JP3661747B2 - 内燃機関の振動低減装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼圧力の変動等に起因して生じる内燃機関自体の振動を低減する振動低減装置に関し、特に、クランクシャフトに対して順方向あるいは逆方向に回転する慣性質量体を用いて内燃機関自体のロール振動を低減する内燃機関の振動低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題に対応した自動車の燃費向上への関心の高まりから、自動車に搭載される内燃機関（エンジン）として、燃料を直接筒内に噴射する直噴ガソリンエンジンや直噴ディーゼルエンジンが脚光を浴びつつあるが、これらのエンジンは、従来のエンジンに比べ燃焼加振力が大きいためトルク変動に伴うロール振動も大きくなっており、このロール振動に起因するアイドリング時の車内のこもり音や車体のフロア振動が悪化するという問題を抱えている。
【０００３】
このような問題を解決する一手法として、例えば、特開平６−３３９９０号公報に示される振動低減装置がある。この振動低減装置は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、エンジン１のクランクシャフト２の後端に直接結合された主フライホイール３の他に、クランクシャフト２の前端に直接結合されたクランクプーリ４により例えばベルト５を介して逆方向に回転させる副フライホイール６を設け、トルク発生の反作用としてエンジン本体に作用するモーメントと逆方向のモーメントを発生させ、エンジン本体のロール振動を打ち消すものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の振動低減装置において、エンジンのロール振動を完全に打ち消すためには、主フライホール３等のエンジン本体における回転体の慣性モーメントをＩ１、副フライホイール６の慣性モーメントをＩ２、増速比をρとするとき、理論的にはＩ１＝ρ・Ｉ２の条件を満たすことが要求され、又、この条件の近傍においてロール振動の低減効果が得られるものである。
【０００５】
ここで、上述の条件を満たすには、上記主フライホイール３の慣性モーメントＩ１が本来的に大きいことから、副フライホイール６の慣性モーメントＩ２を大きくするか、あるいは、増速比ρを大きくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、副フライホイール６の慣性モーメントＩ２を大きくすると、それに伴なって装置としての重量増加を招き、又、増速比ρを大きくすると、副フライホイール６が高速で回転することになり、その軸受部の耐久性の低下を招くことになる。従って、現実的にはエンジンのロール振動を完全に打ち消すことはできず、その低減効果は限られたものになるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ロール振動の低減を必要とする内燃機関の回転速度が異なる複数の運転条件下において、ロール振動の大幅な低減を図ることのできる内燃機関の振動低減装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る内燃機関の振動低減装置は、クランクシャフトの回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる慣性質量体とを備えて、クランクシャフトの回転に伴なう内燃機関のロール振動を低減するようにした内燃機関の振動低減装置であって、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体のばね定数を内燃機関の回転速度に応じて変化させるべく可変制御するばね定数可変制御手段を設けた、構成となっている。
【０００９】
本発明の請求項２に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１に係る内燃機関の振動低減装置において、前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（自然数／２）倍した周波数のうちのいずれかの周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、構成となっている。
【００１０】
本発明の請求項３に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１及び２に係る内燃機関の振動低減装置において、前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、構成となっている。
【００１１】
本発明の請求項４に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項３に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、前記ばね定数可変制御手段は、作動時に前記弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、前記クラッチ機構は、内燃機関が前記所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、それ以外の運転条件下で作動状態にある、構成となっている。
【００１２】
本発明の請求項５に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項４に係る内燃機関の振動低減装置において、前記所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態又はハイアイドル運転状態にある際の回転速度である、構成となっている。
【００１３】
本発明の請求項６に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項３に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、別体をなす第１弾性体と第２弾性体とからなり、前記第１弾性体及び第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第１所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するような合成ばね定数を有し、前記第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第２所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、前記ばね定数可変手段は、作動時に前記第１弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記第１弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、前記クラッチ機構は、内燃機関が前記第１所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、かつ、前記第２所定回転速度で運転される運転条件下で作動状態にある、構成となっている。
【００１４】
本発明の請求項７に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項６に係る内燃機関の振動低減装置において、前記第１所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態にある際のアイドル回転速度であり、前記第２所定回転速度は、内燃機関が前記アイドル回転速度よりも高いハイアイドル運転状態にある際のハイアイドル回転速度である、構成となっている。
【００１５】
本発明の請求項８に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項４ないし８に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構は、前記クランクシャフトに結合されて一体的に回転するクランクプーリと、前記慣性質量体と同軸上にて一体的に回転する従動プーリと、前記クランクプーリと前記従動プーリとを連動させる駆動用ベルトとを含み、前記弾性体及び前記クラッチ機構は、前記クランクプーリ又は前記従動プーリに設けられている、構成となっている。
【００１６】
本発明請求項９に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１ないし８に係る内燃機関の振動低減装置において、前記慣性質量体は、前記クランクシャフトの回転方向と反対の方向に回転するように形成されている、構成となっている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体に回転力を伝える駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードとロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって、お互いの振動モードが逆相となる領域でお互いの振動を打ち消し合う方向に作用する反共振現象を生じる領域が存在し、この反共振現象を生じる反共振周波数は、ばね定数可変制御手段により回転振動系のばね成分を形成する弾性体のばね定数を変化させることで、所望の値に調整することができる。
【００１８】
従って、内燃機関の回転速度に応じて、ばね定数可変制御手段により反共振現象が現われる領域を調整することができ、これにより、複数の運転領域でロール振動を大幅に低減することができる。
【００１９】
本発明の請求項２に係る内燃機関の振動低減装置によれば、ばね定数可変制御手段により弾性体のばね定数が調整されて、上記反共振周波数が、クランクシャフト（内燃機関）の所定回転速度における回転周波数を（自然数／２）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致するように設定されることから、複数の運転条件下すなわち種々の所定回転速度で運転される内燃機関において、この内燃機関の気筒数に応じた回転次数成分、例えば、４気筒の場合２次，４次，６次・・・、６気筒の場合３次，６次，９次・・・、８気筒の場合４次，８次，１２次・・・、等の回転次数成分の周波数、あるいは、気筒間の燃焼ばらつき等により生じる０．５次，１次，１．５次・・・等の回転次数成分の周波数に起因するロール振動を大幅に低減することができる。
【００２０】
本発明の請求項３に係る内燃機関の振動低減装置によれば、ばね定数可変制御手段により弾性体のばね定数が調整されて、上記反共振周波数が、クランクシャフト（内燃機関）の所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するように設定されることから、所定回転速度で運転される内燃機関において、支配的な回転次数成分の周波数、例えば、４気筒の場合２次、６気筒の場合３次、８気筒の場合４次等の回転次数成分の大きい周波数に起因するロール振動を効率良く大幅に低減することができる。
【００２１】
本発明の請求項４に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関が所定回転速度で運転されるとき、ばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が非作動状態とされ、弾性体の変形が許容されてこの弾性体は回転振動系のばね成分として作用し、上記所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、ロール振動を低減することができる。
【００２２】
また、内燃機関が所定回転速度以外で運転されるとき、上記クラッチ機構が作動状態とされ、弾性体の変形が拘束されてこの弾性体は剛体として作用し、駆動力伝達機構により回転させられる慣性質量体の作用により、ロール振動を低減することができる。
【００２３】
本発明の請求項５に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関がアイドル運転状態あるいは始動直後等のハイアイドル運転状態にあるときの上記回転次数成分に起因するロール振動を低減することができる。
【００２４】
本発明の請求項６に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関が第１所定回転速度で運転されるとき、ばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が非作動状態とされ、弾性体を形成する第１及び第２弾性体の変形が共に許容されてこれら第１弾性体及び第２弾性体は回転振動系のばね成分として作用し、上記第１所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、この第１所定回転速度の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００２５】
また、内燃機関が第２所定回転速度で運転されるとき、上記クラッチ機構が作動状態とされ、弾性体を形成する第１及び第２弾性体のうち第１弾性体の変形が拘束されて第２弾性体のみが回転振動系のばね成分として作用し、上記第２所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、この第２回転速度の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００２６】
本発明の請求項７に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関がアイドル運転状態にあるときと始動直後等のハイアイドル運転状態にあるときの両方の運転状態において上記回転次数成分に起因するロール振動を低減することができる。
【００２７】
本発明の請求項８に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体を回転させる駆動力伝達機構における回転振動系のばね成分をなす弾性体及びこの弾性体のばね定数を可変制御するばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が、クランクプーリ又は従動プーリに設けられることから、別個に新たな配置空間を必要とせず、従って、装置全体としてのレイアウト上の複雑化等を招くことなく、ばね定数の可変制御という所望の機能を確保することができる。
【００２８】
本発明の請求項９に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体がクランクシャフトと同一方向に回転する場合に比べて、より一層ロール振動を低減することができ、又、反共振周波数と回転振動系の共振周波数との隔たりが大きくなるため、低減効果が得られる周波数帯域も広くなり、弾性体のばね定数の設定すなわち反共振周波数の設定を容易に行なうことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第１実施例を示すものであり、このエンジン１０では、図１（ａ）に示すように、エンジン本体１１の駆動力を発生するクランクシャフト１２の前端部にクランクプーリ１３が固着されており、このクランクプーリ１３と、補機としてのオルタネータ１４のオルタネータリ１４ａと、アイドラプーリ１５と、他の補機としてのパワステポンプ１６のプーリ１６ａとに駆動用ベルトとしての補機駆動ベルト１７が巻き掛けられており、クランクシャフト１２の回転駆動力がオルタネータ１４、パワステポンプ１６等に伝えられるようになっている。
【００３１】
上記オルタネータ１４の回転軸１４ｂには、図１（ｂ）に示すように、大径部１８ａと小径部１８ｂとの２段構成をなす慣性質量体としての副フライホイール１８が一体的に回転するように固着されている。そして、上記副フライホイール１８の小径部１８ｂ外周面には、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、第１弾性体としての内側環状ゴム１９が結合され、この内側環状ゴム１９の外周面には、円筒部２０ａと円盤部２０ｂとにより形成された円筒皿形状をなすクラッチ板２０の円筒部２０ａが結合され、このクラッチ板２０の円筒部２０ａ外周面には、第２弾性体としての外側環状ゴム２１が結合され、さらに、この外側環状ゴム２１の外周面には、従動プーリとしての上記オルタネータプーリ１４ａが結合されている。
【００３２】
また、副フライホイール１８の小径部１８ｂ端面には、コントローラ２２の信号によりＯＮ，ＯＦＦ制御される電磁石２３が固着されており、コントローラ２２の信号により通電が行なわれて励磁されると電磁石２３が作動してクラッチ板２０を吸着し、クラッチ板２０は内側環状ゴム１９の変形を拘束し、一方、コントローラ２２の信号により通電が断たれて電磁石２３が非作動の状態になるとクラッチ板２０を解放し、クラッチ板２０は内側環状ゴム１９の変形を許容するようになる。
【００３３】
上記クランクプーリ１３、オルタネータプーリ１４ａ、第１及び第２弾性体１９，２１、補機駆動ベルト１７等により、慣性質量体である副フライホイール１８にクランクシャフト１２の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構が構成されている。
【００３４】
また、上記クラッチ板２０及び電磁石２３からなる電磁式クラッチ機構、コントローラ２２等により、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体１９，２０のばね定数を可変制御するばね定数可変制御手段が構成されている。
【００３５】
上記構成においては、第１弾性体としての内側環状ゴム１９及び第２弾性体としての外側環状ゴム２１をばね成分とし、又、副フライホイール１８及びオルタネータ１４のロータ部，エンジン本体１１の回転部分（クランクプーリ１３，クランクシャフト１２，主フライホイール（不図示）等）を質量成分とする補機回転振動系において、所定の共振周波数が存在し、又、エンジン本体１１のロール振動系においても所定の共振周波数が存在する。
【００３６】
上記補機回転振動系の振動とロール振動系の振動とは相互に影響を及ぼし合い、両者の振動モードが逆相となってお互いの振動を打ち消し合う現象、すなわち、反共振現象が生じる領域がある。
【００３７】
そこで、上記振動系の構成においては、エンジンが所定回転速度で頻繁に使用されかつロール振動が問題となるような運転領域に、上記反共振現象が現われるように、第１及び第２弾性体１９，２１のばね定数が調整される。ここで、上記反共振現象が生じる点での反共振周波数ｆは、エンジン本体１１の回転系（クランクプーリ１３，クランクシャフト１２，主フライホイール（不図示）等）の慣性モーメントをＩ１、副フライホイール１８の（あるいはオルタネータ１４のロータ部も含めた）慣性モーメントをＩ２、増速比をρ（＝ｒ１／ｒ２：ｒ１はクランクプーリ１３の駆動半径、ｒ２は副フライホイール１８（従動プーリ）の駆動半径）、弾性体の回転ばね定数をｋとすると、次式（１）で表わすことができる。
【００３８】
上記（１）式で表わされる反共振周波数ｆは、図２に示すように、ロール振動のモード１と補機回転振動のモード２とが逆相となり、お互いの振動を打ち消し合う点の周波数として表わされる。
【００３９】
そこで、この反共振周波数ｆが、エンジン（クランクシャフト１２）の所定回転速度Ｎ（ｒｐｍ）における回転周波数ｆｎ（＝Ｎ／６０）を（自然数／２）倍、すなわち、０．５倍，１倍，１．５倍，２倍．２．５倍、３倍，・・・した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致するように、具体的には、エンジンの燃焼圧力の変動により、４気筒エンジンの場合は、回転速度の２次，４次，６次，・・・、６気筒エンジンの場合は、回転速度の３次，６次，・・・、８気筒エンジンの場合は、回転速度の４次，８次，・・・等の周波数成分に起因するロール振動が大きくなるため、上記反共振周波数ｆがこれらの次数の周波数のいずれかの周波数と略一致するように、あるいは、気筒間の燃焼にばらつきがあった場合には、回転速度の０．５次，１次、１．５次・・・等の周波数成分に起因するロール振動も発生するため、上記反共振周波数ｆがこれらの次数の周波数のいずれかの周波数と略一致するように、補機回転振動系を形成する弾性体１９，２１のばね定数を可変制御することで、複数の運転条件において、上記周波数に起因するロール振動を低減することができる。
【００４０】
本実施例においては、補機回転振動系を形成する弾性体としての内側環状ゴム１９（第１弾性体）の回転ばね定数ｋ１と外側環状ゴム２１（第２弾性体）の回転ばね定数ｋ２との合成ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））として、上記反共振周波数ｆが、アイドル回転速度（第１所定回転速度）における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するような値を採用し、又、外側環状ゴム２１（第２弾性体）の回転ばね定数ｋ２として、上記反共振調整数ｆが、エンジンの始動直後に起こるハイアイドル回転速度（第２所定回転速度）における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するような値を採用している。
【００４１】
すなわち、４気筒エンジンの場合２次、６気筒エンジンの場合３次、８気筒エンジンの場合４次の周波数が最も大きくなるため、アイドル運転状態及びハイアイドル運転状態のそれぞれにおいて、上記反共振周波数ｆがこれらの回転基本次数の周波数と略一致するように、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１のばね定数ｋ１，ｋ２が設定される。
【００４２】
ここで、一例として、４気筒ガソリンエンジンでアイドル回転速度（回転数）Ｎ１が７５０ｒｐｍの場合において、反共振周波数ｆが回転速度の２次すなわち２５Ｈｚ（（７５０／６０）×２）と略一致するように、合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））が設定され、又、この４気筒ガソリンエンジンでハイアイドル回転速度Ｎ２が１０００ｒｐｍの場合において、反共振周波数ｆが回転速度の２次すなわち３３Ｈｚ（（１０００／６０×２）と略一致するように、外側環状ゴム２１のばね定数ｋ２が設定される。
【００４３】
上記のように構成された振動低減装置の動作及び振動低減特性について、以下に説明する。先ず、エンジン１０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約８１０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が断たれて電磁式クラッチ機構２０，２３は非作動状態（ＯＦＦ）とされ、内側環状ゴム１９の変形が許容されて、外側環状ゴム２１だけでなくこの内側環状ゴム１９も弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４４】
従って、アイドル運転状態において、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））に対応する第１の反共振現象が現われ、図３に示すように、従来のエンジンに比べてロール振動が低減される。
【００４５】
次に、エンジン１０が回転速度１０００ｒｐｍのハイアイドル運転状態を含む約８１０ｒｐｍから約１１００ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が行なわれて電磁式クラッチ機構２０，２３は作動状態（ＯＮ）とされ、内側環状ゴム１９の変形が拘束されて、外側環状ゴム２１のみが弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４６】
従って、ハイアイドル運転状態において、外側環状ゴム２１の回転ばね定数ｋ２に対応する第２の反共振現象が現われ、図３に示すように、従来のエンジンあるいは電磁式クラッチ機構２０，２３を非作動状態のままにしたものに比べて、ロール振動が低減される。
【００４７】
さらに、エンジン１０が約１１００ｒｐｍを超える範囲の回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が断たれて電磁式クラッチ機構２０，２３は非作動状態（ＯＦＦ）とされ、前述同様内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１が共に弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４８】
これにより、補機回転振動系の共振周波数が低回転速度側（約１２００ｒｐｍの位置から約８８０ｒｐｍの位置へ）に外れて、この回転振動系の共振振動の影響によるロール振動の悪化が防止され、副フライホイール１８本来のトルクバランサとしての作用によって、図３に示すように、ロール振動が低減される。
【００４９】
このように、本実施例においては、電磁式クラッチ機構のＯＮ，ＯＦＦ作動により、補機回転振動系の回転ばね定数を２段階に可変制御することで、エンジンの幅広い運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００５０】
図４は、上記振動低減装置を備えたエンジン１０をシリーズ型のハイブリッド車３１に搭載した例を示すものである。このシリーズ型のハイブリッド車３１においては、エンジン１０はオルタネータ１４を駆動して発電するための発電機駆動源としてのみ用いられ、このオルタネータ１４により発電された電力がバッテリ３２を経由して電動モータ３３に供給され、この電動モータ３３が変速機３４を介して車輪３５を回転駆動するようになっている。従って、エンジン１０は、車輪３５を直接駆動する必要がないため、最も効率の良い運転条件の下ほぼ一定の回転速度で運転されることになる。
【００５１】
このハイブリッド車３１では、エンジン１０に対して、要求発電量に応じた２つの運転条件（回転速度）が設定されている。例えば、これら２つの運転条件が、回転速度２０００ｒｐｍと３０００ｒｐｍの場合には、２０００ｒｐｍの回転速度における２次の周波数である６７Ｈｚ（（２０００／６０）×２）近傍に第１の反共振現象が現われるように、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））が設定され、又、３０００ｒｐｍの回転速度における２次の周波数である１００Ｈｚ（（３０００／６０）×２）近傍に第２の反共振現象が現われるように、外側環状ゴム２１の回転ばね定数ｋ２が設定される。
【００５２】
そして、回転速度２０００ｒｐｍの運転条件下では、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３を非作動状態（ＯＦＦ）とし、又、回転速度３０００ｒｐｍの運転条件下では、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３を作動状態（ＯＮ）とすることで、両方の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００５３】
図５は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第２実施例を示すものであり、このエンジン４０では、図５（ａ）に示すように、クランクシャフト１２に固着されたクランクプーリ１３と、オルタネータ１４のオルタネータプーリ１４ａ´と、アイドラプーリ１５とに補機駆動ベルト１７が巻き掛けられ、又、この補機駆動ベルト１７の背面が補機としてのパワステポンプ１６のパワステポンププーリ１６ａに巻き掛けられている。
【００５４】
上記パワステポンプ１６の回転軸１６ｂには、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、慣性質量体としての副フライホイール１８、第１弾性体としての内側環状ゴム１９、第２弾性体としての外側環状ゴム２１、電磁式クラッチ機構を形成するクラッチ板２０及び電磁石２３等が前述実施例同様に設けられている。また、パワステポンププーリ１６ａは、上記外側環状ゴム２１の外周面に結合されて、副フライホイール１８及びパワステポンプ１６の回転部に回転力を伝える従動プーリの役割をなすものである。
【００５５】
本実施例においては、図１に示す前述の実施例に比べて、副フライホイール１８がクランクシャフト１２の回転方向と反対の方向に回転するようになっており、この場合の反共振周波数ｆは、次式（２）で表わすことができる。
【００５６】
そこで、上式（２）で表わされる反共振周波数ｆが、前述実施例同様に、４気筒ガソリンエンジンでアイドル回転速度Ｎ１が７５０ｒｐｍの場合に、回転速度の２次の周波数すなわち２５Ｈｚと略一致するように、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））が設定され、又、この４気筒ガソリンエンジンでハイアイドル回転速度Ｎ２が１０００ｒｐｍの場合に、回転速度の２次すなわち３３Ｈｚと略一致するように、外側環状ゴム２１の回転ばね定数ｋ２が設定される。
【００５７】
上記のように構成された本実施例の振動低減装置においては、エンジン４０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３が非作動状態（ＯＦＦ）とされて、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の両方が弾性体（ばね成分）として作用し、又、エンジン４０が回転速度１０００ｒｐｍのハイアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍから約１２００ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ２０，２３が作動状態（ＯＮ）とされて、外側環状ゴム２１のみが弾性体（ばね成分）として作用し、さらに、エンジン４０がそれ以上の回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３が再び非作動状態（ＯＦＦ）とされて、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の両方が弾性体（ばね成分）として作用するように、補機回転振動系のばね定数が２段階に調整される。
【００５８】
図６は、本実施例における振動低減特性を示すものであり、アイドル回転領域において第１の反共振現象が現われ、又、ハイアイドル回転領域において第２の反共振現象が現われ、さらに、副フライホイール１８が逆回転させられることにより、ロール振動が大幅に低減しているのが理解される。また、補機回転振動系の共振周波数と反共振周波数との隔たりが大きくなるため、低減効果が得られる運転領域も広くなり、反共振周波数の設定を容易に行なうことができる。
【００５９】
図７は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第３実施例を示すものであり、このエンジン５０は、図７（ｂ）に示すように、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体として１つの弾性体を採用し、又、電磁式に代えて遠心式のクラッチ機構を採用した以外は、基本的に図５に示す前述実施例の構成と同様である。
【００６０】
すなわち、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、副フライホイール１８の小径部１８ｂ外周面には、１つの弾性体としての環状ゴム６１が結合され、この環状ゴム６１の外周面には、円筒部６２ａと円盤部６２ｂとにより形成された円筒皿形状をなすクラッチ板６２の円筒部６２ａが係合され、このクラッチ板６２の円筒部６２ａ外周面には、従動プーリとしてのパワステポンププーリ１６ａ´が結合され、このクラッチ板６２の円盤部６２ｂと小径部１８ｂ端面との間には、遠心式クラッチ６３が配置されている。この遠心式クラッチ６３は、所定回転速度以上で作動して、副フライホイール１８とクラッチ板６２とを剛体的に直接結合して環状ゴム６１の変形を拘束し、所定回転速度以下で非作動となり、副フライホイール１８からクラッチ板６２を解放して環状ゴム６１の変形を許容するように作動するものである。
【００６１】
上記構成からなる振動系における反共振周波数ｆは、前述式（２）と同様に表わすことができ、本実施例では、この反共振周波数ｆが、４気筒ガソリンエンジンで回転速度が７５０ｒｐｍのアイドル運転状態における回転２次成分の周波数２５Ｈｚと略一致するように、環状ゴム６１のばね定数ｋが設定される。
【００６２】
上記のように構成された本実施例の振動低減装置においては、エンジン５０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、遠心式クラッチ機構６２，６３が非作動状態（ＯＦＦ）となり、環状ゴム６１の変形が許容されて補機回転振動系の弾性体（ばね成分）として作用する。
【００６３】
一方、エンジン５０が約７９０ｒｐｍを超える回転速度域にあるときは、遠心式クラッチ機構６２，６３が作動状態（ＯＮ）となり、環状ゴム６１の変形が拘束されて副フライホイール１８とパワステポンププーリ１６ａ´とは完全に剛の状態で結合される。
【００６４】
従って、図８に示すように、アイドル運転状態において反共振現象が現われて、この運転領域（〜７９０ｒｐｍ）でのロール振動が大幅に低減されると共に、それ以外の運転領域では、副フライホイール１８の逆回転によりその軸受部に加わる回転慣性力の反力がロール振動を打ち消す方向に作用し、同様にロール振動が大幅に低減される。
【００６５】
以上述べた実施例においては、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体１９，２１、６１及びクラッチ機構２０，２３、６２，６３を従動プーリ１４ａ，１６ａ，１６ａ´側に設ける構成としたが、クランクプーリ１３側に設ける構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第１実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図２】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の作用を説明するための周波数応答特性を示す図である。
【図３】 図１に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図４】 図１に示す振動低減装置を備えた内燃機関をシリーズ型ハイブリッド車に搭載した状態を示す概略構成図である。
【図５】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第２実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図６】 図５に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図７】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第３実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図８】 図７に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図９】 従来の振動低減装置を示すものであり、（ａ）は概略構成正面図、（ｂ）は概略構成側面図である。
【符号の説明】
１１ エンジン本体
１２ クランクシャフト
１３ クランクプーリ
１４ オルタネータ（補機）
１４ａ，１４ａ´ オルタネータプーリ（従動プーリ）
１４ｂ 回転軸
１５ アイドラプーリ
１６ パワステポンプ
１６ａ，１６ａ´ パワステポンププーリ（従動プーリ）
１６ｂ 回転軸
１７ 補機駆動ベルト（駆動用ベルト）
１８ 副フライホイール（慣性質量体）
１８ａ 大径部
１８ｂ 小径部
１９ 内側環状ゴム（第１弾性体）
２０ クラッチ板
２０ａ 円筒部
２０ｂ 円盤部
２１ 外側環状ゴム（第２弾性体）
２２ コントローラ
２３ 電磁石
３１ ハイブリッド車
３２ バッテリ
３３ 電動モータ
３４ 変速機
３５ 車輪
６１ 環状ゴム（弾性体）
６２ クラッチ板
６２ａ 円筒部
６２ｂ 円盤部
６３ 遠心式クラッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼圧力の変動等に起因して生じる内燃機関自体の振動を低減する振動低減装置に関し、特に、クランクシャフトに対して順方向あるいは逆方向に回転する慣性質量体を用いて内燃機関自体のロール振動を低減する内燃機関の振動低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題に対応した自動車の燃費向上への関心の高まりから、自動車に搭載される内燃機関（エンジン）として、燃料を直接筒内に噴射する直噴ガソリンエンジンや直噴ディーゼルエンジンが脚光を浴びつつあるが、これらのエンジンは、従来のエンジンに比べ燃焼加振力が大きいためトルク変動に伴うロール振動も大きくなっており、このロール振動に起因するアイドリング時の車内のこもり音や車体のフロア振動が悪化するという問題を抱えている。
【０００３】
このような問題を解決する一手法として、例えば、特開平６−３３９９０号公報に示される振動低減装置がある。この振動低減装置は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、エンジン１のクランクシャフト２の後端に直接結合された主フライホイール３の他に、クランクシャフト２の前端に直接結合されたクランクプーリ４により例えばベルト５を介して逆方向に回転させる副フライホイール６を設け、トルク発生の反作用としてエンジン本体に作用するモーメントと逆方向のモーメントを発生させ、エンジン本体のロール振動を打ち消すものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の振動低減装置において、エンジンのロール振動を完全に打ち消すためには、主フライホール３等のエンジン本体における回転体の慣性モーメントをＩ１、副フライホイール６の慣性モーメントをＩ２、増速比をρとするとき、理論的にはＩ１＝ρ・Ｉ２の条件を満たすことが要求され、又、この条件の近傍においてロール振動の低減効果が得られるものである。
【０００５】
ここで、上述の条件を満たすには、上記主フライホイール３の慣性モーメントＩ１が本来的に大きいことから、副フライホイール６の慣性モーメントＩ２を大きくするか、あるいは、増速比ρを大きくする必要がある。
【０００６】
しかしながら、副フライホイール６の慣性モーメントＩ２を大きくすると、それに伴なって装置としての重量増加を招き、又、増速比ρを大きくすると、副フライホイール６が高速で回転することになり、その軸受部の耐久性の低下を招くことになる。従って、現実的にはエンジンのロール振動を完全に打ち消すことはできず、その低減効果は限られたものになるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ロール振動の低減を必要とする内燃機関の回転速度が異なる複数の運転条件下において、ロール振動の大幅な低減を図ることのできる内燃機関の振動低減装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る内燃機関の振動低減装置は、クランクシャフトの回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる慣性質量体とを備えて、クランクシャフトの回転に伴なう内燃機関のロール振動を低減するようにした内燃機関の振動低減装置であって、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体のばね定数を内燃機関の回転速度に応じて変化させるべく可変制御するばね定数可変制御手段を設けた、構成となっている。
【０００９】
本発明の請求項２に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１に係る内燃機関の振動低減装置において、前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（自然数／２）倍した周波数のうちのいずれかの周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、構成となっている。
【００１０】
本発明の請求項３に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１及び２に係る内燃機関の振動低減装置において、前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、構成となっている。
【００１１】
本発明の請求項４に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項３に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、前記ばね定数可変制御手段は、作動時に前記弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、前記クラッチ機構は、内燃機関が前記所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、それ以外の運転条件下で作動状態にある、構成となっている。
【００１２】
本発明の請求項５に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項４に係る内燃機関の振動低減装置において、前記所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態又はハイアイドル運転状態にある際の回転速度である、構成となっている。
【００１３】
本発明の請求項６に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項３に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、別体をなす第１弾性体と第２弾性体とからなり、前記第１弾性体及び第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第１所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するような合成ばね定数を有し、前記第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第２所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、前記ばね定数可変手段は、作動時に前記第１弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記第１弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、前記クラッチ機構は、内燃機関が前記第１所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、かつ、前記第２所定回転速度で運転される運転条件下で作動状態にある、構成となっている。
【００１４】
本発明の請求項７に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項６に係る内燃機関の振動低減装置において、前記第１所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態にある際のアイドル回転速度であり、前記第２所定回転速度は、内燃機関が前記アイドル回転速度よりも高いハイアイドル運転状態にある際のハイアイドル回転速度である、構成となっている。
【００１５】
本発明の請求項８に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項４ないし８に係る内燃機関の振動低減装置において、前記駆動力伝達機構は、前記クランクシャフトに結合されて一体的に回転するクランクプーリと、前記慣性質量体と同軸上にて一体的に回転する従動プーリと、前記クランクプーリと前記従動プーリとを連動させる駆動用ベルトとを含み、前記弾性体及び前記クラッチ機構は、前記クランクプーリ又は前記従動プーリに設けられている、構成となっている。
【００１６】
本発明請求項９に係る内燃機関の振動低減装置は、請求項１ないし８に係る内燃機関の振動低減装置において、前記慣性質量体は、前記クランクシャフトの回転方向と反対の方向に回転するように形成されている、構成となっている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体に回転力を伝える駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードとロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって、お互いの振動モードが逆相となる領域でお互いの振動を打ち消し合う方向に作用する反共振現象を生じる領域が存在し、この反共振現象を生じる反共振周波数は、ばね定数可変制御手段により回転振動系のばね成分を形成する弾性体のばね定数を変化させることで、所望の値に調整することができる。
【００１８】
従って、内燃機関の回転速度に応じて、ばね定数可変制御手段により反共振現象が現われる領域を調整することができ、これにより、複数の運転領域でロール振動を大幅に低減することができる。
【００１９】
本発明の請求項２に係る内燃機関の振動低減装置によれば、ばね定数可変制御手段により弾性体のばね定数が調整されて、上記反共振周波数が、クランクシャフト（内燃機関）の所定回転速度における回転周波数を（自然数／２）倍した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致するように設定されることから、複数の運転条件下すなわち種々の所定回転速度で運転される内燃機関において、この内燃機関の気筒数に応じた回転次数成分、例えば、４気筒の場合２次，４次，６次・・・、６気筒の場合３次，６次，９次・・・、８気筒の場合４次，８次，１２次・・・、等の回転次数成分の周波数、あるいは、気筒間の燃焼ばらつき等により生じる０．５次，１次，１．５次・・・等の回転次数成分の周波数に起因するロール振動を大幅に低減することができる。
【００２０】
本発明の請求項３に係る内燃機関の振動低減装置によれば、ばね定数可変制御手段により弾性体のばね定数が調整されて、上記反共振周波数が、クランクシャフト（内燃機関）の所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するように設定されることから、所定回転速度で運転される内燃機関において、支配的な回転次数成分の周波数、例えば、４気筒の場合２次、６気筒の場合３次、８気筒の場合４次等の回転次数成分の大きい周波数に起因するロール振動を効率良く大幅に低減することができる。
【００２１】
本発明の請求項４に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関が所定回転速度で運転されるとき、ばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が非作動状態とされ、弾性体の変形が許容されてこの弾性体は回転振動系のばね成分として作用し、上記所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、ロール振動を低減することができる。
【００２２】
また、内燃機関が所定回転速度以外で運転されるとき、上記クラッチ機構が作動状態とされ、弾性体の変形が拘束されてこの弾性体は剛体として作用し、駆動力伝達機構により回転させられる慣性質量体の作用により、ロール振動を低減することができる。
【００２３】
本発明の請求項５に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関がアイドル運転状態あるいは始動直後等のハイアイドル運転状態にあるときの上記回転次数成分に起因するロール振動を低減することができる。
【００２４】
本発明の請求項６に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関が第１所定回転速度で運転されるとき、ばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が非作動状態とされ、弾性体を形成する第１及び第２弾性体の変形が共に許容されてこれら第１弾性体及び第２弾性体は回転振動系のばね成分として作用し、上記第１所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、この第１所定回転速度の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００２５】
また、内燃機関が第２所定回転速度で運転されるとき、上記クラッチ機構が作動状態とされ、弾性体を形成する第１及び第２弾性体のうち第１弾性体の変形が拘束されて第２弾性体のみが回転振動系のばね成分として作用し、上記第２所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数のところで反共振現象が生じて、この第２回転速度の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００２６】
本発明の請求項７に係る内燃機関の振動低減装置によれば、内燃機関がアイドル運転状態にあるときと始動直後等のハイアイドル運転状態にあるときの両方の運転状態において上記回転次数成分に起因するロール振動を低減することができる。
【００２７】
本発明の請求項８に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体を回転させる駆動力伝達機構における回転振動系のばね成分をなす弾性体及びこの弾性体のばね定数を可変制御するばね定数可変制御手段を形成するクラッチ機構が、クランクプーリ又は従動プーリに設けられることから、別個に新たな配置空間を必要とせず、従って、装置全体としてのレイアウト上の複雑化等を招くことなく、ばね定数の可変制御という所望の機能を確保することができる。
【００２８】
本発明の請求項９に係る内燃機関の振動低減装置によれば、慣性質量体がクランクシャフトと同一方向に回転する場合に比べて、より一層ロール振動を低減することができ、又、反共振周波数と回転振動系の共振周波数との隔たりが大きくなるため、低減効果が得られる周波数帯域も広くなり、弾性体のばね定数の設定すなわち反共振周波数の設定を容易に行なうことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第１実施例を示すものであり、このエンジン１０では、図１（ａ）に示すように、エンジン本体１１の駆動力を発生するクランクシャフト１２の前端部にクランクプーリ１３が固着されており、このクランクプーリ１３と、補機としてのオルタネータ１４のオルタネータリ１４ａと、アイドラプーリ１５と、他の補機としてのパワステポンプ１６のプーリ１６ａとに駆動用ベルトとしての補機駆動ベルト１７が巻き掛けられており、クランクシャフト１２の回転駆動力がオルタネータ１４、パワステポンプ１６等に伝えられるようになっている。
【００３１】
上記オルタネータ１４の回転軸１４ｂには、図１（ｂ）に示すように、大径部１８ａと小径部１８ｂとの２段構成をなす慣性質量体としての副フライホイール１８が一体的に回転するように固着されている。そして、上記副フライホイール１８の小径部１８ｂ外周面には、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、第１弾性体としての内側環状ゴム１９が結合され、この内側環状ゴム１９の外周面には、円筒部２０ａと円盤部２０ｂとにより形成された円筒皿形状をなすクラッチ板２０の円筒部２０ａが結合され、このクラッチ板２０の円筒部２０ａ外周面には、第２弾性体としての外側環状ゴム２１が結合され、さらに、この外側環状ゴム２１の外周面には、従動プーリとしての上記オルタネータプーリ１４ａが結合されている。
【００３２】
また、副フライホイール１８の小径部１８ｂ端面には、コントローラ２２の信号によりＯＮ，ＯＦＦ制御される電磁石２３が固着されており、コントローラ２２の信号により通電が行なわれて励磁されると電磁石２３が作動してクラッチ板２０を吸着し、クラッチ板２０は内側環状ゴム１９の変形を拘束し、一方、コントローラ２２の信号により通電が断たれて電磁石２３が非作動の状態になるとクラッチ板２０を解放し、クラッチ板２０は内側環状ゴム１９の変形を許容するようになる。
【００３３】
上記クランクプーリ１３、オルタネータプーリ１４ａ、第１及び第２弾性体１９，２１、補機駆動ベルト１７等により、慣性質量体である副フライホイール１８にクランクシャフト１２の回転駆動力を伝える駆動力伝達機構が構成されている。
【００３４】
また、上記クラッチ板２０及び電磁石２３からなる電磁式クラッチ機構、コントローラ２２等により、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体１９，２０のばね定数を可変制御するばね定数可変制御手段が構成されている。
【００３５】
上記構成においては、第１弾性体としての内側環状ゴム１９及び第２弾性体としての外側環状ゴム２１をばね成分とし、又、副フライホイール１８及びオルタネータ１４のロータ部，エンジン本体１１の回転部分（クランクプーリ１３，クランクシャフト１２，主フライホイール（不図示）等）を質量成分とする補機回転振動系において、所定の共振周波数が存在し、又、エンジン本体１１のロール振動系においても所定の共振周波数が存在する。
【００３６】
上記補機回転振動系の振動とロール振動系の振動とは相互に影響を及ぼし合い、両者の振動モードが逆相となってお互いの振動を打ち消し合う現象、すなわち、反共振現象が生じる領域がある。
【００３７】
そこで、上記振動系の構成においては、エンジンが所定回転速度で頻繁に使用されかつロール振動が問題となるような運転領域に、上記反共振現象が現われるように、第１及び第２弾性体１９，２１のばね定数が調整される。ここで、上記反共振現象が生じる点での反共振周波数ｆは、エンジン本体１１の回転系（クランクプーリ１３，クランクシャフト１２，主フライホイール（不図示）等）の慣性モーメントをＩ１、副フライホイール１８の（あるいはオルタネータ１４のロータ部も含めた）慣性モーメントをＩ２、増速比をρ（＝ｒ１／ｒ２：ｒ１はクランクプーリ１３の駆動半径、ｒ２は副フライホイール１８（従動プーリ）の駆動半径）、弾性体の回転ばね定数をｋとすると、次式（１）で表わすことができる。
【００３８】
【００３９】
そこで、この反共振周波数ｆが、エンジン（クランクシャフト１２）の所定回転速度Ｎ（ｒｐｍ）における回転周波数ｆｎ（＝Ｎ／６０）を（自然数／２）倍、すなわち、０．５倍，１倍，１．５倍，２倍．２．５倍、３倍，・・・した周波数のうちのいずれかの周波数と略一致するように、具体的には、エンジンの燃焼圧力の変動により、４気筒エンジンの場合は、回転速度の２次，４次，６次，・・・、６気筒エンジンの場合は、回転速度の３次，６次，・・・、８気筒エンジンの場合は、回転速度の４次，８次，・・・等の周波数成分に起因するロール振動が大きくなるため、上記反共振周波数ｆがこれらの次数の周波数のいずれかの周波数と略一致するように、あるいは、気筒間の燃焼にばらつきがあった場合には、回転速度の０．５次，１次、１．５次・・・等の周波数成分に起因するロール振動も発生するため、上記反共振周波数ｆがこれらの次数の周波数のいずれかの周波数と略一致するように、補機回転振動系を形成する弾性体１９，２１のばね定数を可変制御することで、複数の運転条件において、上記周波数に起因するロール振動を低減することができる。
【００４０】
本実施例においては、補機回転振動系を形成する弾性体としての内側環状ゴム１９（第１弾性体）の回転ばね定数ｋ１と外側環状ゴム２１（第２弾性体）の回転ばね定数ｋ２との合成ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））として、上記反共振周波数ｆが、アイドル回転速度（第１所定回転速度）における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するような値を採用し、又、外側環状ゴム２１（第２弾性体）の回転ばね定数ｋ２として、上記反共振調整数ｆが、エンジンの始動直後に起こるハイアイドル回転速度（第２所定回転速度）における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数と略一致するような値を採用している。
【００４１】
すなわち、４気筒エンジンの場合２次、６気筒エンジンの場合３次、８気筒エンジンの場合４次の周波数が最も大きくなるため、アイドル運転状態及びハイアイドル運転状態のそれぞれにおいて、上記反共振周波数ｆがこれらの回転基本次数の周波数と略一致するように、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１のばね定数ｋ１，ｋ２が設定される。
【００４２】
ここで、一例として、４気筒ガソリンエンジンでアイドル回転速度（回転数）Ｎ１が７５０ｒｐｍの場合において、反共振周波数ｆが回転速度の２次すなわち２５Ｈｚ（（７５０／６０）×２）と略一致するように、合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））が設定され、又、この４気筒ガソリンエンジンでハイアイドル回転速度Ｎ２が１０００ｒｐｍの場合において、反共振周波数ｆが回転速度の２次すなわち３３Ｈｚ（（１０００／６０×２）と略一致するように、外側環状ゴム２１のばね定数ｋ２が設定される。
【００４３】
上記のように構成された振動低減装置の動作及び振動低減特性について、以下に説明する。先ず、エンジン１０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約８１０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が断たれて電磁式クラッチ機構２０，２３は非作動状態（ＯＦＦ）とされ、内側環状ゴム１９の変形が許容されて、外側環状ゴム２１だけでなくこの内側環状ゴム１９も弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４４】
従って、アイドル運転状態において、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））に対応する第１の反共振現象が現われ、図３に示すように、従来のエンジンに比べてロール振動が低減される。
【００４５】
次に、エンジン１０が回転速度１０００ｒｐｍのハイアイドル運転状態を含む約８１０ｒｐｍから約１１００ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が行なわれて電磁式クラッチ機構２０，２３は作動状態（ＯＮ）とされ、内側環状ゴム１９の変形が拘束されて、外側環状ゴム２１のみが弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４６】
従って、ハイアイドル運転状態において、外側環状ゴム２１の回転ばね定数ｋ２に対応する第２の反共振現象が現われ、図３に示すように、従来のエンジンあるいは電磁式クラッチ機構２０，２３を非作動状態のままにしたものに比べて、ロール振動が低減される。
【００４７】
さらに、エンジン１０が約１１００ｒｐｍを超える範囲の回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により、電磁石２３への通電が断たれて電磁式クラッチ機構２０，２３は非作動状態（ＯＦＦ）とされ、前述同様内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１が共に弾性体（ばね成分）として作用することになる。
【００４８】
これにより、補機回転振動系の共振周波数が低回転速度側（約１２００ｒｐｍの位置から約８８０ｒｐｍの位置へ）に外れて、この回転振動系の共振振動の影響によるロール振動の悪化が防止され、副フライホイール１８本来のトルクバランサとしての作用によって、図３に示すように、ロール振動が低減される。
【００４９】
このように、本実施例においては、電磁式クラッチ機構のＯＮ，ＯＦＦ作動により、補機回転振動系の回転ばね定数を２段階に可変制御することで、エンジンの幅広い運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００５０】
図４は、上記振動低減装置を備えたエンジン１０をシリーズ型のハイブリッド車３１に搭載した例を示すものである。このシリーズ型のハイブリッド車３１においては、エンジン１０はオルタネータ１４を駆動して発電するための発電機駆動源としてのみ用いられ、このオルタネータ１４により発電された電力がバッテリ３２を経由して電動モータ３３に供給され、この電動モータ３３が変速機３４を介して車輪３５を回転駆動するようになっている。従って、エンジン１０は、車輪３５を直接駆動する必要がないため、最も効率の良い運転条件の下ほぼ一定の回転速度で運転されることになる。
【００５１】
このハイブリッド車３１では、エンジン１０に対して、要求発電量に応じた２つの運転条件（回転速度）が設定されている。例えば、これら２つの運転条件が、回転速度２０００ｒｐｍと３０００ｒｐｍの場合には、２０００ｒｐｍの回転速度における２次の周波数である６７Ｈｚ（（２０００／６０）×２）近傍に第１の反共振現象が現われるように、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の合成回転ばね定数（ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２））が設定され、又、３０００ｒｐｍの回転速度における２次の周波数である１００Ｈｚ（（３０００／６０）×２）近傍に第２の反共振現象が現われるように、外側環状ゴム２１の回転ばね定数ｋ２が設定される。
【００５２】
そして、回転速度２０００ｒｐｍの運転条件下では、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３を非作動状態（ＯＦＦ）とし、又、回転速度３０００ｒｐｍの運転条件下では、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３を作動状態（ＯＮ）とすることで、両方の運転領域においてロール振動を低減することができる。
【００５３】
図５は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第２実施例を示すものであり、このエンジン４０では、図５（ａ）に示すように、クランクシャフト１２に固着されたクランクプーリ１３と、オルタネータ１４のオルタネータプーリ１４ａ´と、アイドラプーリ１５とに補機駆動ベルト１７が巻き掛けられ、又、この補機駆動ベルト１７の背面が補機としてのパワステポンプ１６のパワステポンププーリ１６ａに巻き掛けられている。
【００５４】
上記パワステポンプ１６の回転軸１６ｂには、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、慣性質量体としての副フライホイール１８、第１弾性体としての内側環状ゴム１９、第２弾性体としての外側環状ゴム２１、電磁式クラッチ機構を形成するクラッチ板２０及び電磁石２３等が前述実施例同様に設けられている。また、パワステポンププーリ１６ａは、上記外側環状ゴム２１の外周面に結合されて、副フライホイール１８及びパワステポンプ１６の回転部に回転力を伝える従動プーリの役割をなすものである。
【００５５】
本実施例においては、図１に示す前述の実施例に比べて、副フライホイール１８がクランクシャフト１２の回転方向と反対の方向に回転するようになっており、この場合の反共振周波数ｆは、次式（２）で表わすことができる。
【００５６】
【００５７】
上記のように構成された本実施例の振動低減装置においては、エンジン４０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３が非作動状態（ＯＦＦ）とされて、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の両方が弾性体（ばね成分）として作用し、又、エンジン４０が回転速度１０００ｒｐｍのハイアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍから約１２００ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ２０，２３が作動状態（ＯＮ）とされて、外側環状ゴム２１のみが弾性体（ばね成分）として作用し、さらに、エンジン４０がそれ以上の回転速度域にあるときは、コントローラ２２の信号により電磁式クラッチ機構２０，２３が再び非作動状態（ＯＦＦ）とされて、内側環状ゴム１９及び外側環状ゴム２１の両方が弾性体（ばね成分）として作用するように、補機回転振動系のばね定数が２段階に調整される。
【００５８】
図６は、本実施例における振動低減特性を示すものであり、アイドル回転領域において第１の反共振現象が現われ、又、ハイアイドル回転領域において第２の反共振現象が現われ、さらに、副フライホイール１８が逆回転させられることにより、ロール振動が大幅に低減しているのが理解される。また、補機回転振動系の共振周波数と反共振周波数との隔たりが大きくなるため、低減効果が得られる運転領域も広くなり、反共振周波数の設定を容易に行なうことができる。
【００５９】
図７は、本発明に係る振動低減装置を備えたエンジンの第３実施例を示すものであり、このエンジン５０は、図７（ｂ）に示すように、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体として１つの弾性体を採用し、又、電磁式に代えて遠心式のクラッチ機構を採用した以外は、基本的に図５に示す前述実施例の構成と同様である。
【００６０】
すなわち、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、副フライホイール１８の小径部１８ｂ外周面には、１つの弾性体としての環状ゴム６１が結合され、この環状ゴム６１の外周面には、円筒部６２ａと円盤部６２ｂとにより形成された円筒皿形状をなすクラッチ板６２の円筒部６２ａが係合され、このクラッチ板６２の円筒部６２ａ外周面には、従動プーリとしてのパワステポンププーリ１６ａ´が結合され、このクラッチ板６２の円盤部６２ｂと小径部１８ｂ端面との間には、遠心式クラッチ６３が配置されている。この遠心式クラッチ６３は、所定回転速度以上で作動して、副フライホイール１８とクラッチ板６２とを剛体的に直接結合して環状ゴム６１の変形を拘束し、所定回転速度以下で非作動となり、副フライホイール１８からクラッチ板６２を解放して環状ゴム６１の変形を許容するように作動するものである。
【００６１】
上記構成からなる振動系における反共振周波数ｆは、前述式（２）と同様に表わすことができ、本実施例では、この反共振周波数ｆが、４気筒ガソリンエンジンで回転速度が７５０ｒｐｍのアイドル運転状態における回転２次成分の周波数２５Ｈｚと略一致するように、環状ゴム６１のばね定数ｋが設定される。
【００６２】
上記のように構成された本実施例の振動低減装置においては、エンジン５０が回転速度７５０ｒｐｍのアイドル運転状態を含む約７９０ｒｐｍまでの回転速度域にあるときは、遠心式クラッチ機構６２，６３が非作動状態（ＯＦＦ）となり、環状ゴム６１の変形が許容されて補機回転振動系の弾性体（ばね成分）として作用する。
【００６３】
一方、エンジン５０が約７９０ｒｐｍを超える回転速度域にあるときは、遠心式クラッチ機構６２，６３が作動状態（ＯＮ）となり、環状ゴム６１の変形が拘束されて副フライホイール１８とパワステポンププーリ１６ａ´とは完全に剛の状態で結合される。
【００６４】
従って、図８に示すように、アイドル運転状態において反共振現象が現われて、この運転領域（〜７９０ｒｐｍ）でのロール振動が大幅に低減されると共に、それ以外の運転領域では、副フライホイール１８の逆回転によりその軸受部に加わる回転慣性力の反力がロール振動を打ち消す方向に作用し、同様にロール振動が大幅に低減される。
【００６５】
以上述べた実施例においては、補機回転振動系のばね成分を形成する弾性体１９，２１、６１及びクラッチ機構２０，２３、６２，６３を従動プーリ１４ａ，１６ａ，１６ａ´側に設ける構成としたが、クランクプーリ１３側に設ける構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第１実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図２】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の作用を説明するための周波数応答特性を示す図である。
【図３】 図１に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図４】 図１に示す振動低減装置を備えた内燃機関をシリーズ型ハイブリッド車に搭載した状態を示す概略構成図である。
【図５】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第２実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図６】 図５に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図７】 本発明に係る内燃機関の振動低減装置の第３実施例を示すものであり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は補機及び副フライホイール相互の結合関係を示す一部拡大構成図である。
【図８】 図７に示す振動低減装置における振動低減特性を示す図である。
【図９】 従来の振動低減装置を示すものであり、（ａ）は概略構成正面図、（ｂ）は概略構成側面図である。
【符号の説明】
１１ エンジン本体
１２ クランクシャフト
１３ クランクプーリ
１４ オルタネータ（補機）
１４ａ，１４ａ´ オルタネータプーリ（従動プーリ）
１４ｂ 回転軸
１５ アイドラプーリ
１６ パワステポンプ
１６ａ，１６ａ´ パワステポンププーリ（従動プーリ）
１６ｂ 回転軸
１７ 補機駆動ベルト（駆動用ベルト）
１８ 副フライホイール（慣性質量体）
１８ａ 大径部
１８ｂ 小径部
１９ 内側環状ゴム（第１弾性体）
２０ クラッチ板
２０ａ 円筒部
２０ｂ 円盤部
２１ 外側環状ゴム（第２弾性体）
２２ コントローラ
２３ 電磁石
３１ ハイブリッド車
３２ バッテリ
３３ 電動モータ
３４ 変速機
３５ 車輪
６１ 環状ゴム（弾性体）
６２ クラッチ板
６２ａ 円筒部
６２ｂ 円盤部
６３ 遠心式クラッチ
Claims (9)
- クランクシャフトの回転駆動力を伝える駆動力伝達機構と、前記駆動力伝達機構により回転させられて慣性力を生じる慣性質量体とを備えて、クランクシャフトの回転に伴なう内燃機関のロール振動を低減するようにした内燃機関の振動低減装置であって、
前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体のばね定数を内燃機関の回転速度に応じて変化させるべく可変制御するばね定数可変制御手段を設けた、
ことを特徴とする内燃機関の振動低減装置。 - 前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（自然数／２）倍した周波数のうちのいずれかの周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の振動低減装置。
- 前記ばね定数可変制御手段は、前記駆動力伝達機構の回転振動系の振動モードと前記クランクシャフトの回転に伴なうロール振動系の振動モードとの重ね合わせによって発生する反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するように、前記弾性体のばね定数を調整する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の振動低減装置。
- 前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、
前記ばね定数可変制御手段は、作動時に前記弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、
前記クラッチ機構は、内燃機関が前記所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、それ以外の運転条件下で作動状態にある、
ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の振動低減装置。 - 前記所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態又はハイアイドル運転状態にある際の回転速度である、ことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の振動低減装置。
- 前記駆動力伝達機構の回転振動系のばね成分を形成する弾性体は、別体をなす第１弾性体と第２弾性体とからなり、
前記第１弾性体及び第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第１所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するような合成ばね定数を有し、
前記第２弾性体は、前記反共振の周波数と前記クランクシャフトの第２所定回転速度における回転周波数を（気筒数／２）倍した周波数とが略一致するようなばね定数を有し、
前記ばね定数可変手段は、作動時に前記第１弾性体の変形を拘束しかつ非作動時に前記第１弾性体の変形を許容するクラッチ機構を有し、
前記クラッチ機構は、内燃機関が前記第１所定回転速度で運転される運転条件下で非作動状態にあり、かつ、前記第２所定回転速度で運転される運転条件下で作動状態にある、
ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の振動低減装置。 - 前記第１所定回転速度は、内燃機関がアイドル運転状態にある際のアイドル回転速度であり、前記第２所定回転速度は、内燃機関が前記アイドル回転速度よりも高いハイアイドル運転状態にある際のハイアイドル回転速度である、ことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の振動低減装置。
- 前記駆動力伝達機構は、前記クランクシャフトに結合されて一体的に回転するクランクプーリと、前記慣性質量体と同軸上にて一体的に回転する従動プーリと、前記クランクプーリと前記従動プーリとを連動させる駆動用ベルトとを含み、
前記弾性体及び前記クラッチ機構は、前記クランクプーリ又は前記従動プーリに設けられている、
ことを特徴とする請求項４ないし７いずれか１つに記載の内燃機関の振動低減装置。 - 前記慣性質量体は、前記クランクシャフトの回転方向と反対の方向に回転するように形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか１つに記載の内燃機関の振動低減装置。
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