特開 2024-102710 鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102710

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61C 5/04 20060101AFI20240724BHJP

【ＦＩ】

B61C5/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006782

(22)【出願日】2023-01-19

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年４月２１日に東海旅客鉄道株式会社名古屋車両区へ搬入

(71)【出願人】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 剛

(57)【要約】

【課題】エンジンに取り付けられた過給機に排気管が接続する鉄道車両において、排気管の位置が変位した場合でも、排気ガスの漏れや、排気管あるいは過給機の破損を回避するように排気管を支持すること。
【解決手段】ディーゼルエンジン（３）と、ディーゼルエンジン（３）に取り付けられる過給機（６）と、過給機（６）に接続する排気管（５）と、を備える鉄道車両（１）において、排気管（５）をＸ軸方向に変位可能に支持する支持機構（１０）を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンに取り付けられる過給機と、前記過給機に接続する排気管と、を備える鉄道車両において、
前記排気管を一軸方向に変位可能に支持する支持機構を有する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項2】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記支持機構は、
前記エンジンに固定され、前記排気管が変位可能に挿通されるブラケットと、
前記排気管に一体に設けられたフランジと、
前記ブラケットと前記フランジとに係合され、前記フランジが前記ブラケットに対して平行移動するように前記フランジをガイドするガイド部材と、
前記フランジと前記ガイド部材との間に配置され、前記排気管の範囲に応じて弾性変形する第１弾性部材と、
を有する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項3】

請求項２に記載する鉄道車両において、
前記ガイド部材は、
前記フランジから前記ブラケットに挿通される複数本のボルトと、
前記ブラケットから前記過給機側に突出する前記複数本のボルトに各々締結されるナットと、
を有し、
前記第１弾性部材は、前記フランジの前記過給機と反対側に配置され、前記複数本のボルトに各々圧縮した状態で配置されるコイルバネである、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載する鉄道車両において、
前記フランジと前記ブラケットとの間に配置され、前記排気管の熱収縮時に弾性変形する第２弾性部材を有する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項5】

請求項１から請求項３の何れか１つに記載する鉄道車両において、
前記排気管は、ベローズ部を含み、
前記支持機構は、前記過給機と前記ベローズ部との間で前記排気管を支持している、
ように構成されている鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書において開示する技術は、エンジンと排気管が過給機を介して接続する鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両には、エンジンを搭載して非電化区間でも走行できるものがある（例えば特許文献１参照）。エンジンは、エンジンが発生する排気ガスを利用してエンジンに燃焼用空気を圧送する過給機を備え、その過給機に排気管が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１７８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鉄道車両のエンジンが発生する排気ガスは、例えば、５００℃と高温である。排気管は、鉄などの金属によって形成され、高温の排気ガスが流れる際に熱膨張する。排気管を支持する位置が固定されていると、過給機が熱膨張した排気管を押し付けられて破損する虞がある。

【0005】

排気管の熱膨張を吸収する方法として、排気管を分割し、排気管の分割部分を金属製のバンドで締め込んで接続する方法がある。しかし、この方法では、排気管と金属製のバンドとが高温の排気ガスによって熱膨張すると、排気管とバンドとの間に隙間が生じ、多大なガス漏れが生じてしまっていた。

【0006】

排気管の熱膨張を吸収する別の方法としては、排気管の一部にたわみ管を用いる方法がある。しかし、たわみ管は、排気管の熱膨張によって三次元方向に自由に変位する。この場合、排気管は、過給機に片持ち状に支持される状態になる。そのため、排気管と過給機との接続部分には、たわみ管の三次元方向の変位が曲げモーメントとなって作用し、過給機が破損する可能性があった。よって、過給機に接続する排気管を支持する構造には改善の余地がある。

【0007】

本明細書において開示する技術は、上記問題点を解決するためになされたものであり、エンジンに取り付けられた過給機に排気管が接続する鉄道車両において、排気管の位置が変位した場合でも、排気ガスの漏れや、排気管あるいは過給機の破損を回避するように排気管を支持できる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書において開示する技術の一態様は、（１）エンジンと、前記エンジンに取り付けられる過給機と、前記過給機に接続する排気管と、を備える鉄道車両において、前記排気管を一軸方向に変位可能に支持する支持機構を有する、ように構成されている。

【0009】

上記構成の鉄道車両は、排気管が、過給機に接続する部分と、支持機構に支持される部分とで支持されている。支持機構は、排気管を一軸方向に変位可能に支持している。そのため、例えば、排気管がエンジンから排出される排気ガスの熱によって熱膨張する場合、排気管と過給機との接続部分には一軸方向の力が作用し、排気管が片持ち状に支持された状態にならない。これにより、排気管と過給機との接続部分には、一軸方向の力が作用し、三次元方向の曲げモーメントが作用しないので、排気ガスが漏れたり、過給機が破損したりすることを回避できる。また、排気管が熱膨張時に自由に変位することができるので、排気管自体の破損も回避できる。よって、上記構成の鉄道車両によれば、排気ガスの漏れや、排気管あるいは過給機の破損を回避するように排気管を支持することができる。

【0010】

（２）（１）に記載する鉄道車両において、前記支持機構は、前記エンジンに固定され、前記排気管が変位可能に挿通されるブラケットと、前記排気管に一体に設けられたフランジと、前記ブラケットと前記フランジとに係合され、前記フランジが前記ブラケットに対して平行移動するように前記フランジをガイドするガイド部材と、前記フランジと前記ガイド部材との間に配置され、前記排気管の範囲に応じて弾性変形する第１弾性部材と、を有する、ことが好ましい。

【0011】

上記構成の鉄道車両は、排気管に一体に設けられたフランジと、エンジンに固定されたブラケットとにガイド部材が係合し、そのガイド部材がフランジをブラケットに対して平行移動するようにフランジを支持することにより、排気管がフランジとガイド部材とブラケットとを介してエンジンに支持されている。例えば、排気管が排気ガスによって熱膨張すると、フランジとガイド部材との間に配置される第１弾性部材が弾性変形し、排気管の変位を吸収する。そのため、排気管が熱膨張した際に、排気管と過給機との接続部分に作用する力が抑制され、排気ガスの漏れや過給機の破損が生じにくくなる。

【0012】

（３）（２）に記載する鉄道車両において前記ガイド部材は、前記フランジから前記ブラケットに挿通される複数本のボルトと、前記ブラケットから前記過給機側に突出する前記複数本のボルトに各々締結されるナットと、を有し、前記第１弾性部材は、前記フランジの前記過給機と反対側に配置され、前記複数本のボルトに各々圧縮した状態で配置されるコイルバネである、ことが好ましい。

【0013】

上記構成の鉄道車両は、支持機構を構成する部品が取り扱いやすく、支持機構の組み立て作業を簡素化できる。また、ボルトごとに設けられたコイルバネが、排気管に作用する外力に応じて個別に弾性変形するので、支持機構が一軸方向に一致させるように排気管の位置を調整しやすい。

【0014】

（４）（２）または（３）に記載する鉄道車両において、前記フランジと前記ブラケットとの間に配置され、前記排気管の熱収縮時に弾性変形する第２弾性部材を有する、ことが好ましい。

【0015】

上記構成の鉄道車両は、例えば寒冷地で使用され、排気管が熱収縮する場合に、第２弾性部材が排気管の熱収縮を吸収するので、過給機が排気管を必要以上の力で強く引っ張られて破損することを回避できる。

【0016】

（５）（１）から（４）の何れか１つに記載する鉄道車両において、前記排気管は、ベローズ部を含み、前記支持機構は、前記過給機と前記ベローズ部との間で前記排気管を支持している、ことが好ましい。

【0017】

上記構成の鉄道車両は、排気管のベローズ部が、排気管の位置変動に応じて三次元方向に変位し、排気管の位置変動を吸収する。これにより、排気管と過給機との接続部分に作用する力が抑制される。さらに、排気管は、ベローズ部と過給機との間の部分が支持機構によって支持されるので、ベローズ部の三次元方向の変位が、排気管と過給機との接続部分に伝達されず、排気管と過給機との接続部分に曲げモーメントが作用しない。よって、上記鉄道車両によれば、排気ガスの漏れや、過給機の破損を回避できる。

【発明の効果】

【0018】

上記鉄道車両によれば、エンジンに取り付けられた過給機に排気管が接続する鉄道車両において、排気管の熱膨張時に、排気ガスの漏れや、排気管あるいは過給機の破損を回避できる技術を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る鉄道車両の側面図である。

【図2】配管構造を示す側面図である。

【図3】配管取付構造を示す図である。

【図4】図３に示す支持機構の拡大図であって、常温時における状態を示す図である。

【図5】支持機構の熱膨張吸収状態を示す図である。

【図6】支持機構の熱収縮吸収状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本明細書において開示する鉄道車両の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書は、ディーゼルエンジンに過給機が取り付けられ、その過給機に排気管が接続する鉄道車両について開示する。

【0021】

図１は本発明の実施形態に係る鉄道車両１の側面図である。以下の説明において、軌道方向をＸ軸方向、枕木方向をＹ軸方向、車体高さ方向をＺ軸方向として説明する。図１に示されるように、鉄道車両１の車体２は、床面をなす台枠１１と、台枠１１のＸ軸方向の一方の端部に立設されることで車体２の先頭部をなす前面妻構体１２と、台枠１１の他方の端部に立設されることで車体２の連結部をなす連妻構体１５と、台枠１１のＹ軸方向の両端部に立設されることで車体２の側面をなす側構体１３と、前面妻構体１２，連妻構体１５および側構体１３の上端部に配置されることで車体２の屋根をなす屋根構体１４とにより６面体をなすように構成される。そして、車体２は、枕ばね１８を介して、車輪１７を備えた台車１６によって支持されている。

【0022】

側構体１３には、乗務員室に通じる乗務員乗降口２０Ａ、客室に通じる乗客乗降口２０Ｂおよび窓２０Ｃが設けられている。また、台枠１１のＸ軸方向の両端部には、前面妻構体１２および連妻構体１５よりも車両長手方向の外方に突出するように連結器１９が設けられており、隣接する鉄道車両同士を連結することが可能である。また、鉄道車両１は駆動源として、ディーゼルエンジン３を備えており、該ディーゼルエンジン３は、台枠１１に吊り下げられている。ディーゼルエンジン３は、燃焼用空気とディーゼル燃料との混合ガスを圧縮して爆発させることにより駆動力を発生する装置である。ディーゼルエンジン３はエンジンの一例である。

【0023】

図２は、配管構造を示す側面図である。図３は、配管取付構造を示す図であって、図２に示す配管構造を下方から見た図である。ディーゼルエンジン３には、過給機６が取り付けられている。図３に示すように、過給機６は、取付ブラケット６４を介してディーゼルエンジン３の側面に片持ち状に突出して配置されている。過給機６は、ブースト圧に対して最低限の強度で設けられることによって質量が抑制され、取付ブラケット６４が小型軽量化されている。

【0024】

図２および図３に示す過給機６は、コンプレッサハウジング６１とタービンハウジング６２とがシャフトカバー６３を介して連通している。図２に示すように、コンプレッサハウジング６１は、ディーゼルエンジン３に燃焼用空気を供給する供給流路３２上に配設されている。すなわち、コンプレッサハウジング６１は、第１給気管７を介して図示しない冷却装置に接続し、第２給気管４を介してディーゼルエンジン３の図示しない給気口に接続している。コンプレッサハウジング６１は、コンプレッサホイール６５を内蔵している。

【0025】

タービンハウジング６２は、ディーゼルエンジン３が発生した排気ガスを車外へ排気する排気流路３３上に配設されている。すなわち、タービンハウジング６２は、ディーゼルエンジン３の図示しない排気口と、排気管５とに接続している。タービンハウジング６２は、タービンホイール６６を内蔵している。コンプレッサホイール６５とタービンホイール６６とは、シャフト６７を介して連結されている。シャフト６７は、シャフトカバー６３によって覆われている。

【0026】

タービンハウジング６２は、排気管５が接続される接続ブラケット６２ａを有する。排気管５は、接続ブラケット６２ａから斜め下方に下がった後、Ｘ軸方向に沿って車体後端部まで伸びる構造となっている。排気管５は、複数に分割されており、中継管５１と、たわみ管５２とを含む。

【0027】

たわみ管５２は、波形のベローズ部５２ｃを有する。ベローズ部５２ｃは、車両走行時の振動などによる排気管５の位置変動に応じて三次元方向に自由に変位し、排気管５の位置変動を吸収することができる。

【0028】

中継管５１は、過給機６とたわみ管５２との間に配置されている。中継管５１は、第１接続部５１ａと第２接続部５１ｂとが両端部に設けられている。第１接続部５１ａと第２接続部５１ｂとは、異なる高さで反対向きに開口している。中継管５１は、第１接続部５１ａに接続する第１ストレート部５１ｄと、第２接続部５１ｂに接続する第２ストレート部５１ｆとが平行な位置関係で設けられ、第１ストレート部５１ｄと第２ストレート部５１ｆとが斜め部５１ｅを介して接続されている。

【0029】

中継管５１の第１接続部５１ａは、過給機６の接続ブラケット６２ａに対してＸ軸方向に沿って接続されている。中継管５１の第２接続部５１ｂは、たわみ管５２の接続部５２ｂに対してＸ軸方向に沿って付き合わされ、連結ボルト５３を用いて接続部５２ｂと連結されている。

【0030】

中継管５１は、第１接続部５１ａ側の端部が過給機６を介してディーゼルエンジン３に支持され、第２接続部５１ｂ側の端部が支持機構１０を介してディーゼルエンジン３に支持されている。支持機構１０は、中継管５１を一軸方向に変位可能に支持している。本実施形態において、一軸方向はＸ軸方向である。例えば、一軸方向は、排気管５あるいは中継管５１を過給機６に接続する方向であり、本実施形態ではシャフト６７の延在方向と略平行である。

【0031】

支持機構１０の構成について説明する。図４は、図３に示す支持機構１０の拡大図であって、常温時における状態を示す図である。支持機構１０は、ブラケット１０８と、フランジ１０９と、ガイド部材１００と、コイルバネ１０４と、皿バネ１０５，１０６と、を備えている。ガイド部材１００は、４本のフランジボルト１０１と、各フランジボルト１０１に締結されるダブルナット１０２とを含む。フランジボルト１０１はボルトの一例である。ダブルナット１０２はナットの一例である。コイルバネ１０４は第１弾性部材の一例である。皿バネ１０５および皿バネ１０６は第２弾性部材の一例である。

【0032】

ブラケット１０８は、板状をなし、ディーゼルエンジン３の側面からＹ軸方向に突出するようにディーゼルエンジン３に固定されている。ブラケット１０８は、中継管５１の第２ストレート部５１ｆが挿通される挿通穴を備え、その挿通穴の内径寸法は、第２ストレート部５１ｆの外径寸法より大きく設定されている。よって、中継管５１はブラケット１０８に対してＸ軸方向に変位可能に挿通されている。

【0033】

フランジ１０９は、中継管５１の第２ストレート部５１ｆに外径方向に突き出す状態で一体に設けられている。本実施形態のフランジ１０９は、リング状の板材であり、第２ストレート部５１ｆの外周面に溶接されている。フランジ１０９は、第２ストレート部５１が挿通できればよく、フランジ１０９の外形形状は、円形状でも、角形状でもよい。フランジ１０９は、図２および図３に示すように、ブラケット１０８を挟んで過給機６と反対側となる位置に配置され、ブラケット１０８に係止されることにより中継管５１が過給機６側へ移動することを制限する。

【0034】

図４に示すように、ガイド部材１００は、フランジ１０９とブラケット１０８とに係合されている。ガイド部材１００は、フランジ１０９がブラケット１０８に対して平行移動するようにフランジ１０９をガイドしている。ガイド部材１００は、４本のフランジボルト１０１と、各フランジボルト１０１に締結されるダブルナット１０２と、を含む。本実施形態は、排気管５（第２ストレート部５１ｆ）の周方向に沿って４本のフランジボルト１０１が均等に配置されている。

【0035】

フランジボルト１０１は、それぞれ、頭部１０１ａと軸部１０１ｂとを備える。フランジボルト１０１は、フランジ１０９からブラケット１０８へ軸部１０１ｂが貫き通されている。ダブルナット１０２は、フランジ１０９から過給機６側に突き出す軸部１０１ｂに対して、座金１０３を介して螺合されている。

【0036】

コイルバネ１０４は、フランジボルト１０１にそれぞれ装着されている。コイルバネ１０４は、フランジボルト１０１の頭部１０１ａとフランジ１０９との間に縮設されている。図４の矢印Ｆ２に示すように、フランジ１０９は、コイルバネ１０４によって過給機６の方向（図面右方向）に付勢され、皿バネ１０５，１０６を介してブラケット１０８に突き当てられている。また、４本のフランジボルト１０１は、コイルバネ１０４によって、フランジ１０９とブラケット１０８との間にＸ軸に対して平行に架設されている。

【0037】

排気管５の質量による荷重は、図中Ｆ３に示すように、ダブルナット１０２からブラケット１０８に伝達され、さらに、図中Ｆ４に示すようにディーゼルエンジン３に伝達される。よって、中継管５１は、フランジ１０９、コイルバネ１０４、フランジボルト１０１、ダブルナット１０２、ブラケット１０８を介してディーゼルエンジン３に支持されている。中継管５１は、コイルバネ１０４を弾性変形させることで、４本のフランジボルト１０１にガイドされてＸ軸方向に変位することができる。

【0038】

皿バネ１０５および皿バネ１０６は、フランジボルト１０１にそれぞれ装着されている。皿バネ１０５および皿バネ１０６は、中央部が外縁部より突出する凹形状をなし、中央部に軸部１０１ｂを挿通するための穴が設けられている。皿バネ１０５は、外縁部がフランジ１０９に当接するように配置されている。皿バネ１０６は、外縁部がブラケット１０８に当接するように配置されている。皿バネ１０５および皿バネ１０６は、常温時に変形しない状態で突出部分を背中合わせで接触させるように、フランジ１０９とブラケット１０８との間に配置されている。よって、ブラケット１０８とフランジ１０９とは、常温時、所定の間隔Ｗ１を空けて配置されている。これにより、中継管５１は、所定の間隔Ｗ１だけＸ軸方向に沿って過給機６側（図中右方向）に変位することが可能である。

【0039】

ここで、鉄道車両１用のディーゼルエンジン３の排気量は、例えば１万４０００ｃｃと普通自動車より大きく、排気管５は普通自動車より太くて重い。このような鉄道車両１では、例えば、１本のフランジボルト１０１に作用するコイルバネ１０４のバネ荷重が、常温時１１０Ｎに設定されている。例えば、中継管５１が熱膨張によりコイルバネ１０４に抗して過給機２と反対側に２ｍｍ変位した時、１本のフランジボルト１０１に作用するコイルバネ１０４のバネ荷重は１３０Ｎとなる。フランジ１０９とブラケット１０８は、このようなバネ荷重によって変形しないように、板厚が設置されている。例えば，フランジ１０９の板厚は６ｍｍに設定され、ブラケット１０８の板厚は１２ｍｍに設定されている。

【0040】

続いて、鉄道車両１の動作について説明する。図１に示す鉄道車両１は、例えばディーゼルエンジン３が駆動されると、所定の空燃比で燃焼用空気とディーゼル燃料とがディーゼルエンジン３に供給される。ディーゼルエンジン３は、燃焼用空気とディーゼル燃料との混合ガスを圧縮して爆発させ、駆動力を発生する。ディーゼルエンジン３が発生した駆動力は、台車１６の車輪１７に伝達され、鉄道車両１が走行する。ディーゼルエンジン３が発生した排気ガスは車外に排出される。

【0041】

この場合において、ディーゼルエンジン３が発生した排気ガスは、図２に示す過給機６を介して排気管５に排出される。過給機６は、ディーゼルエンジン３から排気管５へ流れる排気ガスの圧力によってタービンホイール６６が回転する。これにより、コンプレッサホイール６５が回転する。コンプレッサホイール６５の回転によって、第１給気管７からコンプレッサホイール６５へ流入した燃焼用空気が圧縮され、第２給気管４を介してディーゼルエンジン３へ供給される。ディーゼルエンジン３は、過給機６を用いない場合と比べ、燃焼用空気が増加し、出力効率が向上する。よって、ディーゼルエンジン３は、同じ出力のエンジンと比べ、コンパクトかつ軽量である。

【0042】

ディーゼルエンジン３は、混合ガスの爆発によって発生した排気ガスを、タービンハウジング６２を介して排気管５に排出する。排気ガスは、例えば、５００℃もの高温になる。金属製の中継管５１やたわみ管５２を含む排気管５は、そのような高温の排気ガスが流れると、熱膨張する。

【0043】

中継管５１の第１接続部５１ａ側の端部は、過給機６に接続され、過給機６の取付ブラケット６４を介してディーゼルエンジン３に支持されている。一方、中継管５１の第２接続部５１ｂ側の端部は、たわみ管５２に接続されている。そのため、中継管５１は、熱膨張時、図５の矢印Ｆ１１に示すように、過給機６と反対向き（図中左向き）に変位しようとする。

【0044】

ガイド部材１００の４本のフランジボルト１０１は、それぞれ、フランジボルト１０１の頭部１０１ａとフランジ１０９との間に縮設されるコイルバネ１０４のバネ力によって、ダブルナット１０２をブラケット１０８に突き当て、Ｘ軸に対する平行状態を維持している。そのため、図５の矢印Ｆ１２に示すように、熱膨張する中継管５１は、４本のフランジボルト１０１にガイドされて、コイルバネ１０４を圧縮しながらＸ軸方向に沿って過給機６と反対向き（図５の図中左向き）に変位する。これにより、フランジ１０９とブラケット１０８との間隔Ｗ２は、常温時の所定の間隔Ｗ１（図４参照）より広くなり、各フランジボルト１０１に装着した皿バネ１０５と皿バネ１０６とが離間する。

【0045】

中継管５１の熱膨張に基づく変位がコイルバネ１０４によって吸収されるので、中継管５１と過給機６との接続部分に作用する力が抑制される。また、中継管５１は、熱膨張する間も常温時と同様に支持機構１０を介してディーゼルエンジン３に支持され、Ｘ軸方向に沿って図中左方向に変位することがきる。これにより、中継管５１と過給機６との接続部分にはＸ軸方向の力が作用して、曲げモーメントが作用しないので、排気ガスの漏れや、接続ブラケット６２ａの破損が回避される。

【0046】

また、中継管５１とたわみ管５２とを含む排気管５が熱膨張時に自由に変位することができるので、排気管５は、例えば、中継管５１とたわみ管５２とが熱膨張によって過剰な力で押し合って破損することを回避できる。

【0047】

本実施形態では、支持機構１０が中継管５１を変位可能に支持する方向が、中継管５１（排気管５）が過給機６の接続ブラケット６２ａに接続される接続方向と一致している。そのため、排気管５が熱膨張する場合に、中継管５１と過給機６との接続部分は、ブースト圧以外に作用する力が小さくなり、過給機６の接続ブラケット６２ａが破損しにくい。

【0048】

鉄道車両１は、例えば、ディーゼルエンジン３が停止され、排気ガスが排気管５を流れなくなると、熱膨張した排気管５が外気によって冷却され、収縮する。この場合、中継管５１の熱収縮に応じてコイルバネ１０４が伸張する。中継管５１は、一体に設けたフランジ１０９が４本のフランジボルト１０１によってブラケット１０８に対して平行移動可能に支持されているので、Ｘ軸方向に沿って過給機６に向かって（図５の図中右向き）に変位する。

【0049】

図４に示すように、中継管５１は、皿バネ１０５と皿バネ１０６とが当接すると、フランジ１０９が皿バネ１０５と皿バネ１０６を介してブラケット１０８に係止される。これにより、中継管５１が初期位置に自動的に復帰し、過給機６は、必要以上の力で排気管５を押し付けられない。排気管５は、収縮する際に自由に変位できるので、中継管５１とたわみ管５２との突き合わせ部分に余分な力が作用しない。

【0050】

よって、鉄道車両１は、排気管５が熱膨張と熱収縮を繰り返しても、継管５１と過給機６との接続部分あるいは排気管５が破損しにくく、排気ガスが漏れにくい。

【0051】

続いて、鉄道車両１が寒冷地で使用される場合について説明する。鉄道車両１は、例えば外気温が－１８℃の寒冷地で使用される場合、中継管５１とたわみ管５２とを含む排気管５が熱収縮する。

【0052】

図４に示すように、常温時、フランジ１０９とブラケット１０８は、皿バネ１０５と皿バネ１０６とを介して所定の間隔Ｗ１を空けて配置されている。そのため、熱収縮する中継管５は、皿バネ１０５および皿バネ１０６をフランジ１０９とブラケット１０８との間で押し潰して弾性変形させながら、図６のＦ２１に示すように、過給機６に向かって（図６の図中右方向）に変位することができる。これにより、フランジ１０９とブラケット１０８との間隔Ｗ３が常温時の所定の間隔Ｗ１（図４参照）より小さくなる。

【0053】

この際、フランジボルト１０１の頭部１０１ａとフランジ１０９との間に縮設されたコイルバネ１０４は、図中Ｆ２２に示すように、フランジ１０９の変位に応じて伸張するものの、フランジ１０９を過給機６の方向（図６の図中右向き）に付勢するバネ力の反作用として、フランジボルト１０１の頭部１０１ａを過給機６と反対向き（図６の図中左向き）に付勢するバネ力を有している。そのため、４本のフランジボルト１０１は、それぞれ、ダブルナット１０２がコイルバネ１０４のバネ力によってブラケット１０８に押し付けられ、Ｘ軸に対する平行状態を維持している。よって、中継管５１は、寒冷地で使用されて熱収縮する場合も、Ｘ軸方向に沿って変位する。

【0054】

中継管５１の熱収縮に基づく変位が皿バネ１０５および皿バネ１０６によって吸収されるので、中継管５１と過給機６との接続部分に作用する力が抑制される。また、図６のＦ２１に示すように、中継管５１が支持機構１０に支持されてＸ軸方向に沿って過給機６に向かって（図中右方向に）変位するので、中継管５１と過給機６との接続部分に曲げモーメントが作用せず、排気ガスの漏れや過給機６の破損を回避できる。また、中継管５１とたわみ管５２とを含む排気管５が熱収縮時に自由に変位することができるので、例えば、中継管５１とたわみ管５２との突き合わせ部分に離間方向の力が過剰に作用せず、中継管５１やたわみ管５２や連結ボルト５３の破損が回避される。

【0055】

皿バネ１０５および皿バネ１０６がフランジ１０９とブラケット１０８との間で完全に押し潰されると、中継管５１は、フランジ１０９を介してブラケット１０８に係止され、それ以上過給機６側へ変位できなくなるが、熱収縮による寸法変化の大半を吸収でき、過給機６が熱収縮する中継管５１により過剰に引っ張られて破損することが回避される。

【0056】

例えば、－１８℃まで冷却された排気管５は、温められると、熱膨張する。この場合、中継管５１は、４本のフランジボルト１０１にガイドされて、Ｘ軸方向に沿って過給機６と反対向き（図６の図中左向き）に変位する。皿バネ１０５と皿バネ１０６は、フランジ１０９から付与される力が緩和されることにより元の形状に戻る。これにより、中継管５１は、フランジ１０９とブラケット１０８とを所定の間隔Ｗ１を空けて配置する初期位置に自動復帰する。この場合も、中継管５１と過給機６との接続部分は、曲げモーメントが作用しないので、排気ガスの漏れや過給機６の破損を回避することができる。

【0057】

また、中継管５１とたわみ管５２とを含む排気管５が熱膨張時に自由に変位することができるので、排気管５は、例えば、中継管５１とたわみ管５２とが熱膨張によって過剰な力で押し合って破損することを回避できる。

【0058】

ところで、排気管５が熱膨張や熱収縮によって位置変動する場合、たわみ管５２がベローズ部５２ｃを三次元方向に変位させて排気管５の位置変動を吸収する。これにより、排気管５の位置変動によって、排気管の接続部分からガス漏れが生じることが回避できる。

【0059】

たわみ管５２と過給機６との間には中継管５１が配置されている。中継管５１を支持する支持機構１０は、たわみ管５２の三次元方向の変位に基づいて、フランジボルト１０１に各々装着されているコイルバネ１０４が弾性変形する。これにより、支持機構１０は、中継管５１の位置をＸ軸に沿った方向にのみ調整することができる。中継管５１と過給機６との接続部分は、たわみ管５２の三次元方向の変位が伝達されないので、たわみ管５２の変位に基づく曲げモーメントが作用せず、排気ガスの漏れや過給機６の破損を回避することができる。

【0060】

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両１は、排気管５が、過給機６に接続する部分と、支持機構１０に支持される部分とで支持されている。支持機構１０は、排気管５をＸ軸方向に変位可能に支持している。そのため、例えば、排気管５がディーゼルエンジン３から排出される排気ガスの熱によって熱膨張する場合、排気管５と過給機６との接続部分にはＸ軸方向の力が作用し、排気管５が片持ち状に支持された状態にならない。これにより、排気管５と過給機６との接続部分には、Ｘ軸方向の力が作用し、三次元方向の曲げモーメントが作用しないので、排気ガスが漏れたり、過給機６が破損したりすることを回避できる。また、排気管５が熱膨張時に自由に変位することができるので、排気管５自体の破損も回避できる。よって、本実施形態の鉄道車両によれば、排気ガスの漏れや、排気管５あるいは過給機６の破損を回避するように排気管５を支持することができる。

【0061】

本明細書に開示される実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本明細書に開示される技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、駆動源は、ディーゼルエンジン３に限らず、ガソリン、灯油などディーゼル燃料と異なる燃料を用いて駆動力を発生する装置であってもよい。また、駆動源は、例えば、ディーゼルエンジンと発電機とを組み合わせたハイブリッド型のエンジンであってもよい。

【0062】

また、フランジボルト１０１の数や配置は上記実施形態に限定されない。また、排気管５のレイアウトは、本実施形態に限定されない。例えば、排気管５は、過給機６の接続ブラケット６２ａから斜め上方に上がった後、台枠１１の下面に沿ってＸ軸方向に配置されてもよい。また、排気管５は、過給機６の接続ブラケット６２ａからＸ軸方向に真っ直ぐ配置されていてもよい。

【0063】

また、１本のフランジボルト１０１に対して配置される皿バネは、２個に限らず、１個でも３個以上でもよい。皿バネ１０５と皿バネ１０６は、コイルバネなどの別種類の弾性部材であってもよい。ただし、皿バネを使用することで、支持機構１０の構造がコンパクトになる。

【0064】

また、コイルバネ１０４は、フランジボルト１０１ごとに配置されていなくてもよい。例えば、複数のフランジボルト１０１の頭部１０１ａのフランジ１０９側に当接するリング状の部材を設けて当該リング状部材とフランジ１０９との間に、１個のコイルバネが中継管５１の外周に沿って配置されてもよい。ただし、コイルバネ１０４がフランジボルト１０１ごとに配置され、排気管５に作用する外力に応じて個別に弾性変形するようにすれば、支持機構１０が一軸方向に一致させるように中継管５１の位置を調整しやすい。

【0065】

また、支持機構１０のガイド部材１００は、ブラケット１０８に複数本のガイド軸を一体に立設し、そのガイド軸をフランジ１０９に挿通し、固定部材をガイド軸に各々固定することにより構成されていてもよい。ただし、ガイド部材１００が、複数本のフランジボルト１０１と、複数本のフランジボルト１０１に各々締結されるダブルナット１０２によって構成されることで、支持機構１０を構成する部品が取り扱いやすく、支持機構１０の組み立て作業を簡素化できる。

【0066】

また、皿バネ１０５，１０６は省略してもよい。ただし、フランジ１０９とブラケット１０８との間に皿バネ１０５，１０６が弾性変形可能に配置されることにより、例えば鉄道車両１が寒冷地で使用され、排気管５が熱収縮する場合に、皿バネ１０５と皿バネ１０６とが排気管５（中継管５１）の熱収縮を吸収するので、排気管５が過給機６を強く引っ張って過給機６を破損させることを防止できる。

【0067】

また、排気管５は、ベローズ部５２ｃを含まなくてもよい。ただし、排気管５がベローズ部５２ｃを含むことで、ベローズ部５２ｃが、排気管５の位置変動に応じて三次元方向に変位し、排気管５の位置変動を吸収する。これにより、排気管５（中継管５１）と過給機６との接続部分に作用する力が抑制される。さらに、排気管５は、ベローズ部５２ｃと過給機６との間の部分が支持機構１０によって支持されることで、ベローズ部５２ｃの三次元方向の変位が、排気管５と過給機６との接続部分に伝達されず、排気管５と過給機６との接続部分に曲げモーメントが作用しない。このような鉄道車両１によれば、排気ガスの漏れや、過給機の破損を回避できる。

【0068】

また、フランジ１０９は、複数枚のフランジ片により構成されてもよい。例えば、中継管５１は、第２ストレート部５１ｆの外周面に対して、４枚の板状のフランジ片がフランジボルト１０１を配置する位置に第２ストレート部５１ｆの外径方向に突き出す状態でそれぞれ溶接等で固定されていてもよい。この場合、フランジは、中継管５１の外周面に断続的に配置される４枚のフランジ片により構成される。ただし、フランジが中継管５１の第２ストレート部５１ｆを挿通可能なリング状をなし、第２ストレート部５１ｆの外周面に沿って連続的に配置されるようにすれば、コイルバネ１０４からフランジに作用する力や排気管５の変位に基づいてフランジに作用する力がフランジ全体に分散される。その結果、フランジと第２ストレート部５１ｆとの接続部分にかかる負荷が小さくなり、フランジの破損が抑制される。また、複数枚のフランジ片を固定する場合、中継管５１に対する位置合わせや溶接などに手間がかかるが、リング状のフランジ片であれば、そのような手間が軽減される。

【符号の説明】

【0069】

１ 鉄道車両
３ ディーゼルエンジン（エンジンの一例）
５ 排気管
６ 過給機
１０ 支持機構
１００ ガイド部材
１０１ フランジボルト（ボルトの一例）
１０２ ダブルナット（ナットの一例）
１０４ コイルバネ（第１弾性部材の一例）
１０５ 皿バネ（第２弾性部材の一例）
１０６ 皿バネ（第２弾性部材の一例）
１０８ ブラケット
１０９ フランジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】