JP6613201B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸を備える車両用駆動装置に関する。

エンジンのクランク軸には、ドライブプレート等を介してトルクコンバータが連結されている。また、クランク軸の振動を抑制するため、ドライブプレートやトルクコンバータにウェイトを固定する技術や、ドライブプレートにダイナミックダンパを設ける技術等が提案されている（特許文献１および２参照）。

特開２００３−２２７５４８号公報 実開平１−４６５６７号公報

ところで、クランク軸の振動を抑制するため、トルクコンバータに大きなウェイトを追加することは、トルクコンバータの重量を増加させる要因となっていた。このため、トルクコンバータの重量増加を抑制しつつ、クランク軸の振動を低減することが求められている。

本発明の目的は、トルクコンバータの重量増加を抑制しつつ、クランク軸の振動を低減することにある。

本発明の車両用駆動装置は、エンジンに回転自在に設けられ、コネクティングロッドを支持する複数のクランクピンが形成されるクランク軸と、前記クランク軸の端部に連結されるトルクコンバータと、を有し、前記複数のクランクピンのうち、前記トルクコンバータ側に配置されるクランクピンは基準クランクピンであり、前記トルクコンバータの中心は、前記クランク軸の回転中心から前記基準クランクピンの逆位相側にずれている。

本発明によれば、トルクコンバータの中心が、クランク軸の回転中心から基準クランクピンの逆位相側にずれている。これにより、トルクコンバータの重量増加を抑制しつつ、クランク軸の振動を抑制することができる。

本発明の一実施の形態としての車両用駆動装置を上方から示す概略図である。 クランク軸とトルクコンバータとの連結構造を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ってクランク軸とトルクコンバータとの位置関係を示す説明図である。 ドライブプレートを単体で示す正面図である。 クランク軸と径方向移動したトルクコンバータとの位置関係を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、径方向移動したトルクコンバータに作用する遠心力を示す模式図である。 参考例としてトルクコンバータが連結されたクランク軸の振動状況を示す模式図である。 実施例としてトルクコンバータが連結されたクランク軸の振動状況を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施の形態である車両用駆動装置が備えるクランク軸の構造を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態としてのパワーユニット（車両用駆動装置）１０を上方から示す概略図である。図１に示すように、車両に搭載されるパワーユニット１０は、エンジン１１とこれに連結されるトランスミッション１２とを有している。エンジン１１を構成するシリンダブロック１３にはジャーナルボア１４が形成されており、ジャーナルボア１４には図示しない軸受メタルを介してクランク軸１５が回転自在に支持されている。なお、図示するエンジン１１は、水平対向型の４気筒エンジンである。

クランク軸１５は、回転中心に設けられる複数のクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５と、クランクジャーナルＪ１〜Ｊ５を連結する複数のクランクスローＴ１〜Ｔ４と、を有している。クランクスローＴ１〜Ｔ４は、回転中心から偏心するクランクピンＰ１〜Ｐ４を備えるとともに、クランクジャーナルＪ１〜Ｊ５とクランクピンＰ１〜Ｐ４とを連結するクランクアーム２０を備えている。クランクピンＰ１〜Ｐ４にはコネクティングロッド２１が支持されており、コネクティングロッド２１にはピストン２２が連結されている。

クランクスローＴ１〜Ｔ４のそれぞれには、クランクピンＰ１〜Ｐ４の逆位相側に延びるバランスウェイト２３が設けられている。なお、クランク軸１５の両端に配置されるクランクスローＴ１，Ｔ４のバランスウェイト２３は、クランク軸１５の中央に配置されるクランクスローＴ２，Ｔ３のバランスウェイト２３よりも小さく設定されている。また、クランク軸１５の一端部には出力フランジ２４が設けられており、出力フランジ（端部）２４にはトルクコンバータ３０が連結されている。さらに、クランク軸１５の他端部には補機駆動軸２５が設けられており、補機駆動軸２５にはクランクプーリ２６が取り付けられている。

トランスミッション１２に設けられるトルクコンバータ３０は、ポンプシェル３１に固定されるポンプインペラ３２と、ポンプインペラ３２に対向するタービンランナ３３と、を備えている。また、トルクコンバータ３０はステータ３４を備えており、ステータ３４はポンプインペラ３２とタービンランナ３３との間に配置されている。タービンランナ３３にはタービン軸３５が連結されており、タービン軸３５には変速機構３６が連結されている。なお、トルクコンバータ３０には、ポンプシェル３１とタービン軸３５とを連結するロックアップクラッチ３７が設けられている。

［クランク軸およびトルクコンバータの連結構造］
図２はクランク軸１５とトルクコンバータ３０との連結構造を示す断面図である。図２に示すように、クランク軸１５とトルクコンバータ３０とは、ドライブプレート４０を介して互いに連結されている。クランク軸１５の出力フランジ２４には、複数のネジ孔２４ａが形成されている。この出力フランジ２４には、ドライブプレート４０の中央部４０ａが締結ボルト４１を用いて取り付けられる。また、トルクコンバータ３０を構成するポンプシェル３１の外周面には、ネジ孔４２ａを備えた複数の取付部４２が固定されている。このポンプシェル３１の取付部４２には、ドライブプレート４０の外周部４０ｂが締結ボルト４３を用いて取り付けられる。ここで、締結ボルト４３は所定トルクで締め付けられており、トルクコンバータ３０に対して径方向に所定の推力が作用した場合には、ドライブプレート４０に対するポンプシェル３１の相対移動が許容される。すなわち、ポンプシェル３１とドライブプレート４０とは、互いに摺動自在に連結されている。なお、ドライブプレート４０の中央部４０ａには、締結ボルト４１を挿入する貫通孔４４が形成されており、ドライブプレート４０の外周部４０ｂには、締結ボルト４３を挿入する貫通孔４５が形成されている。

また、ポンプシェル３１の中央部には、出力フランジ２４に向けて突出するセンターボス５０が設けられている。さらに、出力フランジ２４の中央部には、センターボス５０を収容する収容孔５１が形成されている。図２の拡大部分Ａに示すように、出力フランジ２４に設けられる収容孔５１の内径寸法は、ポンプシェル３１に設けられるセンターボス５０の外径寸法よりも大きく形成されている。つまり、収容孔５１とこれに収容されるセンターボス５０との間には、センターボス５０を囲むように寸法Ｘの隙間Ｇ１が設けられている。さらに、図２の拡大部分Ｂに示すように、ドライブプレート４０の外周部４０ｂに設けられる貫通孔４５の内径寸法は、貫通孔４５に挿入される締結ボルト４３の外径寸法よりも大きく形成されている。つまり、貫通孔４５とこれに挿入される締結ボルト４３との間には、締結ボルト４３を囲むように寸法Ｘの隙間Ｇ２が設けられている。このように、収容孔５１とセンターボス５０との間には隙間Ｇ１が設けられており、貫通孔４５と締結ボルト４３との間には隙間Ｇ２が設けられている。さらに、前述したように、ポンプシェル３１とドライブプレート４０とは互いに摺動自在に連結されている。これらの構造により、センターボス５０の外周面と収容孔５１の内周面とが互いに接触するまで、クランク軸１５に対してトルクコンバータ３０を径方向に距離Ｘで移動させることが可能である。

［トルクコンバータの重心位置］
トルクコンバータ３０の重心位置について説明する。図３は図１のＡ−Ａ線に沿ってクランク軸１５とトルクコンバータ３０との位置関係を示す説明図である。なお、図３には破線を用いてクランクピンＰ４の投影位置が示されている。図３に示すように、トルクコンバータ３０の重心Ｃｇと、トルクコンバータ３０の中心Ｃ１とは、互いに若干ずれている。つまり、トルクコンバータ３０のバランス状態は、重心Ｃｇと中心Ｃ１とが互いにずれるアンバランス状態である。なお、トルクコンバータ３０の完成検査においては、トルクコンバータ３０のダイナミックバランスが測定され、トルクコンバータ３０に作用する不釣り合いを解消するため、トルクコンバータ３０に対してバランスウェイトが取り付けられる。この完成検査において、トルクコンバータ３０の不釣り合いを完全に解消することなく、敢えてトルクコンバータ３０の不釣り合いを若干残すことにより、トルクコンバータ３０を所定のアンバランス状態に調整することが可能である。

このトルクコンバータ３０をクランク軸１５に連結する際には、図３に示すように、トルクコンバータ３０の重心Ｃｇが、基準クランクピンであるクランクピンＰ４の逆位相側に配置される。ここで、図４はドライブプレート４０を単体で示す正面図である。図４に示すように、ドライブプレート４０の中央部４０ａには、８つの貫通孔４４が等間隔で形成されている。すなわち、図示する例では、ボルト挿入用の貫通孔４４を１つずらすことにより、クランク軸１５に対するドライブプレート４０つまりトルクコンバータ３０の取付位置を４５°ずらすことができる。このように、クランク軸１５に対するドライブプレート４０の取付位置を調整することにより、トルクコンバータ３０を回転させて重心Ｃｇの位置を調整することができるため、トルクコンバータ３０の重心ＣｇをクランクピンＰ４の逆位相側に配置することが可能である。

また、基準クランクピンであるクランクピンＰ４とは、クランクピンＰ１〜Ｐ４のうち、最もトルクコンバータ３０側に配置されるクランクピンである。さらに、図３に示すように、クランクピンＰ４の同位相側とは、基準線Ｌ１よりもクランクピンＰ４に近づく側であり、クランクピンＰ４の逆位相側とは、基準線Ｌ１よりもクランクピンＰ４から離れる側である。なお、基準線Ｌ１とは、クランク軸１５の回転中心Ｃ２とクランクピンＰ４の軸中心Ｃ３とを結ぶ直線Ｌ２に直交し、かつクランク軸１５の回転中心Ｃ２を通過する直線である。

［トルクコンバータの径方向移動］
前述したように、トルクコンバータ３０は、クランク軸１５に対して径方向に移動自在に連結されている。さらに、トルクコンバータ３０の重心Ｃｇは、トルクコンバータ３０の中心Ｃ１からクランクピンＰ４の逆位相側にずれている。このような構造を採用することにより、クランク軸１５が回転する際には、トルクコンバータ３０の遠心力がクランクピンＰ４の逆位相側に作用するため、図３に矢印Ｚで示すように、トルクコンバータ３０はクランクピンＰ４の逆位相側にスライドする。このトルクコンバータ３０のスライドつまり径方向移動は、図３の拡大部分に一点鎖線のセンターボス５０で示すように、ポンプシェル３１のセンターボス５０と出力フランジ２４の収容孔５１とが互いに接触した位置で停止する。

ここで、図５はクランク軸１５と径方向移動したトルクコンバータ３０との位置関係を示す説明図である。また、図６（ａ）〜（ｄ）は径方向移動したトルクコンバータ３０に作用する遠心力を示す模式図である。図６（ａ）〜（ｄ）には、クランク軸１５と一体に回転するトルクコンバータ３０の回転状態が９０°毎に示されている。図５に示すように、トルクコンバータ３０は矢印Ｚ方向に移動するため、クランク軸１５の回転中心Ｃ２とトルクコンバータ３０の中心Ｃ１とは、センターボス周囲の間隔Ｇ１に相当する距離Ｘで互いにずれる。つまり、クランク軸１５が回転する際に、トルクコンバータ３０の中心Ｃ１は、回転中心Ｃ２から半径Ｘの円の軌跡Ｔｃに沿って公転することになる。このように、トルクコンバータ３０は、クランクピンＰ４の逆位相側に片寄り、かつクランク軸１５の回転中心Ｃ２に対して距離Ｘで偏心する。これにより、図６（ａ）〜（ｄ）に矢印αで示すように、トルクコンバータ３０にはクランクピンＰ４の逆位相側に遠心力が発生し、この遠心力はトルクコンバータ３０からクランク軸１５に伝達される。

［クランク軸の振動抑制］
次いで、参考例を用いてクランク軸１００に発生する振動について説明した後に、トルクコンバータ３０によるクランク軸１５の振動抑制について説明する。図７は参考例としてトルクコンバータ１０１が連結されたクランク軸１００の振動状況を示す模式図である。また、図８は実施例としてトルクコンバータ３０が連結されたクランク軸１５の振動状況を示す模式図である。なお、図７に示されるクランク軸１００とトルクコンバータ１０１とは、それぞれの中心が互いに一致した状態で連結されている。なお、図７において、図１に記載される部品と同様の部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、クランク軸１００が回転する際には、白抜きの矢印で示すように、クランクピンＰ１〜Ｐ４に対して、コネクティングロッド２１およびピストン２２の慣性力が作用する。図示するクランク軸１００の回転角においては、クランク軸１００の中央部が矢印Ａ方向に付勢され、クランク軸１００の両端部が矢印Ｂ方向に付勢されるため、クランク軸１００は矢印Ａ方向に凸の弓形に変形する。そして、更にクランク軸１００が１８０°回転すると、クランク軸１００の中央部が矢印Ｂ方向に付勢され、クランク軸１００の両端部が矢印Ａ方向に付勢されるため、クランク軸１００は矢印Ｂ方向に凸の弓形に変形する。このようなクランク軸１００の弓形変形が繰り返され、クランク軸１００には振動が発生していた。

これに対し、図８に示すように、実施形態のパワーユニット１０においては、クランク軸１５に対してトルクコンバータ３０を偏心させている。このように、トルクコンバータ３０を偏心させることにより、振動を抑制するようにクランク軸１５に遠心力を作用させることができる。すなわち、図８に示すように、クランクピンＰ４の慣性力βを打ち消すように、クランク軸１５の出力フランジ２４に遠心力αを作用させることができる。これにより、クランクジャーナルＪ５の変位を抑制することができ、クランク軸１５の振動を抑制することができる。さらに、クランク軸１５に連結されるクランクプーリ２６には、クランクピンＰ１の逆位相側にウェイト２７が設けられている。これにより、クランクジャーナルＪ１の変位を抑制することが可能となり、クランク軸１５の振動を抑制することができる。このように、クランク軸１５の振動を抑制することにより、エンジン音を減らして車室内に伝達される音を低減することができる。

前述したように、実施形態のパワーユニット１０においては、クランク軸１５に対してトルクコンバータ３０を偏心させ、クランク軸１５の振動を抑制している。すなわち、トルクコンバータ自体をアンバランス状態にすることでクランク軸１５の振動を抑制するのではなく、トルクコンバータ３０を径方向にずらすことでクランク軸１５の振動を抑制している。これにより、トルクコンバータ３０に大きなウェイトを取り付ける必要がないため、トルクコンバータ３０の重量増加を抑制しつつクランク軸１５の振動を抑制することができる。また、トルクコンバータ自体のアンバランス量を抑えることができ、トルクコンバータ３０の耐久性を向上させることができる。しかも、トルクコンバータ３０は大きな質量を有することから、クランク軸１５に対するトルクコンバータ３０の偏心量を抑制しつつ、クランク軸１５の振動を抑制することができる。このトルクコンバータ３０の偏心量Ｘつまり中心Ｃ１，Ｃ２間の距離としては、以下の式（１）に基づいて算出することが可能である。なお、式（１）において、「Ｗ」はクランク軸１５の振動抑制に必要なアンバランス量であり、「ｍ」は内部の作動油を含めたトルクコンバータ３０の質量である。
Ｘ＝２Ｗ／ｍ ・・・（１）

なお、図３に示す例では、直線Ｌ２上にトルクコンバータ３０の重心Ｃｇを配置しているが、これに限られることはなく、トルクコンバータ３０の重心ＣｇがクランクピンＰ４の逆位相側に配置されていれば、直線Ｌ２からトルクコンバータ３０の重心Ｃｇが外れていても良い。このように、トルクコンバータ３０の重心Ｃｇが直線Ｌ２から外れた場合には、図３に破線の矢印Ｚａ，Ｚｂで示すように、重心Ｃｇの位置に応じてトルクコンバータ３０が径方向にスライドすることになる。この場合であっても、トルクコンバータ３０がクランクピンＰ４の逆位相側にスライドし、出力フランジ２４に対してクランクピンＰ４の逆位相側に遠心力を作用させるため、クランク軸１５の振動を抑制することが可能である。

［他の実施の形態］
図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施の形態である車両用駆動装置が備えるクランク軸１５の構造を示す説明図である。なお、図９（ａ）〜（ｃ）において、前述した部材や部位と同様の部材や部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。前述の説明では、クランク軸１５に対するトルクコンバータ３０の重心Ｃｇの位置を調整することにより、トルクコンバータ３０のスライド方向を設定しているが、これに限られることはない。例えば、図９（ａ）に示すように、クランク軸１５の出力フランジ２４に、長孔形状の収容孔６０を形成しても良い。この場合には、トルクコンバータ３０のセンターボス５０が収容孔６０に沿って移動するため、スライドするトルクコンバータ３０の移動方向を任意に設定することが可能である。

また、前述の説明では、クランク軸１５の回転に伴ってトルクコンバータ３０をスライドさせているが、これに限られることはなく、クランク軸１５に対してトルクコンバータ３０を固定しても良い。例えば、図９（ｂ）に示すように、クランク軸１５の出力フランジ２４に対して回転中心Ｃ２から偏心する収容孔７０を形成し、この収容孔７０にトルクコンバータ３０のセンターボス５０を収容しても良い。また、図９（ｃ）に示すように、クランク軸１５の出力フランジ２４に対して回転中心Ｃ２と同心の第１収容孔８１を形成し、回転中心Ｃ２から偏心する第２収容孔８２を備えた偏心アダプタ８３を出力フランジ２４の第１収容孔８１に装着しても良い。この場合には、偏心アダプタ８３の第２収容孔８２にトルクコンバータ３０のセンターボス５０が収容される。

このように、クランク軸１５とトルクコンバータ３０とを互いに固定した場合であっても、トルクコンバータ３０の中心Ｃ１をクランク軸１５の回転中心Ｃ２からクランクピンＰ４の逆位相側にずらすことができ、クランク軸１５の振動を抑制することができる。しかも、クランク軸１５とトルクコンバータ３０とを固定した場合には、トルクコンバータ３０をスライドさせる必要がないことから、トルクコンバータ３０のアンバランス状態を解消することも可能である。つまり、トルクコンバータ３０の中心Ｃ１と重心Ｃｇとを互いに一致させることが可能である。これにより、トルクコンバータ３０の回転バランスを良好にすることができ、トルクコンバータ３０の耐久性を向上させることができる。なお、図９（ｂ）および（ｃ）に示した例において、クランク軸１５とトルクコンバータ３０とは、ドライブプレート４０を介して互いに固定されることになる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、トルクコンバータ３０を径方向に移動させるため、トルクコンバータ３０とドライブプレート４０とを摺動自在に連結しているが、これに限られることはなく、出力フランジ２４とドライブプレート４０とを摺動自在に連結しても良い。また、クランク軸１５とトルクコンバータ３０との間に、トルクコンバータ３０の径方向移動を許容する弾性機構やスライド機構等を設けても良い。また、前述の説明では、トルクコンバータ３０を径方向に移動させるため、完成検査においてトルクコンバータ３０に若干の不釣り合いを残しているが、これに限られることはない。例えば、トルクコンバータ３０に微小なウェイトを装着することにより、トルクコンバータ３０を径方向移動させる際の移動方向を決定しても良い。

前述の説明では、エンジン１１として水平対向型の４気筒エンジンを例示しているが、これに限られることはなく、シリンダ数やシリンダ配列を変更した他の形式のエンジンであっても良い。また、前述の説明では、クランク軸１５の各クランクスローＴ１〜Ｔ４にバランスウェイト２３を設けているが、これに限られることはない。偏心するトルクコンバータ３０によって、クランクピンＰ４に作用する慣性力を低減することができるため、クランクスローＴ４のバランスウェイト２３を削減しても良い。同様に、クランクプーリ２６のウェイト２７によって、クランクピンＰ１に作用する慣性力を低減することができるため、クランクスローＴ１のバランスウェイト２３を削減しても良い。

１０ パワーユニット（車両用駆動装置）
１１ エンジン
１５ クランク軸
２１ コネクティングロッド
２４ 出力フランジ（端部）
３０ トルクコンバータ
Ｐ１ クランクピン
Ｐ２ クランクピン
Ｐ３ クランクピン
Ｐ４ クランクピン（基準クランクピン）
Ｃ１ 中心
Ｃ２ 回転中心
Ｃｇ 重心

Claims (4)

1. エンジンに回転自在に設けられ、コネクティングロッドを支持する複数のクランクピンが形成されるクランク軸と、
   前記クランク軸の端部に連結されるトルクコンバータと、
   を有し、
   前記複数のクランクピンのうち、前記トルクコンバータ側に配置されるクランクピンは基準クランクピンであり、
   前記トルクコンバータの中心は、前記クランク軸の回転中心から前記基準クランクピンの逆位相側にずれている、車両用駆動装置。
2. 請求項１記載の車両用駆動装置において、
   前記トルクコンバータは、前記クランク軸に径方向に移動自在に連結され、
   前記トルクコンバータの重心は、前記トルクコンバータの中心から前記基準クランクピンの逆位相側にずれている、車両用駆動装置。
3. 請求項１または２記載の車両用駆動装置において、
   前記クランク軸が回転する際に、前記トルクコンバータは前記クランク軸に対して径方向に移動する、車両用駆動装置。
4. 請求項１記載の車両用駆動装置において、
   前記トルクコンバータと前記クランク軸とは互いに固定されている、車両用駆動装置。

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