JPS6165024A - 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ａＩすするためのト
ルク変動制υＵ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１ｉｌｌ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、
クランクシャフトに磁気的なトルクを加える手段をクラ
ンクシ１１フトに発生するトルク変動と同期して作動さ
せるようにしたものがあり、例えば特開昭５８−２１７
７４２号公報に示されるように、クランクシャフトに発
生するトルクの増大時にオルタネータのフィールドコイ
ルに電流を印加することにより逆トルクをクランクシ１
Ｆフトに加えるようにした装置が知られている。この装
置によると、］・ルク増大時に加えられる逆トルクによ
ってトルク変動を抑制覆ることができ、しかも逆トルク
はオルタネータでの発電によって与えられるためエネル
ギー的な無駄も少なく、かつ装置の構造を簡単にするこ
とができる等の利点がある。

ところで、この装置では逆トルクのみを加えてトルク変
動を抑制Ｊるようにしているが、平均トルクはあまり低
下させないようにしながらトルク変動抑制作用をより一
層高めるに（よ、クランクシャフトに発生する１−ルク
の増大時と減少「、１とに対応させて逆トルクと正トル
クとをそれぞれ加えるようなυＩｔｌ［Ｉが望ましい。

また、この種の装置では、磁気的なトルクを加える手段
に対して通電を開始してからこの手段が作動してクラン
クシャフトにトルクを加える状態となるまでに多少の応
答遅れがあり、エンジンの高回転時にはエンジンの回転
に同期したトルク変動に対して相対的に上記応答遅れが
大きくなるため、これに対応した制御を行うことが望ま
しい。

なお、上記公報に示された装置では、運転状態に応じて
オルタネータのフィールドコイルへの通電タイミングを
ｉ！’Ｊ　ａｌｌ　ｔ、ではいるものの、とくに高回転
時の応答遅れについては着目されていない。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情に鑑み、逆１−ルクを加えるとき
にエネルギーを回収しつつ、クランクシ（７フトに発生
Ｊるトルク変動に応じて正トルクど逆トルクとを所定の
タイミングで加えることにより、平均トルクはあまり変
化させることなく効果的に１〜ルク変動を抑制覆ること
ができ、その上とくに、エンジンの高回転時に、発生ト
ルクの増大および減少に対してクランクシャフトに加え
る逆トルクおよび正トルクの応答遅れを防止することが
できるエンジンのトルク変動制御２１Ｉ装置を促供する
ものである。

（発明の１１４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、クランクシャフトに正
トルクを与える電気駆８装置と、クランクシｔ・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
に上記発電装置のフィールドコイルに通電してｆｌ雷装
置を作動させ、トルク減少時に上記電気駆動装置に通電
して電気駆りＪ装置を作動させるとともに、高回転時に
は低回転時よりし上記各装置に対する通電開始タイミン
グを早めるようにした制御手段とを備えたものである。

つまり、エンジンのトルク変動に対応さきで、トルク増
大時には発電によりエネル１ニーを回収しつつ逆トルク
を加え、トルク減少時には正１−ルクを加えるＪ：うに
づるとともに、上記発電装置および電気駆動装置の作動
に要する応答時間を児込んで、この各装置に対する通電
開始タイミングを１ｉ１１６０　Ｖるようにしたもので
ある。

（実施１５’ｌｌ　） 第１図乃至第３図は本発明のトルク変動ｉｉｌ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、その周囲
の非回転部分とに、発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ャフト１の側端に
はフライホイール２が取付Ｇノられ、その外方にクラッ
チ闘病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の内周面にり一ポー
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（Ｌ；Ｊ、下［回転
コイル」という）８．９Ｊｊ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
シャフト１の外周部には整流子１１Ｊ３よびスリップリ
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１−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Ｊ、うにコントロールユ
ニット２０にＪ′３いて上記固定コイル７に接続される
回路が電気駆動ｎｌ　、！：発電用とにＶ）換えられる
ようになっている。

またフライホイール２の外周に装面された２種類の回転
コイル８，９はそれぞれＵ−りのアーマチュアコイルお
よびＡルタネータのフィールドコイルの役目を果り゛も
ので、第１回転コイル８は第４図に承りように、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図に承りよう
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、後に詳述づ−
るようにコンミ−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図に承
りように、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　Ｊ３　Ｊ、び第１回転コイル８に通電
されたとき（よ、固定子側（取イ」部祠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Ｅ−夕の役目を果し、ク
ランクシ１！フト１に正トルクを加える電気駆動装置１
６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がコントロール
ユニット２０内の整流回路３０に接続されたとぎは、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１！フ
ト１に逆］−ルクが加えられるようになっている。

第８図はトルク変動制御２１１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−スイッチ２１
ａ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。この図に示すようにコン
トロールユニッｉ〜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
、電気駆動用および発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＜１つだときに第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ｖノ回路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
充電されるようになっている。

上記切換回路２３Ｊ３よびタイミング制御回路２６．２
７はＣＰけ３１によってル１ｔｌｌされ、ＣＰＵ３１に
はクランク角センリ３２からのクランク角検出信号と、
（１ルセンリ−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。

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、
ＣＰＵ３１によ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および各タイミング制御回路２６
．２７により、トルク変動に応じて電気゛駆動装置１６
．ｔＪよび発？１ｉ装置１７の作動をυ制御する制御手
段が構成され、この制御手段は、クランクシせフト１に
発生するトルク変動を抑制するように上記各装置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
うにクランクシレフト１に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）に示寸ように、発
生トルクの増大時と減少時（逆トルク発生時）とに対応
するように発電装置１７と電気駆動装置１６とに対する
通電タイミングを設定し、つまり、光電装置ｉ１７のフ
ィールドコイルとしての第２回転コイル９に対りる通電
Ｕ；１始タイミングθａ　Ｊ３よび通電＋！ＩＪ　Ｉｒ
、ｌθｔａと、電気側８装置１６のコイル７．８に対す
る通電開始タイミングθＳおにび通電７１１４間θｔｓ
とを、それぞれクランク角で設定する。そして、クラン
ク角センナ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＋ｔ８２６．２７Ｊ５よび各駆動回路
２４．２５を介し、電気駆動装置１６Ｊノよび光電装置
１７をそれぞれ設定したタイミングで作動づ゛るように
している。

また上記ＣＰｔＪ３１にＪ３いては、発電装置１７およ
び電気駆動装置Ｗ１６の作すノの応答遅れを見込んで上
記各通電開始タイミングθａ、θＳを設定し、エンジン
回転数が高くなるにつれて各通電開始タイミングθａ、
θＳを早めるように補正している。

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よって第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、ピストン系の債性力に起因しノζ慣性トルク
が増大づることにより、第１０図に破線Ｃ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との関係を
示す第１１図においてトルク変動１ｉが極小となる回転
数ｒ１を現に、これより低回転側と高回転側とで上記の
ようなトルク９勤の位相のずれが生じる。このため、後
に７０−ヂヤートで示ず制御の具体例では、上記回転ｒ
１１ｒ１を境に電気駆動装置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。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２０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！１１１ル＋Ｊ　ｌｉｔ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ｆＪ＞
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＄２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２１　ａがＯＮと＜ｊっだど
きはエンジン回転数Ｒが所定（ｌｌ′ｉＲ１より人きい
完爆状態になるまで、始動用の回路を選択しく固定コイ
ル７および第１回転コイル８に通電しくステップＳ３”
−３５）、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Ｕ、固定コイル７と第１＠転
＝１イル８とを用いた電気駆動ｉ４百１６をスタータと
して鋤かける。そしてエンジン回転数１＜が所定１直Ｒ
１より人きくな−）たとき＋、１ステップＳ７に移る。

なお、スｊツブＳｚ’ｒスタートスイッチ２１８がＯＮ
となっていないことを判別したとぎは、エンジン回転ｖ
ｉＲが所定値Ｒ２以下であるとステップＳ１に戻り、所
定ｊｌＩ′＋、　Ｒ２より犬さいどステップＳ７に移る
（ステップＳ６）。

次（、：始動ｔ（の処理として、ステップ８７”Ｃ”イ
グニツシ」ンスイッ１２１ｂがＯＮとなっているか否か
を調べる。ゼしてイグニツシ」ンスイッ′ｆ−２１ｂが
ＯＮであれば、エンジン回転数ｒｄ３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がトル
ク変！７１υ１陣の上限設定１ｆＪ　ｒ　ｏ以下か否か
を調べる（ステップ３９）。ぞして上限設定値ｒ゛Ｑよ
り大きければ発電用の回路を選択してＮＮ２回転コイル
９に通電しくステップＳ＋ｏ、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発電装置１７を鋤かぼ
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Ｉ
５！ｒ　ｌｆｉ前記のトルク変動量が極小となる回転数
１１未満か否かを調べ（ステップＳｔ＞）、この回報数
１１未満のときとこの回転数ｒ１以上のときとに応じて
それぞれ発電装置１７および電気駆動装？１１６に対す
る各通電開始タイミングθａ、θＳを設定する（ステッ
プＳ１３゜５１４）。これらのステップ３１３．Ｓ１４
では、エンジン回転数ｒが上記回転数１１未満のときに
は第１０図実線で示すような１〜ルク変動の特性に応じ
て開始タイミングのＪ：（木値θａ１　、θＳ１を定め
、エンジン回転数ｒが上記回転数１１以上のときには第
１０図に破線で示すようなトルク変動の特性に応じて開
始タイミングの基本値θａ２．θＳ２を定めるようにし
、かつ、上記各装置１７．１６の作動の応答遅れを見込
んで予め発生トルクの増大、１′３よび減少に対応する
タイミングよりもある程度早い一定のタイミングを基本
値θａｌ、θＳ１またはθａ２．θＳ２として定めてお
く。そしてこの基本値Ｏａ１．θＳ１またはＯａ２．θ
Ｓ２にエンジン回転数に応じた補正係数Ｐ（ｒ）を乗算
することによって通電開始タイミングθａ、θＳを求め
ることとし、上記補正係数Ｐ　（ｒ＞はエンジン回転数
が高くなる程小さくなるようにしている。この補正係数
Ｐ　（ｒ）はエンジン回転数の関数として演σにより求
め、あるいは予め図外のメモリにエンジン回転数に対応
づけたマツプとして記憶さけておけばよい。

このような通電開始タイミングの設定につづいては、発
電装置１７および電気駆動装置１６に対する各通電１１
１１間θｔａ、θ（Ｓを設定する（ステップＳｒｓ、Ｓ
＋ａ）。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覆るように、エンジン
回転数ｒと吸気負圧■の関数ｆａ（ｒ、ｖ）、ｆｓ　（
ｒ、ｖ）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Ｓｖ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の作仙始！■θａ
から作動路ＩＪ！Ｊ（θａ＋θ’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Ｓｓａ、Ｓ＋＋）。

またクランク角θが電気駆動装置１６の作動始ＩＩθＳ
から作動終期（θＳ十〇ｔｓ）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３２０．
５２１）。

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２１ｔｌｌＯＦＦ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υ１１１１１
！ｒ！Ｉ］作が終了する。

以上のフローブレートに従った制御により、Ｊレジン始
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、発電装置１７および電気駆動装置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
レフト１に発生するトルクが第９図（Ａ）のようになる
場合は第９図（Ｂ）および（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ｆ￥ａ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Ｒ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（Ａ）に１点鎖線で示すように抑制
される。

またこのようなりＪｌｌｌにおいて、発電装置１７およ
び電気駆動装；ｄ１６に対し通電してから各装置１７．
１６が励磁されてトルクがクランクシ１！フト１に加え
られるまでに多少の応答時間を要するので、上記各装置
１６．１７に対する通？ｆｆ聞始タイミングが一定であ
ると、とくにエンジンの高回転時には、エンジンの回転
に同１１シたトルクの増減に対して相対的に付加トルク
の応答ｄれが生じ　　　゛る。これに対し、前記ＣＰＵ
３１においては予めこのような応答遅れを見込んで、前
記ステップＳｓ、Ｓｖ５での処理により、高回転時には
低回転時よりも上記各装置１６．１７に対する通電開始
タイミングを早めるように設定しているため、高回転時
にも、実際に逆トルクおよび正トルクが加え　　　゛ら
れる時期が発生トルクの増減に正しく対応することとな
る。

なお、本発明におＧ−Ｊる電気駆動装置１６および発電
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２ｏ−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ｌζめの
電気駆動装置１６および発電装置１７を設置ノるように
してもよい。

（発明の効果） 以上のＪ、うに本発明は、クランクシＩ／フトに発生す
るトルク変動に同期して、発生１−ルク増大時に発電装
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Ｏ」させＣ正トルクを加えるようにして
いるため、トルク変動を抑ｆｉ＋１して騒音や不快感を
軽減り−ることができ、か゛つ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、また逆トルクと１ト
ルクとをそれぞれ加えることによって平均トルクはあま
り変化させることなくトルク変動を充分に抑制づること
がＣぎる。その−し、エンジン回転数に応じ、発電装置
および電気駆動装ηに対プる通電開始タイミングを高回
転時には低回転時より早めているため、高回転時にも逆
１−ルクＪ３よび正トルクを加えるタイミングが応答遅
れに、去ってずれることを防止し、適正にトルク変動抑
制のための制御を行う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′４ｊｉ置および電気駆動
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１０図
は低速域と高速域とにお１ノ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機との関係を
示す説明図、第１２図は制御の７０−チ１シー１−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
ｐｕ。 第２図 第す図 ｔ 第５図　　　　　　７，２〃

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
   発電装置のフィールドコイルに通電して発電装置を作動
   させ、トルク減少時に上記電気駆動装置に通電して電気
   駆動装置を作動させるとともに、高回転時には低回転時
   よりも上記各装置に対する通電開始タイミングを早める
   ようにした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。