JP2743590B2

JP2743590B2 - エンジン振動吸収装置

Info

Publication number: JP2743590B2
Application number: JP3015553A
Authority: JP
Inventors: 剛 ▲高▼橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH04254216A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジン振動吸収装置に
係り、特に電歪素子を用いてエンジンの振動を吸収する
エンジン振動吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両に用いられる一般的な往
復式内燃機関（エンジン）は、ガス圧力の変動、回転質
量，往復質量の不釣り合い等に起因する励振力により機
関回転数に応じた振動数の強制振動を生じ、この振動は
車体にエンジンを懸架する懸架装置を経て車体へ伝達
し、車体内の振動や騒音の原因となる。

【０００３】この振動や騒音を防止する手段としては、
振動伝達経路の途中に電歪素子を設けると共に、この電
歪素子に振動伝達経路を伝わる振動の周期に同期して変
化する電圧を印加し、電歪素子に生じる歪みにより振動
を吸収し、振動や騒音を防止する構成とした振動吸収装
置が提案されている（特開昭５９−２３１３９号公
報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】エンジンにおいて発生
する強制振動は伝達速度が速いため、振動吸収装置は強
制振動を応答性良く吸収する必要がある。従来では、電
歪素子（ピエゾ素子等）の応答性は良好で、上記の強制
振動に十分追従しうると考えられていた。しかるに、本
発明者はこの電歪素子の応答性について実験を行ったと
ころ、電歪素子には約 0.1ms程度の応答遅れが存在する
ことが判った。

【０００５】従って、従来構成の振動吸収装置では、振
動の周期（これは機関回転数に対応する）に同期させて
電歪素子を動作させても、振動の周期に対して電歪素子
の動作が遅れてしまい、エンジンの振動を確実に吸収す
ることができないという問題点があった。従来、原因不
明であった振動吸収装置を設けた後においても発生する
振動やうなりは、この電歪素子の応答遅れに起因するも
のと推定される。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、電歪素子の応答遅れを補正することにより振動や
騒音を確実に防止しうるエンジン振動吸収装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。同図に示されるように本発明では、電歪素子（１
〜３）をエンジン（４）から伝達される振動の振動伝達
経路の途中に設け、所定のクランク角度位置にて前記電
歪素子（１〜３）に前記振動伝達経路を伝わる振動の周
期に対応して変化する電圧を印加し、前記電歪素子（１
〜３）の歪みにより前記振動の変位を吸収するエンジン
振動吸収装置において、エンジン（４）の回転数を検出
するエンジン回転数検出手段（Ｐ１）と、前記エンジン
回転数検出手段（Ｐ１）が検出したエンジン回転数に基
づき、このエンジン回転数が低くなるに従い、前記クラ
ンク角度位置を遅角させる電圧印加タイミング決定手段
（Ｐ２）と、前記電圧印加タイミング決定手段（Ｐ２）
が決定したクランク角度位置に応じて、前記電歪素子
（１〜３）に電圧を印加する電圧印加手段（Ｐ３）とを
設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上記構成とされたエンジン振動吸収装置では、
電歪素子（１〜３）で生じる応答遅れを考慮に入れたタ
イミング時間で電歪素子（１〜３）に電圧印加を行うと
共に、エンジン回転数が低くなるに従い、電歪素子（１
〜３）に電圧を印加するクランク角度位置を遅角させる
構成としているため、エンジンの振動数に対応する適切
なタイミングで電歪素子（１〜３）を駆動させることが
でき、よってエンジン（４）の振動を有効に吸収するこ
とができる。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。図２は本発明の一実施例であるエンジン振動吸収
装置１０の要部構成図である。尚、同図において図１で
示した構成要素と対応する構成要素については同一符号
を付す。

【００１０】エンジン４は例えば４気筒の火花点火式エ
ンジンであり、図示しない車体に搭載される。エンジン
４はガス圧力の変動、回転質量，往復質量の不釣り合い
等に起因する励振力によりエンジン回転数に応じた振動
数の強制振動を生じ、この振動は車体にエンジンを懸架
する懸架装置を経て車体へ伝達し、車体内の振動や騒音
の原因となることは前記した通りである。本実施例で
は、車体にエンジンを懸架する懸架装置の配設位置に振
動吸収装置１１〜１３を配設している。即ち、振動吸収
装置１１〜１３は、振動がエンジンから車体に伝達され
る振動伝達経路の途中位置に配設されている。

【００１１】振動吸収装置１１〜１３はピエゾ素子等の
電歪素子を内蔵しており、電圧を印加することにより歪
みを発生するピエゾ素子の特性を利用してエンジン４に
発生する振動を吸収しうるよう構成されている。また、
本実施例では上記のように振動吸収装置１１〜１３は車
体にエンジン４を懸架する懸架装置の配設位置に設けら
れているため強い振動が印加され、ピエゾ素子の歪み量
だけでは振動が吸収出来ないおそれがある。このため、
振動吸収装置１１〜１３の内部には電歪素子と共に、電
歪素子に生じる歪みを拡幅する拡幅機構が設けられてい
る。尚、振動吸収装置１１〜１３の内、振動吸収装置１
１，１２はエンジン４の下部に配設されるマウントタイ
プであり、また振動吸収装置１３はエンジン４の側部に
配設されるトルクロッドタイプである。

【００１２】上記振動吸収装置１１〜１３は、電圧印加
装置１４に接続されている。この電圧印加装置１４は、
後述する制御装置１５から供給される所定の信号に基づ
き振動吸収装置１１〜１３を駆動するものである。電圧
印加装置１４は内部に電圧発生回路及び発振回路を有し
ており、任意の周期で変化する電圧を各振動吸収装置１
１〜１３に印加することができる。上記構成とされた電
圧印加装置１４は制御装置１５に接続されている。

【００１３】また、エンジン４にはディスリビュータが
配設されており、このディスリビュータには回転角セン
サ１６が内設されている。この回転角センサ１６はクラ
ンクシャフトが所定の角度回転する毎に信号を発生する
構成となっており、回転角センサ１６から供給される回
転角信号よりエンジン４の回転数を求めることができ
る。ここで、図４にディストリビュータ１７の概略構成
を示す。図中、１８はクランクシャフトと一体的に回転
するロータ、１９はロータに配設された電極、２０はセ
グメントであり、ロータ１８と共に回転する電極１９が
回転に伴いセグメント２０と接続すると、セグメント２
０と接続されている点火プラグが点火し燃焼が発生する
構成となっている。尚、同図には説明の便宜上、一つの
セグメント２０しか図示していない。

【００１４】本実施例に用いるディストリビュータ１７
は、上記のように通常の点火を行うためのセグメント２
０に加え、θ位置検出センサ２１が設けられている。こ
のθ位置検出センサ２１は、セグメント２０の配設位置
より所定角度θだけロータ１８の回転方向（図中、矢印
で示す方向）に対して前方位置に配設されている。また
θ位置検出センサ２１は、電極１９がθ位置検出センサ
２１と接続した際、制御装置１５に対してθ位置信号を
供給するよう構成されている。尚、この角度θの決定方
法については後述する。

【００１５】制御装置１５はマイクロコンピュータであ
り、中央処理装置（ＭＰＵ）２２，処理プログラムを格
納したリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）２３，作業領
域として使用されるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）２４，エンジン４の停止後もデータを保持するバッ
クアップＲＡＭ（Ｂ−ＲＡＭ）２５等から構成されてい
る。また２６は双方向のバスラインであり、上記制御装
置１５を構成する各要素を互いに接続させると共に、入
力ポート２７，出力ポート２８を上記各構成要素と接続
させる機能を奏する。前記した回転角センサ１６及びθ
位置検出センサ２１は入力ポート２７に、また電圧印加
装置１４は出力ポート２８に接続されている。尚、２９
は回転角センサ１６から出力される回転角信号の波形成
形を行う波形成形回路である。

【００１６】上記したハードウェア構成の制御装置１５
は、電圧印加タイミング決定手段Ｐ２（図１参照）をソ
フトウェア処理動作により実現するものである。次に、
制御装置１５によるエンジン振動吸収時における処理動
作について図３と共に説明する。尚、この図３に示す処
理プログラムはＲＯＭ２３に格納されている。

【００１７】図３に示す処理が実行されると、先ずＭＰ
Ｕ２２は、回転角センサ１６から供給される回転角信号
より、エンジン４の回転数ｆを演算する（ステップ１
０：以下、ステップをＳと略して示す）。エンジン４の
回転数ｆが演算されると、ＭＰＵ２２は回転数ｆに基づ
き、振動吸収装置１１〜１３に電圧を印加するタイミン
グ時間を決定する（Ｓ２０）。

【００１８】前記したように、振動吸収装置１１〜１３
に内設されている電歪素子は応答遅れがあり、単にエン
ジン４に発生している振動に対応した振動を振動吸収装
置１１〜１３に発生させても、エンジン４の振動は完全
に吸収することはできない。よって、振動吸収装置１１
〜１３に電圧を印加するタイミングをこの応答遅れを考
慮したクランク角度位置で印加することにより、エンジ
ン４の振動を完全に吸収することができる。本実施例で
はこのクランク角度位置（換言すれば、電歪素子の応答
遅れ量）を時間に変換している（以下、これをタイミン
グ時間という）。このタイミング時間の値は、エンジン
４の回転数ｆと対応するものであり、エンジン４の回転
数ｆが低い程タイミング時間を長く設定する必要があ
り、またエンジン４の回転数ｆが高くなるにつれてタイ
ミング時間は短くなる。従って、エンジン４の回転数ｆ
とタイミング時間との関係を求めておけば、Ｓ１０で求
められるエンジン４の回転数ｆの値よりタイミング時間
を決定することができる。

【００１９】本発明では、この点に注目し、エンジン４
の回転数ｆとタイミング時間（以下、τ(f) と示す）の
関係を予め実験により求めておき、これをマップとして
Ｂ−ＲＡＭ２５に格納してある。Ｂ−ＲＡＭ２５に格納
してあるマップの内容を図５に示す（図５に示される関
係を有するマップを、以下マップＡという）。同図にお
いて、横軸はエンジン４の回転数ｆであり、縦軸はタイ
ミング時間τ(f) である。同図に示されるように、回転
数ｆが低い程、タイミング時間τ(f) は長くなってい
る。図５に示されるようなマップＡを記憶させておくこ
とにより、容易かつ迅速にタイミング時間τ(f) を決定
することができる。

【００２０】Ｓ２０でタイミング時間τ(f) が決定する
と、ＭＰＵ２２は続いて回転数ｆに基づき、振動吸収装
置１１〜１３が発生する振幅量（即ち、歪みの発生量。
この値は電歪素子への電圧印加量と等価である）を決定
する（Ｓ３０）。この振幅量（以下、Ｗで示す）もエン
ジン４の回転数ｆと関連しており、エンジン４の回転数
ｆの低い時（例えばアイドル時）においてはエンジン４
に発生する振動の振幅が大きいため、振動吸収装置１１
〜１３に発生させる振幅量Ｗも大きく設定する必要があ
る。本実施例では、エンジン４の回転数ｆと振幅量Ｗと
の関係も予め求めており、マップとしてＢ−ＲＡＭ２５
に格納してある。Ｂ−ＲＡＭ２５に格納してある回転数
ｆと振幅量Ｗとの関係を示すマップの内容を図６に示す
（図６に示される関係を有するマップを、以下マップＢ
という）。同図において、横軸はエンジン４の回転数ｆ
であり、縦軸は振幅Ｗである。同図に示されるように、
エンジン４の回転数ｆの回転数が低い一定領域におい
て、振幅Ｗは通常値よりも大きく設定されており、エン
ジン４に発生する振動の振幅が大きい時に、これに対応
して振動吸収装置１１〜１３が発生する振幅量Ｗも大き
く設定し、エンジン４の振動を有効に吸収する構成とな
っている。

【００２１】上記Ｓ２０，Ｓ３０の処理によりタイミン
グ時間τ(f) 及び振幅量Ｗが決定されると、ＭＰＵ２２
は決定されたタイミング時間τ(f)及び振幅量Ｗを電圧
印加装置１４に転送する（Ｓ４０）。電圧印加装置１４
は入力されたタイミング時間τ(f) 及び振幅量Ｗに基づ
き、振動吸収装置１１〜１３に印加する電圧値及び発振
数等を演算し設定する。しかるに、電圧印加装置１４は
タイミング時間τ(f) 及び振幅量Ｗが入力されただけで
は振動吸収装置１１〜１３に電圧印加を行わない構成と
なっており、後述するトリガ信号が供給された時点で振
動吸収装置１１〜１３に対し電圧を印加する構成となっ
ている。

【００２２】トリガ信号はθ位置検出センサ２１が出力
するθ位置検出信号に基づき、ＭＰＵ２２が電圧印加装
置１４に対し出力する信号である。ＭＰＵ２２は、Ｓ４
０までの処理が終了すると、θ位置検出センサ２１がθ
位置検出信号を出力したかどうかを判断し（Ｓ５０）、
θ位置検出信号が出力されるまでこの状態を維持する。
そして、クランクシャフトの回転に伴いθ位置検出セン
サ２１よりθ位置検出信号が出力されると、ＭＰＵ２２
は電圧印加装置１４に対しトリガ信号を出力する。これ
により電圧印加装置１４は、各振動吸収装置１１〜１３
に対して上記の如く決定されたタイミング時間τ(f) 及
び振幅量Ｗに対応した電圧値及び発振数の電圧を印加す
る（Ｓ６０）。

【００２３】トリガ信号により電圧印加装置１４が起動
する構成としたのは次の理由による。即ち、電歪素子は
応答遅れがあるため、これを補正するにはエンジン振動
の発生時である爆発時よりも前に電歪素子に電圧を印加
する必要があるからである。また、一律に爆発位置より
θ前において電歪素子に電圧を印加する構成では、前記
したように電歪素子の応答遅れ量はエンジン回転数ｆに
より変化する値であるため、やはり電歪素子に応答遅れ
や或いは速く応答してしまう場合が生じ、適切な振動吸
収が行えない。よって本発明では、θ位置検出センサ２
１を設けることにより爆発時よりも前に振動吸収装置１
１〜１３を駆動しうる構成とすると共に、エンジン回転
数ｆに応じて振動吸収装置１１〜１３を駆動するタイミ
ング時間を可変できるようにしたものである。尚、θの
値はタイミング時間τ(f) ，電歪素子の応答遅れ量，Ｍ
ＰＵ２２や電圧印加装置１４の処理速度，またエンジン
４の構造等により決定される値である。

【００２４】Ｓ６０の処理により電圧を印加されると、
各振動吸収装置１１〜１３に内設された電歪素子はエン
ジン４の振動を相殺する振動を発生させる。この各振動
吸収装置１１〜１３で発生する振動は、電歪素子の応答
遅れを補正した振動であり、またエンジン４の回転数ｆ
に対応した振幅とされた振動である。従って、エンジン
４で発生する振動はこの各振動吸収装置１１〜１３に吸
収され、車体に伝達されることはなくなるため、車体に
発生する振動やうなりを防止できドライバビリティを向
上させることができる。

【００２５】尚、上記した実施例では振動吸収装置とし
て電歪素子（ピエゾ素子）を用いた構成を示したが、例
えば超磁歪素子等の他の駆動源を用いることも可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、電歪素子で
生じる応答遅れを考慮に入れたタイミング時間で電歪素
子に電圧印加を行うと共に、エンジン回転数が低くなる
に従いクランク角度位置を遅角させる構成としているた
め、エンジンの振動数に対応した適切なタイミングで電
歪素子を駆動させることができ、よってエンジンの振動
を確実に吸収することができ、ドライバビリティの向上
を図ることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるエンジン振動吸収装置の原理図で
ある。

【図２】本発明の一実施例であるエンジン振動吸収装置
の要部構成図である。

【図３】制御装置が実行する処理動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】θ位置検出センサを説明するための図である。

【図５】エンジンの回転数ｆとタイミング時間τ(f) と
の関係を示す図である。

【図６】エンジンの回転数ｆと振幅量Ｗとの関係を示す
図である。

【符号の説明】

１〜３電歪素子４エンジン１０エンジン振動吸収装置１１〜１３振動吸収装置１４電圧印加装置１５制御装置１６回転角センサ１７ディストリビュータ２１ θ位置検出センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電歪素子を振動伝達経路の途中に設け、
所定のクランク角度位置にて前記電歪素子に前記振動伝
達経路を伝わる振動の周期に同期して変化する電圧を印
加し、前記電歪素子の歪みにより前記振動の変位を吸収
するエンジン振動吸収装置において、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段
と、前記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数
に基づき、該エンジン回転数が低くなるに従い、前記ク
ランク角度位置を遅角させる電圧印加タイミング決定手
段と、該電圧印加タイミング決定手段が決定した前記クランク
角度位置に応じて、前記電歪素子に電圧を印加する電圧
印加手段とを設けたことを特徴とするエンジン振動吸収
装置。