JPH026649B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はエンジン振動の伝達を効果的に遮断
するエンジンの懸架構造に関するものである。 自動車や自動二輪車などの車輛を始めエンジン
を動力源とする装置では、エンジン振動が車体等
の支持体に伝わらないようにエンジンを搭載しな
ければならない。 一方エンジンでは、往復部分の質量による慣性
力を完全に打消すことが困難な場合がある。例え
ばレシプロ式エンジンにおいては、単気筒の場合
や、直列２気筒でかつ各気筒は360゜の位相差を持
つている場合には、前記慣性力の一次成分（一次
慣性力）を釣合錘によつて打消すことは不可能で
ある。また例えば直列４気筒の場合には、一次慣
性力を打消すことができるが、比較的大きい２次
の慣性力が残り、この２次の慣性力を打消すため
にはクランク軸の２倍の速度で回転する軸に釣合
錘を設ける必要がある。このため、構造が非常に
複雑になるという不都合がある。 この発明はこのような事情に鑑みなされたもの
であり、慣性力を十分に打消すことが不可能なエ
ンジンであつても、このエンジン振動の支持体へ
の伝達を有効に遮断することができるエンジンの
懸架構造を提供することを目的とするものであ
る。 本発明によればこの目的は、 往復部分の上下方向の慣性力が主要な周期的強
制外力となるエンジンを、弾性体によつて弾性支
持する懸架構造において、 前記弾性体は、その弾性主軸がエンジン重心と
前記強制外力とを含む平面上でエンジン重心に対
して前記強制外力の反対側に位置しかつこの強制
外力の作用線とほぼ平行となるように設定される
と共に、エンジン振動をエンジン重心の上下動と
前記平面に垂直でエンジン重心を通る軸回りの回
転とのほぼ２自由度振動とし、前記弾性体の復元
係数は一方の固有振動モードの節が前記強制外力
の作用線上に位置すると共に他の固有振動モード
の振動数がエンジンの常用回転速度範囲外になる
ように決められていることを特徴とするエンジン
の懸架構造、 により達成される。以下図面に基づいてこの発明
を詳細に説明する。 先づ第１図に基づいてこの発明の原理を説明す
る。第１図は１気筒の自動二輪車用エンジンを弾
性体によつて支持した状態における座標系を示す
側面図である。ｘ，ｙ，ｚはエンジンの重心Ｇを
原点とする静止直交座標系であり、ｘ軸はエンジ
ンの前方を正、ｙ軸は横方向（第１図で紙面に垂
直な方向）を正、またｚ軸は上方を正とする。自
動二輪車用エンジンには変速機構が一体的に組込
まれて、気化器や排気管の一部も一体となつて振
動するため、この変速器等を含めたものを以下エ
ンジンとして考える。このように変速器等を含め
たエンジンでは、通常重心Ｇは気筒よりも後方に
位置する。この気筒は往復運動部分がｚ軸と平行
となるように配設され、この往復運動部分の慣性
力による周期的強制外力ｆは、ｘ軸と点（ｌ，
０，０）で直交するものとする。また各軸ｘ，
ｙ，ｚに対し右ネジ方向を正とする回転角をΦ，
θ，φとし、さらにエンジン質量をｍ、その慣性
能率をＩ、エンジンを弾性支持する弾性体の復元
係数をＫとする。 エンジンの振動は一般に公知の６自由度運動方
程式で表現することができるが、所定の条件を満
たす場合にはｚ軸方向の並進振動とｙ軸回りの回
転振動との２自由度として論じることができる。
すなわち、 (1) 強制外力ｆの作用線がｘ軸と直交する点を
（ｌ，０，０）とし、 (2) 弾性体が形成する弾性主軸x^*，y^*，z^*を座
標軸ｘ，ｙ，ｚと平行にすると共に弾性中心を
（ｅ，０，０）に位置させるようにエンジンを
弾性支持し、 (3) 減衰はない、 と仮定すれば、６自由度運動方程式は相反定理に
より簡単化される。この簡単化された方程式から
ｚ方向とθ方向の振動が連成し、しかもこの振動
だけが強制外力ｆの影響を受けることが解る。す
なわち次式を求めることができる。 ｍ ０ ０ mk²Z¨ θ＋K_ZZ K_Zθ K_Zθ KθθＺ θ ＝ｆ −fl …(1) なおこの(1)式においては慣性能率Ｉはｋを回転
半径としてm_k2で示し、また強制外力ｆのθ成分
を−flで示している。 この(1)式を解くために、その複素数表示による
解を Ｚ θ＝Ｚ Θ・EXP（iωt）；（ｉ＝√−１） また強制外力ｆを同様に ｆ＝Ｆ・EXP（iωt） として(1)式に代入すれば次式が得られる。 −ω²ｍ ０ ０ mk²＋K_ZZ K_Zθ K_Zθ KθθＺ Θ ＝Ｆ ―Fl …(2) (2)式の右辺を

〔０〕とおいて −ω²ｍ ０ ０ mk²＋K_ZZ K_Zθ K_Z KθθＺ Θ ＝０ ０ …(3) この(3)式の固有値（固有振動角速度）をω₁，
ω₂、また固有ベクトル（固有振動モード）を U¹ _Z U¹〓，U² _Z U²〓 とする。ここにU² _Z，U²〓は２番目の振動モード
を示している。 ω₁≠ω₂の時には固有ベクトルの性質から次の
直交条件が成立する。 〔U¹ _Z U¹〓〕ｍ ０ ０ mk²U² _Z U²〓＝０ …(4) 〔U¹ _Z U¹〓〕K_ZZ K_Zθ K_Zθ KθθU² _Z U² _Z＝０ …(5) 一方復元係数Ｋの各成分K_ZZ，K_Z〓，K〓〓は、弾
性主軸x^*，y^*，z^*へ座標変換した時、回転角度
θが微少であれば次式が成立する。 K_ZZ＝K^* _Z K_Z〓＝−eK^* _Z K〓〓＝K^*〓＋e²K^* _Z …(6) ここに＊印は弾性主軸への変換後の復元係数を
示す。K_ZZ≠０であるから(6)式により K_Z〓／K_ZZ＝−ｅ …(7) またK^* _Z≠０であるから K〓^*／K_Z ^*≡P² とおけば K〓〓／K_ZZ＝P²＋e² …(8) ｍ≠０であるから(4)式をｍで割れば 〔U¹ _Z U¹〓〕１ ０ ０ k²U² _Z U²〓＝０ (9) また(5)式の両辺をK_ZZで割つて(7)，(8)式を用い
れば(5)式は次のようになる。 〔U¹ _Z U¹〓〕１ −ｅ −ｅ P²＋e²U² _Z U²〓＝０ …(10) 次に(9)，(10)式の解である固有ベクトルU² _Z，
U²〓が、ω₁≠ω₂の時に となる条件を求める。すなわち２番目の固有振動
モードの節が、強制外力ｆの作用線がｘ軸と交わ
る点（ｌ，０，０）に一致し、この固有振動モー
ドが強制外力ｆと直交する条件を求める。なおこ
の条件を満たす時には、ω₁だけで共振をおこし、
しかもこの時の振動モードの節は固定されること
が、後記するように明らかになる。 (11)式が成立するものとすれば、(9)式は (11)，(12)式を(10)式に代入すれば 〔k²−ｌ〕１ −ｅ −ｅ P²＋e²ｌ Ｉ＝０ ∴P²＝（k²＋le）（ｌ−ｅ）／ｌ …(13) が成立しなければならない。なおここにｌ≠０と
する。 一方(9)式−(10)式により 〔U¹ _Z U₁〓０ ｅ−ｅ k²−P²−e²U² _Z U²〓＝０ …(14) が成立するから、逆に(13)式が成立する時には、
（１３）式を(14)式に代入して 〔U¹ _Z U¹〓〕Ｏ ｅｅ e/lU² _Z U²〓＝０ …(15) が成立しなければならない。またｚ成分とθ成分
が連成することから K_Z〓≠０ ∴ｅ≠０（∵(7)式） であるから、(15)式は次のようになる。 〔U¹ _Z U¹〓〕０ １ １ k²-1²/lU² _Z U²〓＝０ ∴U¹ _ZU²〓＋U¹〓U² _Z＋k²−l₂／ｌU¹〓U²〓＝０ これから１次独立な固有ベクトルは となることが解り、結局(13)式が成立する時には
(11)式が常に成立する。すなわち(11)式が常に成立す
るための必要十分条件は(13)式であることが明ら
かになつた。 一方２自由度系の運動方程式において、その固
有値ωr（ｒ＝１，２）は固有ベクトルの直交条件
から一般に ωr²＝k_r／m_r …(16) で求めることができる。ここにm_rは等価質量、
k_rは等価剛性であつて、それぞれ次式で表わされ
る。 mr＝〔U^r _ZU^r〓〕ｍ ０ ０ mk²U^r _Z U^r〓 …(17) kr＝〔U^r _ZU^r〓〕K_Zθ Kθθ K_ZZ K_ZθU^r _Z U^r〓 …(18) 従つて(17)式に(12)式、(11)式を代入することによ
り m₁＝k²（k²＋l²）／k⁴＋l²ｍ …(19) m₂＝k²＋l²／１＋l²ｍ …(20) 同様に(18)式に(12)，(11)式を代入しさらに(13)式
を用いれば k₁＝（k²＋l²）（k²＋le）／k⁴＋l²K_ZZ …(21) k₂＝（ｌ−ｅ）（k²＋l²）／ｌ（１＋l²）K_ZZ…(22
) (16)式に(19)〜(22)式を適用することにより ω₁ ²＝k²＋le／k²・K_ZZ／ｍ …(23) ω₂ ²＝ｌ−ｅ／ｌ・K_ZZ／ｍ …(24) 今ω₁＜ω₂とすれば(23)，(24)式より k²＋le／k²＜ｌ−ｅ／ｌ ∴ｅ／ｌ＜０ …(25) すなわちｌとｅは異符号となり、強制外力ｆの
作用する点（ｌ，０，０）と弾性中心（ｅ，０，
０）は、(11)式の条件を満たすためには重心Ｇ（静
止座標系の原点）に対して互いに反対側に存在し
なければならない。 一方前記(2)式の一般解は、 により求められることが、固有ベクトルの直交条
件から導かれる。この式に(21)〜(24)式を代入し
て整理すれば Ｚ θ＝Ｆ（k²＋l²）／m₁（k⁴＋l²）（ω₁ ²−ω²）・k² ―ｌ …(26) この(26)式はω＝ω₁の時のみ共振することを示
し、さらに全てのωに対して(26)式が成立しなけ
ればならないから、 Ｚ：Θ＝k²：−ｌ …(27) が成立していなければならない。(27)式はまた、
θが微少角度である時には振動モードの節が（−
k²／ｌ，０，０）に固定されていることを意味して いる。なおこの点（−k²／ｌ，０，０）はエンジン を自由支持した時の瞬間回転中心ともなつてい
る。 第２図では１番目の固有振動モードの形を、ま
た第３図は２番目の固有振動モードの形を示して
いる。 以上より、２番目の固有振動モードの節を強制
外力ｆがｘ軸と直交する点（ｌ，０，０）に位置
させるようにすると、エンジンはω₁だけで共振
をおこすようになり、この時の回転振動の中心は
エンジンを自由支持した時の瞬間回転中心（−
k²／ｌ，０，０）に固定される。従つて１番目の固 有振動角速度ω₁がエンジンの常用回転速度範囲
外になるようにすれば、エンジン振動の支持体へ
の伝達を効果的に遮断できる。 なお以上はｌ≠０の場合について考えたが、ｌ
＝０すなわち強制外力ｆが重心Ｇに加わる場合に
は(11)式となる必要十分条件を求めるとｅ＝０とな
り、弾性中心を重心に一致させる必要がある。こ
の場合にはエンジンは非連成支持となり強制外力
ｆに対し上下方向の唯一の共振点（ω² _ZZ＝K_ZZ／
ｍ）を持つことが解る。 従つてｌ≠０の場合においては(25)，(23)式よ
り ω² ₁＜K_ZZ／ｍ＝ω² _ZZ となり、ω₁は非連成支持時の固有振動角速度ω_ZZ
より小さくなる。このため防振構造上極めて有利
になる。 第４図はこの発明を自動二輪車に適用した一実
施例を示す側面図、第５図はその−線断面図
である。これらの図において符号１０はエンジン
支持体としてのバツクボーン型フレームであり、
プレス成形した左右一対の鋼板を溶着することに
より略Ｔ字形に形成されている。１２はこのフレ
ーム１０の略中央から下方へ延びる垂下部であ
り、この垂下部１２にはリヤアーム１４の前端部
が上下に揺動可能に軸支されている。１６はこの
リヤアーム１４の後端部に軸支された後輪、１８
はクツシヨンユニツト、２０は前輪、２２は燃料
タンク、２４はシート、また２６は後輪駆動チエ
ーンである。 ３０はエンジンであり、このエンジン３０は例
えば単気筒などのように往復部分の慣性力が主要
な周期的強制外力ｆとなつている。このエンジン
３０は上下各２枚の板ばね３２．３２，３４．３
４によつて、弾性的に取付けられている。すなわ
ち、エンジン３０の後端部と前記フレーム１０の
垂下部１２との間が、４枚の板ばねにより連結さ
れ、この板ばね３２．３２，３４．３４は前記(11)
式を満足すると共に、１番目の固有振動角速度
ω₁がエンジンの常用回転速度範囲外となるよう
にその復元係数Ｋが決められている。なおこの発
明によればエンジン３０はｘ−ｚ平面内でのみ振
動し、しかもその時の第１および第２の振動モー
ドの節は（−k²／ｌ，０，０）および（ｌ，０，０） となるから、エンジン３０を弾性支持する弾性体
はこれらの振動だけを許容すればよい。従つてこ
の第４，５図の実施例のように弾性体として板ば
ね３２，３４を用いれば、板ばねの性質により復
元係数Ｋの上下方向成分K_ZZを小さくまた他方向
成分を非常に大きくすることが容易である。その
結果チエーン２６の駆動反力等がエンジン３０に
作用しても、エンジン３０の振動は有効に防ぐこ
とができる。すなわちエンジン３０の“踊り”が
小さい。 第６図はこの発明の他の実施例を示す側面図、
第７図はその−線断面図、第８図は第７図に
おける−線断面図である。この実施例では弾
性体として４個のトーシヨンゴム４０，４０，４
０，４０を備えるものである。すなわちエンジン
３０の後端部は略水平の上リンク４２と下リンク
４４によつてフレーム１０の垂下部１２に取付け
られる一方、この各リンク４２，４４のエンジン
３０側軸支部にトーシヨンゴム４０が介在する。
上リンク４２は第７，８図に示すように左右一対
のリンク板４６，４８と、この両リンク板４６，
４８の後端を垂下部１２に回動自在に軸支する軸
５０と、両リンク板４６，４８の前端をトーシヨ
ンゴム４０の内筒５２，５２に固定する軸５４
と、両リンク板４６，４８を互いに一体的に連結
する連結棒５６とを有する。なお内筒５２，５２
は断面四角の孔が形成される一方、軸５４の両端
も断面四角に形成され、この軸５４の両端をこの
内筒５２，５２を貫通させた後、この軸５４の両
端にリンク板４６，４８を嵌合し固定している。
下リンク４４も上リンク４２と同様に構成されて
いる。また各リンク４２，４４の長さおよび各ト
ーシヨンゴム４０の復元係数Ｋは前記(11)式を満足
しかつω₁がエンジンの常用回転速度範囲外にな
るように決められていることは勿論である。 この実施例によればリンク４２，４４を用いた
ので、エンジン３０の上下方向以外の方向への移
動量を非常に少なくすることができ、チエーン２
６（第４図参照）の反力によるエンジン３０の
“踊り”を非常に小さくできる。 第９図はこの発明のさらに他の実施例を示す側
面図であり、この実施例は３個のリンク６０，６
２，６４と各リンク６０，６２，６４のエンジン
３０側軸支部に介在させたトーシヨンゴム６６，
６８，７０とによつて、エンジン３０を懸架する
ようにしたものである。すなわちこの実施例では
クレードル型フレーム７２を備え、そのシートピ
ラー７４の略垂直な部分とエンジン３０後端部と
の間が、前記第６，７，８図の上・下リンク４
２，４４と全く同様に構成されたリンク６０，６
２で、またダウンチユーブ７６とエンジン３０前
端部との間がリンク６４で連結されている。 従つてエンジン３０は上下方向に振動し易くす
る一方、他の方向へは第６，７，８図の実施例よ
りも振動しにくくすることができ、チエーン２６
の駆動反力によるエンジン３０の“踊り”は一層
少なくなる。 以上の各実施例はいずれも自動二輪車にこの発
明を適用したものであるが、前記した一定の条件
を充足するエンジンであれば適用可能なことは勿
論である。 この発明は以上のように、上下方向の慣性力が
主要な周期的強制外力となるエンジンにおいて、
弾性主軸がエンジン重心に対して強制外力の反対
側でかつこの強制外力の作用線と平行となるよう
にエンジンを弾性支持して、エンジン振動をエン
ジン重心の上下振動と、この重心を通りエンジン
重心と強制外力とを含む平面に垂直な軸回りの回
転運動との２自由度振動とし、さらに弾性体の復
元係数は一方の固有振動モードの節を強制外力の
作用線上に位置させると共に他の固有振動モード
の振動数をエンジンの常用回転速度範囲外にする
ように決めたので、エンジンは瞬間回転中心を節
とする１番目の固有振動モードでのみ振動するよ
うになり、しかも共振角速度は１番目の固有振動
角速度ω₁だけとなる。このω₁は常用回転速度範
囲外になるようにしたから、結局エンジンの常用
回転速度範囲内には共振点は無くなるから、支持
体への振動伝達を有効に遮断することができる。 またエンジンは１つの振動だけを許容するよう
に懸架すればよいので、略上下方向以外の方向の
復元係数を非常に大きくすることができ、その結
果エンジンの駆動反力等によるエンジンの“踊
り”は非常に小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を説明するためのエン
ジンの側面図、第２図と第３図はその１番目と２
番目の振動モードを示す図、第４図はこの発明の
一実施例の側面図、第５図はその−線断面
図、第６図は他の実施例の側面図、第７図はその
−線断面図、第８図は第７図における−
線断面図、また第９図はさらに他の実施例の側面
図である。 ３０……エンジン、３２，３４……弾性体とし
ての板ばね、４０，６６，６８，７０……弾性体
としてのトーシヨンゴム、ｆ……強制外力、Ｇ…
…重心、Z^*……弾性主軸、Ｋ……復元係数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 往復部分の上下方向の慣性力が主要な周期的
   強制外力となるエンジンを、弾性体によつて弾性
   支持する懸架構造において、 前記弾性体は、その弾性主軸がエンジン重心と
   前記強制外力とを含む平面上でエンジン重心に対
   して前記強制外力の反対側に位置しかつこの強制
   外力の作用線とほぼ平行となるように設定される
   と共に、エンジン振動をエンジン重心の上下動と
   前記平面に垂直でエンジン重心を通る軸回りの回
   転とのほぼ２自由度振動とし、前記弾性体の復元
   係数は一方の固有振動モードの節が前記強制外力
   の作用線上に位置すると共に他の固有振動モード
   の振動数がエンジンの常用回転速度範囲外になる
   ように決められていることを特徴とするエンジン
   の懸架構造。