JP3147655B2 - エンジン制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用エンジンにトル
ク授受可能に連結される車両用三相交流発電電動機の発
電電動交互動作により、エンジンのトルク変動を抑止す
るエンジン制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開昭６１ー６５０２５号公報
は、車両用エンジンにトルク授受可能に連結される車両
用三相交流発電電動機の発電電動交互動作により、エン
ジンのトルク変動を抑止するエンジン制振装置を提案し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のエンジン制振装置では、感知され易いアイドリング時
のトルク変動抑止（制振）が特に重要であるにもかかわ
らず、従来の車両用三相交流機では、アイドル回転数に
おける発電電圧が充分でなく、そのためにバッテリ充電
電流すなわちエンジン負荷トルクを充分に発生できない
という問題がある。

【０００４】もちろん、アイドル回転数すなわちエンジ
ン低速回転域にて、充分な高電圧が発電可能なように、
磁束量又は電機子コイルのターン数を増大することは可
能であるが、このようにすると、車両用三相交流発電電
動機の体格、重量が増大してしまう欠点、また、高回転
域での持続発電動作において、バッテリ充電電圧をはる
かに超える電圧が発生し、バッテリ充電電圧を超える分
はロスとなるので、発電電圧の利用率すなわち充電効率
が低下するという問題もあった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、発電電動機の体格、重量増加を回避し、発電電動
機の発電電圧利用率の低下を抑止しつつ、アイドル回転
時の車両制振性能を向上することを、その目的としてい
る。また、後述する本発明の各構成の作用効果の達成
は、本発明の各構成の個別の目的をなす。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のエンジン制振装
置の第１の構成は、車両用エンジンにトルク授受可能に
連結される車両用三相交流発電電動機と、複数の半導体
スイッチで構成されるとともに、前記発電電動機と蓄電
手段との間に介設されて電力の交直変換を行いつつ前記
両者の間で電力授受を仲介するインバータ回路と、前記
エンジンのトルク変動に同期する周期で前記インバータ
回路の前記半導体スイッチの開閉を制御して前記発電電
動機に発電動作と電動動作を交互に指令して前記トルク
変動を抑止するコントローラとを備えるエンジン制振装
置であって、前記コントローラは、前記エンジンのアイ
ドル回転中における前記発電動作期間の初期に前記半導
体スイッチを閉じて前記発電電動機の電機子コイルを短
絡させ、その後、所定の前記半導体スイッチを開放して
前記電機子コイルの短絡を解除することにより、前記電
機子コイルが発生する高電圧で前記バッテリを充電させ
ることを特徴としている。

【０００７】本発明のエンジン制振装置の第２の構成
は、前記第１の構成において、前記車両用三相交流発電
電動機が回転角度検出装置を有する三相同期機からなる
点を更なる特徴としている。本発明のエンジン制振装置
の第３の構成は、前記三相同期機の電機子コイル及び界
磁コイルが前記発電動作時及び前記電動動作時に共用さ
れる点を更なる特徴としている。

【０００８】なお、アイドル回転時とは、アイドル回転
数、又はそれを含むとともに発電電動機のコイル短絡な
しに蓄電手段を充電できない角速度領域を指定する。

【０００９】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成によれば、
エンジン制振装置のインバータ回路の半導体スイッチは
コントローラにより制御されて、エンジンのトルクアシ
スト時にエンジン回転数（角速度）に同期して開閉さ
れ、これにより車両用三相交流発電電動機が電動動作と
なって、エンジンのトルク不足が解消される。

【００１０】また、エンジンのトルク過剰時に、インバ
ータ回路は発電電圧を整流してバッテリの充電を行い、
これによりエンジンのトルク過剰が解消される。特に本
発明では、上記エンジンのトルク変動の低減（エンジン
制振）に用いたインバータ回路の半導体スイッチが、少
なくともエンジンのアイドル回転中の発電動作期間の初
期に発電電動機の電機子コイルを短絡し、その後の発電
動作時の後期に前記短絡を終了する。すると、電機子コ
イルの短絡により電機子コイル中に短絡電流が流れた状
態となり、その後、この短絡を遮断することにより、電
機子コイルの端部に高電圧が発生する。この高電圧は半
導体スイッチをエンジン角速度に同期して所定の順序で
開閉することにより（又はこのインバータ回路に付設さ
れた三相整流回路により）整流され、これによりバッテ
リが充電される。すなわち、本発明では、車両制振装置
の電動動作時の三相交流電圧合成用のインバータ回路の
半導体スイッチを用いて、その発電動作時に発電電動機
の電機子コイルに電磁エネルギを蓄積し、かつ、それを
解放してバッテリを充電するので、なんら従来の車両制
振装置に比較して回路構成を複雑化したり、装置規模を
大型化することなく、アイドル回転時の車両制振性能を
向上することができるという優れた効果を奏することが
できる。

【００１１】本発明の第２の構成によれば更に、車両用
三相交流発電電動機が回転角度検出装置を有する三相同
期機からなるので、誘導機に比べて制御が容易で直流機
に比較して構造が簡単となる。本発明の第３の構成によ
れば更に、三相同期機の電機子コイル及び界磁コイルが
発電動作時及び前記電動動作時に共用されるので、発電
電動機の構成を簡単化することができる。

【００１２】すなわち、本構成によれば、電機子コイル
のターン数を通常以上に増大しなくてもアイドル回転時
に発電電動機により負トルクを発生できエンジン制振が
行えるので、エンジン始動時や電動動作時において、バ
ッテリの端子電圧で電機子コイルに充分な大きさの電流
を供給でき、充分な正トルクを発生することができる。
なお、アイドル回転時の発電電圧増大のために電機子コ
イルのターン数を通常以上に増大すると、エンジン始動
時や電動動作時に電機子コイルに通電できる電流が減少
し、充分なトルクアシストができなくなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の車両制振装置の一実施例を図
面を参照して説明する。図１において、エンジン１と同
期機２は機械的に直結され、タイヤ（図略）に至る機械
的負荷３が接続されている。４は同期機２に交流電力を
供給したり、同期機の発生する交流電力を直流に変換す
るインバータ回路である。５はインバータ回路４を制御
するコントローラで、６は制御信号を得るための演算装
置（ＥＣＵ）で、７はエンジン１の角速度および同期機
２の磁極位置（図略）を検出するための回転センサで，
８は同期機２の電源となるバッテリである。

【００１４】図２は、同期機２及びインバータ回路４の
回路図であって、９は電機子巻線、１０は界磁巻線、１
１は界磁巻線１０に流れる電流を制御するトランジス
タ、１２はフライホイルダイオードである。Ｓ１〜Ｓ６
は電機子巻線９の電流を制御するための半導体スイッチ
（この実施例ではＩＧＢＴ）である。Ｄ１〜Ｄ６はフラ
イホイルダイオードである。

【００１５】図３は４気筒エンジンにおけるトルクと角
速度の変動を示したものであり、角速度は回転センサ７
の回転信号をコントローラ５に取込みＥＣＵ６で演算し
て求めている。以下、上記車両制振装置の制振動作を説
明する。ＥＣＵ６は、上記求めた角速度の微分により角
加速度を算出し、算出した角加速度が負の場合には、ト
ルクアシストが必要と認識して同期機２を電動動作させ
るようコントローラ５に指令し、算出した角加速度が正
の場合には、トルク低減が必要と判断して同期機２を発
電動作させるようコントローラ５に指令する。

【００１６】よく知られているように、同期機２の電動
動作及び発電動作は図４に示すように、同期機２の三相
電機子コイル９１〜９３に誘起される各相の逆起電力
（発電電圧）Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃの位相に応じて、インバ
ータ回路４の各半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の開閉タイミ
ングを制御すればよい。すなわち、ＥａがＥｂ，Ｅｃよ
り大きい期間にはＳ１、Ｓ５、Ｓ６をオンし、Ｅｂが最
も大きいときはＳ２、Ｓ６、Ｓ４をＯＮし、Ｅｃが最も
大きいときはＳ３、Ｓ４、Ｓ５をＯＮする。

【００１７】また、角加速度の絶対値と比例したトルク
を発生するためには上記スイッチのＯＮ時間を制御すれ
ばよい。一方、高速回転時に発電動作させる場合、各電
機子コイル９１〜９３の発電電圧はそれぞれある期間、
バッテリ８の電圧より高くなり、半導体スイッチＳ１〜
Ｓ６をオンしなくてもダイオードＤ１〜Ｄ６が三相全波
整流器を構成するので整流される。

【００１８】次に、本実施例の特徴であるアイドル回転
時における発電動作について、アイドル制振動作すなわ
ちエンジンのトルク変動と同周期、逆位相で発電動作と
電動動作とを繰り返す場合を例として以下に説明する。
このアイドル回転時（低速回転時）の発電動作の基本
は、発電期間の初期（以下、電磁エネルギ蓄積期間とい
う）に発電電動機２の電機子コイル９１〜９３を短絡
し、これにより電機子コイル９１〜９３の発電電圧によ
る電流（発電電流）を電機子コイル９１〜９３にのみ流
してこれら電機子コイル９１〜９３に電磁エネルギを蓄
積し、その後、発電期間の残りの期間（以下、放電期間
という）に発電電動機２の電機子コイル９１〜９３の上
記短絡を解除して電機子コイル９１〜９３の各端に大き
な電磁誘導電圧を発生させ、これにより上記ダイオード
Ｄ１〜Ｄ６からなる三相全波整流器により、電機子コイ
ル９１〜９３はバッテリ８を充電する。

【００１９】更に具体的に説明すれば、電磁エネルギ蓄
積期間において、各ローサイドスイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ
６を短絡すればよい。これにより各電機子コイル９１〜
９３が短絡され、電磁エネルギが各電機子コイル９１〜
９３に蓄積される。短絡期間は所定値に設定される。次
の放電期間に、短絡されている各ローサイドスイッチＳ
４、Ｓ５、Ｓ６を解放すれば、上記ダイオードＤ１〜Ｄ
６からなる三相全波整流器によりバッテリ充電が実施さ
れる。

【００２０】同期機２を発電機として使用した場合にお
いてその界磁電流Ｉｆを最大にした場合のインバータ回
路４の出力電流と角速度ωとの関係を、図５に示す。実
線は従来の場合、点線は半導体スイッチ（ＩＧＢＴ）Ｓ
１〜Ｓ６を上述のように断続した場合を示したものであ
る。本実施例によればアイドル回転数以下までバッテリ
充電、及び、アイドル制振が可能であることがわかる。

【００２１】また、電磁エネルギ蓄積期間／（電磁エネ
ルギ蓄積期間＋放電期間）で定義される断続デューティ
比と出力電流との関係を角速度ωがω１、ω２、ω３の
場合について調べた結果を図６に示す。ただし、ω１は
アイドル角速度ωｏ以下の値とし、ω２はアイドル角速
度ωｏより大きいがスイッチＳ４〜Ｓ６の短絡、開放を
行わねばバッテリ充電ができない領域の角速度であり、
ω３はスイッチＳ４〜Ｓ６の短絡、開放を行わなくても
バッテリ充電ができる領域の角速度である。

【００２２】図６から、角速度ωの増加とともに断続デ
ューティ比すなわち電磁エネルギ蓄積期間は短縮したほ
うがよいことがわかる。以下、コントローラ５が行うエ
ンジン始動後のインバータ回路４のスイッチング制御の
一例を、図７を参照して説明する。まず、エンジン１を
始動後、センサ７から角速度ωを読み込み（１００）、
角速度ωを第１の設定角速度ω１と比較する（１０
２）、角速度ωが第１の設定角速度ω１以下の場合には
ステップ１００にリターンし、大きければ、第２の設定
角速度ω２と比較する（１０４）。ステップ１０４に
て、角速度ωがω２以下の場合は角加速度αを演算して
求める（１０６）。

【００２３】次に、角加速度αの絶対値が所定のしきい
値αｏ以下かどうかを調べ（１０８）、角加速度αの絶
対値が大きい場合には、図８に示すマップに基づいて界
磁電流Ｉｆを設定して、ステップ１１２へ進む（１１
０）。なお、このマップは予めＥＣＵ６のメモリに格納
されている。ステップ１１２では、角加速度αが負かど
うかを調べ、負の場合には発電電動機（同期機）２を電
動動作させるようにインバータ回路４を制御し（１１
４）、角加速度αの絶対値に比例した電流Ｉを発電電動
機２に給電し、トルクアシストする（１１６）。

【００２４】一方、正の場合には発電電動機（同期機）
２を発電動作させるようにコントローラ５に指令し（１
１８）、角加速度αの絶対値に比例した電流Ｉを発電電
動機２に給電し、エンジントルクを消費する（１２
０）。なおステップ１２０の発電動作において、図９に
示すマップに角速度ωを入力して最適な断続デューティ
比が選択される。

【００２５】ステップ１０８にて、角加速度αの絶対値
がしきい値α₀ より小さい場合には同期機２を発電動作
させるよう指令し（１２２）、図９に示すデューティー
を設定する（１２４）。すなわち、ステップ１２４で
は、図１１に示すマップに角速度ωを入力して最適な断
続デューティ比が選択される。次にステップ１２６で
は、読み込んだバッテリ端子電圧に基づいて界磁電流Ｉ
ｆを制御して定電圧でバッテリ８を充電する。

【００２６】ステップ１０４にて角速度ωがω２より大
きい場合には、角速度ωが第３の設定角速度ω３より大
きいかどうかを調べ（１３０）、小さい場合にはステッ
プ１２２に進む。大きい場合にはＩＧＢＴＳ１〜Ｓ６を
全てＯＦＦとしダイオードＤ１〜Ｄ６による三相全波整
流を用い、界磁電流Ｉｆを制御して出力電圧を一定にし
つつバッテリ８を充電する（１３２）。

【００２７】なお図９に示したフローチャートの演算周
期は１ｍｓから５ｍｓに設定し、角速度ω１，ω２，ω
３および角加速度のしきい値αｏは車両、エンジン、同
期機の特性を加味して設定する。以上説明した本実施例
によれば、Ｓ４〜Ｓ６を電機子コイル９１〜９３の短絡
時にＳ４〜Ｓ６を一斉にオンしたが、Ｓ４〜Ｓ６を順次
オンすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１のインバータ回路４及び発電電動機（同期
機）２の回路図である。

【図３】図１のエンジン１のトルク変動とその角速度ω
の変動を示すタイミングチャートである。

【図４】図１の発電電動機（同期機）２の発電電圧（逆
起電力）変化に対する電動動作時のスイッチＳ１〜Ｓ６
のオン期間、及び、発電動作時（電機子コイル９１〜９
３の短絡時）におけるスイッチＳ４〜Ｓ６のオン期間の
一例を示すタイミングチャートである。なお、発電動作
時（電機子コイル９１〜９３の短絡時）にスイッチＳ４
〜Ｓ６を一斉にオンしてもよい。

【図５】本実施例の発電動作と従来の発電動作との出力
（電流）とエンジン角速度ωとの関係を示す特性図であ
る。

【図６】種々の角速度ωにおけるデューティ比（短絡期
間／（短絡期間＋放電期間））と出力電流との関係を示
す特性図である。

【図７】図１のコントローラ５のインバータ回路４の制
御を示すフローチャートである。

【図８】角速度ωと界磁電流Ｉｆとの関係を示すマップ
である。

【図９】角速度ωとデューティ比（短絡期間／（短絡期
間＋放電期間））と出力電流との関係を示すマップであ
る。

【符号の説明】

１はエンジン、２は同期機（発電電動機）、４はインバ
ータ回路、５はコントローラ、６は演算装置（ＥＣ
Ｕ）、７は回転センサ（回転角度検出装置）、８はバッ
テリ（蓄電手段）、９は電機子巻線（電機子コイル）、
１０は界磁巻線、Ｓ１〜Ｓ６はインバータ回路４の半導
体スイッチ（ＩＧＢＴ）。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両用エンジンにトルク授受可能に連結さ
   れる車両用三相交流発電電動機と、複数の半導体スイッ
   チで構成されるとともに、前記発電電動機と蓄電手段と
   の間に介設されて電力の交直変換を行いつつ前記両者の
   間で電力授受を仲介するインバータ回路と、前記エンジ
   ンのトルク変動に同期する周期で前記インバータ回路の
   前記半導体スイッチの開閉を制御して前記発電電動機に
   発電動作と電動動作を交互に指令して前記トルク変動を
   抑止するコントローラとを備えるエンジン制振装置であ
   って、 前記コントローラは、前記エンジンのアイドル回転中に
   おける前記発電動作期間の初期に前記半導体スイッチを
   閉じて前記発電電動機の電機子コイルを短絡させ、その
   後、所定の前記半導体スイッチを開放して前記電機子コ
   イルの短絡を解除することにより、前記電機子コイルが
   発生する高電圧で前記バッテリを充電させることを特徴
   とするエンジン制振装置。
2. 【請求項２】前記車両用三相交流発電電動機は回転角度
   検出装置を有する三相同期機からなる請求項１記載のエ
   ンジン制振装置。
3. 【請求項３】前記三相同期機の電機子コイル及び界磁コ
   イルは前記発電動作時及び前記電動動作時に共用される
   ものである請求項２記載のエンジン制振装置。