JP4972513B2

JP4972513B2 - 排気ディフューザ

Info

Publication number: JP4972513B2
Application number: JP2007260664A
Authority: JP
Inventors: 邦治戸部; 昌裕木村; 延広木村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: JP2009091910A

Description

本発明は、車両から車外へ排出される排気ガスの温度を下げて排気出口周辺の安全性を高めるための排気ディフューザに関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタが採用されている。

即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。

ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。

そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。

つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。

この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。

ただし、住宅街の中を走行しながら各収集場所にて停車して家庭ゴミを収集するゴミ収集車両や宅配の荷物を集配する運搬トラック等では、人の多い場所を走行することになるため、パティキュレートフィルタの強制再生時に発生する高温の排気ガスが歩行者等に熱害を及ぼすといった事態が起こらないよう対策を講じる必要がある。

図３は従来における熱害対策の一例を示すもので、ここに図示している例では、排気ガス１を車外へ排出する排気管２の終端部に、該排気管２より径の大きな筒状のカバー３を被せ、該カバー３を周方向複数箇所からサポート材４を介して同心状に支持して排気ディフューザ５を構成するようにしている。

このようにすれば、排気管２側とカバー３側との動圧差により、排気管２の終端部とカバー３との間の隙間６から大気７が吸引されて排気ガス１と混合され、これにより高温の排気ガス１が常温の大気７との混合ガスとなって温度低下し、車両近くを通行する歩行者等が高温の排気ガス１に晒されずに済むことになる。

尚、この種の排気ディフューザに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１や特許文献２等がある。
特開平３−１２４９１７号公報特開昭６３−２９５８１４号公報

しかしながら、斯かる従来構造においては、排気ディフューザ５の最終的な出口より上流側に排気管２の終端部とカバー３との間の隙間６が開いているため、この隙間６から排気ガス１が逆流して漏れ出る可能性があり、万一、ここから高温の排気ガス１が漏れ出てしまった場合に周辺構造物に予期しない熱害を及ぼす虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止し得る安全性の高い排気ディフューザを提供することを目的とする。

本発明は、排気管の終端部に排気ガスを拡張しながら放散し得るよう排気ガスの排気方向へ向け徐々に拡径する排気コーンを設け、該排気コーンの出口中央に排気ガスの主流を突き当たらせて一部を通過させながら外周側へ拡げ得るよう排気ガスの流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔を開口したドーム型プレートを配置し、該ドーム型プレートを前記排気コーンの出口外周部の周方向複数箇所からサポート材により支持して前記ドーム型プレートの周囲に環状排気流路を確保したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、排気管の終端部から流れ出る排気ガスの主流が排気コーンの出口中央のドーム型プレートに突き当たり、一部を通気孔を介し通過させながら外周側へ拡がり、その周囲の環状排気流路を通過して大きく拡張しながら排気コーンから放散される結果、排気ガスの流れの断面積が増加することで熱エネルギー密度が減少し、排気ガスの温度が低下して対人・対物の熱害が防止されることになる。

また、排気コーンの出口中央のドーム型プレートに突き当たって環状排気流路からスカート状に拡がりながら勢い良く吐出される排気ガスの流れにより、大気と排気ガスとの境界面における乱流化が促進され、これにより排気ガスと大気とが良好に混合されることでも排気ガスの効果的な温度低下が図られる。

尚、排気ガスの主流を排気コーンの外周側へ案内するガイド手段としてドーム型プレートを採用しているが、このようなドーム型プレートは、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単に製作することが可能であり、しかも、排気ガスの流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔を開口していることで排気抵抗の少ないガイド手段とすることが可能である。

上記した本発明の排気ディフューザによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）排気ガスの流れの断面積を増加して熱エネルギー密度を減少する作用と、大気と排気ガスとの境界面における乱流化を促進して排気ガスと大気との良好な混合を図る作用との相乗効果によって、排気ディフューザの出口から放散される排気ガスの温度を効果的に低下させることができ、しかも、排気ディフューザの出口より上流側に大気を取り込むための隙間を形成しなくて済んで該隙間から排気ガスが漏れ出る懸念を払拭することができるので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止することができ、パティキュレートフィルタの強制再生時等における排気出口周辺の安全性を大幅に向上することができる。

（ＩＩ）パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単にドーム型プレートを製作することができるので、該ドーム型プレートの製作コストを安価に抑えることができ、しかも、排気ガスの流れと対峙する向きに膨らむ球面状の形状と、ここに開口された多数の通気孔とにより、排気ガスの主流がドーム型プレートに突き当たることによる排気抵抗を極力小さく抑えることができて圧力損失の増加を著しく抑制することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１及び図２に示す如く、本形態例の排気ディフューザ８においては、排気ガス１が流通する排気管２の終端部に、排気ガス１を拡張しながら放散し得るよう排気ガス１の排気方向（図１中における右方向）へ向け徐々に拡径する排気コーン９を装着しており、該排気コーン９の出口中央には、排気ガス１の主流を突き当たらせて一部を通過させながら外周側へ拡げ得るよう排気ガス１の流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔１０を開口したドーム型プレート１１を配置し、該ドーム型プレート１１を前記排気コーン９の出口外周部の周方向複数箇所からサポート材１２により支持して前記ドーム型プレート１１の周囲に環状排気流路１３を確保するようにしている。

ここで、前記排気コーン９は、その基端部に前記排気管２の終端部に外嵌可能なスリーブ部１４を備えており、このスリーブ部１４の周方向複数箇所に螺着された締結ボルト１５を締め込むことにより前記排気管２の終端部に固定されるようになっている。

而して、このように排気ディフューザ８を構成すれば、排気管２の終端部から流れ出る排気ガス１の主流が排気コーン９の出口中央のドーム型プレート１１に突き当たり、一部を通気孔１０を介し通過させながら外周側へ拡がり、その周囲の環状排気流路１３を通過して大きく拡張しながら排気コーン９から放散される結果、排気ガス１の流れの断面積が増加することで熱エネルギー密度が減少し、排気ガス１の温度が低下して対人・対物の熱害が防止されることになる。

また、特に図１の右側に模式的な矢印で示している通り、排気コーン９の出口中央のドーム型プレート１１に突き当たって環状排気流路１３からスカート状に拡がりながら勢い良く吐出される排気ガス１の流れにより、大気７と排気ガス１との境界面における乱流化が促進され、これにより排気ガス１と大気７とが良好に混合されることでも排気ガス１の効果的な温度低下が図られる。

尚、排気ガス１の主流を排気コーン９の外周側へ案内するガイド手段としてドーム型プレート１１を採用しているが、このようなドーム型プレート１１は、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単に製作することが可能であり、しかも、排気ガス１の流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔１０を開口していることで排気抵抗の少ないガイド手段とすることが可能である。

従って、上記形態例によれば、排気ガス１の流れの断面積を増加して熱エネルギー密度を減少する作用と、大気７と排気ガス１との境界面における乱流化を促進して排気ガス１と大気７との良好な混合を図る作用との相乗効果によって、排気ディフューザ８の出口から放散される排気ガス１の温度を効果的に低下させることができ、しかも、排気ディフューザ８の出口より上流側に大気７を取り込むための隙間を形成しなくて済んで該隙間から排気ガス１が漏れ出る懸念を払拭することができるので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止することができ、パティキュレートフィルタの強制再生時等における排気出口周辺の安全性を大幅に向上することができる。

また、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単にドーム型プレート１１を製作することができるので、該ドーム型プレート１１の製作コストを安価に抑えることができ、しかも、排気ガス１の流れと対峙する向きに膨らむ球面状の形状と、ここに開口された多数の通気孔１０とにより、排気ガス１の主流がドーム型プレート１１に突き当たることによる排気抵抗を極力小さく抑えることができて圧力損失の増加を著しく抑制することができる。

尚、本発明の排気ディフューザは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタの強制再生を実行するシステムを搭載していない車両にも同様に適用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ方向の矢視図である。従来例を示す側面図である。

符号の説明

１排気ガス
２排気管
８排気ディフューザ
９排気コーン
１０通気孔
１１ドーム型プレート
１２サポート材
１３環状排気流路

Claims

排気管の終端部に排気ガスを拡張しながら放散し得るよう排気ガスの排気方向へ向け徐々に拡径する排気コーンを設け、該排気コーンの出口中央に排気ガスの主流を突き当たらせて一部を通過させながら外周側へ拡げ得るよう排気ガスの流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔を開口したドーム型プレートを配置し、該ドーム型プレートを前記排気コーンの出口外周部の周方向複数箇所からサポート材により支持して前記ドーム型プレートの周囲に環状排気流路を確保したことを特徴とする排気ディフューザ。