自動車エンジンマウントのグリーントランスフォーメーション

車のエンジンの轟音は産業文明の象徴ですが、それに伴う振動や騒音は依然として根強い課題です。エンジンのラバーマウントは、一見取るに足らない部品ですが、振動を遮断し、騒音を低減するという重要な役割を静かに果たしています。しかし、従来のラバーマウントは再生不可能な石油ベースの合成ゴムに依存していることが多く、ますます厳しくなる環境規制や持続可能性の原則と矛盾しています。自動車産業は現在、エンジンマウント用の高性能で環境に優しい材料を開発するという重大な課題に直面しています。

自動車のエンジン マウントはエンジン ブッシュとも呼ばれ、エンジンを車両のフレームに接続する重要なコンポーネントとして機能します。その主な機能には、エンジンの振動を吸収および減衰し、騒音を低減し、乗り心地を向上させ、エンジン部品を振動による損傷から保護することが含まれます。従来のマウントは通常、コア材料としてゴムまたはエラストマー複合材料を使用した射出成形プロセスを使用します。

天然ゴムは、その優れた弾性、耐摩耗性、減衰特性により、マウントの製造に広く使用されています。しかし、環境意識が高まり、持続可能性が最重要視されるにつれ、従来のラバーマウントには重大な欠点が明らかになりました。天然ゴムの供給は価格が不安定で地理的および気候的な制限に直面している一方、特定の合成ゴム（ポリウレタンなど）は有害な生産プロセスを伴い、リサイクルの課題を抱えています。

持続可能な変革を達成するために、研究者らは天然ゴム (NR)、熱可塑性ポリウレタン (TPU)、サイザル麻繊維を組み合わせた新しい複合材料を開発しました。この組み合わせには、次のような明確な利点があります。

• 天然ゴム (NR):優れた弾性と振動吸収特性を備えた再生可能な資源であり、比較的環境に優しい生産プロセスを特徴としています。
• 熱可塑性ポリウレタン (TPU):従来の合成ゴムに比べて機械的特性やリサイクル性に優れ、耐油性、耐熱性、老化特性も向上します。
• サイザル麻繊維:高強度、低密度、生分解性を備えた天然植物繊維。強化フィラーとして、石油ベースの材料への依存を軽減しながら剛性を向上させます。

この研究では、最適なマウント設計を開発するために、TRIZ (発明的問題解決理論)、形態素解析、および分析ネットワーク プロセス (ANP) を組み合わせた統合設計アプローチが採用されました。

この方法論には、TRIZ の 3 つの重要な原則が組み込まれています。

• パラメータの変更:振動制御のための幾何学的および材料パラメータの最適化
• 相転移:適応振動減衰のためのスマートな材料の探索
• 複合材料:材料の利点を組み合わせて優れたパフォーマンスを実現

この体系的なアプローチにより、構造構成、材料の組み合わせ、接続方法を分析することにより、多数の概念設計が生成されました。

分析ネットワーク プロセスでは、振動減衰、機械的性能、環境への影響、コスト、製造可能性などの複数の基準に照らして 4 つの最終候補設計を評価しました。

この研究により、次の 4 つの異なる設計コンセプトが生まれました。

• デザイン 1:最適化された内部減衰機能を備えた従来の円筒構造
• デザイン 2:周波数適応型振動制御を可能にする革新的な円錐構造
• デザイン 3:段階的な材料特性を備えた多層複合構造 (最適なソリューションとして選択)
• デザイン 4:磁気粘性流体を使用したスマートな材料設計で減衰を調整可能

選択されたデザイン 3 は、優れた振動減衰、機械的特性、環境上の利点、および有利な製造経済性を実証しました。

この研究は、持続可能なエンジン マウント開発の基礎を確立します。今後の作業は以下に重点を置く必要があります。

• 材料のさらなる最適化によるパフォーマンスの向上
• 計算機解析による構造の微細化
• 性能検証のための包括的な車両テスト

自動車産業が持続可能性を目指して進むにつれ、このような振動制御技術の革新は、環境に配慮した輸送ソリューションを生み出す上でますます重要な役割を果たすことになります。