JPH0653732U - エンジントルク変動吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンのクランクシャフトに直結した交流
機を用いたエンジントルク変動吸収装置において、バッ
テリが過放電となることを防止すること。 【構成】 図示しないエンジンに直結された交流機２
を、エンジントルクが大となる時には発電機運転してト
ルクを低下させる。その発電電圧でバッテリ１２を充電
する。エンジントルクが小となる時には、交流機２を電
動機運転してトルクを増大させる。電動機運転は、バッ
テリ１２を電源とするインバータ１０の出力電圧を印加
することにより行う。電流検出抵抗１５により、発電機
運転時にバッテリに流れる充電電流を検出し、コントロ
ーラ１４に記憶しておく。そして、インバータ制御回路
１１によりインバータを動作させて交流機２を電動機運
転する際には、記憶しておいた充電電流に基づくコント
ローラ１４からの指令により、バッテリの放電量を発電
機運転時の充電量に留める。これにより、トルク変動吸
収動作のために、バッテリが過放電となることがなくな
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジンのクランクシャフトに直結した交流機を、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。この回転変動は、ピストンが上下する際のトルク変 動に起因している。従って、回転変動の回数は、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。例えば、４気筒の場合、１回転中に２回 生ずる。

【０００３】 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。

【０００４】 アイドル運転中のトルク変動を吸収する方法として、クランクシャフトに交流 機（例、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 ４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４において、１はエンジン、２は交流機部、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。

【０００５】 エンジン１とクラッチ部３との間に交流機部２を設け、交流機部２の回転軸を クランクシャフトと直結する。交流機部２を用いてトルク変動を吸収する原理は 、次の通りである。即ち、トルクが増大している時は、交流機部２を発電機運転 してトルクを消費する。逆に、トルクが減少している時は、電動機運転してトル クを与える。これにより、トルク変動が少なくされる。なお、電動機運転は、後 に第５図で説明するように、バッテリを電源とするインバータにより発生させた 交流を印加することによって行う。

【０００６】 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 等の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。

【０００７】 例えば、４気筒エンジンでアイドル回転数６００ｒｐｍである場合、１回転１ ００ｍｓであり、その間に回転変動は２サイクル（山と谷の個数が合計４個）生 ずるから、１００ｍｓの４分の１である２５ｍｓという短い時間毎に、切り替え を行う必要がある。これは極めて困難である。。

【０００８】 そこで、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】 図５に、そのような従来のエンジントルク変動吸収装置を示す。この例では、 交流機部２として同期交流機を用いている。図５において、２は交流機部、６は 同期交流機本体、７は界磁コイル、８は電圧調整器、９は回転子位置検出器、１ ０はインバータ、１１はインバータ制御回路、１２はバッテリ、１３は車両負荷 である。

【００１０】 同期交流機本体６は、図示しないエンジンにより駆動され、界磁コイル７への 界磁電流は常時流されている。従って、常時、発電をしている。発電電圧は、電 圧調整器８により界磁電流を調整することにより、所望の値になるよう調整され る。発電電圧は、インバータ１０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１２を充電したり車両負荷１３を給電したりする。

【００１１】 同期交流機本体６の図示しない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 ９によって行われる。回転位置と同期交流機本体６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９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。

【００１２】 同期交流機本体６へ印加するインバータ出力電圧は、バッテリ１２の直流電圧 を、インバータ１０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６の図示し ない回転子の回転位置を回転子位置検出器９により検出し、インバータ制御回路 １１により制御される。

【００１３】 図６は、従来例における回転変動抑制状況を説明する図である。曲線ａは吸収 前の曲線、曲線ｂは吸収後の曲線、Ｎは平均回転数である。曲線ａは、交流機部 ２を具えていない場合の回転変動を示している。先に説明したように、クランク シャフトの１回転中には、エンジンのトルク変動が何回か起こり、瞬時的に回転 数が上昇したり低下したりする。それを平均したのが平均回転数Ｎである。アイ ドル運転中では、Ｎは例えば６００ｒｐｍ等である。

【００１４】 図５のように、交流機部２を設け、常時発電機運転しておき、回転数が低下す る回転変動をする場合には、インバータ１０より同期交流機本体６に交流を印加 して、発電機運転を打ち消して電動機運転となるようにする。そうすると、回転 数が上昇する時には交流機部２がブレーキの役割を果たして回転数を減少させ、 回転数が低下する時には交流機部２が電動機の役割を果たして回転数を上昇させ る。そのため、回転数の変動は曲線ｂのように、曲線ａよりもなだらかなものと なる。この場合、曲線ａの山のピークの低下量Ａと、曲線ａの谷のピークの上昇 量Ｂとを同一になるよう制御すると、平均回転数Ｎは変わることなく、回転変動 が抑制される。

【００１５】 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。

【００１６】

【考案が解決しようとする課題】

（問題点） しかしながら、前記したような従来のエンジントルク変動吸収装置では、アイ ドル運転をしている内に、バッテリ１２が過放電状態になるという問題点があっ た。

【００１７】 （問題点の説明） 回転数が上昇する期間は発電機運転が行われ、バッテリ１２は充電される。一 方、回転数が低下する期間は、インバータ１０の出力により交流機部２を電動機 運転するから、バッテリ１２は放電する。ところが、図６に示したように、平均 回転数Ｎが変化しないようにエンジントルクの変動を吸収するには、発電機運転 時の充電量より電動機運転時の放電量の方が大となる。

【００１８】 なぜなら、図６のＡだけ回転数を低下させるトルクを使って発電された電気量 は、交流機部２の機械的摩擦損とか回転の風損とかの損失が存在するため、トル クを純粋にエネルギー変換したものより小である。また、交流機部２からバッテ リ１２までの配線での電気的損失によっても、エネルギーは失われる。

【００１９】 バッテリ１２からの放電で電動機運転し、回転数を上昇させるトルクを発生す る過程においても、当然のことながら損失が存在する。従って、Ａだけ回転数を 低下させるトルクにより充電された電気量だけ放電したとしても、それと同じト ルクを発生することはできない。図６のように、回転数が低下している時に、回 転数をＡと同じＢだけ上昇させるために必要とするトルクを発生するには、充電 量より大きな放電量を必要とする。そのため、アイドル運転を長く続けていると 、バッテリ１２は過放電となる恐れがある。 本考案は、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。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本考案のエンジントルク変動吸収装置では、エンジ ンに直結され発電電流でバッテリを充電するよう接続された交流機と、該交流機 の回転子位置を検出する回転子位置検出器と、前記バッテリを電源として該交流 機に印加する交流電圧を発生させるインバータと、該インバータを制御するイン バータ制御回路と、バッテリの充電電流を検出する充電電流検出手段と、アイド ル運転中の回転数低下時に前記交流機をエンジンの回転を助けるトルクを生ずる ように電動機運転する際、発電機運転時に検出した充電電流に基づき、バッテリ の放電量を発電機運転時の充電量以上の量にはならないようインバータ制御回路 に指示するコントローラとを具えることとした。

【００２１】

【作 用】

エンジンに直結された交流機を、エンジントルクが大となる時には発電機運転 してトルクを低下させ、エンジントルクが小となる時には電動機運転してトルク を増大させることにより、トルク変動を吸収するエンジントルク変動吸収装置に おいて、発電機運転時にバッテリに流れる充電電流を検出する電流検出抵抗を設 ける。そして、該バッテリを電源とするインバータにより交流機を電動機運転す る際には、該充電電流に基づくコントローラからの指令により、バッテリの放電 量を発電機運転時の充電量に留める。これにより、トルク変動吸収動作のために 、バッテリが過放電となることがなくなる。

【００２２】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本考案のエ ンジントルク変動吸収装置を示す図である。符号は図５のものに対応し、１４は コントローラ、１４−１はカウンタ、１４−２は充電電流値記憶用メモリ、１５ は電流検出抵抗、Ｉ_C は充電電流である。図５と同じ符号のものは、同様の動作 をするので、その説明は省略する。

【００２３】 本考案では、充電量以上には放電させないようにして、バッテリ１２が過放電 とならないようにする。即ち、エンジントルク変動吸収動作に関して、バッテリ １２の充放電のバランスを取るようにしたということである。そのために、電流 検出抵抗１５，コントローラ１４が設けられている。

【００２４】 電流検出抵抗１５は、バッテリ１２と直列に接続され、バッテリ１２に流れる 充電電流Ｉ_C を検出する。コントローラ１４は、電流検出抵抗１５で検出された 充電電流Ｉ_C を基に、インバータ制御回路１１での制御を指示する。次に、回転 変動吸収の動作を説明する。

【００２５】 図３は、本考案のエンジントルク変動吸収装置の動作を説明するフローチャー トである。ｉは、充電電流値Ｉ_C を検出するサンプリング回数、つまりこのフロ ーチャートが流れた回数を示す。 ステップ１…コントローラ１４に設けてある充電電流値記憶用メモリ１４−２、 およびサンプリング回数ｉ記録用のカウンタ１４−１の値を０にする。 ステップ２…回転子位置検出器９により、回転数Ｎを検出する。

【００２６】 ステップ３…前回検出した時に比べて、回転数が上昇したかどうか調べる。 ステップ４…上昇していれば、バッテリ１２に対する充電が行われていることが 考えられるので、電流検出抵抗１５の両端電圧（充電電流Ｉ_C の大きさに比例） を検出する。検出した充電電流Ｉ_C は、充電電流値記憶用メモリ１４−２に記憶 しておく。 ステップ５…サンプリング回数ｉを記憶しておくカウンタ１４−１の値を、＋１ する。 ステップ６…検出した充電電流Ｉ_C の平均値（平均充電電流Ｉ_CA）を算出する。 平均充電電流Ｉ_CAは、今までに検出した充電電流Ｉ_C の累積値を、サンプリング 回数ｉで除することによって算出される。

【００２７】 ステップ７…検出した回転数が上昇してない場合は、前回より低下したかどう か調べる。同じであれば、エンドへ進んで終了する。 ステップ８…低下していれば、交流機部２を電動機運転させるべく、インバータ 制御回路１１に指令を送り、インバータ１０より交流を出力させる。その場合、 インバータ１０への入力電流Ｉ_D （これは、バッテリ１２からの放電電流）の値 を、平均充電電流Ｉ_CAと等しく定める。 ステップ９…上記の条件でインバータ運転をする。すると、バッテリ１２からの 放電量は、回転数上昇時の充電量と略等しくなり、過放電となることはない。

【００２８】 ただ、上記のように電動機運転時には、回転数上昇時に受け取った充電分しか 放電しないので、電動機運転により追加されるトルクは、発電機運転時に発電に 消費されたトルクより小さい。なぜなら、発電に使われたトルクのエネルギーが 、バッテリ１２に充電され、ついでインバータ１０へ放電され、交流機部２の電 動トルクへと形を変える過程においては、電気的損失とか機械的損失等によりエ ネルギーが失われるからである。

【００２９】 図２は、本考案における回転変動抑制状況を説明する図である。符号は図６の ものに対応しており、平均回転数Ｎａは、エンジントルク変動吸収を行わない場 合の平均回転数であり、平均回転数Ｎｂは、エンジントルク変動吸収を行った場 合の平均回転数である。

【００３０】 回転数上昇時には、発電機運転によりピーク値でＡだけの回転数を低下させた とする。低下させた分に相当するトルクエネルギーにより発電された電気量が、 バッテリ１２に充電されるが、その充電量だけ放電させて交流機部２を電動機運 転させることにより上昇される回転数のピーク値は、Ｂである。

【００３１】 本考案でのＢはＡより小であるので、本考案のエンジントルク変動吸収を行っ た後の回転数の変化は、曲線ｂのようになる。曲線ｂの平均が、平均回転数Ｎｂ である。ＢはＡより小であるので、平均回転数Ｎｂは平均回転数Ｎａより小とな る。このように、本考案のエンジントルク変動吸収装置を装備した場合は、装備 しない場合に比べて、アイドル運転の平均回転数は僅かに低下するものの、充電 量以上には放電しないので、バッテリ１２が過放電となることはない。

【００３２】

【考案の効果】

以上述べた如く、本考案のエンジントルク変動吸収装置によれば、発電機運転 時にバッテリに流れる充電電流を検出する電流検出抵抗を設け、インバータによ り交流機を電動機運転する際には、該充電電流に基づくコントローラからの指令 により、バッテリの放電量を発電機運転時の充電量に留める。そのため、トルク 変動吸収動作のために、バッテリが過放電となることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案のエンジントルク変動吸収装置を示す
図

【図２】 本考案における回転変動抑制状況を説明する
図

【図３】 本考案のエンジントルク変動吸収装置の動作
を説明するフローチャート

【図４】 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

【図５】 従来のエンジントルク変動吸収装置を示す図

【図６】 従来例における回転変動抑制吸収を説明する
図

【符号の説明】

１…エンジン、２…交流機部、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…同期
交流機本体、７…界磁コイル、８…電圧調整器、９…回
転子位置検出器、１０…インバータ、１１…インバータ
制御回路、１２…バッテリ、１３…車両負荷、１４…コ
ントローラ、１４−１…カウンタ、１５…電流検出抵
抗、１６…界磁制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 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)考案者 松井 文二 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)考案者 高 山 一 弘 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)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンに直結され発電電流でバッテリ
   を充電するよう接続された交流機と、該交流機の回転子
   位置を検出する回転子位置検出器と、前記バッテリを電
   源として該交流機に印加する交流電圧を発生させるイン
   バータと、該インバータを制御するインバータ制御回路
   と、バッテリの充電電流を検出する充電電流検出手段
   と、アイドル運転中の回転数低下時に前記交流機をエン
   ジンの回転を助けるトルクを生ずるように電動機運転す
   る際、発電機運転時に検出した充電電流に基づき、バッ
   テリの放電量を発電機運転時の充電量以上の量にはなら
   ないようインバータ制御回路に指示するコントローラと
   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。