JP7420456B2 - internal combustion engine crankshaft - Google Patents
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Description
本発明は、ガソリン機関やディーゼル機関のようなレシプロ式内燃機関に使用されるクランク軸に関するものである。 The present invention relates to a crankshaft used in a reciprocating internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine.
レシプロ式内燃機関に使用されるクランク軸には、機関の運転によって曲げやねじりの外力が作用するが、ピストンから受ける力は周期的に変化するため、クランク軸に振動が発生する。そして、この振動がクランク軸のもつ固有振動数と一致すると共振が発生し、ノイズバイブレーションの悪化となって現れる。特に、クランク軸はその構造上の宿命として強いねじり作用を受けるため、ねじりに起因したノイズバイブレーションが顕著に現れやすい。 External bending and torsion forces act on the crankshaft used in reciprocating internal combustion engines as the engine operates, but the force received from the piston changes periodically, causing vibrations in the crankshaft. When this vibration matches the natural frequency of the crankshaft, resonance occurs, resulting in worsening noise vibration. In particular, since the crankshaft is subjected to strong torsional action as a result of its structure, noise vibrations caused by the torsion are likely to be noticeable.
そこで、クランク軸の制振手段として、クランクプーリに環状凹所を形成してこの環状凹所に弾性リングを介してダンパマスを相対回転可能に配置することが行われている。すなわち、クランクプーリをダンパ機能付きのダンパプーリに構成することが行われている。しかし、ダンパプーリは、その機能以上に余分な質量のダンパマスを付加するものであるため、クランクプーリの質量が必要以上に大きくなって、燃費を悪化させるという問題がある。 Therefore, as a vibration damping means for the crankshaft, an annular recess is formed in the crank pulley, and a damper mass is relatively rotatably disposed in the annular recess via an elastic ring. That is, the crank pulley is configured as a damper pulley with a damper function. However, since the damper pulley adds an extra mass of damper mass that exceeds its function, there is a problem that the mass of the crank pulley becomes larger than necessary, which worsens fuel efficiency.
他方、本願出願人の出願に係る特許文献1には、クランク軸を構成するカウンタウエイトをクランクアームとは別体に形成して、この別体のカウンタウエイトを、クランク軸の軸心と直交した放射方向に相対動するようにクランクアームに取り付けることが開示されている。
On the other hand,
具体的には、別体のカウンタウエイトは、回転軸心と直交した方向に長い姿勢の左右2本のボルトでクランクアームに連結されており、カウンタウエイトの内周とクランクアームの外周との間に弾性シートを挟み込むことにより、カウンタウエイトが回転軸心と直交した方向に相対動することを許容している。 Specifically, the separate counterweight is connected to the crank arm by two left and right bolts that are long in the direction perpendicular to the rotation axis, and there is a gap between the inner circumference of the counterweight and the outer circumference of the crank arm. By sandwiching an elastic sheet between the two, the counterweight is allowed to move relative to each other in a direction perpendicular to the rotation axis .
特許文献1は、カウンタウエイトを制振部材に兼用させるものであるため、重量増大を抑制できる利点を有するが、曲げに起因した振動の抑制を目的としており、カウンタウエイトは放射方向に相対動するに過ぎないため、ねじりに起因した振動の抑制には殆ど貢献しないという問題があった。
また、カウンタウエイトは2本のボルトでクランクアームに連結されているが、カウンタウエイトの全体がクランクアームとは別体になっているため、カウンタウエイトに作用した遠心力はボルトで支持するしかなく、このため、カウンタウエイトを長期に亙って安定的に保持することが難しいという問題もあった。 Also, the counterweight is connected to the crank arm with two bolts, but since the entire counterweight is separate from the crank arm, the centrifugal force acting on the counterweight can only be supported by the bolts. Therefore, there was also the problem that it was difficult to maintain the counterweight stably over a long period of time.
本願発明はこのような現状を契機として成されたものであり、カウンタウエイトに制振機能を持たせることは先願の考え方を踏襲しつつ、ねじりに起因した振動対策として改良された構成を提供しようとするものである。 The present invention was made in response to this current situation, and while following the idea of the previous application in providing the counterweight with a vibration damping function, it provides an improved configuration as a countermeasure against vibrations caused by torsion. This is what I am trying to do.
本願発明のクランク軸は、請求項1のとおり、
「クランクジャーナルとクランクピンとがクランクアームを介して連結されており、前記クランクアームにカウンタウエイトが一体に形成されている構成において、
前記カウンタウエイトに、回転軸心方向から見て前記クランクピンと反対側の遠心方向に開口すると共に周方向の幅が開口に向けて徐々に小さくなる凹所が形成されて、前記凹所に、前記カウンタウエイトと周方向に相対動する制振部材が離脱しないように嵌め込まれており、
前記制振部材は、前記カウンタウエイトとの周方向の相対動が許容されるように弾性体を介して前記凹所に支持されていると共に、前記凹所を通って回転軸心及び前記クランクピンの軸心と直交した方向に延びるボルトによって前記クランクアームに締結されている」
という特徴を有している。
As claimed in
"In a configuration in which a crank journal and a crank pin are connected via a crank arm, and a counterweight is integrally formed with the crank arm,
A recess is formed in the counterweight that opens in the centrifugal direction on the opposite side of the crank pin when viewed from the rotational axis direction, and the width in the circumferential direction gradually decreases toward the opening, and the recess A damping member that moves relative to the counterweight in the circumferential direction is fitted to prevent it from coming off.
The vibration damping member is supported in the recess through an elastic body so as to allow relative movement in the circumferential direction with the counterweight, and the vibration damping member passes through the recess to the rotation axis and the crank pin. The crank arm is fastened to the crank arm by a bolt extending in a direction perpendicular to the axis of the crank arm.
It has the following characteristics.
本願発明は請求項2,3の展開例も含んでいる。このうち請求項2の発明は、請求項1において、
「前記凹所のうち前記クランクアームの側に位置した内面と前記制振部材との間に、及び、前記ボルトの頭と前記制振部材との間にクリアランスが空いている」
という構成になっている。
他方、請求項3の発明は、請求項1又は2において、
「前記制振部材に形成されたボルト取り付け穴の内径は前記ボルトの外径よりも大径に形成されている」
という構成になっている。
クランク軸は複数のカウンタウエイトを備えているが、本願発明では、制振部材は、クランク軸の両端に位置したカウンタウエイトのうちいずれか一方に設けたら足りる。
The present invention also includes expanded examples of
"There is a clearance between the inner surface of the recess located on the crank arm side and the vibration damping member, and between the head of the bolt and the vibration damping member."
The structure is as follows.
On the other hand, the invention of
"The inner diameter of the bolt mounting hole formed in the vibration damping member is larger than the outer diameter of the bolt."
The structure is as follows.
Although the crankshaft includes a plurality of counterweights, in the present invention, it is sufficient to provide the vibration damping member on either one of the counterweights located at both ends of the crankshaft.
本願発明では、制振部材は弾性体を介してカウンタウエイトと周方向に相対動するため、クランク軸のねじりによる振動を、制振部材の動きによって防止又は大幅に抑制できる。すなわち、カウンタウエイトに組み込まれた制振部材が、クランク軸の軸心回りの振動を吸収するダンパとして機能している。 In the present invention, since the damping member moves relative to the counterweight in the circumferential direction via the elastic body, vibrations caused by torsion of the crankshaft can be prevented or significantly suppressed by the movement of the damping member. That is, the vibration damping member incorporated in the counterweight functions as a damper that absorbs vibrations around the axis of the crankshaft.
制振部材は、制振機能を高めるためにカウンタウエイトよりも比重が大きい材料を使用してもよいが、この場合でも、カウンタウエイトはクランク軸の軸心周りの一部に存在するに過ぎないため、ダンパプーリのようにリング状のダンパマスを使用した場合に比べて軽量化できる。従って、燃費を改善しつつ、機関のノイズバイブレーションを抑制できる。 The damping member may be made of a material with a higher specific gravity than the counterweight in order to enhance its damping function, but even in this case, the counterweight only exists in a portion around the axis of the crankshaft. Therefore, the weight can be reduced compared to the case where a ring-shaped damper mass is used like a damper pulley. Therefore, engine noise and vibration can be suppressed while improving fuel efficiency.
また、制振部材はカウンタウエイトの凹所に嵌め込まれているため、制振部材を安定的に保持できる。特に、本願発明では、凹所を、回転軸心方向視においてクランクピンと反対側を向いた遠心方向に開口させつつ開口に向けて溝幅が小さくなったくさび形に形成していることにより、制振部材が遠心力によって移動することを確実に防止できるため、制振部材の安定性をより確実に向上できる。 Moreover, since the damping member is fitted into the recess of the counterweight, the damping member can be stably held. In particular, in the present invention, the recess is formed in a wedge shape that opens in the centrifugal direction facing away from the crank pin when viewed in the direction of the rotation axis, and the groove width decreases toward the opening. Since the vibration member can be reliably prevented from moving due to centrifugal force, the stability of the vibration damping member can be improved more reliably.
なお、本願発明はダンパプーリの使用を排除するものではなく、内燃機関の品質を更に高める手段として、本願発明のクランク軸とダンパプーリとを併用することも可能である。これにより、機関の振動防止効果と静粛性とを更に向上できる。 Note that the present invention does not exclude the use of a damper pulley, and it is also possible to use the crankshaft and damper pulley of the present invention in combination as a means to further improve the quality of the internal combustion engine. Thereby, the vibration prevention effect and quietness of the engine can be further improved.
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では方向を特定するため前後の文言を使用するが、クランクプーリやタイミングチェーンが配置されている側を前、ミッションケースが配置されている側を後ろとしている。 Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. In the following, we will use the words front and back to specify the direction, but the side where the crank pulley and timing chain are located is the front, and the side where the transmission case is located is the back.
本実施形態のクランク軸は3気筒内燃機関用のものであり、従って、前端側に位置したフロントジャーナル1と後端側に位置したエンドジャーナル2、両者の間に位置した2本の中間ジャーナル3を有している。
The crankshaft of this embodiment is for a three-cylinder internal combustion engine, and therefore has a
そして、フロントジャーナル1と一方の中間ジャーナル3、隣り合った中間ジャーナル3、及び他方の中間ジャーナル3とエンドジャーナル2とは、それぞれ一対のクランクアーム(クランクウエブ)4を介してクランクピン5で連結されており、各クランクアーム4に、それぞれカウンタウエイト(バランスウエイト)6を一体に設けている。
The
従って、本実施形態では、各クランクジャーナル1~3に対応して2枚ずつのカウンタウエイト6を有しているが、最も手前に位置した1枚のカウンタウエイト6に、クランク軸線方向(前後方向)及びクランクピン5と反対側に向いた遠心方向に開口した凹所7を形成して、この凹所7に制振部材(ダンパ)8を嵌め込んでいる。制振部材8は、その全部又は一部をクランクアーム4よりも比重が大きい材料で構成するのが好ましい。
Therefore, in this embodiment, there are two
凹所7は、クランク軸心(回転軸心)に近い上面7aはクランクアーム4の長手中心線と直交した平坦面になって、左右内側面7bはクランクピン5から遠ざかる遠心方向に向けて溝幅が小さくなるように湾曲しており、カウンタウエイト6の外周面に開口している。従って、凹所7は全体としては半円状のくさび形になっている。
The
他方、制振部材8は凹所7と相似形の半円状になっており、制振部材8の左右側面8aと凹所7の左右側面7bとの間に、エラストマ等のゴム質の弾性体9を介在させている。弾性体9は、凹所7と制振部材8とのうち少なくとも一方に接着等の手段で離脱不能に固定されている。また、制振部材8の上面8bと凹所7の上面7aとの間には僅かの隙間(クリアランス)が空いている。
On the other hand, the
制振部材8は、クランクアーム4の長手中心線(回転軸心及びクランクピン5の軸心と直交した線)と同心に配置された1本のボルト10によってクランクアーム4に連結されている。従って、制振部材8には、ボルト10の頭が隠れる座繰り穴11を形成している。そして、ボルト10をクランクアーム4にねじ込みきった状態で、制振部材8が僅かの寸法ながらボルト10の軸心方向に移動できるようなクリアランスを設けている(図1(C)に示すように、ボルト10の頭と座繰り穴11の底面との間に隙間が空いている。)。また、制振部材8のボルト取り付け穴12をボルト10の外径よりも僅かに大径に設定することにより、制振部材8が弾性体9の弾性に抗してカウンタウエイト6に対して周方向に相対動することが許容されている。
The
制振部材8の保持手段としては、図2(A)に示すように、制振部材8をボルト10のみで保持することも可能であるが、弾性体9を凹所7の内側面7bと制振部材8の外側面8aとの両方に接着剤で接着しておくと、制振部材8がクランク軸線方向に触れ動くことや制振部材8がボルト10の軸心周りに触れ動くことを防止できて好適である。
As a holding means for the damping
また、図2(B)に変形例として示すように、カウンタウエイト6に挿通した左右一対のガイドピン13を制振部材8に圧入することにより、制振部材8がクランク軸線方向に触れ動くことや、制振部材8がボルト10の軸心周りに触れ動くことを防止することが可能である。ガイドピン13はボルト10と直交していため、制振部材8はボルト10と直交した方向に相対動できる(この場合も、擬似的には、制振部材8はクランク軸の周方向に相対動し得る。)。
Furthermore, as shown as a modification in FIG. 2(B), by press-fitting the pair of left and right guide pins 13 inserted into the
(2).作用
以上のとおり、本実施形態では、制振部材8は、カウンタウエイト6やクランクアーム4、各クランクジャーナル1~3に対して周方向に相対動できる。このため、クランク軸のねじりによる振動に対して制振部材8が遅れて動くことにより、当該振動が抑制される。すなわち、制振部材8のダンパ効果によって、軸心周りの振動を抑制できる。その結果、クランク軸の共振を防止して、内燃機関のノイズバイブブレーションを大幅に抑制できる。
(2). Effect As described above, in this embodiment, the
また、凹所7と制振部材8とは半円状(くさび形)に形成されているため、制振部材8に遠心力が作用しても、その遠心力による制振部材8の慣性力は凹所7によってしっかりと支持される。従って、制振部材8は、凹所7の内部に安定的に保持できる。このため、信頼性に優れている。
Furthermore, since the
実施形態では、最も前に位置したカウンタウエイト6のみに制振部材8を設けているが、クランク軸のねじり変位量は前端と後端との間で最も大きくなるので、最も前に位置したカウンタウエイト6のみに制振部材8を設けるだけでも、十分な制振効果を発揮できる。実施形態とは異なって、最も後ろに位置したカウンタウエイト6に制振部材8を設けることも可能である。
In the embodiment, the damping
或いは、前端と後端との2つのカウンタウエイト6に制振部材8を設けることも可能である。但し、3気筒用のクランク軸では、前後両端に位置したカウンタウエイト6の位相は周方向に120°(或いは240°)ずれているので、両端のカウンタウエイト6に制振部材8を設けた場合、ダンパ効果を打ち消しあうことも想定される。
Alternatively, it is also possible to provide the damping
実施形態では、凹所7の内側面7bと制振部材8の外側面8aとを湾曲した形状に形成したが、凹所7の内側面7bと制振部材8の外側面8aとを、ボルト10の軸線に対して傾斜した平坦面に形成することも可能である。すなわち、凹所7と制振部材8とを正面視で略台形に形成することも可能である。この場合も、くさび効果により、遠心力が作用した制振部材8を凹所7によって安定的に支持できる。
In the embodiment, the
また、凹所7の平坦な上面7aと制振部材8との間に弾性体を配置することも可能である。更に、制振部材8を左右2本のボルト10でクランクアーム4に連結することも可能である。この場合は、制振部材8がボルト10の軸心周りに回動することを防止できるため、信頼性を格段に向上できる。
Further, it is also possible to arrange an elastic body between the flat
(3).参考例
図3に示す参考例では、凹所7は放射方向外側に開口していないクローズド方式になっており、屈曲した内側面7c,7dを有する略台形になっている。これに対応して、制振部材8も、屈曲した外側面8c,8dを有する略台形になっている。そして、凹所7の屈曲した側面7c,7dと制振部材8の屈曲した外側面8c,8d との間に弾性体9を介在させている。なお、凹所7及び制振部材8は単純な台形に形成してもよい。
(3) .Reference example
In the reference example shown in FIG. 3, the
制振部材8の保持手段として、周方向に離反した左右2本のガイドピン14を使用しており、ガイドピン14は、カウンタウエイト6及び制振部材8を貫通してクランクアーム4に抜け不能に圧入されている。ガイドピン14と制振部材8との間には、若干のクリアランスが空いている。従って、制振部材8が弾性体9の弾性に抗して周方向に相対動することが許容されている。
Two left and right guide pins 14 separated in the circumferential direction are used as holding means for the
この参考例では、制振部材8がガイドピン13の軸心周りに動くことはないため、制振部材8の支持安定性を格段に向上できる。また、カウンタウエイト6には自由端部は存在しないため、カウンタウエイト6の剛性低下を防止できる。従って、全体として、強度や安定性に優れている。
In this reference example , since the damping
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、弾性体としてはコイルばねや板ばねのような金属製のものも使用できる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, the elastic body may be made of metal such as a coil spring or a leaf spring.
実施形態の凹所は前後方向(クランク軸線方向)に開口させているが、前後方向のうち片方のみに開口した形態も採用可能である。 Although the recess in the embodiment is opened in the front-rear direction (crank axis direction), it is also possible to adopt a form in which it is opened in only one of the front-rear directions.
本願発明はクランク軸に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in a crankshaft. Therefore, it can be used industrially.
1 フロントジャーナル
2 エンドジャーナル
3 中間ジャーナル
4 クランクアーム
5 クランクピン
6 カウンタウエイト
7 凹所
8 制振部材
9 弾性体
10 ボルト
1
Claims (3)
前記カウンタウエイトに、回転軸心方向から見て前記クランクピンと反対側の遠心方向に開口すると共に周方向の幅が開口に向けて徐々に小さくなる凹所が形成されて、前記凹所に、前記カウンタウエイトと周方向に相対動する制振部材が離脱しないように嵌め込まれており、
前記制振部材は、前記カウンタウエイトとの周方向の相対動が許容されるように弾性体を介して前記凹所に支持されていると共に、前記凹所を通って回転軸心及び前記クランクピンの軸心と直交した方向に延びるボルトによって前記クランクアームに締結されている、
内燃機関のクランク軸。 A crank journal and a crank pin are connected via a crank arm, and a counterweight is integrally formed with the crank arm,
A recess is formed in the counterweight that opens in the centrifugal direction on the opposite side of the crank pin when viewed from the rotational axis direction, and the width in the circumferential direction gradually decreases toward the opening. A damping member that moves relative to the counterweight in the circumferential direction is fitted to prevent it from coming off.
The vibration damping member is supported in the recess via an elastic body so as to allow relative movement in the circumferential direction with the counterweight, and the vibration damping member passes through the recess to the rotation axis and the crank pin. fastened to the crank arm by a bolt extending in a direction perpendicular to the axis of the crank arm;
Crankshaft of an internal combustion engine.
請求項1に記載した内燃機関のクランク軸。A crankshaft for an internal combustion engine according to claim 1.
請求項1又は2に記載した内燃機関のクランク軸。A crankshaft for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
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