JPH01182536A - エンジンのトルク変動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンのトルク変動制御装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より、エンジンの作動に伴ってその出力軸には燃焼
サイクルの繰り返しに対応して周期的にトルク変動が発
生するものであり、このトルク変動の抑制制御等が行え
る装置としては、例えば、特公昭８１−５４９４９号公
報にみられるような始動充電装置いわゆるセルタネータ
の技術が公知である。

上記セルタネータは、エンジンの出力軸に回転界磁極を
設け、この回転界磁極内方に励磁コイルを、外方にステ
ータコイルを設け、ステータコイルおよび励磁コイルへ
の通電制御によってモータ、とじての電気駆動機能を得
てエンジン出力軸に正トルクを与えると共に、発電機能
を得て出力軸に逆トルクを与えるようにしたものである
。

そして、エンジンのトルク変動を抑制するために、トル
ク減少時に正トルクを与える一方、トルり増大時に逆ト
ルクを与えるように、エンジンのトルク変動に対応した
励磁コイルおよびステータコイルの通電制御によってト
ルク制御が行えるものである。

また、エンジンのトルク変動は、負荷が高くなると大き
くなるように負荷およ−びエンジン回転数の変動に対応
してその大きさが変化し、上記のような周期的なトルク
変動に対応させるベーストルク指令に対して負荷とエン
ジン回転数によっである係数をかけ、広い運転域に対応
させる技術も考えられる。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記のような装置において、トルク制御ゾー
ン内での加速時のように、負荷と回転数が瞬時に変化す
る過渡時には、エンジン出力側で実際のトルク変動の発
生する時期と、トルク制御による正トルクもしくは逆ト
ルクの作動時期とにずれが生じ、この間の制御ずれによ
る過制御を起こしハンチングなどの運転性の低下を招く
可能性がある。

すなわち、例えばエンジンのスロットル開度が開かれる
加速時に、負荷が上昇するとトル、り変動も大きくなる
ことから、このトルク変動を抑制するためにトルク制御
によって与える正逆のトルクを大きくするものである。

しかし、スロットル開度が開かれても実際にエンジン出
力が変化するのは燃料と空気の増量変化分が燃焼室に流
入して燃焼してからであり、出力変化が生じるまでに遅
れがあり、一方、トルク制御においてはスロットル開度
の変化を検出してから正逆のトルクが変化するまでに要
する時間が短く、スロットル弁が開かれるとエンジント
ルクが増大しないのに直ぐにトルク抑制力が増大し、結
果として過剰制御によってエンジン回転が増大する等の
問題を有している。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、エンジン負荷の変動
時に実際のエンジントルクの変化に対応したトルク制御
を行って運転性を確保するようにしたエンジンのトルク
変動制御装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のトルク変動制御装置は
、エンジンの出力軸に正トルクを与える電気駆動手段と
、出力軸に逆トルクを与える発電手段と、出力軸に発生
するトルクの周期的変動と同期してトルク増大時に上記
発電手段を作動させ、トルク減少時に上記電気駆動手段
を作動させるトルク制御手段と、エンジン負荷を検出す
る負荷検出手段と、上記負荷検出手段の検出信号を受け
、負荷状態に応じて前記トルク制御手段の制御量を設定
する設定手段と、前記負荷検出手段の信号を受け、エン
ジン負荷が変化する過渡時の所定期間は上記設定手段に
よる負荷に応じた制御量と異なる制御量にトルク制御手
段の制御量を設定する補正手段とを備えるように構成し
たものである。

上記補正手段としては、負荷変動時にはデイレ−時間の
設定、制御量の変化速度の低下または固定等の補正によ
ってトルク制御に遅れをもたせた後に、エンジン負荷に
応じた制御量の設定に移行するものである。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。

エンジン１の出力軸２には、例えば回転界磁極とその内
方の励磁コイルと外方のステータコイルとを備えその通
電制御の切換えによって電動機および発電機として作動
するトルク付加装置３を設け、このトルク付加装置３を
モータとして機能させてエンジン出力軸２に正トルクを
与える電気駆動手段４を設けると共に、トルク付加装置
３を発電機として機能させてエンジン出力軸２に逆トル
クを与える発電手段５とを設ける。そして、エンジン出
力軸２に発生するトルクの周期的変動と同期してトルク
増大時に上記発電手段５を作動させ、トルク減少時に上
記電気駆動手段４を作動させるトルク制御手段６を設け
る。

一方、エンジン負荷を検出する負荷検出手段７を設け、
この負荷検出手段７の検出信号を受けた設定手段８は、
負荷状態に応じて前記トルク制御手段６の制御量を設定
するものである。また、上記負荷検出手段７の信号は補
正手段９にも出力され、この補正手段９は、エンジン負
荷が変化する過渡時の所定期間は、設定手段８の処理の
遅延等によって過渡時の負荷変動に対応する制御量と異
なる制御量にトルク制御手段６の制御量を補正するもの
である。

（作用） 上記のようなエンジンのトルク変動制御装置では、電気
駆動手段と発電手段の制御によってエンジン出力軸に正
逆トルクを作用させてトルク変動を抑制するトルク制御
を行うについて、エンジン負荷の変動に応じてトルク制
御の制御量を設定すると共に、エンジン負荷が変動する
過渡時にはこの負荷変動に対応して求めた制御量による
トルク制御は中止し、所定時間経過した後にエンジン負
荷に応じて設定された制御量によるトルク制御を開始し
て過渡時のエンジントルクの変化とトルク制御とのずれ
に起因する過制御の発生を防止して、実際のエンジント
ルクの変化に対応したトルク制御を行うようにして運転
性を確保するようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第２図は具体例の全体構成図である。

エンジン１の出力軸２の一端部にはフライホイール１５
が取り付けられ、このフライホイール１５の外周部分が
回転界磁極１６に設けられている。

この回転界磁極１６は強磁性体で一対の櫛形磁極等によ
り磁極部が円周方向に交互に位置するように非磁性体を
介して一体に結合されている。上記回転界磁極１６の内
方には励磁コイル１７が設けられ、この励磁コイル１７
は回転界磁極１６を励磁するためのもので、磁性体部材
１８を介して固定側に取り付けられている。この励磁コ
イル１７は若干の空隙を介して回転界磁極１６と対向し
ている。一方、前記回転界磁極１６の外周には所定間隙
を介してステータコイル１つが設けられ、このステータ
コイル１９は通電時に上記回転界磁極１６に磁力を作用
させるためのもので、心材２０に巻き付けられて固定側
に取り付けられている。

そして、これらによりエンジン出力軸２に正トルクもし
くは逆トルクを与えるトルク付加装置３としての無整流
子電動機２１が構成されている。

前記フライホイール１５の外側にはエンジン出力軸２と
変速機駆動軸２２との間の動力の伝達を断続するクラッ
チ装置２３が配設されている。上記無整流子電動機２１
およびクラッチ装置２３などは、エンジン１に取り付け
られたハウジング２４で覆われる。

上記無整流子電動機２１の制御系は、その励磁コイル１
７に流れる界磁電流を制御する界磁コントローラ２５と
、ステータコイル１９に３相交流のステータ電流を印加
するインバータ２６とを備え、界磁コントローラ２５お
よびインバータ２６にはエンジンコントロールユニット
２７からの制御信号が出力されて、エンジン出力軸２に
対して正トルクもしくは逆トルクを与えてトルク制御、
充電制御およびクランキング始動制御を行うものである
。このエンジンコントロールユニット２７には、エンジ
ンの運転状態を検出するために、キースイッチ３０から
のイグニション信号およびスタータ信号、エンジン出力
軸２の回転クランク角を検出する角度センサ２８から増
幅器２９を介したクランク角信号、エンジン１の吸気通
路３１に介装されたスロットル弁３２の開度を検出する
スロットルセンサ３３からのスロットル開度信号、吸気
負圧を検出する負圧センサ３４からのブースト信号がそ
れぞれ入力される。

前記界磁コントローラ２５は、発電状態においては、バ
ッテリ３５の端子電圧に対応してその電圧値を所定の値
に保つようにエンジンコントロールユニット２７から出
力される制御信号に基づいて、励磁コイル１７への界磁
電流を調整して充電制御を行うものである。上記発電状
態では、界磁電流の調整に対応してステータコイル１つ
で発電された出力電圧はインバータ２６内の整流回路で
直流に変換されてバッテリ３５に充電される。−方、始
動状態においては大電流が流れるためバッテリ３５の端
子電圧が低くなり、界磁電流は最大で一定となる。

ステータコイル１９への電流制御は、ステータコイル１
９のＵ、Ｖ、Ｗ各相端子にインバータ２６の出力線がそ
れぞれ接続され、このインバータ２６に対してエンジン
コントロールユニット２７からＵ、Ｖ、Ｗ各相の切り換
え信号と、ステータコイル１９に出力するステータ電流
の大きさを指令する電流指令信号とが出力され、始動制
御とトルク制御とが行われる。

始動時にはキースイッチ１９のスタータ接点ＳＴの信号
を受けたエンジンコントロールユニット２７から始動時
用の最大ステータ電流がインバータ２６を介して出力さ
れる。また、角度センサ２８からのクランク角信号が増
幅器２９を介してエンジンコントロールユニット２７に
人力されると、エンジン出力軸２の位相に対応してＵ、
　Ｖ、　Ｗ各相に対する電流の方向を切り換える信号を
出力する。

そして、インバータ２６からステータコイル１９のＵ、
Ｖ、Ｗ各相端子に出力されるステータ電流は、エンジン
出力軸２の位相に対応したエンジンコントロールユニッ
ト２７からの信号に基づき、バッテリ３５から供給され
る電流をステータコイル１９のＵ相端子からＶ相および
Ｗ相端子へ流し、次の期間にはＵ相および■相端子から
Ｗ相、端子へ電流を流し、さらに次の期間にはＶ相端子
からＵ相およびＷ相端子へ電流を流すように通常の無整
流子電動機と同様に電流の方向を切り換え、ステータコ
イル１９の作る磁界が回転界磁極１６による磁界に対し
て常に一定の位相差を有する回転磁界となるようにする
。　　　　□ また、負荷とエンジン回転数に対応したトルク制御ゾー
ンにある場合には、エンジンコントロールユニット２７
は、エンジン回転位相に応じて発生するトルク変動に対
応して予め設定されている正トルクと逆トルクの負荷特
性に基づいて、ステータ電流を１回転の間で周期的に変
動させる信号を出力して、エンジン側からのトルク変動
を抑制する方向に付加トルクを作用させるものである。

さらに、前記エンジンコントロールユニット２７は、ト
ルク制御を行っている際に、所定のデータを入力後、ス
ロットル開度変化もしくは吸気負圧変化等からトルク制
御ゾーン内の加速などの負荷変動を検出すると、トルク
制御のデイレ−処理を行う。このデイレ−処理は、タイ
マーｔにより所定時間トルク指令電流の増加が緩やかに
なるように制御するものである。そして、所定時間（例
えば２００ｍ５ｅｃ）が経過すると通常のトルク制御に
戻るものである。

第３図は上記エンジンコントロールユニット２７の基本
処理を示すフローチャートである。スタート後、ステッ
プＳ１でイニシャライズを行い、ステップＳ２でスター
タ信号、ブースト信号、クランク角信号（エンジン回転
数）、バッテリ電圧等を読み込む。そして、ステップＳ
３でスタータ信号がオンか否かによって始動時（クラン
キング時）か否かを判定する。

上記ステップＳ３の判定がＹＥＳで始動時には、ステッ
プＳ４．Ｓ５に進んでインバータ２６に信号を出力し、
このインバータ２６からステータコイル１９にステータ
電流Ｉｓを通電して、正トルクをエンジン出力軸２に与
えてクランキング回転を行う。

また、前記ステップＳ３の判定がＮＯとなってエンジン
１が始動すると、ステップＳ６でブースト信号（負荷）
とエンジン回転数とに対応して予め設定されている運転
ゾーンから現在の運転状態がトルク制御ゾーンか否かを
判定する。このトルク制御ゾーンはトルク変動がエンジ
ン振動等として感知されるような領域、すなわちアイド
ル運転を含む比較的軽負荷、低回転ゾーンに設定されて
いる。上記ステップＳ６の判定がＹＥＳでトルク制御ゾ
ーンにある場合には、ステップＳ７で後述のデイレ−処
理を含むトルク制御に移行する。

一方、前記ステップＳ６の判定がＮＯで運転状態が高回
転ゾーン等のトルク制御ゾーンから外れた場合には、ス
テップＳ８に進んでインバータ２６への信号出力を停止
して発電（充電）制御を行う。この充電はステップＳ９
でバッテリ電圧ｖｂが所定値Ｃｔより高いか否かを判定
し、高い場合（ＹＥＳ）にはバッテリ３５が十分な充電
状態にあることから、ステップＳＩＯで励磁コイル１７
に対する界磁電流Ｉｆを減少して発電量を低減し、逆ト
ルクを小さくする一方、バッテリ電圧ｖｂが低くバッテ
リ３５が充電不足の場合には、ステップＳｌｌで励磁コ
イルに対する界磁電流Ｉｆ’を増大して発電量を増加す
るものである。。

第４図は前記トルク制御のサブルーンを示し、ステップ
Ｓ２１でスロットル開度信号θ、ブースト信号、クラン
ク角信号（エンジン回転数）を入力し、ステップＳ２２
．　　Ｓ２３でスロットル開度の変化速度から加速状態
を判定する。このスロットル変化速度が第１の設定値Ａ
より大きい急加速状態では、ステップＳ２４で加速制御
を行う。この加速制御は、エンジン出力軸に正トルクを
作用させて加速性を向上するものである。

また、スロットル変化速度が上記第１の設定値Ａより低
い第２の設定値Ｂより小さい定常状態の場合には、ステ
ップ３２５〜Ｓ２７に進んでトルク変動を抑制するトル
ク制御を行う。このトルク制御は、吸気負圧とエンジン
回転数のマツプから現在の運転ゾーンを読み込み（Ｓ２
５）、トルク指令マツプから運転ゾーンに対応するトル
ク指令マツプ値Ｔｏを読み込み（８２６）、これに運転
ゾーンに応じた係数Ｋをかけて現ゾーンのトルク指令値
Ｔを算出しく５２７）、その制御量に基づいてステータ
コイル１９への通電を制御する（　８２８）。

さらに、スロットル変化速度が第１設定値Ａと第２設定
値Ｂとの間の緩加速状態では、ステップＳ２９〜Ｓ３７
のデイレ−処理を含むトルク制御を行う。まず、タイマ
ーｔをセットしく５２９）、前記と同様に、吸気負圧と
エンジン回転数のマツプがら現在の運転ゾーンを読み込
み（Ｓ３０）、トルク指令マツプから運転ゾーンに対応
するトルク指令マツプ値Ｔｏを読み込み（Ｓ３１）、こ
れに運転領域によって全体のトルクを増やすべく運転ゾ
ーンに応じた係数Ｋをかけて現ゾーンのトルク指令値Ｔ
を算出しく５３２）、タイ、マーセット時のトルク指令
値ＴをＴ１に記憶する（　Ｓ　３３）。そして、時間の
経過に応じて求めた現在のトルク指令値ＴはステップＳ
３８で所定時間（２００ｍ５ｅｃ）経過するまでは、そ
のまま出力せずＴ２としく５３４）、ステップＳ３５で
トルク指令値を所定の勾配で増加させるようにしてデイ
レ−処理を行って最終的なトルク指令値Ｔを演算する。

このデイレ−処理は、タイマーのカウント値ｔと指令値
の差Ｔ２−Ｔｌに応じて求め、その制御量に基づいてス
テータコイルへの通電を制御する（　８２ｇ）。

なお、第５図にトルク制御のステータ電流の変化を示し
、エンジン回転脈動と逆位相で、すなわちエンジン回転
が加速している時には発電を行って逆トルクを作用させ
、エンジン回転が減速しているときには電気駆動を行っ
て正トルクを作用させるものであり、電気負荷が作用し
バッテリ電圧が低下している状態では破線で示すａ点を
基準として平均値が逆トルク側となって発電量を大きく
する発電制御を同時に行うようにしている。

上記実施例では、トルク制御ゾーンでの緩加速運転を検
出すると、負荷変動に対応するトルク制御によるステー
タ電流を増大するように制御量を演算設定することにな
るが、このステータコイルへ１９の通電電流は徐々に上
昇するように遅らせ、エンジン１のトルク変化とトルク
制御の変化とのずれを少なくして、その間に生じるエン
ジン回転の変動を低減して運転性を確保するものである
。

なお、上記実施例ではトルク制御ゾーン内での加速を検
出したら、トルク指令電流を緩やかに増加することによ
ってデイレ−処理を行なうようにしているが、所定時間
加速前のトルク指令電流を保持する等のデイレ−処理を
行うようにしてもよい。また、加速状態の判定はスロッ
トル変化速度によるほか、吸気負圧変動によって検出す
るようにしてもよい。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、電気駆動手段と発電手段
の制御によってエンジン出力軸に正逆トルクを作用させ
てトルク変動を抑制するトルク制御を行うについて、エ
ンジン負荷の変動に応じてトルク制御の制御量を設定す
ると共に、エンジン負荷が変動する過渡時には補正手段
によって制御量を補正し、所定時間経過した後にエンジ
ン負荷に応じて設定された制御量によるトルク制御を開
始するようにしたことにより、過渡時のエンジントルク
の変化とトルク制御とのずれに起因する過制御の発生を
防止して、実際のエンジントルクの変化に対応したトル
ク制御を行うようにして運転性を確保することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図、 第２図は本発明の具体例を示すエンジンのトルク変動制
御装置の全体構成図、 第３図はコントロールユニットの基本処理を説明するた
めのフローチャート図、 第４図はトルク制御のサブルーチンを示すフローチャー
ト図、 第５図はトルク制御時におけるステータ電流の制御例を
示すグラフである。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・出力軸、３・
・・・・・トルク付加装置、４・・・・・・電気駆動手
段、５・・・・・・発電手段、６・・・・・・トルク制
御手段、７・・・・・・負荷検出手段、８・・・・・・
設定手段、９・・・・・・補正手段、１６・・・・・・
回転界磁極、１７・・・・・・励磁コイル、１９・・・
・・・ステータコイル、２１・・・・・・無整流子電動
機、２５・・・・・・界磁コントローラ、２６・・・・
・・インバータ、２７・・・・・・エンジンコントロー
ルユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの出力軸に正トルクを与える電気駆動手
   段と、出力軸に逆トルクを与える発電手段と、出力軸に
   発生するトルクの周期的変動と同期してトルク増大時に
   上記発電手段を作動させ、トルク減少時に上記電気駆動
   手段を作動させるトルク制御手段と、エンジン負荷を検
   出する負荷検出手段と、上記負荷検出手段の検出信号を
   受け、負荷状態に応じて前記トルク制御手段の制御量を
   設定する設定手段と、前記負荷検出手段の信号を受け、
   エンジン負荷が変化する過渡時の所定期間は上記設定手
   段による負荷に応じた制御量と異なる制御量にトルク制
   御手段の制御量を設定する補正手段とを備えたことを特
   徴とするエンジンのトルク変動制御装置。