JP7828240B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸を備えるエンジンに関する。

エンジンに設けられるクランク軸の振動を低減するため、エンジンにはダイナミックダンパ等のダンパが取り付けられている（特許文献１－４参照）。

実開昭５８－１８６２１３号公報 特開２００７－２２５０８６号公報 特開２００１－３２８８６号公報 特開２００１－８２１６３号公報

ところで、エンジンには様々な部品が装着されることから、ダンパの取付スペースを確保することが困難となっている。このため、エンジンに取り付けられるダンパには、制振性能の確保とともに小型化が求められていた。すなわち、制振性能の確保とともに小型化を達成するためには、ダンパの制振性能を高めることが求められている。

本発明の目的は、ダンパの制振性能を高めることである。

一実施形態のエンジンは、クランク軸を備えるエンジンであって、前記クランク軸のジャーナルを回転可能に支持するエンジン本体と、前記エンジン本体に取り付けられ、オイルを貯留するオイルパンと、前記エンジン本体に取り付けられるロッド部と、前記ロッド部の先端に設けられるマス部と、を備えるダンパと、を有し、前記マス部は前記オイルパンに収容されており、前記マス部の下端はアイドリング中のオイルレベルよりも下方に位置している。

本発明の一態様によれば、エンジン本体に取り付けられるロッド部と、ロッド部の先端に設けられるマス部と、を備えるダンパを有している。ダンパのマス部はオイルパンに収容されており、マス部の下端はアイドリング中のオイルレベルよりも下方に位置している。これにより、マス部をオイルによって減衰させることができるため、ダンパの制振性能を高めることができる。

本発明の一実施形態であるエンジンが搭載された車両を示す図である。 図１のＡ－Ａ線に沿ってエンジンを示す断面図である。 図２のＢ－Ｂ線に沿ってエンジンの一部を示す断面図である。 エンジンおよびトランスミッションの連結構造を示す断面図である。 図３のＣ－Ｃ線に沿ってクランクジャーナルおよびその近傍を示す断面図である。 図５のＤ－Ｄ線に沿ってクランクジャーナルおよびその近傍を示す断面図である。 クランク軸の振動特性を示すイメージ図である。 ダイナミックダンパの変形例を示す図である。 ダイナミックダンパの変形例を示す図である。 ダイナミックダンパの変形例を示す図である。 本発明の他実施形態であるエンジンの一部を示す図である。

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。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。

［車両］
図１は本発明の一実施形態であるエンジン１０が搭載された車両１１を示す図である。図１に示すように、車両１１には、エンジン１０およびトランスミッション１２等からなるパワートレイン１３が搭載されている。このパワートレイン１３の出力軸１４には、プロペラ軸１５およびデファレンシャル機構１６を介して車輪１７が連結されている。図示するパワートレイン１３は、後輪駆動用のパワートレインであるが、これに限られることはなく、前輪駆動用や全輪駆動用のパワートレインであっても良い。

［エンジン］
図２は図１のＡ－Ａ線に沿ってエンジン１０を示す断面図である。図示するエンジン１０は、一対のシリンダバンクを備えた水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、例えば、直列エンジン、Ｖ型エンジン或いは単気筒エンジン等であっても良い。つまり、シリンダ配列やシリンダ数を変更したあらゆる形式のエンジンに対し、本発明を適用することが可能である。

図２に示すように、エンジン１０は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２０と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２１と、一対のシリンダブロック２０，２１に支持されるクランク軸２２と、を有している。各シリンダブロック２０，２１にはピストン２３が収容されており、これらのピストン２３にはコネクティングロッド２４を介してクランク軸２２が連結されている。

各シリンダブロック２０，２１には、動弁機構２５等を備えたシリンダヘッド２６が取り付けられている。また、シリンダブロック２０，２１の下部には、補強部材であるオイルパンアッパー２７を介してオイルパン２８が取り付けられている。このように、シリンダブロック２０，２１およびオイルパンアッパー２７からなるエンジン本体２９には、オイルＸを貯留するオイルパン２８が取り付けられている。なお、オイルパン２８には、図示しないオイルポンプに接続されるオイルストレーナ３０が収容されている。

図３は図２のＢ－Ｂ線に沿ってエンジン１０の一部を示す断面図である。図３に示すように、シリンダブロック２０の支持壁３１にはジャーナルボア３１ａが形成されており、シリンダブロック２１の支持壁３２にはジャーナルボア３２ａが形成されている。また、双方のジャーナルボア３１ａ，３２ａには、軸受メタル３３を介してクランク軸２２が回転可能に支持されている。

クランク軸２２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３４と、を有している。クランクスロー３４は、回転中心から偏心するクランクピン３５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３５とを連結するクランクアーム３６を備えている。クランクピン３５には、コネクティングロッド２４を介してピストン２３が連結されている。

［トルクコンバータ］
図４はエンジン１０およびトランスミッション１２の連結構造を示す断面図である。図４に示すように、クランク軸２２の一端部には補機駆動軸４０が設けられており、クランク軸２２の他端部には出力フランジ４１が設けられている。また、クランク軸２２の補機駆動軸４０にはクランクプーリ４２が取り付けられており、クランク軸２２の出力フランジ４１にはドライブプレート４３を介してトルクコンバータ（慣性回転体）４４が連結されている。出力フランジ４１に連結されるトルクコンバータ４４は、クランク軸２２の回転速度を安定させるフライホイールとしても機能している。

トルクコンバータ４４は、ドライブプレート４３に連結されるポンプシェル５０を有している。また、トルクコンバータ４４は、ポンプシェル５０に固定されるポンプインペラ５１と、ポンプインペラ５１に対向するタービンランナ５２と、ポンプインペラ５１とタービンランナ５２との間に配置されるステータ５３と、を有している。さらに、タービンランナ５２にはタービンハブ５４が連結されており、タービンハブ５４にはタービン軸５５が連結されている。トルクコンバータ４４の出力軸であるタービン軸５５には、トランスミッション１２の変速機構５６が連結されている。なお、トルクコンバータ４４には、ロックアップクラッチ５７が設けられている。

［ダイナミックダンパ］
前述したように、クランク軸２２には、同軸上に配置される複数のクランクジャーナル（ジャーナル）Ｊ１～Ｊ５が形成されている。これらクランクジャーナルＪ１～Ｊ５のうち、最もトルクコンバータ４４側に位置するクランクジャーナルＪ５の近傍には、後述するように、ダイナミックダンパ６０が取り付けられている。

図５は図３のＣ－Ｃ線に沿ってクランクジャーナルＪ５およびその近傍を示す断面図である。また、図６は図５のＤ－Ｄ線に沿ってクランクジャーナルＪ５およびその近傍を示す断面図である。図５および図６に示すように、シリンダブロック２０，２１およびオイルパンアッパー２７からなるエンジン本体２９には、締結ボルト６１を用いてダイナミックダンパ（ダンパ）６０が取り付けられている。つまり、クランクジャーナルＪ５を回転可能に支持するシリンダブロック２０，２１の支持壁３１，３２には、オイルパンアッパー２７を介してダイナミックダンパ６０が取り付けられている。

ダイナミックダンパ６０は、エンジン本体２９に取り付けられるロッド部６２と、ロッド部６２の先端に設けられるマス部６３と、を有している。また、オイルパンアッパー２７に取り付けられるロッド部６２の取付端部６４は、クランクジャーナルＪ５の径方向外側（矢印α方向）に位置している。換言すれば、オイルパンアッパー２７に取り付けられるロッド部６２の取付端部６４は、クランクジャーナルＪ５の鉛直方向の下方つまり直下に位置している。

図２に示すように、ダイナミックダンパ６０のマス部６３はオイルパン２８に収容されており、マス部６３の下端６３ａはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。また、マス部６３の上端６３ｂはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。つまり、エンジン１０のアイドリング状態において、ダイナミックダンパ６０のマス部６３の全ては、オイルパン２８内のオイルＸに浸されている。なお、エンジン１０のアイドリング状態とは、エンジン１０を一定回転速度で無負荷運転させる状態である。

なお、マス部６３の質量やロッド部６２のバネ定数は、所定のエンジン回転数におけるクランク軸２２の共振を防止するように設定されている。また、図示するダイナミックダンパ６０は、金属材料を用いてロッド部６２およびマス部６３を一体に形成しているが、これに限られることはなく、ロッド部６２とマス部６３とを互いに異なる材料を用いて形成しても良い。また、図２において、オイルレベルＯＬ２は、エンジン停止中の油面高さであり、オイルレベルＯＬ３は、エンジン回転数が最大回転数に到達したときの油面高さである。

［ダイナミックダンパの制振性能］
図７はクランク軸２２の振動特性を示すイメージ図である。図７において、横軸はクランク軸２２の振動数つまり周波数を示しており、縦軸はクランク軸２２の振動レベルを示している。また、図７において、実施例である特性線Ｌ１は、ダイナミックダンパ６０のマス部６３がオイルＸに浸されている場合の振動特性を示している。また、比較例である特性線Ｌ２は、ダイナミックダンパ６０のマス部６３がオイルに浸されていない場合の振動特性を示しており、比較例である特性線Ｌ３は、ダイナミックダンパ６０が取り付けられていない場合の振動特性を示している。

図７に示すように、エンジン１０には振動や騒音の観点から問題となる所定の周波数領域Ｘａが設定されており、この周波数領域Ｘａにおいて良好な振動特性を得ることが求められている。ここで、ダイナミックダンパ６０が用いられていない場合には、特性線Ｌ３で示すように、所定の周波数領域Ｘａにおいて振動レベルのピークが現れている。これに対し、ダイナミックダンパ６０を用いた場合には、特性線Ｌ２で示すように、所定の周波数領域Ｘａから振動レベルのピークを外すことが可能になる。さらに、エンジン本体２９にダイナミックダンパ６０を取り付けるとともに、ダイナミックダンパ６０のマス部６３をオイルＸに浸した場合には、特性線Ｌ１および矢印βで示すように、振動レベルのピークを下げることができる。

つまり、実施形態のダイナミックダンパ６０においては、マス部６３がオイルＸに浸される構造であることから、オイルパン２８内のオイルＸによってマス部６３の振動を減衰させることができる。すなわち、振動するマス部６３に対して流体減衰力を与えることができるため、ダイナミックダンパ６０の制振性能を高めることができる。また、ダイナミックダンパ６０の制振性能を高めることができるため、ダイナミックダンパ６０の大型化を抑制することも可能である。

しかも、ダイナミックダンパ６０のマス部６３はオイルパン２８に収容されることから、エンジン１０内のスペースを有効に活用することができる。つまり、エンジン１０を大型化することなく、エンジン１０内にダイナミックダンパ６０を組み込むことができる。さらに、ダイナミックダンパ６０はクランクジャーナルＪ５の直下に取り付けられており、トルクコンバータ４４の近傍に設けられるクランクジャーナルＪ５の振動を抑制することができる。これにより、トルクコンバータ４４の傾きを積極的に抑えることができ、パワートレイン１３の振動を抑制することができる。

図２に示した例では、マス部６３の下端６３ａおよび上端６３ｂの双方が、アイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置しているが、これに限られることはなく、エンジン運転中においてマス部６３の少なくとも一部がオイルＸに触れていれば良い。例えば、マス部６３の上端６３ｂがアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも上方に位置していても良く、マス部６３の上端６３ｂがエンジン停止中のオイルレベルＯＬ２よりも上方に位置していても良い。

また、図２に示した例では、エンジン回転数が最大回転数に達したときのオイルレベルＯＬ３よりも、マス部６３の下端６３ａが下方に位置しているが、これに限られることはない。例えば、マス部６３の下端６３ａがオイルレベルＯＬ３よりも上方に位置していても良い。つまり、エンジン１０の低回転領域において、マス部６３の少なくとも一部がオイルＸに浸かる一方、エンジン１０の高回転領域において、マス部６３がオイルＸから離れていても良い。

［マス部の変形例］
図２、図５および図６に示した例では、ダイナミックダンパ６０のマス部６３を直方体に形成しているが、マス部６３の形状としては如何なる形状であっても良い。ここで、図８、図９および図１０はダイナミックダンパの変形例を示す図である。なお、図８、図９および図１０において、図５に示した部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、ダイナミックダンパ（ダンパ）７０のマス部７１に対して、上下に延びる側板７２を設けても良い。このように、マス部７１に対して側板７２を設けることにより、マス部７１の表面積を拡大させることができ、オイルＸによるマス部７１の減衰力を高めることができる。この場合においても、マス部７１の下端７１ａはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。なお、マス部７１の上端７１ｂについてもオイルレベルＯＬ１の下方に位置しているが、これに限られることはなく、マス部７１の上端７１ｂがオイルレベルＯＬ１の上方に位置していても良い。

図９に示すように、ダイナミックダンパ（ダンパ）７５に設けられるマス部７６の側面に対して凹部７７を形成しても良い。このように、マス部７６に対して凹部７７を形成することにより、マス部７６の表面積を拡大させることができ、オイルＸによるマス部７６の減衰力を高めることができる。この場合においても、マス部７６の下端７６ａはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。なお、マス部７６の上端７６ｂについてもオイルレベルＯＬ１の下方に位置しているが、これに限られることはなく、マス部７６の上端７６ｂがオイルレベルＯＬ１の上方に位置していても良い。

図１０に示すように、ダイナミックダンパ（ダンパ）８０に設けられるマス部８１の側面に対して多数の窪み８２を形成しても良い。このように、マス部８１に対して窪み８２を形成することにより、マス部８１の表面積を拡大させることができ、オイルＸによるマス部８１の減衰力を高めることができる。この場合においても、マス部８１の下端８１ａはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。なお、マス部８１の上端８１ｂについてもオイルレベルＯＬ１の下方に位置しているが、これに限られることはなく、マス部８１の上端８１ｂがオイルレベルＯＬ１の上方に位置していても良い。

［他実施形態］
図１１は本発明の他実施形態であるエンジン１０の一部を示す図である。図１１において、図５に示した部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１０に示すように、直列型のエンジン９０は、シリンダブロック９１を有している。シリンダブロック９１にはロアケース９２が取り付けられており、ロアケース９２にはオイルＸを貯留するオイルパン９３が取り付けられている。また、シリンダブロック９１には、ジャーナルボア９４を備えた支持壁９５が形成されている。さらに、シリンダブロック９１の支持壁９５には、クランクジャーナルＪ５を挟み込むようにベアリングキャップ９６が組み付けられている。そして、ベアリングキャップ９６には、ロッド部６２およびマス部６３からなるダイナミックダンパ６０が取り付けられている。つまり、シリンダブロック９１およびベアリングキャップ９６からなるエンジン本体９７には、ダイナミックダンパ６０が取り付けられている。

また、ダイナミックダンパ６０のマス部６３はオイルパン９３に収容されており、マス部６３の下端６３ａはアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。つまり、エンジン９０に設けられたダイナミックダンパ６０は、マス部６３がオイルＸに浸される構造を有することから、オイルパン９３内のオイルＸによってマス部６３の振動を減衰させることができる。すなわち、振動するマス部６３に対して流体減衰力を与えることができるため、ダイナミックダンパ６０の制振性能を高めることができる。また、ダイナミックダンパ６０の制振性能を高めることができるため、ダイナミックダンパ６０の大型化を抑制することも可能である。

図１１に示した例では、マス部６３の下端６３ａおよび上端６３ｂの双方が、アイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置しているが、これに限られることはなく、エンジン運転中においてマス部６３の少なくとも一部がオイルＸに触れていれば良い。例えば、マス部６３の上端６３ｂがアイドリング中のオイルレベルＯＬ１よりも上方に位置していても良く、マス部６３の上端６３ｂがエンジン停止中のオイルレベルＯＬ２よりも上方に位置していても良い。

また、図１１に示した例では、エンジン回転数が最大回転数に達したときのオイルレベルＯＬ３よりも、マス部６３の下端６３ａが下方に位置しているが、これに限られることはない。例えば、マス部６３の下端６３ａがオイルレベルＯＬ３よりも上方に位置していても良い。つまり、エンジン９０の低回転領域において、マス部６３の少なくとも一部がオイルＸに浸かる一方、エンジン９０の高回転領域において、マス部６３がオイルＸから離れていても良い。

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。前述の説明では、エンジン本体２９に対して１つのダイナミックダンパ６０を取り付けているが、これに限られることはなく、エンジン本体２９に対して複数のダイナミックダンパ６０を取り付けても良い。また、前述の説明では、クランクジャーナルＪ５の直下にダイナミックダンパ６０を取り付けているが、これに限られることはなく、エンジン本体２９の他の部位に対してダイナミックダンパ６０を取り付けても良い。例えば、他のクランクジャーナルＪ１～Ｊ４の直下にダイナミックダンパ６０を取り付けても良く、クランクジャーナルＪ１～Ｊ５の直下から外れた位置にダイナミックダンパ６０を取り付けても良い。

図示する例では、ダイナミックダンパ６０のロッド部６２を直線状に伸ばしているが、これに限られることはなく、ダイナミックダンパ６０のロッド部６２を曲げて形成しても良い。また、前述の説明では、クランク軸２２に連結される慣性回転体としてトルクコンバータ４４を例示しているが、これに限られることはない。例えば、クランク軸２２に慣性回転体であるフライホイールを連結しても良く、クランク軸２２に慣性回転体である電動モータのロータを連結しても良い。

１０ エンジン
２２ クランク軸
２８ オイルパン
２９ エンジン本体
４４ トルクコンバータ（慣性回転体）
６０ ダイナミックダンパ（ダンパ）
６２ ロッド部
６３ マス部
６３ａ 下端
６３ｂ 上端
６４ 取付端部
７０ ダイナミックダンパ（ダンパ）
７１ マス部
７１ａ 下端
７１ｂ 上端
７５ ダイナミックダンパ（ダンパ）
７６ マス部
７６ａ 下端
７６ｂ 上端
８０ ダイナミックダンパ（ダンパ）
８１ マス部
８１ａ 下端
８１ｂ 上端
９０ エンジン
９３ オイルパン
９７ エンジン本体
Ｊ１～Ｊ５ クランクジャーナル（ジャーナル）

Claims (5)

1. クランク軸を備えるエンジンであって、
   前記クランク軸のジャーナルを回転可能に支持するエンジン本体と、
   前記エンジン本体に取り付けられ、オイルを貯留するオイルパンと、
   前記エンジン本体に取り付けられるロッド部と、前記ロッド部の先端に設けられるマス部と、を備えるダンパと、
   を有し、
   前記マス部は前記オイルパンに収容されており、前記マス部の下端はアイドリング中のオイルレベルよりも下方に位置している、
   エンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンにおいて、
   前記マス部の上端は、アイドリング中のオイルレベルよりも下方に位置している、
   エンジン。
3. 請求項１に記載のエンジンにおいて、
   前記エンジン本体に取り付けられる前記ロッド部の取付端部は、前記ジャーナルの径方向外側に位置している、
   エンジン。
4. 請求項１に記載のエンジンにおいて、
   前記クランク軸には、慣性回転体が連結され、かつ同軸上に配置される複数の前記ジャーナルが形成されており、
   前記エンジン本体に取り付けられる前記ロッド部の取付端部は、前記複数のジャーナルのうち最も前記慣性回転体側に位置するジャーナルの径方向外側に位置している、
   エンジン。
5. 請求項４に記載のエンジンにおいて、
   前記慣性回転体として、トルクコンバータが設けられている、
   エンジン。