JPH025742A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、内燃機関の出力トルクを負荷に伝達する駆動
軸に捩れ振動が発生するのを防止する内燃機関のトルク
制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃機関を動力源とし、その動力を駆動軸を
介して負荷に伝達する自動車等の駆動系では、内燃機関
を急加速して出力トルクを急上昇させると、駆動軸に捩
れ振動が発生することが知られている。そしてこの捩れ
振動が発生すると負荷を安定して駆動できず、自動車に
おいては車体振動となって乗り心地が悪化する。

そこで従来では、駆動軸の捩れ振動を防止する装置とし
て、特開昭６０−２６１３１号公報に記載の如く、駆動
軸の捩れ振動を検出し、その検出された振動量が所定値
以上となったときに、その振動量の変化率に応じて内燃
機関の出力トルクを制御し、駆動軸の捩り振動を内燃機
関の回転変動によって相殺させる装置が考えられている
。

［発明が解決しようとする課題］ この種の装置によれは駆動軸の捩れ振動を内燃機関のト
ルク制御によって抑制でき、駆動輪等の負荷の回転変動
を抑制することができるようになるのであるが、従来で
は、駆動軸に大きな捩れ振動が発生した後、その振動を
相殺するように内燃機関の出力トルクを制御するため、
駆動軸に発生する捩れ振動を完全に防止することはでき
ず、従って負荷側での振動も完全には防止できなかった
。

そこで本発明は、駆動軸に捩れ振動が発生することのな
いよう、捩れ振動発生前に内燃機関の出力トルクを最適
に制御することのできる内燃機関の制′！８装置を提供
することを目的としてなされた。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明の構成は、
第１図に例示する如く、 内燃機関Ｍ１の出力トルクを負荷Ｍ２に伝達する駆動軸
Ｍ３の一部に設けられ、該駆動軸Ｍ３の捩れ角θを検出
する検出手段Ｍ４と、 該検出された捩れ角θの時間当りの変化量（即ち駆動軸
Ｍ３の捩れ速度）ｂを算出する変化量算出手段Ｍ５と、 該変化量算出手段Ｍ５の算出拮果汐に、内燃機関Ｍ１の
回転部分の慣性モーメン）Ｊｌ、負荷Ｍ２の等価慣性モ
ーメン）Ｊｌ、及び駆動軸Ｍ３のばね定数Ｋに基づき予
め設定された定数りを乗じ、内燃機関Ｍ１の出力トルク
の補正量ΔＴｂを算出する補正量算出手段Ｍ６と、 該補正量算出手段Ｍ６の算出結果に基づき内燃機関Ｍ１
の出力トルクを制御する制御手段Ｍ７と、を備えたこと
を特徴とする内燃機関のトルク制御装置を要旨としてい
る。

［作用コ このように構成された本発明の内燃機関のトルク制御装
置では、まず検出手段Ｍ４が駆動軸Ｍ３の捩れ角θを検
出し、変化量算出手段Ｍ５がその検出された捩れ角θの
変化率（即ち駆動軸Ｍ３の捩れ速度）汐を算出する。す
ると補正量算出手段Ｍ６がその算出された駆動軸Ｍ３の
捩れ速度汐に予め設定された定数りを乗じて内燃機関Ｍ
１の出力トルクの補正量△Ｔｂを算出し、制御手段Ｍ７
がその算出された補正量ΔＴｂで内燃機関Ｍ１の出力ト
ルクを制御する。

このような本発明の制御装置は、内燃機関Ｍ１から負荷
Ｍ２までの動力伝達系における運動方程式に基づき設計
されたものである。そこで以下にこうした制御装置の設
計方法について説明する。

まず本発明のように内燃機関Ｍ１の出力トルクを駆動軸
Ｍ３を介して負荷Ｍ２に伝達する動力伝達系は、第２図
（Ａ）に示す如く、内燃機関Ｍ１の回転部分の慣性モー
メン）Ｊｌと負荷Ｍ２の等価慣性モーメン）Ｊｌとを、
駆動軸Ｍ３のばね定数■（で連結した系として考えるこ
とができる。

このような動力伝達系において、内燃機関Ｍ１の出力は
内燃機関Ｍ１の慣性モーメン）Ｊｌを加速し、駆動軸Ｍ
３に捩り歪を発生させる。従って内燃機関Ｍ１の出力ト
ルクＴは、内燃機関Ｍｌの回転変位を０１、負荷Ｍ２の
回転変位を０２とし、内燃機関Ｍ１の回転加速度をｂｌ
とすると、次式（１）の如く記述できる。

Ｔ＝Ｊ１・δ１十Ｋ（θ１−０２） ＝Ｊ１φδ１＋に◆θ　　　　　　　・・・（１）（θ
：駆動軸Ｍ３の捩れ角） また負荷Ｍ２は駆動軸Ｍ３の捩れによって加速されるの
で、負荷Ｍ２の回転加速度をδ２とすると、負荷Ｍ２の
回転トルクは次式（２）の如く記述できる。

Ｊｌ・ｂ２＝Ｋ（θ１−０２）二Ｋ・θ　・・・（２）
次に上記各式（１）及び（２）に夫々Ｊ２．Ｊｌを乗じ
、Ｊｌ・Ｔ＝Ｊ１・Ｊｌ・δ１＋Ｊ２・Ｋ◆θ　・・・
（１）′Ｊ　１◆　Ｊ　２争＃　２＝　　Ｊ　　ｌ−Ｋ
　・θ　　　　　　　　　　　　　・・・（２）′これ
ら両式をまとめると、 Ｊ２◆Ｔ−に◆θ奉Ｊ１ ＝Ｊ１◆Ｊ２（δ１−δ２）十Ｋ・θ・Ｊ２＝Ｊ１−Ｊ
ｌ・ｉ＋Ｋ・θ・Ｊｌ （δ：駆動軸Ｍ３の捩れ加速度） Ｔ／Ｊ１＝δ＋θ・Ｋ　（（Ｊ　Ｉ＋　Ｊｌ”）／Ｊ　
１・Ｊｌ）＝ｂ十〇・Ｋ／Ａ　　　　　・・−（３）（
Ａ＝　Ｊ　１・Ｊ　２／（Ｊ　ｌ＋　Ｊｌ））となり第
２図（Ａ）に示す動力伝達系の運動方程式が定まる。そ
してこの運動方程式（３）で記述された系は、第２図（
Ｂ）の−軽鎖線内のブロック線図で表わすことができる
。

このような動力伝達系は、次式（４）の如き固有振動数
ｆを持ち、不快な振動（これが駆動軸Ｍ３の捩り振動と
なる）を発生させる。

ｆ＝ω／２π＝ｆπ７Ｎ／２π　　　　・・・（４）一
方このような振動が発生する系を安定させる最も簡単な
方法として、従来より、次式（５）の如く汐（駆動軸Ｍ
３の捩れ速度）の負帰還をかける方法が知られている。

Ｔ／Ｊ１＝υ＋２・ａ　Ｆ［Ｔ＋Ｋ・θ／Ａ・・・（５
）従って次式（６）の如く、内燃機関Ｍ１の出力トルク
Ｔを上記汐の項で直接補正すれば、系が安定する。

Ｔ−Ｊ　１・２・汐ｆ下アＮ ＝Ｊ１・υ＋Ｊ１・Ｋ・θ／Ａ　　　・・・（６）そこ
で本発明では、第２図（Ｂ）に示す如く駆動軸Ｍ３の捩
れ速度汐に定数りを乗じて内燃機関Ｍ１の出力トルクの
補正量△Ｔｂを求め、Ｄ＝２・Ｊｌｖ’下７Ｎ ＝２◆Ｊ１　＋令 ＝２　　　・　１　　１＋Ｊ２／Ｊ２　　−・・（７）
この補正量△Ｔｂの分だけ内燃機関Ｍ１の出力トルクＴ
を減少させ、動力伝達系に人力される内燃機関Ｍ１の出
力トルクをＴ’　　（＝Ｔ−Ｄ−汐）とすることによっ
て、駆動軸Ｍ３に捩れ振動が発生するのを防止し、負荷
を常に安定して駆動できるようにしているのである。

尚駆動軸Ｍ３に発生する捩れ振動を完全に防止するには
、定数りを上記（７）式の如く設定すればよいが、自動
車等において乗り心地を悪化させない程度に捩れ振動を
抑制するには、必ずしも上記（７）式の如く設定する必
要はなく、これより小さい値９例えば０．５　　・　　
　＋　　　°としても、駆動軸Ｍ３に発生する捩れ振動
を抑制して乗り心地を改善することができる。但し定数
りを上式（７）より大きな値にすると、駆動輪Ｍ３の捩
れ振動を完全に抑制できるものの、良好な加速性が得ら
れないので、適切ではない。

［実施例コ 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。

まず第３図は本発明が適用された自動車用の内燃機関と
その周辺装置を表す概略構成図である。

図に示す如く、内燃機関２の吸気管４には、スロットル
バルブ６を介して内部に流入する空気量（吸気量）を検
出するエアフロメータ８、吸気温を検出する吸気温セン
サ１０、スロットルバルブ６の開度（スロットル開度）
を検出するスロットル開度センサ１２、及び内燃機関２
に燃料供給を行なう燃料噴射弁１４が設けられている。

また内燃機、関２には、排気管１６を流れる排気中の酸
素濃度から内燃機関２に供給された燃料混合気の空燃比
を検出する空燃比センサ１８、冷却水温を検出する水温
センサ２０、エンジンオイルの温度（油温）を検出する
油温センサ２２、ディストリビュータ２４の所定の回転
角度（例えは３０℃Ａ）毎に回転速度検出用のパルス信
号を発生する回転速度センサ２６、及びディストリビュ
ータ２４の１回転に１回（即ち内燃機関２の２回転に１
回）燃料噴射タイミングや点火時期を決定するためのパ
ルス信号を出力する気筒判別センサ２８が備えられ、エ
アフロメータ８、吸気温センサ１０、及びスロットル 運転状態を検出できるようにされている。

尚ディストリビュータ２６はイグナイタ３０から出力さ
れる高電圧を内燃機関２のクランク角に同門して各気筒
の点火プラグ３２に分配するためのもので、点火プラグ
３２の点火タイミングはイグナイタ３０からの高電圧出
力タイミングによって決定される。

また内燃機関２の出力軸２ａには変速機３４が接続され
ており、内燃機関２の出力トルクはこの変速［３４とプ
ロペラシャフト３５を介して駆動輪に伝達される。そし
て変速機３４にはそのシフト位置を検出するシフト位置
センサ３６が備えられ、プロペラシャフト３５にはその
捩れ角を検出するための捩れ角センサ３８が備えられて
いる。

尚捩れ角センサ３８は、プロペラシャフト３５の適当な
２箇所に設けられた２個の回転角センサ３８ａ及び３８
ｂからなり、各センサから出力される回転角信号の位相
差によりプロペラシャフト３５の捩れ角を検出できるよ
うにされている。

次に上記各センサからの検出信号は電子制御回路４０に
人力される。電子制御回路４０は上記各センサからの検
出信号に基づき燃料噴射弁１４やイグナイタ３０を駆動
制御して、内燃機関２への燃料噴射量や点火時期を制御
するためのもので、従来より周知のようにマイクロコン
ピュータを中心とする論理演算回路として構成されてい
る。

即ち電子制御回路４０は、予め設定された制御プログラ
ムに従って内燃機関２の制御のための各種演算処理を実
行するセントラルプロセシングユニット（ＣＰＵ）４０
ａＳ　ＣＰＵ４０ａで各種演算処理を実行するのに必要
な制御プログラムや籾量データが記録されたリードオン
リメモリ（８０Ｍ）４０ｂ、同じ＜ＣＰＵ４０ａで各種
演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読
み書きされるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４０ｃ
、ＣＰＵ４０ａで各種演算処理を実行するのに必要な制
御タイミングを発生するクロック信号発生回路４０ｄ、
上記各センサからの検出信号を人力するための人力ボー
ト４０ｅ、及び燃料噴射弁１４やイグナイタ３０に駆動
信号を出力する出力ボート４０ｆ等から構成されている
。

このように構成された電子制御装置４０では、上記各セ
ンサにより検出された内燃機関２の運転状態に応じて燃
料噴射量や点火時期等の制御量を算出する制御量算出処
理、その算出結果に基づき燃料噴射弁１４の開弁時間或
はイグナイタ３０の高電圧発生タイミングを制御するた
めの制御信号を出力する制御信号出力処理等が実行され
ることとなるのであるが、こうした各種制御処理は従来
より周知であるので詳しい説明は省略し、以下にこの電
子制御回路４０で実行される本発明にかかわる主要な処
理である内燃機関２のトルク制御について説明する。

まず第４図は、内燃機関２の出力トルクを駆動輪に伝達
する駆動軸（本実施例では、変速機３４、プロペラシャ
フト３５がこれに当たる。）に捩り振動が発生するのを
防止するための内燃機関２のトルク補正量ΔＴｂを算出
するトルク補正量算出処理を表わすフローチャートであ
る。

この処理は、内燃機関２の運転開始後所定時間毎に実行
されるもので、処理が開始されると、まずステップ１０
０を実行し、捩れ角センサ３８に設けられた２個の回転
角センサ３８ａ及び３８ｂから出力される回転角信号を
受け、両信号の位相差によりプロペラシャフト３５の捩
れ角θを算出する検出手段Ｍ４としての処理を実行する
。

次にステップ１１０では、ステップ１００で今回求めた
捩れ角θと、前回（即ち所定時間前）求めた捩れ角θ（
ｎ−１）とに基づき、その変化量（即ち捩れ速度）汐を
算出する変化量算出手段Ｍ５としての処理を実行する。

そして続くステップ１２０では、シフト位置センサ３６
により検出された変速機３４のシフト位置に応じて予め
設定された補正係数りを設定し、次ステツプ１３０に移
行して、その設定された補正係数りとステップ１１０で
求めた捩れ速度汐とを乗じてトルク補正量△Ｔｂを算出
するトルク補正量算出手段Ｍ６としての処理を実行し、
−旦処理を終了する。

ここでステップ１２０の処理は、トルク補正量△Ｔｂを
設定するための前記（７）式で記述される定数を求める
ための処理である。

即ち本実施例の場合、内燃機関２の出力トルクを伝達す
る駆動軸には変速機３４が備えられているため、駆動軸
のばね定数には変速機３４のシフト位置（ギヤ比）によ
って変化する。そこで本実施例では、トルク補正量△Ｔ
ｂを設定するための補正係数りを、変速機３４の各シフ
ト位置毎に実験的に求め、これを制御データとして予め
ＲＯＭ４Ｏｂ内に格納しておき、ステップ１２０実行時
に、変速機３４のシフト位置に対応した補正係数りをＲ
０Ｍ４０　ｂから読み出すようにしているのである。

次に上記トルク補正量算出処理で算出されたトルク補正
量△Ｔｂは、駆動軸に捩れ振動が発生しないように、つ
まり内燃機関２の出力トルクが第２図（Ｂ）に示す如＜
Ｔ’になるように、内燃機関の出力トルクを制御するの
に用いられるのであるが、本実施例では、このトルク制
御を内燃機関の運転状態に応じて算出される点火時間を
補正することにより実行するよう構成されている。

即ち従来より周知のように、点火時間算出処理は、第５
図に示す如く、まず回転速度センサ２６により検出され
た内燃機関２の回転速度Ｎｅとエアフロメータ８により
検出された吸気量Ｑとに基づき、予め設定されたマツプ
を用いて基本点火時間αｐを求め（ステップ２００）、
その後吸気温センサ１０や水温センサ２０等によって検
出される他の運転状態に基づき基本点火時間αｐの補正
量Δαを算出しくステップ２１０）、その算出された補
正量Δαにより基本点火時間αｐを補正する（ステップ
２２０）といった手順で実行され、点火時間の制御目標
となる目標点火時間αが決定されることとなるのである
が、本実施例では、更に上記トルク補正量算出処理で算
出されたトルク補正量△Ｔｂと、内燃機関２の回転速度
Ｎｅと、油温センサ２２により検出された油温ＴＯとに
基づき、内燃機関２の出力トルクＴをトルク補正量△Ｔ
ｂだけ減少させるための点火遅角量△αｔを求め（ステ
ップ２３０）、この点火遅角量Δαｔにより目標点火時
間αを遅角補正しくステップ２４０）、制御に用いる目
標点火時間αを決定する。

尚内燃機関２の出力トルクＴをトルク補正量ΔＴｂだけ
減少させるための点火遅角量△αｔを算出するステップ
２４０では、トルク補正量ΔＴｂと回転速度Ｎｅとをパ
ラメータとして予め設定されたマツプから基本的な遅角
補正量Δαｔを補正し、その値を内燃機関２の油温ＴＯ
に応じて補正することにより、遅角補正量Δαｔを設定
するようにされている。

これはまずステップ２００〜ステツプ２３０の処理にお
いて、目標点火時間αが、内燃機関２の回転速度Ｎｅｉ
に、ノッキングが発生することのない最適な出力トルク
が得られる第６図に示す適合点となるように求められる
ためである。つまり第６図の特性は内燃機関２の回転速
度Ｎｅにより異なるものの、回転速度Ｎｅがわかれは、
そのときの出力トルクＴを△Ｔｂだけ減らすためには遅
角量△αｔをどれだけにすればよいかがわかるので、本
実施例では、各回転速度毎にトルク補正量△Ｔｂと点火
時間の遅角補正量Δαｔとの関係を実験的に求め、その
結果をマツプとしてＲ０Ｍ４ｏｂ内に格納しておき、ス
テップ２３０の処理実行時にこのマツプから基本となる
遅角補正量△αｔを求めるようにしているのである。

またこの求められた遅角補正量Δαｔを、内燃機関２の
油温Ｔｏに応じて補正するのは、内燃機関の出力トルク
が油温Ｔｏによって変化するためである。つまり油温か
低いとエンジンオイルの粘性によって出力トルクが低く
なるので、本実施例では、油温Ｔｏが低い場合に内燃機
関２の出力トルクを低下し過ぎないよう、遅角補正量Δ
αｔを補正するようにされているのである。尚この補正
量も予め実験等で設定しておけはよい。

以上のように構成された本実施例では、車両運転者の加
速指令によってスロットルバルブ６が急開され、内燃機
関２の出力ｌ・ルクが上昇してプロペラシャフト３５が
捩れると、その変化ｉ１（［！１１ち捩れ速度）汐に応
じて内燃機関２の出力トルクが抑制され、内燃機関２か
ら駆動輪までの駆動系に捩れ振動が発生するのが防止さ
れる。従って、内燃機関２の加速直後に駆動系に捩れ振
動が発生して、駆動輪に回転変動が発生するといったこ
とはなく、第７図に示す如く、アクセルペダル踏込み後
の車輪速度をスムーズに上昇させて、乗り心地を向上で
きる。

ここで上記実施例では、内燃機関２の出力トルク制御を
点火時間制御により行なったが、これは点火時間が内燃
機関２の出力トルクを最も応答よく制御することができ
るためであって、前述の特開昭６０−２６１３１号公報
に記載の如く、燃料噴射量を制御したり吸気量を＊ＪＩ
することによっても行なうことができ、またこれら各制
御の組合せによって内燃機関２の出力トルクを制御する
ように構成してもよい。

また上記実施例では、駆動軸の捩れ角θを検出するため
の捩れ角センサとして、プロペラシャフト３５の２箇所
の回転角を検出するものを用い、その検出された回転角
の位相差から捩れ角θを求めるように構成したが、捩れ
角θは駆動軸の伝達トルクと比例関係にあるため、シャ
フトの捩れを磁気的に検出する磁歪センサ等、シャフト
の伝達トルクを検出するために従来より用いられている
種々のトルクセンサを使用することができる。

また更に上記実施例では、マイクロコンピュータを用い
たデジタル制御によって内燃機関の出力トルクを制ｆａ
する装置を例にとり説明したが、本発明は、内燃機関の
出力トルクを、駆動軸の捩れ角速度りと定数りに基づき
設定されるトルク補正量ΔＴｂで補正できればよいので
、各種電気回路を用いたアナログ制御によって内燃機関
の出力トルクを制御するように構成してもよい。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明の内燃機関のトルク制御部装
置においては、駆動軸Ｍ３の捩れ速度々に、内燃機関Ｍ
１の回転部分の慣性モーメン）Ｊｌ。

負荷Ｍ２の等価慣性モーメン）Ｊ２．及び駆動軸Ｍ３の
ばね定数Ｋに基づき予め設定された定数りを乗じて、内
燃機関Ｍ１の出力トルクの補正量△Ｔｂを求め、この補
正量ΔＴｂにより内燃機関Ｍ１の出力トルクを制御する
ので、内燃機関Ｍ１の加速時に発生する駆動軸Ｍ３の捩
れ振動を抑制でき、負荷の回転をスムーズに上昇させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表わすブロック図、第２図（Ａ
）は内燃機関から負荷までの動力伝達系を表わす概念図
、第２図（Ｂ）は本発明の制御系を表わすブロック線図
、第３図は本発明が適用された内燃機関及びその周辺装
置を表わす概略構成図、第４図は電子制御回路で実行さ
れるトルク補正量算出処理を表わすフローチャート、第
５図は同じく点火時期算出処理を表わすフローチャート
、第６図はトルク制御を行なうための点火遅角量の算出
方法を説明するグラフ、第７図は実施例の制御結果を表
わすタイムチャート、である。 Ｍｌ、２・・・内燃機関　　Ｍ２・・・負荷Ｍ３・・・
駆動軸 （３４・・・変速機、３５・・・プロペラシャフト）Ｍ
４・・・検出手段（３日・・・捩れ角センサ）Ｍ５・・
・変化量算出手段 Ｍ６・・・トルク補正量算出手段 Ｍｌ・・・制御手段　　４０・・・電子制御装置第１図 代理人　　弁理士　　定立　勉（ほか２名）第２図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 第 因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の出力トルクを負荷に伝達する駆動軸の一部に
   設けられ、該駆動軸の捩れ角を検出する検出手段と、 該検出された捩れ角の時間当りの変化量を算出する変化
   量算出手段と、 該変化量算出手段の算出結果に、内燃機関の回転部分の
   慣性モーメント、負荷の等価慣性モーメント、及び駆動
   軸のばね定数に基づき予め設定された定数を乗じ、内燃
   機関の出力トルクの補正量を算出する補正量算出手段と
   、 該補正量算出手段の算出結果に基づき内燃機関の出力ト
   ルクを補正する制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のトルク制御装置。