JPS6161923A - エンジンのトルク変動制御装置 - 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
に伴ってクランクシャ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Ｊ：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
ンクシャフトとど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Ｊ：す、クランクジャブ１
−に発生する回転トルクとばば逆位相の磁気トルクがク
ランクシャフトに加えられるようにした装置がある。

上記装置は、永久磁石を用いた第１の磁束発生手段の回
転に伴ってクランクシャフトに加えられる磁気トルクが
変動するＪｚうにしたものであって、磁気１〜ルクが正
１ヘ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（ノエネルギーを浦費することなくトル
ク変動を抑制することが望ましい。また、運転状態によ
ってトルク変動徂、出力向上の要求等が変化するため、
このＪ：うな点にも対処することのできる１−ルク制御
を行うことが望ましい。なお、上記公報に示された装置
では第２の磁束発生手段への通電量によって磁気トルク
の振幅を変えることができるものの、磁気トルクのうち
の正トルクと逆トルクの各トルク吊を独立に制御できる
Ｊ：うにはなっていない。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、エネルギーロスを小ざく
しつつエンジンのトルク変動を抑制することができ、か
つクランクシ１ｒ７１−に加える正１〜ルクと逆］・ル
クどを個別に制御できて運転状態に応じた適正なトルク
制御を行うことの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） 本発明は、エンジンにより駆動されてクランクシャフト
に逆トルクを与える発電装置と、クランクシャフトに正
１〜ルクを与える電気駆動装置と、上記発電装置の発電
量おにび電気駆動装置の駆動量をそれぞれ独立して可変
にＪる調節手段ど、クランクシャフトに発生するトルク
の周期的変動と同期して１−ルウ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
るとともに、運転状態に応じ上記調節手段を介して上記
発電量および上記駆動量を制御する制御手段とを備えた
ものである。つまり、エンジンの作動にＪ：つて生じる
クランクシャフトの１〜ルク変動に対し、この変動を抑
制するように正トルクと逆１〜ルクとを加え、かつ逆１
〜ルクは発電ににって与えるにうにし、さらに運転状態
に応じ、発電装置によって与えられる逆１ヘルク品お、
Ｊ：び電気駆動装置によって与えられる正１ヘルク量を
独立に制御するにうにしたものである。

（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、クランクシャフト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。寸なわち、シリンダブロッ
ク３の側方においてクランクシャフト１の側端にはフラ
イホイール２が取付【ノられ、その外方にクラッチ機構
４が装備されるとともに、フライホイール２の周囲には
クラッチハウジング５を取付【ノる取（１部材６がシリ
ンダブロック３に固着されている。

この部分において、上記取付部材６の内周部にサポータ
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ャフト１
の外周部には整流子１１およびスリップリング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はディストリビコータである。

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ｔ　Ｊ：うに、三相構造で蛇行状
に配設されており、コンＩ−ロールユニツ１〜２０に接
続されている。そして、後に詳述づ゛るＪ：うにコント
ロールユニット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
なっている。

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ュアコイルお
Ｊ：びオルタネータのフィールドコイルの役目を果ずも
ので、第１回転コイル８は第４図に示すように、モータ
のアーマチュ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ｊ；
うに蛇行状に配設されて、スリップリング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１〜ロールユニツト２０からそれぞれ所定
時に通電されるＪ：うになっている。そして、第５図に
示すＪ、うに、コントロールユニット２０から端子ａを
介して固定コイル７おにび第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
ャフト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、端子すを介して第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
ユニット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
に伴って発電が行われ、これによってクランクシャフト
１に逆トルクが加えられるようになっている。

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はスタートスイツヂ２１ａおよび
イグニッションスイッチ２１ｂを含むキースイッチ、２
２はバッテリである。この図に示すようにコントロール
ユニット２０は、キースイッチ２１を介してバッテリ２
２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
用および発電用の各電流制御回路２８．２つと、整流回
路３０とを備えている。

−に２第１駆動回路２４は、駆動状態と４Ｔつだときに
固定コイル７と電流制御回路２８おＪ：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Ｊ：うになっている。ま
たこの第１駆動回路２／Ｉ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を介してバッテリ２２に接
続され、充電用の回路が形成されるにうになっている。

一方、第２駆動回路２５は駆動状態となったときに第２
回転コイル９に通電し、従って第１駆動回路２／Ｉが非
駆動状態にあって第２駆動回路２５が駆動状態となった
どき、第７図に示した発電装置１７が作ｖＪして、バッ
テリ２２に充電されるＪ：うになっている。

」−記切換回路２３、タイミング制御回路２６゜２７オ
にヒｔａ３流制ｔｌＨｉｌ１２８．２９ｉ；ｔｃｒｌＪ
３１によって制御され、ＣＰＵ３１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。上記切換回
路２３は、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２
３を介して第１駆動回路２４をバッテリ２２に接続し、
始動後は、各タイミング制御回路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とバッテリ２２との接続状態を切換えるにうにな
っており、各タイミング制御回路２６．２７は、ＣＰｔ
Ｊ３１からの信号に応じて各駆動回路２４．２５に駆動
信号を出力するようになっている。

また、電気駆動用の電流制御回路２８は第１回転コイル
８に流す電流、すなわち電気駆動装置１６に対するアー
マチュア電流を可変に調節し、一方、発電用のＮ流制御
回路２９は第２回転コイル９に流す電流、すなわち発電
装置１７に対１”るフィールド電流を可変に調節するよ
うになっており、これらの電流制御回路２８．２９によ
り、電気駆−〇　　− 動装置１６の駆動■おＪ：び発雷装置１７の発電量を独
立して調節する調節手段が形成されている。

こうしてエンジン始動後は、上記ＣＰＵ　３１が、各タ
イミング制御回路２６．２７おにび各駆動回路２４．．
２５を介して電気駆動Ｓ！置１６おにび発電装置１７の
作動タイミングを制御するとともに各電流制御装置２８
．２９を介して」−記名装置１６．１７の作動を制御す
る制御手段どして働き、次のように上記各装置１６．１
７を制御するＪ：うにしている。つまり、例えば４気筒
４サイクルエンジンでは、第９図（Ａ）に示ずようにク
ランクシャフト１に発生するトルクがクランク角で１８
００の周期をもって増減するので、ＣＰ　Ｕ　３１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、例えばそれぞれの作動始期θａ、θＳ
おにび作動期間θｔａ。

θＩＳをクランク角で設定する。そして、クランク角セ
ンサ３２にＪ：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おにび発雷装置１７をそれぞ
れ設定したタイミングで作動するにうにしている。また
Ｃ　Ｐ　Ｕ　３１４；ｔ、エンジン回転数および吸気負
圧等の運転状態に応じて各電流制御回路２８．２９を制
御し、例えば、低回転、低負荷時等のあまり出力が要求
されない運転域では電力消費量を少なくするため、第９
図（Ｂ）、（Ｃ）に実線で示すように、相対的に発電装
置１７に対するフィールド電流を大きくして電気駆動装
置１６に対するアーマデユア電流を小さくし、出力が要
求される高負荷時や高回転時には第９図（Ｂ）、（Ｃ）
に破線で示ずように相対的に上記フィールド電流を小さ
くして上記アーマチュア電流を大きくする。あるいはま
た、発生トルクの変動量に見合うように、］・ルク変動
量が大ぎくなる運転域では上記フィールド電流およびア
ーマデユア電流をそれぞれ大きくＪるというように制御
する。

なお、エンジンの低負荷時と高回転時とではクランクシ
ャツ１〜に発生ずるトルク変動の位相が異なり、低回転
時には、爆発ノＪに起因した燦発１−ルク変動にＪ：つ
て第１０図に実線で示ずＪ：うな１〜ルク変動どなるが
、高回転時には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図に破線で示すにうに
低回転時と比べてクランク角で９００位相がずれたトル
ク変動が生じる。この位相のずれは、エンジン回転数ど
トルク変動量との関係を示す第１１図においてトルク変
動量が極小どなる回転数ｒ１を境に、これより低回転側
と高回転側とで生じる。このため、後に７０−ヂャ−１
へで示す制御の具体例では、上記回転数ｒ１を境に電気
駆動装置１６および発電装置１７の作動タイミングを変
えるにうにしている。ざ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ｒＱを設定し
、この上限回転数ｒＱを超えない範囲でｉ−ルク変動制
御を行うＪ：うにしている。

このトルク変動制御装置にＪ：る制御の具体例を第１２
図のフローチャートによって次に説明する。

このフローチャートにおいては、先ずエンジン始動の際
の処理どして、ステップ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
ップＳ２でスタートスイッチ２１ａがＯＮか否かを調べ
る。スタートスイッチ２１ａｈ＜ＯＮとなったときはエ
ンジン回転数Ｒが所定値Ｒ１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に通電しくステップ８３〜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６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より大きくなったとき
はステップＳ７に移る。ｔ【お、ステップＳ２でスター
トスイッチ２１ａがＯＮとなっ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Ｒ２ＪＸ下であると
ステップＳ１に戻り、所定値Ｒ２より大きいとステップ
Ｓ７に移る（ステップＳｏ）。

次に始動後の処理として、ステップＳ７でイグニッショ
ンスイッチ２１ｂがＯＮとなっているか否かを調べる。

そしてイグニッションスイッチ２１ｂがＯＮであれば、
エンジン回転数ｒおよび吸気負圧■を読込み（ステップ
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ｒＱ以下か否かを調べる（ステップＳ９）。そし
て上限設定値ｒｏＪ：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に通電しくステップＳ１ｏ、５１
１）、つまり第１駆動回路２４を非駆動状態とするとと
−ｂ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ｒＱ
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、ステップＳ９に続いてエンジン回転数
ｒが前記のトルク変動量が極小どなる回転数ｒ１未満か
否かを調べ（ステップ８１２）、この回転数ｒ１未満の
低速域にあるとぎは電気駆動装置１６および発電装置１
７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に設定しくステップ５１
３）、この回転数ｒ１以上の高速域にあるどきは上記各
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（ステップ５１４）
。次に、発電装置１７および電気駆動装置１６の各作動
期間θｔａ、θｔｓを設定するくステップ５１５）。各
作動始期おにび各作動期間の設定値は予め図外のメモリ
に記憶させておいて、これを読出すようにすればよい。

次に、ステップＳ１６でクランク角０を入力する。

そして、クランク角θが発電装置１７の作動始期θａか
ら作動終期（θａ十θｔａ）までの設定範囲にある状態
となったときには、第２回転コイル９に流す電流Ｉａを
エンジン回転数ｒおよび吸気負圧■に応じた値ｆａ　（
ｒ、ｖ）に設定して発電用の電流制御回路２つを制御し
つつ、タイミング制御回路２７を介して第２駆動回路２
５を駆動させることにより第２回転コイル９に通電する
（ステップ８１７〜５１９）。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十〇ｔ
ｓ）までの設定範囲にある状態となったときには、第１
回転コイル８に流す電流ＩＳをエンジン回転数ｒおＪ：
び吸気負圧■に応じた値ｆｓ　（ｒ、ｖ）に設定して電
気駆動用の電流制御回路２８を制御しつつ、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１する
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（ステップＳ２０−８２２　）。クランク角θが上
記各設定範囲にないときにはステップＳ７に戻ってそれ
以下の処理を繰返す。なおイグニッションスイッチ２１
ｂがＯＦＦにされてエンジンが停止するど、ステップＳ
７でこれが判別されて制御動作が終了する。

以上の７０−ヂヤートに従った制御にＪ：す、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
とぎは、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
シャフト１に発生する］・ルクが第９図（△）のように
イ≧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　１６　一 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（Δ）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が回収され、トルク変動抑制
のためのエネルギーロスが小さくなる。

さらにこのようなトルク変動の制御が行われるときに、
発電量ｗ１７の発電量おＪ：び電気駆動装置１６の駆動
量がそれぞれ運転状態に応じて制御される。このため、
例えば運転状態に応じて第９図（Ｂ）および（Ｃ）に実
線と破線で示すＪ：うに上記発電量および駆動量を変え
れば、これに伴って第９図（Ｄ）に実線と破線で示すよ
うに付加トルクが変化し、電気駆動装置１６による電力
消費量やトルクの平均値が変わるため、運転状態に応じ
て電力消費量を抑制するという要求を優先させたり出力
を高めるという要求を優先させたりすることができる。

さらに発生トルクの変動量に対応するにうに付加トルク
量を増減させることもできる。

なお、発電装置１７の発電間おＪ：び電気駆動装置１６
の駆動量を調節する手段としては、電流の調節に代え、
またはこれと併せて、上記各装置１６．１７の作動期間
を調節するＪ：うにしてもよい。

また、電気駆動装置１６および発電装置１７の具体的構
造は上記実施例に限定されず、種々変更可能である。例
えばクランクシャフトにギヤを介して連結した回転軸と
その周囲の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
、これに対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ど
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（プるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明は、クランクシャフトに発生するト
ルク変動に同期して、発生トルク増大時に発電装置を作
動させて逆１〜ルクを加え、発生トルク減少時に電気駆
動装置を作動させて正トルクを加えるようにしているた
め、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、しかも逆トルクを加えるときにエネルギーを回
収することができて、エネルギーロスを少なくすること
ができる。その上、発電装置の発電量および電気駆動装
置の駆動量を独立にそれぞれ調節可能とし、発電装置に
よって与えられる逆トルクと電気駆動装置によって与え
られる正トルクの各トルク量およびこれらトルクｍの比
を運転状態に応じて変えることができるようにしている
ため、運転状態によって変わるトルク変動量や出力向上
の要求等にも対応した制御を行う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要部の縦断正面図、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ック図、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
係を示づ゛説明図、第１２図は制御のフローチャー１へ
である。 １６・・・電気駆動装置、１７・・・発電装置、２０・
・・コントロールユニット、２４．２５・・・駆動回路
、２６．２７・・・タイミング制御回路、２８．２９・
・・電流制御回路、３１・・・ｃｐｕ。 第　　１　　図 第　　２　　図 弯紛工さｂ８ 二＼陣＠箒 く　　　　　　　　凸

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ャフトに逆ト
   ルクを与える発電装置と、クランクシャフトに正トルク
   を与える電気駆動装置と、上記発電装置の発電量および
   電気駆動装置の駆動量をそれぞれ独立して可変にする調
   節手段と、クランクシャ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とともに
   、運転状態に応じ上記調節手段を介して上記発電量およ
   び上記駆動量を制御する制御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。