JP2007132253A - 強制空冷エンジン用冷却ファンカバー及び同冷却ファンカバーの防振支持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 強制空冷エンジンに、冷却風を供給するファンのケーシングを形成する冷却ファンカバーの防振支持方法と構造を提供する。
【解決手段】 周縁に設けられた複数の固定用脚部をボルトでシリンダブロックに直接固定する構成の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、シリンダブロックが発する振動に共振し当該ファンカバーが前記脚部を節として振動して騒音等を発生することを防ぐために、前記ファンカバー周縁に軟質防振材を嵌め込んだ冷却ファンカバーの構造であり、前記のファンカバー周縁には軟質防振材の肉厚より若干少ない逃げ代を設けると共に、前記の逃げ代を形成する端面に狭い幅のフランジを持ち、当該端面とフランジが軟質防振材の内部に形成されているＴ字型溝に嵌まり込んで当該軟質防振材を保持し、且つ、振動と圧接による面圧を低減するように構成した強制空冷エンジン用冷却ファンカバー。
【選択図】図１

Description

本発明は、強制空冷エンジンに、冷却風を供給するファンのケーシングを形成する冷却ファンカバーの防振支持方法と構造に関する。

水平に配置したクランク軸の一端に冷却ファンを備え、クランク軸から半径方向に延びるシリンダとその外周の放熱フィンに、当該ファンからの冷風を当ててシリンダを冷却させる強制空冷エンジンにおいて、冷却ファンのケーシングを形成するファンカバーが、エンジンの発する振動に共鳴振動し、当該カバー自体が激しく振動して騒音を発生するだけでなく、近接する機械部品等の緩みや脱落、遂には機械的故障を起こすなど、空冷エンジンの信頼性を損なう問題を抱えていた。

エンジンとの共振を防ぎつつ、冷却ファンカバーをエンジンブロックに装着するための方法の一つは、特許文献１（特許第２６９１４６１号公報）及び、特許文献２（実公昭６１−３３２２４号公報）において示されたように、ファンカバーの周縁部の複数箇所にゴム製グロメットを嵌め込んだボルト穴を設け、当該グロメットの穴を通した複数のボルトによって、当該冷却ファンカバーをシリンダブロックに連接し、弾性支持する方法である。

この方法によれば、ゴム製グロメットの寸法・材質を適正に選択し、ボルトの締め付け力を調整することによって、ファンカバーの固有振動数をエンジンの常用回転速度域より下に外すことができる。しかし、ファンカバー自体は弾性的に支持され、連接されているだけなので、予期せぬ外力により、上下左右に変位する不安定な取り付け方となる。
また、当該ファンカバーの周縁部に、前記ゴム製グロメットを受け入れ得る短筒状絞り穴を複数加工しておく必要があるので、ファンカバーの構造が複雑になる問題があった。

エンジンの発する振動・騒音を増幅することなく、冷却ファンカバーをシリンダブロックに装着する技術に関しては、特許文献３（特許第３６８６２０２号公報）で示されているように、導風ケーシング（ファンカバーと同一の部品）とシリンダブロックの間に合成樹脂成形材を挟圧しつつ、当該ケーシングを複数のボルトで固定する方法がある。
この場合、挟圧される合成樹脂成形材として、弾性及び挟圧代が適当なものが選択されれば、当該導風ケーシングには、抑制されたエンジンの振動・騒音だけが伝達されるので、前記挟圧材の振動減衰能により、共振や共鳴を回避することができる。

問題は、前記の合成樹脂成形材の弾性並びに挟圧代を勘案した、厚さの適当なものが得られるか、また、前記の合成樹脂成形材を、所定の挟圧代でシリンダブロックに圧着するために必要な、当該シリンダブロック前面の精巧な凹部加工等である。
なお、この方法によれば、前記の導風ケーシングは、複数のボルトでシリンダブロックに締め付け固定されるので、装着は確実容易に行い得る。

特許第２６９１４６１号公報（第９図） 実公昭６１−３３２２４号公報（第２図、第４図） 特許第３６８６２０２号公報（図４）

解決しようとする課題の第一は、防振のための支持構造の改良であり、特性調整の容易化である。特許文献１他で公示されたように、ファンカバーにゴム製グロメットをキッチリと嵌め込み、ボルトで抑えるためには、当該グロメットが装着されるファンカバー周縁部の所定の位置に、正確に短筒状絞り穴を加工しておく必要がある。また当該の短筒状絞り穴の口径及び長さについても、ゴム製グロメットの胴径及び溝幅に適合した寸法が要求される等、相当な板金加工技術が必要である。
さらに、前記のファンカバーを当該のシリンダブロックに装着して、所定の防振性能を発揮させるためには、グロメットの寸法のみならず、ゴム硬度や装着用ボルトの締め付け加減を調節する必要があり、関係部品の加工精度のバラツキ如何によっては、厄介な調整を余儀なくされる。
したがって、支持構造が簡単で、防振のための調整が容易なファンカバーの支持方法及び構造を提供する必要があった。

課題の第二は、特許文献１他で提案されたゴム製グロメットを防振材として使用し、その上にファンカバーを浮かせてシリンダブロックに取り付ける方法の不安定性である。即ち、当該ファンカバーはゴム製防振材の上に載っており、通常エンジンの常用回転速度より小さい固有振動数をもっているので、異常な回転反力（例えばエンジン停止による衝撃等）が作用すると、激しく揺動する可能性がある。
また、用途が様々な汎用空冷エンジンにおいては、当該エンジン全体、或いは反出力軸側のファンカバーに、予期せぬ外力がかかることがあるので、前記の装着方法は不具合や損傷の原因となる。
これらの問題を解決するためには、当該ファンカバーをシリンダブロックに固定しながらも、エンジンの通常回転速度においては、共振しない支持方法及び構造を提供する必要があった。

課題の第三は、前出の冷却ファンカバーの周縁部を、複数のボルトでシリンダブロックに締め付け固定しながら、当該ファンカバーの振動を有効に抑制するための、簡単な構造を提供することである。即ち、エンジンの発する振動は、シリンダブロックを経由し当該ファンカバーの固定点に伝達されるので、当該の固定点からファンカバー本体部分に伝達される振動を、緩衝材或いは弾性体によって緩和し、エンジンの通常回転速度には共振しないよう構成する工夫が必要である。
なお、当該の工夫は、関連部品に複雑な加工を必要とせず、且つ当該ファンカバーの固有振動数を、シリンダブロックの振動域より十分上になるよう調整することが容易な構造を持つことも必要である。

上記の課題に対し、本発明は、以下の各手段により課題の解決を図る。
（１）第１の手段は、周縁に設けられた複数の固定用脚部をボルトでシリンダブロックに直接固定する構成の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、シリンダブロックが発する振動に共振し当該ファンカバーが前記脚部を節として振動して騒音等の発生を防ぐために、前記ファンカバー周縁の振動する腹の主要部分に軟質防振材を嵌め込み、当該軟質防振材が対峙するシリンダブロックの表面に圧接するように装着する際に、軟質防振材の装着長さの調節によって当該軟質防振材の弾性と減衰力を調整し、当該ファンカバーの共振域をエンジンの通常運転域より上に外すようにした強制空冷エンジン用冷却ファンカバーの防振支持方法。

（２）第２の手段は、周縁に設けられた複数の固定用脚部をボルトでシリンダブロックに直接固定する構成の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、シリンダブロックが発する振動に共振し当該ファンカバーが前記脚部を節として振動して騒音等を発生することを防ぐために、前記ファンカバー周縁に軟質防振材を嵌め込んだ冷却ファンカバーの構造であり、前記のファンカバー周縁には軟質防振材の肉厚より若干少ない逃げ代を設けると共に、前記の逃げ代を形成する端面に狭い幅のフランジを持ち、当該端面とフランジが軟質防振材の内部に形成されているＴ字型溝に嵌まり込んで当該軟質防振材を保持し、且つ、振動と圧接による面圧を低減するように構成した強制空冷エンジン用冷却ファンカバー。

（３）第３の手段は、上記第２の手段の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、前記軟質防振材は冷却ファンカバー周縁の振動する腹の主要部に設けられた前記逃げ代を持つ端部のフランジに嵌まり込み、自己保持し得るように長円形断面の内部にＴ字型の溝を持った長い軟質型材で、弾性と振動減衰能を持ち、必要に応じて任意の長さに調整できる強制空冷エンジン用冷却ファンカバー。

請求項１に係わる発明は、強制空冷エンジンの冷却ファンカバーをシリンダブロックに確実に装着し、尚且つ、エンジンの通常回転速度域において発生する如何なる振動にも共振をしない、簡単で安定した冷却ファンカバーの装着方法を提供できる。

請求項２に係わる発明は、前記の冷却ファンカバー装着方法を安定的に機能させ、また、当該ファンカバー周縁とシリンダブロックとの隙間を最少に抑え、冷却風の漏れ出しをできるだけ防止するための構造を提供し、且つ又、構造の防振調整についても効果的な手段を提供できる。

請求項３に係わる発明は、前記の冷却ファンカバーの装着に使われる防振材の機能を容易に発揮させる効果を有する。

本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、強制空冷エンジンにおいて、軟質防振材を嵌め込んだ状態の冷却ファンカバーの正面図であり、シリンダブロック側から見たファンカバーの内面を示す。図２は、強制空冷エンジンの側断面図の中に、本発明を適用した冷却ファンカバーを詳細部分も含めて太い実線で示したものである。図３は、図１の冷却ファンカバーをＳ方向から見た底面図である。図４は、同じく冷却ファンカバーをＮ方向から見た側面図である。図５は、同様に冷却ファンカバーをＷ方向から見た側面図である。

図６は、本発明を適用していない冷却ファンカバーが、エンジンに共鳴振動する様態を理解しやすくするために、冷却ファンカバーの一構成部分の振動モデルを示す。図７は、本発明を適用した冷却ファンカバーが振動特性上どのように変わるかを理解しやすくするために、図６と同じ構成部分の振動モデルである。図８は、冷却ファンカバーが、ボルトによって、シリンダブロックへ確実に固定されている部分を示す図２におけるＡ部詳細図である。図９は、本発明による軟質防振材が、冷却ファン周縁部端に嵌め込まれて、防振機能を発揮するように組みつけられた状態の図１におけるＢ部詳細図である。

図２の強制空冷エンジン１０の断面図において、クランク軸１は、シリンダブロック２に嵌め込まれた一対のクランク軸受け3によって、回転自在に把持されている。クランク軸１の一端には、出力軸１ａが設けてあるが、他端の反出力側軸１ｂには、フライホイールを兼用する冷却ファンロータ４が固着されており、その周囲を、ファンケーシングの役割をする冷却ファンカバー５が取り囲み、且つ、図１に示すように複数箇所の固定用脚部５ａと固定ボルト６で、前記のシリンダブロック２に固定されている（詳細Ｂ或いは図８を参照）。
なお、前記冷却ファンカバー５の周縁部の固定用脚部５ａ以外の部分は、若干の隙間を保ってシリンダブロック２と対峙するか、或いは軟質防振材７を挟持して、シリンダブロック２に圧接されている（図９を参照）。８はリコイルスタータカバーを示す。

図１は、本発明の冷却ファンカバー５に、軟質防振材７を全て嵌め込んだ状態の平面図であり、シリンダブロック２側（紙面の手前側）から見た冷却ファンカバー５の内面を示している。仮に、当該ファンカバー５に軟質防振材７を装着せずに、複数のボルト６でシリンダブロック２に固定された場合、強制空冷エンジン１０の振動に共鳴して当該ファンカバー５が大きく振動したとして、その振動の様態を調査しておき、もう一方で、本発明の軟質防振材７を装着し、ボルト６でシリンダブロック２に固定された冷却ファンカバー５の振動の様態を調査し、当該ファンカバー５の固有振動数が、強制空冷エンジン１０の振動数より上に移動することを確認できる。以下に共振を回避する構成を説明する。

そのためには、まず、ボルト６による冷却ファンカバー５の固定点ａ及びｂを外周とし、中央の円形開口の中心を要とする、冷却ファンカバー５の一部である扇形部アの振動を解明する必要がある。
同様に、冷却ファンカバー５の固定点ｂ及びｃを外周とする扇形部イの振動、同じく固定点ｃ及びｄを外周とする扇形部ウの振動、そして冷却ファンカバー５の固定点ｄ及びａを外周とする扇形部エの振動と考究し、最終的に冷却ファンカバー５の共振域前後の振動様態を解明するには、前記の扇形部ア、イ、ウ、エの４部分の振動を合成した振動を論ずれば、当該冷却ファンカバー５全体の共振前後の振動を説明することができる。
従って、図３において、ボルト固定点ａ及びｂを外周とする扇形部アの等価質量Ｗａｂと、図８のボルト固定点ａ及びｂの脚部平板に見込まれる曲げ弾性係数Ｋａ及びＫｂ並びに軟質防振材７の持つ縦弾性係数Ｋ１と減衰能ｄ１等から、図７の振動モデルを考える。

まず、本発明を適用しない冷却ファンカバー５の場合には、図３において、軟質防振材７が抜けていることになるので、その振動モデルは、縦弾性係数Ｋ１と減衰能ｄ１が抜けた図６のようになり、振動モデルの合計弾性が小さく、同じ等価質量Ｗａｂに対して、図７の振動モデルより低い固有振動数を与える。
このことは、図６の振動モデルがエンジンの振動に共振しても、本発明による冷却ファンカバーの一構成部分である扇形部アの振動モデル（図７）の固有振動は、共振領域外で高いところにあり、安定していることを示す。

同様の論法により、図４の冷却ファンカバー５の側面図に示されるボルト固定点ｃ及びｄを外周とする扇形部ウと等価質量Ｗｃｄ、脚部平板の曲げ弾性係数Ｋｃ及びＫｄ並びに軟質防振材７の持つ縦弾性係数Ｋ３と減衰能ｄ３等の作用により、本発明による冷却ファンカバー５の一構成部分である扇形部ウの振動モデル（図７）は、共振域を上に脱して安定していることを示す。
当該ファンカバー５の他の構成部分である扇形部イ（図５に側面を示す）及びエについては、上記の論法をそのまま適用できるので、重ねての説明は省略するが、結果として、ア、イ、ウ、エ等の扇形部の合成振動は、共振域を上に脱して安定したものとなることが結論できる。

冷却ファンカバー５の各構成部分の固有振動数を、共振域よりどの程度上に調整するかの判断は、当該ファンカバー全体の振動である前記の合成振動が最も少なく、且つ、安定する条件を試験的に探り出して決定する。そのためには、軟質防振材７の適用長さと、適用位置を容易に調節できることが重要である。
本発明では、前記の軟質防振材７を一様な断面を持った型材とし、通常の刃物で容易に長さを調節できるようにすると共に、当該ファンカバー周縁部の振動の腹付近に、前記の軟質防振材７が嵌まり込めるような逃げ代ｓ（図９を参照）と狭い幅のフランジ５ｆを設け、当該の軟質防振材７が、前記の逃げ代ｓとフランジの長さの範囲内で、自由に長さを調節できるようにしている。
また、該ファンカバー５の周縁部に設けられる逃げ代ｓの寸法は、軟質防振材７の先端肉厚より若干少なく設定する必要がある。即ち、固定用ボルト６が一杯に締め付けられた際でも、該ファンカバー５の周縁部がシリンダブロック２に接触しない程度の隙間が保たれるのが良い。

図９は、前記の冷却ファンカバー５の周縁部端面に設けられた狭い幅のフランジ５ｆに、Ｔ字型溝７ａを持った軟質防振材７が嵌め込まれ、自己保持したままシリンダブロック２の端面に圧接させられた状態を示す断面図である。この状態においては、軟質防振材７は、当該の冷却ファンカバー５から、狭い幅のフランジ５ｆを経由して圧接力を受けており、Ｔ字型溝７ａの片側頭部には、相当程度の圧縮応力がかかっている。さらに、強制空冷エンジン１０の運転による振動応力が、当該軟質防振材７のＴ字型溝７ａの片側頭部に付加されるので、前記の圧縮応力は相当程度の大きさになる。
したがって、狭い幅のフランジ５ｆの幅寸法並びに軟質防振材７のＴ字型溝７ａの溝幅は、当該軟質防振材７が、冷却ファンカバー５の周縁部端を緊迫しつつ保持するために、妥当な寸法を持たせる必要がある。また、該溝７ａをＴ字形にしたのは、左右対称とすることにより組み付ける際の工程を容易にする効果が期待できる点による。

冷却ファンカバーの周縁部に複数の固定用脚部を設け、脚部の中央の穴を通る複数のボルトを締め付けることによって、当該のファンカバーをシリンダブロックに確実に装着することを特徴とする。なお、固定用脚部は、底の中央部が抜けた鍋状の冷却ファンカバーの周縁部に設けられた、舌のように突出した平板であるから、前記のボルトによって締め付けられても、前記脚部には曲げ弾性が残っており、一対の固定用ボルトの位置を節とする周縁部の振動が可能である。
なお、鍋状のファンカバー本体部分には、周上に配置された固定用ボルトの複数対の間に起きる振動の合成振動が起きると考えられるので、個々のボルト対間の振動を抑制し、当該ファンカバー総体の振動を制御する。

前記ファンカバーのボルト対間の周縁部は、ファンカバーの等価質量と脚部の平板の曲げ弾性のために、当該固定用ボルト位置を節として振動する（図６の振動モデルを参照）が、その腹の主要部に軟質防振材を噛ませて、等価質量のファンカバーを支える弾性及び振動の減衰力を強化してやることにより（図７の本発明の振動モデルを参照）、同じ質量のファンカバーの固有振動数を上昇させてやることによって、結局は、個別の高固有振動を合成した当該ファンカバー総体の固有振動数を上昇させてやることができる。
即ち、当該ファンカバーに軟質防振材を噛ませていないときの固有振動数が、エンジンの常用回転速度の振動数と一致して、ファンカバーが共振することがあったとしても、本発明を適用して、当該の軟質防振材をファンカバーに噛ませてやれば、固有振動数は上昇し、共振は回避されるのである。
また、防振材は、その長さを変えることによって、前記のファンカバーに対する弾性力と振動の減衰力が変えることが可能となる。

本発明では、締め付け固定された前記冷却ファンカバーと、シリンダブロックの間で挟圧される軟質防振材が、当該ファンカバーの周縁部に自己保持されるように、また、圧縮応力及び振動応力の合計が軟質防振材の許容応力を超えないように、当該ファンカバー周縁端の前記防振材が当たる部分に、狭い幅のフランジを設ける。一方、軟質防振材の内部にも、当該のファンカバーの板厚にほぼ等しいＴ字型の溝を設け、当該Ｔ字型溝の頂部片側が、当該ファンカバーの周縁端に設けられた前記の狭い幅のフランジに嵌合し、自己保持するよう構成されている。
また、ファンカバーとシリンダブロックの間の隙間から漏れ出す冷却風を極力少なくするために、軟質防振材が嵌まり込むファンカバー周縁端には、当該防振材の肉厚より若干少ない逃げ代、即ち切り欠きを設けておき、軟質防振材が挟圧されても、当該ファンカバーの一般の周縁部は、シリンダブロックに接触せず、尚且つ、最少の隙間を保てるように逃げ代を設定することもできる。

前記の軟質防振材は、断面が長円状で、内部にファンカバー周縁部板を挟み込むＴ字型の溝を持った長い弾性体であり、振動の減衰能も併せ持ち、必要に応じて通常の刃物で任意の長さに切り揃え得ることも可能である。

本発明を適用した強制空冷エンジンにおいて、軟質防振材を嵌め込んだ状態の冷却ファンカバーの正面図である。 本発明による冷却ファンカバーの取り付け部位を示すエンジンの側断面図である。 図1の冷却ファンカバーをＳの方向から見た底面図である。 図1の冷却ファンカバーをＮの方向から見た上面図である。 図1の冷却ファンカバーをＷの方向から見た側面図である。 本発明を適用しない場合の冷却ファンカバーの一構成部分の振動モデルである。 本発明を適用した場合の冷却ファンカバーの一構成部分の振動モデルである。 冷却ファンカバーが、ボルトによって、シリンダブロックに確実に固定されている部分を示す断面詳細図で,図２のＡ部詳細断面図である。 本発明による軟質防振材が、冷却ファン周縁部端に嵌め込まれて、防振機能を発揮するように組みつけられた状態の断面詳細図で、図２のＢ部詳細断面図ある。

符号の説明

２ シリンダブロック
４ 冷却ファンロータ
５ 冷却ファンカバー
５ａ 固定用脚部
５ｂ 腹
５ｆ フランジ
６ ボルト
７ 軟質防振材
７ａ Ｔ字型溝
１０ 強制空冷エンジン
ｓ 逃げ代

Claims (3)

1. 周縁に設けられた複数の固定用脚部をボルトでシリンダブロックに直接固定する構成の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、シリンダブロックが発する振動に共振し当該ファンカバーが前記脚部を節として振動して騒音等の発生を防ぐために、前記ファンカバー周縁の振動する腹の主要部分に軟質防振材を嵌め込み、当該軟質防振材が対峙するシリンダブロックの表面に圧接するように装着する際に、軟質防振材の装着長さの調節によって当該軟質防振材の弾性と減衰力を調整し、当該ファンカバーの共振域をエンジンの通常運転域より上に外すようにしたことを特徴とする強制空冷エンジン用冷却ファンカバーの防振支持方法。
2. 周縁に設けられた複数の固定用脚部をボルトでシリンダブロックに直接固定する構成の強制空冷エンジン用冷却ファンカバーにおいて、シリンダブロックが発する振動に共振し当該ファンカバーが前記脚部を節として振動して騒音等を発生することを防ぐために、前記ファンカバー周縁に軟質防振材を嵌め込んだ冷却ファンカバーの構造であり、前記のファンカバー周縁には軟質防振材の肉厚より若干少ない逃げ代を設けると共に、前記の逃げ代を形成する端面に狭い幅のフランジを持ち、当該端面とフランジが軟質防振材の内部に形成されているＴ字型溝に嵌まり込んで当該軟質防振材を保持し、且つ、振動と圧接による面圧を低減するように構成したことを特徴とする強制空冷エンジン用冷却ファンカバー。
3. 請求項２において、前記軟質防振材は冷却ファンカバー周縁の振動する腹の主要部に設けられた前記逃げ代を持つ端部のフランジに嵌まり込み、自己保持し得るように長円形断面の内部にＴ字型の溝を持った長い軟質型材で、弾性と振動減衰能を持ち、必要に応じて任意の長さに調整できることを特徴とする強制空冷エンジン用冷却ファンカバー。

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