ハーモニックダンパー

ハーモニックダンパーは、内燃機関のクランクシャフトの自由端（アクセサリドライブ）に取り付けられ、クランクシャフトからのねじり振動と共振振動を打ち消す装置です。この装置が効果的に動作するには、クランクシャフトに干渉嵌めする必要があります。干渉嵌めにより、装置がクランクシャフトと完全に同期して動くことが保証されます。これは、長いクランクシャフトを持つエンジン（直列 6 気筒または直列 8 気筒エンジンなど）やクロスプレーンクランクを持つ V8 エンジン、または点火順序が不均一な V6 および直列 3気筒エンジンでは不可欠です。ハーモニックおよびねじり振動により、クランクシャフトの寿命が大幅に短縮されるか、クランクシャフトが増幅された共振で、または共振を通過して動作すると、瞬時に故障する可能性があります。ダンパーは、機械的なQ 係数、つまりクランクシャフトの共振 を抑えるために、使用する減衰材料/方法に応じて特定の重量（質量）と直径で設計されます。

ハーモニックバランサー（クランクシャフトダンパー、ねじりダンパー、振動ダンパーとも呼ばれる）は、回転アセンブリを外部からバランスさせるためのカウンターウェイトが含まれている点を除いて、ハーモニックダンパーと同じものです。ハーモニックバランサーは、オルタネーター、ウォーターポンプ、その他のクランクシャフト駆動装置を回転させる補助駆動ベルトのプーリーとして機能することがよくあります。^[1]

ダンパーの必要性は、エンジンの設計年数、製造年、部品の強度、使用可能なパワーバンド、回転範囲、そして最も重要な^[要出典]エンジンのチューニングの質によって異なります。特にコンピュータ制御アプリケーションでのエンジンのチューニングは耐久性に劇的な影響を与える可能性があり、^[要出典]チューニングの攻撃性はエン​​ジンをデトネーションのリスクにさらし、回転アセンブリ部品すべてに壊滅的な影響を与える可能性があります。現代の(およそ1988年以降)DOHC、SOHCフラット4、フラット6、フラット8、およびフラットプレーンV8には、このデバイスは必要ありません。ダンパーの有無にかかわらず、クランクシャフトはある程度ねじりバネとして機能します。コネクティングロッドによってクランクシャフトに加えられた衝撃により、このバネが「巻き上げられ」、バネは(バネ-質量システムとして)反対方向に巻き戻されて反応します。このクランクシャフトの巻き上げは通常、自然に減衰されます。ただし、特定のクランクシャフト回転速度では、このような巻き線がクランクシャフトの自然共振周波数と重なり、周波数の振幅が増加してクランクシャフトが損傷する可能性があります。

シリンダーが点火するたびに、燃焼の力がクランクシャフトのロッド ジャーナルに伝わります。ロッド ジャーナルは、この力によってある程度ねじれ運動します。クランクシャフトに伝わるねじれ運動によって、調和振動が発生します。これらの調和振動は、実際の燃焼によって生成される周波数や、燃焼と曲げの応力を受けて金属が作り出す固有振動数など、多くの要因によって決まります。一部のエンジンでは、特定の速度でのクランクシャフトのねじれ運動が調和振動と同期し、共振を引き起こすことがあります。場合によっては、共振によってクランクシャフトに応力がかかり、ひび割れや完全な破損に至ることもあります。

ハーモニック バランサーは、ねじりクランクシャフトの高調波と共振を最小限に抑えるのに役立ちます。ダンパーは、慣性質量とエネルギー消散要素の 2 つの要素で構成されています。この要素は、ほとんどの場合ゴムで作られていますが、合成エラストマー、クラッチ、スプリング、または流体で構成されている場合もあります。質量は、ねじりクランクの動きを打ち消し、エネルギー消散要素と連携して高調波振動を吸収します。

OEM ダンパーは、内側のハブに接着/加硫された外側の質量で構成されています。アフターマーケットのパフォーマンス ダンパーは、さまざまなタイプのダンパーに基づいてハウジング (スチール、アルミニウム、チタンなど) に接続/取り付けられた質量で構成され、質量は異なって制御されます。最初の 3 つは古い技術を使用しています。1 つ目は液体タイプのダンパーで、ハウジングに浸された質量を囲み、その後接着または溶接されます。2 つ目は O リング タイプで、ハウジング内にある質量を多数の O リングで囲みます。3 つ目は摩擦タイプで、クラッチとスプリングが外側のハウジング内の質量に作用します。4 つ目は最新のタイプで、質量がエラストマー リングの上に置かれ、エラストマー リングが外側のハウジングに取り付けられます。クランクシャフトとダンパーは一緒に (ねじり応答において)スプリング - 質量 - ダンパーシステムになりますが、これは 2 つが干渉嵌合することによってのみ実現できます。

エンジン開発は、材料、操作、機能など、ほぼすべての分野で時を経て継続的に進歩してきました。進歩の多くは、品質と耐久性をプログラムの要としてきた日本のメーカーによって主導されました。日本人は、回転アセンブリを 0 グラムバランスで使用した鍛造クランクシャフトの普及を推進しました。鍛造クランクシャフトははるかに強度が高く、有害なねじれクランクシャフトの動きが著しく少なく、高調波周波数も緩和されます。この進歩により、最初は強制吸気エンジンで、最近では自然吸気エンジンで、鍛造ロッドとピストンが追加されました。これらの追加の鍛造部品を追加することで、エンジンの剛性が向上し、クランクシャフトの損傷に関する懸念がさらに軽減されます。コンピューター支援設計と有限要素解析の登場により、メーカーは弱い部分を見つけて再設計できるようになりました。これらの改善の一部に関係なく、従来の V8 などの特定のエンジンでは、点火順序が本質的に高調波が過剰になりやすいため、このデバイスを使用する必要があります。従来、よりエキゾチックなエンジンで使用されてきたフラット プレーン V8 は、過度の高調波の影響を受けないため、減衰のないソリッド デバイスを使用できます。最新 (およそ 1988 年以降) の DOHC、SOHC フラット 4、フラット 6、フラット 8、フラット プレーン V8 では、このデバイスは必要ありません。長年にわたり、これらのエンジンの多くは、ソリッド鋳鉄またはアルミニウムのクランク プーリー、または可聴 NVH ダンパー (車内で聞こえるエンジン ノイズを低減) を使用しています。可聴 NVH は、車両全体にわたって OE メーカーの決定における最大の要因でした。さらに、これらのエンジンのプーリーは、エンジン保護ダンパーとして機能する可能性を排除する位置フィットで緩く取り付けられています。

ダンパーは、エンジンの前部（クラッチまたはトランスミッションの反対側）に、タイミング チェーン、ギア、またはベルトのカバーのすぐ外側、補助駆動プーリー（1 つ以上の V ベルト、サーペンタイン ベルト、またはコグ ベルトを搭載している場合があります）の後ろに取り付けられます。古い車両では、プーリーとダンパーは別々のユニットで、ボルトで固定されていました。後期モデルの車両では、この 2 つが 1 つのユニットに統合されています。点火タイミングを設定するために、タイミング マークがほぼ常に刻印されています。

OE ダンパーは、主に内側のハブと外側のマスの間の結合剤としてゴムを使用して作られています。ゴムは動作および環境要因の影響を受けやすいです。ゴムは動作温度とダンパーに付着する可能性のある液体に対しては有限の耐性しかありません。また、低温にも影響を受けやすく、ゴムが脆くなります。エラストマー (ゴム) に亀裂が生じた場合は、ユニットを交換する必要があることをすぐに示します。OE ダンパーは、外部バランサー (ハーモニック バランサー) として動作しない限り、バランス調整する必要があります。これは、材料の品質 (通常は鋳造または焼結鉄) が、製造直後は許容/完全なバランス仕様に適さないためです。ほとんどのアフターマーケット ダンパーは、液体タイプを除いて再構築可能です。レース (ドラッグ、サーキット、ロード レースなど) で使用する場合は、適切に機能するように定期的な検査が必要です。ストリート ドライブ車両で使用する場合は、ダンパーが使用されているエンジンの詳細に基づいて、ダンパー製造元が検査およびサービス間隔を提供できます。

これは、エンジンバランスに使用されるエンジン材料の品質から、クランクシャフトの設計の種類、エンジンチューニングの品質など、いくつかの要因に依存します。エンジンはほぼすべての面で継続的に改善されていますが、最も重要なのは、使用される材料の品質とその製造方法です（上記のエンジン設計、材料、およびその他の要因でも説明されています）。これらの改善は、鍛造クランクシャフト、ピストン、ロッドから他の回転部品にまで及びます。エンジンバランスは、より高度なバランス調整技術と、バランス調整プロセスを容易にする高品質のエンジン部品によっても大幅に改善されています。多くのOEメーカーは、1980年代から、生産全体で0グラムバランスを達成しています。クロスプレーンクランクシャフトは内部の高調波損傷の影響を最も受けやすい可能性があるため、クランクシャフトの設計も要因の1つです。フラットプレーンクランクシャフト、I形式およびH形式のエンジンではこれらの問題は発生しませんが、高調波ダンパーが必要になる極端な出力とRPMレベルに達することがあります。最後に、チューニングの品質は最も重要な要因の 1 つになります。チューニングが不十分だと、デトネーションからオーバーブーストまで、さまざまな悪影響が生じるからです。ピストン ピンのオフセット、TDC ドエル時間、ストローク長などの他の要因も要因になり得ますが、主にクロス プレーン エンジンに限定されます。

フレデリック・ヘンリー・ロイスとフレデリック・W・ランチェスターはともに振動ダンパーの発明を強く主張しており、最新の研究ではロールス・ロイスが1906年の30HPモデルにクランクシャフトスリッパー（摩擦）振動ダンパーを使用していたことが示されていますが、ロイスは特許を申請していませんでした。ランチェスターは1910年に理論的な多板粘性設計を開発していました（特許21,139、1910年9月12日）。この設計はダイムラー社に採用され、何年もの間6気筒エンジンに使用されました。ロイスは1912年に粘性ダンパーを開発し、その後さらに開発されて1950年代のB60エンジンに引き継がれました。^[2]

• バランスシャフト
• エンジンバランス
• 海上船舶の騒音と振動
• チューンドマスダンパー

ウィキメディア・コモンズには、ハーモニックダンパーに関連するメディアがあります。

• http://www.atiracing.com/products/dampers/sae.htm
• http://www.atiracing.com/products/dampers/101/index.htm
• https://dannysengineportal.com/harmonic-balancer-function-failure-warning-signs/