JP6259119B2 - 排気装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１４年１１月２６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１４−２３９０１７号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−２３９０１７号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

本開示は、排ガスが流れる排気流路を形成する排気装置に関する。

この種の排気装置では、排気流路において排ガスが冷却されると、排ガスに含まれる水分が凝縮して凝縮水が発生することが知られている（特許文献１参照）。
例えば自動車に設けられる排気装置は、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気管を備え、排気管により形成される排気流路において排ガスが冷却されると凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、通常、排ガスとともに自動車の外部へ排出される。

特許第４９８３０５２号公報

ところで、この種の排気管は、他の部品等と干渉しないように配置される都合上、上向きに屈曲した形状である屈曲部を含み得る。このような屈曲部の下流側には、鉛直方向に沿った位置が屈曲部の下流側へ向かって上昇する排気流路が形成される。この場合、内燃機関から排出される排ガスの流速が低い状態においては、凝縮水が、屈曲部の上流側から下流側へ上昇しにくくなり、排気流路の外部へ排出されず、屈曲部にたまりやすくなる。このようにして排気流路にたまった凝縮水が凍結すると、排気流路における排ガスの流れが阻害されてしまう。

本開示の一側面においては、鉛直方向に沿った位置が下流側へ向かって上昇する排気流路が設けられた排気装置において、凝縮水を排気流路の外部へ排出されやすくすることが望ましい。

本開示の一側面は、排気装置であって、排気管と、内面突起部と、を備える。排気管は、排気流路を有し、排気流路における鉛直方向に沿った位置が排気流路の下流側へ向かって上昇する。内面突起部は、排気管の内面に少なくとも１つ設けられ、排気管の内面よりも排気管の内側に突出する。

このような構成によれば、鉛直方向に沿った位置が排気流路の下流側へ向かって上昇する排気流路に内面突起部が設けられるため、内面突起部が設けられていない構成と比較して、凝縮水を排気流路の外部へ排出されやすくすることが可能となる。

上記構成において、複数の内面突起部は、排気管の内面における排気管の軸に沿った線である内面線を挟んで対になって配置されてもよい。このような構成によれば、凝縮水が、内面線を挟んで対になって配置されている複数の内面突起部の間で加速されやすくなる。このため、凝縮水を排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

上記構成において、内面線を挟んだ一対の内面突起部は、内面線を挟んだ隙間が排気流路の下流側へ向かって広がるように形成されてもよい。このような構成によれば、凝縮水を排気流路の下流側から上流側へ逆流しにくくする効果が得られる。

上記構成において、内面突起部の内面を基準とする高さは、排気流路の下流側へ向かって低くなっていてもよい。このような構成によれば、排気流路の上流側から下流側に向かう凝縮水の流れを衰えにくくすることができる。

上記構成において、内面突起部は、排気管の内面における少なくとも鉛直方向下側に設けられていてもよい。このような構成によれば、重力によって排気管の内面における鉛直方向下側に集まった凝縮水を、鉛直方向下側に内面突起部が設けられていない構成と比較して、排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

上記構成において、内面線は、内面における鉛直方向最下点を結ぶ線であってもよい。このような構成によれば、重力によって最も凝縮水が集まる位置に内面線が存在し、当該内面線を挟んで対になって内面突起部が配置されているため、凝縮水が対になって配置されている内面突起部の間に集まりやすくなる。このため、鉛直方向最下点に内面線が存在しない構成と比較して、凝縮水を排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

上記構成において、内面突起部は、排気管の内面における鉛直方向上側に設けられていてもよい。このような構成によれば、排気流路を流れる排ガスが、排気管の内面における鉛直方向上側に設けられた内面突起部によって加速され、かつ鉛直方向下側へ誘導されることにより、凝縮水の流速も加速されやすくなる。このため、凝縮水を、排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

実施形態の排気システムの外観図である。 図２Ａは図１のIIＡ−IIＡ断面図、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ断面図、図２Ｃは図２ＢのIIＣ−IIＣ断面図である。 図３Ａは図２Ｂの部分拡大図、図３Ｂは図３ＡのIIIＢ−IIIＢ断面図である。 図４Ａは本実施形態の排気流路において、排気流路の上流側から下流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図、図４Ｂは本実施形態の排気流路において、排気流路の下流側から上流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図である。 図５Ａは第１比較例において、図２ＢのIIIＢ−IIIＢ断面図に対応する図、図５Ｂは第１比較例の排気流路において、排気流路の上流側から下流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図、図５Ｃは第１比較例の排気流路において、排気流路の下流側から上流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図である。 図６Ａは第２比較例において、図２ＢのIIIＢ−IIIＢ断面図に対応する図、図６Ｂは第２比較例の排気流路において、排気流路の上流側から下流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図、図６Ｃは第２比較例の排気流路において、排気流路の下流側から上流側に排ガスが流れる場合のシミュレーション結果を示す図である。

１…上流側排気管、２…マフラ、３，５，６…下流側排気管、４…サスペンションメンバー、１０，２０，３０…下面ビード、１１…上面ビード、１００…排気システム、Ｃ…最下線。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示す排気システム１００は、自動車の内燃機関から排出された排ガスを後述する排気流路の外部に排出する装置である。排気システム１００は、上流側排気管１と、マフラ２と、下流側排気管３と、を備える。

上流側排気管１は、内燃機関の下流側に配置され、内燃機関から排出された排ガスをマフラ２へ導く排気流路を形成する。
マフラ２は、内燃機関から発せられる排気音を低減する。なお、マフラ２には、上流側排気管１の下流側端部が接続されている。

下流側排気管３は、排気流路を形成し、排気流路は、マフラ２から流出した排ガスを排気流路の外部へ導く。下流側排気管３の上流側端部はマフラ２に接続され、当該上流側端部から下流側排気管３の下流側端部へ至る途中において、下流側排気管３は自動車の構成部品であるサスペンションメンバー４と干渉しないように屈曲している。具体的には、下流側排気管３には、サスペンションメンバー４の上部を通過するように、鉛直方向に沿った位置が排気流路の下流側へ向かって上昇するよう屈曲された排気流路が形成されている。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、下流側排気管３の内面には、下面ビード１０と、上面ビード１１と、が形成されている。
図２Ａに示すように、下面ビード１０は、下流側排気管３の内面における鉛直方向の下側（図２Ａでいう下側）に設けられ、下流側排気管３の内面よりも内部に突出している。下面ビード１０は、図２Ｂに示すように、下流側排気管３の内面における鉛直方向最下点（具体的には、下流側排気管３の鉛直方向に平行な断面における下流側排気管３の内面の最下点）を結ぶ線である最下線Ｃを挟んで対（この例では左右対称）になるように配置されている。そして、このように対になった下面ビード１０が、下流側排気管３の軸方向に沿って一定の間隔をもって複数（本実施形態では６組）配設されている。また、最下線Ｃを挟んで配置される一対の下面ビード１０は、それらの間に形成される隙間が排気流路の下流側へ向かっていわゆるテーパ形状に広がるように、配置されている。さらに、図３Ｂ（図３Ａに示す下面ビード１０の断面図）に示すように、下面ビード１０は、下流側排気管３の内面を基準とする高さが排気流路の上流側から下流側へ向かって低くなるよう形成されている。なお、本実施形態では、下面ビード１０として、一部に円弧を含むいわゆる水滴状の突起部が形成されているが、下面ビード１０の形状は特に限定されない。

上面ビード１１は、図２Ｃに示すように、下流側排気管３の内面における鉛直方向の上側（図２Ｃでいう上側）に設けられ、下流側排気管３の内面よりも内部に突出している。具体的には、上面ビード１１は、下流側排気管３の軸方向に沿った各下面ビード１０の突起頂点の間にそれぞれ１つずつ配置されている。つまり、上面ビード１１は、下流側排気管３の軸方向に沿って、下面ビード１０と同じ一定の間隔をもって、下面ビード１０と交互に（本実施形態では、各下面ビード１０の突起頂点間の中点に位置するように等間隔）配設されている。上面ビード１１は、排気流路を流れる排ガスを加速させ、かつ、鉛直方向下側へ誘導する機能を有する。なお、上面ビード１１の形状については特に限定されない。

なお、図２Ｃ及び図３Ｂに示すように、下面ビード１０及び上面ビード１１の「ビード」とは、下流側排気管３の外面から内面方向に窪ませることにより形成される突起を意味する。

次に、シミュレーション結果について説明する。図５Ａは、第１比較例の下流側排気管５に形成された下面ビード２０の断面図であり、下流側排気管３の内面を基準とする下面ビード２０の高さは、上記実施形態の下面ビード１０とは逆に、排気流路の下流側へ向かって高くなる。図６Ａは、第２比較例の下流側排気管６に形成された下面ビード３０の断面図であり、下流側排気管３の内面を基準とする下面ビード３０の高さは一定である。

各シミュレーション結果の図中において、Ａは排気流路の上流側を示し、Ｂは排気流路の下流側を示す。また、各シミュレーション結果における矢印の方向は、排ガスの流れ方向を示す。すなわち、図４Ａ、図５Ｂ及び図６Ｂは排気流路の上流側Ａから下流側Ｂへ排ガスが流れる場合のシミュレーション結果であり、図４Ｂ、図５Ｃ及び図６Ｃは下流側Ｂから上流側Ａへ排ガスが流れる場合のシミュレーション結果である。また、各シミュレーション結果における排ガスの流れの速さは濃淡で表現されており、濃度が濃い部分は、排ガスの流れが速いことを示している。

ここで、各シミュレーション結果において、上流側Ａから下流側Ｂへ排ガスが流れた場合の排ガスの流れの速さから、下流側Ｂから上流側Ａへ排ガスが流れた場合の排ガスの流れの速さを引いた値を比較した結果を以下に示す。なお、下流側Ｂから上流側Ａへ排ガスが流れた場合を考慮しているのは、排ガスの脈動により逆流が生じ得るからである。

本実施形態（図４Ａ及び図４Ｂ） ２０．０ｍ／ｓ
第１比較例（図５Ｂ及び図５Ｃ） ７．６ｍ／ｓ
第２比較例（図６Ｂ及び図６Ｃ） １５．９ｍ／ｓ
上記結果によれば、本実施形態における値は、２０．０ｍ／ｓとなり、第１及び第２比較例と比較して、排ガスが排気流路の下流側へ最も流れやすい。また、凝縮水は排ガスの流れに伴って排気流路を流れるので、凝縮水も下流側へ流れやすくなる。

［２．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）排気システム１００の下流側排気管３では、鉛直方向に沿った位置が下流側へ向かって上昇する排気流路に下面ビード１０が設けられる。したがって、下面ビード１０が設けられていない構成と比較して、凝縮水を排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

（１ｂ）複数の下面ビード１０は、下流側排気管３の内面における鉛直方向最下点を結ぶ線である最下線Ｃを挟んで対になって配置されている。このような構成によれば、凝縮水が、対になって配置されている下面ビード１０の間で加速されやすくなる。したがって、本実施形態によれば、凝縮水を排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

（１ｃ）最下線Ｃを挟んだ一対の下面ビード１０は、最下線Ｃを挟んだ隙間が排気流路の下流側へ向かって広がるように形成されている。したがって、本実施形態によれば、凝縮水を排気流路の下流側から上流側へ逆流しにくくする効果が得られる。

（１ｄ）下面ビード１０は、下流側排気管３の内面を基準とする高さが排気流路の下流側へ向かって低くなっている。したがって、本実施形態によれば、排気流路の上流側から下流側に向かう凝縮水の流れを衰えにくくすることができる。

（１ｅ）排気システム１００は、下流側排気管３の内面における少なくとも鉛直方向上側に設けられ、下流側排気管３の内面よりも内側に突出する上面ビード１１を備える。したがって、本実施形態によれば、排気流路を流れる排ガスが、上面ビード１１によって加速され、かつ鉛直方向下側へ誘導されることにより、凝縮水の流速も加速されやすくなる。このため、凝縮水を、排気流路の上流側から下流側へ上昇しやすくすることができ、排気流路の外部へ排出されやすくすることができる。

なお、本実施形態では、排気システム１００が排気装置の一例に相当し、下面ビード１０及び上面ビード１１が内面突起部の一例に相当し、最下線Ｃが内面線の一例に相当する。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を取り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態では、排気管の内面における排気管の軸に沿った線である内面線として、下流側排気管３の内面における鉛直方向最下点を結ぶ線である最下線Ｃを例示したが、内面線の位置はこれに限定されるものではない。例えば、排気管の内面における側方や上方などにおいて排気管の軸に沿った線を内面線としてもよい。換言すれば、上記実施形態では、下流側排気管３の内面における鉛直方向の下側に設けられた下面ビード１０を内面突起部として例示したが、内面突起部の配置はこれに限定されるものではない。例えば、内面突起部は、排気管の内面における側方や上方などに配置されてもよい。このような構成によれば、例えば、遠心力によって凝縮水が排気管の内面における鉛直方向の下側以外を流れる場合であっても、凝縮水が排出されやすくすることができる。したがって、排気管の内面における鉛直方向の下側には内面突起部が設けられておらず、下側以外の部分にのみ内面突起部が設けられていてもよい。また、内面線は複数存在してもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、内面突起部としての下面ビード１０が、内面線としての最下線Ｃを挟んで左右対称になるように配置されている構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、内面突起部は、左と右でそれぞれ異なる形状や個数にするなど、左右非対称になるよう排気管の内面に配置されてもよく、また、内面線を挟んで配置されない構成にしてもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、下面ビード１０が、下流側排気管３の内面を基準とする高さが排気流路の上流側から下流側へ向かって低くなるよう形成されている構成を例示したが、下面ビード１０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、下面ビード１０の高さが、排気流路の上流側から下流側へ向かって高くなるよう形成されてもよく、また、一定でもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、下流側排気管３の内面における鉛直方向の上側に、上面ビード１１が設けられる構成を例示したが、下流側排気管３の構成はこれに限定されるものではない。例えば、下流側排気管は、上面ビード１１が設けられていない構成にしてもよい。

（２ｅ）上記実施形態では、上面ビード１１が、下流側排気管３の内面における鉛直方向の上側に設けられる構成を例示したが、上面ビード１１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、上面ビード１１は、鉛直方向の上側及び側面の両方に設けられてもよい。

（２ｆ）上記実施形態では、上面ビード１１が、下流側排気管３の軸方向に沿って、下面ビード１０と同じ一定の間隔をもって、下面ビード１０と交互に配設されている構成を例示したが、上面ビード１１の位置はこれに限定されるものではない。例えば、上面ビード１１は、下面ビード１０とは異なる一定の間隔をもって配設されてもよい。また例えば、上面ビード１１は、下面ビード１０と交互に配設されなくてもよい。

（２ｇ）上記実施形態では、内面突起部として、下流側排気管の外面から内面方向に窪ませることにより形成される突起（ビード）を例示したが、内面突起部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、排気管に別体の突起を設けてもよい。

（２ｈ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

Claims (8)

1. 排気流路を有し、前記排気流路における鉛直方向に沿った位置が前記排気流路の下流側へ向かって上昇する、排気管と、
   前記排気管の内面に少なくとも１つ設けられ、前記内面よりも前記排気管の内側に突出する内面突起部と、を備え、
   複数の前記内面突起部が、前記内面における前記排気管の軸に沿った線である内面線を挟んで対になって配置されており、
   前記内面線を挟んだ一対の前記内面突起部は、前記内面線を挟んだ隙間が前記排気流路の下流側へ向かって広がるように形成されている、排気装置。
2. 請求項１に記載の排気装置であって、
   前記内面突起部の前記内面を基準とする高さは、前記排気管の軸と直交した方向から見て、左右非対称である、排気装置。
3. 排気流路を有し、前記排気流路における鉛直方向に沿った位置が前記排気流路の下流側へ向かって上昇する、排気管と、
   前記排気管の内面に少なくとも１つ設けられ、前記内面よりも前記排気管の内側に突出する内面突起部と、を備え、
   複数の前記内面突起部が、前記内面における前記排気管の軸に沿った線である内面線を挟んで対になって配置されており、
   前記内面突起部の前記内面を基準とする高さは、前記排気管の軸と直交した方向から見て、左右非対称である、排気装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排気装置であって、
   前記内面突起部の前記内面を基準とする高さは、前記排気流路の下流側へ向かって低くなる、排気装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排気装置であって、
   前記内面突起部は、前記排気管の内面における少なくとも鉛直方向下側に設けられている、排気装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の排気装置であって、
   前記内面線は、前記内面における鉛直方向最下点を結ぶ線である、排気装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の排気装置であって、
   前記内面突起部は、前記排気管の内面における鉛直方向上側に設けられている、排気装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の排気装置であって、
   前記内面突起部は、前記排気管の内面における、鉛直方向下側及び鉛直方向上側に少なくとも設けられており、前記鉛直方向上側に設けられている前記内面突起部は、前記鉛直方向下側に設けられている前記内面突起部と、前記排気管の軸に沿って、交互に配置されている、排気装置。