(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内の軸方向の略中間部に位置するように、前記クランクシャフトの先端部に連結されるクランクプーリ及び前記クランクシャフトの後端部に連結されるフライホイールの慣性モーメントが設定されていることを特徴とする直列４気筒内燃機関の主運動系部品構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用の主運動系部品構造に関し、特に、内燃機関の振動、放射音を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関においては、ピストンの往復運動を受けて回転するように、シリンダブロックに、メインジャーナルとクランクウェブとピンジャーナルとからなるクランクシャフトを軸支している（特開平９−３２８４３号公報参照）。
このような内燃機関では、前記クランクシャフトの１次の捩じり運動の節の位置には、特に、着目、考慮されておらず、例えば、直列４気筒内燃機関では、第４気筒のクランクピン付近に位置することとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造においては、１次の捩じり運動の節がクランクピン付近に位置する振動モードでは、同軸上に設定されている各メインジャーナル位置がずれる。
この結果、クランクシャフトの振動がシリンダブロックへと伝達され易くなり、機関振動、放射音のレベルが大きくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節の位置に着目、考慮することによって、クランクシャフトの振動がシリンダブロックへと伝達され難くして、機関振動、放射音のレベルの低減を図ることが可能な内燃機関の主運動系部品構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る直列４気筒内燃機関の主運動系部品構造は、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内の軸方向の略中間部に位置するように、前記クランクシャフトの先端部に連結されるクランクプーリ及び前記クランクシャフトの後端部に連結されるフライホイールの慣性モーメントが設定されていることを特徴とする。
【０００６】
かかる本発明の作用について説明する。
【０００７】
本発明に係る直列４気筒内燃機関において、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内に位置されることによって、クランクシャフトの振動がシリンダブロックへと伝達され難くなる。
特に、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内の軸方向の略中間部に位置されることによって、上記効果をより確実かつ高レベルで得られる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節の位置に着目、考慮し、第３気筒と第４気筒間のメインジャーナル幅内に位置させることによって、クランクシャフトの振動がシリンダブロックへと伝達され難くして、直列４気筒内燃機関において、機関振動、放射音のレベルの低減を図ることが可能となる。
【０００９】
特に、クランクシャフトの１次の捩り運動の節を、第３気筒と第４気筒間のメインジャーナル幅内の軸方向の略中間部に位置させることによって、クランクシャフトの振動がシリンダブロックへと伝達され難くなるという効果をより確実かつ高レベルで得られ、機関振動、放射音のレベルの低減の効果が高い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
先ず、両端部に運動系部品を備えたシャフトを模式的に示した図３を参照して、本発明の概要について説明する。
【００１１】
【外１】
0003975568.tif 000002
【００１２】
従って、本発明においては、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、いずれかのメインシャーナル幅内に位置するように、主運動系部品としての例えばクランクプーリとフライホイールの慣性モーメントを設定する。
この場合、内燃機関が直列４気筒内燃機関の場合には、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内に位置するように、クランクプーリとフライホイールの慣性モーメントを設定する。
【００１３】
この慣性モーメントの設定は、概略的に説明すれば、例えば次のようにして行う。
先ず、運動方程式によって所定の演算式を得る。
この演算式から得られる捩れ１次モーメントの固有値ω1 を、別の運動方程式により得られた演算式に代入して、θ5 ／Ｔを求める。
【００１４】
そして、θ5 ／Ｔ＝０となるような慣性モーメントを持つ主運動系部品構造、即ち、クランクプーリ及びフライホイール（ドライブプレート及びトルクコンバータ）とすることによって、クランクシャフトの１次の捩じり運動の節が、第３気筒と第４気筒間のメインシャーナル幅内に位置される。
ここで、図１は、クランクシャフト１の構造の一例を示しており、クランクシャフト１は、第１〜第５（＃１〜＃５）のメインジャーナル２〜６と、第１〜第４気筒（＃１〜＃４）のピンジャーナル７〜１０と、を含んで構成される。
【００１５】
かかるクランクシャフト１の先端部には、主運動系部品（クランクプーリ）１１が連結され、後端部には、主運動系部品（クラッチ、クラッチカバー及びフライホイール［ドライブプレート及びトルクコンバータ］）１２が連結されている。
又、図２は、かかるクランクシャフト１の略図である。
【００１６】
次に、以上の図１及び図２を参照しつつ、運動方程式と演算式によって上記のθ5 ／Ｔ＝０となるクランクプーリ及びフライホイールの慣性モーメントを求める手法について詳述する。
クランクシャフト１先端部〜＃１ピンジャーナル７中央部のねじれ剛性をｋCP（Ｎ／ｒａｄ）とする。
【００１７】
＃１ピンジャーナル７中央部〜＃２ピンジャーナル８中央部のねじれ剛性をｋC1（Ｎ／ｒａｄ）とする。
＃２ピンジャーナル８中央部〜＃３ピンジャーナル９中央部のねじれ剛性をｋC2（Ｎ／ｒａｄ）とする。
＃３ピンジャーナル９中央部〜＃４ピンジャーナル１０中央部のねじれ剛性をｋC3（Ｎ／ｒａｄ）とする。
【００１８】
＃４ピンジャーナル１０中央部〜クランクシャフト１後端部のねじれ剛性をｋFWとする。
＃３ピンジャーナル９中央部〜＃３ピンジャーナル９中央部から距離ｌ0 主運動系部品１２側へ移動した点Ａ（但し、ａ≦ｌ0 ≦ｂ）のねじれ剛性をｋl とする。
【００１９】
かかるｋCP，ｋC1，ｋC2，ｋC3，ｋFW，ｋl は、クランクシャフト１の形状が決まることにより、ＦＥＭ、実験等により求められる定数である。
主運動系部品１１の慣性モーメントをＩCP（ｋｇｍ2 ）とする。
図１のｃ間の慣性モーメントをＩC1（ｋｇｍ2 ）とする。
図１のｄ間の慣性モーメントをＩC2（ｋｇｍ2 ）とする。
【００２０】
図１のｅ間の慣性モーメントをＩC3（ｋｇｍ2 ）とする。
図１のｆ間の慣性モーメントをＩC4（ｋｇｍ2 ）とする。
主運動系部品１２の慣性モーメントをＩFWとする。
上記のＩC1，ＩC2，ＩC3，ＩC4は、ピストン及びコネクティングロッドの慣性モーメントを含み、クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストンの形状が決まることにより求められる定数である（デンハルトック著  機械振動論参照）。
【００２１】
尚、各メインジャーナル部の慣性モーメントは小さく無視できる。
次に、主運動系部品１１の捩じり角をθ1 とする。
＃１ピンジャーナル７の捩じり角をθ2 とする。
＃２ピンジャーナル８の捩じり角をθ3 とする。
＃３ピンジャーナル９の捩じり角をθ4 とする。
【００２２】
＃４ピンジャーナル１０の捩じり角をθ6 とする。
主運動系部品１２の捩じり角をθ7 とする。
＃３ピンジャーナル９から距離ｌ0 を主運動系部品１２側に移動した点の捩じり角をθ5 とする。
【００２３】
【外２】
0003975568.tif 000003
【００２４】
又、ここでは、例として一般的な主運動系について示す。
つまり、ｋC1＝ｋC2＝ｋC3＝ｋC とする。
ＩC1＝ＩC2＝ＩC3＝ＩC とする。
これより、上記（１）式は、
次のように変換される。
【００２５】
−Ｔ＋（ｋCP−ω2 ＩCP）θ1 −ｋCPθ2 ＝０
−ｋC θ1 ＋（ｋCP＋ｋC −ω2 ＩC ）θ2 −ｋC θ3 ＝０
−ｋC θ2 ＋（２ｋC −ω2 ＩC ）θ3 −ｋC θ4 ＝０
−ｋC θ3 ＋（２ｋC −ω2 ＩC ）θ4 −ｋC θ6 ＝０
−ｋC θ4 ＋（ｋC ＋ｋFW−ω2 ＩC ）θ6 −ｋFWθ7 ＝０
−ｋFWθ6 ＋（ｋFW−ω2 ＩFW）θ7 ＝０
これより、コンプライアンスθ1 ／Ｔを求める。
【００２６】
θ1 ／Ｔ＝１／Ｂ
Ｂ＝（ｋCP−ω2 ＩCP）−｛ｋCP2 ［（２ｋC −ω2 ＩC ）2 −ｋC 2 ］・［（ｋC ＋ｋFW−ω2 ＩC ）（ｋFW−ω2 ＩFW）−ｋFW2 ］−ｋCP2 ｋC 2 （２ｋC −ω2 ＩC ）（ｋFW−ω2 ＩFW）｝／｛〔（ｋCP＋ｋC −ω2 ＩC ）［（２ｋC −ω2 ＩC ）2 −ｋC 2 ］−ｋC 2 （２ｋC −ω2 ＩC ）〕〔（ｋC ＋ｋFW−ω2 ＩC ）（ｋFW−ω2 ＩFW）−ｋFW2 〕＋ｋC 4 （ｋFW−ω2 ＩFW）−ｋC 2 （ｋCP＋ｋC −ω2 ＩC ）（２ｋC −ω2 ＩC ）（ｋFW−ω2 ＩFW）｝・・・（２）
ここで、（２）式において、Ｂ＝０・・・（３）とするω（≧０）が固有値である。
【００２７】
このうち、捩れの１次モードの固有値（固有値のうちの最も小さいもの）をω1 とする。このω1 は、ｋCP, ｋC , ｋFW, ＩC が定数であることから、ＩCPとＩFWの関数となる。
【００２８】
【外３】
0003975568.tif 000004
【００２９】
これによって、
（ｋCP−ω12ＩCP）θ1 −ｋCPθ2 ＝０
−ｋCPθ1 ＋（ｋCP＋ｋC −ω12ＩC ）θ2 −ｋC θ3 ＝０
−ｋC θ2 ＋（２ｋC −ω12ＩC ）θ3 −ｋC θ4 ＝０
−ｋC θ3 ＋（３ｋC −ω12ＩC ）θ4 −２ｋC θ5 ＝０
−２ｋC θ4 ＋４ｋC θ5 −２ｋC θ6 ＝Ｔ
−２ｋC θ5 ＋（２ｋC ＋ｋFW−ω12ＩC ）θ6 −ｋFWθ7 ＝０
−ｋFWθ6 ＋（ｋFW−ω12ＩFW）θ7 ＝０
・・・（５）
これより、θ5 ／Ｔを求める。
【００３０】
θ5 ／Ｔ＝ＣＦ／（ＣＥ−ＦＤ）・・・（６）
ここで、
Ｃ＝（３ｋC −ω12ＩC ）［（２ｋC −ω12ＩC ）｛（ｋCP−ω1 ＩCP）（ｋCP＋ｋC −ω12ＩC ）−ｋCP2 ｝−ｋC 2 （ｋCP−ω12ＩCP）］−ｋC 2 ｛（ｋCP−ω12ＩCP）（ｋCP＋ｋC −ω12ＩCP）−ｋCP2 ｝
Ｄ＝２ｋC （２ｋC −ω12ＩC ）｛（ｋCP−ω12ＩCP）（ｋCP＋ｋC −ω12ＩC ）−ｋCP2 ｝−ｋCP2 ｝−２ｋC 3 （ｋCP−ω12ＩCP）
Ｅ＝（ｋFW−ω12ＩFW）（４ｋC ＋２ｋFW−２ω12ＩC ＋１）−２ｋFW2 
Ｆ＝（２ｋC ＋ｋFW−ω12ＩC ）（ｋFW−ω12ＩFW）−ｋFW2 
Ａ点が節であるためには、θ5 ／Ｔ＝０を満たせば良い。
【００３１】
よって、θ5 ／Ｔ＝ＣＦ／（ＣＥ−ＦＤ）＝０  ゆえに、ＣＦ＝０・・・（７）
この（７）式は、ｋCP，ｋC ，ｋFW，ＩC が定数であることから、ω1 ，ＩCP，ＩFWの関数となる。
主運動系の慣性モーメントＩは、車両等の加速度性能等から、一般的に決められている。
【００３２】
よって、
ＩCP＋ＩC1＋ＩC2＋ＩC3＋ＩC4＋ＩFW＝ＩCP＋４ＩC ＋ＩFW＝Ｉ・・・（８）
この（８）式は、ＩC ，Ｉが定数であることから、ＩCP，ＩFWの関数となる。
従って、上記の（３），（７），（８）式を満たすような主運動系部品（クランクプーリ）１１及び主運動系部品（クラッチ、クラッチカバー及びフライホイール［ドライブプレート及びトルクコンバータ］）１２の慣性モーメント（ＩCP，ＩFW）とすることによって、クランクシャフト１の１次の捩じり振動の節を第３気筒と第４気筒の間のメインジャーナル５上（Ａ点）に位置させることができる。
【００３３】
この結果、１次の捩じり運動の節がある振動モードにおいて、メインジャーナルのずれがなくなり、クランクシャフト１の振動がシリンダブロックへと伝達され難くなり、機関振動、放射音のレベルの低減を図ることができる。
尚、上述した計算は、ｋC1＝ｋC2＝ｋC3＝ｋC 並びにＩC1＝ＩC2＝ＩC3＝ＩC として解いたが、ＩC1≠ＩC2≠ＩC3≠ＩC4，ｋC1≠ｋC2≠ｋC3として解いても良い。
【００３４】
又、上記の例では、ｌ0 ＝（ａ＋ｂ）／２として設定して、クランクシャフト１の１次の捩じり振動の節を第３気筒と第４気筒の間のメインシャーナル５の幅内の軸方向の中間部（Ａ点）に位置させる場合について解いたが、クランクシャフト１の１次の捩じり振動の節をａ≦ｌ0 ≦ｂの間の任意の点に位置させる慣性モーメント（ＩCP，ＩFW）としても良く、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る内燃機関の主運動系部品構造の一実施形態を説明する図で、クランクシャフトの正面図
【図２】  同上のクランクシャフトの略図
【図３】  本発明の概要を説明するためのクランクシャフトを模式的に示した図
【符号の説明】
１  クランクシャフト
２  ＃１メインジャーナル
３  ＃２メインジャーナル
４  ＃３メインジャーナル
５  ＃４メインジャーナル
６  ＃５メインジャーナル
７  ＃１ピンジャーナル
８  ＃２ピンジャーナル
９  ＃３ピンジャーナル
１０  ＃４ピンジャーナル
１１  主運動系部品（クランクプーリ）
１２  主運動系部品（クラッチ、クラッチカバー及びフライホイール［ドライブプレート及びトルクコンバータ］）
【図１】
0003975568.tif 000005
【図２】
0003975568.tif 000006
【図３】
0003975568.tif 000007