🔬 エンジン重量とマウント配置

エンジン重量:

・4気筒(2.0L):約150kg

・V6(3.0L):約200kg

・V8(4.0L):約250kg

マウント個数:

・FF(横置き):4個(フロント2、リア1、トルクロッド1)

・FR(縦置き):3個(フロント2、リア1)

1個あたりの荷重:

・4気筒FF:150kg ÷ 4個 = 約40kg/個

・V8 FR:250kg ÷ 3個 = 約85kg/個

→ マウント1個で50-100kgを支える

🔬 振動の物理特性

周波数:

・アイドル(700rpm):約23Hz

・1,500rpm:約50Hz

・3,000rpm:約100Hz

・6,000rpm:約200Hz

振幅:

・アイドル時:0.5-2mm

・高回転時:0.1-0.5mm(周波数高いけど振幅小さい)

もし直接固定したら:

→ 全振動がボディに伝わる

→ 車内が「ガガガガガ」

→ ステアリング、シート、全部振動

→ 乗れたもんじゃない

🔬 FF(横置き)の物理

エンジン配置:

・横置き(クランクシャフトが左右方向)

・エンジン本体は左右に長い(シリンダーが横一列)

・エンジン+トランスミッションが一体

トルク反力の方向:前後方向

・クランクシャフトが左右軸で回転

・その反作用でエンジンが前後に傾こうとする

・加速時:エンジンが前に傾く(前側が上がる)

・減速時:エンジンが後ろに傾く(後ろ側が上がる)

・だからトルクロッドが必須!(前後の揺れを完全に止める)

さらに、重量物の前後配置による揺れ:

・エンジン+トランスミッションが一体で重い

・前後方向にスペースを取る

・急加速・急減速で慣性による前後の揺れも発生

・トルクロッドがこれも受け止める

マウント配置(4点支持):

①フロント右マウント:エンジン前側右

②フロント左マウント:エンジン前側左

③リアマウント:トランスミッション後側中央

④トルクロッド:エンジン上部、ボディに斜めに固定

剛性配分:

・フロントマウント:柔らかめ(振動遮断重視)

・リアマウント:硬め(トルク反力受け止め)

・トルクロッド:超硬い(前後の揺れ完全防止)

🔬 FR(縦置き)の物理

エンジン配置:

・縦置き(クランクシャフトが前後方向)

・エンジン本体は前後に長い(シリンダーが縦一列)

・エンジンとトランスミッションが前後配置

・重量配分が良い(50:50に近い)

トルク反力の方向:左右方向

・加速時:エンジンが右に傾く(反時計回り)

・減速時:エンジンが左に傾く(時計回り)

マウント配置(3点支持):

①フロント右マウント:エンジン前側右

②フロント左マウント:エンジン前側左

③リアマウント:トランスミッション後側中央

剛性配分:

・左側マウント:硬め(加速時のトルク反力受け止め)

・右側マウント:柔らかめ(振動遮断)

・リアマウント:中間(バランス)

→ 左右の剛性差で、トルク反力をコントロール

🔬 ゴムマウント仕様

構造:単純なゴムブッシュ

・天然ゴム or 合成ゴム(EPDM)

・内側:金属ボルト(エンジン側)

・外側:金属ブラケット(ボディ側)

・中間:ゴム(振動吸収)

物理原理:

・ゴムの弾性変形で振動吸収

・振動エネルギーを熱に変換

性能:

・振動遮断率:約60%

・周波数特性:全域で一定(広帯域だけど低性能)

重量:約0.5kg/個

コスト:約3,000円/個

寿命:10万km or 10年

採用車種例:

・トヨタ カローラ

・ホンダ シビック

・マツダ3(ベースグレード)

🔬 ハイドロマウント仕様

構造:ゴム+オイル室+バルブ

・外側:ゴム本体(エンジン側)

・内部:2つのオイル室(上下)

・オリフィス:穴(Φ3mm、オイルが通る)

・ダイヤフラム:ゴム膜(下部、変形可能)

物理原理:

・低周波:オイルがオリフィスを通る → 粘性抵抗 → 振動吸収

・高周波:ダイヤフラムが変形 → ゴムの弾性で吸収

性能:

・振動遮断率:約85%

・周波数特性:可変(低周波で最高性能)

重量:約1.2kg/個

コスト:約15,000円/個

寿命:15万km or 15年

採用車種例:

・BMW 3シリーズ以上

・メルセデス Cクラス以上

・アウディ A4以上

🔬 アクティブマウント仕様

構造:ハイドロ+電磁アクチュエーター

・基本:ハイドロマウント

・追加:電磁コイル+磁石

・センサー:加速度センサー(エンジン振動検知)

・制御:ECU(逆位相振動生成)

物理原理:アクティブノイズキャンセリング

①加速度センサーでエンジン振動検知

②ECUが振動波形を解析(1ms)

③逆位相の振動波形を生成

④電磁アクチュエーターで逆位相振動を発生

⑤元の振動と打ち消し合う → 振動ゼロ

性能:

・振動遮断率:約95%

・周波数特性:1-1000Hzまで対応

・応答速度:0.01秒(10ms)以内

重量:約2.0kg/個

コスト:約50,000円/個

寿命:20万km or 20年

採用車種例:

・メルセデス Sクラス(W223)

・レクサス LS(500h)

・アウディ A8(D5)

🔬 周波数計算

計算式:

周波数(Hz) = 回転数(rpm) × 気筒数 ÷ 120

4気筒エンジンの場合:

・アイドル(700rpm):700 × 4 ÷ 120 = 23Hz

・1,500rpm:1,500 × 4 ÷ 120 = 50Hz

・3,000rpm:3,000 × 4 ÷ 120 = 100Hz

・6,000rpm:6,000 × 4 ÷ 120 = 200Hz

🔬 ハイドロマウント内部構造

上から順に:

①上部ハウジング(金属、エンジン側ボルト)

↓

②ゴム本体(厚さ20mm、EPDM)

↓

③上部オイル室(容量50ml、シリコンオイル)

↓

④オリフィス(穴、Φ3mm、長さ10mm)

↓

⑤下部オイル室(容量50ml、シリコンオイル)

↓

⑥ダイヤフラム(ゴム膜、厚さ2mm、変形可能)

↓

⑦下部ハウジング(金属、ボディ側ブラケット)

🔬 低周波振動の吸収プロセス

①エンジンが振動(23Hz、ゆっくり)

↓

②ゴム本体が変形(上下に0.5mm)

↓

③上部オイル室の圧力が変化(+50kPa)

↓

④オリフィスからオイルが下部オイル室に流れる

↓

⑤オイルの粘性抵抗が大きい(ゆっくり動くから)

↓

⑥振動エネルギーが熱に変換される

↓

⑦振動がボディに伝わらない(85%遮断)

粘性抵抗の式(簡略化):

抵抗力 F ≈ η × A × v / d

・η:オイル粘度(50cSt)

・A:オリフィス断面積(7mm²)

・v:オイル流速(低周波でゆっくり)

・d:オリフィス長さ(10mm)

※実際はハーゲン・ポアズイユ流で計算するが、概念理解のため簡略化

→ 低周波では粘性抵抗が大きい = よく効く

🔬 高周波振動の吸収プロセス

①エンジンが振動(100Hz、速い)

↓

②ゴム本体が変形(上下に0.2mm)

↓

③上部オイル室の圧力が変化(+30kPa)

↓

④オリフィスを通る時間がない(振動速すぎ)

↓

⑤代わりにダイヤフラムが変形(ゴム膜が伸び縮み)

↓

⑥ゴムの弾性で振動吸収

↓

⑦若干振動が伝わる(75%遮断)

→ 高周波では粘性抵抗が効かない = やや弱い

🔬 メーカー別の設計思想

BMW:

・オイル粘度:中粘度(50cSt)

・狙い:スポーツ性と快適性のバランス

・特徴:高回転まで回すから、高周波もケア

メルセデス:

・オイル粘度:高粘度(80cSt)

・狙い:静粛性最優先

・特徴:アイドル時の静粛性を徹底追求

アウディ:

・オイル粘度:中粘度(60cSt)

・狙い:quattroの駆動力を受け止めつつ、快適性

・特徴:4WDの駆動力に耐えるため、やや硬め

🔬 社外強化マウント仕様

材質:ウレタンゴム(硬い)

・ショアA硬度:80-90(純正は50-60)

・剛性:純正の2-3倍

性能:

・振動遮断率:30-50%(純正60%の半分程度)

・エンジン応答性:◎(アクセル踏んだ瞬間の反応UP)

重量:約0.6kg/個

コスト:約2万円/セット(4個)

🔬 テスト仕様

比較対象:

・一般的なゴムマウント搭載車(大衆車クラス)

・ハイドロマウント搭載車(高級車クラス)

・同排気量・同気筒数で比較

測定点:ステアリングホイール中央

測定項目:振動加速度(m/s²)

測定器:3軸加速度センサー

🔬 逆位相制御のプロセス

ステップ①:振動検知

・加速度センサーでエンジン振動検知

・サンプリング周波数:10,000Hz

・検知遅延:0.0001秒

ステップ②:波形解析

・ECUが振動波形を高速フーリエ変換(FFT)

・周波数成分を分解

・処理時間:0.001秒(1ms)

ステップ③:逆位相波形生成

・元の波形と180度位相がずれた波形を生成

・振幅は同じ、位相だけ逆

ステップ④:逆位相振動発生

・電磁アクチュエーターに電流を流す

・磁石が動く → 逆位相振動発生

・応答速度:0.005秒(5ms)

ステップ⑤:打ち消し

・元の振動 + 逆位相振動 = ほぼゼロ

・振動遮断率:95%

→ 合計応答時間:0.01秒(10ms)以内(リアルタイム)

🔬 アクティブマウント採用車種

メルセデス Sクラス(W223):

・マウント3個すべてアクティブ

・コスト:約15万円(3個)

レクサス LS(500h):

・フロント2個がアクティブ

・コスト:約10万円(2個)

アウディ A8(D5):

・フロント2個がアクティブ

・コスト:約10万円(2個)

🔬 ゴムマウント劣化プロセス

寿命:10万km or 10年

劣化原因:

①ゴムの経年劣化(オゾン、紫外線)

・ゴムが硬化 → 振動吸収性能低下

・表面にヒビ

②熱劣化(エンジン熱)

・エンジン温度:80-100℃

・ゴムが熱で劣化

③オイル付着(漏れたオイル)

・エンジンオイルがゴムに付着

・ゴムが膨張、軟化

症状:

・アイドル時の振動増加

・エンジン始動時の「ガクン」

・加速時の「ゴトゴト」音

🔬 ハイドロマウント劣化プロセス

寿命:15万km or 15年

劣化原因:

①オイル漏れ(ゴム膜劣化)

・ダイヤフラムが劣化

・オイルが漏れる

・突然、性能ゼロに

②オリフィス詰まり(ゴムカス)

・ゴム劣化でカスが発生

・オリフィス(Φ3mm)が詰まる

・オイルが流れない

③ダイヤフラム破れ

・ゴム膜が破れる

・高周波吸収できない

症状:

・突然振動増加(オイル漏れ)

・「ドスン」という衝撃(オリフィス詰まり)

・高速巡航時の振動(ダイヤフラム破れ)