JP2020122564A - フライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制する。【解決手段】クランクシャフト３０の端部３５に設けられるフライホイール５０であって、所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部５１と、フライホイール本体部５１をクランクシャフト３０の端部３５に一体回転可能且つ、軸方向に相対移動可能に連結する板バネ部５２とを備え、板バネ部５２は、クランクシャフト３０の端部３５からフライホイール本体部５１に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能な吸収部５４を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、フライホイールに関し、特に、エンジンのクランクシャフトの端端に設けられるフライホイールに関する。

一般に、エンジンのクランクシャフトの終端部には、クランクシャフトの回転を慣性力によって安定化させるフライホイールが設けられる場合がある。

エンジンが駆動する間、クランクシャフトには、各気筒での爆発力による直線運動を変換して得られる回転方向の力や、クランクピンを回転軸心側に押圧する径方向の力、フライホイールのホワール振動（フライホイールが軸方向に対して直交する面から傾く方向に振動しながら回転する状態：以下、面振れ振動という）を起因とした曲げ応力が作用する。これら径方向の力や面振れ振動を起因とした大きな曲げ応力がクランクシャフトに作用すると、クランクシャフトの寿命に影響を与えたり、クランクシャフトを支持している軸受部に損傷を与えたり、或は、曲げ応力の反力がシリンダブロック等に伝達されることで、騒音等を引き起こしたりする課題がある。

例えば、特許文献１には、フライホイールに最も近いクランクウェブ及びカウンタウェイトに一対のマスを設け、クランクシャフトの終端に作用する曲げ応力を低減することにより、フライホイールの面振れ振動を減衰するようにした技術が開示されている。

また、特許文献２には、フライホイール本体の側面に周方向に凹溝を設けると共に、該凹溝内にバネ部材を介してダンパー質量を収容し、該ダンパー質量の移動により、フライホイールの面振れ振動を減衰するようにした技術が開示されている。

特開平３−２４４８４７号公報 特開平４−１５３３６号公報

ところで、上記特許文献１記載の構造では、クランクウェブ及びカウンタウェイトにマスをそれぞれ設けている。このため、クランク室の容積が必然的に大きくなることで、シリンダブロックやクランクケース等を含めたエンジン本体部の大型化を招く可能性がある。

また、上記特許文献２記載の構造では、ダンパー質量の移動に伴い、ダンパー質量が凹溝の内周面等と干渉する可能性がある。このため、ダンパー質量の移動が規制されることで、減衰効果を十分に得られない可能性がある。

本開示の技術は、フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制することを目的とする。

本開示の技術は、シャフトの端部に設けられるフライホイールであって、所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部と、前記フライホイール本体部を前記シャフトの端部に一体回転可能且つ、軸方向に相対移動可能に連結する連結手段と、を備え、前記連結手段は、前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能な吸収部を有することを特徴とする。

また、前記吸収部が、前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部に向かうに従い拡径する中空円錐台形状の弾性変形可能な板材で形成されていることが好ましい。

また、前記吸収部に、拡径側の周縁から径方向内側に延びる複数の切り込み部が設けられていることが好ましい。

また、前記連結手段が、前記シャフトの端部に固定される支持板部と、該支持板部と前記フライホイール本体部とを軸方向に相対移動可能に締結する締結手段とを備えており、前記吸収部が、前記支持板部と前記フライホイール本体部との間に挟持される弾性部材で形成されていることが好ましい。

また、前記弾性部材が、環状のメッシュ材で形成されていることが好ましい。

本開示の技術によれば、フライホイールの面振れ振動を効果的に抑制することがきる。

第一実施形態に係るフライホイールを備えるエンジンの模式的な部分断面図である。 第一実施形態に係るフライホイールを示す模式的な断面図である。 第一実施形態に係るフライホイールを示す模式的な斜視図である。 第一実施形態に係るフライホイールの作用効果を説明する模式図である。 第二実施形態に係るフライホイールを示す模式的な断面図である。 他の実施形態に係るフライホイールを示す模式的な斜視図である。 他の実施形態に係るフライホイールを示す模式的な断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るフライホイールについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係るフライホイール５０を備えるエンジン１０の模式的な部分断面図である。

図１に示すように、エンジン１０は、例えば、直列４気筒エンジンであって、上側から順に、ヘッドカバー１２、シリンダヘッド１３、シリンダブロック１４、クランクケース１５及び、オイルパン１６を有するエンジン本体部１１を備えている。なお、エンジン１０は、図示例の直列４気筒に限定されず、４気筒以外の直列多気筒、Ｖ型多気筒、水平対向多気筒、或いは、単気筒エンジンであってもよい。

シリンダブロック１４には、複数の気筒Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。また、各気筒Ｃ１〜Ｃ４には、ピストンＰ１〜Ｐ４がそれぞれ往復移動可能に収容されている。ピストンＰ１〜Ｐ４には、ピストンピン２１を介してコネクティングロッド２２の小端部が揺動自在に連結されている。ピストンＰ１〜Ｐ４の頂面と、気筒Ｃ１〜Ｃ４の内周面と、シリンダヘッド１３の下面とにより燃焼室が区画形成されている。

シリンダヘッド１３には、燃焼室内に燃料を直噴するインジェクタＪ１〜Ｊ４がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室に新気を導入する不図示の吸気ポートや、燃焼室から排気を導出する不図示の排気ポートが設けられている。なお、エンジン１０は、図示例の直噴式エンジンに限定されず、予混合式エンジンであってもよい。

エンジン１０は、シリンダブロック１４とクランクケース１５との間に回転可能に支持されたクランクシャフト３０を備えている。

より詳しくは、クランクシャフト３０は、コネクティングロッド２２がそれぞれ揺動自在に連結された複数のクランクピン３１と、シリンダブロック１４とクランクケース１５との間に不図示の軸受等を介して支持されたクランクジャーナル３２と、各クランクピン３１と各クランクジャーナル３２とを接続する複数のクランクウェブ３３と、クランクウェブ３３に対して、クランクシャフト３０の回転軸心を挟んで対向する複数のカウンタウェイト３４とを備えている。

ピストンＰ１〜Ｐ４が燃焼室内の爆発力によりシリンダＣ１〜Ｃ４内を往復運動すると、この往復運動がコネクティングロッド２２からクランクピン３１に伝達されて回転運動に変換され、クランクシャフト３０がクランクジャーナル３２を軸心に回転するようになっている。

クランクシャフト３０の終端部３５（端部）には、クランクシャフト３０の回転を慣性力によって安定化させつつ、クランクシャフト３０の回転力を不図示の変速機等に伝達するクラッチ装置の一部として機能するフライホイール５０が設けられている。なお、フライホイール５０は、クラッチ装置以外の他の装置を構成するものでもよく、或は、単体として設けられてもよい。

以下、第一実施形態に係るフライホイール５０の詳細について説明する。

図２は、第一実施形態に係るフライホイール５０を示す模式的な断面図であり、図３は、第一実施形態に係るフライホイール５０を示す模式的な斜視図である。

図２に示すように、フライホイール５０は、所定の質量を有するフライホイール本体部５１と、フライホイール本体部５１をクランクシャフト３０の終端部３５に一体回転可能、且つ、軸方向に相対移動可能に連結する板バネ部５２（連結手段の一例）とを備えている。

フライホイール本体部５１は、クランクシャフト３０の終端部３５よりも大径の円盤状に形成されている。板バネ部５２は、弾性変形可能な例えば鉄板材等で全体として略中空円錐台形状に形成されている。具体的には、板バネ部５２は、クランクシャフト３０側の円板部５３と、円板部５３からフライホイール本体部５１に向かうに従い拡径する振動吸収部５４（吸収部）と、振動吸収部５４の大径側の周縁に設けられたフランジ部５５とを一体的に備えている。なお、円板部５３、振動吸収部５４及び、フランジ部５５は、それぞれ別体に構成されてもよい。

円板部５３は、複数のボルトＢ１によってクランクシャフト３０の終端部３５に一体回転可能に締結固定されている。フランジ部５５は、複数のボルトＢ２によって周方向の複数個所をフライホイール本体部５１のエンジン１０側の側面に一体回転可能に締結固定されている。なお、これらの固定手法はボルト締結に限定されず、溶接等で接合固定してもよい。

振動吸収部５４は、図３に示すように、略中空円錐台形状に形成されており、クランクシャフト３０の軸方向に対するねじり方向の剛性が、クランクシャフト３０の軸方向に対する曲げ方向の剛性よりも強くなるように設定されている。すなわち、振動吸収部５４は、クランクシャフト３０（図２参照）の回転力をフライホイール本体５１に効果的に伝達しつつ、クランクシャフト３０から曲げ応力等を起因とした面振れ方向の力が入力されると、曲げ方向に適宜に弾性変形するように構成されている。

以上のように構成された第一実施形態に係るフライホイール５０の作用効果を図４に基づいて説明する。

図４に示すように、フライホイール５０に最も近い気筒Ｃ４のピストンＰ４が圧縮上死点付近に位置する状態で、気筒Ｃ４の爆発が行われると、コネクティングロッド２２を介してクランクピン３１に図中矢印Ｆで示す力が作用することで、クランクピン３１及びクランクウェブ３３には、クランクシャフト３０を図中破線Ｘ１で示すように変形させる曲げ応力Ｍ１が作用する。また、クランクシャフト３０の終端部３５には、フライホイール５０を図中破線Ｘ２で示すように面振れ振動させようとする面振れ方向（略径方向）の力Ｍ２が作用する。

本実施形態において、フライホイール５０のフライホイール本体部５１は、軸方向に弾性変形可能な中空円錐台形状の振動吸収部５４を含む板バネ部５２を介してクランクシャフト３０に連結固定されている。すなわち、クランクシャフト３０の終端部３５に作用する面振れ方向の力Ｍ２に対して、板バネ部５２の振動吸収部５４が適宜に弾性変形することで、当該面振れ方向の力Ｍ２を効果的に吸収又は減衰できるように構成されている。

これにより、フライホイール本体部５１の面振れ振動が確実に抑止され、さらには、面振れ振動等を起因としたクランクシャフト３０の曲げ応力も確実に低減されるようになり、クランクシャフト３０の破損等（例えば、フライホイール５０に最も近いクランクウェブ３３とクランクジャーナル３２との境界部位Ａの破断や、クランクウェブ３３とクランクピン３１との境界部位Ｂの破断等）を効果的に抑制することが可能になる。また、フライホイール本体部５１の面振れ振動が抑止されることで、当該振動を起因とした騒音等も効果的に低減することが可能になる。

［第二実施形態］
図５は、第二実施形態に係るフライホイール６０を示す模式的な断面図である。

図５に示すように、第二実施形態のフライホイール６０は、クランクシャフト３０の終端部３５側から順に、支持板部６２（連結手段の一部）と、振動吸収部６３と、所定の質量を有するフライホイール本体部６１とを備えて構成されている。

支持板部６２は、クランクシャフト３０の終端部３５よりも大径の円盤状に形成されている。支持板部６２は、複数のボルトＢ１によってクランクシャフト３０の終端部３５に一体回転可能に締結固定されている。なお、支持板部６２は、クランクシャフト３０の終端部３５に溶接等で接合固定してもよく、或は、クランクシャフト３０の終端部３５と一体に設けられてもよい。

フライホイール本体部６１は、支持板部６２よりも大径の円盤状に形成されている。フライホイール本体部６１は、支持板部６２に対してクランクシャフト３０とは反対側に軸方向に所定の間隔を隔てて対向配置されている。

支持板部６２及び、フライホイール本体部６１は、周方向に所定のピッチで配置された複数本のボルトＢ３（締結手段の一例）によって一体回転可能、且つ、軸方向に相対移動可能に締結固定されている。

具体的には、支持板部６２には、ボルトＢ３を遊挿状態で挿通させる複数の貫通孔６２Ａが周方向に所定のピッチで設けられている。また、フライホイール本体部６１には、ボルトＢ３の雄螺子部と螺合する複数の雌螺子穴６１Ａが周方向に貫通孔６２Ａと同ピッチで凹設されている。なお、これら貫通孔６２Ａ及び、雌螺子穴６１Ａの配置関係は、雌螺子穴６１Ａを支持板部６２側、貫通孔６２Ａをフライホイール本体部６１側に入れ替えて配置してもよい。この場合は、ボルトＢ３を、図示例と反対のフライホイール本体部６１側から挿入すればよい。

振動吸収部６３は、例えば、弾性変形可能な可撓性のメッシュ材で断面略矩形の円環状に形成されている。振動吸収部６３は、支持板部６２とフライホイール本体部６１とにより挟持されており、ボルトＢ３を挿通させて、ボルトＢ３の雄螺子部を雌螺子穴６１Ａに螺合することにより固定保持されている。なお、振動吸収部６３の形状は、円環状に限定されず、ボルトＢ３と対応する部位に部分的に設けられてもよい。また、振動吸収部６３は、メッシュ材に限定されず、ボルトＢ３を挿通させたスプリングや板バネ等であってもよい。

本実施形態において、フライホイール６０は、クランクシャフト３０の回転に伴い、クランクシャフト３０の終端部３５から支持板部６２に面振れ方向の力が作用すると、振動吸収部６３が軸方向に押されて弾性変形することで、当該面振れ方向の力を効果的に吸収又は減衰できるように構成されている。

これにより、フライホイール本体部６１の面振れ振動が確実に抑止され、さらには、面振れ振動等を起因としたクランクシャフト３０の曲げ応力も確実に低減されるようになり、第一実施形態と同様、クランクシャフト３０の破損等を効果的に抑制することが可能になる。また、フライホイール本体部６１の面振れ振動が抑止されることで、当該振動を起因とした騒音等も効果的に低減することが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、図６に示すように、上記第一実施形態において、板バネ部５２の振動吸収部５４及び、フランジ部５５に、フランジ部５５の周縁から径方向内側に延びる複数本の切り込み部５６を周方向に所定のピッチで設けてもよい。このように、複数本の切り込み部５６を設ければ、上記実施形態と同様の作用効果を奏しつつ、略中空円錐台形状の板バネ部５２を容易に製造することが可能になる。

また、図７に示すように、上記第一実施形態よりも振動吸収部５４の軸方向長さを短く形成すると共に、円板部５３を振動吸収部５４の小径側の周縁から径方向内側に折れ曲がる略円環状のフランジ部５３Ａとし、該フランジ部５３Ａをクランクシャフト３０の終端部３５に固定された支持板部５８にボルトＢ４等で固定して構成してもよい。

また、本開示の適用範囲は、エンジン１０のクランクシャフト３０に限定されず、他の装置の回転系にも広く適用することが可能である。

１０ エンジン
１１ エンジン本体部
１２ ヘッドカバー
１３ シリンダヘッド
１４ シリンダブロック
１５ クランクケース
１６ オイルパン
Ｃ１〜Ｃ４ 気筒
Ｐ１〜Ｐ４ ピストン
２１ ピストンピン
２２ コネクティングロッド
３０ クランクシャフト
３１ クランクピン
３２ クランクジャーナル
３３ クランクウェブ
３４ カウンタウェイト
３５ 終端部（端部）
５０ フライホイール
５１ フライホイール本体部
５２ 板バネ部（連結手段）
５３ 円板部（連結手段）
５４ 振動吸収部（吸収部）
５５ フランジ部（連結手段）
５６ 切り込み部
６０ フライホイール
６１ フライホイール本体部
６２ 支持板部（連結手段）
６３ 振動吸収部（吸収部）
Ｂ２ ボルト（締結手段）

Claims (5)

1. シャフトの端部に設けられるフライホイールであって、
   所定の質量を有する円盤状のフライホイール本体部と、
   前記フライホイール本体部を前記シャフトの端部に一体回転可能且つ、軸方向に相対移動可能に連結する連結手段と、を備え、
   前記連結手段は、前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部に伝達される少なくとも径方向の力を弾性変形することにより吸収可能な吸収部を有する
   ことを特徴とするフライホイール。
2. 前記吸収部が、前記シャフトの端部から前記フライホイール本体部に向かうに従い拡径する中空円錐台形状の弾性変形可能な板材で形成されている
   請求項１に記載のフライホイール。
3. 前記吸収部に、拡径側の周縁から径方向内側に延びる複数の切り込み部が設けられている
   請求項２に記載のフライホイール。
4. 前記連結手段が、前記シャフトの端部に固定される支持板部と、該支持板部と前記フライホイール本体部とを軸方向に相対移動可能に締結する締結手段とを備えており、
   前記吸収部が、前記支持板部と前記フライホイール本体部との間に挟持される弾性部材で形成されている
   請求項１に記載のフライホイール。
5. 前記弾性部材が、環状のメッシュ材で形成されている
   請求項４に記載のフライホイール。

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