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Description

本発明は、エンジンの付属品の防振性を向上する技術に関する。
従来、排気ガスの後処理装置としてのＤＰＦや酸化触媒を含む排気ガス浄化装置をエンジンに付設し、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する構成が広く実用化されている。例えば特許文献１及び特許文献２には、エンジンのクランク軸と直交する方向に沿って排気ガス浄化装置を配置する構成が開示されている。
特許文献２には、排気ガス浄化装置をエンジンに付設するマウント機構全体の固有振動数の内、クランク軸方向及び排気ガス浄化装置の長手方向の固有振動数がエンジンの加振周波数範囲外となるようにマウント機構のばね要素のばね定数を設定することで、排気ガス浄化装置の防振性を向上する技術が記載されている。
特許第５５６７２８１号公報 特許第５３７００８０号公報
従来、特許文献２の技術のように、エンジンの付属品である排気ガス浄化装置とエンジンとの共振を抑制することで、エンジンの防振性を向上する技術が用いられている。しかし、エンジンとの共振を発生させる可能性がある付属品としては、排気ガス浄化装置だけではなく、油圧ポンプやターボチャージャー等の質量が大きくエンジンの振動の影響を大きく受けるものも考慮する必要がある。つまり、エンジン付属品の連成振動を考慮して、エンジン全体としての振動を低減する必要がある。
従来の技術では、エンジンに付設される複数の付属品間の共振が考慮されているものはなく、エンジンの付属品の防振性を向上するという観点において改良の余地が残されている。
本発明の第一態様に係るエンジンは、複数の付属品を備え、前記複数の付属品を、周波数応答関数における共振点の位相をずらすように設け、前記複数の付属品には、排気ガス浄化装置と、フライホイルハウジングに連結されて駆動される油圧ポンプとを含み、前記油圧ポンプの支持構造を補強する補強部材を設けたものである。
本発明の第二態様に係るエンジンは、第一の付属品と、第二の付属品と、を備え、
前記第一の付属品の支持剛性と、前記第二の付属品の支持剛性を近い値とすることで、前記第一の付属品の固有振動数と第二の付属品の固有振動数とを近づけ、前記第一の付属品は、排気ガス浄化装置であり、前記第二の付属品は、フライホイルハウジングに連結されて駆動される油圧ポンプであり、前記油圧ポンプの支持構造を補強する補強部材を設けたものである。
前記補強部材は、前記油圧ポンプの少なくとも下面を支持するものである。
本発明によれば、エンジンの付属品の防振性を向上できる。
エンジンに設けられる付属品を示す図。 エンジンの振動を力学モデルに置き換えた図。 周波数応答関数を示すグラフ。 従来構成における周波数応答関数を示すグラフ。 排気ガス浄化装置と油圧ポンプの振動モードを示すグラフ。 補強部材の実施形態を示す図。 補強部材の実施形態を示す図。 補強部材の実施形態を示す図。 補強部材の実施形態を示す図。 補強部材の実施形態を示す図。 補強部材の実施形態を示す図。
図１を参照して、エンジン１の概略構成について説明する。エンジン１は、シリンダヘッド２と、クランク軸３を内装するシリンダブロック４を有する。エンジン１には、設置用のエンジンマウント５が設けられる。エンジンマウント５は、防振ゴムを介して設置されることで、エンジン１を防振支持している。
シリンダヘッド２の上方には、排気ガス浄化装置１０がマウント１１を介して固定されている。排気ガス浄化装置１０は、長手方向がクランク軸３と直交するように配置されている。
シリンダブロック４には、クランク軸３と接続されるフライホイル６を内装するフライホイルハウジング７が設けられる。フライホイルハウジング７の外方には開放面を塞ぐカバー８が取り付けられる。
フライホイルハウジング７のカバー８の外方には、油圧ポンプ２０が固定されている。油圧ポンプ２０は、フライホイルハウジング７に対して片持ちで支持されている。さらに、フライホイルハウジング７から油圧ポンプ２０の延出方向に沿って、油圧ポンプ２０の下方を支持する補強部材２１が設けられ、油圧ポンプ２０の支持構造を補強している。このように、本実施形態では、フライホイルハウジング７に片持ちで支持される油圧ポンプ２０の支持構造を補強部材２１によって補強することで、支持剛性を大きくしている。
以上のように、エンジン１には、付属品として、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０が付設されている。これらの付属品は、エンジン１の稼働に際して、クランク軸３の軸方向と並行方向（クランク軸３の軸方向を含む平面と並行する方向）に振動することとなる（図２参照）。
次に、図２を参照して、エンジン１の駆動に起因して生じる排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０の振動について説明する。
図２に示すように、エンジン１を主振動系とし、付属品である排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０を副振動系とした力学モデルとして置き換えて考える。ここで、ｍ１はエンジン１の質量、ｋ１はエンジン１の支持剛性（ばね定数）、ｃ１はエンジン１の減衰係数である。同様に、ｍ２、ｍ３はそれぞれ排気ガス浄化装置１０、油圧ポンプ２０の質量であり、ｋ２、ｋ３はそれぞれ排気ガス浄化装置１０、油圧ポンプ２０の支持剛性であり、ｃ２、ｃ３はそれぞれ排気ガス浄化装置１０、油圧ポンプ２０の減衰係数である。支持剛性及び減衰係数は、それぞれの取り付け剛性に応じて決定される定数である。
上記のように定義した各定数を用いて、周波数応答関数を求めた結果を図３に示す。図３は、横軸を周波数、縦軸を加速度としたグラフである。図３によれば、エンジン１の使用域でのエンジン１、排気ガス浄化装置１０及び油圧ポンプ２０の共振点での振動振幅が抑えられていることが示されている。これは、油圧ポンプ２０の支持構造に補強部材２１を備えることで、油圧ポンプ２０の支持剛性ｋ３をコントロールして、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０の連成振動を防ぎ、エンジン１の使用回転域での振動応答を小さくしていることに起因する。つまり、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０の振動モードの固有振動数を近づけることで、両者の共振を抑制している。
ここで、油圧ポンプ２０の支持構造から補強部材２１を除いた場合（つまり、油圧ポンプ２０の支持剛性をコントロールしていない従来構成の場合）の周波数応答関数を図４に示す。図４は、横軸を周波数、縦軸を加速度としたグラフである。
図４によれば、エンジン１の使用域に、共振点と***振点が含まれていることが示されている。特に、共振点Ｐ１においては、エンジン１の振動によって排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０が共振することで、振動が大きくなることが分かる。また、Ｐ２及びＰ３は***振点である。このように、排気ガス浄化装置１０の固有振動数と油圧ポンプ２０の固有振動数がエンジン１の使用回転域で、エンジン起振力周波数と一致し（共振し）、連成振動が発生することで、排気ガス浄化装置１０のマウント１１や油圧ポンプ２０の支持構造が破損する可能性がある。
これに対して、本実施形態では、油圧ポンプ２０の支持構造に補強部材２１を追加することで、油圧ポンプ２０の支持剛性と排気ガス浄化装置１０の支持剛性を近い値として、油圧ポンプ２０の固有振動数を排気ガス浄化装置１０の固有振動数に近づけている。このように、両者の固有振動数を近づけることで動吸振器の効果により、振動を抑制することが可能である（図５参照）。これにより、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０の連成振動を抑えることで、エンジン１の稼働に伴う振動を抑制することが可能であり、エンジン１の全体としての防振性を向上できる。また、排気ガス浄化装置１０側の支持剛性を大きくする必要がないため、排気ガス浄化装置１０のマウント１１側を補強する必要がなくなる。
図５に示すように、油圧ポンプ２０に補強部材２１を設けることで、油圧ポンプ２０の支持剛性をコントロールし、排気ガス浄化装置１０との初期共振点の値をエンジン１の使用域の最大値近傍に設定することで、エンジン１の使用時の排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０との共振を抑制することができる。言い換えれば、補強部材２１による油圧ポンプ２０の支持剛性への寄与により、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０との共振点の位相をずらすように設定することで、これら二つの付属品の共振を効果的に抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、クランク軸３と並行方向に振動する排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０を備えるエンジン１において、これらの付属品を、周波数応答関数における共振点及び***振点の位相をずらすように設けている。具体的には、油圧ポンプ２０の支持剛性を排気ガス浄化装置１０の支持剛性に近づけることで、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０が共振する位相をずらして、排気ガス浄化装置１０と油圧ポンプ２０の共振を抑えるとともに、これら二つの付属品が互いに振動を吸収することで、エンジン１との共振及び***振を抑えている。
次に、図６から図１１を参照して、補強部材の好適な実施形態について説明する。
図６に示す実施形態では、補強部材２１は、フライホイルハウジング７のカバー８の表面から油圧ポンプ２０の下面に沿って屈曲した形状を有し、油圧ポンプ２０を下方から支持している。また、補強部材２１は、屈曲面と直交する方向に沿ったリブ２２を有する。このように、補強部材２１は、フライホイルハウジング７に片持ち支持される油圧ポンプ２０を下方から支持することで油圧ポンプ２０の支持構造を補強するものである。
図７に示す実施形態では、補強部材３１は、フライホイルハウジング７のカバー８の表面から油圧ポンプ２０の下面に沿って屈曲した形状を有する平板部材として形成されている。補強部材３１は、補強部材２１と比べて肉厚の板材によって形成されることで、リブ２２を不要とした簡素な構造を有している。つまり、補強部材３１は、平板を折り曲げた簡素な構造で、リブ２２を含む補強部材２１と同等の補強効果を奏する。補強部材３１も同様に、フライホイルハウジング７に片持ち支持される油圧ポンプ２０を下方から支持することで油圧ポンプ２０の支持構造を補強するものである。
図８に示す実施形態では、補強部材４１は、油圧ポンプ２０を下方から支持する下部ステー４２と、油圧ポンプ２０の上方に設けられ、下部ステー４２と油圧ポンプ２０を挟み込む上部ステー４３とを有する。つまり、補強部材４１は、油圧ポンプ２０を上下方向から挟み込むように支持している。このように、補強部材４１は、油圧ポンプ２０を下方から支持するとともに、上方からも支持することで、支持剛性をより大きくすることができる。例えば、エンジン１が大型化し、油圧ポンプ２０も大型化した場合には、補強部材４１のように上下方向から挟み込む形態が適している。
図９に示す実施形態では、補強部材５１は、フライホイルハウジング７の側面から油圧ポンプ２０の下面に延出されるブラケットである。このように、補強部材５１を介してフライホイルハウジング７から直接支持することで、支持剛性をより大きくすることができる。
図１０に示す実施形態では、補強部材６１は、エンジン１を据え付けるためのエンジンマウント５の一部から油圧ポンプ２０の下面まで延出したステー６２を有する。つまり、エンジン１を防振支持する機関脚からステー６２を延出して油圧ポンプ２０を下方から支持している。なお、ステー６２は、エンジンマウント５と一体的に形成しても良いし、エンジンマウント５の一部に取り付けても良い。
図１１に示す実施形態では、以上のように油圧ポンプ２０を下方から支持する補強部材を設けるものではなく、油圧ポンプ２０を片持ち支持するフライホイルハウジング７のカバー８を補強してカバー８自体の剛性を大きくすることで、支持構造の支持剛性を大きくするものである。例えば、カバー８の厚みを大きくすることで、カバー８の剛性を大きくして支持剛性を高める構成や、カバー８の表面に放射状のリブ７１を設けることで、カバー８の支持剛性を高める構成が挙げられる。
なお、上述した補強部材に係る各実施形態では、所望の油圧ポンプ２０の支持剛性を実現するようにそれぞれ適正化されるものである。
１：エンジン、３：クランク軸、７：フライホイルハウジング、８：カバー、１０：排気ガス浄化装置、１１：マウント、２０：油圧ポンプ、２１：補強部材

Claims (3)

  1. 複数の付属品を備え、
    前記複数の付属品を、周波数応答関数における共振点の位相をずらすように設け、
    前記複数の付属品には、排気ガス浄化装置と、フライホイルハウジングに連結されて駆動される油圧ポンプとを含み、
    前記油圧ポンプの支持構造を補強する補強部材を設けた
    ことを特徴とするエンジン。
  2. 第一の付属品と、第二の付属品と、を備え、
    前記第一の付属品の支持剛性と、前記第二の付属品の支持剛性を近い値とすることで、前記第一の付属品の固有振動数と第二の付属品の固有振動数とを近づけ、
    前記第一の付属品は、排気ガス浄化装置であり、
    前記第二の付属品は、フライホイルハウジングに連結されて駆動される油圧ポンプであり、
    前記油圧ポンプの支持構造を補強する補強部材を設けた
    ことを特徴とするエンジン。
  3. 前記補強部材は、前記油圧ポンプの少なくとも下面を支持する
    請求項１または２に記載のエンジン。
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