JP7260051B2 - ペンデュラム式マウントシステム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されるパワープラントユニットのためのペンデュラム式マウントシステムに関する。
車両を走行させる駆動力を発生するパワープラントユニットは、エンジンルームやモータルーム内にマウントされる。パワープラントユニットの車体へのマウント方式にはいくつかの種類があるが、ペンデュラム式マウントシステムでは、パワープラントユニットの左右上部が車体にマウントされ、パワープラントユニットが吊り下げられる。吊り下げられたパワープラントユニットには、タイヤ及びドライブシャフトからのトルク反力が作用して、アッパーマウントを支点にして揺動する。そこで、この揺動を規制するために、パワープラントユニットの下部にロアトルクロッドと呼ばれる部材が取り付けられる。ロアトルクロッドの一端はパワープラントユニットの下部に取り付けられ、他端はパワープラントユニットの後側で車体に取り付けられる。
内燃機関(ICE)を備えるパワープラントユニットでは、ICEが振動源となるため、上述したアッパーマウントやロアトルクロッドなどのエンジンマウントには、振動の車体への伝達を低減するためにインシュレータが組み込まれている。これらのインシュレータは、タイヤ及びドライブシャフトを介した路面からの振動の車体への伝達も抑制する。下記特許文献1は、二本のロアトルクロッドを用いたペンデュラム式マウントシステムを開示している。特許文献1の開示では、二本のトルクロッドによって前面衝突時のパワープラントユニットの挙動を制御して、二本のトルクロッドの間に配された燃料フィルタを保護している。
日本国特開2014-34319号公報
特許文献1に開示されたペンデュラム式マウントシステムでは、ロアトルクロッドの構成により衝突安全性を向上させることが目的であり、内燃機関の振動に起因する振動及び騒音の低減については何ら開示されていない。本発明の目的は、ロアトルクロッドの構成により振動及び騒音を低減することのできるペンデュラム式マウントシステムを提供することにある。
本発明の特徴は、ペンデュラム式マウントシステムであって、パワープラントユニットの上部を車体にマウントする一対のアッパーマウントと一対の第一及び第二ロアトルクロッドとを備えている。第一及び第二ロアトルクロッドは、パワープラントユニットの下部を後側で車体と連結している。第一及び第二ロアトルクロッドは、パワープラントユニットの重心を含む基準面に対して互いに反対側に位置している。第一ロアトルクロッドの第一バネ定数は、第二ロアトルクロッドの第二バネ定数以上である。第一ロアトルクロッドを含む第一面と基準面との距離は、第二ロアトルクロッドを含む第二面と基準面との距離以下である。
上記特徴によれば、ロアトルクロッドの構成により振動及び騒音を低減することのできるペンデュラム式マウントシステムを提供できる。
図1は、実施形態に係るペンデュラム式マウントシステムを示す概略斜視図である。 図2は、上記マウントシステムの概略底面図である。 図3は、上記マウントシステムの概略後面図である。 図4は、上記マウントシステムの概略側面図である。 図5は、上記マウントシステムにおける第一ロアトルクロッドの斜視図である。 図6は、上記第一ロアトルクロッドの側面図である。 図7は、上記マウントシステムにおける第二ロアトルクロッドの斜視図である。
以下、図1~図7を参照しつつ実施形態に係るペンデュラム式マウントシステムについて説明する。なお、図中の矢印FRは、車体の前方を示している。また、図2は、図1中の矢印IIから見た底面図である。図3は、図1中の矢印IIIから見た後面図である。図4は、図1中の矢印IVから見た側面図である。
本実施形態のマウントシステムは、パワープラントユニット1を車体にマウントするシステムである。本実施形態のパワープラントユニット1は、車両を走行させる駆動力を発生するユニットであり、車両を走行させる駆動力を発生させる内燃機関(以下、単にエンジンと呼ぶ)1Eとエンジン1Eに剛結されたトランスミッション1Tとを備えている。エンジン1Eのエンジンブロックとトランスミッション1Tのケースとが、ボルトによって互いに剛結されている。エンジン1Eは、直列三気筒横置きエンジンである。トランスミッション1Tは、マニュアルトランスミッション、オートマチックトランスミッション、DCT、CVTなどの様々な形式を採り得る。エンジン1Eのクランクシャフトの出力端は、トランスミッション1Tの入力端と結合されている(間にクラッチが介装される場合もある)。
本実施形態のパワープラントユニット1は、車両前部のエンジンルーム内に搭載されている。パワープラントユニット1は、前輪(FWD)又は四輪(4WD)を駆動する。パワープラントユニット1は、ファイナルギヤやディファレンシャルギアなど一体的に組み込まれているギヤユニット、4WDの場合一体的に組み込まれているトランスファーも含む。パワープラントユニット1には、パワープラントユニット1に固定されているオルタネータや空調コンプレッサなどの補機類も含まれる。また、トランスミッション1Tには、ギヤチェンジを行わない減速ギヤユニットや増速ギヤユニットも含まれる。パワープラントユニット1は、後述するアッパーマウント2U及びロアトルクロッド2L等のエンジンマウント2、並びに、ドライブシャフト及び4WDの場合のプロペラシャフトは含まない。
上述したようにパワープラントユニット1はエンジンマウント2を介して車体に支持されるが、サスペンションメンバ(サブフレーム)は車体に含まれる。本実施形態のマウントシステムはペンデュラム式であり、パワープラントユニット1は吊り下げられるようにして車体にマウントされる。上述したエンジンマウント2として、パワープラントユニット1の上部を車体にマウントするアッパーマウント2Uが設けられている。アッパーマウント2Uは、パワープラントユニット1の右上部を車体にマウントする右上マウント[upper right mount]2URと、パワープラントユニット1の左上部を車体にマウントする左上マウント2ULとからなる。パワープラントユニット1は、これらのアッパーマウント2Uにより、吊り下げられるように車体にマウントされる。即ち、パワープラントユニット1の重心Gは、一対のアッパーマウント2U(右上マウント2UR及び左上マウント2UL)を通る直線よりも下方に位置する。
パワープラントユニット1にはドライブシャフトが接続されている。タイヤ及びドライブシャフトの駆動トルクに起因して、パワープラントユニット1には、アッパーマウント2Uを支点にして揺動させるトルク反力が作用する。車両が加速や減速すると、パワープラントユニット1の下部が前方又は後方に移動するようにトルク反力が作用する。このため、これらのトルク反力によるパワープラントユニット1の揺動を規制するために、パワープラントユニット1の下部を当該パワープラントユニット1の後側で車体と連結するロアトルクロッド2Lが設けられている。
本実施形態では、ロアトルクロッド2Lとして、一対の第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が設けられている。即ち、エンジンマウント2には、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2も含まれる。第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2は、基準面PRに対して、互いに反対側に位置している。基準面PRは、パワープラントユニット1の重心Gを含む、車体の幅方向[lateral direction]に垂直な面である。第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2は、基準面PRに平行に延設されている。
エンジン1E(パワープラントユニット1)は、シリンダ内での燃焼、ピストンの往復運動、クランクシャフトの回転運動等によって振動源となる。このため、エンジンマウント2(アッパーマウント2U及びロアトルクロッド2L)には、振動の車体への伝達を低減するためのインシュレータが組み込まれている。インシュレータとしては、液体封入式やラバー式がある(本実施形態では後述するラバーインシュレータ24及び27)。従って、各ロアトルクロッド2Lは、弾性体として機能するのでバネ定数を有している。第一ロアトルクロッド2L1は第一バネ定数K1を有し、第二ロアトルクロッド2L2は第二バネ定数K2を有している。ここで、第一ロアトルクロッド2L1の第一バネ定数K1は、第二ロアトルクロッド2L2の第二バネ定数K2以上である(K1≧K2)。
本実施形態では、第一バネ定数K1を有する第一ロアトルクロッド2L1の一端がエンジン1Eの下部に取り付けられると共に、他端が車体に取り付けられている。同様に、第二バネ定数K2を有する第二ロアトルクロッド2L2の一端がトランスミッション1Tの下部に取り付けられると共に、他端が車体に取り付けられている。なお、本実施形態のエンジンマウント2(アッパーマウント2U及びロアトルクロッド2L)には、振動をアクティブに制御する電子制御デバイスは組み込まれていない。
ここで、第一ロアトルクロッド2L1のパワープラントユニット1(エンジン1E)への取付点を含む、幅方向に垂直な面を第一面P1とする。同様に、第二ロアトルクロッド2L2のパワープラントユニット1(トランスミッション1T)への取付点を含む、幅方向に垂直な面を第二面P2とする。また、第一面P1と上述した基準面PRと間の距離D1、及び、第二面P2と基準面PRとの間の距離D2を定義する。本実施形態では、距離D1は距離D2以下である(D1≦D2)。
図5及び図6に示されるように、第一ロアトルクロッド2L1は、車体に取り付けられる環状部材20と、パワープラントユニット1に取り付けられる一対のステー22とを備えている。環状部材20及びステー22は金属製である。なお、図6には、手前のステー22は示されていない。環状部材20の内部中央には、金属製のコア部材21が配置されており、環状部材20及びコア部材21は、ラバーインシュレータ24によって連結されている。ステー22の一端はパワープラントユニット1(エンジン1E)に上下揺動可能[vertically swingably]に連結されており、他端はコア部材21に上下揺動可能に連結されている。
コア部材21の前側(図6中右側)では、環状部材20の内周面から第一ラバー突起24aが後方に向けて突出されている。コア部材21の後側(図6中左側)でも、第二ラバー突起24aが前方に向けて突出されている。第一及び第二ラバー突起24aは、ラバーインシュレータ24と共に一体的に形成される。ラバーインシュレータ24を形成するラバーは、環状部材20の内周面全体を覆っている。
パワープラントユニット1が揺動しておらずに静止している状態では、第一ラバー突起24aと環状部材20の内周面との間には隙間が形成されている。同様に、第二ラバー突起24aと環状部材20の内周面との間にも隙間が形成されている。車両が急加速(急発進)すると、ドライブシャフトからのトルク反力を受けて、パワープラントユニット1は、その下部が車体に対して前方に移動するように揺動する。このとき、ステー22を介してパワープラントユニット1に接続されているコア部材21も前方に移動し、第一ラバー突起24aと当接する。この結果、パワープラントユニット1下部の前方へのストロークが規制される。
一方、車両が急減速すると、ドライブシャフトからのトルク反力を受けて、パワープラントユニット1は、その下部が車体に対して後方に移動するように揺動する。このとき、ステー22を介してパワープラントユニット1に接続されているコア部材21も後方に移動し、第二ラバー突起24aと当接する。この結果、パワープラントユニット1下部の後方へのストロークが規制される。即ち、第一及び第二ラバー突起24aは、パワープラントユニット1の下部の前後方向のストロークを規制するストッパとして機能している。
揺動ストロークの規制開始後に第一又は第二ラバー突起24aが弾性変形している間は、第一ロアトルクロッド2L1のバネ定数は上述した第一バネ定数K1よりも大きくなる。言い換えれば、ストッパによって規制されるほどの大きなストローク(振幅)を伴わない振動は、比較的小さな第一バネ定数K1の第一ロアトルクロッド2L1(及び第二ロアトルクロッド2L2)によって抑制される。一方、上述したトルク反力によってストロークが大きくなるような場合はストッパによってバネ定数が第一バネ定数K1よりも大きくなって防振機能は低下するが、トルク反力を受けて揺動するパワープラントユニット1の最大揺動量は規制される。
図7に示されるように、第二ロアトルクロッド2L2は、車体に取り付けられる板状部材25と、パワープラントユニット1(トランスミッション1T)に取り付けられるU字状部材26とを備えている。板状部材25及びU字状部材26は金属製である。板状部材25は、U字状部材26の内部中央に配置されており、板状部材25及びU字状部材26は、ラバーインシュレータ27によって連結されている。板状部材25は車体に水平揺動可能に連結されており、U字状部材26はパワープラントユニット1に水平揺動可能に連結されている。第二ロアトルクロッド2L2は、上述した第一ロアトルクロッド2L1のストッパのような機構を有していない。第二ロアトルクロッド2L2はストッパを備えていないので、そのバネ定数は上述した第二バネ定数K2を維持する。単一のロアトルクロッドのみで構成される一般的なペンデュラム式マウントシステムと比較すると、本実施形態のマウントシステムでは、ドライブシャフトからのトルク反力が第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2に分散されるので、第一ロアトルクロッド2L1の第一バネ定数K1の増大を抑えることができる。従って、第一バネ定数K1及び第二バネ定数K2の並列バネで構成される合算のバネ定数を低く抑えることができ、ドライブシャフトに大きなトルクが発生するパワープラントユニット1においても効率的に防振機能が発揮され得る。
本実施形態によれば、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が、パワープラントユニット1の重心Gを含む基準面PRに対して、互いに反対側に位置している。さらに、上述したように、(第一バネ定数K1)≧(第二バネ定数K2)、かつ、(第一面P1と基準面PRとの距離D1)≦(第二面P2と基準面PRとの距離D2)である。本実施形態では、大きなバネ定数の一つのロアトルクロッドが設けるのではなく、比較的小さなバネ定数の二つの第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が設けられる。このため、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2は、それぞれ、小さなバネ定数により、即ち、柔らかいラバーインシュレータ24及び27によって、振動及び騒音を効果的に低減することができる。
また、一本のロアトルクロッドではなく第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2を設けることで、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2のそれぞれのサイズを小さくすることができる。このため、パワープラントユニット1の揺動時(特にストロークが大きい場合)に、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が周囲の部品(例えば、トランスファー等)と干渉するのを防止でき、レイアウト設計自由度が向上する。
言い換えれば、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が周囲の部品と干渉しにくいため、第一バネ定数K1及び第二バネ定数K2を小さく設定してパワープラントユニット1の揺動時のストロークを増やすことも可能となる。第一バネ定数K1及び第二バネ定数K2を小さく設定できるので、パワープラントユニット1の振動が第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2を介して車体に伝わるのをより効果的に抑制することができる。
ここで、本実施形態では、上述したように、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が重心Gを含む基準面PRに対して互いに反対側に位置すると共に、K1≧K2及びD1≦D2が成立する。従って、重心G(基準面PR)に対して幅方向の一側には第一ロアトルクロッド2L1が効果的に作用し、同時に、他側には第二ロアトルクロッド2L2が効果的に作用する。この結果、パワープラントユニット1に起因する振動をより効果的に車体に伝えにくくできる。
さらに、K1≧K2及びD1≦D2が成立しており、いわゆるレバー比の関係に類似する関係が重心Gに関して成立している。従って、重心Gに関して、パワープラントユニット1の振動を、重心G(基準面PR)の一側及び他側で対称的にバランスよく抑制することができる。
特に、本実施形態のエンジン1Eは、横置き直列三気筒エンジンである。直列三気筒エンジンや直列五気筒エンジンなどの奇数気筒のエンジンでは一次振動が生じる。一次振動は、点火間隔が長い三気筒エンジンの方が五気筒エンジンよりも顕著となる。エンジン1Eの一次振動は、重心Gに対するスリコギ振動[precession vibration]をパワープラントユニット1に生じさせる。このスリコギ振動による起振力は、アイドル振動の原因となる。
ここで、本実施形態では、上述したように、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2が重心Gを含む基準面PRに対して互いに反対側に位置すると共に、かつ、K1≧K2及びD1≦D2が成立する。このため、アイドル振動の原因となるパワープラントユニット1に起因する振動もより効果的に車体に伝えにくくできる。具体的には、アイドル振動の原因となるスリコギ振動は、重心G(基準面PR)の一側と他側とで互いに逆位相となる。即ち、第一ロアトルクロッド2L1が引っ張られるときには第二ロアトルクロッド2L2は圧縮され、スリコギ振動が基準面PRの両側で互いに打ち消し合う。この結果、アイドル振動の原因となる振動自体が相殺される。
さらに、上述したように、K1≧K2及びD1≦D2によってレバー比の関係に類似する関係が重心Gに関して成立している。従って、振動をより効果的に相殺させることができる。特に、直列三気筒エンジンで出力トルクを向上させるとスリコギ振動による起振力が増大するため、アイドル振動への対策が強く要望される。従って、このような場合、本実施形態のペンデュラム式マウントシステムは非常に有用である。
また、本実施形態では、第一ロアトルクロッド2L1のみが、パワープラントユニット1の下部の前後方向の揺動ストロークを規制するストッパを備えている。第二ロアトルクロッド2L2はストッパを備えていない。即ち、ストッパを備えない第二ロアトルクロッド2L2の第二バネ定数K2は振動を常に効果的に抑制できる。従って、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2によってパワープラントユニット1の振動に起因する騒音をより効果的に抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本発明におけるパワープラントユニットは振動源となる内燃機関を備えているが、上記実施形態では、内燃機関(エンジン)1Eが車両を走行させる駆動力を発生した。本発明におけるパワープラントユニットは、車両を走行させる駆動力を発生する駆動モータを備え、この駆動モータに供給される電力を発電する内燃機関を備えていてもよい(駆動モータと内燃機関とは剛結されている)。この場合、内燃機関の出力は、車両を走行させる駆動力として利用されてもよいし、されなくてもよい。すなわち、本発明のパワープラントユニットは、ハイブリッド電気自動車(HEV)のパワープラントユニットも含み得る。
HEV(PHEVを含む)のパワープラントユニットが、内燃機機関及び駆動モータに加えてパワープラントユニットに剛結された発電モータも有している場合、この発電モータもパワープラントユニットに含まれる。また、HEVシステムを制御するパワーコントロールユニット(PCU)がパワープラントユニットと剛結されている場合は、このPCUもパワープラントユニットに含まれる。ただし、PCUがパワープラントユニットに固定されておらず、ケーブルのみで電気的に接続されているだけの場合はパワープラントユニットには含まれない。さらに、バッテリ電気自動車(BEV)において、レンジエクステンダーとして内燃機関を備えている場合、駆動モータがこの内燃機関と剛結されていれば、駆動モータ及び内燃機関は本発明におけるパワープラントユニットに含まれる。
また、上記実施形態では、ストッパを有する第一ロアトルクロッド2L1が、パワープラントユニット1の重心Gに対して幅方向の一側(エンジン1E)に取り付けられ、ストッパを有しない第二ロアトルクロッド2L2が他側(トランスミッション1T)に取り付けられた。しかし、ストッパを有する第一ロアトルクロッド2L1が、パワープラントユニット1の重心Gに対して幅方向の他側に取り付けられ、第二ロアトルクロッド2L2が一側に取り付けられてもよい。
また、上記実施形態では、第一バネ定数K1を有する第一ロアトルクロッド2L1がストッパを有し、第二バネ定数K2(≦K1)を有する第二ロアトルクロッド2L2がストッパを有していなかった。しかし、第一バネ定数K1を有する第一ロアトルクロッド2L1がストッパを有せず、第二バネ定数K2(≦K1)を有する第二ロアトルクロッド2L2がストッパを有していてもよい。これらの場合も、上述したレバー比の関係に類似する関係(K1≧K2及びD1≦D2)が重心Gに関して成立していれば、パワープラントユニット1の振動を、重心G(基準面PR)の一側及び他側で対称的にバランスよく抑制することができる。
さらに、上記実施形態では、直列三気筒のエンジン1Eを備えたパワープラントユニット1にエンジンマウントシステムが適用された。しかし、本発明は、他のエンジン型式のエンジンマウントシステムにも適用し得る。また、直列三気筒エンジンに対してだけでなく、直列五気筒エンジンに対しても、上述した直列三気筒エンジンに対する効果と同様の効果を得ることができる。また、第一ロアトルクロッド2L1及び第二ロアトルクロッド2L2における金属製の部材は、合成樹脂によって形成されてもよい。
1 パワープラントユニット
1E 内燃機関(エンジン)
1T トランスミッション
2 エンジンマウント
2U アッパーマウント
2UR 右上マウント
2UL 左上マウント
2L ロアトルクロッド
2L1 第一ロアトルクロッド
2L2 第二ロアトルクロッド
24a ラバー突起(ストッパ)
K1 (第一ロアトルクロッド2L1の)第一バネ定数
K2 (第二ロアトルクロッド2L2の)第二バネ定数
G (パワープラントユニット1の)重心
PR 基準面
P1 第一面
P2 第二面
D1 (基準面PRと第一面P1との)距離
D2 (基準面PRと第二面P2との)距離

Claims (3)

  1. ペンデュラム式マウントシステムであって、
    内燃機関を備えた、車両を走行させる駆動力を発生するパワープラントユニットと、
    前記パワープラントユニットの右上部を車体にマウントする右上マウントと、
    前記パワープラントユニットの左上部を前記車体にマウントする左上マウントと、
    前記パワープラントユニットの下部を前記パワープラントユニットの後側で前記車体と連結する一対の第一及び第二ロアトルクロッドと、を備えており、
    前記第一及び第二ロアトルクロッドが、前記パワープラントユニットの重心を含む、前記車体の幅方向に垂直な基準面に対して、互いに反対側に位置しており、
    前記第一ロアトルクロッドの第一バネ定数は、前記第二ロアトルクロッドの第二バネ定数以上であり、
    前記第一ロアトルクロッドの前記パワープラントユニットへの取付点を含む、前記幅方向に垂直な面を第一面とし、かつ、前記第二ロアトルクロッドの前記パワープラントユニットへの取付点を含む、前記幅方向に垂直な面を第二面とした場合に、前記第一面と前記基準面との距離が、前記第二面と前記基準面の距離以下である、ペンデュラム式マウントシステム。
  2. 請求項1に記載のペンデュラム式マウントシステムであって、
    前記内燃機関が直列三気筒エンジンである、ペンデュラム式マウントシステム。
  3. 請求項1又は2に記載のペンデュラム式マウントシステムであって、
    前記第一及び第二ロアトルクロッドの何れか一方のみが、前記パワープラントユニットの前記下部の車体前後方向の揺動ストロークを規制するストッパを備えている、ペンデュラム式マウントシステム。
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