JPS61135937A - 内燃機関のトルク変動低減装置 - 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】 ［発明の利用分野１ 本発明は、内燃機関のトルク変動低減装置に関し、特に
内燃機関の回転軸に連結した電気回転機の回転子及びそ
の固定子巻線との共働により機関に補助回転力を年え、
あるいは逆回転力を与え、もってトルク変動を低減する
ようにした装置に関するものである。

［従来技術１ 従来から、内燃機関のトルク変動を抑制するために、フ
ライホイール外周部に電磁石を付加するようにした装置
が知られている（ｇ４えば、特開昭５５−５４５３号広
報参照）。

しかし、かかる装置にあっては電磁石に多くの電流を供
給する必要が有るのでバッテリの負担が大となり（特に
、アイドリング時には顕著となる）、且つ、燃料消費の
割合が増加したりするなどの欠点がみられた。更に、か
かる構成を採ることに起因して、内燃機関全体の重量が
増すという不都合もみられた。

［目　的Ｊ 本発明の目的は、上述の点に鑑み、バッテリに対する負
担を軽減すると共に装置全体の軽量化を図った内燃機関
のトルク変動低減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］ かかる目的を達成するために、本発明では、第１図に示
すように、内燃機関の回転軸に連結した電気回転機と、
前記内燃機関の回転角速度に応じた信号を送出する検出
手段と、該検出手段からの出力信号に応じて、前記電気
回転機を発電機、あるいは、電動機として周期的に作動
させる制御手段とを具備したことを特徴とするものであ
る。

［実施例１ 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第２図は、本実施例によるトルク変動装置を内燃機関に
装着した状態を説明する概略図である。

ここで、２１はエンジン（例えば４気筒の４サイクル・
ガソリンエンジン）、２２は本実施例によるトルク低減
装置、２３はトランスミッション機構を示す。すなわち
、本来はフライホイールを装着すべき位置に、本実施例
によるトルク低減装置を付加しである。

第３図は、本実施例によるトルク低減装置の構造を詳細
に示す断面構成図である。

ここで、３１はエンジン２１（第２図参照）のクランク
シャフトを示し、このクランクシャフト３１にはポルト
３２を用いて電気回転機３０の回転子３４を固着する。

３５は回転子３４を励磁させるための界磁巻線であり、
界磁鉄心３Ｂと一体化してリアプレート３３偶に固着し
である。

３８は３相固定子巻線であり、固定子鉄心３７のスロッ
ト内に埋め込んでリアプレート３３側に固着しである。

３９Ａはエンジン２１（第２図参照）とトランスミッシ
ョン２３（第２図参照）との間の離接を行うクラッチ機
構であり、図示しないボルトによりクラッチカバー３９
８を回転子３４に固着しである。

第４図は、本実施例を作動させるための電気制御回路図
である。本図中、３日は第３図に示した３相固定子巻線
であり、その端子Ｕ、Ｖ、ＷはＡＣ−ＤＣ変換器（以下
、コンバータという）４０に接続しである。本実施例で
は、６個のダイオードを用いて通常のブリッジ回路を構
成しであるが、その他のサイリスタ等を用いた構成とす
ることも可能である。

４２はコンバータ４０から送出される直流電流を遮断す
るためのスイッチング素子であり、後述するゲート信号
を端子ｄに印加してオン／オフ制御を行う。

４４は、バッテリー（例えば１２ポルト用）である。

４６は、バッテリー４４の直流電圧を後述するゲート信
号に応答して、特定周波数を有する３相交流電圧に変換
する。ｃ−、ａｃ変換器（以下、インバータという）で
ある。本実施例では、周知の如く、６個のトランジスタ
ＴＡ　、ＴＡ　′、ＴＢ、ＴＢ　’　、ＴＯ，ＴＣ’な
らびに各トランジスタのエミッタ・コレクタ間に並列接
続したフライホイール・ダイオードを用いてインバータ
を形成しである。なお、その他のサイリスタ等を用いて
インバータを構成し得ることは、もちろんである。

インバータ４６の出力端子は３相固定子巻線３８の中間
タップＵ′、Ｖ’、Ｗ”に接続する。

第５図は、第４図に示したスイッチング素子４２および
インバータ４Ｂに供給するゲート信号を発生するための
ゲート制御回路図である。

ここで、５０はホール素子、光検出式センサ（いずれも
図示せず）等によりクランク角を検出して、上死点近傍
信号ＳＧＩおよび燃焼中間点信号ＳＧ２を送出する位置
センサである。これら信号ＳＧＩおよびＳＧ２は、ドラ
イバ５１を介して、スイッチング素子４２のゲート端子
ｄに供給される。

５２〜５４は、インバータ４Ｂを構成する各トランジス
タのゲート端子ａ−ｃ、ａ’〜Ｃ′に供給すべき３相ゲ
一ト信号Ｓａ、　Ｓｂ、　Ｓｃを発生するためのクラン
ク角センサであり、公知の技術により構成する。

５５はスイッチング機能を備えたモータ駆動用ドライバ
であり、上死点近傍信号ＳＧＩおよび燃焼中間点信号Ｓ
Ｇ２　（後に第７図を参照して詳述する）に応じて、イ
ンバータ４Ｂに供給するゲート信号をオン／オフ制御す
る。

第６図は第３図に示した界磁巻線３５に供給すべき電流
値を制御するための電流制御回路を示す。

本図中、ｖｅはバッテリ４４の端子間電圧を示す。

また、　ＶＲはコンパレータ６０の基準電圧（例えば、
１４．７ボルト）を示す。

６２はスイッチング素子であり、コンパレータ６０の出
力電圧に応じてスイッチングを行い、もって界磁巻線３
５に供給する平均電流値を制御する。

次に、第７図を参照して本実施例の動作を説明する。

第７図は、４気筒の４サイクルガソリンエンジンに本実
施例を直結した際に、クランクシャフトの回転（θ°〜
３６０°）に対する本実施例の動作状態を説明する図で
ある。すなわち、ある気筒が圧縮上死点Ａの近傍に達し
た時期には位置センサ５０（第５図参照）から上死点近
傍信号ＳＧＩが送出される。この信号ＳＧＩは、クラン
クシャフトの回転角速度が平均角速度を上回っている状
態を示すものである。すると、本ニンジンは第７図に■
で示す第１制御領域に到達する。

この第１　ｆ！ｉＪ御領域■において、本実施例による
トルク低減装置を発電機として作動させる。そのために
、上死点近傍信号ＳＧ１に応答してドライバ５５（第５
図参照）はインバータ４６に対するゲート信号の送出を
停止させる。

一方、ドライバ５１にあってはスイッチング素子４２を
オンさせるために、ゲート入力端子ｄに所定レベルの信
号を送出する。かくして、固定子巻線３８の端子Ｕ、Ｖ
、Ｗからは３相交流電流がコンバータ４０に流入し、該
コンバータ４ｏからはスイッチング素子４２を介してバ
ッテリ４４に充電電流が流入する。なお、上記端子Ｕ、
Ｖ、Ｗの発生電圧は界磁巻線３５に供給する平均電流値
によって所望の値に設定することができる（第６図参照
）。

その後、本エンジンが平均角速度を下回ったクランク位
置（すなわち、第２制御領域■）に達すると、位置セン
サ５０から燃焼中間点信号ＳＧ２が送出される。すると
、この信号ＳＧ２に応答して、ドライバ５１はスイッチ
ング素子４２をオフすると共に、ドライバ５５がインバ
ータ４Ｂの各ゲート端子ａ”−’ｃ、ａ’　　〜Ｃ′に
対してゲート制御信号を送出する。

既に述べたとおり、クランク角センサ５２〜５４から送
出される３相ゲ一ト信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃはクランクシ
ャフトの回転に同期した信号であるので、固定子巻線３
８によって形成される回転磁界の回転速度は、回転子３
４と同一の回転速度（すなわち、同期速度）になってい
る。よって、第２制御領域■では、本実施例が同期電動
機として作用することになる。しかも、インバータ４Ｂ
の出力線は固定子巻線３Ｂの中間端子ｕ”、ｖ”、ｗ’
に接続しであるので、固定子巻線３８に生じる逆起電力
の大きさを小さくして、十分大なる電流を供給すること
ができる。

その後、先はど圧縮上死点（Ａ）に達した気筒とは異な
る別の気筒が圧縮上死点（Ｂ）に達したときには、第３
制御田城■において発電機として作用させ、もってエン
ジンに逆トルクを与える。また、第４制御領域■におい
ては、同期電動機として作用させることにより回転トル
クを助長させる。以下このサイクルを繰り返すことによ
ってトルク変動が低減される。

このように、本実施例では、界磁巻線３５に供給する電
流値を制御して単一のバッテリー４４に充電するための
電圧を最適な値に設定すると共に、固定子巻線３８に中
間端子Ｕ”、Ｖ”、Ｗ”を設けて、電動機として作動さ
せるための必要なトルクを得ている。

なお、これまで述べてきた本実施例においては、位置セ
ンサ５０（第５図参照）から送出される上死点近傍信号
ＳＧＩおよび燃焼中間点信号ＳＧ２に基づいて、クラン
クシャフトの回転角速度が所定値を越えたか、あるいは
、下回ったかを判別している。従って、従来から知られ
ているロータリーエンコーダ等の速度検出手段を用いて
エンジンの回転角速度を検出すると共に、コンパレータ
を用いてエンジンの回転角速度が上記所定値を越えたか
、あるいは、下回ったかを判別することも可能である。

第８図は、かかるロータリーエンコーダを用いてゲート
制御回路を構成した一実施例を示す。本実施例は第５図
に示したゲート制御回路の別実流側に相当するものであ
り、同一の構成要素には同一の番号を付しである。

第８図において、８０はクランクシャフトの回転角速度
に比例した速度信号Ｓｖを送出するロータリーエンコー
ダである。また、８２は比較回路であり、クランクシャ
フトの回転角速度が低速回転から平均角速度を上回る時
点において第１遷移信号ＳＧ　１’を送出するほか、ク
ランクシャフトの回転角速度が高速回転から平均角速度
を下回る時点において第２遷移信号ＳＧ２’を送出する
機能を果たす。

従って、第１遷移信号ＳＧＩ’は既述の上死点近傍信号
ＳＧＩに相当し、第２遷移信号ＳＧ２’は既述の燃焼中
間点信号ＳＧ２に相当することになる。

ドライバ５１．クランク角センサ５２〜５４およびモー
タ駆動用ドライバ５５の動作は、既に第５図に関して説
明した通りであるので、詳細な説明は省略する。

第９図は第８図に示したゲート制御回路を用いたときの
制御態様を示す線図で、エンジン（クランクシャフト）
の回転角速度と本実施例の動作モードとの関係を表わし
ている。一般に、エンジンの圧縮行程時には角速度が低
下し、他方、爆発行程時には角速度が上昇する。そこで
、平均角速度と、ロータリーエンコーダ８０（第８図参
照）によって検出された回転角速度とを比較し、“平均
角速度”より回転角速度が上回る場合には、本実施例を
発電機として作動させ、もってエンジンに対して逆トル
クを与える。他方、エンジンの回転角速度が“平均角速
度”より小さい場合には、本実施例を同期電動機として
作動させ、もって補助駆動トルクを与える。

第１０図は、第４図に示したインバータ４８およびコン
バータ４０の機能を併せ持たせたインバータ／コンバー
タ９０の詳細回路を示す。本図中、３８は第３図に示し
た３相固定子巻線であり、その端子Ｕ、Ｖ、Ｗはインバ
ータ／コンバータ９０に接続しである。

インバータ／コンバータ４０として、本実施例〒は、６
個のトランジスタＴＡ、ＴＢ、ＴＣ，↑Ａ’　、ＴＢ’
　、ＴＣ’およびこれら各トランジスタのエミッタ・コ
レクタ間に並列接続したダイオ−トロＡ、ＤＢ、ＤＣ，
ＩＩＡ’　、ＤＢ′。

［ｌＣ′　を用いて通常のブリッジ回路を構成しである
が、その他のサイリスタ等を用いて構成することも可能
である。このダイオード０Ａ−ＤＣ，ＤＡ’〜ＤＣ’は
フライホイールダイオードとして作用するのみならず、
次に説明するように、整流ダイオードとして作用する。

本図に示した回路構成に従って本実施例を発電機として
作動させる場合には、トランジスタＴＡ〜ＴＣ，ＴＡ’
〜ＴＯ”　を全てオフ状態にすると共に、３相固定子巻
線３８に誘起された３相交流電圧をダイオード［ｌＡ−
［ＩＣ，ＯＡ’〜ＤＣ’に印加して整流を行い、バッテ
リ４４への充電を行う。

また、同期電動機として作動させる場合には、第５図示
のモータ駆動用ドライバ５５を介して、トランジスタＴ
Ａ−ＴＯ，ＴＡ’〜ＴＯ’を既述の如く制御すればよい
。

［効果］ 以上説明したとおり、本発明によれば、内燃機関の回転
軸に取り付けた回転機を発電機もしくは電動機として逐
次切り換えて作動させることができるので、バッテリの
負担を軽減させた軽量なトルク変動低減装置を得ること
ができる。

また、上述した本実施例では上記発明の効果に加え、固
定子巻線に中間端子を設けて回転磁界発生用の電流を供
給しているので、十分な誘起電圧（発電時）および十分
な回転力（駆動時）を得ることができる。

更に、本実施例では、回転子にフライホイールの作用を
併せ持たせているので、従来の大型フライホイール付き
内燃機関に比べて、加速特性の向上を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成を示す図。 第２図は本発明に係る一実施例を内燃機関に装着した状
態を説明する概略図、 第３図は本実施例によるトルク低減装置の構造を詳細に
示す断面構成図、 第４図は本実施例を作動させるための電気制御回路図、 第５図は第４図に示したスイッチング素子４２およびイ
ンバータ４６に供給するゲート信号を発生するためのゲ
ート制御回路図。 第６図は第３図に示した界磁巻線３５に供給すべき電流
値を制御するための電流制御回路図、第７図は本実施例
の動作を説明するための線図、 第８図はロータリーエンコーダを用いて構成したゲート
制御回路図、 第９図は第８図に示したゲート制御回路を用いたときの
制御態様を示す線図、 第１Ｏ図は第４図に示したインバータ４６およびコンバ
ータ４０の機能を併せ持たせたインバータ／コンバータ
の詳細回路図である。 ２１・・・エンジン、 ２２・・・トルク低減装置、 ２３・・・トランスミッション、 ３０・・・電気回転機、 ３１・・・クランクシャフト、 ３２・・・ボルト、 ３３・・・リアプレート、 ３４・・・回転子、 ３５・・・界磁巻線、 ３６・・・界磁鉄心、 ３７・・・固定子鉄心、 ３８・・・固定子巻線、 ３９Ａ・・・クラッチ、 ３９Ｂ・・・クラッチカバー、 ４０・・・コンバータ・ ４２・・・スイッチング素子、 ４４・・・バッテリー、 ４６・・・インバータ、 ５０・・・位置センサ、 ５１・・・ドライバ、 ５２．５３．５４・・・　クランク角センサ、５５・・
・ドライバ、 ６０・・・コンパレータ、 ６２・・・スイッチング素子、 ８０・・・ロータリーエンコーダ、 ８２・・・比較回路、 ９０・・・インバータ／コンバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の回転軸に連結した電気回転機と、前記内燃機
   関の回転角速度に応じた信号を送出する検出手段と、 該検出手段からの出力信号に応じて、前記電気回転機を
   発電機、あるいは、電動機として周期的に作動させる制
   御手段とを具備したことを特徴とする内燃機関のトルク
   変動低減装置。