JP2004211698A

JP2004211698A - 車両の内燃機関のトランスミッション列での共振現象を減じる方法

Info

Publication number: JP2004211698A
Application number: JP2003428742A
Authority: JP
Inventors: Agostino Dominici; アゴスティノ・ドミニシ
Original assignee: Ferrari SpA
Current assignee: Ferrari SpA
Priority date: 2003-01-02
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2004-07-29
Also published as: EP1435446A3; US7212900B2; ITBO20030001A1; EP1435446A2; US20050009666A1

Abstract

【課題】安価で設置が容易であると共に、エンジンレスポンスへの悪影響なくて、車の内燃機関のトランスミッション列での共振現象を減じる方法を提供する。
【解決手段】車両１の内燃機関２のトランスミッション列６での共振現象を減じる方法である。トランスミッション列６の少なくとも一部の回転速度Ｎが、駆動トルクＴの騒音調波成分Ｃ_４の周波数がトランスミッション列６の共振周波数Ｆｒの近くになる、ようになると、エンジン角度αの関数として駆動トルクＴの標準パターンを変更して、騒音調波成分Ｃ_４の振幅を減じるように駆動トルクＴの調波成分Ｃの分布を変更するように、シリンダー５の標準の制御モードが変えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の内燃機関のトランスミッション列での共振現象を減じる方法に関する。

車両の内燃機関は、連続した構成要素からなるトランスミッション列に沿ってパワーを車両に送る。例えば、フロントエンジンと、リアホイールドライブと、リアアクスルギアボックスとを備えた車両（図１に示されるような）において、フロントエンジンは、リアアクスルの所でギアボックスのケース内に終端しているプロペラシャフトに、クラッチにより接続され、また、２つのアクスルシャフトが、ギアボックスのケースから延びて、夫々リアドライブホイールと一体となっている。これらリアドライブホイールは、駆動トルクの一部を道路面に伝える。このようなタイプのトランスミッション列は、一連の高慣性構成要素（例えば、ドライブシャフト、フライホイール、並びにギアボックス）と、一連の高弾性構成要素（プロペラシャフト、並びにホイール）を有することにより、弾性トーションシステムとなっている。

この弾性トーションシステムにおいては、トランスミッション列は、各々が自身の共振周波数を有する複数の固有振動モードを呈する。更に詳述すると、開示されたトランスミッション列は、次の３つの固有振動モードを呈する。１番目は、エンジンでのノード、車両でのノード、並びにホイールでのアンチノードにより特徴付けられ、２番目は、ホイールでのノードにより特徴付けられ、そして、３番目は、エンジンでのノード、ホイールでのノード、並びにギアボックスでのアンチノードにより特徴付けられる。リアホイール駆動自動車特性を使用した場合には、前記第１ないし第３の固有振動モードの共振周波数は、夫々、約４Ｈｚ，８Ｈｚ，並びに７５Ｈｚとなる。

内燃機関は、限られた数のシリンダーを有している。各シリンダーは、ドライブシャフトの２回の完全な回転ごとにトルクパルスを発生する。この結果、トランスミッション列によりエンジンから車両に伝えられるトルクは、エンジン角度の関数として変化するパターンを有している。このパターンは、一定の平均値と一連の高調波とを重ねることにより、モデル化され得る。例えば、８気筒内燃機関は、図２に示されるようなトルクパターンと、図３に示されるような、４次、８次、１２次、１６次…の調波とを有している。しかし、比較的高い振幅の単一の調波は、４次調波のみである（８気筒エンジンでは、８次調波の振幅は、４次調波の振幅の約１／４である）。１０００ｒｐｍで、ドライブシャフトは、１６．６７Ｈｚの周波数を有し、この結果、４次調波は、６６．６７Ｈｚの振動数を有する。また、１２００ｒｐｍで、ドライブシャフトは、２０Ｈｚの周波数を有し、この結果、４次調波は、８０Ｈｚの振動数を有する。

かくして、８気筒内燃機関が１０００ｒｐｍから１２００ｒｐｍになると、トランスミッション列にエンジンから伝えられる駆動トルクの４次調波は、トランスミッション列の前記第３の固有振動モードの約７５Ｈｚの共振周波数を介して、６６．６７Ｈｚから８０Ｈｚへと高くなる。駆動トルクの４次調波の周波数が、第３の固有振動モードの共振周波数の近くのときには、共振現象が生じる。この共振現象は、ギアボックスでのアンチノードを有し、ドライバーによって明確に聞くことのできる、ギアボックス内での不愉快な機械的ノイズを発生する。この理由は、１１００ｒｐｍ付近で、エンジンは、アイドリングの近くに、即ち、低車速になる。そして、ゼロでなくても、車両自体のノイズ（空力的ノイズ、ホイール回転ノイズ、エンジンノイズ）が極めて低くなり、共振現象で発生される機械的ノイズをキャンセルするのには充分ではない。

上述された共振現象で発生される機械的ノイズを減じるために、共振現象の影響を減じて、第３の固有共振モードをアイドリング時のエンジンの速度以下に対応する値に、即ち、エンジンにより実際に使用されていない速度に減じる高弾性トーション部材をトランスミッション列に設けることが提案されている。このような高弾性トーション部材は、トーションダンパー（捩じり緩衝部材）により規定され得るが、これらは、度々、第３の固有共振モードの共振周波数を充分に減じることができない。代わって、トーションダンパーは、米国特許Ｎｏ．５７５５１４３（特許文献１）もしくはＮｏ．６３０６０４３（特許文献２）に開示されているタイプの緩衝ダブルフライホイールにより規定され得る。

この緩衝ダブルフライホイールは、第３の固有振動モードの共振周波数を充分に減少させることを可能にしているが、高価で、大きく、かつ重たく、更に、レーシング車での重大な欠点であるエンジンレスポンズへの悪く影響を生じさせる。

従って、本発明の目的は、安価で設置が容易であると共に、上述された欠点を除去し、車の内燃機関のトランスミッション列での共振現象を減じる方法を提供することである。
米国特許Ｎｏ．５７５５１４３米国特許Ｎｏ．６３０６０４３

本発明に係われば、請求項１で規定されたような、車の内燃機関のトランスミッション列での共振現象を減じる方法が提供される。

本発明のこれに限定されない実施の形態が、添付図面を参照して例示的に以下に説明される。

図１で符号１は、ドライブシャフト３と４つのシリンダー５を夫々有する２列４を備えたフロント内燃機関（エンジン）２を具備する自動車を全体として示している。実際の使用において、このエンジン２は、自動車１を動かすようにトランスミッション列６により路面に伝えられる駆動トルクＴをドライブシャフト３に発生させる。

前記トランスミッション列６は、エンジン２と一体であり、かつ、リアアクスルの所でギアボックス９内に終端したプロペラシャフト８にドライブシャフト３を接続しているクラッチ７と、ギアボックス９から延びて、各々がリアドライブホイール１１と一体的な２つのアクスルシャフト１０とを有する。

前記トランスミッション列６は、３つの固有振動モード、即ち、エンジン２でのノード、自動車１でのノード、並びにリアドライブホイール１１でのアンチノードにより特徴付けられる第１のモードと、リアドライブホイール１１でのノードにより特徴付けられる第２のモードと、エンジン２でのノード、リアドライブホイール１１でのノード、並びにギアボックス９でのアンチノードにより特徴付けられる第３のモードを呈する。リアホイール駆動自動車特性を使用した場合には、前記第１ないし第３の固有振動モードの共振周波数Ｆｒは、夫々、約４Ｈｚ，８Ｈｚ，並びに７５Ｈｚとなる。

図２に示されるように、前記シリンダー５は、駆動トルクＴを発生するように、中央制御ユニット１２により標準の制御モードで、普通は制御される。前記駆動トルクは、エンジン角度αの関数としてパルス状のパターン、即ち、ドライブシャフト３の７２０°の回転ごとに（即ち、間に８つのシリンダー５の各々が夫々のスラストを発生される、ドライブシャフト３の２回の全回転ごとに）８つのピーク値を有している。標準の制御モードで発生される駆動トルクＴは、一定値Ｔｍ（平均駆動トルクＴの値に等しい）と、一連の正弦波調和成分Ｃとに分けられ得、これらの合計となっている。図３は、図２に示された駆動トルクＴの調和成分Ｃのうちの幾つかの振幅を示している。この図で見られるように、駆動トルクＴは、４次（Ｃ_４）、８次（Ｃ_８）、１２次（Ｃ_１２）、１６（Ｃ_１６）次…の調波成分Ｃを有している。しかし、比較的高い振幅の単一の調波成分Ｃは、４次調波成分Ｃ_４のみである。１０００ｒｐｍで、ドライブシャフト３とクラッチ７とプロペラシャフト８とギアボックス９の一部とは、１６．６７Ｈｚの周波数を有し、この結果、４次調波成分Ｃ_４は、６６．６７Ｈｚの振動数を有する。また、１２００ｒｐｍで、ドライブシャフト３とクラッチ７とプロペラシャフト８とギアボックス９の一部とは、２０Ｈｚの周波数を有し、この結果、４次調波成分Ｃ_４は、８０Ｈｚの振動数を有する。

かくして、エンジン２が１０００ｒｐｍから１２００ｒｐｍになると、トランスミッション列６にエンジン２から伝えられる駆動トルクＴの４次調波成分Ｃ_４の周波数は、トランスミッション列の前記第３の固有振動モードの約７５Ｈｚの共振周波数Ｆｒ値を介して、６６．６７Ｈｚから８０Ｈｚへと高くなる。駆動トルクＴの４次調波成分（騒音調波成分）Ｃ_４の周波数が、第３の固有振動モードの共振周波数Ｆｒの近くのときには、共振現象が生じる。この共振現象は、ギアボックス９でのアンチノードを有し、ドライバーによって明確に聞くことのできる、ギアボックス内での不愉快な機械的ノイズを発生する。

上記共振現象を減じるように、トランスミッション列（６）の少なくとも一部（ドライブシャフト３）の回転速度Ｎが、駆動トルクＴの４次調波成分Ｃ_４の周波数がトランスミッション列６の共振周波数Ｆｒの近くになる、ようになると、前記中央制御ユニット１２は、エンジン角度αの関数として標準の駆動トルクＴのパターンを変更して、４次調波成分Ｃ_４の振幅を減じるように駆動トルクＴの調波成分Ｃを変更するように、シリンダー５の標準の制御モードを変える。

図４に示されるように、一列４のシリンダー５の動作が、他の列４のシリンダー５に対して５０％減じられる。これは、駆動トルクＴの平均値Ｔｍでの約３０％減少を生じさせ、特に、図５に示されるように、４次調波成分Ｃ_４の振幅での顕著な減少となる、駆動トルクＴの調波成分Ｃでの変化を生じさせる。図３と５との比較は、４次調波成分Ｃ_４の振幅の顕著な減少と、２次調波成分Ｃ_２並びに６次調波成分Ｃ_６（比較的高い調波成分Ｃは、実質的に影響しない）の出現とを、かくして、４次調波成分Ｃ_４により生じる共振現象を非常に減少させていることを示している。見られ得るように、ドライブシャフト３の回転速度Ｎが、駆動トルクＴの４次調波成分Ｃ_４の周波数（６８−８０Ｈｚ）がトランスミッション列６の共振周波数Ｆｒ（約７５Ｈｚ）の近くとなるような、速度（１０００−１２００ｒｐｍ）のときには、駆動トルクＴの２次調波成分Ｃ_２の周波数（３３−４０Ｈｚ）並びに６次調波成分Ｃ_６の周波数（１００−１２０Ｈｚ）は、トランスミッション列６の共振周波数Ｆｒ（約７５Ｈｚ）から比較的離れている。かくして、駆動トルクＴの２次調波成分Ｃ_２並びに６次調波成分Ｃ_６は、トランスミッション列６で如何なる種類の共振も生じさせない。

換言すると、駆動トルクＴの４次調波成分Ｃ_４によりトランスミッション列６で発生される共振現象は、トランスミッション列６のほぼ共振周波数Ｆｒを中心としたドライブシャフト３の所定の回転速度Ｎの範囲内で発生される。回転速度Ｎがこの範囲にあるときには、中央制御ユニット１２は、エンジン角度αの関数として標準の駆動トルクＴのパターンを変更して、４次調波成分Ｃ_４の振幅を減じるように駆動トルクＴの調波成分Ｃを変更するように、シリンダー５の標準の制御モードを変える。４次調波成分Ｃ_４の振幅は、４次調波成分Ｃ_４がトランスミッション列６で共振現象を発生するように応答可能である回転速度Ｎの範囲内で共振現象を生じさせない他の調波成分（２次調波成分Ｃ_２並びに６次調波成分Ｃ_６）を導入することにより、減じられる。

図６は、ドライブシャフト３のエンジン速度Ｎの関数としての平均駆動トルクＴｍを示す。更に詳述すると、実線は、シリンダー５が、標準の制御モードで制御されているときの、平均駆動トルクＴｍパターンを、また、破線は、シリンダー５の制御モードが、一列４のシリンダー５の動作で５０％減じられるように変更されて、駆動トルクＴの調和成分Ｃの分布を変えたときの、平均駆動トルクＴｍのパターンを示す。明らかに、ドライブシャフト３の所定の回転速度Ｎ（図６で１５００ｒｐｍ）を越えると、標準の制御モードは、最大平均駆動トルクＴｍの値となるように戻る。シリンダー５のうちの幾つかの動作での５０％の減少は、自動車１を運転、特に、レースでの運転のときに実際に使用されないドライブシャフト３の回転速度Ｎの範囲内にある平均駆動トルクＴｍにおける減少のために、ドライバーが実際に気付くようなエンジン２の性能の低下を生じさせないことは、重要である。

一列４のシリンダー５の動作は、噴射される燃料の量の減少、対応する噴射負荷の変更、吸込み並びに/もしくは排気弁の対応するフェーズ（位相）の変更、並びに/もしくは対応するバタフライ弁の動作（開口度）の変更（これら部材は知られており、図示されていない）により、他の列４のシリンダー５に対して、５０％減じられる。

前記シリンダー５の標準の制御モードは、ドライブシャフト３の回転速度Ｎが、駆動トルクＴの４次調波成分Ｃ_４の周波数がトランスミッション列６の共振周波数Ｆｒの近くであるようになっているときに、中央制御ユニット１２により変更されている。この共振周波数Ｆｒの近くは、代表的には、共振周波数Ｆｒの中心であり、４ないし１６Ｈｚ（６０−２４０ｒｐｍに対応する）、特に、４ないし８Ｈｚ（６０−１２０ｒｐｍに対応する）の振幅の範囲である。

明らかに、本発明に係わる方法に加えて、トランスミッション列６での上記共振現象の減少を増すために、トランスミッション列６は、高トーション弾性部材、特に、軽量かつ安価で、エンジン２のレスポンズに気付くような悪影響を与えないトーションダンバーを装備し得る。

フロント内燃機関、リアホイールドライブ、並びにリアアクスルギアボックスを備え、本発明に係わる共振現象を減じる方法を実施する自動車の概略図である。エンジン角度の関数として図１の内燃機関により、普通の動作状態で発生される駆動トルクのグラフを示す。図２に示す駆動トルクの調波の振幅を示す図である。エンジン角度の関数として図１の内燃機関により、特別な動作状態で発生される駆動トルクのグラフを示す。図４に示す駆動トルクの調波の振幅を示す図である。図２に示す普通の動作状態と、図４に示す特別な動作状態とでの、エンジン速度の関数としての平均駆動トルクを示す図である。

符号の説明

１…自動車、３…ドライブシャフト、５…シリンダー、６…トランスミッション列、Ｃ_４…４次調波成分（騒音調波成分）。

Claims

車両の内燃機関（２）のトランスミッション列（６）での共振現象を減じる方法であって、前記内燃機関（２）は，エンジン角度（α）の関数として標準のパルス状のパターンと少なくとも１つの騒音調波成分（Ｃ_４）とを有する駆動トルク（Ｔ）を発生するように標準の制御モードで通常は制御される複数のシリンダー（５）を有し、また、前記トランスミッション列（６）は，所定の共振周波数（Ｆｒ）の固有共振モードを有し、
トランスミッション列（６）の少なくとも一部の回転速度（Ｎ）が、駆動トルク（Ｔ）の騒音調波成分（Ｃ_４）の周波数がトランスミッション列（６）の共振周波数（Ｆｒ）の近くになる、ようになると、エンジン角度（α）の関数として駆動トルク（Ｔ）の標準パターンを変更して、騒音調波成分（Ｃ_４）の振幅を減じるように駆動トルク（Ｔ）の調波成分（Ｃ）の分布を変更するように、シリンダー（５）の標準の制御モードを変える、方法。
前記シリンダー（５）の標準の制御モードは、他方の複数のシリンダー（５）に対して一方の複数のシリンダー（５）の動作を低下させることにより変える請求項１の方法。
前記複数のシリンダー（５）の動作は、噴射される燃料の量を少なくすることにより、低下される請求項２の方法。
前記複数のシリンダー（５）の動作は、噴射負荷を変更することにより、低下される請求項２の方法。
前記複数のシリンダー（５）の動作は、吸込み並びに/もしくは排気弁のフェーズを変更することにより、低下される請求項２の方法。
前記複数のシリンダー（５）の動作は、バタフライ弁の開口度を変更することにより、低下される請求項２の方法。
前記エンジン２のシリンダー（５）は、Ｖ型に配設された２つの列（４）に分けられた複数のシリンダーであり、シリンダー（５）の標準の制御モードは、他方の列（４）のシリンダー（５）に対して一方の列（４）のシリンダー（５）の動作を低下させることにより、変更される請求項２ないし６のいずれか１の方法。
前記一方の列（４）のシリンダー（５）の動作は、他方の列（４）のシリンダー（５）に対して、５０％低下される請求項７の方法。
前記シリンダー（５）の標準の制御モードは、トランスミッション列（６）の少なくとも一部の回転速度（Ｎ）が、駆動トルク（Ｔ）の騒音調波成分（Ｃ_４）の周波数がトランスミッション列（６）の共振周波数（Ｆｒ）の近くであるようになっているときに、変更され、前記共振周波数（Ｆｒ）の近くは、共振周波数（Ｆｒ）の中心であり、４ないし１６Ｈｚの範囲の振幅を有する、請求項１ないし８のいずれか１の方法。
前記シリンダー（５）の標準の制御モードは、トランスミッション列（６）の少なくとも一部の回転速度（Ｎ）が、駆動トルク（Ｔ）の騒音調波成分（Ｃ_４）の周波数がトランスミッション列（６）の共振周波数（Ｆｒ）の近くであるようになっているときに、変更され、前記共振周波数（Ｆｒ）の近くは、共振周波数（Ｆｒ）の中心であり、４ないし８Ｈｚの範囲の振幅を有する、請求項１ないし８のいずれか１の方法。