JP2005249012A - 能動型防振支持装置および気筒休止エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンから大きな振動が入力されたときに能動型防振支持装置が損傷するのを防止する。
【解決手段】 エンジンを防振支持する能動型防振支持装置において、休筒運転状態においてエンジン振動が許容値を超えると、制御手段が能動型防振支持装置のアクチュエータの作動を抑制するので、アクチュエータが過負荷状態になって損傷したり耐久性が低下したりするのを防止することができる。またエンジンの振動が許容値を超えたときに休筒運転を禁止することで、休筒運転によりエンジン振動が増加してアクチュエータが過負荷状態になっても、休筒運転の禁止によりエンジン振動を速やかに許容値以下に低下させてアクチュエータの損傷や耐久性低下を防止することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置と、この能動型防振支持装置により支持された気筒休止エンジンの制御装置とに関する。

かかる能動型防振支持装置は、下記特許文献１により公知である。

この能動型防振支持装置は、クランクシャフトの所定回転角毎に出力されるクランクパルスの時間間隔からクランク角速度を算出し、クランク角速度を時間微分したクランク角加速度からクランクシャフトのトルクを算出し、トルクの変動量としてエンジンの振動状態を推定し、エンジンの振動状態に応じてアクチュエータのコイルへの通電を制御して防振機能を発揮させるようになっている。
特開２００３−１１３８９２号公報

ところで、能動型防振支持装置のアクチュエータは入力される振動の大きさに応じた電流で駆動されるが、その振動が許容値を超えて増加すると、能動型防振支持装置が過負荷状態になって損傷したり、耐久性が低下したりする問題がある。特に、全筒運転および休筒運転が可能な気筒休止エンジンを支持する能動型防振支持装置では、全筒運転状態から休筒運転状態に切り替わったときに振動が急激に増加するため、能動型防振支持装置が過負荷状態になる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、振動体から大きな振動が入力されたときに能動型防振支持装置が損傷するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、振動体の荷重を支承するとともに、制御手段の制御により振動体の振動状態に応じた電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、前記制御手段は、振動体の振動が所定値を超えたときにアクチュエータの作動を抑制することを特徴とする能動型防振支持装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、全筒運転および休筒運転が可能なエンジンを能動型防振支持装置を介して防振支持した気筒休止エンジンの制御装置であって、前記能動型防振支持装置は、エンジンの荷重を支承するとともに、制御手段の制御によりエンジンの振動状態に応じた電流でアクチュエータを周期的に伸縮駆動して振動を抑制するものにおいて、エンジンの振動が所定値を超えたときに休筒運転を禁止することを特徴とする気筒休止エンジンの制御装置が提案される。

尚、実施例のエンジンＥは本発明の振動体に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、振動体の振動が所定値を超えたときに制御手段が能動型防振支持装置のアクチュエータの作動を抑制するので、アクチュエータが過負荷状態になって損傷したり耐久性が低下したりするのを防止することができる。

請求項２の構成によれば、全筒運転および休筒運転が可能なエンジンの振動が所定値を超えたときに休筒運転を禁止するので、休筒運転によりエンジン振動が増加してアクチュエータが過負荷状態になっても、休筒運転の禁止によりエンジン振動を速やかに所定値以下に低下させてアクチュエータの損傷や耐久性低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の要部拡大図、図５は能動型防振支持装置の駆動許可・禁止決定ルーチンのフローチャート、図６はアクチュエータの制御ルーチンのフローチャートである。

図１〜図４に示す能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント：ＡＣＭ）は、気筒休止システムにより全筒運転状態および休筒運転状態を切り替え可能な自動車のエンジンＥを車体フレームＦに弾性的に支持するために使用される。電子制御ユニットＵは、エンジンＥのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａに接続されて能動型防振支持装置Ｍの作動を制御する。エンジンＥのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

能動型防振支持装置Ｍは軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、エンジンＥに結合される板状の取付ブラケット１１に溶接した内筒１２と、この内筒１２の外周に同軸に配置された外筒１３とを備えており、内筒１２および外筒１３には厚肉のゴムで形成した第１弾性体１４の上端および下端がそれぞれが加硫接着により接合される。中央に開口１５ｂを有する円板状の第１オリフィス形成部材１５と、上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第２オリフィス形成部材１６と、同じく上面が開放した樋状の断面を有して環状に形成された第３オリフィス形成部材１７とが溶接により一体化されており、第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６の外周部が重ね合わされて前記外筒１３の下部に設けたカシメ固定部１３ａに固定される。

膜状のゴムで形成された第２弾性体１８の外周が第３オリフィス形成部材１７の内周に加硫接着により固定されており、この第２弾性体１８の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材１９が、軸線Ｌ上に上下動可能に配置された可動部材２０に圧入により固定される。外筒１３のカシメ固定部１３ａに固定されたリング部材２１にダイヤフラム２２の外周が加硫接着により固定されており、このダイヤフラム２２の内周に加硫接着により固定されたキャップ部材２３が前記可動部材２０に圧入により固定される。

しかして、第１弾性体１４および第２弾性体１８間に液体が封入された第１液室２４が区画され、第２弾性体１８およびダイヤフラム２２間に液体が封入された第２液室２５が区画される。そして第１液室２４および第２液室２５は、第１〜第３オリフィス形成部材１５，１６，１７により形成された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。

上部オリフィス２６は第１オリフィス形成部材１５および第２オリフィス形成部材１６間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２６ａの一側において第１オリフィス形成部材１５に連通孔１５ａが形成され、前記隔壁２６ａの他側において第２オリフィス形成部材１６に連通孔１６ａが形成される。従って、上部オリフィス２６は、第１オリフィス形成部材１５の連通孔１５ａから第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図２参照）。

下部オリフィス２７は第２オリフィス形成部材１６および第３オリフィス形成部材１７間に形成される環状の通路であって、その一部に設けられた隔壁２７ａの一側において第２オリフィス形成部材１６に前記連通孔１６ａが形成され、前記隔壁２７ａの他側において第３オリフィス形成部材１７に連通孔１７ａが形成される。従って、下部オリフィス２７は、第２オリフィス形成部材１６の連通孔１６ａから第３オリフィス形成部材１７の連通孔１７ａまでの略１周の範囲に亘って形成される（図３参照）。

以上のことから、第１液室２４および第２液室２５は、直列に接続された上部オリフィス２６および下部オリフィス２７によって相互に連通する。

外筒１３のカシメ固定部１３ａには、能動型防振支持装置Ｍを車体フレームＦに固定するための環状の取付ブラケット２８が固定されており、この取付ブラケット２８の下面に前記可動部材２０を駆動するためのアクチュエータ２９の外郭を構成するアクチュエータハウジング３０が溶接される。

アクチュエータハウジング３０にはヨーク３２が固定されており、ボビン３３に巻き付けられたコイル３４がアクチュエータハウジング３０およびヨーク３２に囲まれた空間に収納される。環状のコイル３４の内周に嵌合するヨーク３２の筒状部３２ａに有底円筒状のベアリング３６が嵌合する。コイル３４の上面に対向する円板状のアーマチュア３８がアクチュエータハウジング３０の内周面に摺動自在に支持されており、このアーマチュア３８の内周に形成した段部３８ａがベアリング３６の上部に係合する。アーマチュア３８はボビン３３の上面との間に配置した皿ばね４２で上方に付勢され、アクチュエータハウジング３０に設けた係止部３０ａに係合して位置決めされる。

ベアリング３６の内周に円筒状のスライダ４３が摺動自在に嵌合しており、可動部材２０から下方に延びる軸部２０ａが、ベアリング３６の上底部を緩く貫通してスライダ４３の内部に固定したボス４４に接続される。ベアリング３６の上底部とスライダ４３との間にコイルばね４１が配置されており、このコイルばね４１でベアリング３６は上向きに付勢され、スライダ４３は下向きに付勢される。

アクチュエータ２９のコイル３４が消磁状態にあるとき、ベアリング３６に摺動自在に支持されたスライダ４３にはコイルばね４１の弾発力が下向きに作用するとともに、ヨーク３２の底面との間に配置したコイルばね４５の弾発力が上向きに作用しており、スライダ４３は両コイルばね４１，４５の弾発力が釣り合う位置に停止する。この状態からコイル３４を励磁してアーマチュア３８を下方に吸引すると、段部３８ａに押されてベアリング３６が下方に摺動することによりコイルばね４１が圧縮される。その結果、コイルばね４１の弾発力が増加してコイルばね４５を圧縮しながらスライダ４３が下降するため、スライダ４３にボス４４および軸部２０ａを介して接続された可動部材２０が下降し、可動部材２０に接続された第２弾性体１８が下方に変形して第１液室２４の容積が増加する。逆にコイル３４を消磁すると、可動部材２０が上昇して第２弾性体１８が上方に変形し、第１液室２４の容積が減少する。

しかして、自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンＥから入力される荷重で第１弾性体１４が変形して第１液室２４の容積が変化すると、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７を介して接続された第１液室２４および第２液室２５間で液体が行き来する。第１液室２４の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第２液室２５の容積が縮小・拡大するが、この第２液室２５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、上部オリフィス２６および下部オリフィス２７の形状および寸法、並びに第１弾性体１４のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ２９は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンＥのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室２４および第２液室２５を接続する上部オリフィス２６および下部オリフィス２７内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ２９を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ２９を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてコイル３４に対する通電を制御する。

次に、電子制御ユニットＵによる能動型防振支持装置Ｍの制御について説明する。

図５のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でエンジンＥが休筒運転状態にあるとき、つまりエンジンＥの振動が大きいと推定されるとき、ステップＳ２でエンジンＥの振動の大きさに基づいて能動型防振支持装置Ｍの駆動が可能であるか否かを判断する。即ち、前記ステップＳ２でエンジン振動の大きさが許容値以下であれば、ステップＳ３で能動型防振支持装置Ｍを駆動して防振機能を発揮させ、逆に前記ステップＳ２でエンジン振動の大きさが許容値を超えていれば、ステップＳ４で能動型防振支持装置Ｍを停止させるか、その駆動量を低減するかして該能動型防振支持装置Ｍの過負荷による損傷を防止する。

図６のフローチャートはエンジン振動の大きさを検出して能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ２９を駆動するためのもので、先ずステップＳ１１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ１２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ１３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ１４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ１５でエンジンＥのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンＥのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ１６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ１７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンＥを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ１８で、アクチュエータ２９のコイル３４に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

以上のように、エンジンＥが気筒休止状態にあって振動が許容値を超えると能動型防振支持装置Ｍの駆動を禁止（駆動量の抑制を含む）するので、能動型防振支持装置Ｍが過剰な負荷を受けて損傷したり耐久性が低下したりするのを防止することができる。

次に、図７に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第２実施例は、エンジンＥおよび能動型防振支持装置Ｍの構成において第１実施例と異なるところはなく、エンジンＥの気筒休止制御の内容が第１実施例と異なっている。即ち、ステップＳ２１でエンジンＥが休筒運転状態にあるとき、ステップＳ２２でエンジンＥの振動の大きさを算出する。その手法は、既に説明した図６のフローチャートのステップＳ１１〜Ｓ１７に記載されているとおりである。そして算出されたエンジン振動の大きさが許容値を超えていればステップＳ２３で気筒休止を禁止し、許容値以下であればステップＳ２４でエンジンＥの振動の大きさに基づいて能動型防振支持装置Ｍを駆動する。

このようにエンジン振動の大きさが許容値を超えたときに気筒休止を禁止することで、エンジン振動の大きさを速やかに許容値以下に低下させるので、能動型防振支持装置Ｍが過剰な負荷を受けて損傷したり耐久性が低下したりするのを防止することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、第１実施例ではエンジンＥが休筒運転状態であるときに能動型防振支持装置Ｍの駆動を許可するか禁止するかを判断しているが、その判断をエンジンＥが全筒運転状態であるときにも行うことができる。

また能動型防振支持装置Ｍは液体を封入したものに限定されず、ピエゾ素子を用いたものであっても良い。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 図１の要部拡大図 能動型防振支持装置の駆動許可・禁止決定ルーチンのフローチャート アクチュエータの制御ルーチンのフローチャート 第２実施例に係る休筒運転禁止ルーチンのフローチャート

符号の説明

Ｅ エンジン（振動体）
Ｍ 能動型防振支持装置
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
２９ アクチュエータ

Claims (2)

1. 振動体（Ｅ）の荷重を支承するとともに、制御手段（Ｕ）の制御により振動体（Ｅ）の振動状態に応じた電流でアクチュエータ（２９）を周期的に伸縮駆動して振動を抑制する能動型防振支持装置において、
   前記制御手段（Ｕ）は、振動体（Ｅ）の振動が所定値を超えたときにアクチュエータ（２９）の作動を抑制することを特徴とする能動型防振支持装置。
2. 全筒運転および休筒運転が可能なエンジン（Ｅ）を能動型防振支持装置（Ｍ）を介して防振支持した気筒休止エンジンの制御装置であって、
   前記能動型防振支持装置（Ｍ）は、エンジン（Ｅ）の荷重を支承するとともに、制御手段（Ｕ）の制御によりエンジン（Ｅ）の振動状態に応じた電流でアクチュエータ（２９）を周期的に伸縮駆動して振動を抑制するものにおいて、
   エンジン（Ｅ）の振動が所定値を超えたときに休筒運転を禁止することを特徴とする気筒休止エンジンの制御装置。
   

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