JPS639641A - 内燃機関の負荷トルク制御装置 - 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、内燃機関に係り、特に運転時の燃焼圧力変動
等によって生ずるトルク変動およびそのトルク変動が誘
起するシリンダブロックの振動を低減するために好適な
内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関では、混合気の吸入圧縮、燃焼ガスの膨
張等による気筒内圧力の変化と、クランク軸に対するコ
ネクティングロッドの角度の変化とによって、いわゆる
ガストルクが変動することおよび回転慣性力の変動によ
り慣性トルクが変動することは１周知のことである。こ
のようなトルク変動が内燃機関によって運転される各種
機器に伝達されると、それらの機器にねじり振動が発生
し、性能の低下又は機器の損傷等をまねくため、内燃機
関の発生するトルク変動を十分低減させる必要がある。

また、このトルク変動の反作用は、シリンダブ・ロック
から内燃機関を支持する部材へ伝達され、その部材を振
動させ騒音を増大させるので、このような振動も低減さ
せる必要がある。

このような課題に対して、従来から内燃機関に発生する
回転トルク変動のトルク増大時に同期してクランク軸に
逆トルクを発生させて、回転トルク変動を抑制させる方
法などが提案されていた。

（例、特開昭５８−１８５９３８　、特開昭５５−１４
３１）〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、従来技術では、内燃機関の発生する変動トルク
に十分に同期させて逆負荷トルクを発生させることは次
に説明する内容により実現が難しかった。すなわち、高
速で変動する変動トルクを検出し、この変動トルクを打
ち消すに必要な負荷トルク量を演算し、何らかの制御手
段により負荷トルクを変化させるには、検出−演算−制
御の一連の処理を機関回転速度の上昇に伴い高速化せね
ばならず、既存の制御技術では対応が難しいということ
である。

ここで、内燃機関の発生する変動トルク曲線の一例とし
て、第１０図はディーゼル機関の一つの気筒のガストル
ク変動を示したものである。すなわち、４サイクル機関
では吸入−圧縮一着火一排気の４行程（機関１回転）は
クランク回転角にして７２０°　（２回転）に相当する
が、着火直後では燃焼ガス圧で非常に大きなトルク変動
が生じている。もし４気筒であれば、１８０’遅れで同
一のトルク変動が４回重ね合わされたものが機関１回転
中のガストルク変動である。そしてこれに回転慣性力の
変動による慣性トルク変動が加わったものが実際の機関
が発生する変動トルクになる。

このように内燃機関に発生する変動トルクはクランク回
転角度によって急激かつ複雑に変化するため、変動トル
クに追従してリアルタイムに補機の吸収する負荷トルク
を変化させるのは困難である。しかしながら、機関の運
転速度が一定のとき、機関１回転について見た場合、変
動トルクは機関１回転を１周期として繰返される周期脈
動現象である。したがって同一のクランク回転角度につ
いて見れば、その値はあまり変化しない。

一方、この変動トルクと補機等で吸収される負荷トルク
の差（残差トルク）は、クランク軸に対しては回転速度
変動となって現われ、トルクが増大方向にあるときは回
転速度は上昇し、逆に減少方向にあるときは回転速度は
下降する。したがって、このクランク声の回転速度変動
を何らかの手段によって検知し、これが０になるように
負荷トルク量を制御すれば、残差トルクはＯになりトル
り変動による各種機器のねじり振動やその反作用によっ
て生じる内燃機関の支持部材の振動騒音の発生などの問
題を解決できる。

本発明は、このような考案に鑑みなされたものである。

すな・わち、主動力伝達系と補機駆動伝達系を設けた内
燃機関において、トルク変動によるクランク軸の回転速
度変動を検出し、各クランク回転角度において回転速度
変動を０にするために必要な補機の吸収する負荷トルク
量を計算し、機関１回転後（４サイクルならクランク軸
２回転）において、この計算した制御量に基づいて負荷
トルク制御を行えばよい、ここで、例えば補機が発電機
であるならば発電機の出力電流を増減させることによっ
て達成できる。さらに、内燃機関の発生するトルク変動
の時間的変化は周期的なものであるので、過去数回転分
の回転速度変動をホールドし、各クランク回転角度毎に
ついて平均化処理した負荷制御を行えば、トルク変動の
支配的な変動成分が抑制されて、より信頼度の高い制御
が可能になる。また、多気筒機関で例えば４サイクル°
　４気筒の場合、各気筒のトルク変動が相似形であるな
らば、１８０°毎位相がずれて重なり合うので、これを
変動１周期とみなしこの１周期データをもとに次の周期
で制御を行うことも可能である。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的達成のため、本発明は主動力伝達系と補機駆
動伝達系とを設けた内燃機関において。

内燃機関の発生する変動トルクに対し、補機が吸収する
負荷トルクとの差（残差トルク）を全てのクランク回転
角度においてＯもし・くは最小にする・べく、補機が吸
収する負荷トルクを制御する負荷軸− 一トルク制御装置を具備したものであって、内燃機関の
少なくとも過去機関１回転中における残差トルク情報に
基づいて負荷トルクを制御するようにしたことを特徴と
するものである。

〔作用〕

本発明によれば、内燃機関の各クランク回転角度位置に
おいて、過去のクランク軸回転時の残差トルクからこれ
をＯとするに必要な制御量を算出し、クランク軸の各角
度毎に残差トルクを０とするようになっているので、残
差トルクを確実に小さくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
同は１本発明の第１実施例に係り、その構成を概略的に
示したものである。第１図において、内燃機関１は１機
関本体２と、クランク角センサを内蔵したディストリビ
ュータ３と、機関からＶベルト４により駆動され、機関
本体２と一体に取付けられている補機の一例たる交流発
電機（ＡＣＧ）５とを備えている。

そして、内燃機関１の変動トルク検出手段として機関の
回転速度変動検出手段たるクランク角センサの出力パル
スをクロックして時々刻々の回転速度変動値を演算して
、これがＯになるため必要なＡＣＧ５の負荷電流を算出
して、機関一回転後に指令を送るマイクロコンピュータ
６と、この指令値を受けてＡＣＧ５にかかる負荷量を増
減させて負荷電流制御を行う負荷制御部７とで制御系が
構成されている。

第２図はクランク角センサにより得られる回転パルスを
示している０図に示すように、クランク軸が回転速度変
動を生じると、出力パルス幅は脈動する。マイクロコン
ピュータ６はタイマー６ａにより、この脈動パルスのパ
ルス幅を計測して、ＣＰＵ６６によりその逆数より時々
刻々の回転速度を求めると共に、タイマー６ａに内蔵の
カウンタにより機関１回転分のパルスをカウントして機
関１回転周期を求め機関平均回転速度を得る。そして、
この両者の偏差をとることにより時々刻々の回転速度変
動が得られる。（第３図参照）第４図は、第１実施例に
関し作用をより詳しく説明するため制御回路の構成を具
体的に示したものである。ＡＣＧ５は、交流電力（第４
図では３相出力）を出力するステータコイル５ａ、界磁
電流を供給するロータコイル５ｂ、得られた交流を直流
に変換する整流ダイオードにより構成される整流器５Ｃ
１及び出力電圧を一定に調整する自動電圧′ｉ！４整器
（ＡＶＲ）５ｄより構成されている。

今、ロータの回転によりロータコイル５ｂの磁界が回転
するとステータコイル５ａは発電し整流器５ｃを経て、
点火コイル、ライト等の負荷８とバッテリー９へ電力を
供給する。この負荷量が一定であれば内燃機関１のトル
ク変動はクランク軸の回転速度変動となって現われ、ク
ランク角センサ１０により検出される。検出された回転
パルスは分周器１１により制御に最小限必要なパルス数
に分周された後、マイクロコンピュータ６に入力され、
前述した方法により指令信号を出力しＤ／Ａ変換器１２
を介して負荷制御部゛７に送られる。負荷制御部７のド
ライバ１６は、負荷８及びバッチ）す９と並列に接続さ
れたＭＯＳスイッチ１３を０Ｎ１０ＦＦ制御させる。Ｍ
ＯＳスイッチ１３がＯＮすると回路電流はバイパスして
ここを流れるため回路には大きな電流が流れる。

則ち、ドライバ１６をＰＷＭ制御等により駆動させてＭ
ＯＳスイッチ１３の０Ｎ１０ＦＦのデユーティ比を変化
させることにより、負荷電流を増減できる。そして回転
速度が増大するときはデユーティ比を大きくして負荷電
流を増加させて、負荷トルクを増大させ、逆に回転速度
が減少するときはデユーティ比を小さくして負荷電流を
減少させて負荷トルクを減少させるようにして回転速度
変動を抑制する６ 次に、第５図は、負荷制御部の詳細を示した図である。

低抵抗１７は回路の一部に設けられて、この低抵抗Ｒ３
の電圧降下として負荷電流量ＩＩ。

が得られ、増幅器１４により電流検出値Ｖａｔ、となり
、自動電流：Ｉ４整器（ＡＣＲ）１５に送られる。

Ａ　ＣＲ１，５は、マイクロコンピュータ６の電流指令
値■Ｉｓと電流検出値Ｖ　ｔ　ｔ、が等しくなるように
回路全体に対し帰還ループを構成しているので、ＡＣＲ
１５の出力と３角波発振器１９によりチョッパ信号を形
成するチョッパ回路１８は、回路を流れる負荷電流１し
をマイクロコンピュータの電流指令値に等しくなるよう
ＭＯＳスイッチをパルス幅変調（ＰＷＭ）によりデユー
ティ制御する。

（第６図参照） 第７図は、この以上説明した制御回路の制御フローを説
明したものである。まずステップ１１０では、機関−回
転中のパルス数Ｎとしたとき、あるクランク回転角度に
おける回転パルス（ｋ番目）を検出すると、ｋ−１番目
とのパルス幅ｔｘ　を測定しこれよりこの角度での回転
速度ＶＸを算出すると共に、（ｋ−Ｎ）〜（ｋ＝１）番
目のパルスをカウントして、この間の周期から機関の過
去１回転中の平均回転速度Ｖｘを算出する。そして、ス
テップ１２０においてこの両者の偏差速度ΔＶＸ”ｖｘ
　　Ｖｘを演算する。

次にステップ１３０では偏差速度ΔＶＸの大小を判別し
、Ｎ分割回転速度ｖｘ＜平均回転速度Ｖｘの場合、すな
わち偏差速度Δｖｘ＜Ｏのときステップ１３２に移り、
現在の負荷電流ｉしより小さくなるような負荷電流指令
値１ｓ＝＝ｉＬ＋Δｉしとし、逆にＮ分割回転速度ｖｘ
＞平均回転速度Ｖｘの場合、すなわち偏差速度ΔＶア〉
０のときはステップ１３４に移り、現在の負荷電流１ｓ
＝ｉＬより大きくなるような負荷電流指令値１ｓ＝ｉｔ
。

−Δｉしとし、さらに、Ｎ分割回転速度ＶＸ　＝Ｖｘの
ときは現在の負荷電流値ｉｓ　＝ｉＬのままとして、ス
テップ１４０に移る。

ステップ１４０では、ｋ番目における負荷電流指令値ｉ
ｓを記憶し、ステップ１５０でパルスカウントを更新し
て（ｋ＋１）番目の回転角度に移り、最初に戻る。

ステップ１６０では機関１回転後に記憶されていた各ク
ランク回転角度での負荷電流指令を出力してＭＯＳスイ
ッチの０Ｎ１０ＦＦのデユーティ比を制御してＡＣＧ負
荷電流の制御を完了する。

第８図は、制御を行う際の回転速度変動情報として、現
在より数回転前までの情報をストックし、平均化処理し
た上でそのデータより制御量を決定する方法を示したも
のである。

今、あるクランク回転角度位置にでの偏差速度データΔ
Ｖ、（ｋ）に対し過去数回転にわたって重みづけ移動平
均をとると、 Δ７ｘ（ｋ）＝Σ　ａｔ’Δｖ−（ｂ）＋　　　　　−
−（１）ｉ＝０ となり、このような平均処理は第８図で示されるような
線形の非巡回型デジタルフィルタを使用することにより
得られる。但しａ、は重みづけ係数である。これは入力
データΔｖｘに対し加算器５０、乗算器５１，１周期遅
延素子５２で構成される。ここでａｌ＝ａｚ・・・・・
・＝ａｎ＝−ならば（１）式は単純平均となる。

このような平均化処理による方法では、クランク軸の回
転速度変動は周期的であるので、偶然的な変動成分が現
われたとしても、これによる制御性の不安定化を最小限
にし、トルク変動の支配的−□□ な成分について確実に制御できるので、より信頼′性の
高い制御を行うことが可能である。

次に、第９図は本発明に係る第２の実施例である。これ
は第４図における第１実施例が負荷電流制御を行ったの
に対し、ロータコイルの界磁電流制御を行ってクランク
軸の回転速度変動を抑制しようとするものである。すな
わち界磁電流を増加させると端子電圧が増大しＡＣＧ５
が駆動に要するトルク量も増大する。したがって、クラ
ンク角センサーｏで得た機関１回転前の回転速度変動情
報からマイクロコンピュータ６で負荷トルク量を計算し
、その指令値出力に同期させてロータコイル５ｂを流れ
る界磁電流量を制御すればよい。その手段としては、第
９図に示すようにロータコイル５ｂを流れる界磁電流量
を検出し、これがマイクロコンピュータ６の指令に等し
くなるように界磁電流調整器（ＡＣＲ）３０で制御し、
ドライバ３１を介してエミッタ接地のトランジスタスイ
ッチ３２を０Ｎ１０ＦＦさせることが考えられる。

トランジスタスイッチ３２がＯＮ状態のときは界磁電流
がコレクタからエミッタ側に流れるため、ロータコイル
５ｂにも電流が流れ、逆にＯＦＦ状態のときは流れない
。このときの０Ｎ１０ＦＦのデユーティ比を変化させる
ことによって界磁電流制御を行うことができるに こで、ダイオード３３は、過電圧による電流を電源側に
逆流させるための帰還ダイオードであり、ダイオード３
４は、界磁電流制御よる端子電圧変動が負荷側にかから
ないようにするためのダイオードである。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明によれば、内燃機関に発生する変
動トルクを検出し、この変動トルクを低減させるように
補機の吸収トルクが制御されるので、主動力伝達系へ伝
達される変動トルクを低減させることができる上、機関
支持部へ伝達される振動を低減させることができる。し
たがって、主動力伝達系には過大なねじり振動が発生せ
ず信頼性および性能が向上し、また機関支持部等から発
生する騒音も低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第、１図は本発明の一実施例である内燃機関と負偏ド）
シフ制御。路。構成図、第２１４よ、う、つ角センサの
速度検出信号を示す図、第３図は第２図に示す検出信号
に対応する回転速度変動量を示す図、第４図は負荷トル
ク制御装置の回路図、第５図は第４図に示す負荷制御部
の回路図、第６図は負荷制御のため形成されるチョッパ
信号を示す図、第７図はトルク制御装置の制御フローを
示す図、第８図は平均化処理したデータを用いるときの
ディジタルフィルタ回路図、第９図は本発明の第２の実
施例を示す図、第１０図は内燃機関のガストルク変動の
１例を示した図である。 １・・・内燃機関、２・・・機関本体、５・・・補機の
一例たる交流発電機（ＡＣＧ）、６・・・マイクロコン
ピュータ、７・・・負荷制御部、１０・・・クランク角
センサ、１３・・・ＭＯＳスイッチ、３２・・・トラン
ジスタスイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主動力伝達系と補機駆動伝達系を設けた内燃機関に
   おいて、内燃機関の発生する変動トルクに対し、補機が
   吸収する負荷トルクとの差（残差トルク）を、残差トル
   ク情報たる機関１回転中を平均して求まる平均回転速度
   と各クランク回転角での実回転速度の差分として得られ
   る機関１回転中の回転速度変動として検出し、少なくと
   も過去機関１回転での回転速度変動情報（残差トルク情
   報）に基づいて前記負荷トルクを制御するようにしたこ
   とを特徴とする内燃機関の負荷トルク制御装置。 ２、前記負荷トルク制御装置は、機関１回転前における
   残差トルク情報に基づいて、補機の負荷トルクを制御す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関の負荷トルク制御装置。 ３、前記負荷トルク制御装置は、機関の過去複数回転の
   平均残差トルク情報に基づいて、前記補機の負荷トルク
   を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の内燃機関の負荷トルク制御装置。 ４、前記負荷トルク制御装置は、内燃機関が多気筒機関
   であり、各気筒の機関１回転中のトルク変動が相似形で
   あり、一定のクランク回転角度差で重なり合う場合は、
   このクランク回転角度差をトルク変動１周期とみなしこ
   の変動１周期について、過去１周期、もしくは１周期前
   もしくは、過去複数周期分を平均した残差トルク情報に
   基づいて、前記補機の負荷トルクを制御するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   の負荷トルク制御装置。 ５、前記負荷トルク制御装置は、クランク軸の回転速度
   変動を検出する回転速度変動検出器と、この回転速度変
   動検出器により得られたクランク軸の回転速度変動から
   補機の負荷トルク制御量を算出する演算部と、この演算
   部で算出された制御量情報を記憶しておく記憶部と、こ
   の記憶部に記憶されている制御量情報を必要に応じて取
   り出し、補機の吸収する負荷トルクを制御する負荷制御
   部とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第３項いずれかに記載の内燃機関の負荷トルク制御装置
   。 ６、前記補機として発電機を設け、内燃機関より補機駆
   動系に伝達される補機駆動トルクが増大する傾向にある
   ときは発電機の出力電流を増加させて負荷トルクを増大
   させ、逆に減少傾向にあるときは発電機の出力電流を減
   少させて負荷トルクを減少させるように制御することも
   できる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の負荷トル
   ク制御装置。