JP2022163420A - 内燃機関のローリング振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主慣性系と副慣性系との間に設けられている歯車機構における歯面分離を確実に回避もしくは抑制できる装置を提供する。【解決手段】内燃機関の回転数を求め（ステップＳ１）、内燃機関の回転数に基づいて主慣性系のトルクを求め（ステップＳ４）、副慣性系のトルクであって、かつ発電電動機が内燃機関に対して負荷となる、予め定めた定常回転状態であるときの内燃機関の正回転を止める方向の負荷トルクを求め、主慣性系のトルクが、定常回転状態であるときの副慣性系による負荷トルクよりも正回転の方向で見て小さくなることを判定し（ステップＳ６）、判定が成立した場合には、副慣性系による内燃機関の正回転を止める方向の負荷トルクが主慣性系の正回転の方向で見たトルク以下となるように発電電動機のトルクを制御する（ステップＳ９，Ｓ１３）。【選択図】図６

Description

本発明は、燃料もしくはその混合気の間欠的な燃焼に起因して内燃機関のトルクが変動することによるローリング振動を低減する装置に関し、特に副慣性系の発電電動機を内燃機関に連結している歯車における歯同士の離隔を抑制する制御装置に関するものである。

この種の装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、トルクが変動する回転動力源に、歯車機構を介して、負荷としての発電電動機を連結して構成されている。したがって、回転動力源が出力するトルクによって発電電動機を回転動力源とは反対方向に回転させ、発電電動機を含む慣性系が回転動力源に対する負荷として機能することにより、ローリング振動を低減もしくは抑制するようになっている。回転動力源のトルクは、燃料もしくはその混合気の間欠的な燃焼によって変動もしくは脈動するから、歯車機構における歯面でのトルクも大小に変化し、そのために歯の噛み合いが反転し、互いに接触していた歯面が離れて、反対側の歯面で接触する場合がある。そのような場合における歯面の接触による衝撃を緩和するために、特許文献１に記載された装置では、反対側の歯面が接触（もしくは当接）する際の歯面での駆動トルクを求め、発電電動機によるトルク（歯面でのいわゆる制御トルク）が、その求められた駆動トルクに一致するように制御している。

また、特許文献２には、上記の特許文献１と同様に、内燃機関のローリング振動を抑制するために、内燃機関にギヤ機構を介して慣性系を連結し、その慣性系を内燃機関とは反対の方向に回転させるように構成した装置が記載されている。その慣性系は、スタータジェネレータを主体として構成されており、特許文献２に記載の装置では、内燃機関のトルクの変動に応じてスタータジェネレータでの発電およびその停止を制御することにより、ギヤ機構での歯面同士が離れないように制御している。

特開平１１－２７９９４号公報 特開２０１２－２４６７６４号公報

内燃機関を主体とする主慣性系と、ローリング振動を抑制するための発電電動機を主体とする副慣性系とを連結している歯車機構では、その歯面に掛かるトルクが内燃機関のトルクの変動に起因して繰り返し変化する。その歯面でのいわゆる歯打ち音は、互いに接触していた歯面同士が一旦離れ、その後に再度接触することにより生じる。特許文献１に記載されている装置では、そのような歯面同士の再度の接触の際のトルクあるいは歯同士の相対速度をゼロにするように制御している。しかしながら、特許文献１に記載されている装置は、ローリング振動の抑制のためにトルクを伝達していた歯面同士が離れた後にトルクの制御を行うように構成されていて、歯面同士の当接自体を回避もしくは抑制するものではないので、歯面同士の当接による歯打ち音や衝撃を防止もしくは抑制するためには改善の余地がある。

また、特許文献１に記載された装置は、目的とするトルクになるまでの時間を線形近似によって推定しており、またそのトルクが一定であるとの仮定の下に制御を行い、さらには角度の検出のためのセンサとしてパルス間隔を利用するセンサを用いているなど、誤差要因の大きい制御を行っているので、歯打ちを確実に防止もしくは回避することは困難である。

また一方、特許文献２に記載された装置では、クランクシャフトが１回転する間の回転速度の変化に基づいて駆動トルクの大小を判定し、その判定の結果に基づいてスタータジェネレータでの発電およびその停止の制御を行っている。したがって、特許文献２に記載された装置では、駆動トルクの変化が生じた後に、スタータジェネレータによる発電およびその停止の制御を行うことになるので、既に発生している駆動トルクの変化によって歯面同士が離れてしまい、その後に歯面同士が再度接触するなどの事態が生じ、必ずしも歯面同士の離隔や再度の接触による歯打ち音を防止もしくは抑制できない可能性がある。

本発明は、上記の技術的課題に着目して成されたものであって、内燃機関のローリング振動を低減するにあたって、歯車機構における歯打ち音や衝撃の原因となる歯面同士が離れることを防止もしくは抑制することのできる装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、内燃機関の出力軸に、所定のバックラッシをもって噛み合う歯車を含む伝動機構を介して発電電動機が連結されている、内燃機関のローリング振動低減装置において、前記発電電動機のトルクを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記内燃機関の回転数を求め、前記内燃機関の回転数に基づいて、前記伝動機構における前記内燃機関と共に回転する第１歯車から前記内燃機関までの回転部材を主体とする主慣性系のトルクを求め、前記伝動機構における前記発電電動機と共に回転しかつ前記第１歯車に噛み合う第２歯車から前記発電電動機までの他の回転部材を主体とする副慣性系のトルクであって、かつ前記発電電動機が前記内燃機関に対して負荷となる、予め定めた定常回転状態であるときの前記内燃機関の正回転を止める方向の負荷トルクを求め、前記主慣性系のトルクが、前記定常回転状態であるときの前記副慣性系による前記内燃機関の正回転を止める方向の前記負荷トルクよりも前記内燃機関の正回転の方向で見て小さくなることを判定し、前記判定が成立した場合には、前記副慣性系による前記内燃機関の正回転を止める方向の前記負荷トルクが前記主慣性系の前記内燃機関の正回転の方向で見たトルク以下となるように前記発電電動機のトルクを制御することを特徴としている。

本発明においては、主慣性系に対して副慣性系が逆方向に回転して、そのトルクが負荷として作用して内燃機関のローリング振動が低減される。その主慣性系のトルクは、内燃機関の回転数に基づいて求められ、そのトルクが副慣性系のトルクを下回ることが判定される。ここで、定常回転状態では、主慣性系のトルクは副慣性系を回転させるように作用し、これに対して副慣性系のトルクは主慣性系の定常回転状態での正回転を止める方向に作用し、主慣性系に対する負荷トルクとなる。内燃機関の定常回転状態における回転方向のトルクを正のトルクとすると、主慣性系のトルクはエンジンでの間欠的な爆発的燃焼や往復慣性力を要因とする変動で低下し、さらには一時的に負のトルクに低下する。一方、副慣性系のトルクは、主慣性系の前記定常回転状態での正のトルクを減殺する方向のトルクであるから、主慣性系に対しては（エンジンあるいは主慣性系から見て）負のトルクとして作用している。したがって、エンジンでの間欠的な爆発的燃焼や往復慣性力を要因とする変動によって、主慣性系のトルクが負のトルクとなった場合、主慣性系のトルクの作用方向と副慣性系のトルクの作用方向とが同じ（負方向）になり、その状態で主慣性系のトルクが更に小さくなると（負方向に大きくなると、あるいは絶対値が大きくなると）、主慣性系のトルクが副慣性系のトルクより小さくなる（負方向では大きくなる、あるいは絶対値が大きくなる）ことがある。主慣性系の「トルクが副慣性系のトルクを下回る」とはこのようなトルクの大小関係であり、主慣性系から見た場合の、主慣性系の負方向のトルクが、副慣性系の負方向のトルクよりも大きくなることである。

上記の判定が成立した場合には、副慣性系のトルクが主慣性系のトルク以下となるように、すなわち副慣性系の負方向のトルクが主慣性系の負方向のトルクよりも負方向に大きくなるように、発電電動機のトルクを主慣性系の正トルクの方向で低下させる（副慣性系による負のトルクとしては増大させる）。したがって、主慣性系のトルクが大小に変動もしくは脈動するとしても、主慣性系のトルクが上述した正のトルクの方向において、常時、副慣性系のトルク以上になるので、第１歯車から第２歯車に向けてトルクを伝達する状態、すなわち第１歯車と第２歯車との歯面の接触状態が維持され、それらの歯面が離隔することが回避もしくは防止される。

本発明で対象とするパワートレーンにおける主慣性系と副慣性系との構成の一例を示す模式図である。 本発明で対象とするパワートレーンにおける主慣性系と副慣性系との構成の他の例を示す模式図である。 本発明における主慣性系と副慣性系との間でのトルクや力の関係を示す説明図である。 （Ａ）は主慣性系トルクが大きい状態で歯面が接触している状態を示す模式図、（Ｂ）は主慣性系トルクが小さくなって（負方向に大きくなって）歯面分離および歯打ちが生じる状態を示す模式図である。 副慣性系側のトルクをほぼ一定に維持する定常的な制御で歯面分離が生じる各トルクの関係および歯面分離が発生するタイミングを説明するための線図である。 本発明に係る装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明における回避トルクおよび復帰トルク、ならびにそれらのトルクの制御タイミングを模式的に示す線図である。 本発明による制御を行った場合およびその制御を行わなかった場合のそれぞれにおける副慣性系側の実測したトルクの変化の一例を、エンジン瞬時トルクの変化と併せて示す線図である。 本発明による制御を行った場合およびその制御を行わなかった場合のそれぞれにおけるエンジン回転数の実測した変化の一例を示す線図である。 本発明による制御を行った場合およびその制御を行わなかった場合のそれぞれにおける歯面接触の維持および歯面分離の状況を実測したバックラッシュによって示す線図である。 本発明による制御を行った場合およびその制御を行わなかった場合のそれぞれにおける実測したローリングトルクの一例を示す線図である。 本発明における回避トルクおよび復帰トルクの他の例をその変化波形で模式的に示す線図である。 本発明における回避トルクおよび復帰トルクの更に他の例をその変化波形で模式的に示す線図である。

以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態はこの発明を具体化した場合の一例に過ぎないのであって、この発明を限定するものではない。

先ず、エンジン１を主体とする主慣性系２と、発電電動機３を主体とする副慣性系４との構成について説明する。これら主慣性系２および副慣性系４は、要は、主慣性系２に対して副慣性系４が逆回転してローリング振動を抑制するように作用する構成であればよく、例えば特開２０１２－２０７６０１号公報や特許第６１９４７４６号公報に記載されている構成であってよい。一例を模式的に示すと、図１のとおりである。エンジン１は３気筒エンジンなど、燃料もしくは混合気が間欠的に燃焼することにより出力トルクが変動する内燃機関であり、発電電動機３は永久磁石式の同期電動機や従来知られているスタータジェネレータがその例であって、回転中心軸線をエンジン１の回転中心軸線と平行にして配置されている。エンジン１の出力軸（クランクシャフト）５が伝動機構６を介して発電電動機３（より具体的にはロータ軸３ａ）に連結されている。その伝動機構６は図１に示す例では遊星歯車機構によって構成されており、リングギヤ６ｒがエンジン１の出力軸５に連結され、サンギヤ６ｓが発電電動機３のロータ軸３ａに連結され、さらにキャリヤ６ｃはケーシングなどの所定の固定部に連結されて固定されている。この伝動機構６では、リングギヤ６ｒとサンギヤ６ｓとが互いに反対方向に回転するから、エンジン１に対して発電電動機３が逆方向に回転する。したがって、図１に示す例では、リングギヤ６ｒもしくはキャリヤ６ｃに保持されているピニオンギヤ６ｐからエンジン１までの回転部材を主体として主慣性系２が構成され、リングギヤ６ｒもしくはキャリヤ６ｃに保持されているピニオンギヤ６ｐが本発明の第１歯車に相当している。また、サンギヤ６ｓもしくはキャリヤ６ｃに保持されているピニオンギヤ６ｐから発電電動機３までの回転部材を主体として副慣性系４が構成され、サンギヤ６ｓもしくはキャリヤ６ｃに保持されているピニオンギヤ６ｐが本発明の第２歯車に相当している。

そして、本発明に係るローリング振動低減装置は、上記の発電電動機３のトルクを制御するコントローラ７を備えている。ここで説明している例では、コントローラ７は、マイクロコンピュータを主体とした電子制御装置や発電電動機３の電流などを制御するインバータ、発電電動機３に接続された蓄電装置（それぞれ図示せず）を有しており、図示しないセンサによって検出したデータや予め記憶しているデータあるいはマップなどを使用して演算を行い、その演算の結果を発電電動機３を制御する指令信号として出力するように構成されている。

その検出されるデータは、エンジン回転数Ｎｅやエンジン１の駆動要求量（アクセル開度）、吸入空気量、クランク角度などであり、また予め記憶しているデータは、主慣性系２の慣性モーメント、副慣性系４の慣性モーメント、これらの慣性モーメントの比率であるイナーシャ比ｉｒ、伝動機構６の減速比ｇｒなどである。さらに、予め記憶しているマップは、エンジン回転数Ｎｅと出力トルク（駆動トルク）と要求駆動力（スロットル開度）との関係を定めてあるマップである。

また、発電電動機３の制御は、発電電動機３を発電機として機能させ、あるいはモータとして機能させる制御およびそれぞれの場合におけるトルクの制御を含む。したがって、発電電動機３の発電のタイミングや発電量を制御できるように構成されている。

本発明を適用できる主慣性系２および副慣性系４の他の例を図２に示してあり、ここに示す例は、伝動機構６を歯車機構８と巻き掛け伝動機構９とによって構成した例である。歯車機構８は、エンジン１の出力軸５に取り付けられた駆動ギヤ８ａと、出力軸５と平行な軸線を中心にして回転する偶力バランサ１０に取り付けられかつ駆動ギヤ８ａに噛み合っている従動ギヤ８ｂとを備えている。また、巻き掛け伝動機構９は、偶力バランサ１０に取り付けられた駆動プーリ１０ａと、発電電動機３のロータ軸に取り付けられた従動プーリ１０ｂと、これらのプーリ１０ａ，１０ｂに巻き掛けられたベルトやチェーンなどの伝動帯１０ｃとを備えている。

したがって、図２に示す構成では、エンジン１の回転方向に対して偶力バランサ１０が逆方向に回転し、その偶力バランサ１０と発電電動機３とは巻き掛け伝動機構９によって連結されているので、発電電動機３は偶力バランサ１０と同方向、すなわちエンジン１とは逆方向に回転する。ここで、回転方向について説明すると、エンジン１が定常的に回転している状態（定常回転状態）でのエンジン１の回転方向（図２では時計方向）を正回転方向とする。偶力バランサ１０や発電電動機３は、エンジン１の回転を止める方向のトルク（負荷トルク）をエンジン１に作用させ、したがって定常回転状態ではエンジン１によって強制的に回転させられ、その回転方向はエンジン１の回転方向とは逆方向であり、エンジン１の回転方向を正方向としたことにより、エンジン１から見て負方向になる。

この図２に示す構成では、駆動ギヤ８ａからエンジン１までの回転部材を主体として主慣性系２が構成され、その駆動ギヤ８ａが本発明の第１歯車に相当している。また、従動ギヤ８ｂから発電電動機３までの回転部材を主体として副慣性系４が構成され、その従動ギヤ８ｂが本発明における第２歯車に相当している。なお、図２には特には示していないが、上述したコントローラ７と同様のコントローラが設けられている。

エンジン１は、燃料もしくは混合気の間欠的な燃焼によって動力を発生するから、その出力トルクは大小に変動（脈動）し、燃焼が生じる毎にピークとなる。そのような出力トルクに対して主慣性系２での慣性力や副慣性系４での慣性力ならびにトルクが負荷として作用し、出力トルクの変動に起因するローリング振動が抑制される。そのような出力トルクの変動が生じる主慣性系２と副慣性系４との間でのトルクや力のバランスを示すと図３のとおりである。図３は本発明における第１歯車と第２歯車との間でのトルクや力のバランスを模式的に示してあり、各記号が示す物理量は図３に併記してあるとおりである。

なお、以下の説明においては、トルクの正および負、あるいは大小を、エンジン１が発生するトルクあるいは回転方向を正トルクあるいは正方向として説明する。したがってエンジン１あるいは主慣性系２が正方向に回転して正方向にトルクを出力している定常回転状態でのトルクを正のトルクとし、そのトルクが低下もしくは小さくなるとは、正方向のトルクが小さくなること、および負方向のトルク（絶対値）が増大することである。また、発電電動機３もしくは副慣性系４は、エンジン１や主慣性系２の正トルクを減殺する方向のトルク（いわゆる負荷となるトルク）を発生するから、そのトルクは、発電電動機３もしくは副慣性系４としては正のトルクであるが、エンジン１もしくは主慣性系２から見た場合には負荷としてのトルクであるから、負のトルクであり、その作用方向はエンジン１もしくは主慣性系２にとっては負回転方向である。したがって、ここで説明している実施形態では、発電電動機３や副慣性系４のトルクやその作用方向は、エンジン１もしくは主慣性系２を基準とすれば、発電電動機３や副慣性系４のトルクは「負トルク」であり、そのトルクが大きくなるとは、絶対値が小さくなることであり、小さくなるとは、エンジン１あるいは主慣性系２の正方向とは逆の負方向にトルクが大きくなる（絶対値が大きくなる）ことである。

図３に示す運動状態は、以下の式で表される。

上記の（４）式を（１）式に代入し、かつ（２）式と連立させて副慣性系４の加速度について解くと、下記の（５）式のようになる。

そして、（５）式を上記の（２）式に代入してギヤ歯面で生じる力を求めると、下記の（６）式のようになる。

（６）式はギヤの歯面で生じる力を表しており、その値が「正」、「負」に変化すると、各ギヤの噛み合いの状態が反転することになり、接触していた歯面同士が離れ、それとは反対側の歯面で接触が生じる。すなわち、歯面分離と歯面の当接とが生じる。その状態を図４の（Ａ）および（Ｂ）に模式的に示してある。なお、図４において符号Ｇ１は第１歯車を示し、符号Ｇ２は第２歯車を示す。

歯面分離が生じる場合の主慣性系トルク（エンジントルク）Ｔｅと副慣性系トルク（発電電動機トルク）Ｔｇとの関係を示すと、下記の（７）式のとおりである。

（７）式において、副慣性系トルクＴｇの係数のうち、「ｒｇ／ｒｅ」は第１歯車と第２歯車との減速比であり、「Ｊｅ／Ｊｇ」は主慣性系イナーシャと副慣性系イナーシャとのイナーシャ比である。これらの比が互いに等しいとした場合に、
Ｔｅ＜－Ｔｇ
となると歯面分離が生じる。副慣性系トルクＴｇを所定の一定値に維持する一般的な制御では、周期的に変化する主慣性系トルクＴｅが副慣性系トルクＴｇを下回る状態が生じ、これを図５に模式的に示してある。すなわち、主慣性系トルクＴｅは、ピーク値から次第に低下し、「０」を超えて負トルクに低下する。これに対して副慣性系トルクＴｇは負トルクとして一定値に維持されていれば、主慣性系トルクＴｅが最も低下した（負方向に増大した）状態では、一定値に維持されている副慣性系トルクＴｇより小さくなる（負方向に大きくなる）。このように主慣性系トルクＴｅが副慣性系トルクＴｇより小さくなった状態（負方向に大きくなった状態）が、図５に示す例ではΔｔの間継続し、その間に歯面分離が生じるとともに、反対側の歯面で歯打ちが生じ、さらにその反対側の歯面からの分離ならびにその後の歯打ちが生じる。

このような歯面分離およびその後の歯打ちが異音や衝撃の原因となるので、本発明では、歯面分離を生じさせないように制御を行う。（７）式から知られるように、歯面分離を生じさせないためには、上記の減速比およびイナーシャ比ならびに副慣性系トルクを調整すればよく、本発明では、副慣性系トルクを制御する。なお、その場合、回転数を維持するために、副慣性系トルクとエンジン１の平均トルクとの間に下記の（８）式が成立するように制御する。

図６はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、上述したコントローラ７で実行される。なお、図６の各ステップは、制御の順序を必ずしも示すものではなく、同時並行的に実行できる制御や、実行順序を図６に示す順序とは入れ替えてもよい制御がある。

図６に示す制御例では、先ず、エンジン回転数（Ｅｎｇ回転数）Ｎｅが計算される（ステップＳ１）。つぎに、エンジン（Ｅｎｇ）爆１周期ｔｅをエンジン回転数Ｎｅの実測値から計算する（ステップＳ２）。ここでエンジン爆１周期ｔｅは、例えばエンジン１での爆発的な燃焼によってトルクがピークとなる時点同士の時間間隔であり、そのピークは、例えばエンジン回転数が増大から低下に変化する時点としてエンジン回転数Ｎｅに基づいて検出できる。

そのエンジン爆１周期ｔｅの逆数である爆１周波数（１／ｔｅ）がインバータ応答周波数より小さいか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で肯定的に判断された場合には、エンジン回転数Ｎｅに基づいて主慣性系トルクＴｅが求められる（ステップＳ４）。このステップＳ４の制御は、エンジントルクを実測して取得する制御ではなく、予め用意してあるマップから取得する制御である。エンジン回転数Ｎｅとトルクと出力との関係は、マップとして予め定めておくことができ、また主慣性系２のイナーシャはパワートレーンの構成に基づいて定まっているから、それらのマップや既知のデータに基づいて主慣性系トルクＴｅを求めることができる。

また一方、伝動機構６において互いに接触している歯面での副慣性系４側のトルクを計算する（ステップＳ５）。具体的には、
（実測の副慣性系トルクＴｇ×イナーシャ比ｉｒ×減速比ｇｒ）
で算出される。なお、副慣性系トルクＴｇは、発電電動機３によるトルクであり、定常的なローリング振動低減制御での定常回転状態では、発電電動機３のトルク（エンジントルクに対する負のトルク）は所定の一定値に維持するから、ステップＳ５ではその定常的な制御において一定に維持されるトルクを算出することになる。

ついで、ステップＳ４で求めた主慣性系トルクＴｅがステップＳ５で求めた副慣性系４側のトルク（Ｔｇ×ｉｒ×ｇｒ）より小さくなる（負トルクとしては大きくなる）瞬間が、ステップＳ２で求めたエンジン爆１周期ｔｅの間にあるか否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６で肯定的に判断された場合は、歯面分離を回避するための制御を行うことになるので、その制御の実行時間やタイミングを決めるために、ステップＳ６での肯定的な判断が成立するタイミングｔａと、その肯定的な判断が成立する状態の持続時間ｔｂとが推定される（ステップＳ７）。すなわちステップＳ７では、エンジン１での間欠的な爆発的燃焼や往復慣性力を要因とする変動によって次第に低下して負トルクとなった主慣性系トルクＴｅが、負トルクとして制御されている副慣性系４側のトルク以下（負トルクとしては負方向に大きくなることであるから「以上」）になるタイミングｔａとそのようなトルク状態の持続時間ｔｂとが推定される。

主慣性系トルクＴｅは、エンジントルクの変動に準じて変動する。そのエンジントルクの変動あるいは変動波形は、例えば図７に模式的に示すように予め求めておくことができるので、エンジントルクは、エンジン回転数Ｎｅやクランク角度などに基づいて推定できる。したがって、これと同様に、主慣性系トルクＴｅを推定できる。このようにして推定できる主慣性系トルクＴｅが副慣性系４側のトルク以下（負トルクとしては負方向に大きくなることであるから「以上」）になる時点が、上記のステップＳ６での肯定的な判断が成立するタイミングｔａであり、またそのタイミングｔａから、主慣性系トルクＴｅが正方向に増大して副慣性系４側のトルク以上（負トルクとして「以下」）になるまでの時間が上記の持続時間ｔｂであり、これらのいずれも、上記のように推定できる主慣性系トルクＴｅの変化と副慣性系４側のトルクとの比較に基づいて求めることができる。

上述のようにして推定された持続時間ｔｂに予め定めてある時間バッファαを加算した値が、エンジン爆１周期ｔｅより短いか否かが判断される（ステップＳ８）。ここで、時間バッファαは、図７に示す上記のタイミングｔａに先立つ所定の時間幅α１と、上記の継続時間Ｔｂ後の所定の時間幅α２とを加算した時間幅（α＝α１＋α２）である。

ステップＳ８で肯定的に判断された場合には、エンジン回転数Ｎｅを維持することが可能であるから、ステップＳ９に進んで、歯面分離を防止するのに必要な回避トルクＴａを算出する。脈動するエンジントルクの下限値に基づいて主慣性系トルクＴｅの下限値を知ることができる。その下限値と定常的なローリング振動低減制御での副慣性系４のトルクとの差Ｔａ０に、所定の係数を掛け、もしくは加減算して、歯面分離が生じる境界となるトルクより僅かに小さいトルクを求め、これを回避トルクＴａとすればよい。そして、その回避トルクＴａが、副慣性系４側のトルクの上限値以下か否かが判断される（ステップＳ１０）。副慣性系４のトルクは、発電電動機３が発電することに伴うトルクによって増減し、発電量を多くすることにより副慣性系４のトルクが、エンジン１に対する負荷として（負トルクとして）大きくなる。したがって、例えば蓄電残量が既に多くなっている場合には、発電による充電を行い得ないので、このような事態となっているか否かが、ステップＳ１０で判断される。

ステップＳ１０で肯定的に判断された場合には、回転数維持ならびに発電量維持のための復帰トルクＴｒが求められる（ステップＳ１１）。上述した回避トルクＴａは、定常的なローリング振動低減制御での副慣性系４のトルクを、発電電動機３による発電量を増大させて、エンジン１の回転数を低下させる方向のトルク（負トルク）を増大させたトルクである。したがって回避トルクＴａを作用させるとすれば、その分、エンジン回転数Ｎｅが低下し、また発電量が増大してしまうことになるので、そのような回転数低下や発電量増大を是正するように、副慣性系４のトルクを低減する。すなわち負トルクとしての絶対値を小さくする。その低減のためのトルクが復帰トルクＴｒである。これを、図７に上記の回避トルクＴａと併せて記載してある。そして、歯面分離の防止のための副慣性系４のトルクの制御を行った場合と、その制御を行わない定常回転状態の場合との発電量を均衡させるために、復帰トルクＴｒの継続時間を求める。これは、図７において、ハッチングを付してある箇所の面積を等しくする制御であり、具体的には回避トルクＴａとその継続時間（Ｔｂ＋α）との積と、復帰トルクＴｒとその継続時間（ｔｅ－ｔｂ－α）との積が等しくなるように復帰トルクＴｒの継続時間（ｔｅ－ｔｂ－α）を設定する。

そして、復帰トルクＴｒを出力しているタイミングにおいても主慣性系トルクＴｅが副慣性系４側のトルク以上となるか否かが判断される（ステップＳ１２）。ローリング振動低減制御を成立させるためであり、したがってステップＳ１２で肯定的に判断された場合には、回避トルクＴａと復帰トルクＴｒとを順に出力する（ステップＳ１３）。回避トルクＴａの出力のタイミングは、図７に示すように、主慣性系トルクＴｅが副慣性系４側のトルク以下（負トルクとしては「以上」）になるタイミングｔａから所定の時間幅α１だけ手前のタイミングであり、復帰トルクＴｒに切り替えるタイミングは、上記のタイミングｔａから前述した持続時間ｔｂおよび所定の時間幅α２が経過したタイミングである。さらに、復帰トルクＴｒを終了する時点は制御を開始した時点ｔａからエンジン爆１周期ｔｅが経過した時点である。

ステップＳ１３に続けて、エンジン１の停止を判断し（ステップＳ１４）、エンジン１が駆動し続けることによりステップＳ１４で否定的に判断された場合には、ステップＳ１に戻って図６に示す制御を継続する。これとは反対にステップＳ１４で肯定的に判断された場合には、図６に示す制御を終了する。

なお、前述したステップＳ３で否定的に判断された場合、すなわちエンジン爆１周期ｔｅの逆数である爆１周波数（１／ｔｅ）がインバータ応答周波数以上の場合には、発電電動機３の制御を行い得ないので、エンジン爆１周期ｔｅ分スキップし（ステップＳ１５）、前述したステップＳ１４に進む。

また、前述したステップＳ６で否定的に判断された場合、すなわちステップＳ４で求めた主慣性系トルクＴｅがステップＳ５で求めた副慣性系４側のトルク（Ｔｇ×ｉｒ×ｇｒ）より小さくなる（負方向には大きくなる）瞬間が、ステップＳ２で求めたエンジン爆１周期ｔｅの間に無い場合には、その時点では歯面分離を回避する制御が必要ではないので、ステップＳ１５に進む。

さらに、ステップＳ８で否定的に判断された場合、すなわち回避トルクＴａの継続時間がエンジン爆１周期ｔｅ以上になる場合には、副慣性系４側のトルクを過度に低下させる（負トルクとしては「増大させる」）ことになってエンジン回転数Ｎｅを維持できない事態が生じるので、ステップＳ１５に進み、この時点では、回避トルクＴａによる制御は行わない。

そして、上述したステップＳ１０で否定的に判断された場合、すなわち上述した回避トルクＴａを副慣性系４で出力することができない場合には、歯面分離の防止のためのトルク制御が不可能であるから、ステップＳ１５に進む。

またさらに、ステップＳ１２で否定的に判断された場合、すなわち復帰トルクＴｒの継続中に主慣性系トルクＴｅが副慣性系４側のトルクを下回る場合すなわち主慣性系トルクＴｅが低下して負トルクとなって、負トルクである副慣性系４側のトルクより大きい負トルクとなる場合には、エンジン回転数Ｎｅを過度に引き下げてしまうことになるので、歯面分離の防止のためのトルク制御を行わずにステップＳ１５に進む。

なお、本発明は、歯面分離を防止するために、副慣性系４側のトルクを主慣性系トルクＴｅの低下（正トルクとしての絶対値の低下および負トルクとしての絶対値の増大）に応じて低下（負トルクとしての絶対値を増大）させる制御を実行する装置であるから、図６に示す制御のうち、ステップＳ１１～Ｓ１３における復帰トルクＴｒの制御を行わずに、回避トルクＴａのみのトルク制御を行うように構成してよい。

本発明の装置による効果の一例を次に示す。直列３気筒エンジンにヘロンバランサを設けて上述した制御を行った。エンジン瞬時トルクを図８に線Ｌｅで示し、本発明に係る制御を行った場合の発電電動機トルクを図８に線Ｌｇ１で示し、上述した制御を行わない定常的な状態での発電電動機トルクを図８に線Ｌｇ０で示してある。エンジン爆１周期ｔｅの範囲内で、エンジン瞬時トルクが下限値になる時点を挟んだ前後所定の時間幅の中で発電機トルクを回避トルクＴａ分、低下させ、その後、復帰トルクＴｒ分増大させたトルクに変化させている。

エンジン回転数Ｎｅの測定結果を図９に示してある。図９で実線は本発明に係る装置による制御を行った場合のエンジン回転数Ｎｅの変化を示し、破線は本発明に係る装置による制御を行わなかった場合すなわち定常的なローリング振動低減制御を継続した場合のエンジン回転数Ｎｅの変化を示している。本発明に係る装置による制御では、前述したように、副慣性系４側のトルクをエンジン１の回転数を減殺する方向に一時的に増大させるので、エンジン回転数Ｎｅが低下するが、その量は僅かであり、また図６に示す制御では、復帰トルクＴｒ分、副慣性系４側のトルクを低下させるので、それに応じてエンジン回転数Ｎｅが増大するが、その量は僅かである。結局は、本発明に係る装置での制御を行ってもエンジン回転数Ｎｅを、歯面分離防止のための制御を行わない場合とほぼ同様に維持できる。

また、噛み合っている歯車でのバックラッシの変化を図１０に示してある。なお、図１０では、バックラッシを角度に換算して示してある。図１０で実線は本発明に係る装置による制御を行った場合のバックラッシの変化を示し、破線は本発明に係る装置による制御を行わなかった場合すなわち定常的なローリング振動低減制御を継続した場合のバックラッシの変化を示している。図１０に示すように、本発明に係る装置による制御では、バックラッシを所定値以上に維持でき、歯面分離を回避できる。これに対して、本発明に係る装置による制御を行わなかった場合には、バックラッシが周期的に小さくなり、歯面分離が生じている。

さらに、パワープラント全体に入力されるローリングトルクを測定した結果を図１１に示してある。図１１で実線は本発明に係る装置による制御を行った場合のローリングトルクの変化を示し、破線は本発明に係る装置による制御を行わなかった場合すなわち定常的なローリング振動低減制御を継続した場合のローリングトルクの変化を示している。本発明に係る装置では、副慣性系４側のトルクを大小に変化させるが、その影響は図１１に示すように、ローリングトルクを低下させるように現れ、ローリング振動を改善できることが認められる。

なお、副慣性系４側のトルクを前述した回避トルクＴａと復帰トルクＴｒとに変化させる場合、そのトルクは、図７あるいは図８に示すように矩形波状に変化させる必要は特にはないのであり、必要に応じて適宜に変化させてよく、要は、回避トルクＴａを継続することによる発電量の増大を、復帰トルクＴｒによって副慣性系４側のトルクを減少させることによる発電量の減少で相殺するように制御すればよい。その例を図１２に模式的に示してあり、ここに示す例では、回避トルクＴａを主慣性系トルクＴｅの変化に追従して変化させ、これに対して復帰トルクＴｒは、エンジン爆１周期ｔｅの範囲内で滑らかに増大かつ低下させ、図１２にハッチングを付した箇所の面積が等しくなるように制御してよい。なお、符号Ｔｇは、本発明による制御を行わずに一定値に維持した副慣性系４側のトルクを示す。この図１２に示すように副慣性系４側のトルクを変化させれば、主慣性系２に作用する負荷あるいはエンジン回転数Ｎｅを低下させる方向の負荷としてのトルクの変化が滑らかになるので、エンジン回転数Ｎｅの変動を小さくすることができる。

また、図１３に他の例を模式的に示してあり、ここに示す例は、回避トルクＴａおよび復帰トルクＴｒの両方を、主慣性系トルクＴｅの変化に追従させて変化させる例である。この例においても、図１３にハッチングを付した箇所の面積が等しくなるように制御される。そして、図１３に示す例では、互いに接触している歯面に掛かる力が、発電電動機３の平均トルクに基づく力の程度に安定する。そのため、歯車機構あるいは装置全体の強度に対して有利に作用し、耐久性などを向上させることができる。

１ エンジン
２ 主慣性系
３ 発電電動機
４ 副慣性系
６ 伝動機構
７ コントローラ
８ 歯車機構
１０ 偶力バランサ
Ｇ１ 第１歯車
Ｇ２ 第２歯車

Claims (1)

1. 内燃機関の出力軸に、所定のバックラッシをもって噛み合う歯車を含む伝動機構を介して発電電動機が連結されている、内燃機関のローリング振動低減装置において、
   前記発電電動機のトルクを制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記内燃機関の回転数を求め、
   前記内燃機関の回転数に基づいて、前記伝動機構における前記内燃機関と共に回転する第１歯車から前記内燃機関までの回転部材を主体とする主慣性系のトルクを求め、
   前記伝動機構における前記発電電動機と共に回転しかつ前記第１歯車に噛み合う第２歯車から前記発電電動機までの他の回転部材を主体とする副慣性系のトルクであって、かつ前記発電電動機が前記内燃機関に対して負荷となる、予め定めた定常回転状態であるときの前記内燃機関の正回転を止める方向の負荷トルクを求め、
   前記主慣性系のトルクが、前記定常回転状態であるときの前記副慣性系による前記内燃機関の正回転を止める方向の前記負荷トルクよりも前記内燃機関の正回転の方向で見て小さくなることを判定し、
   前記判定が成立した場合には、前記副慣性系による前記内燃機関の正回転を止める方向の前記負荷トルクが前記主慣性系の前記内燃機関の正回転の方向で見たトルク以下となるように前記発電電動機のトルクを制御する
   ことを特徴とする内燃機関のローリング振動低減装置。

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