JP2005299745A - 防振支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの起振力による振動を抑制すると共に、その抑制パルスの高調波成分による広い周波数帯域の振動も抑制する。
【解決手段】エンジンの振動形態、即ち起振力による振動を抑制するためのパルス波からなる第１信号成分と、その第１信号成分のパルス波による高調波成分とは逆位相の基準次数成分からなるパルス波の第２信号成分とに基づいて、能動型防振支持器の空気室に大気圧と負圧とを交互に切換えて供給する切換弁への制御信号を創成出力する。第１信号成分の基準次数成分の最大値は、高調波成分の最大値又は最小値に一致するので、第２信号成分の基準次数成分は、第１信号成分の基準次数成分から、抑制したい高調波成分の次数似合わせた所定量だけ位相をずらして設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、防振支持装置に関するものであり、特に大気圧と負圧とを交互に導入して空気室を膨張及び収縮することにより振動体からの振動を抑制するものに好適なものである。

このような防振支持装置としては、例えば内部に空気室を設け、その空気室に大気圧と負圧とを交互に供給して、その気圧の変動によって当該空気室を膨張及び収縮し、これにより振動体からの振動伝達特性を制御可能とすると共に、前記大気圧と負圧とを切換える切換手段と空気室との途中に個別の収容空間を設け、この収容空間内の脈動共鳴効果を利用して空気室内の圧力変動による高調波成分が発生しないようにしたものがある（例えば特許文献１）。
特開平１０−２３８５８７号公報

しかしながら、前記従来の装置では、個別に設けた収容空間の脈動の共鳴効果を利用しており、収容空間の形状及び寸法で決まる特定の周波数に対してのみ振動抑制の効果を発揮するものであるので、或る特定周波数の高調波成分の発生を抑制防止することはできても、その他の高調波成分の発生は抑制防止できないことになる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、様々な周波数の高調波成分の発生を抑制防止可能な防振支持装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の防振支持装置は、振動体と車両との間に設けられた防振機構部であり、前記防振機構部の内部に形成され、供給される気圧の変動に応じて膨張及び収縮することで、前記防振機構部を介して振動体と車体に力を加えることができる空気室と、前記空気室に大気圧又は略大気圧及び大気圧と圧力差のある気圧の何れか一方を供給する切換手段と、前記切換手段に制御信号を出力することにより、前記空気室内に圧力の異なる空気を給排して前記振動体の振動を抑制する力を出力するように前記切換手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記振動体の振動を抑制する第１信号成分と、当該第１信号成分に対し、周期が短い特性の第２信号成分とに基づいて前記制御信号を創成出力することを特徴とするものである。

而して、本発明の防振支持装置によれば、切換手段に制御信号を出力することにより、空気室内に圧力の異なる空気を給排して振動伝達特性を制御するにあたり、振動体の振動を抑制する第１信号成分と、当該第１信号成分に対し、周期の短い特性の第２信号成分とに基づいて前記制御信号を創成出力する構成としたため、前記第２信号成分を、第１信号成分による空気室の圧力変動に伴う高調波成分を抑制するものとすることで、多様な周波数の高調波成分を抑制防止することが可能となる。

次に、本発明の防振支持装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関防振支持装置の概略構成図であり、図中の符号１は直列４気筒のガソリンエンジンで構成された内燃機関である。この内燃機関１は、本体となるエンジンブロック２と、エンジンブロック２内に形成されたシリンダ３と、シリンダ３内を摺動するピストン４と、ピストン４に連結されたコネクティングロッド５と、コネクティングロッド５に連結され、内燃機関１の動力を取出すクランクシャフト６とを備えている。

また、内燃機関１は、大気を吸入する吸気通路７と、排気を排出する排気通路８とを有している。吸気通路７の吸入口７ａ側には、エアクリーナ９が設けられており、内部に設けられたペーパエレメント１１によって吸入する大気を浄化している。また、吸気通路７におけるエアクリーナ９の下流側には、運転者のアクセル操作量に応じて内燃機関１の吸気量を調整するスロットルバルブ１０が設けられており、スロットルバルブ１０の開度が小さいときには、吸入抵抗が増加してスロットルバルブ１０の下流側に負圧が発生するように構成されている。

また、内燃機関１は、能動型防振支持器１２によって車体に支持されている。この能動型防振支持器１２内には、変動気圧供給路１４から供給される気圧の変化に応じて容積が弾性的に膨張及び収縮する空気室１５が形成されている。この実施形態では、例えば図１において内燃機関１が上方に移動しようとするときに空気室１５に負圧を供給し、空気室１５が収縮することで、内燃機関１を下方に移動させる力を発生させる、内燃機関１が下方に移動しようとするときに空気室１５に大気圧を供給し、空気室１５が膨張することで、内燃機関１を上方に移動させる力を発生させることにより、内燃機関１の上下方向振動を打ち消す向きに力が発生するので、内燃機関１の振動の車体への振動伝達特性を抑制することが可能となる。

能動型防振支持器１２の詳細を図２に示す。この能動型防振支持器１２は、略円筒型の本体ケース３２を有し、この本体ケース３２に接続されたブラケット３７が車体に固定される。本体ケース３２の上部には、ゴム等の弾性体からなる弾性部材３９が嵌め込まれている。この弾性部材３９に連結具３１が遊動可能に取付けられ、この連結具３１が内燃機関１に固定されている。

一方、本体ケース３２の内側底部には、ゴム等の弾性体からなる緩衝部材３３が充填されている。この緩衝部材３３と前記弾性部材３９との間の空間を隔離部材３４で隔離して、その上下に、オイル等の流体が充填される液室４０、４１が形成されている。なお、二つの液室４０、４１は、図示しない小径の通路によって連通されており、両液室４０、４１間を流体が往来可能となっている。

前記二つの液室４０、４１を隔離する隔離部材３４の上面には、シート状のダイヤフラム３５が配設され、固定具３６によって、その周縁部が隔離部材３４に固定されている。また、隔離部材３４には、上側液室４０側の面から本体ケース３２の外部まで連通する連通路３８が形成され、この連通路３８に、前記変動気圧供給路１４が接続されている。従って、前記変動気圧供給路１４から連通路３８を通して隔離部材３４の上面に空気が供給されると、ダイヤフラム３５が膨張して、隔離部材３４との間に空気室１５が形成される。空気室１５が膨張すると、弾性部材３９、連結具３１を介して、内燃機関１を上方に押し上げる力が作用し、空気室１５が収縮すると、内燃機関１を下方に引き下げる力が作用する。

前記吸気管路７のうち、スロットルバルブ１０の上流側からは大気圧導入路２１が分岐されると共に、スロットルバルブ１０の下流側からは負圧導入路２０が分岐され、それらは、切換弁１９を介して変動気圧供給路１４に接続されている。従って、切換弁１９を切換えると大気圧導入路２１又は負圧導入路２０の何れかが変動気圧供給路１４に接続され、その結果、前記空気室１５に供給される気圧を大気圧と負圧とに切換えることができる。

切換弁１９は、電磁ソレノイドを備えており、この電磁ソレノイドに対して、後述するコントローラ２４からの制御信号により駆動制御されている。即ち、切換弁１９は、電磁ソレノイドが非通電（以下、ＯＦＦとも記す）状態で変動気圧供給路１４と大気圧導入路２１とを連通して空気室１５に大気圧を供給し、電磁ソレノイドが通電（以下、ＯＮとも記す）状態で変動気圧供給路１４と負圧導入路２０とを連通して空気室１５に負圧を供給するように構成されている。従って、切換弁１９をＯＦＦ状態とＯＮ状態を交互に切換えるように制御することにより、能動型防振支持器１２の空気室１５に対して、大気圧と負圧とに変動する気圧を供給できる。

また、クランクシャフト６には、その回転角信号を検出する電磁ピックアップ式のクランク角センサが取付けられている。このクランク角センサは、クランクシャフトと共に回転するロータの外周面に１０°間隔で形成されたセレーションを検出して、回転角信号をクランク角信号として出力する。また、セレーションには、１８０°間隔で２つの欠歯部が形成されているので、出力されるクランク角信号からクランクシャフト６の回転位置を把握できるように構成されている。

また、内燃機関１は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えたエンジンコントローラによって運転状態が制御され、その制御出力には燃料噴射器（インジェクタ）による燃料噴射量（燃料噴射時間）や点火栓による点火時期等も含まれている。そこで、エンジンコントローラによる燃料噴射信号、前記クランク角センサからのクランク角信号が、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成されたコントローラ２４に入力される。このコントローラ２４は、内燃機関１が運転状態にあるときに、図３に示す連通制御処理を実行して、前述した切換弁１９に対する制御信号を創成出力するように構成されている。

次に、コントローラ２４で実行する連通制御処理を、図３のフローチャートに従って説明する。
この連通制御処理は、まずステップＳ１で、クランク角信号及び燃料噴射信号を読込む。このうち、クランク角信号は、例えば図４に示すように、クランクシャフト６の回転に応じて、１０°ＣＡ（クランク角）毎に１パルスが出力されると共に、このパルス信号が１８０°ＣＡ毎に非出力となる。
次にステップＳ２に移行して、ステップＳ１で読込んだクランク角信号に基づいて、内燃機関１の回転速度ＮＥを算出する。
次にステップＳ３に移行して、切換弁１９に対する制御信号を構成するパルス成分のデューティ比及び位相を算出する。このデューティ比及び位相の算出方法については後段に詳述する。

次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出されたデューティ比及び位相に基づいた制御信号を創成出力することにより、切換弁１９を駆動制御してからメインプログラムに復帰する。この制御信号の創成方法についても後段に詳述する。
次に、前記切換弁１９に対する制御信号のデューティ比及び位相の算出方法並びにそれらに基づいた切換弁制御信号の創成方法について説明する。

まず、内燃機関の振動形態について考える。本実施形態では４気筒ガソリンエンジンを内燃機関として用いている。内燃機関の振動の起振力には、燃焼爆発の圧力変動に起因する燃焼起振力と、ピストンやコネクティングロッド等がシリンダ内を往復移動することによって発生する慣性起振力とがある。燃焼によって発生する圧力変動は、ピストンからクランクシャフトに伝達されてトルク変動を生じる。このとき、エンジンブロックは、ピストンからトルク反力を受けるため、エンジンブロックにはクランクシャフトの軸周りの回転振動が発生する。これが燃焼起振力による内燃機関のロール振動である。この燃焼起振力は燃焼爆発に起因するものであるから、その大きさは燃料噴射量に応じて変化し、その位相は点火時期及び燃焼噴射量によって決まる。

また、ピストンは、燃焼爆発の力を受けてシリンダ内を往復移動し、このときに発生する往復慣性力の反力によってエンジンブロックがシリンダの軸方向に振動する。これが内燃機関の慣性起振力による振動である。従って、この慣性起振力による振動は、クランクシャフトの回転速度の２乗に比例して大きくなり、位相はクランクシャフトの回転角に対して一定の位相関係となる。つまり、慣性起振力の変数はクランクシャフトの回転速度、即ち内燃機関回転速度ＮＥとなる。

このように、内燃機関の振動形態は、燃料噴射信号等の内燃機関の負荷を示す情報と、内燃機関回転速度ＮＥやクランクシャフトの回転角、即ちクランク角とから把握することができる。図４に示す燃料噴射信号（ＩＮＪ信号）は、前記エンジンコントローラから入力される信号であり、例えば＃１、＃２…は、夫々、気筒番号を示している。この実施形態では、燃料噴射器へのＩＮＪ信号がＬｏのときに開弁して燃料が噴射される構成となっている。これらの燃料噴射信号から燃料噴射時間が得られ、この燃料噴射時間に燃料噴射器の流量を乗ずれば燃料噴射量が得られる。

そこで、この燃料噴射時間と前記内燃機関回転速度ＮＥとを用い、図５に示す三次元制御マップから、能動型防振支持器１２による防振作用のうち、前記内燃機関の起振力を抑制するための成分のデューティ比Ａ／Ｂを設定する。デューティ比Ａ／Ｂが大きいほど、能動型防振支持器１２の制振力が大きくなる。合わせて、燃料噴射時間と内燃機関回転速度ＮＥとを用い、図６に示す三次元制御マップから、能動型防振支持器１２による防振作用のうち、前記内燃機関の起振力を抑制するための成分の位相Ｃを設定する。

これらのデューティ比及び位相から設定される内燃機関起振力抑制成分は、図４に示す第１信号成分となる。この第１信号成分の位相基準は、前記クランク角信号のうち、１８０°ＣＡ毎の欠歯部後１パルス目の立下りとする。第１信号成分の周期Ｂは、各気筒の燃焼爆発周期に一致するので、ガソリン４気筒エンジンを内燃機関とする本実施形態では１８０°ＣＡとなる。そこで、この第１信号成分の基本次数成分を、振幅がＡ、角周波数がωの正弦波Ａｓｉｎωｔで表し、当該第１信号成分の基本次数成分が最大となるπ／２ω周期における前記位相基準に対する位相ずれを前記位相Ｃとし、これを第１信号成分のパルス波の中央とする。そして、この位相Ｃの時点から前後（図では左右）にデューティ比Ａ／Ｂを振り分けて第１信号成分のパルス波を設定する。

一方、切換弁１９のＯＮ／ＯＦＦにより発生し、空気室１５に供給される圧力変動がパルス波になるため、内燃機関の起振力を抑制する圧力変動を第１信号成分とすると、当該第１信号成分に対してｎ次の高調波成分の圧力変動が誘発される。圧力変動の高調波成分のレベル及び位相は、第１信号成分のパルス波のデューティ比によって決まる。ここでは、ｎ＝２として、第１信号成分の２次成分について考える。この第１信号成分の２次成分は、当然ながら、第１信号成分の基準次数成分の２倍の周波数となる。高調波成分の特徴は、第１信号成分の基準次数成分の最大値と高調波成分の最大値とが一致するか、或いは第１信号成分の基準次数成分の最大値と高調波成分の最小値とが一致するかの何れかである点にある。

まず、図４に示すように、第１信号成分の基準次数成分の最大値と高調波成分（２次成分）の最大値とが一致する場合について考える。この高調波成分、即ち第１信号成分の２次成分を抑制するための基準次数成分は、当該２次成分と逆位相でなければならない。そこで、この２次成分を抑制する成分を第２信号成分とすると、その基準次数成分が最大値となる時点で第２信号成分のパルス波を出力すれば、２次成分による高調波振動を抑制することが可能となる。この場合は、第１信号成分の基準次数成分の最大値と２次成分の最大値とが一致しているので、第２信号成分の基準次数成分が最大となるのは、前記第１信号成分の位相Ｃに対して、当該第１信号成分の周期の１／４か、或いは３／４分だけずれた時点である。これをｎ次高調波成分に変換すると、ｍを整数として、（２ｍ−１）／（２ｎ×周期）となる。（２ｍ−１）は奇数を示す。また、このｎ次高調波成分を抑制する第２信号成分のパルスの大きさ、即ちデューティ比Ｅ／Ｂは、第１信号成分のパルスの大きさ、即ち前記デューティ比Ａ／Ｂに依存する。そこで、本実施形態では、図７に示す制御マップに従って、第１信号成分のデューティ比Ａ／Ｂに応じた第２信号成分のデューティ比Ｅ／Ｂを設定する。また、前述のように、ｎ次高調波成分の位相は、第１信号成分のデューティ比Ａ／Ｂに応じて決まるので、図８に示す制御マップに従って、第１信号成分のデューティ比Ａ／Ｂに応じた第２信号成分の位相を設定する。

これに対し、第１信号成分の基準次数成分の最大値と高調波成分の最小値とが一致する場合には、前記第１信号成分の位相Ｃに対する第２信号成分の位相ずれは、ｋを整数として、２ｋ／（２ｎ×周期）となる。２ｋは偶数を示す。
このようにして設定された第１信号成分と第２信号成分とを合成して、図４に示すような切換弁制御信号を創成出力する。この際、本実施形態のように切換弁１９が単一である場合、第１信号成分のパルス波と第２信号成分のパルス波とが重合すると、高調波成分による振動を抑制することができない。図４に示すように、第１信号成分の２次成分だけを考えると、第２信号成分のパルス波を発生する機会は、第１信号成分の間に２回しかないが、高調波成分の次数が高次になればなるほど、第２信号成分のパルス波を発生する機会は増える。従って、抑制した高調波成分の次数が予め設定されたら、第２信号成分のパルス波が第１信号成分のパルス波に重合しないように、第２信号成分のパルス波を設定する。なお、第１信号成分のパルス波間に出力する第２信号成分のパルス波数はいくつでもよい。また、制御信号出力に対し、能動型防振支持装置１２が制振力を発生するまでの応答特性に応じて第２信号成分を補正するようにすれば、高調波成分による振動の抑制効果をより一層高めることができる。

本実施形態の内燃機関防振支持装置によれば、内燃機関の起振力を抑制する、つまり内燃機関の振動形態に応じた第１信号成分と、当該第１信号成分とは位相や大きさ等の特性の異なる第２信号成分とに基づいて切換弁制御信号を創成し、この制御信号によって、内燃機関から車体への振動伝達特性を制御する空気室への気圧を切換える切換弁を制御する構成としたため、前記第２信号成分を、第１信号成分の高調波成分を抑制する信号成分とすることにより、内燃機関の起振力による振動及び高調波成分による振動を同時に抑制することができ、また抑制する高調波成分の周波数を適宜設定することで、多様な高調波成分の振動をいくつでも、或いは連続して抑制することができる。

また、第２信号成分の基本次数成分を、第１信号成分によって発生する空気室内の圧力変動の高調波成分に対して逆位相又は略逆位相となる位相特性とすることにより、高調波成分による振動を確実に抑制することができる。
また、ｎを２以上の整数とし、且つ第１信号成分によって発生する空気室内の圧力変動のｎ次高調波成分を抑制する場合、振幅がＡ、角周波数がωの第１信号成分の基本次数成分Ａｓｉｎωｔをπ／２ω周期分位相をずらした位相基準、つまり第１信号成分の基本次数成分の最大値に対し、ｍ及びｋを自然数として、略（２ｍ−１）／２ｎ周期又は略２ｋ／２ｎ周期分、位相をずらして第２信号成分を設定することにより、あらゆる次数の高調波成分、つまり多様な周波数の高調波成分による振動を抑制することが可能となる。

また、切換弁が単一であっても、第１信号成分と第２信号成分とを合成して制御信号を創成出力することにより、第１信号成分による高調波成分の振動を確実に抑制することができる。
ちなみに、第１信号成分のデューティ比や位相は、予め車体に設定された評価点において、内燃機関からの振動が最小となるように実験などにより求めた値を用いる。また、第２信号成分のデューティや位相も、実験的に求めた値を使用してよい。また、評価点は、能動型防振支持器の車体側取付点振動、フロア振動、ステアリング振動、車室内振動などが挙げられ、例えば内燃機関回転速度ＮＥに応じて評価点を使い分けたり、複数の評価点の振動値の重み付け和を用いて評価してもよい。このようにすることにより、予め設定された車体評価点における振動伝達を良好に低減することができる。

なお、前記各実施形態では、能動型防振支持器を一つだけ用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の内燃機関防振支持装置は、能動型防振支持器を複数用いた場合にも、同様に適用可能である。
また、前記各実施形態では、直列４気筒のガソリンエンジンについてのみ詳述したが、本発明の内燃機関防振支持装置は、その他のどのような形態のエンジンにも適用可能である。

また、前記各実施形態では、振動体としてエンジンの場合に具体化したが、他の振動体の防振装置に適用してもよい。
また、前記各実施形態では、コントローラにマイクロコンピュータ等の演算処理装置を用いたが、その他の理論回路や演算回路を組合わせて用いてもよい。
また、前記各実施形態では、負圧源として吸気通路７のスロットルバルブ１０の下流側に発生する負圧を利用したが、別途負圧を作る装置を利用してもよい。

本発明の内燃機関防振支持装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 図１の能動型防振支持器の断面図である。 図１のコントローラで行われる演算処理を示すフローチャートである。 図１のコントローラで算出される第１信号成分及び第２信号成分及び切換弁制御信号の説明図である。 図４の第１信号成分を設定する際に用いられる制御マップである。 図４の第１信号成分を設定する際に用いられる制御マップである。 図４の第２信号成分を設定する際に用いられる制御マップである。 図４の第２信号成分を設定する際に用いられる制御マップである。

符号の説明

１は内燃機関
２はエンジンブロック
３はシリンダ
４はピストン
５はコネクティングロッド
６はクランクシャフト
７は吸気管路
８は排気管路
９はエアクリーナ
１１はエレメント
１２は能動型防振支持器
１５は空気室
１９は切換弁
２４はコントローラ

Claims (5)

1. 振動体と車両との間に設けられた防振機構部であり、前記防振機構部の内部に形成され、供給される気圧の変動に応じて膨張及び収縮することで、前記防振機構部を介して振動体と車体に力を加えることができる空気室と、前記空気室に大気圧又は略大気圧及び大気圧と圧力差のある気圧の何れか一方を供給する切換手段と、前記切換手段に制御信号を出力することにより、前記空気室内に圧力の異なる空気を給排して前記振動体の振動を抑制する力を出力するように前記切換手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記振動体の振動を抑制する第１信号成分と、当該第１信号成分に対し、周期が短い特性の第２信号成分とに基づいて前記制御信号を創成出力することを特徴とする防振支持装置。
2. 前記第２信号成分は、前記第１信号成分によって発生する空気室内の圧力変動の高調波成分に対して逆位相又は略逆位相となる位相特性であることを特徴とする請求項１に記載の防振支持装置。
3. 前記制御手段は、ｎを２以上の整数とし、前記第１信号成分によって発生する空気室内の圧力変動のｎ次高調波成分を抑制する場合、振幅がＡ、角周波数がωの第１信号成分の基本次数成分Ａｓｉｎωｔをπ／２ω周期分位相をずらした位相基準に対し、ｍ及びｋを自然数として、略（２ｍ−１）／２ｎ周期又は略２ｋ／２ｎ周期分、位相をずらして前記第２信号成分を設定することを特徴とする請求項２に記載の防振支持装置。
4. 前記制御手段は、前記制御信号出力に対して防振支持装置が力を発生するまでの応答特性を補正して第２信号成分を出力することを特徴とする請求項２又は３に記載の防振支持装置。
5. 前記切換手段は単一であり、前記制御手段は、前記第１信号成分と第２信号成分とを合成して制御信号を創成出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の防振支持装置。

Images