JP5792216B2 - ダンパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと変速機との間に設けられるダンパ装置に関する。

エンジンから変速機に伝達される捩り振動を低減するため、エンジンと変速機との間にはダンパ装置が設けられている。このようなダンパ装置として、スプリングを介して連結される２つのフライホイールを備えたダンパ装置が提案されている（特許文献１参照）。このように、スプリングを介して２つのフライホイールを連結することにより、エンジンの捩り振動を抑制することが可能となる。

国際公開第２０１２／６６６８０号

ところで、ダンパ装置においては、ダンパ装置を構成する各部材の質量やバネ定数を調整することにより、エンジン回転数の常用領域からダンパ装置の共振点（固有振動数）を外すように設計される。しかしながら、ダンパ装置の質量やバネ定数を調整するだけでは、低回転域から高回転域までの幅広い領域からダンパ装置の共振点を外すことは困難であった。このため、従来のダンパ装置を用いた場合には、幅広い領域においてエンジンの捩り振動を抑制することが困難となっていた。

本発明の目的は、幅広い領域でエンジンの捩り振動を抑制することにある。

本発明のダンパ装置は、エンジンと変速機との間に設けられるダンパ装置であって、前記エンジンに接続される第１入力要素と、前記エンジンに接続される第２入力要素と、前記変速機に接続される出力要素と、を備える差動機構と、前記エンジンと前記第１入力要素との間に設けられる第１弾性部材と、前記第１弾性部材と前記第１入力要素との間に設けられる慣性質量体と、前記変速機と前記出力要素との間に設けられる第２弾性部材と、を有し、前記第１弾性部材および前記第２弾性部材はバネ部材であり、前記第２弾性部材のバネ定数は前記第１弾性部材のバネ定数以下に設定される。

本発明によれば、変速機と出力要素との間に第２弾性部材を設けたので、質量増加を招く要因となる差動機構を備えたダンパ装置であっても、振動系の質量増加を抑制して共振点を使用領域外に引き下げることが可能となる。これにより、幅広い領域においてエンジンの捩り振動を抑制することが可能となる。

車両に搭載されるパワーユニットを示す概略図である。 ダンパ装置の構造モデルを示す説明図である。 ダンパ装置を介してエンジンから変速機に伝達されるエンジントルクの伝達状況を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は比較例としてのダンパ装置の構造モデルを示す説明図である。 ダンパ装置の減衰特性を示す比較図である。 ダンパ装置の減衰特性を示す比較図である。 ダンパ装置の減衰特性を示す比較図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は車両に搭載されるパワーユニット１０を示す概略図である。図１に示されるパワーユニット１０には本発明の一実施の形態であるダンパ装置１１が組み付けられている。図１に示すように、パワーユニット１０は、内燃機関であるエンジン１２と、これにダンパ装置１１を介して接続される変速機１３とを有している。このように、エンジン１２と変速機１３との間にはダンパ装置１１が設けられており、このダンパ装置１１を用いてエンジン１２の加振力に起因する捩り振動を減衰させている。なお、エンジン１２の捩り振動とは、エンジン１２のクランク軸１４に作用する燃焼加振力や不平衡慣性力等に起因するトルク変動を意味している。また、変速機１３には、図示しないディファレンシャル装置等を介して駆動輪１５が接続されている。

エンジン１２と変速機１３との間にはトルクコンバータ２０が設けられており、トルクコンバータ２０内にはダンパ装置１１が収容されている。トルクコンバータ２０は、クランク軸１４に連結されるフロントカバー２１と、フロントカバー２１に固定されるポンプシェル２２とを備えている。また、トルクコンバータ２０は、ポンプシェル２２に固定されるポンプインペラ２３と、ポンプインペラ２３に対向するタービンランナ２４とを備えている。タービンランナ２４にはタービンハブ２５が連結されており、タービンハブ２５にはタービン軸２６が連結されている。このタービン軸２６には変速入力軸２７を介して変速機１３が接続されている。また、トルクコンバータ２０には、締結状態と解放状態とに切り換えられるロックアップクラッチ２８が設けられている。ロックアップクラッチ２８を解放状態に切り換えることにより、フロントカバー２１とタービン軸２６とはトルクコンバータ２０を介して連結された状態となる。一方、ロックアップクラッチ２８を締結状態に切り換えることにより、フロントカバー２１とタービン軸２６とはダンパ装置１１を介して連結された状態となる。すなわち、ロックアップクラッチ２８を解放することにより、エンジン１２と変速機１３とはトルクコンバータ２０を介して連結される一方、ロックアップクラッチ２８を締結することにより、エンジン１２と変速機１３とはダンパ装置１１を介して連結されることになる。

ダンパ装置１１は、遊星歯車列によって構成される差動機構３０を備えている。差動機構３０は、フロントカバー２１にロックアップクラッチ２８および第１スプリング（第１弾性部材，バネ部材）３１介して接続されるリングギヤ（第１入力要素）Ｒを有している。すなわち、エンジン１２のクランク軸１４にはリングギヤＲが接続されており、クランク軸１４とリングギヤＲとの間には第１スプリング３１が設けられている。第１スプリング３１とリングギヤＲとの間には、所定の質量を備えるイナーシャ部材（慣性質量体）３２が設けられている。また、差動機構３０は、クランク軸１４に接続されるサンギヤ（第２入力要素）Ｓと、リングギヤＲおよびサンギヤＳに噛み合うピニオンギヤＰと、ピニオンギヤＰを回転自在に支持するキャリア（出力要素）Ｃとを備えている。キャリアＣとタービンハブ２５との間には、第２スプリング（第２弾性部材，バネ部材）３３が設けられている。第２スプリング３３のバネ定数は、第１スプリング３１のバネ定数以下に設定されている。

図２はダンパ装置１１の構造モデルを示す説明図である。なお、図２にはロックアップクラッチ２８を締結した状態での構造モデルが示されている。図２において、エンジン側質量体４０とは、エンジン１２側に連結される回転質量体を意味しており、エンジン側質量体４０は、クランク軸１４、フロントカバー２１およびポンプシェル２２等によって構成される。また、トルコン側質量体４１とは、トルクコンバータ２０の出力側に連結される回転質量体を意味しており、トルコン側質量体４１は、タービンランナ２４、タービンハブ２５およびタービン軸２６等によって構成される。また、ミッション側質量体４２とは、変速入力軸２７に連結される回転質量体を意味しており、ミッション側質量体４２は、変速機１３内の図示しない回転軸やギヤ等によって構成される。さらに、図３はダンパ装置１１を介してエンジン１２から変速機１３に伝達されるエンジントルクの伝達状況を示す説明図である。

図２に示すように、差動機構３０には、エンジントルクを入力する２つの入力経路４３，４４と、エンジントルクを出力する１つの出力経路４５とが設けられている。すなわち、差動機構３０には、第１スプリング３１を介してリングギヤＲにエンジントルクを入力する第１入力経路４３が設けられており、サンギヤＳにエンジントルクを入力する第２入力経路４４が設けられている。このように、第１入力経路４３に第１スプリング３１が設けられるため、エンジン１２の捩り振動に応じて第１スプリング３１を伸縮させることができ、リングギヤＲとサンギヤＳとを相対的に回転させることが可能となる。また、差動機構３０には、キャリアＣから第２スプリング３３を介してエンジントルクを出力する出力経路４５が設けられている。このように、出力経路４５には第２スプリング３３が設けられることから、後述するように、トルコン側質量体４１からなる振動系５０の共振点（固有振動数）が低周波数領域側に引き下げられている。

図３に示すように、差動機構３０に２つの入力経路４３，４４が接続されることから、差動機構３０には双方の入力経路４３，４４からエンジントルクＴ１，Ｔ２が入力される。そして、エンジントルクＴ１，Ｔ２は、差動機構３０において合成された後に、キャリアＣおよび出力経路４５を経て変速機１３に出力される。ここで、第１入力経路４３には、第１スプリング３１およびイナーシャ部材３２からなる振動系５１が設けられている。このため、第１入力経路４３を経て伝達されるエンジントルクＴ１の捩り振動と、第２入力経路４４を経て伝達されるエンジントルクＴ２の捩り振動とでは、捩り振動の位相にずれが生じることになる。すなわち、振動系５１の共振点を下回る周波数領域においては、サンギヤＳとリングギヤＲとが同位相で振動することから、差動機構３０において合成された捩り振動は増幅される。一方、振動系５１の共振点を上回る周波数領域においては、サンギヤＳとリングギヤＲとが逆位相で振動することから、差動機構３０において合成された捩り振動は減衰される。なお、エンジントルクＴ２とこれの捩り振動を打ち消すためのエンジントルクＴ１との分配比は、リングギヤＲおよびサンギヤＳの歯数に基づき設定される。

以下、比較例として挙げるダンパ装置１００，２００の減衰特性について説明した後に、本発明の一実施の形態であるダンパ装置１１の減衰特性について説明する。ここで、図４（ａ）および（ｂ）は比較例としてのダンパ装置１００，２００の構造モデルを示す説明図である。なお、図４（ａ）および（ｂ）において図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５はダンパ装置１００，２００の減衰特性を示す比較図であり、図６はダンパ装置１１，２００の減衰特性を示す比較図であり、図７はダンパ装置１１，１００，２００の減衰特性を示す比較図である。図５〜図７において、横軸は捩り振動の振動数つまり周波数を示しており、縦軸は捩り振動の振動加速度レベルである駆動系感度を示している。なお、図５および図７において、破線で表される特性線Ｌａは、ダンパ装置１００によって得られる減衰特性を示している。また、図５、図６および図７において、一点鎖線で表される特性線Ｌｂは、ダンパ装置２００によって得られる減衰特性を示している。さらに、図６および図７において、実線で表される特性線Ｌｃは、ダンパ装置１１によって得られる減衰特性を示している。

図４（ａ）に示すように、ダンパ装置１００においては、エンジン側質量体４０とトルコン側質量体４１とが１つの入力経路１０１を介して接続され、この入力経路１０１にはスプリング１０２が組み込まれている。このダンパ装置１００においては、スプリング１０２のバネ定数を小さく設定して振動系１０３の共振点を低下させることにより、図５に符号Ａで示すように、エンジン使用領域に相当する周波数領域から振動系１０３の共振点を外している。なお、図５〜図７に示されるエンジン使用領域とは、エンジン１２のアイドリング回転数に対応する下限周波数Ｆ１と、許容されるエンジン回転数の上限値に対応する上限周波数Ｆ２とによって区画される周波数領域である。

図４（ｂ）に示すように、ダンパ装置２００は、エンジン側質量体４０とトルコン側質量体４１との間に差動機構３０を備えている。差動機構３０は、エンジン側質量体４０に第１スプリング３１およびイナーシャ部材３２を介して接続されるリングギヤＲと、エンジン側質量体４０に接続されるサンギヤＳとを有している。また、差動機構３０は、トルコン側質量体４１に直結されるキャリアＣを有している。すなわち、ダンパ装置２００は、ダンパ装置１１の出力経路４５から第２スプリング３３を省いた構造となっている。ダンパ装置２００は、差動機構３０に接続される２つの入力経路４３，４４を備えるとともに、第１入力経路４３に設けられる振動系５１を備えている。これにより、図５に符号Ｂ１で示すように、振動系５１の共振点を上回る周波数領域においては、サンギヤＳとリングギヤＲとが逆位相で振動することから、前述したダンパ装置１００の減衰性能を超えて捩り振動を大きく減衰させることが可能となる。しかしながら、ダンパ装置２００においては、トルコン側質量体４１に対して差動機構３０やイナーシャ部材３２が連結される構造となっている。すなわち、トルコン側質量体４１、差動機構３０およびイナーシャ部材３２等からなる振動系２０１においては、その質量が増大することから、図５に符号Ｂ２で示すように、振動系２０１の共振点がエンジン使用領域内に低下した状態となっている。

前述したように、ダンパ装置２００においては、差動機構３０やイナーシャ部材３２等を組み込むことで、図５に符号Ｂ１で示すように、良好な減衰特性を有している。しかしながら、差動機構３０等の組み込みに伴って振動系５０の質量が増加することから、図５に符号Ｂ２で示すように、エンジン使用領域内で捩り振動が増幅されていた。そこで、本発明の一実施の形態であるダンパ装置１１においては、エンジン使用領域における捩り振動の増幅を抑制するため、図２に示すように、キャリアＣとトルコン側質量体４１との間に第２スプリング３３を設けている。以下、第２スプリング３３によって得られる効果について説明する。

図２に示すように、出力経路４５に第２スプリング３３を設けることにより、トルコン側質量体４１等によって構成される振動系５０から差動機構３０およびイナーシャ部材３２を切り離すことが可能となる。すなわち、トルコン側質量体４１および第２スプリング３３等からなる振動系５０に関し、その振動系５０の共振点に影響を与える質量を軽くすることができる。これにより、図６に矢印αおよび符号Ｃ１で示すように、振動系５０の共振点がエンジン使用領域から外れるように、共振点を高周波数領域に引き上げることが可能となる。また、第１スプリング３１以下のバネ定数を備える第２スプリング３３を出力経路４５に設けることにより、図６に矢印βおよび符号Ｃ２で示すように、第２スプリング３３、差動機構３０およびイナーシャ部材３２等からなる振動系５２の共振点を引き下げることが可能となる。つまり、振動系５２に軟らかな第２スプリング３３を追加することにより、振動系５２の共振点がエンジン１２の使用領域外となるように、共振点を低周波数領域に引き下げることが可能となる。

これまで説明したように、変速機１３とキャリアＣとの間に第２スプリング３３を設けることにより、エンジン使用領域に現れていたダンパ装置２００の共振点Ｂ２を、図６に矢印α，βで示すように、高周波数領域側の共振点Ｃ１と低周波数領域側の共振点Ｃ２とに分けることが可能となる。このようにダンパ装置１１を用いることにより、図７に特性線Ｌａ〜Ｌｃで示すように、エンジン使用領域において、ダンパ装置１００，２００よりも捩り振動の共振を抑制することができ、振動や騒音を抑えて車両品質を向上させることが可能となる。また、エンジン１２の捩り振動を抑制することにより、低車速走行時のこもり音を抑制することができるため、低車速領域からロックアップクラッチ２８を締結することができ、車両の燃費性能を向上させることが可能となる。また、エンジン１２の捩り振動を抑制することができるため、変速機１３に作用する負荷を軽減することができ、変速機１３の耐久性を向上させることが可能となる。また、エンジン１２の捩り振動を抑制することができるため、エンジン１２の気筒数を削減したり、エンジン回転数の使用領域を下げたりすることができ、車両の燃費性能を向上させることが可能となる。

前述の説明では、トルクコンバータ２０内にダンパ装置１１が収容されている。このように、作動油が供給されるトルクコンバータ２０内にダンパ装置１１を収容することにより、ダンパ装置１１を構成する差動機構３０を良好に潤滑することが可能となる。しかしながら、ダンパ装置１１の設置箇所としては、トルクコンバータ２０内に限られることはなく、ダンパ装置１１をトルクコンバータ２０とは別個に設置しても良い。また、ダンパ装置１１が搭載される車両としては、トルクコンバータ２０を備えた車両に限られることはなく、トルクコンバータ２０を持たない車両であってもダンパ装置１１を有効に適用することが可能である。

前述の説明では、第２スプリング３３のバネ定数を第１スプリング３１のバネ定数以下に設定しているが、これに限られることはない。例えば、差動機構３０やイナーシャ部材３２等の質量を調整することにより、図６に符号Ｃ２で示すように、エンジン使用領域から外れるように振動系５２の共振点を引き下げることが可能であれば、第２スプリング３３のバネ定数が第１スプリング３１のバネ定数よりも大きく設定されていても良い。

前述の説明では、リングギヤＲを第１入力要素として機能させ、サンギヤＳを第２入力要素として機能させているが、これに限られることはない。例えば、サンギヤＳまたはキャリアＣを第１入力要素として機能させても良く、リングギヤＲまたはキャリアＣを第２入力要素として機能させても良い。また、キャリアＣを出力要素として機能させているが、これに限られることはなく、リングギヤＲまたはサンギヤＳを出力要素として機能させても良い。

前述の説明では、単純遊星歯車列によって差動機構３０を構成しているが、これに限られることはなく、複数の単純遊星歯車列を連結した複合遊星歯車列によって差動機構３０を構成しても良い。また、前述の説明では、１つのピニオンギヤＰを備えた遊星歯車列によって差動機構３０を構成しているが、これに限られることはなく、複数のピニオンギヤからなる複合ピニオンギヤを備えた遊星歯車列によって差動機構３０を構成しても良い。また、前述の説明では、遊星歯車列によって差動機構３０を構成しているが、これに限られることはなく、傘歯車等を用いて差動機構３０を構成しても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、弾性部材としてスプリング３１，３３を挙げているが、これに限られることはなく、弾性部材としてゴム部材を採用しても良い。また、変速機１３は、手動変速機や無段変速機であっても良く、遊星歯車式や平行軸式の自動変速機であっても良い。さらに、エンジン１２は、ガソリンエンジンに限られることはなく、ディーゼルエンジン等であっても良い。

１１ ダンパ装置
１２ エンジン
１３ 変速機
２０ トルクコンバータ
２３ ポンプインペラ
２４ タービンランナ
２８ ロックアップクラッチ
３０ 差動機構
３１ 第１スプリング（第１弾性部材，バネ部材）
３２ イナーシャ部材（慣性質量体）
３３ 第２スプリング（第２弾性部材，バネ部材）
Ｒ リングギヤ（第１入力要素）
Ｓ サンギヤ（第２入力要素）
Ｃ キャリア（出力要素）

Claims (4)

1. エンジンと変速機との間に設けられるダンパ装置であって、
   前記エンジンに接続される第１入力要素と、前記エンジンに接続される第２入力要素と、前記変速機に接続される出力要素と、を備える差動機構と、
   前記エンジンと前記第１入力要素との間に設けられる第１弾性部材と、
   前記第１弾性部材と前記第１入力要素との間に設けられる慣性質量体と、
   前記変速機と前記出力要素との間に設けられる第２弾性部材と、
   を有し、
   前記第１弾性部材および前記第２弾性部材はバネ部材であり、前記第２弾性部材のバネ定数は前記第１弾性部材のバネ定数以下に設定される、ダンパ装置。
2. 請求項１記載のダンパ装置において、
   前記差動機構はトルクコンバータ内に収容される、ダンパ装置。
3. 請求項２記載のダンパ装置において、
   前記トルクコンバータは、前記エンジンに接続されるポンプインペラと、前記ポンプインペラに対向するタービンランナと、を備え、
   前記第２弾性部材は、前記出力要素と前記タービンランナとの間に設けられる、ダンパ装置。
4. 請求項２または３記載のダンパ装置において、
   前記エンジンと前記第１弾性部材との間にロックアップクラッチが設けられる、ダンパ装置。

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