JPH06200781A - エンジントルク変動吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アイドル運転中におけるエンジンのトルク変
動を吸収するエンジントルク変動吸収装置を提供するこ
と。 【構成】 アイドル運転中は、エンジンに直結した同期
交流機２−１に、バッテリ９より界磁電流を流して発電
作用をさせておくと共に、バッテリ９を電源とするイン
バータ７の出力電圧を、常時印加しておく。そして、回
転子位置検出器６の検出信号に基づき、エンジンの回転
数が上昇する回転変動をする時には、同期交流機がエン
ジンの回転を妨げるトルクを生ずるように、発電電圧に
対するインバータ出力電圧の位相を制御する。回転数が
低下する回転変動をする時には、同期交流機がエンジン
の回転を助けるトルクを生ずるように、発電電圧に対す
るインバータ出力電圧の位相を制御する。位相の変化は
速やかに出来るから、制御の応答性はよい。しかも、位
相変化は少しづつ連続的に行うことが出来、発生するト
ルクの大きさも自由に変えれるので、回転変動が適切に
吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのクランクシ
ャフトに直結した同期交流機を、発電機運転および電動
機運転することにより、エンジンのトルク変動を吸収す
るエンジントルク変動吸収装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのアイドル運転の回転数は略一
定であるが、細かく見ると、１回転の間に小刻みに変動
している。この変動は、ピストンが上下する際のトルク
変化に起因している。従って、変動の回数は、エンジン
のクランクシャフトに接続されている気筒数によって変
わる。

【０００３】図５は、アイドル運転時の４気筒エンジン
の回転変動の１例を示す図である。エンジンは平均的に
は６００ｒｐｍで回転しており、クランクシャフトは
０．１ｓ（１００ｍｓ）で１回転している場合を例にと
っている。４気筒であるため、回転変動は１回転中に２
回生ずる。

【０００４】この回転変動は、車体の振動や騒音を引き
起こすので、車体が静止しているアイドル運転中は、出
来るだけ小であることが望まれる。なお、車両が走行し
ている時は、回転変動による騒音等は、あまり気にされ
ない。

【０００５】アイドル運転中の回転変動を吸収する方法
として、クランクシャフトに同期交流機を直結し、これ
によって吸収する方法が知られている。図６に、そのよ
うなエンジントルク変動吸収装置が組み込まれた車両駆
動部を示す。図６において、１はエンジン、２は同期交
流機部、３はクラッチ部、４はトランスミッション部、
５はプロペラシャフトである。

【０００６】エンジン１とクラッチ部３との間に同期交
流機部２を設け、同期交流機部２の回転軸をクランクシ
ャフトと直結する。同期交流機部２を用いて回転変動を
吸収する原理は、次の通りである。即ち、回転数が上昇
するように回転変動している時は、発電機運転してトル
クを消費し、回転数を下げる。逆に、回転数が低下する
ように回転変動している時は、電動機運転してトルクを
与え、回転数を上げる。なお、電動機運転は、バッテリ
を電源としてインバータにより交流変換した交流を印加
することによって行う。

【０００７】そのような運転をするために、まず考えら
れるのは、切り替え機構を設けて、発電機運転と電動機
運転とを切り替えることである。しかしながら、同期交
流機の誘導リアクタンスは非常に大きいので、１回転中
での２回変動に対処できるような高速での切り替えは、
極めて困難である。例えば、前記した図５の例（４気筒
６００ｒｐｍ、１回転１００ｍｓの例）では、２５ｍｓ
という短い時間毎に切り替えを行う必要があるが、これ
は極めて困難である。。

【０００８】そこで、同期交流機を常時発電機運転して
おき、電動機運転する必要がある時のみ、インバータ電
圧を印加して電動機運転するという方法が、一般的に行
われている。

【０００９】なお、エンジントルク変動吸収装置に関係
する従来の文献としては、例えば特開昭61−223237号公
報がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同期交
流機を常時発電機運転しておき、電動機運転する必要が
ある時のみ、インバータ電圧を印加して電動機運転する
という前記技術には、次のような問題点があった。即
ち、発電機運転時には、車両負荷が変化するとトルクが
変化し、回転変動の吸収量も変化してしまうという点で
ある。また、電動機運転時には、回転変動を吸収するの
に丁度よい大きさのトルクを発生するよう、インバータ
出力電流を制御してやる必要があるが、その制御が複雑
であるという点である。その結果、回転変動を適切に抑
制して、回転をなめらかにすることが出来なかった。本
発明は、以上のような問題点を解決することを課題とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のエンジントルク変動吸収装置では、エンジ
ンに直結された同期交流機と、該同期交流機の回転子位
置を検出する回転子位置検出器と、バッテリを電源とし
て該同期交流機に印加する交流電圧を発生させエンジン
のアイドル運転中は常時前記同期交流機に印加するイン
バータと、アイドル運転中に回転数を上昇させる回転変
動が生じたときには前記同期交流機がエンジンの回転を
妨げるトルクを生ずるように、またアイドル運転中に回
転数を低下させる回転変動が生じるときには前記同期交
流機がエンジンの回転を助けるトルクを生ずるように、
前記同期交流機の発電電圧に対する前記交流電圧の位相
を制御するインバータ制御回路とを具えることとした。

【００１２】

【作 用】アイドル運転中は、エンジンに直結した同
期交流機にバッテリより界磁電流を流して発電作用をさ
せておくと共に、該同期交流機に、バッテリを電源とす
るインバータの出力電圧を、常時印加しておく。そし
て、エンジンの回転数が上昇する回転変動が検出された
時には、同期交流機がエンジンの回転を妨げるトルク
（発電トルク）を生ずるように、発電電圧に対するイン
バータ出力電圧の位相を制御する。また、回転数が低下
する回転変動が検出された時には、同期交流機がエンジ
ンの回転を助けるトルク（電動トルク）を生ずるよう
に、発電電圧に対するインバータ出力電圧の位相を制御
する。

【００１３】位相の変化は速やかに出来るから、応答性
のよい制御が出来る。しかも、位相変化は少しづつ連続
的に行うことが出来るから、発生するトルクの大きさも
自由に変えることが出来、回転変動が適切に吸収され
る。その結果、アイドル運転中のエンジン回転が滑らか
になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明のエンジントルク変動吸収
装置を示す図である。図１において、２は同期交流機
部、２−１は同期交流機本体、２−２は界磁コイル、６
は回転子位置検出器、７はインバータ、８はインバータ
制御回路、９はバッテリである。Ｕ，Ｖ，Ｗは、同期交
流機本体２−１が３相である場合の各相を表している。

【００１５】界磁コイル２−２へは、バッテリ９から界
磁電流が流され、同期交流機本体２−１は、図示しない
エンジンにより駆動されている。従って、常時、発電を
している。３相の発電電圧は、インバータ７内のダイオ
ードで構成される全波整流回路で整流され、バッテリ９
や負荷へ給電される。

【００１６】同期交流機本体２−１へ印加するインバー
タ出力電圧は、バッテリ９の直流電圧を、インバータ７
内のスイッチング素子（トランジスタ）でオンオフする
ことにより作り出される。スイッチングのタイミング
は、同期交流機本体２−１の図示しない回転子の回転位
置を考慮しつつ、インバータ制御回路８により制御され
る。

【００１７】回転子の電気角度上の回転位置（隣接する
同じ磁極との間を３６０°と見立てた場合の角度位置）
の検出は、回転子位置検出器６によって行われる。回転
位置と同期交流機本体２−１の極数より、回転数を算出
することも出来るから、回転子位置検出器６は、回転数
を検出することも出来る。例えば、対極数が４の同期交
流機では、検出信号４サイクル経過すれば１回転と分か
る。

【００１８】本発明では、常に界磁電流を流し、エンジ
ンと共に回転させ、発電機として運転している同期交流
機に、電動機運転が必要となった時にのみインバータ出
力電圧を印加するのではなく、常時印加しておく。そし
て、エンジンの駆動により発生される発電電圧に対し
て、インバータ出力電圧の位相を種々に選定すれば、同
期交流機を発電機運転にしたり電動機運転にしたりする
ことが出来るという性質を利用する。

【００１９】図２は、同期交流機に印加するインバータ
出力電圧の位相を説明する図である。ここでは、同期交
流機本体２−１の１相分（例えば、ＵＶ間の相）の電圧
のみを示している。図２（イ）は、同期交流機本体２−
１の発電電圧である。これは、通常の発電機の発電電圧
のように、滑らかな正弦波となる。

【００２０】図２（ロ），（ハ）は、インバータ７の出
力電圧であり、スイッチング素子（トランジスタ）のオ
ンオフにより作り出されるから、階段状の波形である。
図２（ロ）のインバータ出力電圧は、（イ）の正弦波と
位相が一致している（位相０°）が、（ハ）のインバー
タ出力電圧は、（イ）の正弦波より位相が９０°進んで
いる。インバータ制御回路８による制御により、任意の
位相のインバータ出力電圧を作り出すことが出来る。

【００２１】図３は、回転数が一定である場合において
（アイドル運転中は一定と考えてよい）、同期交流機に
印加するインバータ出力電圧の位相とトルクとの関係を
示す図である。この関係は、実験により容易に得ること
が出来る。横軸は位相を表し、縦軸はトルクを表す。横
軸より上方のトルクは、エンジンの回転を助ける方向に
働くトルクであり、便宜上、「電動トルク」ということ
にする。また、横軸より下方のトルクは、エンジンの回
転を妨げる方向に働くトルクであり、便宜上、「発電ト
ルク」ということにする。

【００２２】位相とトルクの関係は、位相Ｋ°を境に電
動トルクと発電トルクとの領域に分かれる。なお、Ｋ°
の値は、使用する同期交流機および運転条件により定ま
る。図３の関係より直ちに理解されるように、位相を連
続的にずらしてゆけば、トルクの大きさおよび方向を、
連続的に滑らかに変えることが出来る。

【００２３】本発明は、この点に着目してなされたもの
である。即ち、インバータ出力電圧を常時印加してお
き、時に応じて位相をずらすことにより、全体としては
電動機運転にしたり、発電機運転にしたりする。時に応
じてとは、回転子位置検出器６により検出した回転変動
に応じてということである。

【００２４】先に述べたように、図５はアイドル運転時
の４気筒エンジンの回転変動の１例を示す図であるが、
図中に記したように、回転数が上昇しようとする回転変
動の期間にあっては、発電トルクを生ずるように位相を
制御する。発電トルクは、エンジンの回転を妨げる方向
に働くトルクのことだから、回転数の上昇が抑制され
る。逆に、回転数が低下しようとする回転変動の期間に
あっては、電動トルクを生ずるように位相を制御する。
電動トルクは、エンジンの回転を助けるように働くトル
クのことだから、回転数の低下が抑制される。かくし
て、回転変動が吸収される。

【００２５】図４は、本発明における以上のようなイン
バータ制御動作を説明するフローチャートである。 ステップ１…回転子位置検出器６の検出信号を基に、回
転数を検出する。 ステップ２…回転数が上昇したか調べる。 ステップ３…上昇したのであれば、発電トルクと電動ト
ルクの境界の位相Ｋ°より遅らせて、発電トルクを発生
させる。位相の制御は、インバータ制御回路８によって
行うが、インバータ７内のスイッチング素子のオンオフ
タイミングは、回転子位置検出器６からの検出信号を考
慮して定める。

【００２６】ステップ４…回転数が上昇したのでなけれ
ば、低下したかどうか調べる。 ステップ５…低下したのであれば、発電トルクと電動ト
ルクの境界の位相Ｋ°より進ませて、電動トルクを発生
させる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のエンジントル
ク変動吸収装置によれば、アイドル運転中は、エンジン
トルク変動吸収用の同期交流機を発電させると共に、イ
ンバータ出力電圧を印加し続ける。そして、回転数を検
出しつつ、発電電圧に対するインバータ出力電圧の位相
を制御することにより、エンジンの回転変動を吸収す
る。

【００２８】位相の変化は速やかに出来るので、制御の
応答性がよくなると共に、位相変化は少しづつ連続的に
行え、発生するトルクの大きさが自由に変えれるので、
回転変動が適切に吸収される。その結果、アイドル運転
中のエンジン回転が滑らかになる。また、回転数を検出
しつつ制御を行うので、回転変動が車両負荷の増減によ
って起ころうが他の原因によって起ころうが、その原因
には関係なく回転変動を吸収することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のエンジントルク変動吸収装置を示す
図

【図２】 同期交流機に印加するインバータ出力電圧の
位相を説明する図

【図３】 同期交流機に印加するインバータ出力電圧の
位相とトルクとの関係を示す図

【図４】 本発明におけるインバータ制御動作を説明す
るフローチャート

【図５】 アイドル運転時の４気筒エンジンの回転変動
の１例を示す図

【図６】 エンジントルク変動吸収装置が組み込まれた
車両駆動部を示す図

【符号の説明】

１…エンジン、２…同期交流機部、２−１…同期交流機
本体、２−２…界磁コイル、３…クラッチ部、４…トラ
ンスミッション部、５…プロペラシャフト、６…回転子
位置検出器、７…インバータ、８…インバータ制御回
路、９…バッテリ

フロントページの続き (72)発明者 飯田 桂一 藤沢市土棚８番地 いすゞ自動車株式会社 藤沢工場内 (72)発明者 西沢 一海 東京都大田区東六郷１丁目12番11号 日興 電機工業株式会社内 (72)発明者 平井 敏敞 東京都大田区東六郷１丁目12番11号 日興 電機工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンに直結された同期交流機と、該
   同期交流機の回転子位置を検出する回転子位置検出器
   と、バッテリを電源として該同期交流機に印加する交流
   電圧を発生させエンジンのアイドル運転中は常時前記同
   期交流機に印加するインバータと、アイドル運転中に回
   転数を上昇させる回転変動が生じたときには前記同期交
   流機がエンジンの回転を妨げるトルクを生ずるように、
   またアイドル運転中に回転数を低下させる回転変動が生
   じるときには前記同期交流機がエンジンの回転を助ける
   トルクを生ずるように、前記同期交流機の発電電圧に対
   する前記交流電圧の位相を制御するインバータ制御回路
   とを具えたことを特徴とするエンジントルク変動吸収装
   置。