JP2020122565A - 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減衰させる。【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に形成されると共に、クランクシャフト３０の端部３５に一体回転可能に設けられたフライホイール本体部５１と、フライホイール本体部５１よりも大径の筒状に形成されると共に、その筒内にフライホイール本体部５１を所定の空隙を隔てて配置した錘部５２と、錘部５２をフライホイール本体部５１に対して軸方向に相対変位可能に連結するスプリング５５とを備えた。【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減衰させ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に形成されると共に、前記シャフトの端部に一体回転可能に設けられたフライホイール本体部と、前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成されると共に、その筒内に前記フライホイール本体部を所定の空隙を隔てて配置した錘部と、前記フライホイール本体部の軸方向に弾性変形可能な弾性部材を有すると共に、前記錘部を前記フライホイール本体部に対して前記軸方向に相対変位可能に連結する連結手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記錘部が、前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成された錘本体部と、該錘本体部の内周から径方向内側に突出して前記フライホイール本体部の側面と離間して対向する環状のフランジ部とを含み、前記弾性部材が、前記フライホイール本体部と前記フランジ部との間に介装されたスプリングであることが好ましい。

また、前記錘部が、前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成された錘本体部と、該錘本体部の内周から径方向内側に突出して前記フライホイール本体部の側面と離間して対向する環状のフランジ部とを含み、前記連結手段が、前記フランジ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を含み、前記弾性部材が、前記フランジ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変形可能な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減衰させることがきる。

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の一部を切り欠いて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。

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の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。

図２及び図３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の外周側に設けられた錘部５２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。フライホイール本体部５１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、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に溶接等で接合固定してもよい。

錘部５２は、所定の質量を有する略円筒状に形成された錘本体部５３と、錘本体部５３の内周から径方向内側に突出する円環状のフランジ部５４とを備えている。

錘本体部５３は、その内径をフライホイール本体部５１よりも大径、且つ、その軸方向長さをフライホイール本体部５１の軸方向長さよりも長く形成されている。錘本体部５３の筒内には、フライホイール本体部５１が収容配置されている。錘本体部５３の内周面とフライホイール本体部５１の外周面との間には、これらの干渉を防止する所定のクリアランスＣが確保されている。なお、錘本体部５３の軸方向長さは、フライホイール本体部５１の軸方向長さよりも短く形成されてもよい。

フランジ部５４は、錘本体部５３のエンジン１０側の内周端から径方向内側に突出して形成されており、フライホイール本体部５１のエンジン１０側の側面と離間して対向する。なお、フランジ部５４は、錘本体部５３のエンジン１０に対向する部分の内周端から径方向内側に突出して形成されてもよい。これらフランジ部５４とフライホイール本体部５１との対向側面の間には、フライホイール本体部５１の軸方向に伸縮自在に弾性変形する複数のスプリング５５（図２にのみ示す）が介装されている。

スプリング５５は、本開示の弾性部材の一例であって、一端側をフランジ部５４に溶接等で接合されると共に、他端側をフライホイール本体部５１に溶接等で接合されている。すなわち、錘部５２がスプリング５５を介して、フライホイール本体部５１に軸方向に相対変位可能に連結保持されている。フライホイール本体部５１に面振れ振動等が生じると、錘部５２がフライホイール本体部５１に対して軸方向に相対変位することで、錘部５２の面振れ振動を効果的に減衰させ、これにより、フライホイール本体部５１のみの面振れ振動となるので、面振れ部の質量及び慣性モーメントを少なくできるように構成されている。なお、スプリング５５の固定は溶接に限定されず、不図示の台座やボルト等を用いて固定してもよい。

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、フライホイール本体部５１には、クランクシャフト３０の終端部３５を介して、フライホイール本体部５１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、フライホイール本体部５１の外周側には、錘部５２がスプリング５５を介して軸方向に相対変位可能に連結保持されている。すなわち、クランクシャフト３０の終端部３５からフライホイール本体部５１に作用する面振れ方向の力Ｍ２に対して、スプリング５５が適宜に弾性変形し、これに伴い錘部５２がフライホイール本体部５１に対して軸方向に適宜に相対変位することで、当該面振れ方向の力Ｍ２等による面振れ振動が引起こされる部分の重量及び慣性モーメントを変化させ、さらには、後端部３５の曲げ振動の固有振動数を高くすることにより、低次の共振がエンジン１０の常用回転速度から外れ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減衰され、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の面振れ振動が減衰されることで、当該振動を起因としたクランクシャフト３０の軸受部の損傷、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５０を示す模式的な断面図である。第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付してあり、それらの詳細な説明は省略する。

図５に示すように、第二実施形態のフライホイール５０は、フライホイール本体部５１と、錘部５２と、フライホイール本体部５１と錘部５２とを連結する複数のボルト５８（連結手段）と、弾性変形可能な可撓性のメッシュ材５６とを備えている。

ボルト５８は、フライホイール本体部５１と錘部５２とを軸方向に相対移動可能に締結固定する。具体的には、錘部５２のフランジ部５４には、ボルト５８を遊挿状態で挿通させる複数の貫通孔５４Ａ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５１には、ボルト５８の雄螺子部と螺合する複数の雌螺子穴５１Ａが周方向に貫通孔５４Ａと同ピッチで凹設されている。

メッシュ材５６は、断面略矩形の円環状、或は、ボルト５８の雄螺子部に円形に形成されており、フライホイール本体部５１とフランジ部５４との間に介装されている。具体的には、メッシュ材５６は、フライホイール本体部５１とフランジ部５４との対向側面により挟持されており、ボルト５８を挿通させて、ボルト５８の雄螺子部を雌螺子穴５１Ａに螺合することにより固定保持されている。なお、メッシュ材５６の形状は、円環状に限定されず、ボルト５８と対応する部位に部分的に設けられてもよい。また、メッシュ材５６を、ボルト５８を挿通させたスプリングや板バネ等に置き換えて構成してもよい。

本実施形態において、フライホイール５０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からフライホイール本体部５１に面振れ方向の力が作用すると、メッシュ材５６が軸方向に押されて適宜に弾性変形し、これに伴い錘部５２がフライホイール本体部５１に対して軸方向に適宜に相対変位することで、当該面振れ方向の力を効果的に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、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。

［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、第一実施形態において、フライホイール本体部５１と錘部５２とはスプリング５５により連結されるものとして説明したが、これらを板バネ等の他の弾性部材により連結してもよい。

また、錘本体部５３は、フライホイール本体部５１よりも軸方向長さを長く形成されるものとして説明したが、フライホイール本体部５１よりも短く形成されてもよい。

また、上記各実施形態において、クラッチの取り付けは、錘本体部５３又はフライホイール本体部５１の何れに取り付けてもよい。

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 錘部
５３ 錘本体部
５４ フランジ部
５５ スプリング（弾性部材／連結手段）
５６ メッシュ材（弾性部材）
５８ ボルト（連結手段）

Claims (3)

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に形成されると共に、前記シャフトの端部に一体回転可能に設けられたフライホイール本体部と、
   前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成されると共に、その筒内に前記フライホイール本体部を所定の空隙を隔てて配置した錘部と、
   前記フライホイール本体部の軸方向に弾性変形可能な弾性部材を有すると共に、前記錘部を前記フライホイール本体部に対して前記軸方向に相対変位可能に連結する連結手段と、を備える
   ことを特徴とするフライホイール。
2. 前記錘部が、前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成された錘本体部と、該錘本体部の内周から径方向内側に突出して前記フライホイール本体部の側面と離間して対向する環状のフランジ部とを含み、
   前記弾性部材が、前記フライホイール本体部と前記フランジ部との間に介装されたスプリングである
   請求項１に記載のフライホイール。
3. 前記錘部が、前記フライホイール本体部よりも大径の筒状に形成された錘本体部と、該錘本体部の内周から径方向内側に突出して前記フライホイール本体部の側面と離間して対向する環状のフランジ部とを含み、
   前記連結手段が、前記フランジ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を含み、
   前記弾性部材が、前記フランジ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変形可能なメッシュ材で形成されている
   請求項１に記載のフライホイール。

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