JP2005186825A - 車両用エンジンの防音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンを音源とする高周波騒音を低減すると共に、中低周波騒音の低減も可能な車両用エンジンの防音構造の提供。
【解決手段】 遮音カバー３０は、板状遮音部材と、板状遮音部材の内面上に配置される多孔質型吸音部材と、を有し、エンジン４及びトランスミッション５が配置される略筒状のエンジンルーム１１をその内側に区画する。共鳴型吸音部材１８は、エンジンルーム１１に生じる共鳴モード２８の腹の近傍で遮音カバー３０の内側に配置されて、共鳴周波数の騒音を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用エンジンの防音構造に関する。

自動車における車外騒音の主要な音源はエンジンであり、車外騒音の低減には、エンジン音の発生を抑制する対策や、車両側でのエンジン音の伝搬過程における対策などが効果的である。この車両側での対策の一つとして、エンジンの下部や側部を遮蔽カバーで覆う遮蔽構造がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−８８７６号公報

上記遮蔽構造において、遮蔽カバーと車両部品との間に隙間があると、そこから音（音響エネルギー）の流出が生じる。このため、遮蔽カバーに区画される空間には、高い密閉性が要求される。

いわゆるキャブオーバトラックに上記遮蔽構造を採用した場合、遮蔽カバーとキャブやリヤボディとによって略筒状空間が区画され、この略筒状空間内にエンジン及びトランスミッションからなるパワープラントが配置される。また、上記略筒状空間を完全に密閉してしまうとエンジンの冷却性能が低下するため、一般に、略筒状空間を車両前後方向で開口させている。

ところが、上記構造において、略筒状空間の内部に存在する空気に何らかの加振入力が加わった場合、内部には共鳴現象が生じてしまう。例えば、パワープラント全体の固有振動数や強制振動、補機振動、オイルパン振動といった現象が生じ、共鳴モードの腹となる位置で振動による音圧変動が生じると、共鳴を励起して共鳴周波数の騒音を悪化させる可能性が生じる。

ここで、エンジンが放射する音響パワー（単位時間あたりの音響エネルギー）の主成分は、５００ｋHz以上の高周波成分であるため、上記遮蔽カバーは、一般に、高周波成分の低減に効果的な構造を有している。このため、共鳴周波数が５００ｋHz未満の中低周波数領域の場合には、遮蔽カバーによる騒音の低減は期待できず、両端の開口から又は遮音カバーを透過して、騒音が放射されてしまう。

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであって、エンジンを音源とする高周波騒音を低減すると共に、中低周波騒音の低減も可能な車両用エンジンの防音構造の提供を目的とするものである。

上記目的を達成すべく、本発明に係る車両用エンジンの防音構造は、遮音カバーと共鳴型吸音部材とを備える。遮音カバーは、板状遮音部材と、板状遮音部材の内面上に配置される多孔質型吸音部材と、を有し、エンジン及びトランスミッションが配置される略筒状空間をその内側に区画する。共鳴型吸音部材は、略筒状空間に生じる共鳴モードの腹の近傍で遮音カバーの内側に配置されて、共鳴周波数の騒音を低減する。

上記構成では、板状遮音部材と多孔質型吸音部材とを有する遮音カバーは、音響パワー（単位時間あたりの音響エネルギー）の主成分が５００ｋHz以上の高周波成分であるエンジンからの放射騒音を吸収し遮断する。これにより、エンジンを音源とする高周波騒音を良好に低減することができる。

また、共鳴型吸音部材は、略筒状空間に生じる共鳴モードの腹の近傍で遮音カバーの内側に配置されている。ここで、共鳴型吸音部材は、一般に、特定の周波数（以下、吸音周波数と称する）に対する吸音性能が最大となり、吸音周波数から離れるに従って吸音性能が低下するような吸音特性を有している。従って、共鳴周波数が遮音カバーによる吸音効果が得られ難い５００ｋHz未満の中低周波数領域の場合であっても、吸音周波数を共鳴モードの共鳴周波数と等しく又はほぼ等しく設定することにより、共鳴周波数の騒音を効率的に低減することができる。

本発明によれば、エンジンを音源とする高周波騒音と、共鳴により発生する中低周波騒音の低減とを、良好に低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る車両用エンジンの防音構造を有するキャブオーバトラックを模式的に示す側面図、図２は図１の共鳴モードの模式図、図３は図１の正面図、図４は図３の要部拡大図、図５は図１の防音構造を模式的に示す斜視図、図６は図５の要部断面図である。

図１、図３及び図４に示すように、キャブオーバトラック１の前方下部には、左右一対のシャシフレーム２が設けられている。シャシフレーム２は、車幅方向左右両側に車体前後方向に沿って配置され、車幅方向内側に開口する略Ｕ状断面を有する。シャシフレーム２の前部には運転台（キャブ）３が設置されている。運転者着座位置は概ねエンジン４より上方に位置する。

左右のシャシフレーム２の間には、パワープラント６を構成するエンジン４及びトランスミッション５が支持部材（図示省略）を介してシャシフレーム２に支持されている。エンジン４はキャブ３のキャブフロア７の下方に位置し、トランスミッション５はエンジン４の後方に位置する。

本実施形態の防音構造は、遮音カバー３０としてのエンジンアンダーカバー９及びトランスミッションアンダーカバー１０と、共鳴型吸音部材１８と、を備える。

エンジン４上部の左右側方は、エンジンサイドカバー８により覆われている。エンジンサイドカバー８は、シャシフレーム２の側壁外面に接合され、上方へ延びてキャブフロア７に接している。エンジン４下部の左右側方と下方とは、エンジンアンダーカバー９により覆われている。エンジンアンダーカバー９は、略Ｕ状断面を有し、その両端部が左右のシャシフレーム２の下壁下面にそれぞれ接合されている。同様に、トランスミッション５下部の左右側方と下方とは、トランスミッションアンダーカバー１０により覆われている。トランスミッションアンダーカバー１０は、略Ｕ状断面を有し、その両端部が左右のシャシフレーム２の下壁下面にそれぞれ接合されている。これらキャブフロア７、エンジンサイドカバー８、エンジンアンダーカバー９、及びトランスミッションアンダーカバー１０により、車両前後方向に開口する略筒状のエンジンルーム（略筒状空間）１１が区画形成され、このエンジンルーム１１内にパワープラント６が収容されている。

エンジンアンダーカバー９は、板状遮音部材１２と多孔質型吸音部材１３，１４とから構成されている。

板状遮音部材１２は、例えば金属板や樹脂板等の板状部材から曲折形成され、エンジン４の下方に略水平に配置される下板部１５と、下板部１５の車幅方向両端から上方へ延びてエンジン４下部の左右側方に配置される側板部１６と、各側板部１６の上端から車幅方向外側へ曲折されて左右のシャシフレーム２の下壁下面にそれぞれ接合されるフランジ部１７と、を有する。板状遮音部材１２は、周波数が高いほど遮音効果が大きく、また面密度が大きい（重量が重い）ほど遮音効果が大きいという特性を有する。

多孔質型吸音部材１３，１４は、繊維や粒子などの集合体や内部気泡の連続している発泡材料などが板状に形成されたものであり、具体的な素材としては、フェルトのような植物繊維、ロックウール及びグラスウールのような無機繊維、発泡樹脂材料などが使用される。多孔質型吸音部材１３，１４は、板状遮音部材１２の側板部１６及び下板部１５の内面上に固定されて、エンジン４と対向する。多孔質型吸音部材１３，１４は高周波数領域における吸音率が高いという特性を有しており、エンジン４から発せられる５００ｋHz以上の高周波領域の騒音を効率的に吸収する。なお、多孔質型吸音部材１３，１４の厚さを増大させることにより、吸収される周波数領域を低周波数まで拡げることも可能であるが、限られたスペースの中で、低周波領域から高周波領域まで吸収されるように多孔質型吸音部材１３，１４の厚さを増大させることは極めて困難である。このため、多孔質型吸音部材１３，１４の厚さは、高周波数領域の吸音に対して有効となる最小の厚さに抑えられている。

トランスミッションアンダーカバー１０も、エンジンアンダーカバー９と同様に板状遮音部材と多孔質型吸音部材とから構成されている。なお、トランスミッションアンダーカバー１０の構成については、覆う対象が相違する点を除いてエンジンアンダーカバー９と共通するため、図示及び説明は省略する。

このように、板状遮音部材１２と多孔質型吸音部材１３，１４とから構成された遮音カバー３０は、５００ｋHz以上の高周波領域の騒音を効率的に低減する。

共鳴型吸音部材１８は、エンジンルーム１１に生じる共鳴モード２８の腹の近傍で、遮音カバー３０の内面上に配置され、固定されている。図５及び図６に示す共鳴型吸音部材１８は、いわゆる有孔板吸音構造を有するタイプである。共鳴型吸音部材１８は、剛壁１９と有孔板２０と多孔質材２１と空気層２２とを有する。剛壁１９と有孔板２０とは、相対向して配置され、多孔質材２１は、剛壁１９と有孔板２０との間で有孔板２０と接し剛壁１９から離間して配置され、空気層２２は、剛壁１９と多孔質材２１との間に区画される。剛壁１９は、遮音カバー３０の内面上に配置され、有孔板２０は、パワープラント６（図１に示す）と対向する。有孔板２０は、略等密度に配置された多数の貫通穴２３を有している。共鳴型吸音部材１８は、特定の周波数（以下、吸音周波数と称する）を中心として、鋭い山型の吸音特性を発揮する。この吸音周波数は、共鳴型吸音部材１８の材質や形状によって変化するものであり、所望の吸音周波数となるように材質や形状等が設定される。

共鳴型吸音部材１８に代えて、図７〜図９に示す共鳴型吸音部材２４を用いても良い。この共鳴型吸音部材２４は、いわゆる単一レゾネータ（ヘルムホルツレゾネータ）タイプであり、空洞容器部２５とネック部２６と開口部２７とを有する。空洞容器部２５は遮音カバー３０の内面上に配置され、空洞容器部２５の内部はネック部２６の内部と連通する。開口部２７は、ネック部２６に形成され、パワープラント６（図１に示す）と対向する。共鳴型吸音部材２４も、共鳴型吸音部材１８と同様に、吸音周波数を中心として、鋭い山型の吸音特性を発揮する。また、これらの共鳴型吸音部材１８，２４は、５００ｋHz未満の中低周波領域の騒音の吸収に優れている。

次に、共鳴モードについて説明する。

図２は、エンジンルーム１１を、両端が開口した略円柱状の気柱とみなしてモデル化したもので、このような気柱の共鳴周波数ｆ（Hz）は、ｃ：音速（ｍ／ｓ）、Ｌ：気柱（エンジンルーム１１）の長さ（ｍ）、ΔＬ：開口端補正値（ｍ）、ｍ：１，２，３・・・、とすると、次式（１）によって算出される。

ｆ＝ｍ×ｃ／２（Ｌ＋２ΔＬ）・・・（１）
開口端補正を無視することによって式（１）を簡略化すると、次式（２）となる。

ｆ＝ｍ×ｃ／２Ｌ・・・（２）
一例として、気柱（エンジンルーム１１）の長さＬを１．５ｍ、音速ｃを３４０ｍ／ｓとすると、２次（ｍ＝２）の共鳴モード２８の周波数（共振周波数）ｆは、式（２）により、約２３０Hzと算出される。また、２次の共鳴モード２８の場合、共鳴モード２８の腹は、気柱（エンジンルーム１１）の両端開口からそれぞれＬ／４の位置（一方の開口からそれぞれＬ／４及び３Ｌ／４の位置）に生じる。なお、図１及び図２の共鳴モード２８は、音圧の粗密波（縦波）を横波（腹及び節）で表記したもので、音圧の最も高い部分が腹に相当し、最も低い部分が節に相当する。

ここで、単なる遮音板のみによって区画され、多孔質型吸音部材１３，１４及び共鳴型吸音部材１８，２４を有さず、車両前後方向の長さＬが１．５ｍに設定されたエンジンルームにおける騒音実験の結果を、図１０及び図１１に示す。図１０は、２５０Hz帯域（１／３ｏｃｔ）及び１．２５ｋHz帯域（１／３ｏｃｔ）におけるエンジン回転数（ｒｐｍ）と車外騒音との関係を示す図である。図１０の結果から、２５００回転付近において、２５０Hz帯域のレベルが１．２５ｋHz帯域のレベルを超えて山型に突出していることが分かる。また、図１１は、２５００回転における周波数と車外騒音スペクトルとの関係を示す図である。図１１の結果から、２５００回転における騒音スペクトルが、通常問題とされる１ｋHz以上の高周波成分よりも、２５０Hz帯のレベルが極めて高いことが分かる。

このように、計算によって得られる共鳴周波数の理論値（約２３０Hz）と一致する周波数領域（２５０Hz帯（１／３ｏｃｔ））において騒音が悪化していることから、この騒音の悪化は、２５００回転付近において、パワープラント６の振動が大きくなる等によって、２５０Hz帯域の共鳴を励起することに起因しているといえる。

これに対し、本実施形態では、共鳴型吸音部材１８が、共鳴モード２８の腹の近傍で遮音カバー３０の内側に配置されている。共鳴型吸音部材１８の吸収周波数は、共鳴モード２８の共鳴周波数と等しく又はほぼ等しく設定されている。例えば、上記の例のようにエンジンルーム１１の車両前後方向の長さが１．５ｍの場合には、２３０Hz付近に吸収周波数を設定すれば良い。これにより、共鳴周波数が遮音カバー３０による吸音効果が得られ難い５００ｋHz未満の中低周波数領域の場合であっても、共鳴周波数の騒音を効率的に低減することができる。また、共鳴モード２８の腹の位置は、上記計算によって求めても良いが、実際のエンジンルーム１１の形状が複雑である場合には、共鳴周波数の音を発振してエンジンルーム１１内の音圧を各地点で実際に測定し、音圧が最高値となる場所を求めることがより好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、板状遮音部材１２と多孔質型吸音部材１３，１４とを有する遮音カバー３０が、音響パワー（単位時間あたりの音響エネルギー）の主成分が５００ｋHz以上の高周波成分であるエンジン４からの放射騒音を吸収し遮断する。これにより、エンジン４を音源とする高周波騒音を良好に低減することができる。

また、共鳴周波数が遮音カバー３０による吸音効果が得られ難い５００ｋHz未満の中低周波数領域の場合であっても、共鳴型吸音部材１８がエンジンルーム１１に生じる共鳴モード２８の腹の近傍で遮音カバー３０の内側に配置され、且つ共鳴型吸音部材１８の吸音周波数が共鳴モード２８の共鳴周波数と等しく又はほぼ等しく設定されているので、共鳴周波数の騒音を効率的に低減することができる。

本実施形態に係る車両用エンジンの防音構造を有するキャブオーバトラックを模式的に示す側面図である。 図１の共鳴モードの模式図である。 図１の正面図である。 図３の要部拡大図である。 図１の防音構造を模式的に示す斜視図である。 図５の要部断面図である。 本実施形態の変形例の防音構造を模式的に示す斜視図である。 図７の要部拡大斜視図である。 図８を反転して示した斜視図である。 エンジン回転数（ｒｐｍ）と車外騒音との関係を示す図である。 周波数と車外騒音スペクトルとの関係を示す図である。

符号の説明

１ キャブオーバトラック
２ シャシフレーム
３ キャブ
４ エンジン
５ トランスミッション
６ パワープラント
７ キャブフロア
８ エンジンサイドカバー
９ エンジンアンダーカバー（遮音カバー）
１０ トランスミッションアンダーカバー（遮音カバー）
１１ エンジンルーム（略筒状空間）
１２ 板状遮音部材
１３ 多孔質型吸音部材
１４ 多孔質型吸音部材
１８ 共鳴型吸音部材
２４ 共鳴型吸音部材
２８ 共鳴モード
３０ 遮音カバー

Claims (1)

1. 板状遮音部材と、該板状遮音部材の内面上に配置された多孔質型吸音部材と、を有し、エンジン及びトランスミッションが配置される略筒状空間をその内側に区画する遮音カバーと、
   前記略筒状空間に生じる共鳴モードの腹の近傍で前記遮音カバーの内側に配置されて、共鳴周波数の騒音を低減する共鳴型吸音部材と、
   を備えたことを特徴とする車両用エンジンの防音構造。
   
   

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