手段と、前記内燃機関が発生するト
ルクの変動成分が小さくなるように前記電気負荷手段の
吸収するトルクを制御する制御手段とを備えた内燃機関
のトルク制御装置において、前記内燃機関の運転状態を
検出する検出手段と、その検出された運転状態からトル
ク波形を求める演算手段とを備え、前記トルク波形に基
づいて前記電気負荷手段が吸収するトルクを制御するこ
とにある。

さらに、本発明の第五の特徴は内燃機関へのトルクを付
与する電動手段と前記内燃機関が発生するトルクの変動
成分が小さくなるように前記電動手段が発生するトルク
を制御する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装
置において、前記内燃機関の運転状態を検出する検出手
段とその検出された運転状態からトルク波形を求める演
算手段とを求める演算手段とを備え、前記トルク波形に
基づいて前記電動手段が発生するトルクを制御すること
、にある。

く作用〉 内燃機関の運転状態に応じたトルク波形に基づいて、内
燃機関が発生するトルク変動成分を低減させように内燃
機関からの吸収トルクの内燃機関への発生トルクを制御
しているため、特に高速の演算処理を必要としないでト
ルク変動を換えることができる。

〈実施例〉 車両を駆動するために車両に搭載された内燃機関に本発
明を適用した場合の第１実施例を図面に基づき説明する
。第１図は、本実施例の制御回路の構成を示す図である
。本トルク制御装置は、ディストリビュータに内臓され
たクランク角センサ１と、電気機械の一例たる電動発電
機２と、内燃機関に吸収される空気量を検出するエアフ
ローメータ３と、内燃機関の平均回転速度を検出する回
転速度計４と、エフロ−メータ３から出力される吸入空
気量および回転速度計４から出力される内燃機関の平均
回転速度から内燃機関の運転状態を検出する運転状態検
出部５と、種々の運転状態において内燃機関が発生する
トルクの変動成分のトルク波形を記憶しているトルク波
形記憶部６と、運転状態検出部５が検出した内燃機関の
運転状態において内燃機関が発生するトルクの変動成分
のトルク波形をトルク波形記憶部６から読み出して、こ
のトルク波形に基づいて電動発電機２が発生および吸収
するトルクを制御するトルク制御部７とを備えている。

電動発電機２は内燃機関本体８からＶベルトにより電動
されかつ内燃機関本体８と一体的に取り付けられている
。

クランク角センサ１からは２種類の回転パルスが出力さ
れる。１つは、内燃機関のクランク軸が１回転するたび
に１パルスずつ出力されるものであり、もう１つは、内
燃機関のクランク軸が一定角度（通常１度あるいは２度
、以下本実施例では１度とする）回転するたびに１パル
スずつ出力されるものである。。

この２種類の回転パルスのうち、前者をクランク軸転角
度の基準を示す信号として用い、後者を前者で求められ
た基準角度の間をさらに細かく分割するための信号とし
て用いれば、瞬時瞬時のクランク軸の回転角度を細かく
（本実施例では１度おきに）かつ容易に検出することが
できる。

内燃機関の運転状態、特に本発明のトルク制御装置で制
御する内燃機関のトルク変動は、気筒内圧力の変動であ
るから主として、燃焼に供される混合気吸入量と内燃機
喫の平均回転速度によって決定される。従って、内燃機
関の運転状態を最も容易に知る方法は、燃焼に供される
燃料の量と、そのときの内燃機関の平均回転速度を知る
ことである。このうち燃焼に供される燃料の量は、気筒
内に入る吸気の空気量と燃料の量の混合比が一定であれ
ば、エアフローメータ３で検出される吸入空気量Ｑから
ただちに求めることができる。また、内燃機関の平均回
転速度ωは回転速度計４で検出できる。以上の方法に基
づき、本実施例の運転状態検出部５は内燃機関の運転状
態を検出する。なお、以上で述べた方法はあくまでも内
燃機関の運転状態を最も容易に知る方法の例に過ぎず、
吸入空気量をさらに簡単に求めるにはスロットルポジシ
ョンセンサから出力されるスロットル開度を利用するこ
ともできるし、また、冷却水温、油温、変速機のギアポ
ジション等の他の状態量をさらに加えて検出することに
より、より細かく内燃機関の運転状態を特定して検出す
ることは容易に実現することができる。

トルク波形記憶部６は、クランク角センサ１で検出でき
るクランク軸の最小回転角度である１度毎に内燃機関が
発生するトルクの変動成分のトルク波形を１種々の運転
状態の場合について記憶している。

さらにトルク波形記憶部６は、運転状態検出部５が検出
した内燃機関の運転状態（吸入空気量Ｑ、平均回転速度
ω）に応じて、その運転状態において内燃機関が発生す
るトルクの変動成分のトルク波形をクランク角センサ１
から１度毎に出力される回転パルスに同期させて出力す
るので、内燃機関がクランク軸の各回転角度毎に発生す
るトルクの変動成分のトルク波形を忠実に再現すること
ができる（第２図）。

なお、本実施例のトルク波形記憶部６．内燃機関が発生
するトルクの変動成分のトルク波形をクランク角センサ
１で検出できるクランク軸の最小回転角度である１度毎
に記憶しているが、クランク軸の回転角度に対する分解
能をこれほど必要としない場合には記憶するクランク軸
の回転角度の間隔を大きくするとともに−、クランク角
センサ１から１度毎に出力される回転パルスを、記憶し
た回転角度の間隔に合致するまで分周した上で記憶した
トルク波形を出力する際の同期信号とすれば良い。

また、上記の説明においては、トルク波形記憶部６は、
内燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形をク
ランク角センサ１で検出できるクランク軸の最小回転角
度毎に記憶しているが、トルク変動成分のトルク波形が
吸入空気量Ｑ、平均回転速度ω、クランク軸の回転角度
θの関数ｆｎとして表すことができる場合には、トルク
波形記憶部６は、内燃機関が発生するトルクの変動成分
のトルク波形をクランク角センサ１で検出できるクラン
ク軸の最小回転角度毎に記憶している必要はなく、トル
クの変動成分の波形を表す関数ｆｎの吸入空気量Ｑ、平
均回転度ω、クランク軸の回転角度θにかかる係数に１
、・・、Ｋを記憶しておくだけでよい。そして、これら
係数を用いて、クランク軸の各回転角度におけるトルク
の変成分のトルク波形ΔＴ＝ｆｎ（Ｋ１、・・、Ｋ、Ｑ
、ω、θ）を求め（第３図）、この値を、クランク角セ
ンサ１から１度毎に出力される回転パルスに同期させて
出力すれば、第２図に示した場合と同様に、内燃機関が
クランク軸の各回転角度毎に発生するトルクの変動成分
のトルク波形を忠実に再現することができる。

第２図に示した場合と第３図に示した場合の違いは、以
下に述べる通りである。すなわち、第２図の場合には、
トルクの変動成分のトルク波形が全て予め記憶されてい
るので、トルク波形記憶部６は演算を何−つ行う必要が
ない反面、トルク波形を記憶しておくための記憶容量が
多くいることになる。これに対して、第３図の場合には
、トルク波形は係数を記憶しておくのみであるので、記
憶容量が少なくて済む反面、これらの係数を用いてトル
ク波形を算出する必要があるため、トルク波形記憶部６
は若干の算を行う必要が出てくる。従って、第２図に示
した方法と第３図に示した方法のいずれを用いるかは。

トルク波形記憶部６の演算能力と記憶容量の関係から決
定すれば良い。

第４図は、内燃機関が発生するトルク波形の一例を示す
図、第５図は、内燃機関が第４図に示したトルクを発生
しているときに、トルク波形記憶部６が出力する内燃機
関が発生するトルクの変動成分のトルク波形を示した図
である。トルク波形記憶部６は。

内燃機関が発生するトルクのうち１回転速度変動やねじ
り振動の原因となるトルクの変動成分のみを記憶してい
る。従って、第５図は、第４図からトルクの平均分を取
り除いたものとなっている。

トルク制御部７は、トルク波形記憶部６から読み出した
内燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形に基
づいて、トルク波形が正のとき、すなわち内燃機関が発
生するトルクがその平均分より大きいとき（余剰分があ
るとき）には、電動発電機２を発電機として動作させて
内燃機関が発生するトルクの余剰分を吸収し、逆に、ト
ルク波形が負のとき、なわち内燃機関が発生するトルク
がその平均分より小さいとき（不足分があるとき）には
、電動発電機２を電動機として動作させることによりト
ルクを発生させて内燃機関にトルクの不足分を付与する
。

第６図は、電動発電機２が吸収、発生するトルク波形を
示す図である。このようなトルク制御を行ったときに内
燃機関が発生するトルク波形は、第４図に示されたトル
ク波形と第６図に示されたトルク波形を加え合わせたも
のになる。このトルク制御時のトルク波形を第７図に示
す。

以上に述べたような・トルク制御を行えば、第７図に示
したがごとく、内燃機関が発生するトルクのうちで変動
成分のみを容易かつ精度良く取り除くことができる。

また、内燃機関が発生するトルクの変動成分において内
燃機関の燃焼行程に同期した周波数の変動成分が支配的
であるときには、トルク波形記憶部６が記憶している内
燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形を、内
燃機関の燃焼行程に同期した周波数の正弦波あるいは矩
形波としても上述した合と同等のトルク割算の効果を挙
げることができる。ここで、内燃機関の燃焼行程は、内
燃機関の１燃焼サイクル（クランク軸の回転角度に換算
すると、４サイクル内燃機関の場合７２０度、２サイク
ル内燃機関の場合３６０度）の間に内燃機関が待つ気筒
政に等しい回数だけ現れるので、内燃機関の燃焼行程に
同期した周波数の正弦波あるいは矩形波とは、具体的に
隷、内燃機関の１燃焼サイクルを気筒政で除した値（ク
ランク軸の回転角度）を１周期とする正弦波あるいは矩
形波であるといえる。このように、トルク波形記憶部６
が記憶すべき内燃機関が発生するトルクの変動成分のト
ルク波形を、内燃機関の燃焼行程に同期した周波数の正
弦波あるいは矩形波として近似した場合には、トルク波
形記憶部６は、正弦波あるいは矩形波を燃焼行程に同期
させるためのクランク軸の回転角度と、正弦波あるいは
矩形波の据幅のみを記憶するだけでよいので、トルク波
形記憶部６が備えるべき演算能力および記憶容量は、共
に非常に小さいものでよくなる。

第８図から第１１図は、電気負荷手段として発電を用い
た本発明の第２の実施例についてのもので、第８図は内
燃機関が発生するトルク波形を示す図、第９図はトルク
波形記憶部６が出力する内燃機関が発生するトルクの変
動成分のトルク波形を示す図、第１０図は発電機が吸収
するトルク波形を示す図。

第１１図は内燃機関が発生するトルク波形と発電機が吸
収するトルク波形２加え合わせものであるトルク制御時
のトルク波形の一例を示す図である。発電機では、内燃
機関に１〜ルクを付与することができず内燃機関からト
ルクを吸収する一方であるので、トルクの制御の方法ど
しては、内燃機関が発生するトルクが大きいときには発
電機が吸収するトルクを増大させ、逆に、内燃機関が発
生ずるトルクが小さいときに１よ発電機が吸収する）・
ルクを減少させることになる。発電機でトルク制御を行
う場合にトルクの変動成分をＯにしようとすると５内燃
機関が発生しているトルクの平均分が小さい場合には発
電機は内ｐ３機関が発生するトルクを全て吸収してしま
い、内燃機関が停止してしまうことにもなりかねない。

従って、発電機を用いて制御を行う場合には、トルク変
動成分をＯにするのではなく低減させるのに止めた方が
良い場合もある。ただし７、この場合も、第８図に示す
がごとく、トルク制御時の１ヘルクの平均分が低下して
しまうこと１よ避けられないので、内燃機関が発生する
トルクの平均分に充分な余裕があるときに制御を行うが
良い。ただし、内燃機関の回転速度を減少させる必要が
ある場合などには、発電機が吸収する１−ルクを増大さ
せてトルク制御時のトルクの平均分が負になるようにす
れば、減速の援助をすることが可能となる。

第１２図から第１５図は、電動手段として電動機を用い
た本発明の第３実施例についてのもので、第１２図は内
燃機関が発生するトルク波形を示す図、第１３図は、ト
ルク波形記憶部６が出力する内燃機関が発生するトルク
の変動成分の１ヘルク波形を示す図、第１４図電動機が
発生するトルク波形を示す図、第１５図は内燃機関が発
生する１−ルク波形と電動機が発生するトルク波形を加
え合せたものであるトルク制御時のトルク波形の一例を
示す図である。電動機では、内燃機関からトルクを吸収
することができ内燃機関にトルクを付与する一方である
ので、ｌ−ルクの制御の方法としては、内燃機関が発生
するトルクが大きいときには電動機が発生する１・・ル
クを減少させ、逆に、内燃機関が発生する１−ルクが小
さいときには電動機が発生するトルクを増大させること
になる。電動機でトルク制御を行った場合には、発電機
でトルク制御を行った場合とは反対に１−ルク制御時の
トルクの平均分が増加するので、内燃機関の回転速度を
増加させる必要がある場合などには加速の援助をするこ
とが同時に可能となる。

なお、本発明の第１実施例において、トルクの発生と吸
収の両方が可能な電気機械として電動発電機を用いた場
合について説明を行ったが、電動機と発電機を同時に用
いてトルク制御を行った場合にも本発明がそのまま適用
できることは３うまでもない。

〈発明の効果〉 上記の通り、本発明によれば、内燃機関の運転状態を検
出し、この検出された運転状態に応じたトルク波形に基
づいて１〜ルクが制御されるので、内燃（幾関が発生す
るトルクの変動成分を求めるために特別高速の演算処理
を必要せずに充分精度良くトルクの変動成分を低減させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の制御回路の構成図。 第２図はトルク波形記憶部がトルク波形そのものを記憶
している場合の動作の説明図、第３図はトルク波形を表
す関数の係数を求める場合の動作の説明図。 第４図は内燃機関が発生するトルク波形の一例を示す図
、第５図はトルク波形記憶部が出力する１ヘルクの変動
成分のトルク波形を示す図、第６図は電動発電機が吸収
、発生するトルク波形を示す図、第７図はトルク制御時
のトルク波形を示す図、第８図、第９図、第１０図、第
１１図はそれぞれ本発明の第２実施例における、内燃機
関が発生するトルク波形、このとき１−ルク波形記憶部
が出力するトルク波形、発電機が吸収するトルク波形、
およびトルク制御時のトルク波形の一例を示す図、第１
２図、第１３図、第１−４図、第１．５図は、それぞれ
本発明の第３実施例における、内燃機関が発生するトル
ク波形、このときトルク波形記憶部が出力するトルク波
形、電動機が発生するトルク波形、トルク制御時のトル
ク波形の一例を示す図である。 符号の説明 １・・・・クランク角センサ、２・・・・電動発電機３
・・・・エアフローメータ、４・・・・回転速度計５・
・・・運転状態検出部、６・・・・トルク波形記憶部７
・・・・トルク制御部。 ８・・・・内燃機関本体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関からのトルクの吸収、内燃機関へのトルク
   の付与をする電動発動機と、前記内燃機関が発生するト
   ルクの変動成分が小さくなるように前記電動発電機が発
   生、吸収する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御
   装置において、前記内燃機関の運転状態に応じたトルク
   変動成分のトルク波形を記憶している記憶手段と、前記
   内燃機関の運転状態を検出する検出手段とを備え、前記
   検出手段により検出された運転状態に対応したトルク波
   形を前記記憶手段から読み出し、そのトルク波形に基づ
   いて前記電動発電機が発生、吸収するトルクを制御する
   内燃機関のトルク制御装置。 ２、内燃機関からのトルクを吸収する電気負荷手段と、
   前記内燃機関が発生するトルクの変動成分が小さくなる
   ように前記電気負荷手段の吸収するトルクを制御する制
   御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装置において、
   前記内燃機関の運転状態に応じたトルク変動成分のトル
   ク波形を記憶している記憶手段と、前記内燃機関の運転
   状態を検出する検出手段とを備え、前記検出手段により
   検出された運転状態に対応したトルク波形を前記記憶手
   段から読み出し、そのトルク波形に基づいて前記電気負
   荷手段が吸収するトルクを制御することを特徴とする内
   燃機関のトルク制御装置。 ３、内燃機関へのトルクを付与する電動手段と、前記内
   燃機関が発生するトルクの変動成分が小さくなるように
   前記電動手段が発生するトルクを制御する制御手段とを
   備えた内燃機関のトルク制御装置において、前記内燃機
   関の運転状態に応じたトルク変動成分のトルク波形を記
   憶している記憶手段と、前記内燃機関の運転状態を検出
   する検出手段とを備え、前記検出手段により検出された
   運転状態に対応したトルク波形を前記記憶手段から読み
   出し、そのトルク波形に基づいて前記電動手段が発生す
   るトルクを制御することを特徴とする内燃機関のトルク
   制御装置。 ４、請求項２または請求項３記載の内燃機関のトルク制
   御装置において、前記トルク波形は内燃機関の１燃焼サ
   イクルを前記内燃機関の気筒政で除した値を１周期とす
   る正弦波であることを特徴とする内燃機関のトルク制御
   装置。 ５、請求項２または請求項３記載の内燃機関のトルク制
   御装置において、前記トルク波形は内燃機関の１燃焼サ
   イクルを前記内燃機関の気筒政で除した値を１周期とす
   る短形波であることを特徴とする内燃機関のトルク制御
   装置。 ６、請求項２または請求項３記載の内燃機関のトルク制
   御装置において、前記運転状態は内燃機関の吸入混合気
   量と内燃機関の平均回転速度であることを特徴とする内
   燃機関のトルク制御装置。 ７、請求項２または請求項３記載の内燃機関のトク制御
   装置において、前記記憶手段は内燃機関の吸入空気量と
   内燃機関の平均回転速度に対応した複数のトルク波形が
   記憶されていることを特徴とする内燃機関のトルク制御
   装置。 ８、内燃機関からのトルクを吸収する電気負荷手段と、
   前記内燃機関が発生するトルクの変動成分が小さくなる
   ように前記電気負荷手段の吸収すするトルクを制御する
   制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装置において
   、前記内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、その
   検出された運転状態からトルク波形を求める演算手段と
   を備え、前記トルク波形に基づいて前記電気負荷手段が
   吸収するトルクを制御することを徴とする内燃機関のト
   ルク制御装置。 ９、内燃機関へのトルクを付与する電動手段と、前記内
   燃機関が発生するトルクの変動成分が小さくなるように
   前記電動手段が発生するトルクを制御する制御手段とを
   備えた内燃機関のトルク制御装置において、前記内燃機
   関の運転状態検出する検出手段と、その検出された運転
   状態からトルク波形を求める演算手段とを求める演算手
   段とを備え、前記トルク波形に基づいて前記電動手段が
   発生するトルクを制御することを特徴とする内燃機関の
   トルク制御装置。