(57)【要約】【課題】  低コストにして高い耐久性を有しながら大気中に排出された排ガスの温度を効果的に低下可能な排気管構造を提供する。【解決手段】  円筒状の排気管の終端部を、終端開口縁の長尺寸法ａと短尺寸法ｂとのアスペクト比ａ／ｂが１．５〜５．０の範囲となり、且つ、前記長尺寸法側の拡開角度（テーパ角θ）が排気管の軸線に対しそれぞれ１０°〜４０°となるよう偏平させた。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続された円筒状の排気管の終端部を、終端開口縁の長尺寸法と短尺寸法とのアスペクト比が１．５〜５．０の範囲となり、且つ、前記長尺寸法側の拡開角度が排気管の軸線に対しそれぞれ１０°〜４０°となるよう偏平させたことを特徴とする排気管構造。
【請求項２】
前記排気管の終端部を、開口断面積を一定に保持して偏平させたことを特徴とする、請求項１記載の排気管構造。
【請求項３】
前記排気管の終端部を、開口縁周長を一定に保持して偏平させたことを特徴とする、請求項１記載の排気管構造。
【請求項４】
開口縁が楕円となるよう偏平させたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の排気管構造。
【請求項５】
前記内燃機関及び前記排気管は車両に搭載されており、
前記長尺寸法は車両幅方向の寸法であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管構造に係り、詳しくは車両に搭載された内燃機関の排気管の終端部の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒の他、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を生成可能な酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが開発されている。
【０００３】
ところで、連続再生式ＤＰＦであっても、酸化触媒やＤＰＦの温度が低い不活性状況下では、ＰＭが十分に処理されず堆積量が増大することがあり、このような場合には、ＤＰＦに捕捉されたＰＭが所定量に達すると、当該ＰＭを強制的に燃焼除去すべく強制再生を行うようにしている。
連続再生式ＤＰＦの強制再生の手法としては、例えば、排気通路の酸化触媒上流側に燃料、即ち炭化水素（ＨＣ）を噴射供給して該ＨＣを酸化触媒によって酸化させ、当該酸化により生じた酸化反応熱を利用することでＤＰＦに捕捉されたＰＭを焼却除去させるものがある。
【０００４】
しかしながら、上記のようにＤＰＦの強制再生を行うと、急激にＰＭが燃焼することになり、排気管の終端から大気中に排出される排ガスが通常よりも高温になるという問題がある。
そこで、排気管の終端から排出される排ガスの温度を低下させることが種々考えられており、例えば、排気管のテールパイプにディフューザを配設し、外気を排ガスに混合させて排ガスの温度を下げる構成が公知である（特許文献１、２参照）。
【０００５】
一方、排気騒音を低減することを目的として、排気管のテールパイプ自体の横断面形状を略楕円に拡径したものが知られている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５８−２５８４４号公報
【特許文献２】実開昭６１−４６１７５号公報
【特許文献３】特開２００３−４１９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２に開示されるような排気管のテールパイプにディフューザを配設したものの場合には、テールパイプ（内管）とディフューザ（外管）との二重構造となるため、コスト高になるという問題がある。
また、この場合、テールパイプに対し嵌合や溶接或いはクランプ等によってディフューザを固定する必要があることから、振動に対し耐久性に劣るという問題もある。
【０００７】
一方、上記特許文献３に開示されたテールパイプの構造は、排気騒音を低減することを目的としたものであり、何ら高温の排ガスを冷却することを意識したものではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低コストにして高い耐久性を有しながら大気中に排出された排ガスの温度を効果的に低下可能な排気管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１の排気管構造では、内燃機関に接続された円筒状の排気管の終端部を、終端開口縁の長尺寸法と短尺寸法とのアスペクト比が１．５〜５．０の範囲となり、且つ、前記長尺寸法側の拡開角度が排気管の軸線に対しそれぞれ１０°〜４０°となるよう偏平させたことを特徴とする。
これにより、終端開口縁の長尺寸法と短尺寸法とのアスペクト比と長尺寸法側の拡開角度が適切なものとされ、排ガスが排気管の終端部から良好に拡散しながら大気中に排出され、排ガスの温度が効果的に低下する。
【０００９】
請求項２の排気管構造では、請求項１において、前記排気管の終端部を、開口断面積を一定に保持して偏平させたことを特徴とする。
これにより、排ガスの圧損増大を防止しつつ排ガスの温度が効果的に低下する。
請求項３の排気管構造では、請求項１において、前記排気管の終端部を、開口縁周長を一定に保持して偏平させたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、排気管が極めて容易に偏平加工可能とされる。
請求項４の排気管構造では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、開口縁が楕円となるよう偏平させたことを特徴とする。
これより、排気管が円筒状から楕円形状に滑らかに変化し、排ガスが排気管の内壁面から剥離することなく拡開した終端部に沿って流れたのち良好に拡散しながら大気中に排出されることになり、排ガスの温度が効果的に低下する。
【００１１】
請求項５の排気管構造では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記内燃機関及び前記排気管は車両に搭載されており、前記長尺寸法は車両幅方向の寸法であることを特徴とする。
これより、例えば長尺寸法が車両上下方向の寸法であると、排ガスは大気温度よりも高温であるために上昇し易く、故に上方向には拡散し易く下方向には拡散し難いのであるが、長尺寸法が車両幅方向の寸法であることで、排ガスが排気管の終端部から水平方向に偏りなく均等に拡散しながら大気中に排出され、排ガスの温度が効果的に低下する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の排気管構造によれば、排気管の終端部を偏平させるという簡単な構成であり、低コストにして高い耐久性を有しながら排ガスの温度を効果的に低下させることができる。
また、請求項２の排気管構造によれば、開口断面積を一定に保持して排気管内で排気流量を変化させないようにでき、排ガスの圧損増大を防止しつつ排ガスの温度を効果的に低下させることができる。
【００１３】
また、請求項３の排気管構造によれば、単純に押し潰すだけの極めて簡単な加工で排気管を容易に偏平させることができる。
また、請求項４の排気管構造によれば、排ガスを拡開した終端部に沿って滑らかに排気管の内壁面から剥離することなく流すようにしたのち良好に拡散させながら大気中に排出させるようにでき、排ガスの温度を効果的に低下させることができる。
【００１４】
また、請求項５の排気管構造によれば、排ガスを排気管の終端部から水平方向に偏りなく均等に拡散させながら大気中に排出でき、排ガスの温度を効果的に低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１には、車両に搭載された本発明に係る排気管構造の適用される内燃機関の概略構成図が示されており、図２には、本発明に係る排気管の車両への取付状態が示されており、図３には、本発明に係る排気管構造の詳細図が示されており、以下、これらの図に基づき本発明に係る排気管構造について説明する。
【００１６】
先ず、図１に基づき内燃機関の概略構成について説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン１としては、例えばコモンレール式直列４気筒のディーゼルエンジンが適用される。当該コモンレール式のエンジン１では、燃焼室２に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル４が各気筒毎に設けられており、各燃料噴射ノズル４は高圧パイプ５によりコモンレール６に接続されている。そして、コモンレール６は燃料タンク（図示せず）に接続されている。なお、エンジン１がディーゼルエンジンであるため、燃料としては軽油が使用される。
【００１７】
燃焼室２には吸気弁１１を介して吸気通路１０が接続されており、また、排気弁１５を介して排気通路２０が接続されている。
排気通路２０には、後処理装置が介装されている。後処理装置は、ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２４ｂの上流に酸化触媒２４ａを設けて構成されている。即ち、ＤＰＦ２４ｂと上流側の酸化触媒２４ａとから連続再生式ＤＰＦ２４が構成されている。
【００１８】
連続再生式ＤＰＦ２４は、酸化触媒２４ａにおいて酸化剤（ＮＯ2）を生成し、該生成された酸化剤によって下流のＤＰＦ２４ｂに堆積したパティキュレートマター（ＰＭ）を常時連続的に酸化除去することが可能に構成されている。
また、連続再生式ＤＰＦ２４では、ＤＰＦ２４ｂや酸化触媒２４ａの温度が低く連続再生式ＤＰＦ２４が連続再生機能を果たせないような状況のときには、ＤＰＦ２４ｂに堆積したＰＭを強制的に燃焼除去（強制再生）させるようにしている。
【００１９】
詳しくは、強制再生を行う場合には、制御装置（図示せず）によって、燃料噴射ノズル４により主燃焼用の主噴射を行った後、当該燃料噴射ノズル４により膨張行程或いは排気行程において燃料の追加供給、即ちポスト噴射を行うようにしている。
これにより、ポスト噴射による未燃燃料（ＣＯ等）と排気中の酸素との酸化反応を酸化触媒２４ａ上で促進させて酸化触媒２４ａを活性化させるようにでき、この酸化反応の熱によってＤＰＦ２４ｂを加熱させ、ＤＰＦ２４ｂ上のＰＭを高温状態として強制的に燃焼除去することができる。
【００２０】
また、排気通路２０の連続再生式ＤＰＦ２４よりも下流にはマフラ（消音器）２６が設けられており、マフラ２６からは当該マフラ２６と一体または別体にしてテールパイプ３０が延びている。
図３に示すように、テールパイプ３０は、例えば鋼管の先端を楕円状に潰したような形状をしている。つまり、テールパイプ３０は、円筒状の円管部３１と偏平した終端部３２とから構成されている。
【００２１】
詳しくは、テールパイプ３０は、ここでは、終端部３２の終端の開口縁が楕円形となるよう偏平加工されている。
このようにテールパイプ３０が終端に向けて開口縁が楕円形となるよう偏平加工されていると、排ガスが終端部３２の内壁に沿って流れた後、終端部３２から良好に拡散しながら大気中に排出されることになり、排ガスと大気の接触面積が増えて終端部３２の開口縁が円形である場合よりも排ガスの温度が良好に低下する。
【００２２】
特に、ここでは、図２に示すように、テールパイプ３０は、楕円形である終端部３２の開口縁の長尺寸法が車両の幅方向の寸法となるように車両に取り付けられているので、例えば開口縁の長尺寸法が車両の上下方向の寸法である場合には、排ガスは大気温度よりも高温であるために上昇し易く、故に上方向には拡散し易く下方向には拡散し難くなるのであるが、排ガスが排気管の終端部３２から水平方向に偏りなく均等に拡散しながら大気中に排出されることになり、排ガスの温度が効果的に低下する。
【００２３】
ところで、排気管から排出された排ガスの温度の低下度合いは、排ガスの拡散の仕方によって大きく変化すると考えられる。具体的には、図３に示す終端部３２の楕円とされた開口縁の長尺寸法ａと短尺寸法ｂとのアスペクト比ａ／ｂ、終端部３２の拡開角度（ここでは、テールパイプ３０の軸線に対しそれぞれ一方のテーパ角θ）、終端部３２の終端から拡開開始位置までの距離Ｌによって変化すると考えられる。
【００２４】
そこで、実験により、排ガス温度を低下させるのに最適なアスペクト比ａ／ｂ、テーパ角θ及び距離Ｌの関係を調べてみた。その結果を以下に示す。
実際には、終端部３２の断面形状を真の楕円とする場合には、アスペクト比ａ／ｂ、テーパ角θ、距離Ｌのいずれか２つを決定すると残りの１つが自動的に決定されるため、ここでは、特に排ガス温度の低下度合いを左右し易いと考えられるテーパ角θとアスペクト比ａ／ｂとの関係を主体に調べた。なお、円管部３１に対して終端部３２の排ガス流路面積が変化すると圧損増大を招き好ましいことではないことから、ここでは、圧損増大を防止すべく、円管部３１から終端部３２の終端に至るまでの断面積を一定、即ち開口断面積を一定とした。
【００２５】
図４には、楕円のアスペクト比ａ／ｂを一定（ａ／ｂ＝１．９）としてテーパ角θを種々変化させた場合の終端部３２の終端、即ちテールパイプ３０の排出口からの距離と当該排出口から排出される排ガスの温度との関係が示されている。詳しくは、テーパ角θを０°（●印）、７．９°（◆印）、１５．５°（▲印）、２９°（■印）と変化させた場合の排ガス温度が示されている。
【００２６】
同図によれば、テーパ角θが大きくなるほど排出口から排出される排ガスの温度が速やかに低下することがわかり、例えば排出口から０．３ｍの至近距離であっても、テーパ角θが２９°である場合には、テーパ角θが０°（即ち、終端部３２が円管のまま）の場合に比べて排ガス温度が２００°程度も低下することがわかる。
図５には、それぞれアスペクト比ａ／ｂを１．９としてテーパ角θを１５．５°とした場合（ａ）及び２９°とした場合（ｂ）、さらにアスペクト比ａ／ｂを４．５と大きくし且つテーパ角θを４０°と大きくした場合（ｃ）においてテールパイプ３０の排出口から排出される排ガスの温度分布が模式図で示されており、同図中、「高」で示した領域が高温域を示し、「中」で示した領域が中温域を示し、「低」で示した領域が低温域を示している。
【００２７】
同図から明らかなように、テーパ角θが大きくなるほど、そしてアスペクト比ａ／ｂが大きくなるほど排出口から排出される排ガスの温度が至近距離で「高」から「中」に速やかに低下することがわかる。
そこで、例えば排出口から０．３ｍの至近距離においてアスペクト比ａ／ｂを一定（例えば、ａ／ｂ＝１．５）としてテーパ角θと排ガス温度との関係を調べ、同様にテーパ角θを一定（例えば、θ＝１０°）としてアスペクト比ａ／ｂと排ガス温度との関係を調べた結果がそれぞれ図６、図７に示されており、これらの図において一点鎖線が温度低下目標とする所定温度Ｔ1（例えば、上記「高」と「中」との閾温度であって、２００℃程度）を示している。
【００２８】
なお、ここでは、距離Ｌが所定距離（例えば、テールパイプ３０の長さに対する現実的な値であって、５０mm程度）内となることを条件とした。
これらの図によれば、距離Ｌを所定距離内としながら排出口から０．３ｍの至近距離において排ガス温度を所定温度Ｔ1以下にするためには、テーパ角θを少なくとも１０°以上とし、アスペクト比ａ／ｂを少なくとも１．５以上とすればよいことがわかる。なお、排気温度がテーパ角θが４０°以上でサチレートし、またアスペクト比ａ／ｂが５．０以上でサチレートしていることを考えると、排出口から０．３ｍの至近距離において排ガス温度を目標とする所定温度Ｔ1以下にするためには、好ましくは、テーパ角θを１０°以上４０未満とし、アスペクト比ａ／ｂを１．５以上５．０未満とするのがよいと考えられる。
【００２９】
これより、図７の関係を図６に纏めると図８のようになり、同図にはテーパ角θとアスペクト比ａ／ｂとの関係が（θ＝７．９°，ａ／ｂ＝１．９）、（θ＝１５．５°，ａ／ｂ＝１．９）、（θ＝２３°，ａ／ｂ＝２．５）、（θ＝２９°，ａ／ｂ＝１．９）、（θ＝３２．６°，ａ／ｂ＝３．５）、（θ＝４０°，ａ／ｂ＝４．５）となる場合が各々例示されているが、同図において、テーパ角θが１０°以上４０未満であってアスペクト比ａ／ｂが１．５以上５．０未満範囲（斜線の範囲）であれば、距離Ｌを所定距離内としつつ排出口から０．３ｍの至近距離において排ガス温度を所定温度Ｔ1以下にすることができる。
【００３０】
つまり、テーパ角θが１０°以上４０未満であってアスペクト比ａ／ｂが１．５以上５．０未満の範囲であれば、距離Ｌを現実的な所定距離内としながら、テールパイプ３０から大気中に排出される排ガスの温度を効果的に低下させることができ、排出口から０．３ｍの至近距離においても排ガス温度を目標とする所定温度Ｔ1以下に抑えることができる。
【００３１】
これにより、例えばＤＰＦ２４ｂに堆積したＰＭを強制的に燃焼除去し、強制再生を行うと、テールパイプ３０から大気中に排出される排ガスが通常よりも高温になるのであるが、このような場合であっても、当該排ガスの温度を排出直後において速やかに低下させることができ、環境に与える熱影響を極力低減することができる。
ところで、上記実施形態では、圧損増大を防止することを目的とし、終端部３２の終端の開口断面積を一定としたが、他の実施形態として、終端部３２の終端の開口縁周長を一定に保持しつつ終端部３２を楕円形に偏平加工するようにしてもよい。なお、この場合であっても、テールパイプ３０の形状は上記図３に示すものと略同一となるため、ここでは図示は省略する。
【００３２】
このように終端部３２の終端の開口縁周長を一定に保持しながら終端部３２を楕円形に偏平加工するようにすると、円筒状の鋼管の先端を単に楕円状に潰すだけの加工で極めて容易に終端部３２を形成することができる。そして、この場合、上記のように楕円のアスペクト比ａ／ｂが１．５以上５．０未満の範囲であれば、円管部３１から終端部３２の終端に至るまでの断面積は殆ど一定とみなすことができる。
【００３３】
これより、終端部３２の終端の開口縁周長を一定に保持しながら終端部３２を楕円形に偏平加工するようにすることで、テールパイプ３０から大気中に排出される排ガスの温度を極めて簡単な構成にして効果的に低下させることができる。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、実施態様は上記実施形態に限られるものではない。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、終端部３２を楕円形に偏平加工するようにしたが、終端部３２を長方形等の矩形形状に偏平加工するようにしてもよい。
例えば長方形とする場合には、終端部３２の終端の開口断面積を一定としつつ、長辺を上記長尺寸法ａとし短辺を上記短尺寸法ｂとしてアスペクト比ａ／ｂが上記１．５以上５．０未満の範囲となるようにし、テーパ角θが１０°以上４０未満となるようにすればよい。
この場合であっても、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】車両に搭載された本発明に係る排気管構造の適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明に係る排気管の車両への取付状態を示す図である。
【図３】本発明に係る排気管構造の詳細図である。
【図４】楕円のアスペクト比ａ／ｂを一定（ａ／ｂ＝１．９）としてテーパ角θを種々変化させた場合の排出口からの距離と当該排出口から排出される排ガスの温度との関係を示す図である。
【図５】アスペクト比ａ／ｂを１．９としてテーパ角θを１５．５°とした場合（ａ）及び２９°とした場合（ｂ）、さらにアスペクト比ａ／ｂを４．５と大きくし且つテーパ角θを４０°と大きくした場合（ｃ）の排出口から排出される排ガスの温度分布を示す模式図である。
【図６】例えば排出口から０．３ｍの至近距離においてアスペクト比ａ／ｂを一定（例えば、ａ／ｂ＝１．５）とした場合のテーパ角θと排ガス温度との関係を示す図である。
【図７】例えば排出口から０．３ｍの至近距離においてテーパ角θを一定（例えば、θ＝１０°）とした場合のアスペクト比ａ／ｂと排ガス温度との関係を示す図である。
【図８】距離Ｌを所定距離内としつつ排出口から０．３ｍの至近距離において排ガス温度を所定温度Ｔ1以下にすることができるアスペクト比ａ／ｂとテーパ角θとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
２０  排気通路
２４  連続再生式ＤＰＦ
２６  マフラ
３０  テールパイプ
３１  円管部
３２  終端部
【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】
2006207423.tif 000009
【図８】
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