JP2023072373A - 内燃機関用のカバー部材 - Google Patents

Abstract

【課題】消音性能を向上させることができる内燃機関用のカバー部材を提供する。【解決手段】カバー部材１は、樹脂により板状に形成されるとともに、固定対象物に固定される複数の固定部２１を有する板本体２を備え、板本体２には、複数の固定部２１を固定端として板厚方向に沿って変位する振動によって生じるひずみの節Ａに隣り合う位置に、薄肉部３が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用のカバー部材に関する。

従来、自動車のエンジン等に取り付けられる制振プレートとして、複数枚の鋼板が積層されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された制振プレートでは、振動時に鋼板間に生じる摩擦によって振動エネルギーが消費されるようになっており、放射音の抑制が図られている。

特開２００８－１０６８０９号公報

振動エネルギーを消費させる方法としては、特許文献１に記載されたように部材間に摩擦を生じさせるものだけでなく、板状の部材を樹脂によって構成し、部材の内部に動的ひずみ（以下、単に「ひずみ」と呼ぶ）を生じさせるものも考えられる。このとき、板状の部材を変形しやすくし、ひずみ量を大きくすれば振動エネルギーの消費が大きくなるものの、この部材自体の振幅が大きくなり、音が発生する要因になり得る。一方、板状の部材を変形しにくくすると、この部材自体の振動は抑えられるものの、生じるひずみ量は小さく、振動の減衰効果が得られにくい。このように、振動の減衰効果と、部材自体の振動の抑制と、を両立させることは困難であった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、消音性能を向上させることができる内燃機関用のカバー部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関用のカバー部材は、樹脂により板状に形成されるとともに、固定対象物に固定される複数の固定部を有する板本体を備え、前記板本体には、前記複数の固定部を固定端として板厚方向に沿って変位する振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に、薄肉部が形成されていることを特徴とする。

この態様によれば、ひずみの節（振動の際にひずみ量が０となる位置）に隣り合う位置において、薄肉部によって板本体を変形しやすくすることができる。これにより、ひずみ量を大きくして振動エネルギーの消費を増大させ、振動を減衰させやすくすることで消音効果を向上させることができる。このとき、ひずみ量を大きくするために板本体の全体を薄型化する必要はなく、カバー部材自体の振幅が大きくなることを抑制することができ、消音効果を得やすい。

前記ひずみの節を挟む位置に、一対の前記薄肉部が形成されていてもよい。この態様によれば、ひずみの節の両側においてひずみ量を大きくし、消音効果をさらに向上させることができる。

前記板本体の両面に凹部が形成されることにより、前記薄肉部が形成されていてもよい。この態様によれば、各々の凹部の深さを小さくし、加工性を向上させることができる。また、凹部の形成によって板本体に非対称性が生じることを抑制し、薄肉部を設けることによる振動特性の変化を抑制することができる。

７００～１３００Ｈｚにおける前記板本体の固有振動によって生じるひずみの節に対し、隣り合う位置に前記薄肉部が形成されていてもよい。この態様によれば、カバー部材が、例えばエンジンのフロントカバーである場合に、エンジンによって生じる音やエンジンの振動によるフロントカバーからの放射音を低減しやすくすることができる。

本発明に係る内燃機関用のカバー部材によれば、ひずみの節に隣り合う位置に薄肉部が形成されていることで、消音性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。 比較例１の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。 比較例２の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。 本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材及び比較例３の内燃機関用のカバー部材の振動の伝達率特性のグラフである。 本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材及び比較例３の内燃機関用のカバー部材の騒音特性のグラフである。 本発明の変形例の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。 本発明の他の変形例の内燃機関用のカバー部材における要部を模式的に示す断面図である。 本発明の他の変形例の内燃機関用のカバー部材における要部を模式的に示す断面図である。 本発明の他の変形例の内燃機関用のカバー部材における要部を模式的に示す断面図である。 本発明の他の変形例の内燃機関用のカバー部材における要部を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材１を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材１は、樹脂により板状に形成されるとともに、固定対象物（エンジン）に固定される複数の固定部２１を有する板本体２を備える。板本体２には、複数の固定部２１を固定端として板厚方向に沿って変位する振動によって生じるひずみの節Ａに隣り合う位置に、薄肉部３が形成されている。

カバー部材１は、例えばエンジンのタイミングチェーンカバーなど、エンジン本体に取り付けられるフロントカバーである。図示の例では、カバー部材１に、クランクシャフトが通過するための貫通孔Ｏが形成されている。

カバー部材１は、例えば全体がＰＡ（ポリアミド）やＰＰ（ポリプロピレン）等の樹脂によって平板状に構成された板本体２を備える。板本体２は、平面に沿って延びるものであってもよいし、自然状態（変形が加えられていない状態）において平面に対し多少の撓み等を有するものであってもよい。このような平面に対して直交する方向を「板厚方向」と呼ぶ。板本体２には、その外周縁に沿って複数の固定部２１が形成されている。固定部２１は貫通孔状に形成され、例えばねじ等の固着部材が挿通され、この固着部材によって板本体２が固定対象物に固定されるようになっている。尚、固定部２１の固定構造はこれに限定されるものではなく、種々の固定構造が採用可能である。

カバー部材１が固定対象物に固定された状態でエンジン等の音源から音が放射されたりエンジンの振動が伝わったりすると、カバー部材１が振動して放射音が生じる。即ち、固定部２１が固定端となり、板本体２の各部が板厚方向に沿って変位する振動が発生し、図１では、板本体２の外周縁が固定端となり、この外周縁に囲まれた部分が変位する。このときの振動モードは放射音の波長に応じたものとなるが、以下では基本振動に対応したひずみの節Ａ及び薄肉部３を図示するとともに説明する。板本体２には、基本振動のひずみの節Ａに対応した薄肉部３だけでなく、他の振動モード（特に、後述する７００～１３００Ｈｚの周波数領域の固有振動）によって生じるひずみの節に対応した薄肉部も形成されている。

図２は、カバー部材１を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。図２は、上から順に、自然状態の板本体２と、板本体２が基本振動している様子と、そのときのひずみ量と、を示す。板本体２が基本振動すると、両端が固定端（振動の節）となるとともに中央部が振動の腹となる。このとき、固定端の近傍では圧縮のモーメント（負のひずみ）が生じ、中央部では引っ張りのモーメント（正のひずみ）が生じ、これらが切り換わる位置においてひずみ量が０となる（ひずみが発生しない）。即ち、このようにひずみが発生しない位置が、ひずみの節Ａとなる。ひずみの節とはひずみ量が０となる位置であり、変位量が０となる振動の節とは異なる。

図２に示す断面図は、２つの固定部２１を通過するとともにひずみの節Ａを横切るように板本体２を切断した様子を示す。ひずみの節Ａは、図１に示すように円弧状であり、断面図である図２においては２箇所に現れる。

板本体２には、ひずみの節Ａに対して隣り合う位置に、両面に凹部２２，２３が形成されている。凹部２２，２３は、ひずみの節Ａに対して中央側（固定端とは反対側）に配置されている。凹部２２は、板厚方向に沿った一対の側面２２１と、これらの面を接続する底面２２２と、によって形成され、３つの直線によって囲まれた断面形状を有する。凹部２３も凹部２２と同様の形状を有する。凹部２２，２３は、円弧状のひずみの節Ａの内側において、円弧状の溝となっている。尚、凹部２２，２３及び後述する薄肉部３は、連続した円弧状となっていてもよいし、断続的な円弧状となっていてもよい。

板本体２は、凹部２２，２３が形成された部分以外においては、略一定の板厚を有している。これにより、板本体２において、凹部２２，２３の間の部分（これらの底面に挟まれた部分）が、他の部分よりも板厚が小さくなり、薄肉部３となる。薄肉部３は、ひずみの節Ａに対して隣り合う位置に形成されている。ここで、「隣り合う位置」とは、例えばひずみの節Ａから５ｍｍ以内（固定端同士の間隔に対して例えば２％以内）の範囲を意味する。

板本体２は、板厚が小さい部分ほど変形しやすくなり、ひずみ量も大きくなりやすい。従って、図２のグラフにも示されるように、薄肉部３が形成された位置（ひずみの節Ａに隣り合う位置）においてひずみ量が大きくなる。

ここで、薄肉部が形成されない（板本体の全体が略一定の板厚を有する）比較例について説明する。図３は、比較例１の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。図３は、板本体４の板厚が比較的大きい比較例１のカバー部材について、自然状態の板本体４と、板本体４が基本振動している様子と、そのときのひずみ量と、を示す。図４は、比較例２の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。図４は、板本体５の板厚が比較的小さい比較例２のカバー部材について、自然状態の板本体５と、板本体５が基本振動している様子と、そのときのひずみ量と、を示す。

比較例１では、板本体４の振幅を抑えることはできるものの、ひずみ量は比較的小さくなり、振動エネルギーを消費しにくい。一方、比較例２では、ひずみ量が比較的大きくなり振動エネルギーを消費しやすいものの、板本体５の振幅が大きくなり、板本体５自体の振動が、音が発生する要因になり得る。

このような比較例１，２に対し、本実施形態のカバー部材１では、板本体２の振幅を抑えつつひずみ量を大きくすることができる。これにより、振動エネルギーを消費しやすくし、振動を減衰させやすい。

図５は、カバー部材１及び比較例３の内燃機関用のカバー部材の振動の伝達率特性のグラフである。図５のグラフは、本実施形態のカバー部材１、及び、比較例３のカバー部材の振動の伝達率（振幅）特性を示す。比較例３のカバー部材は、薄肉部が形成されておらず、それ以外の点（板厚等）については本実施形態のカバー部材１と同様である。本実施形態のカバー部材１では、比較例３のカバー部材に対し、特に共振周波数において振幅が低減されていることが読み取れる。

図６は、カバー部材１及び比較例３の内燃機関用のカバー部材の騒音特性のグラフである。図６は、本実施形態のカバー部材１、及び、比較例３のカバー部材の騒音特性を示す。本実施形態のカバー部材１では、上記のように振幅を低減することにより、比較例３のカバー部材に対し、特に破線で囲まれた領域（７００～１３００Ｈｚ）において騒音低減効果が得られる。

このように、本発明の実施形態に係るカバー部材１によれば、ひずみの節Ａに隣り合う位置に薄肉部３が形成されていることで、板本体２を変形しやすくしてひずみ量を大きくすることができる。これにより、振動を減衰しやすくして消音効果を向上させることができる。また、薄肉部３がひずみの節Ａに隣り合う位置に形成されていることで、他の位置に形成する場合と比較して、カバー部材１全体の剛性の低下を抑制することができる。さらに、板本体２が樹脂により形成されていることで、カバー部材１を軽量化することができる。

また、板本体２の両面に凹部２２，２３が形成されていることで、各々の凹部２２，２３の深さを小さくし、加工性を向上させることができる。また、凹部２２，２３の形成によって板本体２に非対称性が生じることを抑制し、薄肉部３を設けることによる振動特性の変化を抑制することができる。

また、７００～１３００Ｈｚにおける板本体２の固有振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に薄肉部が形成されていることで、カバー部材１が例えばエンジンのフロントカバーである場合に、エンジンによって生じる音やエンジンの振動によるフロントカバーからの放射音を低減しやすくすることができる。

尚、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、上記の本発明の実施形態では、ひずみの節Ａに対して中央部側にのみ薄肉部３が形成されるものとしたが、固定端側にのみ薄肉部を形成してもよい。

図７は、本発明の変形例の内燃機関用のカバー部材を模式的に示す断面図及びひずみ分布のグラフである。この変形例では、ひずみの節Ａを挟む位置に一対の薄肉部３，３Ａが形成されている。尚、薄肉部３Ａは、薄肉部３と同様に、両面の凹部によって形成されればよい。また、他の振動モードについても、ひずみの節の両側に薄肉部が形成されていてもよい。このような構成によれば、ひずみの節Ａの両側においてひずみ量を大きくして振動を減衰しやすくし、消音効果をさらに向上させることができる。さらに、ひずみの節Ａの両側において、正及び負のひずみの両方を大きくすることができ、正又は負のいずれか一方のひずみを２箇所で生じさせる構成と比較して、合計のひずみ量を確保しやすくすることができる。

また、上記の本発明の実施形態では、凹部２２，２３が両面に形成されることにより、薄肉部３が形成されているものとしたが、図８に示すように、板本体２の片面にのみ凹部２４が形成されることにより、薄肉部３Ｂが形成されてもよい。このとき、凹部２４が形成される面は、音源に向けられた面であってもよいし、その反対側の面であってもよい。

また、上記の本発明の実施形態では、凹部２２，２３が、一対の側面及び底面を有し３つの直線によって囲まれた断面形状を有するものとしたが、凹部は他の形状を有していてもよい。例えば、図９に示すように、Ｖ字状の（２つの直線によって囲まれた）断面形状を有する凹部２５，２６が形成されることで、薄肉部３Ｃが形成されてもよい。また、図１０に示すように、上記の実施形態における凹部２２に対し、側面２２１と底面２２２との間にテーパ部２２３を追加してもよい（凹部２３に対しても同様）。また、図１１に示すように、複数の凹状の部分が連続的に形成されることで、凹部２７，２８が構成され、薄肉部３Ｄが形成されてもよい。図１１に示す例では、各々の凹状の部分が図９の凹部２５，２６同様に断面Ｖ字状となっている。

また、薄肉部は、局所的な凹部によって形成されるものに限定されない。即ち、肉厚が徐々に小さくなる部分が形成されることで、薄肉部が形成されてもよい。また、薄肉部は、少なくともひずみの節に隣り合う位置に形成されていればよく、薄肉部がひずみの節を跨ぐように形成されていてもよい（即ち、ひずみの節にも薄肉部が形成されていてもよい）。

本発明の実施の形態及び図７～図１１の変形例において、薄肉部及び凹部の位置や個数、形状等について例示したが、これらの各要素は適宜に組み合わせられていてもよい。

また、上記の本発明の実施形態では、７００～１３００Ｈｚにおける板本体２の固有振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に薄肉部が形成されているものとしたが、カバー部材の用途等に応じて、適宜な周波数領域のひずみの節に隣り合う位置に薄肉部を形成すればよい。例えば、カバー部材がエンジンのオイルパンである場合には、３００～１５００Ｈｚにおける固有振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に薄肉部が形成されていることが好ましい。また、カバー部材がエンジンのシリンダヘッドカバーである場合には、３００～１５００Ｈｚにおける固有振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に薄肉部が形成されていることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に係る内燃機関用のカバー部材に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

１…カバー部材、２…板本体、２１…固定部、２２～２８…凹部、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｄ…薄肉部、Ａ…ひずみの節

Claims (4)

1. 樹脂により板状に形成されるとともに、固定対象物に固定される複数の固定部を有する板本体を備え、
   前記板本体には、前記複数の固定部を固定端として板厚方向に沿って変位する振動によって生じるひずみの節に隣り合う位置に、薄肉部が形成されていることを特徴とする、内燃機関用のカバー部材。
2. 前記ひずみの節を挟む位置に、一対の前記薄肉部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関用のカバー部材。
3. 前記板本体の両面に凹部が形成されることにより、前記薄肉部が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関用のカバー部材。
4. ７００～１３００Ｈｚにおける前記板本体の固有振動によって生じるひずみの節に対し、隣り合う位置に前記薄肉部が形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関用のカバー部材。

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