JPH01182539A - エンジントルク制御装置 - 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＄−ＩＪ　！ｌｌによってモータとしての電気駆
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場合には、ト
ルク低下時に正トルクを与える一方、トルク増大時に逆
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。

（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、トルク制御を行
うために正トルクをエンジン回転角に対応して与えるよ
うに電気駆動機能を得る場合には、回転界磁極すなわち
エンジン出力軸の回転位置に対応して、ステータコイル
に通電する電流の位相を設定すると効率のよい制御が行
えるものであるが、上記出力軸の位置検出のための角度
センサを別途に設けると、装置が複雑となりコストアッ
プを招く問題がある。

すなわち、上記ステータコイルに通電する電流の位相を
設定するためのエンジン出力軸の角度センサは、精度の
よい検出を行なわなければならず、また、角度センサの
検出信号に基づいて通電制御する場合に、その検出信号
には各部の製造誤差、組付は誤差等があり、これによっ
て制御精度が低下して、高効率のトルク制御を実現する
際の障害となるものである。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、ステータコイルの通
電位相設定用のセンサを設置することなく、このステー
タコイルへの通電時期を適正に設定でき効率的なトルク
制御が行え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設けた回転界磁極と、この回転界
磁極内方に設けた励磁コイルと、外方に設けたステータ
コイルとからなる電気駆動手段、励磁コイルへの通電状
態で上記ステータコイルに発生する電圧が最大値を示す
エンジン出力軸の回転角を検出する回転角検出手段、こ
の回転角検出手段により検出された回転角を前記電気駆
動手段のステータコイルへの通電時期として設定する通
電時期設定手段を備えるように構成したものである。

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には強磁性体で磁極部が交互に位
置するように回転界磁極３を設け、上記回転界磁極３の
内方に励磁コイル４を設け、また、回転界磁極３の外方
に通電時に上記回転界磁極３に磁力を作用させるステー
タコイル５を設け、この回転界磁極３と励磁コイル４と
ステータコイル５とによって電気駆動手段Ａを設ける。

そして、主に上記ステータコイル５への通電制御によっ
て電気駆動手段Ａ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と共に、主に上記励磁コイル
４への通電制御によって電気駆動手段Ａ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トルク
制御手段Ｂを設ける。

また、前記ステータコイル５に発生する電圧を受ける回
転角検出手段Ｃを設け、この回転角検出手段Ｃは逆トル
ク作用状態でのステータコイル５に発生する電力波形に
おいて、電圧が最大値を示すエンジン出力軸２の回転角
を検出するものであり、その検出信号は通電時期設定手
段りに出力される。この通電時期設定手段りは、上記回
転角検出手段Ｃにより検出された回転角を、前記トルク
制御手段Ｂによって電気駆動手段Ａのステータコイル５
への通電時期として設定するものである。

（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
駆動手段のステータコイルおよび励磁コイルへの通電制
御によるトルク制御を行うについて、ステータコイルで
発生する電圧を検出し、その最大値を示すエンジン出力
軸の回転角を回転角検出手段で求め、このステータコイ
ルの電圧が最大値となる回転角は、電気駆動手段によっ
て正トルクを発生する際にステータコイルに対して通電
する電圧の通電時期としても最も効率のよい時期に相当
するものであり、この検出回転角を通電時期設定手段に
よってステータコイルへの通電時期として設定し、高精
度の高価な角度センサを設置することなくステータコイ
ルへの通電時期を適正に設定して、効率的なトルク制御
を行うようにしている。

（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７が
取り付けられ、このフライホイール７の外周部分が回転
界磁極３に設けられている。この回転界磁極３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３の内方には励磁コイル４が設けられ
、この励磁コイル４は回転界磁極３を励磁するためのも
ので、磁性体部材８を介して固定側に取り付けられてい
る。この励磁コイル４は若干の空隙を介して回転界磁極
３と対向している。一方、前記回転界磁極３の外方には
ステータコイル５が設けられ、このステータコイル５は
通電時に上記回転界磁極３に磁力を作用させるためのも
ので、心材９に巻き付けられて固定側に取り付けられて
いる。そして、これらにより電気駆動手段Ａとしての無
整流子電動機１０が構成されている。

前記フライホイール７の外側にはエンジン出力軸２と変
速機駆動軸１１との間の動力の伝達を断続するクラッチ
装置１２が配設されている。上記無整流子電動機１０お
よびクラッチ装置１２などがエンジン１に取り付けられ
たハウジング１４で覆われている。

上記無整流子電動機１０の制御系は、その励磁コイル４
に流れる界磁電流を制御する界磁コントローラ１５と、
ステータコイル５に３相交流のステータ電流を印加する
インバータ１６とを備え、界磁コントローラ１５および
インバータ１６にはエンジンコントロールユニット１７
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。

上記エンジンコントロールユニット１７にはエンジン１
の運転状態を検出するために、キースイッチ１９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２０から増幅
器２１を介したクランク角信号、エンジン１の吸気通路
２２に介装されたスロットル弁２３の開度を検出す“る
スロットルセンサ２４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２５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１５は、発電状態においては、バ
ッテリ１８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１７から出
力される制御信号に基づいて、励磁コイル４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５で発
電された出力電圧はインバータ１６内の整流回路で直流
に変換されてバッテリ１８に充電される。一方、始動状
態においては大電流が流れるためバッテリ１８の端子電
圧が低くなり、励磁電流は最大で一定となる。

ステータコイル５への電流制御は、ステータコイル５の
Ｕ、Ｖ、Ｗ各相端子にインバータ１６の出力線がそれぞ
れ接続され、このインバータ１６に対してエンジンコン
トロールユニット１７からＵ、Ｖ、Ｗ各相の切り換え信
号と、ステータコイル５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１７から始動時
用の最大ステータ電流がインバータ１６を介して出力さ
れる。また、エンジンコントロールユニット１７は、エ
ンジン１が所定回転数以上に回転して角度センサ２０か
らの検出信号が入力されると、エンジン始動およびトル
ク制御のためにエンジン出力軸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１６からステータコイル５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１７からの信号に基づき、バッテリ１８から供給さ
れる電流をステータコイル５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Ｖ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５の作る磁界が回転界磁極３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。

前記始動時にはステータコイル５に最大電流を流して大
きな駆動トルクすなわち正トルクをエンジン出力軸２に
与えて、エンジンのクランキング回転を行うものであり
、エンジン停止状態からの始動初期においては、ステー
タコイル５へのステータ電流の位相を少しずつ変えて角
度センサ２０からの検出信号が得られる回転数まで上昇
させ、その後は上記のように回転角に対応して位相を設
定するようにしている。

また、トルク制御の場合には、エンジンコントロールユ
ニット１７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、ステータ電流と界磁電流とを
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１７は、電
気駆動によってエンジン１が始動した直後に、発電状態
としてステータコイル５に発生する発電電圧をインバー
タ１６を介して入力し、その電圧波形の最大値となる回
転角を検出し、この回転角とステータコイル５へのステ
ータ電流の通電における位相とが一致するように角度セ
ンサ２０からの検出信号を補正するものである。

第３図は上記エンジンコントロールユニット１７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でクラン
ク角信号（１回転で１回の基準信号）、スタータ信号、
ステータ電流Ｉｓ等を読み込む。そして。ステップＳ３
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に進んでインバータ１６に最大ステータ電流Ｉｓ
を通電して、大きな駆動力をエンジン出力軸２に与えて
クランキング回転を行う。そして、ステップＳ５でクラ
ンキング回転が所定回転以上となって前記角度センサ２
ｏがら基準信号が入力されたか否かを判定し、基準信号
の入力がないＮｏ時にはインバータ１６に出力するステ
ータ電流の位相がずれて電気駆動力が十分に発生してい
ないので、ステップＳ６で位相を徐々にずらせてクラン
キング回転の上昇を待つ。

上記ステップＳ５の判定がＹＥＳとなって、クランキン
グ回転が上昇し角度センサ２０からの基準信号が入力さ
れると、このクランク角信号を基準にＵ、Ｖ、Ｗ各相の
位相を設定してステータ電流Ｉｓを通電するものである
。

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Ｓ８でモードフラグＦが１に
セットされているか否かを判定し、初期は０にリセット
されているのでＮｏ判定によってステップＳ９に進み、
ステータ電流Ｉｓをカットして発電状態とする。そして
、この発電状態において、ステップＳＩＯでステータコ
イル５の例えばＵ相からの発電電圧ＩＳｕの最大値を示
す角度θ′を読み込み、角度センサ２０の信号に基づく
基準角度θとの偏差Δθを求め（Ｓｌｌ）、この偏差Δ
θを記憶しく５Ｌ２）、モードフラグＦを１１；セット
する（　Ｓ　１３）。

上記モードフラグＦのセットにより前記ステップＳ８の
判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１４に進んでステータ
電流Ｉｓの基準位相を前記偏差Δθに基づいて補正し読
み込む。このステータ電流ＩＳの位相は、前記ステップ
Ｓ１０で読み込んだ発電時の最大電圧値の回転角θ′が
電気駆動時も最も効率のよい位相であり、予めセットし
た位相θをステップＳＬ２で記憶した偏差Δθで補正し
て最適位相に修正するものである。また、電流指令とし
ては、エンジンの回転位相に応じて発生するトルク変動
に対し、その増減と対称的に電気駆動（正トルク）と発
電（逆トルク）とを電流の大きさで制御するものであり
、発電時は電気駆動と１８０゜位相が異なり、ステップ
Ｓ１５で出力軸２の回転角に応じて電気駆動か発電かで
位相を選び、ステップ５ｌ１３でステータ電流Ｉｓの位
相および電流の大きさを設定する。そして、ステップＳ
１７で設定されたステータ電流Ｉｓの通電によってトル
ク制御を行うものである。

なお、第４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。

上記のような実施例によれば、始動時にはステータコイ
ル５に位相を徐々にずらせながら大きなステータ電流を
通電し、正トルクをエンジン出力軸２に加えてクランキ
ング駆動し、回転数の上昇に対応して角度センサ２０か
ら基準信号が入力されるとこれに合わせてステータ電流
の位相を設定し、さらにエンジン回転数を上昇させて始
動を行うものである。

エンジンが始動したアイドル回転状態では、通常は発電
と共にトルク制御を行ってエンジン回転変動を抑制する
ものであるが、始動直後の状態においてはトルク制御を
停止して発電のみのモードとし、この発電状態でステー
タコイル５で得られる発電電圧の波形の最大電圧値を示
す回転角を検出する。そして、上記検出が終了すると、
トルク制御を行い、上記検出回転角でステータコイル５
に通電するステータ電流の位相を補正して、精度のよい
角度センサを用いることなく最適状態に設定して効率の
よいトルク制御を行うことができる。

また、エンジン回転数がアイドル状態より上昇すると、
トルク変動による振動発生の問題もなくなることから、
バッテリ電圧に応じた発電（充電）制御を行う。

なお、上記実施例においては、励磁コイル４を固定側に
設置しているが、これを回転側すなわち回転界磁極３と
一体に設けてスリップリングを介して通電するようにし
てもよい。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、電気駆動手段のステータ
コイルおよび励磁コイルへの通電制御によるトルク制御
を行うについて、ステータコイルで発生する発電電圧を
検出し、その最大値を示すエンジン出力軸の回転角を回
転角検出手段で求め、この検出回転角を通電時期設定手
段によってステータコイルへの通電時期として設定する
ようにしたことにより、高価な高精度角度センサを付設
することなくステータコイルへの通電時期を適正に設定
することができ、効率的なトルク制御が行えるものであ
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・
・・・・・回転界磁極、４・・・・・・励磁コイル、５
・・・・・・ステータコイル、Ａ・・・・・・電気駆動
手段、Ｂ・・・・・・トルク制御手段、Ｃ・・・・・・
回転角検出手段、Ｄ・・・・・・通電時期設定手段、１
０・・・・・・無整流子電動機、１５・・・・・・界磁
コントローラ、１６・・・・・・インバータ、１７・・
・・・・エンジンコントロールユニット、２ｏ・・・・
・・角度センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの出力軸に設けられた回転界磁極と、上
   記回転界磁極内方に設けられた励磁コイルと、上記回転
   界磁極外方に設けられ通電時に上記回転界磁極に磁力を
   作用させるステータコイルとからなる電気駆動手段、上
   記ステータコイルに発生する電圧が最大値を示すエンジ
   ン出力軸の回転角を検出する回転角検出手段、上記回転
   角検出手段により検出された回転角を上記電気駆動手段
   のステータコイルへの通電時期として設定する通電時期
   設定手段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。