JP2022018804A - 内燃機関の補機支持構造および内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減することが可能な内燃機関の補機支持構造および内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１の補機支持構造は、内燃機関１の周辺に配置される補機１０と、壁面２２と、壁面２２に対し直交する方向に延在するフランジ部２４とを有し、ピストンが収容されるシリンダブロック２０と、記補機１０が装着され、フランジ部２４に固定される第１被固定部３２と、壁面２２に固定される第２被固定部３４と、第１被固定部３２および第２被固定部３４を結合する結合部３６と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の補機支持構造および内燃機関に関する。

従来、内燃機関の補機支持構造としては、例えば、シリンダブロックと、シリンダブロックの周辺に配置される補機である燃料ポンプと、シリンダブロックの壁面に対し直交する方向に延在し、延在する方向の一端側が壁面に固定され、延在する方向の他端側に燃料ポンプ（補機）が装着されるブラケットとを備える構造が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、内燃機関の補機支持構造としては、例えば、シリンダブロックと、燃料噴射ポンプ（補機）と、シリンダブロックの壁面に対し直交する方向に延在し、延在方向一端側が壁面に固定され、延在方向他端側に燃料噴射ポンプが装着されるブラケットとを備える構造が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０１９－１２０１２２号公報 特開平１１－３２４６９８号公報

ところで、特許文献１および２に記載の技術においては、補機を装着するブラケット（剛性部材）がシリンダブロックの壁面に片持ち形状で固定される振動系を構成している。この振動系は、補機がシリンダブロックに対して相対変位する弾性振動を誘発し、その固有周波数で共振を発生させる。この振動がシリンダブロックに伝達されて放射されることにより、騒音を増大させるという問題がある。ひいては、部品が破損するなどの信頼性や耐久性の問題を引き起こす場合がある。

本開示の目的は、騒音を低減することが可能な内燃機関の補機支持構造および内燃機関を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における内燃機関の補機支持構造は、
内燃機関の周辺に配置される補機と、
壁面と、前記壁面に対し直交する方向に延在するフランジ部とを有し、ピストンが収容されるシリンダブロックと、
前記補機が装着され、前記フランジ部に固定される第１被固定部と、
前記壁面に固定される第２被固定部と、
前記第１被固定部および前記第２被固定部を結合する結合部と、
を備える。

本開示における内燃機関は、
上記補機支持構造を備える。

本開示によれば、騒音を低減することができる。

本開示の実施の形態にかかる内燃機関の補機支持構造を概略的に示す斜視図である。 比較例に係る補機支持構造を概略的に示す図である。 比較例に係る補機支持構造における振動挙動の解析結果を示す図である。 補機が共振した場合の周波数と騒音レベルとの関係の一例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態にかかる内燃機関１の補機支持構造１００を概略的に示す斜視図である。図１には、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が描かれている。図１において、左右方向に対して時計回りに所定角度傾く方向を車幅方向又はＸ方向といい、右斜め下方向を車幅方向一側又は「＋Ｘ方向」、左斜め上方向を車幅方向他側又は「－Ｘ方向」という。また、図１において、上下方向を車両高さ方向又はＹ方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」、下方向「－Ｙ方向」という。また、図１において、左右方向に対して反時計回りに所定角度傾く方向を車両前後方向、前後方向又はＺ方向といい、左斜め下方向を車両前方向、前方向又は「＋Ｚ方向」、右斜め上方向を車両後方向、後方向又は「－Ｚ方向」という。

本実施の形態にかかる内燃機関１の補機支持構造１００は、補機１０と、シリンダブロック２０と、ブラケット３０とを備える。

図１に示す補機１０は、内燃機関１の周辺には配置されている。ここでは、補機１０は、燃料を高圧で燃料噴射弁（不図示）に供給する燃料供給ポンプである。燃料供給ポンプから内燃機関１の本体へ燃料配管１２（図１にその一部を示す）が接続されている。なお、本開示にかかる補機１０は、燃料供給ポンプに限定されず、例えば、エアコンプレッサ、オイルポンプ、ウオーターポンプ、および、発電機などの、内燃機関１から取り出された動力により駆動され、内燃機関１を作動させるための機器でもよい。

図１に示す内燃機関１は、複数のシリンダ（不図示）とシリンダ内に往復移動可能に収容されるピストン（不図示）とを有するシリンダブロック２０を備え、シリンダ内で燃料を燃焼させ、燃焼ガスがピストンを押す力を動力として取り出す。

シリンダブロック２０は、壁面２２と、壁面２２に対し直交する方向に延在するフランジ部２４とを有している。壁面２２は、ＹＺ平面上に広がる壁面である。フランジ部２４は、壁面２２と接続される接続部位から＋Ｘ方向に折れ曲がっている。フランジ部２４は、ＸＹ平面上に広がる装着面２６を有する。フランジ部２４の－Ｘ方向端部は、Ｙ軸に沿うように延在している。

ブラケット３０は、第１被固定部３２と、第２被固定部３４と、結合部３６とを有する。本実施の形態においては、第１被固定部３２、第２被固定部３４および結合部３６は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄、または、合金などにより一体に成形される。

第１被固定部３２は、補機１０が装着されている。第１被固定部３２に装着された補機１０は、図１に示すように、車両前後方向（Ｚ方向）を長手方向とする機器である。補機１０の長手方向一端部は、第１被固定部３２に固定されている。補機１０の長手方向他端側は、＋Ｚ方向に延在している。

第１被固定部３２は、ＸＹ平面上に延在している。つまり、第１被固定部３２は、装着面２６に沿うように延在している。第１被固定部３２は、固定具（例えば、ボルト）によりフランジ部２４に固定されている。第１被固定部３２の－Ｘ方向端部は、Ｙ軸に沿うように延在している。

第１被固定部３２は、ＸＹ平面上において互いに異なる複数の方向に延在している。具体的には、第１被固定部３２は、補機１０が装着される位置から車幅方向一側（＋Ｘ方向）に延在する延在部３２１を有している。また、第１被固定部３２は、補機１０が装着される位置から上方向（＋Ｙ方向）に延在する延在部３２２を有している。また、第１被固定部３２は、補機１０が装着される位置から下方向（－Ｙ方向）に延在する延在部３２３を有している。

延在部３２１，３２２，３２３のそれぞれには、下穴３２１ｈ，３２２ｈ，３２３ｈが設けられている。第１被固定部３２は、下穴３２１ｈ，３２２ｈ，３２３ｈのそれぞれに通される固定具によりフランジ部２４に固定されている。つまり、第１被固定部３２が固定具により固定される方向は、図１に実線の矢印で示すように、ＸＹ平面に直交する車両前後方向（Ｚ方向）と同じ方向となる。

第２被固定部３４は、壁面２２に沿うように延在している。具体的には、第２被固定部３４は、ＹＺ平面上において、第１被固定部３２の位置から車両前方向（＋Ｚ方向）に延在している。第２被固定部３４の－Ｚ方向端部は、Ｙ軸に沿うように延在している。なお、図１に示すように補機１０の長手方向他端側は、＋Ｚ方向に延在している。このため、第２被固定部３４は、補機１０に沿うように延在している。第２被固定部３４は、固定具（例えば、ボルト）により壁面２２に固定されている。

第２被固定部３４は、ＹＺ平面上において互いに異なる４か所からそれぞれの方向に延在している。具体的には、第２被固定部３４は、第１被固定部３２に対し近接する側端部の位置から上方向（＋Ｙ方向）に延在する延在部３４１を有している。また、第２被固定部３４は、第１被固定部３２に近接する側端部の位置から下方向（－Ｙ方向）に延在する延在部３４２を有している。また、第２被固定部３４は、第１被固定部３２に離間する側端部の位置から上方向（＋Ｙ方向）に延在する延在部３４３を有している。また、第２被固定部３４は、第１被固定部３２に離間する側端部の位置から下方向（－Ｙ方向）に延在する延在部３４４を有している。

延在部３４１，３４２，３４３，３４４のそれぞれには、下穴３４１ｈ，３４２ｈ，３４３ｈ、３４４ｈが設けられている。第２被固定部３４は、下穴３４１ｈ，３４２ｈ，３４３ｈ、３４４ｈのそれぞれに通される固定具により壁面２２に固定されている。つまり、第２被固定部３４が固定具により固定される方向は、図１に破線の矢印で示すように、ＹＺ平面に直交する車幅方向（Ｘ方向）と同じ方向となる。

結合部３６は、第１被固定部３２の－Ｘ方向端部と第２被固定部３４の－Ｚ方向端部とを結合する。前述するように、第１被固定部３２の－Ｘ方向端部はＹ軸に沿うように延在している。また、第２被固定部３４の－Ｚ方向端部はＹ軸に沿うように延在している。－Ｘ方向端部と－Ｚ方向端部とを結合する結合部３６は、Ｙ軸に沿って延在している。結合部３６は、壁面２２とフランジ部２４とにより構成される隅部２８に沿うように配置されている。

次に、内燃機関の補機支持構造１００において、補機１０が固有周波数で共振に起因した場合について説明する。

補機１０が共振した場合、前述するように、フランジ部２４の－Ｘ方向端部がＹ軸に沿うように延在し、第１被固定部３２の－Ｘ方向端部がＹ軸に沿うように延在しているため、フランジ部２４及びフランジ部２４に固定される第１被固定部３２を、Ｙ軸回りに前後方向（Ｚ方向）へ扇ぐような振動挙動が生じる。しかし、シリンダブロック２０側に固定点を設けることにより、つまり、ブラケット３０の第２被固定部３４が壁面２２に固定されることにより、補機１０とフランジ部２４とが一体となるため、また、壁面２２とフランジ部２４とで構成される隅部２８が強固に固定されるため、振動挙動の振幅を低減する。この振動がシリンダブロック２０に伝達されて放射される騒音を低減することができる。

また、振動挙動によって第２被固定部３４を壁面２２から引き剥す方向（Ｘ方向）の力が生じても、第２被固定部３４は固定具（ボルト）により壁面２２に車幅方向（Ｘ方向）と同じ方向で固定されているため、固定具に伸縮変形が生じることで、振動挙動のエネルギーが吸収される。この点からも、振動挙動の振幅を低減することで、騒音を低減することができる。

さらに、振動挙動によって第２被固定部３４を壁面２２に対しＹ方向及び／またはＺ方向に移動するような力が生じた場合、前述するように第２被固定部３４は固定具（ボルト）により壁面２２に車幅方向（Ｘ方向）と同じ方向で固定されているため、振動挙動によって固定具にせん断変形が生じることで、振動挙動のエネルギーが吸収される。また、第２被固定部３４が壁面２２に沿うように延在しているため、第２被固定部３４と壁面２２との間に生じる摩擦抵抗力によっても振動挙動のエネルギーが吸収される。これらの点からも、振動挙動の振幅を低減することで、騒音を低減することができる。

以上のように、補機１０が共振した場合であっても、第２被固定部３４が固定具により壁面２２に固定されることによって、また、結合部３６が第１被固定部３２と第２被固定部３４とを結合することによって、また、第２被固定部３４が壁面２２に沿うように延在することによって、振動挙動の振幅を低減することができる。その結果、騒音を低減することが可能となる。

図２は、比較例に係る補機支持構造２００を概略的に示す図である。図２に示すように、比較例に係る補機支持構造２００は、第２被固定部３４、第２被固定部３４を壁面２２に固定する固定具、および、第１被固定部３２と第２被固定部３４とを結合する結合部３６等のフランジ部２４を補強するための部品がない点で、それらの補強部品がある、本実施の形態に係る補機支持構造１００と異なる。

図３は、比較例に係る補機支持構造２００における振動挙動の解析結果を示す図である。図３に所定数の要素をグループ化することにより定義された補機支持構造２００を示す。図３に、補機１０（燃料供給ポンプ）の先端部を接点Ｐ１で示し、フランジ部２４の＋Ｘ方向端部のＹ方向両端部を接点Ｐ２，Ｐ３で示し、フランジ部２４の壁面２２との接続部位のＹ方向両端部を接点Ｐ４，Ｐ５で示す。図３に破線の矢印で示すように、接点Ｐ１がＸ方向に振動した場合、フランジ部２４には、図３に実線の矢印で示すように、接点Ｐ２，Ｐ３を前後方向（Ｚ方向）に扇ぐような振動挙動が発生する。

図４は、補機１０が共振した場合の周波数と騒音レベルとの関係の一例を示す図である。図４の横軸に周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸に騒音レベル［ｄＢＡ］を示す。また、図４に、補強あり（本実施の形態に係る補機支持構造１００の場合）の騒音レベルを点線で示し、補強なし（比較例に係る補機支持構造２００の場合）の騒音レベルを実線で示す。

図４に示すように、補機１０が周波数５００［Ｈｚ］付近で共振した場合、本実施の形態に係る補機支持構造１００が比較例に係る補機支持構造２００よりも２［ｄＢＡ］だけ低減することを確認することができる。

上記開示の実施の形態に係る内燃機関の補機支持構造１００は、内燃機関１の周辺に配置される補機１０と、壁面２２と、壁面２２に対し直交する方向に延在するフランジ部２４とを有し、ピストンが収容されるシリンダブロック２０と、補機１０が装着され、フランジ部２４に固定される第１被固定部３２と、壁面２２に固定される第２被固定部３４と、第１被固定部３２および第２被固定部３４を結合する結合部３６と、備える。

上記構成により、補機１０が共振した場合、ブラケット３０により、補機１０とフランジ部２４とが一体となるため、フランジ部２４の振動挙動の振幅を低減することができる。その結果、騒音を低減することが可能となる。ひいては、燃料供給ポンプである補機１０から内燃機関１の本体へ接続される燃料配管１２の耐久性を向上することが可能となる。

また、上記開示の実施の形態に係る内燃機関の補機支持構造１００は、第１被固定部３２は、フランジ部２４に沿うように延在する。第１被固定部３２を装着面２６（ＸＹ平面）に対し移動するような振動挙動が生じた場合、第１被固定部３２とフランジ部２４との間に生じる摩擦抵抗力により振動挙動のエネルギーが吸収される。この点からも、振動挙動の振幅を低減することで、騒音を低減することができる。

また、上記開示の実施の形態に係る内燃機関の補機支持構造１００は、第２被固定部３４は、壁面２２に沿うように延在する。第２被固定部３４を壁面２２（ＹＺ平面）に対し移動するような振動挙動が生じた場合、第２被固定部３４と壁面２２との間に生じる摩擦抵抗力により振動挙動のエネルギーが吸収される。この点からも、振動挙動の振幅を低減することで、騒音を低減することができる。

また、第２被固定部３４は、補機１０に沿うように、＋Ｚ方向に延在する。これにより、補機１０が共振し、フランジ部２４及びフランジ部２４に固定される第１被固定部３２を、Ｙ軸回りに前後方向（Ｚ方向）へ扇ぐような振動挙動が生じた場合、振動挙動によって、第２被固定部３４にねじれが生じないため、フランジ部２４およびフランジ部２４に固定される第１被固定部３２の振動挙動を比較的容易に抑えることが可能となる。

また、上記開示の実施の形態に係る内燃機関の補機支持構造１００では、結合部３６は、壁面２２とフランジ部２４とにより構成される隅部２８に沿うように配置される。これにより、結合部３６によりフランジ部２４の－Ｘ方向端部が補強されるため、フランジ部２４がＹ軸回りに前後方向へ扇ぐような振動挙動が生じた場合、その振動挙動を容易に抑えることが可能となる。

上記実施の形態においては、第２被固定部３４は、補機１０に沿うように車両前方向（＋Ｚ方向）に延在したが、本開示はこれに限らず、例えば、シリンダブロック２０に対する補機１０の位置関係によっては、第２被固定部３４は、補機１０とは反対側である両後方向（－Ｚ方向）に延在してもよい。この構成により、フランジ部２４および第１被固定部３２を扇ぐような弾性挙動が生じても、壁面２２に固定される第２被固定部３４によって、弾性挙動を抑えることができる。その結果、騒音を低減することが可能となる。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、騒音を低減することが要求される補機支持構造を備えた内燃機関に好適に利用される。

１ 内燃機関
１０ 補機（燃料供給ポンプ）
１２ 燃料配管
２０ シリンダブロック
２２ 壁面
２４ フランジ部
２６ 装着面
２８ 隅部
３０ ブラケット
３２ 第１被固定部
３４ 第２被固定部
３６ 結合部
１００，２００ 補機支持構造
３２１，３２２，３２３，３４１，３４２，３４３，３４４ 延在部
３２１ｈ，３２２ｈ，３２３ｈ，３４１ｈ，３４２ｈ，３４３ｈ，３４４ｈ 下穴

Claims (7)

1. 内燃機関の周辺に配置される補機と、
   壁面と、前記壁面に対し直交する方向に延在するフランジ部とを有し、ピストンが収容されるシリンダブロックと、
   前記補機が装着され、前記フランジ部に固定される第１被固定部と、
   前記壁面に固定される第２被固定部と、
   前記第１被固定部および前記第２被固定部を結合する結合部と、
   を備える、内燃機関の補機支持構造。
2. 前記第１被固定部は、前記フランジ部に沿うように延在する、
   請求項１に記載の内燃機関の補機支持構造。
3. 前記第２被固定部は、前記壁面に沿うように延在する、
   請求項１または２に記載の内燃機関の補機支持構造。
4. 前記第２被固定部は、前記補機に沿うように延在する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の補機支持構造。
5. 前記結合部は、前記壁面と前記フランジ部とにより構成される隅部に沿うように配置される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の補機支持構造。
6. 前記補機は、燃料配管が接続される燃料供給ポンプを含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の補機支持構造。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の補機支持構造を備える、内燃機関。

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