(57)【要約】【課題】特別な部品を用いずとも歯打ちに由来する騒音を低減可能なエンジン動力伝達装置を提供する。【解決手段】エンジン動力伝達装置は、４サイクルエンジン１のクランクシャフト２１に連結された駆動歯車２２、２３と、駆動歯車２２、２３と噛み合って駆動歯車２２、２３によって回転駆動される従動歯車２６、３０と、エンジン１が生成する動力以外の動力で駆動歯車２２、２３を回転駆動するスタータジェネレータ２と、を備え、スタータジェネレータ２は、エンジン１の全行程の期間のうち、圧縮行程である期間を含んだアシスト実行期間Ｄに、エンジン１が生成する動力以外の動力で駆動歯車２２、２３を回転駆動する。【選択図】図４
2018003756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクルエンジン（１）のクランクシャフト（２１）に連結された駆動歯車（２２、２３）と、
前記駆動歯車と噛み合って前記駆動歯車によって回転駆動される従動歯車（２６、３０）と、
前記エンジンが生成する動力以外の動力で前記駆動歯車を回転駆動するアシスト機構（２）と、を備え、
前記アシスト機構は、前記エンジンの全行程の期間のうち、圧縮行程である期間を含んだアシスト実行期間（Ｄ）に、前記エンジンが生成する動力以外の動力で前記駆動歯車を回転駆動することを特徴とするエンジン動力伝達装置。
【請求項２】
前記アシスト実行期間は、吸気行程を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジン動力伝達装置。
【請求項３】
前記駆動歯車の歯を検出するクランク角センサ（６）と、
前記クランク角センサの出力信号に基づいてエンジン行程を判別し、判別した結果に基づいて、前記アシスト実行期間を決定し、決定した前記アシスト実行期間において、前記アシスト機構に前記駆動歯車を駆動させる制御装置（４）と、を備えた請求項１または２に記載のエンジン動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン動力伝達装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジン騒音の一要因として回転力を伝えるための歯車同士の歯がぶつかり合う歯打ち音がある。これは、双方の歯をスムーズに歯合させ、また離脱させるために、互いの歯と歯の間にクリアランスが設けられていることに起因している。
【０００３】
より具体的には、エンジンの吸気→圧縮→爆発→排気行程の中で、クランクシャフトに直結された駆動歯車の回転速度と、駆動歯車によって回転駆動される従動歯車の回転速度とに速度差が生じることが、歯打ち音発生の原因となる。
【０００４】
従来、シザーズギアを用いて上記のクリアランスを埋めることによって歯打ち音を防止することが行われていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３６８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者の検討によれば、圧縮行程では、ピストンの移動速度が低下するため駆動歯車の回転速度も低下するが、従動歯車は、ピストンによって減速されることがないため、駆動歯車ほど回転速度が低下しない。
【０００７】
そのため、圧縮行程において、従動歯車の歯が、これを押圧するはずの駆動歯車の歯より先行してしまい、両者の間に間隔が生じる。ところが、次の爆発行程でピストンの移動速度が急激に上がるため、駆動歯車の回転速度が急上昇し、駆動歯車の歯が従動歯車の歯に衝突して、歯打ち音が発生する。
【０００８】
上記のようなシザーズギアを用いてこの種の歯打ち音を抑制することも考えられるが、シザーズギアは、その構造から部品価格が高価である。また、エンジン設計にあたってギヤ内部への油潤滑などの信頼性を確保するための配慮が必要である。こうしたことが、エンジンとしてのコストアップにつながっていた。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、特別な部品（一例として、上記のシザーズギア）を用いなくても歯打ちに由来する騒音を低減可能なエンジン動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、４サイクルエンジン（１）のクランクシャフト（２１）に連結された駆動歯車（２２、２３）と、前記駆動歯車と噛み合って前記駆動歯車によって回転駆動される従動歯車（２６、３０）と、前記エンジンが生成する動力以外の動力で前記駆動歯車を回転駆動するアシスト機構（３）と、を備え、前記アシスト機構は、前記エンジンの全行程の期間のうち、圧縮行程である期間を含んだアシスト実行期間（Ｄ）に、前記エンジンが生成する動力以外の動力で前記駆動歯車を回転駆動することを特徴とするエンジン動力伝達装置である。
【００１１】
このように、エンジンの行程が圧縮行程であるときを含んだアシスト実行期間に、エンジンが生成する動力以外の動力で駆動歯車が回転駆動される。したがって、圧縮行程における駆動歯車の回転速度の低下を防止ないしは抑制できる。それにより、アシスト実行期間における駆動歯車の歯と従動歯車の歯との間隔を低減できる。アシスト実行期間において駆動歯車の歯と従動歯車の歯との間隔が低減されるから、爆発行程で駆動歯車の回転速度が急上昇しても、歯打ち音が低減される。よって、歯打ちに由来する騒音の低減が可能である。
【００１２】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のコージェネレーション装置の概略構成図である。
【図２Ａ】第１実施形態のコージェネレーション装置に備わるエンジン１のクランクシャフト２１に連なる構成を説明するための模式図である。
【図２Ｂ】パルサ歯車２４の側面図である。
【図３】第１実施形態のコージェネレーション装置に備わるパワーコンディショナ３の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】第１実施形態のコージェネレーション装置において、クランク角センサ６のパルス信号が示すエンジン１の回転角度とエンジン１の行程との対応を説明するタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態のコージェネレーション装置において、エンジン１が４行程を経る間のパルサ歯車２４の回転速度の変化を示すグラフである。
【図６】第１実施形態のコージェネレーション装置において、ＥＣＵ４が実行するアシスト制御処理のフローチャートである。
【図７】第１実施形態のコージェネレーション装置において、エンジン１が圧縮行程のときとエンジン１が爆発行程のときの駆動歯車と従動歯車の速度差の説明図である。
【図８】第２実施形態におけるＤＣリンク電圧の変動を示す図である。
【図９】従来例のエンジンにおける、圧縮行程のときと爆発行程のときの駆動歯車と従動歯車の速度差の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。コージェネレーション装置１０は、熱源であるエンジン１によって電力と熱とを生産し供給する。
【００１５】
図１に示すように、このコージェネレーション装置１０は、発電ユニット２０と貯湯ユニット４０とを備えている。発電ユニット２０は、エンジン動力伝達装置に対応する。発電ユニット２０は、エンジン１、スタータジェネレータ２、パワーコンディショナ３、ＥＣＵ４、弁機構８、エアフィルタ９、吸気サイレンサ１１、ミキサ１２、排気熱交換器１３、三元触媒１５、排気サイレンサ１７等を備えており、これらは筐体１９内に収容されている。
【００１６】
エンジン１はガスエンジンであり、本実施形態では都市ガスを燃料としているが、ＬＰガス等を燃料とすることも可能である。
【００１７】
燃料ガスとしての都市ガスは、発電ユニット２０に接続された都市ガス配管から発電ユニット２０に供給される。
【００１８】
都市ガス配管から導入された都市ガスは弁機構８へと流れる。弁機構８にはシャット弁８ａ、８ｂおよび比例弁８ｃが備わっている。シャット弁８ａ、８ｂは都市ガスの流入を通断するための弁であり、シャット弁８ａ、８ｂを２段に配して安全性を確保している。比例弁８ｃはシャット弁８ａ、８ｂの後段に配されており、都市ガスの流量を調整する。比例弁８ｃを通過した都市ガスはミキサ１２に流入する。
【００１９】
ミキサ１２には、エアフィルタ９および吸気サイレンサ１１を通過してきた空気も流入する。ミキサ１２にては都市ガスと空気との混合気が生成され、その混合気がエンジン１に供給される。ミキサ１２には混合気の空気量を調節するためのスロットル弁が備わっている。
【００２０】
エンジン１には点火プラグに高圧電流を与えるためのイグナイタ５やクランク角センサ６等が備わっている。エンジン１は単気筒の４サイクルエンジンであり、その構成は公知技術に従っているので詳細な図示と説明は省略する。
【００２１】
また、図２Ａに示すように、エンジン１のクランクシャフト２１には、カム駆動ギヤ２２、アイドラシャフト駆動ギヤ２３およびパルサ歯車２４が直結されていて、これらはクランクシャフト２１と共回りする。
【００２２】
カム駆動ギヤ２２にはカムギヤ２６が連結されている。カム駆動ギヤ２２が回転すればカムギヤ２６が従動回転する。すなわち、カム駆動ギヤ２２が駆動歯車に該当し、カムギヤ２６が従動歯車に該当する。カムギヤ２６の軸であるカムシャフト２７にはカム２８ａ、２８ｂが取り付けられている。カム２８ａ、２８ｂは、一方（例えばカム２８ａ）が吸気弁を開閉駆動し、他方（例えばカム２８ｂ）が排気弁を開閉駆動する。従って、クランクシャフト２１が回転すれば、カム駆動ギヤ２２、カムギヤ２６、カムシャフト２７およびカム２８ａ、２８ｂが回転し、吸気弁と排気弁が開弁駆動される。
【００２３】
アイドラシャフト駆動ギヤ２３にはアイドラシャフト一体ギヤ３０が連結されている。
アイドラシャフト駆動ギヤ２３が回転すればアイドラシャフト一体ギヤ３０がシャフト３０ａと共に従動回転する。すなわち、アイドラシャフト駆動ギヤ２３が駆動歯車に該当し、アイドラシャフト一体ギヤ３０が従動歯車に該当する。アイドラシャフト一体ギヤ３０のシャフト３０ａはオイルポンプ３１に連結されていて、シャフト３０ａの回転によってオイルポンプ３１が駆動される。オイルポンプ３１はエンジンオイルを循環させるためのポンプである。
【００２４】
図２Ｂに示すように、パルサ歯車２４は５本の歯２４ａを備えている。これらの歯２４ａは７２°のピッチで等間隔に配置されている。クランク角センサ６は、パルサ歯車２４の回転に伴って回転移動する歯２４ａを検出する毎にパルス信号を出力する。具体的には、クランク角センサ６は、クランク角センサ６の検出部の近傍を１個の歯２４ａが通過する度に、１個のパルス信号を出力する。したがって、クランク角が７２度進む毎にパルス信号が１個出力される。
【００２５】
クランクシャフト２１には、スタータジェネレータ２も連結されている。正確には、スタータジェネレータ２のロータがクランクシャフト２１と連結されている。
【００２６】
スタータジェネレータ２はエンジン１のクランクシャフト２１によって回転駆動されるときは発電機として機能する。一方、外部から電力を供給されると、スタータジェネレータ２はモータとして機能し、クランクシャフト２１を回転駆動する。スタータジェネレータは、アシスト機構に対応する。
【００２７】
図１および図３に示すように、スタータジェネレータ２はパワーコンディショナ３に接続されている。また、パワーコンディショナ３は、外部の送配電設備である系統電源３３に接続されている。
【００２８】
図３に示すように、パワーコンディショナ３には三相インバータ３ａと系統インバータ３ｂとが備わっている。スタータジェネレータ２をモータとして機能させる際には、パワーコンディショナ３は系統電源３３からの電力を三相インバータ３ａにて３相交流に変換し、これをスタータジェネレータ２に与える。また、スタータジェネレータ２が発電機として機能するときには、スタータジェネレータ２が発電した電力を系統電源３３に逆潮流させるための電力変換が系統インバータ３ｂにて行われる。
【００２９】
図１に示すように、エンジン１の排気系には排気熱交換器１３、三元触媒１５および排気サイレンサ１７が配されている。
【００３０】
エンジン１の排気は三元触媒１５を通過する際の反応により、ＮＯｘ、ＣＯ、炭化水素が規制値よりも十分に低いレベルに低減される。また、排気は排気熱交換器１３において冷却水にて冷却される。排気熱交換器１３を通過した排気は、排気サイレンサ１７を経由して大気放出される。排気サイレンサ１７には、ここで排気が急冷される際に凝縮した水を排出するためのドレン配管１７ａが取り付けられている。
【００３１】
冷却水はエンジン１を冷却するためのクーラントであり、発電ユニット２０と貯湯ユニット４０との間で循環する。貯湯ユニット４０には冷却水を循環させるためのポンプ４０ａが備わっている。エンジン１の稼働中はポンプ４０ａも稼働する。
【００３２】
排気熱交換器１３を通過した冷却水はエンジン１に至り、エンジン１を冷却することで自身は加熱される。エンジン１を通った高温の冷却水は貯湯ユニット４０へと流れる。貯湯ユニット４０内には、貯湯ユニット４０に貯留されている水道水を冷却水にて加熱するための熱交換器が配置されている。冷却水がこの熱交換器を通過する際に冷却水と貯湯ユニット内の水道水との間で熱交換が行われる。冷却水と貯湯ユニット内の水道水とが熱交換することで貯湯ユニット内の水道水が暖められる。水道水と熱交換して低温になった冷却水は、排気熱交換器に送られる。
【００３３】
ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを中枢とする電子制御装置である。ＥＣＵ４には、クランク角センサ６などの検出機器からの信号が入力される。また、ＥＣＵ４は、貯湯ユニット４０との通信も行い、貯湯ユニット４０内の水道水の湯量や湯温などのデータを取得する。
【００３４】
ＥＣＵ４は、予め組み込まれたプログラムに従って動作し、クランク角センサ６の信号や貯湯ユニット４０などから取得した情報等に基づいて、シャット弁８ａ、８ｂ、比例弁８ｃ、スロットル弁、イグナイタ５、パワーコンディショナ３などを制御する。
【００３５】
次に、このコージェネレーション装置１０における発電ユニット２０の作動を説明する。なお、パワーコンディショナ３と系統電源３３とは接続されており、貯湯ユニット４０には適量の水道水が貯留されている。
【００３６】
まず、エンジン１の始動から説明を始める。ＥＣＵ４は、例えば貯湯ユニット４０の水温が基準値を下回った等で、エンジン１を稼働させる条件が成立すると、エンジン始動処理を行う。
【００３７】
具体的には、ＥＣＵ４がパワーコンディショナ３を制御して、三相インバータ３ａを駆動させ、スタータジェネレータ２に通電させる。三相インバータ３ａから電力を与えられたスタータジェネレータ２はスタータモータとして機能して、クランクシャフト２１を回転させる。これによりエンジン１のクランキングが行われる。
【００３８】
ＥＣＵ４は、図４に示すように、クランク角センサ６のパルス信号に基づいてエンジン１のクランク角を検出できる。図４においては、左から右に時間が経過する。図４の上段の数字が上死点（すなわちＴＤＣ）を基準としたクランク角（単位はｄｅｇ）を表し、上から２段目の１から１０までの数字の各々がパルスカウントを表す。パルスカウントは、吸気行程と圧縮行程の間の下死点（すなわちＢＤＣ）が最後に実現されたタイミングの後にクランク角センサ６から出力されたパルスの総数である。また、カウント値の下の段がエンジン行程を表し、その下の段がスタータジェネレータ２によるアシストの有無を表す。
【００３９】
ＥＣＵ４は、クランク角センサ６のパルス信号に基づいて演算したエンジン１の回転数が始動設定値（例えば１０００ｒｐｍ）に達したなら、点火信号を生成し、シャット弁８ａ、８ｂ、比例弁８ｃおよびスロットル弁を制御して燃料混合気をエンジン１に供給し、適切な点火タイミングでイグナイタ５に信号を送り、点火プラグを点火し、エンジン１を始動する。なお、エンジン１への燃料混合気の供給と、適切な点火タイミングでの点火は、この後も継続して行われる。
【００４０】
ＥＣＵ４は、エンジン１の回転数が完爆判定値（例えば１５００ｒｐｍ）に達したならば完爆と判定し、パワーコンディショナ３を制御して、三相インバータ３ａを停止させ、スタータジェネレータ２への通電を終了させる。
【００４１】
この通電の停止に伴ってスタータジェネレータ２が発電機として機能するので、ＥＣＵ４は、パワーコンディショナ３を制御して系統インバータ３ｂを有効化させる。これにより、スタータジェネレータ２が発電した電力を系統電源３３に逆潮流させるための電力変換が系統インバータ３ｂにて行われる。
【００４２】
また、ＥＣＵ４は、完爆と判定した後、エンジン１が停止するまで、スロットル弁などを制御することで、エンジン１の回転数を、定常運転のための定常回転数Ｓ（例えば２０００ｒｐｍ）に、概ね維持する。
【００４３】
具体的には、ＥＣＵ４は、現時点から遡る所定期間（例えば、０．１秒以上の期間）内においてクランク角センサが出力したパルス信号の数に基づいて、当該所定期間内におけるエンジンの平均回転数を算出する。そして、算出した平均回転数が上記定常回転数Ｓ以上の基準値Ｑ１より大きい場合、スロットル弁の開度を下げる、スタータジェネレータ２から取り出す電力値を上げる等の制御により、エンジン１の回転数を低下させる。
【００４４】
そして、算出した平均回転数が上記定常回転数Ｓ以上の基準値Ｑ１より大きい場合、スロットル弁の開度を減少させる、スタータジェネレータ２から取り出す電力値を下げる等の制御により、エンジン１の回転数を低下させる。また、算出した平均回転数が上記定常回転数Ｓ以下の基準値Ｑ２より小さい場合、スロットル弁の開度を増加させる等の制御により、エンジン１の回転数を上昇させる。定常回転数Ｓ、基準値Ｑ１、および基準値Ｑ２は同じ値でもよい。あるいは、ヒステリシスを設けるために基準値Ｑ１が基準値Ｑ２よりも大きくてもよい。
【００４５】
エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程を順に繰り返す。その４行程を経過する間には、図５に示すようにクランクシャフト２１の回転速度が変化する。
【００４６】
図５中の上のグラフでは、クランク角センサ６がパルス信号を出力する毎のクランクシャフト２１の回転角速度の推移が黒丸印で表されている。このグラフからは、他の行程と比べて吸気行程および圧縮行程でクランクシャフト２１の角速度が大きく減速することが分かる。
【００４７】
図５中の下のグラフでは、クランク角センサ６がパルス信号を出力する毎の、前回のパルス出力時から今回のパルス出力時までのマイクロ秒単位の時間間隔すなわちパルス間隔が、黒菱形印で表されている。また、図５中の下のグラフでは、クランク角センサ６がパルス信号を出力する毎の、前回のパルス間隔に対する今回のパルス間隔の減少量が、黒四角印で表されている。
【００４８】
パルス間隔の変動からも、吸気行程および圧縮行程でクランクシャフト２１の回転速度が大きく減速することが分かる。パルス間隔減少量の増加はクランクシャフト２１の回転速度が増大する状態を示し、パルス間隔減少量の減少はクランクシャフト２１の回転速度が減少する状態を示している。
【００４９】
したがって、ＥＣＵ４は、パルス間隔減少量の増減変化の度合いに基づいて、吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程のいずれであるかを判別可能である。
【００５０】
なお、図５では、パルスカウントが１、２となる時点は圧縮行程中であり、パルスカウントが３、４、５となる時点は爆発行程中であり、パルスカウントが６、７となる時点は排気行程中であり、パルスカウントが８、９、１０となる時点は吸気行程中である。
【００５１】
ここで、圧縮行程中において計測されたパルス間隔の最大値をＡｍａｘとし、爆発行程中において計測されたパルス間隔の最大値をＢｍａｘとし、排気行程中において計測されたパルス間隔の最大値をＨｍａｘとし、吸気行程中において計測されたパルス間隔の最大値をＫｍａｘとする。この場合、図５に示す通り、Ｂｍａｘ＜Ｈｍａｘ＜Ｋｍａｘ＜Ａｍａｘの関係が成り立つ。
【００５２】
また、圧縮行程中において計測されたパルス間隔の平均値をＡａｖｅとし、爆発行程中において計測されたパルス間隔の平均値をＢａｖｅとし、排気行程中において計測されたパルス間隔の平均値をＨａｖｅとし、吸気行程中において計測されたパルス間隔の平均値をＫａｖｅとする。この場合、Ｂａｖｅ＜Ｈａｖｅ＜Ｋａｖｅ＜Ａａｖｅの関係が成り立つ。圧縮行程においてパルス間隔が長くなるのは、エンジン１のピストンがシリンダ内の空気によってピストンの移動方向と反対側に押し返される力が高くなるからである。
これらの関係を利用して、後述する通り、パルス間隔に基づいてエンジン１の行程を判別することができる。
【００５３】
ここで、従来のエンジンにおいて駆動歯車と従動歯車の歯打ち音が発生していたメカニズムについて、図９を用いて説明する。圧縮行程では駆動歯車の回転速度ａ０が低下し、従動歯車は慣性により回転速度ｂ０での回転を続ける。そのため、ａ０＜ｂ０となるとき、従動歯車の歯が駆動歯車の歯より先行して、両者に間隔が生じる。そして、続く爆発行程で駆動歯車の回転速度ａ０が急上昇し、ａ０≫ｂ０となると駆動歯車の歯が従動歯車の歯に衝突して、歯打ち音が発生するという問題があった。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、スタータジェネレータ２にてエンジン１の回転をアシストすることで歯打ち音の発生を防止している。その詳細を図６を参照して説明する。なお、図６に示すアシスト制御処理は、発電ユニット２０の稼働中（少なくともエンジン１の稼働中）にＥＣＵ４が実行する。
【００５５】
図６に示すアシスト制御処理においては、ＥＣＵ４は、まずステップＳ１０１で、パルス間隔およびパルス間隔減少量（図５参照）のうち一方または両方に基づいて、エンジン１の現在の行程を判別する。
【００５６】
例えば、ＥＣＵ４は、上述のＢｍａｘ＜Ｈｍａｘ＜Ｋｍａｘ＜Ａｍａｘ、Ｂａｖｅ＜Ｈａｖｅ＜Ｋａｖｅ＜Ａａｖｅという関係を利用して、エンジン１の現在の行程を判別してもよい。
【００５７】
また例えば、ＥＣＵ４は、最新のパルス出力時点と最新よりも１回前のパルス出力時点との時間差（すなわち最新のパルス間隔）が所定の爆発基準値（例えば１２０００μ秒）より小さい場合、現在の行程が爆発行程であると判別してもよい。また、ＥＣＵ４は、最後に判別した行程が爆発行程であり、かつ、最新のパルス間隔が上記爆発基準値より大きい場合、現在の行程が排気行程であると判定してもよい。また、ＥＣＵ４は、最後に判別した行程が排気行程であり、かつ、最新のパルス間隔が所定の吸気基準値より小さい場合、現在の行程が排気行程であると判定してもよい。また、ＥＣＵ４は、最後に判別した行程が排気行程であり、かつ、最新のパルス間隔が上記吸気基準値より大きい場合、現在の行程が吸気行程であると判定してもよい。
【００５８】
また例えば、ＥＣＵ４は、圧縮行程から爆発行程に移行する際のパルス間隔減少量の急激な増大（図５参照）を利用して、エンジン１の現在の行程を判別してもよい。また、ＥＣＵ４は、パルス間隔減少量が最後に所定の爆発移行閾値（例えば１０００マイクロ秒）より大きくなった時点（図４、５ではパルスカウント３の時点）を基準時点に設定してもよい。そしてＥＣＵ４は、当該基準時点から所定の待機期間ＴＷ（図４参照）が既に経過しているか否かで、現在の行程が吸気行程であるか吸気行程以外であるかを判定してもよい。パルス間隔減少量が最後に爆発移行閾値より大きくなった時点は、爆発行程が始まって以降最初にクランク角センサ６がパルスを出力した時点である。
【００５９】
次にＥＣＵ４は、ステップＳ１０２で、ステップＳ１０１の判別結果に基づいて、エンジン１の現在の行程が吸気行程か否かを判定する。吸気行程であればステップＳ１０３に進み、吸気行程でなければステップＳ１０４に進む。なお、後述する通り、ステップＳ１０３では吸気行程の始まりから圧縮行程の終わりまで処理が継続されるので、ステップＳ１０２の時点におけるエンジン１の行程は、爆発行程、排気行程、吸気行程のいずれかである。
【００６０】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ４は、パワーコンディショナ３を制御することにより、スタータジェネレータ２を発電機として機能させてモータとしては機能させない。したがってこの場合、スタータジェネレータ２はエンジン１を駆動しない。ステップＳ１０４の後、ステップＳ１０１に戻る。
【００６１】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ４は、速度マップに従って、圧縮行程の終了時点まで、スタータジェネレータ２を用いてエンジン１を駆動する。すなわち、スタータジェネレータ２でエンジン１の回転をアシストする。以下、スタータジェネレータ２でエンジン１の回転をアシストする期間を、アシスト実行期間Ｄ（図４参照）という。本実施形態では、上述の通り、アシスト実行期間Ｄは、吸気行程と圧縮行程の両方を含むと共に、排気行程および爆発行程を含まない。
【００６２】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ４は、パワーコンディショナ３を制御することにより、スタータジェネレータ２をモータとして機能させて発電機としては機能させない。したがってこの場合、スタータジェネレータ２は、パワーコンディショナ３を介して系統電源３３から供給される電力によって駆動されることで、エンジン１を駆動する。
【００６３】
具体的には、ＥＣＵ４は、現時点で実現すべきスタータジェネレータ２の回転速度を繰り返し特定する。そしてＥＣＵ４は、特定した回転速度を実現するためにパワーコンディショナ３からスタータジェネレータ２に入力される単位時間当たりの電力量を逐次制御する。より具体的には、ＥＣＵ４は、パワーコンディショナ３からスタータジェネレータ２に入力される電流、電圧、またはデューティ比を制御する。特定した回転速度を実現するためにパワーコンディショナ３からスタータジェネレータ２に入力される電流、電圧、またはデューティ比は、あらかじめＥＣＵ４に記録された電量マップに基づいて決定することができる。
【００６４】
ここで、現時点で実現すべきスタータジェネレータ２の回転速度を特定する方法について説明する。ＥＣＵ４は、上述の速度マップを用いて、当該回転速度を特定する。
【００６５】
速度マップにおいては、アシスト実行期間Ｄの開始時点から終了時点までの期間内における、当該開始時点からの複数の経過時間と、複数の回転速度とが、１対１に対応付けられている。ある経過時間に対応付けられた回転速度は、当該経過時間においてスタータジェネレータ２が実現すべき回転速度を表している。ＥＣＵ４は、この速度マップを用いて、当該複数の経過時間の各々に対応した時点における回転速度を特定することができる。
【００６６】
速度マップ中の複数の経過時間は、一定時間間隔で配置されていてもよい。そして、当該時間間隔は、上述のパルス間隔と同程度でもよいし、上述のパルス間隔よりも充分に短くなっていてもよい。
【００６７】
なお、速度マップにおいては、アシスト実行期間Ｄの終了時点におけるアシスト実行期間Ｄの開始時点からの経過時間は、当然に、あらかじめ決められている。図６の処理が行われている間は、上述の通り、エンジン１の回転数が概ね定常回転数Ｓに維持されて定常運転が実現している。したがって、エンジン１の回転数が定常回転数Ｓであると仮定した上で、アシスト実行期間Ｄの終了時点におけるアシスト実行期間Ｄの開始時点からの経過時間を、あらかじめ固定値として決めることができる。
【００６８】
このようにすることで、ＥＣＵ４は、ステップＳ１０３において、吸気行程の開始時点から圧縮行程の終了時点までの期間において、スタータジェネレータ２でエンジン１をアシストする。
【００６９】
これにより、吸気行程の開始時点から圧縮行程の終了時点までの期間において、駆動歯車（カム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３）の回転速度が速度マップに従った回転速度に等しくなる。具体的には、モータとして機能するスタータジェネレータ２の回転力は、クランクシャフト２１に作用して、そのクランクシャフト２１の回転をアシストする。このアシストは、クランクシャフト２１の回転速度すなわちカム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転速度の低下が抑えられる。
【００７０】
したがって、従来に比べて、吸気行程および圧縮行程において従動歯車と駆動歯車の間にできる隙間が小さくなる。吸気行程および圧縮行程において従動歯車と駆動歯車の間にできる隙間が小さくなれば、爆発行程における従動歯車と駆動歯車の歯打ち音も低減される。
【００７１】
なお、速度マップにおいて各経過時間に対応付けられた回転速度は、アシスト実行期間Ｄにおいて従動歯車が駆動歯車から力を受けないと仮定した場合の、当該経過時間における従動歯車の速度と同じになっていてもよい。この従動歯車は、カムギヤ２６でもよいし、アイドラシャフト一体ギヤ３０でもよい。アシスト実行期間Ｄにおいて従動歯車が駆動歯車から力を受けないと仮定した場合の、当該経過時間における従動歯車の速度は、エンジン１が定常回転数Ｓで回転すると仮定すれば、あらかじめ実験等によって特定することができる。
【００７２】
このようになっていれば、図７に示すように、吸気行程および圧縮行程において、カム駆動ギヤ２２の回転がカムギヤ２６の回転に遅れることも、アイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転がアイドラシャフト一体ギヤ３０の回転に遅れることも回避される。
【００７３】
あるいは、速度マップにおいて各経過時間に対応付けられた回転速度は、コージェネレーション装置１０の騒音が最も低くなるように、実験等によって決定されてもよい。この場合も、吸気行程および圧縮行程において、カム駆動ギヤ２２の回転がカムギヤ２６の回転に遅れることも、アイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転がアイドラシャフト一体ギヤ３０の回転に遅れることも回避される。
【００７４】
ステップＳ１０３の後、エンジン１の点火がなされて、エンジン１の行程が爆発行程に移行すると、クランクシャフト２１の回転速度が急上昇する（図５参照）。これに伴ってカム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転速度が急上昇する。なお、
点火の制御はアシスト制御処理とは別に行われる。
【００７５】
しかし、これまでのスタータジェネレータ２によるアシストにより、カム駆動ギヤ２２の回転がカムギヤ２６の回転に遅れることも、アイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転がアイドラシャフト一体ギヤ３０の回転に遅れることも回避されている。したがって、図７に示したように、吸気行程および圧縮行程でカム駆動ギヤ２２の歯とカムギヤ２６の歯とに間隔が生じておらず、アイドラシャフト駆動ギヤ２３の歯とアイドラシャフト一体ギヤ３０の歯とにも間隔が生じていない。
【００７６】
そのため、爆発行程においてカム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転速度が急上昇しても、図７に示すように、カムギヤ２６またはアイドラシャフト一体ギヤ３０に対する歯打ちは発生せず、歯打ちに由来する騒音は防止される。
【００７７】
このように、本実施形態では、速度マップを用いてスタータジェネレータ２の駆動速度を制御することにより、クランクシャフト２１の回転速度の変化を速度パターンに倣ったものにすることができる。
【００７８】
その結果、図７に示すように、カム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転速度ａとカムギヤ２６およびアイドラシャフト一体ギヤ３０の回転速度ｂとに差を生じさせない効果が得られる。すなわち、吸気行程および圧縮行程において、ａ＝ｂまたはａ≧ｂとなる。
【００７９】
以上説明したとおり、本実施形態では、エンジン１が吸気行程から圧縮行程にある期間には、ＥＣＵ４がＳ１０３の処理を実行してスタータジェネレータ２をモータとして稼働させる。したがって、吸気行程から圧縮行程にわたってカム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３の回転速度の低下を防止ないしは抑制できる。
【００８０】
それにより、カムギヤ２６の歯がカム駆動ギヤ２２の歯より先行する状態になって両方の歯と歯とに間隔が生じるのを防止でき、またアイドラシャフト一体ギヤ３０の歯がアイドラシャフト駆動ギヤ２３の歯より先行する状態になって両方の歯と歯とに間隔が生じるのを防止できる。
【００８１】
つまり、スタータジェネレータ２は、エンジン１の全行程の期間のうち、圧縮行程である期間を含んだアシスト実行期間Ｄに、エンジン１が生成する動力以外の動力で駆動歯車２２、２３を回転駆動する。
【００８２】
このように、エンジン１の行程が圧縮行程であるときを含んだアシスト実行期間に、エンジン１が生成する動力以外の動力で駆動歯車２２、２３が回転駆動される。したがって、圧縮行程における駆動歯車２２、２３の回転速度の低下を防止ないしは抑制できる。それにより、アシスト実行期間Ｄにおける駆動歯車の歯と従動歯車の歯との間隔を低減できる。アシスト実行期間Ｄにおいて駆動歯車の歯と従動歯車の歯との間隔が低減されるから、爆発行程で駆動歯車の回転速度が急上昇しても、歯打ち音が低減される。よって、歯打ちに由来する騒音の低減が可能である。
【００８３】
また、ＥＣＵ４は発電ユニット２０にもともと備わっており、本実施形態では、そのＥＣＵ４の一機能としてアシスト制御を実現しているから、歯打ちに由来する騒音を防止するためだけの部品（例えば、特許文献１のシザーズギア）は必要とせず、構成が複雑化しない。
【００８４】
また、本実施形態では、吸気行程から圧縮行程にわたってスタータジェネレータ２によるアシストを実行する。吸気行程においても、圧縮行程ほどではないにしろ、駆動歯車２２、２３に対して大きな抵抗が発生してピストンの移動速度が低下する。したがって、吸気行程から圧縮行程にわたってスタータジェネレータ２によるアシストを実行することで、歯打ちに由来する騒音防止の効果が良好になっている。
【００８５】
また本実施形態の発電ユニット２０は、クランクシャフト２１に直結されたパルサ歯車２４と、パルサ歯車２４の歯を検出するクランク角センサ６とを備え、ＥＣＵ４は、クランク角センサ６の出力信号に基づいてエンジン１の行程を判別する構成であるから、エンジン１の行程を判別するための新規な部品等を必要としない。
【００８６】
また、ＥＣＵ４は、クランク角センサの出力信号に基づいてエンジン行程を判別し、判別した結果に基づいて、アシスト実行期間を決定し、決定したアシスト実行期間において、アシスト機構に駆動歯車を駆動させる。このようにすることで、クランク角センサに基づいた正確性の高いアシスト実行期間の特定が可能になる。
【００８７】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。第１実施形態では、ＥＣＵ４はアシスト実行期間の開始をクランク角センサ６のパルス信号に基づいて判定する。これに対し、本実施形態では、ＥＣＵ４は、スタータジェネレータの出力電圧に基づいてアシスト実行期間の開始と終了のタイミングを算出する。本実施形態のコージェネレーション装置１０のハードウェア構成は第１実施形態と同じである。
【００８８】
定常運転時のスタータジェネレータ２の出力電圧を全波整流した電圧であるＤＣリンク電圧は、エンジン１の爆発行程において大きく上昇し、吸気行程から圧縮行程にわたって徐々に下降する。エンジン１の回転数が一定でスタータジェネレータ２が発電して系統電源３３に逆潮流する電流が一定ならば、図８に示すように、ＤＣリンク電圧は一定周期Ｔで昇降変化する。本実施形態のコージェネレーション装置１０は、この周期性を利用し、次のようにしてスタータジェネレータ２にてエンジン１の回転をアシストする。
【００８９】
（１）エンジン１の全行程の周期測定
まず、エンジン１の回転数を、第１実施形態と同様に定常運転のための定常回転数Ｓ（例えば２０００ｒｐｍ）に概ね維持する。ただし、スタータジェネレータ２によるエンジン１の回転のアシストは行わない。この状態で、あらかじめ定められた測定時間にわたってＤＣリンク電圧の電圧変動を計測し、エンジン１の全行程の周期Ｔと圧縮行程から爆発行程への切り替わりのタイミングつまり爆発行程の開始タイミングを求める。
【００９０】
（２）吸気、圧縮行程のタイミングと期間の算出
上記の（１）で求めたエンジン１の全行程の周期Ｔと、予め実機評価により求めておいたエンジン１の４行程の時間比率とに基づいて、吸気行程の開始タイミングと吸気行程から圧縮行程にわたる期間すなわちアシスト実行期間Ｄの開始タイミングと継続時間を算出する。なお、第１実施形態と同様に、本実施形態のアシスト実行期間Ｄは、吸気行程と圧縮行程の両方を含むと共に排気行程および爆発行程を含まない。
【００９１】
（３）アシスト実行
上記（１）、（２）で求めたエンジン１の全行程の周期Ｔ、爆発行程の開始タイミングおよびアシスト実行期間Ｄの開始タイミングと継続時間に基づいて、スタータジェネレータ２によるエンジン１の回転のアシストが実行される。
【００９２】
具体的には、ＥＣＵ４はＤＣリンク電圧の変動に基づいて爆発行程の開始を認識したなら、アシスト実行期間Ｄの開始タイミングとなるまでの待機時間が経過するのを待つ。
【００９３】
そして、待機時間が経過したなら、ＥＣＵ４は、第１実施形態のステップＳ１０３と同じく、速度マップに従った駆動速度にてスタータジェネレータ２を駆動するための指令をパワーコンディショナ３に与える。速度マップは第１実施形態のものと同じである。また、このＥＣＵ４からの指令に従って、パワーコンディショナ３が行う動作も第１実施形態のステップＳ１０３と同じである。従って、第１実施形態と同様に、スタータジェネレータ２によるクランクシャフト２１の回転のアシストがなされる。
【００９４】
このステップＳ１０３と同じ制御処理は、第１実施形態と同様に、エンジン１の点火のタイミングになるまで繰り返される。
【００９５】
（４）周期とタイミングの補正
エンジン１の稼働状態は系統電源３３に逆潮流する電流値によって変化する。この電流値が上記（１）でエンジン１の全行程の周期Ｔと爆発行程の開始タイミングを求めた際の電流値から設定範囲を超えて変化した場合には、再度（１）の処理をやり直す。そして、その新たに算出したエンジン１の全行程の周期Ｔと爆発行程の開始タイミングとに基づいて、上記（２）および（３）の動作を行う。
【００９６】
この第２実施形態のコージェネレーション装置１０は上述の通りに作動する。よって、第１実施形態と同様に歯打ちに由来する騒音を低減できる。また、スタータジェネレータ２によるクランクシャフト２１の回転のアシストを開始する契機をＤＣリンク電圧に基づいて判断する点は第１実施形態とは異なるものの、新規な部品を必要としない点では第１実施形態と同様である。その他、第１実施形態と同様の効果も得られる。
【００９７】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち明らかに矛盾する組み合わせを除く任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。
【００９８】
（変形例１）
第１実施形態および第２実施形態では、スタータジェネレータ２によるクランクシャフト２１の回転のアシスト（ステップＳ１０３）に際して、実機評価にて決定した速度パターンに基づく速度マップを使用し、その速度マップに従った駆動速度にてスタータジェネレータ２を駆動している。
【００９９】
しかし、クランクシャフト２１の回転速度が低下する以前や低下が著しくないときの回転速度、例えば吸気行程の開始時点におけるクランクシャフト２１の回転速度（パルサ歯車２４の角速度）を維持するようにスタータジェネレータ２を駆動する構成も可能である。
【０１００】
この場合、駆動歯車（カム駆動ギヤ２２およびアイドラシャフト駆動ギヤ２３）の回転速度ａが低下しないから、従動歯車（カムギヤ２６およびアイドラシャフト一体ギヤ３０）の回転速度ｂとの関係はａ≧ｂとなる。このように構成しても第１実施形態および第２実施形態と同様に、歯打ちに由来する騒音を防止できる。
【０１０１】
（変形例２）
ＥＣＵ４は、ステップＳ１０３で、圧縮行程の終了タイミングは、ＥＣＵ４がイグナイタ５に点火プラグを点火させるタイミングに設定してもよい。つまり、スタータジェネレータ２によるアシストは、シリンダ内の混合気への点火に伴って終了するようになっていてもよい。混合気への点火は上死点の寸前に行われるので、アシスト実行期間を終了するタイミングとして好適である。
【０１０２】
（変形例３）
上記実施形態では、エンジンが生成する動力以外の動力として、スタータジェネレータが発生する動力が例示されている。しかし、エンジンが生成する動力以外の動力はこれ以外のものであってもよい。
【０１０３】
（変形例４）
また、上記実施形態では、アシスト実行期間は、吸気行程の全体と圧縮行程の全体を含んでいるが、必ずしもこのようになっておらずともよい。例えば、アシスト実行期間は、圧縮行程の全体のみを含んでいてもよいし、圧縮行程の一部のみを含んでいてもよい。
【０１０４】
（変形例５）
上記実施形態では、エンジン１の回転数を定常運転のための定常回転数Ｓに概ね維持するための制御、および図６のアシスト制御処理を、ＥＣＵ４が実行するようになっている。しかし、これらの制御をＥＣＵ４ではなくパワーコンディショナ３が実行するようになっていてもよい。その場合、パワーコンディショナ３は、マイクロコンピュータを有し、当該マイクロコンピュータが、当該制御を行う。その際、パワーコンディショナ３のマイクロコンピュータは、上述の速度マップをアシスト制御処理の前に予めＥＣＵ４から取得する。また、クランク角センサ６からＥＣＵ４に出力されたパルス信号は、そのままＥＣＵ４からパワーコンディショナ３のマイクロコンピュータに送られる。このようにすることで、ＥＣＵ４がパワーコンディショナ３に制御命令を送る場合に比べ、ＥＣＵ４とパワーコンディショナ３の通信に伴う制御遅れを防止することができる。
【０１０５】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、エンジン動力伝達装置は、４サイクルエンジンのクランクシャフトに連結された駆動歯車と、駆動歯車と噛み合って駆動歯車によって回転駆動される従動歯車と、を備える。更にエンジン動力伝達装置は、エンジンが生成する動力以外の動力で駆動歯車を回転駆動するアシスト機構を備える。更に、アシスト機構は、エンジンの全行程の期間のうち、圧縮行程である期間を含んだアシスト実行期間に、エンジンが生成する動力以外の動力で駆動歯車を回転駆動する。
【０１０６】
また、第２の観点によれば、アシスト実行期間は、吸気行程を含む。吸気行程においても、圧縮行程ほどではないにしろ、駆動歯車の回転に対して抵抗が発生する。したがって、吸気行程から圧縮行程にわたってスタータジェネレータをモータとして稼働させることで、歯打ち音の低減効果が増す。
【０１０７】
また、第３の観点によれば、エンジン動力伝達装置は、駆動歯車の歯を検出するクランク角センサおよび制御装置を有する。制御装置は、クランク角センサの出力信号に基づいてエンジン行程を判別し、判別した結果に基づいて、アシスト実行期間を決定し、決定したアシスト実行期間において、アシスト機構に駆動歯車を駆動させる。このようにすることで、クランク角センサに基づいた正確性の高いアシスト実行期間の特定が可能になる。
【符号の説明】
【０１０８】
１        エンジン
２        スタータジェネレータ
４        ＥＣＵ
６        クランク角センサ
２０      発電ユニット
２１      クランクシャフト
２２      カム駆動ギヤ
２３      アイドラシャフト駆動ギヤ
２４      パルサ歯車
２６      カムギヤ
３０      アイドラシャフト一体ギヤ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018003756.tif 000008
【図６】
2018003756.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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