JP2014035078A - フライホイールのダンピング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的小さい体積及び重量を有しながらも、エンジンフライホイールの慣性力を大幅に増大できるとともに、エンジンで発生する回転振動の低減はもちろんのこと、車両駆動系のＮＶＨ性能を大きく向上させて、静かで安定した車両の運転性及び乗り心地を確保するようにしたフライホイールのダンピング装置を提供する。
【解決手段】本発明は、クランクシャフト（１）に一体連結されたドライブプレート（３）、 前記ドライブプレート（３）から遊星ギア装置ＰＧを介して回転力を受けるように連結され、前記クランクシャフト（１）に対して相対回転可能に設置されたフライホイール（５）、前記ドライブプレート（３）と前記フライホイール（５）の回転力伝達経路上に配置された剛性提供手段（７）、及び、前記フライホイール（５）に備えられ、前記フライホイール（５）に伝達されるエンジンのねじれ振動を相殺する方向に相対回転するように構成された質量体（２１）、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、フライホイールのダンピング装置に係り、より詳しくは、フライホイールの慣性だけではなく剛性の変化によってエンジン及び車両駆動系のＮＶＨ特性を改善するフライホイールのダンピング装置に関する。
一般に、内燃機関においては、ピストンガス圧力の変動によって駆動力の不均衡がいつも発生し、これによりエンジンではねじれ加振力が発生する。よって、エンジンが回転しているうちにはできるだけ一定にエンジンの動力を伝達することが好ましい。
駆動系ＮＶＨの側面で、フライホイールの役目は、慣性モーメントを用いて回転速度を一様にし、エンジンから伝達されるねじれ振動の周波数変動値を下げることにより、駆動系におけるＮＶＨ問題（走行及びアイドルラットルなど）を減らす役目をする。
一方、近年、高性能エンジン（ＧＤＩ、ターボチャージャー、スーパーチャージャー、ツインターボなど適用）が搭載された自動車が競って開発及び市販されており、特に高級車両の弱点である発進感（ダイレクト感）の不足を解決するために低速領域で高トルクエンジンの適用が推進されつつある。
しかし、このようなエンジンの場合、図１のように、エンジンのねじれ加振力の増加と共にラットル及びブーミングなどのＮＶＨ特性が低下し、特に変速機内の変速段ギア対においてねじれ振動量の増大によってラットルによる衝撃及び騷音が更に増える問題がある。
前記のような問題を解決するための従来技術では、図２に示すように、デュアルマスフライホイールに質量体が相対回転可能に設置される。
具体的には、回転フランジ１０の両側部に個別対を成す質量体２１が複数箇所に設置され、質量体２１は回転フランジ１０に対して相対回転可能に設置される。そして、回転フランジ１０には固定ピン３０が取り付けられ、固定ピン３０の両側には質量体２１がそれぞれ固定され、両側の質量体２１が回転フランジ１０に対して同時に相対回転するように構成される。
また、両側の質量体２１と回転フランジ１０の少なくともいずれか一つ以上には回転フランジ１０の回転方向に振子ホールＨが長く形成され、振子ホールＨには回転フランジ１０に結合された振子ローラー４０が嵌め合わされる。質量体２１が振子ホールＨの区間内で相対回転することにより、エンジンから伝達されるねじれ振動を低減することになる。
しかし、回転振動及び車両駆動系のＮＶＨの側面でだけ見れば、フライホイールの慣性力が大きいほど有利であり、フライホイールの慣性力はその重量及び体積によって増加する傾向があるので、フライホイールのサイズ及び重量をなるべく増加させなければならないが、前記のような従来の質量体設置構造は空間不足によって質量体の慣性、フライホイールと質量体の長さ、質量体中心からフライホイール回転軸までの距離などの制約があるため、振動低減の効果を増大させることに限界があった。
特開２００７−１００９０１号公報
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、比較的小さい体積及び重量を有しながらも、エンジンフライホイールの慣性力を大幅に増大できるとともに、クランクシャフトとフライホイール間の剛性を調節することにより、エンジンで発生する回転振動の低減はもちろんのこと、車両駆動系のＮＶＨ性能を大きく向上させて、静かで安定した車両の運転性及び乗り心地を確保するようにしたフライホイールのダンピング装置を提供することにその目的がある。
本発明は、クランクシャフト（１）に一体連結されたドライブプレート（３）、 前記ドライブプレート（３）から遊星ギア装置ＰＧを介して回転力を受けるように連結され、前記クランクシャフト（１）に対して相対回転可能に設置されたフライホイール（５）、前記ドライブプレート（３）と前記フライホイール（５）の回転力伝達経路上に配置された剛性提供手段（７）、及び、前記フライホイール（５）に備えられ、前記フライホイール（５）に伝達されるエンジンのねじれ振動を相殺する方向に相対回転するように構成された質量体（２１）、を含むことを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、前記ドライブプレート（３）に連結される回転要素、前記フライホイール（５）に連結される回転要素、及び回転が拘束される回転要素の三つの回転要素を備え、前記フライホイール（５）に連結される回転要素は前記ドライブプレート（３）に連結される回転要素より増速するように連結されたことを特徴とする。
前記剛性提供手段（７）は、互いに相対回動可能に設置された二つの回転体の相対回動に対して弾性的に伸縮可能に配置された弾性部材（９）を含んでなることを特徴とする。
前記剛性提供手段（７）は、前記弾性部材（９）の両端を支持するために、前記二つの回転体にそれぞれ備えられた支持部（１１）をさらに含んでなることを特徴とする。
前記弾性部材（９）によって弾性力を受けて相対回動できるように設置された二つの回転体の間には、二つの回転体の相対回動をガイドするガイドベアリング（１３）をさらに含むことを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間に設置されることを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記リングギアＲと前記フライホイール（５）の間に設置されることを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間、及び前記リングギアＲと前記フライホイール（５）の間にそれぞれ設置されることを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間に設置されることを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記太陽ギアＳと前記フライホイール（５）の間に設置されることを特徴とする。
前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）とキャリアＣの間、及び前記太陽ギアＳと前記フライホイール（５）の間にそれぞれ設置されることを特徴とする。
前記質量体（２１）及びフライホイール（５）には、前記質量体（２１）が相対回転する方向に向かって振子ホールＨが延設され、前記振子ホールＨに振子ローラー（２３）が移動可能に挿入されることにより、前記質量体（２１）が前記フライホイール（５）に相対回転可能に結合されることを特徴とする。
本発明によれば、比較的小さい体積及び重量を有しながらも、エンジンフライホイールの慣性力を大幅増加させるとともに、クランクシャフトとフライホイール間の剛性を調節することにより、エンジンのクランクシャフトで発生する回転振動の低減はもちろんのこと、車両駆動系のＮＶＨ性能を大幅に向上させて、静かで安定した車両の運転性及び乗り心地を確保できる効果がある。
さらに、フライホイールに伝達されるエンジンの特定振動を質量体の相対回転による振動によって相殺しながらねじれ回転振動を低減することにより、エンジンのねじれ振動を効果的に吸収及び低減できる利点がある。
エンジンの出力によって変動するねじれ加振力を示す図である。 従来技術によるデュアルマスフライホイールに質量体が設置された構成を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第１実施例を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第２実施例を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第３実施例を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第４実施例を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第５実施例を示す図である。 本発明によるフライホイールのダンピング装置の第６実施例を示す図である。 本発明によるダンピング装置において質量体によるねじれ振動低減の原理を説明する図である。
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
図３〜図８に示すように、本発明のフライホイールのダンピング装置は、クランクシャフト１に一体的に連結されたドライブプレート３、ドライブプレート３から遊星ギア装置ＰＧを介して回転力を受けるように連結され、クランクシャフト１に対して相対回転可能に設置されたフライホイール５、ドライブプレート３とフライホイール５の回転力伝達経路上に配置された剛性提供手段７、及びフライホイール５に備えられ、フライホイール５に伝達されるエンジンのねじれ振動を相殺する方向に相対回転するように構成された質量体２１、を含んでなる。
すなわち、クランクシャフト１から伝達された回転力を遊星ギア装置ＰＧで増速してフライホイール５に伝達できる構成により、フライホイール５が増大した慣性をクランクシャフト１に提供するとともに、ドライブプレート３とフライホイール５の回転力伝達経路上に配置された剛性提供手段７によってクランクシャフト１とフライホイール５の間の剛性をエンジン及び車両駆動系のＮＶＨ性能に最適化した状態で提供するものである。
特に、フライホイール５の回転速度が増速するにつれてフライホイール５の慣性が増大するので、フライホイール５に設置された質量体２１も回転速度及び慣性が増大する。この際、質量体２１によるエンジンのねじれ振動の相殺作用を一層効果的に提供することができる。
遊星ギア装置ＰＧは、ドライブプレート３に連結される回転要素、フライホイール５に連結される回転要素、及び回転が拘束される回転要素の三つの回転要素を備え、フライホイール５に連結される回転要素はドライブプレート３に連結される回転要素に対して増速するように連結された構造である。
すなわち、図３〜図５の第１実施例〜第３実施例において、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、リングギアＲがフライホイール５に連結され、太陽ギアＳが固定され、キャリアＣに入力された動力がリングギアＲによって増速されるので、ドライブプレート３を介して供給された動力によってフライホイール５が増速して回転しながら増加した慣性力をクランクシャフト１に提供するようにしたものである。
また、図６〜図８の第４実施例〜第６実施例において、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣはドライブプレート３に連結され、太陽ギアＳがフライホイール５に連結され、リングギアＲが固定され、キャリアＣに入力された動力が太陽ギアＳによって増速するので、ドライブプレート３を介して供給された動力によってフライホイール５が増速して回転しながら増加した慣性力を提供するようにしたものである。
剛性提供手段７は、ドライブプレート３とフライホイール５の回転力伝達経路上に、互いに相対回動可能に設置された二つの回転体の相対回動に対して弾性的に伸縮可能に配置された弾性部材９を含む。
すなわち、剛性提供手段７は、ドライブプレート３からフライホイール５に至る回転力伝達経路上の回転体の中で、回転力伝達経路上に互いに隣接した二つの回転体を相対回動可能に配置し、これらの間に弾性部材９が介在するように構成する。
もちろん、剛性提供手段７は弾性部材９の両端を支持するように二つの回転体にそれぞれ支持部１１を備えることが好ましく、図３〜図８の実施例においては、それぞれ相対する二つの回転体において半径方向の内側と外側に突出する形状の支持部１１が弾性部材９であるコイルスプリングの両端を支持する構成とした。 一方、弾性部材９によって弾性力を受けて相対回動できるように設置された二つの回転体の間には二つの回転体の相対回動をガイドするガイドベアリング１３がさらに備えられ、二つの回転体間の円滑な相対回動をガイドしている。
ここで、図３〜図８の各実施例の構成をより詳細に説明する。
図３の第１実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、リングギアＲがフライホイール５に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７はドライブプレート３とキャリアＣの間に設置されたものである。
図４の第２実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、リングギアＲがフライホイール５に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７はリングギアＲとフライホイール５の間に設置されたものである。
図５の第３実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、リングギアＲがフライホイール５に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７はドライブプレート３とキャリアＣの間、及びリングギアＲとフライホイール５の間にそれぞれ設置されたものである。
図６の第４実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、太陽ギアＳがフライホイール５に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７はドライブプレート３とキャリアＣの間に設置されたものである。
図７の第５実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、太陽ギアＳがフライホイール５に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７は太陽ギアＳとフライホイール５の間に設置されたものである。
図８の第６実施例は、遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣがドライブプレート３に連結され、太陽ギアＳがフライホイール５に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、剛性提供手段７はドライブプレート３とキャリアＣの間、及び太陽ギアＳとフライホイール５の間にそれぞれ設置されたものである。
参考として、図３〜図５において、太陽ギアＳは第１支持ベアリング１５を介してクランクシャフト１の外側に装着されて、クランクシャフト１の相対回転を許容しながらエンジンブロックなどに安定に固定された状態を維持し、フライホイール５は第２支持ベアリング１７を介して太陽ギアＳの外側に支持されることにより、安定した回転性を保障できる構成としている。
また、図６〜図８において、太陽ギアＳは外側にフライホイール５が一体連結された状態で、内側は第３支持ベアリング１９を介してクランクシャフト１の外側に支持されて、クランクシャフト１に対する相対回転が可能でありながらもその回転が安定支持できる構造としている。
もちろん、第１支持ベアリング１５、第２支持ベアリング１７、第３支持ベアリング１９及びガイドベアリング１３は適切な潤滑性を保障するブッシュなどに取り替えることもできる。
一方、質量体２１及びフライホイール５には、質量体２１が相対回転する方向に向かって振子ホールＨが延設され、振子ホールＨに振子ローラー２３が移動可能に挿入されることにより、質量体２１がフライホイール５に相対回転可能に結合できる。
すなわち、図９に示すように、振子ホールＨが質量体２１はもちろん、フライホイール５にそれぞれ設置され、場合によって振子ホールＨが質量体２１に設置されるかあるいはフライホイール５にだけ設置できる。ここで、振子ホールＨが質量体２１とフライホイール５の両方に設置される場合には、振子ローラー２３の両端部が質量体２１とフライホイール５にそれぞれ挿入され、質量体２１とフライホイール５に形成される振子ホールＨは互いに対向する位置に形成されなければならない。
振子ホールＨは略ハート状に形成できる。この場合、質量体２１に形成された振子ホールＨとフライホイール５に形成された振子ホールＨはのように互いに対向する位置に形成され、振子ホールＨのハート状が互いに反対方向に配向された形状に形成できる。
第１実施例〜第６実施例は共通してエンジンクランクシャフト１からの動力がドライブプレート３を介して遊星ギア装置ＰＧのキャリアＣに供給され、この動力が増速するように太陽ギアＳまたはリングギアＲを固定し、増速した速度でフライホイール５が回転することにより、同一の質量及び体積を考慮すると、従来単にクランクシャフト１に直結されていたフライホイール５に比べ、数倍増加した慣性をクランクシャフト１及び車両の動力伝達系に提供できる。
また、ドライブプレート３とフライホイール５の間の動力伝達経路上に配置された剛性提供手段７は、前記のような作動の際、エンジンと変速機を含む車両動力伝達系に必要な適切な剛性を提供することにより、車両のＮＶＨ性能向上に大きく寄与する。
さらに、遊星ギア装置及び剛性提供手段７を介してフライホイール５から剛性を提供するとともに、エンジンから伝達されるねじれ振動を相殺するように質量体２１がフライホイール５の回転方向に対して相対回転する。
すなわち、フライホイール５にエンジンねじれ振動が伝達されれば、質量体２１はフライホイール５の瞬間的なねじれ振動が発生する回転方向と反対方向に相対回転するように動くことになる。この際、振子ローラー２３は、質量体２１が相対回転するにつれて、振子ホールＨの区間内で質量体２１の相対回転を案内する役目をするとともに、質量体２１が回転する方向に振子ローラー２３を瞬間的に引くような力を加えることにより、結局フライホイール５の回転方向と反対方向に質量体２１に瞬間的な回転力を加えるようになる。
したがって、フライホイール５に伝達されるエンジンの特定振動が質量体２１の相対回転による振動によって相殺されてねじれ回転振動を一層低減させることになり、フライホイール５に伝達されるねじれ振動は遊星ギア装置及び剛性提供手段７を介して変速機の内部に伝達されて、エンジンのねじれ振動を吸収及び低減して車両動力伝達系に伝達する。
前記のような本発明の実施例は遊星ギア装置ＰＧとその動力伝達経路上に備えられた剛性提供手段７によって、エンジン及び変速機を含む車両動力伝達系の慣性及び剛性を最適状態にチューニングすることにより、より静かで安定した車両駆動状態を具現することができる。
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
本発明は、フライホイールの慣性だけではなく剛性の変化によってエンジン及び車両駆動系のＮＶＨ特性を改善するようにしたフライホイールのダンピング装置に適用可能である。
１ クランクシャフト
３ ドライブプレート
５ フライホイール
７ 剛性提供手段
９ 弾性部材
１１ 支持部
１３ ガイドベアリング
１５ 第１支持ベアリング
１７ 第２支持ベアリング
１９ 第３支持ベアリング
２１ 質量体
２３、４０ 振子ローラー
３０ 固定ピン
ＰＧ 遊星ギア装置
Ｃ キャリア
Ｒ リングギア
Ｓ 太陽ギア
Ｈ 振子ホール

Claims (12)

  1. クランクシャフト（１）に一体連結されたドライブプレート（３）、
    前記ドライブプレート（３）から遊星ギア装置ＰＧを介して回転力を受けるように連結され、前記クランクシャフト（１）に対して相対回転可能に設置されたフライホイール（５）、
    前記ドライブプレート（３）と前記フライホイール（５）の回転力伝達経路上に配置された剛性提供手段（７）、及び、
    前記フライホイール（５）に備えられ、前記フライホイール（５）に伝達されるエンジンのねじれ振動を相殺する方向に相対回転するように構成された質量体（２１）、を含むことを特徴とするフライホイールのダンピング装置。
  2. 前記遊星ギア装置ＰＧは、前記ドライブプレート（３）に連結される回転要素、前記フライホイール（５）に連結される回転要素、及び回転が拘束される回転要素の三つの回転要素を備え、前記フライホイール（５）に連結される回転要素は前記ドライブプレート（３）に連結される回転要素より増速するように連結されたことを特徴とする請求項１に記載のフライホイールのダンピング装置。
  3. 前記剛性提供手段（７）は、互いに相対回動可能に設置された二つの回転体の相対回動に対して弾性的に伸縮可能に配置された弾性部材（９）を含んでなることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  4. 前記剛性提供手段（７）は、前記弾性部材（９）の両端を支持するために、前記二つの回転体にそれぞれ備えられた支持部（１１）をさらに含んでなることを特徴とする請求項３に記載のフライホイールのダンピング装置。
  5. 前記弾性部材（９）によって弾性力を受けて相対回動できるように設置された二つの回転体の間には、二つの回転体の相対回動をガイドするガイドベアリング（１３）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のフライホイールのダンピング装置。
  6. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間に設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  7. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記リングギアＲと前記フライホイール（５）の間に設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  8. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、リングギアＲが前記フライホイール（５）に連結され、太陽ギアＳが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間、及び前記リングギアＲと前記フライホイール（５）の間にそれぞれ設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  9. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）と前記キャリアＣの間に設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  10. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記太陽ギアＳと前記フライホイール（５）の間に設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  11. 前記遊星ギア装置ＰＧは、キャリアＣが前記ドライブプレート（３）に連結され、太陽ギアＳが前記フライホイール（５）に連結され、リングギアＲが回転拘束されるように設置され、
    前記剛性提供手段（７）は、前記ドライブプレート（３）とキャリアＣの間、及び前記太陽ギアＳと前記フライホイール（５）の間にそれぞれ設置されることを特徴とする請求項２に記載のフライホイールのダンピング装置。
  12. 前記質量体（２１）及びフライホイール（５）には、前記質量体（２１）が相対回転する方向に向かって振子ホールＨが延設され、
    前記振子ホールＨに振子ローラー（２３）が移動可能に挿入されることにより、前記質量体（２１）が前記フライホイール（５）に相対回転可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載のフライホイールのダンピング装置。
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