(57)【要約】【課題】簡便な構造で生産性が高く低コストである排気ダクト、排気管装置および接続方法を提供する。【解決手段】この排気管装置は、排気ダクト３と、直管４と、エルボダクト５とを有する。排気ダクト３は、インレットアダプタ３２が接続される下部からアウトレットアダプタ３３が接続される上部にかけて排気ガス経路断面積が漸増するように平板をボックス状に加工したダクト本体３１を有している。直管４は、排気ダクト３とエルボダクト５とを接続する管であり、入口部４２には排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３が、出口部４３にはエルボダクト５のインレットアダプタ５２が挿入される。エルボダクト５は、平板をボックス状に加工したエルボダクト本体５１に、インレットアダプタ５２と、マフラ６へ接続するフランジが設けられたフランジ部５３とが溶接されている。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器出口をマフラ入口へ接続するために略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体と、
過給器出口から排出された排気ガスを前記ダクト本体に導くために前記ダクト本体に配設された入口アダプタと、
前記ダクト本体から排出される排気ガスを下流の機器へ導くために前記ダクト本体に配設され、前記入口アダプタの排気経路断面積よりも大きな排気経路断面積をもつ出口アダプタとを有することを特徴とする排気ダクト。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ダクトにおいて、
前記入口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、
前記出口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、
前記ダクト本体は、前記入口アダプタが接続されている部位から前記出口アダプタが接続されている部位にかけて、排気経路断面積が漸増していることを特徴とする排気ダクト。
【請求項３】
過給器出口から排出された排気ガスが導かれる排気ダクトと、
前記排気ダクトから排出された排気ガスが導かれる直管と、
前記直管とマフラを接続する接続ダクトとを備える排気管装置において、
前記排気ダクトは、
過給器出口をマフラ入口へ接続するために略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体と、
過給器出口から排出された排気ガスを前記ダクト本体に導くために前記ダクト本体に配設された入口アダプタと、
前記ダクト本体から排出される排気ガスを下流の機器へ導くために前記ダクト本体に配設され、前記入口アダプタの排気経路断面積よりも大きな排気経路断面積をもつ出口アダプタとを有することを特徴とする排気管装置。
【請求項４】
請求項３に記載の排気管装置において、
前記入口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、
前記出口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、
前記ダクト本体は、前記入口アダプタが接続されている部位から前記出口アダプタが接続されている部位にかけて、排気経路断面積が漸増していることを特徴とする排気管装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の排気管装置において、
前記直管が水平に配設されるように、前記排気ダクトの前記入口アダプタと前記出口アダプタとの中心間距離寸法を、前記過給器出口と前記マフラ入口との中心間距離寸法と等しくしたことを特徴とする排気管装置。
【請求項６】
略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体を有し、過給器出口から排出された排気ガスが導かれる第１の排気ダクトと、
前記第１の排気ダクトから排出された排気ガスが導かれる直管と、
前記直管から排出された排気ガスが導かれる第２の排気ダクトとを有する排気管装置において、
前記第１の排気ダクトの過給器側入口とマフラ側出口との中心間距離寸法は、前記過給器出口と前記マフラ入口との中心間距離寸法と等しく、
前記直管と前記第１の排気ダクトとの接合面、および前記直管と前記第２の排気ダクトとの接合面は、前記直管の水平方向の軸に対して直交することを特徴とする排気管装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスをマフラへ導くための排気管の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の過給器から排出される排気ガスをマフラへ導く排気管装置が知られている。この排気管装置は、排気ガスの過給器出口とマフラ入口との位置関係に起因して略Ｕターン形状を呈している。この排気管装置は、過給器側の排気ダクトと、マフラ側の排気ダクトと、この２つの排気ダクトの間を接続する直管とで構成されている。過給器側の排気ダクトは、円錐形の配管や直管を斜めに切断したリング状の部材を複数組み合わせて溶接した構造とされ、略Ｕターン形状の排気管装置が構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の排気管装置では、エンジンの排気側からマフラとの間を屈曲した排気ダクトで接続しなければならないが、その排気ダクトは、一体形成が困難であるため、多くの部材をつなぎ合わせて形成する必要がある。すなわち、円錐形の配管や直管を斜めに切断した特殊リング状部材が多数必要であるとともに、使用すべき配管、直管として既存のものが存在しないため、これら特殊リング状部材をつなぎ合わせた状態を考慮して設計・製作しなければならない。さらに、このように設計・製作された特殊リング状部材を互いに溶接するためには正確な位置決めが必要となる。このため排気ダクトを構成する管部材の製作および組立に多大な時間を要し、その生産性が悪く高コストとなる問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、簡便な構造で生産性が高く低コストである排気ダクトおよび排気管装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）　請求項１の発明による排気ダクトは、過給器出口をマフラ入口へ接続するために略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体と、過給器出口から排出された排気ガスを前記ダクト本体に導くためにダクト本体に配設された入口アダプタと、ダクト本体から排出される排気ガスを下流の機器へ導くためにダクト本体に配設され、入口アダプタの排気経路断面積よりも大きな排気経路断面積をもつ出口アダプタとを有することを特徴とする。
（２）　請求項２の発明は、請求項１の排気ダクトにおいて、入口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、出口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、ダクト本体は、入口アダプタが接続されている部位から出口アダプタが接続されている部位にかけて、排気経路断面積が漸増していることを特徴とする。
（３）　請求項３の発明は、過給器出口から排出された排気ガスが導かれる排気ダクトと、排気ダクトから排出された排気ガスが導かれる直管と、直管とマフラを接続する接続ダクトとを備える排気管装置において、排気ダクトは、過給器出口をマフラ入口へ接続するために略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体と、過給器出口から排出された排気ガスをダクト本体に導くためにダクト本体に配設された入口アダプタと、ダクト本体から排出される排気ガスを下流の機器へ導くためにダクト本体に配設され、入口アダプタの排気経路断面積よりも大きな排気経路断面積をもつ出口アダプタとを有することを特徴とする。
（４）　請求項４の発明は、請求項３の排気管装置において、入口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、出口アダプタの排気経路断面積は、上流端から下流端にかけて不変であり、ダクト本体は、入口アダプタが接続されている部位から出口アダプタが接続されている部位にかけて、排気経路断面積が漸増していることを特徴とする。
（５）　請求項５の発明は、請求項３または４の排気管装置において、直管が水平に配設されるように、排気ダクトの入口アダプタと出口アダプタとの中心間距離寸法を、過給器出口とマフラ入口との中心間距離寸法と等しくしたことを特徴とする。
（６）　請求項６の発明は、略折り返し通路部が形成されている単一ボックス構造であるダクト本体を有し、過給器出口から排出された排気ガスが導かれる第１の排気ダクトと、第１の排気ダクトから排出された排気ガスが導かれる直管と、直管から排出された排気ガスが導かれる第２の排気ダクトとを有する排気管装置において、第１の排気ダクトの過給器側入口とマフラ側出口との中心間距離寸法は、過給器出口とマフラ入口との中心間距離寸法と等しく、直管と第１の排気ダクトとの接合面、および直管と第２の排気ダクトとの接合面は、直管の水平方向の軸に対して直交することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１〜５を参照して、本発明の排気管装置の一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の排気管装置を建設機械に搭載される過給器付きエンジンの過給器出口からマフラ入口の間に取り付けた状態を示す。エンジンＥＮＧは、エンジン本体１と、過給器２と、マフラ６と、過給器２から排出された排気ガスをマフラ６に導く排気管装置７とを有する。エンジン１から排出された排気ガスは、過給器２でエンジン１への吸気を加圧した後、排出されてこの排気管装置７を通過し、マフラ６へと流れる。排気ガスは、マフラ６で消音されて大気中へ放出される。
【０００７】
この排気管装置７は、排気ダクト３と、直管４と、エルボダクト５とを有する。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、排気ダクト３は、所定の形状に切断された平板を曲げ加工と溶接によってボックス状に加工したダクト本体３１に、過給器２の出口へ接続される管状のインレットアダプタ３２と、直管４へ接続される管状のアウトレットアダプタ３３とを溶接して形成されている。図３に示すように、直管４は、排気ダクト３とエルボダクト５とを接続する管であり、排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３が接続される入口部４２と、後述するエルボダクト５のインレットアダプタ５２が挿入される出口部４３とが形成されている。図４に示すように、エルボダクト５は、所定の形状に切断された平板を曲げ加工と溶接によってボックス状に加工したエルボダクト本体５１に、直管４の出口部４３へ挿入される管状のインレットアダプタ５２と、マフラ６へ接続するフランジが設けられたフランジ部５３とを溶接して形成されている。以下、一実施の形態の排気管装置を構成する各部分について詳述する。
【０００８】
―――排気ダクト３―――
過給器２の出口の向きおよび位置とマフラ６の入口の向きおよび位置との関係から、排気ダクト３のインレットアダプタ３２およびアウトレットアダプタ３３は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダクト本体３１の上下の位置に同じ方向に向けて略折り返し通路になるように配設されている。排気ガスの通気抵抗を抑えるために、過給器２からの通過経路断面積を増やして排気ガス流速を落とす必要がある。そこで、インレットアダプタ３２の径は、過給器２の出口径に合わせてあるが、ダクト本体３１の流路断面積は漸増させて、インレットアダプタ３２より大径のアウトレットアダプタ３３へ排気ガスがスムーズに流れるようにしている。ダクト本体３１の幅は、ダクト本体３１の下部、すなわち流路上流ではインレットアダプタ３２の外径に略等しく、ダクト本体３１上部、すなわち流路下部ではアウトレットアダプタ３３の外径に略等しくなっている。これを背面から見ると、図２（ｃ）に示すように、ダクト本体３１の幅が下部から上部にかけてテーパ状に漸増している。また、排気ダクト３にて排気ガスの流れる方向を変えているが、排気ガスの通気抵抗を抑えるために、排気ダクト３を側面から見ると、図２（ｂ）の矢印に示すように、排気ガスの流れる方向が徐々に変化するよう、ダクト本体３１で形成される排気ガス流路は、略４５度ずつ曲げられている。
【０００９】
このような形状のダクト本体３１は、正面プレート３１１と背面プレート３１２と側面プレート３１３の３種類４枚のプレートを溶接によって接合して形成している。正面プレート３１１および背面プレート３１２は、それぞれ所定の形状に切断した平板を、上述のように排気ガスがスムーズに流れ方向を変えるよう略４５度の角度で複数箇所折り曲げて形成されている。正面プレート３１１には、排気ガスの入口および出口であるインレットアダプタ３２およびアウトレットアダプタ３３を取り付ける部分に孔加工が施されている。側面プレート３１３は、２枚の対象な形状に切断された平板である。２枚の側面プレート３１３のうちの一方には、図２（ｂ）に示すように排気ダクト３をエンジン本体１に固定するためのブラケット３４が取り付けられている。
【００１０】
インレットアダプタ３２は、過給器２の排気ガス出口の内径に略等しい外径の短管３２１であり、過給器２側先端部分３２２の外周は、過給器２の出口に嵌合するように機械加工されている。また、図２（ｂ）に示すように、インレットアダプタ３２の外周には配管締結用の不図示のＶ型のバンドにて過給器２の排気ガス出口に締結できるようにリップ３２３が溶接されている。
【００１１】
アウトレットアダプタ３３は、上述したように、排気ガスの通気抵抗を低減するためにインレットアダプタ３２よりも径の大きい短管３３１である。アウトレットアダプタ３３の外周の下流側先端部には、外周に凹状の溝部３３３が設けられたリング３３２が溶接されている。図５に示すように、このリングの溝部３３３には、ピストンリング３５０が嵌合されて、後述するように直管４の入口部４２に対して軸方向に摺動可能に挿入されて、軸方向の振動を吸収し、排気ガス漏洩を防止する。また、リング３３２の外周は、球面形状に加工されているので、軸方向に直交する振動によってリング３３２の外周と入口部４２の内周面４２１がかじるのを防止できる。
【００１２】
排気ダクト３は、上述した略Ｕターン形状の構造を有することにより、過給器２から排出された排気ガスの流れる方向をスムーズに変更し、排気ガス流速を低下させて通気抵抗を低減することができる。また、インレットアダプタ３２とアウトレットアダプタ３３との中心間距離寸法を、過給器２の出口とマフラ６の入口との中心間距離寸法と等しくすることで、後述する直管４を水平に保持することができ、直管４およびエルボダクト５の設計が容易になる。
【００１３】
―――直管４―――
直管４は、図３（ａ）に示すように内周面を加工した円管状の部材である。円管を加工して用いる代わりに平板を管状に曲げて用いてもよい。直管４は、直管本体４１と入口部４２および出口部４３とを有する。入口部４２および出口部４３の内周面４２１，４３１は機械加工されている。入口部４２には、上述したように排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３がピストンリング３５０を介して挿入される。同様に、後述するエルボダクト５のインレットアダプタ５２がピストンリング５５０を介して、出口部４３に対して軸方向に摺動可能に挿入されて、軸方向の振動を吸収し、排気ガス漏洩を防止する。このように、直管４は、入口部４２に挿入された排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３と、出口部４３に挿入されたエルボダクト５のインレットアダプタ５２とによって保持される。
【００１４】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、直管本体４１内周面上の入口部４２および出口部４３との境界部分には、排気ダクト３およびエルボダクト５に対する直管４の軸方向の移動を規制するためのストッパ４４が突設される。
【００１５】
直管４は、上述した構造を有することにより、排気管として排気ガスを誘導するとともに、過給器２からマフラ６の間の振動を吸収することができる。
【００１６】
―――エルボダクト５―――
エルボダクト５は、直管４からの排気ガスの流れを水平方向に９０度曲げてマフラ６へ流すための部材である。図４に示すように、エルボダクト５は、エルボダクト本体５１にインレットアダプタ５２とフランジ部５３とを溶接した構造となっている。エルボダクト本体５１は、直角に曲げられたベースプレート５１１の曲げ方向の内側に、略４５度ずつ４箇所で折り曲げた断面形状が略Ｕの字型のカバープレート５１２を溶接したボックス構造である。ベースプレート５１１には、排気ガスの入口と出口となるインレットアダプタ５２とフランジ部５３が溶接される部分に孔加工が施されている。このエルボダクト本体５１の構造により、インレットアダプタ５２から流入してきた排気ガスは、図４（ａ）に示した矢印のように、エルボダクト本体５１で略４５度ずつ流れ方向を変更し、フランジ部５３へと流出していく。
【００１７】
インレットアダプタ５２は、排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３と同形状である。すなわち、インレットアダプタ５２の外周の下流側先端部には、外周に凹状の溝部５２３が設けられたリング５２２が溶接されている。溝部５２３には、不図示のピストンリングが嵌合されて、直管４の出口部４３に対して軸方向に摺動可能に挿入されて、軸方向の振動を吸収し、排気ガス漏洩を防止する。また、リング５２２の外周は、球面形状に加工されているので、軸方向に直交する振動によってリング５２２の外周と出口部４３の内周面４３１がかじるのを防止できる。
【００１８】
フランジ部５３は、エルボダクト本体５１に溶接されている短管部５３１と、エルボダクト５をマフラ６入口のフランジに対してボルトおよびナットで接続するためのフランジ５３２とからなる。
【００１９】
エルボダクト５は、上述の構造を有することにより、直管４からの排気ガスをスムーズにマフラ６へ誘導することができる。
【００２０】
上述した実施の形態の排気管装置によって、過給器２から排出された排気ガスは、排気ダクト３に導かれる。排気ダクト３に導かれた排気ガスは、ダクト本体３１の形状によって、その流れ方向を徐々に変えられる。また、ダクト本体３１の断面積が漸増しているので、排気ガスの流速は漸減し、通気抵抗を減少させる。排気ダクト３から排出された排気ガスは、直管４を通過し、エルボダクトでその流れ方向を９０度変えた後、マフラ６へ送られる。また、過給器２からマフラ６の間の振動は、排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３と直管４、およびエルボダクト５のインレットアダプタ５２と直管４との間で吸収される。
【００２１】
上記構成の排気管装置によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）　排気ダクト３は、単一ボックス構造であるダクト本体３１に、インレットアダプタ３２と、インレットアダプタ３２の排気経路断面積よりも大きな排気経路断面積であるアウトレットアダプタ３３とを設ける構造とした。これにより、排気ダクト３を簡便な構造で生産性が高く低コストで生産できる。
（２）　排気管の構造を、排気ダクト３と、直管４と、エルボダクト５によって、過給器２からの排気ガスをマフラへ導く構造とした。さらに排気ダクト３のインレットアダプタ３２よりもアウトレットアダプタ３３の排気経路断面積を大ききし、ダクト本体３１の幅を、インレットアダプタ３２が接続されている下部からアウトレットアダプタ３３が接続されている上部にかけて、テーパ状に漸増させた。これにより、排気ガスの通気抵抗が低い排気管装置となる。
（３）　排気ダクト３のインレットアダプタ３２とアウトレットアダプタ３３との中心間距離寸法を、過給器２の出口とマフラ６の入口との中心間距離寸法と等しくしたので、後述する直管４を水平に保持することができ、インレットアダプタ３２と直管の接合面およびアウトレットアダプタ３３と直管４の接合面を直管４の軸に対して垂直にすることができる。これにより、直管４およびエルボダクト５の設計および製作が容易になり、低コストで生産できる。
【００２２】
上述した一実施の形態の排気管装置７では、排気ダクト３のインレットアダプタ３２とアウトレットアダプタ３３の向きが同じであったが、これに限らない。排気ガスの過給器２の出口とマフラ６の入口の位置関係によっては、インレットアダプタ３２に対するアウトレットアダプタ３３の向きは、アウトレットアダプタ３３の配設されている水平面で、どの方向に向いていてもよい。
【００２３】
上述した一実施の形態の排気管装置７では、排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３が直管４に内挿されるが、これに限らない。直管４が排気ダクト３のアウトレットアダプタ３３に内挿されてもよい。また、直管４とエルボダクト５のインレットアダプタ５２についても同様である。
【００２４】
上述した一実施の形態の排気管装置７では、排気ダクト３のダクト本体３１がテーパ状になっていたが、これに限らない。図６に示すように、通路断面形状がテーパ状ではないダクト本体３１ａにテーパ形状のボックス３７ａを設け、このボックス３７ａにインレットアダプタ３２ａを配設するようにしてもよい。さらに、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態に何ら限定されない。
【００２５】
以上の実施の形態およびその変形例において、ダクト本体に配設された入口アダプタはインレットアダプタ３２に、ダクト本体に配設された出口アダプタはアウトレットアダプタ３３に、第１の排気ダクトは排気ダクト３に、第２の排気ダクトはエルボダクト５にそれぞれ対応する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来は円錐形の配管や直管を斜めに切断したリング状の部材を複数組み合わせて溶接した略折り返し通路構造の排気ダクトを、入口アダプタと出口アダプタを設けた単一ボックス構造として形成したので、排気ダクトや排気管装置を簡便な構造で生産性が高く、低コストで生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の排気管装置を建設機械に搭載される過給器付きエンジンの過給器出口からマフラ入口の間に取り付けた状態を示す図である。
【図２】図１に示した排気管装置の排気ダクト３を示す図
【図３】図１に示した排気管装置の直管４を示す図
【図４】図１に示した排気管装置のエルボダクト５を示す図
【図５】図１に示した排気管装置において、排気ダクト３と直管４とが嵌合した状態を示す断面図
【図６】本発明の排気管装置の変形例を示す図
【符号の説明】
１　エンジン本体　　　　　　　　　　　２　過給器
３　排気ダクト　　　　　　　　　　　　３１　ダクト本体
３２　インレットアダプタ　　　　　　３３　アウトレットアダプタ
４　直管　　　　　　　　　　　　　　　５　エルボダクト
６　マフラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004019485.tif 000006
【図５】
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【図６】
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