JP2000145890A - クランク軸構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンのクランク軸に対する芯出し及び取付
けが容易で、エンジンの加速性能を大きく損なうことが
なく、クランク軸のフライホイール側の曲げ振動を低減
できるクランク軸構造を提供する。 【解決手段】エンジンのクランク軸30に設けたフライホ
イール50のボス部52の端部53に、該クランク軸30の曲げ
振動を防止するためのダイナミックダンパ20を配設して
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のエンジン等
のクランク軸において、フライホイール取付け側の曲げ
振動を低減するクランク軸構造に関するものである。よ
り詳細には、クランク軸のフライホイール側の端部に発
生する曲げ振動を低減するために、フライホイールのボ
ス部部分に、クランク軸に曲げ振動低減用のダイナミッ
クダンパを設けたクランク軸構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、燃費の向上や積載量
の増加に対する要求が強まると共に、エンジンの軽量化
が要求されており、しかも、この要求は、年々強いもの
となっており、クランク軸構造に対しても軽量化が促進
されてきている。

【０００３】このクランク軸構造は、図６に示すよう
に、ジャーナル31、クランクピン32、バランスウエイト
33、アーム34、出力用フランジ部35、補機駆動用軸部36
等で構成されるクランク軸30と、このクランク軸30の出
力用フランジ部35に設けられるフライホイール50（図
８）と、このフライホイール50の反対側の補機駆動用軸
部36に設けられる図示しないクランクプーリ等から形成
されている。

【０００４】このクランク軸には、主に低回転では爆発
荷重が、また、高回転では慣性力と曲げ振動や捩じり振
動による付加荷重が作用する。この捩じり振動は、爆発
荷重と慣性力のトルク変動によるクランク系の振動であ
り、また、この曲げ振動は、図７に模式的に示すよう
に、クランク軸30の端部に発生する曲げ振動で、フライ
ホイール50等の軸端に隣接するシリンダにおけるピスト
ン等の慣性力に起因するものである。

【０００５】このクランク軸の曲げ振動の固有振動数
は、軸受部であるシリンダブロックやクランク軸の剛性
やフライホイール等の重量等によって決まるので、この
クランク軸系に対して不用意に軽量化を行なうと、クラ
ンク軸の剛性の低下や固有値の低下を招き、曲げ振動が
大きくなるという問題がある。特に、最近の研究で、ク
ランク軸の曲げ振動が車内騒音の原因であることが分か
り、これらの振動を低減することが騒音低減の面からも
強く求められている。

【０００６】一方の捩じり振動に対しては、トーショナ
ルダンパ付きフライホイールが実用化されている。これ
は、変速機側に伝達されるトルク変動成分を低減するた
めに設けられるフライホイールに、捩じり振動を減少さ
せるトーショナルダンパを付加したものである。また、
クランク軸のフライホイールと反対側の端部に設けられ
るクランクプーリにトーショナルダンパを装着すること
もある。

【０００７】これらのトーショナルダンパには、シング
ルマスタイプ、ダブルマスタイプやシリコンオイルの剪
断による粘弾性を利用して制振能力の大きいビスカスタ
イプ等がある。また、特開平４−３２１８３９号公報で
は、クランク軸系の捩じり振動だけでなく、曲げ振動を
も低減するデュアルモードダンパを取り付けたクランク
プーリが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラン
ク軸の曲げ振動は、クランク軸の端部に隣接するシリン
ダにおけるピストン等の慣性力に起因するクランク軸の
振動であるので、クランクプーリ側に発生するものと、
フライホイール側に発生するものとは、独立した別のも
のである。

【０００９】従って、特開平４−３２１８３９号公報の
クランクプーリに取り付けたデュアルモードダンパで
は、フライホイール側のクランク軸の曲げ振動を低減す
ることができないという問題がある。また、クランク軸
のフライホイール側のダイナミックダンパとしては、実
開昭６０−１５２８５５号公報に提案された内燃機関の
フライホイールのような、フライホイールの外周近くに
取り付けた捩じり振動低減用の例が多く見られる。

【００１０】このダイナミックダンパは、フライホイー
ルに直接取り付けるものであるため、取付け後に回転方
向の釣り合いを取ることになるが、ダイナミックダンパ
とフライホイールの芯が完全に一致していないと釣り合
わせの作業ができない。

【００１１】しかし、この芯出し作業は、直径と重量が
大きいダイナミックダンパを、比較的柔軟な変形しやす
い弾性体を介して取り付けるため、取付け時の人為的な
押し付け力等により、弾性体が変形するので、慣性マス
（ダンパマス）を正確に芯出しして取り付けることが難
しいという問題がある。

【００１２】この取付けを改善するために、実公平６−
４０９９２号公報のエンジンのフライホイール装置が提
案されているが、このダイナミックダンパにおいても、
クランク軸後端部が曲げ振動を起こす高速回転時では、
一般にフライホイールは、端部が波打つような弾性変形
を起こし、複雑な振動挙動を示すので、そのため、その
ような部位にリング状の慣性マスを設けても、クランク
軸のフライホイール側の端部の曲げ振動防止に関する十
分な効果を得られないという問題がある。

【００１３】また、この種のフライホイール外周側に慣
性マスを取り付けるダイナミックダンパでは、回転方向
の慣性質量が大きくなってしまい、エンジンの加速性能
を悪化させるという問題がある。

【００１４】そして、従来技術の手動変速機（ＭＴ：マ
ニュアル・トランスミッション）装着車では、図８に示
すように、フライホイール50に直接クラッチディスク71
とクラッチカバー72が取付けボルト93で取付けられてお
り、フライホイール50がクラッチ70の一部として働くた
めに、この部分には、空間的な余裕が設けられず、この
部分に曲げ振動低減用のダイナミックダンパを配設する
試みはなされて来なかった。

【００１５】一方、自動変速機（ＡＴ：オートマチック
・トランスミッション）装着車では、フライホイールと
トルクコンバーターの間に空間的余裕があり、この空間
に何らかの振動低減装置を装着することは十分可能であ
るように思われるが、現在までの所、曲げ振動低減用の
装置を取り付けたクランク軸構造は見当たらない。

【００１６】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたもので、その目的は、エンジンのクランク軸に対
する芯出し及び取付けが容易で、エンジンの加速性能を
大きく損なうことがなく、クランク軸のフライホイール
側の曲げ振動を低減できるクランク軸構造を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのクランク軸構造は、エンジンのクランク軸に
設けたフライホイールのボス部の端部に、該クランク軸
の曲げ振動を防止するためのダイナミックダンパを配設
したことを特徴とする。

【００１８】また、エンジンのクランク軸にフライホイ
ールと、自動変速機のトルクコンバーターに接合される
フレキシブルプレートを設けたクランク軸構造におい
て、前記フライホイールのボス部の端部に、該クランク
軸の曲げ振動を防止するためのダイナミックダンパを配
設したことを特徴とする。そして、更に、前記ダイナミ
ックダンパの固定プレートと前記フライホイールの前記
ボス部とを、同一の取付けボルトで、共に該クランク軸
の端部に取り付けて構成する。

【００１９】この曲げ振動を防止するためのダイナミッ
クダンパ（動的吸振器）は、固定プレートに円筒状のゴ
ム等の弾性体のダンパと慣性マスを配設して形成される
装置であり、この装置の副振動系の固有振動数をクラン
ク軸の主振動系の振動数に対応させて調整して、ダンパ
と慣性マスを構成し、この調整された固有振動数を持つ
ダイナミックダンパを主振動系に取り付けることによ
り、主振動系の振動を低減するというものである。

【００２０】本発明に係るダイナミックダンパでは、ク
ランク軸のフライホイール側の曲げ振動が大きくなる周
波数に合わせて、曲げ振動が小さくなるように、このダ
イナミックダンパの固有振動数を選び、この固有振動数
になるように、計算や実験で慣性マスの大きさ、形状、
及び弾性体のばね定数を選択する。

【００２１】また、このダイナミックダンパの固定プレ
ートを、クランク軸の端部とフライホイールのボス部と
の間に挟んで同一の取付けボルトでクランク軸の端部に
取り付ける。あるいは、固定プレートとフライホイール
のボス部の位置関係を逆にして、クランク軸の端部、フ
ライホイールのボス部、固定プレートの順に配置して、
同一の取付けボルトでクランク軸の端部に取り付ける。

【００２２】以上の構成によれば、エンジンのクランク
軸のフライホイール側に設けた曲げ振動低減用のダイナ
ミックダンパが、クランク軸のフライホイール側に発生
する曲げ振動を抑制する。そのため、この曲げ振動によ
って生じる車内騒音も低減する。

【００２３】また、曲げ振動低減用のダイナミックダン
パの固定プレートを取り付けるボルトをクランク軸の端
部に直接螺合する構造にしているので、取付けの際の芯
出し等の位置決めや取付け作業が容易となる。そして、
このダイナミックダンパの取付けに際しては、フライホ
イールのフランジ部の肉厚を多少薄くする程度の設計変
更で実現できるので、他の部品の設計変更を行なわなく
て済む。

【００２４】そして、この曲げ振動低減用のダイナミッ
クダンパの場合には、フライホイール外周部に取り付け
る捩じり振動防止用のダイナミックダンパとは異なり、
クランク軸の径方向に関して近い位置に、つまり、フラ
イホイールのボス部の近傍に、慣性マスが配置されるの
で、回転方向の慣性質量が大きくならず、エンジンの加
速性能も大きく損なわれることない。

【００２５】この構成は、手動変速機（ＭＴ）用の駆動
力伝達機構のエンジンのクランク軸に適用することもで
きるが、曲げ振動低減用のダイナミックダンパを網得る
空間の確保が難しい。一方、自動変速機（ＡＴ）用の駆
動力伝達機構のエンジンの場合には、この取付け空間が
確保し易いので、容易に適用できる。

【００２６】つまり、この自動変速機用の駆動力伝達機
構を装備するエンジンのクランク軸においては、クラン
ク軸のフライホイール側の端部にフライホイール、フレ
キシブルプレート及びトルクコンバーターからなる駆動
力伝達機構を備えているので、フライホイールとフレキ
シブルプレートとの間に空間を有するものが多く、この
曲げ振動低減用のダイナミックダンパを取り付ける空間
を確保し易い。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。本発明の実施の形態のクラ
ンク軸構造は、図１〜図３に示すように、クランク軸30
と、このクランク軸30の出力用フランジ部35に設けられ
るフライホイール50と、曲げ振動低減用のダイナミック
ダンパ20を有して構成される。

【００２８】このクランク軸30は、図６に示すように、
ジャーナル31、クランクピン32、バランスウエイト33、
アーム34、出力用フランジ部35、補機駆動用軸部36等で
構成され、この補機駆動用軸部36には、図示しないクラ
ンクプーリが取り付けられる。なお、この他に、オイル
穴37や取付け穴39などが形成されている。

【００２９】そして、このクランク軸30のフライホイー
ル50を取付ける側に、このクランク軸30の曲げ振動低減
用のダイナミックダンパ20、20Ａを、フライホイール50
のボス部52の端部53に接して配置されて設けられる。こ
の曲げ振動低減用のダイナミックダンパ20、20Ａは、図
１、図４及び図２に示すように、固定プレート21、21Ａ
に筒状の弾性体であるゴム22、22Ａを介して、同じく筒
状の質量マス23、23Ａを取り付けて構成される。

【００３０】図１と図３と図４は、剪断方向にゴム22を
使用した例であり、このダイナミックダンパ20のばね定
数は、ゴム22の剪断方向ばね定数であるが、図２に示す
ように、圧縮方向にゴム22Ａを使用して、ゴム22Ａの圧
縮方向の固有値を使うようにダイナミックダンパ20Ａを
作ることもできる。

【００３１】そして、この曲げ振動低減用のダイナミッ
クダンパ20、20Ａの取付けは、図１〜図３に示すよう
に、固定プレート21、21Ａを、クランク軸30の端部38と
フライホイール50のボス部52の端部53との間に挟んで、
同一の取付けボルト91をクランク軸30の端部38の雌ネジ
部39に螺合して行なう。

【００３２】あるいは、図示していないが、フライホイ
ール50の向きを入れ換えて、固定プレート21、21Ａとフ
ライホイール50の位置関係を逆にして、クランク軸30の
端部38、フライホイール50のボス部52、固定プレート2
1、21Ａの順に配置して、同一の取付けボルト91でクラ
ンク軸30の端部38に取り付けることもできる。この場合
には、フライホイール50とトルクコンバーター80に接続
するフレキシブルプレート81とが接触しないように、フ
ライホイール50の形状を変形する必要がある。

【００３３】いずれにしても、ダイナミックダンパ20、
20Ａの固定プレート21、21Ａは、フライホイール50の取
付け孔59を挿通する取付けボルト91で、フライホイール
50のボス部52の端部53に接して取り付けられることにな
る。つまり、フライホイール50にボルトで取り付けず
に、クランク軸30の端部38へ取付けボルト91を直付けし
て取り付ける。

【００３４】また、図３に示すように、フレキシブルプ
レート81は、取付けボルト92により自動変換機（ＡＴ）
用の駆動力伝達機構のトルクコンバーター80に接続され
る以上の構成のクランク軸構造によれば、エンジンのク
ランク軸30のフライホイール50側に曲げ振動低減用のダ
イナミックダンパ20、20Ａを設けたので、クランク軸30
のフライホイール50側に発生する曲げ振動を低減でき、
この曲げ振動によって生じる車内騒音も低減できる。

【００３５】また、このダイナミックダンパ20、20Ａの
取付けを、取付けボルト91をクランク軸30の端部38に螺
合して行なうので、取付けの際の芯出し等の位置決めや
取付け作業を容易なものとすることができる。そして、
このダイナミックダンパ20、20Ａの取付けは、フライホ
イール50のボス部52の肉厚を多少薄くする程度の設計変
更で実現できるので、他の部品の設計変更を行なわなく
て済む。

【００３６】さらに、このフライホイール50の外周部に
取り付けるダイナミックダンパとは異なり、曲げ振動防
止のダイナミックダンパ20、20Ａの場合には、クランク
軸30の径方向に関して、軸中心に近い位置に慣性マス2
3、23Ａが配置されるので、回転方向の慣性質量が大き
くならず、エンジンの加速性能が大きく損なわれること
がない。

【００３７】〔計算結果〕本発明に係るクランク軸構造
を、直列４気筒、排気量２９９９ｃｃの自動車用エンジ
ンに適用した場合の計算結果を図５に示す。この計算
は、負荷５０Ｎｍの運転状態において、エンジン回転速
度を変化させた場合のＮＯ．５ジャナール部の静止座標
系横方向の振動加速度の回転７次成分を示したものであ
る。

【００３８】この計算結果によれば、曲げ振動低減用の
ダイナミックダンパ20を設けない場合の曲線Ａに対し
て、設けた場合は曲線Ｂとなり、斜線部分Ｅで示す減衰
効果が有ることが確認された。

【００３９】つまり、この図５によれば、本発明に係る
クランク軸構造を採用した場合には、エンジン回転速度
が３０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの範囲で、加速度振
幅が約３０％程低減されていることが分かる。ちなみ
に、本発明に係る曲げ振動低減用のダイナミックダンパ
20の付加に伴うクランク軸系の重量増加は２ｋｇであっ
た。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクランク
軸構造によれば、エンジンのクランク軸のフライホイー
ル側に曲げ振動低減用のダイナミックダンパを設けたの
で、クランク軸のフライホイール側に発生する曲げ振動
を低減できる。その結果、この曲げ振動によって生じる
車内騒音も低減できる。

【００４１】また、このダイナミックダンパをフライホ
イールの外周部や側面に取り付けることなく、フライホ
イールのボス部の端部に配設し、ダイナミックダンパの
固定プレートをフライホイールのボス部と共に、取付け
ボルトでクランク軸の端部に取り付けるので、取付けの
際の芯出しや取付け作業が容易となる。

【００４２】そして、このダイナミックダンパの取付け
に際しては、フライホイールのフランジ部の肉厚を多少
薄くする程度の設計変更で実現できるので、他の部品の
設計変更を行なわなくて済む。

【００４３】さらに、このフライホイール外周部に取り
付けるダイナミックダンパとは異なり、曲げ振動防止の
ダイナミックダンパの場合には、クランク軸の径方向に
関して、軸中心に近い位置に慣性マスが配置されるの
で、回転方向の慣性質量は大きくならないので、エンジ
ンの加速性能を大きく損なうことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る剪断方向にゴムを使用したダイナ
ミックダンパの周辺部分を示すクランク軸構造の部分断
面図である。

【図２】本発明に係る圧縮方向にゴムを使用したダイナ
ミックダンパの周辺部分を示すクランク軸構造の部分断
面図である。

【図３】本発明に係るダイナミックダンパの取付けを示
すクランク軸の端部の分解図である。

【図４】図１のダイナミックダンパを示す図であり、
（ａ）は断面図で、（ｂ）は一部断面を含む側面図であ
る。

【図５】本発明に係る効果を示す計算結果の図である。

【図６】クランク軸の例を示す図である。

【図７】クランク軸系に発生する曲げ振動を説明するた
めの模式図である。

【図８】従来技術の手動変換機用のクランク軸構造のフ
ライホイールとクラッチの取付け状態を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

20、20Ａ 曲げ振動低減用のダイナミックダンパ 21、21Ａ 固定プレート 22、22Ａ ゴム（弾性
体） 23、23Ａ 慣性マス 29 ボルト孔 30 クランク軸 31 ジャーナル 32 クランクピン 33 バランスウエイト 34 アーム 35 出力用フランジ 36 補機駆動軸 37 オイル孔 38 端部 39 雌ネジ部 50 フライホイール 59 取付け孔 52 ボス部 53 端部 70 クラッチ 71 クラッチディスク 72 クラッチカバー 80 トルクコンバータ 81 フレキシブルプレート 91、92、93 取付けボ
ルト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのクランク軸に設けたフライホ
   イールのボス部の端部に、該クランク軸の曲げ振動を防
   止するためのダイナミックダンパを配設したことを特徴
   とするクランク軸構造。
2. 【請求項２】 エンジンのクランク軸にフライホイール
   と、自動変速機のトルクコンバーターに接合されるフレ
   キシブルプレートを設けたクランク軸構造において、前
   記フライホイールのボス部の端部に、該クランク軸の曲
   げ振動を防止するためのダイナミックダンパを配設した
   ことを特徴とするクランク軸構造。
3. 【請求項３】 前記ダイナミックダンパの固定プレート
   と前記フライホイールの前記ボス部とを、同一の取付け
   ボルトで、共に該クランク軸の端部に取り付けたことを
   特徴とする請求項１又は２記載のクランク軸構造。