JPS6161932A - 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【ノ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５５−１１３１号公報に示されるように、クラン
クシ１７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、クランクシレフトに
発生する回転トルクとほぼ逆位相の磁気１−ルクがクラ
ンクシャフトに加えられるに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消費Ｊ−ることなりトルク変動
を抑制することが望ましい。

また、上記公報に示された装置では、トルク変動の抑制
を行う運転域についてはとくに配置輩されていないが、
あまり出力が要求されない低、中負荷域で【ま多少のパ
ワーロスがあっても振動騒音の軽減等のためトルク変動
を抑制Ｊ−ることが好ましく、またアイドル回転数に近
い低回転数域では曝光１−ルク変動が大きいためやはり
Ｉ・ルク変動抑制の要求が強く、一方、高負荷域で【よ
出力向上の要求が強い。このように運転域によって要求
が異なるため、それに応じた制御を行うことが望Ｊｉシ
い。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、あまり出力が要求されな
い運転域やトルク変動抑制の要求が強い運転域では、エ
ネルギー的に無駄の少ない制御で有効にトルク変動を抑
制づ゛ることができ、また出力が要求される運転域では
１−ルク変動制御によるパワーロスを防止することがで
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ャフト
に逆トルクを与える発電装置と、クランクシャツ１〜に
正トルクを与える電気駆動装置と、クランクシレフトに
発生する１−ルクの周期的変動と同期して、トルク増大
時に上記発電装置を作動させ、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をｆｌｉ
ｌ制御し、かつアイドル回転数に近い低回転数域を除く
高負荷域では上記各装置の作動の制御を停止り′る制御
手段どを備えたものである。つまり、アイドル回転数に
近い低回転数域および低、中負荷域ではトルク変動を抑
制するように逆トルクおにび正トルクをクランクシャフ
トに加え、かつこの場合の逆トルクは発電により与えて
そのエネルギーを回収できるようにし、また」ニ記低回
転数域を除く高負荷域ではトルク変動抑制のための制御
を停止し、パワーロスを避Ｃノるようにしたものである
。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明の１〜ルク変動制御装置に具
備される発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
取付けられたフライホイール２の外周と、王の周囲の非
回転部分とに、発電装置おＪ：び電気駆動装置前を構成
する電磁コイルが配設されている。すなわ１５、シリン
グブロック３の側方にａ３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【プられ、その外方にク
ラッチｍ構４が装備されるとともに、フライホイール２
の周囲にはクラツヂハウジング５を取（＝ｔ　ｔｊる取
イ４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、上記取イ」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秤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レフト
１の外周部には整流子１１Ｊ３Ｊ：びスリップリング１
２が設【ノられ、イれぞれにブラシ１３．１／Ｉが接触
している。なお、１５はデイストリビコータである。

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図に示すように、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において上記固定コイル７に接続される回路が電
気駆動用と発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
よ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１
１に接続され、第２回転コイル９は第６図に示すように
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Ｊ：び第１回転コイル８に通電されたどきは
、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
Ｊ：す、これらがモータの役目を果し、クランクシレフ
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図に示ずにうに、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］ン１〜ロー
ルユニット２０内の整流回路３０に接続されたときは、
これらが発電装置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、これによってクランクシレフ
１へ１に逆トルクが加えられるＪ：うになっている。

第８図は１ヘルク変動制御装冒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、
２２はバッテリである。この図に示ずにうにコントロー
ルユニット２０は、キースイッチ２１を介してバッテリ
２２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？１．２５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
動用および発電用の各電流調整回路２８．２９と、整流
回路３０とをυｈ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おにび第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Ｊ：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が駆動状態となったとき、第７
図に示した発電装置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。なお、上記両駆動回路２
４．２５がともに非駆動状態となったどぎは電気駆動装
置１６おＪ：び発電装置１７はいずれも作動しない。

上記切換回路２３およびタイミング制御回路２６．２７
はＣＰＵ３１によって制御され、ＣＰＵ３１にはクラン
ク角ゼンサ３２からのクランク角検出信号と、負圧セン
サ３３からの吸気負圧検出信号とが入力されている。上
記切換回路２３は、第１駆動回路２４が連続的に駆動す
る状態と、第２駆動回路２５が連続的に駆動する状態と
、各駆動回路２４．２５が各タイミング制御回路２６゜
２７の出力に応じて働く状態とに、各駆動回路２４．２
５とバッテリ２２との接続状態を切換えるＪ：うになっ
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ように、
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。

エンジン始動後は、上記ＣＰＵ３１が、特定運転域では
エンジンのトルク変動を抑制するＪ：うに各タイミング
制御回路２６．２７と各駆動回路２４．２５とを介して
電気駆動装置１６おにび発電装置１７の作動タイミング
を制御し、アイドル回転数に近い低回転数域を除く高負
荷域では上記制御を停止する制御手段として働りにうに
なっている。

つまり、上記ＣＰＵ３１においてはトルク変動を抑制を
行うべき運転域を予め設定し、例えば第９図に示すよう
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を設定してこの上限回転数ｒＱよ
り高回転の運転域を発電領域とする。また上限回転数以
下の運転域のうちでも、アイドル回転数に近い低回転側
の設定回転数ｒ２よりも高回転で、かつ設定負荷（吸気
負圧Ｖｔ　）よりも高負荷の運転域は非制御領域とし、
それ以外の運転域を制御領域として設定する。そしてＣ
ＰＵ３１は、クランク角の周期計測等にＪ：つて検出さ
れるエンジン回転数と、吸気負圧によって検出される負
荷とを調べ、これに基づき、上記制御領域ではトルク変
動抑制のための制御を行い、上記非制御領域では電気駆
動装置１６おＪ：び発電装置１７の作動を停止し、上記
発電領域では切換回路２３を介して第２駆動回路２５を
連続的に駆動さゼるＪ：うにしている。

上記制御領域におりるトルク変動抑制のための制御とし
ては、例えば４気筒４サイクルエンジンの場合、第１０
図（Δ）に示すようにクランクシャフト１に発生する１
−ルクがクランク角で１８００の周期をもって増減する
ので、ＣＰＵ３１においては、第１０図（Ｂ）おＪ：び
（Ｃ）に示で−Ｊ：うに、発生１〜ルクの増大時と減少
時（逆トルク発生時）とに対応するＪ：うに発電装置１
７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Ｏａ、θＳおよび作動期間θｔ
ａ。

θｔｓをクランク角で設定する。この場合、トルク変動
に対応させるとともにバッテリ２２の過放電を防止する
ため、発電装置１７の作動期間θ［ａを電気駆動装置１
６の作動期間θｔｓよりも長くしている。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Ｊ：び各駆動回路２
４．２５を介し、電気駆動装置１６おＪ：び発電装置１
７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。

なお、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３１；っで第１１図に実線で示
すＪ：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より、第１１図に破線で示すよう
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どの関
係を示す第１２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、制御領域
のうちで上記回転数ｒ１より低回転側と高回転側とでは
電気駆動装置１６および発電装置１７の作動タイミング
を変えるようにしている。

このトルク変動制御装置による制御の具体例を第１３図
のフローチャートによって次に説明する。

このフローヂャーｈにおいては、先ずエンジン始動の際
の処理どして、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がＯＮとなったとぎはエン
ジン回転数Ｒが所定値Ｒ８１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と第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きは
ステップ＄７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Ｓｅ）。

次に始動後の処理として、ステップＳ７でイブニツショ
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、
ステップＳ８でエンジン回転数ｒおよび吸気負圧Ｖを読
込んでから、ステップ８９〜Ｓ１１でエンジン回転数ｒ
および吸気負圧Ｖが第９図のように区分された各領域の
うちのいずれにあるかを調べ、それに応じた処理を行う
。

すなわち、ステップＳ９ではエンジン回転数ｒが前記の
上限回転数ｒＱ以下か否かを調べ、上限設定値ｒＱより
大きければ発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Ｓ１２，５１３）、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発電装置１７を働かせる。エ
ンジン回転数ｒが上限設定値ｒ（１以下であれば、ステ
ップＳ１０で低回転側の設定値ｒ２より大きいか否かを
調べ、この設定値ｒ２以下であれば後述のステップＳ　
１５に移り、この設定値より大きければステップＳ１１
で負荷（吸気負圧■）が設定値ｖ１より小さいか否かを
調べる。そして、このステップＳ１１で負荷が設定値■
１以上であると判別したどき、つまりステップＳ９．Ｓ
１０での判定結果を含めるとエンジン回転数ｒおよび負
荷が第９図中の非制御領域にあるときには、各駆動回路
２４．．２５を駆動させることなくステップ＄７に戻る
。

ステップＳ１１で負荷が設定値ＶＩにり小さいことを判
別したどきは、トルク変動を抑制するための制御として
、ステップＳ　１４でエンジン回転数が前記のトルク変
動間が極小となる回転数１１未満か否かを調べてから、
この回転数１１未満の回転数域にあるときは電気駆動装
置１６おｊ：び発電装置１７の各作動始期θＳ、θａを
それぞれ爆発トルク変動に応じた値θｓ１．θａ１に設
定しくステップ５１５）、この回転数ｒ１以上の回転数
域にあるときは上記各作動始期θｓ、Ｏａをそれぞれ慣
性トルク変動に応じた値θｓ２．θａ２に設定する（ス
テップ８１６）。これらの値は予め図外のメモリに記憶
させておき、このメモリから現実の運転状態に応じた値
を読出す。次に、発電装置１７および電気駆動装置１６
の各作動期間θｔａ、θｔｓを設定する（ステップＳ１
７．８１８）。これらの期間θｔａ、θｔｓは、運転状
態によって変わるトルク変動量等に対応するように、エ
ンジン回転数ｒと吸気負圧■の関数ｆａ　（ｒ、ｖ）、
ｆｓ　（ｒ。

■）として求め、現実の運転状態に応じた値に設定する
ことが望ましい。

次に、ステップＳ　１９でクランク角θを入力する。

そして、クランク角θが発電装置１７の作動始期θａか
ら作動終期（θａ十〇ｔａ）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８２０．８２１＞。またクラン
ク角θが電気駆動装置１６の作動始期θＳから作動終期
（θＳ＋θｔｓ）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より固定コイル７および第１回
転コイル８に通電する（ステップＳ２２．５２３）。

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トに従った制御により、エンジン始
動後でエンジン回転数おＪ：び負荷が第９図中の制御領
域にあるときは、発電装置１７おにび電気駆動装置１６
がそれぞれ所定のタイミングで作動され、例えば前述の
Ｊ：うにクランクシ１７フト１に発生するｌ−ルクが第
１０図（Δ）のＪ：うになる場合は第１０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＠１７．１６が作ＩＪ＋される。従ってこの領域では
、第１０図（Ｄ）に示すように、発生トルクの増大時に
発電装置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１０図（Ａ）に１点鎖線で示すにうに抑制さ
れる。そしてこの場合、とくに逆トルクが加えられると
きは発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。

またこのようなトルク変動抑制のための制御が行われて
いるとき、前述のように発電装置１７の作動期間θｔａ
が電気駆動装置１６の作動期間／７ｔｓよりも長く、従
って発電装置１７によって加えられる正トルクよりも大
きいため、第１０図（Ａ）中に示すようにトルク変動抑
制のための制御が行われない場合の平均トルクＴ１と比
べて上記制御が行われた場合の平均トルクＴ２は多少低
くなる。

そこで、前記のステップ８９〜Ｓ１１での処理にＪ：す
、第９図中の非制御領域では、発電装置１７および電気
駆動装置１６の作動が停止され、つまりこのような領域
ではトルク変動抑制の要求よりも出力向上の要求が優先
されることから、トルク変動抑制のための制御が停止さ
れて、パワーロスが避けられるようにしている。

なお、本発明における電気駆動装＠１６おＪ：び発電装
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
連結した回転軸とイ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」：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
Ｊ：びオルタネータどは別に１〜ルク制御のための電気
駆動装置１６および発電装置１７を設けるｊ；うにして
もＪ：い。

（発明の効果） 以上のように本発明は、アイドル回転数近くのトルク変
動が大きい低回転数域やあまり出力が要求されない低、
中負荷域ではクランクシャフトに発生するトルク変動に
同期してトルク増大時に逆トルクを加え、トルク減少時
に正トルクを加えるように、発電装置おＪ：び電気駆動
装置をそれぞれ所定のタイミングで作動させているため
、」ユ記の運転域でｉ〜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、かつ逆１ヘルクを加えるとき
にエネルギーを回収することができる。また、に２低回
転数域を除く高負荷域ではトルク変動抑制のための制御
を停止しているので、このような運転域ではパワーロス
を防止し、出力上の要求を満足することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における発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
は発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図は制御領域およ
び非制御領域を示す説明図、第１０図（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）は発生トルク変動と発電装置および電気
駆動装置の各作動タイミングとイ」加トルクとの関係説
明図、第１１図は低速域と高速域とにお【ノる発生トル
ク変動の特性図、第１２図はエンジン回転数とトルク変
動量との関係を示す説明図、第１３図は制御のフローチ
ャートである。 １６・・・電気駆動装置、１７・・・発電装置、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
ｐｕ０特許出願人　　　　マツダ株式会社 第１図 輪猟上→へ　０ 工→へ継１停− −りにＣ− 一１４

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
   ルクを与える発電装置と、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発
   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を制御し、かつアイ
   ドル回転数に近い低回転数域を除く高負荷域では上記各
   装置の作動の制御を停止す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。