JPH0783043A - 排気管の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でフランジ部近傍の管内壁からの
排気ガスの放熱を抑制する。 【構成】 エンジンの排気管路において、フランジ
（２）の設置部近傍の低温管壁部分（５１）の上流側近
傍に、ガス流（１１）にスワールを付与するスワール発
生部（４，５，６）を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管壁を通した排気ガス
の放熱を抑制する排気管の構造に係り、特にフランジ設
置部等の低温の管壁部分からの熱の逃げを低減すること
のできる排気管の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、排気ガス中の未燃ガ
ス成分を低減させるために、排気管の下流部に触媒を配
置したり、排気ガス中に二次空気を吹き込んだりするこ
とが行われている。

【０００３】触媒を用いて未燃ガス成分を低減するに
は、触媒に流れ込む排気ガスを高温に保って、十分な化
学反応を起こさせることが必要であり、特に排気管の内
壁からフランジを通しての熱の逃げを小さくすることが
重要である。また、二次空気を吹き込んで未燃ガスの燃
焼反応を促進させるには、二次空気を排気ガス中に効率
良く混合させることが重要である。

【０００４】図１５は、実開昭５５−３６９５３号公報
に示されたエンジンの排気管の接続部の構造を示してい
る。この図において、１０１はエンジンの排気ポート、
１０２は排気管である。排気管１０２は、該排気管１０
２の端部に溶接した接続フランジ１０３を、排気ポート
１０１に対してボルト１０４で締結することにより、排
気ポート１０１に接続されている。また、排気ポート１
０１と接続フランジ１０３間には、排気通路内に露出す
る接続フランジ１０３と排気管１０２との溶接部１０５
を覆い隠すカラー１０７が設けられている。なお、排気
ポート１０１と接続フランジ１０３の合わせ面１０８、
１０９間には、ガスケット１１０が介装されている。そ
して、カラー１０７によって、低温となる接続フランジ
１０３部分へのガスの接触を防ぎ、放熱を抑制してい
る。

【０００５】一方、排気ガス中に二次空気を吹き込ん
で、排気ガス中の未燃成分の燃焼を促進させる構造とし
て、図１６に示すものがある。この図において、１５１
はエンジンの排気ポート、１５２は排気マニホールドで
あり、マニホールド１５２の途中に、二次空気を排気マ
ニホールド１５２中に送り込む二次空気送給管１５３が
合流している。そして、二次空気送給管１５３から、排
気マニホールド１５２中に二次空気が送り込まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１５に示
した構造では、上記接続フランジ１０３の内周側に単に
カラー１０７を設けることで、接続フランジ１０３部分
への高温の排気ガスの接触を防ぎ、熱の伝達を抑制して
いるが、該カラー１０７を取付ける構造が複雑で、部品
点数が増大し、コスト増になりやすい。また、排気管１
０２を取り外した際に、カラー１０７も外れるため、メ
ンテナンスも煩雑となっていた。さらに、カラー１０７
の一端が接続フランジ１０３に接しているため、この部
分からの放熱量が少なくなく、熱の逃げの抑制効果が薄
い等の問題があった。

【０００７】また、図１６に示した構造では、排気マニ
ホールド１５２の途中の管壁に側方から二次空気送給管
１５３を接続して二次空気を排気マニホールド１５２内
に合流させるだけであるから、排気ガスと二次空気が十
分効率良く混合しないという問題があった。

【０００８】そこでこの発明は、上記事情を考慮し、カ
ラー等の余計な部品を設けずに、フランジ設置部等の低
温管壁部分からの放熱を低減して、触媒に流入する排気
ガスの昇温効果を大きくし、それにより排気ガス中の未
燃成分量の低減を図ることのできる排気管の構造を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の排気管
の構造は、高温の排気ガスが内部に流通する排気管の構
造であって、当該排気管におけるフランジ設置部近傍等
の低温管壁部分の上流側近傍に、排気ガスにスワールを
付与するスワール発生部を設けたことを特徴としてい
る。

【００１０】また、請求項２の発明の排気管の構造は、
請求項１記載の排気管の構造であって、前記スワール発
生部は、前記排気管の中心軸に対して中心軸が傾斜した
二次空気噴出口を有し、当該二次空気噴出口から二次空
気を旋回流として送り込むことを特徴としている。

【００１１】さらに、請求項３の発明の排気管の構造
は、請求項１記載の排気管の構造であって、前記スワー
ル発生部は前記排気管の内部の段差であることを特徴と
している。

【００１２】

【作用】例えば、排気管のフランジ設置部分は、排気管
のその他の部分と比較して熱容量が大きく、外気との接
触面積も大きいため、熱が逃げやすい。このため、排気
管の内部を流通する高温排気ガスは、このフランジ設置
部分から多くの熱を失いやすい。この場合、排気管内に
は高速で排気ガスが流れており、排気ガスと管内壁との
間の熱伝達は、強制対流によって支配されている。

【００１３】請求項１の発明では、フランジ設置部近傍
等の低温管壁部分の上流側近傍にスワール発生部があ
り、このスワール発生部によるスワールによって低温管
壁部分にまで及ぼうとするガス流の剥離が生じる。した
がって、低温管壁部分に対する、排気ガスの主流の接触
が抑制され、排気ガスの主流と低温管壁部分との間での
熱伝達が小さくなり、排気ガスの温度低下が抑制され
て、排気ガスが高温に保たれる。

【００１４】また、請求項２の発明では、旋回流として
二次空気を送り込むようにしたので、請求項１の作用に
加え、下流域での排気ガスと二次空気との混合効率が高
まる。

【００１５】さらに、請求項３の発明では、段差によっ
てガス流にスワールを付与することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１７】〔第１実施例〕図１は本発明の第１実施例
による排気管の接続部の構造を示す。図において、１は
シリンダヘッド、２はフランジ、３は排気管であり、排
気管３とシリンダヘッド１の排気出口１ａとにより、内
部に高温の排気ガスが流れる排気管路が構成されてい
る。また、４は排気ガス中に二次空気を送り込む二次空
気供給機構としての二次空気ギャラリー（導孔）、５は
二次空気噴出通路、６は二次空気噴出口である。

【００１８】フランジ２は、排気管３の端部に一体化さ
れ、ボルト７によってシリンダヘッド１に固定されてい
る。このフランジ２は熱容量が大きいと共に、外気との
接触面積が大きくて熱が逃げ易く、その内周面は他の部
分よりも温度の低い低温管壁部分５１となっている。シ
リンダヘッド１の排気出口１ａの内径Ｄ１は、ガス流１
１の下流側に位置する排気管３の内径Ｄ２よりも小さく
形成されており、これにより、フランジ２とシリンダヘ
ッド１の合わせ面２ａ、１ｂの内周部に所定の大きさの
段差５０が設けられている。この段差５０があることに
より、排気ガス流路の管路面積は、段差５０を境に急拡
大している。

【００１９】二次空気ギャラリー４は、図２、図３に示
すように、シリンダヘッド１の外壁面からシリンダヘッ
ド１の材料の内部に平行に２本穿設され、その先端が、
排気出口１ａの内周壁、及びフランジ２との合わせ面１
ｂの両近傍に達している。二次空気噴出通路５は、二次
空気ギャラリー４の長さ方向に長いスリット状の孔で形
成され、二次空気ギャラリー４の先端に連通されると共
に、段差５０の端面、つまり、シリンダヘッド１側の合
わせ面１ｂの内周側に、偏平な二次空気噴出口６として
開口している。この二次空気噴出口６は、図３に示すよ
うに、円形の排気出口１ａの周囲に、直径方向に対向し
て一対開口している。排気ガスは段差５０によってスワ
ール（渦）が付与され、且つ、二次空気噴出口６からの
二次空気によってもスワールが付与される。従って段差
５０と、二次空気ギャラリー４、二次空気噴出通路５及
び二次空気噴出口６とはこの実施例において、スワール
発生部を構成している。

【００２０】図２に示すように、二次空気噴出通路５及
び二次空気噴出口６の中心軸８は、排気管３の中心軸９
に対して所定の傾斜角度αを持つように設定され、二次
空気ギャラリー４を通して送られた二次空気が、二次空
気噴出口６から排気管３の中心軸９に対してαの角度を
持って噴出されるようになっている。

【００２１】次に作用を説明する。

【００２２】一般に、フランジ２は、熱容量が大きく、
外気との接触面積も大きい。このため、フランジ２の設
置部近傍の内壁温度は、図４の内壁温度分布に示すよう
に、他の部分と比較して低温になっている。従って、排
気ガスがこの低温管壁部分を通過する際に奪われる熱量
は、他の部分と比較して大きくなる。

【００２３】本実施例では、図１のように排気管３の内
径Ｄ２を、シリンダヘッド１の排気出口１ａの内径Ｄ１
よりも大きくすることで、低温管壁部分５１の直前（上
流側近傍）に段差５０を設けている。このため、管路面
積の急拡大により、図５に示すようなガス流１１に、渦
（スワール）が生じ流れが剥離する。この領域１０は、
低温管壁部分５１を覆う大きさのもので排気管内を流れ
る高温のガスは直接管壁に接触することができなくなる
ため、熱交換量が大巾に低減する。又、この領域１０で
は、渦（スワール）の発生により排気ガスの流速が小さ
くなる。このため、排気ガスから排気管３への熱伝達係
数が小さくなり、フランジ設置部近傍の低温管壁部分５
１と排気ガスとの熱交換量が低減され、排気ガスの放熱
が抑制される。

【００２４】また、二次空気ギャラリー４に二次空気を
送り込むと、二次空気噴出口６から図６に示すように領
域１０に対し、二次空気１２が吹き込まれる。したがっ
て、段差５０によって生じる剥離現象が軽減され、剥離
による圧力損失が小さくなる。ここで、二次空気１２の
導入により管壁での熱伝達係数が若干大きくなるが、二
次空気１２はフランジ２の近傍の管壁と比較して低温で
あるため、フランジ２側へ逃げる熱量は少ない。

【００２５】なお、実際に吹き込まれる二次空気１２
は、図７に示すように、二次空気噴出口６から排気管３
の中心軸９に対してαの角度を持つように噴出されるか
ら、スワール状の旋回流１３が発生して排気ガスに旋回
流が付与され、且つガス流１１と二次空気の旋回流１３
が効率良く混合することになって、その結果、排気ガス
中の未燃成分の燃焼が促進させられる。

【００２６】次に本発明のその他の実施例を説明する。
なお、以下の説明において、前記第１実施例と同一部分
には、図中同一符号を付して説明を省略する。

【００２７】〔第２実施例〕図８は本発明の第２実施例
を示している。この実施例では、シリンダヘッド１側の
排気出口１ａの端部に、下流側に行くほど縮径するテー
パ面１４ａを有した突起部１４を設けることにより、ガ
ス流１１に渦（スワール）を生じさせる段差５０を形成
している。この実施例によれば、排気管３の内径を変更
せずに、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２８】［第３実施例〕図９は本発明の第３実施例
を示している。この実施例では、シリンダヘッド１の排
気出口１ａと排気管３が湾曲しており、排気管３の内径
が排気出口１ａの内径よりも大きく形成されている。そ
して、排気出口１ａの中心軸１５と、排気管３の中心軸
１６が偏心させられ、排気出口１ａと排気管３との間の
湾曲外周側の段差５０ａが、内周側の段差５０ｂよりも
大きく設定されている。この実施例によれば、排気ガス
の流速が大きく排気ガスから管壁への熱伝達が大きい湾
曲外周側の段差５０ａの方が、内周側の段差５０ｂより
も大きいので、外周側に生じる大きなスワール領域の存
在により、排気ガスの主流から管壁への伝熱が低減され
る。

【００２９】〔第４実施例〕図１０は本発明の第４実施
例を示している。この実施例では、シリンダヘッド１の
排気出口１ａの端部近傍に冷却水ギャラリー１９がある
場合に、排気出口１ａの内径よりも排気管３の内径を大
きく形成すると共に、排気出口１ａの中心軸１７と排気
管３の中心軸１８を偏心させ、冷却水ギャラリー１９が
存在して冷却効果の大きい側の段差５０ｃを、反対側の
段差５０ｄよりも大きくしたものである。この実施例に
よれば、冷却効果の大きい管壁側の段差５０ｃの方が、
反対側の段差５０ｄより大きいので、大きい段差５０ｃ
側に生じる大きなスワール領域の存在により、排気ガス
の主流から管壁への伝熱が低減される。

【００３０】〔第５実施例〕図１１は本発明の第５実施
例を示している。この実施例は、排気管３、３のフラン
ジ２、２による接続部分に、本発明を適用したものであ
る。この場合、フランジ２、２相互がボルト７Ａ及びナ
ット７Ｂで接続されており、フランジ２、２のある部分
よりも上流側の排気管３の管壁内周に、下流側に行くほ
ど縮径したテーパ面２０ａを有した突起部材２０が嵌合
固定されている。そして、この突起部材２０により、フ
ランジ２、２のある部分の管内に、ガス流１１のスワー
ルを生じさせる段差５０を形成している。この実施例に
よれば、第２実施例と同様な作用効果を奏する他、突起
部材２０が別体であり、排気管３の製造が容易である。
また、排気管３、３相互の結合に適している。

【００３１】〔第６実施例〕図１２は本発明の第６実施
例を示している。この実施例では、前記第５実施例とは
異なり、突起部材２０の代わりに、排気管３の管壁内周
にリング２１を嵌合することによって、ガス流１１にス
ワールを付与する段差５０を形成している。この実施例
では、第５実施例と同様な作用効果を奏する他、排気管
３及びリング２１の製造が容易になる。

【００３２】〔第７実施例〕図１３は本発明の第７実施
例を示している。この実施例では、フランジ２、２の各
内周に、流路面積を急拡大するための溝部２２を設ける
ことにより、ガス流１１にスワールを発生させる段差５
０を形成している。この場合は、両排気管３、３の径は
等しい。この実施例では、第５実施例と同様な作用効果
を奏する他、排気管３内部に突起物がなく、通気抵抗の
低減を図ることができる。

【００３３】〔第８実施例〕図１４は本発明の第８実施
例を示している。この実施例では、下流側に内径の大き
い排気管３Ａを接続する場合に、上流側の排気管３のフ
ランジ２の内周に、流路面積を急拡大させるための溝部
２３を設けることにより、ガス流１１にスワールを発生
させる段差５０を形成している。この各実施例では、第
７実施例と同様な作用効果を奏する他、下流側に大きい
内径の排気管３Ａを接続する場合に適している。

【００３４】なお、上記実施例においては、低温管壁部
分が低温になる構成として、外周にフランジがあり、フ
ランジで管路を接続する場合を示したが、他の理由によ
り管路の一部が他の部分よりも低温となる場合に、その
部分の上流側に、ガス流にスワールを与えるための段差
を形成してもよい。したがって、本発明は、管路の接続
部分に限らず広く適用することができるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、スワール発生部を設けるという簡単な構成で、
フランジ設置部近傍等の低温管壁部分からの放熱量を低
減することができる。したがって、カラー等の余計な部
品を設けずに、排気ガスの温度低下を抑えることがで
き、触媒に流れ込む排気ガスを高温に保って、触媒を十
分に活性化させることができ、未燃ガス成分量の低減を
図ることができる。

【００３６】また、カラー等の余計な部品を設ける必要
がないので、部品点数の削減、コストの低減、並びにメ
ンテナンス性の向上を図ることができる。

【００３７】また、請求項２の発明によれば、旋回流と
して二次空気を送り込むようにしたので、二次空気の混
合効率を向上させることができ、未燃ガス成分量をより
一層低減することができる。

【００３８】さらに、請求項３の発明によれば、段差に
よってガス流にスワールを付与することができるため、
構造が極めて簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。

【図４】本発明の第１実施例における排気管の長さ方向
の管壁温度分布を示す図である。

【図５】本発明の第１実施例における段差によるガス流
の様子を示す断面図である。

【図６】本発明の第１実施例において、段差によるスワ
ール領域に、二次空気を送り込んだ場合の流れの様子を
示す断面図である。

【図７】本発明の第１実施例において、段差によるスワ
ール領域に、スワール状の旋回流として二次空気を送り
込んだ場合の流れの様子を示す断面図である。

【図８】本発明の第２実施例の断面図である。

【図９】本発明の第３実施例の断面図である。

【図１０】本発明の第４実施例の断面図である。

【図１１】本発明の第５実施例の断面図である。

【図１２】本発明の第６実施例の断面図である。

【図１３】本発明の第７実施例の断面図である。

【図１４】本発明の第８実施例の断面図である。

【図１５】従来の排気管の接続部の構造を示す断面図で
ある。

【図１６】従来の二次空気の供給の仕方を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ エンジンのシリンダヘッド １ａ 排気出口（排気管路） ２ フランジ ３，３Ａ 排気管（排気管路） ４ 二次空気ギャラリー（スワール発生部） ５ 二次空気噴出通路（スワール発生部） ６ 二次空気噴出口（スワール発生部） １１ ガス流 １２ 二次空気 １３ 二次空気の旋回流 ５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ 段差

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温の排気ガスが内部に流通する排気管
   の構造であって、当該排気管におけるフランジ設置部近
   傍等の低温管壁部分の上流側近傍に、排気ガスにスワー
   ルを付与するスワール発生部を設けたことを特徴とする
   排気管の構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排気管の構造であって、
   前記スワール発生部は、前記排気管の中心軸に対して中
   心軸が傾斜した二次空気噴出口を有し、当該二次空気噴
   出口から二次空気を旋回流として送り込むことを特徴と
   する排気管の構造。
3. 【請求項３】 請求項１記載の排気管の構造であって、
   前記スワール発生部は前記排気管の内部の段差であるこ
   とを特徴とする排気管の構造。