JP4715190B2

JP4715190B2 - 車両のエンジン搭載構造

Info

Publication number: JP4715190B2
Application number: JP2004368157A
Authority: JP
Inventors: 賢士森; 博道赤松
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006175894A

Description

本発明は、車両のエンジン搭載構造に関する。

直列３気筒エンジンでは、ピストンを含む可動部分の往復運動によって生じる慣性力の半分の大きさの慣性力を生じさせるウエイトが気筒毎に取り付けられる場合が多い。しかし、この場合には、クランク軸ピッチ方向とヨー方向に不釣り合い偶力が残り、エンジンは所謂すりこぎ運動をすることになる。かかる不釣り合い偶力は、このエンジンを車体に搭載した場合に、車体の振動の原因となる。

一方、この種のエンジンを車体に支持させる構造として、車体に取り付けた二つのマウントによってエンジンのクランク軸方向の両端部を支持させるとともに、車体とエンジンとの間に架設したトルクロッドによって、エンジンのクランク軸ロール方向の動きを抑制するものが知られている（例えば特許文献１）。かかる支持構造は、ペンデュラムマウントと呼ばれている。
特開２００４−２４３８７２号公報

しかしながら、重量の嵩むエンジンを支持すべく、マウントの上下方向のバネ定数は比較的大きく設定する必要があるため、当該マウントではピッチ方向の偶力が減衰されにくくなり、車体側の上下方向振動が大きくなってしまう場合があった。

そこで、本発明は、車両のエンジン搭載構造において、直列３気筒のエンジンの不釣り合い偶力によって生じる車体側の振動を抑制することを目的とする。

本発明にかかる車両のエンジン搭載構造にあっては、直列３気筒エンジンにおいて、ウエイトを用いて１次偶力のクランク軸ピッチ方向成分がほぼ０になるようにし、そのエンジンをクランク軸方向両端側に配置したマウントを介してフロントサイドメンバに支持させ、前記マウントのクランク軸ピッチ方向のバネ定数を、クランク軸ヨー方向のバネ定数より大きく設定し、前記マウントは、フロントサイドメンバ上の棚部の上面に配設され、車体前部空間の下部のフロントクロスメンバに取り付けられたブッシングとエンジンユニットに取り付けられたブッシングとをロッドを介して連結したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ウエイトを用いて往復運動による１次偶力のクランク軸ピッチ方向成分を減殺したため、重量の嵩むエンジンを支持すべくマウントのバネ定数を大きくした場合でも、車体側での上下方向の振動を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかるエンジン搭載構造の斜視図、図２は、エンジン搭載構造の正面図、図３は、エンジン搭載構造の平面図（上面図）、図４は、エンジン搭載構造で用いられるマウントの分解斜視図、図５は、搭載されるエンジンの要部を模式的に示した斜視図、図６は、エンジン搭載構造で用いられる二つのマウントのバネ定数比と車体フロア振動レベルとの相関関係を示す図である。

エンジンユニット１は、直列３気筒のエンジン１ａとトランスミッション１ｂとを一体化されて構成されており、複数の支持部材（マウント２やトルクロッド４）によって車体３に支持されている。

本実施形態では、エンジンユニット１は、エンジン１ａのクランク軸方向（図１中Ｘの方向）が車幅方向に沿うように配置されており、所謂横置きレイアウトが採用されている。

なお、この明細書では、クランク軸（Ｘ軸）を基準として、エンジンユニット１の運動の方向（ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向）を定義する。すなわち、クランク軸と直交して水平方向に伸びるＹ軸（車両前後方向に伸びる軸）周りの方向をピッチ方向と規定し、クランク軸と直交して上下方向に伸びるＺ軸周りの方向をヨー方向と規定し、クランク軸（Ｘ軸）周りの方向をロール方向と定義する。

さて、エンジンユニット１のクランク軸方向の両端部には、それぞれブラケット６Ａ，６Ｂが設けられている。具体的には、ブラケット６Ａは、エンジン１ａの車幅方向端部の側端面に設けられる一方、ブラケット６Ｂは、トランスミッション１ｂの車幅方向端部の上端面に設けられている。そして、各ブラケット６Ａ，６Ｂと各マウント２とが、ボルト１６等によって締結されている。すなわち、このエンジンユニット１は、エンジン１ａのクランク軸方向両端側に配置されたマウント２を介して、車体３に支持されている。

マウント２は、車体３の前部空間（エンジンルーム）の両サイドで車両前後方向に伸びるフロントサイドメンバ５の上部に設けられた棚部５ａの上面に取り付けられている。

図４に例示するマウント２は、車体３側に当接する基部１１と、山なりに基部１１上を覆う被覆部１７とを有している。基部１１には、筒部１２が形成されており、この筒部１２の内側に弾性体としてのゴム１３が固着され、さらにこのゴム１３に締結部１４が固着されている。これら筒部１２、ゴム１３、および締結部１４により、ブッシングが形成されている。締結部１４には、ねじ穴１５が設けられており、このねじ穴１５に螺結したボルト１６（図１）により、ブラケット６Ａ，６Ｂとマウント２とが締結される。すなわち、このゴム１３の弾性力によって、エンジンユニット１から車体３への振動の伝達が抑制されている。なお、基部１１および被覆部１７には貫通穴１８が設けられており、マウント２は、この貫通穴１８内に挿通されたボルト等により車体３に取り付けられる。

ここで、本実施形態では、このマウント２の上下方向（すなわちクランク軸ピッチ方向）のバネ定数ｋｙを、車両前後方向（すなわちクランク軸ヨー方向）のバネ定数ｋｚより大きくしてある。すなわち、上下方向のバネ定数ｋｙを比較的大きくすることで、質量の大きいエンジンユニット１のより安定的な支持を可能とし、かつ、車両前後方向のバネ定数ｋｚを比較的小さくすることで、この方向の振動の減衰量を高めている。なお、バネ定数は、弾性体としてのゴム１３の形状や材質等によって適宜に調節可能である。

一方、トルクロッド４は、車体前部空間の下部で車幅方向に伸びるフロントクロスメンバ７に取り付けられるブッシング８と、エンジンユニット１側でクランク軸（Ｘ軸）より下側に取り付けられるブッシング１０と、二つのブッシング８，１０間を締結するロッド９とを備えており、エンジンユニット１の主としてロール方向の運動を規制するものである。かかる構成は、クランク軸より上側に配置されたマウント２とともに、エンジン１ａの始動時に生じるクランク軸周りのモーメントＭｘ（図１）による影響を軽減するのに効果がある。

次に、本実施形態にかかるエンジン１ａによって生じる不釣り合い偶力について説明する。

直列３気筒エンジンの場合、ピストンを含む可動部分の往復運動によって生じる１次偶力Ｍｐｙ（ピッチ方向）は、
Ｍｐｙ＝Ｗｐ・Ｒｐ・ω^２・Ｓ・√３・ｓｉｎ（ω・ｔ−π／３）／ｇ
となる（ここに、Ｗｐ：ピストン質量、Ｒｐ：アーム長さ、ω：クランク軸の角速度、Ｓ：気筒間距離、ｔ：時間、ｇ：重力加速度）。
一方、各気筒について、質量Ｗｂのカウンタウエイトを設けると、当該カウンタウエイトの回転運動によって生じる１次偶力は、ピッチ方向（Ｍｂｙ）およびヨー方向（Ｍｂｚ）にそれぞれ生じ、
Ｍｂｙ＝Ａｂ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋２π／３）
Ｍｂｚ＝Ａｂ・ｃｏｓ（ω・ｔ＋２π／３）
となる（ここに、Ａｂ：カウンタウエイトによる偶力の振幅を示す係数）。
ここで、
Ａｂ＝Ｗｐ・Ｒｐ・ω^２・Ｓ・√３／ｇ
とすると、エンジン１ａに生じる偶力、すなわち、ピストンを含む可動部分の往復運動によって生じる１次偶力と、カウンタウエイトの回転運動によって生じる１次偶力の和は、ピッチ方向（Ｍｙ）およびヨー方向（Ｍｚ）について、それぞれ、
Ｍｙ＝Ａｂ・ｓｉｎ（ω・ｔ−π／３）＋Ａｂ・ｓｉｎ（ω・ｔ＋２π／３）
＝０
Ｍｚ＝−Ａｂ・ｃｏｓ（ω・ｔ−π／３）
となる。すなわち、ピストンを含む可動部分の慣性力の大きさと、カウンタウエイトの慣性力の大きさとを等しくする（バランス率を１００％にする）ことで、ピッチ方向の偶力が相殺されて０となり、ヨー方向にのみ不釣り合い偶力Ｍｚ（１次）が残存することになる。

エンジンユニット１をマウント２を介して車体３に取り付ける場合、ピッチ方向の振動（偶力）よりヨー方向の振動が対策しやすい。すなわち、マウント２は、質量の大きなエンジンユニット１を支持すべく、ピッチ方向にはバネ定数を大きく（すなわち硬く）する必要があるが、かかる大きなバネ定数では、振動（偶力）を十分に減衰させるのが難しいからである。この点、本実施形態によれば、不釣り合い偶力のピッチ方向成分は０となり、ヨー方向成分のみが残存するから、マウント２のヨー方向のバネ定数によって、不釣り合い偶力の減衰を図ることができる。つまり、本実施形態によれば、マウント２に関し、エンジンユニット１の支持のためのバネ定数ｋｙと、偶力Ｍｚを減衰させるためのバネ定数ｋｚとを、別方向のバネ定数として比較的容易に設定することができるため、エンジンユニット１の支持特性、ならびに偶力Ｍｚの減衰特性の双方を向上できるようになるのである。

また、発明者らの研究により、エンジンユニット１の両端のマウント２のヨー方向のバネ定数ｋｚの比率を適切に設定すれば、フロアの振動を効果的に低減できることが判明した。図６は、トランスミッション１ｂ側のマウント２のヨー方向のバネ定数ｋｚに対するエンジン１ａ側のマウント２のヨー方向のバネ定数ｋｚの比率（以下、バネ定数比と記す）を変化させた場合に、運転席側および助手席側でアイドリング状態でのフロアの振動レベルがどのように変化するかを調べたものである。この結果によれば、上記バネ定数比が０．５以上３．５以下の範囲であれば、運転席側および助手席側の少なくともいずれか一方でフロア振動レベルが許容範囲（Ｖｔｈ以下；一般的に乗員がフロア振動を体感できないレベル）となり、また、バネ定数比が１．１以上１．５以下であれば、運転席側および助手席側の双方でフロア振動レベルば許容範囲（Ｖｔｈ以下）となることがわかった。

以上の本実施形態によれば、ウエイトを用いて往復運動による１次偶力のピッチ方向成分を減殺し、ヨー方向成分のみ残存させたため、マウント２に関し、エンジンユニット１の支持のためのバネ定数ｋｙと、偶力Ｍｚを減衰させるためのバネ定数ｋｚとを、別方向のバネ定数として比較的容易に設定することができるため、エンジンユニット１の支持特性、ならびに偶力Ｍｚの減衰特性の双方を向上することができる。

また、本実施形態によれば、気筒毎に、ピストンを含む可動部分の慣性力の大きさとカウンタウエイトの慣性力の大きさとがほぼ等しくなるようにするという、比較的簡素な構成により、１次偶力のピッチ方向成分を減殺し、ヨー方向成分のみ残存させることができる。

また、本実施形態によれば、マウント２のクランク軸ピッチ方向のバネ定数を、クランク軸ヨー方向のバネ定数より大きくすることで、重量の嵩むエンジンユニット１をより安定的に支持することができる上、ヨー方向の１次偶力（振動）を効果的に減衰させることができる。

また、本実施形態によれば、クランク軸方向両端側に配置したマウント２について、エンジン１ａ側に配置したマウント２のヨー方向のバネ定数を、トランスミッション１ｂ側に配置したマウント２のヨー方向のバネ定数の０．５〜３．５倍にしたため、運転席側および助手席側の少なくともいずれか一方で、一般的な乗員がフロアの振動レベルを実質的に体感できないレベルまで低減させることができる。

また、本実施形態によれば、クランク軸方向両端側に配置したマウント２について、エンジン１ａ側に配置したマウント２のヨー方向のバネ定数を、トランスミッション１ｂ側に配置したマウント２のヨー方向のバネ定数の１．１〜１．４倍にしたため、運転席側および助手席側の双方で、一般的な乗員がフロアの振動レベルを実質的に体感できないレベルまで低減させることができる。

また、本実施形態によれば、マウント２を当該クランク軸に対して上側に配置する一方、エンジンユニット１のクランク軸に対して下側となる位置に、前記エンジンの当該クランク軸ロール方向の動きを抑制するトルクロッド４を取り付けたため、マウント２とトルクロッド４の双方を用いてエンジンユニット１のロール動作を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明にかかる構成は、上記実施形態のようにクランク軸を車幅方向に沿う姿勢でエンジンを横置きに配置した場合に有効であるのに加えて、クランク軸を車両前後方向に沿う姿勢でエンジンを縦置きに配置した場合にも有効である。また、マウントの構造や配置位置も、上記実施形態で示したものには限定されず、例えば、クランク軸の下側に配置してもよいし、バネ定数を可変設定可能なマウント等を用いてもよい。

本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造の斜視図。本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造の正面図。本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造の平面図（上面図）。本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造で用いられるマウントの分解斜視図。本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造で搭載されるエンジンの要部を模式的に示した斜視図。本発明の実施形態にかかる車両のエンジン搭載構造で用いられる二つのマウントのバネ定数比と車体フロア振動レベルとの相関関係を示す図。

符号の説明

１ａエンジン
２マウント
３車体
４トルクロッド（支持部材）

Claims

ピストンを含む可動部分の往復運動によって生じる偶力を減殺するウエイトを有し、当該ウエイトにより１次偶力のクランク軸ピッチ方向成分がほぼ０となるように構成された直列３気筒のエンジンを、当該エンジンに対してクランク軸方向両端側に配置したマウントを介してフロントサイドメンバに支持させ、
前記マウントのクランク軸ピッチ方向のバネ定数を、クランク軸ヨー方向のバネ定数より大きく設定し、
前記マウントは、フロントサイドメンバ上の棚部の上面に配設され、
車体前部空間の下部のフロントクロスメンバに取り付けられたブッシングとエンジンユニットに取り付けられたブッシングとをロッドを介して連結したことを特徴とする車両のエンジン搭載構造。
気筒毎に、前記可動部分の慣性力の大きさとウエイトの慣性力の大きさとがほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両のエンジン搭載構造。
前記クランク軸方向両端側に配置したマウントのうち一端側に配置したマウントのバネ定数を、他端側に配置したマウントのバネ定数の０．５〜３．５倍にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両のエンジン搭載構造。
前記クランク軸方向両端側に配置したマウントのうち一端側に配置したマウントのバネ定数を、他端側に配置したマウントのバネ定数の１．１〜１．４倍にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両のエンジン搭載構造。
前記クランク軸方向両端側に配置したマウントを当該クランク軸に対して上下いずれか一方側に配置し、前記エンジンの当該クランク軸ロール方向の動きを抑制する支持部材を他方側に配置したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載の車両のエンジン搭載構造。
前記クランク軸が車幅方向に沿う姿勢で前記エンジンを配置したことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一つに記載の車両のエンジン搭載構造。
車体を構成するフロントサイドメンバと、
ピストンを含む可動部分の往復運動によって生じる偶力を減殺するウエイトを有し、当該ウエイトにより１次偶力のクランク軸ピッチ方向成分がほぼ０となるように構成された直列３気筒のエンジンと、
前記フロントサイドメンバ上の棚部の上面に取り付けられ、前記エンジンのクランク軸方向両端側を支持するマウントと、
車体前部空間の下部のフロントクロスメンバに取り付けられたブッシングとエンジンユニットに取り付けられたブッシングとを連結するロッドと、を備え、
前記マウントのクランク軸ピッチ方向のバネ定数を、クランク軸ヨー方向のバネ定数より大きく設定したことを特徴とする車両のエンジン搭載構造。