JP7095286B2 - 内燃機関のテールパイプ構造 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関のテールパイプ構造に関する。

一般的に、内燃機関等の排気通路の下流端には、排気通路を通過した排気ガスを外部に放出するためのテールパイプが設けられている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１６－１３８５０８号公報 特開２００９－１２１３１０号公報

上述のような内燃機関においては、特に高負荷運転時等に高温の排気ガスが排気通路からテールパイプを介して外部に放出されることになる。このような高温排気ガスの放出を効果的に抑制するには、排気ガスが外部に放出される前段階のテールパイプにて、排気ガスを外気と効果的に混合させることにより、温度の低下を図ることが望まれる。

本開示の技術は、テールパイプから放出される排気ガスの温度を効果的に低下させることを目的とする。

本開示の技術は、内燃機関の排気通路の出口部に設けられると共に、その下流端側の少なくとも一部を縮径させた筒状の第１筒体部と、前記第１筒体部よりも大径の筒状に形成されると共に、その上流端内周を前記第１筒体部の下流端外周からクリアランスを隔てて配置され、その筒内に前記クリアランスから外気を導入可能な第２筒体部と、前記第１筒体部の下流端に設けられると共に、前記第２筒体部内に送出する排気ガスを拡散させる拡散機構と、を備えることを特徴とする。

また、前記第１筒体部の下流端側の外周から径方向内側に所定の深さで窪むと共に、周方向に所定の間隔で設けられた複数の凹部を含み、前記拡散機構が前記複数の凹部の間に区画される流路により形成されていることが好ましい。

また、前記拡散機構が、前記第１筒体部の下流端開口に、該下流端開口を複数に分割するように設けられた仕切り部材により形成されてもよい。

また、前記第２筒体部の外周に開口形成されて、該第２筒体部内に外気を導入する第２の導入穴をさらに備えることが好ましい。

また、前記第２筒体部が、直線状に延びる上流側の直線筒部と、該直線筒部の下流端から湾曲する下流側の湾曲筒部とを含み、前記第２の導入穴が前記直線筒部に形成されていることが好ましい。

また、前記第２筒体部の外周から径方向内側に所定の深さで窪む凹部を含む第２の拡散機構をさらに備えてもよい。

本開示の技術によれば、テールパイプから放出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る。

本実施形態に係るテールパイプ構造が適用された内燃機関の排気系を示す模式的な全体構成図である。 （Ａ）は第一実施形態に係るテールパイプ構造を示す模式的な斜視図であり、（Ｂ）は第一実施形態に係るテールパイプ構造の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。 第一実施形態に係るテールパイプ構造を排気上流側から視た模式的な斜視図である。 第二実施形態に係るテールパイプ構造の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。 第三実施形態に係るテールパイプ構造を示す模式的な斜視図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る内燃機関のテールパイプ構造について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［第一実施形態］
図１は、本実施形態に係るテールパイプ構造が適用された内燃機関の排気系を示す模式的な全体構成図である。同図に示すように、内燃機関としてのエンジンＥはシリンダヘッドＣＨを備えている。シリンダヘッドＣＨの排気側の側部には、各気筒から不図示の排気ポートを介して排気ガスを導出する排気マニホールド１１が設けられている。排気マニホールド１１には上流側排気管１２の上流端が接続され、上流側排気管１２の下流端には排気浄化装置及び、又は消音器（以下、単に排気装置という）１３が接続されている。また、排気装置１３には、下流側排気管１４の上流端が接続されている。下流側排気管１４には、排気装置１３にて浄化された排気ガスが導入される。これら上流側排気管１２、排気装置１３及び、下流側排気管１４の少なくとも一部は、好ましくは、不図示の車体フレームにブラケット等を介して固定されている。本実施形態のテールパイプ構造２０は、下流側排気管１４の下流端（出口部）に設けられている。以下、図２に基づいて、テールパイプ構造２０の詳細について説明する。

図２（Ａ）は、本実施形態に係るテールパイプ構造２０を示す模式的な斜視図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態に係るテールパイプ構造２０の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。同図に示すように、テールパイプ構造２０は、上流側から順に、第１導入拡散部２１と、パイプ部２７（第２筒体部の一例）とを備えている。また、パイプ部２７には、第２導入機構２８が設けられている。

第１導入拡散部２１は、下流側排気管１４から送出される排気ガスを拡散させると共に、パイプ部２７の上流口から外気を導入するように機能する。具体的には、第１導入拡散部２１は、上流側の被固定フランジ部２２と、下流側の筒体部２３（第１筒体部の一例）とを備えている。

被固定フランジ部２２は、下流側排気管１４の出口部に形成された固定フランジ部１５にボルトナット６０で締結固定されている。なお、被固定フランジ部２２の固定方法は、ボルトナット６０に限定されず、固定フランジ部１５に溶接等で接合してもよい。あるいは、筒体部２３を下流側排気管１４の下流端に一体的に形成してもよい。筒体部２３を下流側排気管１４に一体形成する場合には、各フランジ部２２，１５を省略すればよい。

筒体部２３は、下流側排気管１４と略同径、且つ、パイプ部２７よりも小径の略円筒状に形成されており、その上流端の開口周縁を被固定フランジ部２２の側面に溶接等で接合されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、筒体部２３の下流端側の筒部には、径方向内側に所定の深さで窪む複数（図示例では３個）の凹部２４がプレス加工等により周方向に等間隔で設けられている。凹部２４の個数及び配置間隔は、図示例の３個や等間隔に限定されず、筒体部２３の寸法等に応じて適宜に設定することができる。

各凹部２４は、上流側から下流側に向かうに従い径方向への窪み量が大きくなるように形成されている。言い換えれば、各凹部２４の底部は、上流側から下流側に向かうに従い筒体部２３の軸心に近接するようにテーパ状に傾斜している。すなわち、筒体部２３の下流端に複数の凹部２４を設けることで、これら凹部２４の底部内周面によって筒体部２３の流路面積が下流側に向かうに従い絞られるようになっている。これにより、筒体部２３からパイプ部２７に向けて送出される排気ガスの流速が効果的に増速されるようになる。また、筒体部２３内を流れる排気ガスが、互いに隣接する各凹部２４の対向側面と筒体部２３の下流側内周面とにより区画される３つの流路２５に分散されることで、排気ガスが効果的に拡散されるように構成されている。

本実施形態において、筒体部２３の下流端外周と、パイプ部２７の上流端内周との間には、周方向の全長に亘って所定のクリアランスＣが確保されている（図３参照）。すなわち、筒体部２３からパイプ部２７内に増速して送出される排気ガスの流れに伴い、パイプ部２７内の圧力が低下することで、環状のクリアランスＣからパイプ部２７内に外気が効果的に導入されるように構成されている。これにより、拡散且つ増速された排気ガスと外気との混合が促進されるようになり、排気ガス温度を効果的に低下させることができる。

なお、筒体部２３とパイプ部２７との位置関係は、筒体部２３の下流端の少なくとも一部分がパイプ部２７内に挿入されてオーバラップするように配置されてもよく、或は、これらが互いに筒軸方向に微小な空隙を隔ててオーバラップしないように配置されてもよい。これらの位置関係は、エンジンＥ（図１参照）の排気量等の各種仕様に応じて適宜に設定すればよい。

パイプ部２７は、全体として筒体部２３よりも大径の略円筒状を呈しており、好ましくは、不図示の車体フレームに第１導入拡散部２１とは別個に取り付けられるか、或は、不図示のブラケットを介して第１導入拡散部２１に直接的に固定されている。また、パイプ部２７は、上流側の直線パイプ部２７Ａと、下流側の湾曲パイプ部２７Ｂとを有している。

直線パイプ部２７Ａの下流端外周（湾曲パイプ部２７Ｂとの接合部近傍）には、第２導入機構２８を構成する複数（図示例では３個）の導入穴２９が周方向に等間隔で設けられている。各導入穴２９は、好ましくは、直線パイプ部２７Ａの下流端外周のうち、筒体部２３の各凹部２４の間（図２（Ｂ）に示す３つの流路２５）に対応する位置に配置されている。

具体的には、各導入穴２９は、直線パイプ部２７Ａの下流端外周を径方向内側に半円弧状に湾曲して凹ませることにより形成されている。すなわち、各導入穴２９の開口は、直線パイプ部２７Ａの凹ませた部分の下流端外周縁Ｘと、当該凹ませた部位に対応する湾曲パイプ部２７Ｂの上流端内周縁Ｙとにより区画されている。

このように、パイプ部２７に３つの導入穴２９を設けることにより、第１導入拡散部２１にて拡散されて外気と混合された排気ガスが、さらに各導入穴２９から導入される外気と混合されるようになり、高温排気ガスの温度低下を確実に促進することができる。また、製造上の形状管理が容易な直線パイプ部２７Ａの下流端外周を凹ませるのみで各導入穴２９が形成されるため、加工の容易化を図ることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、第１導入拡散部２１にて、排気ガスを拡散且つ増速させると共に、該排気ガスをクリアランスＣから導入する外気と混合させることにより、排気ガスの温度を効果的に低下させることができる。さらに、第１導入拡散部２１にて拡散混合されてパイプ部２７内に流通される排気ガスを第２導入機構２８（各導入穴２９）から導入する外気と混合さることにより、排気ガスの温度が二段階で低下するようになり、高温排気ガスの温度低下を確実に促進することが可能になる。

［第二実施形態］
図４は、第二実施形態に係るテールパイプ構造２０の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。

同図に示すように、第二実施形態のテールパイプ構造２０は、筒体部２３の出口側に下流側に向かうに従い縮径する略円錐台形状のテーパ部２３Ａを形成すると共に、該テーパ部２３Ａの出口部に排気ガスを拡散させる拡散機構３０を設けて構成されている。拡散機構３０は、互いに略直角に交差してテーパ部２３Ａの下流端開口を複数（図示例では４個）に分割する複数枚の細長の仕切りプレート部材３１により形成されている。

このように、筒体部２３にテーパ部２３Ａ及び拡散機構３０を設けることにより、排気ガスがテーパ部２３Ａにて増速されつつ、拡散機構３０の仕切りプレート部材３１にて効果的に拡散されるようになり、上記第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、拡散機構３０は図示例の仕切りプレート部材３１に限定されず、排気ガスを拡散できる構成であれば、複数枚のフィン部材等、他の構成を適用することもできる
［第三実施形態］
図５は、第三実施形態に係るテールパイプ構造２０を示す模式的な斜視図である。

同図に示すように、第三実施形態のテールパイプ構造２０は、第一実施形態の第２導入機構２８に替えて、第２拡散機構４０を設けたものである。具体的には、第２拡散機構４０は、直線パイプ部２７Ａの下流側筒部に、径方向内側に所定の深さで窪んで周方向の全長に亘って設けられた環状凹部４１により形成されている。このように、直線パイプ部２７Ａに環状凹部４１を設けると、筒体部２３からパイプ部２７内に送出された排気ガスが環状凹部４１の内周面に当たることで、パイプ部２７内でさらに拡散されるようになる。これにより、クリアランスＣから導入される外気と、パイプ部２７内を流れる排気ガスとの拡散混合をさらに促進させることが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、上記各実施形態において、テールパイプ構造２０は、パイプ部２７側に第２導入機構２８又は第２拡散機構４０の何れかが設けられるものとして説明したが、これらを省略して第１導入拡散部２１のみを備えるように構成してもよい。或いは、パイプ部２７に、これら第２導入機構２８及び第２拡散機構４０の両方を備えるように構成することもできる。

また、第２導入機構２８や第２拡散機構４０は、パイプ部２７の直線パイプ部２７Ａに設けられるものとして説明したが、これらを湾曲パイプ部２７Ｂに設けてもよい。

また、第２導入機構２８の各導入穴２９は、周方向に配置されるものとして説明したが、これらを軸方向に所定間隔で配置してもよい。また、第２拡散機構４０の凹部４１は、環状凹部に限定されず、複数の凹部が周方向又は軸方向に所定間隔で配置されるように構成してもよい。

また、本実施形態の適用範囲は、内燃機関のテールパイプに限定されず、高温の気体を流通させる他の配管類の末端構造にも広く適用することが可能である。

Ｅ エンジン
１１ 排気マニホールド
１２ 上流側排気管
１３ 排気浄化装置
１４ 下流側排気管
１５ 固定フランジ部
２０ テールパイプ構造
２１ 第１導入拡散部
２２ 被固定フランジ部
２３ 筒体部
２４ 凹部
２５ 流路
２７ パイプ部
２７Ａ 直線パイプ部
２７Ｂ 湾曲パイプ部
２８ 第２導入機構
２９ 導入穴
Ｃ クリアランス

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路の出口部に設けられると共に、その下流端側の少なくとも一部を縮径させた筒状の第１筒体部と、
   前記第１筒体部よりも大径の筒状に形成されると共に、その上流端内周を前記第１筒体部の下流端外周からクリアランスを隔てて配置され、その筒内に前記クリアランスから外気を導入可能な第２筒体部と、
   前記第１筒体部の下流端に設けられると共に、前記第２筒体部内に送出する排気ガスを拡散させる拡散機構と、を備え、
   前記第１筒体部の下流端側の外周から径方向内側に所定の深さで窪むと共に、周方向に所定の間隔で設けられた複数の凹部を含み、前記拡散機構が前記複数の凹部の間に区画される複数の流路により形成されており、
   前記第２筒体部が、直線状に延びる上流側の直線筒部の下流端と、湾曲している下流側の湾曲筒部の上流端とが接合された構造となっており、
   前記直線筒部の下流端外周の周方向おいて前記複数の流路の各々に対応する位置に所定間隔で開口形成されて、該第２筒体部内に外気を導入する複数の第２の導入穴をさらに備え、
   前記第２の導入穴は、前記直線筒部の下流端外周を軸方向に凹ませた部分と、前記湾曲筒部の上端端縁とにより区画されている、
   ことを特徴とする内燃機関のテールパイプ構造。
2. 前記第２筒体部の外周から径方向内側に所定の深さで窪む凹部を含む第２の拡散機構をさらに備える
   請求項１に記載の内燃機関のテールパイプ構造。

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