JPS6161924A - エンジンのトルク変動制御装置 - 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） 本発明はエンジンのトルク変動を抑制するためのトルク
変動制御装置に関するものである。

（従来技術） 一般に自動車等のエンジンにおいては、エンジンの作動
に伴ってクランクシャフトに周期的なトルク変動が生じ
、このトルク変動が振動騒音の原因となり、また運転者
に不快感を与える要素どなるので、このようなトルク変
動はできるだ（′Ｊ抑制することが望ましい。

従来、このような１−ルク変動を抑制する装置としては
、特開ＩＩＩ　５５−１７１３１号公報に示されるよう
に、クランクシレフトどどもに回転する永久磁石を用い
た第１の磁束発生手段と、これに対応して非回転部に設
番プられた電磁石からなる第２の磁束発生手段とを備え
、第２の磁束発生手段に通電することにＪ：す、クラン
クシャフトに発生する回転トルクとばぼ逆位相の磁気ト
ルクがクランクシャフトに加えられるようにした装置が
ある。

上記装置は、永久磁石を用いた第１の磁束発生手段の回
転に伴ってクランクシャフトに加えられる磁気トルクが
変動するようにしたものであって、磁気トルクが正１〜
ルクとなるとぎも逆トルクどなるどきも第２の磁束発生
手段で電力が消費されることとなり、バッテリの負担が
大きい。とくにエンジン始動時にはスタータの作動によ
ってバッデリの電力が多く消費されるため、始動直後は
できるだけ早期にバッテリエネルギーを回復することが
要求され、この点を考慮した１−ルク変動の制御を行う
ことが望ましい。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、クランクシャフトに発生
するトルク変動に応じて所定のタイミングで逆方向のト
ルクを加えることによりトルク変動を抑制し、とくにエ
ンジン始動直後はバッテリの過放電を防止することがで
きるエンジンの１〜ルク変動制御装置を提供するもので
ある。

（発明の構成） 本発明は、通電によりクランクシャフトにトルクを与え
る電気駆動装置と、クランクシャフトに発生するトルク
の周期的変動と同期して、クランクシャフトの発生トル
クと逆方向のトルクをクランクシャフトに加えるＪ：う
に上記電気駆動装置の作動タイミングを制御し、かつエ
ンジン始動直接の所定期間は電気駆動装置の作動を停止
ヒさせる制御手段とを備えたものである。つまり、エン
ジンの作動によって生じるクランクシャフトの１〜ルク
変動に対し、この変動を抑制するように逆向きの１−ル
クを加え、かつエンジン始動直後は電気駆動装置による
電力８！１費を避【ノるようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明においてクランクシャツ］・
にトルクを加える部分の一実施例を示している。この実
施例では、電気駆動装置で正トルクを加えるとともに、
充電装置で逆１〜ルクを加えるようにし、クランクシャ
フト１に取付けられたフライホイール２の外周と、その
周囲の非回転部分どに、電気駆動装置および充電装置を
構成する電磁コイルが配設されている。すなわち、シリ
ンダブロック３の側方においてクランクシャフト１の側
端にはフライホイール２が取付けられ、その外方にクラ
ッチ機構４が装備されるとともに、フライホイール２の
周囲にはクラッチハウジング５を取付ける取付部材６が
シリンダブロック３に固着されている。この部分におい
て、上記取付部材６の内周面にザポータ６ａを介して固
定側電磁コイル（以下「固定コイル」という）７が装備
されるとともに、フライホイール２の外周面に２種類の
回転側電磁コイル（以下「回転コイル」という）８．９
および磁性体１０が装備されている。またフライホイー
ル２の内方においてクランクシせフト１の外周部には整
流子１１およびスリップリング１２が設置ノられ、それ
ぞれにブラシ１３．１４が接触している。なお、１５は
ディストリビュータである。

固定コイル７はモータとオルタネータの各固定側コイル
の役目を兼ねるもので、配線構造を概略的に表わした第
５図および第７図に示づように、三相構造で蛇行状に配
設されており、コントロールユニット２０に接続されて
いる。そして、後に詳述するようにコントロールユニッ
ト２０において−Ｆ記固定コイル７に接続される回路が
電気駆動用と充電用とに切換えられるようになっている
。

またフライホイール２の外周に装備された２秤類の回転
コイル８，９はそれぞれモータのアーマチー　５　＝ コアコイルおよびオルタネータのフィールドコイルの役
目を果づ”もので、第１回転コイル８は第４図に示すＪ
：うに、モータのアーマチコアコイルと同等の所定の配
線構造で整流子１１に接続され、第２回転コイル９は第
６図に示すＪ：うに蛇行状に配設されて、スリップリン
グ１２に接続されている。これらの回転コイル８，９に
は、後に詳述するＪζうにコントロールユニット２０か
らイれぞれ所定時に通電されるようになっている。そし
て、第５図に示ずにうに、コントロールユニット２゜か
ら端子ａを介して固定コイル７および第１回転コイル８
に通電されたどぎは、固定子側（取イ」部材６の内周）
と回転子側（フライホイール２の外周）とが所定の極性
で磁化されることににす、これらがモータの役目を果し
、クランクシャフト１に正トルクを加える電気駆動装置
１６を構成する。

また第７図に示寸ように、端子すを介して第２回転コイ
ル９に通電されるとともに固定コイル７がコントロール
ユニット２０内の整流回路３０を介してバッテリに接続
されたときは、これらが充電装置１７を構成し、第２回
転コイル９の回転に伴って発電が行われてバッテリに充
電され、この発電にＪ：リフランクシャフト１に対して
は逆トルクが加えられるにうになっている。

第８図はトルク変動制御装置の回路構造を示しており、
この図において、２１はスタートスイッチ２１ａおよび
イグニッションスイッチ２１ｂを含むキースイッチ、２
２はバッテリである。この図に示すようにコントロール
ユニット２０は、キースイッチ２１を介してバッテリ２
２に接続された切換回路２３と、この切換回路２３に接
続された第１駆動回路２４および第２駆動回路２５と、
この各駆動回路２４．２５の駆動タイミングをそれぞれ
制御する各タイミング制御回路２６．２７と、電気駆動
用および充電用の各電流調整回路２８．２９と、整流回
路３０とを備えている。

上記第１駆動回路２４は、駆動状態となったときに固定
コイル７と電流調整回路２８および第１回転コイル８を
接続してこれらに通電し、つまり第５図に示した電気駆
動装置１６を作動させるようになっている。またこの第
１駆動回路２４が非駆動状態にあるとぎには固定コイル
７が整流回路３０を介してバッテリ２２に接続され、充
電用の回路が形成されるようになっている。一方、第２
駆動回路２５は駆動状態どなったときに第２回転コイル
９に通電し、従って第１駆動回路２４が非駆動状態にあ
って第２駆動回路２５が駆動状態どなったとぎ、第７図
に示した充電装置１７が作動して、バッテリ２２に充電
されるＪ：うになっている。

上記切換回路２３おＪ：びタイミング制御回路２６．２
７はＣＰＵ３１ににって制御され、ＣＰＵ３１にはクラ
ンク角センサ３２からのクランク角検出信号と、（１圧
レンザ３３からの吸気負圧検出信号とが入力されている
。そして、エンジンの始動時には電気駆動装置１６が連
続的に作動してスタータの役目を果すＪ：うに、切換回
路２３を介して第１駆動回路２４がバッテリ２２に接続
される。

また始動後は、各タイミング制御回路２６．２７の出力
に応じて各駆動回路２４．，２５が働くように各駆動回
路２４．２５とバッテリ２２との接続状態が切換えられ
、ＣＰＬＩ３１ににり各タイミング制御回路２６．２７
を介して各駆動回路２４゜２５の駆動タイミングが制御
されるようにしている。

こうして、ＣＰＵ３１おＪ：び各タイミング制御回路２
６．２７ににす、電気駆動装置１６おＪ：び充電装置１
７の作動を制御する制御手段が構成され、この制御手段
は、エンジン始動直後の所定期間を経過した後の所定運
転域では、クランクシャフト１に発生するトルク変動を
抑制するにうに上記各装置１６．１７の作動タイミング
を制御している。つまり、例えば４気筒４サイクルエン
ジンでは、第９図（Ａ）に示すようにクランクシャ、フ
ト１の発生するトルクがクランク角で１８００の周期を
もって増減するので、ＣＰＵ３１においては、第９図（
Ｂ）および（Ｃ）に示すように、発生トルクの増大時と
減少時（逆トルク発生時）とに対応するように充電装置
１７と電気駆動装置１６の各作動タイミングを設定し、
例えばそれぞれ−〇　− の作動始期θａ、Ｏ９および作動期間θｔａ、θｔｓを
クランク角で設定する。イして、クランク角センサ３２
にＪ：り検出されたクランク角に応じ、各タイミング制
御回路２６．２７おにび各駆動回路２／１．．２５を介
し、電気駆動装置１６および充電装置１７をそれぞれ設
定したタイミングで作動するようにしている。

また上記制御手段は、俊に詳述するＪ：うに、エンジン
、始動直後の所定期間には電気駆動装置１６の作動を停
止させ、充電装置１７のみを作動させるＪ：うにしてい
る。

なＪ３、エンジン始動直後の所定期間を経過した後の電
気駆動装置１６おにび充電装置１７の各作動タイミング
はそれぞれ一定に設定しておいてもよいが、運転状態に
応じて上記各装置１６．１７の作動始期θＳ、θａＪ３
Ｊ：び作動期間θｔｓ、θｔａを制御することにＪこり
クランクシャフト１に加えるトルクを調整することが望
ましい。また、エンジン回転数が比較的低いときは、爆
発力に起因した爆発トルク変動にＪ：って第１０図に実
線で示すようなトルク変動となるが、エンジン回転数が
ある程度高くなると、ピストン系の慣性力に起因した慣
性トルクが増大することににす、第１０図に破線で示η
′ように低回転時と比べてクランク角で９００位相がず
れたトルク変動が生じ、エンジン回転数とトルク変動量
との関係を示す第１１図においてトルク変動量が極小と
なる回転数ｒ１を境に、これより低回転側と高回転側と
で上記のようなトルク変動の位相のずれが生じる。この
ため、後にフローチャートで示す制御の具体例では、上
記回転数ｒ１を境に電気駆動装置１６および充電装置１
７の作動タイミングを変えるようにしている。さらにエ
ンジン回転数が極めて高い領域ではトルク変動制御の要
求が乏しく、かつ制御が難しいため、トルク変動制御の
上限回転数ｒＱを設定し、この上限回転数ｒＱを超えな
い範囲でトルク変動制御を行うようにしている。

この１〜ルク変動制御装置ににる制御の具体例を第１２
図のフローチャートによって次に説明する。

このフローチャートにおいては、先ずエンジン−・　１
１− 始動の際の処理として、ステップＳ１でクランク角の周
期計測等に基づいて求められるエンジン回転数Ｒを読込
み、ステップＳ２でスタートスイッチ２１ａがＯＮか否
かを調べる。スター１〜スイツチ２１ａがＯＮとなった
ときはエンジン回転数Ｒが所定値Ｒ８１より大ぎい完爆
状態になるまで、始動用の回路を選択して固定コイル７
および第１回転コイル８に通電しくステップ８３〜８５
　）、つまり、前記切換回路２３を介して第１駆動回路
２４を連続的に駆動させ、固定コイル７ど第１回転コイ
ル８とを用いた電気駆動装置１６をスタータとして働か
１！る。そしてエンジン回転数Ｒが所定値Ｒ１Ｊ：り大
きくなったときはステップＳ７に移る。なお、ステップ
Ｓ２でスタートスイッチ２１ａがＯＮどなっていないこ
とを判別したどきは、エンジン回転数Ｒが所定値Ｒ２以
下であるとステップＳ１に戻り、所定値Ｒ２より大きい
とステップＳ７に移る（ステップＳｏ）。

次に始動後の処理として、ステップＳ７でイグニッショ
ンスイッチ２１ｂがＯＮとなっているか否かを調べる。

そしてイグニッションスイッチ２１ｂがＯＮとなったど
き、ステップ８８〜８１Ｇで始動直後の所定期間Ｔａは
充電装置１７のみを作動さゼる処理を行う。つまり、ス
テップｓ８では、始動直後のバッテリエネルギーの低下
が大きいほど上記所定期間Ｔａを長くするように、バラ
ブリに接続された回路の電流および電圧に応じて演算し
、またはマツプから読出した値ｆ　（ｌ　Ｖ）に上記所
定期間Ｔａを設定する。ただし、上記所定期間Ｔａはク
ランキングに要した時間に応じて設定してもよく、まｌ
ｃ単に一定値に設定してもよい。

ついで、ステップＳ９で始動完了時点（イグニッション
スイッチがＯＮとなった時点）からの経過時間Ｔを調べ
て上記所定期間Ｔａと比較し、所定期間Ｔａを経過する
まではステップＳ１０で第２駆動回路２５を駆動させる
ことにより第２回転コイル９に通電し、充電装置１７の
みを連続的に作動させる。そして所定期間Ｔａを経過し
た後はステップＳ１１に移る。なお、これ以後は、ステ
ップＳ７からの処理が繰返される場合でも上記経過時間
■が既に所定期間Ｔａを越えているのでステップＳ１０
による処理は行われず、実質的にステップ８１１以下の
処理が繰返されることになる。

このにうな始動直後の処理の後に、エンジン回転数ｒお
Ｊ：び吸気負圧Ｖを読込み（ステップ５１１）、次にエ
ンジン回転数ｒがトルク変動制御の上限設定値ｒ（１以
下か否かを調べる（ステップ５１２）。

そして上限設定値ｒＱより大き【プれば充電用の回路を
選択して第２回転コイル９に通電しくステップＳ１３，
５１４）、つまり第１駆動回路２４を非駆動状態とする
とともに第２駆動回路２５を駆動状態とすることにＪ：
り充電袋＠１７を動かせる。

またエンジン回転数がトルク変動制御の上限設定値ｒＱ
以下であれば、トルク変動制御のための処理を行う。こ
の処理としては、ステップＳ　１２に続いてエンジン回
転数ｒが前記のトルク変ＩＪＪ　ｍが極小となる回転数
ｒ１未満か否かを調べ（ステップ８１５）、この回転数
ｒ１未満の低速域にあるどきは電気駆動装置１６および
充電装置１７の各作動始期θＳ、θａをそれぞれ低速域
でのトルク変動に応じた値θＳ１．θａ１に設定しくス
テップ５１ａ）、この回転数６１以上の高速域にあると
ぎは上記各作動始期／７ｓ、Ｄａをそれぞれ高速域での
トルク変動に応じた値θｓ２．θａ２に設定する（ステ
ップ５１７）。これらの値は予め運転状態に対応づけた
マツプとして図外のメモリに記憶させておき、このマツ
プから現実の運転状態に応じた値を読出す。次に、充電
装置１７および電気駆動装置１６の各作動期間０１１８
．θｔｓを設定する（ステップ８１ａ、Ｓ＋９＞、これ
らの期間θｔａ、　Ｏｔｓは、エンジン回転数ｒと吸気
負圧■の関数ｆａ（ｒ、ｖ）、ｆｓ　（ｒ、ｖ）どして
求め、現実の運転状態に応じた値に設定する。

次に、ステップＳ２０でクランク角０を入力する。

そして、クランク角θが充電装置１７の作動始期θａか
ら作動終期（θａ＋θｔａ）までの設定範囲にある状態
となったときには、タイミング制御回路２７を介して第
２駆動回路２５を駆動させることにより第２回転コイル
９に通電する（ステップＳ２１．５２２）。またクラン
ク角θが電気駆動装置＝　１５− １６の作動始期Ｏ８から作動終期（Ｏｓ　十ｏ　ｔｓ）
までの設定範囲にある状態となったどきには、タイミン
グ制御回路２６を介して第１駆動回路２４を駆動させる
ことにＪ：り固定コイル７および第１回転コイル８に通
電する（ステップＳ２３．５２４）。

クランク角θが上記各設定範囲にないときにはステップ
Ｓ７に戻ってそれ以下の処理を繰返す。なおイグニッシ
ョンスイッチ２　ｌ　ｂが○ＦＦにされてエンジンが停
止するど、ステップＳ７でこれが判別されて制御動作が
終了する。

以上のフローヂャ−１へに従った制御にＪ：す、エンジ
ン始動直後の所定期間Ｔａを経過した後であってトルク
変動制御が行われるべき運転状態にあるどきは、充電装
置１７おＪ：び電気駆動装置１６がそれぞれ所定のタイ
ミングで作動され、前述のようにクランクシャフト１に
発生するトルクが第９図（Δ）のようになる場合は第９
図（Ｂ）おＪ：び（Ｃ）に示すように設定されたタイミ
ングで上記各装置１７．１６が作動される。従って、第
９図（Ｄ）に示すように、発生トルクの増大時に充型装
置１７から逆トルクが加えられ、発生トルクが逆トルク
となるどきに電気駆動装置１６から正トルクが加えられ
ることとなり、これらの付加トルクにより、トルク変動
が第９図（Δ）に１点鎖線で示すように抑制される。そ
して、とくに逆トルクが加えられるときは充電が行われ
るのでエネルギーが回収され、トルク変動抑制のための
エネルギーロスが小さくなる。

また、とくにエンジン始動直後はバッテリ２２の電力が
かなり消費されていて、この状態でトルク変動抑制のた
め電気駆動装置１６が作動されるとバッテリ２２の過放
電が生じ易くなり、バッテリエネルギーの回復が遅れる
。このため、前述のフローチャートにおけるステップ８
８〜Ｓ１０の処理により、第１３図に示すようにエンジ
ン始動直後の所定期間Ｔａは、トルク変動（２点鎖線で
示す）と関係なく充電装置１７が連続的に作動されて電
気駆動装置１６の作動が停止され、これにＪζつでバッ
テリエネルギーが早期に回復されることとなる。

なお、エンジン始動直後の制御として、上記実施例では
充電装置１７を連続的に作動させているが、電気駆動装
ｆａ１６の作動を停止させさえすれは、充電装置１７は
トルク変動と同期したタイミングで断続的に作動させる
Ｊ：うにしてもよい。また、電気駆動装置１６おＪ：び
充電装置１７の具体的構造は上記実施例に限定されず、
種々変更可能である。例えばクランクシャフトにギヤを
介して連結した回転軸とその周囲の非回転部とにこれら
の装置を構成する電磁コイルを配設してもよく、また一
般のエンジンに具備されたものと同様のスタータおよび
オルタネータを利用して、これに対する通電を制御する
ことによりトルク制御を行うようにし、あるいはスター
タおよびオルタネータとは別に１〜ルク制御のための電
気駆動装置１６および充電装置１７を設けるようにして
もよい。

（発明の効果） 以」このように本発明は、クランクシャフトに発生する
トルク変動に同期して、電気駆動装置を作動さけてクラ
ンクシャフトの発生］・ルクと逆方向のトルクを加える
ようにしているため、トルク変動を抑制して騒音や不快
感を軽減することができ、しかも始動直後は上記電気駆
動装置の作動を停止上させるようにしているため、バッ
テリの過放電を防止し、バッテリエネルギーを早期に回
復させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における充電装置および電気駆動装置の
構造の一実施例を示づ”要部の縦断正面図、第２図は同
縦断側面図、第３図は同概略斜視図、第４図乃至第７図
は充電装置および電気駆動装置を構成するコイルの配線
構造を示す概略図、第８図はトルク変動制御装置の回路
構成の実施例を示すブロック図、第９図（Ａ）、（Ｂ）
、（Ｃ）。 （Ｄ）は発生トルク変動と充電装置および電気駆動装置
の各作動タイミングと付加トルクとの関係説明図、第１
０図は低速域と高速域とにおける発生トルク変動の特性
図、第１１図はエンジン回転数とトルク変動量との関係
を示寸説明図、第１２図は制御のフローチャート、第１
３図はエンジン始動直後の制御動作を示す説明図である
。 １６・・・電気駆動装置、１７・・・充電装置、２０・
・・］ン１〜ロールユニット、２４．２５・・・駆動回
路、２６．２７・・・タイミング制御回路、３１・・・
ｃｐｕｏ−２〇　　− 第　　１　　図 第　　２　　図 ４錨二ささ　８ −Ｌさ〉・艷綽１− Ｓ　　　　　　８ へ　　　　　込 （′−＋−Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．通電によりクランクシャフトにトルクを与える電気
   駆動装置と、クランクシャフトに発生するトルクの周期
   的変動と同期して、クランクシャフトの発生トルクと逆
   方向のトルクをクランクシャフトに加えるように上記電
   気駆動装置の作動タイミングを制御し、かつエンジン始
   動直後の所定期間は電気駆動装置の作動を停止させる制
   御手段とを備えたことを特徴とするエンジンのトルク変
   動制御装置。