JP2005114000A

JP2005114000A - 内燃機関の振動低減装置

Info

Publication number: JP2005114000A
Application number: JP2003347753A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Asahara; 康之浅原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: JP4254466B2

Abstract

【課題】効果的に内燃機関の振動低減を図る。
【解決手段】主慣性質量体として作用する内燃機関回転軸の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体とを備え、且つ、前記駆動力伝達機構に弾性体を持たせて振動系を形成し、内燃機関のロール振動に対するこの振動系の反共振の周波数を、前記内燃機関の運転状態のうち、略一定回転で運転される所定運転状態での内燃機関回転軸の回転周波数をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致させることにより、振動を低減させている内燃機関の振動低減機構において、前記副慣性質量体が内燃機関回転軸の回転に対して減速されており、かつその回転方向が内燃機関回転軸の回転方向と同一方向である。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の振動低減装置に関する。

特許文献１には、フライホイールと結合されたクランクシャフトの回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、この駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体とを備え、且つ、駆動力伝達機構に弾性体を持たせて振動系を形成し、この振動系の反共振の周波数を、内燃機関の運転状態のうち、略一定回転で運転される運転状態でのクランクシャフトの回転周波数をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致させることにより、その運転状態での内燃機関の振動を低減するようにしたものが開示されている。
特開平１１−３２５１８６号公報（第２頁）。

しかしながら、この特許文献１においては、反共振の周波数近傍では大きな振動低減効果が得られるものの、反共振より少し高い周波数にある共振周波数近傍では逆に振動が悪化してしまう虞がある。

また、実際の運転領域の大部分にはこの共振付近は含まれず、大きな問題とはならないものの、短時間ではあるが過渡的に共振を通過するときに振動悪化がおこる虞がある。

本発明に係る内燃機関の振動低減装置は、主慣性質量体として作用する内燃機関回転軸の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体とを備え、前記駆動力伝達機構に弾性体を持たせて振動系を形成すると共に、前記副慣性質量体が内燃機関回転軸の回転に対して減速されており、かつその回転方向が内燃機関回転軸の回転方向と同一方向であることを特徴としている。

本発明によれば、振動系の反共振を共振よりも高い周波数にすることができるので、反共振より高い周波数では共振の影響を受けずエンジンロール振動の悪化が起こらないようにすることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、自動車用エンジン１は手動変速機２と組み合わされている。エンジン１のクランク軸３後端にはフライホイール４が取り付けられ、ここからクラッチ５を介して手動変速機に駆動力を伝達している。ここでフライホイール４は大部分の慣性モーメントをもつマス部６とそれを保持するプレート部７に分割されており、これらの間は回転方向に沿って弾性変形可能となるよう配設された弾性体としてのコイルスプリング８を介して結合されている。またプレート部７は遊星歯車からなる減速機９を介して内燃機関回転軸としてのクランク軸３と結合されている。この遊星歯車は外周部のインターナルギア１０がエンジン１のシリンダブロック１１に固定されており、クランク軸３がサンギア１２に、プレート部７がプラネタリギア１３を保持するキャリア１４に結合され、プレート部７はクランク軸３の回転に対して同一方向に回転しながら減速されて回転するようになっている。またクラッチ結合面１５はフライホイール４のマス部６に設けられている。

このように、クランク軸３とプレート部７からなる主慣性質量体と、フライホイール４のマス部６からなる副慣性質量体をコイルスプリング８によるバネで結合した振動系を構成すると、その振動系の共振周波数近傍には振動が小さくなる反共振があらわれる。アイドル振動の主入力であるエンジンロール振動に対する反共振周波数と、アイドル運転時の回転基本次数（＝［気筒数／２］次）の周波数が略一致するようにバネ定数、慣性モーメント、回転速度比（減速比）を設定することにより、大きなアイドル振動低減効果が得られる。ここで、この振動系の共振周波数ｆ₀、反共振周波数ｆ₁は減衰を無視した場合次式で表される。

（数１）
ｆ₀＝１／（２π）√｛Ｋ（Ｉ₁＋ρ²Ｉ₂）／（Ｉ₁Ｉ₂）｝ …（１）
（数２）
ｆ₁＝１／（２π）√｛Ｋ（Ｉ₁＋ρＩ₂）／（Ｉ₁Ｉ₂）｝ …（２）
ここで、Ｉ₁は主慣性質量体慣性モーメント、Ｉ₂は副慣性質量体慣性モーメント、Ｋはコイルスプリング８の回転バネ定数である。また、ρは主慣性質量体に対する副慣性質量体回転速度比であり、同一回転方向の場合、ρ＞０、逆回転の場合、ρ＜０となる。

上記各式より、副慣性質量体が主慣性質量体に対して増速されていたり、逆方向に回転していた場合には、図２に点線で示すように、共振は反共振より高い周波数にあらわれ、アイドル運転から走り出すときや、冷機時等のアイドル回転が高いときに共振領域を使用することにより振動が悪化してしまうことがある。しかし本実施例のように副慣性質量体を主慣性質量体に対して減速して同一方向に回転させた場合には、図２の実線で示すように、共振は反共振より低い周波数にあらわれる。そのためアイドル回転以上のエンジン１の実使用領域には共振が存在せず、共振による振動悪化は起こらない。

また、上述した特許文献１のように補機回転部を副慣性質量体として使用した場合、等価慣性モーメントとしては元々小さい慣性モーメントに速度比（＜１）の２乗がかかり更に小さくなるため、フライホイールに対して慣性モーメントが小さくなりあまり大きな振動低減効果が得られない。しかし、本実施例のように最も大きな慣性モーメントを持つフライホイール４を副慣性質量体として用いることにより大きな振動低減効果が得られる。

そして、クラッチ結合面１５が副慣性質量体であるフライホイール４のマス部６にあるため、エンジン１の駆動力はコイルスプリング８及び副慣性質量体を介して手動変速機２に伝達され、図３に示すように、アイドル近傍では共振の影響が残り悪化するものの、その防振効果により回転数が上がると回転速度変動伝達を低減することができる。

尚、共振周波数を反共振周波数より低い周波数とすることは、次式（３）の条件を満たすことにほかならない。

（数３）
ｆ₀／ｆ₁＜１ …（３）
この（３）式を上述した式（１）及び式（２）を用いて展開すれと次式（４）のようになる。

（数４）
ｆ₀／ｆ₁＝√（（Ｉ₁＋ρ²Ｉ₂）／（Ｉ₁＋ρＩ₂））＜１ …（４）
従って、この式（４）を更に展開したのが次式（５）である。

（数５）
Ｉ₁＋ρ²Ｉ₂＜Ｉ₁＋ρＩ₂ …（５）
そして、この式（５）より次式（６）が導かれる。

（数６）
ρＩ₂（ρ−１）＜０ …（６）
この式（６）を満たすためには、ρは次式（７）の条件を満たすことになる。

（数７）
０＜ρ＜１ …（７）
ここで０＜ρはエンジンと同一回転であることを示し、ρ＜１は減速を示す。すなわち、副慣性質量体がエンジンと同一方向の回転であり、かつクランク軸３に対して減速されていることが要件となる。

次に本発明の第２実施例について説明する。尚、上述した第１実施例と同一構成の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

この第２実施例は、図４に示すように、上述した第１実施例に対して副慣性質量体であるフライホイール２０のマス部２１をエンジン１側に移動し、フライホール２０のプレート部２２でクラッチ５と結合するようにしたものである。

このようにした場合でも、エンジンロール振動に対しては、上述した第１実施例と同様の効果をもつ。手動変速機２に対する回転速度変動伝達に関しては、コイルスプリング８、副慣性質量体を介さずに伝達されるため、図３に示すように、上述した第１実施例のような高回転での防振効果は得られないものの、アイドル近傍での悪化はほとんど無く、アイドルからそれ以上の回転にわたって、通常のエンジンとほぼ同等か小さい回転速度変動伝達とすることができる。これは共振時に最も大きく振動する副慣性質量体からの伝達でないため共振の影響が小さいことと、通常のエンジンと同等の慣性モーメントのフライホイールとした場合、副慣性質量体を減速させることによるエンジン回転部等価慣性モーメントの減少により回転速度変動が悪化するが、これを減速機９により減速された分の回転速度変動低減効果が補ったためである。

このように第２実施例ではアイドル運転でのエンジンロール振動を低減しながら、同等の回転速度変動伝達を得つつ、エンジン回転部の等価慣性モーメントが小さいため、車両の加速性が向上し、同時に燃費を向上させることができる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。

この第３実施例は、図５に示すように、エンジン３０は自動変速機３１と組み合わされている。エンジン３０のクランク軸３２後端にはドライブプレート３３を介して大きな慣性モーメントを持つトルクコンバーター３４が取り付けられ、このトルクコンバータ３４内部の流体を介して自動変速機３１に駆動力を伝達している。ここでドライブプレート３３は入力部３５と出力部３６に２分割されており、これらの間は回転方向に沿って弾性変形可能となるよう配設された弾性体としてのコイルスプリング３７を介して結合されている。

また入力部３５は、上述した第１実施例と同様に遊星歯車からなる減速機３８を介して内燃機関回転軸としてのクランク軸３２と結合され、クランク軸３２の回転に対して同一方向に回転しながら減速されて回転するようになっている。

ここで、減速機３８は、インターナルギア３９、サンギア４０、プラネタリギア４１、キャリア４２から構成され、インターナルギア３９はエンジン３０のシリンダブロック４３に固定され、サンギア４０はクランク軸３２に結合され、プラネタリギア４１を保持するキャリア４２は入力部３５に結合されている。

このようにすることにより、クランク軸３２とドライブプレート３３の入力部３５からなる主慣性質量体と、ドライブプレート３３の出力部３６とトルクコンバーター３４からなる副慣性質量体をコイルスプリング３７によるバネで結合した振動系を構成し、上述した第１実施例と同様にエンジンロール振動に対する反共振周波数と、アイドル運転時の回転基本次数が略一致するようにバネ定数、慣性モーメント、回転速度比（減速比）を設定することにより、自動変速機３１との組み合わせにおいても大きなアイドル振動低減効果が得られる。ここでトルクコンバーター３４での回転速度変動に関しては、図６に示すように、上述した第１実施例と同様にアイドルで共振の影響による悪化が起こるが、トルクコンバーター３４の場合、流体を介してこれが伝達され、ここで回転速度変動は大きく減衰するため、自動変速機３１へ伝達される回転速度変動としては問題とならない。またトルクコンバーター３４での流体伝達による損失を防止するため、走行中で例えば１５００ｒｐｍ以上の低負荷の場合等にロックアップ運転を行うが、このときには流体を介さず回転速度変動が伝達されるため、そのレベルが大きいと問題となることがある。しかし本実施例の場合には、このような回転領域では回転がバネを介して伝達されることによる防振効果により、回転速度変動が大きく低減されており、ロックアップ時の振動問題も起こらない。

また、上述した第２実施例と同様に、大きな慣性モーメントを持つトルクコンバーター３４を減速して使用するため、エンジン回転部の等価慣性モーメントが小さくなり、加速性、燃費が向上する。

上述した各実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１）内燃機関の振動低減装置は、主慣性質量体として作用する内燃機関回転軸の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体とを備え、且つ、前記駆動力伝達機構に弾性体を持たせて振動系を形成し、内燃機関のロール振動に対するこの振動系の反共振の周波数を、前記内燃機関の運転状態のうち、略一定回転で運転される所定運転状態での内燃機関回転軸の回転周波数をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致させることにより、振動を低減させている内燃機関の振動低減機構において、前記副慣性質量体が内燃機関回転軸の回転に対して減速されており、かつその回転方向が内燃機関回転軸の回転方向と同一方向である。これによって、振動系の反共振を共振より高い周波数にすることができるので、反共振より高い周波数では共振の影響を受けずエンジンロール振動の悪化が起こらないようにすることができる。

（２）前記（１）に記載の構成において、前記所定運転状態は、アイドル運転状態である。これによって、アイドル運転時の回転次数成分のうちのいずれかの周波数を反共振周波数に合わせることにより、アイドルで反共振によるエンジンロール振動の回転次数成分の低減効果を得ながら、アイドル回転以上の内燃機関の実使用領域で共振による回転次数成分の悪化が起こらないようにすることができる。

（３）前記（２）に記載の構成において、前記振動系の反共振の周波数は、内燃機関回転軸の回転周波数をｍ／２（ｍ＝気筒数）倍した周波数と略一致する。これによって、アイドル運転時の回転基本次数の周波数成分を反共振周波数に合わせることにより、最もレベルの大きい回転基本次数に関してアイドル運転時に反共振のエンジンロール振動低減効果を得ながら、アイドル回転以上の内燃機関の実使用領域で共振による回転基本次数成分の悪化が起こらないようにすることができる。

（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の構成において、内燃機関回転軸と変速機との結合にクラッチ及びフライホイールが用いられ、フライホイールの一部もしくは全部と内燃機関回転軸との間に減速機を設けることによりフライホイールは内燃機関回転軸に対して減速され、かつこのフライホイールの回転方向が内燃機関回転軸と同一方向となっていると共に、フライホイールの一部もしくは全部と内燃機関回転軸との間に弾性体を設けることによりフライホイールの一部もしくは全部を前記副慣性質量体とした振動系を構成している。これによって、手動変速機のようなクラッチと、フライホイールを用いる変速機とを組み合わせた場合に、最も大きな慣性モーメントを持つフライホイールを副慣性質量体として用いることにより、反共振での大きなエンジンロール振動低減効果を得ることができる。

（５）前記（４）に記載の構成において、前記クラッチが結合する部位と内燃機関回転軸との間に減速機が設けられている。これによって、減速機で減速された回転を変速機に伝達することにより、伝達される回転速度変動を低減することができる。

（６）前記（５）に記載の構成において、前記クラッチが結合する部位と前記副慣性質量体との間に弾性体が設けられている。これによって、反共振近傍で大きく振動している副慣性質量体ではなく、弾性体と減速機の間から変速機に回転伝達することにより、反共振近傍での回転速度変動の悪化を防止することができる。

（７）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の構成において、内燃機関回転軸と変速機との結合にトルクコンバーターが用いられ、トルクコンバーターと内燃機関回転軸との間に減速機を設けることによりトルクコンバーターは内燃機関回転軸に対して減速され、かつこのトルクコンバータの回転方向が内燃機関回転軸と同一方向となっていると共に、トルクコンバーターと内燃機関回転軸との間に弾性体を設けることによりトルクコンバーターを前記副慣性質量体とした振動系を構成している。これによって、自動変速機のようなトルクコンバーターを用いる変速機と組み合わせた場合に、最も大きな慣性モーメントを持つトルクコンバーターを副慣性質量体として用いることにより、反共振での大きなエンジンロール振動低減効果を得ることができる。

本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第１実施例を示す説明図。ロール振動に対する効果を示す特性線図。回転速度変動に対する効果を示す特性線図。本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第２実施例を示す説明図。本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第３実施例を示す説明図。本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第３実施例における回転速度変動に対する効果を示す特性線図。

符号の説明

１…エンジン
２…手動変速機
３…クランク軸
４…フライホイール
５…クラッチ
６…マス部
７…プレート部
８…コイルスプリング
９…減速機

Claims

主慣性質量体として作用する内燃機関回転軸の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体とを備え、且つ、前記駆動力伝達機構に弾性体を持たせて振動系を形成し、内燃機関のロール振動に対するこの振動系の反共振の周波数を、前記内燃機関の運転状態のうち、略一定回転で運転される所定運転状態での内燃機関回転軸の回転周波数をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致させることにより、振動を低減させている内燃機関の振動低減機構において、
前記副慣性質量体が内燃機関回転軸の回転に対して減速されており、かつその回転方向が内燃機関回転軸の回転方向と同一方向であることを特徴とする内燃機関の振動低減装置。
前記所定運転状態は、アイドル運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の振動低減装置。
前記振動系の反共振の周波数は、内燃機関回転軸の回転周波数をｍ／２（ｍ＝気筒数）倍した周波数と略一致することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の振動低減装置。
内燃機関回転軸と変速機との結合にクラッチ及びフライホイールが用いられ、フライホイールの一部もしくは全部と内燃機関回転軸との間に減速機を設けることによりフライホイールは内燃機関回転軸に対して減速され、かつこのフライホイールの回転方向が内燃機関回転軸と同一方向となっていると共に、フライホイールの一部もしくは全部と内燃機関回転軸との間に弾性体を設けることによりフライホイールの一部もしくは全部を前記副慣性質量体とした振動系を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の振動低減装置。
前記クラッチが結合する部位と内燃機関回転軸との間に減速機が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の振動低減装置。
前記クラッチが結合する部位と前記副慣性質量体との間に弾性体が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の振動低減装置。
内燃機関回転軸と変速機との結合にトルクコンバーターが用いられ、トルクコンバーターと内燃機関回転軸との間に減速機を設けることによりトルクコンバーターは内燃機関回転軸に対して減速され、かつこのトルクコンバータの回転方向が内燃機関回転軸と同一方向となっていると共に、トルクコンバーターと内燃機関回転軸との間に弾性体を設けることによりトルクコンバーターを前記副慣性質量体とした振動系を構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに内燃機関の振動低減装置。