(57)【要約】【課題】エンジン１及び排気消音装置３を備えた機械本体の振動低減を図る。【解決手段】エンジン１と排気消音装置３はエンジン１の出力軸の方向に相対して配置されている。エンジン１から排気消音装置３に至る排気管４の途中に、エンジン１から排気消音装置３への振動の伝達を抑制するための部分的に剛性が低くなった低剛性部５が設けられている。この低剛性部５は、エンジン１の出力軸の延長線Ａ上に配置されて該出力軸と交差する方向に延びている。【選択図】図１
2019203453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンが排出する排気ガスを通過させ排気音を低減させる排気消音装置と、上記エンジンと上記排気消音装置を連結する排気管とを備えたエンジンの排気系構造であって、
上記エンジンと上記排気消音装置は、上記エンジンの出力軸の方向に相対して配置され、
上記排気管は、上記エンジンから上記排気消音装置に至る途中に、上記エンジンから上記排気消音装置への振動の伝達を抑制するための部分的に剛性が低くなった低剛性部を備え、
上記低剛性部は、上記エンジンの出力軸の略延長線上に配置されて該出力軸と交差する方向に延びていることを特徴とするエンジンの排気系構造。
【請求項２】
請求項１において、
上記低剛性部は、該低剛性部よりも上流側の上記排気管よりも曲げ剛性が低いことを特徴とするエンジンの排気系構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記低剛性部は、曲げ剛性が捩り剛性よりも低いことを特徴とするエンジンの排気系構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記低剛性部は上記排気消音装置の上方又は下方に配置されていることを特徴とするエンジンの排気系構造。
【請求項５】
請求項４において、
上記排気消音装置の上方又は下方において、上記排気ガスを浄化するための触媒装置と上記低剛性部とが上記エンジンの出力軸と交差する方向に直列に配置されていることを特徴とするエンジンの排気系構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
上記エンジンはロータリピストンエンジンであることを特徴とするエンジンの排気系構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気系構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気音を低減するために、エンジンの排気管に排気消音装置を接続することは一般に行われている。例えば、特許文献１には、車両後部にエンジンを配置し、このエンジンとその後側に配置した排気消音装置を排気管によって連結し、排気消音装置をエンジンにブラケットによって支持することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンと排気消音装置を機械本体に別個に支持し、両者を剛性が高い排気管で連結すると、エンジンのトルク変動等による振動に伴って排気消音装置を含む排気系が弾性モードで共振して、当該エンジンを設置した機械本体が特定の周波数において振動し易くなる。例えば、エンジンの出力軸まわりのローリングによる振動や、エンジン側と排気系側の連成による振動が出てくる。
【０００５】
これに対して、エンジンと排気消音装置を連結する排気管に低剛性部を設けて、エンジンと排気消音装置の結合剛性を下げることが考えられる。しかし、エンジンから排気消音装置への振動の伝達が低剛性部によって幾分抑制されるものの、単に低剛性部を設けるだけでは振動レベルを大きく低減させるには至らない。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジン及び排気消音装置を備えた機械本体の振動を効率良く低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、上記結合剛性の低減の観点に加えて、慣性軸と弾性軸を近づける観点から、エンジン側と排気系側の振動の非連成化を強化するようにした。
【０００８】
ここに開示するエンジンの排気系構造は、エンジンと、該エンジンが排出する排気ガスを通過させ排気音を低減させる排気消音装置と、上記エンジンと上記排気消音装置を連結する排気管とを備え、
上記エンジンと上記排気消音装置は、上記エンジンの出力軸の方向に相対して配置され、
上記排気管は、上記エンジンから上記排気消音装置に至る途中に、上記エンジンから上記排気消音装置への振動の伝達を抑制するための部分的に剛性が低くなった低剛性部を備え、
上記低剛性部は、上記エンジンの出力軸の略延長線上に配置されて該出力軸と交差する方向に延びていることを特徴とする。
【０００９】
ここに、エンジンのトルク変動は、エンジンの出力軸まわりのローリングを励起するところ、エンジンと排気消音装置が上記出力軸の方向に相対して配置されているケースでは、エンジンのローリングによる排気消音装置の振動の励起が問題になる。
【００１０】
これに対して、上記排気系構造では、エンジンと排気消音装置を連結する排気管に低剛性部を設けているから、エンジンと排気消音装置の結合剛性が低くなる。よって、エンジンのローリングによる排気消音装置の振動の励起が抑制される。そうして、その低剛性部は、エンジンの出力軸の略延長線上に配置されているから、エンジン等よりなる剛体系の慣性軸に、エンジン、エンジンマウント、低剛性部を有する排気管及び排気消音装置を含むエンジンの排気系全体（ばね系）の弾性軸が近づくことになり、ローリング以外の振動の励起が抑制される。また、その低剛性部はエンジンの出力軸と交差する方向に延びているから、低剛性部配置のためにエンジンと排気消音装置の間隔を広くとる必要がなく、排気系構造のコンパクト化に有利になる。
【００１１】
一実施形態では、上記エンジンの出力軸と交差する方向に延びている低剛性部は、該低剛性部よりも上流側の上記排気管よりも曲げ剛性が低い。さらに、好ましい実施形態では、当該低剛性部はその曲げ剛性が捩り剛性よりも低い。このように低剛性部の曲げ剛性が低いことにより、エンジンのローリングが排気消音装置に伝達し難くなり、排気消音装置の振動の励起抑制に有利になる。
【００１２】
一実施形態では、上記低剛性部は上記排気消音装置の上方又は下方に配置されている。このような排気消音装置の上側又は下側のスペースを利用した低剛性部の配設により、上記エンジンの出力軸方向における当該排気系構造のコンパクト化に有利になる。また、当該排気系構造に対して外力が側方から加わったとき、外力が排気消音装置によって受けられるため、低剛性部の当該外力による損傷防止に有利になる。
【００１３】
一実施形態では、上記排気消音装置の上方又は下方において、上記排気ガスを浄化するための触媒装置と上記低剛性部とが上記エンジンの出力軸と交差する方向に直列に配置されている。このような排気消音装置の上側又は下側のスペースを利用した触媒装置及び低剛性部の配設により、上記エンジンの出力軸方向における当該排気系構造のコンパクト化に有利になる。また、当該排気系構造に対して外力が側方から加わったとき、外力が排気消音装置によって受けられるため、触媒装置及び低剛性部の当該外力による損傷防止に有利になる。
【００１４】
一実施形態では、上記エンジンはロータリピストンエンジンである。ロータリピストンエンジンはレシプロエンジンに比べて小型化に適し、よって、当該排気系構造のコンパクト化に有利になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るエンジンの排気系構造によれば、エンジンと排気消音装置がエンジンの出力軸の方向に相対していて、両者を連結する排気管が振動の伝達を抑制する低剛性部を備え、その低剛性部がエンジンの出力軸の略延長線上に配置されて該出力軸と交差する方向に延びているから、エンジンと排気消音装置の結合剛性が低くなるとともに、剛体系の慣性軸に、ばね系の弾性軸が近づくことになり、よって、エンジンの振動による排気消音装置の振動が効率良く抑制され、ひいては当該エンジンを設置した機械本体の振動が抑制され、しかも、排気系構造のコンパクト化に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エンジンの排気系構造の平面図。
【図２】同構造を一部省略して示す斜視図。
【図３】同構造を一部省略して示す側面図。
【図４】同構造を一部省略して示す背面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１８】
＜エンジンの排気系構造の全体構成＞
図１に示すエンジン１の排気系構造は、機械としての電気自動車（車両）に設けられたものである。エンジン１は発電機２を駆動するものであり、エンジン１と発電機２は、電気自動車の走行可能距離延長のためのレンジエクステンダー（発電ユニット）を構成している。エンジン１は、発電機２と共に、車両の後部、すなわち、車室よりも後方に配設されている。エンジン１は、その出力軸が車両前後方向に延びるように設けられ、発電機２はエンジン１の前側に隣接して配置されている。なお、図１乃至図３において、Ａはエンジン１の出力軸の延長線を示す。
【００１９】
エンジン１の後側には、エンジン１が排出する排気ガスを通過させ排気音を低減させる排気消音装置３が配設されている。エンジン１と排気消音装置３は、エンジン１の出力軸の方向に相対して配置され、排気管４によって連結されている。排気管４には、フレキシブルチューブ５と、排気ガス浄化用の上流側触媒装置６及び下流側触媒装置７が設けられている。
【００２０】
＜エンジン及び発電機について＞
本実施形態のエンジン１は、ロータリピストンエンジンであり、概略楕円形状のトロコイド内周面を有するローターハウジング１１と、該ローターハウジング１１を挟むようにその両側に配置されたサイドハウジング１２，１３とを備えている。ロータハウジング１１とサイドハウジング１２，１３によって形成されるローター収容室にエキセントリックシャフト（出力軸）に支持された概略三角形状のローターが収容されている。ローター収容室はローターによって３つの作動室（燃焼室）に区画されていて、ローターが出力軸の回りに遊星回転運動することによって、各作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行なうようになっている。
【００２１】
＜エンジン、発電機及び排気消音装置の支持構造＞
図１において、２１，２２は車両のリヤサイドフレームであって、車両前後方向に延びている。このリヤサイドフレーム２１，２２には、第１及び第２のクロスメンバー２３，２４各々の両端部が接合されている。第１及び第２のクロスメンバー２３，２４は車両前後方向に間隔をおいて設けられている。
【００２２】
後側の第２クロスメンバー２４には、２本のリヤフレーム２５，２６各々の前端部が接合されている。リヤフレーム２５，２６は、車両幅方向に間隔をおいて車両前後方向に延びている。リヤフレーム２５，２６の後端部には第３クロスメンバー２７の両端部が接合されている。車両幅方向の片側において、リヤサイドフレーム２１とリヤフレーム２５に車両幅方向に延びる連結フレーム２８が渡されている。車両幅方向の反対側においても、リヤサイドフレーム２２とリヤフレーム２６に車両幅方向に延びる連結フレーム２９が渡されている。
【００２３】
エンジン１と発電機２とは、エンジン１の前側のサイドハウジング１２と発電機２のハウジングが該エンジンの出力軸の方向に結合されて一体になっている。この一体になったエンジン１及び発電機２は、第１クロスメンバー２３と第２クロスメンバー２４の間に配設され、第１クロスメンバー２３の下面と第２クロスメンバー２４の上面にマウント部材３１〜３４によって弾性的に支持されている。すなわち、発電機２の両側部から前方に突出した前側支持部３５が第１クロスメンバー２３の下面にマウント部材３１，３２によって支持され、エンジン１の後側のサイドハウジング１３より後方に突出した後側支持部３６が第２クロスメンバー２４の上面にマウント部材３３，３４によって支持されている。
【００２４】
排気消音装置３は、第２クロスメンバー２４と第３クロスメンバー２７の間に配設されている。排気消音装置３は、車両幅方向に長く延びており、その一端側に排気ガス導入部３７が設けられ、他端側に排気ガスを排出するテールパイプ３８が接続されている。排気消音装置３は、その両端部がハンガー３９，４０によって車体に弾性的に吊り下げ支持されている。その支持構造について、以下、具体的に説明する。
【００２５】
図２に示すように、排気消音装置３の両端部にはブラケット４１，４２が固定されている。このブラケット４１，４２各々に水平バー部を有する支持棒４３，４４が固定されている。一方、図１に示すように、車体を構成する連結フレーム２８，２９各々の内側の端部にもブラケット４５，４６が固定されている。このブラケット４５，４６各々に水平バー部を有する支持棒４７，４８が固定されている。そうして、排気消音装置３側の支持棒４３，４４の水平バー部と、車体側の支持棒４７，４８の水平バー部が、ゴムマウント４９の上下に間隔をおいて設けられた孔に挿入されている。すなわち、排気消音装置３は、支持棒４３，４４、ゴムマウント４９及び支持棒４７，４８を介して車体に支持されている。
【００２６】
＜排気管について＞
図１及び図２に示すように、エンジン１と排気消音装置３を連結する排気管４は、後側のサイドハウジング１３の側部に結合された上流側排気管５１を備えている。すなわち、エンジン１の排気ポートは、後側のサイドハウジング１３における排気消音装置３の排気ガス導入部３７とは反対側（テールパイプ３８が設けられている側）の側部に開口しており、この排気ポートに上流側排気管５１の上流端が接続されている。
【００２７】
上流側排気管５１は、上記排気ポートに接続されて立上り、排気消音装置３の排気ガス導入部３７とは反対側の上方に向かって後方に延びている。この上流側排気管５１の下流端に上述のフレキシブルチューブ５と触媒装置６，７が順に接続されている。
【００２８】
フレキシブルチューブ５は、排気ガスが通る可撓性を有するベローズとこれを覆う金属ワイヤーメッシュのアウターブレードから構成されている。フレキシブルチューブ５は、上流側の排気管５１及び下流側の触媒装置６，７を含む排気管よりも剛性が低く、特に、曲げ剛性が低く、さらにフレキシブルチューブ５の軸心に直交する方向の曲げ剛性が該軸心まわりの捩り剛性よりも低くなっている。
【００２９】
フレキシブルチューブ５は、上流側排気管５１の下流端に接続されて、排気消音装置３の上側をテールパイプ３８側から排気ガス導入部３７側に向かって延びている。
【００３０】
すなわち、フレキシブルチューブ５は、エンジン１から排気消音装置３に至る排気管４の途中において、図３に示すように、エンジン１の出力軸の延長線Ａ上に配置されている。具体的には、エンジン１とフレキシブルチューブ（低剛性部）５とは、エンジン１の出力軸の延長線Ａがフレキシブルチューブ５のいずれかの部位を通る位置関係になるように配置されている。また、フレキシブルチューブ５は、図１に示すように上記出力軸と交差する方向、より具体的には、該出力軸と直交する水平方向に延びている。
【００３１】
上流側触媒装置６は、図４にも示すように、フレキシブルチューブ５の下流端側に接続されて、排気消音装置３の上側をテールパイプ３８側から排気ガス導入部３７側に向かって延びている。従って、フレキシブルチューブ５と上流側触媒装置６は、排気消音装置３の上側において、エンジン１の出力軸と交差する方向に直列に配置されている。
【００３２】
下流側触媒装置７は排気消音装置３の排気ガス導入部３７に直結されている。上流側触媒装置６と下流側触媒装置７は接続管５２によって接続されている。
【００３３】
＜排気系構造の利点等＞
上記排気系構造では、エンジン１と排気消音装置３を連結する排気管４にフレキシブルチューブ（低剛性部）５を設けられて、エンジン１と排気消音装置３の結合剛性が低くなっている。よって、エンジン１のローリングによる排気消音装置３の振動の励起が抑制される。
【００３４】
フレキシブルチューブ５は、エンジン１の出力軸の延長線Ａ上に配置されているから、剛体系の慣性軸に、ばね系の弾性軸が近づくことになる。よって、ローリング以外の振動の励起が抑制される。
【００３５】
ここに、本実施形態の場合、上記慣性軸は、一体になったエンジン１と発電機２を剛体として構成される軸であり、すなわち、当該剛体の重心を通る回転軸である。本実施例では、慣性軸はエンジン１の出力軸に一致し、図１に示す線Ａが慣性軸となる。
【００３６】
一方、上記弾性軸は、エンジン１、発電機２、排気消音装置３、マウント部材３１〜３４及び排気管４（フレキシブルチューブ５、上流側触媒装置６、下流側触媒装置７及び上流側排気管５１を含む）よりなるエンジンの排気系全体における弾性軸である。
【００３７】
仮にフレキシブルチューブ５がなく、上流側排気管５１が触媒装置６まで延長されている場合は、エンジン１と発電機２が第１マスを構成し、排気消音装置３及び触媒装置６，７が第２マスを構成し、延長された上流側排気管５１が第１マスと第２マスを結ぶ弾性ばねを構成することになる。その場合、弾性軸は、例えば、図１に線Ｂで示すようになり、慣性軸Ａと弾性軸Ｂのずれが大きい。
【００３８】
これに対して、本実施形態では、エンジン１の出力軸の延長線Ａ上にフレキシブルチューブ５が配置されているから、弾性軸と慣性軸Ａのずれが小さくなり、ひいては両軸が略一致することになり、ローリング以外の振動の励起が抑制されることになる。
【００３９】
しかも、曲げ剛性が捩り剛性よりも低いフレキシブルチューブ５がエンジン１の出力軸Ａと交差する方向に延びているから、エンジン１のローリングが排気消音装置３に伝達し難くなる。よって、排気消音装置３の振動の励起抑制に有利になる。
【００４０】
フレキシブルチューブ５の延設方向とエンジン１の出力軸Ａの方向との交差角は、上記振動抑制の観点から、１５度以下にすることが好ましい。
【００４１】
また、フレキシブルチューブ５を上流側触媒装置６と直列にして排気消音装置３の上側に配置したから、フレキシブルチューブ５及び上流側触媒装置６の配置のためにエンジン１と排気消音装置３の間隔を広くとる必要がない。よって、排気系構造のコンパクト化に有利になる。当該排気系構造に対して外力が側方から加わったときは、その外力が排気消音装置３によって受けられるため、フレキシブルチューブ５及び上流側触媒装置６の外力による損傷防止に有利になる。
【００４２】
本実施形態では、下流側触媒装置７を排気消音装置３の一端側の排気ガス導入部３７に直結することによって、排気消音装置３の上側にフレキシブルチューブ５と上流側触媒装置６の配置スペースを確保している。そのため、排気消音装置３の上側においてフレキシブルチューブ５をエンジン１の出力軸Ａの延長線上に配置することが容易になる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、エンジン１及び排気消音装置３を車両後部に配置したが、車両前部に配置してもよい。
【００４４】
また、フレキシブルチューブ５及び触媒装置６は排気消音装置３の下側に配置してもよい。
【００４５】
また、エンジン１としては、ロータリピストンエンジンに限らず、レシプロエンジンであってもよい。
【００４６】
また、本発明に係るエンジンの排気系構造は、車両に限らず、エンジンを駆動力発生源とする機械一般に採用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  エンジン
２  発電機
３  排気消音装置
４  排気管
５  フレキシブルチューブ（低剛性部）
６  触媒装置
Ａ  エンジンの出力軸の延長線（慣性軸）
Ｂ  フレキシブルチューブ（低剛性部）がないときの弾性軸
【図１】
2019203453.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019203453.tif 000005
【図４】
2019203453.tif 000006