JP2021035813A - Hybrid system - Google Patents

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Jiro Isomura
治郎 磯村
栄太 浜田
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Abstract

To provide a hybrid system in which a power control unit can be fastened even without using a dedicated vibration damping member.SOLUTION: A hybrid system 1 includes: an in-line n-cylinder engine 11 which includes a crankshaft, a casing for supporting the crankshaft, and a damper mounted on the crankshaft; and a motor 12 which includes a stator 12a and is directly or indirectly mounted on the casing of the engine 11. In the hybrid system 1, when the natural frequency of the stator 12a is defined as Fs, a smallest order N, among orders which each allow a natural frequency Fd of a unit to be reached at a revolution speed equal to or less than the upper limit revolution speed of the engine 11, and which are each an integral multiple of n/2, satisfies the relationship: Fd×(N±1)/N≠Fs.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ハイブリッドシステムに関する。 The present invention relates to a hybrid system.

特許文献1には、電力制御ユニット(PCU)がモータを収容するハウジングの上方に固定され、PCUの下面にダイナミックダンパが取り付けられた電動車両が記載されている。 Patent Document 1 describes an electric vehicle in which a power control unit (PCU) is fixed above a housing accommodating a motor and a dynamic damper is attached to the lower surface of the PCU.

特開2017−007553号公報JP-A-2017-007553

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、通常走行時にPCUに加わる振動を低減するために専用の防振部材が必要になり、PCUとモータとの間の電気的接続部材も振動に耐えられる柔らかいケーブルにする必要があるため、部品数が増加し、コストが嵩む。 However, in the technique described in Patent Document 1, a dedicated anti-vibration member is required to reduce the vibration applied to the PCU during normal driving, and the electrical connection member between the PCU and the motor is also soft enough to withstand the vibration. Since it is necessary to use a cable, the number of parts increases and the cost increases.

そこで、本発明の目的は、電力制御ユニット専用の防振部材を使用しなくても電力制御ユニットを締結することが可能なハイブリッドシステムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hybrid system capable of fastening a power control unit without using a vibration isolator dedicated to the power control unit.

上記目的を達成するための本発明の一態様は、クランクシャフトと、前記クランクシャフトを支持するケーシングと、前記クランクシャフトに取り付けられるダンパと、を含む直列n気筒のエンジンと、ステータを含み、前記エンジンの前記ケーシングに直接的又は間接的に取り付けられるモータと、を備えるハイブリッドシステムである。そして、前記ハイブリッドシステムは、前記クランクシャフト及び前記ダンパからなるユニットの固有周波数をFdとし、前記ステータの固有周波数をFsとしたとき、前記エンジンの上限回転数以下の回転数で前記ユニットの固有周波数Fdに到達でき且つn/2の整数倍である次数の中で最も小さい次数Nが、Fd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たす、ものとする。 One aspect of the present invention for achieving the above object includes an in-line n-cylinder engine including a crankshaft, a casing supporting the crankshaft, a damper attached to the crankshaft, and a stator. A hybrid system comprising a motor that is attached directly or indirectly to the casing of the engine. Then, in the hybrid system, when the intrinsic frequency of the unit including the crankshaft and the damper is Fd and the intrinsic frequency of the stator is Fs, the intrinsic frequency of the unit is at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine. It is assumed that the smallest order N among the orders that can reach Fd and is an integral multiple of n / 2 satisfies the relationship of Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs.

ダンパでクランクシャフトの振動を低下させる場合、クランクシャフトとダンパからなるユニットの固有周波数Fdで最も強い共振を励起する振動成分がエンジンの上記ケーシングに伝わったとき、ステータの共振を励起しない。この一態様に係るハイブリッドシステムは、このようにステータの共振を励起しないような上述の関係を満たすものであり、これにより、モータ側に直接的又は間接的に設置された電力制御ユニットが受ける振動が低減され、防振部材を使わずに電力制御ユニットを締結することが可能になる。よって、この一態様によれば、電力制御ユニット専用の防振部材を使用しなくても、ハイブリッドシステムに電力制御ユニットを締結することが可能になる。 When the vibration of the crankshaft is reduced by the damper, the resonance of the stator is not excited when the vibration component that excites the strongest resonance at the natural frequency Fd of the unit including the crankshaft and the damper is transmitted to the casing of the engine. The hybrid system according to this aspect satisfies the above-mentioned relationship so as not to excite the resonance of the stator in this way, and thereby the vibration received by the power control unit directly or indirectly installed on the motor side. Is reduced, and it becomes possible to fasten the power control unit without using a vibration isolator. Therefore, according to this aspect, it is possible to fasten the power control unit to the hybrid system without using the vibration isolator dedicated to the power control unit.

本発明によれば、電力制御ユニット専用の防振部材を使用しなくても電力制御ユニットを締結することが可能なハイブリッドシステムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a hybrid system capable of fastening a power control unit without using a vibration isolator dedicated to the power control unit.

実施形態に係るハイブリッドシステムの一構成例を示す外観図である。It is an external view which shows one configuration example of the hybrid system which concerns on embodiment. 図1のハイブリッドシステムに設けられるクランクシャフトの一例を示す外観図である。It is an external view which shows an example of the crankshaft provided in the hybrid system of FIG. 図1のハイブリッドシステムにおけるモータのステータ部分を示す図である。It is a figure which shows the stator part of the motor in the hybrid system of FIG. 回転次数の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the rotation order. 回転次数と強制力の大きさの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the rotation order and the magnitude of a forcing force. Nmax=6000rpmの場合の回転次数の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the rotation order in the case of Nmax = 6000 rpm. 各気筒の爆発タイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the explosion timing of each cylinder. 図7における1つの気筒に関して周波数分析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the frequency analysis about one cylinder in FIG. 7. 図7における1つの気筒に関して爆発と各次数成分との位相関係を示す図である。It is a figure which shows the phase relationship between an explosion and each degree component with respect to one cylinder in FIG. 7. 図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発と回転0.5次成分との位相関係を示す図である。It is a figure which shows the phase relationship between the explosion and the 0.5th order component of rotation with respect to the cylinders # 1 to # 4 in FIG. 図7における#1〜#4の気筒に関して、回転0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の成分の位相関係を示す図である。It is a figure which shows the phase relationship of the component of rotation 0.5th order, 1st order, 1.5th order, 2nd order, ... With respect to cylinders # 1 to # 4 in FIG. 図2のクランクシャフトにおける爆発力のクランクへの入力方向の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the input direction of the explosive force to the crank in the crankshaft of FIG. 図12をクランク軸に垂直な方向から見た図である。FIG. 12 is a view seen from a direction perpendicular to the crankshaft. 図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発力の入力を考慮した場合の、爆発と回転0.5次成分との位相関係を示す図である。It is a figure which shows the phase relationship between the explosion and the 0.5th order component of rotation in consideration of the input of the explosive force with respect to the cylinders # 1 to # 4 in FIG. 図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発力の入力を考慮した場合の、回転0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の成分の位相関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the phase relationship of the components of rotation 0.5th order, primary order, 1.5th order, secondary order, ... When the input of explosive force is taken into consideration for the cylinders # 1 to # 4 in FIG. Is. ベアリングで支持した丸棒の振動について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vibration of a round bar supported by a bearing. 図16の丸棒の回転及び振動について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the rotation and vibration of the round bar of FIG. ±1次変換を説明するための図である。It is a figure for demonstrating ± 1st order transformation. クランク共振がケーシングへ入力された時の周波数の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency when the crank resonance is input to a casing. クランクシャフト本体の捩りモードとプーリダンパを追加した後のモードとを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the twist mode of a crankshaft body and the mode after adding a pulley damper. クランクシャフト本体の共振とダイナミックダンパを追加した後の共振の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the resonance of a crankshaft body and the resonance after adding a dynamic damper.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all of the configurations described in the embodiments are indispensable as means for solving the problem. Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(実施形態)
本実施形態について、図1〜図21を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るハイブリッドシステムの一構成例を示す外観図である。図2は、図1のハイブリッドシステムに設けられるクランクシャフトの一例を示す外観図、図3は、図1のハイブリッドシステムにおけるモータのステータ部分を示す図である。
(Embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 21. FIG. 1 is an external view showing a configuration example of a hybrid system according to the present embodiment. FIG. 2 is an external view showing an example of a crankshaft provided in the hybrid system of FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing a stator portion of a motor in the hybrid system of FIG.

図1に示すように、本実施形態に係るハイブリッドシステム1は、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)10、エンジン(エンジンブロック)11、及びモータ(モータブロック)12を備えることができる。ハイブリッドシステム1は、エンジン11とモータ12とによるハイブリッド駆動が可能なハイブリッド自動車等の車両などに搭載されるシステムとすることができる。 As shown in FIG. 1, the hybrid system 1 according to the present embodiment can include a power control unit (PCU: Power Control Unit) 10, an engine (engine block) 11, and a motor (motor block) 12. The hybrid system 1 can be a system mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle capable of hybrid driving by the engine 11 and the motor 12.

PCU10は、モータへの電力を制御するユニットであり、例えば、モータ12を駆動するインバータ、電圧をコントロールする昇圧コンバータ、及び高電圧を降圧するDC/DCコンバータで構成されることができる。モータ12のブロックには、トランスアクスルを内蔵しておくことができ、PCU10はこのトランスアクスルに締結されることができる。PCU10は、一般的にモータ12の上部に配設されるが、エンジン11側ではなくモータ12側に直接的に又は間接的に設置(配設)されていれば、これに限ったものではない。なお、PCU10の構成や形状なども問わない。 The PCU 10 is a unit that controls electric power to a motor, and can be composed of, for example, an inverter that drives the motor 12, a boost converter that controls a voltage, and a DC / DC converter that steps down a high voltage. A transaxle can be built in the block of the motor 12, and the PCU 10 can be fastened to the transaxle. The PCU 10 is generally arranged on the upper part of the motor 12, but is not limited to this as long as it is directly or indirectly installed (arranged) on the motor 12 side instead of the engine 11 side. .. The configuration and shape of the PCU 10 are not limited.

エンジン11は、図2で例示するようなクランクシャフト11aと、クランクシャフト11aを支持するケーシングと、クランクシャフト11aに取り付けられるダンパと、を含む直列n気筒のエンジンである。エンジン11は、このような構成であれば、その形状や付加的要素の有無などは問わない。図2では、第1(#1)気筒、第2(#2)気筒、第3(#3)気筒、第4(#4)気筒でなる4気筒のクランクシャフト11aを例示しており、以下では、この例に従い、n=4の例を挙げて説明するが、これに限らず、3気筒などそれ以外の気筒についても同様に適用できる。なお、以下では、例えば#1気筒を単に「#1」などと称して説明を行うこともある。 The engine 11 is an in-line n-cylinder engine including a crankshaft 11a as illustrated in FIG. 2, a casing that supports the crankshaft 11a, and a damper attached to the crankshaft 11a. As long as the engine 11 has such a configuration, its shape and the presence or absence of additional elements do not matter. FIG. 2 illustrates a 4-cylinder crankshaft 11a including a first (# 1) cylinder, a second (# 2) cylinder, a third (# 3) cylinder, and a fourth (# 4) cylinder. Then, according to this example, an example of n = 4 will be described, but the present invention is not limited to this, and the same applies to other cylinders such as 3 cylinders. In the following, for example, the # 1 cylinder may be simply referred to as "# 1" and the like.

上記のダンパとしては、図2で例示するプーリダンパ11b等のダンパが挙げられる。以下では、上記のダンパとして、プーリダンパ11bを例に挙げて説明するが、これに限ったものではない。プーリダンパ11bは、クランクシャフト11aの一端に取り付けられ、ダイナミックダンパとして機能させ、振動を低減する。クランクシャフト11aの他端にはフライホイール11cが取り付けられている。 Examples of the damper include dampers such as the pulley damper 11b illustrated in FIG. Hereinafter, the pulley damper 11b will be described as an example of the damper, but the damper is not limited to this. The pulley damper 11b is attached to one end of the crankshaft 11a and functions as a dynamic damper to reduce vibration. A flywheel 11c is attached to the other end of the crankshaft 11a.

モータ12は、ステータ12aを含み、エンジン11の上記ケーシングに直接的又は間接的に取り付けられる。モータ12は、このような構成であれば、その形状や付加的要素の有無、エンジン11に対する配設位置などは問わない。なお、図1では、ステータ12aとして、モータジェネレータのステータを挙げているが、これに限ったものではない。 The motor 12 includes the stator 12a and is directly or indirectly attached to the casing of the engine 11. As long as the motor 12 has such a configuration, the shape, the presence or absence of additional elements, the arrangement position with respect to the engine 11, and the like do not matter. In FIG. 1, the stator of the motor generator is mentioned as the stator 12a, but the present invention is not limited to this.

上述のようなハイブリッドシステム1では、図2において、白抜き矢印で図示したように、第4(#4)ジャーナル部が面直方向(図1の太線片矢印で示す方向)に揺すられる。これは、図2の両矢印で示すように、クランクシャフト11aにおける捩り共振によって生じる。 In the hybrid system 1 as described above, as shown by the white arrow in FIG. 2, the fourth (# 4) journal portion is swayed in the direction perpendicular to the plane (the direction indicated by the thick line single arrow in FIG. 1). This is caused by the torsional resonance in the crankshaft 11a, as shown by the double-headed arrow in FIG.

さらに、上述のようなハイブリッドシステム1では、図1の太線両矢印及び図3の両矢印で示す方向に、ステータ12aも揺すられる。そして、第4ジャーナル部とステータ12aが共振して、PCU10を図1の太線両矢印の方向に揺らし、対策を講じないと、PCU10を破損させる可能性がある。 Further, in the hybrid system 1 as described above, the stator 12a is also shaken in the directions indicated by the thick double-headed arrow in FIG. 1 and the double-headed arrow in FIG. Then, the fourth journal portion and the stator 12a resonate to swing the PCU 10 in the direction of the thick double-headed arrow in FIG. 1, and if no measures are taken, the PCU 10 may be damaged.

つまり、エンジン11、モータ12、及びPCU10を備えたハイブリッドシステム1では、クランクの捩り共振によってエンジン11(エンジンブロック)が振動し、モータ12のステータ12aの共振により増幅され、PCU10が振動し破損する現象が生じ得る。この現象は、PCU10に防振構造を搭載することで回避できる可能性がある。 That is, in the hybrid system 1 including the engine 11, the motor 12, and the PCU 10, the engine 11 (engine block) vibrates due to the torsional resonance of the crank, and is amplified by the resonance of the stator 12a of the motor 12, and the PCU 10 vibrates and is damaged. A phenomenon can occur. This phenomenon may be avoided by mounting the anti-vibration structure on the PCU 10.

しかし、本実施形態は、このような防振構造を搭載しなくても、エンジン回転次数に着目してクランク側の共振によるPCU破損に対する共振を分散させることで、上記現象を回避させようとするものである。 However, the present embodiment attempts to avoid the above phenomenon by focusing on the engine rotation order and dispersing the resonance due to the PCU breakage due to the resonance on the crank side even if such a vibration isolation structure is not mounted. It is a thing.

本実施形態において、具体的にどのように共振の分散を行うかについて、以下に説明する。以下では、クランクシャフト11a及びプーリダンパ11bからなるユニットの固有周波数をFdとし、ステータ12aの固有周波数をFsとする。 In the present embodiment, how to disperse the resonance will be specifically described below. In the following, the natural frequency of the unit including the crankshaft 11a and the pulley damper 11b will be Fd, and the natural frequency of the stator 12a will be Fs.

本実施形態に係るハイブリッドシステム1は、共振の分散のために、エンジン11の1つの気筒からクランクシャフト11aに入力されるトルクの振動波形をフーリエ変換して得られた各次数の振動成分について規定する。 The hybrid system 1 according to the present embodiment defines the vibration components of each order obtained by Fourier transforming the vibration waveform of the torque input from one cylinder of the engine 11 to the crankshaft 11a in order to disperse the resonance. To do.

ここで、振動成分の次数は、その成分がクランクシャフト11aの1回転において振動する回数として定義される。例えば、1回転に4回振動する成分の次数は4次である。また、エンジン11は直列4気筒エンジン等の直列n気筒エンジンであるため、各気筒からクランクシャフト11aへ入力されるトルクの波形は理論上同じであり、位相がずれているだけである。そして、トルク波形をフーリエ変換すると、異なる次数の振動成分の波形が得られる。 Here, the order of the vibration component is defined as the number of times the component vibrates in one rotation of the crankshaft 11a. For example, the order of the component that vibrates four times per rotation is the fourth order. Further, since the engine 11 is an in-line n-cylinder engine such as an in-line 4-cylinder engine, the waveforms of the torque input from each cylinder to the crankshaft 11a are theoretically the same, and only the phases are out of phase. Then, when the torque waveform is Fourier transformed, waveforms of vibration components of different orders can be obtained.

このようにして得られた振動成分のうち、n/2の整数倍の成分がクランクシャフト11aの共振を励起し易い。また、次数が低い程、振動のエネルギーが強いため、次数がn/2の整数倍である最も小さい次数Nの成分が一番強い共振を励起する。 Of the vibration components thus obtained, a component that is an integral multiple of n / 2 tends to excite the resonance of the crankshaft 11a. Further, the lower the order, the stronger the vibration energy, so that the component of the smallest order N whose order is an integral multiple of n / 2 excites the strongest resonance.

また、上述のように次数は1回転における振動回数を表すため、各次数の振動成分の周波数は、エンジン11の回転数の上昇に連れて増える(周波数F=(回転数Ne[rpm]/60[秒])×次数)。 Further, since the order represents the number of vibrations in one rotation as described above, the frequency of the vibration component of each order increases as the number of rotations of the engine 11 increases (frequency F = (rotation speed Ne [rpm] / 60). [Seconds]) x order).

そのため、実際に共振を励起できる成分は、エンジン11の上限回転数以下の回転数で上記ユニットの固有周波数Fdに到達できる成分に限る。換言すれば、実際に共振を励起できる次数は、エンジン11の上限回転数以下の回転数で上記ユニットの固有周波数Fdに到達できる次数に限る。 Therefore, the component that can actually excite the resonance is limited to the component that can reach the natural frequency Fd of the unit at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine 11. In other words, the order that can actually excite the resonance is limited to the order that can reach the natural frequency Fd of the unit at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine 11.

本実施形態に係るハイブリッドシステム1では、このような共振を励起し易い振動成分を避けるように、固有周波数Fd,Fsの関係を規定することで、上記ユニットの固有周波数Fdで最も強い共振を励起する振動成分がエンジン11の上記ケーシングに伝わったとき、ステータ12aの共振を励起しないようにする。 In the hybrid system 1 according to the present embodiment, the strongest resonance is excited at the natural frequency Fd of the unit by defining the relationship between the natural frequencies Fd and Fs so as to avoid such a vibration component that easily excites the resonance. When the vibrating component is transmitted to the casing of the engine 11, the resonance of the stator 12a is prevented from being excited.

具体的には、本実施形態に係るハイブリッドシステム1は、エンジン11の上限回転数以下の回転数で上記ユニットの固有周波数Fdに到達でき且つn/2の整数倍である次数の中で最も小さい次数Nが、Fd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たすものとする。例えば、ハイブリッドシステム1は、上述のようにして得られた振動成分を示す次数のうち、エンジン11の上限回転数以下の回転数で上記ユニットの固有周波数Fdに到達でき且つn/2の整数倍である次数の中で最も小さい次数Nが、Fd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たすものとする。このような関係を満たすように設計を行うことで、上記ユニットの固有周波数Fdで最も強い共振を励起する振動成分がエンジン11の上記ケーシングに伝わったときに、ステータ12aの共振を励起しなくなるため、PCU10への振動を抑制することができる。 Specifically, the hybrid system 1 according to the present embodiment has the smallest order among the orders that can reach the natural frequency Fd of the unit at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine 11 and is an integral multiple of n / 2. It is assumed that the order N satisfies the relationship of Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs. For example, the hybrid system 1 can reach the natural frequency Fd of the unit at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine 11 among the orders indicating the vibration components obtained as described above, and is an integral multiple of n / 2. It is assumed that the smallest order N among the orders is satisfying the relationship of Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs. By designing to satisfy such a relationship, the resonance of the stator 12a is not excited when the vibration component that excites the strongest resonance at the natural frequency Fd of the unit is transmitted to the casing of the engine 11. , Vibration to the PCU 10 can be suppressed.

まず、この関係について、図4〜図6を参照しながら簡単に説明する。図4は回転次数の例を示す図、図5は回転次数と強制力の大きさの例を示す図、図6は、Nmax=6000rpmの場合の回転次数の例を示す図である。 First, this relationship will be briefly described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. 4 is a diagram showing an example of the rotation order, FIG. 5 is a diagram showing an example of the rotation order and the magnitude of the forced force, and FIG. 6 is a diagram showing an example of the rotation order when Nmax = 6000 rpm.

図4には、エンジン回転数(Eng回転数)と周波数の関係における、偶数次数(2、4、6、8、10・・・)について例示している。ここで、Eng回転数NeにおけるNa次数の周波数は、上述のように、(Ne/60)×Naとなる。図4における下方向への矢印は、各偶数次数のNmaxにおける周波数を示している。これにより、エンジン11の使用領域(0〜Nmax)において、最低次の偶数次数の周波数範囲が分かる。例えば、図6に示すように、Nmax=6000rpmでは、Nmaxでの各偶数次数の周波数は、2次について200Hz、4次について400Hz、6次について600Hzなどとなる。また、図5に示すように、回転次数が高次になるに連れて強制力(爆発強制力)のレベルが低下する。 FIG. 4 illustrates the even-numbered orders (2, 4, 6, 8, 10, ...) In the relationship between the engine speed (Eng speed) and the frequency. Here, the frequency of the Na order in the Eng rotation speed Ne is (Ne / 60) × Na as described above. The downward arrow in FIG. 4 indicates the frequency at Nmax of each even order. As a result, in the used region (0 to Nmax) of the engine 11, the frequency range of the lowest even-numbered order can be known. For example, as shown in FIG. 6, at Nmax = 6000 rpm, the frequencies of each even order at Nmax are 200 Hz for the second order, 400 Hz for the fourth order, 600 Hz for the sixth order, and the like. Further, as shown in FIG. 5, the level of the forcing force (explosion forcing force) decreases as the rotation order becomes higher.

従って、図6の関係では、例えば上記ユニットの共振(クランク共振とも称する)が500Hzである場合、クランクへ入力される最も低い次数(つまり強制力が最も大きな次数)は6次となる。 Therefore, in relation to FIG. 6, for example, when the resonance (also referred to as crank resonance) of the unit is 500 Hz, the lowest order (that is, the order with the largest forcing force) input to the crank is the sixth order.

そして、本実施形態では、クランクシャフト11aの捩りモードを励起する偶数次数について、上記ユニットの固有周波数Fdを上下させるようにする。なお、固有周波数Fdは、プーリダンパ11bがクランクシャフト11aに接続されてなるユニットの共振周波数であって、クランク側の共振周波数であるため、クランク共振周波数と称することもできる。なお、同様の理由から、上記ユニットの共振をクランク共振とも称している。 Then, in the present embodiment, the natural frequency Fd of the unit is raised or lowered with respect to the even-numbered order for exciting the twist mode of the crankshaft 11a. The natural frequency Fd is the resonance frequency of the unit in which the pulley damper 11b is connected to the crankshaft 11a, and is the resonance frequency on the crank side. Therefore, it can also be referred to as the crank resonance frequency. For the same reason, the resonance of the unit is also referred to as crank resonance.

具体的には、本実施形態では、クランク側の共振を励起する偶数次数の中で最も小さい次数N(最も強制力が大きな次数N)に(N±1)/Nを掛けたクランク共振周波数(固有周波数Fd)とステータ12aの共振周波数Fsとを分散させる。このような分散により、上記ユニットの固有周波数Fdで最も強い共振を励起する振動成分がエンジン11の上記ケーシングに伝わったときに、ステータ12aの共振を励起しなくなるため、PCU10への振動を抑制することができる。 Specifically, in the present embodiment, the crank resonance frequency (N ± 1) / N is multiplied by the smallest order N (the order N having the largest forcing force) among the even orders that excite the resonance on the crank side. The natural frequency Fd) and the resonance frequency Fs of the stator 12a are dispersed. Due to such dispersion, when the vibration component that excites the strongest resonance at the natural frequency Fd of the unit is transmitted to the casing of the engine 11, the resonance of the stator 12a is not excited, so that the vibration to the PCU 10 is suppressed. be able to.

このような本実施形態による効果について、より具体的に説明するために、個別の条件についての理由について、以下に説明する。 In order to more specifically explain the effect of the present embodiment, the reasons for the individual conditions will be described below.

まず、本実施形態において、回転次数を偶数次数(4気筒の例における次数2、4、6、8、・・・)に限定しているのは、それがクランクの捩り共振を励起する次数であるためである。偶数次数がクランクの捩り共振を励起する理由について、以下に説明する。 First, in the present embodiment, the rotation order is limited to even-numbered orders (orders 2, 4, 6, 8, ... In the example of four cylinders) because it is the order that excites the torsional resonance of the crank. Because there is. The reason why the even order excites the torsional resonance of the crank will be described below.

そのために、まず、図7〜図11を参照して、爆発と各次数成分との位相関係について説明する。図7は、各気筒の爆発タイミングの一例を示す図、図8は、図7における1つの気筒に関して周波数分析を行った結果を示す図である。図9は、図7における1つの気筒に関して爆発と各次数成分との位相関係を示す図、図10は、図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発と回転0.5次成分との位相関係を示す図である。図11は、図7における#1〜#4の気筒に関して、回転0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の成分の位相関係を示す図である。 For that purpose, first, the phase relationship between the explosion and each order component will be described with reference to FIGS. 7 to 11. FIG. 7 is a diagram showing an example of the explosion timing of each cylinder, and FIG. 8 is a diagram showing the result of frequency analysis for one cylinder in FIG. 7. FIG. 9 is a diagram showing the phase relationship between the explosion and each order component with respect to one cylinder in FIG. 7, and FIG. 10 shows the explosion and the 0.5th order component of rotation with respect to the cylinders # 1 to # 4 in FIG. It is a figure which shows the phase relation. FIG. 11 is a diagram showing the phase relationship of the components of the rotation 0.5th order, the primary order, the 1.5th order, the secondary order, ... With respect to the cylinders # 1 to # 4 in FIG.

図7には、#1〜#4気筒の爆発に関する時間軸波形を示している。一つの気筒に着目するとクランクが2回転する毎に1回爆発が発生し、図7において矢印で示すように、#1→#3→#4→#2の順で爆発を繰り返す。 FIG. 7 shows the time-axis waveforms related to the explosion of the # 1 to # 4 cylinders. Focusing on one cylinder, an explosion occurs once every two rotations of the crank, and as shown by the arrow in FIG. 7, the explosion is repeated in the order of # 1 → # 3 → # 4 → # 2.

この1つの気筒に関し、周波数解析を実行すると、図8に示すようになり、DC成分(0Hz成分)を除くと、回転0.5次成分が最も大きく出る。これは、2回転に1度爆発するためであり、その高次成分である、1次、1.5次、2次、・・・と成分が出るが、高次数になるに連れて徐々にレベルが低下する。例えば6000rpmの時、60で割ると1秒間での回転数100rpsとなり、2回転で1回の爆発から、100rpm÷2=50回(爆発/s)と1秒間の爆発回数が求まる。更に、50回(爆発/s)の逆数で0.02(s/爆発)と1回の爆発に掛かる時間が求まる。この時間軸グラフを周波数分析(FFT)すると、0.5次は50Hz、1次は100Hz、1.5次は150Hz、2次は200Hz、・・・であり、この周波数のレベルが大となる。 When the frequency analysis is executed for this one cylinder, it becomes as shown in FIG. 8, and when the DC component (0 Hz component) is excluded, the 0.5th order component of rotation is the largest. This is because it explodes once every two rotations, and its higher-order components such as primary, 1.5-order, secondary, and so on appear, but gradually as the order becomes higher. The level drops. For example, at 6000 rpm, when divided by 60, the number of revolutions per second is 100 rps, and from one explosion in two revolutions, 100 rpm ÷ 2 = 50 times (explosion / s), which is the number of explosions per second. Further, the reciprocal of 50 times (explosion / s) is 0.02 (s / explosion), and the time required for one explosion can be obtained. When this time axis graph is frequency-analyzed (FFT), the 0.5th order is 50Hz, the 1st order is 100Hz, the 1.5th order is 150Hz, the 2nd order is 200Hz, and so on, and the level of this frequency becomes large. ..

次に、各次数成分(0.5、1、1.5、2、・・・)が爆発の時間軸グラフとどのような位相関係になるかについて、説明する。まず、1つの気筒における各次数成分の位相関係に関して説明する。図9に示すように、1つの気筒において、各々の次数成分を示すグラフのピークとなるタイミングは、爆発タイミングを示すグラフのピークと一致する。 Next, what kind of phase relationship each order component (0.5, 1, 1.5, 2, ...) Has with the time axis graph of the explosion will be described. First, the phase relationship of each order component in one cylinder will be described. As shown in FIG. 9, in one cylinder, the timing of the peak of the graph showing each order component coincides with the peak of the graph showing the explosion timing.

また、1つの次数成分(ここでは0.5次成分)について着目すると、#1〜#4気筒における、爆発と回転0.5次成分との位相関係は、図10に示すようになる。 Focusing on one order component (here, the 0.5th order component), the phase relationship between the explosion and the 0.5th order component of rotation in the # 1 to # 4 cylinders is as shown in FIG.

同様の考えに基づくと、0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の時間軸の位相関係は、図11に示すようになる。ここで、0.5次では、#1〜#4の位相が90°ずつズレており、ピークを迎える順番が、#1→#3→#4→#2の順である。また、1次では、#1と#4、#2と#3の位相が同じであり、2つの位相は180°ズレている。また、1.5次では、#1〜#4の位相が90°ずつズレており、ピークを迎える順番が、#1→#2→#4→#3の順である。また、2次では、#1、#2、#3、#4の全てが同相である。 Based on the same idea, the phase relationship of the time axis of 0.5th order, 1st order, 1.5th order, 2nd order, ... Is shown in FIG. Here, in the 0.5th order, the phases of # 1 to # 4 are shifted by 90 °, and the order of peaking is in the order of # 1 → # 3 → # 4 → # 2. Further, in the first order, the phases of # 1 and # 4, and # 2 and # 3 are the same, and the two phases are 180 ° out of phase. Further, in the 1.5th order, the phases of # 1 to # 4 are shifted by 90 °, and the order of peaking is in the order of # 1 → # 2 → # 4 → # 3. Moreover, in the secondary, all of # 1, # 2, # 3, and # 4 are in-phase.

2.5次は0.5次と、3次は1次と、3.5次は1.5次と、4次は2次と、それぞれ同様の位相となる。よって、#1〜#4気筒における各次数成分の位相関係は、0.5+2m次、1+2m次、1.5+2m次、2+2m次(m=0、1、2、3、・・・)の4パターンに分類される。 The 2.5th order has the same phase as the 0.5th order, the 3rd order has the 1st order, the 3.5th order has the 1.5th order, and the 4th order has the 2nd order. Therefore, the phase relationship of each order component in the # 1 to # 4 cylinders is 4 patterns of 0.5 + 2m order, 1 + 2m order, 1.5 + 2m order, 2 + 2m order (m = 0, 1, 2, 3, ...). are categorized.

次に、図12〜図15を参照しながら、クランクシャフト11aへの爆発力の入力を考慮した上で、各次数成分の位相関係がどのようなパターンに分類されるかについて、説明する。図12は、図2のクランクシャフト11aにおける爆発力のクランクへの入力方向の例を示す斜視図で、図13は、図12をクランク軸に垂直な方向から見た図である。図14は、図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発力の入力を考慮した場合の、爆発と回転0.5次成分との位相関係を示す図である。図15は、図7における#1〜#4の気筒に関して、爆発力の入力を考慮した場合の、回転0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の成分の位相関係を示す図である。 Next, with reference to FIGS. 12 to 15, what kind of pattern the phase relationship of each order component is classified into will be described in consideration of the input of the explosive force to the crankshaft 11a. FIG. 12 is a perspective view showing an example of the direction in which the explosive force of the crankshaft 11a of FIG. 2 is input to the crank, and FIG. 13 is a view of FIG. 12 viewed from a direction perpendicular to the crankshaft. FIG. 14 is a diagram showing the phase relationship between the explosion and the 0.5th-order component of rotation when the input of the explosive force is taken into consideration for the cylinders # 1 to # 4 in FIG. 7. FIG. 15 shows the phases of the components of the rotation 0.5th order, 1st order, 1.5th order, 2nd order, ... When the input of the explosive force is taken into consideration for the cylinders # 1 to # 4 in FIG. It is a figure which shows the relationship.

クランクシャフト11aは回転しており、図12及び図13に示すように、筒内圧が最大となる、クランク角度θ、コンロッド傾きφの方向へ力の入力が最大となる。ここで、クランクが静止状態であると想定すると、#1〜#4気筒の爆発による力の向きは、図12及び図13において矢印で示す方向になる。#2、#3気筒についての力の向きを正にすると、#1、#4気筒についての力は負の方向となる。 The crankshaft 11a is rotating, and as shown in FIGS. 12 and 13, the input of force is maximized in the direction of the crank angle θ and the connecting rod inclination φ where the in-cylinder pressure is maximized. Here, assuming that the crank is in a stationary state, the direction of the force due to the explosion of the # 1 to # 4 cylinders is the direction indicated by the arrow in FIGS. 12 and 13. If the direction of the force for the # 2 and # 3 cylinders is positive, the force for the # 1 and # 4 cylinders will be in the negative direction.

よって、クランクシャフト11aへの爆発力の入力を考慮した場合、時間軸の筒内圧は、図10の位相関係において#1、#4について正負を反転させた図14に示すような位相関係となる。図10の位相関係について図11の位相関係を求めた場合と同様の手順で、前ページと同様の処理をすると、爆発力の入力を考慮した場合の、回転0.5次、1次、1.5次、2次、・・・の成分の位相関係は、図15に示すようになる。 Therefore, when the input of the explosive force to the crankshaft 11a is taken into consideration, the in-cylinder pressure on the time axis has a phase relationship as shown in FIG. 14 in which the positive and negative are reversed for # 1 and # 4 in the phase relationship of FIG. .. Regarding the phase relationship of FIG. 10, if the same process as that of the previous page is performed in the same procedure as when the phase relationship of FIG. 11 is obtained, the rotation is 0.5th order, 1st order, 1st order when the input of explosive force is considered. The phase relationship of the components of the fifth order, the second order, ... Is shown in FIG.

即ち、0.5次では、#1〜#4の位相が90°ずつズレており、ピークを迎える順番が、#1→#2→#4→#3の順である(パターンAと称する)。また、1次では、#1、#2、#3、#4の全てが同相である(パターンBと称する)。また、1.5次では、#1〜#4の位相が90°ずつズレており、ピークを迎える順番が、#1→#3→#4→#2の順である(パターンCと称する)。また、2次では、#1と#4の位相が同じで、#2と#3の位相が同じであり、それらの2つの位相は180°ズレている(パターンDと称する)。 That is, in the 0.5th order, the phases of # 1 to # 4 are shifted by 90 °, and the order of peaking is in the order of # 1 → # 2 → # 4 → # 3 (referred to as pattern A). .. Further, in the primary, all of # 1, # 2, # 3, and # 4 are in phase (referred to as pattern B). Further, in the 1.5th order, the phases of # 1 to # 4 are shifted by 90 °, and the order of peaking is in the order of # 1 → # 3 → # 4 → # 2 (referred to as pattern C). .. Further, in the second order, the phases of # 1 and # 4 are the same, the phases of # 2 and # 3 are the same, and the two phases are 180 ° out of phase (referred to as pattern D).

ここまでは、回転次数によって、#1〜#4気筒に対する爆発力の入力位相が変化することを説明した。 Up to this point, it has been explained that the input phase of the explosive force for the # 1 to # 4 cylinders changes depending on the rotation order.

次に、図2で説明したクランクシャフト11aの捩り共振を最も励起する回転次数がパターンDであることを説明する。 Next, it will be described that the rotation order that most excites the torsional resonance of the crankshaft 11a described with reference to FIG. 2 is the pattern D.

図2で説明した捩り共振は、フライホイール11cの回転慣性が大きいために、#1〜#3の回転慣性とフライホイール11cの回転慣性とにより#4気筒のピン近傍が歪み、#1〜#3のピンが回転する変形モードである。つまり、#1〜#3のピンがモードの腹であり、本モードを励起し易い場所である。なお、動き量が大きいのは、図2において両矢印の長さで図示したように、#1>#2>#3の順であり、励起され易い順番も#1>#2>#3の順となる。 In the torsional resonance described with reference to FIG. 2, since the rotational inertia of the flywheel 11c is large, the rotational inertia of # 1 to # 3 and the rotational inertia of the flywheel 11c distort the vicinity of the pins of the # 4 cylinder, and # 1 to # This is a deformation mode in which the pin 3 rotates. That is, the pins # 1 to # 3 are the antinodes of the mode, and are the places where this mode is easily excited. As shown by the length of the double-headed arrow in FIG. 2, the amount of movement is large in the order of # 1> # 2> # 3, and the order in which they are easily excited is also # 1> # 2> # 3. It will be in order.

パターンA〜Dのそれぞれについて検討する。
パターンA及びパターンCでは#2と#3とが逆相関係にあり、互いにキャンセルするため、#1による入力のみによって本モードが励起される。パターンBは、#1と#2とが互いにキャンセルする。入力の位相は同相であるが、#1と#2とは入力位置が回転中心に対し対称の位置であるためである。#3によって励起されるが、#3は節である#4に近いため、モードが励起され難い。一方で、パターンD(偶数次数)は、#1〜#3は全くキャンセルしないため、最も捩りが励起されてしまう入力パターンである。
以上が、強制力とクランク共振との関係である。
Each of patterns A to D will be examined.
In pattern A and pattern C, # 2 and # 3 have an opposite phase relationship and cancel each other, so that this mode is excited only by the input by # 1. In pattern B, # 1 and # 2 cancel each other. The phases of the inputs are in phase, but # 1 and # 2 are because the input positions are symmetrical with respect to the center of rotation. It is excited by # 3, but since # 3 is close to the node # 4, it is difficult for the mode to be excited. On the other hand, the pattern D (even order) is an input pattern in which the twist is most excited because # 1 to # 3 are not canceled at all.
The above is the relationship between the forcing force and the crank resonance.

以下、クランク共振とステータ12aの共振(ステータ共振)との分散について、図16〜図19を併せて参照しながら説明する。 Hereinafter, the dispersion between the crank resonance and the resonance of the stator 12a (stator resonance) will be described with reference to FIGS. 16 to 19.

まず、図2及び図16〜図18を参照して、次数変換について説明する。図16は、ベアリングで支持した丸棒の振動について説明するための図で、図17は、図16の丸棒の回転及び振動について説明するための図である。なお、図17では、図16の丸棒の長さ方向に垂直な方向の断面を示している。図18は、±1次変換を説明するための図である。 First, the degree conversion will be described with reference to FIGS. 2 and 16 to 18. FIG. 16 is a diagram for explaining the vibration of the round bar supported by the bearing, and FIG. 17 is a diagram for explaining the rotation and vibration of the round bar of FIG. Note that FIG. 17 shows a cross section in a direction perpendicular to the length direction of the round bar of FIG. FIG. 18 is a diagram for explaining ± primary transformation.

クランクシャフト11aは、図2で説明したようなモード(捩じれながら、#4ジャーナル部を揺する)で回転しながら振動し、エンジン11のブロックへ振動を伝達する。回転しながら振動する物体から、ベアリング等を介してケースなどの静止した物体に力が入力された時、「±1次変換」という次数変換が起こる。この次数変換について、図16〜図18を参照して簡単に説明する。 The crankshaft 11a vibrates while rotating in a mode as described with reference to FIG. 2 (shaking the # 4 journal portion while twisting), and transmits the vibration to the block of the engine 11. When a force is input from a rotating and vibrating object to a stationary object such as a case via a bearing or the like, a degree transformation called "± primary transformation" occurs. This degree conversion will be briefly described with reference to FIGS. 16 to 18.

例えば、図16で示す構造体20のように、ある丸棒23がベアリング22で支持され、回転しながら振動している時を考える。ここでは、1秒で5回振動しながら、1秒で1回転している例にて説明する。丸棒23に振動ピックを貼って測定を実施すると、図18のIに示すような波形となる。一方、ベアリング22が取り付けられたケース21にて振動ピックを貼ってX方向を測定すると、図18のIIIに示すような波形となる。これは、図17において丸棒23a,23b,23c,23dのように、丸棒23が振動しながら回転する時、X方向の成分は図18のIIに示すようなcos波形(回転によるものなので、1Hzの波形)を掛け合わせた成分であるためである。次に、図18のIIIに示すような波形を分析すると、4Hzと6Hzの足し合わせにて形成される(IV+V)。 For example, consider a case where a round bar 23 is supported by a bearing 22 and vibrates while rotating, as in the structure 20 shown in FIG. Here, an example of vibrating 5 times in 1 second and rotating 1 time in 1 second will be described. When the vibration pick is attached to the round bar 23 and the measurement is performed, the waveform is as shown in FIG. 18I. On the other hand, when the vibration pick is attached to the case 21 to which the bearing 22 is attached and the X direction is measured, the waveform is as shown in III of FIG. This is because, as in the round bars 23a, 23b, 23c, 23d in FIG. 17, when the round bar 23 rotates while vibrating, the component in the X direction is a cos waveform (due to rotation) as shown in II of FIG. This is because it is a component obtained by multiplying (1 Hz waveform). Next, when the waveform as shown in III of FIG. 18 is analyzed, it is formed by adding 4 Hz and 6 Hz (IV + V).

これは、回転物のIに示す振動波形を静止物で観測すると、2つの周波数成分に分かれることを意味し、数学的に言えば、下式の加法定理を意味する。なお、下式におけるnは気筒数のnとは無関係である。
sin(nθ)×cosθ=1/2{sin(n+1)θ+sin(n−1)θ}
This means that when the vibration waveform shown in I of a rotating object is observed with a stationary object, it is divided into two frequency components, and mathematically speaking, it means the addition theorem of the following equation. Note that n in the following equation has nothing to do with n in the number of cylinders.
sin (nθ) × cosθ = 1/2 {sin (n + 1) θ + sin (n-1) θ}

次に、図19を参照しながら、クランク共振とステータ共振との分散について説明する。図19は、クランク共振がケース(クランクシャフト11aを支持するケーシング)へ入力され、クランクシャフト11aに入力された時の周波数の例を示す図で、図4に対応する図である。 Next, the dispersion between the crank resonance and the stator resonance will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a diagram showing an example of the frequency when the crank resonance is input to the case (casing supporting the crankshaft 11a) and is input to the crankshaft 11a, and is a diagram corresponding to FIG. 4.

このような分散は、最も小さい次数Nについての上述した関係Fd×(N±1)/N≠Fsを満たすことで実現できる。例えば、クランク共振周波数が500Hzであった場合、エンジン11の上限回転数を考慮した偶数次数のうち最も低次である次数は6次であり、その±1次変換後の周波数は、500Hz×5次÷6次=416Hz、500Hz×7次÷6次=583Hzとなる。これらのいずれかの周波数とステータ12aの捩れ共振の周波数とが重なると、共振が増幅されるため、ステータ共振周波数を416Hz、583Hzからずらす(416Hz、583Hzとは異ならせる)。8次、10次、・・・、といったより高い次数でも励起されるが、上述した通り、低次数の強制力の方が大きな値であるため、より低次による入力を優先的に回避する。よって、ステータ共振周波数は、例えば、8次についての±1次変換後の周波数(500Hz×8次÷9次=444Hz、又は500Hz×8次÷7次=571Hz)と同じであってもよい。 Such a variance can be realized by satisfying the above-mentioned relation Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs for the smallest order N. For example, when the crank resonance frequency is 500 Hz, the lowest order among the even orders considering the upper limit rotation speed of the engine 11 is the sixth order, and the frequency after ± 1st order conversion is 500 Hz × 5. Next ÷ 6th order = 416Hz, 500Hz × 7th order ÷ 6th order = 583Hz. When any of these frequencies overlaps with the frequency of the torsional resonance of the stator 12a, the resonance is amplified, so that the stator resonance frequency is shifted from 416 Hz and 583 Hz (different from 416 Hz and 583 Hz). It is excited even at higher orders such as 8th order, 10th order, and so on, but as described above, since the coercion force of the lower order is a larger value, the input by the lower order is preferentially avoided. Therefore, the stator resonance frequency may be the same as, for example, the frequency after ± 1st order conversion for the 8th order (500 Hz × 8th order ÷ 9th order = 444 Hz, or 500 Hz × 8th order ÷ 7th order = 571 Hz).

次に、クランク共振の変更方法(クランク共振周波数の変更方法)の例について、図20及び図21を参照しながら説明する。図20は、クランクシャフト11a本体の捩りモードとプーリダンパ11bを追加した後のモードとを説明するための図である。なお、図20では、クランク本体(クランクシャフト11aの本体)の捩り共振、プーリダンパ11bを追加した後のモード(モードMa)、プーリダンパ11bを追加した後のモード(モードMb)について示し、いずれについても上段及び下段で揺すられる方向が逆の場合を示している。また、図21は、クランクシャフト本体の共振とダイナミックダンパを追加した後の共振の例を示す図である。 Next, an example of a method of changing the crank resonance (a method of changing the crank resonance frequency) will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. 20 is a diagram for explaining a twist mode of the crankshaft 11a main body and a mode after adding the pulley damper 11b. Note that FIG. 20 shows the torsional resonance of the crank body (main body of the crankshaft 11a), the mode after adding the pulley damper 11b (mode Ma), and the mode after adding the pulley damper 11b (mode Mb). The case where the direction of shaking in the upper and lower stages is opposite is shown. Further, FIG. 21 is a diagram showing an example of resonance of the crankshaft main body and resonance after adding a dynamic damper.

クランクシャフト11aの捩り共振について説明すると、近年用いられているクランクでは、捩り共振を、プーリダンパをダイナミックダンパにして振動を低下させている。具体的には、捩り共振により「クランク打音」という異音が生じてしまい、その対策としてプーリダンパをダイナミックダンパとして振動を低減している。しかしながら、ダイナミックダンパを用いると、クランク共振が、次に説明するように新たに2種類になるという事象を発生させる。 Explaining the torsional resonance of the crankshaft 11a, in the cranks used in recent years, the torsional resonance is reduced by using the pulley damper as a dynamic damper to reduce the vibration. Specifically, the torsional resonance causes an abnormal noise of "crank striking sound", and as a countermeasure, the pulley damper is used as a dynamic damper to reduce the vibration. However, when a dynamic damper is used, a phenomenon occurs in which there are two new types of crank resonance as described below.

まず、図20において、クランクシャフト11aa,11abで示すように、クランクシャフト11aの本体の捩り共振は矢印で示すようになり、歪み発生箇所は#4ピンの近傍となる。図20において、クランクシャフト11ac,11adで示すように、プーリダンパ11bを追加後のモードMaでは、クランクシャフト11aとプーリダンパ11bとが同相となる。一方で、図20において、クランクシャフト11ae,11afで示すように、プーリダンパ11bを追加後のモードMbでは、クランクシャフト11aとプーリダンパ11bとが逆相となる。 First, in FIG. 20, as shown by the crankshafts 11aa and 11ab, the torsional resonance of the main body of the crankshaft 11a is indicated by an arrow, and the distortion occurrence location is in the vicinity of pin # 4. In FIG. 20, as shown by the crankshafts 11ac and 11ad, in the mode Ma after the pulley damper 11b is added, the crankshaft 11a and the pulley damper 11b are in phase with each other. On the other hand, in FIG. 20, as shown by the crankshafts 11ae and 11af, in the mode Mb after the pulley damper 11b is added, the crankshaft 11a and the pulley damper 11b are in opposite phases.

このように、プーリダンパ11bの追加により新たに発生した2つの共振(クランクシャフトに対しプーリダンパが同相のモードMaと逆相のモードMb)の周波数を変更するためには、クランクシャフト11a本体の捩り共振を変える(例えば、バネ又はマスセンタリングを変更する)ことで実現できる。或いは、このような周波数を変更するためには、プーリダンパ11bの捩り共振を変えることで実現させることもできる。 In this way, in order to change the frequencies of the two resonances newly generated by the addition of the pulley damper 11b (mode Mb in which the pulley damper is in phase with respect to the crankshaft and mode Mb in which the pulley damper is in phase with respect to the crankshaft), the torsional resonance of the crankshaft 11a body is performed. It can be realized by changing (for example, changing the spring or mass centering). Alternatively, in order to change such a frequency, it can be realized by changing the torsional resonance of the pulley damper 11b.

第1ジャーナル部の近傍を捩じる方向へ加振し、捩じる方向へ応答をとった時を例に挙げて、図21を参照しながら共振について説明する。クランクシャフト11a本体の捩り共振が、ある周波数にあった時(図21の左図)、ダイナミックダンパとなるプーリダンパ11bを追加すると、2つの山になる(図21右図)。図21の右図の2つの山は、図21の左図のクランクシャフト11aの本体の捩り共振と、図21の右図のプーリダンパ11bの共振によって決定されている。これらを考慮して、クランク共振を変更することができる。 Resonance will be described with reference to FIG. 21 by taking as an example the case where the vicinity of the first journal portion is vibrated in the twisting direction and the response is taken in the twisting direction. When the torsional resonance of the crankshaft 11a body is at a certain frequency (left figure in FIG. 21), adding a pulley damper 11b as a dynamic damper results in two peaks (right figure in FIG. 21). The two peaks in the right figure of FIG. 21 are determined by the torsional resonance of the main body of the crankshaft 11a in the left figure of FIG. 21 and the resonance of the pulley damper 11b in the right figure of FIG. 21. Taking these into consideration, the crank resonance can be changed.

以上では、本実施形態について4気筒の場合、特に#1→#3→#4→#2の順番で爆発するエンジンを例に挙げて説明したが、上述したようにnは4に限らない。例えば、3気筒で#1→#2→#3の順番で爆発するエンジンは、パターンが3種類で、クランク捩り共振を励起するのは、回転1.5次、3次、4.5次、6次、・・・、1.5m次(m=1、2、3、・・・)である。よって、3気筒の場合には、エンジンの上限回転数を4気筒の場合と同様に考慮したうえで、1.5次、3次、4.5次、6次、・・・の中で最も小さい次数NについてFd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たすように設計しておけば、PCU10の破損を避けることができると言える。 In the above, the present embodiment has been described by taking as an example an engine that explodes in the order of # 1 → # 3 → # 4 → # 2 in the case of four cylinders, but n is not limited to 4 as described above. For example, an engine that explodes in the order of # 1 → # 2 → # 3 with 3 cylinders has 3 types of patterns, and it is the rotation 1.5th order, 3rd order, 4.5th order that excites the crank torsion resonance. 6th order, ..., 1.5m order (m = 1, 2, 3, ...). Therefore, in the case of 3 cylinders, the upper limit of the engine speed is considered in the same way as in the case of 4 cylinders, and it is the most among 1.5th, 3rd, 4.5th, 6th, and so on. It can be said that damage to the PCU 10 can be avoided by designing so as to satisfy the relationship of Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs for a small order N.

なお、以上に説明した本実施形態では、最も小さい次数Nについて規定したが、最も小さい次数Nより大きな次数(Mとする)についても、同様にFd×(M±1)/N≠Fsの関係を満たすことが望ましい。但し、上述したように、最も共振が励起される最も小さい次数NについてFd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たすように設計しておけば、PCU10の破損を避けることができると言える。 In the present embodiment described above, the smallest order N is defined, but the relationship of Fd × (M ± 1) / N ≠ Fs also applies to the order larger than the smallest order N (referred to as M). It is desirable to meet. However, as described above, it is possible to avoid damage to the PCU 10 by designing so as to satisfy the relationship of Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs for the smallest order N in which resonance is excited most. I can say.

以上、本実施形態に係るハイブリッドシステム1によれば、ゴムやダイナミックダンパなどのPCU10専用の防振部材を使用しなくても、PCU10を締結することが可能になる。よって、本実施形態では、モータ12とPCU10との間にケーブルを設ける必要もなくなり、上記専用の防振部材のコストが不要になる点も合わせて、コストを低減させることができる。また、本実施形態では、上記専用の防振部材を使用した際の支持構造によって、逆にPCU10に過大な加速が入力され破損に至るといった現象も防ぐことができる。 As described above, according to the hybrid system 1 according to the present embodiment, it is possible to fasten the PCU 10 without using a vibration isolator dedicated to the PCU 10 such as rubber or a dynamic damper. Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to provide a cable between the motor 12 and the PCU 10, and the cost of the dedicated anti-vibration member is not required, so that the cost can be reduced. Further, in the present embodiment, the support structure when the dedicated anti-vibration member is used can prevent a phenomenon in which excessive acceleration is input to the PCU 10 and the PCU 10 is damaged.

1 ハイブリッドシステム
11 エンジン(エンジンブロック)
12 モータ(モータブロック)
12a ステータ
10 電力制御ユニット(PCU)
11a クランクシャフト
11b プーリダンパ
11c フライホイール
20 構造体
21 ケース
22 ベアリング
23 丸棒
1 Hybrid system 11 engine (engine block)
12 motor (motor block)
12a Stator 10 Power control unit (PCU)
11a Crankshaft 11b Pulley damper 11c Flywheel 20 Structure 21 Case 22 Bearing 23 Round bar

Claims (1)

クランクシャフトと、前記クランクシャフトを支持するケーシングと、前記クランクシャフトに取り付けられるダンパと、を含む直列n気筒のエンジンと、
ステータを含み、前記エンジンの前記ケーシングに直接的又は間接的に取り付けられるモータと、
を備え、
前記クランクシャフト及び前記ダンパからなるユニットの固有周波数をFdとし、前記ステータの固有周波数をFsとしたとき、
前記エンジンの上限回転数以下の回転数で前記ユニットの固有周波数Fdに到達でき且つn/2の整数倍である次数の中で最も小さい次数Nが、Fd×(N±1)/N≠Fsの関係を満たす、
ハイブリッドシステム。
An in-line n-cylinder engine including a crankshaft, a casing that supports the crankshaft, and a damper attached to the crankshaft.
A motor that includes a stator and is attached directly or indirectly to the casing of the engine.
With
When the natural frequency of the unit including the crankshaft and the damper is Fd and the natural frequency of the stator is Fs,
The smallest order N among the orders that can reach the natural frequency Fd of the unit at a rotation speed equal to or less than the upper limit rotation speed of the engine and is an integral multiple of n / 2 is Fd × (N ± 1) / N ≠ Fs. Satisfy the relationship,
Hybrid system.
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