JP2006125636A - エンジンのためのバランシング法およびバランシング法を実装する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジンのバランシング法及びバランシング装置を提供する。
【解決手段】
振動モードを励起する第一次不均衡モーメントを生成するエンジン３の釣合いをとるために、不均衡モーメントに対向するモーメントが、エンジン３に接続される駆動オシレータ７、８によって、各瞬間において生成される。対向するモーメントは、不均衡モーメントによって励起される振動モード付近のバランシングの周波数範囲において、生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンであって、特に内燃機関エンジンのためのバランシング法と、当該バランシング法を実装するための装置に関する。

より詳しくは、本発明は、エンジンであって、特に車両内燃機関エンジンのための、バランシング法に関するものである。このエンジンは少なくとも１つの振動モードで励起する第一次（言い換えれば、エンジン回転に対応する周波数における）不均衡モーメントを生成する。

このタイプの方法において、例えば、３本のシリンダを有する内燃エンジンに関して特許文献１で記述されるように、バランシングはバランス軸を追加することによって得られるということは知られている。

しかしながら、これらの公知の方法には以下の不都合を有する。第１に、バランス軸は高価な部品であり、第２に、このバランス軸は比較的重い部品であり、動作させるためにエネルギーを費やさなければならない。

国際特許公開第０２／０７５４１３４

特定の本発明の目的は、これらの不都合を軽減することである。

この目的のために、本発明により、問題のタイプの方法において、第一次不均衡モーメントは、不均衡モーメントによって励起される振動モードの付近の少なくとも１つのバランシングの周波数範囲において、少なくとも１つの駆動オシレータが、各瞬間において前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成することによって、少なくとも部分的に相殺される。

これらの処置によって、エンジンは、適正なコストのために少なくとも部分的に釣合いがとれ、さらに重要なことに、余分な電力をほとんど消耗しない。また、エンジンが特定の制限回転速度より早い速度で回転するときには、駆動オシレータの作動を止めることが可能であるため、この余分な所要動力は更に減少する。

用語「駆動オシレータ」は、以下の意味として理解される。
・上記の不均衡モーメントに対向して作用する反力を生成する作動装置を有する作動オシレータ（作動オシレータの例は、フランス特許出願２００３１１４９５号（２００３年１０月１日出願）、および米国特許第Ａ５７１８４１８その他の文書において記述されている）。
・または、例えば、オシレータのモードを、剛性モードまたは質量モードに変化させることによって調整することができる可変モード式オシレータ。

さらに、本発明による方法の各種実施形態において、リコースは、選択的に１つおよび／またはその他の以下の処置でならなければならない。
・少なくとも１つの前記作動オシレータは、各瞬間において前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成するために使用される。
・少なくとも２つの前記作動オシレータが使用され、これらの作動オシレータが、反転段階において、各瞬間に前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成するために制御される。
・少なくとも前記エンジンの速度が、直接または間接的に検出され、前記オシレータは少なくとも部分的に前記第一次不均衡モーメントを相殺するように設計された所定の法則に従った前記速度の関数によって制御される。
・前記エンジンの運転サイクルの少なくとも１つの周期の検出が直接または間接的にされ、前記オシレータが、少なくとも部分的に第一次不均衡モーメントを相殺するように設計される所定の法則に従った前記周期の前記検出の前記関数をもとに制御される。
・前記不均衡モーメントが相殺される前記エンジンは、２本、３本、または、５本のシリンダを有する内燃エンジンである。
・前記不均衡モーメントが相殺される前記エンジンは、ペンデュラムサスペンションによって車体に接続される内燃エンジンである。
・
前記バランシングの前記周波数範囲は、エンジンアイドル状態の周波数と、前記振動モードの周波数である数式

と、の間にある。

さらに、本発明のもう１つの課題は、上記記載の方法を実装するための装置を提供することにある。前記装置は、作動中に前記第一次不均衡モーメントを生成する前記エンジンを含み、前記不均衡モーメントは少なくとも１つの前記振動モードを励起する。前記装置はまた、前記エンジンに接続される少なくとも１つの前記駆動オシレータを含むことを特徴とする。前記駆動オシレータは、少なくとも１つの中央処理装置によって、前記不均衡モーメントによって励起される前記振動モードの付近の少なくとも１つのバランシングの周波数範囲において、各瞬間に前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成して、前記第一次不均衡モーメントを少なくとも部分的に相殺するように制御される。

さらに、本発明による装置の各種実施形態において、リコースは、選択的に１つおよび／または追加的に以下の処理とならなければならない。
・前記オシレータは、作動オシレータである。
・前記装置は、前記中央処理装置によって、反転段階において制御される少なくとも２つの前記作動オシレータを含む。
・前記装置は少なくとも前記エンジンの前記速度の前記検出をするために設計される少なくとも１つのセンサを含み、前記中央処理装置は、前記オシレータが少なくとも部分的に第一次不均衡モーメントを相殺するように設計された所定の法則に従って、前記エンジンの速度の関数によって前記オシレータを制御するように設計される。
・前記エンジンは内燃エンジンであり、前記装置は、前記エンジンの前記運転サイクルの少なくとも１つの特定の周期の前記検出をするように設計される少なくとも１つの前記センサを含み、前記オシレータは、少なくとも部分的に前記第一次不均衡モーメントを相殺するように設計される所定の法則に従った前記検出の前記関数をもとに制御される。
・前記エンジンは、２本、３本、または、５本の前記シリンダを有する前記内燃エンジンである。
・前記装置は前記車体を有する前記車両を含み、前記エンジンはペンデュラムサスペンションによって前記車体に接続される。
・前記エンジンは、２つの端部の間に車の長手方向に伸びる推進装置に属し、２つの前記オシレータは前記推進装置の２つ各端部の近くに位置する。
・前記バランシングの前記周波数範囲は、前記エンジンをアイドリング（空回りさせた）状態の周波数と、前記振動モードの周波数である数式

と、の間にある。

本発明の他の特徴と効果は、添付の図面と共に、これに限定されない実施例である以下の実施形態のうち１つを説明することによって明白になるであろう。
同一の参照番号は、同一または同様の要素を示すために、さまざまな図において使用される。

図１は、推進装置２を含む自動車の車両１を示し、推進装置２は内燃エンジン３と、エンジン３に、強固に固定されるギアボックス４を含む。内燃エンジン３は、２本、３本、または、５本のシリンダを有してよい。推進装置２は、例えば、前記車両の横方向Ｙに伸び、その２つの縦端部において、エンジン３およびギアボックス４にそれぞれ固定される２つの強固な取付金具（ブラケット）３ａ、４ａを選択的に含んでよい。

推進装置２は、示される実施例において、ペンデュラムタイプのエンジンサスペンションによって、車体５に接続される。図２と図３で詳細で分かるように、このペンデュラムサスペンションは以下を含む。
・例えば、２つのブラケット３ａ、４ａを車体５に接続する２つ弾性支点３ｂ、４ｂ。
・横軸Ｙについての推進装置２の旋回運動を制限し、そして減衰させるトルク吸収ロッド６。このトルク吸収ロッド６は推進装置２を車体５に接続し、例えば、水平方向Ｘ、Ｚに伸びる。

操作の間、エンジン３は、第一次不均衡モーメントを生成する。「第一次」とは、エンジン回転に対応する周波数における第一次を意味する。特に、これらの効果は、特にアイドリング状態の速度に近い速度において、２本または３本のシリンダを有するエンジン３に関して顕著である。例えば、アイドリング状態の速度が９００ｒｐｍである場合、対応する励起周波数ｆ_１Ｎ（または、第一次励起）は１５Ｈｚである。

問題となる不均衡モーメントは、前記車両の長手方向Ｘ軸についての回転時のモーメントおよび／または垂直軸Ｚについての回転時のモーメントである。

特に、この不均衡モーメントは、以下の特定の振動モードを励起する。
・周波数ｆ_Θｘにおける、Ｘ軸についての回転ピッチの振動モードΘｘ。
・および／または、周波数ｆ_Θｚにおける、Ｚ軸についての回転振動モードΘｘ。

さらに、この単一または複数の回転振動モードは、推進装置２の配置の関数としてポンプモード、特に垂直方向のポンプモードＴｚに接続される。

これらのさまざまな振動モードの励起は、特にエンジンが低速の動作しているとき、車体５に伝わり、そして、前記車両のユーザに不快な感じさせる振動を引き起こす。

本発明により、単一または複数の第一次不均衡モーメントは、不均衡モーメントによって励起される振動モード付近の少なくとも１つのバランシングの周波数範囲において、推進装置２に接続される少なくとも１つの駆動オシレータが、単一または複数の前記不均衡モーメントに対向する各瞬間において少なくとも１つのモーメントを生成することにより、少なくとも部分的に相殺される。

用語「駆動オシレータ」は、以下の意味として理解される。
・不均衡モーメントに対向して作用する反力を生成する作動装置にて作動するオシレータ（作動オシレータの例は、フランス特許出願２００３１１４９５（２００３年１０月１日出願）、および米国特許第Ａ５７１８４１８その他の文書において記述される）。
・または、例えば、オシレータのモードを、発振部の弾性戻り手段の剛性、または、発振部の質量を変化させることによって調整することができる可変モード式オシレータ。

図１から図３において示される実施例において、方向Ｙのオシレータ７、８間の距離ｅを最大にするような方法で、推進装置２は、例えば、上述したブラケット３ａ、４ａに固定される２つの作動オシレータ７、８を備える。これらの作動オシレータが、センサ９（Ｓ）によって出力される情報（例えば、エンジン２のピストンのうちの１つの上死点に対応するパルス信号）の関数によって、中央処理装置１０（ＣＰＵ）によって制御されることにより、エンジン速度とエンジンの運転サイクルの周期を測定することができる。

作動オシレータ７、８は、各瞬間で前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成するために、中央処理装置１０によって反対段階で作動される。前記不均衡モーメントは、センサ９によって供給される情報と一対一の関係において接続されているため、各瞬間において検知される。この結果、作動オシレータ７、８が、中央処理装置１０によって、少なくとも部分的に前記第一次不均衡モーメント、または、同様に第二次不均衡モーメントを相殺するように設計された所定の法則に従って作動される。

図面において示される配置は、上方および下方へ鉛直力を生じさせるように、垂直に配置したオシレータ７、８によって、本来的に、Ｘ軸について前記不均衡モーメントを相殺し、それによって、モードΘｘを修正することを可能にする。しかしながら、同時にＺ軸について前記不均衡モーメントを相殺し、これによって、同様にモードΘｚを修正するために、オシレータ７、８を異なって配置することも可能である。改良型において、特に、Ｚ軸について前記不均衡モーメントを相殺し、それによって、モードΘｚを修正するため、少なくとも１つの付加的な前記作動オシレータまたは２つの付加的な前記オシレータを備えることができる。

上述したバランシングの周波数範囲は、例えば、エンジンがアイドルリングしている状態の周波数ｆ_１Ｎと、数式

と、の間にあり、ｆ_Θｘは、アイドリングの回転数によって励起される修正された振動モードの周波数である。

本発明によって、非常に有意な振動の減少が、車両の使用者によって感知される。図４から図６のグラフにおいて、アイドリング時のエンジン３によって生成される振動の振幅Ａを周波数ｆの関数として示す。３本のシリンダを有する前記エンジンを備える特定の車両１の座席のうちの１つにおいて、本発明（実線カーブ）を使用しない場合と、前記作動オシレータ７、８（破線カーブ）使用した場合を示す。図４は、垂直軸Ｚに沿って測定される振動を示し、図５は、車両の長手の軸Ｘに沿って測定される振動を示し、図６は、車両の横軸Ｙに沿って測定される振動を示す。

本発明の一実施形態における反振動装置を備える車両の部分概略斜視図である。 図１の推進装置の、車両のＸ方向より正面から見た概略正面図である。 図１の推進装置の、車両のＺ方向から見た概略平面図である。 車両座席における３つの垂直方向のうちの１方向に沿った振動強度をグラフで示す。 車両座席における３つの垂直方向のうちの１方向に沿った振動強度をグラフで示す。 車両座席における３つの垂直方向のうちの１方向に沿った振動強度をグラフで示す。

Claims (17)

1. 第一次不均衡モーメントを生成するエンジンのためのバランシング法であって、
   不均衡モーメントは、少なくとも１つの振動モードを励起し、
   前記第一次不均衡モーメントは、前記不均衡モーメントによって励起される前記振動モードの付近の少なくとも１つのバランシングの周波数範囲において、前記エンジンに接続される少なくとも１つの駆動オシレータが、各瞬間において前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成することより、少なくとも部分的に相殺されることを特徴とするバランシング法。
2. 少なくとも１つの作動オシレータは、各瞬間で前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成するために使用される、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも２つの作動オシレータは使用され、これらの作動オシレータは各瞬間で前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成するために反転段階において制御される、請求項２記載の方法。
4. 前記エンジンの速度は検出をされ、少なくとも前記駆動オシレータが、前記第一次不均衡モーメントを少なくとも部分的に相殺するために設計された所定の法則に従った前記速度の関数をもとに制御される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記エンジンの運転サイクルの少なくとも１つの周期は前記検出をされ、前記駆動オシレータは、前記第一次不均衡モーメントを少なくとも部分的に相殺するために設計された所定の法則に従った前記検出の前記関数をもとに制御される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記不均衡モーメントが相殺される前記エンジンは、２本、３本、または、５本のシリンダを有する内燃機関である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記不均衡モーメントが相殺されるエンジンは、ペンデュラムサスペンションによって車体に接続される車両内燃機関である、請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記バランシングの前記周波数範囲は、前記エンジンをアイドリングしている状態の周波数と、前記振動モードの周波数である数式
   

   

   と、の間にある請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれか記載のバランシング法を実装するための装置であって、
   前記装置は作動中に前記第一次不均衡モーメントを生成する前記エンジンと、
   前記エンジンに接続される少なくとも１つの前記駆動オシレータと、を含み、
   前記不均衡モーメントは、少なくとも１つの前記振動モードを励起し、
   前記駆動オシレータは、少なくとも１つの中央処理装置によって、前記不均衡モーメントによって励起される前記振動モードの付近の少なくとも１つの前記バランシングの前記周波数範囲において、各瞬間に前記不均衡モーメントに対向するモーメントを生成し、前記第一次不均衡モーメントを少なくとも部分的に相殺するために制御される装置。
10. 前記駆動オシレータは、前記作動オシレータである、請求項９に記載の装置。
11. 前記中央処理装置によって前記反転段階において制御される少なくとも２つの前記作動オシレータを含む、請求項１０に記載の装置。
12. 少なくとも前記エンジンの前記速度の前記検出をするように設計される少なくとも１つのセンサと、
    前記駆動オシレータを制御するように設計される前記中央処理装置と、を含み、
    前記中央処理装置は、少なくとも部分的に前記第一次不均衡モーメントを相殺するように設計される所定の法則に従った前記エンジンの前記速度の前記関数によって設計される請求項９から請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記エンジンは前記内燃機関であり、前記装置は前記エンジンの前記運転サイクルの少なくとも１つの特定の周期の前記検出をするために設計される少なくとも１つの前記センサを含み、
    前記駆動オシレータは、少なくとも部分的に前記第一次不均衡モーメントを相殺するように設計される所定の法則に従った前記検出の前記関数によって制御される、請求項９から請求項１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記エンジンは、２本か、３本、または、５本の前記シリンダを有する前記内燃機関である、請求項９から請求項１３のいずれか記載の装置。
15. 前記装置は、前記車体を有する車両と、ペンデュラムサスペンションによって前記車体に接続される前記エンジンと、を含む、請求項９から請求項１４のいずれか記載の装置。
16. 前記エンジンは、２つの端部の間で長手に延びる推進装置に属し、
    ２つの前記駆動オシレータは、前記推進装置の２つの各前記端部の近くに位置する、請求項９から請求項１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記バランシングの前記周波数範囲は、前記エンジンをアイドリングしている状態の周波数と、前記振動モードの周波数である数式
    

    

    と、の間にあり、ｆ_Θｘは前記振動モードの周波数である、請求項９から請求項１６のいずれかに記載の装置。
    

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