JP7296266B2 - パワープラントの制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、パワープラントの制振構造に関する。

特許文献１には、エンジンのオイルパンの表面部に接合され、所定のばね定数を有するばね板と、このばね板に接合され慣性力を発生させる質量を有するマスと、減衰作用を有しばね板とオイルパンに挟持される弾性体とにより構成される動吸振器が開示されている。

特開２００１－２９５６１９号公報

特許文献１のように、エンジンの制振のため、オイルパンのようなカバー部材にバネ及びマスからなる制振装置（ダイナミックダンパ）を取り付けると、制振装置の高さ分だけケースが外側へと拡大することになり、エンジンの外側形状が大きくなるという問題がある。これに対して、カバー部材の内側に制振装置を取り付けるように構成することもできるが、オイルパンのようなカバー部材の内側は潤滑油が存在する場所であるため、制振装置に付着した潤滑油の重量により制振装置の特性が変化したり、付着した潤滑油の粘性により制振装置の動作が制限されるという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、エンジン又は変速機等を含むパワープラントの寸法を拡大することなく、振動を低減できる制振構造を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様は、駆動力源を含むパワープラントに取り付けられ、裏面側に潤滑油が存在するカバー部材と、マス、弾性体を含み、カバー部材の表面側に取り付けられるダイナミックダンパと、を備えて構成される。ダイナミックダンパは、カバー部材の表面側であって、パワープラントの外形よりも窪んだ取付部に取り付けられることを特徴とする。

本発明によると、ダイナミックダンパが、裏面に潤滑油が存在するカバー部材の外側であってパワープラントの外形よりも凹となる箇所に取り付けられるので、パワープラントの寸法が拡大することなく、潤滑油の影響も受けないため、パワープラントに生じる振動をより確実に低減できる。

図１は、本発明の実施形態に係るパワープラントの斜視図である。 図２Ａは、フロントカバーの斜視図である。 図２Ｂは、図２ＡにおけるＩＩ－ＩＩ断面図である。 図３Ａは、ダイナミックダンパの断面図である。 図３Ｂは、ダイナミックダンパの等価式を示す図である。 図３Ｃは、ダンパ取付部のダイナミックダンパの取付けの一例を示す図である。 図３Ｄは、ダンパ取付部のダイナミックダンパの取付けの一例を示す図である。 図３Ｅは、ダンパ取付部のダイナミックダンパの取付けの一例を示す図である。 図４は、ヘッドカバーの斜視図である。 図５は、変速機の斜視図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るパワープラント１０の斜視図である。

本実施形態のパワープラント１０は、例えば車両に搭載されて車両を走行させる。パワープラント１０は、駆動力源であるエンジン１及び変速機２等を含んで構成される。

エンジン１は、ガソリンや軽油を燃料として駆動力を発生する内燃機関である。変速機２はエンジン１の回転を変速して出力する。変速機２の出力は車両の車輪に伝達される。

エンジン１は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、フロントカバー１５、ヘッドカバー１６、オイルパン１７を備える。

シリンダブロック１１は、ピストン、シリンダ、クランクシャフト等を備える。シリンダブロック１１に形成されたシリンダに導入された混合気が爆発燃焼することでピストンが押し下げられ、クランクシャフトが回転駆動する。シリンダブロック１１において、クランクシャフトの軸方向の一方の端部（前側）には、タイミングチェーンやオイルポンプ等の機構が備えられる。シリンダブロック１１の他方の端部（後側）は、クランクシャフトの回転を変速機２に伝達する機構が備えられる。

シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられる。シリンダヘッド１２は、シリンダへの混合気を点火する点火プラグ、混合気の吸気を行なう吸気弁、排ガスの排気を行なう排気弁及びこれらを駆動するカムシャフト等からなる吸排気機構を備える。

フロントカバー１５は、エンジン１の前側の端部に備えられ、タイミングチェーンやオイルポンプ等を覆うためのカバー部材である。フロントカバー１５には、クランクシャフトが貫通する円形の開口部１５１が形成されている。開口部１５１を貫通するクランクシャフトの端部にはプーリが固定され、補機ベルトを介してオルタネータやコンプレッサ等の補機を駆動する。フロントカバー１５は、金属（例えばアルミニウムやマグネシウム等の合金）により形成される。

フロントカバー１５の裏面側においては、フロントカバー１５とシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２との間に収容されるタイミングチェーン等が潤滑油により潤滑される構成となっている。つまり、フロントカバー１５の裏面側は潤滑油が存在し、エンジン１の駆動に伴いこの潤滑油が飛散する箇所である。フロントカバー１５は外部への潤滑油の飛散を遮蔽する。

ヘッドカバー１６はシリンダヘッド１２の上側に備えられ、シリンダヘッド１２に備えられる吸排気機構を覆うカバー部材である。ヘッドカバー１６には、点火コイルが貫通する複数の円形の開口部１６１が形成されている。フロントカバー１５は、樹脂（例えばポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリアミド（ＰＡ）樹脂等）により形成される。

ヘッドカバー１６の裏面側においては、ヘッドカバー１６とシリンダヘッド１２との間に収容されるカムシャフト等が潤滑油により潤滑される。つまり、ヘッドカバー１６の裏面側には潤滑油が存在し、エンジン１の駆動に伴いこの潤滑油が飛散する箇所である。ヘッドカバー１６は外部への潤滑油の飛散を遮蔽する。

オイルパン１７は、シリンダブロック１１の下側に備えられ、潤滑油を貯留するカバー部材である。オイルパン１７は、金属（鉄やアルミニウム等の合金）により形成される。オイルパン１７に貯留された潤滑油はオイルポンプにより吸い上げられてタイミングチェーンやカムシャフト等の潤滑に用いられる。つまり、オイルパン２０の裏面側には潤滑油が存在する。

変速機２は、エンジン１の後側の端部に備えられ、変速機カバー２１に図示しない変速機構が収容されて構成される。変速機カバー２１は、金属（アルミニウムやマグネシウム等の合金）により形成される。変速機構は複数のギヤを備えて構成され、エンジン１の回転を変速（減速）して出力する。

変速機カバー２１の裏面側には潤滑油が存在する。変速機カバー２１の裏面側は変速機構の駆動に伴い潤滑油が飛散する箇所である。変速機カバー２１は外部への潤滑油の飛散を遮蔽する。

次に、このように構成されたパワープラント１０における振動の低減について説明する。

エンジン１は、シリンダ内の混合気を爆発燃焼させることでピストンを下降させて回転駆動力を得る。このときエンジン１は振動を発生する。このように発生した振動は、エンジン１の構成部品や付属部位に伝達されて、それらを振動させる。

シリンダブロック１１やシリンダヘッド１２は、それ自体の質量が大きく薄板平面で構成される部位は少ないため、伝達された振動はその多くが減衰する。

一方、質量が小さく、薄板平面の形状のカバー部材、例えば、フロントカバー１５、ヘッドカバー１６、変速機カバー２１等は、エンジン１の振動が伝わることで薄板平面の部位が振動しやすい。さらに、薄板平面の部位の材質や形状によっては振動が共振して振動が増幅（加振）されるため、その部位における騒音が増大する。近年では、ドライバビリティや環境性能がより求められており、特にエンジン１の駆動中とアイドルストップ中とでは振動の変化が大きく、ドライバーに不快感を与える可能性がある。このため、車両の振動の低減や静粛性の向上が要求されている。

そこで、本実施形態では、次のような構成により、振動を低減するように構成した。

図２Ａは、本実施形態のフロントカバー１５の斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＩＩ－ＩＩ断面図である。

フロントカバー１５は、クランクシャフトが貫通する開口部１５１と、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２に固定する複数のボルト穴１５２とを備えている。開口部１５１は、オイルシール１５５を介してクランクシャフト（図示せず）を軸支する。

フロントカバー１５はクランクシャフトを軸支するため、エンジン１の振動がクランクシャフトに伝達すると、フロントカバー１５にクランクシャフトの回転モーメントに応じた振動が伝達する。このために、ボルト穴１５２から離間した薄板平面部（例えば図２Ａでハッチングで示す領域Ａ、Ｂ）が振動することにより振動（振幅）が増幅され、騒音の発信源となる。

この振動による騒音を低減するため、フロントカバー１５に、振動を低減する制振装置であるダイナミックダンパ５０を取り付けた。

より具体的には、フロントカバー１５は、開口部１５１の周囲にフロントカバー１５の外周形状よりも窪んだ凹形状のダンパ取付部１５６を形成する。ダンパ取付部１５６は、開口部１５１の全周に沿うように環状溝として形成されている。ダイナミックダンパ５０は、潤滑油が飛散するフロントカバー１５の裏面側ではなくフロントカバー１５の表面側に配置される。ダンパ取付部１５６の底面に複数のダイナミックダンパ５０が固定される。このダンパ取付部１５６は、フロントカバー１５における振動の振幅が最も大きくなる箇所（又はそれに近接した箇所）でもある。

図２Ｂを参照すると、ダンパ取付部１５６の底面は平面に形成されており、ダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６の底面から起立して固定される。ダイナミックダンパ５０は、円環状に形成されたダンパ取付部１５６に、所定の間隔で複数取り付けられる。ダイナミックダンパ５０は、接着材やボルトを用いてダンパ取付部１５６に固定される。

ダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６に取り付けられた状態で、その高さ方向はダンパ取付部１５６の周辺よりも低い位置となるように構成される。すなわち、ダンパ取付部１５６は、フロントカバー１５から窪んで形成され、かつ、ダイナミックダンパ５０は、フロントカバー１５の表面よりも外側に突出しないような形状とされている。また、隣り合うダイナミックダンパ５０同士は、これらが振動しても接触しないように十分な間隔（例えばダイナミックダンパ５０のマス５１の径の１／２以上の間隔）を持って取り付けられる。また、ダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６の側壁部に対しても接触しないように十分な間隔を持って取り付けられる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態のダイナミックダンパ５０の説明のための断面図である。図３Ａはダイナミックダンパ５０の断面図を示し、図３Ｂはダイナミックダンパ５０の等価式を示す図である。

ダイナミックダンパ５０は、マス５１と弾性体５２とを備えて構成される。ダイナミックダンパ５０は、略円筒形状に形成され、その大きさ（高さ及び直径）は１～数センチメートルに設定される。

マス５１は、所定の質量を有する金属（例えば鉄やアルミニウムの合金）により円筒形状に形成される。マス５１の質量は、抑制する振動の周波数に対応して決定され、例えば数グラム～数十グラムに設定される。

弾性体５２は、弾性体（例えばゴムやエラストマ）により円柱形状に形成される。弾性体５２は、マス５１とダンパ取付部１５６との間に介在し、マス５１を支持する。弾性体５２は、その弾性によりマス５１を揺動するバネとして機能する。さらに弾性体は、その材質の特性により、バネの振動を収束するダンパとしても機能する。

なお、ダイナミックダンパ５０の形状は一例であり、振動を減少させるダイナミックダンパ５０として機能するものであれば、どのような形状であってもよい。

ダイナミックダンパ５０のマス５１の質量をｍ、弾性体５２のバネ定数をｋ、減衰定数をｃとした場合の運動方程式は、

で表わされる。

フロントカバー１５が振動するときに、ダイナミックダンパ５０がフロントカバー１５と共に振動する。このとき、ダイナミックダンパ５０が数式１に示される運動方程式に基づいた振動の減衰を行なうことで、ダイナミックダンパ５０が固定されたフロントカバー１５の振動も同様に減衰される。

図３Ｃ～図３Ｅは、ダンパ取付部１５６におけるダイナミックダンパ５０の配置の一例を示す説明図である。

ダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６に周方向に等間隔に、例えば、環状のダンパ取付部１５６の中心点Ｃを通過する線分上に対称に配置することができる（図３Ｃ参照）。又は、ダンパ取付部１５６の中心点Ｃに対して点対称に配置することができる（図３Ｄ参照）。さらに、振動をより低減したい領域（領域Ｒ）に対してダイナミックダンパ５０の個数が多くなるように、不等間隔に取り付けられてもよい（図３Ｅ参照）。

図４は、本実施形態のヘッドカバー１６の斜視図である。

ヘッドカバー１６は、イグニッションコイルが貫通する開口部１６１と、シリンダヘッド１２に固定する複数のボルト穴１６２とを備えている。

ヘッドカバー１６は、開口部１６１又はボルト穴１６２の近傍周辺に薄板平面部を有するため、前述のようにエンジン１の振動によってこの平面部が振動することにより、騒音の発信源となる。

特にヘッドカバー１６は樹脂製であるので、金属と比較して弾性が大きくヤング率が低いという特性がある。この特性のため、エンジン１が発生する振動に共鳴してより高次の振動が発生することにより、さらに騒音が増加する可能性がある。

この振動を低減するために、ヘッドカバー１６は、前述のフロントカバー１５と同様に、振動を低減する制振装置であるダイナミックダンパ５０を備えた。

より具体的には、ヘッドカバー１６は、ヘッドカバー１６の外周形状よりも窪んだ凹形状を有するダンパ取付部１６６（図４のハッチング領域）を備える。ダンパ取付部１６６の底部は平面状となっている。このダンパ取付部１６６に、複数のダイナミックダンパ５０が固定される。

このように、複数のダイナミックダンパ５０を取り付けることによって、ヘッドカバー１６に伝達された振動を低減することが可能となる。

ヘッドカバー１６に取り付けられるダイナミックダンパ５０の個数及び特性は、ヘッドカバー１６の材質や振動の特性に応じて適宜決定される。特に、樹脂製のヘッドカバー１６の高次の振動を抑制するために、高い周波数成分を抑制する特性を持つダイナミックダンパ５０から、より低い周波数成分の振動を抑制する特性を持つダイナミックダンパ５０までを組み合わせて取り付けることで、ヘッドカバー１６が発生する振動が低減できる。

図５は、本実施形態の変速機２の斜視図である。

変速機２は、変速機構（図示せず）と変速機構を収装するケースである変速機カバー２１とを備えて構成される。変速機カバー２１は、当該カバー２１にエンジン１に固定するための複数のボルト穴２１１を備えている。

変速機カバー２１についてもフロントカバー１５等と同様に、ボルト穴２１１から離間した位置に薄板平面部を有するため、前述のようにエンジン１の振動によって変速機カバー２１が振動する。このような変速機カバー２１の振動も、騒音の発信源となる。

そこで、図５でハッチングで示すように、変速機カバー２１の外周形状よりも窪んだ凹形状を有する部位をダンパ取付部２５６として設定し、このダンパ取付部２５６に、複数のダイナミックダンパ５０を固定する。なお、ダンパ取付部２５６の底部は平面状となっている。

このように、変速機カバー２１に複数のダイナミックダンパ５０を取り付けることによって、前述のフロントカバー１５と同様に、変速機カバー２１における振動を低減することができる。

変速機カバー２１に取り付けられるダイナミックダンパ５０の個数及び特性は、変速機カバー２１の材質や振動の特性に応じて適宜決定される。特性が同じダイナミックダンパ５０を複数取り付けてもよいし、特性の異なるダイナミックダンパ５０を組み合わせて使用してもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態におけるパワープラント１０の制振構造は、駆動力源としてのエンジン１を含むパワープラント１０に取り付けられ、裏面側に潤滑油が存在するカバー部材（フロントカバー１５、ヘッドカバー１６又は変速機カバー２１等）と、マス５１及び弾性体５２を含み、カバー部材の表面側に取り付けられる制振装置としてのダイナミックダンパ５０と、を備える。ダイナミックダンパ５０は、カバー部材の表面側であって、パワープラント１０の外形よりも窪んだ箇所であるダンパ取付部１５６、１６６、２５６に取り付けられる。

本実施形態は、このようにパワープラント１０の外形よりも窪んだ箇所にダイナミックダンパ５０を取り付けることによって、パワープラント１０の外形を拡大することなく、潤滑油の影響も受けないため、パワープラントに生じる振動をより確実に低減できる。

また、本実施形態では、カバー部材は、パワープラント１０の外部への潤滑油の飛散を遮蔽する部材であり、ダイナミックダンパ５０は、カバー部材の表面側のダンパ取付部１５６、１６６、２５６に取り付けられるので、ダイナミックダンパ５０に飛散する潤滑油が付着することがなく、ダイナミックダンパ５０の特性を損なうことなく振動を低減できる。

また、本実施形態では、ダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６、１６６、２５６に、互いに干渉することなく複数取り付けられるので、振動をより抑制することができる。さらに、ダイナミックダンパ５０の特性をそれぞれ異ならせることで、より広範囲の周波数の振動を低減できる。

また、本実施形態では、ダンパ取付部１５６、１６６、２５６のダンパ取付面は平面であるので、ダイナミックダンパ５０を容易に取り付けることができ、また、ダイナミックダンパ５０が容易に外れることがない。

また、本実施形態では、カバー部材は、フロントカバー１５、ヘッドカバー１６又は変速機カバー２１等であるので、これらは裏面に潤滑油が飛散するカバー部材であって、薄板平面形状を有する部材であるので、潤滑油の影響を受けることなく、振動を低減することができる。

また、本実施形態では、フロントカバー１５はクランクシャフトが貫通する開口部１５１を有し、開口部１５１の周囲に凹形状のダンパ取付部１５６が形成されている。複数のダイナミックダンパ５０は、ダンパ取付部１５６に、互いに対称となる位置（例えば線対称）に配置されるので、ダンパ取付部１５６の領域を拡大することなく、振動を低減できる。

以上説明した本発明の実施形態は、パワープラント１０がエンジン１及び変速機２によって構成される例を示したが、これに限られない。駆動力源としてモータ、又は、エンジンとモータの組み合わせであってもよい。

特に、潤滑油を冷却に用いる液冷式のモータを用いた場合は、外部への潤滑油の飛散を遮蔽するカバー部材に、上述のようにダイナミックダンパ５０を取り付けることで、モータにより発生する振動を低減することができる。特にモータにより走行する車両はエンジン車両と比較して静粛性が高いため、このように構成することによって、モータが発生する騒音を抑制することができる。

１ エンジン（駆動力源）
２ 変速機
１０ パワープラント
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１５ フロントカバー
１６ ヘッドカバー
１７ オイルパン
２１ 変速機カバー
５０ ダイナミックダンパ
５１ マス
５２ 弾性体
１６６ ダンパ取付部
２５６ ダンパ取付部

Claims (4)

1. 駆動力源を含むパワープラントに取り付けられ、裏面側に潤滑油が存在するカバー部材と、
   マス、弾性体を含み、前記カバー部材の表面側に取り付けられるダイナミックダンパと、
   を備え、
   前記ダイナミックダンパは、前記カバー部材の表面側であって、前記パワープラントの外形よりも窪んだ取付部に取り付けられ、
   前記カバー部材は、フロントカバーであり、
   前記フロントカバーは、クランクシャフトが貫通する開口部を有し、前記開口部の周囲に凹形状の前記取付部が形成され、
   複数の前記ダイナミックダンパは、前記取付部に複数配置される
   ことを特徴とするパワープラントの制振構造。
2. 請求項１に記載のパワープラントの制振構造であって、
   前記カバー部材は、前記パワープラントの外部への前記潤滑油の飛散を遮蔽する部材であり、
   前記ダイナミックダンパは、前記カバー部材の表面側に取り付けられることを特徴とするパワープラントの制振構造。
3. 請求項１又は２に記載のパワープラントの制振構造であって、
   前記ダイナミックダンパは、前記ダイナミックダンパ同士が干渉することなく複数取り付けられることを特徴とするパワープラントの制振構造。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のパワープラントの制振構造であって、
   前記取付部の前記ダイナミックダンパの取付面は平面であることを特徴とするパワープラントの制振構造。

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