JP4656014B2 - 排気系構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスを排出するための排気系構造に関する。

排気音を低減するためのマフラ部の外側を覆って排気熱回収部を配置した排気系構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１０５１２４号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、マフラ部を通過した排気ガスを該マフラ部の長手方向に排出させるようになっており、排気ガスの排出方向をマフラ部の長手方向とは異ならせることについて考慮されていなかった。

本発明は、上記事実を考慮して、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能な排気系構造を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、長手方向の一端が前記シェルの下流端側で開口され、該シェル内から排気ガスを流出させるための排気ガス流出管部と、前記ガス流出管部の長手方向との交差方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口され、かつ少なくとも下流端側の一部が前記排気ガス流出管部の開口端側に向けて湾曲している排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する。

請求項１記載の排気系構造では、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。ここで、本排気系構造では、上流ガス流路から排気ガス流入管部に流入した排気ガスは、該排気ガス流入管部の湾曲形状に案内されて、シェル内を排気ガス流出管部の開口端側に向かうように流れる。このため、例えば排気ガス流入管部を上流ガス流路と一直線を成すように設けた構成と比較して、排気ガスはスムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。

このように、請求項１記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。
また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し９０°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。そして、本排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している状態で、上記したような排気ガスの流れが生じる。この弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した姿勢では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。

請求項２記載の発明に係る排気系構造は、請求項１記載の排気系構造において、前記排気ガス流出管部の前記シェル内での開口端は、該排気ガス流出管部の長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている。

請求項２記載の排気系構造では、排気ガス流出管部のシェル内での開口面が長手方向との直交面に対し交差するように傾斜又は湾曲(直線でも曲線でも良い)して開口しているため、見かけの開口面積が大きい。また、排気ガス流出管部の上記開口面は、上記直交面に対して、シェル内での排気ガス流れの外周側部分を排気ガス流出管部内に誘導する方向に傾斜又は湾曲している。これらにより、排気ガス流入管部からシェルに流出した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。

請求項３記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に上流端が前記シェルの下流端側で開口され、かつ前記シェル内での開口端における前記長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている排気ガス流出管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する。

請求項３記載の排気系構造では、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。ここで、本排気系構造では、排気ガス流出管部のシェル内での開口面が長手方向との直交面に対し交差するように傾斜又は湾曲(直線でも曲線でも良い)して開口しているため、見かけの開口面積が大きい。また、排気ガス流出管部の上記開口面は、上記直交面に対して、シェル内での排気ガス流れの外周側部分を排気ガス流出管部内に誘導する方向に傾斜又は湾曲している。これらにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。

このように、請求項３記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。
また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し９０°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。そして、本排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している状態で、上記したような排気ガスの流れが生じる。この弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した姿勢では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。

請求項４記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に該長手方向の上流端が前記シェルの下流端側で開口された排気ガス流出管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する。

請求項４記載の排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している姿勢で、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し９０°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。ここで、本排気系構造では、弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した状態では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。

このように、請求項４記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。

請求項５記載の発明に係る排気系構造は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気系構造において、前記弁は、前記上流ガス流路に排気ガスを排出する内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、前記排気ガス流入管部の開口端を所定の開度にするように設定されている。

請求項５記載の排気系構造では、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の排気ガスの圧力を受けて、弁が排気ガス流入管部を所定開度で開放し、弁による排気ガスの誘導効果を得ることができる。このため、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に排気系の背圧が上昇することが抑制される。換言すれば、排気系の背圧によって内燃機関エンジンの最高出力の発生が阻害されることが防止される。

請求項６記載の発明に係る排気系構造は、請求項１又は請求項２記載の排気系構造において、前記排気ガス流出管部は、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように設定されている。

請求項６記載の排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し９０°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。

請求項７記載の発明に係る排気系構造は、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の排気系構造において、前記上流ガス流路は、排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器をバイパスするためのバイパス管部内に形成されており、前記シェルには、前記排気系熱交換器の排気ガス出口が連通されている。

請求項７記載の排気系構造では、シェルは、排気系熱交換器の排気ガス出口と、バイパス管部の下流端（排気ガス流入管部）との合流部を構成している。そして、排気ガスが排気系熱交換器をバイパスする際には、排気ガスは、バイパス管部、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順でスムースに流れ、背圧上昇が抑制される。

請求項８記載の発明に係る排気系構造は、請求項７記載の排気系構造において、前記バイパス管部は、前記排気系熱交換器の軸心部を直線状に貫通している。

請求項８記載の排気系構造では、排気系熱交換器を及びバイパス管部をコンパクトに構成することができる。また、これらを上流側の排気管等に対し直線的に配置することができるので、排気系構造全体としてコンパクト化を図ることが可能である。

以上説明したように本発明に係る排気系構造は、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能であるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る排気系構造が適用された車両用排気系構造１０について、図１乃至図５に基づいて説明する。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流を示すものとする。また、各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印Ｗは、車両用排気系構造１０が適用された自動車の車体前後方向の前側（走行方向）、車体上下方向の上側、車幅方向をそれぞれ示すものとする。

（全体構成）
図３には、車両用排気系構造１０の概略全体構成が平面図にて示されている。この図に示される如く、車両用排気系構造１０は、上流から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１２、エンジンの暖機促進や暖房維持のために排気ガスの熱回収する排気系熱交換器１４、排気音を低減（消音）するためのマフラ１６が設けられ、これらの機器が排気管１８にて直列に連通されている。

下流端が触媒コンバータ１２の上流側に接続された排気管１８Ａは、上流端が図示しない内燃機関エンジンの排気マニホルドに接続されており、該内燃機関エンジンの排気ガスが導入されるようになっている。また、触媒コンバータ１２と排気系熱交換器１４とは、それぞれの長手方向が車体前後方向に略一致され、排気管１８Ｂによって平面視で略直線状に連結されている。この実施形態では、排気管１８Ａ、触媒コンバータ１２、排気管１８Ｂ、排気系熱交換器１４が平面視で略直線状に配設されている。

一方、詳細は後述するが、上流端が排気系熱交換器１４の下流端に接続された排気ガス流出管部としての排気管１８Ｃは、平面視で車体前後方向に対し傾斜しており、その車体前後方向に対する傾斜角θが４５°以上で９０°以下に設定されている。換言すれば、排気管１８Ｃは、その上流に位置する排気系熱交換器１４等との成す角αが鈍角となるように傾斜角θが決められている。これにより、車両用排気系構造１０は、排気系熱交換器１４の後方に配置された燃料タンク２０を回避している。

マフラ１６は、長手方向が車体前後方向に略一致されており、燃料タンク２０と車幅方向に並列して配置されている。排気管１８Ｃの下流端は、マフラインレットパイプ２２の上流端に接続されている。マフラインレットパイプ２２は、その上流部２２Ａが排気管１８Ｃと略一直線を成すように車体前後方向に対し傾斜すると共に、その主にマフラ１６内に位置する下流部２２Ｂが車体前後方向に沿って長手とされ、これら上流部２２Ａと下流部２２Ｂとを連続するように中間部２２Ｃが湾曲している。また、上流部２４Ａがマフラ１６内に配置されたマフラアウトレットパイプ２４は、下流端が排気ガスの大気開放部１８Ｄとされた排気管１８Ｅに一体化されている。

以上説明したような車両用排気系構造１０のレイアウトは、例えば小型のエンジン前置き前輪駆動車（ＦＦ車）に適用される。そして、排気系熱交換器１４を備えた車両用排気系構造１０では、上記の如く燃料タンク２０を回避するレイアウトを採りながら、排気ガスをスムースに排出して背圧上昇を抑えることができる構造を実現している。以下では、先ず排気系熱交換器１４の基本構造の具体例を説明し、次いで車両用排気系構造１０の要部である背圧抑制構造について具体的に説明する。

（排気系熱交換器の構成）
排気系熱交換器１４は、排気ガスの熱を冷媒としてのエンジン冷却水に回収する構成とされており、図２に示される如く該排気ガスの流路とエンジン冷却水の流路とを隔てる隔壁パイプ２６を備えている。この実施形態では、隔壁パイプ２６は、そのパイプ壁の内外に螺旋状に形成された螺旋溝２６Ａ、２６Ｂが形成されている。螺旋溝２６Ａ、螺旋溝２６Ｂは、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換部１４Ａの略全長に亘り形成されており、隔壁パイプ２６の前後は、熱交換部１４Ａに対し前後にそれぞれ延設された排気ガス導入部２６Ｃ、排気ガス排出部２６Ｄとされている。

隔壁パイプ２６の内側には、略円筒状に形成されたバイパス管部としてのインナパイプ２８が同軸的に配置されている。この隔壁パイプ２６とインナパイプ２８との間に形成された空間が、排気系熱交換器１４の排気ガス流路３０とされている。また、隔壁パイプ２６は、略円筒状に形成されると共に同軸的に配置されたアウタパイプ３２にて外周側から覆われている。この隔壁パイプ２６とアウタパイプ３２との間の空間が排気系熱交換器１４のエンジン冷却水流路３４とされている。さらに、インナパイプ２８内の空間は、排気系熱交換器１４における熱交換部１４Ａをバイパスするための上流ガス流路としてのバイパス流路３６とされている。

より具体的には、図２に示される如く、インナパイプ２８の上流端２８Ａは、排気管１８Ｂの下流端が接続されており、インナパイプ２８の下流端２８Ｂは、後に詳述する排気ガス流入管部としての排気ガス案内パイプ３８の上流端３８Ａに略同軸的に接続されている。また、隔壁パイプ２６の排気ガス導入部２６Ｃの前端は、インナパイプ２８の上流端２８Ａの外周面に気密状態で接続されている。さらに、隔壁パイプ２６の排気ガス排出部２６Ｄは、エンドパイプ４０を介して排気ガス案内パイプ３８に気密状態で接続されている。

そして、インナパイプ２８における隔壁パイプ２６の排気ガス導入部２６Ｃの内側に位置する部分には、該インナパイプ２８内の空間であるバイパス流路３６と排気系熱交換器１４の排気ガス流路３０と連通する透孔４２が設けられている。すなわち、透孔４２が排気ガス流路３０とバイパス流路３６との分岐部を構成している。一方、エンドパイプ４０には、排気ガス流路３０の内外を連通する透孔４４が設けられている。透孔４４及び排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂは、上流側開口端４６Ａがエンドパイプ４０に気密状態で接続されたシェルとしての熱交換器後部シェル４６内の空間である排気ガス出口ヘッダ４８において、それぞれ開口している。

したがって、排気系熱交換器１４では、熱交換部１４Ａをバイパスしてバイパス流路３６を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ３８の内側を経由して熱交換器後部シェル４６内の排気ガス出口ヘッダ４８に至り、一方、透孔４２を経由して排気ガス流路３０を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ３８の外側、透孔４４を経由して熱交換器後部シェル４６内の排気ガス出口ヘッダ４８に至る構成とされている。

さらに、排気系熱交換器１４は、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを開閉するためのバルブ装置５０を備えている。図１（Ａ）にも示される如く、バルブ装置５０は、熱交換器後部シェル４６に支持された回動軸５２廻りに回動することで、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを閉止する閉止姿勢（想像線参照）と、該閉止位置から矢印Ａ方向に回動して排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを開放する開放姿勢（実線参照）とをとり得る弁としてのバルブ５４を備えている。閉止姿勢に位置するバルブ５４は、排気ガス案内パイプ３８における下流側開口端３８Ｂ廻りに設けられた弁座（シール）５５に当接する構成とされている。

図４に示される如く、回動軸５２は、排気ガス案内パイプ３８に固定されたフレーム５６に取り付けられた軸受ホルダ５７に保持された軸受５８、フレーム５６に取り付けられた軸受ホルダ５９に保持された軸受６０によって、長手方向に離間した２箇所で熱交換器後部シェル４６に対し回転自在に支持されている。バルブ５４は、アーム６２を介して回動軸５２と一体回転可能に連結されている。これにより、バルブ５４は、回動軸５２廻りに回動することで上記した閉止姿勢と開放姿勢とをとり得る。また、回動軸５２における熱交換器後部シェル４６の外側に突出した端部にはレバー６４が固定されており、レバー６４にはストッパ６６が設けられている。

ストッパ６６には、一端６８Ａが熱交換器後部シェル４６に係止された（図５参照）付勢部材としてのリターンスプリング６８の他端６８Ｂが係止されている。回動軸５２は、リターンスプリング６８の付勢力によってバルブ５４が閉止姿勢をとる方向に付勢されている。これにより、排気系熱交換器１４では、排気ガスの圧力が低い場合には、リターンスプリング６８の付勢力によってバルブ５４が排気ガス案内パイプ３８すなわちバイパス流路３６を閉止し、排気ガスが熱交換部１４Ａの排気ガス流路３０を流通するようになっている。一方、排気ガスの圧力が所定値以上になると、バルブ５４はリターンスプリング６８の付勢力に抗して排気ガスの圧力に応じた開放姿勢をとるようになっている。この実施形態では、上記した内燃機関エンジンが最高出力を発生する場合の排気ガスの圧力によって、バルブ５４は、排気ガスの圧力による最大開度となる図１（Ａ）に示す誘導姿勢（後述）をとる設定とされている。

また、この実施形態では、バルブ装置５０は、排気ガスと熱交換を行うエンジン冷却水の温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの圧力に依らず強制的にバルブ５４を閉止姿勢で保持するようになっている。具体的には、図５に示される如く、アウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の下流側には、内部がエンジン冷却水流路３４に連通した第１冷却水入口パイプ７０が接続されている。第１冷却水入口パイプ７０の端部には、サーモアクチュエータ７２が配設されており、サーモアクチュエータ７２は、内部に充填したワックスの熱膨張によって第１冷却水入口パイプ７０に対する突出量を増す押圧ロッド７２Ａを有する。押圧ロッド７２Ａは、エンジン冷却水温が８０℃以上である場合に、レバー６４を押圧してバルブ５４を上記した誘導姿勢よりも開度が大きい全開姿勢とする（全開姿勢を維持する）ようになっている。図示は省略するが、全開姿勢は、閉止姿勢から矢印Ａ方向に略９０°回動した姿勢とされている。

図１（Ａ）及び図５に示される如く、第１冷却水入口パイプ７０の中間部には、該第１冷却水入口パイプ７０を経由して排気系熱交換器１４のエンジン冷却水流路３４にエンジン冷却水を導入するための第２冷却水入口パイプ７４が接続されている。一方、図２に示される如く、アウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の上流側には、エンジン冷却水流路３４からエンジン冷却水を排出するための冷却水出口パイプ７６が接続されている。冷却水出口パイプ７６は、アウタパイプ３２のほぼ上下方向頂部（最上部）に連通しており、第２冷却水入口パイプ７４は、アウタパイプ３２の上下方向頂部よりも若干下側に連通した第１冷却水入口パイプ７０の最上部であって、アウタパイプ３２の最上部よりも高位である部分に連通している。第２冷却水入口パイプ７４及び冷却水出口パイプ７６は、内燃機関エンジン、ラジエータ、ヒータコアを含む冷却水循環路に、少なくともエンジン冷却水流れに沿って内燃機関エンジンと直列となるように接続されている。

以上により、排気系熱交換器１４は、排気ガスの流れ方向とエンジン冷却水の流れ方向とが反対向きである向流型熱交換器とされており、この実施形態では、排気系熱交換器１４は、排気ガスが螺旋溝２６Ａに沿って螺旋状の流れを生じると共に、エンジン冷却水が螺旋溝２６Ｂに沿って排気ガスとは逆向きの螺旋状の流れを生じることで、コンパクトで熱交換効率の高い構成とされている。また、排気系熱交換器１４では、バイパス流路３６を通過することによる排気ガスの圧力損失（背圧）が、排気ガス流路３０を通過することによる排気ガスの圧力損失に対し十分に小さく、バルブ５４が開放姿勢をとる場合に排気ガスは主にバイパス流路３６を流通するようになっている。

（背圧抑制構造）
排気系熱交換器１４から排気ガスを排出するための排気管１８Ｃは、上流端が熱交換器後部シェル４６に接続されたパイプ７８にて構成されている。パイプ７８すなわち排気管１８Ｃは、上流側開口端７８Ａを熱交換器後部シェル４６内の排気ガス出口ヘッダ４８で開口させている。燃料タンク２０との干渉を回避するために車体前後方向に対し傾斜している排気管１８Ｃは、パイプ７８の上流側開口端７８Ａ側端部を、熱交換器後部シェル４６の後端及び車幅方向一端の角隅部４６Ｂに接続させて構成されている。

したがって、排気系熱交換器１４のバイパス流路３６を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ３８を経由して熱交換器後部シェル４６の排気ガス出口ヘッダ４８に排出され、この排気ガス出口ヘッダ４８から上流側開口端７８Ａを経由して排気管１８Ｃに導かれ、排気系熱交換器１４から排出される構成とされている。このように、バルブ装置５０（バルブ５４）の動作ペースを確保するために排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂと排気管１８Ｃの上流側開口端７８Ａとが離間している車両用排気系構造１０では、排気ガス案内パイプ３８から排気管１８Ｃにスムースに排気ガスを流すために、以下に示す構成を採用している。

図１（Ａ）に示される如く、上流側の一部がインナパイプ２８に同時期的に接続された排気ガス案内パイプ３８は、その下流側の一部が下流側開口端３８Ｂを上流側開口端７８Ａ（熱交換器後部シェル４６の角隅部４６Ｂ）側に向けるように湾曲した湾曲部８０とされており、排気ガスを上流側開口端７８Ａ側に案内するようになっている。すなわち、湾曲部８０は、図１に破線にて示す如く、マクロ的に緩やかなカーブを描く仮想的な排気ガス流れ（の境界層）Ｆを生成するように、該排気ガスを案内するようになっている。

一方、排気管１８Ｃの上流側開口端７８Ａは、排気管１８Ｃの軸線（長手方向）との任意の直交面Ｓから排気ガス流れＦのうち外周側流れＦｏを受け入れる側の端部７８Ｂまでの距離Ｌｏが、上記直交面Ｓから内周側流れＦｉを受け入れる側の端部７８Ｃまでの距離Ｌｉに対して大とされるように、該任意の直交面Ｓに対し傾斜した平面に沿って開口している。これにより、上流側開口端７８Ａは、軸直角断面に沿った開口面を有する構成と比較して上流側開口端７８Ａの開口面積（見掛けの開口面積）が大きい構成とされている。

さらに、バルブ５４は、上記した通り内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の排気ガスの圧力によって排気ガス案内パイプ３８を所定の開度で開放する誘導姿勢をとる構成とされている。図１（Ａ）に示す誘導姿勢では、バルブ５４は、実際の排気ガス流れが上記した仮想的な排気ガス流れＦの外周側流れＦｏに倣うように、該排気ガスを案内する誘導版として機能するガス誘導部としての誘導板部５４Ａを有する。誘導板部５４Ａは、バルブ５４の誘導姿勢で、排気ガス流れＦ側に凸の曲面状を成す。この誘導板部５４Ａは、バルブ５４における閉止位置で弁座５５に当接する環状のシール部５４Ｂの内側に形成されている。これにより、誘導姿勢をとるバルブ５４は、誘導板部５４Ａにおいて排気ガスを仮想的な排気ガス流れＦに倣うように、上流側開口端７８Ａ（端部７８Ｂ）に向けて案内する構成とされている。

この実施形態では、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である図１（Ｂ）に示される如く、バルブ５４の誘導板部５４Ａは、排気ガス流れＦの外周側流れＦｏに周方向の所定範囲で接触するように、上下方向中央部が排気ガス流れＦ側に凹となる曲面形状に形成されている。これにより、バルブ５４は、排気ガス流れＦを流れ方向から見た場合の周方向の所定範囲に亘って、該排気ガス流れＦの外周側流れＦｏに接するように位置し、排気ガスを上流側開口端７８Ａ（端部７８Ｂ）に案内する構成とされている。なお、図１（Ｂ）では、アーム６２の図示を省略している。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の車両用排気系構造１０では、エンジン冷却水温が低い場合には、サーモアクチュエータ７２に対しバルブ５４がフリーとされ、バルブ装置５０は自圧バルブとして作用する。このため、排気ガスの圧力が低い運転条件では、リターンスプリング６８の付勢力によって排気ガス案内パイプ３８すなわちバイパス流路３６が閉止され、排気ガスは、熱交換部１４Ａの排気ガス流路３０を流れ、エンジン冷却水流路３４を流れるエンジン冷却水との熱交換が行われる。これにより、内燃機関エンジンの暖機促進や、低温始動時の暖房維持が果たされる。

例えば加速や登坂等の内燃機関エンジンの出力が増す運転条件で、排気ガスの圧力が上昇すると、この排気ガスの圧力を受けたバルブ５４は、リターンスプリング６８の付勢力に抗し矢印Ａ方向に回動し、開放姿勢に至る。これにより、排気ガスは、主にバイパス流路３６を流れ、排気ガス流路３０を流れる場合と比較して背圧が低減される。すなわち、自圧バルブとして機能するバルブ装置５０を備えた車両用排気系構造１０では、内燃機関エンジンの暖気等のための排気熱回収よりも出力確保のための背圧低減が優先される場合に、排気ガスが熱交換部１４Ａをバイパスしてバイパス流路３６を流れることで、自動的に背圧の低減が果たされる。

そして、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際には、その排気ガスの圧力でバルブ５４が図１（Ａ）に示す誘導姿勢（排気ガスの圧力による最大開度）となる。

ここで、車両用排気系構造１０では、排気ガス案内パイプ３８における下流側開口端３８Ｂ側の少なくとも一部が、該下流側開口端３８Ｂをパイプ７８の上流側開口端７８Ａ（熱交換器後部シェル４６の角隅部４６Ｂ）に向けるように湾曲した湾曲部８０であるため、図１（Ａ）に示すような排気ガス流れＦが生成されやすい。一方、排気管１８Ｃの上流側開口端７８Ａは、排気管１８Ｃの任意の直交面Ｓに対し傾斜しているため、見かけの開口面積が広く、しかも外周側流れＦｏ側の端部７８Ｂが下流側開口端３８Ｂに近接するように傾斜しているため、排気ガス流れＦの外周側流れＦｏを効果的に誘い込むことができる。

さらに、車両用排気系構造１０では、誘導姿勢（自圧による最大開度）に位置するバルブ５４が誘導板部５４Ａによって排気ガス流れＦを乱すことなく、かつ上流側開口端７８Ａに案内するため、排気に伴う背圧が内燃機関エンジンの最高出力に影響を与えることが防止される。これにより、所定容量の燃料タンク２０の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器１４による排気熱回収（燃費向上）とを共に成立させることができる。

例えば、図６に示す第１比較例に係る車両用排気系構造１００では、排気系熱交換器１４から排出された排気ガスを略直線状に後方に排出するために、車体前後方向に長手とされた排気管１０２の上流端が、熱交換器後部シェル４６の後端に接続されている。この構成では、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の背圧を低く抑えることができるものの、燃料タンク２０の搭載（回避）を許容することができず、タンク容量を確保することが困難となる。また、図７に示す第２比較例に係る車両用排気系構造１１０では、湾曲部８０を有しない排気ガス案内パイプ３８は、排気管１８Ｃ（上流側開口端７８Ａ）に向かう速度成分（ベクトル）を有しない直線的な排気ガス流れを生成し、この排気ガス流れは開放姿勢をとるバルブ１１２によって（当たって）乱され、排気ガスを任意の直交面Ｓに沿った開口端１１４を有する排気管１８Ｃに流入させる際に大きな抵抗を生じてしまう。このため、車両用排気系構造１１０では、排気ガスの背圧上昇に起因して内燃機関エンジンの最高出力が低く抑えられてしまう。

これらに対して車両用排気系構造１０では、上記の通り、主に湾曲部８０と誘導板部５４Ａとによる排気ガスの案内効果と、上流側開口端７８Ａによる排気ガス受け入れ効果とによって、所定容量の燃料タンク２０の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器１４による排気熱回収（燃費向上）とを共に成立させることができる。

また、車両用排気系構造１０では、エンジン冷却水温が８０°以上になると、サーモアクチュエータ７２の押圧ロッド７２Ａが回動軸５２のレバー６４を押圧してバルブ５４を全開位置に保持する。これにより、排気ガスは主にバイパス流路３６を流れ、排気ガス案内パイプ３８、熱交換器後部シェル４６の排気ガス出口ヘッダ４８を経由して排気管１８Ｃから排出される。この場合、排気ガスは、主に湾曲部８０による排気ガスの案内効果と、上流側開口端７８Ａによる排気ガス受け入れ効果とによって、所定容量の燃料タンク２０の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器１４による排気熱回収（燃費向上）とを共に成立させることができる。このように、車両用排気系構造１０では、バルブ５４の曲面状の誘導板部５４Ａに頼ることのない運転状態（エンジン冷却水温が８０℃以上の場合）でも、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。 したがって、本発明は、自圧式のバルブ装置５０を有する構成には限定されず、例えばバキューム式やモータ式などのアクチュエータによってのみ駆動されるバルブを設けて構成しても良い。これらの構成においても、バルブ５４に曲面状の誘導板部５４Ａを設け、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、バルブ５４を誘導姿勢に保持させることが可能である。すなわち、サーモアクチュエータ７２によるバルブ５４の全開姿勢を、上記した誘導姿勢に一致する構成として、エンジン冷却水温が８０°以上の場合にも誘導板部５４Ａによる排気ガスの誘導効果を得るようにしても良い。

なお、上記実施形態では、排気ガス案内パイプ３８が隔壁パイプ２６（排気管１８Ｂ）とは別部材として構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、これらを一体に構成しても良い。

また、上記実施形態では、誘導板部５４Ａがバルブ５４に一体に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば別体にて構成した誘導板部５４Ａをバルブ５４に取り付けて構成しても良い。

さらに、上記実施形態では、隔壁パイプ２６、インナパイプ２８、アウタパイプ３２、排気ガス案内パイプ３８が略円筒状である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、これらの一部又は全部を矩形状等の多角形断面を有する筒状に形成することができる。

またさらに、本発明は、排気系熱交換器１４の有無や構成によって限定されることはなく、各種構成の排気系熱交換器１４を用いることができ、また、例えば排気系熱交換器１４に代えて、ゼーベック効果により温度差に応じて起電力を生じる熱発電モジュールを備えた排気熱発電装置における高温側の熱源として排気ガスを用いる構成、触媒コンバータ１２の排気ガス出口等に本発明を適用することも可能である。

さらに、

本発明の実施形態に係る排気系構造を示す図であって、（Ａ）は要部を拡大して示す拡大平面断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成する排気系熱交換器を示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造の概略全体構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成するバルブ装置を示す軸直角断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成するバルブ装置のリニアアクチュエータを示す平面図である。 本発明の実施形態との第１比較例に係る排気系構造における図１（Ａ）に対応する部分を示す平面断面図である。 本発明の実施形態との第２比較例に係る排気系構造における図１（Ａ）に対応する部分を示す平面断面図である。

符号の説明

１０ 車両用排気系構造（排気系構造）
１４ 排気系熱交換器
１８Ｃ 排気管（排気ガス流出管部）
２８ インナパイプ（バイパス管部）
３６ バイパス流路（上流ガス流路）
３８ 排気ガス案内パイプ（排気ガス流入管部）
４６ 熱交換器後部シェル（シェル）
５４ バルブ（弁）
５４Ａ 誘導板部（ガス誘導部）
７８ パイプ（排気ガス流出管部）
７８Ａ 上流側開口端（排気ガス流出管部のシェル内での開口端）
８０ 湾曲部（排気ガス流入管部）

Claims (8)

1. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
   長手方向の一端が前記シェルの下流端側で開口され、該シェル内から排気ガスを流出させるための排気ガス流出管部と、
   前記ガス流出管部の長手方向との交差方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口され、かつ少なくとも下流端側の一部が前記排気ガス流出管部の開口端側に向けて湾曲している排気ガス流入管部と、
   前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
   前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
   を備え、
   前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
2. 前記排気ガス流出管部の前記シェル内での開口端は、該排気ガス流出管部の長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている請求項１記載の排気系構造。
3. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
   所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、
   前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に上流端が前記シェルの下流端側で開口され、かつ前記シェル内での開口端における前記長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている排気ガス流出管部と、
   前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
   前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
   を備え、
   前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
4. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
   所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、
   前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に該長手方向の上流端が前記シェルの下流端側で開口された排気ガス流出管部と、
   前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
   前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
   を備え、
   前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
5. 前記弁は、前記上流ガス流路に排気ガスを排出する内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、前記排気ガス流入管部の開口端を所定の開度にするように設定されている請求項１〜請求項４の何れか１項記載の排気系構造。
6. 前記排気ガス流出管部は、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように設定されている請求項１又は請求項２記載の排気系構造。
7. 前記上流ガス流路は、排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器をバイパスするためのバイパス管部内に形成されており、
   前記シェルには、前記排気系熱交換器の排気ガス出口が連通されている請求項１〜請求項６の何れか１項記載の排気系構造。
8. 前記バイパス管部は、前記排気系熱交換器の軸心部を直線状に貫通している請求項７記載の排気系構造。

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