JP2011506854A - トラック用排気ディフューザ - Google Patents

Abstract

排気希釈拡散装置は、排気管路用の垂直に方向付けられた出口を形成する第１の管と、前記第１の管の前記出口から排気ガス流を受けるように取り付けられた第２の拡散管とを備えている。前記第２の管は前記第１の管の前記出口を取り囲む周囲空気の入口間隙を画成するために、前記第１の管の直径より大きい直径を有し十分に幅広く形成され、これにより、前記第２の管では前記排気ガス流を膨張及び拡散することができる。前記装置は、前記第２の管の端部に取り付けられ排気ガスを径方向外向きに方向付けるように構成された分散出口とを備え、前記ディフューザ出口によって画成される領域は、前記第１の管の前記出口の領域よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、環境へ放出する排気ガスを希薄化／拡散させるためにトラック排気システムに取り付けられる装置に関する。

トラックの排気処理装置では、排気温度が場合によってはその車両の通常の使用時よりもはるかに高い状態になる保守手続きが必要である。例えば、排気流内の煤やその他の粒子状物質を捕捉するディーゼル微粒子フィルタでは、収集した粒子状物質を焼却するために、再生プロセスを行う必要がある。このプロセスでは、ディーゼル微粒子フィルタに入ってくる排気の温度が６００℃を上回っている必要がある。トラックのディーゼル・エンジンでの通常運転の排気温度は約４２５℃である。

より高温の排気流を環境に流すことは、密集した環境で動作させるトラックでは特に、問題になる可能性がある。トラックは一般に、トラック・キャブに隣接するシャーシから立ち上がる排気筒を備えている。高温の排気により、トラック・キャブまたはトレーラに熱溜りが生じたり、建造物（積み卸し用の台など）や張り出した木へ高温のガスが向かう可能性がある。

必要とされているのは、内燃機関の排気温度を低下させるための装置である。

本発明は、排気ディフューザ、つまり排気管に取り付けられる比較的丈が短く比較的幅の広い排気筒を含む。このディフューザにより、そこに入ってくる排気ガスとその熱エネルギーがより大きな空間に拡散される。上記排気筒は、密度が低くエネルギーが高い排気流と、それを取り囲む密度がより高い周囲空気との間の密度差によって生じる浮力により引き起こされる流れを誘起する。この浮力により引き起こされる流れ、すなわち「煙突効果」により、高温の排気ガスと混ざり合い、そのガスを冷却する周囲空気の流れが、排気ディフューザ内へ誘起される。

本発明はさらに、上記排気筒の上端に取り付けられる軸対称のルーバとして形成された出口を含む。このルーバは、流れの分布を径方向に均衡させるために、中心ダイバータを含む。この出口ルーバは、やはりディフューザとして機能するように、排気管の出口より大きな領域を画成する。これにより、排気ガス流は、排気管の出口から流出するときに減速され、それによって追加の周囲空気と混合し易くなり、さらに冷却される。「煙突効果」と「ディフューザ混合効果」の組合せにより、どちらもそれ自体では達成できない程度まで、排気ガスが冷却される。

高さの低減による煙突効果の低下は、流体エネルギーをより効果的に利用するように直径を大きくすることによって打ち消される。

本発明による排気希薄化／拡散装置は、排気管路用の垂直に方向付けられた出口を形成する第１の管と、その第１の管の出口から排気ガスの流れを受けるように取り付けられ、第１の管の出口を取り囲む周囲空気の入口間隙を画成するために、第１の管の直径より大きな直径を有し、排気ガスを膨張、拡散させるのに十分に幅広い、第２のディフューザ管とを含む。上記装置はさらに、第２の管の端部に取り付けられた、排気ガスを径方向外向きに方向付けるように構成された分散出口を含み、ディフューザ出口によって画成される領域は、第１の管の出口の領域よりも大きい。

本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面を併せて参照することによってよく理解されよう。

図１は、排気筒希薄化／拡散部品の実施形態の斜視図である。 図２は、図１の排気筒希薄化／拡散部品の分解図である。 図３は、特定の大小関係を示す、本発明の排気筒希薄化／拡散部品の概略図である。

本発明は、トラック排気システムにおける排気ガスを周囲空気に放出する箇所に取り付ける装置に関する。詳細には、本発明は、ディーゼル微粒子フィルタから出る高温ガスを広域に拡散させるために、ディーゼル微粒子フィルタの下流にある排気管路に取り付ける装置である。本発明の別の態様によると、排気ガスを周囲空気で希薄化し、その希薄化された排気ガスを、典型的な排気筒よりも広域に拡散させて熱溜りを防止し、より短時間で熱を散逸させるための構造が提供される。

図１に、本発明の実施形態による希釈器／ディフューザ装置の斜視図が示されている。この装置は、大型トラックの排気筒（図示せず）に取り付け可能な第１の管１０を備える。第１の管１０は、上記装置の取り付けを容易にするためにトラックの排気筒に挿入できる径違い継手１２を含んでいてもよい。大型トラックでは、標準の５インチ径の排気管を使用し、本発明は、この標準の管に合うように適合させ易いが、当然ながら他のサイズの排気管に適合させることもできる。

第１の管１０は、第２の管２０すなわちディフューザの内部に配設された、排気管すなわち出口（図１では図示せず、図３の出口１４を参照）を有する。第２の管２０は、第１の管を取り囲む入口間隙２２を画成するために、その第１の管１０の直径より大きい直径を有する。この入口間隙２２により、第２の管２０に周囲空気が入って、第１の管１０から第２の管に入ってきた排気ガスと混じり合うことが可能になる。排気ガスと周囲空気は、ガスが通過する第２の管２０で混じり合う。

ディフューザ２０は、入ってくる排気ガスが膨張し、その内部空間で減速するように、第１の管１０の排気出口よりも十分に幅広くなっている。

排気ガスを冷却するために、本発明による装置では、第２の管２０を通過する排気ガスの浮力を利用して、その第２の管に周囲空気の流れを誘起する。浮力すなわち煙突効果は、より高温の排気ガスが第２の管２０で膨張することによって作り出され、それにより、周囲空気を第２の管内へ誘導する圧力勾配が発達する。したがって本発明の２つの特徴は、下記に詳細に説明するが、第２の管２０が、第１の管よりも、その第１の管から出る排気ガスが膨張可能になるほど十分に幅広い点と、第１の管１０と、第２の管２０の少なくとも一部分とが、浮力効果によって周囲空気を高温の排気ガスに取り込むことができるよう垂直を向いている点を含む。

本発明の装置はさらに、第２の管２０の端部に取り付けられ、混じり合った排気ガスと周囲空気を径方向外向きに方向付けるように構成された分散器５０を含む。分散器５０は、上向きに流れるガスを外向きに方向付けるために、ガス流内に延びるダイバータ５４を有するエンドキャップすなわちエンドプレート５２を含む。この例示の実施形態では、ダイバータ５４は、エンドプレート５２の下側表面から延びる、円錐形の形状をした突起である。

第２の管２０の上側縁部２４は、ディフューザ２０の方向から出てくるガス流をやはり径方向外向きに案内するために、円錐台形の輪郭に上外向きにフレア加工されている。

次に図２に移ると、一部の細部をはっきり示すために本発明が分解図で示されている。図２では、はっきり図示するために第１の管１０は上端部分のみが示され、残りの部分は省略されている。第２の管２０から取り外した分散器５０が示されている。エンドプレート５２は、やはりはっきりさせるために分散器５０から分離して示されている。

前述のように、分散器５０は、排気ガスと周囲空気の混合流を径方向外向きに方向付ける。エンドプレート５２は、ディフューザの軸方向の端部で防壁を形成し、ダイバータ５４は、流れの方向を軸方向から径方向へ変えるのに役立つよう設けられる。第２のダイバータ５６が、流れを分割し、その流れの一部分を径方向外向きに方向付けるように設けられる。エンドプレート５２と第２のダイバータ５６は組み合せると、どちらか一方だけの場合よりも広域の出口領域に、流れを散布すなわち拡散させる。第２のダイバータ５６は、排気／空気流の一部分がエンドプレート５２の方へ通過できるように中心の穴５８を有するプレートとして形成される。下側表面６０は、流れの向きを外向きに変えるガイドを形成するために、凹形になっている。この例示の実施形態では、第２のダイバータ５６は円錐台形の断面を有する。

第２のダイバータ５６は、第２の管２０の上側縁部２４と分散器５０のエンドプレート５２の間に位置する。したがって、図１を再び参照すると、分散器５０の出口６２は、第２の管２０の上側縁部２４とディフューザのエンドプレート５２間の領域として画成される。

分散器５０はさらに、ディフューザの周りに規則的に隔置され、この装置の軸方向に対して垂直かつ径方向を向いた複数のフィン６４を備える。フィン６４は、分散器５０の出口６２から径方向内向きに延びる。フィン６４は、排気流を分散器５０の出口６２の領域に分散させ、拡散させるのに役立つ。図のように、フィン６４は、第２のダイバータ５６に取り付けられ、それを支持し、エンドプレート５２を支持するために土台を形成する。図２に示されているフィン６４は、第２の管２０の中を通って下向きに延び、下側端部６６で第１の管１０の上側端部に取り付けられる。代替方法として、フィン６４の下側端部６６を、第１の管１０の上側端部に取り付けられることになる鍔部（図示せず）に取り付けることもできる。

あるいは、エンドプレート５２と第２の管２０の上側縁部２４の間に延びるフィン６４の構造を短くしてもよい。第１の管１０を第２の管２０の入口に取り付けるために、ブレース材（図示せず）を設けることもできる。

本発明の希釈器／ディフューザの流れ特性について、この装置の模式図を示す図３に関連付けて説明する。図３には、第１の管１０、第１の管の出口１４、第２の管２０および分散器５０が示されている。

上述のように、本発明では、冷却用の周囲空気をディフューザ２０に吸い込むために、高温の排気ガスの拡散と、浮力すなわち煙突効果という２つの効果を利用する。「煙突効果」とは、温度がより高く密度がより低い気体（この場合は排気ガス）と温度がより低く密度がより高い気体（周囲空気）との密度差によって引き起こされる、浮力によって誘起される流れのことである。

排気ガスは、第２の管２０内で、その熱流を低減するために膨張することができる。これにより、高温の排気ガスの熱エネルギーはより広域（すなわちディフューザの外側表面領域）に広がり、排気の流れは、周囲空気と効果的に混じり合うことができた場合、ある程度まで減速する。

周知のように、温度がより高く密度がより低い気体は、温度がより低く密度がより高い気体の中を通って上昇するときに、プルームを形成する。浮力流の中で、このプルームは、一定の１５°で膨張する。

図３の破線７０は、第１の管１０の出口１４の外側端から始まり、垂直線から１５°の向きにあって、第１の管１０から出てくる高温の排気ガスから生じる浮力プルームが、第２の管２０内で占めるはずの空間を示す。

第１の管の出口に対する第２の管の大きさを指定する際に考慮すべき点を２つ挙げると、周囲空気入口２２にベンチュリ管のような喉部を作り出さないようにすることと、第１の管から出る排気ガスを膨張させて浮力効果を生み出すのに十分な空間を第２の管にとることである。

第２の管２０は、プルームの発達を制限しないように寸法決めして、排気プルームの断面積を、周囲空気の流れを誘起するための第２の管の断面積と少なくとも同じ大きさにすることによって、浮力混合路になるように構成される。この関係は、図３に、プルームの膨張を示す破線７０と第２の管の輪郭との相対位置によって図示されている。第１の管１０の直径と入口間隙２２の幅を用いて言い表すと、第２の管２０の直径は、第１の管１０の出口１４の直径と入口間隙２２の２倍幅の和以上になる。

第２の管入口２２にベンチュリ管のような喉部を作り出さないようにするために、第２の管入口２２の断面積を、第１の管の出口１４の断面積（第１の管出口１４を取り囲む領域全体）以上になるよう定めることが好ましい。つまり、第２の管２０の直径を、第１の管１０の直径の少なくとも２倍にする。

上記の関係を考慮して、第２の管２０の高さ（入口２２と上側縁部２４の間を測定）は、入口間隙２２の幅の少なくとも２．５倍にすると好ましいと本発明者は判定した。

上限として、この高さは第２の管２０の直径の１５倍以下が好ましい。高さを第２の管２０の直径の１５倍以下にしておくと、第２の管出口６２から径方向外向きに分散させるのに十分なエネルギーを、流れが有するようになる。

さらに、分散器５０の出口６２は、混合気体が背圧を引き起こさずに流れるようにすべきであることが確認された。出口６２の面積は、第１の管１０の出口１４の面積より大きいと好ましい。

好ましい実施形態および構造の点から本発明について説明したが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を逸脱せずに、置き換えおよび変更が可能であることは当業者には理解されよう。

１０ 第１の管
１２ 径違い継手
１４ 第１の管の出口
２０ 第２の管
２２ 入口間隙
２４ 第２の管の上側縁部
５０ 分散器
５２ エンドプレート
５４ ダイバータ
５６ 第２のダイバータ
５８ 中心の穴
６０ 下側表面
６２ 分散器の出口
６４ フィン
６６ 下側端部

Claims (10)

1. エンジン排気からの排気ガスを冷却するための装置であって、
   排気管路用の垂直に方向付けられた出口を形成する第１の管と、
   前記第１の管の前記出口から排気ガス流を受けるように取り付けられ、前記第１の管の前記出口を取り囲む周囲空気の入口間隙を画成するために、前記第１の管の直径より大きい直径を有し、前記入口間隙の幅の少なくとも２．５倍である高さを有する、第２の管と、
   前記第２の管の端部に取り付けられた、排気ガスを径方向外向きに方向付けるように構成された分散出口とを備える装置。
2. 前記第２の管が、前記入口間隙の幅の１５倍以下の高さを有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記入口間隙によって画成される領域が、前記第１の管の前記出口の領域と少なくとも等しい、請求項１に記載の装置。
4. 前記分散出口がエンドプレートを備え、該エンドプレートが、そこに形成された、前記排気流の方向に向けられた円錐形の突起を有し、前記プレートが、前記第２の管の端部から隔置されて、その間に放射状の出口開口を画成している、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の管の前記端部と前記エンドプレートの間に取り付けられた、下向きの凹形表面を有する環状のデフレクタ・プレートをさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記環状のデフレクタ・プレートが、円錐台形の断面を有する、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の管に取り付けられ、前記エンドプレートおよび前記デフレクタ・プレートを支持する、複数の垂直かつ径方向に配設されたフィンをさらに備える、請求項５に記載の装置。
8. 前記分散出口によって画成される領域が、前記第１の管の前記出口の領域よりも大きい、請求項１に記載の装置。
9. 前記第２の管が、前記ディフューザ出口に通じる端部に、外向きに湾曲しているリップを有する、請求項１に記載の装置。
10. エンジン排気からの排気ガスを冷却するための装置であって、
    排気管路用の垂直に方向付けられた出口を形成する第１の管と、
    前記第１の管の前記出口から排気ガス流を受けるように取り付けられ、前記第１の管の前記出口を取り囲む周囲空気の入口間隙を画成するために、前記第１の管の直径より大きい直径を有する第２の管において、前記入口間隙によって画成される領域が前記第１の管の前記出口の領域と少なくとも等しく、前記入口間隙の幅の少なくとも２．５倍である高さを有する第２の管と、
    前記第２の管の端部に取り付けられた、排気ガスを径方向外向きに方向付けるように構成された分散出口とを備え、前記ディフューザ出口によって画成される領域が前記第１の管の前記出口の領域よりも大きい装置。

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