JPH051714Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、内燃機関用クランクシヤフトに関
し、とくに振動、騒音の低減を図つたクランクシ
ヤフトに関する。

［従来の技術］ 第３図は、従来の内燃機関用のクランクシヤフ
トおよびフライホイールの概略斜視図である。

第３図において、１はクランクシヤフト、２は
フライホイールである。矢印Ｆは内燃機関の前
方、矢印Ａはクランクシヤフト１の回転方向であ
る。第３図の内燃機関は図から分かるように、直
列４気筒４サイクル内燃機関である。

ところで、直列４気筒４サイクル内燃機関に限
らず、一般に内燃機関においては、その作動中、
クランクシヤフト１が曲げ振動を起こす。この曲
げ振動は、クランクシヤフト１の中間部たとえば
符号３が付されてい点を節、フライホイール２が
取り付けられている部分を腹にして、クランクシ
ヤフトの軸線Ｚを含む鉛直な平面内で矢印Ｍのよ
うなモードで起こる。内燃機関においては、この
曲げ振動Ｍのために騒音が発生するという問題が
あつた。

クランクシヤフト１の矢印Ｍのような曲げ振動
は、燃焼圧が加振力になつている。即ち、たとえ
ば第３図で符号４が付されているクランクピンに
燃焼圧が作用すると、その燃焼圧はクランクシヤ
フト１を鉛直下方に衝撃的に押すことになるの
で、クランクシヤフト１はＹ軸（クランクシヤフ
ト１の軸線Ｚと直角な水平軸）の回りに矢印Ｍの
ように加振されることになる。この加振力がフラ
イホイール２のＹ軸まわりの固有振動数と共振し
て大きな振動となり、騒音が発生することにな
る。

騒音は上記したようにフライホイール２部分の
共振に基づくものである、フライホイール２部分
が共振しないようにすれば騒音は低減される。そ
のようにするためには、フライホイール２部分は
Ｙ軸まわりの固有振動数を変えてやればよい。た
とえば、フライホイール２のＹ軸まわりの慣性モ
ーメントを小さくすればフライホイール２部分の
Ｙ軸まわりの固有振動数が高くなるので、共振を
避けることが出来る。

フライホイール２のＹ軸まわりの慣性モーメン
トを小さくするには、フライホイール２の板厚を
薄くしてフライホイール２の重量を小さくすれば
よいが、フライホイール２はクランクシヤフト１
の回転を滑らかにするという役目があるために、
ある程度の重量はどうしても必要であり、フライ
ホイール２の重量を小さくするには限界がある。

このようなジレンマを解決するための技術が特
開昭58−128546号公報に開示されている。特開昭
58−128546号公報で提案されている技術は、フラ
イホイール２の周方向について所々凹部と凸部と
を設けておき、フライホイール２全体としては凹
凸のない従来のフライホイールと同じ重量にして
おく。しかも、フライホイール２とクランクシヤ
フト１との取り付け位置関係（取り付け角度）
を、ピストンが上死点にある時にだけフライホイ
ール２のＹ軸のまわりの慣性モーメントが小さく
なるようにしておく。言い換えればピストンが上
死点にある時には凹部が上下方向に位置して凸部
が左右方向に位置するようにしておく。

このようにしておけば、ピストンが上死点にあ
る時、即ち加振力が加わる時だけは瞬間的にフラ
イホイール２のＹ軸まわりの慣性モーメントが小
さくなるので、その時だけはフライホイール２の
Ｙ軸まわりの固有振動数が高くなる。従つて、そ
の時だけは振動の共振点をずらすことが出来る。
従つて、共振を防ぐことが出来るので、騒音を低
減することが可能になる。しかも、フライホイー
ル２の重量は凹凸がない従来のものと同じである
から、クランクシヤフト１の回転を滑らかにする
というフライホイール２の機能が阻害されること
もない。

また、別の公知技術として、フライホイールの
曲げ剛性を不均一にして共振点をずらしたもの
（実開昭62−27244号公報）、フライホイールを分
割タイプにして両ピース間に弾性体を介装し共振
点の振動レベルを低減したもの（実開昭61−
181143号公報）等が知られている。

ところが、上記各公知技術は全て、ピストンが
上死点にあるときの曲げ振動の低減あるいは共振
の防止を目的としているが、実際の内燃機関で
は、一番大きな加振力がクランクシヤフトの加わ
る時、言い換えれば、燃焼圧が最大になる時とい
うのは、ピストンが上死点にあるときではなく、
上死点を20〜30度程度過ぎた時である。これに対
し、たとえば特開昭58−128546号公報のものでは
ピストンが上死点にある時に凹部が上下方向に位
置するようにされているので、一番大きな加振力
が加わる時にフライホイール２のＹ軸まわりの慣
性モーメントが最小になるようにはなつていな
い。言い換えれば、特開昭58−128546号公報のも
のでは、加振力が最大になる瞬間にフライホイー
ル２のＹ軸まわりの固有振動数が加振力による振
動と共振しない程度まで高くなつてはいないの
で、充分に騒音を低減することが来出なかつた。

このような問題に対し、先に本出願人によりフ
ライホイールに設ける凹部の位置が、最大燃焼圧
時にピストン運動方向と一致するようにし、加振
力が最大になるときに前記Ｙ軸まわりの慣性モー
メントが最大になるようにし、そのときの固有振
動数を上げて共振点をずらすようにした構造が提
案されている（実願昭61−37831号、実願昭61−
188041号）。

この提案構造は、第４図、第５図に示すような
不均一フライホイール５を、第６図、第７図に示
すような従来型のクランクシヤフト６に取付けた
ものである。つまり、フライホイール５には肉盗
みの部分（凹部）７と通常肉厚部分８とが設けら
れ、フライホイール５の隣接する気筒のピストン
９が上死点から△θ度（クランク角）だけずれた
ときに（進んだときに）、凹部配設方向１０がピ
ストン運動方向と一致するようにしたものであ
る。上死点から△θ度進んだときに、フライホイ
ール２に最も近い気筒が最大燃焼圧になる。そし
て、この提案においては、クランクシヤフトの曲
げ振動に最も影響を与えるのはフライホイールに
最も近い位置にあるピストンに作用する燃焼圧で
あつて、その他のピストンに作用する燃焼圧は殆
ど関係がないという特性も利用されている。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような不均一フライホイ
ールを用いる構造では、つぎのような問題を招く
おそれがある。

すなわち、第５図に示したような不均一肉厚の
フライホイールでは、フライホイールの肉厚がた
とえば90度ずつ厚肉と薄肉とに交互に変化してい
る。そのため、製造時に肉厚の違いによる熱応力
が発生し、この残留応力のために、フライホイー
ルの耐久性が低下するおそれがある。

また、肉厚が異なるとエンジン回転時クラツチ
との接触で発生する熱の流れが一様でなくなり、
フライホイール内部で温度分布の偏りが発生し、
熱応力によつてフライホイールが変形するおそれ
がある。

本考案は、フライホイールを不均一肉厚構造に
することによる上記のような問題点に着目し、フ
ライホイールの肉厚を均一にしつつ、つまりフラ
イホイール自身の改善ではなくフライホイールと
クランクシヤフトとの結合部の改善により、上述
の不均一フライホイールと同等の振動騒音低減効
果を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的に沿う本考案の振動騒音低減用クラン
クシヤフトは、後端部にフライホイール取付部を
有する内燃機関用クランクシヤフトにおいて、上
記フライホイール取付部を楕円形状に形成して該
楕円の長軸方向におけるフライホイール取付部と
フライホイールとの結合剛性を他の方向における
結合剛性よりも高め、前記楕円の長軸方向をフラ
イホイール取付部に最も近い位置にある気筒の燃
焼圧が最大になる瞬間に該気筒のピストン運動方
向と一致する方向としたものから成る。

［作用］ このようなクランクシヤフトにおいては、フラ
イホイールの肉厚は均一のまま、クランクシヤフ
トとフライホイールとの結合剛性がクランク軸
（フライホイール軸）まわりに変えられる。フラ
イホイール取付部とフライホイールとの結合剛性
が高められると、クランクシヤフト後端部におけ
る曲げ剛性が高められて固有振動数が高められる
が、この結合剛性が高められる方向が、最大燃焼
圧時のピストン運動方向と一致するように定めら
れる。したがつて、最後部気筒が最大燃焼圧にな
る瞬間の、クランクシヤフト−フライホイール系
の曲げ共振周波数が高くなつて、ピストンから加
わる加振力との共振が回避される。フライホイー
ルの肉厚を不均一にする必要がないので、上記回
避は、フライホイールの耐久性低下、熱変形等の
問題を伴わずに達成される。

［実施例］ 以下に、本考案の望ましい実施例を図面を参照
して説明する。

第１図および第２図は、本考案の一実施例に係
る振動騒音低減用クランクシヤフトを示してい
る。本実施例は４気筒エンジン用のクランクシヤ
フトを示しており、図における１１がクランクシ
ヤフト、１２がフライホイールを示している。ク
ランクシヤフト１１の後端部には、円板状のフラ
イホイール取付部１３が設けられ、該フライホイ
ール取付部１３にフライホイール１２がボルト１
４を介して取付けられる。フライホイール１２は
均一な肉厚に形成されている。

フライホイール取付部１３は、第２図に示すよ
うに、楕円形状（長円を含む）に形成され、その
長軸１５方向におけるフライホイール取付部１３
とフライホイール１２との結合剛性が他の方向に
おける結合剛性よりも高められている。より具体
的には、長軸１５に沿つて４本のボルト１４によ
りフライホイール取付部１３とフライホイール１
２とが結合され、他の方向に比べ結合剛性が大幅
に高められている。

上記楕円の長軸１５の方向は、フライホイール
取付部１３に最も近い位置にある気筒１６の燃焼
圧が最大になる瞬間に該気筒１６のピストン１７
の運動方向と一致する方向に定められている。つ
かり、前述の如く、燃焼圧が最大となるのはピス
トン上死点から20〜30度（クランク角）の点であ
るから、ピストン上死点から最大燃焼圧までのク
ランク角を△θ度とすると、第２図のような位置
関係になる。第２図は、ピストン１７が上死点
（クランク角でライン１８に相当）にあるときの
状態を示しており、このときフライホイール取付
部１３の楕円長軸１５は上死点１８のラインから
△θ度だけ傾いている。なお、ωは、クランクシ
ヤフト１１の回転方向を示している。

このような実施例装置においては、フライホイ
ール取付部１３の楕円長軸１５方向では、フライ
ホイール取付部１３とフライホイール１２との結
合長が長く、かつこの方向に沿う締結ボルト１４
の本数が多いので、この方向における結合剛性が
他の方向におけるそれよりも高められる。そのた
め、長軸１５方向においては、クランクシヤフト
−フライホイール系の曲げ剛性が他の方向におけ
るそれよりも高くなり、長軸１５方向の曲げ固有
振動数が高くなる。つまり曲げ共振周波数が高く
なる。

この長軸１５方向が、気筒１６において最大燃
焼圧がかかるときにピストン１７運動方向と一致
するように設定されているので、このときに曲げ
共振周波数が高められ、ピストン１７を介して加
わる燃焼圧による加振力との共振が回避される。

その結果、振動が大きくなることが防止され、
振動に伴う騒音の発生が防止される。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案の振動騒音低減用
クランクシヤフトによるときは、クランクシヤフ
トのフライホイール取付部のフライホイールとの
結合剛性を特定の方向について不均一とすること
により、フライホイールの肉厚を均一に維持しつ
つ、加振力が最大となるときのクランクシヤフト
−フライホイール系の曲げ固有振動数を高めるよ
うにしたので、フライホイールの耐久性低下、熱
変形などの問題を伴うことなく、ピストンから加
わつてくる加振力との共振を防止することがで
き、振動を低く保つて騒音の発生を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る振動騒音低減
用クランクシヤフトの側面図、第２図は第１図の
装置の矢視に係る側面図、第３図は従来のクラ
ンクシヤフト−フライホイール系の概略斜視図、
第４図および第５図は実願昭61−188041号で提案
した装置の概略側面図と概略正面図、第６図は従
来一般のクランクシヤフト側面図、第７図は第６
図のクランクシヤフトの矢視に係る側面図、で
ある。 １１……クランクシヤフト、１２……フライホ
イール、１３……フライホイール取付部、１４…
…ボルト、１５……長軸、１６……気筒、１７…
…ピストン、１８……上死点相当ライン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 後端部にフライホイール取付部を有する内燃機
   関用クランクシヤフトにおいて、前記フライホイ
   ール取付部を楕円形状に形成して該楕円の長軸方
   向におけるフライホイール取付部とフライホイー
   ルとの結合剛性を他の方向における結合剛性より
   も高め、前記楕円の長軸方向をフライホイール取
   付部に最も近い位置にある気筒の燃焼圧が最大に
   なる瞬間に該気筒のピストン運動方向と一致する
   方向としたことを特徴とする振動騒音低減用クラ
   ンクシヤフト。