JPH04350337A - 車体振動低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の車体振動低減
方法に係わり、とくにアイドリング時の気筒ごとの燃焼
ばらつきにより発生するエンジンの１／２次振動（０．
５次振動）を低減するようにした車体振動低減方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの回転０．５次振動を低減させ
る技術手段を開示する従来技術は提案されていない。ま
た、類似した技術としては、先に、本出願人が提案した
エンジンのトルク制御装置（特開昭６３−２１２７２３
号）がある。このトルク制御装置は、エンジンの各気筒
毎の燃焼圧力変動で生じるトルク変動自体を低減させる
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の前者の
方法は、不整燃焼による不規則で比較的大きな燃焼の落
ち込みのみを対象にしている。しかし、後に詳しく述べ
るように、燃焼が正常でも各気筒への燃料供給の不均一
などが原因で、１つの気筒だけが他の気筒より燃焼が強
くなったり、定常的に燃焼状態が違うことがあり、１燃
焼サイクルを１周期とした燃焼のバラツキが発生する。 このために発生したエンジンの振動がエンジンの固有振
動の周期と一致すると共振がおこり、車体振動が定常的
に発生し運転員に不快感を与える、という問題があった
。

【０００４】本発明の目的は、定常的に発生する燃焼の
不均一が原因で発生する車体の振動を確実に低減できる
ようにした車体振動低減方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、クランク角センサの出力から
エンジンの回転速度を検出し、さらにその回転速度の変
動から各気筒ごとの燃焼状態を調べる。そして燃焼の弱
い気筒があったときは、その気筒の爆発上死点からエン
ジンロール固有周期の１／２周期後又はキャブロール固
有周期の１／２周期後にオルタネータの負荷が大きくな
るようにオルタネータ界磁電流を制御するか、あるいは
燃焼の弱い気筒からクランク角で３６０度後に爆発する
気筒の爆発トルクを弱めるようにオルタネータ界磁電流
を制御し、燃焼の強い気筒があったときは、その気筒の
爆発トルクを弱めるような方向とタイミングでオルタネ
ータ界磁電流を変化させるようにした。また、エンジン
負荷をかけるタイミングは、上記のタイミングのいずれ
かを複数組み合わせたものとしてもよい。

【０００６】

【作用】燃焼の弱い気筒の爆発上死点からエンジンロー
ル固有周期の１／２周期後にオルタネータ負荷を大きく
すると、発生したエンジンの１／２次振動がオルタネー
タ負荷の増大により直接抑圧される。また、燃焼の弱い
気筒と３６０度燃焼上死点のずれている気筒の爆発トル
クを弱めれば、エンジン振動は一次振動の周期で駆動さ
れるから、１／２次振動からずれて共振が抑えられる。 さらに燃焼の強い気筒の爆発トルクを弱めるようにオル
タネータ負荷を制御すれば、振動の発生そのものが抑圧
される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。図
２は本発明を適用した装置の全体構成を示すブロック図
で、０．５次振動検出部はクランク角に同期し、燃焼ト
ルクの最大となる角度をはさんだ±７２０／４ｎ度（但
し、ｎは気筒数）以内の２つの区間パルス及び気筒判別
信号を発生するクランク角信号発生装置２と、その区間
パルスより回転速度を検出する回転速度検出装置３とか
ら成り、更にその回転速度の変動から気筒ごとの燃焼を
判定する演算処理装置４と、その処理装置４からの制御
信号に同期してエンジン１のクランク軸に負荷トルクを
発生する負荷トルク発生装置５から成っている。ここで
エンジン１はディーゼルエンジンでもガソリンエンジン
でもよい。負荷トルク発生装置５は、オルタネータであ
るとする。この場合、負荷トルク制御は界磁電流または
発電電流の制御により行えるが、ここでは電流が小さい
界磁電流を制御することとし、その構成は図９に示した
ようになり界磁コイルのインダクタンスが大きいための
応答の悪化には、印加電圧を昇圧して４Ａ程度の電流を
２０ｍｓくらい流すことにより対処するものとする。

【０００８】以下、動作の説明を行う。通常、エンジン
速度を時間軸に対して描くと、各気筒の爆発ごとに加速
されるから、クランク角７２０度を気筒数ｎで割ったｍ
＝７２０／ｎ度ごとにピークをもつ振動波形となる。そ
してもし気筒間で燃焼状態にばらつきがなく、かつ負荷
変動もなければ、各ピークの高さも同じとなる。

【０００９】ところが、燃焼を決める１つの要因である
燃料は全気筒に常に同じ量だけ分配されるわけではなく
、ガソリンエンジンの気化器ではインテークマニホルド
の形状で特定気筒の燃料が少なくなることがある。また
、インジェクションで燃料を分配する場合においてもイ
ンジェクタの初期特性、経時変化に応じての流量特性の
ばらつきが発生し、特定気筒の燃料が少なくなることが
ある。ディーゼルエンジンにおいても、噴射ポンプとイ
ンジェクタの流量特性のばらつきがあるため、特定気筒
の燃料が少なくなることがある。これらの問題に対して
、ガソリンエンジンでは気筒別に噴射量を調整する制御
を行うことである程度対処できるが、ディーゼルエンジ
ンでは、電子制御が困難であるため、燃料の調整は噴射
ポンプとインジェクタを組合わせて流量特性を見ては組
合わせを代えて再調整する、という作業を繰り返すこと
しか対処できないという問題があった。

【００１０】このように燃料のばらつきがあると燃焼に
ばらつきが発生し、特定気筒だけが常に燃焼が強かった
り弱かったりする現象がおこる。この場合、エンジンに
発生するトルクがばらつくためにエンジンはロール方向
に加振され、回転速度の変動も不規則となる。この様子
は、図３（ａ）〜（ｃ）にエンジン回転数の時間変化と
して示されている。４気筒でエンジン回転数を７５０ｒ
ｐｍ（周期８０ｍｓ，振動数１２．５Ｈｚ）とすると、
１つの気筒は２周期で１回爆発するから、爆発力の異な
る特定気筒による加振周期は１６０ｍｓ、振動数は６．
２５Ｈｚとなる。これは丁度エンジンのロール固有値に
近い振動数であるため、エンジンはロール方向に共振す
る。さらにＦＲ車であると車体ロール方向にも共振して
いくので、運転者の乗り心地は最悪になる。気筒数ｎが
増えたり、エンジンマウント方法を変えることで共振し
なくなっても、周期的にエンジンがロール方向に加振さ
れることで乗り心地の悪化は発生する。

【００１１】本発明では、この振動を抑圧するために、
演算処理装置４で図１の処理を実行する。この処理は、
気筒数をｎとしたときｍ＝７２０／ｎ度ごとに起動され
る。回転速度検出装置３は、ｍ度ごとに発生するクラン
ク角信号発生装置２の出力パルス幅からそのときの瞬間
速度を検出するので、ステップ１０１でそのｍ度ごとの
検出速度を取り込み、隣りあう値をＮＴ，ＮＢとする。 ステップ１０２ではｍ度ごとの速度の変化分α＝ＮＴ−
ＮＢ を算出し、またステップ１０３ではクランク角信号発生
装置２から出力される気筒判別信号を取り込む。そして
ステップ１０４にてこれらステップ１０２，１０３の結
果を、バックアップメモリ６の気筒別のテーブルに格納
する。以上のステップ１０１〜１０４が全ての気筒につ
いて規定回数実行されたら（ステップ１０５、１０６）
、ステップ１０７へ進む。 ここで規定回数の実行というのは、回転速度変化分αを
何回か計測して、その平均を求めることにより、一次的
な変動の影響を除去するためである。ステップ１０７で
は、その時点ですでに振動低減制御が行われているかど
うかを調べ、もし制御中てあればステップ１０８で本制
御の前後の回転数変化分αを調べ、ステップ１０９でそ
の制御の効果が不十分と判定したときは、後述する制御
信号のパルス幅Ｐｗを、 Ｐｗ≦［設定されたＰｗの最大値］ の範囲内で一定値ΔＰｗ増やして制御を続ける。

【００１２】ステップ１０７の判定で、制御中でなけれ
ばバックアップメモリ６のαテーブルから、各気筒ごと
に回転数変化分αをステップ１０６の規定回数分とりだ
し、その平均値を求める。ステップ１１１及び１１２で
はこの気筒ごとの回転数変化分αの値から、燃焼の弱い
気筒、あるいは強い気筒の有無を調べる。その結果もし
燃焼の弱い気筒があればステップ１１３で後述する制御
タイミングｔ１またはｔ２を設定し、また強い気筒があ
れば、ステップ１１４で制御タイミングｔ３を設定し、
そのタイミングで負荷トルク発生装置５へパルス幅Ｐｗ
の制御信号を出力する。

【００１３】図３はエンジン回転数の変動とステップ１
１３または１１４で出力される制御信号のタイミングを
対比して示したものである。同図（ａ）は、燃焼が弱い
と判定された気筒があったときに、その気筒の爆発上死
点からエンジンロール固有値の１／２周期に相当する時
間ｔ１後に、負荷トルクの中心が来るように制御を行う
場合である。この制御量Ｃ（パルス幅Ｐｗ）は図７に示
したように燃焼の落ち込み量及びエンジン回転数，エン
ジン負荷，燃温，オルタネータ温度などに応じて変える
が、この落ち込みはステップ１１０での平均値をもとに
検出しているから、たまに燃焼の落ち込みがないことが
あっても、平均的に落ち込んでいれば同じ制御量で制御
することになる。これはエンジンがロール方向に共振し
ているときは、常に同じように負荷を与えた方が制御効
果があるからで、このタイミングで制御を行うとエンジ
ンは一度大きく振動しても元の位置に戻ってくるところ
で逆方向の力が働くため、振動が防止される。

【００１４】図３（ｂ）は、ある特定気筒の燃焼が弱い
と判定したら、その気筒から３６０度後に相当する時間
ｔ２後に、気筒の爆発トルクを弱める方向に負荷トルク
を発生させ、１／２次振動を一次振動に変えてしまう場
合である。この場合振動周期が早くなるので、振動のふ
れ幅が小さくなり、さらに共振していたものが共振しな
くなる。この原理からすると、４気筒以上の場合には３
６０度にこだわらず振動次数を高めるように加振するな
ら、何度でもよいが、負荷トルクの発生頻度はなるべく
少ない方がエンジン負荷が小さくてすむので好ましい。 制御量は落ち込み量及びエンジン回転数，エンジン負荷
，燃温，オルタネータ温度などに応じて定める点は前記
制御方法と同じである。

【００１５】図３（ｃ）は、ある気筒の燃焼が強いと判
定された場合を示している。このときの制御タイミング
ｔ３は、当該気筒の爆発に合わせて負荷トルクを発生す
るように定められ、これによって強く燃焼している気筒
の爆発力を直接弱めて１／２次振動を抑圧する。以上の
方式において定まった制御量はバックアップメモリに入
れておくことで、学習制御を行なう。

【００１６】なお、燃焼状態の検出は、ｍ度ごとに検出
した回転速度からその変化分α＝ＮＴ−ＮＢを求めて行
ったが、ｍ度回転する時間をＴとしたときα／Ｔなる加
速度を見て燃焼状態を調べることもできる。しかし、本
発明はアイドル状態のような速度変化のない場合の振動
を問題としているから、Ｔ＝一定としてαによって燃焼
状態を見ても効果は変わらない。また、エンジン負荷を
かけるタイミングは、前記のエンジンロール固有周期，
キャブロール固有周期の１／２周期後またはクランク角
で３６０度のいずれか複数を組み合わせたものでもよい
。

【００１７】図４は、弱い燃焼の気筒があるときに、図
３（ａ）の方法を適用したときのエンジン回転速度、エ
ンジン振動、フロア振動、回転速度変動値、及び負荷ト
ルク制御信号の実測値を示したもので、エンジン回転速
度及びフロア振動については、本発明の方法による制御
を行わない場合が実線、行った場合が点線である。これ
例からも、フロア振動が大幅に抑止されているのがわか
る。

【００１８】本実施例では、０．５次振動検出部として
は、クランク角に同期した回転速度センサを用いたが、
図５，図６に示したように。０．５次検出手段としては
、図５（ａ）のエンジン振動から直接検出する方法や図
５（ｂ）の気筒毎の筒内圧力平均から検出する方法や図
５（ｃ）のフロア振動から検出する方法や図５（ｄ）の
エンジン回転速度から検出する方法、図６（ａ）のオル
タネータの発電電流端子（Ｂ端子）の電圧変動から見る
方法や図６（ｂ）の発電電流ＩＬの変動から見る方法で
もよい。

【００１９】また、負荷トルクの発生装置としては、オ
ルタネータを用いたが、これに限定するものではなく、
クランク軸に同期して駆動され負荷を発生できる補機で
あれば図８に示したようにパワステモータ，ウォーター
ポンプ，オイルポンプ，エアコンのコンプレッサでもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンの気筒ごとの
燃焼ばらつき等の定常的な原因による車体振動を低減で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の制御手順のフローチャート
である。

【図２】本発明を適用した装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図１の処理における制御信号出力タイミングの
説明図である。

【図４】本発明による制御効果の説明図である。

【図５】０．５次検出手段の実施例図である。

【図６】０．５次検出手段の実施例図である。

【図７】制御量Ｃの算出例を示す図である。

【図８】補機による発生トルクを示す図である。

【図９】界磁制御システム図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２…クランク角信号発生装置、３…回転
速度検出装置、４…演算処理装置、５…負荷トルク発生
装置。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　自動車エンジンの各気筒の燃焼状態を
   検出するための燃焼状態検出手段と、エンジンの負荷の
   大きさを制御するための制御手段とを設けるとともに、
   該制御手段は、上記燃焼状態検出手段により検出された
   各気筒の燃焼状態を調べ、特定の気筒が他の気筒の平均
   燃焼値よりも一定値以上燃焼が弱いか強い場合には、当
   該気筒と他の気筒の出力差により生じる車体振動を抑圧
   するタイミングでエンジン負荷を変化させる制御信号を
   出力することを特徴とする車体振動低減方法。
2. 【請求項２】　　前記特定の気筒の燃焼が弱い場合に、
   前記制御信号は、当該気筒の爆発上死点からエンジンの
   ロール固有振動の１／２周期後のタイミングでエンジン
   負荷を大きくする信号であることを特徴とする請求項１
   記載の車体振動低減方法。
3. 【請求項３】　　前記特定の気筒の燃焼が弱い場合に、
   前記制御信号は、キャブロール固有振動の１／２周期後
   のタイミングでエンジン負荷を大きくする信号であるこ
   とを特徴とした請求項１記載の車体振動低減装置。
4. 【請求項４】　　前記特定の気筒の燃焼が弱い場合に、
   前記制御信号は、当該気筒からクランク角で３６０度後
   に点火される気筒の爆発トルクを弱める方向にエンジン
   負荷を制御する信号であることを特徴とする請求項１記
   載の車体振動低減方法。
5. 【請求項５】　　前記特定の気筒の燃焼が弱い場合に、
   前記制御信号は、請求項２〜４に記載のエンジン負荷を
   制御するタイミングの、いずれか２つ、或いは３つを組
   み合わせたタイミングで、エンジン負荷を大きくする信
   号であることを特徴とする請求項１記載の車体振動低減
   方法。
6. 【請求項６】　　前記特定の気筒の燃焼が強い場合に、
   前記制御信号は、当該気筒の点火と同じタイミングで当
   該気筒の爆発トルクを弱める方向にエンジン負荷を制御
   する信号であることを特徴とする請求項１記載の車体振
   動低減方法。
7. 【請求項７】　　前記エンジン負荷はオルタネータであ
   り、前記制御信号は上記オルタネータの界磁電流を変化
   させることによりエンジン負荷の制御を行うことを特徴
   とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の車体振動低
   減方法。
8. 【請求項８】　　前記燃焼状態検出手段は、エンジン各
   気筒の燃焼状態を、エンジン回転速度の変動から検出す
   ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載
   の車体振動低減方法。
9. 【請求項９】　　前記制御信号による負荷制御の大きさ
   は、前記特定の気筒と他の気筒との燃焼の差に応じて変
   えるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   か１つに記載の車体振動低減方法。