JP2010270636A - Exhaust pipe structure of internal combustion engine and output adjusting method for the internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関の排気管構造および内燃機関の出力調整方法に係り、特に、排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有する内管を設け、排気効率に係るエンジン特性の最適化を行うものに関する。 The present invention relates to an exhaust pipe structure of an internal combustion engine such as an automobile engine and an output adjustment method of the internal combustion engine, and more particularly, in the middle of a substantially cylindrical outer pipe constituting the exhaust flow path, on the downstream side of the exhaust flow path. The present invention relates to an engine that is provided with an inner pipe having a tapered portion that gradually decreases in diameter and optimizes engine characteristics related to exhaust efficiency.
例えば、代表的な内燃機関である自動車用のエンジンにあっては、高回転における最高出力あるいは回転数に対するトルクなどのエンジン特性は、車種あるいは自動車の使用目的によって設定が異なるものであり、これらのエンジン特性を調整するパラメータの一つとして、排気流路の最適化がある。 For example, in an automobile engine that is a typical internal combustion engine, engine characteristics such as maximum output at high speed or torque with respect to the number of revolutions vary depending on the type of vehicle or purpose of use of the automobile. One of the parameters for adjusting the engine characteristics is optimization of the exhaust passage.
この排気流路の最適化は、排気流路となる排気管やサイレンサー(マフラ)などの構造を調整して行うものであり、従来、例えば排気管にあっては、特にフロントパイプ(エキゾーストマニホールドと触媒との間を接続する排気管)の形状(パイプの内径や長さ、断面形状、取り回し等)を調整したり、サイレンサーにあっては、内部を二重の円筒構造にして内外管の断面積比率や長さ比率を調整したりし、その最適化を行っていた(例えば、特許文献1の図1参照)。 The optimization of the exhaust flow path is performed by adjusting the structure of the exhaust pipe and the silencer (muffler) that become the exhaust flow path. Conventionally, for example, in the exhaust pipe, the front pipe (exhaust manifold and catalyst) For the silencer, adjust the shape (exhaust pipe connecting the pipe to the pipe) (inner diameter and length of pipe, cross-sectional shape, handling, etc.), and the silencer has a double cylindrical structure inside, and the cross-sectional area of the inner and outer pipes The ratio and the length ratio were adjusted and the optimization was performed (for example, refer to FIG. 1 of Patent Document 1).
しかしながら、排気流路の最適化によるエンジン特性の調整にあっては、内燃機関における吸気や燃焼とも絡むため、解析的に設計することが難しく、現実的には、いくつもの形状の排気管(例えばフロントパイプ全体)やサイレンサーなどを作製しておき、その中から試行錯誤により最適な形状のものを選定するもので、このような排気流路の最適化によるエンジン特性の調整には、多大な手間と時間がかかるという問題点があった。 However, in adjusting engine characteristics by optimizing the exhaust flow path, it is difficult to design analytically because it involves both intake and combustion in an internal combustion engine. The entire front pipe) and silencer, etc. are prepared, and the optimal shape is selected by trial and error. Adjustment of the engine characteristics by such optimization of the exhaust flow path requires a great deal of time and effort. There was a problem that it took time.
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems.
請求項1に係る発明は、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管と、この外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有する内燃機関の排気管構造である。 The invention according to claim 1 has a substantially cylindrical outer pipe that constitutes an exhaust passage of the internal combustion engine, and an axial core that is detachably provided in the middle of the outer pipe and that coincides with the axial core of the outer pipe. The inner pipe and the inner pipe have a taper whose outer peripheral edge on the upstream side of the exhaust flow path contacts the inner wall of the outer pipe over the entire circumference and gradually decreases in diameter toward the downstream side of the exhaust flow path. 1 is an exhaust pipe structure of an internal combustion engine having a portion.
請求項2に係る発明は、請求項1記載の内燃機関の排気管構造において、外管の中途には、屈曲自在な蛇腹状の継手を備え、内管は、前記外管内において、前記蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置しているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the first aspect, a flexible bellows-like joint is provided in the middle of the outer pipe, and the inner pipe is the bellows-like shape in the outer pipe. It is located in the site | part covering the substantially full length of the flow path direction of this joint.
請求項3に係る発明は、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管を着脱可能に設け、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整する内燃機関の出力調整方法である。 According to a third aspect of the present invention, in the middle of the substantially cylindrical outer pipe that constitutes the exhaust passage of the internal combustion engine, an inner pipe having an axis that coincides with the axis of the outer pipe is detachably provided. The pipe has a tapered portion whose outer peripheral edge on the upstream side of the exhaust flow path contacts the inner wall of the outer pipe over the entire circumference and gradually decreases in diameter toward the downstream side of the exhaust flow path. An output adjustment method for an internal combustion engine that adjusts output characteristics of the internal combustion engine by changing a ratio of a flow passage area at an end portion on the downstream side of the tapered portion and a flow passage area at an end portion on the upstream side of the tapered portion It is.
請求項1に記載の内燃機関の排気管構造によれば、外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、この内管は、排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するため、簡易な構成で排気ガス排出速度の高速化を図ることができ、慣性作用により排出速度を調整して排気効率に係る内燃機関の出力調整の最適化を容易に行うことができる。 According to the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to claim 1, an inner pipe that is detachably provided in the middle of the outer pipe and has an axis that matches the axis of the outer pipe, and the inner pipe Since the outer peripheral edge on the upstream side of the flow path is in contact with the inner wall of the outer pipe over the entire circumference and has a tapered portion that gradually decreases in diameter toward the downstream side of the exhaust flow path, the exhaust gas can be configured with a simple configuration. The discharge speed can be increased, and the output speed of the internal combustion engine related to the exhaust efficiency can be easily optimized by adjusting the discharge speed by inertia action.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1記載の内燃機関の排気管構造の効果に加え、内管は、外管内において、蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置しているため、蛇腹状の継手に直接排気ガスが当たって流れ抵抗が増大するのを抑制し、蛇腹状の継手を設けた排気管構造であっても排気効率の低下を防止することができ、しかも、排気ガスが直接蛇腹状の継手に当たらない分、該継手の過熱による劣化を防ぐことができる。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the first aspect, the inner pipe is located in a portion of the outer pipe that extends over substantially the entire length in the flow path direction of the bellows-like joint. Therefore, it is possible to prevent exhaust gas from directly hitting the bellows-like joint and increase the flow resistance, and to prevent a reduction in exhaust efficiency even with an exhaust pipe structure provided with a bellows-like joint. In addition, since the exhaust gas does not directly hit the bellows-like joint, deterioration of the joint due to overheating can be prevented.
請求項3に記載の内燃機関の出力調整方法によれば、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管を着脱可能に設け、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整するため、簡易な構成で排気ガスの排出速度を変えることができ、慣性作用により排出速度を調整して排気効率に係る内燃機関の出力調整の最適化を容易に行うことができる。
According to the output adjustment method for an internal combustion engine according to
本発明の第1の実施例を、図1〜図5を参照して説明する。なお、以下に示す実施例にあっては、内燃機関として自動車用のエンジンを例示する。図1(a)は本発明の要部である流束調整部10を示したものであり、流束調整部10は、概略的に、外管11と、この外管11内に設けられた内管12とにより構成されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following embodiment, an automobile engine is exemplified as the internal combustion engine. FIG. 1A shows a
また、図2において、Aは排気流路を示しており、排気流路Aは、例えば、多気筒(図2では、4気筒のエンジンeを例示)のエンジンeのシリンダーヘッドの排気口に接続され、該エンジンeからの排気ガスを合流させるエキゾーストマニホールドmと、このエキゾーストマニホールドmに接続されたフロントパイプ1と、このフロントパイプ1に接続され、排気ガスの浄化を行う触媒装置2と、この触媒装置2に接続された中間パイプ3と、この中間パイプ3に接続され、エンジンeの脈動音を消音するサイレンサー4と、このサイレンサー4に接続され、排気ガスを車外に放出するテールパイプ5とにより構成されるもので、前述の流束調整部10は、例えば本図に示したように、フロントパイプ1の中途に設けられている。
In FIG. 2, A indicates an exhaust passage, and the exhaust passage A is connected to an exhaust port of a cylinder head of an engine e of, for example, a multi-cylinder (a four-cylinder engine e is illustrated in FIG. 2). An exhaust manifold m for joining the exhaust gas from the engine e, a front pipe 1 connected to the exhaust manifold m, a catalyst device 2 connected to the front pipe 1 for purifying exhaust gas, and the catalyst device 2, an
前述の流束調整部10において、外管11は、エンジンeの排気流路Aを構成するものであり、略円筒状の金属材料で形成されている。この外管11には、図1に示したように、後記する内管12を取り付けるフランジ13、13が設けられている。
In the above-described
内管12は、外管11内の中途に設けられ、外管11の軸芯と一致する軸芯を有するもので、排気流路Aの上流側の外周縁が全周に亘って外管11の内壁に当接すると共に、排気流路Aの下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部12cを有している。つまり、テーパー部12cの下流側の端部における流路面積S2が、テーパー部12cの上流側の端部における流路面積S1よりも小さく(S2<S1)なるように形成されている。
The
また、この内管12は、金属材料により形成され、外管11に着脱可能に設けられているもので、図1、図3に示したように、該内管12の上流側の開口部12aにおいて、軸芯方向に垂直な方向に向かって張り出す鍔部12dを設け、この鍔部12dを前述のフランジ13、13の間に挟持し、フランジ13に穿設された複数の通孔13a、13a(本実施例にあっては、図1(b)に示したように、6個の通孔13aを例示)のそれぞれにボルト14を挿通し、このボルト14とナット15によりフランジ13、13どうしを緊締して外管11に固定されている。なお、内管12の脱着にあっては、ボルト14およびナット15を取り外し、フランジ13への挟持を解除して行われる。また、図1において、16は気密性を保持し、排気ガスの漏出を防ぐパッキンを示している。
The
ところで、開口部12aの内径は、外管11の内径と同一となるように形成され、外管11と内管12との接続部において段差を生じないように形成するのが好ましい。
By the way, it is preferable that the inner diameter of the opening 12a is formed so as to be the same as the inner diameter of the
図3は、選定に供する種々の内管12を示しているもので、例えば、図12(a)はテーパー部12cの下流側端部が比較的広いものを(L2)、図12(c)はテーパー部12cの下流側端部が比較的狭いものを(L2”)、図12(b)はテーパー部12cの下流側端部が図12(a)と図12(c)との中間のものを(L2’)それぞれ示している(L2>L2’>L2”)。なお、テーパー部12cの上流側端部の内径L1(開口部12aの開口径と同じ)は何れも同じであり、外管11の内径と同じ内径である。これら種々の内管12の中から適するものを選定して取り付けることにより、車種や自動車の使用目的に合わせて、容易に最適なエンジン特性(エンジン出力やトルクなど)を得ることができる。
FIG. 3 shows various
次に、上述のように構成された第1の実施例に係る内燃機関の排気管構造の作用効果について、図4、図5を参照して説明する。図4はエンジン回転数に対するエンジン出力を、図5はエンジン回転数に対するトルクをそれぞれ示している。 Next, the effect of the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows the engine output with respect to the engine speed, and FIG. 5 shows the torque with respect to the engine speed.
[実施例1]
・エンジン:マツダ社製BP−RS型 1839cc/4気筒 ガソリン燃料
・外管:内径φ57.0mm
・内管:テーパー部の上流側端部の内径φ57.0mm
テーパー部の下流側端部の内径φ42.5mm
テーパー部の長さ120mm
取付け部位はフロントパイプの中途
[実施例2]
内管のテーパー部の下流側端部の内径をφ47.5mmとした以外、実施例1の構成と同じ。
[比較例1]
内管を設けないこと以外、実施例1の構成と同じ。
[Example 1]
・ Engine: BP-RS type 1839cc / 4 cylinder gasoline fuel manufactured by Mazda ・ Outer pipe: Inner diameter φ57.0mm
・ Inner tube: Inner diameter φ57.0mm at the upstream end of the taper
Inner diameter φ42.5mm at the downstream end of the taper
Taper length 120mm
Mounting part is in the middle of the front pipe [Example 2]
The configuration is the same as that of Example 1 except that the inner diameter of the downstream end of the tapered portion of the inner tube is φ47.5 mm.
[Comparative Example 1]
The configuration is the same as that of the first embodiment except that no inner pipe is provided.
(測定方法)
下記測定装置を用い、エンジン出力およびトルクを測定した。
電気動力計、東京プラント株式会社製、型式:EDH−440型
(Measuring method)
Engine output and torque were measured using the following measuring device.
Electric dynamometer, manufactured by Tokyo Plant Co., Ltd. Model: EDH-440
図4、図5に示したように、内管を設けた実施例1、2のエンジン出力およびトルク共に、内管を設けない比較例1のものに比べ、測定回転範囲(2500〜6500回転/分)全体に亘って高い値を得ることができた。特にエンジン出力にあっては、内管を設けたものは6000回転/分を超えても更に上昇する傾向であり、その値は、テーパー部の下流側端部の内径、すなわち、排気ガスの排出速度に依っても異なるものであった。 As shown in FIGS. 4 and 5, both the engine output and torque of Examples 1 and 2 having the inner pipe are compared with those of Comparative Example 1 in which the inner pipe is not provided. Min) High values could be obtained throughout. Particularly in the engine output, those provided with an inner pipe tend to further increase even when the speed exceeds 6000 rpm, and the value is the inner diameter of the downstream end of the tapered portion, that is, exhaust gas discharge. It was different depending on the speed.
ところで、前述の内管12の下流側の開口部12bには、図6に示したように、テーパー部12cの下流側の端部から下流側に向かって連続的かつ徐々に拡がる整流部12eを形成するようにしてもよい。この整流部12eは、開口部12bを通過する排気ガスの流れが、該開口部12bにおいて乱流になるのを抑制し、排気ガスの圧力損失を低減して排気効率(排気ガスの内燃機関内からの排出のし易さ)を高めるものである。
By the way, as shown in FIG. 6, the
次に、第2の実施例について図7、図8を参照して説明する。なお、同一部分には同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。この実施例にあっては、上述した第1の実施例の構成に加え、外管11の中途に、屈曲自在な蛇腹状の継手6を備えているものである。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the same part, and the detailed description is abbreviate | omitted. In this embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment described above, a bendable bellows-like joint 6 is provided in the middle of the
この継手6は、図7に示したように、エンジンeから伝わる振動と、走行時などに触媒装置2やサイレンサー4に生じる振動との不整合により、排気流路Aを構成する部材(例えば、外管11など)が破損するのを防止するために設けられるもので、図8(a)に示したように、継手6は、概略的に、内側部材61と、この内側部材61を覆う外側部材62とにより構成されており、これら内側部材61および外側部材62は、取付部材63、63により、一端を外管11に、他端をフランジ13に一体的に溶接により接合されている。
As shown in FIG. 7, the joint 6 is a member (for example, a member constituting the exhaust passage A) due to mismatch between vibration transmitted from the engine e and vibration generated in the catalyst device 2 and the silencer 4 during traveling. As shown in FIG. 8 (a), the joint 6 is roughly composed of an
そして、内管12は、外管11内において、蛇腹状の継手6の流路方向の略全長に亘る部位に配置されているもので、継手6の内側面を覆うことにより、蛇腹状に湾曲した内側部材61に直接排気ガスが当たって流れ抵抗が増大するのを抑制することができ、継手6が設けられた排気管構造であっても排気効率の低下を防止することができる。なお、第2の実施例にあっても、第1の実施例と同様な作用効果が得られた。
The
ところで、上述した第1および第2の実施例にあっては、流束調整部10をフロントパイプ1の中途に設ける例について示したが、この流束調整部10は、図9に示したように、中間パイプ3の中途に設ける構成にしたり、テールパイプ5の中途に設ける構成(不図示)にしてもよい。また、図示していないが、排気流路Aにおいて、二以上の流束調整部10、10、・・を設ける構成にしてもよい。
By the way, in the first and second embodiments described above, the example in which the
また、上述した第1および第2の実施例にあっては、内燃機関として自動車用のエンジンについて説明したが、他の内燃機関、例えば、自動二輪車用のエンジン、発電機用のエンジンなどの内燃機関に適用してもよい。 In the first and second embodiments described above, an automobile engine has been described as an internal combustion engine. However, other internal combustion engines, for example, an engine for a motorcycle, an engine for a generator, etc. It may be applied to institutions.
A 排気流路
e エンジン(内燃機関)
1 フロントパイプ
3 中間パイプ
10 流束調整部
11 外管
12 内管
A Exhaust flow path e Engine (internal combustion engine)
1
Claims (3)
この外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、
この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有することを特徴とする内燃機関の排気管構造。 A substantially cylindrical outer tube constituting an exhaust passage of the internal combustion engine;
An inner tube that is detachably provided in the middle of the outer tube and has an axial core that matches the axial core of the outer tube;
The inner pipe has a tapered portion whose outer peripheral edge on the upstream side of the exhaust flow path contacts the inner wall of the outer pipe over the entire circumference and gradually decreases in diameter toward the downstream side of the exhaust flow path. An exhaust pipe structure for an internal combustion engine.
内管は、前記外管内において、前記蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置していることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気管構造。 In the middle of the outer tube, it has a flexible bellows-like joint,
2. The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the inner pipe is located in a portion of the outer pipe that extends over substantially the entire length in the flow path direction of the bellows-like joint.
この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、
前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整することを特徴とする内燃機関の出力調整方法。 In the middle of the substantially cylindrical outer pipe constituting the exhaust flow path of the internal combustion engine, an inner pipe having an axis that matches the axis of the outer pipe is detachably provided,
The inner pipe has a tapered portion whose outer peripheral edge on the upstream side of the exhaust flow passage is in contact with the inner wall of the outer pipe over the entire circumference and gradually decreases in diameter toward the downstream side of the exhaust flow passage. And
An internal combustion engine that adjusts output characteristics of the internal combustion engine by changing a ratio of a flow passage area at an end portion on the downstream side of the taper portion and a flow passage area at an end portion on the upstream side of the taper portion. Output adjustment method.
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