JP2014141949A

JP2014141949A - ディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法

Info

Publication number: JP2014141949A
Application number: JP2013011939A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takao; 崇史高尾; Jiyunji Yamamoto; 淳氏山本; Hirofumi Hashimoto; 博文橋本; Jun Nakano; 純中野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】本発明の目的は、エンジン停止時に発生する振動を従来よりも低減することができるディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の運転中にイグニッションキー２０がオフになって噴射ノズル１１への燃料供給がストップしたときに、ＥＣＵ１９は圧縮開放ブレーキ装置１８を作動させて、ピストン１０が圧縮行程の上死点付近に達したときに排気弁１３を開放し、上死点通過後の膨張行程にあるときは排気弁１３を閉止する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法に関し、更に詳しくは、エンジン停止時に発生する振動を従来よりも低減することができるディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法に関する。

近年の厳しい経済状況下における自動車ユーザの経済性への関心の高まりや、全世界規模でのＣＯ₂削減などを背景として、自動車の燃費改善が重要な課題となっている。そのため、信号などで停車するときに自動車のユーザがエンジンを停止する機会が多く見られるようになっている。また、そのような停車時におけるエンジンの停止を自動で行い、かつ発車時に自動で再始動させるアイドリングストップ機構を搭載した自動車も増加している。

しかし、エンジンが停止するときには、ピストンが圧縮行程から膨張工程に移行する際のトルク変動が起振力となって、エンジンマウントとの共振点を通過する際にユーザに不快感を与える車両振動が発生するという問題がある。この車両振動の発生過程を詳しく説明すると次のようになる。

エンジンの停止時に燃料供給が停止されて燃焼がストップすると、シリンダ内の残空気のピストン圧縮行程（ポンピング）がクランク軸回転方向のフリクション（ロス）となるため、エンジン回転数が低下して停止状態に至ることになる。このフリクションは、ピストンが往復する過程で変化するため、クランク軸に回転角速度の変動を生じさせ、軸周りの慣性モーメント（慣性力）を合わせてトルク変動が生じ、エンジンの起振力となってエンジン振動が発生する。そして、エンジン回転数が低下することにより回転角速度の変動が大きくなり、変動周波数が低下してエンジンマウントの共振周波数と一致する領域でエンジン振動が増幅されることで、ユーザが車両振動を認識するのである。

特にディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比較して回転角速度の変動が大きいため、振動レベルが高くなりユーザに与える不快感がより大きなものとなってしまう。

ディーゼルエンジンの停止時におけるエンジンの振動発生の解析例を図６に示す。この解析では、エンジンマウント（マウントラバー）を、スプリングとダッシュポットとからなる力学モデルで表現している。また、解析結果を表すグラフの横軸はマウントラバーの共振周波数（１０Ｈｚ）とエンジン加振周波数との周波数比を、縦軸はエンジンの加振力とマウントラバーの伝達力との比である伝達率を、それぞれ示している。

エンジンのアイドル状態でユーザがイグニッションキーをオフにすると、エンジン回転数は徐々に低下し、加振周波数が共振周波数に近づくため伝達率が増加する。そして、周波数比が１．０になると、伝達率が最大値となってディーゼルエンジンから車両に伝わる振動が最大となる。その後は、エンジン回転数の低下とともに伝達率は急激に低下して、エンジン停止に至る。

このような問題を解決するため、特許文献１は、ディーゼルエンジンの停止時において、燃料噴射の停止と同時にインテークスロットルにより燃焼室内への吸入空気を遮断する停止制御装置を提案している。

しかし、上記の停止制御装置では、クランク軸の角速度の変動に対応することができないため、エンジンの振動低減の効果は充分なものではなかった。

特開２００９−１９７６０４号公報

本発明の目的は、エンジン停止時に発生する振動を従来よりも低減することができるディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のディーゼルエンジンの振動低減システムは、シリンダー内を摺動するピストンが圧縮行程の上死点付近に達したときに、前記シリンダーの排気口に取り付けられた排気弁を開放し、上死点通過後の膨張行程にあるときは前記排気弁を閉止する排気弁制御手段を備えたディーゼルエンジンの振動低減システムにおいて、前記ディーゼルエンジンの運転中に発生したエンジン停止要求により該ディーゼルエンジンへの燃料供給が停止された場合には、前記排気弁制御手段を作動させることを特徴とするものである。

上記のディーゼルエンジンの振動低減システムにおいては、排気弁制御手段として圧縮開放ブレーキ装置を用いることが望ましい。

また、ディーゼルエンジンの振動低減システムは、ディーゼルエンジンのエンジン停止要求後に発生したエンジン再始動要求に応じて、そのディーゼルエンジンのスタータを起動させるアイドリングストップ機構を備えることが望ましい。

上記の目的を達成する本発明のディーゼルエンジンの振動低減方法は、ディーゼルエンジンの停止時におけるディーゼルエンジンの振動低減方法であって、前記ディーゼルエンジンの運転中に発生したエンジン停止要求に応じて該ディーゼルエンジンへの燃料供給が停止された場合には、該ディーゼルエンジンのシリンダー内を摺動するピストンが圧縮行程の上死点付近に達したときに、前記シリンダーの排気口に取り付けられた排気弁を開放し、上死点通過後の膨張行程にあるときは前記排気弁を閉止することを特徴とするものである。

本発明のディーゼルエンジンの振動低減システム及び振動低減方法によれば、エンジン停止時に圧縮開放ブレーキ装置を作動させるようにしたので、圧縮行程の圧縮気が外部へ逃されて、圧縮行程から膨張工程へ移行する際のトルク変動が抑制されるため、ディーゼルエンジンの振動を従来よりも低減することができる。

本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの振動低減システムを示す構成図である。図１に示すＸ部の拡大図である。本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの振動低減システムの他の例を示す構成図である。実施例の結果を示すグラフである。比較例の結果を示すグラフである。ディーゼルエンジンの停止時におけるエンジンの振動発生の解析例を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１、２は、本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの振動低減システムを示す。

このディーゼルエンジンの振動低減システム（以下、「振動低減システム」という。）が装備されたディーゼルエンジン１では、吸気管２を通じて吸収された空気はインテークマニホールド３から吸気分岐管４を通じて各気筒５へ分配され、シリンダヘッド６に取り付けられた吸気弁７が吸気口８を開放したときに気筒５内に供給される。そして、シリンダー９内を摺動可能なピストン１０が上死点に至る圧縮行程において、噴射ノズル１１から噴射される燃料と混合されて燃焼し、ピストン１０が上死点を通過後の膨張工程を通じてピストン１０を往復動させることでクランクシャフト１２を回転駆動する。

燃焼後の空気（燃焼ガス）は、シリンダヘッド６に取り付けられた排気弁１３が排気口１４を開放したときに排気分岐管１５へ排気され、エキゾーストマニホールド１６でまとめられてから排気管１７へ渡される。

また、ディーゼルエンジン１には、排気弁制御手段である圧縮開放ブレーキ装置１８が設けられている。圧縮開放ブレーキ装置１８は、信号線（一点鎖線）で接続されたＥＣＵ１９からの作動指示を受けると、ピストン１０が圧縮行程の上死点付近に達したときに排気弁１３を開放して排気口１４から圧縮気を吐出させてエネルギー損失を発生させるとともに、上死点通過後の膨張行程にあるときは排気弁１３を閉止してシリンダー９内の空気が少ない状態で負の仕事を発生させることで、高いブレーキ力を得るものである。

このような振動低減システムにおいて、ＥＣＵ１９は、ディーゼルエンジン１のエンジン停止要求の発生により噴射ノズル１１への燃料供給がストップしたときに、圧縮開放ブレーキ装置１８を作動させる制御を行う。なお、このＥＣＵ１９による作動制御は、ディーゼルエンジン１が完全停止したときに停止される。

このように、ディーゼルエンジン１の停止時において圧縮開放ブレーキ装置１８が作動すると、圧縮行程の圧縮気が外部へ逃されるので、圧縮行程から膨張工程へ移行する際のトルク変動が抑制されるため、ディーゼルエンジン１の振動を従来よりも低減することができる。

ディーゼルエンジン１のエンジン停止要求としては、ディーゼルエンジン１が搭載された車両のユーザによるイグニッションキー２０のオフ動作などが例示される。

本発明の振動低減システムは、図３に示すような、アイドリングストップ機構２１を備えた車両に望ましく適用される。

このアイドリングストップ機構２１においては、ＥＣＵ１９はディーゼルエンジン１のエンジン停止要求の後にエンジン再始動要求の発生を受けると、スタータ２２のセルモータ２３によりピニオン２４を回転駆動させ、リングギア２５に向けて伸長させ嵌合させることで、クランクシャフト１２を回転させてクランキングを行う。

アイドリングストップ機構２１におけるディーゼルエンジン１のエンジン停止要求としては、車速やバッテリー電圧などを測定するセンサ類２６からの信号が、所定の条件を満たした場合などが例示される。また、ディーゼルエンジン１のエンジン再始動要求としては、ギアの位置やクラッチペダルの状態などを測定するセンサ類２７からの信号が、所定の条件を満たした場合などが例示される。

このように、振動低減システムをアイドリングストップ機構２１を備えた車両に搭載することで、アイドリングストップ時に振動なくスムーズにディーゼルエンジン１を停止させることができる。

同一仕様のディーゼルエンジンのイグニッションキーをオフにした時に、圧縮開放ブレーキ装置１８を作動させた場合（実施例）、及び作動させなかった場合（比較例）における車両振動及び気筒５の内圧の経時変化を測定した実験結果を、図４及び図５にそれぞれ示す。

これらの実験結果から、比較例では気筒５の内圧が高いままであって車両振動が大きいのに対して、実施例では気筒５の内圧が低下して車両振動が小さくなることが分かる。

１ディーゼルエンジン
５気筒
７吸気弁
８吸気口
９シリンダー
１０ピストン
１１噴射ノズル
１３排気弁
１４排気口
１８圧縮開放ブレーキ装置
１９ＥＣＵ
２０イグニッションキー
２１アイドリングストップ機構

Claims

シリンダー内を摺動するピストンが圧縮行程の上死点付近に達したときに、前記シリンダーの排気口に取り付けられた排気弁を開放し、上死点通過後の膨張行程にあるときは前記排気弁を閉止する排気弁制御手段を備えたディーゼルエンジンの振動低減システムにおいて、
前記ディーゼルエンジンの運転中に発生したエンジン停止要求により該ディーゼルエンジンへの燃料供給が停止された場合には、前記排気弁制御手段を作動させることを特徴とするディーゼルエンジンの振動低減システム。
前記排気弁制御手段が圧縮開放ブレーキ装置である請求項１に記載のディーゼルエンジンの振動低減システム。
前記エンジン停止要求後に発生したエンジン再始動要求に応じて前記ディーゼルエンジンのスタータを起動させるアイドリングストップ機構を備えた請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの振動低減システム。
ディーゼルエンジンの停止時におけるディーゼルエンジンの振動低減方法であって、
前記ディーゼルエンジンの運転中に発生したエンジン停止要求に応じて該ディーゼルエンジンへの燃料供給が停止された場合には、該ディーゼルエンジンのシリンダー内を摺動するピストンが圧縮行程の上死点付近に達したときに、前記シリンダーの排気口に取り付けられた排気弁を開放し、上死点通過後の膨張行程にあるときは前記排気弁を閉止することを特徴とするディーゼルエンジンの振動低減方法。