JP2011153574A

JP2011153574A - 排気ガス流の加速装置

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Publication number: JP2011153574A
Application number: JP2010015803A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tsunoda; 義明角田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP5161898B2

Abstract

【課題】エンジン排気量に対応する融通性のある排気ガス流の加速装置を提供する。
【解決手段】中空な筒状構造を有し、その一端を排気系の末端に接続する排気ガス流入側とし、その他端を排気ガス流の大気放出のための排気ガス排出側とした装置本体２０と、テーパー筒状の構造を有し、装置本体に流入する排気ガスを加速するために上記排気ガス流入側に設置した第１加速部２３と、テーパー筒状の構造を有し、第１加速部で加速された排気ガスを加速するために上記第１加速部の下流に間隔を設けて設置した第２加速部２５と、第２加速部における排気ガスの流出口側を囲む筒状構造を有し、第１加速部における排気ガスの流出口側と通じる吸引口を形成した負圧発生部２７と、第２加速部における排気ガスの流出口から排出される排気ガス流の拡散を制限するために第２加速部における排気ガスの排出口の内側に設けた絞り部２８とを具備した排気ガス流の加速装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気へ放出するための排気ガス流の加速装置に関するものである。

自動車用エンジンに代表される内燃機関において、排気系は燃焼によって生じた排気ガスを大気に放出するに止まらず、排気ガスの成分調整や排気音の低減を行う重要な役割を負っている。特に、近年の排気ガス浄化に関する法整備の進行に伴い、排気系が複雑化し背圧の増大する傾向が続いている。本件の発明者は上記の傾向を改善するため、排気ガスを高速化して大気放出する技術に取り組んでおり、成果の一部についてその都度特許出願を行い、技術の公開に努めて来た。

上記特許出願中の特開平６−１７３６３４号は排気系にバイパス路を設け、排気ガス流速を高め、背圧を減少させることで掃気を促進するものであり、特開平７−２３３７２２号は排気管に排気ガスを取り出してまた管流させる管流管を設け、熱害の問題解決を図ったもの、特開平８−３２６５４７号は排気ガス流を加速して負圧を発生させる加速部を上下２段に設けた、高度の負圧吸引エネルギーを発生させるものである。また、特開平９−１７０４３２号は排気ガスを高速で大気放出する際に排気ガス流の流束を絞る絞り部を設け、高速排出の確実化を図ったもの、特開平１０−３３１６３１号はエンジンの排気量の或る程度の変化に対応するように融通性を持たせたもの、特開２００１−９８９２４号は早期促進効果を有するマフラーについて小型化を目的としたものである。

このような継続した開発の過程では目的と成果の不一致もあり、必ずしも意図したとおりの結果が得られるとは限らなかったが、解決すべき課題が次第に明確になって来た。その代表的なものは、例えばエンジンの排気量の変化に対応する融通性であり、これを欠く場合には排気量の大小によって何種類もの製品を用意しなければならないことになる。また、他の課題は装置の小型化であり、大型であればあるほど自動車に装着しにくくなり、排気管にかかる荷重負担も増すことになる。このような経緯を経て、本件の発明者は上記の課題を解決するための手法を経験的に知得し、これを実地に移し、その結果本件の発明を完成した。

特開平６−１７３６３４号特開平７−２３３７２２号特開平８−３２６５４７号特開平９−１７０４３２号特開平１０−３３１６３１号特開２００１−９８９２４号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、エンジンの排気量の大小変化に対応する融通性を持った排気ガス流の加速装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、小型であっても所期の目的を達成することができる排気ガス流の加速装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、吸気系の調整を行わなくてもエンジンを所期の性能で運転することができる排気ガス流の加速装置を提供することである。

前記の課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気へ放出するための装置として、中空な筒状構造を有し、筒状構造の一端を排気系の末端に接続する排気ガス流入側とし、筒状構造の他端を排気ガス流の大気放出のための排気ガス排出側とした装置本体と、テーパー筒状の構造を有し、装置本体に流入する排気ガスを加速するために上記排気ガス流入側に設置した第１加速部と、テーパー筒状の構造を有し、第１加速部で加速された排気ガスを加速するために上記第１加速部の下流に間隔を設けて設置した第２加速部と、第２加速部における排気ガスの流出口側を囲む筒状構造を有するとともに、第１加速部における排気ガスの流出口側と通じる吸引口を形成した負圧発生部と、第２加速部における排気ガスの流出口から排出される排気ガス流の拡散を制限するために第２加速部における排気ガスの排出口の内側に設けた絞り部とを具備して構成するという手段を講じたものである。

装置本体には、本発明に係る装置のほぼ全ての構成が組み込まれる。従って、本発明の装置の構成要素は装置本体と、基本的には一体に組み立てることができる。このことは、本発明の装置の小型軽量化にも寄与する。しかしながら、例えば一部の構成要素を交換式にするような場合には一体物でなく、その部分を取り外し得る一体的構造を取ることも可能である。

装置本体内部に組み込まれる第１加速部と第２加速部とは間に間隔をあけて配置する。そのため、第１加速部と第２加速部の間の周囲は空間になり、従来は存在した筒体の壁面がなくなるので、排気ガス流は筒体壁面による抵抗を受けなくなり、装置を通過することに伴って生じる抵抗の総和も低減することとなる。

排気ガス流が最後に通過する絞り部は、排気ガス流の拡散を制限する（絞る）ことが本来の目的であるから、絞るという文言を形状と結び付ける必要はない。後述する図示の例のように絞られた形状でなく、単なる筒状であっても良い。また、絞り部は独立した部材である必要もなく、第２加速部の後端部によって代替される。

上記負圧発生部は筒状構造の前端部にてテーパー筒状構造の第２加速部の外面に接続され、筒状構造の後端部に多数の小孔が形成された構造を有し、上記小孔の外周は尾筒によってこれを取り囲んだ構造を有しているものは望ましい形態である。この小孔は、消音器として、或いは排気音の調整器として機能する。なお、本発明の装置はいわゆるマフラーを装着した排気管の末端部に装着できるので、消音器としての機能は不要であるが、加速されて大気放出される高速排気ガス流固有の排気音の調整を行うために有効である。

上記第１加速部として、テーパー部分の収斂点が第２加速部の内部に位置するテーパー筒状構造を有することは望ましいけれども、不可欠の要件とまでは断言できない。第１加速部は排気ガス流を加速し、第２加速部は、第１加速部のテーパー部分によって加速された排気ガス流をさらに加速するので、排気系のエンドパイプの内径、第１加速部の内径、第２加速部の内径及び間隔は、排気ガス流を加速し得る範囲内にあるべきである。

本発明の排気流の加速装置は、自動車用エンジンの排気系に装着して使用することを第一の目的とするものである。自動車用エンジンは４サイクルガソリンエンジンが一般的である。しかしこれに限るものではなく、２サイクルガソリンエンジン、ロータリーエンジン、ディーゼルエンジンその他の内燃機関の排気系に適用して所期の効果を得ることができる。適用部位は、内燃機関の排気系管の末端とし、本装置によって加速された排気ガス加速されたまま大気放出されることが必要である。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、エンジンの排気量の変化に対応する融通性が高められ、排気量の大小相違するエンジンに装着することができるようになった。また、本発明によれば、排気量の大小相違するエンジンに、吸気系の調整を行わなくても所期の性能で運転することができる。また、本発明によれば、排気ガス流の加速装置を、従来の排気ガス流の加速装置と比較して相対的に小型化することができるようになった。

以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る排気ガス流の加速装置１０の一例に関するもので、１１は内燃機関、１２はその燃焼室、１３は排気ガスを大気放出するための排気管、１４は排気ガス浄化のための触媒装置であり、排気管１３に設けられている。同様に排気管１３にはマフラー１５が装備され、上記の触媒装置１４、マフラー１５等を含む排気管１３とその付属装置は排気系を構成する。内燃機関１１として本例では４サイクルガソリンエンジンを想定する。

本発明に係る排気ガス流の加速装置１０は、排気系の末端であるエンドパイプ１６に接続されている。図２に詳細に示してあるように、本発明の加速装置２０は中空な筒状構造を有する装置本体２０を具備し、排気ガス流の上流側に位置する装置本体２０の一端部に設けられた接続筒部１７においてエンドパイプ１６に気密的に接続されている。１８は接続部リングを示しており、装置本体２０の開口縁に取り付けられ、接続筒部１７を一体に有している。１９は取り付け手段として示したバンドであり、バンド端部をボルト１９ａとナット１９ｂによって締め付け、必要に応じて溶接を併用し、エンドパイプ１６に取り付けることができる。取り付け手段１９は溶接だけで行っても良く、また、ねじ接続も可能である。

上記装置本体２０はその筒状構造の一端を排気系の末端に接続する排気ガス流入側２１とし、筒状構造の他端を排気ガス流の大気放出のための排気ガス排出側２２としている。図示の例における装置本体２０は、ステンレス鋼板を絞り加工することでカップ型の前後２部分を形成し、上記の２部分を本体中央部にて接合して中空な円筒状構造に形成されている。カップ型の前後２部分の底に当たる箇所には円形の透孔が開口しており、前部透孔の開口縁に前記の接続リング１８が取り付けられている。また、後部透孔の開口縁は後述する負圧発生部２７の取付け部になる。

本発明では、装置本体内に流入した排気ガス流を２段階に加速すること、２段階の加速部は完全に分離して配置することを特徴とする。その第１加速部２３はテーパー筒状の構造を有しており、装置本体２０に流入する排気ガスを最初に加速するために排気ガス流入側２１に設置されている。図示の第１加速部２３は、第２加速部２５と比較すると最大直径においてやや小径で相対的に前後に短いテーパー筒状から成り、その大径の前端部において接続リング１８の後部に嵌め合わせ、溶接によって取り付けている。第１加速部２３は短いテーパー筒状のためリング状といっても良いが、その内径はエンドパイプ１６の内径との関係において決められ、その長さは経験的に決められ長短変化し得るのでリング状とは限らない。

第２加速部２５はテーパー筒状の構造を有し、第１加速部２３で加速された排気ガスの流速を加速するために上記第１加速部２３の下流に間隔２４を設けて設置されている。図示の第２加速部２５は、第１加速部２３と比較すると相対的に前後に長いテーパー筒状から成り、その小径の後端部に短い円筒状のノズル部２５ａを有している。第２加速部２５は長いテーパー筒状のため漏斗状ということもでき、第１加速部２３と同様にその長さを経験的に決めることができる。このような２段階の加速部構成において、第１加速部２３は、テーパー部分の収斂点２３ａが第２加速部２５の内部に位置するテーパー筒状構造を有する。

第２加速部２５の外周には、第２加速部２５における排気ガスの流出口側を囲む筒状構造を有するとともに、第１加速部２３における排気ガスの流出口側と通じる吸引口２６を形成した負圧発生部２７が設置されている。負圧発生部２７は筒状構造の前部２７ａにて第２加速部２５の前側の外周に接し、この部分にて接合することで第２加速部２５を接合支持する構造を担っており、また負圧発生部それ自体は装置本体２０の後部透孔の開口縁に接する後部２７ｂにて接合されている。従って、第１加速部２３と第２加速部２５の間には筒壁がなく、間隔２４における空間と負圧発生部２７の吸引口２６が直接通じているので筒壁との接触による抵抗が発生せず、本発明の装置に融通性を与える一つの要因と考えることができる。

上記第２加速部２５における排気ガスの流出口から排出される排気ガス流の拡散を制限するために、第２加速部２５における排気ガスの排出口の内側に絞り部２８が設けられている。図示の例における絞り部２８は負圧発生部２７の後端部に内側に向けた曲げ加工を施し、文字通り絞り込んだ形態になっている。そして、絞り部２８は仮想線で示すように排気ガス流の外縁２９を一定の範囲に抑制し、その拡散を制限する（絞る）ことで高速排気を維持するのがその目的である。従って、絞り部２８が単なる筒状であっても良いことは既に説明したとおりである。なお、負圧は排気ガス流の加速に伴って発生するので負圧発生部２７が発生させるわけではない、しかし、ノズル部２５ａの周囲の領域は最も低圧の生じている部分であり、発生した負圧の維持に負圧発生部２７が寄与しているので、このように呼ぶものである。

さらに本発明では、負圧発生部２７の筒状構造の後端部近傍に多数の小孔３０を形成した構造を有し、上記小孔３０の外周は尾筒３１によって取り囲んだ構造としている。この小孔３０は消音器として、或いは排気音の調整器としての機能を期待しており、そのため外周を尾筒３１によって囲み閉塞空間としたものである。なお、符号３２は拡散管を示すが、この部分はデザイン処理を兼ねた構造材に相当するもので、装置１０としては絞り部２８で終わっていても良い。

本発明に係る排気ガス流の加速装置１０はこのように構成されているので、自動車用エンジンの排気系に装着して使用することができ、しかも、既存の排気系の末端に設置することで所期の機能を発揮することを特徴とする。即ち、燃焼室１２から排出された排気ガスは触媒装置１４或いはマフラー１５等を通過することによって大きな抵抗を抱え込み、低速でエンドパイプ１６から排出される状態にあるが、本発明の装置１０に流入すると、まず第１加速部２３のテーパー筒状構造にて流速が絞られて加速され、その加速排気ガス流は続けて第２加速部２５のより長いテーパー筒状構造にて高度に加速され、高速気流となって大気放出されることになる。この加速過程において、第１加速部２３と第２加速部２５の間に設けた間隔２４の空間には低圧の負圧が発生し、第２加速部２５におけるノズル部２５ａの周囲ではより高度の負圧が発生するので、吸引口２６より上流の低圧の負圧が吸引され、高速気流に引きずられて高速で大気放出される。

このようにして、触媒装置１４或いはマフラー１５等の負荷を通過して低速化している排気ガス流を本発明の装置１０によって高速化し、燃焼室１２から排出されたときの流速回復は無理としても、十分に高速化することができるのでエンジン１１の背圧の軽減に有効である。本発明の装置においては、第１加速部２３と第２加速部２５が間隔を設けて配置され、かつ両加速部を筒体で繋いでいないことを特徴とするが、このことは筒体で繋いでいた発生した負圧を抑制しない方向に作用するので、エンジン排気量の大小に対応する融通性に寄与していると考えられる。

また、本発明の装置１０では、第１加速部２３と第２加速部２５が間隔２４を設けて配置されていることと、その間隔２４と吸引口２６との直接的連絡によって、低圧から高圧までの連続的な圧力変化に幅広く対応することができるようになり、このこともエンジン排気量の大小に対応する融通性に寄与していると考えられる。また、このように幅広く対応することができることは第１加速部２３、第２加速部２５及び負圧発生部２７から構成される各要素の無駄をなくし、全体を小型化することに寄与したと判断することができ、一例では全長２５０ｍｍの従来の装置に対して全長１６０ｍｍの本発明の装置１０で同等又はそれ以上の効果を得ている。従って、本発明の装置１０は、一連の発明の究極的な到達点と見ることも可能である。

本発明に係る排気ガス流の加速装置の一例を内燃機関の排気系の末端に設置して示す説明図である。同上の装置の内部構造の一例を示す縦断面説明図である。図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

１０排気ガス流の加速装置
１１内燃機関
１２燃焼室
１３排気管
１４触媒装置
１５マフラー
１６エンドパイプ
１７接続筒部
１８接続部リング
１９取り付け手段
２０装置本体
２１排気ガス流入側
２２排気ガス流出側
２３第１加速部
２４間隔
２５第２加速部
２６吸引口
２７負圧発生部
２８絞り部
２９高速排気ガス流の外縁
３０小孔
３１尾筒

Claims

内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気へ放出するための装置であって、
中空な筒状構造を有し、筒状構造の一端を排気系の末端に接続する排気ガス流入側とし、筒状構造の他端を排気ガス流の大気放出のための排気ガス排出側とした装置本体と、
テーパー筒状の構造を有し、装置本体に流入する排気ガスを加速するために上記排気ガス流入側に設置した第１加速部と、
テーパー筒状の構造を有し、第１加速部で加速された排気ガスを加速するために上記第１加速部の下流に間隔を設けて設置した第２加速部と、
第２加速部における排気ガスの流出口側を囲む筒状構造を有するとともに、第１加速部における排気ガスの流出口側と通じる吸引口を形成した負圧発生部と、
第２加速部における排気ガスの流出口から排出される排気ガス流の拡散を制限するために第２加速部における排気ガスの排出口の内側に設けた絞り部と
を具備して構成された排気ガス流の加速装置。
負圧発生部は筒状構造の前部にてテーパー筒状構造の第２加速部の外面に接続され、筒状構造の後端部近傍には多数の小孔が形成された構造を有し、上記小孔の外周は尾筒によって取り囲まれた構造を有している請求項１記載の排気ガス流の加速装置。
第１加速部は、テーパー部分の収斂点が第２加速部の内部に位置するテーパー筒状構造を有している請求項１記載の排気ガス流の加速装置。