JP2683653B2 - エンジントルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンのトルク制御装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来より、エンジンの作動に伴ってその出力軸には燃
焼サイクルの繰り返しに対応して周期的にトルク変動が
発生するものであり、このトルク変動の抑制制御等が行
える装置としては、例えば、特公昭61−54949号公報に
みられるような始動充電装置いわゆるセルタネータの技
術が公知である。

上記セルタネータは、エンジンの出力軸に回転界磁極
を設け、この回転界磁極内方に励磁コイルを、外方にス
テータコイルを設け、ステータコイルおよび励磁コイル
への通電制御によってモータとしての電気駆動機能を得
てエンジン出力軸に正トルクを与えると共に、発電機能
を得て出力軸に逆トルクを与えるようにしたものであ
る。

そして、エンジンのトルク変動を抑制する場合には、
トルク低下時に正トルクを与える一方、トルク増大時に
弱トルクを与えるように、エンジンのトルク変動に対応
した励磁コイルおよびステータコイルの通電制御によっ
てトルク制御が行えるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記のような装置において、トルク制御を
行うために正トルクをエンジン回転角に対応して与える
ように電気駆動機能を得る場合には、回転界磁極すなわ
ちエンジン出力軸の回転位置に対応して、ステータコイ
ルに通電する電流の位相を設定すると効率のよい制御が
行えるものであるが、上記出力軸の位置検出のための角
度センサを別途に設けると、装置が複雑となりコストア
ップを招く問題がある。

すなわち、上記ステータコイルに通電する電流の位相
を設定するためのエンジン出力軸の角度センサは、精度
のよい検出を行なわなければならず、また、角度センサ
の検出信号に基づいて通電制御する場合に、その検出信
号には各部の製造誤差、組付け誤差等があり、これによ
って制御精度が低下して、高効率のトルク制御を実現す
る際の障害となるものである。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、ステータコイルの
通電位相設定用のセンサを設置することなく、このステ
ータコイルへの通電時期を適正に設定でき効率的なトル
ク制御が行えるようにしたエンジンのトルク制御装置を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のトルク制御装置は、
エンジンの出力軸に接続した回転界磁極と、この回転界
磁極を励磁する励磁手段と、通電時に上記回転界磁極に
磁力を作用させるステータコイルとからなる電気駆動手
段、上記回転界磁極の回転によって上記ステータコイル
に発生する電圧を検出する電圧検出手段、この電圧検出
手段により検出された電圧が最大値を示すエンジン出力
軸の回転角を検出する回転角検出手段、この回転角検出
手段により検出された回転角に基づいて上記電気駆動手
段のステータコイルへの通電時期を設定する通電時期設
定手段を備えるように構成したものである。

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。

エンジン１の出力軸２には強磁性体で磁極部が交互に
位置するように回転界磁極３を接続し、上記回転界磁極
３の内方に該回転界磁極３を励磁する励磁手段としての
励磁コイル４を設け、また、回転界磁極３の外方に通電
時に上記回転界磁極３に磁力を作用させるステータコイ
ル５を設け、この回転界磁極３と励磁コイル４とステー
タコイル５とによって電気駆動手段Ａを設ける。

そして、主に上記ステータコイル５への通電制御によ
って電気駆動手段Ａをモータとして機能させてエンジン
出力軸２に正トルクを与えると共に、主に上記励磁コイ
ル４への通電制御によって電気駆動手段Ａを発電機とし
て機能させてエンジン出力軸２に逆トルクを与えるトル
ク制御手段Ｂを設ける。

また、前記ステータコイル５に発生する電圧を検出す
る電流検出手段を有する回転角検出手段Ｃを設け、この
回転角検出手段Ｃは逆トルク作用状態でのステータコイ
ル５に発生する電力波形において、電圧が最大値を示す
エンジン出力軸２の回転角を検出するものであり、その
検出信号は通電時期設定手段Ｄに出力される。この通電
時期設定手段Ｄは、上記回転角検出手段Ｃにより検出さ
れた回転角を、前記トルク制御手段Ｂによって電気駆動
手段Ａのステータコイル５への通電時期として設定する
ものである。

また、前記回転角検出手段Ｃによる回転角の検出は、
ステータコイル５にステータ電流を通電していない状態
で、その電圧検出手段で検出した電圧を受けて行うの
が、さらにステータコイル５への通電時期を適正に設定
できる点で好適である。

（作用） 上記のようなエンジンのトルク制御装置では、電気駆
動手段のステータコイルおよび励磁コイルへの通電制御
によるトルク制御を行うについて、ステータコイルで発
生する電圧を検出し、その最大値を示すエンジン出力軸
の回転角を回転角検出手段で求め、このステータコイル
の電圧が最大値となる回転角は、電気駆動手段によって
正トルクを発生する際にステータコイルに対して通電す
る電圧の通電時期としても最も効率のよい時期に相当す
るものであり、この検出回転角を通電時期設定手段によ
ってステータコイルへの通電時期として設定し、高精度
の高価な角度センサを設置することなくステータコイル
への通電時期を適正に設定して、効率的なトルク制御を
行うようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。第２
図は具体例の全体構成図である。

エンジン１の出力軸２の一端部にはフライホイール７
が取り付けられ、このフライホイール７の外周部分が回
転界磁極３に設けられている。この回転界磁極３は強磁
性体で一対の櫛形磁極等により磁極部が円周方向に交互
に位置するように非磁性体を介して一体に結合されてい
る。上記回転界磁極３の内方には励磁コイル４が設けら
れ、この励磁コイル４は回転界磁極３を励磁するための
もので、磁性体部材８を介して固定側に取り付けられて
いる。この励磁コイル４は若干の空隙を介して回転界磁
極３と対向している。一方、前記回転界磁極３の外方に
はステータコイル５が設けられ、このステータコイル５
は通電時に上記回転界磁極３に磁力を作用させるための
もので、心材９に巻き付けられて固定側に取り付けられ
ている。そして、これらにより電気駆動手段Ａとしての
無整流子電動機10が構成されている。

前記フライホイール７の外側にはエンジン出力軸２と
変速機駆動軸11との間の動力の伝達を断続するクラッチ
装置12が配設されている。上記無整流子電動機10および
クラッチ装置12などがエンジン１に取り付けられたハウ
ジング14で覆われている。

上記無整流子電動機10の制御系は、その励磁コイル４
に流れる界磁電流を制御する界磁コントローラ15と、ス
テータコイル５に３相交流のステータ電流を印加するイ
ンバータ16とを備え、界磁コントローラ15およびインバ
ータ16にはエンジンコントロールユニット17からの制御
信号が出力されて、エンジン出力軸２に対して正トルク
もしくは逆トルクを与えてトルク制御、充電制御および
クランキング始動制御を行うものである。

上記エンジンコントロールユニット17にはエンジン１
の運転状態を検出するために、キースイッチ19からのイ
グニション信号およびスタータ信号、エンジン出力軸２
の回転クランク角を検出する角度センサ20から増幅器21
を介してクランク角信号、エンジン１の吸気通路22に介
装されたスロットル弁23の開度を検出するスロットルセ
ンサ24からのスロットル開度信号、吸気負圧を検出する
負圧センサ25からのブースト信号がそれぞれ入力され
る。

前記界磁コントローラ15は、発電状態においては、バ
ッテリ18の端子電圧に対応してその電圧値を所定の値に
保つようにエンジンコントロールユニット17から出力さ
れる制御信号に基づいて、励磁コイル４への界磁電流を
調整して充電制御を行うものである。上記発電状態で
は、界磁電流の調整に対応してステータコイル５で発電
された出力電圧はインバータ16内の整流回路で直流に変
換されてバッテリ18に充電される。一方、始動状態にお
いては大電流が流れるためバッテリ18の端子電圧が低く
なり、励磁電流は最大で一定となる。

ステータコイル５への電流制御は、ステータコイル５
のU,V,W各相端子にインバータ16の出力線がそれぞれ接
続され、このインバータ16に対してエンジンコントロー
ルユニット17からU,V,W各相の切り換え信号と、ステー
タコイル５に出力するステータ電流の大きさを指令する
電流指令信号とが出力され、始動制御とトルク制御とが
行われる。

始動時にはキースイッチ19のスタータ接点STの信号を
受けたエンジンコントロールユニット17から始動時用の
最大ステータ電流がインバータ16を介して出力される。
また、エンジンコントロールユニット17は、エンジン１
が所定回転数以上に回転して角度センサ20からの検出信
号が入力されると、エンジン始動およびトルク制御のた
めにエンジン出力軸２の位相に対応してU,V,W各相に対
する電流の方向を切り換える信号を出力する。

そして、インバータ16からステータコイル５のU,V,W
各相端子に出力されるステータ電流は、エンジン出力軸
２の位相に対応したエンジンコントロールユニット17か
らの信号に基づき、バッテリ18から供給される電流をス
テータコイル５のＵ相端子からＶ相およびＷ相端子へ流
し、次の期間にはＵ相およびＶ相端子からＷ相端子へ電
流を流し、さらに次の期間にはＶ相端子からＵ相および
Ｗ相端子へ電流を流すように通常の無整流子電動機と同
様に電流の方向を切り換え、ステータコイル５の作る磁
界が回転界磁極３による磁界に対して常に一定の位相差
を有する回転磁界となるようにする。

前記始動時にはステータコイル５に最大電流を流して
大きな駆動トルクすなわち正トルクをエンジン出力軸２
に与えて、エンジンのクランキング回転を行うものであ
り、エンジン停止状態からの始動初期においては、ステ
ータコイル５へのステータ電流の位相を少しずつ変えて
角度センサ20からの検出信号が得られる回転数まで上昇
させ、その後は上記のように回転角に対応して位相を設
定するようにしている。

また、トルク制御の場合には、エンジンコントロール
ユニット17は、エンジン回転位相に応じて発生するトル
ク変動に対応して予め設定されている正トルクと逆トル
クの負荷特性に基づいて、ステータ電流と界磁電流とを
１回転の間で周期的に変動させる信号を出力して、エン
ジン側からのトルク変動を抑制する方向に付加トルクを
作用させるものである。

さらに、前記エンジンコントロールユニット17は、電
気駆動によってエンジン１が始動した直後に、発電状態
としてステータコイル５に発生する発電電圧をインバー
タ16を介して入力し、その電圧波形の最大値となる回転
角を検出し、この回転角とステータコイル５へのステー
タ電流の通電における位相とが一致するように角度セン
サ20からの検出信号を補正するものである。

第３図は上記エンジンコントロールユニット17の基本
処理を示すフローチャートである。スタート後、ステッ
プS1でイニシャライズを行い、ステップS2でクランク角
信号（１回転で１回の基準信号）、スタータ信号、ステ
ータ電流Is等を読み込む。そして。ステップS3でスター
タ信号がオンか否かによって始動時（クランキング時）
か否かを判定する。

上記ステップS3の判定がYESで始動時には、ステップS
4に進んでインバータ16に最大ステータ電流Isを通電し
て、大きな駆動力をエンジン出力軸２に与えてクランキ
ング回転を行う。そして、ステップS5でクランキング回
転が所定回転以上となって前記角度センサ20から基準信
号が入力されたか否かを判定し、基準信号の入力がない
NO時にはインバータ16に出力するステータ電流の位相が
ずれて電気駆動力が十分に発生していないので、ステッ
プS6で位相を徐々にずらせてクランキング回転の上昇を
待つ。

上記ステップS5の判定がYESとなって、クランキング
回転が上昇し角度センサ20からの基準信号が入力される
と、このクランク角信号を基準にU,V,W各相の位相を設
定してステータ電流Isを通電するものである。

また、前記ステップS3の判定がNOとなってエンジン１
が始動すると、ステップS8でモードフラングＦが１にセ
ットされているか否かを判定し、初期は０にリセットさ
れているのでNO判定によってステップS9に進み、ステー
タ電流Isをカットして発電状態とする。そして、この発
電状態において、ステップS10でステータコイル５の例
えばＵ相からの発電電圧Isuの最大値を示す角度θ′を
読み込み、角度センサ20の信号に基づく基準角度θとの
偏差Δθを求め（S11）、この偏差Δθを記憶し（S1
2）、モードフラグＦを１にセットする（S13）。

上記モードフラグＦのセットにより前記ステップS8の
判定がYESとなり、ステップS14に進んでステータ電流Is
の基準位相を前記偏差Δθに基づいて補正し読み込む。
このステータ電流Isの位相は、前記ステップS10で読み
込んだ発電時の最大電圧値の回転角θ′が電気駆動時も
最も効率のよい位相であり、予めセットした位相θをス
テップS12で記憶した偏差Δθで補正して最適位相に修
正するものである。また、電流指令としては、エンジン
の回転位相に応じて発生するトルク変動に対し、その増
減と対称的に電気駆動（正トルク）と発電（逆トルク）
とを電流の大きさで制御するものであり、発電時は電気
駆動と180゜位相が異なり、ステップS15で出力軸２の回
転角に応じて電気駆動か発電かで位相を選び、ステップ
S16でステータ電流Isの位相および電流の大きさを設定
する。そして、ステップS17で設定されたステータ電流I
sの通電によってトルク制御を行うものである。

なお、第４図にトルク制御のステータ電流の変化を示
し、エンジン回転脈動と逆位相で、すなわちエンジン回
転が加速している時には発電を行って逆トルクを作用さ
せ、エンジン回転が減速しているときには電気駆動を行
って正トルクを作用させるものであり、電気負荷が作用
しバッテリ電圧が低下している状態では破線で示すａ点
を基準として平均値が逆トルク側となって発電量を大き
くする発電制御を同時に行うようにしている。

上記のような実施例によれば、始動時にはステータコ
イル５に位相を徐々にずらせながら大きなステータ電流
を通電し、正トルクをエンジン出力軸２に加えてクラン
キング駆動し、回転数の上昇に対応して角度センサ20か
ら基準信号が入力されるとこれに合わせてステータ電流
の位相を設定し、さらにエンジン回転数を上昇させて始
動を行うものである。

エンジンが始動したアイドル回転状態では、通常は発
電と共にトルク制御を行ってエンジン回転変動を抑制す
るものであるが、始動直後の状態においてはトルク制御
を停止して発電のみのモードとし、この発電状態でステ
ータコイル５で得られる発電電圧の波形の最大電圧値を
示す回転角を検出する。そして、上記検出が終了する
と、トルク制御を行い、上記検出回転角でステータコイ
ル５に通電するステータ電流の位相を補正して、精度の
よい角度センサを用いることなく最適状態に設定して効
率のよいトルク制御を行うことができる。

また、エンジン回転数がアイドル状態より上昇する
と、トルク変動による振動発生の問題もなくなることか
ら、バッテリ電圧に応じた発電（充電）制御を行う。

なお、上記実施例においては、励磁コイル４を固定側
に設置しているが、これを回転側すなわち回転界磁極３
と一体に設けてスリップリングを介して通電するように
してもよい。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、電気駆動手段のステー
タコイルおよび励磁コイルへの通電制御によるトルク制
御を行うについて、ステータコイルで発生する発電電圧
を検出し、その最大値を示すエンジン出力軸の回転角を
回転角検出手段で求め、この検出回転角を通電時期設定
手段によってステータコイルへの通電時期として設定す
るようにしたことにより、高価な高精度角度センサを付
設することなくステータコイルへの通電時期を適正に設
定することができ、効率的なトルク制御が行えるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図、 第２図は本発明の具体例を示すエンジンのトルク制御装
置の全体構成図、 第３図はコントロールユニットの処理を説明するための
フローチャート図、 第４図はトルク制御時におけるステータ電流の制御例を
示すグラフである。 １……エンジン、２……出力軸、３……回転界磁極、４
……励磁コイル、５……ステータコイル、Ａ……電気駆
動手段、Ｂ……トルク制御手段、Ｃ……回転角検出手
段、Ｄ……通電時期設定手段、10……無整流子電動機、
15……界磁コントローラ、16……インバータ、17……エ
ンジンコントロールユニット、20……角度センサ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの出力軸に接続された回転界磁極
   と、上記回転界磁極を励磁する励磁手段と、通電時に上
   記回転界磁極に磁力を作用させるステータコイルとから
   なる電気駆動手段、 上記回転界磁極の回転によって上記ステータコイルに発
   生する電圧を検出する電圧検出手段、 該電圧検出手段により検出された電圧が最大値を示すエ
   ンジン出力軸の回転角を検出する回転角検出手段、 上記回転角検出手段により検出された回転角に基づいて
   上記電気駆動手段のステータコイルへの通電時期を設定
   する通電時期設定手段を備えたことを特徴とするエンジ
   ンのトルク制御装置。
2. 【請求項２】前記回転角検出手段による回転角の検出
   は、ステータコイルにステータ電流を通電していない状
   態で、前記電圧検出手段による電圧を検出して行うこと
   を特徴とする請求項１に記載のエンジンのトルク制御装
   置。