JP2002161754A - エンジンクランキング時制振装置 - Google Patents

エンジンクランキング時制振装置

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JP2002161754A JP2000358905A JP2000358905A JP2002161754A JP 2002161754 A JP2002161754 A JP 2002161754A JP 2000358905 A JP2000358905 A JP 2000358905A JP 2000358905 A JP2000358905 A JP 2000358905A JP 2002161754 A JP2002161754 A JP 2002161754A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのクランキング中にクランク軸が呈
する抵抗トルクの変動によるエンジン振動を抑制し、ク
ランキング発生の時期と頻度に拘わらず車輌の乗り心地
と静粛性を確保する。 【解決手段】 エンジンのクランキングに当り、クラン
キングに対しクランク軸がその回転位相に応じて呈する
抵抗トルクの変動に倣ってモータの出力トルクを変動さ
せるよう、クランク軸回転位相検出手段によるクランク
軸回転位相の検出に基づいてモータの作動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は往復動ピストンエン
ジンのクランキングによるエンジン振動を抑制する装置
に係る。
【０００２】
【従来の技術】往復動ピストンエンジンは、そのクラン
ク軸がモータにて回転駆動されるクランキングにより始
動される。従来、エンジンのクランキング時、より正確
には、クランキング中、の振動については、特に技術的
な関心は払われていない。特開平１０−２１２９８３号
公報には、エンジン始動時の振動に関し、第一のモータ
にてエンジンをクランキングし、エンジンが自爆を開始
した瞬間から第二のモータの駆動トルクを第一のモータ
とは逆方向に作用させ、自爆開始に伴うトルク急変によ
る振動を抑制することが記載されている。しかし、この
制振対策はエンジンのクランキングが終った時のことで
あり、クランキング中のことではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、自動車等の往復
動ピストンエンジンにて運行する車輌の運転に関する通
念として、エンジンのクランキングは、車輌の運行開始
時に一回限り行なわれるものであり、エンジンは一度始
動されれば、その後車輌が何時間連続して運行されよう
とも、エンジンが正常に作動する限り、その間エンジン
のクランキングは二度と必要とされないものであった。
【０００４】しかし、近年、燃料資源の節約と環境保全
の必要から、車輌の運行中であっても、信号待ちや渋滞
による一時停車や渋滞による緩走時にエンジンを一時停
止させる燃料節約型の自動車および車輌の走行状態に応
じてエンジン駆動と電動モータ駆動とを適宜織り交ぜて
使用するハイブリッド車が脚光を浴びてきている。これ
らの燃料節約型自動車およびハイブリッド車に於いて
は、車輌の運行中随時エンジンが停止されまた再始動さ
れるので、車輌のより優れた静粛性のためには、エンジ
ンクランキングに係るエンジン振動は、上記特開公報に
於ける如くクランキング後の問題であるばかりでなく、
クランキング中に於いても抑制の対象となる。
【０００５】本発明は、今後その発生の時期と頻度に於
いて車輌の乗り心地と静粛性に大きく影響すると懸念さ
れるエンジンクランキング中の振動の問題を考慮し、そ
れに対処した一つのエンジンクランキング時制振装置を
提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するも
のとして、本発明は、モータによる往復動ピストンエン
ジンのクランキングによるエンジン振動を抑制する制振
装置にして、クランク軸の回転位相を検出する手段と、
クランキングに対しクランク軸がその回転位相に応じて
呈する少なくとも吸気圧縮による抵抗トルクの変動に倣
って前記モータの出力トルクを変動させるよう、前記ク
ランク軸回転位相検出手段によるクランク軸回転位相の
検出に基づいて前記モータの作動を制御する手段とを有
することを特徴とする制振装置を提供するものである。
【０００７】前記モータ作動制御手段は、クランキング
に対しクランク軸がその回転位相に応じて呈する抵抗ト
ルクの変動に更にクランク軸に掛かるエンジンの慣性抵
抗の変動を加えてよい。
【０００８】前記モータ作動制御手段は、クランキング
に対しクランク軸がその回転位相に応じて呈する抵抗ト
ルクの変動を推定により定めてよい。
【０００９】前記モータ作動制御手段は、更にクランキ
ング開始時のクランク軸の回転位相を所定の位相に調整
する手段を有していてよい。
【００１０】前記モータ作動制御手段は、クランク軸回
転位相に対するクランク軸の回転角加速度の変化が所定
のスケジュールに倣うよう前記モータの作動を制御して
よい。
【０００１１】
【発明の作用及び効果】多気筒エンジンのクランク軸に
は複数組のクランクとピストンロッドとを介して複数の
ピストンが連結されており、金属塊よりなるこれらの物
体が静止状態より動き始めるには、始動の瞬間にそれ相
当の慣性抵抗があるので、クランク軸の回転開始にはそ
れに抗する慣性抵抗が作用する。またエンジンの各可動
接触部、特にシリンダ内面とピストンの接触部は、潤滑
されているとはいえ、ピストン静止時には両者は潤滑油
により却って粘着された状態にあるので、エンジン始動
の瞬間にはかなりの静摩擦抵抗を呈し、また動き始めて
も各可動接触部はそれ相当の動摩擦抵抗を呈するので、
これもクランク軸の回転に対する抵抗として現れる。更
に、吸気行程にて気筒内に吸入された吸気は、続く圧縮
行程にて圧縮されるので、ピストンには抗圧縮力が作用
し、それに応じてクランク軸には吸気圧縮による回転抵
抗が作用する。そして圧縮された吸気に点火がなされて
も、気化器式または噴射式のいづれの燃料供給方式によ
っても、クランク軸の最初の１〜２回転中は燃料の出遅
れによって圧縮吸気の燃焼は生じないので、エンジンか
らの出力は生じない。これら各種のクランク軸に作用す
る抵抗トルクは、概略添付の図１の上から一乃至三段に
示す如きものである。
【００１２】このうち時間又はクランク軸回転位相に対
する慣性抵抗トルクの変化特性は、エンジン始動用モー
タによりエンジンをクランキングするときの当初の加速
度によって異なるものであり、従ってモータトルクの制
御により変えられるものである。これについてはさらに
後程記述する。時間又はクランク軸回転位相に対する摩
擦抵抗トルクの変化特性は、クランキング時のエンジン
温度やエンジン停止からの経過時間によるシリンダ壁と
ピストンの間の潤滑状態の変化により異なるが、概ね図
に例示する如く最初静摩擦による比較的高い値を呈し、
その後は動摩擦による略一定の値を呈する。時間又はク
ランク軸回転位相に対する圧縮抵抗トルクの変化特性
も、吸気に未だ爆燃が生じないときは概ね図に例示する
如きものであるが、その細部は吸気弁の開閉位相により
異なってくる。尚、図示のものは、エンジン始動時に気
筒の一つが丁度吸気行程の始まる上死点にあるときの例
である。
【００１３】そこで、これらのクランク軸に作用する抵
抗トルクを総合すると、その時間またはクランク軸回転
位相に対する変動は、同図の最下段に示す如くなる。従
って、このように変動する抵抗トルクを呈するクランク
軸を従来のように一様なトルク出力を出すモータにて駆
動すれば、車体より弾性支持されたエンジンはクランク
軸が呈する抵抗トルクの変動に倣ってクランク軸の周り
に振動する。しかし、クランク軸がモータによるクラン
キングに対しこのように変動する抵抗トルクを呈するの
であれば、モータの出力トルクが予めクランク軸の回転
位相に応じてかかる抵抗トルクの変動に倣って変動する
ようにしておけば、これを原因とするクランキング中の
エンジン振動を抑制することができる。図１の最下段に
示す如く変動する駆動トルクをモータにて発生させるこ
とは、現在のコンピュータによるモータの作動制御によ
り実施可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】添付の図２は、本発明による制振
装置をハイブリッド車に適用した場合の車輌の動力系を
示す解図である。エンジンは、その出力軸にて図には示
されていない車輪を駆動すると共に、該出力軸、エアコ
ン、パワーステアリングポンプ（ＰＳポンプ）、テンシ
ョナ、ウォータポンプ、モータ・ジェネレータ（Ｍ
Ｇ）、アイドラを周って回動する無端ベルトにより、エ
アコン、パワーステアリングポンプ、ウォータポンプを
必要に応じて駆動し、またモータ・ジェネレータをジェ
ネレータとして作動させて図には示されていない蓄電装
置を充電すべきときには、これをも同時に駆動するよう
になっている。またモータ・ジェネレータは、モータと
しても作動し、エンジンの始動時にはこれをクランキン
グして始動させ、車輌が電動走行すべきときには全面的
にエンジンに代わって車輪を駆動し、更にエンジンの作
動中にそれを助けて駆動力を発生すべきときには、エン
ジンと共に車輪を駆動する。
【００１５】エンジンには、その出力軸（クランク軸）
にその回転位相を検出する回転位相センサＲＰＳが設け
られており、それにて検出されたエンジンクランク軸の
回転位相を示す信号がコンピュータを備えた電気式車輌
運転制御装置ＥＣＵへ供給されるようになっている。電
気式車輌運転制御装置ＥＣＵは、エンジンクランキング
時に、回転位相センサＲＰＳから送られてくる信号に基
づいてモータ・ジェネレータをモータとして作動させ、
クランキング開始の瞬間からクランク軸の回転位相に対
応して図１の最下段に示す如く変化する出力トルクにて
クランク軸を駆動せしめる。尚、このとき図１の最下段
に示す如き出力トルクの変化については、そのときの大
気温度に基づいて吸入空気の実質吸入量が変化すること
に応じて、前記圧縮抵抗トルクに対する補正が行なわれ
るのが好ましい。また図１に例示した圧縮抵抗トルクは
４気筒エンジンに於いてピストンの一つが丁度吸気行程
の始まる上死点に位置するところから始まっているが、
クランキング開始時のクランク回転位相に応じて総合抵
抗トルクのクランキング開始時の波形を修正することは
容易である。或はまた、クランキング開始時のクランク
軸の回転位相は常に所定の位相となるよう、エンジンの
一時停止中にモータを作動させて位相合わせが行なわれ
てもよい。かかるクランク軸に回転位相合わせは、回転
位相センサＲＰＳからの信号を参照しつつ車輌運転制御
装置ＥＣＵによりモータ・ジェネレータＭＧを微小作動
させることにより達成される。
【００１６】図１の最下段に例示したクランキングトル
クは、クランキング時、特にその開始の当初にエンジン
が呈する慣性に基づく抵抗トルクの時間又はクランク軸
回転位相に対する変化を、エンジンの各設計とＭＧの如
きエンジン始動用モータの各設計に基づき図１の最上段
に例示する如く想定してマップ化することに基づくもの
であるが、エンジンの慣性を慣性抵抗トルクとしてマッ
プ化することに代えて、クランキングによるクランク軸
の回転速度の立上がり変化が所望の態様となるようこれ
をマップ化してもよい。
【００１７】即ち、今、クランク軸の回転の角速度をω
ｅ、またクランク軸に掛かるエンジンの回転慣性モーメ
ントをＩｅとし、一方，クランク軸に作用するＭＧによ
る駆動トルクをＴmg，摩擦抵抗トルクをＴfric、圧縮抵
抗トルクをＴcompとすると、 Ｉｅ（ｄωｅ／ｄｔ）＝Ｔmg−Ｔfric−Ｔcomp であるので、 Ｔmg＝Ｉｅ（ｄωｅ／ｄｔ）＋Ｔfric＋Ｔcomp である。従って、クランキングによるクランク軸の回転
速度の立上がり変化を所望の態様のするには、ｄωｅ／
ｄｔ、即ちクランク軸回転角速度ωｅの変化率（回転角
加速度）を任意の所望の経過に沿って変化させるよう
に、ＭＧによる駆動トルクＴmgを制御すればよい。その
ためには、図２に於ける電気式車輌運転制御装置ＥＣＵ
に図３に示すような制御回路を組み込めばよい。図３に
於いてブロックＳは微分装置である。クランク軸回転角
速度ωｅは回転位相センサＲＰＳの出力の変化率として
得られる。尚、ｄωｅ／ｄｔは、クランク軸回転位相を
θとして、ｄωｅ／ｄθとされてもよい。
【００１８】図３に於いて、（ｄωｅ／ｄｔ）refが、
クランク軸回転速度の立上がり変化の所望の態様を指示
する信号であり、時間又はクランク軸回転位相に対して
任意の所望のスケジュールにてクランク軸回転速度を立
ち上げるよう図には示されていないマップより読み出さ
れてよい。尚、当然のことながら、クランキングに於け
るクランク軸の回転は、周りに衝撃を与えない範囲でで
きるだけ急速に立ち上げられ、立上がり後は一定の保た
れるのが好ましいので、（ｄωｅ／ｄｔ）refは図１の
最上段に示す慣性抵抗トルクに類似の時間的変化特性を
呈するものである。
【００１９】以上に於いては本発明を一つの好ましい実
施例について詳細に説明したが、図示の実施例について
本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは等業
者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】多気筒往復動ピストンエンジンのクランキング
時にクランク軸が呈する各種の抵抗トルクを示すグラ
フ。
【図２】本発明によるクランキング時制振装置をハイブ
リッド車に適用した場合の車輌の動力系を示す解図。
【図３】図２の電気式車輌運転制御装置ＥＣＵに組み込
まれる制御回路の一例を示す線図。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】モータによる往復動ピストンエンジンのク
    ランキングによるエンジン振動を抑制する制振装置にし
    て、 クランク軸の回転位相を検出する手段と、 クランキングに対しクランク軸がその回転位相に応じて
    呈する少なくとも吸気圧縮による抵抗トルクの変動に倣
    って前記モータの出力トルクを変動させるよう、前記ク
    ランク軸回転位相検出手段によるクランク軸回転位相の
    検出に基づいて前記モータの作動を制御する手段とを有
    することを特徴とする制振装置。
  2. 【請求項２】前記モータ作動制御手段は、クランキング
    に対しクランク軸がその回転位相に応じて呈する抵抗ト
    ルクの変動に更にクランク軸に掛かるエンジンの慣性抵
    抗の変動を加えることを特徴とする請求項１に記載の制
    振装置。
  3. 【請求項３】前記モータ作動制御手段は、クランキング
    に対しクランク軸がその回転位相に応じて呈する抵抗ト
    ルクの変動を推定により定めることを特徴とする請求項
    １または２に記載の制振装置。
  4. 【請求項４】前記モータ作動制御手段は、更にクランキ
    ング開始時のクランク軸の回転位相を所定の位相に調整
    する手段を有することを特徴とする請求項１、２または
    ３に記載の制振装置。
  5. 【請求項５】前記モータ作動制御手段は、クランク軸回
    転位相に対するクランク軸の回転角加速度の変化が所定
    のスケジュールに倣うよう前記モータの作動を制御する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいづれかに記載の制振
    装置。
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