JP4921973B2 - 振動緩衝器、振動緩衝器の製造方法、及びエンジン振動を減衰させるための減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、減衰させようとする物体に振動緩衝器を固定することができる本体部と、本体部の空間内に可動に配設され、少なくとも１つのばねによって本体部に連結された振動部品とを有する、請求項１のプリアンブルに記載の振動緩衝器に関する。

本発明はさらにピストンエンジンに関する。

ピストンエンジンの振動は、それ自体知られており、それを低減するために、多数の異なる解法、例えば釣合い解法などがある。エンジンにおいては、エンジンと、それに関連して取り付けられた補助装置、例えばコンプレッサ（単数又は複数）の両方が、その一部となるよく知られた振動形態があり得る。この場合には、それは全体的な振動形態の事項である。即ちエンジン及びそれの下位構造（単数又は複数）が一緒に振動系を形成する。また、エンジンは、ある補助装置の局所振動を含み、それにより振動に関する限りその補助装置の動的特性が決定的であることもあり得る。

局所振動の制御は、通常は全体構造の全体的な振動の制御よりも容易である。局所振動においては、剛性、固定、質量などをより簡単に修正することができる。しかしながら、エンジンの全体的な振動の制御においては、修正の必要性はエンジン自体に向けられることがあり、その場合にはシリンダブロックなどの剛性を増大させることが必要となることもある。これは、標準エンジン構成部品を使用したいとの願望がある場合には、当然ながら、不可能である。新規の解法を探索する場合には、コストの観点も考慮しなくてはならない。

すべての種類の振動において、エンジンの質量及びガス力は、エンジンの励振として作用する。エンジンの振動減衰における特別な難しさは、大きさ（シリンダ数、シリンダ径、その他）の異なるエンジンの振動特性が互いに異なることである。さらに、エンジン回転速度も、振動に対して影響を与える。

振動を減衰するために、例えば、米国特許第５８１６３７３号は、１つの解法を開示しており、振動部品が圧縮性ガスを内包する空間内におけるばねの間に配設されている。この緩衝器の動作は、とりわけ、振動部品の質量及びその寸法（スロットル調整）、ガスの特性並びにばねの特性に依存するので、そのような解法は、ある周波数の振動を減衰させるために、常に、個々に寸法決めされ、製造されなければならない。
米国特許第６４４３２７３号は、振動片が本体部分の空間内に可動に配置され、本体部分にばねによって固定されている、振動キャンセル装置を開示している。

本発明の目的は、従来技術に関連する問題を最小化する振動緩衝器を製造することである。本発明の別の目的は、生産後においてもその減衰特性を容易に変更することのできる、振動緩衝器を製造することである。

本発明の目的は、主として、添付の請求項１、９及び１０に開示され、他の請求項でより詳しく説明されるごとく達成される。より詳細には、本発明の基本概念は、振動部品が互いに脱着可能に固定された２つ以上の部分からなることである。即ち、この振動部品は、標準形状を有するある種の構成部品を使用することによって、所望の質量を有するように組み立てることができる。

好ましくは、該振動部品は２つの端部品と、該端部品間に配置される、いくつかの中間部品とを有する。様々な応用において、端部品は好ましくは常に同じにされ、振動部品の最終合計質量は中間部品の選択によって決定される。好ましくは、中間部品は、調整ディスク及び／又は支持スリーブを備え、その長さは、それぞれの場合に、調整ディスクの数に依存する。振動部品は、本質的に円筒状の形状であり、ハウジング構造にそれ自体を支持するための、その長手方向軸線と平行な貫通穴を有する。振動部品の外周は、本体部から短い距離だけ離れて位置している。

振動部品は、本質的に円筒状の形状であり、本体部にそれ自体を支持するための、その長手方向軸線と平行な貫通穴を有する。さらに、振動部品用の軸受手段が、端部品と関連して配置されている。

振動部品の本体部は第１及び第２の端壁で限定された円筒状空間を含む。振動部品の案内軸は円筒状空間の中心軸線の場所に位置し、この案内軸は第１の端壁から第２の端壁へと延びている。この案内軸は、本質的に案内軸の全長に延びる空間を含む。空間の両端に隣接して、振動部品の両側における、案内軸の空間と本体部の空間との間の流れ接続を形成する開口がある。この種の構造によって、振動部品の運動が可能となり、その運動及び位置に応じて、案内軸の空間を経由して振動部品の両側における本体部の空間に入る減衰媒体の流れが生じる。

案内軸の空間と関連して、該案内軸の空間と本体部の空間との間の流れ接続を調整するための手段があるので、減衰媒体の流れを生じさせることができる。

振動部品は第１及び第２の端壁にばねで支持されるように配設されている。

振動部品を、少なくとも１つのばねによって本体部の空間に配設する、振動緩衝器を製造するための本発明による方法においては、振動部品はいくつかの部品を互いに結合することによって形成される。

少なくとも１つの補助装置がエンジンに剛的に取り付けられている、前記少なくとも１つの補助装置を有する前記エンジンの振動を減衰するための、本発明による装置においては、振動緩衝器は前記少なくとも１つの補助装置に関連して配置されている。好ましくは、この減衰装置は温度を制御するための手段を備え、該手段はエンジンの媒体循環に接続されている。

以下では、実施例を用いるとともに、添付の概略図面を参照して本発明を説明する。

図１は、ターボチャージャー２を有するピストンエンジン１の概略図である。本発明によれば、振動緩衝器３はエンジン１のターボチャージャーと関連して配設されている。この振動緩衝器はターボチャージャー２又はその支持構造に剛的に取り付けられている。このことは、その取り付けと関連して、本質的に可撓性の特殊スペーサは使用されないことを意味する。エンジン及びターボチャージャー両方の振動レベルが振動緩衝器によって所望の周波数領域に低減される。温度に関する限り、振動緩衝器の動作を安定に維持するために、振動緩衝器は温度制御手段４、５、６を有している。温度制御手段は、チャネル４を経由するエンジンの媒体循環、例えば、潤滑及び冷却システムと関連するシェル構造６を実際の緩衝器３に設けることによって実装される。場合よっては、緩衝器にはファン５を設け、それを用いて冷却を達成することができる。

図２及び図３は図１の振動緩衝器３をより詳細に示している。この緩衝器は本体部を備え、この本体部中に、閉空間１９が第１の端壁１１及び第２の端壁１２によって配設されている。空間１９の横断面及び本体部は好ましくは円形である。端壁は、係合面が緊密になるように、ボルト締め（図示せず）などの好適な方法で本体部に固定されている。案内軸１３は、緩衝器３内部の空間１９に配設されており、その中心軸線上を案内軸がほぼ第１端壁１１から第２の端壁へ延びている。振動部品２０、即ちピストンが、その長手方向軸線に沿って可動に、案内軸上に配置されており、振動部品は、その長手方向軸線に平行な貫通穴２０．１を備え、その貫通穴によって振動部品が案内軸に取り付けられている。案内軸は緩衝器の本体部の中心線上に配設されている。案内軸を端壁に支持する固定フランジ１４が、第２の端壁に隣接して、案内軸１３の端に配設されている。案内軸及び固定フランジ１４は、端壁中に設けられた凹部内に配置されている。

空間１５が案内軸内に配置されていて、該空間は案内軸の一端からほとんど全長にわたって延びている。好ましくは、空間は中ぐりによって製作される。さらに、開口１６、１７が案内軸の壁１３内に配置されており、これによって、案内軸の空間１５と、本体部の空間１９の振動部品の両側との間に、流れ接続が形成される。即ち、振動部品が動くにつれて、減衰媒体が振動部品の一方の側から反対側へと流れることができる。案内軸の他端には、調整ねじ、すなわち、ニードル１８が設けられ、これは流れ開口１７と一緒に配設され、調整ねじ、すなわち、ニードル１８を用いて、流れ開口１７が閉じられる、即ち、絞られる。この機構を用いて、振動部品が動くときに、空間１９内の減衰媒体の流れを発生させて、それによって振動の減衰特性をもたらすことができる。減衰媒体は、それぞれの場合に必要な減衰効果に応じて選択され、それは、適当なガス又は液体、例えば油とすることができる。

シェル構造６において、第２の外部シェル１０．１が本体部１０の外部表面に関連して配設されており、シェル１０．１は本体部１０における冷却媒体用の空間を形成している。冷却媒体を空間へと誘導し、且つそこから出るように誘導するために、外部シェルと関連して、接続導管１０．２、１０．３も設けられている。これらによって、本体部及び緩衝器の全体の温度を制御し、それを所望のレベルに維持するために、冷却媒体を使用することが可能となる。この温度は、減衰手段の粘性に影響を与えることによって、装置の動作に影響を与える。

振動部品２０は、少なくとも１つのばね２０を有するばねシステムによって、第１及び第２の端壁に直接的に、又は、図２に示すように、案内軸のカラー部１３．１及び固定フランジ１４を介して支持されている。ここで、ばねシステムは、振動部品の両側に、いくつかの別個のばねを含む。本発明によれば、振動緩衝器を調整する可能性を向上させるために、振動部品はいくつかの部品で形成される。

振動部品２０は、本体部２１及びカバー部２２を有する。振動部品と案内軸１３との間の軸受機構２３、２４が、振動部品に関連して設けられており、本体部２１とカバー部の両方が軸受機構２３、２４を有している。いくつかの中間部品２５、即ち、調整ディスク２５．１〜２５．３が本体部とカバー部の間に設けられ、それによって、振動部品の質量が影響される。中間部品は本体部２１とカバー部２２との間に位置し、図２に示す実施例においては、それらはすべて、ねじ付き棒２６とナット２７によって固定されて組立体を形成している。ここで、本体部２１とカバー部２２との間に、ある程度の空間、即ち、長手方向距離が残っており、所望の合計質量が利用可能な空間の全部を満たすような数の中間部品を使用する必要がない程度のものである場合には、支持スリーブ２５．４がねじ付き棒と関連して使用される。これによって、とりわけ、それぞれの場合において緩衝器の調整に必要な質量を標準寸法で製造されている本体部とカバー部との間の空間に配置することができるという利点が達成される。振動部品の質量は異なる数の中間部品を配設することによって変えることができる。中間部品を異なる密度を有する材料から製造することも可能である。したがって、振動部品の質量はその外部寸法を変更することなく変えることができ、それによって物理的な寸法決めを標準化することができる。しかしながら、振動部品のすべての部品を相互に移動不能にすることは重要である。本体部２１、カバー部２２及び中間部２５の形状は、図に示すものと異なってもよいが、それらは、形状において回転対称であり、その質量中心が中心シャフト上にあることが重要である。

空間１９を満たす減衰媒体のために、流路２８を振動部品内に配設することができ、これによって振動部品の運動によって、媒体を流路に沿って流すことができる。減衰媒体は、それに対応して、流れ開口１６、１７及び空間１９を経由して流れることができる。この経路を経由する流れは、振動部品の減衰効果とともに調整ねじ、すなわち、ニードルの位置を変更することによって調整することができる。

図４は、本発明による振動緩衝器の別の実施例を示している。それは、構造において図２に示すものに対応し、以下では、図２の特徴と異なる特徴のみについて全体的に記述する。ここで、本体部１０には、より小さい直径を有する領域１０．４が設けられ、この領域は（図における）上部及び下部の段差部１０．５、１０．６を形成している。ここで、２つの重ね合わせたリング３０、３１が、段差部に当接して配設されていて、リングの固定はスリーブ３２によって確保されている。リングは、空間１９内で中心に向かって延びており、それによって、それらと振動部品２０との間には小さな遊隙だけがあるようにされている。この遊隙は、減衰媒体に対する、流路及び絞り点として作用する。他方で、振動部品と本体部１０との間には、リング３０、３１によって画定された遊隙が残ったままである。突起リング２１．２が振動部品の外周上に配設されて、長手軸線方向におけるリング間の領域内で、振動部品のまわりに延びており、この突起リングは、振動部品の本体部２１から切り離されたシェル２１．１に付加して形成されている。シェルと本体部は、図２に示すように、一体部品とすることもできる。突起リング２１．２そのものは、減衰媒体の絞り点として機能し、装置の振動減衰の調整に影響を与える。

振動部品の運動を減衰させるために、リング３０、３１には、その外周に沿った貫通穴３３を設けてあり、その大きさ及び位置は媒体の流れ、即ち、絞りに影響を与えるのに使用することができる。重ね合わせリングの開口は異なる大きさのものとして部分的に重なりあってもよく、これは絞りの調整可能性を向上させる。開口３３の位置は、中心軸線に対してリングを回転させることによって、相互に適当な位置に移動させることができる。

動作中に、緩衝器の振動部品は、それが空間１９内の案内軸上で前後に振動するときに、反力を生成する。この反力の絶対値、周波数及び位相角は、振動部品の質量を変更すること、ばねシステムのばね定数を変更すること、及び空間１９を充満する減衰媒体及びその流れを変更することによって影響される。振動緩衝器は振動ピストンによって強制されて１つの空間から別の空間へと減衰媒体が狭い絞り点に流れ込むときに、振動エネルギーを熱に変換する。

本発明は、ここで記載する実施例に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内で、本発明の多数の修正形態を考案することができる。

エンジンと関連する振動緩衝器を示す図である。 本発明による振動緩衝器の一実施例を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明の別の実施例を示す図である。

Claims (9)

1. 減衰させようとする物体に緩衝器を固定することができる本体部（１０）と、該本体部（１０）の空間（１９）内に可動に配設されると共に、少なくとも１つのばね（２９）によって前記本体部に固定された振動部品（２０）とを有する振動緩衝器（３）であって、前記振動部品（２０）が互いに脱着可能に固定された２つ以上の部分（２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７）からなっている振動緩衝器において、前記振動部品（２０）を案内する案内軸（１３）が前記本体部の空間（１９）内に配置され、該案内軸が、空間（１５）と、該案内軸の空間（１５）と前記振動部品（２０）の両側との間に流れ連結を形成する前記案内軸の壁に配置された開口（１６，１７）とを有することを特徴とする緩衝器。
2. 前記振動部品（２０）が、２つの端部品と、該端部品の間に配設された、いくつかの中間部品（２５）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の緩衝器。
3. 前記振動部品（２０）が、ほぼ円筒状の形態であり、その長手軸線と平行な貫通穴（２０．１）を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の緩衝器。
4. 前記本体部（１０）は、第１の端壁（１１）及び第２の端壁（１２）によって限定された、円筒状空間（１９）を有し、該円筒状空間の中心軸線に沿って振動部品用の案内軸（１３）が配設されており、前記案内軸は、該案内軸の空間（１５）と前記本体部の空間（１９）との間の流れ接続を形成するための、空間（１５）及び開口（１６、１７）を、その両端に隣接して有することを特徴とする、請求項１に記載の緩衝器。
5. 前記案内軸の空間（１５）と本体部の空間（１９）との間の流れ接続を調整するための手段（１８）が、前記案内軸の空間（１５）と関連して設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の緩衝器。
6. 前記振動部品のための軸受手段（２３、２４）が、端部品（２１、２２）と関連して配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の緩衝器。
7. 前記振動部品は、ばね（２９）によって前記第１の端壁（１１）及び第２の端壁（１２）によって支持されるように配設されていることを特徴とする、請求項４に記載の緩衝器。
8. 前記中間部品が、調整ディスク（２５．１、２５．２、２５．３）と、支持スリーブ（２５．４）とを有することを特徴とする、請求項２に記載の緩衝器。
9. 請求項１から８のいずれかによって定義された振動緩衝器（３）によって特徴付けられたピストンエンジン。

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