JP2025008834A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる内燃機関の排気装置を提供すること。
【解決手段】エンジン１の排気装置１０は、エンジン１から排出される排気ガスが流れる排気通路１４ａと、排気ガスを大気中に放出する排出口とを有する下流側排気管１４と、下流側排気管１４に取付けられ、排気音を消音する消音器とを有する。下流側排気管１４の下方に、凝縮水を貯留可能な受け部材１５が取付けられており、下流側排気管１４は、排気通路１４ａと受け部材１５とを連通する貫通孔１６を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

内燃機関から排出される排気ガスを大気中に排出する内燃機関の排気装置として、特許文献１に示す車両用排気系構造が知られている。

この車両用排気系構造は、排気ガスの流れ方向の上流側から順に配置された第１触媒装置、第２触媒装置、排気熱回収器および消音装置を有する。

これに加えて、車両用排気系構造は、第２触媒装置と排気熱回収器とを連結する第１の排気管と、排気熱回収器と消音装置とを連結する第２の排気管と、消音装置の下流側に設けられた下流側排気管とを備えており、下流側排気管は、上流側から下流側に向かうにつれて上方に傾斜している。

ところで、エンジンの燃焼行程で生じる排気ガスに含まれる未燃炭化水素は、第１触媒装置および第２触媒装置により酸化されて水が生成されるが、排気ガス温度が高いため、水は蒸発して水蒸気として大気開放部から排出される。

ところが、運転中にエンジンが休止するハイブリッド車両等にあっては、排気管、消音器および排気熱回収装置を含んだ排気系構造の温度が低下し易いので、排気系構造で発生する凝縮水の量が増加する。

ここで、凝縮水は、排気ガス流によって下流側排気管まで運ばれて最終的に下流側排気管の大気開放部から排出される。

特開２００８－１６９７１０号公報

しかしながら、従来の車両用排気系構造にあっては、排気管が上流側から下流側に向かうにつれて上方に傾斜しているため、排気ガスの流れによって傾斜部を登り切れない凝縮水が傾斜部の上流側に滞留し易い。

このため、傾斜部の上流側において気相と液相が混在する気液二相流となり、排気ガスが凝縮水に衝突することによって凝縮水の流動音が発生するおそれがある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、排気管を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる内燃機関の排気装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路と、排気ガスを大気中に放出する排出口とを有する排気管と、前記排気管に取付けられ、排気音を消音する消音器とを有する排気部材とを備えた内燃機関の排気装置であって、前記排気管の少なくとも下部に、水を貯留可能な受け部材が設けられており、前記排気管は、前記排気通路と前記受け部材とを連通する貫通孔を有することを特徴とする。

このように上記の本発明によれば、排気管を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気装置の側面図である。 図２は、図１のII－II方向矢視断面図である。 図３は、本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気装置の側面図である。 図４は、図３のIＶ－IＶ方向矢視断面図である。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の排気装置は、内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路と、排気ガスを大気中に放出する排出口とを有する排気管と、排気管に取付けられ、排気音を消音する消音器とを有する排気部材とを備えた内燃機関の排気装置であって、排気管の少なくとも下部に、水を貯留可能な受け部材が設けられており、排気管は、排気通路と受け部材とを連通する貫通孔を有する。

これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の排気装置は、排気管を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施例について、図面を用いて説明する。
図１、図２は、本発明に係る第１の実施例の内燃機関の排気装置を示す図である。

図１、図２において、上下前後左右方向は、以下のように規定する。
クランク軸に沿う方向をエンジンの左右方向とする。クランク軸と水平面内で直交する方向をエンジンの前後方向とし、エンジンに対して触媒コンバータが配置される側を前、その反対側を後とする。

気筒の中心軸に沿う方向をエンジンの上下方向とし、シリンダヘッド側を上、オイルパン側を下とする。

まず、構成を説明する。
図１において、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、図示しないモータと共に駆動源を構成しており、エンジン１は、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、シリンダヘッドカバー４およびオイルパン５を有する。

シリンダブロック２には図示しない複数の気筒が設けられており、気筒は、エンジン１の左右方向に並んで設置されている。エンジン１は、気筒の中心軸２Ｃが上下方向に延びるように設置されている。

気筒にはそれぞれ図示しないピストンが収容されており、ピストンは、図示しないコネクティングロッドを介してクランク軸６に連結されている。クランク軸６は、左右方向に延びる回転中心軸６ａを有し、回転中心軸６ａ回りに回転する。

ピストンは、気筒内で往復運動することにより、コネクティングロッドを介してクランク軸６を回転させる。

一方、ハイブリッド車両にはモータが設けられている。モータは、図示しない減速機構を介してクランク軸６に接続されており、図示しないクラッチ機構の接続によりモータの駆動力がクランク軸６に伝達される。これにより、エンジン１による走行とモータによる走行が実行される。

シリンダヘッド３には各気筒にそれぞれ連通する図示しない複数の吸気ポートと、吸気ポートの上流側に設けられ、複数の吸気ポートに連通する図示しない吸気マニホールドとが設けられている。

吸気マニホールドに吸入された空気は、吸気マニホールドから吸気ポートを通して各気筒に分配される。

シリンダヘッド３には各気筒にそれぞれ連通する図示しない複数の排気ポートと、排気ポートの下流側に設けられ、複数の排気ポートに連通する排気マニホールドとが設けられている。

気筒内で燃焼された排気ガスは、排気ポートから排気マニホールドに集合して排出された後、排気マニホールドからシリンダヘッド３の外部に排出される。

シリンダヘッド３には排気装置１０が接続されており、排気装置１０は、触媒コンバータ１１、上流側排気管１２、消音器１３および下流側排気管１４を備えている。

触媒コンバータ１１の上流端は、シリンダヘッド３に接続されている。触媒コンバータ１１は、排気マニホールドに連通する排気通路１１ａと、排気通路１１ａ内に設けられた三元触媒１１Ａとを有する。

触媒コンバータ１１は、三元触媒１１Ａによって排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素化合物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質を浄化する。

上流側排気管１２は、触媒コンバータ１１の下流端に接続されている。上流側排気管１２は、排気通路１１ａに連通して排気通路１１ａから排出された排気ガスが流れる排気通路１２ａを有する。

オイルパン５には凹部５ａが形成されており、上流側排気管１２は、凹部５ａを通過することにより、オイルパン５の下端よりも上方に配置されている。

消音器１３は、上流側排気管１２の下流端に接続されており、シリンダヘッド３から排出される排気ガスの排気音（脈動音）を消音する。

上流側排気管１２と消音器１３は、水平方向に配置されており、上流側排気管１２と消音器１３を流れる排気ガスは、水平方向に流れる。なお、上流側排気管１２と消音器１３は、水平方向に配置されるものに限定されない。

下流側排気管１４は、消音器１３の下流端に接続されており、下流側排気管１４には消音器１３から排出される排気ガスが流れる排気通路１４ａが形成されている。

下流側排気管１４の下流端には排出口１４ｂが設けられており、排気通路１４ａを流れる排気ガスは、排出口１４ｂから大気中に放出される。

ここで、上流、下流とは、排気ガスや吸入空気の流れ方向に対して上流、下流を表し、例えば、消音器１３に対して上流側排気管１２は、上流側に位置し、上流側排気管１２に対して消音器１３は下流側に位置する。本実施例の上流側排気管１２と下流側排気管１４は、排気管を構成する。

下流側排気管１４には水平排気管部１４Ａと傾斜排気管部１４Ｂとが形成されている。水平排気管部１４Ａは、消音器１３から水平方向に直線状に延びている。

傾斜排気管部１４Ｂは、消音器１３よりも下流側に位置しており、水平排気管部１４Ａの下流端に連絡される上流端１４ｃから後側上方に傾斜している。

すなわち、傾斜排気管部１４Ｂは、上流端１４ｃから下流端１４ｄに向かって上方に傾斜しており、上流端１４ｃに対して下流端１４ｄが上方に位置している。本実施例の傾斜排気管部１４Ｂは、傾斜部を構成する。

図１、図２に示すように、下流側排気管１４の下部には半割り形状の受け部材１５が取付けられており、受け部材１５は、水平排気管部１４Ａの全体と傾斜排気管部１４Ｂの上流側とを下方から覆っている。

具体的には、受け部材１５は、水平排気管部１４Ａの下方を覆うように水平排気管部１４Ａに取付けられ、水平排気管部１４Ａに沿って延びる水平半割り部１５Ａと、傾斜排気管部１４Ｂの下方を覆うように傾斜排気管部１４Ｂに取付けられ、傾斜排気管部１４Ｂに沿って延びる傾斜半割り部１５Ｂとを有する。

受け部材１５は、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａの全体と、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから傾斜排気管部１４Ｂの上流側とに配置されている。

より具体的には、受け部材１５は、上流端１５ｃ（水平半割り部１５Ａの上流端１５ｃ）が消音器１３に接続されており、下流端１５ｄ（傾斜半割り部１５Ｂの下流端１５ｄ）が傾斜排気管部１４Ｂの下流側まで延びている。

水平半割り部１５Ａの下端１５ｅは、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから消音器１３に向かうに従って下方に傾斜している。

受け部材１５は、円周方向の左上端１５ａ、右上端１５ｂおよび下流端１５ｄが下流側排気管１４に固定されるとともに、上流端１５ｃが消音器１３に固定されることにより、消音器１３と下流側排気管１４とに取付けられている。

水平排気管部１４Ａの全体と傾斜排気管部１４Ｂの上流側には貫通孔１６（図２参照）が形成されている。貫通孔１６は、水平排気管部１４Ａと傾斜排気管部１４Ｂの円周方向の下側に形成されており、上下方向で受け部材１５に対向している。

つまり、貫通孔１６は、水平排気管部１４Ａと傾斜排気管部１４Ｂの延びる方向（前後方向）および円周方向において受け部材１５が配置される範囲に所定の間隔で形成されており、貫通孔１６は、排気通路１４ａと受け部材１５とを連通している。

水平排気管部１４Ａおよび傾斜排気管部１４Ｂと受け部材１５との間には隙間１７が形成されており、排気通路１４ａに貯留される凝縮水は貫通孔１６から受け部材１５に排出される。つまり、隙間１７は、貫通孔１６から排出される凝縮水を受容する空間を構成している。

また、受け部材１５は、上流端１５ｃが消音器１３に固定されているとともに、円周方向の左上端１５ａ、右上端１５ｂおよび下流端１５ｄが下流側排気管１４に固定されているので、上流端１５ｃおよび下流端１５ｄが隙間１７を密閉している。これにより、受け部材１５の上流端１５ｃおよび下流端１５ｄから凝縮水が漏出しない。

次に、作用を説明する。
エンジンの燃焼行程で生じる排気ガスに含まれる未燃炭化水素は、触媒コンバータ１１により酸化されて水が生成されるが、ハイブリッド車両においては、運転中にエンジン１が休止するため、排気装置１０の温度が低下し易く、排気装置１０で発生する凝縮水の量が増加する。

モータ走行時にはモータの回転によってクランク軸６が回転し、排気装置１０に排気ガスが排出されるが、排気ガスが低温であるので、凝縮水が下流側排気管１４から排出され難く、下流側排気管１４に残留する。

つまり、上流側排気管１２や消音器１３の内部で発生する凝縮水は、下流側排気管１４に流動し易いが、下流側に行くほど排気ガスの流速が遅くなるので、凝縮水が下流側排気管１４に残留し易い。

本実施例のエンジン１の排気装置１０は、下流側排気管１４の下方に、凝縮水（水）を貯留可能な受け部材１５が取付けられており、下流側排気管１４は、排気通路１４ａと受け部材１５とを連通する貫通孔１６を有する。

これにより、触媒コンバータ１１を通過して下流側排気管１４の内部で発生した凝縮水を、貫通孔１６を通して受け部材１５に排出することができる。このため、下流側排気管１４を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流の発生を抑制でき、気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる。

ここで、上流側排気管１２、消音器１３および下流側排気管１４の内部に凝縮水が生成された場合に、上流側排気管１２、消音器１３および下流側排気管１４が水平に配置される場合や下流側に向かって傾斜している場合では、排気ガス流によって下流側排気管１４の排出口１４ｂから凝縮水が排出され易く、流動音の原因となるような凝縮水の滞留が抑制され易い。

換言すれば、凝縮水は、排気通路が下流側に向かって上方に傾斜する傾斜部分の手前（上流側）に滞留し易い。

本実施例の排気装置１０によれば、下流側排気管１４は、上流端１４ｃから下流端１４ｄに向かって上方に傾斜する傾斜排気管部１４Ｂを有し、受け部材１５は、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａの全体と、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから傾斜排気管部１４Ｂの上流側とに配置されている。

これにより、凝縮水の溜まり易い傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃよりも上流側で凝縮水を受け部材１５に排出でき、下流側排気管１４を流れる排気ガスから凝縮水をより効果的に分離して気液二相流の発生をより効果的に抑制でき、気液二相流による凝縮水の流動音をより効果的に低減できる。

また、本実施例の受け部材１５は、下流側排気管１４の下部に半割り形状の受け部材１５が取付けられているので、下流側排気管１４の円周方向における受け部材１５の設置範囲を短くできる。このため、受け部材１５の重量が増加することを防止して、排気装置１０の重量が増加することを抑制できる。

ここで、消音器１３よりも上流側に受け部材１５を設けた場合には、消音器１３よりも上流側で発生した凝縮水の流動音は消音器１３で低減できる。これにより、受け部材１５を設けることによる凝縮水の流動音の低減効果は小さい。

本実施例の排気装置１０によれば、傾斜排気管部１４Ｂは、消音器１３よりも下流側に形成されている。これにより、消音器１３を通過した後に発生した排気音は、基本的に低減し難いので、消音器１３よりも下流側に溜まった凝縮水の流動音の低減効果は小さい。

本実施例の排気装置１０は、傾斜排気管部１４Ｂが消音器１３よりも下流側に形成されており、傾斜排気管部１４Ｂと水平排気管部１４Ａに受け部材１５を設けたので、下流側排気管１４を流れる排気ガスから凝縮水をより効果的に分離して気液二相流の発生をより効果的に抑制でき、気液二相流による凝縮水の流動音をより効果的に低減できる。

また、消音器１３よりも下流側に受け部材１５を設けたので、下流側排気管１４から下方に放射される排気音を受け部材１５によって消音することができる。

また、本実施例の排気装置１０によれば、受け部材１５の上流端１５ｃは、消音器１３に接続されており、受け部材１５の下端１５ｅは、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから消音器１３に向かうに従って下方に傾斜している。

これにより、排出口１４ｂから排出できない凝縮水を傾斜半割り部１５Ｂから水平半割り部１５Ａに流下させた後、水平半割り部１５Ａの底面に沿って消音器１３側に集めることができる。

このため、エンジン１の始動後に、下流側に比べて排気ガスの温度が高い上流側において、凝縮水を排気ガスの熱によって効率よく蒸発させることができる。

図３、図４は、本発明に係る第２の実施例の内燃機関の排気装置を示す図であり、第１の実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図３、図４に示すように、下流側排気管１４の下部には円筒形状の受け部材２１が取付けられており、受け部材２１は、水平排気管部１４Ａの全体と傾斜排気管部１４Ｂの上流側とを円周方向から覆っている。

具体的には、受け部材２１は、水平排気管部１４Ａの円周方向と延びる方向の全体を覆い、水平排気管部１４Ａに沿って延びる水平円筒部２１Ａと、傾斜排気管部１４Ｂの上流側で傾斜排気管部１４Ｂの円周方向全体を覆い、傾斜排気管部１４Ｂに沿って延びる傾斜円筒部２１Ｂとを有する。

受け部材２１は、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａの全体と、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから傾斜排気管部１４Ｂの上流側とに配置されている。

より具体的には、受け部材２１は、上流端２１ｂ（水平円筒部２１Ａの上流端２１ｂ）が消音器１３に接続されており、下流端２１ｃ（傾斜円筒部２１Ｂの下流端２１ｃ）が傾斜排気管部１４Ｂの下流側まで延びている。

水平円筒部２１Ａの下端２１ｄは、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから消音器１３に向かうに従って下方に傾斜している。

図４に示すように、水平排気管部１４Ａの全体と傾斜排気管部１４Ｂの上流側には貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、水平排気管部１４Ａと傾斜排気管部１４Ｂの円周方向および前後方向で受け部材２１に対向している。

つまり、貫通孔２２は、水平排気管部１４Ａと傾斜排気管部１４Ｂの延びる方向および円周方向において受け部材２１が配置される範囲に所定の間隔で形成されており、貫通孔２２は、排気通路１４ａと受け部材２１とを連通している。

水平排気管部１４Ａおよび傾斜排気管部１４Ｂと受け部材２１との間には隙間２３が形成されており、排気通路１４ａに貯留される凝縮水は貫通孔２２から受け部材２１に排出される。つまり、隙間２３は、貫通孔２２から排出される凝縮水を受容する空間を構成している。

また、受け部材２１は、上流端２１ｂが消音器１３に固定されるとともに、下流端２１ｃが下流側排気管１４に固定されることにより、一定の大きさの隙間２３を形成するようにして消音器１３および下流側排気管１４に取付けられている。

また、受け部材２１は、上流端２１ｂおよび下流端２１ｃにより、隙間２３を密閉しており、受け部材２１の上流端２１ｂおよび下流端２１ｃから凝縮水が漏出しない。

次に、作用を説明する。
本実施例のエンジン１の排気装置１０は、下流側排気管１４の下方に、凝縮水（水）を貯留可能な受け部材２１が取付けられており、下流側排気管１４は、排気通路１４ａと受け部材２１とを連通する貫通孔２２を有する。

これにより、触媒コンバータ１１を通過して下流側排気管１４の内部で発生した凝縮水を、貫通孔２２を通して受け部材２１に排出することができる。このため、下流側排気管１４を流れる排気ガスから凝縮水を分離して気液二相流の発生を抑制でき、気液二相流による凝縮水の流動音を低減できる。

また、本実施例の排気装置１０によれば、下流側排気管１４は、上流端１４ｃから下流端１４ｄに向かって上方に傾斜する傾斜排気管部１４Ｂを有し、受け部材２１は、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａの全体と、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから傾斜排気管部１４Ｂの上流側とに配置されている。

これにより、凝縮水の溜まり易い傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃよりも上流側において凝縮水を受け部材２１に排出でき、下流側排気管１４を流れる排気ガスから凝縮水をより効果的に分離して気液二相流の発生をより効果的に抑制でき、気液二相流による凝縮水の流動音をより効果的に低減できる。

また、本実施例の排気装置１０は、消音器１３よりも下流側に、下流側排気管１４の円周方向全体を覆う受け部材２１を設けたので、下流側排気管１４から放射される排気音を受け部材２１によってより効果的に消音することができる。

また、本実施例の排気装置１０によれば、受け部材２１の上流端２１ｂは、消音器１３に接続されており、受け部材２１の下端２１ｄは、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから消音器１３に向かうに従って下方に傾斜している。

これにより、排出口１４ｂから排出できない凝縮水を傾斜円筒部２１Ｂから水平円筒部２１Ａに流下させた後、水平円筒部２１Ａの底面に沿って消音器１３側に集めることができる。

このため、エンジン１の始動後に、下流側に比べて排気ガスの温度が高い上流側において、凝縮水を排気ガスの熱によって効率よく蒸発させることができる。

なお、上記各実施例の受け部材１５、２１は、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａの全体と、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから傾斜排気管部１４Ｂの上流側とに配置されているが、傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃを含み、少なくとも傾斜排気管部１４Ｂの上流端１４ｃから水平排気管部１４Ａ（下流側排気管１４）の下流側に配置されていればよい。

また、排気装置１０の構成部品のレイアウトは、上記各実施例に限定されるものではない。少なくとも消音器１３よりも下流側に傾斜排気管部１４Ｂと受け部材１５、２１とが設置されている排気装置１０であればよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく調整が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１...エンジン（内燃機関）、１２...上流側排気管（排気管）、１３...消音器、１４...下流側排気管（排気管）、１４ａ...排気通路、１４Ｂ...傾斜排気管部（傾斜部）、１４ｂ...排出口、１４ｃ...上流端（傾斜部の上流端）、１５，２１...受け部材、１５ｅ，２１ｄ...下端（受け部材の下端）、１６，２２...貫通孔

Claims (4)

1. 内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路と、排気ガスを大気中に放出する排出口とを有する排気管と、
   前記排気管に取付けられ、排気音を消音する消音器とを有する排気部材とを備えた内燃機関の排気装置であって、
   前記排気管の少なくとも下部に、水を貯留可能な受け部材が設けられており、
   前記排気管は、前記排気通路と前記受け部材とを連通する貫通孔を有することを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記排気管は、排気ガスの流れ方向の上流端から下流端に向かって上方に傾斜する傾斜部を有し、
   前記受け部材は、前記傾斜部の上流端を含み、少なくとも前記傾斜部の上流端から前記排気管の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記傾斜部は、前記消音器よりも下流側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記受け部材の上流端は、前記消音器に接続されており、
   前記受け部材の下端は、前記傾斜部の上流端から前記消音器に向かうに従って下方に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気装置。

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