JP3004307B2 - ディーゼル機関のクランク軸ねじり振動抑制装置 - Google Patents
ディーゼル機関のクランク軸ねじり振動抑制装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関のねじり振動抑制装置に関す
る。
る。
第８図に示すように従来のディーゼル機関の燃料噴射
装置７は、カム６及びローラ５により駆動されており、
各シリンダ共に同一の噴射タイミングと噴射期間で燃料
が噴射される機構となっている。
装置７は、カム６及びローラ５により駆動されており、
各シリンダ共に同一の噴射タイミングと噴射期間で燃料
が噴射される機構となっている。
従来の噴射装置を装備したディーゼル機関では、クラ
ンク軸系ねじり振動の共振応力を抑制する場合にはその
軸系の長さや軸径を変更したり、付加質量を追加した
り、または、ねじり振動ダンパを取り付けることによっ
てその対策を行なっていた。たとえば６シリンダの舶用
ディーゼル機関の場合には、第４図のようにねじり振動
の１節６次の共振点16は通常運転範囲内に存在し、通常
比較的広範囲の運転回避域（バードレンジ）18を設定す
るので、運転可能な回転数範囲が制限されるために、操
舵上不都合な場合があった。この１節６次の共振応力を
抑制するには、軸径を極端に大きくして高回転側に追い
上げたり、一方極端に大きな質量をエンジン前端に取付
けて低回転側に追い下げるとか、また高価なねじり振動
ダンパを設置する等大変な設計変更と費用を要してい
た。
ンク軸系ねじり振動の共振応力を抑制する場合にはその
軸系の長さや軸径を変更したり、付加質量を追加した
り、または、ねじり振動ダンパを取り付けることによっ
てその対策を行なっていた。たとえば６シリンダの舶用
ディーゼル機関の場合には、第４図のようにねじり振動
の１節６次の共振点16は通常運転範囲内に存在し、通常
比較的広範囲の運転回避域（バードレンジ）18を設定す
るので、運転可能な回転数範囲が制限されるために、操
舵上不都合な場合があった。この１節６次の共振応力を
抑制するには、軸径を極端に大きくして高回転側に追い
上げたり、一方極端に大きな質量をエンジン前端に取付
けて低回転側に追い下げるとか、また高価なねじり振動
ダンパを設置する等大変な設計変更と費用を要してい
た。
本発明の目的は前記従来装置の問題点を解消し、共振
点応力の抑制を燃料噴射系の調整のみで可能とするディ
ーゼル機関のクランク軸ねじり振動抑制装置を提出する
にある。
点応力の抑制を燃料噴射系の調整のみで可能とするディ
ーゼル機関のクランク軸ねじり振動抑制装置を提出する
にある。
本発明は上記課題を解決するもので、その要旨は、燃
料噴射タイミング及び燃料噴射期間を調整可能な燃料噴
射装置を備えたディーゼル機関において、 前記機関のクランク軸回転角度及び時間を検出する回
転角度検出器26と、該回転角度検出器26の検出値に基づ
く機関回転速度と該機関のねじり振動の共振回転速度と
を比較して、該検出された回転速度が共振回転速度の範
囲内にあるとき、該機関の各シリンダ毎に燃料噴射タイ
ミング若しくは燃料噴射期間を、前記ねじり振動の振動
モードに対して、クランク軸の捩り振動の共振点近傍に
おける起振トルク成分を小さくさせるように調整する燃
料噴射設定器24とを備えてなることを特徴とし、具体的
には各シリンダ毎に燃料噴射タイミングや燃料噴射期間
（噴射量）をねじり振動共振点付近で適当に調整し、筒
内圧力のモードを変化させ8,9で各シリンダに付加され
るトルク11の共振次数の調和成分12,13の大きさを小さ
くしたり、各シリンダでの調和成分12,13の位相差14,15
を調整して、当該振動モードに対して外力を打ち消す様
にして、共振応力を抑制する。
料噴射タイミング及び燃料噴射期間を調整可能な燃料噴
射装置を備えたディーゼル機関において、 前記機関のクランク軸回転角度及び時間を検出する回
転角度検出器26と、該回転角度検出器26の検出値に基づ
く機関回転速度と該機関のねじり振動の共振回転速度と
を比較して、該検出された回転速度が共振回転速度の範
囲内にあるとき、該機関の各シリンダ毎に燃料噴射タイ
ミング若しくは燃料噴射期間を、前記ねじり振動の振動
モードに対して、クランク軸の捩り振動の共振点近傍に
おける起振トルク成分を小さくさせるように調整する燃
料噴射設定器24とを備えてなることを特徴とし、具体的
には各シリンダ毎に燃料噴射タイミングや燃料噴射期間
（噴射量）をねじり振動共振点付近で適当に調整し、筒
内圧力のモードを変化させ8,9で各シリンダに付加され
るトルク11の共振次数の調和成分12,13の大きさを小さ
くしたり、各シリンダでの調和成分12,13の位相差14,15
を調整して、当該振動モードに対して外力を打ち消す様
にして、共振応力を抑制する。
ディーゼル機関のねじり振動の共振点における応力の
大きさは、各シリンダに付加されるトルク11の共振次数
の調和成分12,13のベクトル和の大きさに比例する。し
たがって、共振時に共振次数の調和成分12,13の大きさ
や、ベクトル和の大きさを小さくできれば、共振応力を
抑制できることになる。
大きさは、各シリンダに付加されるトルク11の共振次数
の調和成分12,13のベクトル和の大きさに比例する。し
たがって、共振時に共振次数の調和成分12,13の大きさ
や、ベクトル和の大きさを小さくできれば、共振応力を
抑制できることになる。
したがって、燃料噴射タイミングや燃料噴射期間を適
当に変化させて、各シリンダ毎に筒内圧力カーブ8,9を
調整し、各シリンダに生ずるトルクの調和成分を小さく
したり、ベクトル和を小さくすることにより、ねじり振
動の振動モードに対して、クランク軸の捩り振動の共振
点近傍における起振トルク成分を小さくさせるようにし
て、共振応力を小さくできる。
当に変化させて、各シリンダ毎に筒内圧力カーブ8,9を
調整し、各シリンダに生ずるトルクの調和成分を小さく
したり、ベクトル和を小さくすることにより、ねじり振
動の振動モードに対して、クランク軸の捩り振動の共振
点近傍における起振トルク成分を小さくさせるようにし
て、共振応力を小さくできる。
以下、第１〜８図を参照し本発明の一実施例について
説明する。なお、シリンダ数は６気筒のときについて述
べる。
説明する。なお、シリンダ数は６気筒のときについて述
べる。
第１図は実施例の構造ブロック線図、第２図（ａ）は
同指圧線図、（ｂ）はクランクメカニズム図、第３図は
調和成分図、第４図は共振曲線図、第５図は１節捩り振
幅モード図、第６図はねじり振動抑制装置の作用のフロ
ーチャート１、第７図はねじり振動抑制装置の作用のフ
ローチャート２、第８図は燃料噴射系駆動図である。
同指圧線図、（ｂ）はクランクメカニズム図、第３図は
調和成分図、第４図は共振曲線図、第５図は１節捩り振
幅モード図、第６図はねじり振動抑制装置の作用のフロ
ーチャート１、第７図はねじり振動抑制装置の作用のフ
ローチャート２、第８図は燃料噴射系駆動図である。
先づ第１実施例の構成について説明すると、捩り振動
の共振或いはその近傍にある運転中のクランク軸に生ず
る応力は、加振力である機関の合成トルクの共振次数の
調和成分の大きさに比例するから、各気筒によるトルク
の共振次数の調和成分を小さくすることによって合成ト
ルクの上記の調和成分を小さくし、クランク軸の共振又
はその近傍の応力を小さくして共振による危険をさけよ
うとするものである。
の共振或いはその近傍にある運転中のクランク軸に生ず
る応力は、加振力である機関の合成トルクの共振次数の
調和成分の大きさに比例するから、各気筒によるトルク
の共振次数の調和成分を小さくすることによって合成ト
ルクの上記の調和成分を小さくし、クランク軸の共振又
はその近傍の応力を小さくして共振による危険をさけよ
うとするものである。
第１図において26は機関回転角度検出器で、機関のク
ランク軸に結合されている。24は燃料噴射時期、設定器
で前記機関回転角検出器26と接続されている。25は記憶
装置で前記燃料噴射時期設定器24に接続されている。23
1〜236はアクチュエータで各気筒にそれぞれ割当られて
おり、それぞれ前記燃料噴射時期設定器24に接続されて
いる。221〜226は管制弁で、それぞれ前記アクチュエー
タ231〜236に接続されている。４は燃料ポンプ、３は蓄
圧器で前記燃料ポンプが接続されて居り、且該蓄圧器と
前記管制弁221〜226とはそれぞれ並列に接続されてい
る。
ランク軸に結合されている。24は燃料噴射時期、設定器
で前記機関回転角検出器26と接続されている。25は記憶
装置で前記燃料噴射時期設定器24に接続されている。23
1〜236はアクチュエータで各気筒にそれぞれ割当られて
おり、それぞれ前記燃料噴射時期設定器24に接続されて
いる。221〜226は管制弁で、それぞれ前記アクチュエー
タ231〜236に接続されている。４は燃料ポンプ、３は蓄
圧器で前記燃料ポンプが接続されて居り、且該蓄圧器と
前記管制弁221〜226とはそれぞれ並列に接続されてい
る。
11〜16は燃料噴射弁で各気筒毎にそれぞれ設けられて
燃焼室に開口し、それぞれ前記管制弁221〜226と接続さ
れている。
燃焼室に開口し、それぞれ前記管制弁221〜226と接続さ
れている。
次に第１実施例の作用を説明する。
機関回転角検出器26は第１気筒の上死点を原点として
クランク軸の回転角と時間を検出し、その信号を出力す
る。燃料噴射時期設定器24は前記機関回転角検出器26の
信号を受け、第６図ねじり振動抑制装置の作用のフロー
チャート１に示すとおり、機関回転速さを算出し、それ
がねじり振動共振範囲にあるか否かを接続されている前
記記憶装置25の記憶内容によって判断する。上記範囲内
にないと判断すると各気筒に正規運転の燃料噴射過程を
設定し、アクチュエータ231〜236にそれぞれ信号を送
る。これによりアクチュエータ231〜236は作動してそれ
ぞれ管制弁221〜226を作動させ、これにより燃料噴射弁
11〜66は前記蓄圧器３に加圧保存されている燃料を各気
筒燃焼室に正規噴射する。これを繰り返えす。
クランク軸の回転角と時間を検出し、その信号を出力す
る。燃料噴射時期設定器24は前記機関回転角検出器26の
信号を受け、第６図ねじり振動抑制装置の作用のフロー
チャート１に示すとおり、機関回転速さを算出し、それ
がねじり振動共振範囲にあるか否かを接続されている前
記記憶装置25の記憶内容によって判断する。上記範囲内
にないと判断すると各気筒に正規運転の燃料噴射過程を
設定し、アクチュエータ231〜236にそれぞれ信号を送
る。これによりアクチュエータ231〜236は作動してそれ
ぞれ管制弁221〜226を作動させ、これにより燃料噴射弁
11〜66は前記蓄圧器３に加圧保存されている燃料を各気
筒燃焼室に正規噴射する。これを繰り返えす。
前記燃料噴射時期設定器24がクランク軸回転速さがね
じり振動共振範囲内にあると判断すると、第６図ねじり
振動抑制装置の作用のフローチャート１に示すとおり、
燃料噴射時期設定器24は記憶装置25の記憶内容に基づ
き、各気筒共通の噴射時期遅らせ量と、熱効率が悪くな
り燃費が多くなるので噴射期間延長量とを設定し、前記
アクチュエータ231〜236にそれぞれ信号を送る。これを
受けてアクチュエータ231〜236がそれぞれ作動し、管制
弁221〜226を作動させ、それにより燃料噴射弁11〜16は
それぞれ一様に変更された燃料噴射を行う。これを繰返
えす。
じり振動共振範囲内にあると判断すると、第６図ねじり
振動抑制装置の作用のフローチャート１に示すとおり、
燃料噴射時期設定器24は記憶装置25の記憶内容に基づ
き、各気筒共通の噴射時期遅らせ量と、熱効率が悪くな
り燃費が多くなるので噴射期間延長量とを設定し、前記
アクチュエータ231〜236にそれぞれ信号を送る。これを
受けてアクチュエータ231〜236がそれぞれ作動し、管制
弁221〜226を作動させ、それにより燃料噴射弁11〜16は
それぞれ一様に変更された燃料噴射を行う。これを繰返
えす。
ねじり振動共振範囲を脱出すれば、前記燃料噴射時期
設定器24は、ねじり振動共振範囲内にないことを判断で
きるので、前記のとおり正規噴射の設定にもどる。
設定器24は、ねじり振動共振範囲内にないことを判断で
きるので、前記のとおり正規噴射の設定にもどる。
次に第２実施例の構造は前記第１実施例と記憶装置の
内容が違うのみであるので省略する。
内容が違うのみであるので省略する。
次いで第２実施例の作用について説明する。
直列６気筒機関のクランク軸の捩り振動は６次が運転
範囲内で１節振動に共振する。共振した状態を第４図共
振曲線の16に示す。同図において18は運転回避域であ
る。
範囲内で１節振動に共振する。共振した状態を第４図共
振曲線の16に示す。同図において18は運転回避域であ
る。
正規運転状態では各気筒の燃料噴射過程は相対的に同
じである。従って各気筒の指圧線図は等しいので各気筒
によるクランク軸トルクの調和成分も等しく、又各気筒
の上死点からの位相も等しい。第３図調和成分図の12は
正規運転時の一つの気筒によるクランク軸トルクの６次
の調和成分であり、14は上死点からの位相である。直列
６気筒機関で着火は等間隔であるので、各気筒によるク
ランク軸トルクの６次の調和成分の位相は丁度一致す
る。１節捩り振動のモードは第５図の１節捩り振動モー
ド図の20に示すとおりで、各気筒位置の比振巾21は同じ
方向であるので、６次の同一位相のトルク成分はこの振
動を次置く励振する。従って６気筒中の３気筒の燃料噴
射過程を変更し、第２図指圧線図に示す正規燃料噴射時
の指圧線図８を第２図の破線で示した同線図９とする。
これによりクランク軸トルクの６次調和成分を第３図調
和成分図の13で示すように変更させて同図に示すとお
り、上死点に対する位相を第３図の14で示すものより約
30゜遅らせて同図の15に示すようにして逆相にすれば、
１節ねじり振動モードに対して６気筒によるクランク軸
トルクは総合的に打消し合って共振における振巾も小さ
くすることができる。これを第４図共振曲線図の17で示
す。同図において19はこの実施例においても運転回避し
なければならない範囲であるが、従来に比べずっと狭く
なっている。
じである。従って各気筒の指圧線図は等しいので各気筒
によるクランク軸トルクの調和成分も等しく、又各気筒
の上死点からの位相も等しい。第３図調和成分図の12は
正規運転時の一つの気筒によるクランク軸トルクの６次
の調和成分であり、14は上死点からの位相である。直列
６気筒機関で着火は等間隔であるので、各気筒によるク
ランク軸トルクの６次の調和成分の位相は丁度一致す
る。１節捩り振動のモードは第５図の１節捩り振動モー
ド図の20に示すとおりで、各気筒位置の比振巾21は同じ
方向であるので、６次の同一位相のトルク成分はこの振
動を次置く励振する。従って６気筒中の３気筒の燃料噴
射過程を変更し、第２図指圧線図に示す正規燃料噴射時
の指圧線図８を第２図の破線で示した同線図９とする。
これによりクランク軸トルクの６次調和成分を第３図調
和成分図の13で示すように変更させて同図に示すとお
り、上死点に対する位相を第３図の14で示すものより約
30゜遅らせて同図の15に示すようにして逆相にすれば、
１節ねじり振動モードに対して６気筒によるクランク軸
トルクは総合的に打消し合って共振における振巾も小さ
くすることができる。これを第４図共振曲線図の17で示
す。同図において19はこの実施例においても運転回避し
なければならない範囲であるが、従来に比べずっと狭く
なっている。
機関回転角度検出器26は、クランク軸の第１気筒の上
死点を原点とする回転角と時間を検出してその信号を出
す。燃料噴射時期検出器24は、第７図ねじり振動抑制装
置の作用のフローチャート２に示すとおり、クランク軸
の回転速さを算出する。次いで記憶装置25の内容に基づ
き算出されたクランク軸回転速さが捩り振動共振範囲内
にあるか否かを判断するが、前記範囲内にないと判断し
た場合は、前記第１実施例と同じであるので略す。前記
範囲内にあると判断した場合には、６気筒の中３筒は正
規のままとし、残りの３筒について前記記憶装置25の内
容に基づき３筒共通の約30゜の噴射時期遅らせ、量即ち
噴射期間増加量を設定し、前記３筒に対応するアクチュ
エータ23にそれぞれ信号を送る。これにより前記アクチ
ュエーチ23が作動しそれぞれの管制弁22を作動させ、こ
れによりそれぞれの前記噴射弁は変更された燃料噴射を
行う。上記過程を繰り返えす。
死点を原点とする回転角と時間を検出してその信号を出
す。燃料噴射時期検出器24は、第７図ねじり振動抑制装
置の作用のフローチャート２に示すとおり、クランク軸
の回転速さを算出する。次いで記憶装置25の内容に基づ
き算出されたクランク軸回転速さが捩り振動共振範囲内
にあるか否かを判断するが、前記範囲内にないと判断し
た場合は、前記第１実施例と同じであるので略す。前記
範囲内にあると判断した場合には、６気筒の中３筒は正
規のままとし、残りの３筒について前記記憶装置25の内
容に基づき３筒共通の約30゜の噴射時期遅らせ、量即ち
噴射期間増加量を設定し、前記３筒に対応するアクチュ
エータ23にそれぞれ信号を送る。これにより前記アクチ
ュエーチ23が作動しそれぞれの管制弁22を作動させ、こ
れによりそれぞれの前記噴射弁は変更された燃料噴射を
行う。上記過程を繰り返えす。
機関回転速さが捩り振動共振範囲を脱出すれば前記燃
料噴射時期設定器24がそのことを判断し正規噴射過程に
もどす。
料噴射時期設定器24がそのことを判断し正規噴射過程に
もどす。
この発明はディーゼル機関において、燃料噴射時期を
シリンダ毎に調整することによってクランク軸の捩り振
動の共振点近傍における起振トルク成分を小さくするこ
とにより、共振点近傍の共振による付加応力を小さくし
て運転回避域を狭くし、場合によってはこれをなくすこ
とができる。又捩り振動ダンパを設けなければならなか
った共振の抑制が、燃料噴射系の調整のみで可能とな
る。
シリンダ毎に調整することによってクランク軸の捩り振
動の共振点近傍における起振トルク成分を小さくするこ
とにより、共振点近傍の共振による付加応力を小さくし
て運転回避域を狭くし、場合によってはこれをなくすこ
とができる。又捩り振動ダンパを設けなければならなか
った共振の抑制が、燃料噴射系の調整のみで可能とな
る。
又この手法による共振の危険性は起振力の減少によっ
ているので、１節のみでなく２節等あらゆる振動モード
に対して効果を出すことができる。
ているので、１節のみでなく２節等あらゆる振動モード
に対して効果を出すことができる。
第１図は実施例の構造ブロック線図、第２図（ａ）は同
指圧線図、（ｂ）はクランクメカニズム図、第３図は調
和成分図、第４図は共振曲線図、第５図は１節捩り振幅
モード図、第６図はねじり振動抑制装置の作用のフロー
チャート１、第７図はねじり振動抑制装置の作用のフロ
ーチャート２、第８図は燃料噴射系駆動図である。 11〜16……噴射弁、３……蓄圧器、４……燃料ポンプ、
５……ローラ、６……噴射カム、７……燃料噴射弁、８
……正規指圧線図、９……変更指圧線図、12……正規噴
射６次トルク成分線、13……変更噴射６次トルク成分
線、14……正規噴射６次トルク成分位置、15……変更噴
射６次トルク成分位相、16……正規運転共振線、17……
変更噴射共振線、18……正規運転回避域、19……変更噴
射運転回避域、20……１節ねじり共振モード線、21a1〜
21a6……比振巾、〜……気筒番号、01……スクリュ
ープロペラ、221〜226……管制弁、231〜236……アクチ
ュエータ、24……燃料噴射時期設定器、25……記憶装
置、26……機関回転角度検出器。
指圧線図、（ｂ）はクランクメカニズム図、第３図は調
和成分図、第４図は共振曲線図、第５図は１節捩り振幅
モード図、第６図はねじり振動抑制装置の作用のフロー
チャート１、第７図はねじり振動抑制装置の作用のフロ
ーチャート２、第８図は燃料噴射系駆動図である。 11〜16……噴射弁、３……蓄圧器、４……燃料ポンプ、
５……ローラ、６……噴射カム、７……燃料噴射弁、８
……正規指圧線図、９……変更指圧線図、12……正規噴
射６次トルク成分線、13……変更噴射６次トルク成分
線、14……正規噴射６次トルク成分位置、15……変更噴
射６次トルク成分位相、16……正規運転共振線、17……
変更噴射共振線、18……正規運転回避域、19……変更噴
射運転回避域、20……１節ねじり共振モード線、21a1〜
21a6……比振巾、〜……気筒番号、01……スクリュ
ープロペラ、221〜226……管制弁、231〜236……アクチ
ュエータ、24……燃料噴射時期設定器、25……記憶装
置、26……機関回転角度検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田山 経二郎 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号 三菱重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−26142（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−255546（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/40
Claims (1)
- 【請求項１】燃料噴射タイミング及び燃料噴射期間を調
整可能な燃料噴射装置を備えたディーゼル機関におい
て、 前記機関のクランク軸回転角度及び時間を検出する回転
角度検出器と、該回転角度検出器の検出値に基づく機関
回転速度と、該機関のねじり振動の共振回転速度とを比
較して該検出された回転速度が共振回転速度の範囲内に
あるとき、該機関の各シリンダ毎に燃料噴射時期若しく
は燃料噴射期間を、前記ねじり振動の振動モードに対し
て、クランク軸の捩り振動の共振点近傍における起振ト
ルク成分を小さくさせるように調整する燃料噴射設定器
とを備えてなることを特徴とするディーゼル機関のクラ
ンク軸ねじり振動抑制装置。
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