JP2760806B2 - 内燃機関のトルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、内燃機関の運転時に生じるトルクの変動成
分を低減するための内燃機関のトルク制御装置に関す
る。

＜従来の技術＞ 従来、内燃機関では、混合気の吸入圧縮、燃焼ガスの
膨張等による気筒内圧力の変化によってガストルクが変
動すること、および、クランク軸に対するコネクティン
グロッドの角度の変化によって回転慣性が変化し、慣性
トルクが変動することは周知のことである。このような
トルクの変動成分が内燃機関によって駆動される各種機
器に伝達されると、それらの機器にねじり振動が発生
し、性能の低下や機器の損傷等を引き起こす。さらに、
このトルク変動の反作用は、シリンダブロックからマウ
ントやシャシーにまで伝達されて内燃機関や車両全体の
振動を引き起こす原因となるため、内燃機関が発生する
トルク変動を低減する必要があった。

このような課題に対し、従来は、特開昭61−171612号
に記載のように、内燃機関が発生するトルク変動のトル
ク増大時に同期してクランク軸に逆トルクを発生させて
トルクの変動成分を低減させる技術が提案されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、上記従来技術は、内燃機関が瞬時瞬時に発生
するトルクを、電磁ピックアップの出力パルスの発生周
期をもとに算出されたクランク軸の回転加速度から求め
ているため、内燃機関が発生するトルクの変動成分に充
分追従するようにトルク制御を行うためには非常な高速
で回転加速度の算出等の演算を行う必要があった。ま
た、高速の演算が不可能な場合には内燃機関が発生する
トルクを検出する間隔を粗くしなくてはならず、精度良
くトルクの変動成分を低減することが難しい、などの問
題点があった。

本発明の目的は、内燃機関が発生するトルクの変動成
分を求めるために特別に高速の演算処理を必要とせず
に、かつ、充分に精度良くトクルの変動成分を低減させ
ることが可能な内燃機関のトルク制御装置を提供するこ
とにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、本発明のトルク制御装置
は、内燃機関からのトルクの吸収，内燃機関へのトルク
の付与を行う電動発電機と、前記内燃機関が発生するト
ルクの変動成分が小さくなるように前記電動発電機を制
御する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装置に
おいて、内燃機関が有するクランク軸の回転角度を検出
するクランク角センサと、前記内燃機関の運転状態を検
出する検出手段と、前記内燃機関の種々の運転状態に対
応して、前記クランク軸のトルク変動波形を記憶する記
憶手段とを備え、前記検出手段により運転状態を検出
し、検出された運転状態に対応した前記トルク波形を読
み出し、前記クランク角センサで検出されたクランク軸
の各回転角度毎に、その回転角度に該当する前記トルク
波形のデータを用いて、前記電動発電機が発生，吸収す
るトルクを制御するようにしたものである。

また、本発明のトルク制御装置は、内燃機関からのト
ルクを吸収する電気負荷手段と、前記内燃機関が発生す
るトルクの変動成分が小さくなるように前記電気負荷手
段を制御する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御
装置において、内燃機関が有するクランク軸の回転角度
を検出するクランク角センサと、前記内燃機関の運転状
態を検出する検出手段と、前記内燃機関の種々の運転状
態に対応して、前記クランク軸のトルク変動波形を記憶
する記憶手段とを備え、前記検出手段により運転状態を
検出し、検出された運転状態に対応した前記トルク波形
を読み出し、前記クランク角センサで検出されたクラン
ク軸の各回転角度毎に、その回転角度に該当する前記ト
ルク波形のデータを用いて、前記電気負荷手段が吸収す
るトルクを制御するようにしたものである。

また、本発明のトルク制御装置は、内燃機関にトルク
を付与する電動手段と、前記内燃機関が発生するトルク
の変動成分が小さくなるように前記電動手段を制御する
制御手段とを備えた内燃機関のトルク制御装置におい
て、内燃機関が有するクランク軸の回転角度を検出する
クランク角センサと、前記内燃機関の運転状態を検出す
る検出手段と、前記内燃機関の種々の運転状態に対応し
て、前記クランク軸のトルク変動波形を記憶する記憶手
段とを備え、前記検出手段により運転状態を検出し、検
出された運転状態に対応した前記トルク波形を読み出
し、前記クランク角センサで検出されたクランク軸の各
回転角度毎に、その回転角度に該当する前記トルク波形
のデータを用いて、前記電動手段が発生するトルクを制
御するようにしたものである。

＜作用＞ 上記手段によれば、トルク変動波形を記憶したことに
より、内燃機関で発生しているトルク変動波形を正確に
再現することができ、この再現したトルク変動波形に基
づいてトルク変動を正確に抑制することができる。ま
た、トルク変動波形を記憶したことにより、制御のため
の演算処理時間を短くできるので、クランクの各回転角
度におけるトルク変動制御を遅れを小さくして実行で
き、トルク変動を精度良く低減することができる。

＜実施例＞ 車両を駆動するために車両に搭載された内燃機関に本
発明を適用した場合の第１実施例を図面に基づき説明す
る。第１図は、本実施例の制御回路の構成を示す図であ
る。本トルク制御装置は、ディストリビュータに内臓さ
れたクランク角センサ１と、電気機械の一例たる電動発
電機２と、内燃機関に吸収される空気量を検出するエア
フローメータ３と、内燃機関の平均回転速度を検出する
回転速度計４と、エアフローメータ３から出力される吸
入空気量および回転速度計４から出力される内燃機関の
平均回転速度から内燃機関の運転状態を検出する運転状
態検出部５と、種々の運転状態において内燃機関が発生
するトルクの変動成分のトルク波形を記憶しているトル
ク波形記憶部６と、運転状態検出部５が検出した内燃機
関の運転状態において内燃機関が発生するトルクの変動
成分のトルク波形をトルク波形記憶部６から読み出し
て、このトルク波形に基づいて電動発電機２が発生およ
び吸収するトルクを制御するトルク制御部７とを備えて
いる。電動発電機２は内燃機関本体８からＶベルトによ
り駆動されかつ内燃機関本体８と一体的に取り付けられ
ている。

クランク角センサ１からは２種類の回転パルスが出力
される。１つは、内燃機関のクランク軸が１回転するた
びに１パルスずつ出力されるものであり、もう１つは、
内燃機関のクランク軸が一定角度（通常１度あるいは２
度、以下本実施例では１度とする）回転するたびに１パ
ルスずつ出力されるものである。この２種類の回転パル
スのうち、前者をクランク軸の回転角度の基準を示す信
号として用い、後者を前者で求められた基準角度の間を
さらに細かく分割するための信号として用いれば、瞬時
瞬時のクランク軸の回転角度を細かく（本実施例では１
度おきに）かつ容易に検出することができる。

内燃機関の運転状態、特に本発明のトルク制御装置で
制御する内燃機関のトルク変動は、気筒内圧力の変動で
あるから主として、燃焼に供される混合気吸入量と内燃
機関の平均回転速度によって決定される。従って、内燃
機関の運転状態を最も容易に知る方法は、燃焼に供され
る燃料の量と、そのときの内燃機関の平均回転速度を知
ることである。このうち燃焼に供される燃料の量は、気
筒内に入る吸気の空気量と燃料の量の混合比が一定であ
れば、エアフローメータ３で検出される吸入空気量Ｑか
らただちに求めることができる。また、内燃機関の平均
回転速度ωは回転速度計４で検出できる。以上の方法に
基づき、本実施例の運転状態検出部５は内燃機関の運転
状態を検出する。なお、以上で述べた方法はあくまでも
内燃機関の運転状態を最も容易に知る方法の例に過ぎ
ず、吸入空気量をさらに簡単に求めるにはスロットルポ
ジションセンサから出力されるスロットル開度を利用す
ることもできるし、また、冷却水温、油温、変速機のギ
アポジション等の他の状態量をさらに加えて検出するこ
とにより、より細かく内燃機関の運転状態を特定して検
出することは容易に実現することができる。

トルク波形記憶部６は、クランク角センサ１で検出で
きるクランク軸の最小回転角度である１度毎に内燃機関
が発生するトルクの変動成分のトルク波形を、種々の運
転状態の場合について記憶している。さらにトルク波形
記憶部６は、運転状態検出部５が検出した内燃機関の運
転状態（吸入空気量Ｑ、平均回転速度ω）に応じて、そ
の運転状態において内燃機関が発生するトルクの変動成
分のトルク波形をクランク角センサ１から１度毎に出力
される回転パルスに同期させて出力するので、内燃機関
がクランク軸の各回転角度毎に発生するトルクの変動成
分のトルク波形を忠実に再現することができる（第２
図）。なお、本実施例のトルク波形記憶部６、内燃機関
が発生するトルクの変動成分のトルク波形をクランク角
センサ１で検出できるクランク軸の最小回転角度である
１度毎に記憶しているが、クランク軸の回転角度に対す
る分解能をこれほど必要としない場合には記憶するクラ
ンク軸の回転角度の間隔を大きくするとともに、クラン
ク角センサ１から１度毎に出力される回転パルスを、記
憶した回転角度の間隔に合致するまで分周した上で記憶
したトルク波形を出力する際の同期信号とすれば良い。

また、上記の説明においては、トルク波形記憶部６
は、内燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形
をクランク角センサ１で検出できるクランク軸の最小回
転角度毎に記憶しているが、トルク変動成分のトルク波
形が吸入空気量Ｑ、平均回転速度ω、クランク軸の回転
角度θの関数fnとして表すことができる場合には、トル
ク波形記憶部６は、内燃機関が発生するトルクの変動成
分のトルク波形をクランク角センサ１で検出できるクラ
ンク軸の最小回転角度毎に記憶している必要はなく、ト
ルクの変動成分の波形を表す関数fnの吸入空気量Ｑ、平
均回転度ω、クランク軸の回転角度θにかかる係数K₁,
・・・、Ｋを記憶しておくだけでよい。そして、これら
係数を用いて、クランク軸の各回転角度におけるトルク
の変成分のトルク波形ΔＴ＝fn（K₁、・・・、Ｋ、Ｑ、
ω、θ）を求め（第３図）、この値を、クランク角セン
サ１から１度毎に出力される回転パルスに同期させて出
力すれば、第２図に示した場合と同様に、内燃機関がク
ランク軸の各回転角度毎に発生するトルクの変動成分の
トルク波形を忠実に再現することができる。

第２図に示した場合と第３図に示した場合の違いは、
以下に述べる通りである。すなわち、第２図の場合に
は、トルクの変動成分のトルク波形が全て予め記憶され
ているので、トルク波形記憶部６は演算を何一つ行う必
要がない反面、トルク波形を記憶しておくための記憶容
量が多く必要になる。これに対して、第３図の場合に
は、トルク波形は係数を記憶しておくのみであるので、
記憶容量が少なくて済む反面、これらの係数を用いてト
ルク波形を算出する必要があるため、トルク波形記憶部
６は若干の演算を行う必要が出てくる。従って、第２図
に示した方法と第３図に示した方法のいずれを用いるか
は、トルク波形記憶部６の演算能力と記憶容量の関係か
ら決定すれば良い。

第４図は、内燃機関が発生するトルク波形の一例を示
す図、第５図は、内燃機関が第４図に示したトルクを発
生しているときに、トルク波形記憶部６が出力する内燃
機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形を示した
図である。トルク波形記憶部６は、内燃機関が発生する
トルクのうち、回転速度変動やねじり振動の原因となる
トルクの変動成分のみを記憶している。従って、第５図
は、第４図からトルクの平均分を取り除いたものとなっ
ている。

トルク制御部７は、トルク波形記憶部６から読み出し
た内燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形に
基づいて、トルク波形が正のとき、すなわち内燃機関が
発生するトルクがその平均分より大きいとき（余剰分が
あるとき）には、電動発電機２を発電機として動作させ
て内燃機関が発生するトルクの余剰分を吸収し、逆に、
トルク波形が負のとき、なわち内燃機関が発生するトル
クがその平均分より小さいとき（不足分があるとき）に
は、電動発電機２の電動機として動作させることにより
トルクを発生させて内燃機関にトルクの不足分を付与す
る。

第６図は、電動発電機２が吸収、発生するトルク波形
を示す図である。このようなトルク制御を行ったときに
内燃機関が発生するトルク波形は、第４図に示されたト
ルク波形と第６図に示されたトルク波形を加え合わせた
ものになる。このトルク制御時のトルク波形を第７図に
示す。

以上に述べたようなトルク制御を行えば、第７図に示
したがごとく、内燃機関が発生するトルクのうちで変動
成分のみを容易かつ精度良く取り除くことができる。

また、内燃機関が発生するトルクの変動成分において
内燃機関の燃焼行程に同期した周波数の変動成分が支配
的であるときには、トルク波形記憶部６が記憶している
内燃機関が発生するトルクの変動成分のトルク波形を、
内燃機関の燃焼行程に同期した周波数の正弦波あるいは
矩形波としても上述した場合と同等のトルク制御の効果
を挙げることができる。ここで、内燃機関の燃焼行程
は、内燃機関の１燃焼サイクル（クランク軸の回転角度
に換算すると、４サイクル内燃機関の場合720度、２サ
イクル内燃機関の場合360度）の間に内燃機関が待つ気
筒数に等しい回数だけ現れるので、内燃機関の燃焼行程
に同期した周波数の正弦波あるいは矩形波とは、具体的
には、内燃機関の１燃焼サイクルを気筒数で除した値
（クランク軸の回転角度）を１周期とする正弦波あるい
は矩形波であるといえる。このように、トルク波形記憶
部６が記憶すべき内燃機関が発生するトルクの変動成分
のトルク波形を、内燃機関の燃焼行程に同期した周波数
の正弦波あるいは矩形波として近似した場合には、トル
ク波形記憶部６は、正弦波あるいは矩形波を燃焼行程に
同期させるためのクランク軸の回転角度と、正弦波ある
いは矩形波の振幅のみを記憶するだけでよいので、トル
ク波形記憶部６が備えるべき演算能力および記憶容量
は、共に非常に小さなものでよくなる。

第８図から第11図は、電気負荷手段として発電を用い
た本発明の第２の実施例についてのもので、第８図は内
燃機関が発生するトルク波形を示す図、第９図はトルク
波形記憶部６が出力する内燃機関が発生するトルクの変
動成分のトルク波形を示す図、第10図は発電機が吸収す
るトルク波形を示す図。第11図は内燃機関が発生するト
ルク波形と発電機が吸収するトルク波形を加え合わせも
のであるトルク制御時のトルク波形の一例を示す図であ
る。発電機では、内燃機関にトルクを付与することがで
きず内燃機関からトルクを吸収する一方であるので、ト
ルクの制御の方法としては、内燃機関が発生するトルク
が大きいときには発電機が吸収するトルクを増大させ、
逆に、内燃機関が発生するトルクが小さいときには発電
機が吸収するトルクを減少させることになる。発電機で
トルク制御を行う場合にトルクの変動成分を０にしよう
とすると、内燃機関が発生しているトルクの平均分が小
さい場合には発電機は内燃機関が発生するトルクを全て
吸収してしまい、内燃機関が停止してしまうことになり
かねない。従って、発電機を用いて制御を行う場合に
は、トルク変動成分を０にするのではなく低減させるの
に止めた方が良い場合もある。ただし、この場合も、第
８図に示すがごとく、トルク制御時のトルクの平均分が
低下してしまうことは避けられないので、内燃機関が発
生するトルクの平均分に充分な余裕があるときに制御を
行う方が良い。ただし、内燃機関の回転速度を減少させ
る必要がある場合などには、発電機が吸収するトルクを
増大させてトルク制御時のトルクの平均分が負になるよ
うにすれば、減速の援助をすることが可能となる。

第12図から第15図は、電動手段として電動機を用いた
本発明の第３実施例についてのもので、第12図は内燃機
関が発生するトルク波形を示す図、第13図は、トルク波
形記憶部６が出力する内燃機関が発生するトルクの変動
成分のトルク波形を示す図、第14図電動機が発生するト
ルク波形を示す図、第15図は内燃機関が発生するトルク
波形と電動機が発生するトルク波形を加え合せたもので
あるトルク制御時のトルク波形の一例を示す図である。
電動機では、内燃機関からトルクを吸収することができ
内燃機関にトルクを付与する一方であるので、トルクの
制御の方法としては、内燃機関が発生するトルクが大き
いときには電動機が発生するトルクを減少させ、逆に、
内燃機関が発生するトルクが小さいときには電動機が発
生するトルクを増大させることになる。電動機でトルク
制御を行った場合には、発電機でトルク制御を行った場
合とは反対にトルク制御時のトルクの平均分が増加する
ので、内燃機関の回転速度を増加させる必要がある場合
などには加速の援助をすることが同時に可能となる。

なお、本発明の第１実施例において、トルクの発生と
吸収の両方が可能な電気機械として電動発電機を用いた
場合について説明を行ったが、電動機と発電機を同時に
用いてトルク制御を行った場合にも本発明がそのまま適
用できることは言うまでもない。

＜発明の効果＞ 上記の通り、本発明によれば、トルク変動波形を記憶
したことにより、内燃機関で発生しているトルク変動波
形を正確に再現することができ、この再現したトルク変
動波形に基づいてトルク変動を正確に抑制することがで
きる。また、トルク変動波形を記憶したことにより、制
御のための演算処理時間を短くできるので、クランクの
各回転角度におけるトルク変動制御を遅れを小さくして
実行でき、トルク変動を精度良く低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の制御回路の構成図、第２
図はトルク波形記憶部がトルク波形そのものを記憶して
いる場合の動作の説明図、第３図はトルク波形を表す関
数の係数を求める場合の動作の説明図、第４図は内燃機
関が発生するトルク波形の一例を示す図、第５図はトル
ク波形記憶部が出力するトルクの変動成分のトルク波形
を示す図、第６図は電動発電機が吸収、発生するトルク
波形を示す図、第７図はトルク制御時のトルク波形を示
す図、第８図、第９図、第10図、第11図はそれぞれ本発
明の第２実施例における、内燃機関が発生するトルク波
形、このときトルク波形記憶部が出力するトルク波形、
発電機が吸収するトルク波形、およびトルク制御時のト
ルク波形の一例を示す図、第12図、第13図、第14図、第
15図は、それぞれ本発明の第３実施例における、内燃機
関が発生するトルク波形、このときトルク波形記憶部が
出力するトルク波形、電動機が発生するトルク波形、ト
ルク制御時のトルク波形の一例を示す図である。 符号の説明 １……クランク角センサ、２……電動発電機 ３……エアフローメータ、４……回転速度計 ５……運転状態検出部、６……トルク波形記憶部 ７……トルク制御部、８……内燃機関本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 庸藏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−66820（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−198179（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関からのトルクの吸収，内燃機関へ
   のトルクの付与を行う電動発電機と、前記内燃機関が発
   生するトルクの変動成分が小さくなるように前記電動発
   電機を制御する制御手段とを備えた内燃機関のトルク制
   御装置において、内燃機関が有するクランク軸の回転角
   度を検出するクランク角センサと、前記内燃機関の運転
   状態を検出する検出手段と、前記内燃機関の種々の運転
   状態に対応して、前記クランク軸のトルク変動波形を記
   憶する記憶手段とを備え、前記検出手段により運転状態
   を検出し、検出された運転状態に対応した前記トルク波
   形を読み出し、前記クランク角センサで検出されたクラ
   ンク軸の各回転角度毎に、その回転角度に該当する前記
   トルク波形のデータを用いて、前記電動発電機が発生，
   吸収するトルクを制御することを特徴とする内燃機関の
   トルク制御装置。
2. 【請求項２】内燃機関からのトルクを吸収する電気負荷
   手段と、前記内燃機関が発生するトルクの変動成分が小
   さくなるように前記電気負荷手段を制御する制御手段と
   を備えた内燃機関のトルク制御装置において、内燃機関
   が有するクランク軸の回転角度を検出するクランク角セ
   ンサと、前記内燃機関の運転状態を検出する検出手段
   と、前記内燃機関の種々の運転状態に対応して、前記ク
   ランク軸のトルク変動波形を記憶する記憶手段とを備
   え、前記検出手段により運転状態を検出し、検出された
   運転状態に対応した前記トルク波形を読み出し、前記ク
   ランク角センサで検出されたクランク軸の各回転角度毎
   に、その回転角度に該当する前記トルク波形のデータを
   用いて、前記電気負荷手段が吸収するトルクを制御する
   ことを特徴とする内燃機関のトルク制御装置。
3. 【請求項３】内燃機関にトルクを付与する電動手段と、
   前記内燃機関が発生するトルクの変動成分が小さくなる
   ように前記電動手段を制御する制御手段とを備えた内燃
   機関のトルク制御装置において、内燃機関が有するクラ
   ンク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、前記
   内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、前記内燃機
   関の種々の運転状態に対応して、前記クランク軸のトル
   ク変動波形を記憶する記憶手段とを備え、前記検出手段
   により運転状態を検出し、検出された運転状態に対応し
   た前記トルク波形を読み出し、前記クランク角センサで
   検出されたクランク軸の各回転角度毎に、その回転角度
   に該当する前記トルク波形のデータを用いて、前記電動
   手段が発生するトルクを制御することを特徴とする内燃
   機関のトルク制御装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内
   燃機関のトルク制御装置において、前記内燃機関の運転
   状態は、エアーフローメータで検出される内燃機関の気
   筒内への吸入空気量と、気筒内への吸入空気量に対する
   平均回転速度とによって決定されることを特徴とする内
   燃機関のトルク制御装置。