JP7351148B2 - 排気通路 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に関する。

内燃機関の排気管には、排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサが設けられている。内燃機関の運転制御では、例えば検出された酸素濃度に応じて吸入空気量や燃料噴射量が調整されて、空燃比が制御される。
各気筒から出る排ガスは、エキゾーストマニホールドを経て一つの排気管に流入する。排ガスの流れは下流方向への指向性が高く、排気管断面内で偏りが生じやすいため、センサに到達するまでに撹拌するための機構を設けることが検討されている。

特許文献１には、排気流を分散する分散板として、２つのプレートを組み合わせた分散板が開示されている。
特許文献２には、排ガスセンサと排ガス浄化部との間に配設される排ガス撹拌部として、複数のブレードから構成された翼型形状のフィンが開示されている。
また特許文献３には、第１の排気管と第２の排気管との間に孔を備えた突起部を設けることが開示されている。特許文献３によれば、排気が当該突起部近傍を通過するときに乱流となって、排気が拡散されると記載されている。

特開２０１６－７９９６２号公報 特開２０１５－５５２２７号公報 特開２０１４－１２６００９号公報

上記特許文献１～３の分散板等はいずれも開口率が小さいため、圧力損失が大きくなりやすいという問題があった。また特許文献１～２の分散板等は、複数のプレートを使用するため、製造コストや信頼性の点で不利なものであった。また、特許文献３の突起部は、孔とセンサの配置によっては、センサへのガス当たり流量が低下してセンサの応答性が悪化する場合があった。

本発明はこのような問題を解決するものであり、圧力損失を抑制しながら、高い撹拌効果を有する排気通路を提供するものである。

本実施形態にかかる排気通路は、
排気管と、
前記排気管の内面と円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなるテーパ部を有する突出部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、圧力損失を抑制しながら、高い撹拌効果を有する、排気通路を提供できる。

本実施形態に係る排気通路の一例を示す模式的な斜視図である。 突出部により排気が撹拌される機構を説明するための模式的な斜視図である。 排ガス流量の分布を示す図である。 突出部の中心角の違いによる圧力損失とミキシング効果との関係を示すグラフである。 突出部の一例を示す模式的な、（Ａ）正面図、（Ｂ）上面図、（Ｃ）側面図である。 図５の例に示す突出部の模式的な斜視図である。 突出部の別の一例を示す斜視図である。 突出部の別の一例を示す斜視図である。 排気通路の別の一例を示す模式的な斜視図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。なお、本明細書においては、排気管の軸方向（延在方向）の下流向きにＸ軸をとり、Ｘ軸に垂直な面をＹＺ面（単に断面ともいう）とする。

図１の例に示す排気通路１０は、内燃機関用に好適に用いられる排気通路であって、排気管１１（１１Ａ，１１Ｂ）と、突出部２０とを備えている。図５及び図６に示されるように、突出部２０は、少なくとも排気管の延在方向に傾くテーパ部２２を有し、排気管１１と内接する内接部２１を有していてもよい。前記テーパ部２２は、排気管１１の下流側ほど断面積が小さくなる形状を有している。ここでテーパ部の断面とは、排気管の軸に対して垂直な円弧状の断面をいい、テーパ部の断面積とは、円弧と、円弧の端点と排気管の中心とを結んだ線により構成される扇形の面積をいう。また当該扇形の中心角をθ（図５（Ａ）参照）とする。本実施形態の排気通路は、圧力損失を抑制しながら、高い撹拌効果を有する。このことについて図２を参照して説明する。

図２は突出部により排ガスが撹拌される機構を説明するための模式的な斜視図である。図２中の（Ａ）及び（Ｂ）は各々排気通路を通過する排ガスのＸＹ断面を模式的に示すものである。
図２の例に示すように、排ガスは上流から下流に流れる際に、突出部２０のテーパ部２２を通過する（図２（Ａ））。テーパ部２２は下流側ほど断面積が小さくなる構造を有しているため、下流に進むにしたがってテーパ部２２の気体がテーパ部外に押し出されて矢印に示す気流が発生する。この気流はテーパ部２２全域で連続的に生じて旋回流となり、突出部通過後においても管内全体で排ガスの撹拌が進む（図２（Ｂ））。その結果、排ガスの面均一性向上し、センサによる測定精度が向上する。また、本実施形態の排気通路は、テーパ部においても比較的開口部が大きくまた、前述する旋回流が管内全体に広がるため、圧力損失の増加を抑制することができる。
図３は、突出部の有無による排ガス流量の分布の違いを示す図である。図３に示す通り、突出部有する本実施形態の排気通路では、排ガス流量の面均一性が向上している。特に、圧力損失の抑制効果に優れる点から、突出部の断面積を排気管の断面積の５０％以下とすることが好ましい。

図５及び図６は、突出部の一例を示す模式的である。突出部２０は、図５及び図６の例に示すように、下流側ほど断面積が小さくなるテーパ部２２を有している。テーパ部２２の形状は、下流側ほど断面積が小さくなる形状であれば特に限定されず、例えば、図６及び図７の例のように直線型であってもよく、図８のように曲線（半円型や、放物線型）であってもよい。また、テーパ部の先端は、図７の例のように先端まで直線的な形状であってもよく、図６のように先端を切断して閉じたたような台形状の形状であってもよく、図８の例のように開口していてもよい。いずれの形状であっても圧力損失を抑制しながら、高い撹拌効果を有する。突出部２０は、排気管１１と接続するための内接部２１を有していてもよい。

次に、突出部をＸ軸方向に見た時の正面図（図５（Ａ））の中心角θと撹拌効果の関係を説明する。図４は、突出部の中心角の違いによる圧力損失とミキシング効果との関係を示すグラフである。
図４に示されるように、中心角θが大きくなるほどミキシング効果が向上する一方、圧力損失が増大する傾向がみられる。中心角θが１８０度を超えると、ミキシング効果の向上に対して圧力損失の上昇が顕著になっている。一方、中心角が９０度未満の範囲では、十分なミキシング効果が得られない場合がある。本実施形態においては、ミキシング効果と圧力損失の抑制とのバランスの観点から、中心角θが９０～１８０度の範囲内であることが特に好ましい。

本実施形態において、排気管１１内に突出部２０を設ける方法は特に限定されない。例えば図１の例のように、上流側の排気管１１Ａと下流側の排気管１１Ｂとの間に、突出部２０が設けられた接続具２３を用いて突出部２０が設けられていてもよい。また、排気管１１に突出部２０を溶接してもよい。

また、図９の例に示されるように、排気管１１は、突出部２０の下流側にセンサ３０を取り付けるためのセンサ取付部３１を有していてもよい。センサ取付部３１の形状は、センサ３０に応じて適宜調整すればよい。センサ３０は、排気管内の酸素濃度を測定可能なセンサが好ましく、例えば、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ_２センサなどが挙げられる。

上記本実施形態の排気通路は、上述のとおり圧力損失を抑制しながら高い撹拌効果を有するものであり、例えば内燃機関の排気通路として好適に用いることができる。本実施形態で用いる突出部は、１ピースで比較的単純な構造であるため、信頼性が高く、また製造コストを抑えることもできる。

１０ 排気通路、 １１（１１Ａ，１１Ｂ） 排気管、 ２０ 突出部、 ２１ 内接部、 ２２ テーパ部、 ２３ 接続具、 ３０ センサ、 ３１ センサ取付部。

Claims (6)

1. 排気管と、
   前記排気管に内接する内接部と、
   前記排気管の内面と円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなるテーパ部と、を有する突出部と、を備え、
   前記テーパ部の前記排気管の軸に対して垂直な断面は、円弧状の断面であり、
   前記円弧状の断面と、当該円弧の端点と排気管の中心とを結んだ線により構成される扇形の面積を、テーパ部の断面積としたときに、
   当該テーパ部の断面積が、排気管の断面積の５０％以下であり、
   前記突出部の下流側にセンサが設けられている、
   排気通路。
2. 排気管と、
   前記排気管に内接する内接部と、
   前記排気管の内面と円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなるテーパ部と、を有する突出部と、を備え、
   前記テーパ部の前記排気管の軸に対して垂直な断面は、円弧状の断面であり、
   前記円弧状の断面と、当該円弧の端点と排気管の中心とを結んだ線により構成される扇形の中心角θが、９０～１８０度であり、
   前記突出部の下流側にセンサが設けられている、
   排気通路。
3. 前記突出部は、前記テーパ部に通孔を穿設したものを除く、請求項１又は２に記載の排気通路。
4. 前記テーパ部の形状が直線型である、請求項１～３のいずれか一項に記載の排気通路。
5. 前記テーパ部の形状が曲線型である、請求項１～３のいずれか一項に記載の排気通路。
6. 前記テーパ部の形状が台形状である、請求項１～３のいずれか一項に記載の排気通路。

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