(57)【要約】【課題】排出される排気ガスの熱による周囲への悪影響を、車両の状態に拘わらず容易に低減することができる排気系構造およびこれを備えた車両を提供する。【解決手段】排気系構造１０は、内燃機関２０の排気ガスを外部に排出する開口１２１を有する排気管１１のテールパイプ１２と、テールパイプ１２に設けられている流れ発生部３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを外部に排出する開口を有する排気管の末端部と、
前記末端部に設けられており、周囲の気体に所定の方向に向かう流れを生じさせる流れ発生部と、
を備える、排気系構造。
【請求項２】
前記流れ発生部は、前記末端部の外周面に設けられている、
請求項１に記載の排気系構造。
【請求項３】
前記流れ発生部は、前記排気ガスを引き込む流れを周囲の気体に生じさせる、
請求項２に記載の排気系構造。
【請求項４】
前記流れ発生部は、電圧の印加によって前記流れを発生させるプラズマアクチュエータである、
請求項１から３のいずれか一項に記載の排気系構造。
【請求項５】
前記流れ発生部は、前記開口の周囲に複数設けられている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の排気系構造。
【請求項６】
複数の前記流れ発生部のそれぞれに対して印加する電圧を制御する制御部をさらに有する、
請求項５に記載の排気系構造。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の排気系構造を有する、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気ガスを排出する排気系構造、およびこれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の性能向上等のために、排気管内や排ガス処理装置内において、排気ガスの流れの向きや量を制御することが行われている。例えば特許文献１から４には、プラズマアクチュエータを用いて排気ガスの流れの向きや量を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７６３４１号公報
【特許文献２】特開２０１６−０７９８７５号公報
【特許文献３】特開２０１６−０７６３５０号公報
【特許文献４】特開２０１５−０９８８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関から排出される高温の排気ガスが、熱による悪影響を周囲に及ぼすことがある。内燃機関の排気ガスを外部に排出する排気系構造は、排気ガスの熱による周囲への悪影響を抑えるように設計される必要がある。
【０００５】
内燃機関が車両に搭載されている場合、車両は、例えば高速走行状態、低速走行状態、停止状態等、様々な状態を取り得る。排気系構造は、車両の全ての状態において排気ガスの熱による周囲への悪影響を抑えるように設計される必要があるが、車両の状態が異なれば排気ガスの流れ方も異なるので、全ての状態に対応するためには排気系構造の製造コストが増大してしまう。具体的には、走行風の有無や、排気ガスの量や速度の違い等に対応するため、テールパイプを複雑な形状に形成したり、テールパイプ周辺の部品を移設したり、周辺の部品をヒートプロテクタで覆ったり、といった高コストの対策が必要となる。
【０００６】
本開示の目的は、排出される排気ガスの熱による周囲への悪影響を、車両の状態に拘わらず容易に低減することができる排気系構造およびこれを備えた車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る排気系構造は、内燃機関の排気ガスを外部に排出する開口を有する排気管の末端部と、前記末端部に設けられており、周囲の気体に所定の方向に向かう流れを生じさせる流れ発生部と、を備える。
【０００８】
本開示の一態様に係る車両は、上記排気系構造を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、排出される排気ガスの熱による周囲への悪影響を、車両の状態に拘わらず容易に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態に係る排気系構造の構成を示す図
【図２】テールパイプの斜視図
【図３】プラズマアクチュエータとしての流れ発生部について説明するための図
【図４Ａ】テールパイプの最下部に設けられた流れ発生部のみが動作した場合について説明するための図
【図４Ｂ】テールパイプの開口の周囲に設けられた複数の流れ発生部が全て同時に動作した場合について説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明、例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明等は省略する場合がある。
【００１２】
図１は、本開示の実施の形態に係る排気系構造１０の構成を示す図である。図１に示すように、排気系構造１０は、内燃機関２０に接続されており、内燃機関２０の燃焼によって発生する排気ガスを排出する。図１に示す点線矢印は、排気ガスの流れを示している。図１に示す排気系構造１０および内燃機関２０は、例えばトラック等の車両に搭載されている。なお、図１に示す排気管１１の形状は一例であり、実際には車両の他の部品の配置位置を考慮して適宜変更されればよい。
【００１３】
排気系構造１０は、排気管１１と、テールパイプ１２と、を有する。テールパイプ１２は、内燃機関２０側から見て排気管１１の末端に位置する部位である。テールパイプ１２は、本開示の末端部の一例である。テールパイプ１２は、排気管１１の他の部位と別体に形成された筒状の部材が排気管１１に接続されて構成されてもよいし、排気管１１の一部（末端部）として排気管１１と一体に構成されていてもよい。
【００１４】
テールパイプ１２は、排気管１１の内部を流れてきた排気ガスが排出される開口１２１を有する。図２は、テールパイプ１２を開口１２１側から見た斜視図である。図２に示す例では、テールパイプ１２は円筒形状に形成され、円形状の開口１２１を有している。なお、図２に示すテールパイプ１２の形状は一例であり、本開示はこれに限定されない。本開示では、テールパイプ１２は目的に応じて種々の形状に形成されてもよい。
【００１５】
なお、以下の説明においては、図２に示す上下方向を用いて説明を行う。図２に示す上下方向は、例えばテールパイプ１２を含む排気系構造１０が搭載された車両を基準とした上下方向である。
【００１６】
図２に示すように、テールパイプ１２の開口１２１の周囲には、流れ発生部３０が複数設けられている。図２に示す例では、８個の流れ発生部３０が開口１２１の周囲、かつテールパイプ１２の外周面に設けられている。流れ発生部３０は、周囲の気体に流れを生じさせる構成であり、例えばプラズマアクチュエータである。
【００１７】
図３は、プラズマアクチュエータとしての流れ発生部３０について説明するための図である。図３に示すように、流れ発生部３０は、薄膜状の誘電体３１と、第１電極３２と、第２電極３３と、電源３４と、を有する。
【００１８】
第１電極３２および第２電極３３は、誘電体３１を挟むように配置されている。図３に示すように、第１電極３２および第２電極３３は、誘電体３１に沿った方向に互いにずれて配置されている。図３では第１電極３２と第２電極３３とが誘電体３１に沿った方向に重ならないように配置された例が示されているが、第１電極３２と第２電極３３とは一部が重なって配置されてもよい。流れ発生部３０は、第１電極３２が露出し、第２電極３３が露出しない（例えば、テールパイプ１２に埋め込まれる）ように、テールパイプ１２に設けられる。
【００１９】
第１電極３２および第２電極３３は、電源３４と電気的に接続されている。電源３４は、高周波、高電圧の交流電圧を、制御部４０の制御に応じて、第１電極３２および第２電極３３に電圧を印加する。制御部４０は、例えば車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一部である。図３では制御部４０が１つの流れ発生部３０の電源３４を制御する様子を示しているが、制御部４０は、図２に示す複数の流れ発生部３０の電源３４に対して、印加する電圧を制御することができる。これにより、図２に示す複数の流れ発生部３０は、それぞれ独立して動作しうる。なお、制御部４０は、複数の流れ発生部３０がそれぞれ有する電源３４を制御するのではなく、共通の電源から複数の流れ発生部３０の第１電極３２および第２電極３３のそれぞれに供給される電圧を制御するようにしてもよい。
【００２０】
電源３４が第１電極３２および第２電極３３に所定の交流電圧を印加すると、誘電体３１のバリア放電によって、図３に示すように第１電極３２の一端部付近にプラズマＰが発生し、第１電極３２から第２電極３３へ向かうブローイング力（図３の矢印）が発生する。これにより、流れ発生部３０は、第１電極３２の周囲の気体に図３の矢印方向へ向かう流れを生じさせることができる。流れ発生部３０にブローイング力を発生させるために必要な電圧を印加することを、以下の説明では単に電圧を印加すると記載する。制御部４０が流れ発生部３０に印加する電圧の値または周波数については、本開示では特に限定せず、必要なブローイング力等に応じて適宜設定されればよい。
【００２１】
電源３４は、車両の電源系統からとってもよいし、流れ発生部３０専用の独立した電源であってもよい。車両の電源系統から電源３４をとる場合、例えばトランス等の周波数、電圧変換器を介して高周波、高電圧を得るようにすればよい。
【００２２】
テールパイプ１２の開口１２１の周囲に複数設けられた流れ発生部３０は、上記したように制御部４０の制御に応じてそれぞれ独立して動作する。以下では、動作させる流れ発生部３０と、テールパイプ１２から排出される排気ガスの流れとの関係について説明する。
【００２３】
図４Ａには、複数の流れ発生部３０のうち、テールパイプ１２の最下部に設けられたもののみが動作した場合が示されている。図４Ａは、テールパイプ１２の側面視において、テールパイプ１２の最下部に設けられた流れ発生部３０のみが動作した場合について説明するための図である。
【００２４】
図４Ａに示す例では、制御部４０により、テールパイプ１２の最下部に位置する流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍのみに電圧が印加されている。これにより、流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍ付近の気体（空気）に、テールパイプ１２の外周面の延長方向に沿った流れ（図４Ａに示す白抜きの矢印Ａ）が生じる。すると、テールパイプ１２の開口１２１から排出される排気ガスは、矢印Ａの方向に向かう空気の流れに引き込まれることで、下向きに誘導される（図４Ａに示す実線の矢印Ｂ）。
【００２５】
図４Ａに示す例のように、排気ガスが下向きに誘導される利点として、例えば以下のようなものがある。排気系構造１０が搭載された車両が内燃機関２０を運転させたまま停車している状態では、通常、テールパイプ１２の開口１２１から、比較的流量が少なく流速が小さい排気ガスが排出される。このような状態では、周囲の空気より温度が高い排気ガスは上昇しやすく、排気管１１の上側に位置する車体に熱による悪影響が及ぶ場合がある。
【００２６】
しかしながら、図４Ａに示すように、テールパイプ１２の最下部に位置する流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍのみに電圧が印加され、流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍのみが動作した場合、テールパイプ１２の下側の外周面に沿って空気の流れが生じる。これにより、テールパイプ１２の開口１２１から排出される排気ガスが下向きに誘導されるので、排気ガスの熱によって車体に悪影響が及ぶ事態を回避することができる。
【００２７】
図４Ａではテールパイプ１２の最下部に位置する流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍのみを動作させる場合について説明したが、最下部以外でも一部の流れ発生部３０のみを動作させることにより、排気ガスを動作する流れ発生部３０が設けられた位置に対応する方向に誘導することができる。
【００２８】
一方、図４Ｂには、テールパイプ１２の開口１２１の周囲に設けられた複数の流れ発生部３０が同時に動作した場合が示されている。図４Ｂは、テールパイプ１２の斜視図であって、テールパイプ１２の開口１２１の周囲に設けられた複数の流れ発生部３０が全て同時に動作した場合について説明するための図である。
【００２９】
テールパイプ１２の開口１２１の周囲に設けられた複数の流れ発生部３０が全て同時に動作することで、テールパイプ１２の開口１２１の全周に亘り、テールパイプ１２の外周面の延長方向に沿った方向の空気の流れ（図４Ｂの白抜きの矢印Ｃ）が生じる。開口１２１から排出される排気ガスは、複数の流れ発生部３０が生じさせた空気の流れに引き込まれて外向きに広がるように誘導される（図４Ｂに示す実線の矢印Ｄ）。ここで外向きとは、テールパイプ１２の外周面の延長方向よりも外側へ向かう方向を意味する。
【００３０】
排気ガスがこのように外向きに誘導されることにより、流れ発生部３０が動作しない場合と比較して、テールパイプ１２の開口１２１から排出された排気ガスが広い範囲に拡散されることになる。このような場合、排出された排気ガスが外気と混ざり合い、温度が速やかに低下するため、排気ガスの熱による周囲への悪影響を低減することができる。
【００３１】
なお、図４Ｂでは全ての流れ発生部３０が同時に動作した場合について示したが、本開示はこれに限定されない。例えば１つおきの流れ発生部３０が同時に動作した場合でも、図４Ｂと同様に排気ガスを好適に拡散させることができる。
【００３２】
このように、制御部４０の制御により、開口１２１の周囲に複数設けられた流れ発生部３０のうちのいずれかが動作することによって、排気ガスを所望の方向に誘導する、および／または好適に拡散させることができる。
【００３３】
＜作用・効果＞
本開示の実施の形態に係る排気系構造１０は、内燃機関２０の排気ガスを外部に排出する開口１２１を有する排気管１１のテールパイプ１２と、テールパイプ１２に設けられており、周囲の気体に所定の方向に向かう流れを生じさせる流れ発生部３０と、を備える。
【００３４】
そして、流れ発生部３０は、テールパイプ１２の外周面に設けられており、排気ガスを引き込む流れを周囲の気体に生じさせる。流れ発生部３０は、電圧の印加によって流れを発生させるプラズマアクチュエータであり、開口１２１の周囲に複数設けられている。複数の流れ発生部３０のそれぞれに対して印加する電圧を制御する制御部４０が設けられている。
【００３５】
このような構成により、開口１２１の周囲に複数設けられた流れ発生部３０のうち、所望の流れ発生部３０が制御部４０により電圧の印加に応じて動作する。動作した流れ発生部３０がテールパイプ１２の外周面の延長方向に沿った方向に周囲の空気の流れを生じさせると、テールパイプ１２の開口１２１から排出される排気ガスが当該流れに引き込まれ、当該流れがある方向に向かうように誘導される。例えば排気ガスの流れを開口１２１から下向きに誘導したい場合は、テールパイプ１２の最下部に位置する流れ発生部３０＿ｂｏｔｔｏｍのみ動作することで、排気ガスの流れが下向きに誘導される。このように、排気ガスの流れを誘導したい方向に対応した流れ発生部３０に対して制御部４０が電圧を印加することで、排気ガスの流れを所望の方向に誘導することができる。
【００３６】
また、複数の流れ発生部３０に同時に電圧を印加することで、テールパイプ１２の開口１２１の全周に亘り、テールパイプ１２の外周面の延長方向に沿った方向の空気の流れが生じ、この空気の流れに排気ガスが引き込まれることで、排気ガスを好適に拡散させることができる。これにより、排気ガスが外気と混ざり合い、温度が速やかに低下するため、排気ガスの熱による周囲への悪影響を低減することができる。
【００３７】
以上のことから、車両の状態に合わせて、複数の流れ発生部３０のうち、制御部４０が電圧を印加する流れ発生部３０を適宜選択することで、車両の状態に拘わらず、テールパイプ１２から排出される排気ガスの熱による周囲への悪影響を低減することができるようになる。本開示では、プラズマアクチュエータで構成される流れ発生部３０をテールパイプ１２の外周面に配置することにより、低コストかつ容易に上記のような効果を得ることができる。
【００３８】
＜変形例＞
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素は任意に組み合わせられてもよい。
【００３９】
上記した実施の形態では、流れ発生部３０がテールパイプ１２の外周面に配置されている場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。流れ発生部３０は、テールパイプ１２の内周面、かつ開口１２１の周囲に設けられてもよい。ただし、テールパイプ１２の内側は外側と比較して温度が高いため、流れ発生部３０には高温対策が施されることが望ましい。また、テールパイプ１２を含む排気管１１の内部においては、排気ガスに含まれる水分が凝縮して水滴が生じることがあり、防水対策が施されることも望ましい。
【００４０】
流れ発生部３０がテールパイプ１２の内周面、かつ開口１２１の周囲に設けられた場合、流れ発生部３０は、外気ではなく排気ガスそのものに流れを生じさせることができるため、流れ発生部３０の設置向きを調整することで、所望の向きに排気ガスを直接流れさせることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本開示は、排気ガスを排出する排気系構造に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  排気系構造
１１  排気管
１２  テールパイプ
１２１  開口
２０  内燃機関
３０，３０＿ｂｏｔｔｏｍ  流れ発生部
３１  誘電体
３２  第１電極
３３  第２電極
３４  電源
４０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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