JPS6166818A - 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、特定運転域で一部気筒への懲ｒ１供給を停止
して部分気筒運転するようにしたエンジンのトルク変Ｉ
ＪをａＩＩＩｏｌｌする装置に関するしのぐある。

（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
、このトルク変動が賑動騒８の原因となり、また運転者
に不快感を与えるツ２累どイｆるので、このようなトル
ク変動はできるだけ抑ｆ、ＩＩすることが望ましい。

また、低負荷低回転Ｉ４等の特定運転域でｔよ一部気筒
に対する燃料供給をカットして作動を休止させ、その分
だ【プ残りの稼抛気筒の負荷を相対的に高めることによ
り燃費効率を向上づ゛るようにした、いわゆる気筒ｆ！
ｉυＩＩＩエンジンがあるが、このようなエンジンでは
、一部気筒への燃料供給をカッｌ〜する部分気筒運転時
にトルク変１）Ｊがより大きくなる傾向がある。

従来、上記気筒数制御エンジンにおいてトルク変動を抑
υ１するようにした装置としては、特開昭５５−１１２
８３４号公報に示されるように、クランクシャフトに連
動して回転するｎ転体とその周囲の固定部分とにそれぞ
れ磁石群を配設した装置がある。この装置は、上記回転
体の回転に伴う両田石醒間のＩｈの変化により、周期的
に正方向（クランクシャフトの回転方向）と逆方向とに
変化する磁気トルクがクランクシャフトに加えられるよ
うにし、この磁気トルクが部分気筒運転時のエンジンの
作動によって生じるトルクとほぼ逆位相となるように設
定したもので、上記両磁石群はそれぞれ永久磁石で構成
し、あるいは一方の磁石３Ｆに電磁石を用いている。そ
して電磁石を用いる場合は部分気筒運転時にのみ通電す
るようにし、両磁石群をともに永久磁石で構成する場合
でも、部分気筒運転時のトルク変動を抑制づるように磁
極の配置等が設定されている。つまりこの装置は、両磁
石群の電極配置により磁気トルクの周期が決まり、正ト
ルクおよび逆トルクを加えるタイミングや時間を自由に
ｕ制御することができないので、部分気筒運転時に合わ
せて電１〜配胃を設定し、実質的に部分気筒運転時にの
み白くようにしている。

ところで、全気筒運転時にもトルク変動を抑制したいと
いう要求があり、この場合に全気筒運転時と部分気筒運
転時とではトルク変動の周期史人きさが異なるため、そ
れに応じた！、ＩＩ　ｔａｌｌを行うことができるよう
な３Ａ首の開発が望まれていた。

（発明の目的） 本発明はこれらの事情にルみ、金気ｎ１転時と部分気筒
運転時とにわたり、それぞれにＪ５１＝ｊるトルク変動
の周期や大きさに対応さμて適切にトルク変動をａＩＩ
ＩＩづることができるエンジンのトルク変動υ制御装置
を提供ジるものである。

（発明の構成） 本発明は、エンジンの特定運転１１１ｒ−一部気ｎへの
燃料供給を停止して部分気筒運転するようにしたエンジ
ンにおいて、エンジンにより駆動されてクランクシャフ
トに通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Ｕｔ　ｆＪｌ　２２Ｕと、全気筒
運転時および部分気ね運転時にＣれぞれクランクシャフ
トに発生するトルクの周期的ｇＬ！ｖＪと同ＩＩ　ｔ、
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！ｌＪ装置を作動させるように上記各
装置の作動タイミングを＄１１６９　する作動タイミン
グｔ１１１ｔ１１手段と、上記各Ｗｔｔの作動時間をそ
れぞれ部分気筒運転時には全気筒運転時よりも長くする
ように１Ｉｌｊ１２ｊする作動時間ｉ、ＩＪ　１２１１
手段とを備えたものである。つまり、本発明ではクラン
クシャフトに逆トルクおよび正トルクを加える手段とし
て発電装置Ｊ５よび電気駆動装置の両５ＡＹを用い、電
気的に上記各トルクを加えるタイミングおよび時間をそ
れぞれ制御できるようにしている。そして、全気筒運転
時および部分気筒運転時で、それぞれにおけるトルク変
動に対応ざ往て上記各装置からクランクシャフトに逆ト
ルクおよび正トルクを加える時期および時間をｍｉｌ＋
御するように構成している。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明のトルク変動υｊＯ１ｌ装置
に具罰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￥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
成づるｆｆｌ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１ノられ、その外方に
クラッチ別格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ｌ！ｉｌａされている。

この部分において、上記取付部材６の内１４面にリポー
タ６ａを介して固定側電磁コイル（以下ｒ　［ｉ’、１
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種類の回転側電田コイルく以下「
１ｉｌｌｉ１転コイル」という）８．９および磁性体１
０が装備されている。またフライホイール２の内方にお
いてクランクシャツｌ−１の外周部には整流子１１およ
びスリップリング１２が設けられ、それぞれにブラシ１
３．１４が接触している。、なお、１５は１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（１°り造を概略的に表わ
した第５図および第７図に示η−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デユアコイルお
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　Ｄ１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図に示ずよ
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、優に詳述す
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に通電されたどき
ｔよ、固定子１！＋１１　＜取ｆｆ１ｊ部（イＧの内周
）と８転子側（フライホイール２の外周）とが所定の極
性でＩ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ｉ・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１ように、端子すを介して第２回転コイ
ル９に通電されるとどもに固定」イル７がコントロール
ユニット２０内の整流回路３０に接続されたときは、こ
れらが発心装置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ャフト
１に逆トルクが加えられるようになっている。

第８図はトルク変ｆｈυ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Ωむキースイッチ
、２２はバッテリである。この図に示づ゛ようにコント
ロールユニット２０警よ、キースイッチ２１を介してバ
ッテリ２２に接続された１、７Ｊ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ｆ１１制御する各タイミングｆＩＩＪＩ
３１１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図に示した電気層
ａｖ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Ｖｔ１１７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２３、各タイミング制御回路２６゜２７お
よび各電流′ＪＪ整回路２８．２９はＣＰＵ３１によっ
て制す１１され、ＣＰＬＪ３１にはクランク角しンサか
らのクランク角検出（Ｈ号３２ど、負圧ヒンザからの吸
気負圧検出信号３３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ｆｌｌ装譜１６が連続的に作動
してスタータの役１」を宋づように、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が鮎くように各駆動回路２
４゜２５とバッテリ２２との接続状態が１，７１ＪＩｉ
＋！えられ、ＣＰＩＪ３１により各タイミング制御回）
’ｆ１２６．２７を介して各駆動回路２４．２５の駆動
タイミングおよび駆動時間が２，１１１１１されるよう
にし、上記ＣＰＵ３１と各タイミング制御回路２６．２
７とで、電気駆動装置１６および発電８ｉ置１７に対す
る作動タイミング１１１１１手段および作動時間ｆｊｌ
ｔ１１手段が構成されている。

上記ＣＰＵ３１は、クランク角検出信＠３２の周期計測
によって求められるエンジン回転数ど１ンジンの負荷を
示す吸気負圧検出信号３３とに基づいて運転状態を調べ
、特定運転時に部分気筒運転を行わせるための信号３４
を図外の気筒数制御手段に出力づる一方、全気筒運転時
および部分気筒運転時に発電装置１７Ｊ３よび電気駆動
装置１６をそれぞれ次のような設定に従ってａｉ制御す
るようにしている。

すなわら、例えば４気筒４サイクルエンジンの場合、全
気筒運転時には各気筒での爆発によって生じるトルク変
動が第９図＜Ａンに実線で示ずようになり、クランク角
で１８００の周期をもってトルクが増減する。また部分
気ね運転時には、図外の気筒数制御手段により２つの気
筒に対する燃料供給がカットされて残りの２気筒のみが
稼動し、これによってトルク変動は第９図（Ａ）に破線
で示すようにクランク角で３６００の周期となり、かつ
トルク変動口（振幅）が全気筒運転時と比べて大きくな
る。そこでＣＰＵ３１においては、第９図（Ｂ）、（Ｃ
）に実線（全気筒運転時）と破線（部分気筒運転時）と
で示すように、全気筒運転時と部分気筒運転時とで発電
装置１７Ｊ３よひ電気駆動ａ　ｆ’ｆ　１６の各作動タ
イミングを変えて、いずれの運転時でｂトルク増人Ｉｔ
、）と１−ルク減少ｎ、１とに上記各装置１７．１６の
名作０」タイミングを合致させるように設定するととも
に、部分気ね運転時には全気筒運転時よりも上記各装置
１７．１（３の作動時間を長く設定するようにしている
。具体的には、上記各装置１７．１６の作＋ｈ胎朋θそ
１゜θＳおよび作動時間θｔａ、θｔｓをそれぞれクラ
ンク角で設定し、これらを全気筒運転時と部分気ね運転
時とで箕なる鎗に設定するようにしている。

なお、全気筒運転が行われる運転域内および部分気筒運
転が行われる運転域内でも、運転状態によってトルク変
ｆｊＪ　！や出力上の要求等が変わるのでそれに応じて
上記各作動時間θｔａ、θｔｓの設定値を変えることが
望ましい。このような各作動時間θｔａ、θ【Ｓの設定
値は予め金気ｎ運転時と部分気筒運転時とについてそれ
ぞれ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、全気筒運転時Ｊ５よＵ部分気筒運転時
の前記呂ｔ￥　＋ｈ始期θａ、θＳの設定値も予めメモ
リに記憶さ往ておけばよい。

全気筒運転および部分気筒運転の運転域は、通常、第１
０図のように設定され、つまり設定回転数ｒ１より低回
転で、かつ設定負荷く吸気負圧Ｖ１）より低負荷の領域
が部分気ね運転域とされ、それ以外の領域が全気筒運転
域とされる。また、エンジン回転数が極めて高い領域で
はトルク変動ｉｌｌ　０１１の要求が乏しく、かつ制御
が難しいため、次に述べる制御の具体例では、トルク変
動制御の上限回転ａｒｏを設定し、この上限回転敗ｒｇ
を超えない［９ｆｌでトルク変動ｉ／Ｊ　ｔｉ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１１図
のフローチャートによって次に説明する。

この７０−チ鵞！−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がＯＮと４ｒっだときは
■ンジン回転ｖｌＲが所定［Ｒ＋より大きい完渾状態に
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〜Ｓ５）、つ
まり、前記切換回路２３を介して第１駆動回路２４を連
続的に駆動ざＶ、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をスタータとして廟かせる。そ
してエンジン回転ｖｌＲが所定値Ｒ１より大きくなった
ときはステップＳ７に移る。なお、ステップ＄２でスタ
ートスイッ１２１ａがＯＮと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１１Ｒ２以下である
とステップＳ１に戻り、所定ＩＫｉＲｚより大きいとス
テップＳ７に移る（ステップＳｓ）。

次に始動俊の処理として、ステップＳ７でイグニッショ
ンスイッチ２１ｂがＯＮとなっ又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ｔ、
ｒ、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がトルク変動制り１
１の上限設定ｋｉｔ　ｒ　ｏ以下か否かを調べる（ステ
ップＳ９）、そして上限設定ｔｅｒａ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Ｓ１ｏ、５１１）、つまり第１駆動回路２４を非駆
動状態どするとともに第２駆動回ｖ１２５を駆動状態と
することにより発電装置７？１７を働かせる。

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、ステップＳｔ２．Ｓ１３で設定値ｖ１より低
いか否か、およびエンジン回転数ｒが設定回転数ｒ１よ
り低いか否かを判定する。

ステップＳａ、Ｓ１３のいずれかで判定結果がＮＯのと
き（第１０因中の全気筒運転域にあるとき）には、発電
ｖｌ置１７および電気駆動装置１６の各作動始期θａ、
θＳの設定値として、全気筒運転による発生トルクの増
大時と減少時とに対応する埴θａ＋　、θＳ１をメモリ
から読出すくステップＳη）。さらに上記各装置１７．
１６の各作動時間θｔａ、θ【Ｓの設定値として、全気
筒運転時の運転状態（エンジン回転数ｒおよび吸気負圧
■）に応じたＩａｆａ　（ｒ、ｖ）、ｆｓ　（ｒ、ｖ）
をメモリ内のマツプから求める（ステラ７Ｓ１５，５ｅ
ａ）。

またステップＳ２，８０での判定結果がと６にＹ［ＥＳ
のとさく第１０図中の部分気筒運転時にあるとき）には
、部分気筒運転を行わせるための減筒信号を出力する（
ステップＳ）とともに、発電側１７および電気駆動装置
１Ｇの各作動始期θａ、　Ｏｓの設定値として、部分気
ｎ運転によるトルクの増大時と減少時どに対応りる埴θ
ａ２゜Ｏ５２をメモリから読出σ（ステップ５ｓａ）。

さらに上記各装置１７．１６の各作動時間θｔａ、θｔ
ｓの設定値として、部分気筒運転時の運転状態（エンジ
ン回転ａｒ８よび吸気Ｓ１圧■）に応じた１１１Ｆａ　
（ｒ、ｖ）　、Ｆｓ　（ｒ、ｖ）をメモリ内のマツプか
ら求める（ステップＳｘｑ、５２ｏ）。この各１ｎＦａ
　（ｒ、ｖｌ　、Ｆｓ　（ｒ、ｖ）は、全気筒運転時の
設定１Ｑｆａ　（ｒ、ｖ）、ｆ’ｓ　（ｒ、ｖ）よりも
大きい値となっている。

ステップＳ＋ｏまたはステップ３２０につづいて、ステ
ップ３２１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から作動路ＩＩ　
（θａ十θｔａ）までの設定範囲にある状態となったと
ぎには、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°田
する（ステップＳ２２．５２３）。またクランク角θが
電気駆動装Ｖ１１６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どなったときには
、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８２４，３２５＞。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づ−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
動後でトルク変動制御が行われるべき運転状態にあると
きは、エンジンの作動に同期して発電装置１７および電
気駆動装置１６が交互に作動される。そして、発生トル
クが第９図（△）に実線で示すようになる全気筒運転時
には、第９図（Ｂ）、、（Ｃ）に実線で示り〜ようなタ
イミングで上記各装置１７．１６が作動されることによ
り、上記発生トルクの増大時に逆トルクが、また上記発
生トルクの減少時に正トルクがそれぞれクランクシャフ
ト１に加えられ、合成トルクは第９図（Ｄ）に実線で示
１にうになってトルク変動が抑制される。また発生トル
クが第９図（八）にｔ／／　Ｉ５１＋で承りように４す
る部分気筒運転時には、第９図（Ｂ）、（Ｃ）に破線で
示り゛ようなタイミングで上記各装置１７．１６が作動
されることにより、このとぎも発生トルクの増大時と減
少１１、ｒとに逆１−ルクと正トルクとがそれぞれ加え
られる。さらにこのとき１ｊ上記各装置１７．１６の作
動時間θｔａ。

θ【Ｓが全気筒運転時に比べて長くされることにより、
部分気筒運転時に発生トルクの変動量が大きくなるのに
見合う程度に、上記各装置１７．１６から加えられるト
ルク吊も多くなる。従って、このときの合成トルクは第
９図（Ｄ）に破線で示すＪ：うになり、部分気筒運転時
にもａ効にトルク変勤が抑制されることとなる。

なお、本発明における電気駆動装置１６おにび発電Ｈｉ
ｉｆｆ１７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Ｍｌ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ちのど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ｆ、ＩＩ
　ＤＯすることによりトルクｉ、１ｌｔｉＩｌ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ｉ、ＩＩ　ＩＩのための°電気駆動装＝１６およ
び発電装置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、発電装置と電気駆動装置とを用
いてクランクシャフトに逆トルクと正トルクとを加え、
全気筒運転時および部分気筒運転時にそれぞれ発生トル
クの増減に対応させるように上記各装置の作動タイミン
グをυＪｔｌｌＬ、かつ発生トルクの変１７３が大きく
なる部分気筒運転時には上記各装置の作１ＦＪＩｎ、＋
１問を長＜するようにしているため、全気筒運転時およ
び部分気筒運転８１のいンＦれにＪ３いても充分にトル
ク変動を抑ａ、ＩＩ　！Ｉすることができる。さらに本
発明によれば、逆１−ルクが発、］ｚによって加えられ
、従ってこのときにエネルギーが回収されるため、エネ
ルギーロスを少なくづることができるという利点もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にお１ノる発電装置Ｊ３よび電気ルｆ！
ｌＩ装訳の構造の一実施例を示す要部の縦断正面ジ１、
第２図は１ｉ３１縦所側面図、第３図は同概略斜視図、
第４図乃至第７図を五発電装置および電気駆動装置を６
４成するコイルのｌＳｉ！線（Ｍ造を示す概略図、第８
図はトルク変動ａ、＋１６１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）。 （ＤＩＧよ発生トルク変動と発（Ｇｆ装装置よび電気駆
動装置の各作動タイミングと合成トルクとの関係説明図
、第１０図は仝気筒運転域Ｊ３よび部分気筒運転域を示
ず説明図、第１１図はｉ、ＩＩ陣のフローグーレートで
ある。 １６・・・電気層ａ￥＆ｌ、１７・・・発電装置、２０
・・・コントロールユニット、２４．２５・・・駆動回
路、２６．２７・９イミ＞’＃）ａ回ｍ、３１−ＣＰ　
Ｕ　。 特許出願人　　　　マツダ株式会社 第Ｔ図 第　　２　　図 第　　４　　図 第　　５　　図 〆２０ 第　　６　　図 第　　７　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの特定運転域で一部気筒への燃料供給を停
   止して部分気筒運転するようにしたエンジンにおいて、
   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、全気筒運転時および部分気筒運転
   時にそれぞれクランクシャフトに発生するトルクの周期
   目的変動と同期して、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
   ように上記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、上記各装置の作動時間をそれぞれ部
   分気筒運転時には全気筒運転時よりも長くするように制
   御する作動時間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。