JP4657037B2 - 能動型防振支持装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、１サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンを能動型防振支持装置を介して車体に支持し、制御手段が能動型防振支持装置のアクチュエータをエンジンの振動状態に応じて制御することでエンジンから車体への振動伝達を抑制する能動型防振支持装置の制御装置に関する。

エンジンのクランクシャフトの角加速度からエンジンの振動状態を推定し、その振動状態に基づいて能動型防振支持装置のアクチュエータの作動を制御する際に、エンジン振動が大きくて位相の推定が容易な場合（休筒運転時）に、推定したエンジン振動の位相に基づいてアクチュエータの作動を制御し、逆にエンジン振動が小さくて位相の推定が困難な場合（全筒運転時）に、予め設定したエンジン振動の位相に基づいてアクチュエータの作動を制御するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００３−１１３８９２号公報

ところでＶ型６気筒エンジンにおいて、片側バンクを休止して直列３気筒エンジンとして作動させる休筒運転状態と、両バンクの各１個の気筒を休止してＶ型４気筒エンジンとして作動させる休筒運転状態とを切り換え可能なものがある。

しかしながら、Ｖ型６気筒エンジンの両バンクの各１個の気筒を休止してＶ型４気筒エンジンとして使用する場合、本来のＶ型４気筒エンジンとは気筒の爆発間隔が異なるために振動状態も異なってくる。即ち、本来のＶ型４気筒エンジンでは４個の気筒が等間隔で爆発するのに対し、Ｖ型６気筒エンジンを気筒休止させた仮想的なＶ型４気筒エンジンでは休止気筒を除く４個の気筒の爆発間隔が一定にならないため、後から実施例で詳述するように、振動の１周期の取り方によって、推定されるエンジンの振動状態が異なってしまう可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、１サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンの振動状態を的確に推定できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、１サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンを能動型防振支持装置を介して車体に支持し、制御手段が能動型防振支持装置のアクチュエータをエンジンの振動状態に応じて制御することでエンジンから車体への振動伝達を抑制する能動型防振支持装置の制御装置であって、前記制御手段は、気筒休止運転中におけるエンジンの振動状態を読み込む１サイクルの開始時を、前記気筒休止期間の開始時に設定することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、１サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンを能動型防振支持装置を介して車体に支持し、制御手段が能動型防振支持装置のアクチュエータをエンジンの振動状態に応じて制御することでエンジンから車体への振動伝達を抑制する能動型防振支持装置の制御装置であって、前記制御手段は、クランクシャフトの回転変動に基づくクランク角速度を微分フィルタによりフィルタ演算してエンジンの振動状態を演算し、気筒休止運転中におけるエンジンの振動状態を読み込む１サイクルの開始時を、前記気筒休止期間の次の燃焼期間の開始時に設定することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置が提案される。 尚、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、１サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンの１サイクルの振動状態を読み込むときに、その開始時を前記気筒休止期間の開始時に設定するので、前記１サイクルにおける振動状態のピーク値およびボトム値を確実に把握し、エンジンの振動状態を精度良く推定して能動型防振支持装置の防振性能を高めることができる。

請求項２の構成によれば、請求項１の効果に加えて、クランクシャフトの回転変動に基づくクランク角速度を微分フィルタによりフィルタ演算してエンジンの振動状態を演算するので、ノイズの影響を除去することができる。微分フィルタによるフィルタ演算でエンジンの振動波形は９０°前にずれるが、気筒休止運転中におけるエンジンの振動状態を読み込む１サイクルの開始時を、前記気筒休止期間の次の燃焼期間の開始時に設定するので支障はない。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３はＶ型６気筒エンジンの気筒番号および爆発順序を示す図、図４はＶ６全筒運転時の読取期間、演算期間および制御期間を示す図、図５は能動型防振支持装置の制御手法を説明するフローチャート、図６はＶ４休筒運転の作用を説明するタイムチャート、図７はＬ３休筒運転からＶ４休筒運転への移行時の作用を説明するタイムチャート、図８はＶ６全筒運転からＶ４休筒運転への移行時の作用を説明するタイムチャートである。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）は、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａがエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、円筒状のコイル４６と、コイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、コイルカバー４７の下面とアクチュエータケース１３の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

エンジンのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａと、各気筒のＴＤＣパルスを検出するＴＤＣパルスセンサＳｂとが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。本実施例のエンジンでは、クランクパルスはクランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力され、またＴＤＣパルスはクランクシャフトの２回転につき６回、つまりクランクアングルの１２０°毎に１回出力される。

図３に示すように、エンジンはＶ型６気筒エンジンであって、第１バンクに♯１気筒、♯２気筒および♯３気筒が配置され、第２バンクに♯４気筒、♯５気筒および♯６気筒が配置される。エンジンは、♯１気筒〜♯６気筒を♯１→♯４→♯２→♯５→♯３→♯６の順序で爆発させる全筒運転（以下、Ｖ６全筒運転という）と、第１バンクの♯１気筒、♯２気筒および♯３気筒を休止させる休筒運転（以下、Ｌ３休筒運転という）と、第１バンクの♯３気筒および第２バンクの♯４気筒を休止する休筒運転（以下、Ｖ４休筒運転という）とを、エンジンの負荷状態に応じて切り換え可能である。Ｌ３休筒運転の爆発順序は♯１→♯２→♯３であり、Ｖ４休筒運転の爆発順序は♯１→♯４（休筒）→♯２→♯５→♯３（休筒）→♯６である。

Ｖ６全筒運転ではクランクシャフトが２回転する間に♯１気筒〜♯６気筒が等間隔で各１回ずつ爆発するため、エンジンの振動状態は３次振動（クランクシャフトの１回転に３周期の振動）となり、振動の一周期は１２０°となる。

Ｌ３休筒運転ではクランクシャフトが２回転する間に第２バンクの♯４気筒、♯５気筒および♯６気筒が等間隔で各１回ずつ爆発するため、エンジンの振動状態は１．５次振動（クランクシャフトの１回転に１．５周期の振動）となり、振動の一周期は２４０°となる。

Ｖ４休筒運転ではクランクアングル１２０°の一つの休筒期間と、クランクアングル１２０°の二つの爆発期間とが組み合わさって振動の一周期を構成するため、エンジンの振動状態は１次振動（クランクシャフトの１回転に１周期の振動）となり、振動の一周期は３６０°となる。従って、Ｖ４休筒運転では、１周期のとり方として、以下の第１パターン〜第３パターンが存在する。「爆」は爆発、「休」は休止である。

第１パターン：「爆」→「休」→「爆」
第２パターン：「休」→「爆」→「爆」
第３パターン：「爆」→「爆」→「休」
図４に示すように、能動型防振支持装置Ｍの制御は、ある１周期（読取期間）でエンジンの振動状態を読み取り、次の１周期（演算期間）で能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１の制御電流を演算し、次の１周期（制御期間）で前記制御電流を出力して能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させるようになっており、従って今回の一周期の能動型防振支持装置Ｍの作動は、前々回の一周期の振動状態に基づいて制御されることになる。

次に、上記構成を備えた能動型防振支持装置Ｍの作用について説明する。

自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンから車体フレームに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａおよびＴＤＣパルスセンサＳｂからの信号に基づいて能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１のコイル４６に対する通電を制御する。

次に、能動型防振支持装置Ｍの制御を具体的に説明する。

図５のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込むとともに、ＴＤＣパルスセンサＳｂからクランクアングルの１２０°毎に出力されるＴＤＣパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるＴＤＣパルスと比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンのクランクシャフト６２回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト６２回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値（図６のピーク値Ｐおよびボトム値Ｂに相当）を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８でアクチュエータ４１のコイル４６に印加する電流のデューティ波形を決定するとともに、前記振幅のボトム位置をＴＤＣパルスと比較することで電流のデューティの出力タイミングを決定する。

その結果、能動型防振支持装置Ｍは以下のようにして防振機能を発揮する。

即ち、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

ところで、Ｖ６全筒運転およびＬ３休筒運転では気筒の爆発間隔が一定であるため、エンジンの振動状態を読み取る読取期間の開始タイミングを、全ての気筒の爆発期間の開始タイミングに一致させれば良い。

一方、図６に示すように、Ｖ４休筒運転において、前記第１パターンの読取期間（「爆」→「休」→「爆」）を採用すると、エンジンの振動波形の二つのピーク値ｐ１，ｐ１が読取期間の初めと終わりの近傍に現れるため、どちらか真のピーク値であるか判断できなくなり、エンジンの振動状態を正確に検出できなくなる。同様に前記第３パターンの読取期間（「爆」→「爆」→「休」）を採用すると、エンジンの振動波形の二つのボトム値ｂ１，ｂ１が読取期間の初めと終わりの近傍に現れるため、どちらか真のボトム値であるか判断できなくなり、エンジンの振動状態を正確に検出できなくなる。

それに対して、前記第２パターンの読取期間（「休」→「爆」→「爆」）を採用すると、エンジンの振動波形の一つのピーク値ｐ２および一つのボトム値ｂ２が読取期間の中間部に現れるため、真のピーク値ｐ１および真のボトム値ｂ２から真の振幅を読み取って、エンジンの振動状態を正確に検出することができる。

図７はＬ３休筒運転からＶ４休筒運転への切り換え時の制御を示すもので、ｔ１位置でＬ３休筒運転からＶ４休筒運転への切換信号が入力すると、その切換信号の入力以後の最初♯３気筒（あるいは♯４気筒）の休止期間の開始時であるｔ２位置が、Ｖ４休筒運転の１サイクルの開始時として採用される。これにより、Ｖ４休筒運転の読取期間は前記第２パターンの読取期間（「休」→「爆」→「爆」）となり、エンジンの振動波形の真のピーク値ｐ１および真のボトム値をｂ１読み取って、エンジの振動状態を正確に検出することができる。

尚、ｔ１位置でＬ３休筒運転からＶ４休筒運転への切換信号が入力してから、Ｖ４休筒運転の読取期間および演算期間を経て、制御期間で実際にＶ４休筒運転用の制御が開始される時点（ｔ３位置）まで、能動型防振支持装置ＭはＬ３休筒運転からＶ４休筒運転への過渡期の制御が行われる。この過渡期の制御には任意の手法を採用することができる。

図８はＶ６全筒運転からＶ４休筒運転への切り換え時の制御を示すもので、ｔ１位置でＶ６全筒運転からＶ４休筒運転への切換信号が入力すると、その切換信号の入力以後の最初♯３気筒（あるいは♯４気筒）の休止期間の開始時であるｔ２位置が、Ｖ４休筒運転の１サイクルの開始時として採用される。これにより、Ｖ４休筒運転の読取期間は前記第２パターンの読取期間（「休」→「爆」→「爆」）となり、エンジンの振動波形の真のピーク値ｐ１および真のボトム値ｂ１を読み取って、エンジンの振動状態を正確に検出することができる。

尚、ｔ１位置でＶ６全筒運転からＶ４休筒運転への切換信号が入力してから、Ｖ４休筒運転の読取期間および演算期間を経て、制御期間で実際にＶ４休筒運転用の制御が開始される時点（ｔ３位置）まで、能動型防振支持装置ＭはＶ６全筒運転からＶ４休筒運転への過渡期の制御が行われる。この過渡期の制御には任意の手法を採用することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではＶ４休筒運転時に♯３気筒および♯４気筒を休止しているが、休止する気筒は♯３気筒および♯４気筒に限定されるものではない。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 Ｖ型６気筒エンジンの気筒番号および爆発順序を示す図 Ｖ６全筒運転時の読取期間、演算期間および制御期間を示す図 能動型防振支持装置の制御手法を説明するフローチャート Ｖ４休筒運転の作用を説明するタイムチャート Ｌ３休筒運転からＶ４休筒運転への移行時の作用を説明するタイムチャート Ｖ６全筒運転からＶ４休筒運転への移行時の作用を説明するタイムチャート

符号の説明

Ｍ 能動型防振支持装置
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
４１ アクチュエータ

Claims (2)

1. １サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンを能動型防振支持装置（Ｍ）を介して車体に支持し、制御手段（Ｕ）が能動型防振支持装置（Ｍ）のアクチュエータ（４１）をエンジンの振動状態に応じて制御することでエンジンから車体への振動伝達を抑制する能動型防振支持装置の制御装置であって、
   前記制御手段（Ｕ）は、気筒休止運転中におけるエンジンの振動状態を読み込む１サイクルの開始時を、前記気筒休止期間の開始時に設定することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置。
2. １サイクルが１回の気筒休止期間および２回の燃焼期間の組み合わせよりなる気筒休止運転を行うエンジンを能動型防振支持装置（Ｍ）を介して車体に支持し、制御手段（Ｕ）が能動型防振支持装置（Ｍ）のアクチュエータ（４１）をエンジンの振動状態に応じて制御することでエンジンから車体への振動伝達を抑制する能動型防振支持装置の制御装置であって、
   前記制御手段（Ｕ）は、クランクシャフトの回転変動に基づくクランク角速度を微分フィルタによりフィルタ演算してエンジンの振動状態を演算し、気筒休止運転中におけるエンジンの振動状態を読み込む１サイクルの開始時を、前記気筒休止期間の次の燃焼期間の開始時に設定することを特徴とする能動型防振支持装置の制御装置。
   

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