JP2006125473A - 駆動手段評価装置および駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンなどの駆動手段の出力評価装置において、駆動手段の防振を行うとともに、駆動手段の防振装置をコンパクトかつ容易な構成により実現することを課題とする。
【解決手段】 ワイヤーロープ防振器４３を介して駆動手段１を固定台７上に固定する拘束支持装置４を設け、駆動手段１に接続アーム５を取付け、該接続アーム５を介して駆動手段１を拘束支持装置４により支持する。そして、ワイヤーロープ防振器４３を、駆動手段１と出力評価装置２とを接続するシャフトについて、その軸の円周方向を覆うように配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動手段評価装置および駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法に関するものであり、より詳しくはエンジン等の駆動手段の出力特性を評価する装置および出力特性を精度よく評価するための振動緩衝方法に関するものである。

従来、エンジンを防振支持する装置として、弦巻バネやゴムなどの弾性体を用いたものが知られている。これらは、エンジン常用域振動が弾性体の固定部に伝達するのを抑えることを目的としており、弾性体のバネ定数を小さくしている。
そして、エンジンのクランク軸変位を防止するために、弾性体とともにストッパを設けたものも知られている（例えば、特許文献１を参照）。
さらに、エンジンの変位をストッパで抑制するとともに、エンジン回転数を検知して積極的にバネ定数を変化させるエンジン防振装置も知られている。
実開平５−５４０４１号公報

しかし、弾性体として、樹脂製のゴム等を利用する場合には、エンジン常用域振動における振動の低減を目的としているため、常用域振動以外の振動数においては、十分な防振を行えない振動域がある。また、バネ定数が小さい場合は、この弾性体によって支持されるエンジンの変位が大きくなり、エンジンに接続される出力軸に影響を与える可能性がある。
さらに、弾性体として防振ゴムを用いた場合、共振点を下げることが難しく、継続的使用によって防振ゴムのヘタリが発生する可能性が高い。また、温度によって特性が変化すると共に、耐熱・耐寒性などの問題もある。
出力軸の変位を防止するためのストッパ付きの弾性体支持具では、ストッパによる変位抑制時に、エンジン振動が伝達されやすくなる。また、アクティブにバネ定数を変化させて防振を行うものでは、構造が複雑になり、装置の導入にも高いコストを必要とし、メンテナンス時に多くの労力を必要とする。

エンジンと動力計直結型のエンジン評価設備やエンジン工場のラインテスタでは、防振ゴムで支持されたエンジンのトルク軸と、動力回転軸との変位が大きくなり、エンジンと動力計を結合するシャフトの破断や動力計回転軸の軸曲がりなどの問題がある。
また、他の従来技術であるストッパ付の防振ゴムでエンジンを支持すると、支持具のゴムがたわんでストッパに当たっている間に、エンジン振動により支持具の固定部へ振動が伝達されてしまう。このため、クランク端面を拘束すると共に、防振性を有するエンジンの支持装置が必要とされている。
本発明は、上述のような問題点に留意してなされたものであって、エンジン等の駆動手段の防振を、コンパクトかつ容易な構成により、確実に行うことを可能とする駆動手段評価装置を提供することを目的としている。

本発明は上記の課題を解決すべく、請求項１に記載のごとく、固定台上に載置された動力計に、シャフトを介して駆動手段を接続し、該駆動手段の出力を前記動力計で評価する駆動手段の評価装置であって、ワイヤーロープ防振器を介して前記駆動手段を固定台上に固定する固定手段を有する駆動手段評価装置を構成する。

請求項２に記載のごとく、固定手段が、シャフトの下方に位置し、固定台上から鉛直方向に延出される拘束支持装置と、該拘束支持装置から略水平方向に延び、駆動手段にその一端が固定されるアームとを備えており、前記拘束支持装置と、前記アームの他端とがワイヤーロープ防振器を介して接続されており、前記ワイヤーロープ防振器が、前記シャフトを中心とする円周上に複数個配置される駆動手段評価装置を構成する。

請求項３に記載のごとく、前記アームの一端が、前記駆動手段を収容するためのハウジングに対して固定されており、該ハウジングを介して前記アームと駆動手段とが固定されている駆動手段評価装置を構成する。

請求項４に記載のごとく、固定台に載置された動力計に、シャフトを介して駆動手段を接続し、前記駆動手段の出力を前記動力計により評価する駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法において、ワイヤーロープ防振器を備えた固定部材を介して、前記駆動手段を固定台上に固定して、前記駆動手段から生じる振動を緩衝させる。

請求項１に記載の駆動手段評価装置においては、前記駆動手段がワイヤーロープ防振器を介して固定台上に固定されているため、防振ゴムなどを用いる場合と比較して前記駆動手段を簡単かつ確実に固定することができると共に、振動時に生じるエンジンの変位を効率的に吸収することができる。

請求項２に記載の駆動手段評価装置においては、固定手段が、シャフトの下方に位置し、固定台上から鉛直方向に延出される拘束支持装置と、該拘束支持装置から略水平方向に延び、駆動手段にその一端が固定されるアームとを備えており、前記拘束支持装置と、前記アームの他端とがワイヤーロープ防振器を介して接続されており、前記ワイヤーロープ防振器が、前記シャフトを中心とする円周上に複数個配置されるので、限られたスペースにおいて、ワイヤーロープ防振器を多く配置することができると共に、このワイヤーロープ防振器を配置する数を任意に選択することができる。従って、エンジンをマスとするバネマス系の固有振動数に対してワイヤーロープ防振器の個数を適切に選択することが可能となる。

また、請求項３の駆動手段評価装置においては、前記アームの一端が、前記駆動手段を収容するためのハウジングに対して固定されているので、ワイヤーロープ防振器をシャフトに対して円周方向に配置する場合においても、エンジンクランク端面付近に配設されるスタータやエアクリーナ、排気管触媒などの干渉物を容易に回避してエンジンを支持できる。また、クラッチハウジングを用いることによりアームの機械設計を簡単にでき、エンジンの防振支持のためにかかる多くの時間とコストを削減できる。

また、請求項４に記載の振動緩衝方法においては、前記固定台に載置された動力計に、シャフトを介して駆動手段を接続し、前記駆動手段の出力を前記動力計により評価する駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法において、ワイヤーロープ防振器を備えた固定部材を介して、前記駆動手段を固定台上に固定して、前記駆動手段から生じる振動を緩衝させるので、ワイヤーロープ防振器の個数の調節により容易に対処可能となると共に、駆動手段評価装置をコンパクトに構成できる。
さらに、エンジンの複雑な多振動系の支持や回転機械の支持に適した固定装置を構成して、エンジンの変位を小さく保ちながら、効率的に振動を吸収できる。これにより、駆動手段評価装置の測定精度を向上できる。

本発明に係る駆動手段評価装置について、図１から図４を用いて説明する。図１は駆動手段としてのエンジンを評価するためのエンジン評価装置を示す平面図であり、図２はこのエンジン評価装置の側方を示す側面図である。また、図３は前記エンジンの前部における支持構造を示す側面図であり、図４はエンジンの後部における支持構造を示す側面図である。

固定台７上には、駆動手段であるエンジン１および駆動手段の評価装置である動力計２が固定されている。エンジン１は、固定手段である防振支持具３および拘束支持装置４を介して固定台７上に配設され、エンジン１の出力軸にはシャフト６が接続されており、このシャフト６を介してエンジン１の出力が動力計２に伝達される。そして、動力計２により、エンジン１の出力を測定する。
また、図２に示すように、防振支持具３および拘束支持装置４は固定台７より鉛直上方に延出しており、防振支持具３はエンジン１の前部に接続し、拘束支持装置４はエンジン１の後部に接続してエンジン１を防振支持する。拘束支持装置４はエンジンと動力計２との間に位置し、エンジン１に一端を固定した接続アーム５を介してエンジン１に接続される。接続アーム５は拘束装置４より前方に略水平方向で延出されており、エンジン１の後部において左右に接続されている。この二つの接続アーム５・５の間に、エンジン１の駆動軸に接続するシャフト６が配設される。拘束支持装置４はシャフト６の左右両側方および下方を覆うように設けられており、シャフト６には接触しない構成となっている。

エンジン１の前部に接続した防振支持具３は、図３に示すごとく、ステー３ａと、防振ゴム３ｂと、屈曲アーム３ｃと、コラム３ｄとにより構成されている。ステー３ａはエンジン１の前上部に一端が固定されており、ステー３ａの他端は防振ゴム３ｂに接続している。防振ゴム３ｂは屈曲アーム３ｃ上に設置されており、屈曲アーム３ｂはエンジン１との干渉を回避すべく、側面視Ｃ字状に屈曲した構成となっている。そして、屈曲アーム３ｃの下部は固定台７上に設置されたコラム３ｄに固定されている。

拘束支持装置４はエンジン１の後方に配設されるものであり、図４に示すごとく、接続アーム５によりエンジン１と接続されている。接続アーム５の前端はエンジン１の後部クランク端面に固設されており、接続アーム５の後部は後部アーム５ｂを介して拘束支持装置４に接続している。後部アーム５ｂは拘束支持装置４に前方に向けて装着されるものであり、拘束支持装置４の内側部分に接続されている。そして、図１に示すように、後部アーム５ｂ・５ｂ間にシャフト６が位置し、平面視において拘束支持装置４の内側側面のさらに内側にシャフト６が配設される構成となっている。
これにより、エンジン１の後部が拘束支持装置４により支持されると共に、拘束支持装置４とシャフト６とが干渉しないものとなっている。

次に拘束支持装置４の構成について、図５から図７を用いて説明する。
図５は拘束支持装置の平面および側面を示す図であり、図６は拘束支持装置の正面および後面を示す図であり、図７は拘束支持装置の組み付け構成を示す模式図である。
図５および図６に示すように、拘束支持装置４は固定台７上に固定されたフレーム４１と、このフレーム４１の内側に位置する接続部４２と、防振部材４３・４３・・とにより構成される。防振部材４３はフレーム４１と接続部４２との間に配設されている。そして、接続部４２の前面には、後部アーム５ｂおよび接続アーム５を介してエンジン１が接続される。
拘束支持装置４の上部には開口部４５が構成されており、この開口部４５よりシャフト６を拘束装置４の内側に配設する。なお、拘束支持装置４のエンジン１の支持状態において、拘束支持装置４とシャフト６とは接触しない構成となっている。フレーム４１および接続部４２は、筒形状に構成されると共に、上部に開口部を設けた構成となっており、正面視において開口部を上方に向けたＣ字形状に構成されている。開口部４５は、フレーム４１および接続部４２の開口部を上方に向けて一致させることにより構成される。
また、図７に示すように、フレーム４１と接続部４２との間に配設される防振部材４３は前後方向に平行に配設され、フレーム４１の内側面と接続部４２の外側面とを接続する。これにより、フレーム４１により接続部４２が防振支持され、この接続部４２に後部アーム５ｂおよび接続アーム５を介して接続されるエンジン１が防振支持される。

図８は防振部材の配置構成を示す図であり、図８（ａ）は拘束支持装置における防振部材の配置状態を示し、図８（ｂ）は防振部材の最小限の配置構成を示す図である。
図８に示すように、防振部材４３は、フレーム４１と接続部４２との間において、シャフト６の円周方向に略等間隔に配置されており、防振部材４３の配設する個数を適宜選択することで、拘束支持装置４の支持特性を容易に調節することができる。このような構成により、拘束支持装置４の支持特性を簡単に調節可能となるだけでなく、拘束支持装置４の組立て性が高く、また、高いメンテナンス性を得ることもできる。
防振部材４３の配設を行う方法として、具体的には、図８（ｂ）に示すように、シャフト６の軸心を中心として点対称となるように、かつ拘束支持装置において左右対称となるように配設を行う。このように防振部材４３を配設することで、エンジン１の振動の吸収を、シャフト６を中心とした等方性について行う防振特性が得られる。これにより、エンジン１を簡単かつ確実に固定することができると共に、エンジン１が振動によりどの方向に変位した場合においても、エンジン１の変位を効率的に吸収することができる。
なお、図８（ｂ）に示す実施形態においては、防振部材４３を６つ用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンジン振動の防振特性が得られる限りは、防振部材４３の数は特に限定されるものではない。また、エンジン１の重量を支持するため、エンジン１を支える接続部４２の下部において、防振部材４３を十分な個数配設することが好ましい。このように防振部材４３を配設することで、エンジン１に接続する接続部４２をフレーム４１の内側において十分なクリアランスを保ちながら確実に保持することができる。そして、エンジン１をマスとするバネマス系の固有振動数に対して、防振部材４３であるワイヤーロープ防振器の個数調節することにより、容易かつ適切に対応することが可能となる。

次に、防振部材４３の構成について説明する。
図９は防振部材の構成を示す図であり、図９（ａ）は斜視図であり、図９（ｂ）は正面図であり、図９（ｃ）は側面図である。
防振部材４３としては、独立３方向に対する弾性要素および減衰要素を有するものを用いる。本実施例においては、ワイヤーロープ防振器を用いる。防振部材４３は螺旋状のワイヤ４３ｂと、ワイヤ４３ｂが挿嵌されたガイド４３ｃ・４３ｃとにより構成されている。ガイド４３ｃ・４３ｃはワイヤ４３ｂの螺旋の中心軸方向に延出されるものであり、該中心軸に対して対称位置に配設される。
防振部材４３はガイド４３ｃを介してフレーム４１と接続部４２とにそれぞれ接続する。
この防振部材４３はワイヤ４３ｂのフリクションにより大きな減衰を得ることができ、ワイヤ４３ｂの大きなたわみを利用して衝撃を吸収することもできる。さらに、独立３方向の振動に対して防振を行うことができる。

次に、防振部材４３としてワイヤーロープ防振器を用いた場合における拘束支持装置４の特性について説明する。
図１０は防振支持装置のゲイン特性および位相特性を示す図であり、図１０（ａ）はゲイン特性を示す図であり、図１０（ｂ）は位相特性を示す図である。
図中、細線は防振部材４３として防振ゴムを用いた場合を示し、鎖線はストッパ付き防振ゴムでストッパに当たっている場合を示し、一点鎖線は金属で高い剛性を有する支持具（金属製支持具）を用いた場合を示し、太線はワイヤーロープ防振器を用いた場合を示す。
防振ゴムを用いた場合には、エンジン１のクランク端面を拘束するためには、バネ定数が大きいものを選定する必要がある。しかし、防振ゴムによりエンジン１を拘束する場合には、支持部が大きくなり過ぎる。
ストッパ付きの防振ゴムを用いた場合にはエンジン１のクランク端面の動きを拘束できるが、エンジン１の常用回転域に共振点を持つこととなり、共振点付近では大きな振動を固定部に伝達することとなる。
金属の高い剛性を有する支持具を用いた場合には、エンジン１のクランク端面を拘束できるが、エンジン１の大きな振動を固定部に伝達することとなる。また、エンジンの常用回転域に共振点を持つこととなり、大きな振動を固定部に伝達する。
ワイヤーロープ防振器を用いた場合には、クランク端面を十分に拘束しつつ、エンジン１の常用回転域より低い周波数に共振点を持ち、高い減衰性により共振点付近でも振動をほとんど増幅しない。

次に、防振部材４３としてワイヤーロープ防振器を用いた場合におけるエンジン１と支持固定装置４のフレーム４１の変位を確認する実験を行った。
なお、変位の測定にはレーザ変位計を用いた。
エンジンの振動測定はクランク端面およびクランクプーリー側の上下左右方向の振動を測定した。
拘束支持装置４の振動測定には、フレーム４１に取付けた加速度計により振動を測定した。
図１１はエンジンの回転数に対するエンジン振動および拘束支持装置４の振動を示すグラフである。図１１中において、ａはエンジン１の回転数が変移するにつれて生じる振動（Ｇ）の大きさ、ｂは同じくエンジン１の回転数が変移するにつれて生じる振動（Ｇ）の大きさを示している。図１１に示すように、拘束支持装置４は、エンジン１からの振動を変移するエンジン回転数全域について減衰していることがわかる。
エンジン振動が最大４０Ｇを示しているが、拘束質装置４のフレームにおいては５Ｇ程度に減衰されている。
この測定結果から明らかなように、本発明の駆動手段評価装置を用いることにより、エンジン回転数の全域において、エンジン１の振動を効果的に抑制することができるため、精度の高いエンジン出力測定を行うことが可能となる。

実施例２においては、エンジン端面にクラッチハウジングを取付け、拘束支持装置４にエンジンを接続するものである。
図１２は実施例２のエンジン支持構成を示す図であり、図１２（ａ）は実施例２のエンジン支持構成の平面図であり、図１２（ｂ）は実施例２のエンジン支持構成の側面図である。
エンジン１は、防振支持具３および拘束支持装置４を介して、固定台７上に支持され、エンジン１の出力はシャフト６を介して動力計２に伝達される。
防振支持具３はエンジン１の前部に接続し、拘束支持装置４はエンジン１の後部に接続してエンジン１を防振支持する。
エンジン１の後部端面にはクラッチハウジング９が取付けられており、クラッチハウジング９の後部は拘束支持装置４に接続される。クラッチハウジング９は駆動手段を収容するためのものであり、エンジン１の駆動軸が被装される。
なお、ハウジング９と拘束支持装置４とは後部アーム５ｂを介して接続されるものであり、後部アーム５ｂにより各種のエンジン１に容易に接続することができる。
クラッチハウジング９は、エンジン１を車両に搭載する際に用いるものと同じものを用いることができる。拘束支持装置４との接続を行うアーム部材としてクラッチハウジング９を用いることにより、エンジン１のクランク端面付近に配設されるスタータ、エアクリーナ、排気管や触媒などの干渉物を回避できる。また、車両搭載用の部材であるクラッチハウジングを利用するので、接続用のアーム部材を新たに設計・製造する必要がなく、エンジン１の取付けにかかる労力を軽減できる。

駆動手段としてのエンジンを評価するためのエンジン評価装置を示す平面図。 エンジン評価装置の側方を示す側面図。 エンジンの前部における支持構造を示す側面図。 エンジンの後部における支持構造を示す側面図。 拘束支持装置の平面および側面を示す図。 拘束支持装置の正面および後面を示す図。 拘束支持装置の組み付け構成を示す模式図。 防振部材の配置構成を示す図。 防振部材の構成を示す図。 防振支持装置のゲイン特性および位相特性を示す図。 エンジンの回転数に対するエンジン振動および拘束支持装置の振動を示すグラフ。 実施例２のエンジン支持構成を示す図。

符号の説明

１ エンジン
２ 動力計
３ 防振支持具
４ 拘束支持装置
５ 接続アーム
６ シャフト
７ 固定台

Claims (4)

1. 固定台上に載置された動力計に、シャフトを介して駆動手段を接続し、該駆動手段の出力を前記動力計で評価する駆動手段の評価装置であって、
   ワイヤーロープ防振器を介して前記駆動手段を固定台上に固定する固定手段を有することを特徴する駆動手段評価装置。
2. 前記固定手段が、前記シャフトの下方に位置し、前記固定台上から鉛直方向に延出される拘束支持装置と、該拘束支持装置から略水平方向に延び、前記駆動手段にその一端が固定されるアームとを備えており、前記拘束支持装置と、前記アームの他端とが前記ワイヤーロープ防振器を介して接続されており、
   前記ワイヤーロープ防振器が、前記シャフトを中心とする円周上に複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動手段評価装置。
3. 前記アームの一端が、前記駆動手段を収容するためのハウジングに対して固定されており、該ハウジングを介して前記アームと駆動手段とが固定されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動手段評価装置。
4. 固定台に載置された動力計に、シャフトを介して駆動手段を接続し、前記駆動手段の出力を前記動力計により評価する駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法において、
   ワイヤーロープ防振器を備えた固定部材を介して、前記駆動手段を固定台上に固定して、前記駆動手段から生じる振動を緩衝させることを特徴とする駆動手段評価装置に用いる振動緩衝方法。
   

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