JP4228491B2 - 内燃機関のカバー制振構造及びオイルパン制振構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関に液密に装着されるオイルパン，フロントカバー，ヘッドカバー等のカバー制振構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば４気筒の内燃機関では、通常、パワープラント（内燃機関とトランスミッションのセット）の最低次の共振周波数が２００Ｈｚ前後に存在するため、約６０００ｒｐｍでパワープラントの振動に起因するこもり音が発生し、かつ、常用加速運転域で、内燃機関の高次加振力とパワープラント共振とが一致することにより加速時騒音が発生する、という問題がある。
【０００３】
そのため、従来から、実開昭６２−６７９４５号公報や実開平１−６１４４３号公報等に示されているように、内燃機関に液密に装着されるカバーとしてのオイルパン、すなわち、浅底部と深底部とを有し、シリンダブロック下面に液密に装着されるオイルパンの全てもしくはその一部を、軽金属材料としてのアルミ材料により鋳造成形することで、このオイルパンを内燃機関の強度部材として活用している。このようなアルミオイルパン仕様によれば、図１０に示すように、オイルパン本体が金属板によりプレス成形される板金オイルパン仕様に比して、パワープラントの捩り剛性やトランスミッションとの結合剛性が向上し、最低次共振の上昇によるこもり音の改善や、２００〜５００Ｈｚを中心とした低周波域の加速時騒音の改善が図られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなオイルパンを、ディーゼル機関、特に、図１４に示すように燃焼形態の違いにより渦流式ディーゼル機関に比して高周波入力が大きい直噴ディーゼル機関に適用したような場合、図１２に示すように、アルミダイキャスト製の浅底部の平坦な底壁部（３）に膜共振（膜モード）２４，２５が励起され、内燃機関下方騒音を増大させてしまう恐れがある。特に、人間の聴感上感度が高い１ｋ〜２ｋＨｚ付近では、底壁部（３）が大きく面外方向に振動する発音効率の高い膜モード２４，２５が、その腹（中央部）の位置こそ多少異なるものの、多数発生してしまう。
【０００５】
また、ガソリン機関に適用した場合には、図１３に示すように、機関回転速度の増加に伴って加振力が増大し、例えば４０００ｒｐｍ以上で急激にエンジン下方騒音が上昇してしまう。
【０００６】
この対策として、補強リブ等により上記オイルパンの底壁部の高剛性化を行っても、問題対象となる１〜３ｋＨｚを中心とする周波数帯域の振動，騒音を回避することは困難である。つまり、中途半端な高剛性化を行っても、例えば噴射ポンプ等の加振次数に対応する機関回転数域が多少高周波側へずれる程度であり、十分な制振効果が得られないばかりか、重量の増加を招聘してしまい、好ましくない。
【０００７】
本発明はこのような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ケース（オイルパン）の平面部（底壁部）の肉厚を好適に厚肉化，薄肉化することにより、ケース（オイルパン）に生じる振動，騒音を効果的に低減し得る新規な制振構造を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明は、内燃機関に液密に装着されるカバーにおいて、上記カバーの平面部の中で、対象となる膜モードの腹に相当する部分を厚肉化するとともに、この厚肉化した部分の周囲の部分を相対的に薄肉化した。
【０００９】
つまり、内燃機関の主要な発音部位である、オイルパン，ヘッドカバー，フロントカバー（チェーンケース）等のカバーの平面部の中で、振動，騒音発生の原因となる膜モードの周囲、つまり膜モードの節に相当する部分を薄肉化し、かつ、膜モードの腹に相当する中央部分を相対的に厚肉化している。
【００１０】
そのため、主に上記の薄肉化された部分によって、内燃機関側からカバーへ作用する振動の伝達が効果的に抑制，遮断されるとともに、最も変位する膜モードの腹の部分が厚肉化されているため、この部分の質量が増して、膜振動の振動速度が低減され、ひいてはカバーからの放射音が効果的に抑制される。
【００１１】
また、厚肉部及び薄肉部の寸法や大きさを適正化することにより、十分な剛性を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、浅底部と深底部とを有し、内燃機関のシリンダブロックの下面側に液密に装着されるオイルパンにおいて、上記浅底部の平坦な底壁部の中で、内燃機関の長手方向に沿って延在する内側部を厚肉化するとともに、この内側部の両側に沿って延在する外側部を相対的に薄肉化した。
【００１３】
すなわち、内部の潤滑油による制振作用が期待できない浅底部の面外振動を抑制するために、浅底部の底壁部の中で、機関長手方向に沿う内側部を厚肉化し、且つ、シリンダブロックのスカート部に固定されるオイルパンの外壁部から上記の内側部に至る浅底部の外側部を、通常の肉厚よりも薄肉化した。
【００１４】
この構造によって、主に燃焼加振力によるシリンダブロックの左右のスカート部及びこれに固定されるオイルパンの左右の外壁部の開閉変形に伴って、底壁部へ作用する強制変位加振力が、上記薄肉化された部分で効果的に減衰，遮断され、かつ、浅底部の内側部が厚肉化されているため、この部分の質量が増すとともに剛性が向上し、膜振動の振動速度が低下する。このため、浅底部の面外方向の振動が効果的に低減され、放射音の発生が十分に抑制される。
【００１５】
また、厚肉部及び薄肉部の寸法や大きさを適正化することにより、十分な剛性を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００１６】
なお、内燃機関の点火，爆発により生じるオイルパンの振動，騒音としては、上述した開閉変形に伴なう膜モードが主に問題となるが、ベアリングキャップやベアリングビームの変形モードによっては、機関側の上下方向の曲げ変形に起因する膜モードも存在する。
【００１７】
このような膜モードにも有効に対応するために、請求項３の発明は、浅底部と深底部とを有し、内燃機関のシリンダブロックの下面側に液密に装着されるオイルパンにおいて、上記浅底部の平坦な底壁部の中で、対象となる（全ての）膜モードの腹に相当する中央部のみを厚肉化するとともに、この中央部の周囲を相対的に薄肉化した。
【００１８】
これにより、請求項２と同様の効果が得られることに加え、機関の上下方向の曲げ変形に起因する膜モードも有効に低減され、オイルパンからの放射音を更に確実に抑制することができる。
【００１９】
また、上述した本発明の制振構造は、カバーの平面部又はオイルパンの浅底部の底壁部が軽金属材料により鋳造成形されたオイルパンに好適に用いられる。すなわち、このようにカバーやオイルパンの一部がアルミ材料等により鋳造成形されたものでは、その剛性が向上して、主に低周波域の振動，騒音の低減化が図られるものの、比較的高周波域の騒音を発生する膜モードが問題となり易く、この対象となる高周波域の膜モードを本発明の制振構造により低減することで、高周波域の振動，騒音をも効果的に低減化することができる。
【００２０】
なお、本発明では、平板部（底壁部）を部分的に厚肉化することによる剛性向上が極めて重要であり、ただ単に薄肉化した平板部（底壁部）に別部材を取り付けて質量付加を行ったものでは、上述した本発明の振動低減効果及び剛性向上効果を得ることはできない。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高周波の騒音を発生するような膜モードによる振動や騒音の発生を効果的に抑制することができ、かつ、厚肉部及び薄肉部の寸法や大きさを適正化することにより、十分な剛性を確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１〜５は、本発明の制振構造を内燃機関のカバーとしてのオイルパンに適用した第１実施例を示しており、図２，３はそれぞれ図１のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、図４，５はそれぞれオイルパンの下面図，上面図である。
【００２４】
このオイルパンは、アルミニウムダイキャストからなるオイルパン本体１と、金属板をプレス成形してなるタンク部１０とから構成されており、オイルパン本体１によって平坦な浅底部１’が構成されているとともに、タンク部１０によって、潤滑油が貯留される深底部１０’が構成されている。
【００２５】
オイルパン本体１の外壁部５の上部には、図示せぬシリンダブロック側のフランジ面に液状パッキン等を介して液密に接合されるブロック取付フランジ部７が形成されており、このフランジ部７には、固定ボルト用の複数のボルト孔９が間欠的に形成されている。
【００２６】
また、オイルパン本体１の前部下面側にはタンク取付フランジ部１４が形成されており、このフランジ部１４に、タンク部１０の外壁部１０ａの上面側に形成されたオイルパン本体取付フランジ部１０ｂが液状パッキン等を介して液密に接合されている。このフランジ部１０ｂには、図示せぬ固定ボルト用の複数のボルト孔１０ｃが間欠的に形成されている。このようにタンク部１０が一体的に取り付けられるオイルパン本体１の前部下面側には、深底部１０’へ臨んだ開口部１５が形成されている。
【００２７】
浅底部１’の底壁部（平面部）３には、機関前後方向に延びる左右一対のオイルガイド４が突出形成されている。これらオイルガイド４は、潤滑油のガイド部材として機能するもので、これらのオイルガイド４によって、上方のシリンダブロック側より滴下したオイルが、図５の矢印Ｃのように外側部３ｃに沿って流れ、開口部１５を通して深底部１０’へ良好に戻される。また、底壁部３には、図示せぬ変速機取付のために上方へ膨らんだ膨出部３ａが、両オイルガイド４の後方に連なるように形成されている。
【００２８】
そして本実施例では、底壁部３の中で、両オイルガイド４に挟まれた部分、つまり機関前後方向に沿う内側部３ｂを部分的に厚肉化しており、この内側部（厚肉部）３ｂの両側に沿って機関前後方向に延在する外側部３ｃを相対的に薄肉化している。また、この実施例では膨出部３ａも外側部３ｃと同様に薄肉化している。詳述すると、厚肉化された内側部３ｂは、両オイルガイド４と、膨出部３ａの前縁部と、開口部１５の後縁部と、により囲まれた範囲となっており、この内側部３ｂ以外の部分３ａ，３ｃを薄肉化している。
【００２９】
言い換えると、シリンダブロック側からオイルパン本体１の底壁部３に作用する曲げモーメントを効果的に減衰，遮断するように、底壁部３の中で、対象となる膜モード２４，２５（図１２参照）の腹に相当する内側部３ｂを厚肉化するとともに、膜モード２４，２５の節に相当する内側部３ｂの周囲の部分３ｃ（，３ａ）を薄肉化している。
【００３０】
なお、厚肉部３ｂや薄肉部３ｃの厚さは、オイルパンの寸法，形状，要求性能等に応じて適宜に設定されるものであり、この実施例では、厚肉部３ｂが６〜８ｍｍ，薄肉部３ｃが鋳造限界付近の２．５ｍｍ〜３ｍｍに設定されている。
【００３１】
また、オイルパン本体１の外壁部５の中で、後側の部分５ａ（図３）が、トランスミッションの上下方向振動を適宜に抑制するように、他の部分（図２参照）に比して相対的に厚肉化されている。
【００３２】
次に、本実施例の制振構造における作用，効果を図１１，１２の参考図を参照しつつ説明する。なお、説明を分かりやすくするために、図１１，１２で本実施例と同様の構成部分には同じ参照符号を付してある。
【００３３】
通常、タンク部１０（深底部１０’）は、潤滑油が常に貯留されていることからダンピングが付与されており、かつ、板金構造となっていることから共振周波数が相対的に低い（例えば約５００Ｈｚ）ために発音効率が低く、その振動，騒音はあまり問題にならない。
【００３４】
一方、オイルパン本体１（浅底部１’）に関しては、図１１に誇張して示すように、内燃機関の気筒内での点火，爆発による燃焼圧により、先ず静的にシリンダブロック２０のスカート部２１の下端に設けられたオイルパン取付フランジ部２２及びこのフランジ部２２に堅固に固定されたオイルパン本体１のブロック取付フランジ部７が斜め上方に変形し、オイルパン本体１の底壁部３に大きな曲げモーメントが作用して、底壁部３が図１１（ａ）に示すように下に凸な形状に変形する恐れがある。この後、燃焼圧の低下に伴って図１１（ｂ）に示すように底壁部３が上に凸な形状に変形し、このような変形が繰り返されることによって、図１２（ａ），（ｂ）に示すような膜モード（膜共振）２４，２５が励起されて放射音を生じる恐れがある。
【００３５】
そこで本実施例では、上述したように、底壁部３の中で、対象となる膜モード２４，２５の腹（最も振動速度が大きい部位）に対応する内側部３ｂを相対的に厚肉化するとともに、この内側部３ｂの周囲の部分３ｃを通常の肉厚（例えば図２の外壁部５の肉厚）よりも更に薄肉化している。
【００３６】
従って、主に薄肉化された外側部３ｃによって、シリンダブロック側から外壁部５を介して底壁部３へ作用する振動が効果的に減衰，遮断されるとともに、最も変位する膜モードの腹の部分３ｂが厚肉化されているため、質量増加によるマスダンパの効果と、肉厚増による断面２次モーメント向上（厚みの３乗に比例）による剛性向上とが与えられ、膜振動の振動速度が適宜に低下する。そのため、底壁部３の膜振動が減衰，低減され、ひいてはオイルパン本体１からの放射音が効果的に抑制される。
【００３７】
また、厚肉部３ｂ及び薄肉部３ａ，３ｃの寸法や大きさを適正化することにより、十分な剛性を確保しつつ重量増加を抑制することができる。つまり、底壁部３の中で、薄肉化されている部分３ａ，３ｃの表面積を比較的大きくすることにより、軽量化を図ることができる。
【００３８】
このように本実施例によれば、オイルパン本体１をアルミ合金により鋳造成形し、比較的低周波の全体剛性を向上させたオイルパンで、特に問題となり易い高周波の振動，騒音を、効果的に抑制することができる。
【００３９】
図６は、本実施例による効果を示す特性図である。同図に示すように、底壁部３に厚肉部３ｂと薄肉部（３ａ，）３ｃとを設けた本実施例では、従来構造の比較例に比して、対象となる周波数域（１〜１．５ｋＨｚ）で３ｄＢ〜５ｄＢの騒音低減効果が得られている。
【００４０】
図７〜９は、他の実施例を示している。なお、以下の実施例では、上記第１実施例と同様の部分に同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００４１】
図７，８に示す第２実施例では、浅底部１’の底壁部３の中で、対象となる膜モードの腹に相当する中央部１６のみを厚肉化し、この厚肉化した中央部１６の周囲の部分、つまり中央部１６以外の部分を全体的に薄肉化している。中央部１６は、平坦な底壁部３の中で、機関左右方向及び機関前後方向の中央部分に設定されている。
【００４２】
内燃機関の点火，爆発により生じるオイルパンの振動としては、上述した開閉変形に伴なう膜モードが主に問題となるが、ベアリングキャップやベアリングビームの変形モードによっては、機関側の上下方向の曲げ変形に起因する膜モードも存在する。すなわち、機関の上下方向の曲げ変形による加振力は、図８に示すモーメント入力Ｍに変換される可能性があり、このようなモーメント入力Ｍによる膜振動をも有効に低減するために、本実施例では図８に示すような肉厚分布とした。つまり、図８に示すように、底壁部３の機関前後方向における中央部１６のみを厚肉化し、この中央部１６の周囲を薄肉化した。これにより、上記上下方向の曲げ変形に起因する膜振動，騒音の発生も有効に抑制することができ、かつ、薄肉部分が相対的に大きくなるため、更に軽量構造とすることが可能である。
【００４３】
図９に示す参考例では、浅底部１’の外壁部１８も、底壁部３の薄肉化された部分と同様に薄肉化している。このため、外壁部１８も含めた薄肉部全体の剛性を低下させればよく、上記第１実施例に比して、薄肉部の肉厚を相対的に厚くすることができる。つまり、薄肉部分の肉厚を鋳造限界まで追い込むことなく、同重量で振動低減効果を得ることができる。
【００４４】
以上のように、本発明に係る制振構造をオイルパンに適用した例について説明してきたが、フロントカバーやヘッドカバー等、いわゆる膜モードが存在する内燃機関のカバーにも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る制振構造を適用したオイルパンの断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図１のオイルパンの下面図。
【図５】図１のオイルパンの上面図。
【図６】本実施例の効果を示すグラフ。
【図７】本発明の第２実施例に係る制振構造を適用したオイルパンの下面図。
【図８】図７のオイルパンの断面図。
【図９】 本発明の参考例に係る制振構造を適用したオイルパンの断面図。
【図１０】アルミダイキャスト製のオイルパンの効果を示すグラフ。
【図１１】燃焼圧によるオイルパンの膜振動の態様を示す説明図。
【図１２】オイルパンの底壁部に発生する膜モードを示す説明図。
【図１３】ガソリン機関の特性を示すグラフ。
【図１４】ディーゼル機関の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１…オイルパン本体
１’…浅底部
３…底壁部（平面部）
３ｂ…内側部（厚肉部）
３ｃ…外側部（薄肉部）
４…オイルガイド
１０…タンク部
１０’…深底部

Claims (5)

1. 内燃機関に液密に装着されるカバーにおいて、
   上記カバーの平面部の中で、対象となる膜モードの腹に相当する部分を厚肉化するとともに、この厚肉化した部分の周囲の部分を、上記カバーの他の部分の肉厚よりも薄肉化したことを特徴とする内燃機関のカバー制振構造。
2. 浅底部と深底部とを有し、内燃機関のシリンダブロックの下面側に液密に装着されるオイルパンにおいて、
   上記浅底部の平坦な底壁部の中で、内燃機関の長手方向に沿って延在する内側部を厚肉化するとともに、この内側部の両側に沿って延在する外側部を、上記オイルパンの他の部分の肉厚よりも薄肉化したことを特徴とする内燃機関のオイルパン制振構造。
3. 浅底部と深底部とを有し、内燃機関のシリンダブロックの下面側に液密に装着されるオイルパンにおいて、
   上記浅底部の平坦な底壁部の中で、対象となる膜モードの腹に相当する中央部のみを厚肉化するとともに、この中央部の周囲の部分を、上記オイルパンの他の部分の肉厚よりも薄肉化したことを特徴とする内燃機関のオイルパン制振構造。
4. 上記対象となる膜モードは、比較的高周波の騒音を発生する膜モードであることを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関のカバー制振構造又はオイルパン制振構造。
5. 上記カバーの平面部又はオイルパンの浅底部の底壁部が、軽金属材料により鋳造成形されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のカバー制振構造又はオイルパン制振構造。

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