JP2005083524A - フライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】フライホイールの回転時の振動を抑制することによって、この振動に起因して発生するエンジンマウントの振動を抑制し、騒音を低減させる。
【解決手段】エンジンのクランクシャフト１１に連結されるフライホイール４であって、前記クランクシャフト１１のピストン６との連結部のうち、前記フライホイール４に最も近い気筒のピストン６との連結部とクランクシャフト１１の軸心とを結ぶ線に平行で、かつ前記フライホイール４の回転中心を通る軸を上下軸としたとき、前記フライホイール４の形状を、前記フライホイール４の前記上下軸周りの慣性モーメントＩｚと、前記フライホイール４の回転軸周りの慣性モーメントＩｐとの比Ｉｚ／Ｉｐが略０．４５以下となるように形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いるフライホイールに関し、特に、加速時等の面振れ振動を低減するためのフライホイールの形状に関する。

フライホイールは、低速域でのエンジンの回転むらを防止するためにクランクシャフト端部に装着される。エンジンは各気筒での爆発力をクランクシャフトによって回転力に変換して駆動力としている。このとき、気筒燃焼時に燃焼力がフライホイール倒れモードの加振力となることにより、フライホイール面振れ振動力が発生し、クランクシャフト後端部に曲げ応力が発生する。
この曲げ応力の反力がエンジンブロックに伝わり、さらにエンジンマウントを介して車両のボディを加振する。これが加速時騒音の発生原因となっている。

そこで、この加速時騒音、つまりエンジンマウント振動を抑制するために、フライホイールの曲げ方向の振動を低減するためのダイナミックダンパーを、フライホイールの一方の側面であるエンジン側側面に、周方向全域に渡って装着する構成が特許文献１によって開示されている。
特開平１１−３０２９２号公報

前記曲げ方向振動は、フライホイールがクランクシャフトのフライホイールに最も近い気筒のピストンとコンロッドを介して連結される連結凸部の凸方向と略直交する面内で、軸心を中心として振れる。
したがって、このフライホイールの振れ面に略直交する面、すなわちクランクシャフトの前記凸部分と軸心とを通る方向については、曲げ方向振動が発生しない。そのため、フライホイール面上の、クランクシャフトのフライホイールに最も近い気筒のピストンのコンロッドとの連結部と軸心を通る方向にダイナミックダンパーを配置しても、曲げ方向振動を抑制することはできない。
しかしながら、前記従来技術ではダイナミックダンパーを周方向全域に渡って設けているので、前記曲げ振動方向振動を抑制することができない位置にもダイナミックダンパーが配置されることになり、この前記曲げ方向振動を抑制することができない位置に設けられたダイナミックダンパーは、単にフライホイールの質量を増大させているだけであり、エンジンレスポンスを悪化させていることになる。

そこで本発明は、上記フライホイールの曲げ方向の振動を抑制することによって、エンジンマウント振動を抑制し、騒音を低下させることを目的とする。

本発明は、エンジンのクランクシャフトに連結されるフライホイールであって、前記クランクシャフトのピストンとの連結部のうち、前記フライホイールに最も近い気筒のピストンとの連結部とクランクシャフトの軸心とを結ぶ線に平行で、かつ前記フライホイールの回転中心を通る軸を上下軸としたとき、前記フライホイールの形状を、前記フライホイールの前記上下軸周りの慣性モーメントＩｚと、前記フライホイールの回転軸周りの慣性モーメントＩｐとの比Ｉｚ／Ｉｐが略０．４５以下となるように形成したことを特徴とする。

本発明によれば、フライホイールの上下軸周りの慣性モーメントＩｚと回転軸周りの慣性モーメントＩｐとの比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下とすることで、不必要にフライホイールの質量を増大させることなく、エンジンマウントの振動変位レベルを略０．５ｄＢ低下させること、つまりエンジンマウント振動を抑制することが可能となり、騒音を低下させることが可能となる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は第１実施形態の構成を表す図であり、１０はシリンダブロック、５はシリンダヘッド、１１は気筒内の爆発力を回転運動に変換するクランクシャフト、１２はクランクシャフト１１を回転自由に支持する軸受である。クランクシャフト１１の変速機側端部には円盤形状のフライホイール４がボルト等によって連結される。また、クランクシャフト１１には、各気筒のピストン６とコネクティングロッド７を介して連結される連結凸部（連結部）１３が、クランクシャフト軸心周りに所定角度間隔の位相をもって設けられており、各連結凸部１３は一対のクランクアーム１３ａと、これらの間をつなぐクランクピン１３ｂとで構成される。

エンジン運転時に、クランクシャフト１１には各気筒の爆発力、フライホイール面振れ共振等によって曲げ応力が発生する。このとき、フライホイール４は、フライホイール４に最も近い連結凸部１３を含む面に対して略直角、かつクランクシャフト１１の軸心を含む面内で、軸受１２を支点として曲げ振動を起こそうとする。上記フライホイール４の振動は、図２のようにフライホイール４の上下軸ｚ回りの振動とみなすことができる。

本実施形態では、この振動を抑制するためにフライホイール４に一対の切り込み部２、３が形成されている。なお、図２は図１を上面から見た図を表しており、上下軸ｚとは、フライホイール４の中心を通り、フライホイール４に最も近い連結凸部１３の凸方向と平行な軸である。

次にフライホイール４の形状について、図３（ａ）（ｂ）を参照して詳しく説明する。
図３（ａ）はフライホイール４の変速機側の側面４ｂ、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面を表している。フライホイール４の半径はｒで、エンジン側側面４ａには切り込み部２、３が設けられる。切り込み部２、３は、上下軸ｚに対して互いに対称な形状となっているので、以下は切り込み部２について説明し、切り込み部３についての説明は省略する。

切り込み部２は、上下軸ｚに平行な直線ｚｃとフライホイール４の外周とで囲まれた部分を、図３（ｂ）に示すようにエンジン側側面４ａと平行に、フライホイール４の回転軸方向にｔｃだけ削ったものである。すなわち、切り込み側面２ａと、これに垂直な切り込み端面２ｂとから構成される。

ここで、フライホイール４の上下軸ｚ周りの慣性モーメントＩｚと回転軸ｘ周りの慣性モーメントＩｐとの比Ｉｚ／Ｉｐと加速時のエンジンマウント振動変位レベル（以下、振動変位レベルという）との関係について図４を参照して説明する。

図４は横軸に慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐ、縦軸に振動変位レベルをとったグラフであり、慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐがゼロから増加するに従って振動変位レベルは低下して略０．２付近で最低値となり、その後は慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐの増加と共に振動変位レベルも上昇している。

従来から用いられている薄い円盤型のフライホイールの場合、一般的に各軸周りの慣性モーメントＩｐ、Ｉｙ、Ｉｚは以下のような関係となっている。

Ｉｐ＝Ｉｙ＋Ｉｚ ・・・（１）
なお、フライホイール形状が回転軸に対して軸対称の場合は次式（２）の関係がある。

Ｉｙ≒Ｉｚ ・・・（２）
したがって、従来から用いられている軸対称形状のフライホイールの場合、Ｉｚ／Ｉｐ≒０．５となる。

ここで、フライホイール４の左右軸ｙ上の端部ｙａから直線ｚｃまでの長さを切り込み量ｙｃとし、切り込み量ｙｃと半径ｒとの比を切り込み量比ｙｃ／ｒとする。また、切り込み部２のフライホイール４エンジン側側面からの深さを切り込み深さｔｃとする。
前述した切り込み量ｙｃを変化させた場合の、慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐと切り込み量比ｙｃ／ｒとの関係を図５のグラフに示す。なお、図５はフライホイール４の肉厚を１８ｍｍ、切り込み深さｔｃを８ｍｍとした場合である。

切り込み量比ｙｃ／ｒがゼロの場合は従来のフライホイールと同様であるため、前述したように慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐは略０．５である。そして、切り込み量ｙｃを大きくするに従って、慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐは減少する。

そこで、本実施形態では慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５、つまり切り込み量比ｙｃ／ｒを略０．１５に設定する。これにより振動変位レベルは従来のフライホイールに比べて略０．５ｄＢ程度低下させることが可能となる。

以上により本実施形態では、フライホイール４のエンジン側側面４ａにフライホイール４の左右軸ｙ上の端部ｙａから中心に向けて上下軸ｚに平行、かつ切り込み深さｔｃの切り込み部２、３を設けることによって慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを低減しているので、フライホイール４の質量を不必要に増すことなく、フライホイール４の面振れ振動に起因する振動変位レベルを抑制することができる。

具体的には、例えば、切り込み部２、３の切り込み量ｙｃとフライホイール４の半径ｒとの比である切り込み量比ｙｃ／ｒを略０．１５以上にすることによって慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐは略０．４５以下としているので、振動変位レベルを従来のフライホイールに比べて略５ｄＢ程度低下させることが可能となる。

また、この切り込み部２、３の加工はカッターのみで実現可能であるので、フライホイール４の製造は容易であり、ダンパー等の装置を別途設ける方法に比べてコストの増加を抑えることが可能である。

第２実施形態について図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図６（ａ）はフライホイール４の変速機側の側面４ｂ、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面を表している。

本実施形態では、上下軸ｚ、左右軸ｙに対称、かつフライホイール４の外周と同心状の環状溝（円弧溝）として形成する切り込み部２２、２３を、フライホイール４のエンジン側側面４ａに、フライホイール４の外周面から所定距離だけ内側に位置して設ける。

切り込み部２２、２３は、フライホイール４の上下軸ｚ周りの慣性モーメントＩｚと回転軸周りの慣性モーメントＩｐとの比Iｚ／Ｉｐが略０．４５以下になるという条件を満たすような形状とする。なお、切り込み部２２、２３の断面形状は図６（ｂ）に示したような四角形に限らず、例えば半円状であってもよい。

上記のように環状溝として形成する切り込み部２２、２３を設けて、慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを第１実施形態と同様に略０．４５以下に低減することにより、振動変位レベルを従来のフライホイールに比べて略５ｄＢ程度低下させることが可能となる。

また、切り込み部２２、２３がフライホイール４の外周部分を含まないので、フライホイール４の外周の一部を除去する切り込み部２、３を設ける場合に比べて、スタート時にスタータモータからの入力を伝達・駆動するギヤであるリングギヤをフライホイール４外周面に設けることが容易になる。

以上により本実施形態では、環状溝で構成される切り込み部２２、２３を設けて慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下に低減することで、振動変動レベルを従来のフライホイールに比べて略５ｄＢ程度低下させることができる。

切り込み部２２、２３がフライホイール４の外周部分を含まないので、スタータモータからの入力を伝達・駆動するリングギヤをフライホイール４外周上に設けることが従来と同様に容易である。

第３実施形態について図７〜図９を参照して説明する。

図７は本実施形のフライホイール４のエンジン側側面４ｂ、図８はフライホイール４のＡ−Ａ断面、図９はフライホイール４のＢ−Ｂ断面を表している。

左右軸断面には、図８に示すように、回転軸周りに軸対称にしたフライホイール４の中心軸ｘ付近のエンジン側側面４ａに、前記切り込み部２、３ではなく隆起部１を設ける。
これにより中心部付近の肉厚が外周付近に比べて厚くなり、上下軸周りの慣性モーメントＩｚは低減している。ただし、フライホイール４の軸方向への厚みは、第１、第２の実施形態のものよりも予め薄く設定してある。

なお、隆起部１の形状は鋳造により成型可能な形状であればよく、例えば半球状とする。これにより、切削などの加工工程が必要なくなるのでコストの増加を抑えることができ、また、設計自由度が高くなるという利点もある。

各軸周りの慣性モーメントＩｐ、Ｉｙ、Ｉｚには、前述した式（１）の関係が成り立つので、上下軸周りの慣性モーメントＩｚが減少することによって、回転軸周りの慣性モーメントＩｐも減少することになる。

しかしながら、上下軸周りの慣性モーメントＩｚと共に回転軸周りの慣性モーメントＩｐが減少してしまうと、上下軸周りの慣性モーメントＩｚの減少による慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐの減少の割合が小さくなる。また、回転軸周りの慣性モーメントＩｐはトルク伝達のために所定の大きさである必要がある。

そこで、上下軸周りの慣性モーメントＩｚが減少した分だけ左右軸周りの慣性モーメントＩｙを増加させて、回転軸周りの慣性モーメントＩｐをほぼ変化させないこととした。
具体的には、図９に示すように、フライホイール４の外周部付近に対称的に隆起部２ａ、２ｂを設けて、外周部付近の肉厚を中心部付近に比べて相対的に厚くする。隆起部２ａ、２ｂの形状も隆起部１と同様に鋳造により成型可能な形状とする。

上記のように形成する隆起部１、２ａ、２ｂの大きさは、慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐが略０．４５以下になるように設定する。これにより、第１、２実施形態と同様に振動変位レベルを従来型に比べて略０．５ｄＢ程度低下させることができる。

以上により本実施形態では、フライホイール４のエンジン側側面４ａに隆起部１、２を設けて、上下軸断面、左右軸断面を異なる形状とすることによって慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下に低減させるので、第１、２実施形態と同様に振動変位レベルを従来型に比べて略０．５ｄＢ程度低下させることができる。

隆起部１、２を鋳造により成型するので、加工工程を削減してコストの増加を防止することができ、また、設計自由度が高くなる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、車両用エンジン等に適用することにより、エンジンマウントの振動変位レベルを低下させることができる。

第１実施形態の構成を表す図である。 フライホイールの曲げ振動を説明するための図である。 （ａ）は第１実施形態のフライホイールを変速機側から見た図である。（ｂ）は（ａ）の左右軸断面図である。 慣性モーメント比とエンジンマウント振動変位レベルとの関係を表す図である。 切り込み量と慣性モーメント比との関係を表す図である。 （ａ）は第２実施形態のフライホイールを変速機側から見た図である。（ｂ）は（ａ）の左右軸断面図である。 第３実施形態のフライホイールを変速機側から見た図である。 （ａ）の左右軸断面図である。 （ａ）の上下軸断面図である。

符号の説明

２、３ 切り込み部
４ フライホイール
５ シリンダヘッド
６ ピストン
７ コネクティングロッド
１０ シリンダブロック
１１ クランクシャフト
１２ 軸受
１３ 連結部
１３ａ クランクアーム
１３ｂ クランクピン
２２、２３ 環状切り込み

Claims (6)

1. エンジンのクランクシャフトに連結されるフライホイールであって、
   前記クランクシャフトのピストンとの連結部のうち、前記フライホイールに最も近い気筒のピストンとの連結部とクランクシャフトの軸心とを結ぶ線に平行で、かつ前記フライホイールの回転中心を通る軸を上下軸としたとき、
   前記フライホイールの形状を、前記フライホイールの前記上下軸周りの慣性モーメントＩｚと、前記フライホイールの回転軸周りの慣性モーメントＩｐとの比Ｉｚ／Ｉｐが略０．４５以下となるように形成したことを特徴とするフライホイール。
2. 前記フライホイールをその回転軸に対して非軸対称の形状にして、前記慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下にする請求項１に記載のフライホイール。
3. 前記回転軸に対して軸対称形状のフライホイールのエンジン側側面に、前記上下軸に略直交する左右軸上の前記フライホイール外周との２つの交点から、前記フライホイールの回転中心に向かって、前記上下軸に略平行な一対の切り込み部を対称的に設けることによって前記回転軸に対して非軸対称形状とした請求項２に記載のフライホイール。
4. 前記切り込み部は、前記フライホイールの半径ｒと、前記左右軸上の前記フライホイール外周との交点から、前記切り込み部の前記上下軸に平行な壁面までの距離ｙとの比ｙ／ｒが、略０．１５以上となる範囲に設けて、前記慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下にする請求項２に記載のフライホイール。
5. 前記回転軸に対して軸対称形状のフライホイールのエンジン側側面に、前記フライホイールと同心状、かつ、前記上下軸に対して略対称である一対の環状溝を設けて、前記慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下にする請求項２に記載のフライホイール。
6. 前記回転軸に対して軸対称形状のフライホイールのエンジン側側面の回転中心付近、かつ前記左右軸上に、前記上下軸に対して略対称な第１の隆起部と、
   前記エンジン側側面の外周部付近、かつ前記上下軸上に、前記左右軸に対して略対称な一対の第２の隆起部と、を設けて前記慣性モーメント比Ｉｚ／Ｉｐを略０．４５以下にする請求項２に記載のフライホイール。
   

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