JP2011122566A

JP2011122566A - エンジンの振動低減装置

Info

Publication number: JP2011122566A
Application number: JP2009283132A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsunoda; 宏角田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-23
Also published as: WO2011074514A1

Abstract

【課題】加速性能の向上及び燃費の向上が図れるエンジンの振動低減装置を提供する。
【解決手段】エンジン１のクランク軸３に接続され該クランク軸３とは逆回転すれるスタータジェネレータ４の慣性モーメントによりローリング振動を低減するエンジン１の振動低減装置において、前記クランク軸３と前記スタータジェネレータ４との間に介設され、動力を断接するためのクラッチ１２と、前記エンジン１の加速時に前記クラッチ１２を断にし、その後エンジンの加速が終了して定速度運転になった時に前記クラッチ１２を接にする制御装置１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの振動低減装置に係り、特にトルク変動によるローリング振動を低減する技術に関するものである。

気筒数の少ない例えば３気筒以下のレシプロエンジンでは、トルク変動によるローリング振動が問題となる。そこで、この問題を解決するために、エンジンのクランク軸の回転方向とは逆の方向に回転する慣性系を設け、この慣性系に生じるトルク反力によりクランク軸回りに生じるトルク反力を打ち消し、エンジンのローリング振動を低減することが行われている。

前記慣性系は、いわゆるヘロン・バランサである。前記慣性系としては、スタータジェネレータを利用したもの、新たな重りを追加したもの、一次バランサに重りを追加したものが考えられている。また、これらを備えた往復ピストン式エンジンも知られている（特許文献１参照）。

図２は、へロン・バランサの原理を示している。

このヘロン・バランサにおいて、トルク反力Ｔｒは、
Ｔｒ＝Ｔ（θ）×（Ｉ₁＋Σｇ_iＩ_i）／（Ｉ₁＋Σｇ_i ²Ｉ_i）
となることが知られている。ここで、θはクランク角、Ｔ（θ）はクランクトルク、Ｔｒはトルク反力、Ｉ₁はクランク軸回りの慣性モーメント、Ｉ_iはｉ番目の回転体の慣性モーメント、ｇ_iはｉ番目の回転体のギア比である。図２中、Ｅはエンジン、Ｈはヘロン・バランサ、ｒ₁はクランク軸の半径、ｒｉはヘロン・バランサの半径である。

このとき、分母の（Ｉ₁＋Σｇ_i ²Ｉ_i）が、エンジンの有効慣性モーメントであり、回転の向きに関係なく全て正の値である。上記式から、トルク反力Ｔｒは、（Ｉ₁＋Σｇ_iＩ_i）が最小となるように、エンジンとは逆回転の増速された回転体（いわゆるヘロン・バランサ）を設けることで最小とすることができる。

クランク回りの慣性モーメントＩ₁は、クラッチディスクのサイズから外径が決まってしまうフライホイール、プレッシャプレートの慣性モーメントが支配的であり、大きく低減することは難しい。従って、エンジンのトルク反力、すなわちローリング振動を抑えようとすると、結果的にエンジンの有効慣性モーメントが増加し、加速性能の悪化や燃費の悪化を生じてしまう。

特表２００４−５３３５７５号公報

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、加速性能の向上及び燃費の向上を図ることができるエンジンの振動低減装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、エンジンのクランク軸に接続され該クランク軸とは逆回転するスタータジェネレータの慣性モーメントによりローリング振動を低減するエンジンの振動低減装置において、前記クランク軸と前記スタータジェネレータとの間に介設され、動力を断接するためのクラッチと、前記エンジンの加速時に前記クラッチを断にし、その後エンジンの加速が終了して定速度運転になった時に前記クラッチを接にする制御装置とを備えたことを特徴とする。

前記スタータジェネレータの回転数を検出する回転センサを更に備え、前記制御装置が、前記クラッチを断にした後、前記エンジンの加速が終了して定速度運転になった時に前記スタータジェネレータをインバータ制御によりエンジン回転数と同期させてから前記クラッチを接にするように構成されていることが好ましい。

前記クランク軸には駆動歯車が設けられ、前記スタータジェネレータの回転軸には前記駆動歯車と噛合する従動歯車が軸受を介して回転自在に設けられ、該従動歯車と前記スタータジェネレータの回転軸との間に前記クラッチが介設されていることが好ましい。

前記クラッチが、電磁クラッチであることが好ましい。

本発明によれば、加速性能の向上及び燃費の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの振動低減装置を概略的に示す図である。ヘロン・バランサの原理を示す図である。本実施形態の効果を説明するための図である。

以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。

図１において、１は例えば自動車のエンジンであり、気筒数の少ない例えば３気筒以下のレシプロエンジンである。このエンジン１は、ピストンロッドを接続する複数のクランク部２を有するクランク軸３を備えており、このクランク軸３にスタータジェネレータ４が接続されている。

このスタータジェネレータ４は、ハウジング５内に回転自在に設けられた回転軸６と、この回転軸６に設けられたロータ７と、このロータ７を囲繞するようにハウジング５内に設けられたステータ８とを備えている。スタータジェネレータ４は、電動機の機能と発電機の機能を有し、エンジン１の始動時には電動機として機能し、エンジン１の始動後は発電機として機能する。

そして、前記スタータジェネレータ４を、クランク軸回りに生じるトルク反力を打ち消してエンジン１のローリング振動を低減するヘロン・バランサないし振動低減装置として用いるために、前記クランク軸２の一端にはクランク軸２の回転方向とは逆の回転方向にクランク軸２の回転数よりも速い回転数で回転を伝えるための増速歯車機構９を介してスタータジェネレータ４が接続されている。

前記増速歯車機構９は、クランク軸３の一端に設けられた駆動歯車（第１歯車）１０と、スタータジェネレータ４の回転軸６の一端に設けられ、前記駆動歯車１０と噛合する従動歯車（第２歯車）１１とからなっている。また、前記増速歯車機構９は、スタータジェネレータ４がエンジン１のローリング振動を低減する有効な慣性モーメントを発揮するように適切なギア比に設定されている。

ところで、スタータジェネレータ４は常時エンジンに接続されているため、特にエンジン１の加速時にはスタータジェネレータ４が大きな負荷になり、エンジン１の加速性能や燃費を悪化させてしまう。加速時にジェネレータの発電を停止して燃費を向上させることは知られているが、大型化することで慣性モーメントの影響も無視できない。そこで、スタータジェネレータ４を備えたエンジン１の加速性能の向上及び燃費の向上を図るために、前記エンジン１は、前記クランク軸３と前記スタータジェネレータ４との間に介設されて動力を断接するためのクラッチ１２と、前記エンジン１の加速時に前記クラッチ１２を断にし、前記エンジン１の加速が終了して定速度運転になった時に前記クラッチ１２を接にするための制御装置１３とを備えている。

この場合、スタータジェネレータ４の回転軸６には前記従動歯車１１が軸受（例えばボールベアリング）１４を介して回転自在に設けられ、該従動歯車１１と前記スタータジェネレータ４の回転軸６との間に前記クラッチ１２が介設されていることが好ましい。また、前記回転軸６には回転板１５が一体的に設けられ、この回転板１５と前記従動歯車１１との間にクラッチ１２が設けられていることが好ましい。

また、前記クラッチ１２としては、例えば機械式や流体式のクラッチであってもよいが、滑り機構を備えた電磁クラッチであることが好ましい。エンジン１にはエンジン回転数を検出するためのエンジン用回転センサ１６が設けられ、スタータジェネレータ４にはその回転軸６の回転数を検出するための回転センサ（スタータジェネレータ用回転センサ）１７が設けられている。

前記制御装置１３は、エンジン用回転センサ１６及びスタータジェネレータ用回転センサ１７からの検出信号に基いて、前記クラッチ１２を断にし、その後エンジン１の加速が終了して定速度運転になった時に前記スタータジェネレータ４をインバータ制御によりエンジン回転数と同期させてから前記クラッチ１２を接にするように構成されている。具体的には、スタータジェネレータ４の回転軸６の回転数と、クランク軸３により駆動歯車１０を介して駆動される従動歯車１１の回転数とが同じになった時にクラッチ１２を接にするようになっている。これによりクラッチ１２の接続時に駆動歯車１０から従動歯車１１に加わる衝撃や衝撃音（打音）の発生及び衝撃によるこれら駆動歯車１０や従動歯車１１の損傷を防止することができ、増速歯車機構９、クラッチ１２及びスタータジェネレータ４を含む振動低減装置の耐久性の向上が図れるようになっている。

特に、加速性能が要求される低いギア位置からのエンジン１の加速時に、クラッチ１２を切断し、その後、高速のギア位置になり、ある程度の定速度運転となった時に、スタータジェネレータ４を電動機として機能させた状態でインバータ制御によりスタータジェネレータ４の回転数をエンジン回転数と同期させてからクラッチ１２を接続し、その接続後はスタータジェネレータ４を発電機として機能させる。

前記制御装置１３には、エンジン１が加速時であることを知る情報として、エンジン回転数だけでなく、車速ａやアクセル開度ｂも入力されることが好ましい。また、エンジン１の加速時であっても、クラッチ１２を断にすることが好ましくない場合の情報として、エンジン水温ｃや消費電流ｄなどの情報も入力されることが好ましい。エンジン水温ｃが低い場合（エンジンが暖機されていない場合）や、消費電流ｄが多い場合（ライトスイッチがオンされている場合）には、エンジン１の加速時であってもクラッチ１２を断にしないように設定されていることが好ましい。

以上の構成からなるエンジン１の振動低減装置によれば、前記クランク軸３と前記スタータジェネレータ４との間に介設され、動力を断接するためのクラッチ１２と、前記エンジン１の加速時に前記クラッチ１２を断にし、その後エンジン１の加速が終了して定速度運転になった時に前記クラッチ１５を接にする制御装置１３とを備えているため、エンジン１の加速時に前記クラッチ１２を断にすることにより、エンジン加速時の有効慣性モーメントの増加を抑制でき、エンジンの加速性能の向上が図れると共に燃費の向上が図れる。

図３に示すように一般的な加速では、低いギア位置から高回転までエンジン１を回転させ、ギア位置を順次上げて行き、目標速度に到達する時の回転数は、大きくは変わらないため、スタータジェネレータ４をエンジン１の回転数まで上げる際に余分な回転エネルギを消費させることがなく、燃費の向上が図れる。

また、前記スタータジェネレータ４の回転数を検出する回転センサ１７を更に備え、前記制御装置１３が、前記クラッチ１２を断にした後、前記エンジン１の加速が終了して定速度運転になった時に前記スタータジェネレータ４をインバータ制御によりエンジン回転数と同期させてから前記クラッチ１２を接にするように構成されているため、再接続時における衝撃や衝撃音（打音）、駆動歯車１０や従動歯車１１の損傷等の発生を防止することができる。

前記クランク軸３には駆動歯車１０が設けられ、前記スタータジェネレータ４の回転軸６には前記駆動歯車１０に噛合する従動歯車１１が軸受１４を介して回転自在に設けられ、該従動歯車１１と前記スタータジェネレータ４の回転軸６との間に前記クラッチ１２が介設されているため、簡単な構成でクランク軸３とスタータジェネレータ４との間の断接を容易に行うことができ、構造の簡素化及びコストの低減が図れる。

また、前記クラッチ１２が、電磁クラッチであるため、機械式や流体式のクラッチと比べて滑りが少なく、断接を確実に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

１エンジン
３クランク軸
４スタータジェネレータ
６回転軸
１０駆動歯車
１１従動歯車
１２クラッチ
１３制御装置
１４軸受

Claims

エンジンのクランク軸に接続され該クランク軸とは逆回転するスタータジェネレータの慣性モーメントによりローリング振動を低減するエンジンの振動低減装置において、前記クランク軸と前記スタータジェネレータとの間に介設され、動力を断接するためのクラッチと、前記エンジンの加速時に前記クラッチを断にし、その後エンジンの加速が終了して定速度運転になった時に前記クラッチを接にする制御装置とを備えたことを特徴とするエンジンの振動低減装置。
前記スタータジェネレータの回転数を検出する回転センサを更に備え、前記制御装置が、前記クラッチを断にした後、前記エンジンの加速が終了して定速度運転になった時に前記スタータジェネレータをインバータ制御によりエンジン回転数と同期させてから前記クラッチを接にするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動低減装置。
前記クランク軸には駆動歯車が設けられ、前記スタータジェネレータの回転軸には前記駆動歯車に噛合する従動歯車が軸受を介して回転自在に設けられ、該従動歯車と前記スタータジェネレータの回転軸との間に前記クラッチが介設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの振動低減装置。
前記クラッチが、電磁クラッチであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のエンジンの振動低減装置。