JPH01267327A - 内燃機関のトルク制御装置 - 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、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と起こす。さらに、このトルク
の変動成分の反作用は、シリンダブロックから内燃機関
を支持する部材やシャシ−にまで伝達され、内燃機関や
内燃機関を搭載している機械（例えば車両）全体の振動
を引き起こす原因となる。従って、内燃機関が発生する
トルクの変動成分の大きさを十分低減させる必要がある
。

このような課題に対して、従来から、前記ねじり振動の
低減のためにはフライホイールの慣性質量を増加するこ
と、内燃機関の振動低減のためには支持部材との共振を
避けるように支持部材の剛性を低下させることが行われ
ている。さらに、トルク変動を直接低減するためには、
特開昭５８−１８５９３８号や特開昭６１−１７１６１
２号等にみられるように、内燃機関が発生するトルクの
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方法が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、フライホイールの回転慣性を増加させることは
回転速度の加減速に対する応答性の悪化をもたらし、ま
た、内燃機関の支持部材の剛性を低下させることは、急
加速時に内燃機関が発生する大ぎな回転トルクの反作用
により、かえって内燃機関を大きく振動させることにな
りかねない。

さらに、前述の逆トルクを発生させる従来提案の方法に
関しては、特開昭５８−１８５９３８号のものはオープ
ンループ制御であるために負荷変化や速度変化等による
トルクの変化に追従できないこと、また、発電動作のみ
によりトルクを吸収する一方の制御であるため、トルク
制御を行うことが内燃機関にかかる負荷を増加させるこ
とになり、負荷の増加に伴いかえって内燃機関が発生す
るトルクの変動成分を増加させることにもなりかねない
こと、また、特開昭６１−１７１６１２号のものは逆ト
ルクの大きさを回転加速度自身に比例させているために
、トルクの変動成分を低減させるのみならず、加減速時
におけるトルクの平均成分の増減をも抑えてしまい、加
減速に対する応答性が低下することなどの問題点があっ
た。

本発明の目的は、このような問題点を解決し、内燃機関
にかかる負荷を増加させることなしに内燃機関のトルク
の変動成分のみ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。

［問題点を解決するための手段〕 本発明は、内燃機関が発生するトルクの変動成分を内燃
機関の主軸の各回転角度において検出する検出手段と、
内燃機関に一体的に取り付けられ内燃機関によって駆動
される発電機と、内燃機関に一体的に取り付けられ内燃
機関を駆動する電動機と、上記発電機が吸収するトルク
及び上記発電機が発生するトルクの一方または双方を制
御する制御手段とを備え、該制御手段により、上記検出
手段が検出した内燃機関が発生するトルクの変動成分が
小さくなるように上記発電機が吸収するトルク及び上記
電動機が発生するトルクの一方または双方を内燃機関の
主軸の各回転角度において変化させ、以て、内燃機関が
発生するトルクの変動成分を低減させるようにしたもの
である。

［作　　　用］ 上述の構成によれば、発電機及び電動機が吸収あるいは
発生するトルクは内燃機関が発生するトルクの変動成分
に対応して制御され、トルクの変動成分が平になるか又
は大幅に低減される。また、発電機でトルクを吸収する
ことと電動機でトルクを付与することとを併用すること
によって、内燃機関にかかる負荷が増加することがなく
、負荷の増加に伴うトルクの変動成分の増加を招くこと
がない。さらに、上記発電機及び電動機は内燃機関に一
体的に取り付けられているので、内燃機関本体に作用す
るトルク反力にも変動成分が現われなくなり、機関本体
の振動も低減する。

［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適用
した場合の本発明のトルク制御装置の第１実施例を第１
図により説明する。内燃機関１は、機関本体２と、クラ
ンク角センサを内蔵したディストリビュータ３と、機関
本体からＶベルト４ａにより駆動され機関本体２と一体
的に取り付けられている発電機の一例たる交流発電機５
と、機関本体を■ベルト４ｂにより駆動し機関本体２と
一体的に取り付けられている電動機の一例たる直流電動
機６とを備えている。

そして、内燃機関１が発生するトルクの変動成分の検出
手段として、機関のクランク軸の回転加速度の変動成分
検出手段を含み該トルクの変動成分を制御する制御回路
が設けられている。その制御回路は、第１図に示すよう
に、ディストリビュータ３内のクランク角センサからの
信号すなわちクランク軸の一定回転角度毎に１パルスず
つ出力されるパルス列の、出力パルス周期を計時してク
ランク軸の各回転角度における回転加速度の変動成分を
演算し、この回転加速度の変動成分を低減するために必
要な交流発電機５が吸収するトルク（交流発電機５の発
電出力）及び直流電動機６が発生するトルク（直流電動
機６への電気入力）を算出した後、交流発電機５及び直
流電動機６が作動するクランク軸の回転角度にタイミン
グを合わせて制御指令を出力するマイクロコンピュータ
７と、この制御指令を受けて交流発電機５の発電出力を
増減させて交流発電機５が吸収するトルクの増減を行う
発電出力制御部８と、上記制御指令を受けて直流電動機
６への電気入力を増減させて直流電動機６が発生するト
ルクの増減を行う電気入力制御部９とより構成されてい
る。

第２図は、内燃機関が発生するトルクの一例として、４
サイクル機関の一つの気筒が発生するガストルクを示し
た図である。、４サイクル機関の１燃焼サイクルすなわ
ち吸入−圧縮一燃焼一排気の４行程はクランク軸の回転
角度に換算して７２０゜に相当し、燃焼行程においては
燃焼ガス圧により非常に大きなトルクの変動が生じてい
る。機関が多気筒機関の場合、例えば４気筒機関の場合
、７２０°／４＝１８０°の角度間隔で第２図と等しい
トルクが４回重ね合わされたものが、機関が１燃焼サイ
クル内に発生するガストルクとなり、そして、このガス
トルクに回転慣性の変動による慣性トルクの変動が加わ
ったものが、実際に機関が発生するトルクとなる（第３
図）。このように、内燃機関が発生するトルクは、機関
の１燃焼サイクル内においてもクランク軸の回転角度に
よって急激かつ複雑に変化する。一方、このトルクの変
動成分を制御によって低減させるためには、内燃機関が
発生するトルクの変動成分を検出し、このトルクの変動
成分を低減させるために必要な交流発電機５が吸収する
トルク及び直流電動機６が発生するトルクの大きさを算
出後、発電出力制御部８あるいは電気入力制御部９によ
り実際に交流発電機５が吸収するトルクあるいは直流電
動機６が発生するトルクを変化させるまでの一連の処理
を行う必要があり、マイクロコンピュータ７の演算速度
等の制限からある程度の処理時間を要する。それ故に、
内燃機関が発生するトルクの変動成分にリアルタイムで
追従して交流発電機５及び直流発電機６のトルクを制御
することは困難である。

しかし、機関の１燃焼サイクルに着目すると、トルクの
変動は機関の１燃焼サイクルを１周期として繰り返され
る周期脈動現象であり、１燃焼サイクル内の同一のクラ
ンク軸の回転角度において内燃機関が発生するトルクを
みれば、その値は各サイクル毎に大きく変化することは
ない。よって、例えば、機関の１燃焼サイクルを制御上
の１サイクルと見做して、１燃焼サイクル前にクランク
軸の各回転角度で検出した内燃機関が発生するトルクの
変動成分と、その値に基づいて算出された制御指令によ
って次サイクル時の各回転角度で交流発電機５及び直流
発電機６のトルクを制御すれば、リアルタイムで制御を
行りたのと同等の効果を挙げることができる。また、機
関が多気筒機関の場合、例えば４気筒機関の場合、各気
筒が発生するトルクがほぼ同一と見做せれば、機関全体
が発生するトルクは１つの気筒が発生するトルクをクラ
ンク軸の回転角度で１８０°ずつ位相をずらして４回皿
ねたものに等しいので、この角度間隔を内燃機関が発生
するトルクの変動成分の１周期すなわち制御上の１周期
と見做して上述の制御を行うことも可能である。

以下に述べの各実施例においては、いずれも、上記のよ
うな制御をするものである。

次に、本発明の前記第１実施例の作用を説明する。

内燃機関１が運転されると、ディストリビュータ３内の
クランク角セン・すからは第４図に示すようなパルス列
が出力される。このとき、内燃機関が発生するトルクの
変動成分によりクランク軸の各回転角度における回転速
度が変動しているため、クランク角センナからの出力パ
ルス周期も変動している。マイクロコンピュータ７は、
一定周期のクロックパルスを発生するクロックジェネレ
ータ７ａと、クロックジェネレータ７ａからのクロック
パルス数をカウントするカウンタ７ｂと、カウンタ７ｂ
が示す値を用いて回転加速度の変動成分を算出し、その
算出値から交流発電機５が吸収するトルク及び直流電動
機６が発生するトルクの大きさの制御指令を算出、出力
するＣＰＵ７ｃと、ＣＰＵ７ｃからのデジタル出力をア
ナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７ｄとで構成される
。

ＣＰＵ７ｃが回転加速度変動Δムを算出する方法を第４
図を用いて説明する。クランク軸の回転角度に対応した
クランク角センサからのに一１番目のパルスとに番目の
パルスの間にカウンタ７ｂがカウントするクロックジェ
ネレータ７ａから出力されるパルス数をＮ、とし、また
クロックジェネレータ７ａが出力するパルスの周期をΔ
Ｔとすると、クランク角センサのに一１番目とに番目の
パルスの間の回転速度ωには、次式で求めることができ
る。

ただし、ＣＩはクランク角センサのパルス間の回転角度
によって決まる定数である。同様にしてクランク角セン
サのに番目とに＋１番目のパルス間の回転速度ωに、ｌ
も次式で求めることができる。

したがって、ｋ番目のパルスに対応するクランク軸の回
転角度における回転加速度＝１は、（１）。

（２）式より の形で求めることができる。

さらに、（３）式で求めたクランク軸の各回転角度にお
ける回転加速度ムに力くら回転加速度変動Δ（ｔｌ　ｋ
を求めるためには次式に示すようにムｋから平均回転加
速度ムｋを引けばよい。

Δムに＝ωに一ωｋ　　　　　　・・・（４）ここで、
平均回転加速度ム、は、例えば、現在位置から過去ｎパ
ルス番目までの回転加速度の重み付は移動平均をとるこ
とにより得ることができる。

ただし、重みの大きさａｌ及び演算に用いるパルスの数
ｎは回転加速度の変化の激しさ等を考慮して適当に決定
することで、実際の平均加速度に近い値を得ることがで
きる。また、アイドリング時のように機関の平均回転速
度がほぼ一定の場合すなわち平均回転加速度がほぼＯに
等しいと見做せる場合には、（４）式においてｃｏｈ＝
ｏとし、回転加速度＝ｉをそのまま回転加速度の変動成
分Δ＝１１として扱うことができる。第５図、第６図、
第７図は、それぞれ、一定の平均加速度に回転加速度の
変動成分が加えられた場合の、クランク軸の回転速度、
回転加速度、回転加速度の変動成分の様子を、横軸に時
間をとって示した図である。

さらに、ＣＰＵ７ｃは以上で求めたクランク軸の各回転
角度における回転加速度変動Δムｋをもとに、交流発電
機５が吸収するトルク及び直流電動機６が発生するトル
クの制御指令を算出し、このデジタル信号をクランク軸
の回転角度を合わせてＤ／Ａ変換器７ｄに出力する。制
御指令の算出法として、例えば以下に述べる方法がある
。ｋ番目のパルスにおける交流発電機５の吸収トルクの
制御指令値Ｔ（Ｉｋの新たな値及び直流発電機６の発生
トルクの制御指令値ＴＭｋの新たな値を、現在のこれら
制御指令値の値に回転加速度変動ΔＱｋに制御ゲインに
＋　、に２　　（Ｋｌ　＞Ｏ，に２　＞Ｏ）を乗じたも
のを加えて、それぞれ、 Ｔａｋ＝Ｔａｋ＋に１　、　Ａｃｏｍ　　　　＋　ｊ　
６　（６）（但しＴ。ｋ〉０のときはＴ。ｋ＝ｏとする
。）ＴＭｋ＝Ｔ工に−に、、Δるｋ　　　・・・（７）
（但しＴＭｂ＜０のときはＴＭｋ＝ｏとする。）のよう
に算出する。ここに、（６）式、（７）式において、左
辺のＴ。ｋ、　Ｔ■は新たな制御指令値、右辺のＴＯｋ
ｒ　ＴＭｋは現在の制御指令値を表わしいる。また上記
の括弧書き中のＴ。ｋ＋ＴＭＫは新たな制御指令値につ
いてのことである。

（６）式、（７）式においてはトルクの符号は、吸収す
るときを＋、発生するときを−にとっである。よって、
交流発電機５はトルクを発生しないので、（６）式の括
弧書きのように、ＴａｋｏｏのときにはＴ、に＝０とし
、同様に、直流電動機６はトルクを吸収しないので（７
）式の括弧書きのように、”ｒ、、、＜ｏのときには１
Ｍｋ＝０としである。

（６）式、（７）式によれば、回転加速度変動Δムｋが
正、つまりトルクの変動成分が正でトルクが余っている
ときには、交流発電機５が吸収するトルクＴＧｋをに１
．Δムにだけ増大させるとともに直流電動機６が発生す
るトルクＴＭｋをに２゜Δム、だけ減少させることによ
って、トルクの正なる変動成分を小さくしようとする。

逆に、回転加速度変動ΔｃＬ１が負、つまりトルクの変
動成分が負でトルクが不足しているときには、交流発電
機５が吸収するトルクＴＧｋをＫ１．Δ＝にだけ減少さ
せるとともに直流発電機６が発生するトルクＴＭｋをに
３．Δ°ωにだけ増大させることによって、トルクの負
なる変動成分を小さくしようとする。また、回転加速度
変動が０のときは、トルクの変動成分がＯであるので、
現在の制御指令値がそのまま新たな制御指令値となるの
で、確実にトルクの変動成分を低減させることができる
。

Ｄ／Ａ変換器７ｄはこの制御指令をアナログ信号に変換
して、発電出力制御部８及び電気入力制御部９に出力す
る。

発電出力制御部８は、Ｄ／Ａ変換器７ｄからのアナログ
信号の大きさに合わせて、交流発電機５が吸収するトル
クを大きくするときには、バッテリ１０と交流発電機５
の間を流れる交流発電機５への界磁電流及び交流発電機
５からの出力電流のうちの一方、あるいは両方ガ大きさ
を大きくし、逆に、交流発電機５が吸・収するトルクを
小さくするときには、上記界磁電流及び出力電流のうち
の一方、あるいは両方の大きさを小さくして交流発電機
５が吸収するトルクの大きさを制御する。

電気入力制御部９は、Ｄ／Ａ変換器７ｄからのアナログ
信号の大きさに合わせて、直流電動機６が発生するトル
クを大きくするときには、バッテリ１０から直流電動機
６に流れる電機子電流の大きさを大きくし、逆に、直流
電動機６が発生するトルクを小さくするときには、上記
電機子電流の大きさを小さくして直流電動機６が発生す
るトルクの大きさを制御する。

したがって、上述の制御によると、加減速の悪化を招く
ことなしに内燃機関が発生するトルクの変動成分が低減
し、ねじり振動の発生を防ぐことができるとともに、ま
た、内燃機関本体２と一体に取り付けられている交流発
電機５及び直流電動機６が吸収あるいは発生するトルク
を制御することによりトルクの変動成分を低減している
ことから、内燃機関本体２に作用するトルク反力の変動
成分も低減して機関本体２の振動、さらには、そこから
伝わる車両全体の振動も大幅に低減させることができる
。

第８図はこの動作の説明図であり、４サイクル機関の１
燃焼サイクルに亘ってトルク制御の様子を示した図であ
る。第８図で、（ａ）はトルク制御を行わないときに内
燃機関が発生するトルク、（ｂ）はトルク制御を行った
ときに交流発電機５が吸収するトルク及び直流電動機６
が発生するトルク、（Ｃ）は（ｂ）に示すトルク制御を
行ったときに内燃機関が発生するトルクを示している。

また、一般に内燃機関は第１８図に示すように負荷が大
きいほど機関が発生するトルクの変動成分が大きくなる
特性があるが、上記の制御ににおいて第８図（ｂ）で交
流発電機５が吸収するトルクの総和（＝平均値）と直流
電動機６が発生するトルクの総和（＝平均値）が等しく
なるように制御を行えば、内燃機関にかかる負荷は増大
しないので、第１８図の特性から判るように、内燃機関
が発生するトルクの変動成分の増加を招くことなしに、
制御によりトルクの変動成分のみを低減することができ
る。

第９図は、内燃機関が発生するトルクの変動成分が正で
あるクランク軸の回転角度においては交流発電機が吸収
するトルクを大きくし、トルクの変動成分が負であるク
ランク軸の回転角度においては交流発電機が吸収するト
ルクを小さくし、かつ、直流発電動機が発生するトルク
はクランク軸のすべての回転角度において等しくなるよ
うに制御をした場合の動作の説明図であって、４サイク
ル機関の１燃焼サイクルに亘ってトルク制御の様子を示
した図である。第８図と同様に、（ａ）はトルク制御を
行わないときに内燃機関が発生するトルク、（ｂ）はト
ルク制御を行ったときに交流発電機５が吸収するトルク
及び直流電動機６が発生するトルク、（Ｃ）は（ｂ）に
示すトルク制御を行ったときに内燃機関が発生するトル
クを示している。

第９図の場合は、交流発電機が吸収するトルクの大きさ
のみを制御することによフてトルクの変動成分を低減さ
せるものである。このとき、交流発電機が吸収可能なト
ルクの大きさはその発電容量によって限界があるため、
発電容量が小さな交流発電機を用いて制御を行う場合に
は内燃機関が発生するトルクの変動成分をすべて取り除
くことはできない。しかし、（ｂ）で交流発電機５が吸
収するトルクの平均値と直流電動８１６が発生するトル
クの大きさが等しくなるように制御を行えば、内燃機関
にかかる負荷は増大しないので、制御を行わない場合に
比べて、第１８図の特性から判るように、内燃機関が発
生するトルクの変動成分の増加を招くことなしに、制御
によりトルクの変動成分のみを低減できることに変わり
はない。

第１０図は、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負
であるクランク軸の回転角度においては直流型１ＩＩＩ
機が発生するトルクを大きくし、トルクの変動成分が正
であるクランク軸の回転角度においては直流電動機が発
生するトルクを小さくし、かつ、交流発電機が吸収する
トルクはクランク軸のすべての回転角度において等しく
なるように制御をした場合の動作の説明−であって、４
サイクル機関の１燃焼サイクル・に亘ってトルク制御の
様子を示した図である。第８図、第９図と同様に、第１
０図の（ａ）はトルク制御を行わないときに内燃機関が
発生するトルク、（ｂ）はトルク制御を行ったときに交
流発電機５が吸収するトルク及び直流電動機６が発生す
るトルク、（Ｃ）は（ｂ）に示すトルク制御を行ったと
きに内燃機関が発生するトルクを示している。第１０図
の場合は第９図の場合とは逆に、直流電動機６が発生す
るトルクの大きさのみを制御することによってトルクの
変動成分を低減させるものである。このときも、直流電
動機６が発生可能なトルクの大きさはその出力容量によ
って限界があるため、出力容量が小さな直流電動機６を
用いて制御を行う場合には内燃機関が発生するトルクの
変動成分をすべて取り除くことはできない、しかし、（
ｂ）で直流電動機６が発生するトルクの平均値と交流発
電機５が吸収するトルクの大きさが等しくなるように制
御を行えば、内燃機関にかかる負荷は増大しないので、
第９図の場合と同様に、制御を行わない場合に比べて°
、第１８図の特性から判るように、内燃機関が発生する
トルクの変動成分の増加を招くことなしに、制御により
トルクの変動成分のみを低減できることに変わりはない
。

第１１図は、直流電動機６の電機子電流に対する発生ト
ルクの特性の一例を示した図である。直流電動機６が発
生するトルクの大きさは電機子電流の大きさにほぼ比例
する。また、第１２図は、直流電動機６を定電圧駆動し
た場合の、回転速度に対する発生トルクの特性の一例を
示した図である。直流電動機６の電機子に誘起される逆
起電圧の大きさは回転速度に比例する。一方、定電圧駆
動をした場合に電機子に電流を流し込むために有効に使
われる電圧の大きさは駆動電圧（一定）から逆起電圧を
引いたものに等しいので、回転速度が上昇するのに伴っ
て電機子電流つまり発生トルクは直接的に下降し、第１
２図に示したように、発生トルクは回転速度に対して垂
下特性を示す。

いま、内燃機関が発生するトルクが変動しており、それ
に伴って回転速度が変動している状態で直流電動機６を
定電圧駆動したとすると、直流電動機６が発生するトル
クは、第１２図に示したように回転速度変動に伴って変
動する。この発生トルクの変動は、上述のごとく回転速
度が上昇したとき（内燃機関が発生するトルクが大きい
とき）に小さく、また、回転速度が下降したとき（内燃
機関が発生するトルクが小さいとき）に大きくなる。つ
まり直流電動機６を定電圧駆動することにより、直流電
動機６は自動的にその発生トルクを、回転速度を一定に
保つように調節する。よって、直流電動機６の駆動電圧
の大きさを、直流電動機６が発生するトルクの平均値が
第９図に示した直流電動機６の発生トルクの大きさと等
しくなるように設定して定電圧駆動することにより、第
９図の場合に比べて内燃機関が発生するトルクの変動成
分をより一層低減することができる。

第１３図は、車両に装備された電気負荷を用いたために
バッテリの充電量が減少してしまい、交流発電機５によ
ってバッテリを充電する必要が生じた場合に、交流発電
機５にトルク制御をかけながら発電を行わせる場合の動
作の説明図である。

他方、第１４図は、本発明に係るものではなく第１３図
との比較のための図であり、第１３図と同様にバッテリ
を充電する必要が生じた場合に、トルク制御を行わずに
交流発電機５に一定の割合で発電を行わせる場合の動作
の説明図である。

第１３図、第１４図のような場合には、直流電動機６か
らもトルクを発生させて制御を行おうとすると、交流発
電機５が発電した電力を直流電動機６が消費してしまう
ことになり、バッテリには充電されないことになりかね
ない。従って、このような場合には、直流電動機６から
はトルクを発生させずに交流発電機５のみでトルクの制
御をせざるを得ない。第１４図の場合、交流発電機５が
発電を行うこと、つまり、トルクを吸収することによっ
て内燃機関にかかる負荷が増大するため、第１８図に示
した内燃機関の発生トルクの特性により、内燃機関が発
生するトルクの変動成分はより一層増加し、しかも、交
流発電機５が吸収するトルクは制御を行わずに常に一定
に保たれているためにトルクの変動成分を低減させる効
果はない。

よって、第１４図の場合には、内燃機関が発生するトル
クの変動成分をより一層増大させてしまい、その増大幅
は、交流発電機５が吸収するトルクの大きさ、つまり発
電量に比例して増加する。

これに対して、第１３図では、交流発電機５の発電量の
平均値を第１４図における一定発電量と等しくした、つ
まり、交流発電機５が吸収するトルクの平均値を第１４
図における一定の吸収トルクと等しくした条件下で、交
流発電機５が吸収するトルクを制御している。第１４図
の場合と同様に、交流発電機５が発電を行うこと、つま
り、トルクを吸収することによって内燃機関にかかる負
荷が増大して、内燃機関が発生するトルクの変動成分は
より一層増加する。またこのとき、吸収トルクの平均値
が等しいので内燃機関が発生するトルクの変動成分の増
加幅は第１４図の場合に等しい。しかし第１３図の場合
は、内燃機関が発生するトルクの変動成分に合わせて交
流発電機５が吸収するトルクの大きさを制御しているの
で、内燃機関にかかる負荷が無負荷の場合に比べればト
ルクの変動成分の大きさが増大するものの、第１４図の
場合に比べればトルクの変動成分の大ぎさは減少させる
ことができる。つまり、トルク制御を行うことにより、
内燃機関が発生するトルクの変動成分の大きさをあまり
増大させることなしに交流発電機５により発電を行うこ
とができる。

第１５図は、バッテリの充電量が充分であってそれ以上
の充電は必要でなく、むしろバッテリの電力を消費する
ことが必要な場合に、直流発電機６にトルク制御をかけ
ながらバッテリの電力を消費させる場合の動作の説明図
である。他方、第１６図は、本発明に係るものではなく
第１５図との比較のための図であり、第１５図の場合と
同様にバッテリの電力を消費する必要が生じた場合に、
その電力をトルク制御を行わずに直流電動機６に一定の
割合で消費させる場合の動作の説明図である。第１５図
、第１６図のような場合には、交流発電機５にもトルク
を吸収させて制御を行おうとすると、交流発電機５が発
電することになり、さらにバッテリ充電することになり
かねない。従って、このような場合には、交流発電機５
にはトルクを吸収させずに直流電動機６のみでトルクの
制御をせざるを得ない。第１６図の場合、直流電動機６
がトルクを発生することによフて内燃機関にかかる負荷
が軽減するため、第１８図に示した内燃機関の発生トル
クの特性により、内燃機関が発生するトルクの変動成分
は減少するが１．シかし、直流電動機６が発生するトル
クは制御を行わずに常に一定に保たれているためにそれ
以上トルクの変動成分を低減させる効果はない。これに
対して、第１５図では、直流電動機６が発生するトルク
の平均値を、第１６図の場合に直流電動機６が発生する
一定トルクの大ぎさと等しくした条件下で、直流電動機
６が発生するトルクを制御している。第１６図の場合と
同様に、直流電動ａ！６がトルクを発生することによっ
て内燃機関にかかる負荷が軽減して、内燃機関が発生す
るトルクの変動成分は低減する。またこのとき、発生ト
ルクの平均値が上記の如く等しいので内燃機関が発生す
るトルクの変動成分の低減幅は第１６図の場合に等しい
。しかし第１５図の場合は、内燃機関が発生するトルク
の変動成分に合わせて直流電動機６が発生するトルクの
大きさを制御しているので、第１６図の場合に比べると
内燃機関が発生するトルクの変動成分の大きさをより一
層減少させることができる。

第１７図（ａ）は、以上に記した種々の制御（これを第
１７図（ｂ）に表として示す）について、内燃機関にか
かる負荷とそのときに内燃機関が発生するトルクの変動
成分との関係を示した図である。交流発電機５が吸収す
るトルクを大きくすると内燃機関にかかる負荷は増大し
、直流電動機６が発生するトルクを大きくすると内燃機
関にかかる負荷は減少する。ただし、交流発電機５が吸
収することができるトルクの最大値は、交流発電機５の
発電容量によってその限界が規定され、また、直流電動
機６が発生することができるトルクの最大値は、直流電
動機の出力容量によってその限界が規定されることは前
述の通りである。

第１７図から明らかなように、内燃機関が発生するトル
クの変動成分の大きさを最も小さくすることができるの
は、交流発電機５が吸収するトルク及び直流電動機６が
発生するトルクの両方を制御する場合（第１７図の■の
場合）である。また、これよりも制御効果は少なくなる
ものの、制御を容易にするために、交流発電機５が吸収
するトルクあるいは直流電動機６が発生するトルクのう
ちの一方のみを制御し、他方が吸収あるいは発生するト
ルクは一定に保つことも可能である。さらには、前述の
通り、バッテリの充電状態によりては、交流発電機５あ
るいは直流電動機６のどちらか一方のみを駆動してトル
クの制御を行うことも可能である。

第１９図は、本発明のトルク制御装置の第２実施例を表
した図である。同図は内燃機関の正面図を示したもので
、内燃機関１が発生するトルクの変動成分の検出手段と
して、機関本体２のクランク軸中心線を通る水平線上で
クランク軸から等距離の位置に鉛直方向振動加速度を検
出する加速度ピックアップｔｏ、ｉｔがそれぞれ機関本
体２に取り付けられている。これらの加速度ピックアッ
プ１０．１１の出力信号は、プリアンプ１２゜１３によ
って増幅された後、差動アンプ１４により該２つの信号
の差のみが増幅される。これによって、機関本体２の鉛
直方向の振動成分は打消され、内燃機関１が発生するト
ルクの反力の変動成分を表す回転方向振動加速度のみが
得られる。

この回転方向振動加速度信号を基にマイクロコンピュー
タ７内のＣＰＵ７ｃが内燃機関が発生しているトルクの
変動成分を算出し、このトルクの変動成分の大きさが小
さくなるように交流発電機５が吸収するトルク及び直流
電動機６が発生するトルクを制御することは、第１実施
例で説明したのと同様である。

第２０図は、本発明の第３実施例を表した図である。同
図は内燃機関の正面図を示したもので、内燃機関１が発
生するトルクの変動成分の検出手段として、機関本体２
を支持する支持部（図示せず）と機関本体２の取付は部
２ａ、２ｂとの間に少なくとも２個の圧電形荷重検出器
１５．１６が設けられており、クランク軸の中心線に対
して対称な位置に装着されている。そして、これらの荷
重変換器１５．１６の出力信号は、第１９図に示した第
２実施例の場合と同様に、プリアンプ１２．１３を経て
差動アンプ１４により内燃機関が発生するトルクの反力
の変動成分に比例する成分のみが抽出され、以下、この
検出された信号を基にマイクロコンピュータ７内のＣＰ
ＩＪ７ｃが内燃機関が発生しているトルクの変動成分を
算出し、このトルクの変動成分の大きさが小さくなるよ
うに交流発電機５が吸収するトルク及び直流電動機６が
発生するトルクを制御することは、第１実施例、第２実
施例で説明したのと同様である。

なお、第２実施例及び第３実施例における加速度ピック
アップ１０．ｉｔ及び荷重検出器１５゜１６の取付は位
置は、必ずしもクランク軸の中心に対して対称な位置に
限定されるものではなく、プリアンプ１２．１３の増幅
率の選定等によって適宜に選ぶことができる。

［発明の効果］ 上述の通り、本発明によれば、内燃機関が発生するトル
クの変動成分を検出し、このトルクの変動成分を低減さ
せるように内燃機関に一体的に取り付けられた発電機及
び電動機が吸収あるいは発生するトルクが制御されるの
で、加減速の応答性の悪化や内燃機関にかかる負荷の増
加によるトルクの変動成分の増加を招くことなしに、ト
ルクの変動成分を低減させることができるとともに、内
燃機関本体に作用するトルク反力にも変動成分が現われ
なくなり、機関本体の振動も低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である内燃機関のトルク制
御装置の構成図、第２図、第３図は内燃機関が発生する
トルク波形の例を示した図、第４図は制御回路内で回転
加速度を算出する方法を示した図、第５図から第７図は
内燃機関の回転速度、回転加速度、回転加速度変動の例
を示した図、第８図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）　、第９図
（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および第１０図（ａ）
　、　（ｂ）　、　（ｃ）は交流発電機及び直流電動機
の両方を用いて夫々異なる態様のトルク制御を行った時
の各トルク波形の例を示した図、第１１図、第１２図は
直流電動機の特性の一例を示した図、第１３図は交流発
電機のみをトルク制御したときのトルク波形の一例を示
した図、第１４図は比較例として交流発電機で一定の大
きさのトルクを吸収したときのトルク波形の一例を示し
た図、第１５図は直流電動機のみをトルク制御した時の
トルク波形の一例を示した図、第１６図は比較例として
直流電動機に一定の大きさのトルクを発生させた時のト
ルク波形の一例を示した図、第１７図（ａ）　、　（ｂ
）は、夫々、トルク制御の種類別の制御効果を比較した
図およびトルク制御の種類をまとめて示した図、第１８
図（ａ）　、　（ｂ）は内燃機関が発生するトルクの特
性の一例を示した図、第１９図は本発明の第２実施例で
ある内燃機関のトルク制御装置の構成図、第２０図は本
発明の第３実施例である内燃機関のトルク制御装置の構
成図である。 符号の説明 １・・・内燃機関、　　　　　２・・・機関本体、３・
・・ディストリビュータ、 ５・・・発電機の一例たる交流発電機、６・・・電動機
の一例たる直流電動機、７・・・マイクロコンピュータ
、 １０．１１・・・加速度ピックアップ、１２．１３・・
・プリアンプ、　　　１４・・・差動アンプ、１５．１
６・・・荷重検出器。 第１図 ′／　マイクロコ）ビュ７夕 クランク軸回転角度 第３図 タランタ軸回転角度 ： 回転加速度　　　　　　　ω是 時間 第８図 第９図 １燃焼サイクル（４サイタル機ｌ） 第１０図 ↑ ｊ燃焼サイタル（４サイタル機関） 第１１図 第１２図 ０　　　　　ロ転速度 第１３図 １燃焼サイクル（４サイタル機関） 第１４図 第１５図 １燃達サイタル（４サイク１１／機関）第１６図 θランタ軸凹転角濱 １燃焼サイクルＣ４サイクＪＬ７４洩閲）第１８図 Ｕ　　　　　　　　　刊ビ史につ）かう負荷１０、ＩＩ
　　力ロ遠度ピ・ソファ・ンフ。 ７２、＋３　　プリフンフ。 ＋４　差動アリプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関が発生するトルクの変動成分を内燃機関の
   主軸の各回転角度において検出する検出手段と、内燃機
   関に一体的に取り付けられ内燃機関によって駆動される
   発電機と、内燃機関に一体的に取り付けられ内燃機関を
   駆動する電動機と、上記検出手段の検出出力に基づいて
   上記発電機が吸収するトルク及び上記発電機が発生する
   トルクの一方または双方を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、上記検出手段が検出した内燃機関が発生
   するトルクの変動成分が小さくなるように上記発電機が
   吸収するトルク及び上記電動機が発生するトルクの一方
   または双方を内燃機関の主軸の各回転角度において変化
   させ、以て、内燃機関が発生するトルクの変動成分を低
   減させるようにしたことを特徴とする内燃機関のトルク
   制御装置。 ２　前記制御手段は、内燃機関が発生するトルクの変動
   成分が正である内燃機関の主軸の回転角度においては発
   電機の発電出力を増大させて発電機が吸収するトルクを
   大きくし、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負で
   ある内燃機関の主軸の回転角度においては発電機の発電
   出力を減少させて発電機が吸収するトルクを小さくする
   ように、かつ、内燃機関が発生するトルクの変動成分が
   正である内燃機関の主軸の回転角度においては電動機へ
   の電気入力を減少させて電動機が発生するトルクを小さ
   くし、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負である
   内燃機関の主軸の回転角度においては電動機への電気入
   力を増大させて電動機が発生するトルクを大きくするよ
   うに制御動作する請求項１記載の内燃機関のトルク制御
   装置。 ３　前記制御手段は、内燃機関が発生するトルクの変動
   成分が正である内燃機関の主軸の回転角度においては発
   電機の発電出力を増大させて発電機が吸収するトルクを
   大きくし、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負で
   ある内燃機関の主軸の回転角度においては発電機の発電
   出力を減少させて発電機が吸収するトルクを小さくする
   ように、かつ、内燃機関の主軸の各回転角度において前
   記電動機への電気入力を等しくして電動機が発生するト
   ルクを一定にするように制御動作する請求項１記載の内
   燃機関のトルク制御装置。 ４　前記制御手段は、内燃機関が発生するトルクの変動
   成分が正である内燃機関の主軸の回転角度においては電
   動機への電気入力を減少させて電動機が発生するトルク
   を小さくし、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負
   である内燃機関の主軸の回転角度においては電動機への
   電気入力を増大させて電動機が発生するトルクを大きく
   するように、かつ、内燃機関の主軸の各回転角度におい
   て前記発電機の発電出力を等しくして発電機が吸収する
   トルクを一定にするように制御動作する請求項１記載の
   内燃機関のトルク制御装置。 ５　電動機が直流電動機であり、前記制御手段は、該直
   流電動機への印加電圧を内燃機関の主軸のすべての回転
   角度において一定にし、かつ、内燃機関が発生するトル
   クの変動成分が正である内燃機関の主軸の回転角度にお
   いては発電機の発電出力を増大させて発電機が吸収する
   トルクを大きくし、内燃機関が発生するトルクの変動成
   分が負である内燃機関の主軸の回転角度においては発電
   機の発電出力を減少させて発電機が吸収するトルクを小
   さくするように制御動作する請求項１記載の内燃機関の
   トルク制御装置。 ６　前記電動機への電気入力は前記発電機の発電出力で
   充電されるバッテリから供給されるようになっており、
   前記制御手段は、該バッテリを充電することが必要な場
   合には、内燃機関が発生するトルクの変動成分が正であ
   る内燃機関の主軸の回転角度においては発電機の発電出
   力を増大させて発電機が吸収するトルクを大きくし、内
   燃機関が発生するトルクの変動成分が負である内燃機関
   の主軸の回転角度においては発電機の発電出力を減少さ
   せて発電機が吸収するトルクを小さくするように、かつ
   、内燃機関の主軸の各回転角度において電動機への電気
   入力を零にして電動機が発生するトルクを零するように
   制御動作し、逆に、バッテリの電力を消費することが必
   要な場合には、内燃機関が発生するトルクの変動成分が
   正である内燃機関の主軸の回転角度においては電動機へ
   の電気入力を減少させて電動機が発生するトルクを小さ
   くし、内燃機関が発生するトルクの変動成分が負である
   内燃機関の主軸の回転角度においては電動機への電気入
   力を増大させて電動機が発生するトルクを大きくするよ
   うに、かつ、内燃機関の主軸の各回転角度において発電
   機の発電出力を零にして発電機が吸収するトルクを零に
   するように制御動作する請求項１記載の内燃機関のトル
   ク制御装置。 ７　前記制御手段は、内燃機関の１燃焼サイクル（内燃
   機関の主軸の回転角度に換算すると、４サイクル機関の
   場合７２０°、２サイクル機関の場合３６０°）を制御
   上の１サイクルとして、該１サイクル内の内燃機関の主
   軸の各回転角度において、発電機が吸収するトルクまた
   は電動機が発生するトルクを制御する請求項１ないし６
   のいずれかに記載の内燃機関のトルク制御装置。 ８　内燃機関が多気筒機関であり、且つ、各気筒がそれ
   ぞれの１燃焼サイクル内に発生するトルクの波形が等し
   く、かつ、各気筒が一定の角度間隔をもって配置されて
   いる場合は、この各気筒間の角度差（内燃機関の主軸の
   回転角度に換算すると、４サイクル機関の場合７２０°
   、２サイクル機関の場合３６０°を、気筒数で除した値
   ）を前記制御手段の制御上の１サイクルとする請求項７
   に記載の内燃機関のトルク制御装置。 ９　前記制御手段は、制御上の１サイクルにおける内燃
   機関の主軸の各回転角度において発電機が吸収するトル
   クまたは電動機が発生するトルクを、該トルクがその現
   在の値に最も新しく得られた各回転角度における内燃機
   関が発生するトルクの変動成分の大きさに制御ゲインを
   乗じて得た値を加えて得られる値になるように修正しな
   がら制御する請求項７または８に記載の内燃機関のトル
   ク制御装置。 １０　前記検出手段が、内燃機関が発生するトルクの変
   動成分を内燃機関の主軸の回転加速度の変動成分として
   検出する請求項１ないし９のいずれかに記載の内燃機関
   のトルク制御装置。 １１　前記検出手段が、内燃機関が発生するトルクの変
   動成分を内燃機関本体の主軸回りの回転方向振動加速度
   として検出する請求項１ないし９のいずれかに記載の内
   燃機関のトルク制御装置。 １２　前記検出手段が、内燃機関が発生するトルクの変
   動成分を内燃機関本体を支持する支持部のうち少なくと
   も２個所に設けた荷重変換器により検出されるトルク反
   力として検出する請求項１ないし９のいずれかに記載の
   内燃機関のトルク制御装置。