JP2001343047A - フライホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの出力軸の１回転当たりの変動トル
クの変化に応じて慣性モーメントが変化するフライホイ
ールを提供する。 【解決手段】 シリンダブロック２にエンジン１の出力
軸４と同芯的に固設されその出力軸４が貫通される穴７
を有する固定ギヤ５と、該固定ギヤ５の穴７を貫通した
出力軸４に取り付けられたフライホイール本体８と、該
フライホイール本体８に軸支され上記固定ギヤ５に噛合
する複数の従動ギヤ１０と、該従動ギヤ１０に設けられ
たアンバランスウェイト１１とを備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの出力軸
の１回転当たりの変動トルクの変化に応じて慣性モーメ
ントが変化するフライホイールに関する。

【０００２】

【従来の技術】レシプロエンジンやロータリーエンジン
等の間欠爆発エンジンにおいては、ガス爆発力が間欠的
であることから、クランク軸が１回転する間に回転トル
クが大きく変動する。すなわち、クランク軸は、微視的
には１回転する間に回転速度（角速度）が大きく変動す
る。そこで、クランク軸の端部に慣性モーメントの大き
なフライホイールを取り付け、変動するエネルギーを一
時的に蓄えたり放出したりして、クランク軸の回転速度
の円滑化を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クランク軸
に発生する回転変動をより低減しようとすると、フライ
ホイールにより大きな慣性モーメントを負荷しなければ
ならなくなる。しかし、フライホイールに大きな慣性モ
ーメントを持たせると、必然的にフライホイールの重量
増と大型化に繋がってしまい、燃費の悪化や予期せぬフ
ライホイールの振動の発生等を招く。また、エンジンル
ームのスペース的な限界から、フライホイールの大型化
が困難な場合も多い。

【０００４】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、エンジンの出力軸の１回転当たりの変動トルク
の変化に応じて慣性モーメントが変化するフライホイー
ルを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、シリンダブロックにエンジンの出力軸と同芯的
に固設されその出力軸が貫通される穴を有する固定ギヤ
と、該固定ギヤの穴を貫通した出力軸に取り付けられた
フライホイール本体と、該フライホイール本体に軸支さ
れ上記固定ギヤに噛合する複数の従動ギヤと、該従動ギ
ヤに設けられたアンバランスウェイトとを備えたもので
ある。

【０００６】上記固定ギヤと従動ギヤとは、エンジンの
出力軸の１回転の間の変動トルクが最大のときにアンバ
ランスウェイトがフライホイール本体の径方向外側に位
置すると共に、上記変動トルクが最小のときにアンバラ
ンスウェイトがフライホイール本体の径方向内側に位置
するように、歯数および噛合が設定されている。

【０００７】上記エンジンがｎ気筒、２ｍサイクルの場
合、従動ギヤの歯数：固定ギヤの歯数＝１：ｎ／ｍであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を添付図面に
基いて説明する。

【０００９】図１乃至図３に示すように、エンジン１の
シリンダブロック２の端部３には、エンジン１の出力軸
４（クランク軸）と同芯的に、固定ギヤ５がボルト６に
よって固設されている。固定ギヤ５には、クランク軸４
が貫通される穴７が形成されている。穴７を貫通したク
ランク軸４の端部４ａには、図１に示すように、フライ
ホイール本体８が取り付けられている。フライホイール
本体８は、クランク軸４廻りに回転バランスのとれた円
板からなる。

【００１０】フライホイール本体８のシリンダブロック
２側の面８ａには、図４にも示すように、周方向に等間
隔（90度間隔）を隔てて複数（４本）の軸９が、クラン
ク軸４に対して同芯的に周設されており、各軸９には、
上記固定ギヤ５に噛合する従動ギヤ１０が夫々軸支され
ている。すなわち、フライホイール本体８の面８ａに
は、シリンダブロック２に固設された固定ギヤ５に噛合
する複数（４個）の従動ギヤ１０が軸支されている。な
お、従動ギヤ１０は４個に限らず２個以上であればよ
い。但し、回転バランスがとれるようにフライホイール
本体８に等間隔に配置する必要がある。

【００１１】各従動ギヤ１０には、図１および図４に示
すように、従動ギヤ１０に軸９周りの回転アンバランス
を与えるアンバランスウェイト１１が設けられている。
アンバランスウェイト１１は、従動ギヤ１０の材質（例
えばアルミ）より重い材質（例えば鉄）からなり、軸９
に対して偏心して取り付けられている。また、従動ギヤ
１０に、軸９に対して偏心して穴を形成するか又は肉抜
きをして、その反対側の穴の無い部分又は肉抜きされて
いない部分を、アンバランスウェイト１１としてもよ
い。なお、アンバランスウェイト１１の取付箇所は、図
例のように一箇所に限られない。

【００１２】アンバランスウェイト１１を有する各従動
ギヤ１０およびフライホイール本体８は、クランク軸４
によって一体的に回転されるため、これらがクランク軸
４に対する実質的なフライホイール１２を構成すること
になる。従って、各アンバランスウェイト１１と各従動
ギヤ１０とフライホイール本体８と各軸９との加算重量
が、フライホイール１２として機能する重量に、設定さ
れている。さて、図１および図４に示す構成によれば、
クランク軸４が回転すると、フライホイール本体８がク
ランク軸４と一体的に回転し、各従動ギヤ１０が軸９廻
りに自転すると共に固定ギヤ５の周りを公転する。

【００１３】ここで、各従動ギヤ１０は、その歯数が等
しく且つ固定ギヤ５に対する位相が90度ずつずらされて
おり、図５(a) に示すように一のアンバランスウェイト
１１がフライホイール本体８の径方向外側に位置すると
きに同期して他のアンバランスウェイト１１も径方向外
側に位置し、図５(b) に示すように一のアンバランスウ
ェイト１１がフライホイール本体８の径方向内側に位置
するときに同期して他のアンバランスウェイト１１も径
方向内側に位置するようになっている。

【００１４】これにより、クランク軸４（フライホイー
ル本体８）の回転に伴って、アンバランスウェイト１１
の位置がフライホイール本体８の径方向外側と内側とに
交互に切り替わる。そして、フライホイール１２の慣性
モーメントは、図５(a) に示すようにアンバランスウェ
イト１１がフライホイール本体８の径方向外側に位置す
るとき最大となり、図５(b) に示すようにアンバランス
ウェイト１１が径方向内側に位置するとき最小となり、
図６に示すようにクランク軸４の回転角度に応じて滑ら
かに変動する。

【００１５】ここで、図７に示すように、クランク軸４
の変動トルクが最大のときフライホイール１２の慣性モ
ーメントが最大となり、クランク軸４の変動トルクが最
小のときフライホイール１２の慣性モーメントが最小と
なるように、固定ギヤ５および従動ギヤ１０の歯数・噛
合が設定されている。すなわち、クランク軸４にはエン
ジン１の間欠爆発によって図７に示すような変動トルク
が発生するが、その変動トルクが最大のとき図５(a) に
示すようにアンバランスウェイト１１が径方向外側に位
置し、変動トルクが最小のとき図５(b) に示すようにア
ンバランスウェイト１１が径方向内側に位置するように
設定されている。

【００１６】例えば、ｎ気筒の４サイクルエンジンの場
合、クランク軸４が１回転する間に一般にｎ／２回爆発
が起こり、その回数分だけクランク軸４にトルク変動が
発生する。よって、この場合、フライホイール１２の慣
性モーメントを変化させてトルク変動を緩和するには、
クランク軸４が１回転する間にｎ／２回慣性モーメント
を変化させればよい。これを実現するには、クランク軸
４（フライホイール本体８）が１回転する間に、アンバ
ランスウェイト１１付きの従動ギヤ１０がｎ／２回転す
ればよい。よって、この場合、従動ギヤ１０の歯数：固
定ギヤ５の歯数＝１：ｎ／２に設定するのである。

【００１７】また、ｎ気筒の２サイクルエンジンの場
合、クランク軸４が１回転する間に一般にｎ回爆発が起
こり、その回数分だけクランク軸４にトルク変動が発生
する。よって、この場合、フライホイール１２の慣性モ
ーメントを変化させてトルク変動を緩和するには、クラ
ンク軸４が１回転する間にｎ回慣性モーメントを変化さ
せればよい。これを実現するには、クランク軸４（フラ
イホイール本体８）が１回転する間に、アンバランスウ
ェイト１１付きの従動ギヤ１０がｎ回転すればよい。よ
って、この場合、従動ギヤ１０の歯数：固定ギヤ５の歯
数＝１：ｎに設定するのである。

【００１８】一般的には、エンジンがｎ気筒、２ｍサイ
クルの場合、クランク軸４が１回転する間に一般にｎ／
ｍ回爆発が起こるため、従動ギヤ１０の歯数：固定ギヤ
５の歯数＝１：ｎ／ｍに設定されることになる。また、
図７に示すように、クランク軸４のトルク変動とフライ
ホイール１２の慣性モーメントの変化との位相関係は、
クランク軸４の変動トルクが最大のときフライホイール
１２の慣性モーメントが最大となると共に、クランク軸
４の変動トルクが最小のときフライホイール１２の慣性
モーメントが最小となるように、設定されることは勿論
である。

【００１９】以上の構成からなる本実施形態の作用を述
べる。

【００２０】エンジンが始動されクランク軸４が回転す
ると、例えば４気筒４サイクルエンジンの場合、クラン
ク軸４が１回転する間に一般に２回爆発が起こり、その
回数分だけクランク軸４にトルク変動が発生する。よっ
て、この場合、クランク軸４が１回転する間に、フライ
ホイール１２の慣性モーメントを２回変化させれば、ク
ランク軸４のトルク変動を緩和できる。

【００２１】これを実現するには、クランク軸４（フラ
イホイール本体８）が１回転する間に、アンバランスウ
ェイト１１付きの従動ギヤ１０が２回転すればよい。よ
って、この場合、従動ギヤ１０の歯数：固定ギヤ５の歯
数＝１：２に設定される。また、クランク軸４のトルク
変動とフライホイール１２の慣性モーメントの変化との
位相関係は、図７に示すように、クランク軸４の変動ト
ルクが最大のときフライホイール１２の慣性モーメント
が最大となると共に、クランク軸４の変動トルクが最小
のときフライホイール１２の慣性モーメントが最小とな
るように、設定される。

【００２２】この構成によれば、エンジンの運転中、ク
ランク軸４の変動トルクが最大になるとき、そのエネル
ギが慣性モーメントが最大となったフライホイール１２
に吸収されるため、クランク軸４の回転速度（角速度）
が微視的に増速されるのが抑制される。そして、このと
きフライホイール１２に吸収されたエネルギは、クラン
ク軸４の変動トルクが最小になるとき、慣性モーメント
が最小となったフライホイール１２からクランク軸４に
放出されるため、クランク軸４の回転速度（角速度）が
微視的に減速されるのが抑制される。

【００２３】このように、本実施形態に係るフライホイ
ール１２によれば、クランク軸４の１回転当たりの変動
トルクの大小に応じて慣性モーメントが大小と滑らかに
変化するので、クランク軸４の変動トルクが大きいとき
のエネルギを大きな慣性モーメントで吸収し、その吸収
したエネルギをクランク軸４の変動トルクが小さいとき
に小さな慣性モーメントからクランク軸４に放出するこ
とになり、クランク軸４が１回転する間の微視的な回転
速度（角速度）の変動が積極的に抑制され、クランク軸
４の滑らかな回転を実現できる。

【００２４】かかる効果は、電気的な制御や複雑な装置
を用いることなく、固定ギヤ５と従動ギヤ１０との噛合
およびアンバランスウェイト１１によって機械的に為し
ているので、信頼性が高く低コストで実現できる。ま
た、本実施形態に係るフライホイール１２は、フライホ
イール本体８のシリンダブロック２側の面８ａに従動ギ
ヤ１０を取り付けて構成しているので、図１(b) に示す
ように、ギヤ１０とそのクリアランスの厚さ分だけ軸方
向の寸法が伸びるのみであって、装置全体をコンパクト
に構成でき、狭隘なエンジンルームにも無理なく収容で
きる。

【００２５】また、本実施形態に係るフライホイール１
２によれば、固定ギヤ５と従動ギヤ１０との噛合部がフ
ライホイール本体８によってカバーされるため、安全性
が高い。なお、安全性をより高めるためには、図１(b)
に仮想線で示すようにフライホイール本体８に全従動ギ
ヤ１０を囲繞するような円筒状のカバー１３を取り付け
て、固定ギヤ５と従動ギヤ１０との噛合部を完全に覆う
ようにすることが、望ましい。

【００２６】また、本実施形態に係るフライホイール１
２によれば、フライホイール１２の慣性モーメントを大
・小と変化させてクランク軸４の変動トルクを適宜吸収
・放出することで、積極的にクランク軸４の回転速度
（角速度）の変動の平滑化を図っているため、フライホ
イール１２の重量（フライホイール本体８、従動ギヤ１
０、アンバランスウェイト１１、軸９の重量）を従来タ
イプより大きくしなくとも、クランク軸４の回転速度
（角速度）の変動を劇的に低減できる。

【００２７】よって、フライホイール１２の重量増に伴
う燃費の悪化や予期せぬフライホイール１２の振動の発
生等を未然に回避できる。なお、フライホイール本体８
は、もともとある程度の重量を持っていることから、本
実施形態に係る従動ギヤ１０やアンバランスウェイト１
１等を取り付けても、重量増等の問題は殆ど起こらな
い。よって、実際に製造する上では、これまで用いてき
たフライホイール本体８を大幅に設計変更する必要はな
く、それに従動ギヤ１０やアンバランスウェイト１１等
を取り付けるのみでよい。

【００２８】また、本実施形態に係るフライホイール１
２によれば、上述のようにクランク軸４に生じる微視的
な回転速度（角速度）の変動を積極的に抑制できるた
め、これに伴って、エンジン本体の振動を低減でき、
トランスミッションの歯車で発生する歯打ち音（バッ
クラッシ音）を低減でき、エンジンの回転変動が引き
起こす駆動系の振動を低減できる等の種々の副次的効果
を発揮できる。

【００２９】なお、従来より、クランク軸系にガス爆発
力に起因して発生する回転変動を低減する努力は行われ
てきたが、積極的に低減しようとする本発明の如き機械
的な装置は提案されてこなかった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るフライ
ホイールによれば、エンジンの出力軸の１回転当たりの
変動トルクの変化に応じて慣性モーメントが変化するた
め、出力軸の１回転当たりの微視的な回転速度（角速
度）の変動を積極的に抑制でき、出力軸の滑らかな回転
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るフライホイールの説
明図であり、図１(a) は図１(b) のｂ−ｂ線断面図、図
１(b) はフライホイールの側断面図である。

【図２】上記フライホイールが取り付けられるエンジン
の斜視図である。

【図３】図２の部分拡大図であり、固定ギヤを示す説明
図である。

【図４】上記フライホイールの概要を示す斜視図であ
る。

【図５】上記フライホイールの作動を示す説明図であ
り、図５(a) は慣性モーメント最大時、図５(b) は慣性
モーメント最小時を示す。

【図６】上記フライホイールの慣性モーメントの変動の
様子を示す説明図である。

【図７】上記フライホイールの慣性モーメントの変動と
クランク軸の変動トルクとの関連を示す説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ シリンダブロック ４ 出力軸としてのクランク軸 ５ 固定ギヤ ７ 穴 ８ フライホイール本体 １０ 従動ギヤ １１ アンバランスウェイト １２ フライホイール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックにエンジンの出力軸と
   同芯的に固設されその出力軸が貫通される穴を有する固
   定ギヤと、該固定ギヤの穴を貫通した出力軸に取り付け
   られたフライホイール本体と、該フライホイール本体に
   軸支され上記固定ギヤに噛合する複数の従動ギヤと、該
   従動ギヤに設けられたアンバランスウェイトとを備えた
   ことを特徴とするフライホイール。
2. 【請求項２】 上記固定ギヤと従動ギヤとは、エンジン
   の出力軸の１回転の間の変動トルクが最大のときにアン
   バランスウェイトがフライホイール本体の径方向外側に
   位置すると共に、上記変動トルクが最小のときにアンバ
   ランスウェイトがフライホイール本体の径方向内側に位
   置するように、歯数および噛合が設定されている請求項
   １記載のフライホイール。
3. 【請求項３】 上記エンジンがｎ気筒、２ｍサイクルの
   場合、従動ギヤの歯数：固定ギヤの歯数＝１：ｎ／ｍで
   ある請求項１乃至２記載のフライホイール。