JP2009168074A - フライホイール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置を提供するとともに、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮することのできるフライホイール装置を提供する。
【解決手段】クランク軸に連結される第１フライホイール１２と、クランク軸に対し回転可能な第２フライホイール１４との間に、これらを互いに回転伝動可能に係合させる係合機構１３を介在させたフライホイール装置において、第２フライホイール１４の慣性力を制御する慣性力制御部３１と、両フライホイール１２、１４の間の捩り特性を制御する捩り特性制御部３２と、慣性力制御部３１および捩り特性制御部３２の作動を制御し、設定回転速度に達しない低回転速度域では、第２フライホイール１４の慣性力を設定慣性力以下に低減させるとともに、両フライホイール１２、１４の間の捩り剛性を設定捩り剛性以上に高める特性制御部３３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、フライホイール装置、特に回転軸に支持された第１の慣性質量体とそれに対し相対回転可能な第２の慣性質量体とを備えた所謂デュアルマスタイプのフライホイール装置に関する。

車両用エンジンの出力部等に装着されるフライホイール装置においては、単一の慣性質量では解消できない中・高回転速度域におけるトランスミッションやタイヤ（車輪）の共振を抑えるべく、クランク軸に支持された第１フライホイールとそれに対し相対回転可能な第２フライホイールとを選択的に一体接続するようにしてフライホイール全体としての慣性質量を変化させることができるようにしたデュアルマスタイプのものが知られている。このようなフライホイール装置、特に車両用のフライホイール装置では、こもり音や駆動系の異音等に対する対策の必要から、アイドル回転数を超える回転速度域に共振点を設定することができず、アイドル回転数以下の低回転速度域に共振点が設定されるのが一般的である。

従来のこの種のフライホイール装置としては、例えば低回転速度域の共振点通過時に大きくなる第１フライホイールと第２フライホイールの相対回転を利用してレバー式の摩擦ロック機構を作動させ、第１フライホイールと第２フライホイールとを一体にロックするものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、第２フライホイールを磁力により第１フライホイールに追従回転させる非接触式とし、その磁力をクランク回転速度に応じてＯＮ・ＯＦＦ切替えするようにして、アイドル回転領域のクランク軸の捩り共振周波数以下の低周波帯域では第２フライホイールを第１フライホイールに追従回転させないようにして振動伝達率を低減させるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、フライホイールの一部を構成する環状の慣性質量体を周方向に隣り合う複数の弧状の分割体によって構成し、フライホイール本体に内外に離間して装着された環状の永久磁石および電磁石のうちいずれか一方に複数の弧状の分割体を吸着させるよう電磁石の磁力を変化させて、フライホイールの慣性モーメントを切り替えるようにしたもの（例えば、特許文献３参照）や、フライホイールを構成する環状の慣性質量体を周方向に隣り合う複数の弧状の分割体によって構成するとともにこれらの分割体をばねにより回転軸側に付勢して、低回転速度域で小径のフライホイールを高回転速度域では分割体の遠心力に伴うばねの伸張によって大径のフライホイールに変化させ、慣性を大きくするようにしたもの（例えば、特許文献４参照）がある。

なお、車両用のフライホイール装置ではないが、回転軸に支持された軸取付体と慣性体とに回転方向に同一極性の磁極を対向させるよう磁石を支持させ、これら軸取付体と慣性体との軸方向の取付間隔を調節することで、これら軸取付体と慣性体の間の捩り剛性を調整し、共振周波数を可変設定するようにしたものが知られている（例えば、特許文献５参照）。
特開平１０−２６１８６号公報 特開平０６−１１７４８９号公報 特開平１１−５０８５６号公報 特開平０８−１７７９８１号公報 特開２００７−２４０７２６号公報

しかしながら、低回転速度域の共振点通過時に摩擦ロック機構により第１フライホイールと第２フライホイールとを一体にロックする従来のフライホイール装置や、フライホイールを構成する複数の弧状の分割体をばねにより回転軸側に付勢する従来のフライホイール装置にあっては、機械的な構成で特性切替を行うことから、製造誤差によるばらつきを抑える管理が不可欠であるばかりか、共振周波数のずれに対応できないという問題がある。そのため、アイドル回転数以下にある共振点を回避できない場合に、エンジン始動時やエンジンストール直前に所謂引き込み共振が発生してしまう。

また、電磁石のＯＮ・ＯＦＦ切り替えによって低回転速度域で慣性を増大させたり捩り剛性を低下させたりする従来のフライホイール装置にあっても、例えばチップイン操作時のような急な加減速に対して十分な捩り剛性が得られず、その過渡応答入力によるいわゆるシャクリ・ショック（駆動系の捩り共振に伴う車両の前後方向への揺り返し）が生じ易いという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置を提供するとともに、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮することのできるフライホイール装置を提供することを目的とする。

本発明に係るフライホイール装置は、上記目的達成のため、（１）回転軸に連結される第１の慣性質量体と、前記回転軸に対し回転可能な第２の慣性質量体との間に、両慣性質量体を互いに回転伝動可能に係合させる係合機構を介在させたフライホイール装置において、前記第２の慣性質量体の慣性力を制御する慣性力制御手段と、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記係合機構を介した捩り特性を制御する捩り特性制御手段と、前記慣性力制御手段および前記捩り特性制御手段の作動を制御して、予め設定された設定回転速度に達しない低回転速度域では、前記第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、低回転速度域での回転時には、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御がなされ、低回転速度域から高回転速度側に共振点が回避される。一方、中・高回転速度領域での回転時には、第２の慣性質量体の慣性力が設定慣性力以下に低減されるとともに第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性が設定捩り剛性以上に高められる、ということがなく、低回転速度域側に共振点が回避されることになる。したがって、低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置となる。

また、本発明に係るフライホイール装置は、上記目的達成のため、（２）回転軸に連結される第１の慣性質量体と、前記回転軸に対し回転可能な第２の慣性質量体との間に、両慣性質量体を互いに回転伝動可能に係合させる係合機構を介在させたフライホイール装置において、前記第１の慣性質量体への入力回転について予め設定された変化率以上の急な回転速度変化を検出する急変動検出手段と、前記第２の慣性質量体の慣性力を制御する慣性力制御手段と、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記係合機構を介した捩り特性を制御する捩り特性制御手段と、前記急変動検出手段によって前記第１の慣性質量体への入力回転に前記予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されたとき、前記慣性力制御手段および前記捩り特性制御手段の作動を制御して、前記第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されると、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御がなされ、捩り共振による過大な振動伝達が回避される。したがって、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮することのできるフライホイール装置を提供することができる。

上記（１）または（２）の構成を有するフライホイール装置においては、（３）前記回転軸がエンジンの出力軸であり、前記設定回転速度が前記エンジンのアイドル回転数であるのがよい。

この構成により、機構的にはアイドル回転数以下の低回転速度域に共振点を持つデュアルマスタイプのフライホイール装置と類似しながらも、アイドル回転数以下の低回転速度域で運転される場合や急な加減速の場合に、特性制御によって第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高められ、捩り共振が回避される。

上記（１）〜（３）の構成を有するフライホイール装置においては、（４）前記慣性力制御手段が、前記回転軸を支持する支持体側から前記第２の慣性質量体の回転を選択的に抑制するとともに、該抑制の程度を変化させて前記第２の慣性質量体の慣性力を制御するのが好ましい。

この構成により、適切なタイミングで、第２の慣性質量体の回転を選択的に抑制して、第２の慣性質量体の慣性力を制御できる。

上記（４）の構成を有するフライホイール装置は、好ましくは、（５）前記慣性力制御手段が、前記回転軸を支持する支持体側に支持され、回転する前記第２の慣性質量体にうず電流を発生させて前記第２の慣性質量体の回転を抑制するものである。

この構成により、第２の慣性質量体の外周部から容易に慣性力が制御でき、慣性力制御手段の作動音や振動も生じない。

上記（１）〜（５）の構成を有するフライホイール装置においては、（６）前記捩り特性制御手段が、前記係合機構を介した前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記捩り剛性と、前記係合機構を介した前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り減衰特性と、を制御するのが好ましい。

この構成により、低回転速度域でも急な加減速の場合でも、捩り共振を回避できる。

上記（６）の構成を有するフライホイール装置においては、（７）前記捩り特性制御手段が、前記第１の慣性質量体に支持された一方の磁石部および該一方の磁石部の近傍で前記第２の慣性質量体に支持された他方の磁石部を有し、該一方および他方の磁石部の間の磁力を可変制御することにより、前記捩り剛性と前記捩り減衰特性とを制御するのが好ましい。

この構成により、急な加減速の場合にも、確実に捩り共振を回避できる。

上記（１）〜（７）の構成を有するフライホイール装置においては、（８）前記特性制御手段によって前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性が前記設定捩り剛性以上に高められるとき、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体が前記係合機構を介して回転方向一体に係合するようにしても好ましい。

この構成により、例えばアイドル回転数以下では共振点のない従来のクラッチディスクのように、低回転速度域での特性が安定したものとなる。

上記（１）〜（８）の構成を有するフライホイール装置においては、（９）前記特性制御手段が、前記エンジンの爆発周期に対応する周期で、前記第１の慣性質量体の回転変動に対する前記第２の慣性質量体の回転変動の比を最小化する制御を実行するのがよい。

この構成により、回転変動を惹起するエンジンの爆発燃焼行程毎に振動伝達特性をきめ細かに制御でき、低回転速度域でも急な加減速の場合でも、捩り共振を回避できる有効なダンパ効果を発揮させることができる。

本発明のフライホイール装置によれば、低回転速度域での回転時には、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置を提供することができる。

また、本発明のフライホイール装置によれば、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されると、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮し、捩り共振を回避することのできるフライホイール装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るフライホイール装置とそれを搭載した車両の振動系をモデル化して示す概略ブロック構成図であり、図２は、一実施形態に係るフライホイール装置の要部断面構成図であり、図３は、図２のＡ方向矢視図である。

まず、構成について説明する。

図１および図２に模式的に示すように、本実施形態のフライホイール装置は、クランク軸・補機系回転要素１１と、第１の質量慣性体である第１フライホイール１２と、後述する係合機構１３と、クランク軸１１ａの軸端部に軸受１１ｃを介して回転自在に支持された第２フライホイール１４（第２の慣性質量体である）とを備えており、第２フライホイール１４は係合機構１３を介して第１フライホイール１２に対し相対回転可能に係合している。

クランク軸・補機系回転要素１１は、詳細は図示しないが、多気筒内燃エンジンの出力軸であるクランク軸１１ａと、クランク軸１１ａに駆動連結される回転負荷であるオルタネータやエアコンディショナ用コンプレッサ等の補機系（詳細図示せず）からなる。

第１フライホイール１２は、回転軸であるクランク軸１１ａの出力端部側に一体に接続されており、その外周部に図示しないスタータモータのピニオンに噛合する始動用のリングギヤ１２ａが形成されている。

第２フライホイール１４は、クランク軸１１ａの出力端部に軸受１１ｃを介して回転可能に支持されており、その外周部に回転計測用の歯状の凹凸１４ｂを有する環状板部１４ａを有している。

係合機構１３は、機能的には、捩り剛性を生じる捩り弾性要素Ｋ１と、捩り系の減衰要素Ｃ１と、捩り特性にヒステリシスを生じさせる摩擦要素Ｆ１とで表わされる機構を有しており、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の相対回転を弾性的に抑制するように回転方向の付勢力を発生するとともに、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の間で相対回転（捩り）を許容しつつトルク伝達をなすようになっている。

また、第２フライホイール１４には、クラッチカバー１５、クラッチディスク１６および変速機構１７（ドライブシャフト慣性を含む）の慣性質量が接続されており、変速機構１７には捩り剛性Ｋ２およびジョイント部の減衰要素Ｃ２を含むドライブシャフト１８を介してタイヤ１９（車輪）の慣性質量が接続され、さらにタイヤ１９の捩り剛性Ｋ３および減衰機能Ｃ３を介して車両系慣性質量２０が接続されている。

係合機構１３は、捩り弾性要素Ｋ１としてのスプリングや、摩擦要素Ｆとしての摩擦面を併用するものであってもよいが、図２および図３に示すように、少なくとも１組の一方および他方の磁石部３５、３６を含んでいる。

これら一方および他方の磁石部３５、３６は、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の間で回転方向に対向するよう同一円周上に配置されており、一方の磁石部３５は、第１フライホイール１２に支持された電磁石によって構成されている。また、他方の磁石部３６は、一方の磁石部３５の近傍で第２フライホイール１４に支持された電磁石によって構成されている。この場合、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６のうち少なくとも一方が励磁されることで一方の磁石部３５と他方の磁石部３６を互いに吸引させることができ、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の双方が励磁されることで、その極性（電磁石コイルへの通電方向）に応じて一方の磁石部３５と他方の磁石部３６をより強く吸引させたり、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６を互いに反発させたりすることができる。

なお、他方の磁石部３６は、一方の磁石部３５の近傍で第２フライホイール１４に支持された永久磁石であってもよいし、永久磁石の両磁極側に軟磁性の磁性体を装着したものであってもよい。

一方の磁石部３５は、第１フライホイール１２に絶縁状態で装着された電気配線３７ａおよびクランク軸１１ａに絶縁状態で装着された導体リング３７ｂを通して、電子制御ユニット３０から給電・励磁されるようになっている。

また、他方の磁石部３６は、第２フライホイール１４に絶縁状態で装着された電気配線３８ａ、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の間（あるいはクランク軸１１ａと第２フライホイール１４の間）に介在する公知のスリップリング３８ｂ、第１フライホイール１２に絶縁状態で装着された電気配線３８ｃおよびクランク軸１１ａに絶縁状態で装着された導体リング３８ｄを通して、電子制御ユニット３０から給電・励磁されるようになっている。なお、一方および他方の磁石部３５、３６は、図２中に示すグランド側の導体リング３９にもそれぞれ配線接続されている。

電子制御ユニット３０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性のバックアップ用メモリに加えて、Ａ／Ｄ変換器等を有する入力インターフェース回路と、ドライバ回路を有する出力インターフェース回路とを含み、さらに定電圧電源を含んで構成されている。

また、この電子制御ユニット３０の入力インターフェース回路には、エンジン１に装着された各種のセンサ、例えば図１に示すように、吸入空気量を検出するエアフローメータ４１、クランク軸の所定回転角度毎の回転（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４３、車速を検出する車速センサ４４、第１フライホイール１２の所定角度毎の回転を検出する第１ホイール回転センサ４５、第２フライホイール１４の所定角度毎の回転を検出する第２ホイール回転センサ４６、クラッチのＯＮ・ＯＦＦを検出するクラッチセンサ４７、および、シフトレバーの操作位置を検出するシフト位置センサ４８がそれぞれ接続されており、これらセンサ群からのセンサ情報が電子制御ユニット３０に取り込まれるようになっている。また、図示しないが、この電子制御ユニット３０の出力インターフェース回路には、インジェクタの他に、ディストリビュータを介して各点火プラグを駆動するイグナイタと、燃料ポンプをＯＮ・ＯＦＦさせるリレースイッチ回路等が接続されている。

電子制御ユニット３０のＣＰＵは、主としてＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭおよびバックアップメモリとの間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路から取り込んだセンサ情報や予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて演算処理を実行し、その結果に応じて出力インターフェース回路からの制御信号出力を行うことで、エンジンの電子制御を実行するようになっている。

すなわち、電子制御ユニット３０は、通常、例えばエアフローメータ４１及びクランク角センサ４２のセンサ情報から得られるエンジン１回転当りの吸入空気量に基づいて、所定の目標空燃比となる燃料噴射量に相当するインジェクタの基本燃料噴射時間を演算し、この基本燃料噴射時間に最適空燃比となるよう各センサ信号に基づく補正処理を加え、適正な燃料噴射量で特定のクランク角に達する時点でインジェクタからの燃料噴射を実行するために、複数の制御値を算出する。また、電子制御ユニット３０は、エンジンの運転状態に応じて、適正な点火時期やスロットル開度の制御等を実行するための複数の制御値をそれぞれ算出する。そして、電子制御ユニット３０の出力インターフェース回路からインジェクタを駆動し、エンジン内での燃料噴射量を目標噴射量に制御するための燃料噴射信号や、イグナイタを介して点火プラグの点火を制御する点火信号、あるいは燃料ポンプをＯＮ・ＯＦＦさせるリレースイッチの切替信号等をそれぞれ出力する。

電子制御ユニット３０は、上述の処理に加えて、以下に述べるように、本実施形態のフライホイール装置の特性制御を実行する機能を併有している。

すなわち、電子制御ユニット３０は、第２フライホイール１４の慣性力を制御する慣性力制御部３１（慣性力制御手段）と、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の係合機構１３を介した捩り特性を制御する捩り特性制御部３２（捩り特性制御手段）と、これら慣性力制御部３１および捩り特性制御部３２の作動を制御してフライホイール特性を制御する特性制御部３３（特性制御手段）と、の各機能を具備している。

慣性力制御部３１は、クランク軸１１ａを支持する支持体５１（例えば、シリンダブロック、またはこれと一体に結合されたトランスミッションケース）側から第２フライホイール１４の回転を選択的に抑制するとともに、その抑制の程度を変化させて第２フライホイール１４の慣性力を制御するようになっている。

具体的には、慣性力制御部３１は、支持体５１側に支持された電磁石５２を励磁駆動する励磁駆動回路を含んでおり、電磁石５２は、第２フライホイール１４の環状板部１４ａを両面側から挟む略コの字型のヨーク５２ａおよびそれに巻回されたコイル５２ｂを有している。また、電磁石５２は、コイル５２ｂに界磁発生電流が供給されるとき、回転する第２フライホイール１４中にうず電流を発生させて第２フライホイール１４の回転を抑制するもので、公知のうず電流式減速装置と同様な機能を有している。この場合、第２フライホイール１４の回転速度を増加または減少させる回転変動入力に対し、第２フライホイール１４の回転が抑制されることで、第２フライホイール１４の慣性力が増加したのと同様な状態となり、第２フライホイール１４の回転抑制が解除されるかその抑制力が低下することで、第２フライホイール１４の慣性力が減少したのと同様な状態となる。これら慣性力制御部３１、電磁石５２および第２フライホイール１４の環状板部１４ａは、全体として第２フライホイール１４の慣性力を制御する慣性力制御手段を構成している。

捩り特性制御部３２は、係合機構１３を介した第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性と、係合機構１３を介した第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り減衰特性とを制御するようになっている。

具体的には、捩り特性制御部３２は、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６とを励磁駆動するとともにその駆動電流（界磁発生電流）の電流値および周波数を変化させて、これら一方および他方の磁石部３５、３６の間に作用する磁力を可変制御する励磁制御回路を含んでおり、一方および他方の磁石部３５、３６の間の磁力を可変制御することで第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性および捩り減衰特性を制御できるようになっている。これら捩り特性制御部３２、一方の磁石部３５および他方の磁石部３６は、全体として第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り特性を制御する捩り特性制御手段を構成している。

特性制御部３３は、少なくともクランク角センサ４２、アクセル開度センサ４３、車速センサ４４、第１ホイール回転センサ４５および第２ホイール回転センサ４６からのセンサ情報、すなわち、エンジン回転数、アクセル開度、車速、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の相対回転速度Δθ（＝θ１−θ２；捩れ角）および回転変動ΔＪ１、ΔＪ２、並びに、点火信号に対応するエンジン爆発信号に基づいて、慣性力制御部３１および捩り特性制御部３２の作動を制御し、エンジン回転数が予め設定された設定回転速度、例えばアイドル回転数に達しない低回転速度域では、第２フライホイール１４の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるようになっている。なお、ここでの設定回転速度や設定捩り剛性は、例えば電子制御ユニット３０のバックアップメモリ内に予め記憶されている。

また、特性制御部３３は、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるときには、捩り特性制御部３２により、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の駆動電流を予め設定された駆動電流値に変化させ、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４が係合機構１３を介して回転方向一体に係合するよう、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６を作動させることができるようになっている。

また、電子制御ユニット３０は、クランク角センサ４２およびアクセル開度センサ４３の検出情報に基づき、クランク軸１１ａから第１フライホイール１２への入力回転について予め設定された変化率（すなわち、加速度または減速度）以上の急な回転速度変化を検出する急変動検出部３４（急変動検出手段）を有しており、例えばチップイン入力のような急激なアクセルワーク時には、この急変動検出部３４によって第１フライホイール１２への入力回転の急な回転速度変化が検出されるようになっている。具体的には、急変動検出部３４は、図５に示すように、アクセル開度の一定時間毎の変化率が予め設定したしきい値の変化率Ｓａ以上になると、急加速・急減速領域のアクセルワークであると判定する。

そして、電子制御ユニット３０の特性制御部３３は、この急変動検出部３４によって第１フライホイール１２への入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されると、例えば、クランク角センサ４２、アクセル開度センサ４３、車速センサ４４、第１ホイール回転センサ４５、第２ホイール回転センサ４６、クラッチセンサ４７およびシフト位置センサ４８からのセンサ情報、すなわち、エンジン回転数、アクセル開度、車速、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の相対回転速度、すなわち一定時間毎の相対回転角Δθ（＝θ１−θ２）、回転変動ΔＪ１、ΔＪ２、クラッチＯＮ・ＯＦＦ信号、シフト位置信号、並びに、点火信号に対応するエンジン爆発信号に基づいて、慣性力制御部３１および捩り特性制御部３２の作動を制御し、第２フライホイール１４の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるようになっている。なお、ここでの設定慣性力および設定捩り剛性は、上述した低回転速度域における慣性力の低減および捩り剛性の増加のために用いる設定慣性力および設定捩り剛性（ここでは第１の設定慣性力および第１の設定捩り剛性という）と異なる設定範囲内で設定されており、第１の設定慣性力および第１の設定捩り剛性と同一または異なる値をとり得る第２の設定慣性力および第２の設定捩り剛性として、バックアップメモリ内に予め記憶格納されている。

特性制御部３３は、また、エンジンの爆発周期に対応する制御周期で、第１ホイール回転センサ４５および第２ホイール回転センサ４６からの回転情報を入力して第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の回転位相差である相対回転角Δθと回転変動ΔＪ１、ΔＪ２を検出し、これら相対回転角Δθ、回転変動ΔＪ１、ΔＪ２、点火信号（エンジン爆発信号）、車速、アクセル開度等に応じて、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６に供給する界磁発生電流の電流値と周波数をそれぞれ制御するように、慣性力制御部３１および捩り特性制御部３２の作動を制御し、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の間のトルク変動の比、すなわち第１フライホイール１２の回転変動に対する第２フライホイール１４の回転変動の比ΔＪ２／ΔＪ１を最小化する制御をきめ細かに実行することで、捩り剛性および捩り減衰特性をそれぞれ制御することができるようになっている。

次に、動作について説明する。

（共振点の回避制御）
上述のように構成された本実施形態のフライホイール装置では、図４に示す設定回転速度ＮＥｔｈ、例えばアイドル回転数に満たない低回転速度域でのエンジン回転状態においては、電子制御ユニット３０の特性制御部３３が、電磁石５２による第２フライホイール１４の回転抑制を解除させるかその抑制力を低下させるように慣性力制御部３１を作動させることで、第２フライホイール１４の慣性力が予め設定された設定慣性力（第１の設定慣性力）以下に低減される。また、これと並行して、特性制御部３３が捩り特性制御部３２を作動させ、例えば一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の駆動電流を増加させて両者間の反発力を増大させることで、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性（第１の設定捩り剛性）以上に高めるという特性制御がなされる。

より具体的には、図６に示すように、点火信号の周期とほぼ同様の周期で生じる第１フライホイール１２の回転変動（図６中ではＪ１回転変動）に対応して第２フライホイール１４の回転変動（図６中ではＪ２回転変動）が生じるとき、特性制御部３３では、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の回転速度差（一定時間毎の回転角度の差）から両フライホイール１２、１４間の一定時間毎の捩れ角である相対回転角Δθを算出し、その算出値が必要な慣性力に対応する適正な捩れ角値となるように、慣性力制御部３１から電磁石５２への供給電流値が操作されて電磁石５２による第２フライホイール１４の回転抑制力が制御されるとともに、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の駆動電流の電流値および周波数を操作するフィードバック制御が実行される。

この状態においては、図４中に点線ＤＭＦで示す従来のデュアルマスフライホイールのような低回転速度域での共振点は生じなくなり、図４中に点線Ｃ／Ｄで示す従来のクラッチディスクの低回転速度域での特性とほぼ同様に、低回転速度域での共振点が回避されることになる。しかも、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の共振現象を防止することで、低回転速度時の異音を防止するとともに耐久性を向上させることができ、両フライホイール１２、１４間の必要以上の捩れを抑制することで、車両のドライバビリティを向上させることができる。さらに、点火信号に基づき、エンジンの爆発燃焼に同期して特性制御することになるので、有効なダンパ効果を発揮させることができる。

一方、設定回転速度ＮＥｔｈを超える中・高回転速度領域でのエンジン回転状態になると、低回転速度域のように第２フライホイール１４の慣性力が設定慣性力以下に低減されるとともに第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性が設定捩り剛性以上に高められる、ということがなくなり、アイドル回転数を超える回転領域における従来のデュアルマスフライホイールと同様な制御状態となる。

この状態においては、従来のデュアルマスフライホイールと同様に低回転速度域側に共振点が存在することになり、中・高回転速度領域での共振点が回避されることになる。したがって、低回転速度域でも中・高回転速度領域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置となる。

（加減速時のシャクリ・ショックの回避制御）
また、本実施形態においては、急変動検出部３４によって入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化、すなわち、図５に示す急加速・急減速領域となるような急なアクセルワークが検出されると、電子制御ユニット３０の特性制御部３３が、電磁石５２による第２フライホイール１４の回転抑制を解除させるかその抑制力を低下させるように慣性力制御部３１を作動させることで、第２フライホイール１４の慣性力が予め設定された設定慣性力（第２の設定慣性力）以下に低減される。また、これと並行して、特性制御部３３が捩り特性制御部３２を作動させ、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の駆動電流の電流値および周波数を変化させて、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性（第２の設定捩り剛性）以上に高めるという特性制御がなされる。

より具体的には、図６に示すように、点火信号の周期とほぼ同様の周期で生じる第１フライホイール１２の回転変動（図６中ではＪ１回転変動）に対応して第２フライホイール１４の回転変動（図６中ではＪ２回転変動）が生じるとき、特性制御部３３では、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４の回転速度差から両フライホイール１２、１４間の一定時間毎の捩れ角である相対回転角Δθを算出し、その算出値が必要な慣性力に対応する適正な捩れ角値となるように、慣性力制御部３１から電磁石５２への供給電流値が操作されて電磁石５２による第２フライホイール１４の回転抑制力が制御されるとともに、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の駆動電流の電流値および周波数を操作するフィードバック制御が実行される。

この状態においては、急な加減速による第１フライホイール１２への過渡応答入力の変動領域からフライホイール装置の共振点が外れている状態となり、駆動系の捩り共振による過大な振動伝達が回避され、その捩り共振による車両前後方向へのシャクリ・ショックが防止できることになる。したがって、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮することのできるフライホイール装置を提供することができる。しかも、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の共振現象を防止することで耐久性を向上させることができ、両フライホイール１２、１４間の必要以上の捩れを抑制することで、車両のドライバビリティを向上させることができる。さらに、点火信号に基づき、エンジンの爆発燃焼に同期して特性制御することになるので、回転変動入力に対し直接的に有効なダンパ効果を発揮させることができる。

このように、本実施形態では、機構的にはアイドル回転数以下の低回転速度域に共振点を持つデュアルマスタイプのフライホイール装置と類似しながらも、アイドル回転数以下の低回転速度域で運転される場合や急な加減速の場合に、それぞれ捩り特性制御部３２および慣性力制御部３１を用いる特性制御によって、第２フライホイール１４の慣性力が予め設定された設定慣性力以下に低減されるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性が予め設定された設定捩り剛性以上に高められ、捩り共振が回避される。

また、本実施形態においては、慣性力制御部３１が、クランク軸１１ａを支持する支持体５１側から第２フライホイール１４の回転を選択的に抑制するとともに、抑制の程度を変化させて第２フライホイール１４の慣性力を制御するので、適切なタイミングで第２フライホイール１４の回転を選択的に抑制し、適切なタイミングで第２フライホイール１４の慣性力を制御できる。

さらに、慣性力制御部３１が、クランク軸１１ａを支持する支持体５１側に支持され、回転する第２フライホイール１４にうず電流を発生させて第２フライホイール１４の回転を抑制することから、第２フライホイール１４の外周部側から容易に慣性力が制御でき、慣性力制御のために余計な作動音や振動が生じることもない。

また、捩り特性制御部３２が、係合機構１３を介した第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性と、係合機構１３を介した第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り減衰特性とをそれぞれ制御するので、低回転速度域でも急な加減速の場合でも、捩り共振を回避できる。しかも、捩り特性制御部３２が、第１フライホイール１２に支持された一方の磁石部３５およびその近傍で第２フライホイール１４に支持された他方の磁石部３６を有し、一方および他方の磁石部３５、３６の発生磁力を可変制御することにより、捩り剛性と捩り減衰特性とを制御するので、急な加減速の場合にも、確実に捩り共振を回避できる。

また、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性が設定捩り剛性以上に高められるとき、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４が係合機構１３を介して回転方向一体に係合するように特性制御できるので、例えばアイドル回転数以下では共振点のない従来のクラッチディスクのように、低回転速度域での特性が安定したものにできる。

特性制御手段が、エンジンの爆発周期に対応する周期で、第１フライホイール１２の回転変動に対する第２フライホイール１４の回転変動の比を最小化する制御を実行するので、回転変動を惹起するエンジンの爆発燃焼行程毎に第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の振動伝達特性をきめ細かに制御でき、低回転速度域でも急な加減速の場合でも、捩り共振を回避でき、ドライバビリティを向上させ得る有効なダンパ効果を発揮させることができる。

このように、本実施形態のフライホイール装置によれば、低回転速度域での回転時には、第２フライホイール１４の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置を提供することができる。また、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されると、第２フライホイール１４の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮し、捩り共振を回避することのできるフライホイール装置を提供することができる。

なお、上述の本実施形態においては、他方の磁石部３６を電磁石としたが、他方の磁石部３６は、既に述べたように、一方の磁石部３５の近傍で第２フライホイール１４に支持された永久磁石であってもよいし、永久磁石の両磁極側に軟磁性の磁性体を装着したものであってもよい。この場合、一方の磁石部３５の非励磁状態で一方の磁石部３５と他方の磁石部３６を吸着させることもでき、一方の磁石部３５の励磁状態で一方の磁石部３５と他方の磁石部３６の間の吸引力を弱めたり、一方の磁石部３５と他方の磁石部３６を反発させたりすることができる。すなわち、一方の磁石部３５および他方の磁石部３６が吸着し、第１フライホイール１２と第２フライホイール１４が一体的に回転する状態を、界磁発生電流の供給がされないでも達成し得る構成も考えられる。

また、上述の実施形態においては、電子制御ユニット３０が、低回転速度域でのエンジン回転時にも、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化の検出時にも、第２フライホイール１４の慣性力を設定慣性力以下に低減させるとともに、第１フライホイール１２および第２フライホイール１４の間の捩り剛性を設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するものとしたが、低回転速度域でのエンジン回転時のみ、あるいは、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化の検出時にのみ、そのような特性制御を実行するものであってもよい。さらに、上述の実施形態では、エンジンが火花点火式のものであったが、本発明のフライホイール装置は火花点火式でないエンジン（例えばディーゼルエンジン）にも適用可能であるとともに、内燃機関でない原動機の出力軸に装着されてもよい。また、ディーゼルエンジンの場合、インジェクタからのメイン噴射の周期（爆発燃焼の周期）に応じてフライホイール装置の特性制御を実行するようにすればよい。

以上説明したように、本発明に係るフライホイール装置は、低回転速度域での回転時には、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、低回転速度域でも確実に共振点を回避することができるフライホイール装置を提供することができ、あるいは、入力回転に予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されると、第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、第１の慣性質量体および第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高めるように特性を制御するので、入力回転の急変動に対しても適切な捩り剛性を発揮し、捩り共振を回避することのできるフライホイール装置を提供することができるという効果を奏するものであり、フライホイール装置、特に回転軸に支持された第１の慣性質量体とそれに対し相対回転可能な第２の慣性質量体とを備えた所謂デュアルマスタイプのフライホイール装置全般に有用である。

本発明の一実施形態に係るフライホイール装置とそれを搭載した車両の振動系をモデル化して示す概略ブロック構成図である。 一実施形態に係るフライホイール装置の要部断面構成図である。 図２のＡ方向矢視図である。 本発明の一実施形態に係るフライホイール装置における特性制御の条件を示すグラフであり、縦軸がトルク変動伝達率を、横軸がエンジン回転数を示している。 本発明の一実施形態に係るフライホイール装置における捩り剛性の切り替え条件を示すグラフであり、縦軸が捩り剛性、横軸がアクセル開閉スピードを示している。 本発明の一実施形態に係るフライホイール装置における特性制御の内容を示すタイミングチャートであり、（ａ）は点火信号発生時期を、（ｂ）は第１の慣性質量体の回転変動を、（ｃ）は第２の慣性質量体の回転変動を、（ｄ）はトルク変動伝達率の制御値をそれぞれ示している。

符号の説明

１１ クランク軸・補機系回転要素
１１ａ クランク軸（回転軸）
１２ 第１フライホイール（第１の慣性質量体）
１３ 係合機構
１４ 第２フライホイール（第２の慣性質量体）
１４ａ 環状板部
３０ 電子制御ユニット
３１ 慣性力制御部（慣性力制御手段）
３２ 捩り特性制御部（捩り特性制御手段）
３３ 特性制御部（特性制御手段）
３４ 急変動検出部（急変動検出手段）
３５ 一方の磁石部（捩り特性制御手段）
３６ 他方の磁石部（捩り特性制御手段）
４１ エアフローメータ
４２ クランク角センサ（機関回転数検出手段）
４３ アクセル開度センサ
４４ 車速センサ
４５ 第１ホイール回転センサ
４６ 第２ホイール回転センサ
４７ クラッチセンサ
４８ シフト位置センサ
５１ 支持体
５２ 電磁石（慣性力制御手段）
Ｃ１ 減衰要素
Ｆ１ 摩擦要素
Ｋ１ 捩り弾性要素
ΔＪ１ 第１フライホイールの回転変動
ΔＪ２ 第２フライホイールの回転変動
Δθ 相対回転角（捩れ角）

Claims (9)

1. 回転軸に連結される第１の慣性質量体と、前記回転軸に対し回転可能な第２の慣性質量体との間に、両慣性質量体を互いに回転伝動可能に係合させる係合機構を介在させたフライホイール装置において、
   前記第２の慣性質量体の慣性力を制御する慣性力制御手段と、
   前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記係合機構を介した捩り特性を制御する捩り特性制御手段と、
   前記慣性力制御手段および前記捩り特性制御手段の作動を制御して、予め設定された設定回転速度に達しない低回転速度域では、前記第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御手段と、を備えたことを特徴とするフライホイール装置。
2. 回転軸に連結される第１の慣性質量体と、前記回転軸に対し回転可能な第２の慣性質量体との間に、両慣性質量体を互いに回転伝動可能に係合させる係合機構を介在させたフライホイール装置において、
   前記第１の慣性質量体への入力回転について予め設定された変化率以上の急な回転速度変化を検出する急変動検出手段と、
   前記第２の慣性質量体の慣性力を制御する慣性力制御手段と、
   前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記係合機構を介した捩り特性を制御する捩り特性制御手段と、
   前記急変動検出手段によって前記第１の慣性質量体への入力回転に前記予め設定された変化率以上の急な回転速度変化が検出されたとき、前記慣性力制御手段および前記捩り特性制御手段の作動を制御して、前記第２の慣性質量体の慣性力を予め設定された設定慣性力以下に低減させるとともに、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性を予め設定された設定捩り剛性以上に高める特性制御手段と、を備えたことを特徴とするフライホイール装置。
3. 前記回転軸がエンジンの出力軸であり、前記設定回転速度が前記エンジンのアイドル回転数であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフライホイール装置。
4. 前記慣性力制御手段が、前記回転軸を支持する支持体側から前記第２の慣性質量体の回転を選択的に抑制するとともに、該抑制の程度を変化させて前記第２の慣性質量体の慣性力を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載のフライホイール装置。
5. 前記慣性力制御手段が、前記回転軸を支持する支持体側に支持され、回転する前記第２の慣性質量体にうず電流を発生させて前記第２の慣性質量体の回転を抑制することを特徴とする請求項４に記載のフライホイール装置。
6. 前記捩り特性制御手段が、前記係合機構を介した前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の前記捩り剛性と、前記係合機構を介した前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り減衰特性と、を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載のフライホイール装置。
7. 前記捩り特性制御手段が、前記第１の慣性質量体に支持された一方の磁石部および該一方の磁石部の近傍で前記第２の慣性質量体に支持された他方の磁石部を有し、該一方および他方の磁石部の間の磁力を可変制御することにより、前記捩り剛性と前記捩り減衰特性とを制御することを特徴とする請求項６に記載のフライホイール装置。
8. 前記特性制御手段によって前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体の間の捩り剛性が前記設定捩り剛性以上に高められるとき、前記第１の慣性質量体および前記第２の慣性質量体が前記係合機構を介して回転方向一体に係合することを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に記載のフライホイール装置。
9. 前記特性制御手段が、前記エンジンの爆発周期に対応する周期で、前記第１の慣性質量体の回転変動に対する前記第２の慣性質量体の回転変動の比を最小化する制御を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１の請求項に記載のフライホイール装置。
   

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