JP2000502769A - 乗り物内の振動を低減させる方法、およびそれを実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 共通の出力シャフト（９）に連結された複数の駆動ユニット（３〜８）を有する内燃機関（２）内の振動を低減する方法および構造。これらは、燃料用燃焼チャンバと燃料供給用の機関からの燃料の燃料用導入口（３４〜３９）とを有する。駆動ユニットのいずれか（７）は、通常動作状態から、駆動ユニットへの燃料供給が遮断される別の動作状態へと切り換え可能である。それにより、切り換えられた駆動ユニットのトルクに変化が生じる。通常動作状態にある駆動ユニットに供給される燃料の量は、振動の選択された抑制を引き起こす、駆動ユニット内のトルクの変化を引き起こすために、選択されたパターンに従って配分される。

Description

【発明の詳細な説明】 乗り物内の振動を低減させる方法、およびそれを実施する装置 技術分野： 本発明は、乗り物内のエンジンのアンバランスによって乗り物内で起こる振動 を抑制するために用いられることを意図した方法および構造に関する。 技術的背景 圧縮空気を消費し圧縮空気によって駆動されるシステムを有する乗り物は、例 えばトラックなど数多くある。これらのシステムが機能するためには、圧縮空気 へのアクセスが必要である。圧縮空気へのアクセスは、通常、空気を圧縮するコ ンプレッサにより達成される。圧縮された空気は、その後圧力タンク内に貯蔵さ れる。圧力タンク内において、圧縮空気は乗り物の圧縮空気を用いる部分により 用いられる準備ができている。コンプレッサは、通常、乗り物のエンジンによっ て駆動される。このようなシステムはコンプレッサと適合する必要があり、この ことは、乗り物の重量および燃料消費を増加させる。乗り物を経済的により魅力 のあるものにするために、乗り物の必要部品の数を減少させることが興味の対象 である。 複数のシリンダを有するピストンエンジンの場合、ある動作条件において、１ 以上のシリンダが、一時的に他の目的のために、例えば乗り物内の圧縮空気タン クを充填するエアーコンプレッサとして用いられるために通常燃焼から切り換わ り得る。上記エアーコンプレッサは、別体のコンプレッサに置き換わる。コンプ レッサの機能は、圧縮空気タンクに連結され得るシリンダルームにより達成され る。この連結部は、通常動作中には閉じられ、シリンダがコンプレッサとして用 いられるときに開く。１以上のシリンダがコンプレッサとして用いられる場合、 対応するシリンダスペースへの燃料供給は遮断される。このようなシステムが用 いられるとき、シリンダ内の圧力曲線は、シリンダが従来の動作に用いられると きと比較して、実質的に異なる特性を有する。従来の動作中、各シリンダは圧縮 ストロークと伸張ストロークを有する。伸張ストロークの間、動力はシステムに 供給され、圧縮ストロークの間、ピストンが封入されたガスに動力を供給する。 １以上のシリンダが空気を圧縮するために用いられる場合、通常の伸張ストロー クは起こらない。このことは、シリンダ内の圧力曲線を急激に変化させ、そのた めエンジンのクランクシャフトに伝達されるトルクを急激に変化させる。シリン ダの圧力曲線の上記変化により、エンジンは、すべてのシリンダが従来の動作に 用いられている場合と同様にはバランスがとれない。このことにより、実質的に 異なる周波数成分を有する振動が起こる。１以上のシリンダが他の理由のために 主要目的に用いられない場合、対応する現象が起こる。 発明の要旨： 本発明の目的は、１以上のシリンダが燃焼以外の目的に用いられるエンジンに より発生する振動を抑制し、連結された駆動ロープおよび／または駆動コンパー トメントなどのエンジン周辺部分を乱す振動を低減させる方法および構造を提供 することである。 上記目的は、請求項１、２、３、４および５から特徴が明らかである、本発明 による方法および構造により達成される。 図面： 本発明を、添付の図面を参照することにより、実施形態の例によって以下に、 より詳細に説明する。 図１は、本発明による構造を備えた貨物用車の一部を模式的に示す。 図２は、本発明による構造の燃料ユニットを備えた内燃機関を模式的に示す。 図３は、異なる動作条件下における、トルクの変化を示す図である。 図４〜図７は、異なる動作条件下において発生したトルクを異なるベクタによ り示す図である。 図８は、振動による乱れに対する感度を示す図である。 実施形態： 通常動作中であっても、従来の内燃機関、例えばモータビークル内のピストン エンジンは、クランクシャフトの回転に伴って変化するトルクを発生する。これ は、異なるシリンダが、１回または数回の、通常２回の回転中に、クランクシャ フトの異なる角度で異なるストロークを行うという事実による。例えば、圧縮ス トロークはエネルギを消費してクランクシャフトに負のトルクを与え、伸張スト ロークはピストンに動力を供給してクランクシャフトに正のトルクを与える。す べてのシリンダが従来の動作を行って、複数のシリンダ（３以上のシリンダ）を 有するエンジン内のすべてのシリンダに燃料を円滑に供給する場合、エンジンは 高度にバランスがとられ、最低の振動周波数が起こる。本発明は、１以上のエン ジンシリンダが別の動作条件、例えば、燃料供給を遮断して空気のみを供給する ことによりエアコンプレッサとして動作する条件に切り換わることを可能にする ように構成された内燃機関に関する。上記内燃機関において、出口は、圧縮空気 レザバに圧縮空気を供給するように切り換わる。圧縮空気レザバは、圧縮空気に よって駆動される乗り物内の装置、例えばブレーキシステムへの供給のために用 いられる。はじめに述べたように、このことは伸張ストロークを変化させ、その ため、切り換わったシリンダのクランクシャフトの回転中にトルクを変化させる 。 本発明によると、トルクの変化は、通常動作条件にある残りの（少なくとも２ つの）シリンダの回転中にトルク曲線を変化させることにより、以下のように相 殺される。残りのシリンダの動作状態を切り換えることにより起こるアンバラン スが、駆動シリンダに供給される燃料の量を差別化する（differentiate）、す なわち各シリンダが特定に選択された量または割合の燃料を与えられることによ り補償される。内燃機関の効率および他の動作データに関する知識を利用するこ とにより、燃料の量と、伸張ストローク中に各シリンダに起こるトルクとの間の 曖昧な相関ができる。大量の実験および計算により、エンジン内の振動周波数を 最適に抑制するためにはトルクがいかに配分されるべきかを計算することが可能 となる。それにより、供給すべき燃料の量の差別化が計算により求められ得る。 燃料の量を差別化することは、１回の燃焼当たりの燃料の総量とクランクシャフ トの所望の平均トルクとの間の曖昧な相関に基づき、パーセントにより(percent ual)差別化すること及び／又はシリンダ毎の燃料の絶対量と回転とを計算するこ と により、行われる。 差別化された燃料供給の制御を行う制御システムは、開制御システムまたは適 応制御システムのいずれでもよい。開制御システムの場合、制御ユニットは、異 なる動作条件、例えばＲＰＭおよびエンジンの負荷レベルなどに関する各シリン ダ用の個々の燃料の量を記載した大量の保存データを有している。上記データは 、「マッピング」と呼ばれる、計算とシミュレーションとの組み合わせにより得 られている。適応制御システムは、乗り物の振動を検出して制御ユニットを介し て差別化された燃料供給を制御するセンサを有する。 図１は、２つの制御システムを非常に模式的に示し、内燃機関２（エンジン） を備えたトラック１の一部を示す。エンジンは内燃機関であり、図２の平面図に より模式的に示すように、複数のシリンダを有するピストンタイプのエンジンで ある。エンジンはさらに、非連続的燃料曲線を有する種類のエンジンであり、従 って、各シリンダのトルクは回転中に変化する。図示する実施例において、ピス トンエンジンは、ピストンが往復運動する種類のものであり、図示する実施例に おいて６つの燃料ユニット、すなわちシリンダ３〜８を有する。さらにエンジン は、すべてのシリンダに共通の、従来のクランクシャフト角度シークエンスを有 するクランクシャフトを有する。従って、シリンダ間の角度変位と共にシリンダ に対するトルクの追加が起こり、その結果、クランクシャフトにトルクが付与さ れ、従って出力シャフトが、回転中できる限り円滑になる。 上記のように、少なくとも１つのシリンダ、図示する例では前から数えて５番 めのシリンダ７が、通常動作状態と別の状態との間で切り換え可能である。別の 状態において、シリンダ７は、乗り物を推進させる駆動ユニットとして作用せず 、残りの駆動ユニットによって駆動される負荷として用いられる。負荷とは、例 えば、圧縮空気により駆動される乗り物内の補助的システム、例えばブレーキシ ステムを駆動するためのエアコンプレッサである。この目的のために、問題のシ リンダ７の燃料導入口３８は、この別の状態に切り換わるときには完全に閉じる ように構成されている。あるいは、いくつかの目的のためには、例えば、排気シ ステム内のカタライザの急速加熱のためには、燃料導入口３８はある程度開けら れ得る。シリンダ７内の点火装置はここでオフになり、未使用の燃料をカタライ ザ まで通過させる。さらにシリンダは、排気口１１から離れた位置に、圧縮空気排 気口１２を備えている。圧縮空気排気口１２は図示しないバルブによって開けら れ得、図示しない圧縮空気レザバに連結されている。上記のように、この別の状 態は、エンジンの回転中シリンダ７内に起こるトルクの変化を補償する特別の手 段がとられない限り、エンジンにアンバランスを引き起こす。 本発明によると、乗り物の異なる部分、例えば、駆動ロープ、および乗り物の シャーシ１３を介して乗り物の駆動コンパートメント１４に伝達される、エンジ ン２内の振動を低減させるため、制御システムが構成される。制御システムは、 差別化を行う、すなわち、通常動作状態で動作するシリンダ３〜６および８の各々 ごとに、ある量の燃料を個々に分配する。この目的のために、乗り物には、中央 化タイプでも局部分散化タイプでもよい制御システム１５が備えられる。局部分 散化制御システムは、例えば、図示する例のように、２つの制御システム、すな わち、１つの車制御ユニット１６ａおよびエンジン制御ユニット１６ｂを含む。 車制御ユニット１６ａは、主にシャーシおよび駆動コンパートメントから／への 信号を処理することを意図され、エンジン制御ユニット１６ｂは、主にエンジン の燃料システムを制御するための出力データを与えることを意図されている。制 御システムは、上記のように、開制御システムでもよいし、閉適応制御システム でもよい。開制御システムは、異なる動作状態中の大量のテストに基づく大量の 保存データを有している。異なる動作状態中の大量のテスト中、駆動コンパート メントの振動モードの測定が行われる。開制御システムにおいて、車制御システ ム１５ａは、現在のガス量に関する入力信号を受け取る、すなわち、ガスペダル １７の位置を順に検知するように構成された入力１７を有し、それによりエンジ ンの出力シャフト９に付与される所望のトルクに関する制御指示を与える。更な る制御入力１８は、車制御ユニット１６ａに、圧縮空気レザバ１９内の空気圧力 と、それによるシリンダ７の通常動作状態と圧縮空気を発生する別の動作状態と の切り換えを制御するための圧縮空気の必要性とを示す制御信号が供給されるよ うに構成される。閉適応制御システムの実施形態においては、鎖線により示す第 ３の制御入力２０が設けられる。第３の制御入力２０は、車制御ユニット１６ａ に、駆動コンパートメント１４内の振動センサ２１からの制御信号が供給される ように構成される。上記制御信号が供給されると、駆動コンパートメント内で起 こり、本発明による制御システムにより抑制される振動が直接フィードバックさ れる。他の制御システムパラメータの例は、ＲＰＭ、乗り物の速度、ギアなどで ある。 エンジン制御ユニット１６ｂは、双方向連結により車制御ユニット１６ａに連 結され、車制御ユニット１６ａからの制御信号を入力２２により受け取り、多く の出力２３〜２９により制御指示を出力するように構成されている。制御指示は 、差別化のため、すなわち、通常動作状態にあるシリンダ３〜６および８への燃 料の量の配分のため、および切り換え可能シリンダ７を２つの動作状態間で制御 するためのものである。 図１および図２には、全ての出力２３〜２９およびリターン入力３０が単一の 接続３１として示されており、各シリンダ３〜８へのそれぞれの入力３４、３５ 、３６、３７、３８および３９への燃料供給用の燃料供給線を有する燃料注入ユ ニット４５および５０を制御するように構成されている。 図３は、ディーゼルエンジン内のクランクシャフトが２回転する間に、６シリ ンダタイプのディーゼルエンジンの各シリンダがすべてのストロークを行うため に要するトルクの変化量を示す図である。曲線５１は、全６つのシリンダが通常 動作状態にある場合における、実質的に正弦形状の通常の３次オーダーのトルク 曲線である。曲線５２は、ＥＡＣ（エンジンエアコンプレッサ）が活性化された 状態、すなわち第５のシリンダ７がコンプレッサ状態にあり、クランクシャフト がある角度になったときにトルクが上昇する状態を示す。特許第４６７５０３号 を参照のこと。曲線５３および５４は、本発明による、差別化された量の燃料が クランクシャフトのある角度でトルクを上昇させる状態を示す。燃料の量は、０ ．５次オーダーの振動が抑制され（曲線５３）、０．５次オーダーおよび１．５ 次オーダーの振動が抑制され（曲線５４）るように選択される。これを以下に詳 細に述べる。 テストおよび計算により、１つの同一の動作状態においてすべての振動が抑制 され得るわけではないことが判明している。このことは、図４、図５、図６およ び図７のベクタ図から理解され得る。図４は、６シリンダ動作状態、すなわち通 常動作状態におけるトルクの乱れを示す。図５は、振動の低減がない場合の、第 ５のシリンダのエアコンプレッサ状態を示す。図６は、０．５次オーダーの振動 モードが抑制された場合の第５のシリンダのエアコンプレッサ状態を示す。図７ は、０．５次オーダーおよび１．５次オーダーの振動が抑制された場合のエアコ ンプレッサ状態を示す。図４ａ、ｂおよびｃは、０．５次、１．０次、および１ ．５次オーダーの振動においては振動が起こらないことを示す。他方、図４ｄに よると、３．０次オーダーの振動は抑制されない。これらは概して、駆動コンパ ートメントに周辺を乱す振動を伝達しない周波数を有する。 図５は、０．５次と１．０次、および１．５次と３．０次オーダーの振動にお いて振動が起こることを示す。このことは、実際に、駆動コンパートメントへの 振動の非常に顕著な伝達を引き起こす。 図６により動作状態において、ある差別化および燃料の配分が、通常状態にあ る異なるシリンダ３〜６および８に対して選択されている。上記燃料の量は、０ ．５次オーダーの振動が抑制されるように選択されている（図６ａを参照のこと ）。図６ｂ、ｃおよびｄは、１．０次、１．５次、および３．０次オーダーの振 動が抑制されないことを示す。 図７は、燃料の量をこのように差別化した動作状態において、以下のオーダー が抑制されることを示す。図７ａは、相対的に良好に抑制された０．５次オーダ ーの振動を示す。図７ｂは、抑制されない１．０次オーダーの振動を示す。図７ ｃは、相対的に良好に抑制された１．５次オーダーの振動を示す。最後に図７ｄ は、相対的に限定された程度まで抑制された３．０次オーダーの振動モードを示 す。 計算および実験により、燃料の量をベクタの長さに比例して配分することは、 異なる動作状態において達成された振動を、それぞれに対応するように抑制する ことが判明している。 燃料の量を同等にした場合および差別化した場合のテストを、異なるＲＰＭお よび異なる負荷で行った。これにより、異なるオーダーの振動において上記の振 動抑制を提供するトルクが計算により求められた。値の例は以下の表より理解さ れ得る。 図８は、例えばシャーシの自然周波数による異なる振動周波数の影響を示す。 これより、影響は、周波数により大幅に変化することが理解され得る。このこと は、あるオーダーの振動の抑制を選択するための基礎を形成する。乗り物の周辺 部分において大きな振幅を有する振動を引き起こすオーダーは、小さい振幅を引 き起こすオーダーよりも優先性を与えられる。 実験により、異なるシリンダに供給すべき燃料の量を選択的に差別化すること が、ある振動の抑制を引き起こし、そのため理論的計算により引き起こされるト ルクが測定された振動に対応することが判明している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．共通の出力シャフト（９）に連結された少なくとも３つの駆動ユニット（３ 〜８）を有する内燃機関（２）内の振動を低減する方法であって、該駆動ユニッ トは、燃料用燃焼チャンバと燃料供給用の機関からの燃料の導入口（３４〜３９ ）とを有し、該駆動ユニットのうちの少なくとも１つ（７）は、通常動作状態か ら、燃焼エンジン動作とは異なる目的のために利用され該駆動ユニットへの燃料 の供給が遮断される別の動作状態へと切り換え可能であり、それにより切り換え られた駆動ユニットのトルクに変化を引き起こす、内燃機関（２）の振動を低減 する方法であって、通常動作状態にある該駆動ユニットへ供給される燃料の量が 、選択されたパターンに従って配分され、それにより通常動作状態で動作する該 駆動ユニットへの燃料の量が、振動の選択された抑制を引き起こす、該駆動ユニ ット内のトルクの変化を引き起こすために差別化されることを特徴とする、方法 。 ２．共通の出力シャフトに連結された少なくとも３つの駆動ユニット（３〜８） を有する内燃機関（２）内の振動を低減する方法であって、該駆動ユニットは、 燃料用燃焼チャンバと燃料供給用の機関からの燃料の導入口（３４〜３９）とを 有し、該駆動ユニットのうちの少なくとも１つ（７）は、通常動作状態から別の 動作状態へと切り換え可能であり、それにより切り換えられた駆動ユニットのト ルクに変化を引き起こす、内燃機関（２）の振動を低減する方法であって、通常 動作状態にある該駆動ユニットへ供給される燃料の量が、選択されたパターンに 従って配分され、それにより通常動作状態で動作する該駆動ユニットへの燃料の 量が、振動の選択された抑制を引き起こす、該駆動ユニット内のトルクの変化を 引き起こすために差別化されることを特徴とする、方法。 ３．共通の出力シャフト（９）に連結された少なくとも３つの駆動ユニット（３ 〜８）を有する内燃機関（２）内の振動を低減する構造であって、該駆動ユニッ トは、燃料用燃焼チャンバと燃料供給用の機関からの燃料の導入口（３４〜３９ ）とを有し、該駆動ユニットのうちの少なくとも１つ（７）は、通常動作状態か ら、 燃焼エンジン動作とは異なる目的のために利用され該駆動ユニットへの燃料の供 給が遮断される別の動作状態へと切り換え可能であり、それにより切り換えられ た駆動ユニットのトルクに変化を引き起こす、内燃機関（２）の振動を低減する 構造であって、該構造が制御システム（１５）を含み、該制御システム（１５） は、抑制されるべき振動の選択および選択された平均トルクに基づいて、燃料の 量が選択されたパターンで該駆動ユニット（３〜６および８）に配分されるよう に構成され、それにより、通常動作状態で動作する該駆動ユニットへの燃料の量 が差別化されることを特徴とする、構造。 ４．共通の出力シャフト（９）に連結された少なくとも３つの駆動ユニット（３ 〜８）を有する、乗り物の推進を意図された内燃機関（２）内の振動を低減する 構造であって、該駆動ユニットは、燃料用燃焼チャンバと燃料供給用の機関から の燃料の導入口（３４〜３９）とを有し、該駆動ユニットのうちの少なくとも１ つ（７）は、通常動作状態から別の動作状態へと切り換え可能であり、それによ り切り換えられた駆動ユニットのトルクに変化を引き起こす、内燃機関（２）の 振動を低減する構造であって、該構造が制御システム（１５）を含み、該制御シ ステム（１５）は、抑制されるべき振動の選択および選択された平均トルクに基 づいて、燃料の量が選択されたパターンで該駆動ユニット（３〜６および８）に 配分されるように構成され、それにより、通常動作状態で動作する該駆動ユニッ トへの燃料の量が差別化されることを特徴とする、構造。 ５．前記制御システム（１５）は、適応システムであり、少なくとも１つのセン サ（２１）が乗り物の一部分に取り付けられて、生じる振動に関する制御情報を 検出して該制御システムに供給することを特徴とする、請求項３に記載の構造。