JPS6161931A - 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となるので、このようなトルク変
動はできるだけ抑制することが望ましい。

従来、このようなトルク変動を抑制する装置としては、
特開昭５５−１４３１号公報に示されるように、クラン
クシャフトとと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けられた電
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より、クランクシャフトに発
生する回転トルクどほぼ逆位相の磁気１−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
変動するにうにしたものであって、磁気トルクが正トル
クとなるときも逆トルクとなるときも第２の磁束発生手
段で電力が消費されることとなるが、燃費等の面からは
できるだけエネルギーをｉ？ツ費することなくトルク変
動を抑制することが望ましい。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、クランクシ（？フトに発
生するトルク変動に応じて正トルクと逆トルクとを所定
のタイミングで加えることにＪ：す１〜ルク変動を抑制
し、かつ逆トルクを加えるどきにエネルギーを回収覆る
ことができ、エネルギーロスを小ざくすることを基本的
な目的どし、ざらにこのような制御を行う場合に、バッ
テリの過放電や過充電を確実に防１１ニすることのでき
るエンジンのト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、エンジンにより駆動されてクランクシｌ７７
１・に逆トルクを与える充電装置と、クランクシャフト
に正１〜ルクを与える電気駆１ＦＩＪ′ＪＡ置と、クラ
ンクジャブＩ〜に発生する１〜ルクの周期的変ｖＪと同
期して、トルク増大時に上記充電装置を作動させ、１〜
ルク減少時に−に記電気駆動装置を作動さゼるようにこ
の各装置の作動タイミングを制御づ−る作動タイミング
制御手段と、バッテリの充電状態に応じて充電装置の作
動量と電気駆動装置の作動量の比率を可変制御する作動
量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Ｊ：って生じるクランクシャフトのトルク変動に
対し、この変動を抑制するように正１−ルクど逆トルク
とを加え、かつ逆トルクは充電によって与えるにうにし
、さらにバッテリの充電状態を適正に保つように、充電
装置による充電量と電気駆動装置による電流消費量との
比率を制御するようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明の１−ルク変動制御装置に具
備される充電装置および電気駆動装置の構造の一実施例
を示しており、この実施例では、クランクシャフト１に
取イ」けられたフライホイール２の外周と、その周囲の
非回転部分とに、充電装置および電気駆動装置を構成す
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１１フト１の側端に
は゛フライホイール２が取イ・１（プられ、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（〕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、−］二記取伺部材６の内周面にサポ
ータ６ａを介して固定側電磁コイル（以下［固定コイル
１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種類の回転制電ｒｌ　−１イル（以下［回
転コイル］という）８，９おにび磁性体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
シャフト１の外周部には整流子１１おＪ：びスリップリ
ング１２が設けられ、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Ｊ：び第７図に示寸ように、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。そしで、後に詳述覆るようにコン１へロールユ
ニツｌ−２０において上記固定コイル７に接続される回
路が電気駆動用と充電用どに切換えられるようになって
いる。

ま／ｊフライホイール２の外周に装備された２種類の回
転コイル８．９はそれぞれモータのアーマチュアコイル
おＪ：びオルタネータのフィールドコイルの役目を果す
もので、第１回転コイル８は第４図に示すように、モー
タのアーマチュ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
するようにコントロールユニット２０からそれぞれ所定
時に通電されるようになっている。そして、第５図に示
すように、コントロールユニット２０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に通電されたと
きは、固定子側（取付部材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
により、これらがモータの役目を果し、クランクシャフ
ト１に正］−ルクを加える電気駆動装置１６を構成する
。

また第７図に示すように、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［〜ロー
ルユニツ１〜２０内の整流回路３０を介してバッテリに
接続されたどきは、これらが充電装置１７を構成し、第
２回転コイル９の回転に伴って固定コイル７に生じる電
流がバッテリに送られて充電が行われ、これにＪ：つで
クランクシ１７フト１に逆トルクが加えられるようにな
っている。

第８図は１〜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１〜スイツヂ２１ａお
よびイグニッションスイッチ２１ｂを合むキースイッチ
、２２はバッテリである。この図に示すようにコン１〜
ロールユニツト２０は、キースイッチ２１を介してバッ
テリ２２に接続された切換回路２３と、この切換回路２
３に接続された第１駆動回路２４おＪ：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Ｊ：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Ｊ：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きには固定コイ
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は駆動状態となったどきに第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が駆動状態となったとき、第７
図に示した充電装置１７が作動して、バッテリ２２に充
電されるにうになっている。

上記切換回路２３おＪ：びタイミング制御回路２６．２
７はＣＰＵ３１によって制御され、ＣＰＵ３１にはクラ
ンク角センサからのクランク角検出信号３２ど、負圧セ
ンサからの吸気負圧検出信号３３とバッテリ電圧信号３
４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Ｊにうに、切換回路２
３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が働りＪ：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、ＣＰｔＪ３１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
制御されるにうにしている。

こうして始動後は、ＣＰＵ３１おにび各タイミング制御
回路２６．２７が電気駆動装置１６および充電装置１７
の作動タイミングを制御する作動タイミング制御手段と
して働りＪ：うにし、クランクシャフト１に発生するト
ルク変動に同期して次のように上記各装置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リー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１−ルクがクランク角で
１８００の周期をもって増減するので、ＣＰＬＪ３１に
おいては、第９図（Ｂ）および（Ｃ）に示すにうに、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、例えばそれぞれの作動始期Ｄａ、ｆ
）ｓおにび作動期間θｔａ、θｔｓをクランク角で設定
１′る。そして、クランク角センサ３２により検出され
たクランク角に応じ、各タイミング制御回路２６．２７
および各駆動回路２４．２５を介し、電気駆動装置１６
おＪ：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。

さらに上記ＣＰＵ３１およびタイミング制御回路２６．
２７は、上記各作動期間θｔａ、ｏｔｓを変えることに
よって充電装置１７および電気駆動装置１６の各作動量
を変えることができるようにし、バッテリ電圧検出信号
３４に応じて上記各作動期間θｔａ、θｔｓの比（θｔ
ａ／θｔｓ）を可変制御するようにして、作動量制御手
段を構成している。つまり、上記ＣＰＵ３１においては
、後にフローチャートによって詳述するように、運転状
態に応じて上記各作動期間θｔａ、θｔｓの基本設定値
を定めるとともに、例えばこの基本設定値が第９図（Ｂ
）、（Ｃ）にそれぞれ実線Ａ１．８＋で示すようになる
場合に、バッテリ電圧が所定の安定範囲より一す低くな
れば破線Δ２．Ｓ２で示ずＪ：うに、またバッテリ電１
モが所定の安定範囲Ｊ：りも高（なれば破線Ａ３．８３
で示′？ｊＪこうに、各作動期間０１ａ。

θｔＳＩ７）設定値を補正している。

なお、エンジンの低回転時と高回転時とではクランクシ
ャツ］・に発生するトルク変動の位相が異なり、低回転
時には、爆発力に起因した爆発トルク変動ににって第１
０図に実線で示すようなトルク変動どなるが、高回転時
にはピストン系の慣性力に起因し１．：慣性１〜ルクが
増大することにより、第１０図に破線で示ずＪ：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
変動が生じる。この位相のずれは、エンジン回転数と１
〜ルク変動量との関係を示ず第１１図においでトルク変
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１７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ｒｏ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。

このトルク変動制御装置によ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。スタートスイッチ２１ａ、６（ＯＮとなったときは
エンジン回転数Ｒが所定値Ｒ６１より大きい完爆状態に
なるまで、始動用の回路を選択して固定コイル７おにび
第１回転コイル８に通電しくステップ＄３〜８５）、つ
まり、前記切換回路２３を介して第１駆動回路２４を連
続的に駆動さけ、固定コイル７と第１回転コイル８どを
用いた電気駆動装置１６をスタータとして動かせる。そ
してエンジン回転数Ｒが所定値Ｒ１より大きくなったと
ぎはステップ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
とぎは、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Ｒ２Ｊζり大きいとステップ
Ｓ７に移る（ステップＳｓ）。

次に始動後の処理どして、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であれば、
エンジン回転数ｒおよび吸気負圧■を読込み（ステップ
Ｓ８）、次にエンジン回転数ｒがｉヘルク変動制御の上
限設定値ｒＱ以下か否かを調べる（ステップＳ９）。そ
して上限設定（＋ｆｉ　ｒ　ｏ　Ｊ：り大さくプれば充
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Ｓ１ｏ、５１１）、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
ることにより充電装置１７を働かせる。

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Ｓ９に続いてエンジン回転数
ｒが前記のトルク変動量が極小となる回転数６１未満か
否かを調べ（ステップ５１２）、この回転数６１未満の
低速域にあるときは電気駆動装置１６および充電装置１
７の各作動始期θｓ、Ｏａ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８１
３）、この回転数ｒ１以上の高速域にあるときは上記各
作動始期θＳ、θａをそれぞれ高速域でのトルク変動に
応じた値θ８２．θａ２に設定する（ステップ５１４）
。これらの値は予め図外のメモリに記憶させておき、こ
のメモリから読出す。

次に、バッテリ電圧ｖｂを読込み（ステップ５１５）、
このバッテリ電圧ｖｂが所定のバッテリ電圧安定範囲（
Ｖｂ１〜Ｖｂ２）内にあるか否かを調べる（ステップ５
１６）。そしてこの範囲内にあれば、充電装置１７およ
び電気駆動装置１６の各作動用−１４＝ 問θｔａ、θｔｓの設定値を、運転状態（エンジン回転
数ｒおＪζび吸気負圧■）に応じて求めた基本設定値ｆ
ａ　（ｒ、ｖ）、ｆｓ　（ｒ、ｖ）とする（ステップＳ
１７．５１１１）。この場合、上記各基本設定値ｆａ　
（ｒ、ｖ）、ｆｓ　（ｒ、ｖ）を運転状態に応じた値と
しているのは、運転状ｒフによって変わるトルク変動量
や出力−１＝の要求等に適合させるためであり、これら
の値は、予め各種運転状態に対応づＧノだマツプとして
メモリに記憶させておいてこのメモリから求め、あるい
は演算ににり求めるＪ：うに寸ればＪ：い。

上記ステップＳ１６でバッテリ電圧ｖｂが上記安定範囲
内にないことを判別したときは、充電装置１７の作動期
間Ｏ１ａの設定値を、基本設定値ｆａ（ｒ、ｖ）に補正
係数Ｋを乗算した値とし、電気駆動装ｆｆ１１６の作動
期間θｔｓの設定値を、基本膜°定値ｆｓ　（ｒ、ｖ）
に補正係数に′を乗算した値とするくステップＳ１９．
５２０）。この場合、バッテリ電圧安定範囲内の特定電
圧（例えばこの範囲の中心にあたる電圧）をＶｂｏと覆
ると、この特　１５一 定電圧Ｖｂｏと検出電圧ｖｂどから補正係数には［Ｋ＝
Ｖｂｏ　／Ｖｂ］と演算した値であり、補正係数に′は
［Ｋ’　＝１／Ｋ］ど演算した値である。

従って検出電圧ｖｂが上記安定範囲Ｊｚり低いとぎは、
補正係数１くが１より大ぎく、補正係数に′が１より小
さくなるので、充電装置１７の作動期間θｔａが長くな
るとともに電気駆動装置１６の作動期間θｔｓが短くな
るＪ：うにそれぞれの設定値が補正され、逆に検出電圧
ｖｂが上記安定範囲より高いときは、充電装置１７の作
動期間θｔａが短＜イｆるとともに電気駆動装置１６の
作動期間ＯｔＳが長くなるＪ：うにそれぞれの設定値が
補正される。

ステップＳ１７．３１８またはステップ８１９，８２０
での作動期間θｔａ、θｔｓの設定につづいては、ステ
ップＳ　２１でクランク角θ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Ｏａから作動終期（
θａ十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２
５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Ｓ２２．Ｓ２３）。またクランク角０が電気
駆動装置１６の作動始期θＳから作動終期（θｓ　＋　
０ｔｓ）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おにび第１回転コイ
ル８に通電する（ステップＳ２４．５２５）。クランク
角θが」二旧冬設定範囲にないとぎにはステップ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２１ｂがＯＦＦにされてエンジンが停止すると、
ステップＳ７でこれが判別されて制御動作が終了する。

以上のフローチャー１−に従った制御により、エンジン
始動後でトルク変動制御が行われるべき運転状態にある
ときは、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、前述のにうにクラン
クシャフト１に発生するトルクが第９図（Ａ）のＪこう
になる場合は第９図（Ｂ）および（Ｃ）に示ツにうに設
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Ｊ：うに、発生トルク
の増大時に充電装置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ときに電気駆動装置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。

またこのような制御が行われているときに、充電装置１
７によってバッテリ２２に充電される一方、電気駆動装
置１６では電力が消費されるため、この各装置１７．１
６の作動はバッテリの充電状態に影響を及ぼす。そこで
、バッテリ電圧が安定範囲外に変動したときは、前記ス
テップＳ１９．Ｓ２ｏの処理により、バッテリの充電状
態が調整される。つまり、バッテリ電圧が前記安定範囲
よりも低い過放電状態になると、第９図（Ｂ）、（Ｃ）
に破線Ａ２．８２で示すように充電装置１７の作動期間
θｔａが長くなるとともに電気駆動装置１６の作動期間
θｔｓが短くなるように補正されることにＪこり、充電
量が高められて電力演費量が抑えられる。またバッテリ
電圧が前記安定範囲よりも高い過充電状態になるど、第
９図（Ｂ）、（Ｃ）に破線Ａ３．８３で示すＪ：うに充
電装置１７の作動期間θ１ａが短くなるとともに電気駆
動装置１６の作動期間θｔｓがＦｚ　＜　＜ｒるにうに
補正されることにＪ：す、充電量が抑えられて電力泊費
吊が高められる。こうしてバッテリ電圧が安定範囲内に
戻されることとなる。

なお、上記実施例ではバッテリ電圧変動時に充電装置１
７ど電気駆動装置１６の各作動期間θｔａ。

ＯｔＳをどもに補正しているが、いずれか一方だ（）を
補正してもよい。また上記各装置１７．１６の作動量を
制御、補正する作動量制御手段としては、ＣＰＵ３１に
にり前記各電流調整回路２８．２９を介して各回転コイ
ル８．９へ流れる電流を制御するにうにしてもよい。

また、電気駆動装置１６および充電装置１７の具体的構
造も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ｔ７７１−にギヤを介して連結した回転
軸とその周囲の非回転部どにこれらの装置を構成する電
磁コイルを配設してもにく、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
タとは別にト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） 以上のように本発明は、クランクシャフトに発生するト
ルク変動に同期して、発生トルク増大時に充電装置を作
動させて逆トルクを加え、発生トルク減少時に電気駆動
装置を作動させて正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、しかも逆トルクを加えるときにエネルギーを回収
することができて、エネルギーロスを少なくすることが
できる。さらに、バッテリの充電状態に応じて充電装置
の作動量と電気駆動装置の作動量の比を制御しているた
め、充電装置による充電量と電気駆動装置による電力消
費量との比率が適正に調整され、バッテリの過放電や過
充電を確実に防止す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ｌプる充電装置おＪ：び電気駆動装
置の構造の一実施例を示す要部の縦断正面図、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
図は充電装置おに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ずブロック図、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番プ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Ｍとの関
係を示す説明図、第１２図は制御のフローチャートであ
る。 １６・・・電気駆動装置、１７・・・充電装置、２０・
・・コントロールユニット、２４．２５・・・駆動回路
、２６．２７・・・タイミング制御回路、３１・・・ｃ
ｐｕ。 第　　１　　図 ４棉上へさ　０ 工師さ・−虜に

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．エンジンにより駆動されてクランクシャフトに逆ト
   ルクを与える充電装置と、クランクシャフトに正トルク
   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、トルク増大時に上記充
   電装置を作動させ、トルク減少時に上記電気駆動装置を
   作動させるようにこの各装置の作動タイミングを制御す
   る作動タイミング制御手段と、バッテリの充電状態に応
   じて充電装置の作動量と電気駆動装置の作動量の比率を
   可変制御する作動量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。