JPH04103848A - 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、内燃機関の不整燃焼に伴うトルク変動を原因
として発生する振動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］ 内燃機関においては、近年、高出力化を目的とし、高速
回転を可能とするＤ　ＯＨＣ（ＤｏｕｂｌｅＯｖｅｒ　
Ｈｅａｄ　Ｃａｍ５ｈａｆｔ）化が図られる傾向にある
。

このような内燃機関においては、例えばそのカム形状も
高速回転時に吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミング
が合うように決められているなど、高速回転時に良好な
性能を発揮できるように設計、製造されている。このた
め、アイドリング運転時を始めとする低速回転時には、
失火あるいは燃焼の不揃い（以下、不整燃焼という）等
が起こりやすい。

通常、内燃機関の運転時には、第２図に示すように、各
気筒の燃焼毎に燃焼の周波数に同期したガストルク変動
が内燃機関のクランク軸に発生する（ただし、第２図は
４サイクル４気筒機関を例にとって正常燃焼時のものを
示している）。このようなトルク変動は、内燃機関のク
ランク軸等の回転軸や内燃機関によって駆動される各種
機器にねじり振動を発生させ、性能の低下や機器の損傷
等を引き起こす。また、車両を駆動するために車両に搭
載された内燃機関においては、上記トルク変動の反作用
は、内燃機関のマウントから車両にまで伝達されて車両
全体を振動させ、乗員に不快な振動やこもり音を与える
。

いま、不整燃焼が発生し、第３図に示すように。

ある気筒が正常でない燃焼をすると、その瞬間に内燃機
関が発生するトルクは正常燃焼時に内燃機関が発生する
トルクに比べて大きく落ち込む。この不整燃焼によって
落ち込んだトルクの反作用は、上記の燃焼の周波数に同
期したトルク変動の反作用の場合と同様、内＃ＩＩ機関
さらには車両を振動させる加振トルクとして働く。不整
燃焼によるトルクの落ち込み（第３図に示す点線と実線
との差分）は燃焼が正常でなかった気筒のみで発生する
ので、その形状は単発パルス状に近い。従って、このト
ルクの落ち込みの反作用としての加振トルクも、また、
第４図に示すようにほぼ単発パルス状に内燃機関さらに
は車両を加振することになる。このとき、内燃機関及び
車両は、燃焼の周波数（第２図の周波数）での振動と内
燃機関及び車両の各々の固有振動数での振動を合せた振
動を行う。この振動のうち、内燃機関及び車両の各々の
固有振動数での振動は、不整燃焼によるトルクの落ち込
みの反作用としての単発パルス状の加振トルクで引き起
されるものなので、時間の経過とともに減衰するいわゆ
る過渡振動の形態を呈する。　ＦＲ（Ｆｒｏｎｔ　Ｅｎ
ｇｉｎｅ−Ｒｅａｒ　Ｄｒｉｖｅ）車等にみられるよう
に、内燃機関が車両に対して縦方向に置かれている場合
、すなわち、内燃機関のクランク軸の軸方向が車両のロ
ールの主軸の方向に等しい場合には、上記のような不整
燃焼によるトルクの落ち込みの反作用は、内燃機関のロ
ール振動及び車両のロール振動を引き起こす単発パルス
状の加振トルクとして作用する。一般に、内燃機関本体
や車両のロール振動の固有周波数は、それぞれ５〜１〇
七近傍にある。ところが、内燃機関のアイドリング運転
時などの低速回転時における不整燃焼の発生周波数は、
丁度上記のようなロール振動の固有周波数領域内に存在
する。このような時に不整燃焼が発生すると、内燃機関
さらには車両全体は大きくロール振動させられ、乗員に
著しい不快感を与える。これを防ぐためには、内燃機関
の不整燃焼により発生する内燃機関やそれを搭載した車
両の振動を低減することが必要である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この様な、内燃機関の不整燃焼に起因する内燃
機関や車両の振動を低減するという課題について、これ
を解決するための技術として公知になっているものは未
だない。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、内燃機関の不整
燃焼に伴うトルク変動を原因として発生する振動を低減
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］ かかる目的達成のため、本発明は、内燃機関からのトル
クの吸収が可能でありかつ内燃機関と一体的に取り付け
られた回転機械と、前記回転機械が吸収するトルクを制
御する制御手段と、内燃機関の不整燃焼を検出する検出
手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段が不整燃
焼を検出したことに応じて、内燃機関の不整燃焼を原因
として発生する内燃機関の振動が小さくなるように前記
回転機械が内燃機関から吸収するトルクの大きさを単発
パルス状に変化させる制御をすることを特徴とする内燃
機関のトルク制御装置を提供するものである。

より具体的には、前記制御手段は、前記検出手段の検出
した不整燃焼の発生時点から内燃機関のロール振動の固
有周期の１／２の時間の経過後に前記回転機械が吸収す
るトルクを単発パルス状に大きくするように制御する。

［作　　　用］ 本発明によれば、内燃機関の不整燃焼しこ伴うトルク変
動を原因として発生する内燃機関の振動。

さらには内燃機関を設置している構造物や車両の振動を
、回転機械の吸収トルクが励起する振動によって相殺、
低減させることができる。

［実　施　例］ 本発明の第１実施例を第１図に基づき説明する。

第１実施例は、内燃機関によって駆動される発電装置、
いわゆる内燃機関発電機に本発明を適用したものである
。第１図において、内燃機関１は。

マウント２に支持された状態で地面３上に設置されてい
る。本実施例の内燃機関のトルク制御装置においては、
回転機械の一例たる発電機４と、内燃機関１の各気筒毎
の気筒的燃焼圧力を検出する筒内圧センサ５と、内燃機
関１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角セン
サ６と、が内燃機関１に取り付けられており、さらに、
筒内圧センサ５から出力される気筒内圧力及びクランク
角センサ６から出力されるクランク軸の回転角度信号を
用いて内燃機関１の不整燃焼を検出する検出部７と、検
出部７が内燃機関１の不整燃焼を検出した場合には、前
記発電機４が吸収するトルク（以下、吸収トルクと略称
する）の大きさを制御する制御部８と、発電機４の発電
電力を消費する電気負荷９と、が備えられている。

発電機４は、ブラケット１０で内燃機関１に一体的に取
り付けられており、ベルト１１を介して内燃機関１によ
って駆動される。発電機４の吸収トルクの大きさは１発
電機４の発電量の大きさに伴って変化する。すなわち、
発電量が大きくなると吸収トルクの大きさも増大し、逆
に、発電量が小さくなると吸収トルクの大きさも減少す
る。ここでいう吸収トルクとは、内燃機関１から見ると
、発電機４を駆動するために費やされる回転負荷トルク
と言うことができ、この回転トルクは、ベルト１１を介
して内燃機関１と発電機４の間を伝達される。また１発
電機４は、ブラケット１０で内燃機関１に一体的に取り
付けられているので、この吸収トルクの反作用は、ブラ
ケット１０を介して内燃機関１と発電機４の間を伝達さ
れる。つまり、発電機４の吸収トルクを制御すれば、内
燃機関１のクランク軸に作用する回転トルクのみならず
、吸収トルクの反作用によって、内燃機関本体をロール
振動させるトルクをも制御できることになる。

筒内圧センサ５は、内燃機関１の各気筒内に１つずつ設
けら九、燃焼が行われる気筒の気筒的燃焼圧力をクラン
ク軸の任意の回転角度において検出できる。

クランク角センサ６は、各気筒の上死点を検出するＴ　
Ｄ　Ｃ（Ｔｏｐ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）パルスを出
力する。

検出部７は、クランク角センサ６からＴＤＣパルスが入
力された時点における筒内圧センサ５の出力値、つまり
、燃焼が行われる気筒の上死点における気筒的燃焼圧力
の大きさから不整燃焼を検出する。この不整燃焼検出の
具体的な方法を以下に記す。

第５図は、内燃機関１が発生するトルクの−例として、
４サイクル機関の一つの気筒のクランク軸の各回転角度
における気筒的燃焼圧力、及び、その燃焼圧力によって
クランク軸周りに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圧縮−膨張
一排気一吸気の４行程はクランク軸の回転角度に換算し
て７２０度に相当する。例えば内燃機関１が４気筒機関
の場合、クランク軸の回転角度で７２０度のうちに４回
の燃焼が起きるので、７２０度／４＝１８０度の角度間
隔で第５図と等しいトルクを４回重ね合わせたものが、
内燃機関１が１燃焼サイクル内に発生するガストルクと
なる（第２図）。

一般に、内燃機関の各気筒への点火は、上死点の前で行
われる。従って、燃焼が正常に行われている限りにおい
て、上死点での気筒的燃焼圧力の値は、第５図に示すよ
うにかなり大きなものとなる。

第６図は、不整燃焼が発生した気筒のクランク軸の各回
転角度における気筒的燃焼圧力、及び、その燃焼圧力に
よってクランク軸周りに発生するガストルクを示した図
に、正常な燃焼をした場合である第５図に示した気筒的
燃焼圧力及びガストルクの各波形を点線で重ねて記入し
た図である。

図から明らかなように、不整燃焼が発生した気筒の上死
点での気筒的燃焼圧力は、正常燃焼の場合のものに比べ
て小さな値になる。従って、正常燃焼時の上死点での気
筒的燃焼圧力の値と不整燃焼時の上死点での気筒的燃焼
圧力の値との間に閾値を設けることにより、上死点での
気筒的燃焼圧力の値がこの閾値より大きい場合には正常
燃焼、閾値より小さい場合には不整燃焼である、といっ
た具合に不整燃焼を検出することができる訳である。

なお、よりきめ細かな検出が必要な場合には、内燃機関
１にかかっている負荷等を始めとする内燃機関の運転状
態を考慮しながら、閾値の大きさを変化させれば良い。

また、第２図及び第３図ならびに第５図かられかるよう
に、ガストルクの正の部分は、はぼ上死点から立ち上が
り始める。よって、不整燃焼時のトルクの落ち込みの反
作用として内燃機関１を回転方向に振動させる加振トル
クも、第４図に示したように、はぼ上死点から大きくな
り始める。つまり、上死点での気筒的燃焼圧力の値の大
きさから不整燃焼の検出を行えば、検出のみならず、加
振トルクの発生時点をも同時に検出できることになる。

以上が、検呂部７が行う不整燃焼の検出の方法である。

第７図は、発電機４の吸収トルクの大きさを制御する制
御回路の構成図である。発電機４は、内燃機関ｌにより
ベルト１１を介して回転駆動されて回転磁界を発生する
界磁コイル１２と、磁界が回転することによって生じる
磁界の強さの変化から３相の交流起電力を励起する静止
した電機子コイル１３と、この３相交流起電力を直流電
力に変換するための、例えばダイオード群からなる整流
子１４と、から構成される。整流子１４の出力端子には
、上記発電機４の発電電力を消費する電気抵抗１５や発
電電力を貯蔵するための蓄電池１６などの電気負荷９が
接続されている。制御部８は、蓄電池１６から界磁コイ
ル１２に供給される電流の大きさを制御する電流調整器
１７と、発電機４と電気負荷９の間に設けられた電圧調
整器１８と、検出部７が検出した不整燃焼の発生後の経
過時間を測定するタイマー１９と、がら構成される。発
電機４の発電電力は、界磁コイル１２が発生する回転磁
界の強さ、すなわち界磁コイル１２に流れる電流の増減
に伴って増減する。前述したように、発電機４の吸収ト
ルクの大きさは発電電力の大きさによって変化するので
、吸収トルクを大きくしたい場合には、制御部８内の電
流調整器１７により界磁コイル１２に流れる電流値を大
きくし、逆に、吸収トルクを小さくしたい場合には、界
磁コイル１２に流れる電流値を小さくしてやればよい。

制御部８内の電圧調整器１８は、電気負荷９にかかる電
圧の大きさを一定に保つための装置である。

いま、発電機４の吸収トルクを大きくするために界磁コ
イル１２に流す電流を増やしたとする。すると、界磁コ
イル１２が発生する回転磁界が強くなり、電機子コイル
１３に励起される起電圧ひいては電気負荷９にかかる整
流子１４の出方端子電圧は上昇する。このような印加電
圧の変動を防ぐ働きを電圧調整器１８が担っている。も
ちろん、電気負荷９が印加電圧の変動を許容する種類の
ものであれば、電圧調整器１８を特に設ける必要はない
。

第８図は、不整燃焼により内燃機関１に作用する単発パ
ルス状の加振トルクの波形の一例と、この加振トルクに
よって発生する内燃機関１のロール振動加速度の応答波
形を示す図である。また、第９図は、本発明に基づくト
ルク制御を行い、不整燃焼の発生から内燃機関１のロー
ル振動の固有周期（内燃機関１のロール慣性とマウント
２のばね定数から決まる）の１／２の時間の経過後に、
発電機４の吸収トルクを単発パルス状に大きくなるよう
に制御したときの吸収トルクの波形と、この単発パルス
状の吸収トルクによって発生する内燃機関１のロール振
動加速度の応答波形を示す図である。さらに、第１０図
は、第８図及び第９図に示した２つのトルク波形と内燃
機関１のロール振動加速度の応答波形のそれぞれの和を
とったものである。

第１０図を見ると明らかなように、不整燃焼の発生から
内燃機関１のロール振動の固有周期の１／２の時間の経
過後に、発電機４の吸収トルクが単発パルス状に大きく
なるように制御すれば、不整燃焼によって発生する内燃
機関１のロール振動と、吸収トルクの変化によって発生
する内燃機関１のロール振動とが互いに打消し合い、内
燃機関１のロール振動を速やかに低減することができる
。

従って、制御部８が、制御部８内のタイマー１９で不整
燃焼発生後の経過時間を測定し、経過時間が内燃機関１
のロール振動の固有周期の１／２になったときに電流調
整器１７によって発電機４の吸収トルクを単発パルス的
に大きくするように制御すれば、上述の通り、内燃機関
１のロール振動を速やかに低減することができる訳であ
る。

本発明の第２実施例を第１１図に基づき説明する。

第２実施例は、前述の第１実施例である内燃機関発電機
が、一定の固有振動数を持つ構造物上に設置されたもの
である。第２実施例において、内燃機関１は、マウント
２に支持された状態で前記構造物の一例たる防振床２ｏ
上に設置されている。

さらに、防振床２０は、防振マウント２１に支持された
状態で地面３上に設置されている。なお、他の構成は、
第１実施例のものに等しい。

内燃機関１を防振床２０上に設置する理由は、内燃機関
１が燃焼に同期して発生するトルク変動が地面３に伝わ
るのを防ぐためである。この目的のため、防振床２０の
ロール振動の固有周波数（防振床２０のロール慣性と防
振マウント２１のばね定数から決まる）は、内燃機関１
の燃焼周波数に比べて充分小さい値となるように決めら
れている。ところが、内燃機関１の低速回転時に前述し
たような不整燃焼が間欠的に発生すると、不整燃焼によ
る加振トルクの発生周波数は燃焼周波数に比べて低いた
め、防振床２０の固有振動数に近づいてしまう。このよ
うに、不整燃焼が発生すると、内燃機関１のみならず防
振床２０全体までもが大きくロール振動させられ、内燃
機関１を防振床２０上に設置した所期の効果が著しく損
なわれることになる。

第１２図は、不整燃焼により内燃機関１に作用する単発
パルス的な加振トルクの波形の一例と、この加振トルク
によって発生する内燃機関１及び防振床２０のロール振
動加速度の応答波形を示す図である。また、第１３図は
、本発明に基づくトルク制御を行い、不整燃焼による加
振トルクの発生から内燃機関１のロール振動の固有周期
の１／２の時間の経過後に、発電機４の吸収トルクを単
発パルス的に大きくなるように制御したときの加振トル
ク及び吸収トルクの波形と、このときに発生する内燃機
関１及び防振床２０のロール振動加速度の応答波形を示
す図である。

第１３図を見ると、本発明の方法で発電機４の吸収トル
クを制御すれば、不整燃焼によって発生する内燃機関１
のロール振動のみならず内燃機関１を設置している防振
床２０のロール振動までをも速やかに低減することがで
きることがわがる。

本発明の第３実施例を第１４図に基づき説明する。

第３実施例は、車両を駆動するために車両に搭載された
内燃機関に、本発明を適用したものである。第３実施例
において、内燃機関１は、マウント２に支持された状態
で車両２２に搭載されている。その搭載方向は、内燃機
関１のクランク軸の軸方向が車両２２のロールの主軸の
方向と等しい。

いわゆる縦置きの状態である。このような搭載状態下で
不整燃焼が発生すると、不整燃焼による加振トルクは、
内燃機関１のロール振動及び車両２２全体のロール振動
を引き起こす。一般に、車両２２のロール振動の固有周
波数（車両２２のロール慣性とサスペンションやタイヤ
などのばね定数から決まる）は、５〜１０亀近傍にある
。ところが、内燃機関１のアイドリング運転時などの低
速回転時における不整燃焼の発生周波数は、丁度上記の
ようなロール振動の固有周波数領域内に存在するため、
このようなときに不整燃焼が発生すると、内燃機関１さ
らには車両２２全体は大きくロール振動させられ１乗員
に著しい不快感を与える。

しかし、このような車両す駆動するために車両に搭載さ
れた内燃機関の場合でも、振動系としての構成は第２実
施例と同一である。従って、本発明を適用することによ
り、第２実施例の場合と同様、不整燃焼によって発生す
る内燃機関１のロール振動のみならず内燃機関１を搭載
している車両２２全体のロール振動までをも速やかに低
減することができ、乗員に与える不快感を解消すること
ができる。

なお、第３実施例においては、内燃機関１が車両２２に
対して縦置きの状態で搭載されている場合についてのみ
記載した。内燃機関のクランク軸の軸方向が車両のロー
ルの主軸の方向と直交する、いわゆる横置きに搭載され
ている車両の場合、不整燃焼による加振トルク方向と車
両のロール方向とが異なるため、加振トルクと車両のロ
ールとの共振は第３実施例の場合はど顕著ではなくなる
。

しかし、第１実施例において記載したように、本発明を
適用することにより内燃機関のロール振動を速やかに低
減することができるので、これに伴って、車両に伝わる
振動も同時に低減し、乗員の乗心地の向上を図ることが
できる。

［発明の効果〕 上述の通り、本発明によれば、内燃機関からのトルクの
吸収が可能でありかつ内Ｍ機関と一体的に取り付けられ
た回転機械が吸収するトルクを不整燃焼の検出に応じて
単発パルス状に変化させる様に制御し、以て、内燃機関
の不整燃焼に伴うトルク変動を原因として発生する内燃
機関の振動、あるいは内燃機関を設置している構造物や
車両の振動を、上記回転機械の吸収トルクが惹き起こす
振動によって相殺、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実施例の構成図、第２図は正常燃
焼時に内燃機関が発生するガストルク波形の一例を示す
図、第３図は不整燃焼が発生した場合に内燃機関が発生
するガストルク波形の一例を示す図、第４図は不整燃焼
により内燃機関に作用する加振トルクを示す図、第５図
は内燃機関の一つの気筒が１燃焼サイクル内に発生する
気筒的燃焼圧力とガストルクの一例を示す図。第６図は
不整燃焼を起こした気筒が１燃焼サイクル内に一発生す
る気筒的燃焼圧力とガストルクの一例を示す図、第７図
は本発明に基づくトルク制御回路の例示図、第８図は不
整燃焼によって発生する加振トルク波形と内燃機関のロ
ール振動波形の一例を示す図、第９図は本発明に基づく
トルク制御によって発生する吸収トルクの波形とそれに
因る内燃機関のロール振動波形を示す図、第１０図は第
８図及び第９図の和をとった場合のトルクの波形と内燃
機関のロール振動波形を示す図、第１１図は本発明の第
２実施例の構成図、第１２図は不整燃焼によって発生す
る加振トルク波形と内燃機関及び防振床のロール振動波
形の一例を示す図、第１３図は、不整燃焼に対して本発
明に基づくトルク制御を行った場合のトルク波形とロー
ル振動波形を示す図、第１４図は本発明の第３実施例の
構成図である。 １・・・内燃機関　　　　　２・・・マウント・・・回
転機械の一例たる発電機 ・・筒内圧センサ　　　６・・・クランク角センサ１．
検出部　　　　　　８・・・制御部・・・電気負荷　　
　　　１７・・・電流調整器９・・・タイマー　　　　
２０・・防振床１・・防振マウント　　２２・・・車両
（他１名） 第 図 第 図 第 図 會 不整燃焼発生 第 図 第９図 不整燃焼発生 不整燃焼発生 不整燃焼発生 第 図 不整燃焼発生 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関からのトルクの吸収が可能でありかつ内燃
   機関と一体的に取り付けられた回転機械と、前記回転機
   械が吸収するトルクを制御する制御手段と、内燃機関の
   不整燃焼を検出する検出手段とを備え、前記制御手段は
   、前記検出手段が不整燃焼を検出したことに応じて、内
   燃機関の不整燃焼を原因として発生する内燃機関の振動
   が小さくなるように前記回転機械が内燃機関から吸収す
   るトルクの大きさを単発パルス状に変化させる制御をす
   ることを特徴とする内燃機関のトルク制御装置。 ２　前記内燃機関は、一定の固有振動数を有する構造物
   上に設置され、また、前記制御手段は、前記検出手段が
   不整燃焼を検出したことに応じて、内燃機関の不整燃焼
   を原因として発生する前記構造物の振動が小さくなるよ
   うに前記回転機械が内燃機関から吸収するトルクの大き
   さを単発パルス状に変化させる制御をすることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関のトルク制
   御装置。 ３　前記構造物が車両であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の内燃機関のトルク制御
   装置。 ４　前記制御手段は、前記検出手段が検出した不整燃焼
   の発生時点から内燃機関のロール振動の固有周期の１／
   ２の時間の経過後に前記回転機械が吸収するトルクを単
   発パルス状に大きくするように制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の内
   燃機関のトルク制御装置。 ５　前記回転機械が発電機であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の内燃機
   関のトルク制御装置。 ６　前記検出手段は、内燃機関の上死点における気筒内
   圧の検出値によって不整燃焼を検出することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載
   の内燃機関のトルク制御装置。