JP2013023136A - パワープラントの振動低減機構とそれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関の停止と始動時に発生する内燃機関を含むパワープラントの振動悪化を低減するパワープラントの振動低減装置とそれを搭載する車両を提供する。
【解決手段】
エンジン（内燃機関）２を含むパワープラント１を車両フレーム（基台）６に支持するラバーマウント（支持装置）１１を、パワープラント１にエンジン側マウントブラケット１２を介して接合し、また、車両フレーム６に車両フレーム側マウントブラケット１３を介して接合し、エンジン側マウントブラケット１２と、車両フレーム側マウントブラケット１３に支柱３２を介して接合された電磁石３１とからなる拘束装置３０によって、ラバーマウント１１の動きを拘束して、ばね剛性を上げるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の内燃機関始動と停止時の振動悪化を低減することができるパワープラントの振動低減機構とそれを搭載した車両に関する。

現在、環境問題への関心が高まり、少ない燃料でより多くの距離を走る低燃費車や、温室効果ガスの排出を低減した低排出ガス車などに注目が集まっている。それらの中で、短時間のエンジン停止と再始動という一連の制御を、特別な操作を必要とすることなく、自動的に行う機構、つまりアイドリングストップシステムを搭載した車両がある。アイドリングストップとは信号停止中や渋滞中に燃費低減および、排気ガス低減のためにエンジンを停止することである。

アイドリングストップは、エンジン始動に要する燃料がアイドリング５秒間に相当することから、５秒以上の停止を伴う場合に有効とされている。また、アイドリングストップを行うことで約１４％の燃費向上が期待でき、ＣＯ_２排出については、１日１０分間のアイドリングストップによって、乗用車１台あたり１年間で約１２０ｋｇ低減できるといわれている。

しかし、アイドリングストップシステムを搭載した車両では、エンジン停止と始動時に振動が発生してしまい、この振動が原因で乗員を不快にさせることが問題となっている。この振動悪化は、筒内圧から起こされるクランク軸系の回転変動が原因であり、パワープラント懸架系とそれを支持するラバーマウントの共振により、その振動が助長されるために起こるものである。

ここで、そのパワープラントの振動について、図６を参照しながら説明する。図６に示すように、パワープラント１は、エンジン（内燃機関）２、クラッチ３、トランスミッション（変速装置）４、及びアウトプットシャフト（出力軸）５からなる。ラバーマウント１１をエンジン側マウントブラケット１２を介してパワープラント１と接合し、車両フレーム側マウントブラケット１３を介して車両フレーム（基台）６と接合する。ラバーマウント２１も同様にパワープラント側マウントブラケット２２と車両フレーム側マウントブラケット２３を介してそれぞれに接合している。

また、ラバーマウント（支持装置）１１及び２１を、トルクロール軸（クランク軸）に対して、パワープラント１の重心を支持するように、ラバーマウント１１を、トルクロール軸を挟むようにエンジン２の両側に配置し、ラバーマウント２１をトランスミッション４のトルクロール軸上に配置する。これらラバーマウント１１及び２１は、パワープラント１を車体フレーム（基台）６に支持し、パワープラント１で発生する振動を減衰する。このようにエンジン２を含むパワープラント１は数点のゴム係のラバーマウント１１及び２１で支持されるのが一般的である。

筒内圧の圧力変動から起こされる振動は図７の（ａ）に示すように、トルクロール軸の回転方向に円を描く様に変動する。この際、ラバーマウント１１は、図７の（ｂ）に示すように変形し、その減衰力により振動を低減する。

ラバーマウント１１には図８に示すように、防振域と共振域が周波数により存在する。アイドリング運転時の周波数は防振域となるために車両側に伝達される振動は低減される。しかし、アイドリングストップによるエンジン２の停止、始動時にはエンジン２の回転数が共振域の周波数となり、振動は増幅されてしまう。通常、アイドリング時からエンジン２を停止する場合には、ラバーマウント１１の防振域から回転数（周波数）が落ちていき、共振域を通り、パワープラント１の振動が大幅に悪化してからエンジン２は停止する。また、停止状態からエンジン２を始動する場合は、共振域を通ってから防振域に入ることから、パワープラント１の振動が大幅に悪化しながらエンジン２は始動する。

そこで、ハイブリッドシステムを備えた車両では、電気的なしくみにより始動停止時の振動を低減する装置は多く出されている。ところが、そのようなシステムを有さず、アイドリングストップを行う場合、その始動と停止時の振動悪化は大きな問題となる。特にディーゼルエンジンの様に圧縮比が大きく、筒内圧の圧力変動が大きい場合には、その振動悪化問題は顕著となる。これらの対策としては、エンジン懸架系の共振域の周波数と、エンジン回転数から算出される加振周波数を離すことが最も有効であると考えられる。

そこで、エンジンマウントとは別に設けたアクティブダンパを電磁石によって、制御して振動を低減する装置がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この装置は、パワープランとラバーマウントとの間にアクティブダンパを設けなければならず、既存のパワープラントとラバーマウントとの配置を変更しなければならないという問題がある。

特開２００９−２２６９６７号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、パワープラントを支持する支持装置の配置をそのままに、小規模な追加により、車両のエンジン始動と停止時の振動悪化を低減することができるパワープラントの振動低減装置とそれを搭載した車両を提供することである。

上記の目的を達成するためのパワープラントの振動低減機構は、内燃機関を含むパワープラントの振動を、前記パワープラントを基台に支持する支持装置の減衰運動によって減衰するパワープラントの振動低減機構において、前記内燃機関の始動又は停止時に、前記支持装置の一部を拘束して、前記支持装置の全体のばね剛性を上げる拘束装置を備えて構成される。

この構成によれば、内燃機関の停止、又は始動時に支持装置の一部を拘束し、ばね剛性（見かけのばね定数ともいう）を瞬時に高くし、共振域での振動悪化を最低限にとどめることができる。支持装置のばね剛性が上がると、パワープラント懸架系の共振周波数が大きくなり、内燃機関の回転数から算出される加振周波数から離れるため、共振域での振動を低減することができる。

また、上記のパワープラントの振動低減機構において、前記拘束装置を電磁石と被吸引体から構成し、前記電磁石と前記被吸引体のどちらか一方を前記支持装置の前記パワープラント側の一端、又は前記基台側の一端に固定すると共に、他方を前記電磁石からの磁力が届く範囲に配置する。

加えて、上記のパワープラントの振動低減機構において、前記被吸引体を、前記支持装置と、前記パワープラント又は前記基台との間に介設されるマウントブラケットで形成する。

これらの構成によれば、拘束装置を電磁石が被吸引体を吸引することで、マウント装置のばね剛性を上げることができる。例えば、車両フレーム（基台）側のマウントブブラケットに固定した電磁石に通電して磁力を発生させ、その磁力によりエンジン側のマウントブラケットを吸引して、マウント装置のばね剛性を上げることができる。そのため、パワープラント共振を起こさないでエンジンを始動、停止させることができる。また、既存の構成に電磁石の磁力によってマウントブラケットを吸引するように構成すればよいため、設置が容易で、且つコストも抑えることができる。

さらに、上記のパワープラントの振動低減機構において、前記内燃機関に搭載したアイドリングストップシステムと連動し、前記アイドリングストップシステムによって、前記内燃機関が停止、又は始動するときに、前記拘束装置を制御する制御装置を備える。

この構成によれば、アイドリング時から停止する場合、エンジンの回転数を落としていくと同時に、電磁石に通電し、マウントブラケットに対する吸引力によりマウント装置の動きを拘束する。その結果、マウント装置のばね剛性が瞬時に上がり、パワープラント懸架系の共振周波数がアイドリング時の周波数より上昇し、エンジン停止持のパワープラント振動の悪化が大幅に低減できる。また、エンジン始動時では、停止時とは逆の行程を行う。即ち、エンジン始動前に電磁石に通電して吸引力を発生させ、マウント装置のばね剛性を上げておき、パワープラント共振を起こさないで始動し、エンジン回転がアイドル状態まで上がったら、電磁石の通電を解除して、マウント装置のばね剛性を下げることができる。

上記の目的を達成するための車両は、上記に記載のパワープラントの振動低減機構を搭載して構成される。この構成によれば、既存のパワープラントのマウント装置に対して、小規模な追加構成で、上記の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、パワープラントを支持する支持装置の配置をそのままに、小規模な追加により、車両のエンジン始動と停止時の振動悪化を低減することができる。

本発明に係る第１の実施の形態のパワープラントの振動低減装置を示した側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩで示した、矢視図であり、（ａ）にパワープラントの振動低減装置を示し、（ｂ）にラバーマウントと拘束装置を示す。 本発明に係る第１の実施の形態のパワープラントの振動低減装置の共振域を表す図である。 本発明に係る第１の実施の形態のパワープラントの振動低減装置の制御方法を示したフローチャートである。 本発明に係る第２及び第３の実施の形態のパワープラントの振動低減装置を示す図であり、（ａ）に第２の実施の形態を示し、（ｂ）に第３の実施の形態を示す。 従来のパワープラントとマウント装置を示した側面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩを示した矢視図であり、（ａ）にパワープラントとラバーマウントの振動を示し、（ｂ）にラバーマウントの動きを示す。 従来のパワープラントとラバーマウントの共振域を示した図である。

以下、本発明に係る第１、第２、及び第３の実施の形態のパワープラントの振動低減装置とそれを搭載する車両について、図面を参照しながら説明する。なお、図６及び図７に示した従来のパワープラント１とマウント装置１０と同一の構成及び動作については同一
の符号を用いて、その説明を省略する。また、本発明に係る第１、第２、及び第３の実施の形態のパワープラントの振動低減装置の支持装置をラバーマウントで説明しているが、本発明の支持装置はラバーマウントに限らずに、液体封入式マウント装置や油圧式アクティブマウント装置などでもよい。

加えて、パワープラントとラバーマウントの配置は、パワープラントの重心を支持する重心支持方式を用いて説明するが、ラバーマウントの配置は限定しない。例えば、他にもトルクロール軸方式や、ペンデュラム方式の配置でも適用できる。さらに、ラバーマウントの配置数や、パワープラントに対して縦置きや横置きなどの置き方についても限定しない。

本発明に係る第１の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０は、図６及び図７で示した従来の構成に、図１に示すように、電磁石３１と電磁石３１を支える支柱３２と電磁石３１の磁力により吸引される被吸引体であるエンジン側マウントブラケット１２とからなる拘束装置３０を追加する。また、電磁石３１に通電し、磁力の発生を制御するＥＣＵ（制御装置）４０を備える。

ラバーマウント１１を、ゴム弾性を有した合成樹脂で形成し、パワープラント１のエンジン２と車両フレーム６との間に配置する。また、ラバーマウント１１を、エンジン側マウントブラケット１２を介してエンジン２と接合し、車両フレーム側マウントブラケット１３を介して車両フレーム６と接合する。

このラバーマウント１１は、エンジン２を含むパワープラント１からの起振に対して、自身が減衰運動を行い、振動を低減する。このラバーマウント１１は、上記の構成に限らず、振動を減衰させるものであればよく、液体を封入した油圧式マウント装置を用いてもよい。このラバーマウント１１を図１に図示されていないエンジン２の反対側にも同様に備える。

被吸引体でもあるエンジン側マウントブラケット１２は、図２の（ａ）に示すように、エンジン２に溶接などで取り付けられた固定用金具である。この、エンジン側マウントブラケット１２を強化プラスチックなどで形成することもできるが、その場合は少なくとも、一部を磁力によって吸引される金属で形成する。また、一部を永久磁石で形成することもできる。車両フレーム側マウントブラケット１３も、エンジン側マウントブラケット１２と同様に車両フレーム６に取り付けられた固定用金具である。ラバーマウント１１とエンジン側マウントブラケット１２又は車両フレーム側マウントブラケット１３を、加硫接着又はボルトなどによって接合する。

電磁石３１は、磁性材料の芯のまわりに、コイルを巻き、通電することによって一時的に磁力を発生させる磁石であり、電流を止めると磁力の発生も止まる。この電磁石３１は周知の技術のものを使用できる。支柱３２の一端に電磁石３１を設け、支柱３２のもう一端を車両フレーム側マウントブラケット１３に固定する。そして、支柱３２が、電磁石３１をエンジン側マウントブラケット１２へ磁力が届く範囲になるように、電磁石３１を支持する。この構成によれば、既存の構成に、電磁石３１を備えるだけで、拘束装置３０となり得るため、設置が容易で、コストも抑えることができる。

ＥＣＵ４０は、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置であり、電気回路によってパワープラント１全体の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。オートマチック車においては、ＥＣＵ４０にあらゆる運転状態における最適制御値を記憶させ、その時々の状態をセンサで検出し、センサからの入力信号により、記憶しているデータの中から最適値を選出し各機構を制御している。このＥＣＵ４
０と電磁石３１とは電気を移送する電線で接続され、電磁石３１に電流を流し、磁力を発生させる制御を行っている。また、このＥＣＵ４０は、アイドリングストップシステムの制御も行っている。

次に、上記のパワープラント１の振動低減装置１０の動作について説明する。エンジン２が始動、又は停止するときに、ＥＣＵ４０は電磁石３１へ電流を流す。そして、電磁石３１に磁力が発生して、エンジン側マウントブラケット１２を吸引する。これにより、エンジン側マウントブラケット１２を固定することができる。ラバーマウント１１の一端はエンジン側マウントブラケット１２に接合されているため、ラバーマウント１１の一端の動きを拘束することになる。よって、ラバーマウント１１全体のばね剛性を上げることができる。

この動作によれば、エンジン２が始動又は停止するときに発生する振動を、電磁石３１の磁力により、エンジン側マウントブラケット１２を吸引することで、ラバーマウント１１のばね剛性を上げることができる。そのため、パワープラント１の振動の悪化を大幅に低減することができる。また、既存の構成の、車両フレーム側マウントブラケット１３に電磁石３１を支柱３２を介して接合するだけで、上記の作用効果を得ることができる。

このパワープラント１の振動低減装置１０は、図１に示す、ラバーマウント２０にも適用することができる。この振動低減装置１０は、パワープラント１に配置されたラバーマウント１０及び２０の全てに設けることができる。

上記の動作の結果を、図３に示す。エンジン２が停止するときは、ラバーマウント１１の防振域から共振域を通る。このときに、拘束装置３０によって、ラバーマウント１１のばね剛性を上げることで、図３に示すように、パワープラント１の懸架系の共振周波数が大きくなり、エンジン２からの加振周波数と離すことができる。そのため、パワープラント１の振動を低減することができる。

エンジン２が始動するときは、ラバーマウント１１の共振域から始まり、防振域に入る。よって、停止時と同様に拘束装置３０によって、ラバーマウント１１のばね剛性を上げることで、パワープラント懸架系の共振周波数を上昇させることができる。これによりエンジン２の始動、又は停止時のパワープラント１の振動の悪化を大幅に低減することができる。

次に、本発明に係る第１の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０をアイドリングストップシステムと連動したときの制御方法を、図４を参照しながら、説明する。アイドリングストップシステムとは信号停止中や渋滞中にエンジンを自動的に停止するシステムのことである。

まず、車両を停止する操作をしたか否かを判断するステップＳ１を行う。ステップＳ１で車両を停止する操作をしたと判断されると、次に、エンジン２の停止を開始するステップＳ２を行う。このステップＳ１からステップＳ２の間に車両が何秒間停止しているか判断するステップを追加してもよい。このステップＳ２により、エンジン２の停止が開始され、エンジン２の回転数が落ちていく。次に、エンジン２の回転数がアイドル時の回転数よりも小さくなるか否かを判断するステップＳ３を行う。ステップＳ３でエンジン２の回転数がアイドル時のエンジン２の回転数よりも大きい場合は、再度ステップＳ２に戻る。

ステップＳ２で、エンジン２の回転数がアイドル時のエンジン２の回転数以下になったと判断されると、次の電磁石３１に通電するステップＳ４を行う。通電された電磁石３１は、エンジン側マウントブラケット１２を吸引して、その結果、ラバーマウント１１のば
ね剛性が上がる。このラバーマウント１１のばね剛性が上がった状態は、エンジン２の停止まで続き、パワープラント１懸架系の共振域の周波数と、エンジン２の回転数から算出される加振周波数を離すことができる。次に、エンジン２が完全に停止するステップＳ５が完了すると、次の電磁石３１への通電を停止するステップＳ６を行う。

次に、車両の発進操作が行われた否かを判断するステップＳ７を行う。ステップＳ７で車両の発進操作が行われたと判断されると次に、電磁石３１に通電するステップＳ８を行う。電磁石３１への通電が開始されると、電磁石３１の磁力によりエンジン側マウントブラケット１２を吸引する。これにより、ラバーマウント１１のばね剛性が上がる。ラバーマウント１１のばね剛性が上がると次に、エンジンの始動を開始するステップＳ９を行う。次に、エンジン２の回転数がアイドル時の回転数よりも大きくなるか否かを判断するステップＳ１０を行う。エンジン２の回転数がアイドル時の回転数よりも小さい場合は、再度ステップＳ９へと戻る。ステップＳ１０でエンジン２の回転数がアイドル時のエンジン２の回転数以上と判断されると、電磁役３１への通電を停止するステップＳ１１を行いこの制御は完了する。

上記の制御方法によれば、アイドリング時から停止する場合は、エンジン２の回転数を落としていくと略同時に、電磁石３１に通電し、エンジン２の停止時のパワープラント１の振動の悪化を大幅に低減できる。また、停止状態のエンジン２を始動する場合は、停止時とは逆の行程を行う。即ち、エンジン２の始動前に電磁石３１に通電して吸引力を発生させ、ラバーマウント１１のばね剛性を上げておく。そして、パワープラント１の共振を起こさせないで始動し、エンジン２の回転数がアイドル状態まで上がったら、電磁石３１の通電を解除して、ラバーマウント１１のばね剛性を下げる。

これにより、エンジン２の停止、又は始動時には、ラバーマウント１１のばね剛性を上げて、パワープラント１懸架系の共振周波数を大きくすることができるので、パワープラント１の振動を低減することができる。一方、エンジン２のアイドル時は、ラバーマウント１１が通常のばね剛性であり、防振域で振動を低減することができる。

次に、本発明に係る第２及び第３の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置について、図５を参照しながら、説明する。本発明に係る第２の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０は、前述した図１に示す、構成を、逆にした構成である。図５の（ａ）に示すように、拘束装置５０を、電磁石５１、支柱５２、及び車両フレーム側マウントブラケット１３で構成する。この構成によれば、電磁石５１によって、車両フレーム側マウントブラケット１３を吸引して、ラバーマウント１１のばね剛性を上げることができるので、前述と同じ作用効果を得ることができる。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０は、図５の（ｂ）に示すように、拘束装置６０をエンジン側マウントブラケット１２に固定した電磁石６１と、車両フレームマウントブラケット１３に固定した被吸引体となる支柱６２とから構成する。これにより、前述と同じ作用効果を得ることができる。

本発明に係る第１、第２、及び第３の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０は、拘束装置として、電磁石を用いて説明したが、ラバーマウント１１の一端を拘束して、ラバーマウント１１のばね剛性を上げることができればよく、その構成は上記の構成に限定しない。

本発明に係る第１、第２、及び第３の実施の形態のパワープラント１の振動低減装置１０を搭載した車両は、既存のパワープラント１のラバーマウント１１の配置に対して、小規模な追加により前述した作用効果を得ることができる。

本発明のパワープラントの振動低減装置は、エンジンの始動、又は停止時に電磁石の吸引力によって、支持装置の動きを拘束して、ばね剛性を上げることができる。これにより、エンジン懸架系の共振域の周波数とエンジン回転数から算出される加振周波数を離し、パワープラントの振動を低減することができるため、トラックなどの大型車両に利用することができる。

１ パワープラント
２ エンジン（内燃機関）
３ クラッチ
４ トランスミッション（変速装置）
５ アウトプットシャフト
６ 車両フレーム
１０ 振動低減装置
１１ ラバーマウント（支持装置）
１２ エンジン側マウントブラケット
１３ 車両フレーム側マウントブラケット
３０ 拘束装置
３１ 電磁石
３２ 支柱
４０ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (5)

1. 内燃機関を含むパワープラントの振動を、前記パワープラントを基台に支持する支持装置の減衰運動によって減衰するパワープラントの振動低減機構において、前記内燃機関の始動又は停止時に、前記支持装置の一部を拘束して、前記支持装置の全体のばね剛性を上げる拘束装置を備えることを特徴とするパワープラントの振動低減機構。
2. 前記拘束装置を電磁石と被吸引体から構成し、
   前記電磁石と前記被吸引体のどちらか一方を前記支持装置の前記パワープラント側の一端、又は前記基台側の一端に固定すると共に、他方を前記電磁石からの磁力が届く範囲に配置することを特徴とする請求項１に記載のパワープラントの振動低減機構。
3. 前記被吸引体を、前記支持装置と、前記パワープラント又は前記基台との間に介設されるマウントブラケットで形成することを特徴とする請求項２に記載のパワープラントの振動低減機構。
4. 前記内燃機関に搭載したアイドリングストップシステムと連動し、前記アイドリングストップシステムによって、前記内燃機関が停止、又は始動するときに、前記拘束装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワープラントの振動低減機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のパワープラントの振動低減機構を搭載することを特徴とする車両。