JP2012127271A

JP2012127271A - エンジンの振動低減装置

Info

Publication number: JP2012127271A
Application number: JP2010279556A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsunoda; 宏角田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】異常なギア音の発生無しに、エンジンのローリング振動低減を図る。
【解決手段】エンジン１のクランク軸２に回転子３がクランク軸２と逆方向に回転するように連結された電動発電機４と、電動発電機４を制御する制御手段５とを備え、制御手段５は、エンジン１の始動時は電動発電機４を電動機として機能させると共に、エンジン１の運転中は電動発電機４を発電機として機能させることで、電動発電機４の回転子３をバランサーとして用い、エンジン１のローリング振動の低減を図るエンジン１の振動低減装置において、エンジン１と電動発電機４との間に、磁気を利用してトルクをエンジン１と電動発電機４との間で伝達する非接触式トルク伝達装置６を介設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのローリング振動低減を図るエンジンの振動低減装置に関する。

気筒数の少ないレシプロエンジン（内燃機関）、特に３気筒以下のレシプロエンジンでは、トルク変動によるエンジンのローリング振動が問題となる。

エンジンのクランク軸（クランクシャフト）と逆方向に回転する慣性系（所謂ヘロンバランサー）を追加し、その慣性系に生ずるトルク反力で、クランク軸廻りに生ずるトルク反力を打ち消し合い、エンジンのローリング振動を低減する装置（振動低減装置）が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

このような振動低減装置としては、（１）発電機（ジェネレーター）を利用したもの、（２）新たにウェイトを追加したもの、（３）１次バランサーにウェイトを追加したものがある。また、上記（１）から（３）を全て一体としたものもある。

特開２０１０−５９９０６号公報

従来の振動低減装置では、エンジンのクランク軸と逆方向に回転する慣性系で、トルク反力を打ち消し合う為、エンジンと慣性系とがギアを介した結合となり、ギアのバックラッシュ、クランク軸の捩れにより、異常なギア音を伴うことがある。

そこで、本発明の目的は、異常なギア音の発生無しに、エンジンのローリング振動低減を図ることにある。

上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回転子が前記クランク軸と逆方向に回転するように連結された電動発電機と、該電動発電機を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記エンジンの始動時は前記電動発電機を電動機として機能させると共に、前記エンジンの運転中は前記電動発電機を発電機として機能させることで、前記電動発電機の回転子をバランサーとして用い、前記エンジンのローリング振動の低減を図るエンジンの振動低減装置において、前記エンジンと前記電動発電機との間に、磁気を利用してトルクを前記エンジンと前記電動発電機との間で伝達する非接触式トルク伝達装置を介設したものである。

前記非接触式トルク伝達装置は、前記エンジンのクランク軸及び前記電動発電機の回転軸に各々設けられ、対向する磁石間で生ずる磁気吸引を利用してトルクを前記エンジンと前記電動発電機との間で伝達する非接触の一対の磁気歯車を有するものである。

前記一対の磁気歯車の内の一方の磁気歯車に設ける磁石を電磁石とし、前記制御手段は、前記電磁石の励磁の有無により前記エンジンと前記電動発電機とのトルク伝達を制御するものであっても良い。

前記一対の磁気歯車の内の一方の磁気歯車の外周面に周方向に沿って溝を設け、該溝の両側面に磁石を配設し、前記溝の中に、両側面に磁石を配設した他方の磁気歯車を挿入しても良い。

本発明によれば、異常なギア音の発生無しに、エンジンのローリング振動低減を図ることができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の第一実施形態に係るエンジンの振動低減装置の概略図である。図２は、図１の要部拡大図である。図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図４は、本発明の第二実施形態に係るエンジンの振動低減装置の概略図である。図５は、図４の要部拡大図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、第一実施形態に係る振動低減装置を図１から図３を用いて説明する。

図１から図３に示すように、第一実施形態に係る振動低減装置は、車両に搭載されるエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１のローリング振動低減を図るものであって、エンジン１のクランク軸（クランクシャフト）２に回転子３がクランク軸２と逆方向に回転するように連結されたスターター・ジェネレーター（電動発電機）４と、エンジン１及びスターター・ジェネレーター４を制御するコントローラー（制御手段）５と、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間に介設され、磁気を利用してトルクをエンジン１とスターター・ジェネレーター４との間で伝達する非接触式トルク伝達装置６とを備える。

スターター・ジェネレーター４は、エンジン１のローリング振動を低減する為に、ギア比に応じて適切な慣性モーメントを持たせたものである。本実施形態のスターター・ジェネレーター４は、インバーター７を介して制御される交流モーターからなる。また、スターター・ジェネレーター４は、ハウジング（図示せず）に回転可能に支持された回転軸８と、回転軸８に取り付けられた回転子（ローター）３と、回転子３の外周に配置され且つハウジングに固定された固定子（ステーター）（図示せず）とを有する。

本実施形態のスターター・ジェネレーター４は、後述する従磁気歯車１７とはクラッチ（本実施形態では、電磁クラッチ）９を介して接続されており、クラッチ９のオン・オフによりエンジン１とのトルク伝達を制御できる構造を持つ。即ち、本実施形態では、クラッチ９をオン（接）としたときに、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間でトルク伝達がなされ、クラッチ９をオフ（断）としたときに、エンジン１とスターター・ジェネレーター４とのトルク伝達が遮断されるようになっている。

コントローラー５には、スターター・ジェネレーター４の回転数（以下、モーター回転数という）を検出する回転センサ１０、エンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）を検出するエンジン回転センサ１１、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサ１２、アクセルペダルの踏み込み量（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサ１３等の各種センサ類が接続されており、コントローラー５は、各種センサ類の検出値に基づいて、燃料噴射装置（図示せず）、スターター・ジェネレーター４等の各種アクチュエータ類を制御するようになっている。

コントローラー５は、エンジン回転センサ１１の検出値（エンジン回転数）及びアクセル開度センサ１３の検出値（アクセル開度）に基づいて目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期を求め、求めた目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に応じて燃料噴射装置を制御するようになっている。

非接触式トルク伝達装置６は、エンジン１のクランク軸２及びスターター・ジェネレーター４の回転軸８に設けられ、対向する磁石１４、１５間で生ずる磁気吸引を利用してトルクをエンジン１とスターター・ジェネレーター４との間で伝達する非接触の一対の磁気歯車１６、１７を有する。

本実施形態では、一対の磁気歯車１６、１７の内、エンジン１のクランク軸２に設けられた磁気歯車１６を駆動磁気歯車と称し、スターター・ジェネレーター４の回転軸８に設けられた磁気歯車１７を従磁気歯車と称する。

駆動磁気歯車１６は、エンジン１のクランク軸２に固定されたハブ部（駆動歯車ハブ）１８と、ハブ部１８に結合された円環状の円環部１９と、円環部１９に配置された複数の磁石（駆動歯車磁石）１４とを有する。本実施形態の円環部１９は、非磁性材料（本実施形態では、非磁性燒結金属）からなる。また、本実施形態の磁石１４は、永久磁石からなり、駆動磁気歯車１６の周方向に交互に磁性（Ｎ極、Ｓ極）が異なるように円環部１９に配置されている（図３参照）。

従磁気歯車１７は、スターター・ジェネレーター４の回転軸８に軸受（図示例では、ボールベアリング）２０を介して装着されたハブ部（従歯車ハブ）２１と、ハブ部２１に一体的に設けられた円環状の円環部２２と、円環部２２に配置された複数の磁石（従歯車磁石）１５とを有する。本実施形態の磁石１５は、永久磁石からなり、従磁気歯車１７の周方向に交互に磁性（Ｎ極、Ｓ極）が異なるように円環部２２に配置されている（図３参照）。なお、従磁気歯車１７は、円環部２２が非磁性材料からなるものであっても良い。

また、本実施形態では、駆動磁気歯車１６の外周面に周方向に沿って溝２３を設け、その溝２３の両側面２３ａに一つの永久磁石１４（図示例では、略Ｃ字状の永久磁石）を配設し、溝２３の中に、両側面２２ａに一つの永久磁石１５を貫通させた従磁気歯車１７を挿入することで（図１及び図２参照）、磁界の重なり合う面積を増加させ、大きな伝達トルクでスターター・ジェネレーター４の逆回転を得ることが出来る。

第一実施形態の作用を説明する。

エンジントルクは、エンジン１のクランク軸２に設けられた駆動磁気歯車１６、スターター・ジェネレーター４の回転軸８に設けられた従磁気歯車１７を介して、非接触に、且つ、逆回転のトルクとして、スターター・ジェネレーター４に伝達される。

第一実施形態では、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間のトルク伝達にギアではなく、非接触の一対の磁気歯車１６、１７を使用する為、ギア音を解消することが可能となる。

コントローラー５は、アイドリングストップの領域拡大の為に、エンジン１の始動時は、スターター・ジェネレーター４をインバーター７を介して制御し、スターター・ジェネレーター４を電動機として機能させると共に、エンジン１の運転中はスターター・ジェネレーター４を発電機として機能させることで、スターター・ジェネレーター４の回転子３をバランサーとして用い、エンジン１のローリング振動の低減を図るようになっている。

また、コントローラー５は、特に加速性能の要求される、低いギア位置からの加速時に、クラッチ９をオフ（断）とし、高いギア位置になり且つある程度の定速度運転となったときに、インバーター７によりスターター・ジェネレーター４の回転数をエンジン１の回転数に同期させ、クラッチ９をオン（接）とし、スターター・ジェネレーター４を発電機として機能させるようになっている。即ち、クラッチ９によりエンジン１とスターター・ジェネレーター４との接続が遮断された時は、エンジン１側の慣性モーメントを一時的に小さくすることが出来、加速性能の著しい向上がもたらされる。また、一般的な加速では、低いギア位置ほど、高回転までエンジン１を回し、ギア位置が高くなるにつれその回転数が下がる為、スターター・ジェネレーター４に余分な回転エネルギーを消費させることも無く、燃費も向上する。

例えば、コントローラー５は、車速センサ１２の検出値（車速）が時間経過と共に増加する傾向にあるときに、「加速時」と判断し、車速センサ１２の検出値（車速）の時間変化がほぼ無くなったときに、「定速度運転」と判断する。また、例えば、コントローラー５は、回転センサ１０の検出値（モーター回転数）とエンジン回転センサ１１の検出値（エンジン回転数）とに基づいて、クラッチ９を介してエンジン１とスターター・ジェネレーター４とを接続するときの両者の回転数差が無くなるように、スターター・ジェネレーター４をインバーター７を介して制御するようになっている。

以上要するに、第一実施形態では、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間のトルク伝達にギアではなく、非接触の一対の磁気歯車１６、１７を使用する為、ギア音を解消することが可能となり、異常なギア音の発生無しに、エンジン１のローリング振動低減を図ることが可能となる。

次に、第二実施形態に係る振動低減装置を図４及び図５を用いて説明する。

第一実施形態と実質的に同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。

図４及び図５に示すように、第二実施形態は、第一実施形態における駆動磁気歯車１６の永久磁石１４を電磁石（駆動歯車電磁石）２４に変更し、クラッチ９を無くしたものである。

電磁石２４は、駆動磁気歯車１６の円環部１９に設けられたスリップリング２５により給電装置２６から給電される。また、従磁気歯車１７のハブ部２１は、スターター・ジェネレーター４の回転軸８に固定される。

第二実施形態では、クラッチ９を無くすことにより、不快なクラッチ９の作動音を解消し、振動低減装置を簡略化することが出来る。

コントローラー５は、電磁石２４の励磁の有無（オン・オフ）によりエンジン１とスターター・ジェネレーター４とのトルク伝達を制御するようになっている。即ち、本実施形態では、電磁石２４を励磁したときに、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間でトルク伝達がなされ、電磁石２４の励磁を解除したときに、エンジン１とスターター・ジェネレーター４との間のトルク伝達が遮断されるようになっている。

以上要するに、第二実施形態では、クラッチ９を無くすことにより、不快なクラッチ９の作動音を解消し、振動低減装置を簡略化することが出来る。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記の実施形態では、駆動磁気歯車１６の外周面に周方向に沿って溝２３を設け、溝２３の中に従磁気歯車１７を挿入するとしたが、これとは逆に、従磁気歯車１７の外周面に周方向に沿って溝を設け、当該溝の中に駆動磁気歯車１６を挿入するようにしても良い。

また、上記の実施形態（第二実施形態）では、駆動磁気歯車１６の磁石を電磁石２４とするとしたが、これとは逆に、従磁気歯車１７の磁石を電磁石としても良く、また、駆動磁気歯車１６及び従磁気歯車１７両方の磁石を電磁石としても良い。

１エンジン（内燃機関）
２クランク軸
３回転子
４スターター・ジェネレーター（電動発電機）
５コントローラー（制御手段）
６非接触式トルク伝達装置
１４永久磁石（磁石）
１５永久磁石（磁石）
１６駆動磁気歯車（磁気歯車）
１７従磁気歯車（磁気歯車）
２３溝
２４電磁石（磁石）

Claims

エンジンのクランク軸に回転子が前記クランク軸と逆方向に回転するように連結された電動発電機と、該電動発電機を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記エンジンの始動時は前記電動発電機を電動機として機能させると共に、前記エンジンの運転中は前記電動発電機を発電機として機能させることで、前記電動発電機の回転子をバランサーとして用い、前記エンジンのローリング振動の低減を図るエンジンの振動低減装置において、前記エンジンと前記電動発電機との間に、磁気を利用してトルクを前記エンジンと前記電動発電機との間で伝達する非接触式トルク伝達装置を介設したことを特徴とするエンジンの振動低減装置。
前記非接触式トルク伝達装置は、前記エンジンのクランク軸及び前記電動発電機の回転軸に各々設けられ、対向する磁石間で生ずる磁気吸引を利用してトルクを前記エンジンと前記電動発電機との間で伝達する非接触の一対の磁気歯車を有する請求項１に記載のエンジンの振動低減装置。
前記一対の磁気歯車の内の一方の磁気歯車に設ける磁石を電磁石とし、前記制御手段は、前記電磁石の励磁の有無により前記エンジンと前記電動発電機とのトルク伝達を制御する請求項２に記載のエンジンの振動低減装置。
前記一対の磁気歯車の内の一方の磁気歯車の外周面に周方向に沿って溝を設け、該溝の両側面に磁石を配設し、前記溝の中に、両側面に磁石を配設した他方の磁気歯車を挿入した請求項２又は３に記載のエンジンの振動低減装置。