JP6835569B2 - 自動車 - Google Patents

Description

本願発明は、エンジン（内燃機関）で走行する自動車（乗用車）に関するものである。

乗用車では、一般に、エンジンは車体の前部に設けたエンジンルームに配置されている。エンジンは、シンリダブロックやシリンダヘッドなどで構成される機関本体を備えており、その一端面（前端面）の箇所にタイミングチェーンを配置して、このタイミングチェーンをフロントカバー（チェーンカバー）で覆い、機関本体の他端面（後端面）に変速機を固定している。

そして、エンジンと変速機とが一体になってパワープラントを構成しており、フロントカバーの上端部と変速機の先端部とが、エンジンマウントを介して車体フレームに支持されている。エンジンマウントはゴムのような弾性体を有しており、この弾性体によってエンジンの振動を吸収している。

エンジンの気筒数は様々であるが、３気筒エンジンの場合は、３つのピストンが１２０度の位相で上下動することにより、ピストンの上下動がパワープラントを上下方向に振動させるように作用し、かつ、クランク軸に設けているクランクアームやバランスウエイトの慣性力により、パワープラントをクランク軸の軸心回りに回転させるように作用する。

パワープラントの上下振動は、パワープラントの重心を支点にしてシーソー状に上下回動する動きであり、この上下回動とクランク軸回りの回転とが組合わさって、パワープラントの一端と他端とは、クランク軸線方向から見ると、クランク軸心回りに遊星運動をする傾向を呈しており、このパワープラントの運動エネルギが振動として現れている。パワープラントがクランク軸心回りの遊星運動をしようとするような作用を受けること自体は不可避であるが、パワープラントの重心が２つのパワープラントの中間位置にあると、パワープラントを遊星運動させようとする偶力は最も小さくなるため、振動は最小限度に抑制される。

しかし、機関本体に比べて変速機は軽いため、パワープラントの重心は、２つのエンジンマウントの中間位置よりもフロントカバーの側に寄った位置にあり、このため、ピストンの上下動とクランク軸の回転とに起因した振動が、変速機の先端部において増幅される傾向を呈する。

そして、増幅された振動が車内に伝播して、乗員に不快感を与えることがあった。特に、エンジンが、クランク軸線を車体の左右方向に長い姿勢にして横置きされていると、機関本体の振動で車体が左右にローリングするような傾向を呈するため、振動の影響が強く現れて、乗員に違和感を与えやすかった。

そこで、振動を抑制する方法が検討されており、その一例として、特許文献１には、クランク軸に設けたバランスウエイトの位置と重量とを工夫することにより、振動の発生を抑制することが開示されている。

特許第５３５１９７７号公報

特許文献１は振動の原因を無くそうとするものであり、傾聴に値する考え方であるが、新たにバランスウエイトを設けねばならないため、エンジンの重量が増大して燃費を悪化させるおそれがある問題や、クランク軸の大幅改造になるため、設計変更が各所に波及してコストが嵩むおそれがある問題、或いは、エンジン重量が変化したり変速機の重量が変化すると、これに伴ってバランスウエイトを設計変更し直さねばならないため、汎用性に劣るといった問題が懸念される。

エンジンには補機類を初めとして様々な機器類が固定されるが、これら機器類の設計変更や新設・廃止は頻繁に行われているため、エンジンの重心は必ずしも一定とはいえず、従って、バランスウエイトの改良による防振は、汎用性に劣るといえる。また、既存の仕様のエンジンには全く適用できないという問題もある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、
「エンジンルームに配置した３気筒エンジンとその一端面にクランク軸線方向に突出するようにして固定された変速機とによってパワープラントが構成されて、前記パワープラントのうち前記クランク軸線方向に離反した両端部がそれぞれ弾性体を介して車体フレームに支持されており、前記パワープラントの重心が、前記両弾性体の間の中間位置よりも前記変速機と反対側に位置している」
という構成において、
「前記変速機のうち当該変速機を支持する弾性体よりも前記エンジンの側に位置した部位に、前記変速機と一体に動くようにバッテリーを取り付けることにより、前記バッテリーを含むパワープラントの重心を前記両弾性体の間の中間位置に一致させるか又は寄せている」
ことを特徴にしている。

バッテリー（鉛蓄電池）はかなりの重量があるため、これを変速機に固定することにより、エンジンと変速機とからなるパワープラントの重心を、２つのエンジンマウントの中間点かその近くに位置させることができる。これにより、ピストンの上下動によってパワープラントが上下回動しても、その最大振幅を小さくすることができ、結果として、パワープラントがクランク軸心回りに遊星運動しようとしても最大回転半径を小さくすることができる。その結果、変速機及びエンジンよりなるパワープラントが上下動及び回転（旋回）しようとして生じる力を著しく抑制して、車内の振動も抑制できる。

そして、自動車に必須の備品であるバッテリーをバランスウエイトとして利用して防振又は減振するものであるため、自動車としての重量増大はなく、従って、燃費の悪化は生じない。また、機関の構造自体は従来のままでよいため、コストアップの問題が無いのみならず、既存の仕様の自動車にもすぐに対応できて、汎用性に優れている。更に、変速機の重量が変化した場合は、バッテリーの位置を変更することで重心の位置を変えることができるため、機関本体や変速機のスペックの変更に対する対応性にも優れている。

既述のとおり、ピストンの上下動による振動は３気筒の内燃機関で顕著に現れ、また、クランク軸を左右長手の姿勢にした横置きタイプのときに車体に振動が現れやすいため、本願発明は、３気筒エンジンを横置きした自動車に適用すると、その効果が顕著に発揮される。

エンジンルームの模式的な平面図である。 図１をII-II 視方向から見た模式的な正面図である。 バッテリーを図２のII-II 視方向から見た部分断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１のとおり、車体１の前部にエンジンルーム２が形成されており、エンジンルーム２に、３気筒エンジンの機関本体３が、クランク軸線Ｏを車体１の左右方向に向けた横置きの姿勢で配置されている。車体１は、その外周部を構成する車体フレーム４を有しており、車体フレーム４は、フロントフレーム５とサイドフレーム６とを有していて、両者は一連に繋がっている。なお、図１において示す符号７は、バンパーである。

図２に示すように、機関本体３は、シリンダブロック８とシリンダヘッド９とを中核部材として、シリンダブロック８の下面に固定されたオイルパン１０、シリンダヘッド９の上面に固定されたヘッドカバー１１、シリンダブロック８及びシリンダヘッド９並びにオイルパン１０の一端面（前端面）８ａ，９ａ，１０ａに固定されたフロントカバー（チェーンカバー）１２を備えている。タイミングチェーン（図示せず）は、フロントカバー１２で覆われている。また、図示していないが、クランク軸の一端部はフロントカバー１２から突出しており、この突出端部に補機駆動プーリが固定されている。

機関本体３の他端面（後端面）には、クランク軸の回転を変速して車輪に伝達する変速機１３が固定されている。機関本体３を含むエンジンと変速機１３とにより、一体的な構造体としてのパワープラントが構成されている。そして、フロントカバー１２の上部が、右エンジンマウント１４を介して右のサイドフレーム６に支持されており、変速機１３の先端部が、左エンジンマウント１５を介して左のサイドフレーム６に支持されている。

エンジンマウント１４，１５はゴムのような弾性体１６を備えており、機関本体３及び変速機１３は、弾性体１６を介してサイドフレーム６で離反不能に支持されている。サイドフレーム６は前輪１７の上で幅広になっており、エンジンマウント１４，１５は、前輪１７の上方部においてサイドフレーム６に取り付けられている。

なお、本実施形態において、前後・左右の方向は運転者から見た状態を基準にしている。エンジンにおいては、一般に、クランク軸線方向を前後方向として定義しており、従って、エンジンを横置きしている場合は、車体１の前後方向と機関本体３の前後方向とが交叉しているが、本実施形態では、方向については、車体１の前後方向を優先して使用している。

本実施形態のエンジンは前排気・後ろ吸気方式であり、シリンダヘッド９の後面に吸気マニホールド１８が固定されて、シリンダヘッド９の前面に排気マニホールド１９が固定されている。符号２０は排気ターボ過給機、符号２１は触媒ケース、符号２２は排気管である。

変速機１３は、シリンダブロック８に重なった基部が大径で、フロントカバー１２と反対側の先端部が小径になっており、この変速機１３における先端部の上面に、ブラケット２４を介してバッテリー２５が固定されている。ブラケット２４を使用せずに、変速機１３のハウジングに平坦状の台座部を形成して、この台座部にバッテリー２５を固定してもよい。図１，２のとおり、バッテリー２５は、左エンジンマウント１５よりもエンジン３の側に寄った状態で変速機１３のみに取付けられている。従って、バッテリー２５は変速機１３と一体に振動する。

図３のとおり、バッテリー２５の内部には電解液が充填されており、セパレータ２６や電極２７、仕切り板２８が配置されているが、変速機１３に固定すると車体フレーム４に固定した場合に比べて振動が大きいので、液面の揺れを防止するため、区画された各空間に落とし蓋方式の制揺板２９を配置して、制揺板２９を上から弾性体３０で押さえている。弾性体３０は、スポンジのように多数の独立気泡を有する部材からなっており、弾性的に圧縮変形はするが、電解液の浸透はない。

従って、制揺板２９の上の空間に弾性体３０を充満させておくと、電解液は、その液面を一定に保持しつつ揺れが抑制される。弾性体３０としてコイルばねのようなばねを使用することも可能である。敢えて述べるまでもないが、弾性体３０は蓋３１で上から押さえられている。なお、電解液に厚手のシート材を浮かすことによっても、液面の揺れを防止できる。

バッテリー２５は様々な種類があるが、自動車用では一般に１０〜２０ｋｇ程度の重量がある。このため、バッテリー２５を変速機１３の先端部に固定すると、バッテリー２５が変速機１３と一体に動くバランスウエイトとして機能して、機関本体３と変速機１３とからなるパワープラントの重心を、変速機１３の側に寄せることができる。

さて、図２の３２は、バッテリー２５を固定していない場合のパワープラントの重心を表示しており、重心３２は、左右のエンジンマウント１４，１５の間の中間位置３３よりもフロントカバー１２の側に大きく寄っている。このため、ピストン３４の上下動に起因して、パワープラントには偶力が交互に作用して、パワープラントは重心３２を支点にしてシーソー状に回動しようとする。

また、クランク軸に設けたクランクアームやバランスウエイトがクランク軸心から偏心していることにより、クランク軸の回転によってパワープラントはクランク軸心回りに回転しようとする。この回転運動とシーソー状の回動とが組合わさって、パワープラントは、クランク軸心回りに遊星運動をすることになり、その回転半径は、重心３２のところではゼロで、重心３２から離れるほど大きくなる。

そして、なんらかの対策を施さないと、重心３２から左エンジンマウント１５までの距離Ｌ１が、重心３２から右エンジンマウント１４までの距離Ｌ２よりもかなり長いため、変速機１３の先端は、重心３２の上下振幅よりも大きな振幅で振動しようとすることになり（増幅されて振動することになり）、これに伴って、変速機１３の先端では、遊星運動の半径も大きなものとなる。すなわち、変速機１３が大きく振り回されるような傾向を呈する。

このように、パワープラントは、変速機の箇所で大きく振れ回ろうとするが、左右のエンジンマウント１４，１５の箇所でのパワープラントの上下動寸法は規制されているため、振動エネルギがエンジンマウント１４，１５を介して車体フレーム４に伝達されて、これが車内にも伝播し、その結果、乗員に不快感や違和感を与えることになる。

他方、本実施形態のように変速機１３にバッテリー２５を固定すると、バッテリー２５は相当の重量があることから、パワープラントの重心３５を、左右エンジンマウント１４，１５の間の中間位置３３に近接させたり一致させたりすることができるため、パワープラントの上下回動の最大振幅を抑制することができ、結果として、パワープラントがクランク軸心回りに遊星運動しようとする最大半径も著しく抑制できる。すなわち、パワープラントが振れ回ろうとする動きを小さくすることができるのであり、従って、左右のエンジンマウント１４，１５に作用する運動エネルギは非常に小さくて、振動が車内に伝播しても、乗員に不快感や違和感を与えることを防止できる。

図２では、バッテリー２５を固定した状態での重心３５を中間位置３３のすぐ近くに表示しているが、重心３５が中間位置３３に近づくほど、車体フレーム４に作用する振動エネルギは小さくなる。バッテリー２５をブラケット２４にボルトで固定するにおいて、ボルト挿通穴を左右長手の長穴に形成することにより、バッテリー２５の左右位置を調節できるようにすることも可能である。

本願発明は、実際に自動車に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ エンジンルーム
３ 機関本体
О クランク軸線
４ 車体フレーム
６ サイドフレーム
８ 機関本体を構成するシリンダブロック
９ 機関本体を構成するシリンダヘッド
１０ 機関本体を構成するオイルパン
１２ 機関本体を構成するフロントカバー
１３ 変速機
１４，１５ エンジンマウント
１６ 弾性体
２４ ブラケット
２５ バッテリー
２９ 制揺板
３０ 弾性体
３２ バッテリーを取り付けていいないときのパワープラントの重心
３３ 左右エンジンマウントの間の中間位置
３４ ピストン
３５ バッテリーを取り付けたときのパワープラントの重心

Claims (1)

1. エンジンルームに配置した３気筒エンジンとその一端面にクランク軸線方向に突出するようにして固定された変速機とによってパワープラントが構成されて、前記パワープラントのうち前記クランク軸線方向に離反した両端部がそれぞれ弾性体を介して車体フレームに支持されており、前記パワープラントの重心が、前記両弾性体の間の中間位置よりも前記変速機と反対側に位置している構成であって、
   前記変速機のうち当該変速機を支持する弾性体よりも前記エンジンの側に位置した部位に、前記変速機と一体に動くようにバッテリーを取り付けることにより、前記バッテリーを含むパワープラントの重心を前記両弾性体の間の中間位置に一致させるか又は寄せている、
   自動車。

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