JPH0559253B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンのトルク変動を抑制するため
のトルク変動制御装置に関するものである。

（従来技術） 一般に自動車等のエンジンにおいては、エンジ
ンの作動に伴つてクランクシヤフトに周期的なト
ルク変動が生じ、このトルク変動が振動騒音の原
因となり、また運転者に不快感を与える要素とな
るので、このようなトルク変動はできるだけ抑制
することが望ましい。

従来、このようなトルク変動を抑制する装置と
しては、特開昭55−1431号公報に示されるよう
に、クランクシヤフトとともに回転する永久磁石
を用いた第１の磁束発生手段と、これに対応して
非回転部に設けられた電磁石からなる第２の磁束
発生手段とを備え、第２の磁束発生手段に通電す
ることにより、クランクシヤフトに発生する回転
トルクとほぼ逆位相の磁気トルクがクランクシヤ
フトに加えられるようにした装置がある。また上
記公報では、加速状態と減速状態とに応じて磁気
トルクのクランクシヤフトへの印加方向を変化さ
せる手段をさらに具備することも提案されてい
る。

上記装置は、永久磁石を用いた第１の磁束発生
手段の回転に伴つてクランクシヤフトに加えられ
る磁気トルクが変動するようにしたものであつ
て、磁気トルクが正トルクとなるときも逆トルク
となるときも第２の磁束発生手段で電力が消費さ
れることとなるが、燃費等の面からはできるだけ
エネルギーを消費することなくトルク変動を抑制
することが望ましい。そしてこのような要求を満
足した上で、とくに減速時には制動作用を高めて
減速性能を向上することが望ましい。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、クランクシヤフ
トに発生するトルク変動を抑制し、しかもエネル
ギーロスを小さくすることができ、その上、減速
性能を向上することができるエンジンのトルク変
動制御装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明のトルク変動制御装置は、エンジンによ
り駆動されてクランクシヤフトに逆トルクを与え
る発電装置と、クランクシヤフトに正トルクを与
える電気駆動装置と、クラシクシヤフトに発生す
るトルクの周期的変動と同期して、トルク増大時
に上記発電装置を作動させ、トルク減少時に上記
電気駆動装置を作動させるトルク変動抑制用の制
御手段と、エンジンの減速状態を検出する減速検
出手段と、この減速検出手段の出力を受け、減速
状態にあるときには定常運転時と比べて、発電装
置により与えられる逆トルクに対し電気駆動装置
によつて与えられる正トルクを相対的に小さくす
る補正手段とを備えたものである。つまり、エン
ジンの作動によつて生じるトルク変動に対し、ト
ルク増大時に逆トルクを加えることによつてトル
ク変動を抑制し、かつこの逆トルクは発電により
与えられるようにし、また減速状態にあるときは
出力を低下させる方向に付加トルク量を補正する
ようにしたものである。上記構成において、発電
機により与えられ逆トルクに対し電気駆動装置に
よつて与えられる生トルクを相対的に小さくする
といるのは、上記逆トルクを増加させてもよい
し、上記正トルクを減少させ、またはカツトして
もよいことを意味するものである。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明のトルク変動制御装
置に具備される発電装置および電気駆動装置の構
造の一実施例を示しており、この実施例では、ク
ランクシヤフト１に取付けられたフライホイール
２の外周と、その周囲の非回転部分とに、発電装
置および電気駆動装置を構成する電磁コイルが配
設されている。すなわち、シリンダブロツク３の
側方においてクランクシヤフト１の側端にはフラ
イホイール２が取付けられ、その外方にクラツチ
機構４が装備されるとともに、フライホイール２
の周囲にはクラツチハウジング５を取付ける取付
部材６がシリンダブロツク３に固着されている。
この部分において、上記取付部材６の内周面にサ
ポータ６ａを介して固定側電磁コイル（以下「固
定コイル」という）７が装備されるとともに、フ
ライホイール２の外周面に２種類の回転側電磁コ
イル（以下「回転コイル」という）８，９および
磁性体１０が装備されている。またフライホイー
ル２の内方においてクランクシヤフト１の外周部
には整流子１１およびスリツプリング１２が設け
られ、それぞれにブラシ１３，１４が接触してい
る。なお、１５はデイストリビユータである。

固定コイル７はモータとオルタネータの各固定
側コイルの役目を兼ねるもので、配線構造を概略
的に表わした第５図および第７図に示すように、
三相構造で蛇行状に配設されており、コントロー
ルユニツト２０に接続されている。そして、後に
詳述するようにコントロールユニツト２０におい
て上記固定コイル７に接続される回路が電気駆動
用と発電用とに切換えられるようになつている。
またフライホイール２の外周に装備された２種類
の回転コイル８，９はそれぞれモータのアーマチ
ユアコイルおよびオルタネータのフイールドコイ
ルの役目を果すもので、第１回転コイル８は第４
図に示すように、モータのアーマチユアコイルと
同等の所定の配線構造で整流子１１に接続され、
第２回転コイル９は第６図に示すように蛇行状に
配設されて、スリツプリング１２に接続されてい
る。これらの回転コイル８，９には、後に詳述す
るようにコントロールユニツト２０からそれぞれ
所定時に通電されるようになつている。そして、
第５図に示すように、コントロールユニツト２０
から端子ａを介して固定コイル７および第１回転
コイル８に通電されたときは、固定子側（取付部
材６の内周）と回転子側（フライホイール２の外
周）とが所定の極性で磁化されることにより、こ
れらがモータの役目を果し、クランクシヤフト１
に正トルクを加える電気駆動装置１６を構成す
る。また第７図に示すように、端子ｂを介して第
２回転コイル９に通電されるとともに固定コイル
７がコントロールユニツト２０内の整流回路３０
に接続されたときは、これらが発電装置１７を構
成し、第２回転コイル９の回転に伴つて発電が行
われ、これによつてクランクシヤフト１に逆トル
クが加えられるようになつている。

第８図はトルク変動制御装置の回路構造を示し
ており、この図において、２１はスタートスイツ
チ２１ａおよびイグニツシヨンスイツチ２１ｂを
含むキースイツチ、２２はバツテリである。この
図に示すようにコントロールユニツオ２０は、キ
ースイツチ２１を介してバツテリ２２に接続され
た切換回路２３と、この切換回路２３に接続され
た第１駆動回路２４および第２駆動回路２５と、
この各駆動回路２４，２５の駆動タイミングをそ
れぞれ制御する各タイミング制御回路２６，２７
と、電気駆動用および発電用と各電流調整回路２
８，２９と、整流回路３０とを備えている。

上記第１駆動回路２４は、駆動状態となつたと
きに固定コイル７と電流調整回路２８および第１
回転コイル８を接続してこれらに通電し、つまり
第５図に示した電気駆動装置１６を作動させるよ
うになつている。またこの第１駆動回路２４が非
駆動状態にあるときには固定コイル７が整流回路
３０を介してバツテリ２２に接続され、充電用の
回路が形成されるようになつている。一方、第２
駆動回路２５は駆動状態となつたときに第２回転
コイル９に通電し、従つて第１駆動回路２４が非
駆動状態にあつて第２駆動回路２５が駆動状態と
なつたとき、第７図に示した発電装置１７が作動
して、バツテリ２２に充電されるようになつてい
る。

上記切換回路２３およびタイミング制御回路２
６，２７はCPU３１によつて制御され、CPU３
１にはクランク角センサ３２からのクランク角検
出信号と、負圧センサ３３からの吸気負圧検出信
号とが入力されている。そして、エンジンの始動
時には電気駆動装置１６が連続的に作動してスタ
ータの役目を果すように、切換回路２３を介して
第１駆動回路２４がバツテリ２２に接続される。
また始動後は、各タイミング制後回路２６，２７
の出力に応じて各駆動回路２４，２５が働くよう
に各駆動回路２４，２５とバツテリ２２との接続
状態が切換えられ、CPU３１により各タイミン
グ制御回路２６，２７を介して各駆動回路２４，
２５の駆動タイミングが制御されるようにしてい
る。

こうして、CPU３１および各タイミング制御
回路２６，２７により、トルク変動に応じて電気
駆動装置１６および発電装置１７の作動を制御す
る制御手段が構成され、この制御手段は、クラン
クシヤフト１に発生するトルク変動を抑制するよ
うに上記各装置１６，１７の作動タイミングを制
御している。つまり、例えば４気筒４サイクルエ
ンジンでは、第９図Ａに示すようにクランクシヤ
フト１の発生するトルクがクランク角で180°の周
期をもつて増減するので、CPU３１においては、
第９図ＢおよびＣに示すように、発生トルクの増
大時と減少時（逆トルク発生時）とに対応するよ
うに発電装置１７と電気駆動装置１６の各作動タ
イミングを設定し、例えばそれぞれと作動始期
θa，θsおよび作動期間θta，θtsをクランク角で設
定する。そして、クランク角センサ３２により検
出されたクランク角に応じ、各タイミング制御回
路２６，２７および各駆動回路２４，２５を介
し、電気駆動装置１６および発電装置１７をそれ
ぞれ設定したタイミングで作動するようにしてい
る。

さらに上記CPU３１は、例えば負圧センサ３
３からの信号に基づいて吸気負圧の変化率を調べ
ることにより減速状態を検出し、減速状態にある
ときには第９図Ｂに破線で示すように発電装置１
７の作動期間θtaを大きくすることによつて発生
トルク増大時の発電量を増加させ、こうして減速
検出手段および減速時の補正手段を構成してい
る。

なお、減速時以外は電気駆動装置１６および発
電装置１７の作動期間θts，θtaを一定に設定して
おいてもよいが、エンジン回転数や負荷（吸気負
圧）によつてトルク変動量が相違するため、それ
に応じて上記各装置１６，１７の作動期間θts，
θtaおよび作動始期θs，θaを設定した上で、減速
状態となつたときに発電装置１７の作動期間θta
を補正することが望ましい。また、エンジン回転
数が比較的低いときは、爆発力に起因した爆発ト
ルク変動によつて第１０図に実線で示すようなト
ルク変動となるが、エンジン回転数がある程度高
くなると、ピストン系の慣性力に起因した慣性ト
ルクが増大することにより、第１０図に破線で示
すように低回転時と比べてクランク角で90°位相
がずれたトルク変動が生じ、エンジン回転数とト
ルク変動量との関係を示す第１１図においてトル
ク変動量が極小となる回転数r₁を境に、これより
低回転側と高回転側とで上記のようなトルク変動
の位相のずれが生じる。このため、後にフローチ
ヤートで示す制御の具体例では、上記回転数r₁を
鏡に電気駆動装置１６および発電装置１７の作動
タイミングを変えるようにしている。さらにエン
ジン回転数が極めて高い領域ではトルク変動制御
の要求が乏しく、かつ制御が難しいため、トルク
変動制御の上限回転数r₀を設定し、この上限回転
数r₀を超えない範囲でトルク変動制御を行うよう
にしている。

このトルク変動制御装置による制御の具体例を
第１２図のフローチヤートによつて次に説明す
る。

このフローチヤートにおいては、先ずエンジン
始動の際の処理として、ステツプS₁でクランク角
の周期計測等に基づいて求められるエンジン回転
数Ｒを読込み、ステツプS₂でスタートスイツチ２
１ａがONが否かを調べる。スタートスイツチ２
１ａがONとなつたときはエンジン回転数Ｒが所
定値Rs₁より大きい完爆状態になるまで、始動用
の回路を選択して固定コイル７および第１回転コ
イル８に通電し（ステツプS₃〜S₅）、つまり、前
記切換回路２３を介して第１駆動回路２４を連続
的に駆動させ、固定コイル７と第１回転コイル８
とを用いた電気駆動装置１６をスタータとして働
かせる。そしてエンジン回転数Ｒが所定値R₁よ
り大きくなつたときはステツプS₇に移る。なお、
ステツプS₂でスタートスイツチ２１ａがONとな
つていないことを判別したときは、エンジン回転
数Ｒが所定値R₂以下であるとステツプS₁に戻り、
所定値R₂より大きいとステツプS₇に移る（ステ
ツプS₆）。

次に始動後の処理として、ステツプS₇でイグニ
ツシヨンスイツチ２１ｂがONとなつているか否
かを調べる。そしてイグニツシヨンスイツチ２１
ｂがONであれば、エンジン回転数ｒおよび吸気
負圧ｖを読込み（ステツプS₈）、次にエンジン回
転数ｒがトルク変動制御の上限設定値r₀以下が否
かを調べる（ステツプS₉）。そして上限設定値r₀
より大きければ発電用の回路を選択して第２回転
コイル９に通電し（ステツプS₁₀、S₁₁）、つまり
第１駆動回路２４を非駆動状態とするとともに第
２駆動回路２５を駆動状態とすることにより発電
装置１７を働かせる。

またエンジン回転数がトルク変動制御の上限設
定値r₀以下であれば、トルク変動制御のための処
理を行う。この処理としては、ステツプS₉に続い
てエンジン回転数ｒが前記のトルク変動量が微小
となる回転数r₁未満が否かを調べ（ステツプ
S₁₂）、この回転数r₁未満の低速域にあるときは電
気駆動装置１６および発電装置１７の各作動始期
θs，θaをそれぞれ低速域でのトルク変動に応じた
値θs₁，θa₁に設定し（ステツプS₁₃）、この回転数
r₁以上の高速域にあるときは上記各作動始期θs，
θaをそれぞれ高速域でのトルク変動に応じた値
θs₂，θa₂に設定する（ステツプS₁₄）。これらの値
は予め運転状態に対応づけたマツプとして図外の
メモリに記憶させておき、このマツプから現実の
運転状態に応じた値を読出す。さらに、ステツプ
S₁₅で吸気負圧ｖの変化率を調べることによつて
減速状態にあるか否かを判別し、つまり減速時に
は吸気負圧が増大するので、負圧増大方向（圧力
低下方向）の変化率（−dv／dt）が設定値αよ
り大きいか否かを調べる。そして、上記変化率
（−dv／dt）が設定値α以下となる定常運転時に
は、発電装置および電気駆動装置の各作動期間
θta，θtsをそれぞれ、エンジン回転数および吸気
負圧ｖに応じてこれらの関数として求めた値fa
（ｒ、ｖ）、fs（ｒ、ｖ）に設定する（ステツプ
S₁₆、S₁₇）。また上記変化率（−dv／dt）が設定
値αより大きくなる減速時には、発電装置の作動
期間θtaを、定常運転時の設定値fa（ｒ、ｖ）に１
よりも大きい補正係数Ｋを乗算することにより定
常運転時よりも長く設定する（ステツプS₁₈）。な
お、電気駆動装置の作動期間θtsは減速時にも定
常運転時と等しくしている（ステツプS₁₉）。

次に、ステツプS₂₀でクランク再θを入力する。
そして、クランク再θが発電装置１７の作動始期
θaから作動終期（θa＋θta）までの設定範囲にあ
る状態になつたときには、タイミング制御回路２
７を介して第２駆動回路２５を駆動させることに
より第２回転コイル９に通電する（ステツプS₂₁、
S₂₂）。またクランク角θが電気駆動装置１６の作
動始期θsから作動終期（θs＋θts）までの設定範
囲にある状態となつたときには、タイミング制御
回路２６を介して第１駆動回路２４を駆動させる
ことにより固定コイル７および第１回転コイル８
に通電する（ステツプS₂₃、S₂₄）。クランク角θ
が上記各設定範囲にないときにはステツプS₇に戻
つてそれ以下の処理を繰返す。なおイグニツシヨ
ンスイツチ２１ｂがOFFにされてエンジンが停
止すると、ステツプS₇でこれが判別されて制御動
作が終了する。

以上のフローチヤートに従つた制御により、エ
ンジン始動後でトルク変動制御が行われるべき運
転状態にあるときは、発電装置１７および電気駆
動装置１６がそれぞれ所定のタイミングで作動さ
れ、前述のようにクランクシヤフト１に発生する
トルグが第９図Ａのようになる場合は第９図Ｂお
よびＣに示すように設定されたタイミングで上記
各装置１７，１６が作動される。従つて、第９図
Ｄに示すように、発生トルクの増大時に発電装置
１７から逆トルクが加えられ、発生トルクが逆ト
ルクとなるときに電気駆動装置１６から正トルク
が加えられることとなり、これらの付加トルクに
より、トルク変動が第９図Ａに１点鎖線で示すよ
うに抑制される。そして、とくに逆トルクが加え
られるときは発電が行われるのでエネルギー回収
され、トルク変動抑制のためのエネルギーロスが
小さくなる。

また、とくに減速時には、第９図Ｂに破線で示
すように発電装置１７の作動期間θtaが長くされ
ることにより、発電量が増加して第９図Ｄに破線
で示すようにクランクシヤフト１に加えられる逆
トルクが大きくなり、これによつて制動作用が高
められることとなる。

なお、上記実施例では減速時に発電装置１７の
作動期間θtaを長くして逆トルクを増加させてい
るが、減速時に電気駆動装置１６の作動期間θts
を短縮して正トルクを減少させ、あるいは電気駆
動装置１６の作動を停止させて付加正トルクをカ
ツトしてもよく、このようにした場合も定常運転
時と比べて出力が低下するため制動作用が高めら
れる。さらに、減速時に逆トルクを増加させる補
正と正トルクを減少させる双方を行うようにして
もよい。また、トルク量を制御、補正する手段と
しては、前記電流調整回路２８，２９をCPU３
１によつて制御することにより、回転コイル８，
９に送られる電流を制御してもよく、この場合、
減速時には第２回転コイル９に送られる電流を増
加させ、または第１回コイル８に送られる電流を
減少もしくはカツトすればよい。

電気駆動装置１６および発電装置１７の具体構
造も上記実施例に限定されず、例えばクランクシ
ヤフトにギヤを介して連結した回転軸とその周囲
の比非回転部とにこれらの装置を構成する電磁コ
イルを配設してもよく、また一般のエンジンに具
備されたものと同様のスタータおよびオルタネー
タを利用して、これに体する通電を制御すること
によりトルク制御を行うようにし、あるいはスタ
ータおよびオルタネータとは別にトルク制御のた
めの電気駆動装置１６および発電装置１７を設け
るようにしてもよい。

また、上記実施例では発電装置１７と電気駆動
装置１６の双方をトルク変動に同期して制御する
ことによりトルク変動を抑制するようにしている
が、発電装置１７のみを制御することによつてト
ルク変動を抑制するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、クランクシヤフトに発
生するトルク変動に同期して、発生トルク増大時
に発電装置を作動させることにより逆トルクを加
えるようにするとともに、原則時には出力を低下
させるように発電装置によつて加えられる逆トル
クと電気駆動装置から加えられる正トルクとの比
を補正しているため、定常運転時にはエネルギー
ロスを少なくしつつトルク変動を抑制して騒音や
不快感を軽減することができ、減速時には制動作
用を高めて減速性能を向上することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における発電装置および電気駆
動装置の構造の一実施例を示す縦断正面図、第２
図は同縦断側面図、第３図は同概略斜視図、第４
図乃至第７図は発電装置および電気駆動装置を構
成するコイルの配線構造を示す概略図、第８図は
トルク変動制御装置の回路構成の実施例を示すブ
ロツク図、第９図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは発生トルク変
動と発電装置および電気駆動装置の各作動タイミ
ングと付加トルクとの関係説明図、第１０図は低
速域と高速域とにおける発生トルク変動の特性
図、第１１図はエンジン回転数とトルク変動量と
の関係を示す説明図、第１２図は制御のフローチ
ヤートである。 １７……発電装置、２０……コントロールユニ
ツト、２４，２５……駆動回路、２６，２７……
タイミング制御回路、３１……CPU。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンにより駆動されてクランクシヤフト
   に逆トルクを与える発電装置と、クランクシヤフ
   トに正トルクを与える電気駆動装置と、クランク
   シヤフトに発生するトルクの周期的変動と同期し
   て、トルク増大時に上記発電装置を作動させ、ト
   ルク減少時に上記電気駆動装置を作動させるトル
   ク変動抑制用の制御手段と、エンジンの減速状態
   を検出する減速検出手段と、この減速検出手段の
   出力を受け、減速状態にあるときには定常運転時
   と比べて、発電装置により与えられる逆トルクに
   対し電気駆動装置によつて与えられる正トルクを
   相対的に小さくする補正手段とを備えたことを特
   徴とするエンジンのトルク変動制御装置。