(57)【要約】【課題】容易に排気管に取り付けることが可能であり、かつ内燃機関の排気効率を効果的に向上させることが可能な排気制御装置を提供する。【解決手段】排気制御装置１００は、螺旋状に形成されて内燃機関の排気管の内部に配設される少なくとも１つの誘導管１１０を備える。【選択図】図１
2008215300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に形成されて内燃機関の排気管の内部に配設される少なくとも１つの誘導管を備えることを特徴とする、排気制御装置。
【請求項２】
前記誘導管は、フレキシブルチューブであることを特徴とする、
請求項１に記載の排気制御装置。
【請求項３】
前記誘導管は、一巻きの螺旋状に形成されたものであることを特徴とする、
請求項１または２に記載の排気制御装置。
【請求項４】
前記誘導管は、表面にレアメタルの皮膜を備えることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の排気制御装置。
【請求項５】
前記誘導管は、外径が前記排気管の内径の１／１２乃至１／２であることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれかに記載の排気制御装置。
【請求項６】
前記誘導管は、螺旋ピッチが前記排気管の内径の１／２乃至３倍であることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の排気制御装置。
【請求項７】
前記誘導管は、前記排気管の最終端近傍に配設されることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の排気制御装置。
【請求項８】
前記誘導管は、過給器の排気タービンの出口近傍に配設されることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれかに記載の排気制御装置。
【請求項９】
束ねられた複数の前記誘導管を備えることを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれかに記載の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気の流れを制御する排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気管内に螺旋状の板材もしくは棒材、またはフィン状の部材等を取り付けて、排気管内の排気の流れを旋回流とし、内燃機関の排気効率を向上させる手法がいくつか提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２５６８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来提案されてきた手法は、理論上は実現可能なものであるが、現実には、螺旋状またフィン状等の部材を加工成形するのに非常に手間とコストがかかるという問題があった。また、これらの部材を排気管の内部の最適な位置に形成または配設することが非常に困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、容易に排気管に取り付けることが可能であり、かつ内燃機関の排気効率を効果的に向上させることが可能な排気制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、螺旋状に形成されて内燃機関の排気管の内部に配設される少なくとも１つの誘導管を備えることを特徴とする、排気制御装置である。
【０００６】
（２）本発明はまた、前記誘導管は、フレキシブルチューブであることを特徴とする、上記（１）に記載の排気制御装置である。
【０００７】
（３）本発明はまた、前記誘導管は、一巻きの螺旋状に形成されたものであることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の排気制御装置である。
【０００８】
（４）本発明はまた、前記誘導管は、表面にレアメタルの皮膜を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【０００９】
（５）本発明はまた、前記誘導管は、外径が前記排気管の内径の１／１２）乃至（１／２であることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【００１０】
（６）本発明はまた、前記誘導管は、螺旋ピッチが前記排気管の内径の１／２）乃至（３倍であることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【００１１】
（７）本発明はまた、前記誘導管は、前記排気管の最終端近傍に配設されることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【００１２】
（８）本発明はまた、前記誘導管は、過給器の排気タービンの出口近傍に配設されることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【００１３】
（９）本発明はまた、束ねられた複数の前記誘導管を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の排気制御装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排気制御装置によれば、螺旋状の誘導管を備える排気制御装置を容易に製作して内燃機関の排気管に取り付けることが可能であり、内燃機関の排気効率を向上させて、燃費および出力の向上を容易に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る排気制御装置１００の正面図および側面図である。同図に示されるように、排気制御装置１００は、１つの螺旋状の誘導管１１０により構成されている。そして、誘導管１１０の外径、ならびに螺旋の外径および螺旋ピッチは、取り付けられる排気管に応じて、例えば、排気管の内径ならびに排気の流量、速度および粘性等に応じて適宜に設定されている。ここで、本発明における「誘導管」とは、気流を自身に沿った流れに誘導する管を意味している。
【００１７】
この誘導管１１０は、管材を螺旋状に曲げることにより形成されている。このため、排気制御装置１００は、従来提案されていた板材と比べて容易に螺旋状に形成することが可能である。また、管であることから、気流は誘導管１１０内部を通過することが可能である。これにより、排気制御装置１００は、従来提案されていた棒材と比べて流れに対する抵抗が少ないものとなっている。さらに、気流が誘導管１１０内部も通過することにより、１つの誘導管１１０から構成される排気制御装置１００は、従来の螺旋状の板材を並列に２つ配設したような効果を得られると考えられる。
【００１８】
なお、誘導管１１０は、螺旋状の管であればどんなものであってもよい。例えば、誘導管１１０の断面形状は、円形に限定されるものではなく、楕円形や長円形、または三角形や四角形等の多角形であってもよい。また、誘導管１１０の材質は、排気が接触することから、ステンレスやチタン合金等の耐熱性および耐食性を備えた金属が好適であるが、これらに限定されるものではなく、その他の金属、セラミックスまたは樹脂等であってもよい。また、誘導管１１０は螺旋状に曲げる必要があることから、曲げに対して柔軟性を有する構造が好ましい。
【００１９】
本実施形態では、誘導管１１０は、フレキシブルチューブ１１２により構成されている。図２（ａ）および（ｂ）は、フレキシブルチューブ１１２の一例を示す概略図である。フレキシブルチューブ１１２は、一般的にインターロックチューブ等とも呼ばれているものであり、曲げられた場合に、その曲げられた状態を維持するようになっている。図２（ｂ）は、フレキシブルチューブ１１２の一部の断面を示すものである。同図に示されるように、フレキシブルチューブ１１２は、両側縁がそれぞれ逆方向に折り返されることで、断面が略Ｓ字形状となる薄板を、この側縁同士を組み合わせつつ斜めに繰り返し巻いてチューブ状にしたものである。フレキシブルチューブ１１２は、この組合せ部分が摺動することで、任意の方向に自在に曲げることが可能となっている。
【００２０】
このように、本実施形態に係る誘導管１１０は、容易に曲げることのできるフレキシブルチューブ１１２を採用しているため、どのような排気管に対しても、その排気管に合わせた適切な螺旋ピッチの排気制御装置１００を容易に製作することができる。具体的には、フレキシブルチューブ１１２を適当な外径の棒の周囲に螺旋状に巻きつけて曲げることで、容易に排気制御装置１００を製作することができる。また、一旦排気管に取り付けた後であっても、例えば螺旋ピッチ等を、使用条件等に合わせて容易に変更することができる。なお、フレキシブルチューブ１１２は、図２に示される構造に限定されるものではなく、その他の種々の構造のものであってもよい。例えば、断面がコの字形状の薄板を組み合わせて巻いたものであってもよいし、複数の薄板を組み合わせたものであってもよいし、組合せ部分に綿糸等を挟み密閉性を向上させたものであってもよい。
【００２１】
さらに、本実施形態では、自動車の三元触媒に使用される白金、ロジウムおよびパラジウム等のレアメタルの皮膜をフレキシブルチューブ１１２の表面に形成している。これにより、フレキシブルチューブ１１２の腐食や、フレキシブルチューブ１１２の表面における付着物の堆積を防ぐことができる。また、レアメタルの触媒作用によって、フレキシブルチューブ１１２の表面に接触した排気中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘをＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２に変え、排気を清浄化することができる。なお、皮膜を形成するレアメタルは上記した白金、ロジウムおよびパラジウムに限られるものではなく、その他のレアメタルであってもよいし、複数の異なる材質からなる皮膜としてもよい。また、レアメタルの皮膜を形成する方法としては、電気メッキ、電解メッキ、溶融メッキ、ＰＶＤもしくはＣＶＤ等の蒸着または溶射等の方法を採用することができる。
【００２２】
図３（ａ）および（ｂ）は、排気制御装置１００を内燃機関の排気管２００に配設した様子を示す正面図および断面図である。同図に示されるように、本実施形態では、排気制御装置１００は、排気管２００の排出口２００Ａ（最終端）近傍に配設される。そして、排気制御装置１００は、誘導管１１０を排気管２００の内周面に沿わせるようにして配設される。すなわち、誘導管１１０の螺旋の外径は、排気管２００の内径と略同一または少し小さく設定されているため、誘導管１１０は排気管２００の内周面と接触して、または若干の隙間を有して配設されることとなる。誘導管１１０を排気管２００の内周面に接触させるか、誘導管１１０と排気管２００の内周面との間に隙間を持たせるか、または、隙間を持たせる場合にはどの程度の隙間とするかは、排気の流量、速度および粘性等に合わせて適切に選択すればよい。
【００２３】
図４は、排気制御装置１００の排気管２００への固定方法の一例を示す図である。本実施形態では、排気制御装置１００をＵ字形状のブラケット１２０およびホースバンド１３０により固定している。すなわち、同図に示されるように、まず、ブラケット１２０の基端は、誘導管１１０の端部近傍に溶接等により取り付けられ、ブラケット１２０の先端は、排気管２００の排出口２００Ａから外側に折り返すようにして排気管２００の外周面に沿わせられている。そして、ホースバンド１３０は、ブラケット１２０の先端と共に排気管２００の外周を巻き締めている。これにより、排気制御装置１００を、容易に着脱可能としながらも確実に排気管２００に固定することができる。なお、排気制御装置１００の排気管２００への取り付け方法は、上記した例に限定されるものではなく、その他の方法であってもよい。例えば、溶接、またはボルトおよびナットにより排気制御装置１００と排気管２００を直接固定してもよいし、予め排気管２００の内径よりも少し大きな外径の螺旋状に形成した排気制御装置１００を弾性変形させて排気管内部に挿入し、弾性変形の復元力により排気制御装置１００が排気管２００の内周面に押圧されることによって固定してもよい。
【００２４】
また、螺旋状に形成した細い棒を誘導管１１０の内部に挿入し、排出口２００Ａから外側に折り返したこの細い棒の一端をホースバンド１３０により巻き締めて固定することによって、誘導管１１０を全長にわたって支持するようにしてもよい。なお、この固定方法によれば、曲げられた状態を維持しないフレキシブルチューブでも誘導管１１０を構成することができる。
【００２５】
次に、排気制御装置１００の作用について説明する。
【００２６】
図５（ａ）および（ｂ）は、排出口２００Ａ近傍に排気制御装置１００を取り付けた排気管２００内部の排気の流れの概略を示す図である。同図では、排気の流れ（気流）を矢印で示している。排気管２００の内部を流れる排気は、同図に示されるように、排気制御装置１００の誘導管１１０の外壁に誘導されることで流れの向きを変え、誘導管１１０の形状に沿って誘導管１１０の周囲を流れる螺旋状の旋回流となって大気中へ放出されることとなる。旋回流となった排気は、遠心力により遠心方向に圧縮されるため、旋回流の中心付近に負圧領域（周囲の圧力よりも低い圧力の領域）が生じ、この負圧領域が後続の排気を引き込むため、排気は、いわば吸い込まれるように大気中へと放出されることとなる。さらに、大気中へ放出された排気は、排気の外周を覆うように旋回する旋回流により、流動の抵抗となる渦やよどみを発生することなく、旋回流の遠心力と共にスムーズに拡散して早期に圧力を低下させるため、後続の排気をより多く引き込むこととなる。このように、排気制御装置１００は、排気を旋回流とすることで、大気中に吸い込まれるようにスムーズに排気を排出して、排気効率を向上させることを可能としている。
【００２７】
さらに、排気制御装置１００は、中実ではなく管状の誘導管１１０を備えることで、上記効果をさらに高めることを可能としている。すなわち、排気管２００内部の排気の一部は、誘導管１１０の上流端１１０Ａから誘導管１１０内に流入し、誘導管１１０の下流端１１０Ｂから特定の方向に向かって大気中に流出している。したがって、排出口２００Ａから放出される旋回流を、一層強めることができる。また、誘導管１１０の内部を流路として有効活用することで、排気抵抗を低減させることができる。
【００２８】
以上の作用により、排気制御装置１００は、排気の流れの向きをスムーズに変更して、誘導管１１０に沿って流れる旋回流を発生させることを可能としている。また、排気管２００の内径に合わせて、管材を螺旋状に曲げて誘導管１１０を形成したことで、その外壁となる誘導面の形状が螺旋方向に常に一定となり、かつ、その剛性を高めることができる。従って、外部からの衝撃や振動が加えられても、安定した作用を発揮できる。
【００２９】
また、本実施形態では、誘導管１１０にフレキシブルチューブ１１２を採用しているが、このフレキシブルチューブ１１２は、表面の適度な凹凸が、境界層が発達して旋回流が乱流に遷移するのを防ぐため、好ましいものとなっている。
【００３０】
排気制御装置１００において、旋回流を効果的なものとするためには、誘導管１１０の外径は、排気管２００の内径の１／１２〜１／２であることが好ましく、１／１０〜１／３であれば、より好ましい。さらに、旋回流を最も効果的なものとするには、誘導管１１０の外径を排気管２００の内径の１／８〜１／４とするのが望ましい。また、旋回流を効果的なものとするためには、誘導管１１０の螺旋ピッチは、排気管２００の内径の１／２〜３倍であることが好ましく、２／３〜２倍であれば、より好ましい。さらに、旋回流を最も効果的なものとするには、誘導管１１０の螺旋ピッチを排気管２００の内径の１〜２倍とするのが望ましい。
【００３１】
なお、本実施形態では、排気制御装置１００は、全体として一巻きの螺旋状の誘導管１１０を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、二巻きの螺旋状の誘導管１１０を備えていてもよいし、それ以上の巻き数の螺旋状の誘導管１１０を備えていてもよい。また、本実施形態に係る排気制御装置１００は、１つの誘導管１１０を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の誘導管１１０を備えるもの、例えば、二条の螺旋を形成する２つの誘導管１１０を備えるものであってもよい。すなわち、誘導管１１０を何巻きまたは何条の螺旋とするかは、排気管の内径ならびに排気の流量、速度および粘性等に合わせて適切に選択すればよい。
【００３２】
次に、排気制御装置１００を実際に車両に取り付けて試験した結果について説明する。試験は、燃費試験と出力試験の２つを行った。
【００３３】
まず、燃費試験の結果を表１に示す。
【表１】
2008215300.tif 000003
【００３４】
燃費試験は、排気量２５００ｃｃの１ＢＯＸタイプのガソリンエンジン車を使用し、テクトム社製の燃費マネージャー（ＦＣＭ−２０００）により燃費の測定を行った。表１に示されるように、排気制御装置１００を取り付けることによって、一般道路では約２１％、高速道路では約５７％、燃費が向上するという結果が得られた。
【００３５】
次に、出力試験の結果を図６に示す。出力試験は、排気量２０００ｃｃの１ＢＯＸタイプのガソリンエンジン車を使用し、ローラー式のシャーシダイナモにより出力の測定を行った。同図においては、グラフの横軸はエンジンの回転数（ＲＰＭ）を示し、縦軸は出力（ＰＳ）示している。また、排気制御装置１００なしの出力を破線で、排気制御装置１００ありの出力を実線でそれぞれ示している。同図に示されるように、排気制御装置１００を取り付けることによって、エンジンの回転数が９００〜１８００ＲＰＭの実用域において出力が若干向上するという結果が得られた。また、最高出力も、排気制御装置１００なしの場合の１５４ＰＳに対して、排気制御装置１００ありの場合は１５６ＰＳであり、若干向上している。出力試験においては、同時に排気の成分分析も行っており、その結果を表２に示す。
【表２】
2008215300.tif 000004
【００３６】
表２に示されるように、排気中の未燃成分であるＨＣの量を、排気制御装置１００を取り付けることによって略０にすることができるという結果が得られた。これは、排気抵抗を減少させたことにより、燃焼室における燃焼が良好に行われるようになったことに加えて、排気制御装置１００表面の皮膜による触媒作用により、ＨＣを酸化した結果によるものである。また、排気制御装置１００を取り付けることによって、排気中のＣＯ２の量が減少するという結果が得られた。これは、排気制御装置１００を取り付けることによって、略同程度の出力を得るのに必要な燃料の量が減少していること、すなわち、エンジンの熱効率が向上していることを示している。
【００３７】
以上、上記燃費試験および出力試験の結果によると、排気制御装置１００は、内燃機関の排気効率を向上させることにより、燃費および出力を向上させ、排気を清浄化することが可能であることを示している。
【００３８】
なお、本実施形態では、排気制御装置１００を内燃機関の排気管の最終端近傍に配設しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気制御装置１００は、排気管内のどの位置に配設してもよい。例えば、排気管の長い直線部分の内部に、排気制御装置１００を配設して旋回流を発生させることによって、排気抵抗の原因となる境界層の発達を防ぐことができる。また、過給器の排気タービンの出口の下流に、排気制御装置１００を配設して排気タービンから排出される乱流を旋回流に整流することができる。また、排気管のベンド部分、エルボ部分または広がり部分の上流に、排気制御装置を配設して旋回流を発生させることによって、排気抵抗の原因をなる、よどみや渦の発生を防ぐことができる。このように、螺旋ピッチ等を適宜に調節して排気管の各部に排気制御装置１００を配設することにより、さらに効果的に排気効率を向上させることができる。このとき、複数の排気制御装置１００を排気管の複数個所に同時に配設してもよいことは言うまでもない。
【００３９】
次に、本発明に係る排気制御装置のその他の実施形態について説明する。
【００４０】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る排気制御装置３００を示す概略図である。同図に示されるように、排気制御装置３００は、螺旋状に形成した複数の誘導管１１０を束ねて構成されている。そして、排気制御装置３００は、内燃機関の排気管内に略嵌合するようにして配設されるようになっている。この排気制御装置３００によれば、多数の螺旋状の板材を排気管内に取り付けた場合と略同等の効果を得ることができ、排気の流れを効果的に旋回流にすることが可能である。また、排気制御装置３００においても、第１の実施形態と同様に、排気と接触する表面にレアメタルの皮膜が形成されている。なお、図７には、誘導管１１０の螺旋ピッチが長めのものを一例として示しているが、誘導管１１０の螺旋ピッチはこれに限定されるではない。また、誘導管１１０の螺旋ピッチは、全てが同じ長さであってもよいし、異なる長さの螺旋ピッチを混在させ、例えば、内側のものほど長い螺旋ピッチとするようにしてもよい。さらに誘導管１１０の外径も全てが同一としてもよいし、異なる外径の誘導管１１０が混在するようにしてもよい。
【００４１】
なお、本発明の排気制御装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る排気制御装置は、車両、船舶または航空機等の内燃機関の排気の制御の分野で特に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）および（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る排気制御装置１００の正面図および側面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）フレキシブルチューブ１１２の一例を示す概略図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）排気制御装置１００を内燃機関の排気管２００に配設した様子を示す正面図および断面図である。
【図４】排気制御装置１００の排気管２００への固定方法の一例を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）排出口２００Ａ近傍に排気制御装置１００を取り付けた排気管２００内部の排気の流れの概略を示す図である。
【図６】出力試験の結果を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る排気制御装置３００を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００、３００・・・排気制御装置
１１０・・・誘導管
１１２・・・フレキシブルチューブ
２００・・・排気管
【図１】
2008215300.tif 000005
【図２】
2008215300.tif 000006
【図３】
2008215300.tif 000007
【図４】
2008215300.tif 000008
【図５】
2008215300.tif 000009
【図６】
2008215300.tif 000010
【図７】
2008215300.tif 000011