JP2008149888A - パワープラントの支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両旋回時等の左右のサイドフレームの捩り変形や曲げ変形に起因するエンジンサポートの破損を未然に防止した上で、フレーム剛性を十分に向上できるパワープラントの支持構造を提供する。
【解決手段】車幅方向に間隔をおいて一対のサイドフレーム１ａを車体前後方向に延設してマウントブラケット６を取り付け、両マウントブラケット６をサポートクロスメンバ７で相互に連結する。サポートクロスメンバ７を平板から製作して上下方向を長辺とする略矩形断面とし、サイドフレーム１ａから入力される上下曲げ荷重にサポートクロスメンバ７を対抗させてフレーム剛性を向上する一方、旋回時のサイドフレーム１ａの変形に伴う前後曲げ荷重や捻りに対してはサポートクロスメンバ７を撓ませて破損防止する。
【選択図】図２

Description

本発明はパワープラントの支持構造に係り、詳しくは前後方向に延設された左右一対のサイドフレーム間にエンジンやトランスミッション等のパワープラントを支持するパワープラントの支持構造に関するものである。

例えばトラックやバス等の大型車両では、車体前後方向に延設された一対のサイドフレームを車幅方向に所定間隔をおいて配設し、これらのサイドフレームを複数のクロスメンバにより相互に連結して梯子型のフレームを形成している。エンジン及びトランスミッションは車体前部のサイドフレーム間に配設され、それぞれエンジンマウントやミッションマウントにより支持されている。大型車両のパワープラントはかなりの重量を有するため、左右のサイドフレームのパワープラントが搭載された箇所は、荷重を受けて下方に拡開するように断面ハ字状に変形し易いことから、このフレーム変形を防止するために、パワープラントの下方に配設したクロスメンバにより左右のサイドフレームを相互に連結する補強対策を講じている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の技術はエンジンの支持構造に関するものであり、プレス成型により鋼板製の下方に湾曲するエンジンサポートを製作してエンジンの下側に配設し、このエンジンサポートにより左右のサイドフレームを相互に連結すると共に、エンジンサポート上に一対のエンジンマウントを固定してエンジンを支持している。
実用新案第２５１３６１６号明細書

ところで、フレーム剛性はキャビンの静粛性や車両の走行特性等に大きな影響を及ぼし、例えばフレーム剛性が低下すると、アイドル運転時のエンジン振動がキャビンに伝達され易くなってキャビンの静粛性を損ねる要因となる。上記のように特許文献１のエンジンサポートはサイドフレームの下方への拡開変形を防止すると共に、フレーム剛性の向上にも貢献するが、鋼板製のエンジンサポートはそれ自体の剛性が低いことから、得られるフレーム剛性の向上も十分なものではなかった。

そこで、板厚の増加や材質の変更等によりエンジンサポートの剛性を向上する対策も考えられるが、左右のサイドフレームを連結するエンジンサポートは、車両旋回に伴って左右のサイドフレームに発生する捻り変形や曲げ変形を直接的に受けて応力を生じるため、剛性向上によりエンジンサポートが変形し難くなると、必然的にエンジンサポートの応力が増大して破損する可能性が生じる。そこで、従来のパワープラントの支持構造では、破損防止のためにエンジンサポートの剛性を制限せざるを得ず、結果として良好なフレーム剛性を達成することができなかった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両旋回時等の左右のサイドフレームの捩り変形や曲げ変形に起因するエンジンサポートの破損を未然に防止した上で、フレーム剛性を十分に向上することができるパワープラントの支持構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、車幅方向に間隔をおいて前後方向に延設された左右一対のサイドフレーム間にパワープラントを支持するパワープラントの支持構造において、左右のサイドフレームにそれぞれに取り付けられ、弾性部材を介してパワープラントを支持するマウントブラケットと、左右のマウントブラケットに左右両端がそれぞれ連結され、車体前後方向に沿った断面形状が上下方向を長辺とする略矩形状をなす平板からなるサポートクロスメンバとを備えたものである。

従って、左右のサイドフレームにはマウントブラケットが固着され、両マウントブラケットがサポートクロスメンバにより相互に連結される。車体前後方向の沿ったサポートクロスメンバの断面形状は上下方向を長辺とする略矩形状をなしているため、上下方向の曲げ荷重に対する断面２次モーメントは大となり、前後方向の曲げ荷重に対する断面２次モーメントは小となる。

サポートクロスメンバは、主に左右のサイドフレームから入力される車幅方向への圧縮・引張荷重と共に上下方向への曲げ荷重に抗しながら、パワープラントの荷重による左右のサイドフレームの下方への拡開を防止したり、フレーム剛性の向上に貢献したりしている。上下方向の曲げ荷重はサポートクロスメンバに対して所謂面内方向（最も変形し難い方向）に作用し、大きな断面２次モーメントをもってサポートクロスメンバが対抗することから、十分なサイドフレームの拡開防止とフレーム剛性の向上とが達成される。

一方、車両旋回に伴ってサイドフレームに捻り変形や曲げ変形が発生したとき、サポートクロスメンバは前後方向への曲げ荷重を受けて前後方向に撓んだり、或いは左右のマウントブラケット間で捩れたりし、これにより高応力の発生を抑制して破損を防止している。前後方向の曲げ荷重はサポートクロスメンバに対して所謂面外方向（最も変形し易い方向）に作用し、小さな断面２次モーメントをもってサポートクロスメンバが容易に撓み、また、板状のサポートクロスメンバは容易に捩れを生じることから、何れの場合も応力発生を抑制して破損が未然に防止される。

請求項２の発明は、請求項１において、左右のマウントブラケットが、マウントブラケットの底面から一体的に下方に垂下し、車体側方より見た側面視で底面に対して略Ｔ字状をなすクロスメンバ取付部を備え、サポートクロスメンバの左右両端が、クロスメンバ取付部に対して車体前側または車体後側より重ねられて連結されたものである。
従って、サイドフレームの変形時の入力は、マウントブラケットのクロスメンバ取付部を介してサポートクロスメンバに伝達されるため、クロスメンバ取付部も入力伝達時の応力発生による破損を防止する必要がある。マウントブラケットの底面から一体的に下方に垂下したクロスメンバ取付部は、前後方向への撓みや捩れを比較的生じ易い形状のため、このクロスメンバ取付部での応力発生が抑制されて、その破損が未然に防止される。また、マウントブラケットに対してクロスメンバ取付部を一体化することにより製造コストが低減される。

請求項３の発明は、請求項１または２において、サポートクロスメンバが、左右両端をマウントブラケットに連結された状態で中間部を下方に突出させた円弧状をなすものでる
従って、サポートクロスメンバとの干渉を回避した上でエンジンの搭載位置を低めることが可能となる。
請求項４の発明は、請求項１乃至３において、サポートクロスメンバが、断面略矩形状の四隅に面取り部が形成されたものである。

従って、断面略矩形状の四隅に形成された面取り部によりサポートクロスメンバの応力発生が更に抑制される。

以上説明したように請求項１の発明のパワープラントの支持構造によれば、車両旋回時等の左右のサイドフレームの捻り変形や曲げ変形に起因するサポートクロスメンバの破損を未然に防止した上で、フレーム剛性を十分に向上することができる。
請求項２の発明のパワープラントの支持構造によれば、請求項１に加えて、クロスメンバ取付部の応力発生を抑制して破損を防止できると共に、マウントブラケットとクロスメンバ取付部との一体化により製造コストを低減することができる。

請求項３の発明のパワープラントの支持構造によれば、請求項１及び２に加えて、エンジンの搭載位置を低めることにより車両の重心位置を低下させ、その走行安定性を向上することができる。
請求項４の発明のパワープラントの支持構造によれば、請求項１乃至３に加えて、サポートクロスメンバの応力発生を抑制して剛性を一層向上させることができる。

以下、本発明をエンジンの支持構造に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの支持構造が適用された車両のフレームを示す平面図、図２はエンジン後部を支持するマウントブラケット及びサポートクロスメンバを示す斜視図である。本実施形態ではトラックに搭載するエンジンの支持構造に具体化しているが、一対のサイドフレームを有する梯子型フレームを備えた車両であればこれに限ることはなく、例えばバス等に適用してもよい。

車両の一対のサイドフレーム１ａは車幅方向に所定間隔をおいて車体前後方向に延設され、これらのサイドフレーム１ａは複数のクロスメンバ１ｂにより相互に連結されて梯子型の車体フレーム１を構成している。図１に示すように車体フレーム１の前部には車両のパワープラントであるエンジン２及びトランスミッション３が搭載されると共に、図示はしないが、車体フレーム１には車輪を支持するサスペンション装置等の機能部品が搭載されており、車体フレーム１上にはキャビンや荷台等が架装されている。

以下、エンジン２の支持構造について述べると、エンジン２は前部２点、後部２点の計４点で支持されている。エンジン２の前部左右にはブラケット２ａが装着され、これらのブラケット２ａは防振ゴムを備えたエンジンマウント４を介して左右のサイドフレーム１ａにそれぞれ取り付けられ、これによりエンジン２の前部がエンジンマウント４により左右のサイドフレーム１ａ間で支持されている。

一方、エンジン２の後部の支持構造は、左右のサイドフレーム１ａにそれぞれ固定されたマウントブラケット６と、両マウントブラケット６を相互に連結するサポートクロスメンバ７とにより構成されている。図３は車体右側のマウントブラケット６周辺の構成を示す図２の部分拡大斜視図、図４は同じくマウントブラケット６を示す正面図である。以下、これらの図に基づいて車体右側のマウントブラケット６の構成を説明するが、左側のマウントブラケット６も左右対称の同一構成である。

マウントブラケット６はエンジン後部に対応する前後位置に配設されており、マウントブラケット６を構成する本体ブラケット８及び浮動ブロック９はそれぞれ鋳物として鋳造されている。本体ブラケット８のベース部１０はサイドフレーム１ａの内側面に沿った四角板状をなし、その四隅に貫設されたボルト孔１０ａを介してサイドフレーム１ａの内側面（車幅方向の内側であり、図３の右方、図４の手前側）に対してボルト１１（図３ではボルト軸線で示す）により固定されている。ベース部１０の内側には弾性支持室１２が一体形成され、この弾性支持室１２は上方及び内側に開放されると共に、その内部には上方斜め後方及び上方斜め前方に面する一対の傾斜面１２ａが形成されている。

弾性支持室１２内には浮動ブロック９が配設され、この浮動ブロック９は弾性支持室１２から上方及び内側に露出し、上方に露出した面を支持面９ｂとしている。浮動ブロック９は下方斜め後方及び下方斜め前方に面する一対の傾斜面９ａが形成され、これらの傾斜面９ａは弾性支持室１２の傾斜面１２ａに対して所定間隔をおいて離間し、相互に防振ゴム１３（弾性部材）により結合されている。防振ゴム１３は加硫成形時に各傾斜面９ａ，１２ａに対して接着され、これにより弾性支持室１２内の所定位置に浮動ブロック９が支持されている。この状態において浮動ブロック９は弾性支持室１２の全ての内壁から離間しており、防振ゴム１３の撓みにより位置変位し得る。

浮動ブロック９の支持面９ｂ上にはエンジン２の後部に設けられたブラケット２ｂが配設され、ブラケット２ｂは浮動ブロック９の支持面９ｂに形成された雌ねじ９ｃを利用して、一対のボルト１５（図３ではボルト軸線で示す）により支持面９ｂに固定されている。左側のマウントブラケット６も同様に構成され、これによりエンジン後部がマウントブラケット６を介して左右のサイドフレーム１ａ間で支持されている。

以上のようにマウントブラケット６が構成されており、エンジン２の運転時には、前側のエンジンマウント４及び後側のマウントブラケット６の防振ゴム１３によりエンジン２から発生する振動が吸収される。
一方、本体ブラケット８の弾性支持室１２の下部にはクロスメンバ取付部１７が一体成形されている。クロスメンバ取付部１７は、上記弾性支持室１２の底面１２ｂの前後方向中央から下方に向けて垂下されて、車体前後方向に所定の厚みを有する板状をなし、底面１２ｂに対して車体内側からの側面視で略Ｔ字状をなすように配置されている。クロスメンバ取付部１７の車体外側には、弾性支持室１２の底面１２ｂからクロスメンバ取付部１７の中間位置までに亘ってリブ１８が一体形成され、リブ１８は車体内外方向に所定の厚みを有する板状をなし、クロスメンバ取付部１７に対して平面視で断面略Ｔ字状をなすように配置されている。

このクロスメンバ取付部１７についても左側のマウントブラケット６は同様に構成されており、左右のマウントブラケット６のクロスメンバ取付部１７間には、上記一対のサポートクロスメンバ７が前後に配設されている。これらのサポートクロスメンバ７は10mm程度の鋼板をプレス成型により打ち抜いて製作され、左右のクロスメンバ取付部１７を相互に連結すると共に、左右のサイドフレーム１ａ間のエンジン２との干渉を回避すべく中間部（車体の左右方向中央）を下方に向けて円弧状に突出させた形状をなしている。鋼板を打ち抜くことにより、サポートクロスメンバ７の車体前後方向に沿った断面形状は、上下方向を長辺とし前後方向を短辺とする略矩形状をなし、図５の断面図に示すように、その断面の四隅には面取り加工により面取り部１９が形成されている。本実施形態では、車幅方向においてサポートクロスメンバの断面形状が全て同一に設定されている。

両サポートクロスメンバ７の左右両端は、マウントブラケット６のクロスメンバ取付部１７を前側及び後側から挟み込み、左右両端に貫設された一対のボルト孔７ａ、及び対応するクロスメンバ取付部１７のボルト孔（図示なし）を介してボルト２０及びナット２１（図３ではボルト軸線で示す）によりクロスメンバ取付部１７に対して両サポートクロスメンバ７の左右両端が固定されている。

次に、以上のマウントブラケット６及びサポートクロスメンバ７により構成されたエンジンの支持構造の作用について説明する。
まず、本実施形態のエンジン２の支持構造では、マウントブラケット６が左右のサイドフレーム１ａに直付けされているため、エンジン荷重はサポートクロスメンバ７にはほとんど作用せずに、マウントブラケット６を介してサイドフレーム１ａによりエンジン荷重が直接的に支持され、一方、このエンジン２の支持とは直接的には関係なく、左右のサイドフレーム１ａがマウントブラケット６を介してサポートクロスメンバ７により相互に連結されている。

ところで、［発明が解決しようとする課題］でも述べたように、エンジン重量等によるサイドフレーム１ａの下方への拡開変形の防止、及びフレーム１の剛性向上の観点からは、サポートクロスメンバ７の剛性向上が要求されるが、車両旋回時のサイドフレーム１ａの変形に伴うサポートクロスメンバ７の破損防止の観点から、入力を逃がすためにサポートクロスメンバ７の剛性向上が規制されるという制約がある。

ここで、各サポートクロスメンバ７の断面形状が上下方向を長辺とする略矩形状をなしていることから、図２に矢印Ａで示す上下方向の曲げ荷重に対する個々のサポートクロスメンバ７の断面２次モーメントは大となり、図２に矢印Ｂで示す前後方向の曲げ荷重に対する断面２次モーメントは小となる。なお、前後方向の曲げ荷重に対しては所定間隔だけ離間した２枚のサポートクロスメンバ７が対抗するため、その間隔によって実質的な断面２次モーメントが相違するが、上記のように双方のサポートクロスメンバ７が極めて接近しているため（クロスメンバ取付部１７の厚み分）、上下方向の曲げ荷重に対する断面２次モーメントよりは遥かに小さな値となる。

そして、サポートクロスメンバ７は、主に左右のサイドフレーム１ａから入力される車幅方向への圧縮・引張荷重と共に矢印Ａで示す上下方向への曲げ荷重に抗しながら、サイドフレーム１ａの拡開防止やフレーム剛性向上に貢献している。上下方向の曲げ荷重はサポートクロスメンバ７に対して所謂面内方向（最も変形し難い方向）に作用し、この上下方向の曲げ荷重に対してサポートクロスメンバ７が大きな断面２次モーメントをもって対抗することから、十分なサイドフレーム１ａの拡開防止とフレーム剛性の向上とを達成することができる。

一方、車両旋回に伴ってサイドフレーム１ａに捻り変形や曲げ変形が発生したとき、サポートクロスメンバ７は矢印Ｂで示す前後方向への曲げ荷重を受けて前後方向に撓んだり、或いは左右のマウントブラケット６間で捩れたりし、これにより高い応力の発生を抑制して破損を防止している。前後方向の曲げ荷重はサポートクロスメンバ７に対して所謂面外方向（最も変形し易い方向）に作用し、この前後方向の曲げ荷重に対するサポートクロスメンバ７の断面２次モーメントは十分に小さいため容易に撓み、また、板状のサポートクロスメンバ７は容易に捩れを生じることから、何れの場合も応力発生を抑制して破損を未然に防止することができる。加えて、サポートクロスメンバ７の断面の四隅に面取り部１９を形成していることも、応力発生の抑制に貢献している。

また、サイドフレーム１ａの変形時の入力は、マウントブラケット６のクロスメンバ取付部１７を介してサポートクロスメンバ７に伝達されるため、クロスメンバ取付部１７も入力伝達時の応力発生による破損を防止する必要がある。ここで、上記したようにクロスメンバ取付部１７は、弾性支持室１２の底面１２ｂから下方に垂下した板状をなし、前後方向への撓みや捩れを比較的生じ易い形状となっている。よって、サイドフレーム１ａの変形時には、サポートクロスメンバ７のみならずクロスメンバ取付部１７の応力発生も抑制され、その破損を未然に防止することができる。また、マウントブラケット６に対してクロスメンバ取付部１７を別体とせずに、鋳物により一体成形したため、製造コストを低減できるという利点も得られる。

更に、サポートクロスメンバ７を下方に向けて円弧状に突出する形状としたため、このサポートクロスメンバ７との干渉を回避した上でエンジン２の搭載位置を低めることができる。よって、車両の重心位置を低下させて走行安定性を向上することができる。
一方、エンジン２との干渉を回避するには上記のような円弧状のサポートクロスメンバ７が好適であり、円弧状のサポートクロスメンバ７は十分な剛性を有するため、フレーム３の剛性向上に関しても有利である。例えば本実施形態と同等の剛性を有するサポートクロスメンバ７をチャンネルやＨ型鋼で製作する場合、円弧状に湾曲成形するには多大な手間を要するが、本実施形態のサポートクロスメンバ７はプレス成型による打ち抜きで成形されるため、形状に関する製造上の制約がなく、円弧状のサポートクロスメンバ７であっても極めて容易に製作できるという製造上の利点もある。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではエンジン２の後部を支持する支持構造として具体化したが、エンジン２の前部も同様の支持構造で支持してもよい。また、左右のサイドフレーム１ａ間に搭載されるパワープラントの支持構造であればこれに限ることはなく、例えばトランスミッションの支持構造に適用してもよい。

また、上記実施形態では、左右のマウントブラケット６を一対のサポートクロスメンバ７により連結したが、サポートクロスメンバ７の枚数や断面形状（縦横の比率）は、サイドフレーム１ａ等の構成に応じて要求されるサポートクロスメンバ７の剛性に応じて任意に変更可能であり、例えばその枚数を１枚又は３枚に変更したり、或いは断面形状を変更したりしてもよい。また、サポートクロスメンバ７の断面形状は、車幅方向で全て同一に設定する必要はなく、例えばサポートクロスメンバ７の左右両端に比較して中間部ほど上下寸法を縮小するようにしてもよい。

実施形態のエンジンの支持構造が適用された車両のフレームを示す平面図である。 エンジン後部を支持するマウントブラケット及びサポートクロスメンバを示す斜視図である。 車体右側のマウントブラケット周辺の構成を示す図２の部分拡大斜視図である。 同じくマウントブラケットを示す正面図である。 サポートクロスメンバの断面形状を示す図２のV−V線断面図である。

符号の説明

１ａ サイドフレーム
２ エンジン（パワープラント）
６ マウントブラケット
７ サポートクロスメンバ
１７ クロスメンバ取付部
１９ 面取り部

Claims (4)

1. 車幅方向に間隔をおいて前後方向に延設された左右一対のサイドフレーム間にパワープラントを支持するパワープラントの支持構造において、
   上記左右のサイドフレームにそれぞれに取り付けられ、弾性部材を介して上記パワープラントを支持するマウントブラケットと、
   上記左右のマウントブラケットに左右両端がそれぞれ連結され、車体前後方向に沿った断面形状が上下方向を長辺とする略矩形状をなす平板からなるサポートクロスメンバと
   を備えたことを特徴とするパワープラントの支持構造。
2. 上記左右のマウントブラケットは、該マウントブラケットの底面から一体的に下方に垂下し、車体側方より見た側面視で上記底面に対して略Ｔ字状をなすクロスメンバ取付部を備え、
   上記サポートクロスメンバの左右両端は、上記クロスメンバ取付部に対して車体前側または車体後側より重ねられて連結されたことを特徴とする請求項１記載のパワープラントの支持構造。
3. 上記サポートクロスメンバは、左右両端を上記マウントブラケットに連結された状態で中間部を下方に突出させた円弧状をなすことを特徴とする請求項１または２記載のパワープラントの支持構造。
4. 上記サポートクロスメンバは、断面略矩形状の四隅に面取り部が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のパワープラントの支持構造。

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