JP3139125B2 - エンジンの制振構造 - Google Patents

エンジンの制振構造

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JP3139125B2
JP3139125B2 JP04106601A JP10660192A JP3139125B2 JP 3139125 B2 JP3139125 B2 JP 3139125B2 JP 04106601 A JP04106601 A JP 04106601A JP 10660192 A JP10660192 A JP 10660192A JP 3139125 B2 JP3139125 B2 JP 3139125B2
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博史 宮窪
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0065Shape of casings for other machine parts and purposes, e.g. utilisation purposes, safety
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0043Arrangements of mechanical drive elements
    • F02F7/0053Crankshaft bearings fitted in the crankcase
    • F02F2007/0056Crankshaft bearings fitted in the crankcase using bearing beams, i.e. bearings interconnected by a beam or multiple beams

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの制振構造の
改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、クランクシャフトの支持剛性
を高めるために、クランクシャフトを回転自在に支持す
る複数のベアリングキャップを梁状に結ぶビームを有す
る梯子型のベアリングビームを備えるエンジンがある。
ところが、梯子型に形成されたベアリングビームでも各
ベアリングキャップが一緒にクランクシャフトと平行方
向(エンジン前後方向)に倒れる振動を起こし、これが
エンジンの放射音等を発生する原因になるという問題点
があった。
【0003】この対策として、例えば実開昭63−12
6611号公報に開示されたものは、図13に示すよう
に、エンジンブロックの各主軸受部との間でクランクシ
ャフトを回転自在に支持する複数のベアリングキャップ
34と、各ベアリングキャップ34を梁状に結ぶビーム
35と、このビーム35に弾性部材36を介して連結さ
れるダンパマス37とを備えて、ダンパマス37の共振
によりベアリングキャップ34に生じるクランクシャフ
トの振動を相殺するダイナミックダンパとして機能する
ようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、ダンパマス37をゴム等の弾
性部材36を介して連結する構造のため、ダンパマス3
7の振動方向をクランクシャフトと平行方向に限定する
ことが難しく、ダンパマス37がクランクシャフトと直
交方向にも振動してエンジン振動をかえって増大させる
可能性があった。
【0005】本発明は上記の問題点に着目し、ベアリン
グキャップの振動を有効に抑えるエンジンの制振構造を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンブロ
ックの各主軸受部との間でクランクシャフトを回転自在
に支持する複数のベアリングキャップと、各ベアリング
キャップを梁状に結ぶビームと、隣り合う前記ベアリン
グキャップに結合される2つの板バネと、各板バネの先
端部を棒状に結んでクランクシャフトと平行方向に延び
るダンパマスとを備える。
【0007】また、多気筒エンジンにおいて、前端の気
筒または後端の気筒の少なくとも一方の下方に前記ダン
パマスを配置する。
【0008】また、隣り合う前記ベアリングキャップに
結合される複数対の板バネを備えるとともに、各板バネ
の先端部を棒状に結んでクランクシャフトと平行方向に
延びる複数のダンパマスとを備え、各ダンパマスの固有
振動数を相違させる。
【0009】
【作用】ベアリングビームは各ベアリングキャップをビ
ームにより互いに連結することにより、各べアリングキ
ャップのクランクシャフトと平行方向への倒れ変形を抑
制して、クランクシャフトの支持剛性を高められる。
【0010】隣り合うベアリングキャップに渡って架設
されるダンパマスを板バネを介してクランクシャフトと
平行方向に共振させることにより、ダンパマスはベアリ
ングキャップに生じるクランクシャフトと平行方向の振
動を相殺するダイナミックダンパとして機能する。
【0011】ダンパマスをクランクシャフトと平行方向
に延びる棒状に形成するとともに、ダンパマスを弾性的
に支持する2つの板バネを隣り合うベアリングキャップ
にそれぞれ結合するとともに、各板バネの先端部を結ぶ
ダンパマスをクランクシャフトと平行方向に延びる棒状
に形成することにより、各板バネによるダンパマスのク
ランクシャフトと直交方向の支持剛性を高めて、ダンパ
マスの振動をクランクシャフトと平行方向に限定し、ダ
ンパマスが加震源となってエンジン振動を増大させるこ
とを防止できる。
【0012】また、多気筒エンジンにおいて、クランク
シャフトの振幅が比較的大きくなる前端の気筒または後
端の気筒の少なくとも一方の下方に位置して前記ダンパ
マスを設けることにより、エンジン振動を有効に抑制で
きる。
【0013】また、互いに並列に配設される各ダンパマ
スの固有振動数を相違させることにより、製造誤差によ
る固有振動数のバラツキを許容するとともに、ダンパマ
スが加震源となってエンジン振動を増大させることを防
止できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0015】図1に示すように、シリンダブロック1に
は梯子型のベアリングビーム3が連結され、両者の間に
クランクシャフトが回転自在に支持される。直列4気筒
エンジンに備えられるシリンダブロック1は5つの主軸
受部2を有する一方、ベアリングビーム3は各主軸受部
2に連結する5つのベアリングキャップ4を有し、各べ
アリングキャップ4は2本のボルト6を介してシリンダ
ブロック1に締結される。ベアリングビーム3は各ベア
リングキャップ4の左右下端隅部を梁状に結ぶ2本のビ
ーム5を有している。各ビーム5は各ベアリングキャッ
プ4のクランクシャフトと平行方向への倒れ変形を抑制
して、クランクシャフトの支持剛性を高める。
【0016】前端の気筒の下方に位置して隣り合う2つ
のベアリングキャップ4に渡ってダイナミックダンパ7
が架設される。このダイナミックダンパ7は、図2にも
示すように、前端の♯1ベアリングキャップ4に対する
接合フランジ8と、♯2ベアリングキャップ4に対する
接合フランジ8と、各接合フランジ8から下方に向けて
突出する一対の板バネ9と、各板バネ9の先端を棒状に
結ぶダンパマス10とを有し、これらが鉄系の材質で鋳
造または鍛造により一体的に形成される。
【0017】ダイナミックダンパ7の各接合フランジ8
はベアリングキャップ4に沿ってクランクシャフトと直
交し、それぞれの両端に各ボルト6を貫通させる2つの
穴11が形成される。各接合フランジ8は、2本のボル
ト6により各ベアリングキャップ4と共にシリンダブロ
ック1に締結される。
【0018】ダイナミックダンパ7の各板バネ9はクラ
ンクシャフトと直交方向に延びる偏平な板状に形成さ
れ、接合フランジ8からダンパマス10にかけてその板
幅を次第に小さくして所定のバネ定数を有し、クランク
シャフトと平行方向に弾性変形するダンパースプリング
として機能する。
【0019】ダンパマス10はクランクシャフトと平行
方向に延びる棒状に形成され、所定の質量を有してい
る。
【0020】このように構成され、ダンパマス10は所
定の周波数域でクランクシャフトと平行方向に共振する
ことにより、各ベアリングキャップ4が図3にも示すよ
うに、クランクシャフトと平行方向に倒れる振動を相殺
する。
【0021】図5に示すように、板バネ9の板厚をt、
幅をb、長さをLとする矩形に形成した場合、ダンパマ
ス10の質量をm、材質となる金属のヤング率をEとす
ると、ダンパマス10のクランクシャフトと平行方向
(矢印A方向)の固有振動数f1はおよそ数式1によっ
て求められる。
【0022】
【数1】
【0023】一般の自動車用エンジンでは各ベアリング
キャップ4が1〜2kHzの周波数範囲で図3にも示す
ようにクランクシャフトと平行方向に共振するが、ダン
パマス10の固有振動数f1を各ベアリングキャップ4
の固有振動数と略同一になるように設定する。この結
果、図4に示すように、1〜2kHzの周波数範囲でエ
ンジン放射音をかなり低減することができる。
【0024】また、クランクシャフトと直交方向(矢印
B方向)の固有振動数f2はおよそ数式2で求められ
る。よって、f2=(b/t)・f1の関係となる。この
固有振動数f2は、エンジン放射音の原因となる領域を
避けて、およそ8kHz以上の周波数領域に設定され
る。このためには、各板バネ9の幅bを板厚tに対して
4〜8倍以上となるように設定すれば良い。
【0025】
【数2】
【0026】図6に示すように、板バネ9を台形に形成
し、その上辺cが下辺aの2倍となるように形成した場
合では、図5に示すものに比較して板厚t、長さLを同
一に設定すると、各固有振動数f1,f2を同等に得る場
合に、15%程度の軽量化がはかれる。
【0027】次に、図7に示した他の実施例は、ダイナ
ミックダンパ7が後端の気筒の下方に位置して設けられ
る。このダイナミックダンパ7は、一方の接合フランジ
8が♯4ベアリングキャップ4に結合し、他方の接合フ
ランジ8が後端の♯5ベアリングキャップ4に結合する
ものである。
【0028】クランクシャフト12は1〜2kHzの周
波数範囲で図8に示すような振動モードを有し、クラン
クシャフト12の前端の♯1ジャーナル部13と共に後
端の♯5ジャーナル部13の近傍で振幅が大きくなって
いるため、この部分に対応してダイナミックダンパ7を
設けることにより、クランクシャフト12の振動を有効
に抑制できる。特に、シリンダブロック1の後端の気筒
付近はトランスミッションを含めたパワープラントに生
じる捩れ振動の節となるため、図7のようにこの節の部
分にダイナミックダンパ7を設けることにより、パワー
プラントの捩れ振動を悪化させることがない。
【0029】また、ダイナミックダンパ7の材質を強磁
性合金等の制振合金とすることも考えられ、この場合は
図9に示すようにダイナミックダンパ7を装着すること
によって新たに発生する振動ピークの低減をはかること
が可能となる。
【0030】次に、図10に示すダイナミックダンパ1
7は、隣り合う各ベアリングキャップ4にそれぞれ結合
される一対の接合フランジ18と、各接合フランジ18
から突出する2対の板バネ19と、各板バネ19の先端
を棒状に結ぶ2本のダンパマス20とが一体的に形成さ
れる。
【0031】各ダンパマス20はクランクシャフトと平
行方向に並び、各板バネ19のバネ定数または各ダンパ
マス20の質量を任意に設定して、各ダンパマス20の
固有振動数f1とf2を相違させ、各ベアリングキャップ
4の相殺したい固有振動数をf0とすると、f1<f0
2の関係に設定する。
【0032】このように2つのダンパマス20を並列に
設けることにより、外力に対する変化の受けにくさであ
るロバスト性が向上し、ベアリングビーム3またはダイ
ナミックダンパ17の製造誤差による固有振動数のバラ
ツキを許容するとともに、ダイナミックダンパ17を装
着することによって新たに発生する振動ピークの低減を
はかることができる。
【0033】次に、図11、図12に示した他の実施例
は、上記2本のダンパマス20を有するダイナミックダ
ンパ17を♯1ベアリングキャップ4と♯2ベアリング
キャップ4に渡って架設し、各ダンパマス20に樹脂製
バッフルプレート21を連結するものである。バッフル
プレート21は4本のネジ22により各ダンパマス20
に締結されている。バッフルプレート21の中央部には
3本のスリット27が形成される。
【0034】オイルパン23にはこれに貯溜される潤滑
油の動揺を抑制するバッフルプレート24が設けられ、
このバッフルプレート24にはオイルストレーナ25お
よびそのステー26を挿通させる開口部24Aが形成さ
れている。樹脂製バッフルプレート21はこの開口部2
4Aを塞ぐようにオイルストレーナ25とステー26の
間に配置されて、潤滑油の動揺を抑制する。
【0035】樹脂製バッフルプレート21は、2つのダ
ンパマス20の間に連結されることにより、各ダンパマ
ス20の相対変位を抑制し、ダイナミックダンパ17が
可震源となって発生する振動ピークの低減をはかること
ができる。なお、バッフルプレート21の材質は、樹脂
に限らず、軽量のダンピング材を用いても良い。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、エンジン
の制振構造において、エンジンブロックの各主軸受部と
の間でクランクシャフトを回転自在に支持する複数のベ
アリングキャップと、各ベアリングキャップを梁状に結
ぶビームと、隣り合う前記ベアリングキャップに結合さ
れる2つの板バネと、各板バネの先端部を棒状に結んで
クランクシャフトと平行方向に延びるダンパマスとを備
えたため、ダンパマスを板バネを介してクランクシャフ
トと平行方向に共振させることにより、各ベアリングキ
ャップがクランクシャフトと平行方向に倒れる振動を相
殺し、エンジンの振動および放射音を有効に低減するこ
とができる。
【0037】また、多気筒エンジンにおいて、クランク
シャフトの振幅が比較的大きくなる前端の気筒または後
端の気筒の少なくとも一方の下方にダンパマスを配置す
ることにより、エンジン振動を有効に抑制できる。
【0038】また、互いに並列に配設されるダンパマス
の固有振動数を相違させることにより、製造誤差による
固有振動数のバラツキを許容するとともに、ダンパマス
が加震源となってエンジン振動を増大させることを防止
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す全体斜視図である。
【図2】同じくダイナミックダンパの斜視図である。
【図3】同じくベアリングキャップの振動する様子を示
す斜視図である。
【図4】同じく音圧レベルの測定結果を示す線図であ
る。
【図5】同じくダイナミックダンパのモデル図である。
【図6】同じくダイナミックダンパのモデル図である。
【図7】他の実施例を示す全体斜視図である。
【図8】クランクシャフトの振動モードを示す図であ
る。
【図9】制振合金製ダイナミックダンパ等の振動特性を
示す線図である。
【図10】さらに他の実施例を示すダイナミックダンパ
の斜視図である。
【図11】さらに他の実施例を示す断面図である。
【図12】同じくダイナミックダンパの斜視図である。
【図13】従来例を示すダイナミックダンパの斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 シリンダブロック 2 主軸受部 3 ベアリングビーム 4 ベアリングキャップ 5 ビーム 7 ダイナミックダンパ 9 板バネ 10 ダンパマス 19 板バネ 20 ダンパマス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−1360(JP,A) 実開 昭63−126611(JP,U) 実開 平2−128846(JP,U) 実開 昭57−10442(JP,U) 実開 昭57−8338(JP,U) 実開 昭62−151122(JP,U) 実開 平4−71839(JP,U) 実開 昭59−32712(JP,U) 実開 昭56−89023(JP,U) 実開 昭62−112315(JP,U) 実開 昭63−46650(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02F 7/00 F02B 77/00 F16F 15/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンブロックの各主軸受部との間で
    クランクシャフトを回転自在に支持する複数のベアリン
    グキャップと、各ベアリングキャップを梁状に結ぶビー
    ムと、隣り合う前記ベアリングキャップに結合される2
    つの板バネと、各板バネの先端部を棒状に結んでクラン
    クシャフトと平行方向に延びるダンパマスとを備えたこ
    とを特徴とするエンジンの制振構造。
  2. 【請求項2】 多気筒エンジンにおいて、前端の気筒ま
    たは後端の気筒の少なくとも一方の下方に前記ダンパマ
    スを配置したことを特徴とする請求項1記載のエンジン
    の制振構造。
  3. 【請求項3】 隣り合う前記ベアリングキャップに結合
    される複数対の板バネを備えるとともに、各板バネの先
    端部を棒状に結んでクランクシャフトと平行方向に延び
    る複数のダンパマスとを備え、各ダンパマスの固有振動
    数を相違させたことを特徴とする請求項1または2記載
    のエンジンの制振構造。
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JPH05302545A JPH05302545A (ja) 1993-11-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3499059A1 (en) 2017-12-15 2019-06-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Crank cap assembly and internal combustion engine
DE102019131347A1 (de) 2018-11-30 2020-06-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Kurbelwellenlagerdeckelanordnung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3499059A1 (en) 2017-12-15 2019-06-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Crank cap assembly and internal combustion engine
DE102019131347A1 (de) 2018-11-30 2020-06-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Kurbelwellenlagerdeckelanordnung
US11181166B2 (en) 2018-11-30 2021-11-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Crank cap assembly
DE102019131347B4 (de) 2018-11-30 2022-03-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Kurbelwellenlagerdeckelanordnung

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