(57)【要約】【課題】フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制する。【解決手段】クランクシャフト３０に設けられるフライホイール５０であって、所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部７１と、フライホイール本体部５１をクランクシャフト３０の所定部位に、シャフト３０の軸方向と直交する軸７４を中心に揺動可能に連結すると共に、クランクシャフト３０からフライホイール本体部７１に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能なスプリング７６，７７を含む連結機構７２とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに設けられるフライホイールであって、
所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部と、
前記フライホイール本体部を前記シャフトの所定部位に、前記シャフトの軸方向と直交する軸を中心に揺動可能に連結すると共に、前記シャフトから前記フライホイール本体部に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能な弾性部材を含む連結機構と、を備える
ことを特徴とするフライホイール。
【請求項２】
前記シャフトが複数の気筒を有するエンジンのクランクシャフトであり、
前記複数の気筒のうち、前記フライホイール本体部に最も近い気筒のピストンが上死点に位置する状態で、当該気筒の筒軸方向に対して前記連結機構の前記軸が前記クランクシャフトの軸方向視で直交するように設けられている
請求項１に記載のフライホイール。
【請求項３】
前記フライホイール本体部が、前記シャフトの端部に前記連結機構を介して連結されており、
前記連結機構が、
その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させた前記軸としてのピン部材と、
該ピン部材を前記シャフトの端部又は前記フライホイール本体部の何れか一方に支持するピンボス部と、
前記シャフトの端部又は前記フライホイール本体部のうち、前記ピンボス部が設けられていない側に前記ピン部材を回転可能に軸支するヨーク部と、を備えており、
前記弾性部材が、前記シャフトの端部と前記フライホイール本体部との間のうち、前記ピン部材の軸心と直交する方向の２カ所に介装されたスプリング又はメッシュ材で形成されている
請求項１又は２に記載のフライホイール。
【請求項４】
前記フライホイール本体部が、前記シャフトの端部に前記連結機構を介して連結されており、
前記連結機構が、
その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させた前記軸としての第１軸及び、その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させると共に、前記第１軸と直交する第２軸を有するスパイダと、
前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部側に突出すると共に、前記第１軸を回転可能に軸支する一対のアーム部を有する第１ヨーク部と、
前記フライホイール本体部から前記シャフトの端部側に突出すると共に、前記第２軸を回転可能に軸支する一対のアーム部を有する第２ヨーク部と、を備えており、
前記弾性部材が、前記第１ヨーク部の各アーム部先端と前記フライホイール本体部との間、及び、前記第２ヨーク部の各アーム部先端と前記シャフトの端部との間の４カ所に介装されたスプリング又はメッシュ材で形成されている
請求項１又は２に記載のフライホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フライホイールに関し、特に、エンジンのクランクシャフトに設けられるフライホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンのクランクシャフトの端部には、クランクシャフトの回転を慣性力によって安定化させるフライホイールが設けられる場合がある。
【０００３】
エンジンが駆動する間、クランクシャフトには、各気筒での爆発力による直線運動を変換して得られる回転方向の力や、クランクピンを回転軸心側に押圧する径方向の力、フライホイールのホワール振動（フライホイールが軸方向に対して直交する面から傾く方向に振動しながら回転する状態：以下、面振れ振動という）を起因とした曲げ応力が作用する。これら径方向の力や面振れ振動を起因とした大きな曲げ応力がクランクシャフトに作用すると、クランクシャフトの寿命に影響を与えたり、クランクシャフトを支持している軸受に損傷を与えたり、或は、曲げ応力の反力がシリンダブロック等に伝達されることで、騒音等を引き起こしたりする課題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、フライホイールに最も近いクランクウェブ及びカウンタウェイトに一対のマスを設け、クランクシャフトの終端に作用する曲げ応力を低減することにより、フライホイールの面振れ振動を減衰するようにした技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、フライホイール本体の側面に周方向に凹溝を設けると共に、該凹溝内にバネ部材を介してダンパー質量を収容し、該ダンパー質量の移動により、フライホイールの面振れ振動を減衰するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２４４８４７号公報
【特許文献２】特開平４−１５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１記載の構造では、クランクウェブ及びカウンタウェイトにマスをそれぞれ設けている。このため、クランク室の容積が必然的に大きくなることで、シリンダブロックやクランクケース等を含めたエンジン本体部の大型化を招く可能性がある。
【０００８】
また、上記特許文献２記載の構造では、ダンパー質量の移動に伴い、ダンパー質量が凹溝の内周面等と干渉する可能性がある。このため、ダンパー質量の移動が規制されることで、減衰効果を十分に得られない可能性がある。
【０００９】
本開示の技術は、フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の技術は、シャフトに設けられるフライホイールであって、所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部と、前記フライホイール本体部を前記シャフトの所定部位に、前記シャフトの軸方向と直交する軸を中心に揺動可能に連結すると共に、前記シャフトから前記フライホイール本体部に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能な弾性部材を含む連結機構と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記シャフトが複数の気筒を有するエンジンのクランクシャフトであり、前記複数の気筒のうち、前記フライホイール本体部に最も近い気筒のピストンが上死点に位置する状態で、当該気筒の筒軸方向に対して前記連結機構の前記軸が前記クランクシャフトの軸方向視で直交するように設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、前記フライホイール本体部が、前記シャフトの端部に前記連結機構を介して連結されており、前記連結機構が、その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させた前記軸としてのピン部材と、該ピン部材を前記シャフトの端部又は前記フライホイール本体部の何れか一方に支持するピンボス部と、前記シャフトの端部又は前記フライホイール本体部のうち、前記ピンボス部が設けられていない側に前記ピン部材を回転可能に軸支するヨーク部とを備えており、前記弾性部材が、前記シャフトの端部と前記フライホイール本体部との間のうち、前記ピン部材の軸心と直交する方向の２カ所に介装されたスプリング又はメッシュ材で形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記フライホイール本体部が、前記シャフトの端部に前記連結機構を介して連結されており、前記連結機構が、その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させた前記軸としての第１軸及び、その軸心を前記シャフトの軸方向に直交させると共に、前記第１軸と直交する第２軸を有するスパイダと、前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部側に突出すると共に、前記第１軸を回転可能に軸支する一対のアーム部を有する第１ヨーク部と、前記フライホイール本体部から前記シャフトの端部側に突出すると共に、前記第２軸を回転可能に軸支する一対のアーム部を有する第２ヨーク部とを備えており、前記弾性部材が、前記第１ヨーク部の各アーム部先端と前記フライホイール本体部との間、及び、前記第２ヨーク部の各アーム部先端と前記シャフトの端部との間の４カ所に介装されたスプリング又はメッシュ材で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の技術によれば、フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制することがきる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態に係るフライホイールを備えるエンジンの模式的な部分断面図である。
【図２】第一実施形態に係るフライホイールを示す模式的な側面図である。
【図３】第一実施形態に係るフライホイールの作用効果を説明する模式図である。
【図４】第二実施形態に係るフライホイールを示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るフライホイールについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係るフライホイール７０を備えるエンジン１０の模式的な部分断面図である。
【００１８】
図１に示すように、エンジン１０は、例えば、直列４気筒エンジンであって、上側から順に、ヘッドカバー１２、シリンダヘッド１３、シリンダブロック１４、クランクケース１５及び、オイルパン１６を有するエンジン本体部１１を備えている。なお、エンジン１０は、図示例の直列４気筒に限定されず、４気筒以外の直列多気筒、Ｖ型多気筒、水平対向多気筒、或いは、単気筒エンジンであってもよい。
【００１９】
シリンダブロック１４には、複数の気筒Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。また、各気筒Ｃ１〜Ｃ４には、ピストンＰ１〜Ｐ４がそれぞれ往復移動可能に収容されている。ピストンＰ１〜Ｐ４には、ピストンピン２１を介してコネクティングロッド２２の小端部が揺動自在に連結されている。ピストンＰ１〜Ｐ４の頂面と、気筒Ｃ１〜Ｃ４の内周面と、シリンダヘッド１３の下面とにより燃焼室が区画形成されている。
【００２０】
シリンダヘッド１３には、燃焼室内に燃料を直噴するインジェクタＪ１〜Ｊ４がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室に新気を導入する不図示の吸気ポートや、燃焼室から排気を導出する不図示の排気ポートが設けられている。なお、エンジン１０は、図示例の直噴式エンジンに限定されず、予混合式エンジンであってもよい。
【００２１】
エンジン１０は、シリンダブロック１４とクランクケース１５との間に回転可能に支持されたクランクシャフト３０を備えている。
【００２２】
より詳しくは、クランクシャフト３０は、コネクティングロッド２２がそれぞれ揺動自在に連結された複数のクランクピン３１と、シリンダブロック１４とクランクケース１５との間に不図示の軸受等を介して支持されたクランクジャーナル３２と、各クランクピン３１と各クランクジャーナル３２とを接続する複数のクランクウェブ３３と、クランクウェブ３３に対して、クランクシャフト３０の回転軸心を挟んで対向する複数のカウンタウェイト３４とを備えている。
【００２３】
ピストンＰ１〜Ｐ４が燃焼室内の爆発力によりシリンダＣ１〜Ｃ４内を往復運動すると、この往復運動がコネクティングロッド２２からクランクピン３１に伝達されて回転運動に変換され、クランクシャフト３０がクランクジャーナル３２を軸心に回転するようになっている。
【００２４】
クランクシャフト３０の終端部３５（端部）には、クランクシャフト３０の回転を慣性力によって安定化させつつ、クランクシャフト３０の回転力を不図示の変速機等に伝達するクラッチ装置の一部として機能するフライホイール７０が設けられている。なお、フライホイール７０は、クラッチ装置以外の他の装置を構成するものでもよく、或は、単体として設けられてもよい。
【００２５】
以下、第一実施形態に係るフライホイール７０の詳細について説明する。
【００２６】
図２（Ａ）は、第一実施形態に係るフライホイール７０をピン軸方向から視た模式的な側面図であり、図２（Ｂ）は、第一実施形態に係るフライホイール７０をピン軸方向と直交する方向から視た模式的な側面図である。
【００２７】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第一実施形態のフライホイール７０は、所定の質量を有する略円盤状のフライホイール本体部７１と、フライホイール本体部７１をクランクシャフト３０の終端部３５に揺動可能に連結する連結機構７２と、弾性部材としての一対のスプリング７６，７７とを備えている。
【００２８】
連結機構７２は、クランクシャフト３０の終端部３５側から順に、ピンボス部７３と、ピン部材７４と、ヨーク部７５とを備えて構成されている。
【００２９】
ピンボス部７３は、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部７１側に向けて軸方向に所定の長さで突出して設けられている。ピン部材７４は、その軸心をクランクシャフト３０の軸方向（図１に示すクランクピン３１の軸方向を含む）に直交させて配置されている。ピン部材７４は、好ましくは、その軸方向の略中間位置をピンボス部７３に支持されている。
【００３０】
ヨーク部７５は、フライホイール本体部７１側からクランクシャフト３０側に向けて軸方向に所定の長さで突出して互いに離間して対向する一対のアーム部７５Ａ，７５Ｂ（図２（Ｂ）参照）を備えている。これら一対のアーム部７５Ａ，７５Ｂには、ピンボス部７３から突出するピン部材７４の両端部がそれぞれ回転可能に軸支されている。
【００３１】
すなわち、フライホイール本体部７１が、連結機構７２を介してクランクシャフト３０の終端部３５に、周方向に一体回転可能、且つ、クランクシャフト３０の軸心と直交するピン部材７４を中心に２方向へ揺動可能に連結されている。なお、ピンボス部７３及び、ヨーク部７５の配置関係は、ピンボス部７３をフライホイール本体部７１側、ヨーク部７５をクランクシャフト３０の終端部３５側に入れ替えて配置してもよい。
【００３２】
一対のスプリング７６，７７は、クランクシャフト３０の終端部３５とフライホイール本体部７１との間のうち、ピン部材７４の軸心と直交する方向の２カ所にそれぞれ圧縮状態で介装されている。これら一対のスプリング７６，７７は、フライホイール本体部７１の面が静止状態でクランクシャフト３０の軸方向と直交するようにバランスを取るようにして取り付けられている。なお、スプリング７６，７７は、図示例よりも多い本数を周方向に所定の間隔を隔てて配置してもよい。但し、この場合も、フライホイール本体部７１の面が静止状態でクランクシャフト３０の軸方向と直交するようにバランスを取ることが望ましい。
【００３３】
本実施形態において、ピン部材７４は、フライホイール７０に最も近い気筒Ｃ４のピストンＰ４（図１参照）が圧縮上死点付近に位置する際に、その軸心（又は、ピン部材７４を軸支するヨーク部７５の各アーム部７５Ａ，７５Ｂの対向方向）をクランクシャフト３０の軸方向視で気筒Ｃ４の筒軸方向（ピストンＰ４の往復移動方向）と略直交させるように、言い換えれば、ピストンＰ４の圧縮上死点付近において、ピン部材７４の軸心を挟んで対向する一対のスプリング７６，７７の配列方向が、クランクシャフト３０の軸方向視で気筒Ｃ４の筒軸方向と略一致するように設けられている。これら一対のスプリング７６，７７の剛性は、ピストン側から加振される最も低い周波数よりも低い、クランクシャフト３０の終端部３５の曲げ固有振動となるような剛性で設定されることが望ましい。また、スプリング７６，７７は、回転時も常にクランクシャフト３０及びフライホイール本体部７１にテンションが伝達されるように、取り付け時初期荷重を与えることが望ましい。
【００３４】
以上のように構成された第一実施形態に係るフライホイール７０の作用効果を図３に基づいて説明する。
【００３５】
図３に示すように、フライホイール７０に最も近い気筒Ｃ４のピストンＰ４が圧縮上死点付近に位置する状態で、気筒Ｃ４の爆発が行われると、コネクティングロッド２２を介してクランクピン３１に図中矢印Ｆで示す力が作用することで、クランクピン３１及びクランクウェブ３３には、クランクシャフト３０を図中破線Ｘ１で示すように変形させる曲げ応力Ｍ１が作用する。また、クランクシャフト３０の終端部３５には、フライホイール本体部７１を図中破線Ｘ２，３で示すように面振れ振動させようとする面振れ方向（略径方向）の力Ｍ２，３が作用する。
【００３６】
本実施形態において、フライホイール７０のフライホイール本体部７１は、クランクシャフト３０の終端部３５に、クランクシャフト３０（及び、クランクピン３１）の軸方向と直交するピン部材７４を含む連結機構７２を介して揺動可能に連結され、さらに、クランクシャフト３０の終端部３５とフライホイール本体部７１との間には、ピン部材７４の軸心と直交する方向の２カ所に一対のスプリング７６，７７が介装されている。
【００３７】
すなわち、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部７１に作用する面振れ方向の力Ｍ２に対しては、スプリング７６が弾性圧縮すると共に、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部７１に作用する面振れ方向の力Ｍ３に対しては、スプリング７７が弾性圧縮することにより、当該面振れ方向の力Ｍ２，３を効果的に吸収又は減衰できるように構成されている。
【００３８】
これにより、フライホイール本体部７１の面振れ振動が確実に抑止され、さらには、面振れ振動等を起因としたクランクシャフト３０の曲げ応力や振動も確実に低減されるようになり、クランクシャフト３０の破損等（例えば、フライホイール７０に最も近いクランクウェブ３３とクランクジャーナル３２との境界部位Ａの破断や、クランクウェブ３３とクランクピン３１との境界部位Ｂの破断等）を効果的に抑制することが可能になる。また、フライホイール本体部７１の面振れ振動が抑止されることで、当該振動を起因とした騒音等も効果的に低減することが可能になる。
【００３９】
［第二実施形態］
図４は、第二実施形態に係るフライホイール８０を示す模式的な斜視図である。
【００４０】
図４に示すように、第二実施形態のフライホイール８０は、所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部８１をクランクシャフト３０の終端部３５にユニバーサルジョイント８２（連結機構の一例）を介して連結したものである。
【００４１】
具体的には、ユニバーサルジョイント８２は、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部８１側に突出する一対のアーム部を８３Ａ，８３Ｂを有する第１ヨーク部８３と、互いに直交する第１軸８４Ａ及び、第２軸８４Ｂを有するスパイダ８４と、フライホイール本体部８１からクランクシャフト３０の終端部３５側に突出する一対のアーム部８５Ａ，８５Ｂを有する第２ヨーク８５とを備えている。
【００４２】
スパイダ８４は、第１及び第２軸８４Ａ，８４Ｂの各軸心を、クランクシャフト３０の軸方向（図１に示すクランクピン３１の軸方向を含む）と直交させて配置されている。第１ヨーク部８３の各アーム部８３Ａ，８３Ｂは、スパイダ８４の第１軸８４Ａの両端をそれぞれ回転可能に軸支する。第２ヨーク部８５の各アーム部８５Ａ，８５Ｂは、スパイダ８４の第２軸８４Ｂの両端をそれぞれ回転可能に軸支する。
【００４３】
すなわち、フライホイール本体部８１が、ユニバーサルジョイント８２を介してクランクシャフト３０の終端部３５に、周方向に一体回転可能、且つ、クランクシャフト３０の軸心と直交する２本の第１及び第２軸８４Ａ，８４Ｂを中心に４方向へ揺動可能に連結されている。
【００４４】
第１ヨーク部８３の各アーム部８３Ａ，８３Ｂの先端とフライホイール本体部８１との間の２カ所には、一対のスプリング８６（１本は図示を省略）がそれぞれ圧縮状態で介装されている。また、第２ヨーク部８５の各アーム部８５Ａ，８５Ｂの先端とクランクシャフト３０の終端部３５との間の２カ所には、一対のスプリング８７（１本は図示を省略）がそれぞれ圧縮状態で介装されている。これら各一対のスプリング８６，８７は、フライホイール本体部８１の面が静止状態でクランクシャフト３０の軸方向と直交するようにバランスを取るようにして取り付けられている。なお、スプリング８６，８７は、図示例よりも多い本数を周方向に所定の間隔を隔てて配置してもよい。但し、この場合も、フライホイール本体部８１の面が静止状態でクランクシャフト３０の軸方向と直交するようにバランスを取ることが望ましい。
【００４５】
本実施形態において、スパイダ８４は、フライホイール８０に最も近い気筒Ｃ４のピストンＰ４が圧縮上死点付近に位置する際に、第１軸８４Ａの軸心（又は、第１軸８４Ａを軸支する第１ヨーク部８３の各アーム部８３Ａ，８３Ｂの対向方向）をクランクシャフト３０の軸方向視で気筒Ｃ４の筒軸方向に直交させると共に、フライホイール８０に二番目に近い気筒Ｃ３のピストンＰ３（ピストンＰ４とは位相が約１８０度異なるピストン）が圧縮上死点付近に位置する際に、第２軸８４Ｂの軸心をクランクシャフト３０の軸方向視で気筒Ｃ３の筒軸方向に直交させるように設けられている。言い換えれば、ピストンＰ４が圧縮上死点付近に位置する状態で、一対のスプリング８７の配列方向が気筒Ｃ４の筒軸方向と略一致し、ピストンＰ３が圧縮上死点付近に位置する状態で、一対のスプリング８６の配列方向が気筒Ｃ３の筒軸方向と略一致するように設けられている。これら各一対のスプリング８６，８７の剛性は、ピストン側から加振される最も低い周波数よりも低い、クランクシャフト３０の終端部３５の曲げ固有振動となるような剛性で設定されることが望ましい。また、スプリング８６，８７は、回転時も常にクランクシャフト３０及びフライホイール本体部８１にテンションが伝達されるように、取り付け時初期荷重を与えることが望ましい。
【００４６】
すなわち、ピストンＰ４が圧縮上死点付近に位置する状態で気筒Ｃ４の爆発が行われた際に、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部８１に作用する面振れ方向の力に対しては、一対のスプリング８７が弾性変形し、ピストンＰ３が圧縮上死点付近に位置する状態で気筒Ｃ３の爆発が行われた際に、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部８１に作用する面振れ方向の力に対しては、一対のスプリング８６が弾性変形することにより、当該面振れ方向の力を効果的に吸収又は減衰できるように構成されている。
【００４７】
これにより、フライホイール本体部８１の面振れ振動が確実に抑止され、さらには、面振れ振動等を起因としたクランクシャフト３０の曲げ応力や振動も確実に低減されるようになり、第一実施形態と同様、クランクシャフト３０の破損等を効果的に抑制することが可能になる。また、フライホイール本体部８１の面振れ振動が抑止されることで、当該振動を起因とした騒音等も効果的に低減することが可能になる。
【００４８】
［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態において、スプリング７６，７７，８６，８７を、弾性変形可能なメッシュ材、或は、板バネ等の他の弾性部材に置き換えて構成してもよい。また、連結機構７２やユニバーサルジョイント８２は、クランクシャフト３０の端部に設けられるものとして説明したが、クランクシャフト３０の中間部位（例えば、フライホイール７０，８０に最も近いクランクジャーナル３２とフライホイール本体部７１，８１との間の何れかの部位）に介装されてもよい。
【００５０】
また、本開示の適用範囲は、エンジン１０のクランクシャフト３０に限定されず、他の装置の回転系にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  エンジン
１１  エンジン本体部
１２  ヘッドカバー
１３  シリンダヘッド
１４  シリンダブロック
１５  クランクケース
１６  オイルパン
Ｃ１〜Ｃ４  気筒
Ｐ１〜Ｐ４  ピストン
２１  ピストンピン
２２  コネクティングロッド
３０  クランクシャフト
３１  クランクピン
３２  クランクジャーナル
３３  クランクウェブ
３４  カウンタウェイト
３５  終端部（端部）
７０  フライホイール
７１  フライホイール本体部
７２  連結機構
７３  ピンボス部
７４  ピン部材
７５  ヨーク部
７６，７７  スプリング（弾性部材）
８０  フライホイール
８１  フライホイール本体部
８２  ユニバーサルジョイント（連結機構）
８３  第１ヨーク部
８４  スパイダ
８５  第２ヨーク部
８６，８７  スプリング（弾性部材）
【図１】
2020118193.tif 000003
【図２】
2020118193.tif 000004
【図３】
2020118193.tif 000005
【図４】
2020118193.tif 000006