JP5547000B2 - エンジンマウントシステム - Google Patents

Description

この発明は、ばね定数の大きさが互いに異なる二種類の弾性ブッシュの相互を、連結ロッドで連結したトルクロッドによって、エンジンを車体側に連結してなるエンジンマウントシステムに関し、とくには、エンジン側からの入力振動の、車体側への伝達を有効に防止する技術を提案するものである。

自動車等の車両では、走行時の優れた乗り心地性および音振動性能の両立を実現するため、振動発生源であるエンジン単体、あるいはエンジンとトランスミッション等を一体化したパワープラント（この出願では、単に「エンジン」という）の、車体側への取付けに際して、車両の特性に応じた様々なマウント方式が存在する。

かかるマウント方式の一つとしてのペンデュラム方式は、主として、ＦＦ型式の前輪駆動の小型車両で採用されており、複数のマウント、たとえばライトおよびレフトの二つのマウントで、エンジンを振子のように弾性支持するとともに、エンジンの、ロール軸周りの変位を抑制すべく、特許文献１に記載されたようなトルクロッドで、エンジンと車体側部材とを連結するものである。

このようにエンジン側と車体側との間に配置したトルクロッドには、車両の乗り心地性の向上の観点から、アイドリング時、定常走行時等の、エンジン自体の加振作用に基く比較的小さな振動に対しては低い剛性を発揮して、その入力振動の、車体側への伝達を抑制する一方で、車両の急激な加減速時に、エンジンに作用する駆動反力等の、エンジンへの大きな入力に対しては高い剛性を発揮して、エンジンの変位量を低減させるという背反する二つの機能が要求される。

かかる要求の下、特許文献２には、「前記ロッド本体における長手方向の中間部分に位置して壁部の一部が可撓性膜で構成されることにより容積変化が許容される平衡室を形成して、該平衡室に前記非圧縮性流体を充填すると共に、該平衡室を前記流体室に連通せしめるオリフィス通路を形成して、且つ、該オリフィス通路の少なくとも一部が該ロッド本体内部のスペースを利用して形成されるようにした流体封入式の防振連結ロッド」が提案されており、この「防振連結ロッド」によれば、「振動入力時には、この平衡室と、ゴムブッシュの内部に形成された流体室との間で、オリフィス通路を通じての流体流動が生ぜしめられて、かかる流体の共振作用等の流動作用に基づいて防振効果が発揮されることとなる」としている。

特開２００５−１８８５７５号公報 特許第４２４１４７８号公報

しかるに、特許文献２に記載された「防振連結ロッド」は、振動の入力時に、平衡室および流体室の内部に封入した非圧縮性液体を、それらの両液室の相互を連通するオリフィス通路内で流動させることにより、液柱共振、流動抵抗等に基いて、入力振動を減衰させるものであることから、入力振動の振幅の大小や、周波数の高低によっては、振動を十分に減衰させることができないことがあり、とくに高い周波数の振動が入力されると、オリフィス通路内で非圧縮性液体のいわゆる目詰まり状態が生じて所望の防振および振動減衰機能を発揮できなくなり、それ故に、この「防振連結ロッド」は、エンジンの回転数や車両の走行条件等による種々の入力振動の抑制が求められるエンジンマウントとして用いるに適さない場合があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、エンジン側からの種々の入力振動に応じて所要の防振機能を常に有効に発揮して、入力振動の、車体側への伝達をより効果的に防止できるエンジンマウントシステムを提供することにある。

この発明のエンジンマウントシステムは、ばね定数の大きさが互いに異なる二種類の弾性ブッシュの相互を、連結ロッドで連結したトルクロッドによって、エンジンを車体側に連結してなるエンジンマウントシステムであって、前記トルクロッドの連結ロッド内に、二種類のそれぞれの弾性ブッシュ方向に延びるシャフトの周りで、マス部材を弾性ブッシュの配設方向に往復動させるアクティブ制御の振動相殺手段を設け、前記アクティブ制御の振動相殺手段を、両端部を連結ロッドに取り付けられて連結ロッドの軸線方向に延びるシャフトと、シャフトを取り囲む筒状のマス部材と、筒状のマス部材の内部で、シャフトに固定したコイルおよび巻芯と、筒状のマス部材の内周面または前記シャフトに取り付けた永久磁石と、筒状のマス部材の少なくとも一端をシャフトに連結する連結部材とから構成し、二種類の弾性ブッシュのうち、ばね定数が小さい弾性ブッシュをエンジン側部材に取り付けるとともに、ばね定数が大きい弾性ブッシュを車体側部材に取り付けてなるものである。

ここで好ましくは、外部の制御装置を通じて前記コイルに通電することでコイル巻芯と永久磁石との間に発生する磁界によって、筒状のマス部材に、該筒状のマス部材の中心軸線方向への変位を生じさせて、エンジン側からの、シャフトの中心軸線方向の振動入力とは逆位相の振動駆動力を、シャフトを取り付けた連結ロッドに付与するリニア可動型アクチュエータとする。

また好ましくは、前記トルクロッドに、前記アクティブ制御の振動相殺手段で吸収する振動の方向以外の方向の振動を抑制するダイナミックダンパを設ける。

そしてまた好ましくは、前記ダイナミックダンパを、連結ロッドの軸線方向上で、ばね定数が小さい弾性ブッシュの外筒の外周面に取付けた、弾性部材と錘とで構成する。

ここにおいて好ましくは、トルクロッドの、連結ロッド内の前記アクティブ制御の振動相殺手段と、連結ロッドとの各連結部分に、弾性体を介装する。

この発明のエンジンマウントシステムによれば、アクティブ制御の振動相殺手段を設けたトルクロッドの、エンジンと車体側部材との間への配置姿勢を、二種類の弾性ブッシュのうち、ばね定数が小さい弾性ブッシュをエンジン側部材に取り付けるとともに、ばね定数が大きい弾性ブッシュを車体側部材に取り付けるものとしたことによって、エンジン側からの、トルクロッドの軸線方向の振動入力時に、エンジン側に取り付けた、ばね定数が小さい弾性ブッシュによって、その入力振動の多くの部分を吸収することができるので、振動相殺手段の能力をそれほど高める必要なしに、エンジン側の振動の、車体側への伝達を有効に防止することができる。

またこの発明では、トルクロッドに設けた振動相殺手段のマス部材の振動を、たとえばトルクロッドの外部に設けた制御手段によって振幅および周波数をコントロールしつつ、前記マス部材を、エンジン側からの、トルクロッドの軸線方向の入力振動と逆位相で往復変位させることにより、かかる入力振動の、ばね定数が小さい弾性ブッシュで吸収できなかった振動部分を吸収することができるので、エンジン側からの、振幅の大小および周波数の高低の様々な入力振動に対して有効な制振特性を発揮することができる。

ここにおいて、この発明のエンジンマウントシステムでは、エンジン側からの振動の伝達経路であるエンジン側部材、トルクロッドおよび車体側部材のうちで、最も質量が小さいトルクロッドに、上述した振動相殺手段を設けたことによって、エンジン側部材や車体側部材にこの振動相殺手段を設けた場合に比して、エネルギー効率を向上させることができる。

すなわち、トルクロッドよりも慣性力が大きいエンジン側部材または車体側部材に振動相殺手段を設けて、エンジン側部材内または車体側部材内で、エンジン側からの入力振動を相殺させるものとした場合には、振動相殺手段に、質量と加速度のうち質量への依存度が大きい、その入力振動の加振力を打ち消すための大きな駆動力が必要となって、エンジン側部材内または車体側部材内での、エンジン側からの入力振動の打消しのために振動相殺手段が要するエネルギーも多大となり、その結果としてエネルギー効率が低下することになる。

ここで、アクティブ制御の振動相殺手段を、上述したリニア可動型アクチュエータとしたときには、このリニア可動型アクチュエータでは、電気的に駆動力を付与することにより、簡易な制御の下で、両端部を連結ロッドに取り付けたシャフトの周りで、筒状のマス部材を、それの中心軸線方向に往復変位させて、常に安定した波形の相殺駆動力を連結ロッドに与えることができる。

ところで、トルクロッドに振動相殺手段を設けたこのようなエンジンマウントシステムにおいては、振動相殺手段で吸収する振動以外の方向で、こもり音領域（５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ）に、ばね定数の小さい弾性ブッシュが大きく動く共振が発生する場合がある。
このような共振を抑制することを目的として、ダイナミックダンパを設けたときは、トルクロッドに、ばね定数が小さい弾性ブッシュが大きく動く共振が発生した際に、ダイナミックダンパのマスの大きさや共振周波数をチューニングすることで、トルクロッド自体の共振周波数における振動レベルを低減できる。

しかもここで、このダイナミックダンパを、連結ロッドの軸線方向上で、ばね定数が小さい弾性ブッシュの外筒の外周面に取付けた、弾性部材と錘とで構成したときは、ばね定数が小さい弾性ブッシュの外筒と、錘とで挟まれる弾性部材の剪断変形をもって、ダイナミックダンパの共振が生じることになるとともに、共振の弾性主軸からダイナミックダンパまでの距離が十分に長いものとなって、慣性モーメントを高めることができるので、ダイナミックダンパの構造を簡易なものとしてなお、振動相殺手段で吸収する振動の方向以外の方向の振動を十分に低減させることができる。

またここで、振動相殺手段で吸収する振動以外の方向の振動の抑制するためには、トルクロッドの、連結ロッド内の前記アクティブ制御の振動相殺手段と、連結ロッドとの各連結部分に、弾性体を介装することもでき、この場合には、振動相殺手段と連結ロッドとの各連結部分に介装した弾性体の剪断変形によって、振動相殺手段それ自体が、振動相殺手段で吸収する振動以外の方向の振動を抑制するダイナミックダンパとして機能することになり、これがため、トルクロッドに、さらに別個のダイナミックダンパを設けた上記の場合に比して、トルクロッドの重量増加を抑制することができる。

この発明のエンジンマウントシステムに用いるトルクロッドについて示す斜視図である。 図１に示すトルクロッドの平面図である。 図１に示すトルクロッドの、III−III線に沿う断面図である。 図１に示すトルクロッドの、コイルに通電した場合の作動説明図である。 トルクロッドの他の実施形態を示す図３と同様の断面図である。 トルクロッドのさらに他の実施形態を示す斜視図である。 他の実施の形態のトルクロッドを示す図３と同様の断面図である。

以下に図面を参照しつつ、この発明のエンジンマウントシステムの実施の形態について説明する。
図中１０は、一の実施の形態のエンジンマウントシステムにおいて、エンジン側と車体側とを連結するトルクロッドを示す。

トルクロッド１０は、ばね定数が相互に相違する二種類の弾性ブッシュ２０、３０と、それらの二種類の弾性ブッシュ２０、３０の相互を連結する連結ロッド４０と、連結ロッド４０内に設けたアクティブ制御の振動相殺手段５０とを具える。

ここで、弾性ブッシュ２０、３０はそれぞれ、金属材料等の剛性材料からなる外筒２１、３１の内側に、これもまた剛性材料からなる内筒２２、３２を、たとえば同心に配設するとともに、外筒２１、３１の内周面と、内筒２２、３２の外周面とをゴム部材２３、３３で連結してなるものである。
そして、弾性ブッシュ２０は、図に示すところでは、弾性ブッシュ３０に比して、外筒の径の大きさ、より具体的には外筒と内筒との間に配設したゴム部材の体積を大きくしたことによって、ばね定数が小さくなるように形成した。以下、ばね定数が小さい弾性ブッシュ２０を「大径の弾性ブッシュ２０」、また、ばね定数が大きい弾性ブッシュ３０を「小径の弾性ブッシュ３０」という。

なお、図示のこの実施の形態では、大径の弾性ブッシュ２０の、トルクロッド１０の中心軸線方向の入力に対するばね定数をさらに小さくするため、大径の弾性ブッシュ２０のゴム部材２３に、図２に平面図で示すように、トルクロッド１０の中心軸線方向で内筒２２を隔てて、平面視で略Ｍ字状の空所２４および、略弓形状の空所２５のそれぞれを、弾性ブッシュ２０の厚み方向に貫通させて設けるとともに、略弓形状の空所２５と外筒２１との間に、円形輪郭形状の三つの空所２６を、同様に貫通させて設ける。

ここにおいて、この発明のエンジンマウントシステムでは、大径の弾性ブッシュ２０を、図示しないエンジン側部材に取り付けるとともに、小径の弾性ブッシュ３０を、これも図示しない車体側部材に取り付ける。
それにより、エンジン側に取り付けた、ばね定数の小さい大径の弾性ブッシュ２０で、エンジン側からの入力振動の多くの部分を吸収できるので、連結ロッド４０内のアクティブ制御の振動相殺手段５０に要求される振動吸収能力を大きく高めることなく、エンジン側からの入力振動を、車体側部材に対して有効に相殺することができる。

またここで、連結ロッド内に設けたアクティブ制御の振動相殺手段５０は、大小二種類のそれぞれの弾性ブッシュ２０、３０の配設方向、図示の実施形態では連結ロッド４０の軸線Ｃ方向に延びる、その軸線Ｃ上のシャフト５１の周りで、マス部材５２を、連結ロッド４０の軸線Ｃ方向に往復変位させるものである。
この振動相殺手段５０によれば、トルクロッド１０をエンジンと車体側との間に配設して、エンジン側からの振動の、トルクロッド１０への入力に対し、たとえばトルクロッド１０の外部の制御手段を用いて、振動相殺手段５０のマス部材５２を、エンジン側からの入力振動と逆位相で往復変位させることにより、入力振動を効果的に相殺することができる。

これがために、好ましくは、この振動相殺手段５０をリニア可動型アクチュエータとする。
たとえば、図３に断面図で示すように、トルクロッド１０の連結ロッド４０に設けた立方体状の窪み４１の、軸線Ｃ方向の対向壁面のそれぞれに、中実円形断面のシャフト５１の両端部のそれぞれを取付け、そして、このシャフト５１の周りに、外輪郭形状が立方体状をなす筒状マス部材５２を配置し、このマス部材５２の、図では大径の弾性ブッシュ２０側の端部を、それの全周にわたって、たとえば板バネ等の、薄肉板状の連結部材５３で、シャフト５１に連結固定する。
さらに、筒状のマス部材５２の内周面に、シャフト５１を隔てて位置する、互いに隣り合う各一対の永久磁石５４を、相互に逆極性とした配置状態で取り付ける。
この一方で、シャフト５１には、コイル５５および巻芯５６を、前記永久磁石５４から所定の間隔をおいて配設し、コイル５５に、トルクロッド１０の外部の、図示しない制御手段からの通電のためのリード線５７の一端を連結する。
なお、リニア可動型アクチュエータ５０をトルクロッド１０に配設して、使用に供する場合には、図示しない蓋部材で、連結ロッド４０の立方体状の窪み４１を覆うことが好ましい。

このように構成してなるリニア可動型アクチュエータ５０は、外部に設けた制御手段から、リード線５７を通じてコイル５５に通電することにより、巻芯５６に磁界が発生して、巻芯５６が電磁石として機能することになって、コイルへの通電方向に応じて、マス部材５２の内周面の永久磁石５４に磁力が与えられる。

そして、コイル５５への通電方向に起因して、巻芯５６と永久磁石５４との間での、同極間で生じる排斥力あるいは、異極間で生じる吸引力に基き、マス部材５２が、図４に拡大断面図で誇張して示すように、シャフト５１の中心軸線方向で、たとえば大径の弾性ブッシュ２０側に、シャフト５１に対して相対変位すると、マス部材５２とシャフト５１とを連結する連結部材５３の弾性変形による復元力に基き、トルクロッド１０には、図に矢印で示す力が作用することになる。
一方、マス部材５２には、図の矢印とは逆向きの力が生じることになって、マス部材５２が、図３に示す元の配置位置に戻ることになる。
なお、マス部材５２を、小径の弾性ブッシュ３０側に相対変位させるためには、コイル５５への通電方向を、大径の弾性ブッシュ２０側に相対変位させた場合の通電方向と逆向きにすればよい。

従って、コイル５５に対して交番電流や脈動電流を通電したり、あるいはコイル５５への通電を適宜遮断したりすること等によって、トルクロッド１０に、マス部材５２の、シャフト５１に対する相対変位に起因する所望の振動を発生させることができる。
そして、このリニア可動型アクチュエータ５０により、トルクロッド１０に、エンジン側からの入力振動と逆位相の振動を生じさせることで、振動の重ね合わせ作用に基き、エンジン側からの入力振動を有効に相殺することができる。

なお、図３、４に示すところでは、マス部材５２の、大径の弾性ブッシュ２０側の端部にのみ、シャフト５１と筒状のマス部材５２とを連結する連結部材５３を配設しているが、連結部材５３は、図５に示すように、マス部材５２の両端部のそれぞれに配設することもでき、それらの連結部材５３により、マス部材５２の両端部のそれぞれを、シャフト５１に連結することができる。この場合は、コイル５５への通電に基く、マス部材５２の、シャフト５１の中心軸線方向の相対変位をより安定させることができる。
また、図示は省略するが、電磁石としての巻芯と永久磁石との双方を、シャフトに取付けるものとすることも可能である。

なおここで、トルクロッド１０の外部に設ける制御手段では、振動相殺手段５０で吸収すべき振動に応じた振幅成分や周波数成分等を有する参照信号を用いて、コイル５５への供給電流を制御することにより、吸収すべき振動に応じた振幅、周波数等の加振力を、トルクロッド１０に与えることが有効であるが、その参照信号として、たとえば、トルクロッド１０での、エンジン側からの入力振動の検出値等を用いることができる。

ところで、この発明のエンジンマウントシステムのトルクロッド１０には、図６に斜視図で示すように、前記アクティブ制御の振動相殺手段５０で吸収できる振動の方向以外の方向の振動を抑制するためのダイナミックダンパ６０、たとえば連結ロッド４０の軸線方向上で、大径の弾性ブッシュ２０の外筒２１の外周面に取付けた、弾性部材６１と錘６２とで構成してなるものを設けることができる。
このダイナミックダンパ６０によれば、アクティブ制御の振動相殺手段５０を設けた、図６に示すトルクロッド１０で発生することのある、大径の弾性ブッシュ２０が大きく動く共振の振動レベルを低減することができる。

また、図７に断面図で示すように、トルクロッド１０の、連結ロッド４０内の前記アクティブ制御の振動相殺手段５０と、連結ロッド４０との各連結部分、図に示すところでは、シャフト５１と、連結ロッド４０の窪み壁面との各連結部分に、弾性体７０を介装することもでき、この場合は、弾性体７０の剪断変形によって、振動相殺手段５０自体をダイナミックダンパとして機能させて、アクティブ制御の振動相殺手段で吸収できる振動方向以外の方向の振動を抑制することができる。

１０ トルクロッド
２０ 大径の弾性ブッシュ
２１ 外筒
２２ 内筒
２３ ゴム部材
２４、２５、２６ 空所
３０ 小径の弾性ブッシュ
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ ゴム部材
４０ 連結ロッド
４１ 窪み
５０ アクティブ制御の振動相殺手段
５１ シャフト
５２ 筒状のマス部材
５３ 連結部材
５４ 永久磁石
５５ コイル
５６ 巻芯
５７ リード線
６０ ダイナミックダンパ
６１ 弾性部材
６２ 錘
７０ 弾性体

Claims (5)

1. ばね定数の大きさが互いに異なる二種類の弾性ブッシュの相互を、連結ロッドで連結したトルクロッドによって、エンジンを車体側に連結してなるエンジンマウントシステムであって、
   前記トルクロッドの連結ロッド内に、二種類のそれぞれの弾性ブッシュ方向に延びるシャフトの周りで、マス部材を弾性ブッシュの配設方向に往復動させるアクティブ制御の振動相殺手段を設け、
   前記アクティブ制御の振動相殺手段を、両端部を連結ロッドに取り付けられて連結ロッドの軸線方向に延びるシャフトと、シャフトを取り囲む筒状のマス部材と、筒状のマス部材の内部で、シャフトに固定したコイルおよび巻芯と、筒状のマス部材の内周面または前記シャフトに取り付けた永久磁石と、筒状のマス部材の少なくとも一端をシャフトに連結する連結部材とから構成し、
   二種類の弾性ブッシュのうち、ばね定数が小さい弾性ブッシュをエンジン側部材に取り付けるとともに、ばね定数が大きい弾性ブッシュを車体側部材に取り付けてなるエンジンマウントシステム。
2. 外部の制御手段を通じて前記コイルに通電することでコイル巻芯と永久磁石との間に発生する磁界によって、筒状のマス部材に、該筒状のマス部材の中心軸線方向への変位を生じさせて、エンジン側からの、シャフトの中心軸線方向の振動入力とは逆位相の振動駆動力を、シャフトを取り付けた連結ロッドに付与するリニア可動型アクチュエータとしてなる請求項１に記載のエンジンマウントシステム。
3. トルクロッドに、前記アクティブ制御の振動相殺手段で吸収する振動の方向以外の方向の振動を抑制するダイナミックダンパを設けてなる請求項１または２に記載のエンジンマウントシステム。
4. 前記ダイナミックダンパを、連結ロッドの軸線方向上で、ばね定数が小さい弾性ブッシュの外筒の外周面に取付けた、弾性部材と錘とで構成してなる請求項３に記載のエンジンマウントシステム。
5. トルクロッドの、連結ロッド内の前記アクティブ制御の振動相殺手段と、連結ロッドとの各連結部分に、弾性体を介装してなる請求項１または２に記載のエンジンマウントシステム。