(57)【要約】【課題】内燃機関の排気系統において、簡易な構成で容易に出力調整を行うことができる内燃機関の排気管構造を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気管構造は、内燃機関（エンジンｅ）の排気流路Ａを構成する略円筒状の外管１１と、この外管１１内の中途に着脱可能に設けられ、外管１１の軸芯と一致する軸芯を有する内管１２と、この内管１２は、排気流路Ａの上流側の外周縁が全周に亘って外管１１の内壁に当接すると共に、排気流路Ａの下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部１２ｃを有するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管と、
この外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、
この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有することを特徴とする内燃機関の排気管構造。
【請求項２】
外管の中途には、屈曲自在な蛇腹状の継手を備え、
内管は、前記外管内において、前記蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項３】
内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管を着脱可能に設け、
この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、
前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整することを特徴とする内燃機関の出力調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関の排気管構造および内燃機関の出力調整方法に係り、特に、排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有する内管を設け、排気効率に係るエンジン特性の最適化を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、代表的な内燃機関である自動車用のエンジンにあっては、高回転における最高出力あるいは回転数に対するトルクなどのエンジン特性は、車種あるいは自動車の使用目的によって設定が異なるものであり、これらのエンジン特性を調整するパラメータの一つとして、排気流路の最適化がある。
【０００３】
この排気流路の最適化は、排気流路となる排気管やサイレンサー（マフラ）などの構造を調整して行うものであり、従来、例えば排気管にあっては、特にフロントパイプ（エキゾーストマニホールドと触媒との間を接続する排気管）の形状（パイプの内径や長さ、断面形状、取り回し等）を調整したり、サイレンサーにあっては、内部を二重の円筒構造にして内外管の断面積比率や長さ比率を調整したりし、その最適化を行っていた（例えば、特許文献１の図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−７４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気流路の最適化によるエンジン特性の調整にあっては、内燃機関における吸気や燃焼とも絡むため、解析的に設計することが難しく、現実的には、いくつもの形状の排気管（例えばフロントパイプ全体）やサイレンサーなどを作製しておき、その中から試行錯誤により最適な形状のものを選定するもので、このような排気流路の最適化によるエンジン特性の調整には、多大な手間と時間がかかるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管と、この外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有する内燃機関の排気管構造である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の内燃機関の排気管構造において、外管の中途には、屈曲自在な蛇腹状の継手を備え、内管は、前記外管内において、前記蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置しているものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管を着脱可能に設け、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整する内燃機関の出力調整方法である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の内燃機関の排気管構造によれば、外管内の中途に着脱可能に設けられ、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管と、この内管は、排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するため、簡易な構成で排気ガス排出速度の高速化を図ることができ、慣性作用により排出速度を調整して排気効率に係る内燃機関の出力調整の最適化を容易に行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の内燃機関の排気管構造の効果に加え、内管は、外管内において、蛇腹状の継手の流路方向の略全長に亘る部位に位置しているため、蛇腹状の継手に直接排気ガスが当たって流れ抵抗が増大するのを抑制し、蛇腹状の継手を設けた排気管構造であっても排気効率の低下を防止することができ、しかも、排気ガスが直接蛇腹状の継手に当たらない分、該継手の過熱による劣化を防ぐことができる。
【００１２】
請求項３に記載の内燃機関の出力調整方法によれば、内燃機関の排気流路を構成する略円筒状の外管の中途において、前記外管の軸芯と一致する軸芯を有する内管を着脱可能に設け、この内管は、前記排気流路の上流側の外周縁が全周に亘って前記外管の内壁に当接すると共に、前記排気流路の下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部を有するものであり、前記テーパー部の下流側の端部における流路面積と、前記テーパー部の上流側の端部における流路面積との比率を変えて前記内燃機関の出力特性を調整するため、簡易な構成で排気ガスの排出速度を変えることができ、慣性作用により排出速度を調整して排気効率に係る内燃機関の出力調整の最適化を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気管構造の要部を示した概略図的断面図であり、図１（ａ）は排気流路方向の図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した図をそれぞれ示している。
【図２】排気流路における図１の流束調整部の配置を示した概略図である。
【図３】図１の内管の下流側開口部の内径を種々変えた概略的断面図であり、図３（ａ）は内径Ｌ２のものを、図３（ｂ）は内径Ｌ２’のものを、図３（ｃ）は内径Ｌ２”のものをそれぞれ示している。
【図４】図１の試験結果を示した図である。
【図５】図１の試験結果を示した図である。
【図６】図１の内管の変形例を示した概略図的断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気管構造を示した概略図である。
【図８】図７の内燃機関の排気管構造の要部を示した概略図的断面図であり、図８（ａ）は排気流路方向の図を、図８（ｂ）は図８（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した図をそれぞれ示している。
【図９】図２の変形例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。なお、以下に示す実施例にあっては、内燃機関として自動車用のエンジンを例示する。図１（ａ）は本発明の要部である流束調整部１０を示したものであり、流束調整部１０は、概略的に、外管１１と、この外管１１内に設けられた内管１２とにより構成されている。
【００１５】
また、図２において、Ａは排気流路を示しており、排気流路Ａは、例えば、多気筒（図２では、４気筒のエンジンｅを例示）のエンジンｅのシリンダーヘッドの排気口に接続され、該エンジンｅからの排気ガスを合流させるエキゾーストマニホールドｍと、このエキゾーストマニホールドｍに接続されたフロントパイプ１と、このフロントパイプ１に接続され、排気ガスの浄化を行う触媒装置２と、この触媒装置２に接続された中間パイプ３と、この中間パイプ３に接続され、エンジンｅの脈動音を消音するサイレンサー４と、このサイレンサー４に接続され、排気ガスを車外に放出するテールパイプ５とにより構成されるもので、前述の流束調整部１０は、例えば本図に示したように、フロントパイプ１の中途に設けられている。
【００１６】
前述の流束調整部１０において、外管１１は、エンジンｅの排気流路Ａを構成するものであり、略円筒状の金属材料で形成されている。この外管１１には、図１に示したように、後記する内管１２を取り付けるフランジ１３、１３が設けられている。
【００１７】
内管１２は、外管１１内の中途に設けられ、外管１１の軸芯と一致する軸芯を有するもので、排気流路Ａの上流側の外周縁が全周に亘って外管１１の内壁に当接すると共に、排気流路Ａの下流側に向かうにつれて漸次縮径するテーパー部１２ｃを有している。つまり、テーパー部１２ｃの下流側の端部における流路面積Ｓ２が、テーパー部１２ｃの上流側の端部における流路面積Ｓ１よりも小さく（Ｓ２＜Ｓ１）なるように形成されている。
【００１８】
また、この内管１２は、金属材料により形成され、外管１１に着脱可能に設けられているもので、図１、図３に示したように、該内管１２の上流側の開口部１２ａにおいて、軸芯方向に垂直な方向に向かって張り出す鍔部１２ｄを設け、この鍔部１２ｄを前述のフランジ１３、１３の間に挟持し、フランジ１３に穿設された複数の通孔１３ａ、１３ａ（本実施例にあっては、図１（ｂ）に示したように、６個の通孔１３ａを例示）のそれぞれにボルト１４を挿通し、このボルト１４とナット１５によりフランジ１３、１３どうしを緊締して外管１１に固定されている。なお、内管１２の脱着にあっては、ボルト１４およびナット１５を取り外し、フランジ１３への挟持を解除して行われる。また、図１において、１６は気密性を保持し、排気ガスの漏出を防ぐパッキンを示している。
【００１９】
ところで、開口部１２ａの内径は、外管１１の内径と同一となるように形成され、外管１１と内管１２との接続部において段差を生じないように形成するのが好ましい。
【００２０】
図３は、選定に供する種々の内管１２を示しているもので、例えば、図１２（ａ）はテーパー部１２ｃの下流側端部が比較的広いものを（Ｌ２）、図１２（ｃ）はテーパー部１２ｃの下流側端部が比較的狭いものを（Ｌ２”）、図１２（ｂ）はテーパー部１２ｃの下流側端部が図１２（ａ）と図１２（ｃ）との中間のものを（Ｌ２’）それぞれ示している（Ｌ２＞Ｌ２’＞Ｌ２”）。なお、テーパー部１２ｃの上流側端部の内径Ｌ１（開口部１２ａの開口径と同じ）は何れも同じであり、外管１１の内径と同じ内径である。これら種々の内管１２の中から適するものを選定して取り付けることにより、車種や自動車の使用目的に合わせて、容易に最適なエンジン特性（エンジン出力やトルクなど）を得ることができる。
【００２１】
次に、上述のように構成された第１の実施例に係る内燃機関の排気管構造の作用効果について、図４、図５を参照して説明する。図４はエンジン回転数に対するエンジン出力を、図５はエンジン回転数に対するトルクをそれぞれ示している。
【００２２】
［実施例１］
・エンジン：マツダ社製ＢＰ−ＲＳ型  １８３９ｃｃ／４気筒  ガソリン燃料
・外管：内径φ５７．０ｍｍ
・内管：テーパー部の上流側端部の内径φ５７．０ｍｍ
テーパー部の下流側端部の内径φ４２．５ｍｍ
テーパー部の長さ１２０ｍｍ
取付け部位はフロントパイプの中途
［実施例２］
内管のテーパー部の下流側端部の内径をφ４７．５ｍｍとした以外、実施例１の構成と同じ。
［比較例１］
内管を設けないこと以外、実施例１の構成と同じ。
【００２３】
（測定方法）
下記測定装置を用い、エンジン出力およびトルクを測定した。
電気動力計、東京プラント株式会社製、型式：ＥＤＨ−４４０型
【００２４】
図４、図５に示したように、内管を設けた実施例１、２のエンジン出力およびトルク共に、内管を設けない比較例１のものに比べ、測定回転範囲（２５００〜６５００回転／分）全体に亘って高い値を得ることができた。特にエンジン出力にあっては、内管を設けたものは６０００回転／分を超えても更に上昇する傾向であり、その値は、テーパー部の下流側端部の内径、すなわち、排気ガスの排出速度に依っても異なるものであった。
【００２５】
ところで、前述の内管１２の下流側の開口部１２ｂには、図６に示したように、テーパー部１２ｃの下流側の端部から下流側に向かって連続的かつ徐々に拡がる整流部１２ｅを形成するようにしてもよい。この整流部１２ｅは、開口部１２ｂを通過する排気ガスの流れが、該開口部１２ｂにおいて乱流になるのを抑制し、排気ガスの圧力損失を低減して排気効率（排気ガスの内燃機関内からの排出のし易さ）を高めるものである。
【００２６】
次に、第２の実施例について図７、図８を参照して説明する。なお、同一部分には同一符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。この実施例にあっては、上述した第１の実施例の構成に加え、外管１１の中途に、屈曲自在な蛇腹状の継手６を備えているものである。
【００２７】
この継手６は、図７に示したように、エンジンｅから伝わる振動と、走行時などに触媒装置２やサイレンサー４に生じる振動との不整合により、排気流路Ａを構成する部材（例えば、外管１１など）が破損するのを防止するために設けられるもので、図８（ａ）に示したように、継手６は、概略的に、内側部材６１と、この内側部材６１を覆う外側部材６２とにより構成されており、これら内側部材６１および外側部材６２は、取付部材６３、６３により、一端を外管１１に、他端をフランジ１３に一体的に溶接により接合されている。
【００２８】
そして、内管１２は、外管１１内において、蛇腹状の継手６の流路方向の略全長に亘る部位に配置されているもので、継手６の内側面を覆うことにより、蛇腹状に湾曲した内側部材６１に直接排気ガスが当たって流れ抵抗が増大するのを抑制することができ、継手６が設けられた排気管構造であっても排気効率の低下を防止することができる。なお、第２の実施例にあっても、第１の実施例と同様な作用効果が得られた。
【００２９】
ところで、上述した第１および第２の実施例にあっては、流束調整部１０をフロントパイプ１の中途に設ける例について示したが、この流束調整部１０は、図９に示したように、中間パイプ３の中途に設ける構成にしたり、テールパイプ５の中途に設ける構成（不図示）にしてもよい。また、図示していないが、排気流路Ａにおいて、二以上の流束調整部１０、１０、・・を設ける構成にしてもよい。
【００３０】
また、上述した第１および第２の実施例にあっては、内燃機関として自動車用のエンジンについて説明したが、他の内燃機関、例えば、自動二輪車用のエンジン、発電機用のエンジンなどの内燃機関に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ        排気流路
ｅ        エンジン（内燃機関）
１        フロントパイプ
３        中間パイプ
１０      流束調整部
１１      外管
１２      内管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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