JP2005121147A - 内燃機関の振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弾性体を有する振動系の反共振によりアイドル回転速度の振動低減を行う場合に、アイドルストップの停止、始動の際の過渡的な共振による振動悪化を防止する。
【解決手段】 第２プレート部１２が減速機構１４を介してクランクシャフト４に駆動され、同一方向にかつ減速して回転する。フライホイール５はクランクシャフト４に対し回転可能であり、マス部９と第１プレート部１０とがコイルスプリング１１を介して結合されている。第１プレート部１０と第２プレート部１２との間の第２クラッチ１３が締結すると、バネを含む振動系となって反共振によりアイドル振動が低減する。エンジン１の停止および始動の際には、第２クラッチ１３を切り離すことで、共振による振動悪化が生じない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の振動、主にロール振動もしくは回転速度変動を低減する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、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、かつ、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、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運転状態での回転のｎ／２（ｎ＝自然数）倍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内燃機関の振動低減装置が開示されている。
特開平１１−３２５１８６号公報

特許文献１記載の従来技術では、反共振周波数の近傍では大きな振動低減効果が得られるものの、反共振周波数に比較的近い周波数域にある共振周波数の近傍では逆に振動が増加してしまうという問題がある。この共振は、副慣性質量体の回転方向や速度比によって、反共振の周波数よりも低い回転速度で生じるようにできるため、例えば、アイドル運転での回転速度に対応して反共振周波数を設定すれば、アイドル回転速度以上の回転速度となる通常の運転領域では、共振による振動悪化は、回避できる。

しかしながら、内燃機関を始動するとき、あるいは逆に停止するときには、機関回転速度が共振領域を通過するため、一時的に、振動の悪化を来すことになる。特に、ハイブリッド車やいわゆるアイドルストップ機構を備えた車両のように、内燃機関の頻繁な始動・停止を行う車両では、内燃機関の振動の悪化が頻繁に生じ、好ましくない。

そこで本発明は、斯かる課題を解決した内燃機関の振動低減装置を提供することを目的とする。

本発明は、請求項１に記載のように、主慣性質量体として作用する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、前記駆動力伝達機構により所定の減速比でもって前記主慣性質量体と同一方向に回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体と、を備え、かつ、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中で略一定回転で運転される運転状態での回転速度をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のいずれかと略一致させることにより、振動を低減させる内燃機関の振動低減装置を前提としている。

そして、前記振動系の特性を可変にする手段を備えており、内燃機関の始動もしくは停止の際には、内燃機関の実際の回転速度に基づいて、振動系の特性が変更される。つまり、振動低減の対象とした所定回転速度より低い回転速度域では、該所定回転速度のｎ／２倍の周波数以下に共振周波数を持たないように振動系の特性を設定し、前記所定回転速度以上の回転速度域では、該所定回転速度のｎ／２倍の周波数以下に共振周波数を持つように振動系の特性を変更する。

このように、内燃機関の始動もしくは停止の際に、振動系の特性を変更することで、過渡的に機関回転速度が通過する領域で回転次数成分についての共振が発生せず、共振による振動悪化が回避される。

この発明によれば、アイドル回転速度などの略一定回転でのロール振動を反共振を利用して効果的に抑制できると同時に、内燃機関の始動もしくは停止の際に、過渡的に機関回転速度が通過する領域に共振が存在しないように振動系の特性を変更するので、回転次数成分についての共振による振動悪化を確実に回避することができる。

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。

まず、いわゆるハイブリッド自動車に適用した本発明の第１実施例を図１，図２に基づいて説明する。

図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、モータジェネレータ２（以下、モータＡと記す）を備えたハイブリッドパワーユニット３と組み合わされており、このエンジン１とモータＡとによって車両を駆動するようになっている。エンジン１のクランクシャフト４の後端には後述するフライホイール５が同軸状に配置されており、ここから後述するように第１クラッチ６を介してハイブリッドパワーユニット３に駆動力を伝達している。上記ハイブリッドパワーユニット３は、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）２１を具備し、終減速装置２２を介して図示せぬ車軸を駆動している。

エンジン１側面には、クランクシャフト４からベルト７を介して駆動されるモータジェネレータ８（以下、モータＢと記す）が取り付けられており、このモータＢの発電によって図示せぬバッテリの充電が行われる。モータＢは、同時に、エンジン１の始動を行うようになっている。

本実施例のハイブリッド自動車は、いわゆるアイドルストップ機構を備えており、図示せぬバッテリが十分に充電されているときには、車両の停止とともにエンジン１を停止するアイドルストップを実行する。そして、車両発進時には、第１クラッチ６を切り離した状態で、まずモータＡを駆動して発進し、その後、モータＢを用いてエンジン１を始動し、第１クラッチ６を締結してエンジン１の駆動力をハイブリッドパワーユニット３に伝え、モータＡとエンジン１の両方の駆動力で車両を駆動する。一方、バッテリの充電量が不足しているときには、車両が停止してもアイドルストップは行わず、エンジン１によりモータＢを駆動して発電し、バッテリに充電する。このとき、エンジン１にはモータＢを駆動して発電するための負荷が作用するので、大きなエンジンロール振動が発生し、これによって、車室内でのアイドル振動が悪化する傾向がある。

ここで、エンジン１の前記フライホイール５は、クランクシャフト４に対し回転可能に構成されたもので、大部分の慣性モーメントをもつ外周部のマス部９と、このマス部９を保持する第１プレート部１０と、に分割されており、両者が、回転方向に沿って配置された複数個のコイルスプリング１１を介して結合されている。また前記第１プレート部１０は、第１クラッチ６との結合面となる第２プレート部１２と対向しており、これらの２つのプレート部１０，１２が、電磁クラッチからなる第２クラッチ１３を介して結合可能となっている。

前記第２プレート部１２は、遊星歯車機構からなる減速機構１４を介してクランクシャフト４と結合されている。前記減速機構１４の遊星歯車機構は、外周部のインターナルギア１５がエンジン１のシリンダブロック１６に固定されており、クランクシャフト４がサンギア１７に結合され、かつ前記第２プレート部１２が、プラネタリギア１８を保持するキャリア１９に結合されている。これにより、第２プレート部１２は、クランクシャフト４の回転に対して、同一方向でかつ減速されて回転するようになっている。

上記のような構成においては、電磁クラッチからなる第２クラッチ１３を締結した場合には、クランクシャフト４と第１プレート部１０および第２プレート部１２からなる主慣性質量体と、フライホイール５のマス部９からなる副慣性質量体と、をコイルスプリング１１からなるバネによって結合した振動系が構成され、従って、ある周波数に共振が生じるとともに、その振動系の共振周波数近傍に、振動が小さくなる反共振が現れる。従来から知られているように、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）とが略一致するように、コイルスプリング１１のバネ定数、マス部９等の慣性モーメント、減速機構１４による回転速度比（減速比）、をそれぞれ設定することにより、アイドル運転時の回転速度において、大きなアイドル振動低減効果が得られる（図２参照）。第２クラッチ１３を切り離した場合には、クランクシャフト４とともに回転するのは第２プレート部１２までであり、第１プレート部１０及びマス部９は切り離されていて回転しない。そのためこの状態では、バネを介して回転する質量が無いため、振動系は共振を持たず、共振による振動悪化は生じない。このように、前記の構成において、第２クラッチ１３の締結、切り離しにより、特性が異なる２つの振動系に切り替えることが可能となっている。

本実施例のように、マス部９を主体とした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る場合には、図２に示すように、共振は反共振よりも低い周波数に現れる。そのため、反共振周波数をアイドル回転速度に同調させたとすると、アイドル回転速度以上のエンジン１の通常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。しかしながらアイドルストップのために、エンジン１が停止され、かつ再始動される際には、アイドル回転速度よりも低い共振周波数領域を通過することになる。このようなエンジン１の始動および停止のときには、エンジン１が実際に燃焼していなかったとしても、吸入した空気の圧縮、膨張により発生するトルク変動のために、同様の加振力が発生するので、回転基本次数が共振領域を通過するときに、それによる振動悪化が起こってしまう。

従って、本実施例においては、エンジン１の始動の際には、まず第２クラッチ１３を切り離して、振動系としてバネによる共振が生じない状態にしておき、この状態で、モータＢによりクランクシャフト４のクランキングを行い、所定のアイドル回転速度近傍まで回転速度を上昇させる。そして、その後、第２クラッチ１３を締結して、振動系の構成を切り替え、アイドル回転速度に振動系が反共振周波数を持つようにして、アイドル回転速度での振動レベルを低く抑えた上で、燃料供給および点火を開始してエンジン１を始動する。このようにすることにより、エンジン１の始動の際に、共振による振動悪化が生じない。

一方、エンジン１の停止の際には、エンジン１の燃焼を停止させると同時に、第２クラッチ１３を切り離す。これにより、振動系の構成が切り替わり、前述した始動時と同様に、バネを含む振動系での共振が無くなるため、やはり共振による振動悪化が生じることがない。

このように、本実施例によれば、アイドル回転速度でのアイドル振動を効果的に低減できるとともに、このアイドル回転速度から回転速度が上昇していく途中での共振による振動悪化の問題がなく、さらには、エンジン１の始動および停止の際に回転速度がアイドル回転速度以下の共振領域を通過するときにも、過渡的な振動悪化を生じることがない。

次に本発明の第２実施例を図３，図４に基づいて説明する。

この第２実施例は、前述した第１実施例に比較して、符号３０として示す第２クラッチの配置を変更したものである。

本実施例においては、エンジン１のフライホイール５は、大部分の慣性モーメントをもつ外周部のマス部９と、このマス部９を保持するプレート部３１と、に分割されており、両者が、回転方向に沿って配置された複数個のコイルスプリング１１を介して結合されている。そして、この実施例では、第１実施例と異なり、前記プレート部３１が、第１クラッチ６との結合面となっており、かつこのプレート部３１が、第１実施例と同様の遊星歯車機構からなる減速機構１４を介してクランクシャフト４と結合されている。つまり、減速機構１４の外周部のインターナルギア１５がエンジン１のシリンダブロック１６に固定されており、クランクシャフト４がサンギア１７に結合され、かつ前記プレート部３１が、プラネタリギア１８を保持するキャリア１９に結合されている。これにより、前記プレート部３１が、クランクシャフト４の回転に対して、同一方向にかつ所定の減速比で減速されて回転するようになっている。

ここで、前記プレート部３１と前記マス部９の間には、電磁クラッチからなる第２クラッチ３０が設けられており、これを締結することにより、プレート部３１とマス部９とを一体に固定できるようになっている。つまり、締結状態では、両者間のコイルスプリング１１がバネとして作用しないようになり、また第２クラッチ３０を切り離した状態では、コイルスプリング１１が両者間のバネとして働くようになるため、それぞれ異なる特性の振動系を構成することができる。

第２クラッチ３０を切り離した状態では、第１実施例と同様に、クランクシャフト４とプレート部３０を含む主慣性質量体と、フライホイール５のマス部９からなる副慣性質量体と、をコイルスプリング１１からなるバネによって結合した振動系が構成されるため、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）とが略一致するように、コイルスプリング１１のバネ定数、マス部９等の慣性モーメント、減速機構１４による回転速度比（減速比）、をそれぞれ設定することにより、アイドル運転時の回転速度において、大きなアイドル振動低減効果が得られる。これに対し、第２クラッチ３０を締結した状態では、コイルスプリング１１がバネとして作用せずにプレート部３１とマス部９とが一体となるので、共振による振動悪化が発生しない。

本実施例における第２クラッチ３０の切替制御は、第１実施例とは逆となり、エンジン１の始動の際には、まず第２クラッチ３０を締結して、振動系としてバネによる共振が生じない状態にしておき、この状態で、モータＢによりクランクシャフト４のクランキングを行い、所定のアイドル回転速度近傍まで回転速度を上昇させる。そして、その後、第２クラッチ３０を切り離して、振動系の構成を切り替え、アイドル回転速度に振動系が反共振周波数を持つようにして、アイドル回転速度での振動レベルを低く抑えた上で、燃料供給および点火を開始してエンジン１を始動する。このようにすることにより、エンジン１の始動の際に、共振による振動悪化が生じない。なお、通常の運転中は、第２クラッチ３０は切り離した状態に保持される。

一方、エンジン１の停止の際には、エンジン１の燃焼を停止させると同時に、第２クラッチ３０を締結する。これにより、振動系の構成が切り替わり、前述した始動時と同様に、バネを含む振動系での共振が無くなるため、やはり共振による振動悪化が生じることがない。

この第２実施例によれば、第１実施例と同様に、アイドル回転速度でのアイドル振動を効果的に低減できるとともに、このアイドル回転速度から回転速度が上昇していく途中での共振による振動悪化の問題がなく、さらには、エンジン１の始動および停止の際に回転速度がアイドル回転速度以下の共振領域を通過するときにも、過渡的な振動悪化を生じることがない。また、第１実施例に比較して、第２クラッチ３０締結時に、該第２クラッチ３０前後での速度差が比較的小さいため、衝撃的な入力による振動の発生が小さく抑えられる利点がある。

この発明に係る振動低減装置を備えたハイブリッド車用の車両駆動機構を示す構成説明図。 この実施例の振動低減効果を示す特性図。 この発明の第２実施例を示す構成説明図。 この第２実施例の振動低減効果を示す特性図。

符号の説明

１…エンジン
２…モータジェネレータ（モータＡ）
４…クランクシャフト
５…フライホイール
６…第１クラッチ
８…モータジェネレータ（モータＢ）
９…マス部
１１…コイルスプリング
１３…第２クラッチ

Claims (7)

1. 主慣性質量体として作用する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、前記駆動力伝達機構により所定の減速比でもって前記主慣性質量体と同一方向に回転させられて慣性力を生じる副慣性質量体と、を備え、かつ、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中で略一定回転で運転される運転状態での回転速度をｎ／２（ｎ＝自然数）倍した周波数のいずれかと略一致させることにより、振動を低減させる内燃機関の振動低減装置において、
   前記振動系の特性を可変にする手段を設け、内燃機関の始動もしくは停止の際に、振動低減の対象とした所定回転速度より低い回転速度域では、該所定回転速度のｎ／２倍の周波数以下に共振周波数を持たないように振動系の特性を設定し、前記所定回転速度以上の回転速度域では、該所定回転速度のｎ／２倍の周波数以下に共振周波数を持つように振動系の特性を変更することを特徴とする内燃機関の振動低減装置。
2. 内燃機関が始動する際には、燃焼室内で燃焼が生じる前に、前記振動特性が前記所定回転速度のｎ／２倍の周波数以下に共振周波数を持つように設定されてい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。
3. 略一定回転で運転される運転状態での回転速度のｍ／２（ｍ＝気筒数）倍の周波数に、前記振動系の反共振周波数が略一致することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の振動低減装置。
4. 前記振動系の特性を可変にする手段として、前記主慣性質量体と前記副慣性質量体との間に、締結および切り離しが可能なクラッチ機構を備え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。
5. 前記クラッチ機構は、前記弾性体の前後の締結、切り離しを行う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。
6. 前記内燃機関が車両の駆動に用いられ、かつ前記車両が、車両停止時に内燃機関を停止するアイドルストップ機構を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の振動低減装置。
7. 前記内燃機関が、該内燃機関と電動モータとにより駆動されるハイブリッド車に用いられ、バッテリ充電時の車両停止中のアイドル運転の機関回転速度に対応して、前記反共振周波数が設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の振動低減装置。
   

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