JP2006232108A - エンジンの防振支持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多気筒エンジンの能動型防振支持装置の防振機能を高める。
【解決手段】 第１工程で各々の気筒が作動する毎にエンジンの振動状態を推定し、第２工程で前記第１工程で推定したエンジンの振動状態から能動型防振支持装置の制御量を算出し、第３工程で前記第１工程で作動した気筒と同じ気筒が次回に作動したときに前記第２工程で算出した制御量を用いて能動型防振支持装置の作動を制御するので、所定の気筒が作動したときに推定したエンジンの振動状態に基づいて前記所定の気筒と異なる気筒が作動したときに能動型防振支持装置の作動が不適切に制御されることがなくなり、能動型防振支持装置の防振機能を有効に発揮させることができる。特に、エンジンの回転数の変化率が所定値以下のときに、即ち所定の気筒が前回作動したときの振動状態と今回作動したときの振動状態との差が小さいときに前記制御を行うので、能動型防振支持装置の防振機能を一層効果的に発揮させることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の気筒を有するエンジンの振動状態を推定し、その振動状態に基づいて能動型防振支持装置の作動を制御するエンジンの防振支持方法に関する。

従来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（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００４−３６５３０号公報

ところで、多気筒エンジンでは個々の気筒の動弁系や燃料噴射量に微妙な差異があるため、各気筒が作動したときのエンジンの振動状態は同じではなく、僅かに異なっているのが通常である。従って、所定の気筒が作動したときにエンジンの振動状態を推定し、そのエンジンの振動状態に基づいて能動型防振支持装置の作動を制御しても、そのときに作動している気筒はエンジンの振動状態を推定したときに作動した気筒と一致しない場合があり、そのために能動型防振支持装置が充分な防振機能を発揮できない場合があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、多気筒エンジンを支持する能動型防振支持装置の防振機能を高め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、複数の気筒を有するエンジンの振動状態を推定し、その振動状態に基づいて能動型防振支持装置の作動を制御するエンジンの防振支持方法において、各々の気筒が作動する毎にエンジンの振動状態を推定する第１工程と、前記第１工程で推定したエンジンの振動状態から能動型防振支持装置の制御量を算出する第２工程と、前記第１工程で作動した気筒と同じ気筒が次回に作動したときに前記第２工程で算出した制御量を用いて能動型防振支持装置の作動を制御する第３工程とを含むことを特徴とするエンジンの防振支持方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、エンジンの回転数の変化率が所定値以下のときに、前記第１工程ないし第３工程による能動型防振支持装置の制御を行うことを特徴とするエンジンの防振支持方法が提案される。

請求項１の構成によれば、第１工程で各々の気筒が作動する毎にエンジンの振動状態を推定し、第２工程で前記第１工程で推定したエンジンの振動状態から能動型防振支持装置の制御量を算出し、第３工程で前記第１工程で作動した気筒と同じ気筒が次回に作動したときに前記第２工程で算出した制御量を用いて能動型防振支持装置の作動を制御するので、所定の気筒が作動したときに推定したエンジンの振動状態に基づいて前記所定の気筒と異なる気筒が作動したときに能動型防振支持装置の作動が不適切に制御されることがなくなり、各気筒により異なるエンジンの振動状態のばらつきを吸収して能動型防振支持装置の防振機能を有効に発揮させることができる。

請求項２の構成によれば、エンジンの回転数の変化率が所定値以下のときに、即ち所定の気筒が前回作動したときの振動状態と今回作動したときの振動状態との差が小さいときに前記第１工程ないし第３工程による能動型防振支持装置の制御を行い、加減速時等のエンジンの回転数の変化率が大きいときは本制御を中止するので、能動型防振支持装置の防振機能を一層効果的に発揮させることができる。

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４は本発明の一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部拡大図、図３は能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャート、図４は能動型防振支持装置の作用を説明するタイムチャートである。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる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）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、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａがエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２の外周に配置されたボビン４５と、ボビン４５に巻き付けられたコイル４６と、コイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、ボビン４５の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

エンジン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と、各気筒のＴＤＣパルスを検出するＴＤＣパルスセンサＳｂとが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。本実施例のエンジンは三気筒であり、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、またＴＤＣパルスはクランクシャフト６２の２回転につき３回、つまりクランクアングルの２４０°毎に１回出力される。

次に、上記構成を備えた能動型防振支持装置Ｍの作用について説明する。

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、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５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、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９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、エンジンから車体フレーム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４１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３０および第３液室３５を接続する連通路３２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４１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４１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およびＴＤＣパルスセンサＳｂからの信号に基づいて能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１のコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図３のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１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むとともに、ＴＤＣパルスセンサＳｂからクランクアングルの２４０°毎に出力されるＴＤＣパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるＴＤＣパルス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Ｓ３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Ｓ４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Ｓ５でエンジンのクランクシャフト６２回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト６２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Ｓ６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Ｓ７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Ｓ８でアクチュエータ４１のコイル４６に印加する電流のデューティ波形を決定するとともに、前記振幅のボトム位置をＴＤＣパルスと比較することで電流のデューティの出力タイミングを決定する。

続くステップＳ９でエンジンが一定速度で運転しているとき、つまりエンジン回転数の変化率が所定値以下のときに、ステップＳ１０で能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１のコイル４６へのデューティの出力を、隣接するＴＤＣの間隔分（１ＴＤＣ＝クランクアングルで２４０°）だけディレイさせる。

能動型防振支持装置Ｍは以下のようにして防振機能を発揮する。

即ち、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

次に、図３のフローチャートのステップＳ１０の意味するところを、図４〜図６のタイムチャートに基づいて更に説明する。

図５は従来例を示すタイムチャートである。この従来例は、♯１気筒〜♯３気筒の燃焼圧力が均一であってクランクシャフトの回転変動が各気筒毎に均一であり、従って能動型防振支持装置Ｍの位置での振動波形も各気筒毎に均一であると仮定した場合に相当する。♯１気筒のＴＤＣを含むクランクアングルで２４０°の区間にクランクパルスおよびＴＤＣパルスを読み込み、次の♯２気筒のＴＤＣを含むクランクアングルで２４０°の区間に演算を行って♯１気筒の燃焼に伴う振動波形およびその位相を決定し、次の♯３気筒のＴＤＣを含むクランクアングルで２４０°の区間に能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１にデューティを出力する。

この場合、♯１気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯３気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯２気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯１気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯３気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯２気筒の燃焼により生じる振動を打ち消すことになるが、上述したように振動波形が各気筒毎に均一である場合にはエンジン振動を支障なく低減することができる。

しかしながら、図６に示すように、実際には各気筒毎の動弁系のクリアランスのばらつきや燃料噴射量のばらつき等が存在するため、♯１気筒〜♯３気筒の燃焼圧力が不均一になってクランクシャフトの回転変動も各気筒毎に不均一になるのが普通である。この場合、♯１気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯３気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯２気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯１気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯３気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯２気筒の燃焼により生じる振動を打ち消そうとしても、各気筒毎に振動波形が異なるためにエンジン振動が打ち消されずに残存してしまい、能動型防振支持装置Ｍの性能が充分に発揮されない可能性がある。

そこで図４に示す本実施例では、図６に示す従来例の能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に出力するデューティ（鎖線参照）を更に１ＴＤＣだけディレイさせ、♯１気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯１気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯２気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯２気筒の燃焼により生じる振動を打ち消し、♯３気筒の燃焼による振動から算出したデューティで♯３気筒の燃焼により生じる振動を打ち消すことで、各気筒毎に振動波形が異なる場合であっても能動型防振支持装置Ｍの性能を充分に発揮させることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、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、実施例では三気筒エンジンを例示したが、本発明は他の気筒数のエンジンに対しても適用することができる。四気筒エンジンの場合には、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に出力するデューティを更に２ＴＤＣ（クランクアングルで３６０°）だけディレイさせることで、♯１気筒〜♯４気筒の燃焼による振動から算出したデューティで、それぞれ次回の♯１気筒〜♯４気筒の燃焼により生じる振動を打ち消せば良い。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャート 能動型防振支持装置の作用を説明するタイムチャート 従来の能動型防振支持装置の作用を説明するタイムチャート（エンジン回転数の変動がないとき） 従来の能動型防振支持装置の作用を説明するタイムチャート（エンジン回転数の変動があるとき）

符号の説明

Ｅ エンジン
Ｍ 能動型防振支持装置
Ｕ 電子制御ユニット

Claims (2)

1. 複数の気筒を有するエンジンの振動状態を推定し、その振動状態に基づいて能動型防振支持装置の作動を制御するエンジンの防振支持方法において、
   各々の気筒が作動する毎にエンジンの振動状態を推定する第１工程と、
   前記第１工程で推定したエンジンの振動状態から能動型防振支持装置の制御量を算出する第２工程と、
   前記第１工程で作動した気筒と同じ気筒が次回に作動したときに前記第２工程で算出した制御量を用いて能動型防振支持装置の作動を制御する第３工程と、
   を含むことを特徴とするエンジンの防振支持方法。
2. エンジンの回転数の変化率が所定値以下のときに、前記第１工程ないし第３工程による能動型防振支持装置の制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの防振支持方法。
   

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