JP2004332586A

JP2004332586A - 内燃機関の制振制御装置

Info

Publication number: JP2004332586A
Application number: JP2003126984A
Authority: JP
Inventors: Koichi Mori; 浩一森
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】始動直後のピーク回転に対しても、確実に振動抑制効果をもたらすことのできる内燃機関の振動減衰装置を提供する。
【解決手段】機関振動を低減するバランスシャフトを備えた内燃機関において、クランクシャフトの回転を前記バランスシャフトに伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構を介在させる。機関の始動初期にはクランクシャフトからバランスシャフトを切り離し、機関回転がピーク回転数に達する前の、所定の低回転数でクラッチ機構によりバランスシャフトが繋がるので、始動直後の回転数を高めて吸気系の負圧を強めて燃料の気化を促進し、始動時のＨＣの排出量を低減し、一方でピーク回転に向かう途中でバランスシャフトが繋がり、制振作用を発揮するので、ピーク回転での振動・騒音の抑制が図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバランスシャフトを備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の振動を低減するために、クランクシャフトの回転により駆動されるバランスシャフトを備えることが知られている。この場合、機関始動時などバランスシャフトの回転抵抗により、回転数の上昇が速やかに行われず、そこで、低温の始動時など、バランスシャフトをクランクシャフトから切り離し、温度が上昇したら温度感応部材が変形してバランスシャフトの駆動を開始することで、機関の始動特性を改善を図っている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３４９２８３号公報
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
ところで、機関始動時のＨＣ排出量の低減のためには、始動時の燃料気化をできるだけ促進することが望ましい。始動時の機関回転数を上昇させ、吸気系の負圧を高めることで、燃料の気化促進が可能となるが、この場合には、完爆後、すなわち自立回転開始後に、機関の発生トルクによりピーク回転数が高くなり過ぎ、振動・騒音の悪化を招くという問題を生じる。
【０００５】
これに対して、上記したバランスシャフトの制御では、始動後、温度感応部材が変形し、バランスシャフトの駆動が開始されるまでに時間がかかり、始動直後のピーク回転数による振動に対しては、バランスシャフトによる制振作用が機能しない。
【０００６】
本発明の目的は、始動直後のピーク回転に対しても、確実に振動抑制効果をもたらすことのできる、内燃機関の振動減衰装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトに同期して回転し、機関振動を低減するバランスシャフトを備えた内燃機関において、クランクシャフトの回転を前記バランスシャフトに伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構を介在させる。
【０００８】
【作用・効果】
したがって、機関の始動初期にはクランクシャフトからバランスシャフトを切り離し、機関回転がピーク回転数に達する前の、所定の低回転数でクラッチ機構によりバランスシャフトが繋がるので、始動直後の回転数を高めて吸気系の負圧を強めて燃料の気化を促進し、始動時のＨＣの排出量を低減し、一方でピーク回転に向かう途中でバランスシャフトが繋がり、制振作用を発揮するので、ピーク回転での振動・騒音の抑制を効果的に行える。
【０００９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１１】
図１において、エンジン１は４気筒エンジンで構成され、エンジン１の出力を取り出すクランクシャフト２にに対して、これと平行にバランスシャフト３が回転自由に配置され、これらは互いにクランクシャフト側のギヤ４とバランスシャフト側のギヤ５との噛み合いにより互いに同期して回転するようになっている。
【００１２】
図示しないオイルパン内にて回転自由に支持されるバランスシャフト３は、例えば、互いに平行な２本が、クランクシャフト２の下方において対称的に位置し、その回転速度がクランクシャフト２の２倍の速度で、互いに逆方向に回転駆動され、各アンバランスマス部３ａの付与する慣性力により、ピストンの慣性力を相殺し、機関の振動を低減、減衰するようになっている。
【００１３】
クランクシャフト２とクランクシャフト側のギヤ４との間には、クラッチ機構として、遠心クラッチ６が介在される。遠心クラッチ６はクランクシャフト２の回転数が低いときには締結せず、回転数が所定値以上において締結し、クランクシャフト２の回転をギヤ４に伝達する。この締結回転数は、後述するように、エンジン始動直後にピーク回転数に達する前の、アイドル回転数付近の、所定の低回転数に設定される。
【００１４】
なお、遠心クラッチ６は締結時には、遠心クラッチ外周部に形成したキー溝９にキー１０が係合することにより一体化し、クランクシャフト２とバランスシャフト３との締結時の回転位相が常に一定の関係となるようになっている。つまり、バランスシャフト３が常に制振機能を正しく発揮できるように、クランクシャフト２とバランスシャフト３との締結時の相互の回転位置関係が決められる。
【００１５】
前記クランクシャフト２の反対側にはリングギヤ８が同軸的に結合され、このリングギヤ８には始動時にスタータモータ７が噛み合い、クランキングを行い、エンジン１を始動する。
【００１６】
ここで、エンジン始動時の動作について、図２のタイムチャートにしたがって詳しく説明する。なお、図中の太い実線が本発明、細い実線が従来例（バランスシャフトを繋いだままとする場合）によるそれぞれの特性を示す。
【００１７】
スタータスイッチがオンになるとスタータモータ７が起動してエンジン１のクランキングが開始される▲１▼。これに伴いエンジン１は回転を始め、始動に必要な燃料と空気が燃焼室に送り込まれ、エンジン１は初爆、始動する▲２▼。この状態では遠心クラッチ６は締結されていないので、バランスシャフト３はクランクシャフト２から切り離されており、その分だけクランキング時のフリクションが低下し、エンジン始動回転数も相対的に高まり、吸気系の負圧発達も促進される▲３▼〜▲４▼。この負圧の発達により燃料の気化が促進され、エンジン１からのＨＣの排出量が従来例よりも低下する▲５▼。
【００１８】
そして、エンジン回転数がアイドル回転数よりも低く設定された所定の低回転数に達すると▲６▼、遠心クラッチ６の締結が開始される▲７▼。これによりバランスシャフト３の駆動負荷が加わり出し、エンジン回転数の吹き上がりが抑制され、排気ガスボリュームが低減することにより、ＨＣの排出も抑制される▲８▼。
【００１９】
この後遠心クラッチ６が完全に締結し▲９▼、エンジン吹き上がりピークの回転数が抑制されることから、騒音レベルが低減する。
【００２０】
このように本実施形態によれば、エンジン１のクランキング時のフリクション低減、また吹き上がり回転数も抑制されるので、始動燃料を減少させ、燃費の改善が図れる。また、クランキング回転の相対的な上昇による、クランキング中の吸気系の負圧の発達により、燃料の気化促進が図れ、エンジン１からのＨＣ排出量の大幅な低減が可能となる。また、その一方で、始動後のピーク回転数の抑制に伴い、ピーク回転時の振動・騒音の低減が図れる。
【００２１】
さらには、バッテリ電圧が低い状態での始動や、新車時などフリクションが高い状態にあっても、始動時のフリクションを相対的に低減できるので、始動性を向上することができる。
【００２２】
また、遠心クラッチ６は、キー溝９とキー１０により、遠心クラッチ６の作動開始後、トルク伝達中に、遠心クラッチ６の外周部に刻まれたキー溝９にキー１０が噛み合うことにより、クランクシャフト２とバランスシャフト３との回転位相を所定の状態に一致させることができ、これによりバランスシャフト３の締結と同時に、安定した制振性能を引き出すことができる。
【００２３】
次に第２の実施形態を、図３、図４を参照して説明する。
【００２４】
この実施形態では、クランクシャフト２とギヤ４との締結のためのクラッチ機構として、電磁クラッチ１３を備えている。
【００２５】
この場合、電磁クラッチ１３によりクランクシャフト２とバランスシャフト３との締結が相互に所定の回転位置（回転位相）で行われるように、すなわち、バランスシャフト３がクランクシャフト２の回転位置との関係で、適正に制振作用を生じるように、クランク角度を検出するクランク角度センサ１１と、バランスシャフト３の回転位相を検出する位相検出センサ１２とを備え、これらの各検出信号がコントローラ１０に入力され、これに基づいてコントローラ１０が電磁クラッチ１３の締結が適正なタイミングで行われるように制御する。
【００２６】
図４を参照してクランキング動作について説明する。
【００２７】
図２の実施形態と異なるところを中心に説明すると、始動に際して電磁クラッチ１３は開放されていて、このためクランキングを開始するときには、バランスシャフト３はクランクシャフト２から切り離されている。したがって、フリクションの低減により、始動に伴うクランキング中、初爆後のエンジン回転数が相対的に高くまり、燃料の気化促進に伴い、ＨＣの排出量が低減される。
【００２８】
その後、コントローラ１０が、クランク角度センサ１１の検出信号から、エンジン１の回転数が所定値を越えたと認識すると、吸気系の負圧発達から回転数の吹き上がり抑制へと制御目標が移行し、ピーク回転に到達する前に、位相検出センサ１２の検出する、そのときのバランスシャフト３の回転位相に合わせて、電磁クラッチ１３の締結を開始し▲７▼、これに伴いバランスシャフト３へのトルク伝達が始まる。
【００２９】
これによりバランスシャフト３がクランクシャフト２とタイミングを合わせて、常に同じ回転位相でもって回転を始め、電磁クラッチ１３の締結が完了するときには▲９▼、バランスシャフト３の駆動により、始動後のピーク回転数が抑制される。
【００３０】
このようにして本実施形態では、始動後、エンジン回転数の上昇に伴い、電磁クラッチ１３により応答よく所定のタイミングで、同一の回転位相をもって、バランスシャフト３をクランクシャフト２と締結することができ、より精度よくピーク回転数の抑制が可能となり、この間のＨＣの排出量の低減、燃費の改善と、さらにはピーク回転での振動・騒音の低減が図れる。
【００３１】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】同じくその制御動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態の構成図である。
【図４】同じくその制御動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２クランクシャフト
３バランスシャフト
４ギヤ
５ギヤ
６遠心クラッチ
７スタータモータ
１０コントローラ
１１クランク角度センサ
１２位相検出センサ
１３電磁クラッチ

Claims

内燃機関のクランクシャフトに同期して回転し、機関振動を低減するバランスシャフトを備えた内燃機関において、
前記クランクシャフトの回転を前記バランスシャフトに伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構を介在させたことを特徴とする内燃機関の制振制御装置。
前記所定の低回転数は、機関アイドル回転数近傍の回転数である請求項１に記載の内燃機関の制振制御装置。
前記アイドル回転数の近傍の回転数は、アイドル回転数未満の回転数である請求項２に記載の内燃機関の制振制御装置。
前記クラッチ機構は、前記クランクシャフトとバランスシャフトとの締結時の回転位相が所定の位相となるように締結位置が制御される請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の制振制御装置。
前記クラッチ機構が、機関の所定の低回転数以上で締結される遠心クラッチで構成される請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の制振制御装置。
前記クラッチ機構が、前記遠心クラッチに取付けたキーと、このキーが係合するキー溝とを備え、遠心クラッチ締結時に前記クランクシャフトとバランスシャフトとを締結するときの回転位相が所定の位相となるように構成される請求項５に記載の内燃機関の制振制御装置。
前記クラッチ機構が電磁クラッチで構成され、この電磁クラッチを機関の所定の低回転数以上で締結させるコントローラを備える請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の制振制御装置。
前記クランクシャフトの回転位置を検出する手段と、バランスシャフトの回転位置を検出する手段とを備え、これらの検出信号に基づいて前記コントローラが、電磁クラッチ締結時に前記クランクシャフトとバランスシャフトとを締結するときの回転位相が所定の位相となるように制御する請求項７に記載の内燃機関の制振制御装置。