JP2006170250A - 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吸収及び遮断して車体への伝達を抑制防止する。
【解決手段】エンジン４とサブフレーム１との間に介装した能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒに弾性力及び減衰力を付与する防振ゴム２２を設け、当該防振ゴム２２の弾性係数及び減衰係数によってエンジンの振動形態、即ち燃焼起振力及び慣性加振力による振動が良好に吸収及び遮断されるように当該防振ゴム２２の基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0を設定し、防振ゴム２２の温度を温度センサ１２でモニタしながら、当該基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0が達成されるように熱電素子からなる温度調整部１１への制御信号を創成出力する。
【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、特に内燃機関と車体との間に介在して、内燃機関の振動入力を吸収及び遮断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、例えば振動体、この場合はエンジンと車体との間に弾性バネを介装すると共に、弾性バネの近傍に加温ヒータを配設し、温度センサで検出される弾性バネの温度が一定の範囲内に維持されるように加温ヒータへの電流を制御するものがある（例えば特許文献１）。
特開２００２−１８１１２７号公報

しかしながら、前記従来の防振支持装置では、単に弾性部材の温度を一定の範囲内に維持してバネ係数を一定に維持するだけなので、振動体、この場合はエンジンのように振動形態が変化するものに対しては、最適な防振或いは制振効果が得られないという問題がある。
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、エンジンの振動形態に応じた最適な防振或いは制振効果が得られる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、弾性部材を具備し、内燃機関と車体との間に介在して、当該内燃機関からの入力振動を吸収及び遮断する防振支持装置であって、前記弾性部材の温度を調整する弾性部材温度調整手段を備え、内燃機関の振動状態を検出し、その検出された内燃機関の振動状態に応じて前記弾性部材温度調整手段による弾性部材の温度を制御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、弾性部材の温度を調整する弾性部材温度調整手段を備え、内燃機関の振動状態を検出し、その検出された内燃機関の振動状態に応じて前記弾性部材温度調整手段による弾性部材の温度を制御する構成としたため、エンジンの振動形態に応じた最適な防振或いは制振効果が得られる。

次に、本発明の防振支持装置の一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、パワーユニットを搭載し、或いは図示しないサスペンション装置を取付けるために、車両下部に配設されるサブフレームである。このサブフレーム１は、所謂井桁フレームであり、その四カ所の隅部が懸架支持装置２ＦＬ〜２ＲＲによって車体に取付けられる。なお、サブフレーム１は、一般に車体側の部材と見なされ、このサブフレーム１上にパワーユニット３が搭載されている。

前記パワーユニット３は、エンジン（内燃機関）４及び変速機５により構成されており、変速機５がエンジン４に対して車幅方向左側に連結されている。エンジン４は、直列４気筒のガソリンエンジンであり、所謂横置きに搭載されている。このパワーユニット３からは、計３個のブラケット６Ｆ、６Ｒ、７が突設されており、夫々、サブフレーム１上に取付けられた防振支持器８Ｆ、８Ｒ、９を介して車体に連結されている。このうち、エンジン４からは車両前後方向に向けて一つずつブラケット６Ｆ、６Ｒが突設されており、それらのブラケット６Ｆ、６Ｒが連結される防振支持器８Ｆ、８Ｒは能動型防振支持器であり、コントロールユニット１０からの制御信号によって、後述する弾性部材の温度が制御される。なお、変速機５から突設されたブラケット７を車体に連結する防振支持器９は通常のゴムブッシュ等である。

前記能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒは、図２のように構成されている。即ち、下方に開放するドーム状をなした肉厚の弾性体からなる防振ゴム２２の上端には、円板２３が接合されている。この円板２３には、その中心に、前記エンジン４から突設されたブラケット６Ｆ、６Ｒを固定するためのボルト２４ａが上向きに圧入されており、このボルト２４ａの側方に、回転を防止する廻止ピン２５ａが圧入されている。

防振ゴム２２の下部の周囲には、円筒状の側部材２６が接合されている。また、防振ゴム２２の下方には、所定の空間をあけて、上に凸の容器状の仕切部材２０が配設されている。そして、底部材２７によって、前記側部材２６の下端縁周部、防振ゴム２２の下端縁周部、仕切部材２１の下端縁周部を同時にカシメて固定され、これにより、前記仕切部材２１と防振ゴム２２との間に空気室２１が形成されている。
更に、底部材２７には、その中心に、前記サブフレーム１に固定するためのボルト２４ｂが下向きに圧入されており、このボルト２５ｂの側方に、回転を防止する廻止ピン２５ｂが圧入されている。

また、この能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒでは、前記防振ゴム２２の上端部中央に丸い窪みが形成されている。従って、窪みと円板２３との間には隙間がある。そして、この窪みの内側面に、防振ゴム２２の温度を調整する温度調整部１１が取付けられている。温度調整部１１の構成は、後段に詳述する。また、前記防振ゴム２２の内部には、当該防振ゴム２２自体の温度を検出する温度センサ１２が埋設されている。
この能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒでは、前記防振ゴム２２の弾性力と、前記空気室２１の空気バネ作用によって、パワーユニット３の荷重を支持し、或いはパワーユニット３からの振動入力を吸収或いは遮断することができる。

次に、前記温度調整部１１の構成について、図３を用いて説明する。図３は、温度調整部１１の断面図であり、理解を容易にするために、前記丸い窪みに沿った形状を平坦にならして記述したものである。この温度調整部１１では、二枚の絶縁電熱板３１の間に、複数のＮ型半導体３２とＰ型半導体３３とが交互に且つ連続的に配設されている。そして、交互に並んでいるＮ型半導体３２とＰ型半導体３３のうち、図示上方の絶縁電熱板３１ａ側では、図示右方のＮ型半導体３２と図示左方のＰ型半導体３３とが金属電極３４によって接続され、図示下方の絶縁電熱板３１ｂ側では、図示左方のＮ型半導体３２と図示右方のＰ型半導体３３とが金属電極３４によって接続されている。つまり、交互に配設されたＮ型半導体３２ＰＮ型半導体３３とは、二枚の絶縁電熱板３１の間で、交互に接続されていることになる。なお、図示両端の金属電極３４は、前記コントロールユニット１０に接続されている。また、図示下方の絶縁電熱板３１ｂは、前記能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２に接着されている。

一般に、このような構成の温度調整部１１は、熱電素子（ペルチェ素子）と呼ばれており、例えば両端の金属電極３４に直流電流を印加すると、絶縁電熱板３１の上下面で吸熱現象と放熱現象が同時に起こる。例えば、図示左端の金属電極３４にマイナス、図示右端の金属電極３４にプラスの電圧を印加し、直流電流を流すと、絶縁電熱板３１ａの上側で吸熱現象が、絶縁電熱板３１ｂの下側で放熱現象が起こる。逆に、図示左端の金属電極３４にプラス、図示右端の金属電極３４印マイナスの電圧を印加し、直流電流を流すと、絶縁電熱板３１ａの上側で放熱現象が、絶縁電熱板３１ｂの下側で吸熱現象が起こる。従って、この熱電素子からなる温度調整部１１に供給する電力、つまり印加電圧、電流の向き、電流の大きさを制御することによって、加熱と吸熱とを自在に行うことができるので、防振ゴム２２の温度を自在に調整することが可能となる。

また、エンジン４内のクランクシャフトには、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、エンジン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ルユニット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ルユニット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ルユニット１０に入力される。このコントロールユニット２４は、エンジン１が運転状態にあるときに、図３４示す防振ゴム温度制御を実行して、前述した温度調整部１１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、コントロールユニット２４で実行する連通制御処理を、図４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、エンジンコントロールユニットから入力されるクランク角信号及び燃料噴射信号並びに温度センサ１２で検出される前後の能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２の温度Ｔ_F 、Ｔ_R を読込む。このうち、クランク角信号は、例えば図５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。また、図５に示すように、ＨｉーＬｏで表れる燃料噴射信号は、Ｌｏのときに燃料が噴射される。

次にステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１で読込んだクランク角信号に基づいて、エンジン４の回転速度ＮＥを算出すると共に、燃料噴射信号に基づいて、燃料噴射時間Ｔ_INJ を算出する。
次にステップＳ３に移行して、前記ステップＳ２で算出Ｓれたエンジン回転速度ＮＥ及び燃料噴射時間Ｔ_INJ に基づいて、例えば図６の制御マップに従って、前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0を算出設定する。この制御マップの意味合い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で算出された前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0から前記ステップＳ１で読込まれた温度Ｔ_F 、Ｔ_R を減じて温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R を算出する。
次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ４で算出された前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R に基づいて前記熱電素子からなる温度調整部１１への制御信号、つまり印加電圧、電流の向き、電流の大きさといった電力制御信号を創成し、それを出力してからメインプログラムに復帰する。

次に、前記前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0並びに温度調整部１１への制御信号の創成方法について説明する。
まず、エンジン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。エンジンの振動の起振力或いは加振力には、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加振力とがある。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、燃料噴射量は、後述するように、燃料噴射器による燃料噴射時間Ｔ_INJ に比例する。

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。これがエンジンの慣性加振力による振動である。従って、この慣性加振力による振動は、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る。つまり、慣性加振力の変数はクランクシャフトの回転速度、即ちエンジン回転速度ＮＥとなる。

このように、エンジンの振動形態は、燃料噴射信号等のエンジンの負荷を示す情報と、エンジン回転速度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Ｔ_INJ が得られ、この燃料噴射時間Ｔ_INJ に燃料噴射器の流量を乗ずれば燃料噴射量が得られることから、燃料噴射時間Ｔ_INJ をパラメータとして燃焼起振力の大きさを求めることができる。

そこで、この燃料噴射時間Ｔ_INJ とエンジン回転速度ＮＥとを用い、図６に示す三次元制御マップから、前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２の基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0を設定する。この基準温度Ｔ_FO、Ｔ_R0は、燃料噴射時間Ｔ_INJ 及びエンジン回転速度ＮＥで決まるエンジンの振動形態を、前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２で最も効率よく吸収及び遮断できる温度、つまり防振ゴム２２の弾性係数や減衰係数を得るためのものであり、前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２の温度を基準温度Ｔ_FO、Ｔ_R0に追従させることでエンジン振動の車体への伝達を抑制防止することができる。本実施形態では、例えば各能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒのサブフレーム１側取付点における振動が最小となる温度を基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0としたが、その他にも、フロア振動、ステアリング振動、車室内振動などを評価点とすることも可能である。また、エンジンの回転速度ＮＥに応じて評価点を使い分けたり、複数の評価点の重み付け和を用いたりすることも可能である。

このようにして設定された能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0と現在の温度Ｔ_F 、Ｔ_R との温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R を算出し、その温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R がゼロになるように温度調整部１１への制御信号を創成することにより、能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの弾性係数や減衰係数を調整してエンジン振動の車体への伝達を抑制防止することができる。

従って、本実施形態の防振支持装置によれば、弾性部材である防振ゴム２２の温度を調整する温度調整部１１を備え、エンジン４の振動状態を検出し、その検出されたエンジン４の振動状態に応じて前記温度調整部１１による防振ゴム２２の温度を制御する構成としたため、エンジン４の振動形態に応じた最適な防振或いは制振効果が得られる。また、流体配管が不要なので、実施化し易い。

また、温度センサ１２で検出された防振ゴム２２の温度に応じて前記温度調整部１１による防振ゴム２２の温度を制御する構成としたため、防振ゴム２２の温度制御の精度を高めて、エンジン４の振動形態に応じた最適な防振或いは制振効果が得られる。
また、熱電素子からなる温度調整部１１への印加電力を調整することにより防振ゴム２２の温度を制御する構成としたため、防振ゴム２２の加熱・吸熱とを自在に行うことができるので、防振ゴム２２の温度を自在に調整することが可能となる。

以上より、前記図２の防振ゴム２２が本発明の弾性部材を構成し、以下同様に、前記図２及び図３の温度調整部１１が弾性部材温度調整手段を構成し、前記図４の演算処理のステップＳ１及びステップＳ２が内燃機関振動状態検出手段を構成し、前記図４の演算処理のステップＳ３〜ステップＳ５が弾性部材温度制御手段を構成し、前記図２の温度センサ１２及び図４の演算処理のステップＳ１が弾性部材温度検出手段を構成している。

次に、本発明の防振支持装置の他の実施形態として、前記コントロールユニット２４で実行する連通制御処理の他の例を、図７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Ｓ１１で、走行状態検出手段として設けられた各種のセンサから、スロットル開度、ブレーキ液圧、変速装置のシフト位置、エンジン回転数、前後加速度、横加速度並びに温度センサ１２で検出される前後の能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの防振ゴム２２の温度Ｔ_F 、Ｔ_R を読込む。

次にステップＳ１２に移行して、前記ステップＳ１１で読込んだ各状態に応じた前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0を、例えば前記第１実施形態と同様に制御マップなどに従って算出設定する。
次にステップＳ１３に移行して、前記ステップＳ１２で算出された前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの基準温度Ｔ_F0、Ｔ_R0から前記ステップＳ１１で読込まれた温度Ｔ_F 、Ｔ_R を減じて温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R を算出する。

次にステップＳ１４に移行して、前記ステップＳ１３で算出された前後能動型防振支持器８Ｆ、８Ｒの温度差ΔＴ_F 、ΔＴ_R に基づいて前記熱電素子からなる温度調整部１１への制御信号、つまり印加電圧、電流の向き、電流の大きさといった電力制御信号を創成し、それを出力してからメインプログラムに復帰する。
従って、本実施形態の防振支持装置によれば、車両の走行状態を検出し、その検出された車両の走行状態に応じて前記温度調整部１１による防振ゴム２２の温度を制御する構成としたため、車両の走行状態に応じた最適な防振或いは制振効果が得られる。また、流体配管が不要なので、実施化し易い。

以上より、前記図２の防振ゴム２２が本発明の弾性部材を構成し、以下同様に、前記図２及び図３の温度調整部１１が弾性部材温度調整手段を構成し、前記図７の演算処理のステップＳ１１が走行状態検出手段を構成し、前記図７の演算処理のステップＳ３〜ステップＳ４が弾性部材温度制御手段を構成し、前記図２の温度センサ１２及び図７の演算処理のステップＳ１が弾性部材温度検出手段を構成している。

なお、前記実施形態では、防振ゴムを弾性部材として用い、その温度を調整することで弾性係数や減衰係数を制御し、もってエンジンから車体に伝達される振動を抑制防止するものとしたが、流体室やオリフィスを設けて流体を流動させることにより防振効果を得る防振支持器とし、流体を弾性部材として、その温度を調整することで流体室の弾性係数やオリフィスの減衰係数を制御するものとしてもよい。

また、前記各実施形態では、能動型防振支持器を二つ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一つだけ、或いは三つ以上用いた場合にも、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、弾性部材の温度制御信号を制御マップに従って求める場合について詳述したが、その他の手法を用いて制御信号を創成するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、コントロールユニット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。

本発明の内燃機関防振支持装置の一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２の温度調整部に用いられる熱電素子の縦断面図である。 図１のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。 クランク角信号及び燃料噴射信号の説明図である。 図４の演算処理に用いられる制御マップである。 図１のコントロールユニットで行われる演算処理の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１はサブフレーム（車体）
２ＦＬ〜２ＲＲは懸架支持装置
３はパワーユニット
４はエンジン（内燃機関）
５は変速機
８Ｆ、８Ｒは能動型防振支持器
１０はコントロールユニット
１１は温度調整部
１２は温度センサ
２１は空気室
２２は防振ゴム（弾性部材）

Claims (4)

1. 弾性部材を具備し、内燃機関と車体との間に介在して、当該内燃機関からの入力振動を吸収及び遮断する防振支持装置であって、前記弾性部材の温度を調整する弾性部材温度調整手段と、前記内燃機関の振動状態を検出する内燃機関振動状態検出手段と、前記内燃機関振動状態検出手段で検出された内燃機関の振動状態に応じて前記弾性部材温度調整手段による弾性部材の温度を制御する弾性部材温度制御手段とを備えたことを特徴とする防振支持装置。
2. 弾性部材を具備し、内燃機関と車体との間に介在して、当該内燃機関からの入力振動を吸収及び遮断する防振支持装置であって、前記弾性部材の温度を調整する弾性部材温度調整手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記走行状態検出手段で検出された車両の走行状態に応じて前記弾性部材温度調整手段による弾性部材の温度を制御する弾性部材温度制御手段とを備えたことを特徴とする防振支持装置。
3. 前記弾性部材の温度を検出する弾性部材温度検出手段を備え、前記弾性部材温度制御手段は、前記弾性部材温度検出手段で検出された弾性部材の温度に応じて前記弾性部材温度調整手段による弾性部材の温度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の防振支持装置。
4. 前記弾性部材温度調整手段が熱電素子で構成され、前記弾性部材温度制御手段は、前記熱電素子からなる弾性部材温度調整手段への印加電力を調整することにより弾性部材の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の防振支持装置。

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