JP2010285020A

JP2010285020A - エンジン支持構造

Info

Publication number: JP2010285020A
Application number: JP2009139217A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Sugimoto; 幸大杉本
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】ピッチ振動を発生させる直列３気筒等のエンジンであっても、アイドル振動の抑制と乗り心地の改善との両立を実現することのできるペンデュラム式エンジン支持構造を提供する。
【解決手段】一対のエンジンマウントの少なくとも一方２を、中心部材２１と、筒状部材２２と、中心部材の軸線Ａを通る１つの対称面Ｙを有し、これらの部材２１、２２を連結する弾性部材２３とで構成し、かつ、中心部材２１の軸線Ａがほぼ車両前後方向に向き、対称面Ｙが軸線Ａ周りに車両上下方向ＨＬに対して所定角度θだけ傾斜するようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ペンデュラム式のエンジン支持構造に関し、特に、ピッチ方向の振動を発生するエンジンにおけるアイドル振動の抑制と乗り心地との両立を図ることのできるものに関する。

ロール方向慣性主軸の向きが車両の略左右方向となるよう配置されたＦＦ横置きエンジンを、エンジンマウントを介して、ロール方向慣性主軸の上方の、エンジン重心を通る鉛直線を挟んで軸方向に互いに離れた一対の支持点で支持するとともに、エンジンのロール方向の動きを、重心より下方に配置されたトルクロッドにより抑制するよう構成された、いわゆる、ペンデュラム式（ペンデュラム懸架式ともいう）のエンジン支持構造が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

エンジン支持構造の設計において、アイドル時のエンジンから車体へ振動伝達の抑制と、乗り心地の改善との両立は重要課題であり、上記のようなペンデュラム式のエンジン支持構造は比較的、この両立を実現しやすいため広く用いられるようになってきている。

なお、本発明において、エンジンのロール方向慣性主軸は車両左右方向と略平行に配置されていることを前提としており、本明細書における説明もこのことを前提としている。また、以下の説明に用いるエンジンの振動方向の用語は、図１に模式的に示すところに従うものとする。すなわち、並進３方向として、車両左右方向ＬＲ、および、車両前後方向ＦＲの他に、車両上下方向ＨＬを「バウンス」方向と呼ぶものとし、回転３方向として、車両左右方向ＬＲを軸とする回転を「ロール」方向、車両前後方向ＦＲを軸とする回転を「ピッチ」方向、そして、車両上下方向ＨＬを軸とする回転を「ヨー」方向という。なお、図１（ａ）は、平面視、図１（ａ）は、車両後から見たときの正面視、そして、図１（ａ）は、車両側面から見たときの側面視である。

さて、アイドル時の振動を抑える方法については、低周波のエンジン振動において、ロール方向の振動とバウンス方向の振動とが発生するが、平面視において、前記一対の支持点を前記ロール方向慣性主軸のできるだけ近くに配置することにより、ロール方向の、弾性主軸を慣性主軸にできるだけ近づけ、ロール方向成分がバウンス方向成分を誘発しない、すなわち、ロール方向の振動とバウンス方向の振動とを非連成化することができ、ロール方向成分の車体への振動伝達が低く抑え、アイドル時の振動を抑制することができる。

これに対して、乗り心地の改善は、エンジンシェーク、すなわち、エンジンのバウンス方向の振動を抑えることであり、これは、バウンス方向の振動を、他の方向の振動、直列４気筒やＶ型６気筒のエンジンにあっては、エンジン起振力が基本的にゼロであるピッチ方向の振動と連成させることによって、バウンス方向のピークを抑えるように設計され、これを実現させつため、ペンデュラム式のエンジン支持構造にあっては、左右の支持点に設けられたエンジンマウントの上下方向のバネ定数に基づき設計することが行われている。

特開２００５−０５９８０６号公報

しかしながら、上記の設計は、ピッチ方向の振動を発生させない直列４気筒やＶ型６気筒のエンジンについてのものであり、これを、直列の奇数気筒、例えば直列３気筒のエンジンに適用しようとすると、このエンジンはピッチ方向の振動を発生させるため、前記要求特性の両立をすることが難しかった。実際には、エンジンシェークを抑えるために採用していた、バウンス方向の振動とピッチ方向の振動との連成化を断念し、左右のエンジンマウントのバネ定数の比を小さくすることにより、シェーク振動の悪化をある程度容認してでもアイドル時のバウンス−ピッチ間の振動の非連成化をできるだけ図ることによりアイドル振動を抑えたり、アイドル最適化モードとエンジンシェーク最適化モードとを切り換えることのできる、高価な切換式液封式エンジンマウントを採用したりすることによって対策が取られていたが、ピッチ方向の慣性主軸が重心より上方にあることにより、ピッチ振動を十分抑えることは難しかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ピッチ方向振動を発生させるエンジンであっても、アイドル振動の抑制と乗り心地の改善との両立を実現することのできるペンデュラム式エンジン支持構造を提供することを目的とする。

＜１＞は、ロール方向慣性主軸の向きが車両の略左右方向となるよう配置されたＦＦ横置きエンジンを、エンジンマウントを介して、ロール方向慣性主軸の上方の、エンジン重心を通る鉛直線を挟んで軸方向に互いに離れた一対の支持点で支持するとともに、エンジンのロール方向の動きを、重心より下方に配置されたトルクロッドにより抑制するよう構成されたペンデュラム式のエンジン支持構造において、
前記一対のエンジンマウントの少なくとも一方を、中心部材と、その外周の外側に配置された筒状部材と、中心部材の軸線を通って略対称な２つの領域に区画する対称面を１つ有するとともに前記両部材を連結する弾性部材とで構成し、かつ、中心部材の軸線がほぼ車両前後方向に向き、前記対称面が車両上下方向に対して所定角度だけ傾斜するように配置したことを特徴とするエンジン支持構造である。

＜２＞は、＜１＞において、他方のエンジンマウントを、中心部材と、その外周の外側に配置された筒状部材と、これらの部材を連結する弾性部材とを具え、少なくとも一部を弾性部材で囲まれ内部に液体を収容し中心部材と筒状部材との相対変位に応じて体積を変化させる液室と、液室に接続され液室の体積変化に応じて液室に対して液体を出入れさせるオリフィスとが設けられた液封式のエンジンマウントとしてなるエンジン支持構造である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、直列の奇数気筒のエンジンの支持に用いられることを特徴とするエンジン支持構造である。

＜４＞は、＜３＞において、気筒数を３とするエンジン支持構造である。

＜１＞によれば、前記一対のエンジンマウントの少なくとも一方を、中心部材と、その外周の外側に配置された筒状部材と、中心部材の軸線を通って略対称な２つの領域に区画する対称面を１つ有するとともに前記両部材を連結する弾性部材とで構成し、かつ、中心部材の軸線がほぼ車両前後方向に向き、前記対称面が車両上下方向に対して所定角度だけ傾斜するように配置したので、調整によってピッチ方向弾性主軸をできるだけ下げて重心を通る直線に近づけることができ、その結果、ピッチ方向の非連成度を上げることができる。

＜２＞によれば、他方のエンジンマウントを、前述のように構成された液封式のエンジンマウントとしたので、乗り心地を一層改善することができる。

＜３＞によれば、直列の奇数気筒のエンジンの支持に用いられるので、＜１＞の効果を際立たせることができる。

＜４＞によれば、ピッチ方向の振動が大きい直列３気筒のエンジンの支持に用いられるので、＜１＞の効果をさらに際立たせることができる。

エンジンの振動の方向を示す模式図である。本発明の実施形態のエンジン支持点の配置を模式的に示す平面図である。本発明の実施形態のエンジン支持点の配置を模式的に示す、車両後方から見た正面図である。ＬＨに設けられたエンジンマウントの取り付け態様を示す平面図および正面図である。ＬＨに設けられたエンジンマウントの断面図である。ＬＨに設けられたエンジンマウントとして用いられる液封マウントの断面図である。ＲＨに設けられたエンジンマウントの取り付け態様を示す平面図および正面図である。ＲＨに設けられたエンジンマウントの断面図である。ピッチ方向入力に対する傾斜角度と軸ずれ量との関係を示すグラフである。ピッチ方向入力に対する傾斜角度と伝達力の周波数依存性との関係を示すグラフである。

本発明の実施形態について図を参照して説明する。図２、図３は、本発明の実施形態のエンジン支持点を模式的に示す、それぞれ平面図および車両後方から見た正面図であり、この発明のエンジン支持構造１０において、ロール方向慣性主軸ＲＣの向きが車両の左右方向ＬＲと概ね一致するよう配置されたエンジン１は、その慣性主軸ＲＣの上方の、エンジン重心Ｇを通る鉛直線ＧＬを挟んで軸方向に互いに離れた一対の支持点ＲＨ、ＬＨでエンジンマウントを介して支持されるとともに、ロール方向慣性主軸ＲＣ周りのロール方向振動を、重心Ｇより下方に配置されたトルクロッドＴＲにより抑制される。図においてＰＣは、ピッチ方向弾性主軸を示し、この主軸ＰＣをできるだけ重心Ｇに近づけられるようにして、ピッチ方向の振動の車体への伝達を抑えることが本発明の狙いである。
なお、図２、３において、７は気筒を、ＴＲはトルクロッドを示す。

図４は、ＬＨに設けられたエンジンマウントの取り付け態様を示す図であり、図４（ａ）は平面視、図４（ｂ）は車両後方から見たときの正面視であり、また、図５は、エンジンマウントの、図４（ａ）の矢視Ａ−Ａに対応する断面における断面図である。エンジンマウント２は、いわゆる円筒型ソリッドマウントであり、中心部材２１と、筒状部材２２と、これらの部材２１、２２を連結する弾性部材２３とで構成されている。弾性部材２３は、中心部材２１の軸線Ａを通り、弾性部材２３を略面対称に区画する１つの対称面Ｙを有する。対称面Ｙ内の軸線Ａに直交する方向を主たる弾性主軸方向Ｃと呼ぶとき、符号２３は、中心部材２１、筒状部材２２の主たる弾性主軸方向Ｃに沿った相対変位が所定以上にならないように抑えるストッパである。

ここで、中心部材２１は、エンジン１および車体Ｂのいずれか一方に取り付けられ、また、筒状部材２２は、エンジン１および車体Ｂの他方に取り付けられ、図示の場合、中心部材２１がエンジン側のステー２５を介してエンジン１（実際は、トランスミッション２）に取り付けられ、筒状部材２２は、車体側のステー２６を介して車体Ｂに取り付けられている。

また、弾性部材２３は、筒状部材２２の内周面上に周方向の一点から、対称面Ｙを通過して、筒状部材２２の内周面上反対側の他点にまで延在するよう構成されていて、この対称面Ｙを有する構成により弾性主軸方向Ｃが特定される。

本発明のエンジン支持構造１０は、その特徴として、少なくとも、エンジンマウント２、４の少なくとも一方が、円筒型ソリッドマウントであり、中心部材２１の軸線がほぼ車両前後方向ＦＲに向き、対称面Ｙが、中心部材２１軸線周りに、車両上下方向ＨＬに対して所定角度θだけ傾斜しており、このことによって、ピッチ方向弾性主軸ＰＣを下げて重心Ｇを通る直線に近づけることができ、その結果、ピッチ振動の車体への伝達を抑えることができる。

本発明のエンジン支持構造１０において、中心部材２１と、筒状部材２２と、これらの部材２１、２２を連結する弾性部材２３とよりなる円筒型ソリッドマウントに代えて、図６に断面図で例示するような、液封マウント４０を用いることもでき、この例の場合、液封マウント４０は、中心部材４１と筒状部材４２と、これらを連結する弾性部材４３とよりなり、少なくとも一部が弾性部材４３に囲まれ、液体が充満された主液室４４と、一部が変形自在な膜部材４７で囲まれた副液室４６とを設け、これらの液室４４、４６をこれらをオリフィス４５で連通させて構成される。

液封マウント４０は、中心部材２１の軸線を通る対称面Ｙに関して対称になる形状を有し、対称面Ｙ内で軸線Ａと直交する方向を主たる弾性主軸方向Ｃとして、方向Ｃの振動入力に対して、オリフィス４５を通過する液体の流路抵抗と共振作用とにより、高い減衰性能と好適なバネ定数を有することができる。

図１０において、符号４８は、副液室４６の容量変化を、弾性部材２３の変形をもたらすことのないようにするための補強プレートであり、符号４９は、中心部材４１の筒状部材４２に対する相対変位を、主液室４４の容積変化に忠実に反映させるために弾性部材４３を補強する補強プレートである。
また、図６において、図６（ａ）は軸心Ａと直交する断面における断面図であり、図６（ｂ）は軸心Ａを含む断面における断面図であり、また、図６（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ矢視に対応している。

そして、円筒型ソリッドマウント２に代えて液封マウント４０を用いた場合には、対称面Ｙを上下方向ＨＬに対してθだけ傾斜させることによって、円筒マウント２と同様にピッチ方向の振動の車体への伝達を抑えることができることに加えて、円筒型ソリッドマウント２の場合にはピッチ方向の振動抑制のトレードオフとしてやや悪化したシェーク振動について、その改善を図ることができる。

左側の支持点ＬＨに設けられたエンジンマウント２について説明したが、右側の支持点ＲＨのエンジンマウントも、同様に、中心部材２１と、筒状部材２２と、これらの部材２１、２２を連結する弾性部材２３とで構成される円筒型マウントを用いることもでき、さらに、このエンジンマウントにおいて、対称面Ｙが、中心部材２１の軸線Ａの周りに、車両上下方向ＨＬに対して傾斜するようにすることもできる。

しかしながら、支持点ＬＨにおけるエンジンマウント２を上記のように構成して、乗り心地に影響するシェーク振動を問題ないレベルに保ちつつピッチ方向の振動を抑えることができるものの、シェーク振動の抑制に関してはまだ改善の余地があり、これを改善するためには、ＲＨに設けるエンジンマウント４を液封マウントとするのが好ましい。図６にその取り付け態様例を、図７に、これに用いられる液封マウントの例を断面図で示す。

図７において、図７（ａ）は平面視、図７（ｂ）は車両後方から見たときの正面視であり、また、図８は、右側エンジンマウント４の、図７（ａ）のＢ−Ｂ矢視に対応する断面図であり、エンジンマウント４は、液封マウントであり、ステー８を介してエンジン１に取り付けられるとともに、ステー９を介して車体に取り付けられている。

エンジンマウント４は、車両の上下方向ＨＬと平行に向けられた軸線Ｃ１を有する中心部材３１と、中心部材３１の半径方向外側に配置された筒状部材３２と、これらの部材３１、３２の間に配設されこれらの部材３１、３２同士を連結するゴム部材３３とを具え、ゴム部材３３の軸方向一方側に筒状部材３２の内側を軸方向に液密に仕切る仕切り部材３４を配設し、この仕切り部材３４とゴム部材３３との間に液体が充填された主液室３６を形成するとともに、主液室３６の、仕切り部材３４を挟んだ反対側に膜部材３５を設けこの膜部材３５と仕切り部材３４との間に液体が充填されその液圧に応じて拡縮する副液室３７を形成し、主液室３６と副液室３７とを相互に連通させるオリフィス３８を設けて構成される。
なお、ゴム部材３３は周方向に関して、方向性をもたせることもできるが、本実施形態の場合は、周方向に均一なものとした。

このような構成を有する液封マウント４は、車体１１の上下方向の振動に対して、中心部材３１と筒状部材３２とが軸方向に相対変位し、このとき、オリフィス３８を通過して主液室３６と副液室３７との間を移動する液体の粘性抵抗と共振作用とにより、これを抑制することができる。

以上、本発明に係るペンデュラム式のエンジン支持構造の好ましい例として、車両左側のマウントだけを、その対称面Ｙが車両前後方向に向いた軸心Ａの周りに車両上下方向ＨＬに対して所定角度θだけ傾斜するように配置させたが、これは以下の理由による。

すなわち、ペンデュラム式のエンジン支持構造において、エンジン１は、トランスミッション５との組み立て体であるパワープラント６として吊り下げられて支持されるのが一般的であり、また通常、このようなエンジン支持構造にあっては、エンジン１は、車両右側に配置され、トランスミッション５は車両左側に配置される。そして、振動源であるエンジン１には、高価ではあるが制振機能の高い液封マウントが用いられ、振動の少ないトランスミッション５側には、円筒型マウントのような、液封式ではない安価なマウントが用いられることが多い。このような状況下で、車両左側のマウントの対称面Ｙだけを傾斜させたのは、第１に、図８に示したような液封マウント４は複雑な構造をしているため、この液封マウント４を、その弾性部材が軸心を通る非対称面を１つもつように構成しこの対称面Ｙを傾斜させた場合、耐久性の低下等の予期しない問題が生じる可能性があること、第２にパワープラント６としての重心は、重量の大きいエンジン側に偏っており、この場合、重心から遠い左側のエンジンマウントの非対称面Ｙを傾斜させた方が、同じ傾斜角度であっても、ピッチ方向弾性主軸を重心に近づける効果が大きく、従って、ピッチ方向振動を抑制する効果も大きくなるからである。

しかし、当然のことながら両方のエンジンマウント２、４について、それらの対称面Ｃを、車両前後方向の軸周りに、車両上下方向に対して傾斜させる方が、ピッチ振動抑制効果が上がるので、このような形態も可能である。

図２〜７に示したエンジン支持構造を有するモデル化されたエンジンについて、左側エンジンマウント２の対称面Ｙの、車両上下方向ＨＬに対する傾斜角度θを変化させて、ピッチ方向弾性主軸の重心からの軸ずれ量と、車両左右方向ＬＲの、エンジンから車体へ伝達される振動の伝達力の周波数依存性をを計算で求めた。計算結果については、傾斜角度θと軸ずれ量との関係を、図９に、傾斜角度を横軸に、軸ずれ量を縦軸にとって表し、また、傾斜角度と振動伝達力の周波数依存性との関係については、４つの傾斜角度に対して、周波数を横軸に、振動伝達力を縦軸にとって図１０に表した。なお、傾斜角度は、車両後方から見て時計回りをプラス方向とした。
なお、図１０において、縦軸の伝達力は、力を無次元化したもので表している。

計算の前提条件は以下の通りである。
（１）エンジン質量：100kg
（２）エンジンピッチ方向慣性主軸周り慣性モーメント:10kg・m²
（３）左側、右側マウント２、４の、重心を原点とする座標位置、および、バネ定数：表１による。
なお、表１において、座標は、車両左右方向ＬＲに関しては重心から車両右側をプラスとし、車両上下方向ＨＬに関しては重心から車両上側をプラスとした。また、バネ定数に関して、Kcは、主たる弾性主軸方向Ｃのバネ定数を、Ksは、方向Ｃと直交する弾性主軸方向Ｓのバネ定数をそれぞれ表す。
（４）入力は、車両前後方向ＦＲ周りのモーメント（ピッチ方向）だけとした。

図９を見て分かるとおり、ピッチ方向の振動を抑えるに際して、左側マウント２の共振方向の傾斜角度を-30〜-45°とすることにより、特に問題となる車両上下方向ＨＬの軸ずれ量が最も小さくなることがわかる。また、図１０から分かるように、左側マウント２の対称面Ｙを傾斜させない場合には、14Hz付近にピッチングの共振があるが、例えば、この傾斜角度を-30〜-45°とすることによりこの振動の、エンジンから車体への伝達を抑えることができる。

１エンジン
２、４エンジンマウント
５トランスミッション
６パワープラント
７気筒
８、９ステー
１０エンジン支持構造
２１中心部材
２２筒状部材
２３弾性部材
２４ストッパ
２５、２６ステー
３１中心部材
３２筒状部材
３３ゴム部材
３３仕切り部材
３５膜部材
３６主液室
３７副液室
３８オリフィス
４０液封マウント
４１中心部材
４２筒状部材
４３弾性部材
４４主液室
４５オリフィス
４６副液室
４７膜部材
４８、４９補強プレート
Ｂ車体
Ｃエンジンマウントの主たる弾性主軸方向
ＬＨ左側支持点
ＲＨ右側支持点
ＦＲ車両前後方向
ＨＬ車両上下方向
ＬＲ車両左右方向
ＰＣピッチ方向弾性主軸
ＲＣ慣性主軸
Ｓエンジンマウントの主たる弾性主軸方向
ＴＲトルクロッド
Ｙ非対称面

Claims

ロール方向慣性主軸の向きが車両の略左右方向となるよう配置されたＦＦ横置きエンジンを、エンジンマウントを介して、ロール方向慣性主軸の上方の、エンジン重心を通る鉛直線を挟んで軸方向に互いに離れた一対の支持点で支持するとともに、エンジンのロール方向の動きを、重心より下方に配置されたトルクロッドにより抑制するよう構成されたペンデュラム式のエンジン支持構造において、
前記一対のエンジンマウントの少なくとも一方を、中心部材と、その外周の外側に配置された筒状部材と、中心部材の軸線を通って略対称な２つの領域に区画する対称面を１つ有するとともに前記両部材を連結する弾性部材とで構成し、かつ、中心部材の軸線がほぼ車両前後方向に向き、前記対称面が車両上下方向に対して所定角度だけ傾斜するように配置したことを特徴とするエンジン支持構造。
他方のエンジンマウントを、中心部材と、その外周の外側に配置された筒状部材と、これらの部材を連結する弾性部材とを具え、少なくとも一部を弾性部材で囲まれ内部に液体を収容し中心部材と筒状部材との相対変位に応じて体積を変化させる液室と、液室に接続され液室の体積変化に応じて液室に対して液体を出入れさせるオリフィスとが設けられた液封式のエンジンマウントとしてなる請求項１に記載のエンジン支持構造。
直列の奇数気筒のエンジンの支持に用いられることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン支持構造。
気筒数を３とする請求項３に記載のエンジン支持構造。