JP2015183637A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータモータとモータジェネレータとを備えている内燃機関において、始動時の振動を抑制する。
【解決手段】スタータモータによる始動時、最初の爆発が起こってから自律運転回転数Ｒ２に至るまでの範囲Ｓ１内において、圧縮行程のうちの少なくとも上死点直前を含む範囲Ｓ２に、モータジェネレータをクランク軸の回転をアシストする。ピストンが圧縮行程から爆発行程に変わる際の速度差が小さくなるため、振動を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本願発明は、スタータモータとモータジェネレータとを備えている内燃機関に関するものである。

内燃機関において始動用スタータモータと発電機とは必須であるが、スタータモータと発電機との関係を見ると、スタータモータと発電機（オルタネータ）とを別々に搭載したタイプと、スタータモータと発電機とが１台に組み込まれたモータジェネレータ（或いはＩＳＧ）のみを使用するタイプと、発電機能とモータ機能とを有するモータジェネレータをスタータモータとは別に設けているタイプとの３種類に分けられる。

いずれにしても、モータジェネレータとクランク軸との間の動力伝達はベルトによって行われている。また、スタータモータからベルトでクランク軸に動力伝達する場合もある。そして、スタータモータと発電機とが１台に組み込まれたモータジェネレータのみを使用するタイプの例として、特許文献１には、始動時にモータジェネレータからクランク軸への動力伝達を確実化することを目的として、始動時にベルトの張力を高めることが開示されている。

特開２００４−１１５５２号公報

さて、内燃機関は燃料の爆発でピストンを押すことでクランク軸に回転動力を発生させているが、爆発行程（膨張行程）の前の圧縮行程ではピストンは上死点に近づくほど速度が減速していき、次いで、爆発行程で一気に加速されるため、上死点を境にして速度の変化が最も大きくなる。

このため、スタータモータをＯＮにしてから爆発のみの自律回転に至っていない領域で、クランク軸の回転が安定していないことにより、ピストンが上死点を超える前後の領域で振動が発生やすい問題があった。

本願発明は、この問題を改善すべく成されたものである。

本願発明は、クランク軸を駆動する始動用のスタータモータと、前記クランク軸で駆動されて発電状態と前記クランク軸の回転をアシストするモータ状態とに切り換え自在なモータジェネレータとを備えた内燃機関において、前記スタータモータの駆動による始動時に、圧縮行程のうち少なくとも終期に前記モータジェネレータによって前記クランク軸の回転をアシストする制御が成されるものである。

本願発明によると、圧縮行程の少なくとも終期にクランク軸の回転がモータジェネレータでアシストされることで、クランク軸の回転数の低下が抑制されて、ピストンが上死点を超える前後での回転変動（角速度の変動）をできるだけ小さくすることができる。その結果、クランク軸の回転が滑らかになって、回転速度（角速度）が急激に変化することに
起因した振動を防止又は著しく抑制できる。

また、クランク軸の回転がアシストされるため、始動の確実化・始動時間の短縮にも貢献できると共に、スタータモータの小型化も可能になる。

実施形態に係る内燃機関の全体的な概略正面図である。 制御態様を示す図であり、（Ａ）は制御対象範囲を示すグラフ、（Ｂ）はピストンの動きを示す図、（Ｃ）はクランク軸の回転から見た制御時期を示す図である。

(1).機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて内燃機関の概要を説明する。本願発明は車両用内燃機関に適用している。内燃機関の基本的な構成は従来と同様であり、機関本体の主要要素として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、並びにこれらの一端面に多数のボルトで固定されたフロントカバー（チェーンカバー、チェーンケース）３を備えている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー４が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５が固定されている。

クランク軸６の一端部はフロントカバー３の外側に突出している一方、正面視で機関本体を挟んだ左側にはモータジェネレータ７を配置し、右側にはエアコン用コンプレッサ８を配置している。また、フロントカバー３のうち、概ね上下中間部でかつ左寄りの部位にはウォータポンプ９を配置している。

モータジェネレータ７、エアコン用コンプレッサ８、ウォータポンプ９は、それぞれ回転軸に固定されたプーリ１０，１１，１２を備えており、モータジェネレータプーリ１０と第１クランクプーリ１３とに第１ベルト１４が巻き掛けられて、エアコン用コンプレッサ９のプーリ１１と第２クランクプーリ１５とに第２ベルト１６が巻き掛けられて、ウォータポンプ９のプーリ１２と第３クランクプーリ１７とに第３ベルト１８が巻き掛けられている。

第１ベルト１４のうちモータジェネレータプーリ１０の近くの部位は、振り子式の自動テンショナ１９における２個のテンションプーリ２０で挟まれて間隔が狭まっている。図示していないが、内燃機関は、モータジェネレータ７とは別にスタータモータを備えている。

(2).制御態様
次に、図２を参照して制御態様を説明する。図２（Ａ）では始動時の回転数と時間との関係を示しており、スタータモータのスイッチＯＮによってクランク軸６は所定の回転数Ｒ１で回転され、若干の時間Ｔ１を経過した時点で最初の爆発が起こり、そこから回転数は上昇に転じて、やがて、爆発のみで回転を維持できる自律運転回転数Ｒ２（例えばアイドリング回転数）に至る。

他方、（Ｂ）に示すように、ピストン２１は気筒内で爆発（膨張）、排気、圧縮の行程を繰り返すが、圧縮行程ではピストン２１の動きに対して混合気が抵抗として作用しており、その抵抗は上死点（ＴＤＣ）に近づく程大きくなって、クランク軸６の回転を抑制するように作用している。そのため、ピストン２１は上死点を超えるとき減速から加速に急激に変化し、これが振動の原因になっていた。

そこで本実施形態では、始動時の最初の爆発が起こってから自律運転回転数Ｒ２に至るまでの回転数増加領域Ｓ１において、圧縮行程のうち、終期側のある程度の範囲(設定範
囲)Ｓ２だけモータジェネレータ７を駆動してクランク軸６の回転をアシストする。これ
により、圧縮行程においてピストン２１及びクランク軸６が減速する度合いを低くして、上死点を超える前後での速度差を小さくできる。その結果、急激な速度差に起因した振動の発生を防止又は著しく抑制できる。

本実施形態では、ピストン２１が気筒を半分以上上昇してからモータジェネレータ７を駆動しているが、モータジェネレータ７の駆動範囲Ｓ２は任意に設定できる。例えば、ピストンが上死点に至る前の僅かの範囲でだけモータジェネレータ７を駆動することも可能である。いずれにしても、モータジェネレータ７の駆動は、上死点に至る直前に停止することが必要である。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、クランク軸の回転数が低いときにはモータジェネレータの駆動時間を長くして、クランク軸の回転数が高くなるに従ってモータジェネレータの駆動時間を短くする、といった制御も可能である。

また、モータジェネレータによってクランク軸の回転をアシストする制御領域は、スタータモータをＯＮしてからの時間をパラメータとして決定してもよいし、最初の燃料噴射を始期として、自律運転回転数に至った時点を終期として決定してもよい。すなわち、回転数をパラメータとして制御領域を設定してもよい。或いは、スタータモータのクラッチが切れた時点を制御領域の終期とすることも可能である。

本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

６ クランク軸
７ モータジェネレータ
１０ モータジェネレータプーリ
１３ 第１クランクプーリ
１４ 第１ベルト
１９ 自動テンショナ
２０ テンションプーリ
２１ ピストン

Claims (1)

1. クランク軸を駆動する始動用のスタータモータと、前記クランク軸で駆動されて発電状態と前記クランク軸の回転をアシストするモータ状態とに切り換え自在なモータジェネレータとを備えており、
   前記スタータモータの駆動による始動時に、圧縮行程のうち少なくとも終期に前記モータジェネレータによって前記クランク軸の回転をアシストする制御が成される、
   内燃機関。

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