JPH0774660B2 - 機関のクランク軸 - Google Patents

機関のクランク軸

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JPH0774660B2
JPH0774660B2 JP62069979A JP6997987A JPH0774660B2 JP H0774660 B2 JPH0774660 B2 JP H0774660B2 JP 62069979 A JP62069979 A JP 62069979A JP 6997987 A JP6997987 A JP 6997987A JP H0774660 B2 JPH0774660 B2 JP H0774660B2
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JP
Japan
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flywheel
crankshaft
eccentricity
engine
cylinder
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JP62069979A
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良一 前田
啓明 ▲葛▼岡
司 山崎
功敬 小沢
俊一郎 金井
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30Flywheels

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Testing Of Balance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は機関のクランク軸の改良に関する。
(従来の技術) フライホイールは機関クランク軸の回転を安定させるた
めにクランク軸に取り付けられる(昭和43年11月(株)
コロナ社発行「自動車工学(2)」第94頁参照)。
これを第5図(A)と第5図(B)で説明すると、同図
(A)はクランク軸後部の取り付け状態を示す断面図、
同図(B)はフライホイール10をクラッチ側から見た平
面図である。クランク軸2はそのジャーナル部3におい
て軸受(平軸受)9により支持される。
4はジャーナル部3とは偏心して設けられるクランクピ
ン部で、図示しないコンロッドを介して最後端気筒用シ
リンダを摺動するピストンと連結される。ここに、偏心
量をクランクとするピストンクランク機構が構成され、
ピストンの往復運動がクランク軸2の回転運動に変換さ
れる。ただし、往復動機関では、動力を発生するのが爆
発行程のみであるので、該行程を外れた行程にも爆発行
程で得た回転力を伝えるため、点火サイクルの全域にわ
たって回転エネルギを蓄えておく必要があり、フライホ
イール10が使われる。すなわち、シリンダブロック1よ
りも図中右方に突出する後端部(フランジ部)6には、
周方向に等分に配した複数個のボルト11にてフライホイ
ール10が固着される。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、機関本体の強度的耐久性に影響を与え、かつ
車両に伝達された際には運転者に不快感や疲労をもたら
す因子に振動の問題があり、使用運転範囲の全般にわた
って極力抑えることが要求される。この振動防止の観点
より最後端気筒のクランク角に対する機関一次振動レベ
ルを測定した結果を第6図と第7図に示すと、第6図に
示す低中回転域にはそれほどでもないが、第7図に示す
高回転域には大きな振幅が現れている。
ここに、大きな振幅は最後端気筒の上死点位置TDCと下
死点位置BDCにおいて生じていることから、その原因は
最後端気筒の主運動部(ピストンやコンロッド)の往復
慣性力により、クランク軸−フライホイール系に生じる
曲げ弾性変形によるものと結論される。
これを、クランク軸−フライホイール系をモデル化して
示した第2図に基づいて説明すると、クランク軸−フラ
イホイール系は、静止状態において軸受9を支点として
支持される一種の梁とみなされる。そして、この梁に対
し直交する方向(図中矢印方向)に往復慣性力Fが作用
すると、クランク軸−フライホイール系は実線の状態か
ら破線の状態へと上下方向の曲げ変形を生じる。ここ
に、クランク軸2とフライホイール10とは剛接合である
ので、クランク軸2の曲げ変形に応じてフライホイール
10が軸受9(支点)を中心として図中時計方向に振れ、
曲げ変形がないとした場合の軸芯からの偏心eを生じ、
フライホイール質量をW/g(ただしgは重力加速度)と
すると、偏心eによってFE=(W/g)eのアンバランス
力を生じて第6図、第7図に示したような振動を発生し
ていることが判明した。
この力FEは、 FE∝e∝F∝回転速度の二乗 …(1) の関係を有し、その方向は往復慣性力Fと180度対向す
る向きとなる(第2図参照)。
上記式(1)に示されるように、低中速回転域では往復
慣性力も小さくなるので、フライホイール10の偏心が問
題になることはないのであるが、回転数の上昇とともに
往復慣性力が増大するので、高回転域になると偏心量が
大きくなり、したがって回転のアンバランスが表面化し
て振動レベルが増大するのである。
この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、高回転域で生じるクランク軸−フライホイール
系の曲げ変形に伴うフライホイールの偏心eによるアン
バランス力(W/g)eを打ち消すように、フライホイー
ルにeとは逆向き方向を相対的に重くする、つまりフラ
イホイール上でクランクピンと同方向の部分よりも反対
方向の部分が軽くなるように重量的アンバランスを設け
ることにより上記従来の問題点を解消することを目的と
するものである。
(問題点を解消するための手段) すなわちこの発明は、クランク軸後端部をシリンダブロ
ック外に突出させてフライホイールを固着するととも
に、後端部をシリンダブロックに設けた軸受にて支持さ
せる機関のクランク軸において、前記フライホイール
を、該フライホイール上でクランクピンと同方向の部分
よりも反対方向の部分が軽くなるように形成してフライ
ホイール中心回りの重量アンバランスを持つものとし
た。
(作用) 機関高回転域には、最後端気筒の往復慣性力に基づきフ
ライホイールを偏心させるモーメントが、フライホイー
ルの重量的アンバランスにて発生するモーメントにて打
ち消される。このため、フライホイールが偏心すること
がないので、機関一次振動も増大することがない。
ただし、重量的アンバランスを設けたことによりフライ
ホイールの静的アンバランスが増大する。しかしなが
ら、機関一次振動は機関回転の全域にわたり全体として
低減すべきであるという観点にたてば、低中回転域にお
いて静的アンバランスの少々の増加を招いても、高回転
域におけるフライホイールの偏心に伴うアンバランス分
を大きく低減させることのほうが全体としての機関一次
振動を引き下げることに役立つのである。
(実施例) 第1図(A)は本発明の一実施例のクランク軸後部の取
り付け状態を示す断面図、同図(B)はこの実施例のフ
ライホイール10をクラッチ側から見た平面図で、それぞ
れ第5図(A)と同図(B)に対応する。同図において
構成部品は従来と同様である。すなわち、2はジャーナ
ル部3,クランクピン部4,アーム部5及びフランジ部6か
ら構成されるクランク軸である。また、1はシリンダブ
ロック、9は軸受、10はフライホイールである。
さて、フライホイール10の偏心の原因は、第2図におい
て最後端気筒(たとえば6気筒機関では第6気筒、4気
筒機関では第4気筒)の主運動部に作用する矢印方向の
往復慣性力にてクランク軸−フライホイール系に曲げ変
形を生じる点にあった。そして、フライホイール10の偏
心により発生するアンバランス量はフライホイール10の
総重量Wとフライホイール10の偏心量eで表される。こ
こに、Wは既知であるからeがわかれば偏心に伴うアン
バランス量を求めることができる。そこで、第2図に示
すように、フライホイール10の外周部に対し所定の間隔
をおいてフライホイール10の回転面との距離Gを測定す
るセンサ(ギャップセンサ)12を配置し、クランク軸−
フライホイール系に曲げ変形を生じる機関前後方向のギ
ャップ距離ΔGを測定すれば、このΔGとフライホイー
ル軸芯よりセンサ位置までの距離Lとを用いて偏心量e
を求めることができる。このような手法により本発明者
の得た実験結果では、偏心量eは100〜200μmであっ
た。したがってフライホイール総重量Wをかけると偏心
に伴うアンバランス量は100〜200gr・cmと推定できる。
そこで、第2図の破線のように生じたフライホイール10
の偏心eによるアンバランス力を取り去るには、偏心に
伴うアンバランス量を打ち消す方向に、同量のアンバラ
ンス量をフライホイール自体に設けることである。この
ためには、第2図においてフライホイール軸芯よりも下
部の重量により生ずるモーメントが上部よりも相対的に
小さくなるように、重量的なアンバランスを設けておけ
ば良い。そこで、この例では第1図(B)において、最
後端気筒のピストンが上死点位置にてフライホイール軸
芯から所定の距離L1においた下方位置にドリル加工等に
て孔15を穿設する。
なお、孔15の体積Vは取り去り重量ΔWとフライホイー
ル10を構成する材質の比重γにて定まる。また、孔15は
フライホイール軸芯を中心とする上下の相対的モーメン
ト差が100〜200gr・cmとなる限りにおいて、その個数や
L1の長さは問わず、したがって孔15の個数は複数でも良
いし、取り去り重量ΔWをフライホイール軸芯よりもL1
だけ上方位置(最後端気筒の上死点位置)に対称的に付
加しても構わない。また、孔15の位置あるいは重量を付
加する位置は、クランク角上、最後端気筒の下死点ある
いは上死点位置にてフライホイール軸芯を通りピストン
往復運動方向であることが望ましいが、実用上は少々の
ずれは許される。
次に、この例の作用を第4図を参照しながら説明する
と、同図は直列6気筒機関について機関回転数の全域に
わたって行った機関一次振動の実験データで、縦軸は振
動加速度計にて測定した振幅レベル(dB単位)である。
同図には比較のため本発明による場合を実線、従来例に
よる場合を破線で示す。
同図において全振幅レベルはクランク軸−フライホイー
ル系に曲げ変形が生じないとした場合に生じる分(静的
アンバランス分)に、フライホイール10の偏心に伴うア
ンバランス分が加算されたものである。ここに、静的ア
ンバランス分は回転数に比例するので、偏心に伴うアン
バランス分が生じないものとすれば等変位線(一点鎖
線)を描く。したがって、偏心に伴うアンバランス分は
一点鎖線からのずれ分となり、従来例(破線)では低中
回転域においてこの一点鎖線を良く追跡しているけれど
も、高回転域になると、偏心に伴うアンバランス分が急
激に大きくなっている。
これに対して、本実施例(実線)によれば、高回転域に
おいて、フライホイール10が偏心して生じるアンバラン
ス力による力FEが、フライホイール10にこのときの偏心
eと逆向き側が相対的に重くなるように付加した重量的
付加アンバランスによる力Fuにより打ち消され、これに
より偏心eに伴うアンバランスが解消されている。しか
も、偏心に伴うアンバランス分が解消されるだけなら、
等変位線を追跡するはずであるが、この実施例では、偏
心に伴うアンバランス分を無くすに止どまらず、逆に静
的アンバランス分の一部をも相殺し、全体としての振幅
レベルを大きく低減するという相乗効果を生じている。
したがって、従来例との比較では両曲線(破線と実線)
間の差が振動低減効果として得られる。
ただし、フライホイール10は、どの直径方向にも重量的
にバランスするように、すなわち静的アンバランスが最
低となるなるように通常は形成されるので、当実施例の
ようにフライホイール10に重量的アンバランスを設ける
と、従来例に比して静的アンバランスが不良となること
も事実である。ここに、重量的アンバランスによる不良
分があると、等変位線が所定の量だけ上方にオフセット
するので、当実施例でも低中回転域にはオフセットした
等変位線(2点鎖線)を追跡していることがわかる。
しかしながら、機関一次振動は機関回転の全域にわたり
全体として低減すべきであるという観点にたてば、低中
回転域において静的アンバランス分を少々増加させて
も、高回転域において偏心に伴うアンバランス分を解消
することにより、全体としての機関一次振動を引き下げ
ることに役立つのである。したがって、回転数の全域に
わたっても、振幅レベルの最大は60dBを越えることがな
く、特に高回転域における振幅レベルの低減が著しい。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明はフライホイールの回転
面でかつ最後端気筒のピストンが上死点または下死点位
置でのピストン往復運動方向に重量的アンバランスを設
けたので、フライホイールを軽量小型に保ちながら、ク
ランク軸−フライホイール系の曲げ変形に起因するフラ
イホイールの偏心による回転アンバランスを打ち消し
て、機関一次振動を機関高回転域において大幅に低減す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)はこの発明の一実施例のクランク軸後部の
取り付け状態を示す断面図、同図(B)はこの実施例の
フライホイールをクラッチ側から見た平面図、第2図は
このクランク軸−フライホイール系をモデル化して示し
た図、第3図はクランク軸−フライホイール系に曲げ変
形が生ずる前後のギャップ距離の特性図、第4図は前記
実施例の作用を説明する振動加速度振幅レベルの特性図
である。 第5図(A)は従来例のクランク軸後部の取り付け状態
を示す断面図、同図(B)は同じく従来例のフライホイ
ールをクラッチ側から見た平面図、第6図と第7図はそ
れぞれ低中回転域と高回転域における振幅レベルを示す
特性図である。 1……シリンダブロック、2……クランク軸、3……ジ
ャーナル部、4……最後端気筒のクランクピン部、6…
…フランジ部、9……軸受、10……フライホイール、15
……孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢 功敬 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 金井 俊一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−208655(JP,A) 実開 昭61−173845(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クランク軸後端部をシリンダブロック外に
    突出させてフライホイールを固着するとともに、後端部
    をシリンダブロックに設けた軸受にて支持させる機関の
    クランク軸において、前記フライホイールを、該フライ
    ホイール上でクランクピンと同方向の部分よりも反対方
    向の部分が軽くなるように形成してフライホイール中心
    回りの重量アンバランスを持つようにしたことを特徴と
    する機関のクランク軸。
JP62069979A 1987-03-24 1987-03-24 機関のクランク軸 Expired - Lifetime JPH0774660B2 (ja)

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JP62069979A JPH0774660B2 (ja) 1987-03-24 1987-03-24 機関のクランク軸

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JP62069979A JPH0774660B2 (ja) 1987-03-24 1987-03-24 機関のクランク軸

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JPS63235743A JPS63235743A (ja) 1988-09-30
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GB2449506A (en) * 2007-05-21 2008-11-26 David Moss Balancing an internal combustion engine by an eccentric flywheel
JP2009167974A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Toyota Motor Corp 内燃機関およびその製造方法

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JPS61173845U (ja) * 1985-04-18 1986-10-29

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JPS63235743A (ja) 1988-09-30

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