JP5023149B2

JP5023149B2 - 自動車の排気管装置

Info

Publication number: JP5023149B2
Application number: JP2009515057A
Authority: JP
Inventors: 勇奥野
Original assignee: 勇奥野
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: WO2008142789A1; JPWO2008142789A1

Description

本発明は、自動車の排気管から排出される排ガス中に含まれる有害物質を低減させるとともに、燃費も向上させる自動車の排気管装置に関するものである。

自動車の排ガスは排気管を通して排出されるが、排気管は比較的長く後方に延びている上にその途中には二酸化炭素や窒素酸化物（以下、有害物質）を吸収する触媒や排気音を小さくする消音器が挿設されている。このため、排ガスは大きな排圧を課せられ、出力低下や燃費の増大を来していた。また、触媒にしても、完全に有害物質を取り除くことはできなかった。

そこで、本発明者は、この排ガスの流れの抵抗を減じる排気管装置を発明し、特許第３４４９６８号として提案している。この先行技術は、排ガスを途中で膨張させて圧力を低下させることで、排気抵抗を減じて排気を促進させようとするものであり、有害物を物質排出の削減及び燃費の向上に貢献している。

本発明は、排圧の減少を一層図るとともに、構造も簡単にすることで、有害物質のより高い除去と燃費の更なる向上を可能にしたものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、自動車の排気管に挿設される排気管装置であり、両端に入孔と出孔が形成される外筒の中に出孔側に径が拡大するテーパ形をした拡散盤を外筒に対して正面視で彎曲内面がほぼ真っ直ぐな彎曲している複数の翼状ステーで固定するとともに、拡散盤の最大外周と外筒の内周との間に間隙を確保してこの間隙の面積を外筒の入孔の面積よりも大きく設定する一方、拡散盤を超えた外筒の出孔までを空虚な空間とし、その長さは外筒の内径よりも大きいものにしたことを特徴とする自動車の排気管装置を提供したものである。

請求項１の手段をとることにより、この排気管装置は、入孔及び外筒と拡散盤との間隙の面積差によって排ガスが拡散盤を超えるときに膨張させられて排圧を下げるが、加えて、翼状ステーを通過するときにも、その一側面と他側面とでは流速差が生じ、その結果、流速の速い側の圧力が減じて排圧が更に下がる。要するに、二段の減圧作用が働いて排気抵抗は大きく下がるのである。また、この排気管装置は、外筒、拡散盤及び翼状ステーとで構成できるから、部品点数が減じてコストが安くなる。

第１図は本発明の一例を示す自動車の排気管装置の縦断面、第２図は第１図のＡ矢視図、第３図は第１図のＢ矢視図、第４図は他の例を示す図１のＢ矢視相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す排気管装置の縦断面図、図２は図１のＡ矢視図、図３は同じくＢ矢視図であるが、この排気管装置は、エンジンから延びる排気管（図示省略）の途中に挿設される外筒１と、外筒１の中に配置される拡散盤２とからなる。外筒１は本例では円筒体であり、上流側には入孔３、下流側には出孔４が設けられて排気管と接続されるようになっている。

拡散盤２は、頂角αが９０°弱をした下流（出孔４側）に行くほど径が拡大するテーパ形（円錐体）をしているものであり、外筒１の内周にステー５で取り付けられる。これにおいて、拡散盤２の最大外径Ｄ₂ は外筒１の内径Ｄ₁ より小さく（Ｄ₂ ＜Ｄ₁ ）、両者の間に間隙Ｓが形成されるものになっている。加えて、間隙Ｓの面積Ｂは入孔３の面積Ａよりも大きく（Ａ＜Ｂ）設定されている。ちなみに、外筒１の面積Ｃはこの間隙Ｓの面積Ｂよりも大きい（Ｂ＜Ｃ）。なお、出孔４の面積については特に限定はないが、大きいに越したことはない。レーシング車のような場合には、拡散盤２後方の外筒１をそのまま出孔４としてもよい。

翼状ステー５は板材であり、拡散盤２の外周に複数枚が適当間隔で配置され、拡散盤２と外筒１とを接続する役目を果たす。この場合、翼状ステー５の厚みや数については特に限定されず、振動や排気圧に耐えるものであれば足りる。加えて、このステー５は正面視で彎曲させてあり、これが翼状と称する所以である。こうすることで、排ガスの流れは彎曲の内側（一側面）よりも外側（他側面）の方が早くなり、その結果、流速の早い他面側は圧力が低下してより一層流れを促進させる。

図４は翼状ステー５の他の例を示す図１のＢ矢視相当図であるが、上記した排ガスの流れ促進効果からいえば、彎曲の内面は真っ直ぐなものがよい。彎曲の内外の流速の差が一層大きくなり、かつ流れが層流化されるからである。以上により、外筒１の中は拡散盤２を境としてその上流側が第一拡散室６、下流側が第二拡散室７ということになる。

以上の構成の排気管装置の作用について説明すると、エンジンから出て入孔３から第一拡散室６に入った排ガスは拡散盤２の外周に沿って拡がり、間隙Ｓを超えて第二拡散室７に入り、出孔４から排気管に排出されて行く。このときの排ガスは、入孔３の面積より間隙Ｓの面積の方が大きいことから、拡散盤２を超える際には膨張させられて圧力が低下し、さらに、面積の大きい第二拡散室７に入って一層圧力を低下させられ、これらのことで一種の吸引効果を奏して流れを一層促進させる。加えて、このとき、排ガスが翼状ステー５を通過するとき、翼状ステー５の彎曲によっても排ガスの高流速化、減圧効果が生じることから、排ガスは、拡散盤２と翼状ステー５の二段による減圧効果でより一層排出が促進される。

一方、拡散盤２を超えて第二拡散室７に入った排ガスは出孔４から排出されて行くが、このときの第二拡散室７の長さＬ₂ を外筒１の内径Ｄ₁ より大きくしておくことで、排気抵抗はそれほど増大しないことが確認されている。特に、この関係は重要であって、Ｌ₂ ／Ｄ₁ ＞１．０が望ましいことがわかっている。なお、第一拡散室６の長さＬにについては特に条件はないが、短いほどスペースが小さくなって好ましい。ただ、拡散盤２の頂部が入孔３にかかるようであると具合が悪い。以上、隙間Ｓに比べて第二拡散盤７の容積が十分に大きいものになることから、第二拡散室７に入った排ガスはここで十分に膨張させられ、排気抵抗が減少するものと推察される。

以上は、本発明の基本的形態であるが、本発明は、この他に改変された形態をとることがある。具体的には、外筒１は円筒体に限らず、断面が正方形をした四角筒体でもよい。この場合は、拡散盤２も四角錘になる。また、排気管装置は、排気管の中に一基挿設されることを前提としたが、二基以上であってもよい。この場合、その接続は直列であっても、並列であってもよい。

次に、この排気管装置のテスト結果を示す。なお、テストは２．５リットルのエンジンを搭載した乗用車でレギュラーガソリンを使用したもので行い、また、排気管装置は、排気管５に挿設されている触媒を取り除き、その位置に取り付けた。

以下は、ＣＯとＨＣの排出状況である。
│ ＣＯ（％） │ ＨＣ（ＰＰＭ）
────────┼────────┼───────
１０年前規制 │ ４．５ │ １２００
０６年規制 │ １．０ │ ３００
本発明品（一基）│ ０．５ │ ２８０
本発明品（二基）│ ０．２５ │ ２５０
│ │

この結果からわかるように、排ガスはこの排気管装置を通る間に拡散されて圧力を下げ、その結果、有害物質の排出が防がれる。この傾向は排気管装置の数が多いほど顕著である。特に、一酸化炭素の低減が大きく、ガソリン車では触媒を、ディーゼル車ではＤＰＦを必要としない。また、一酸化炭素が低減すれば、昨今の地球温暖化防止にも役立つものになる。

これにおいて符号の説明は以下のとおりである。
１外筒
２拡散盤
３入孔
４出孔
５翼状ステー（ステー）
６第一拡散室
７第二拡散室
Ｓ間隙

Claims

自動車の排気管に挿設される排気管装置であり、両端に入孔と出孔が形成される外筒の中に出孔側に径が拡大するテーパ形をした拡散盤を外筒に対して正面視で彎曲内面がほぼ真っ直ぐな彎曲している複数の翼状ステーで固定するとともに、拡散盤の最大外周と外筒の内周との間に間隙を確保してこの間隙の面積を外筒の入孔の面積よりも大きく設定する一方、拡散盤を超えた外筒の出孔までを空虚な空間とし、その長さは外筒の内径よりも大きいものにしたことを特徴とする自動車の排気管装置。