(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の排気マニホールド（３）に排気管（１０）を介してサイレンサ（４）を接続し、排気ガスを排出する内燃機関の排気構造において、前記排気管の途中に体積膨張部（１０ｃ）を形成し、前記体積膨張部（１０ｃ）の最下部に、該体積膨張部（１０ｃ）内の未燃燃料を燃焼させるための加熱手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気構造。
【請求項２】
前記体積膨張部（１０ｃ）の上流側に位置する排気管（１０）の一部内面に螺旋状の突起（１０ｅ）を形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気構造。
【請求項３】
前記体積膨張部（１０ｃ）を、内径が下流側よりも上流側のほうが大きくなるように横たえた状態の略円錐台状の筒体で構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気マニホールドに排気管を介してサイレンサを接続し、排気ガスを排出する内燃機関の排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関にはその排気ポートに接続される排気管に種々の触媒を設け、該触媒により排気ガスに含まれる未燃燃料や燃料の燃焼生成物を除去して、排気ガスを外部に排出する前に浄化する排気構造を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）が、排気ガスに含まれる未燃燃料や燃料の燃焼生成物を処理せぬまま排気ガスを排気管を通じて排出する排気構造を備えたものも多数存在している。後者の場合、たとえば図５に示すように、内燃機関２１には排気マニホールド２３とサイレンサ２４とを一定の内径を有する筒体からなる排気管２５を介して接続して、排気ポートから流れ出る排気ガスを排気マニホールド２３から排気管２５を通じてサイレンサ２４に流入させたあと外部に排出するように構成した排気構造が備えられている。
【特許文献１】特開平５−７１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、従来からある図５に示すような内燃機関の排気構造では、低負荷運転中の燃焼により未燃燃料が生じると、この未燃燃料は排気ガスに含まれて排気マニホールド、排気管、サイレンサを順に通り外部に排出される。そのため、サイレンサ内では排気ガス中の未燃燃料が各部に付着するなどしてサイレンサ内部を汚し、これによりサイレンサの消音機能が損なわれやすくなっていた。さらに、サイレンサ内部が未燃燃料で汚されると、この未燃燃料がサイレンサの温度上昇に伴って発火し、火の粉が発生する恐れもあった。  
【０００４】
そこで本発明では、未燃燃料を含む排気ガスが排気マニホールドから排気管を通じてサイレンサに至るまでに、排気ガスから未燃燃料を簡単に取り除き、未燃燃料を原因とするサイレンサの汚れを抑制することができる内燃機関の排気構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
請求項１においては、内燃機関（１）の排気マニホールド（３）に排気管（１０）を介してサイレンサ（４）を接続し、排気ガスを排出する内燃機関の排気構造において、前記排気管の途中に体積膨張部（１０ｃ）を形成し、前記体積膨張部（１０ｃ）の最下部に、該体積膨張部（１０ｃ）内の未燃燃料を燃焼させるための加熱手段を設けたものである。
【０００７】
請求項２においては、請求項１記載の内燃機関の排気構造において、前記体積膨張部（１０ｃ）の上流側に位置する排気管（１０）の一部内面に螺旋状の突起（１０ｅ）を形成したものである。
【０００８】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気構造において、前記体積膨張部（１０ｃ）を、内径が下流側よりも上流側のほうが大きくなるように横たえた状態の略円錐台状の筒体で構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、内燃機関（１）の排気マニホールド（３）に排気管（１０）を介してサイレンサ（４）を接続し、排気ガスを排出する内燃機関の排気構造において、前記排気管の途中に体積膨張部（１０ｃ）を形成したので、排気ガスの流速を体積膨張部で遅くすることが可能となり、排気ガスよりも質量の大きい未燃燃料を排気ガスから分離して、体積膨張部に溜めることができる。これにより、未燃燃料を排気ガスから排気管で簡単に除き、サイレンサに至らないようにすることが可能となるため、サイレンサ内部の未燃燃料による汚れを抑制して、サイレンサの寿命を延ばすことができる。さらにはサイレンサでの火の粉の発生を防止することができ、また排気ガスの体積膨張により騒音を低下させるとともに、温度も低下させることができる。
【００１１】
また、前記体積膨張部（１０ｃ）の最下部に、該体積膨張部（１０ｃ）内の未燃燃料を燃焼させるための加熱手段を設けたので、加熱手段により、下部に集められた未燃燃料を燃焼させて体積膨張部内から焼き取ることができる。また、加熱手段による加熱で体積膨張部内から未燃燃料を除去することができるため、メンテナンスが容易となる。
【００１２】
請求項２においては、請求項１記載の内燃機関の排気構造において、前記体積膨張部（１０ｃ）の上流側に位置する排気管（１０）の一部内面に螺旋状の突起（１０ｅ）を形成したので、体積膨張部に至るまでに排気ガスを回転させて、排気ガスに遠心力を与えることができる。そのため、排気ガス中の未燃燃料を遠心力を利用して分離させることも可能となり、排気ガスと未燃燃料との分離効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気構造において、前記体積膨張部（１０ｃ）を、内径が下流側よりも上流側のほうが大きくなるように横たえた状態の略円錐台状の筒体で構成したので、体積膨張部を備えた排気管を簡単で安価に成形することができる。
また、排気ガスから分離した後の未燃燃料を体積膨張部内の底部分で最下部の一箇所に集めることが可能となるため、体積膨張部内から除去しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施例に係る内燃機関の排気構造の全体的な構成を示した図である。
【００１６】
図２は排気管の側面断面図、図３は別実施例の排気管の側面断面図である。
【００１７】
図４は未燃燃料の除去手段の構造を示す断面図である。
【００１８】
図５は従来における内燃機関の排気構造の全体的な構成を示した図である。
【００１９】
図１に示すように、内燃機関１においてはシリンダブロック上に配置されたシリンダヘッド２の一側に排気マニホールド３が取り付けられ、該排気マニホールド３とシリンダブロックの燃焼室とが排気ポートを介して連通されている。排気マニホールド３にはまた排気管１０を介してサイレンサ４が接続され、該サイレンサ４と排気マニホールド３とが連通されている。こうして、排気ポートから流れ出る排気ガスが排気マニホールド３から排気管１０を通じてサイレンサ４に流入したあと外部に排出されるように、内燃機関１の排気構造が構成されている。
【００２０】
前記内燃機関１における本発明の排気構造では、図２にも示すように、排気マニホールド３とサイレンサ４とを接続する排気管１０は排気マニホールド３側に位置する上流側部１０ａと、サイレンサ４側に位置する下流側部１０ｂと、該上流側部１０ａと下流側部１０ｂとの間に位置する体積膨張部１０ｃとを備え、各部の内側に排気通路を形成して構成されている。上流側部１０ａと下流側部１０ｂとは略同じ内径、または上流側部１０ａの内径が下流側部１０ｂの内径よりも若干小さくされた筒体で形成され、その各端部にフランジを備えてボルトなどにより排気マニホールド３とサイレンサ４とにそれぞれ固定されている。こうして、排気管１０が排気マニホールド３とサイレンサ４とに対し簡単に着脱可能とされて、その交換作業が容易なものとされている。
【００２１】
前記体積膨張部１０ｃは上流側部１０ａと下流側部１０ｂと比べて大きな内径を有する筒体で形成され、その体積が各部１０ａ・１０ｂよりも大きく膨張するように設定されている。そして、排気管１０はその一部途中、つまり体積膨張部１０ｃで体積が大きくなると同時に、内部に形成する排気通路も拡大するように構成され、排気ガスが排気通路を流れて体積膨張部１０ｃ内に流れ込む際に、排気ガスの流量面積を急激に大きく変化させることができるような形状とされている。この排気管１０はハイドロフォーミングなどにより容易に拡管して成形することができ、安価に製造可能なものとされている。
【００２２】
このような構成において、シリンダヘッド２の排気ポートから排気マニホールド３へ排気ガスが流れ出すと、排気ガスは図２に示す二点鎖線の矢印ように、排気マニホールド３から排気入口１０ｄを通って排気管１０の上流側部１０ａ内に流れ込み、その排気通路を体積膨張部１０ｃへ向かって第一の流速で流れる。体積膨張部１０ｃ内に至ると、排気ガスはその流量面積が急激に大きく変化することから、第一の流速よりも遅い第二の流速まで流速を落として下流側部１０ｂへと流れ、該下流側部１０ｂから排気通路を通ってサイレンサ４へ流れたあと、外部に排出される。
【００２３】
そして、前記排気管１０での排気過程のうち、排気ガスが体積膨張部１０ｃを流れる際には、そのときの第二の流速が上流側部１０ａにおける第一の流速に比べて急激に遅くなるため、排気ガスに含まれる未燃燃料に重力が強く働くことになり、排気ガスよりも質量が大きい未燃燃料が排気ガスから分離され、体積膨張部１０ｃの底部分に落下して貯溜される。つまり、排気ガスから未燃燃量が略除かれる。
【００２４】
以上のように、内燃機関１の排気マニホールド３に排気管１０を介してサイレンサ４を接続し、排気ガスを排出する内燃機関１の排気構造において、前記排気管１０の途中に体積膨張部１０ｃを形成したので、排気ガスの流速を体積膨張部１０ｃで遅くすることが可能となり、排気ガスよりも質量の大きい未燃燃料を排気ガスから分離して、体積膨張部１０ｃに溜めることができる。これにより、未燃燃料を排気ガスから排気管１０で簡単に除き、サイレンサ４に至らないようにすることが可能となるため、サイレンサ４内部の未燃燃料による汚れを抑制して、サイレンサ４の寿命を延ばすことができる。さらにはサイレンサ４での火の粉の発生を防止することができ、また排気ガスの体積膨張により騒音を低下させるとともに、温度も低下させることができる。
【００２５】
また、前記排気管１０は、その一部の内面に排気通路に沿って螺旋を形成することで、該排気通路を流れる排気ガスを回転させることができるように構成することもできる。具体的には、図３に示すように、上流側部の内面に突起１０ｅあるいは溝が、排気入口１０ｄから体積膨張部１０ｃの手前まで螺旋状に一体的に成形され、該突起１０ｅあるいは溝により排気通路に対して凹凸が設けられて螺旋が排気ガスの流れる方向に沿って形成される。前記突起１０ｅはパイプ製造時に成形したり、螺旋状のプレートを内面に固定したりすることで構成することができ、またスクリュー羽根を上流側部１０ａの内部に固定することで構成とすることも可能である。
【００２６】
このような構成では、排気ガスは排気マニホールド３から排気入口１０ｄを通って排気管１０の上流側部１０ａ内に流れ込むと、突起１０ｅに沿って流れて体積膨張部１０ｃ内まで案内される。つまり、排気ガスは図３に示す二点鎖線の矢印のように、排気通路を螺旋状に回転しながら体積膨張部１０ｃ内に向かって流される。体積膨張部１０ｃ内に至ると、排気ガスはその流量面積が急激に大きく変化することから、回転したまま流速を落として下流側部１０ｂへと流れる。
【００２７】
排気ガスが体積膨張部１０ｃ内で急激に流速を落とす際、排気ガスは回転しながら流れるため、排気ガスに含まれる未燃燃料に遠心力が働くことになり、未燃燃料が排気ガスから分離され、体積膨張部の底部分に落下して貯溜される。すなわち、排気ガス中の未燃燃量に前述のような流速の急激な変化により強く働く重力に加えて、排気ガスの回転により働く遠心力によって、排気ガスから未燃燃量が分離されて除かれる。
【００２８】
以上のように、前記内燃機関１の排気構造において、前記排気管１０の途中に形成した体積膨張部１０ｃの上流側に位置する排気管１０の一部、ここでは上流側部１０ａの内面に螺旋を形成することによって、体積膨張部１０ｃに至るまでに排気ガスを回転させて、排気ガスに遠心力を与えることができる。そのため、排気ガス中の未燃燃料を遠心力を利用して分離させることも可能となり、排気ガスと未燃燃料との分離効率を向上させることができる。
【００２９】
また、前記排気管１０において例えば体積膨張部１０ｃは、図２に示すように、上流側部１０ａよりも大きな内径を有する略円錐台状の筒体とされ、上流側部１０ａおよび下流側部１０ｂよりも上下方向に突出するように構成される。そして、体積膨張部１０ｃはその内径が下流側よりも上流側のほうが大きくなるように横たえた状態で上流側部１０ａと下流側部１０ｂとの間に形成されて、排気ガスが上流側部１０ａから体積膨張部１０ｃに流れ込む際の流速面積の変化ができるだけ大きく、つまり流速変化が可及的に大きくなるように配置されて、下流側に向かって徐々に体積が小さくなるように構成されている。
【００３０】
このような構成では、排気ガスが上流側部１０ａから体積膨張部１０ｃに流れ込み、前述のように流速の急激な変化により排気ガスから未燃燃料が分離され、体積膨張部１０ｃの底部分に落下すると、該底部分が下流側から上流側に向かって下方へ傾斜され、上流側が最下部１０ｆとされていることから、未燃燃料は上流側へと流れ集められる。こうして、体積膨張部１０ｃ内で排気ガスから除かれた後、未燃燃料は底部分の一箇所に集められて貯溜される。
【００３１】
以上のように、前記内燃機関１の排気構造において、前記排気管１０の途中に形成した体積膨張部１０ｃを略円錐台状の筒体で構成したので、体積膨張部１０ｃを備えた排気管１０を簡単で安価に成形することができる。また、排気ガスから分離した後の未燃燃料を体積膨張部１０ｃ内の底部分で最下部１０ｆの一箇所に集めることが可能となるため、体積膨張部１０ｃ内から除去しやすくなる。
【００３２】
また、前記排気管１０の体積膨張部１０ｃには底部分の最下部１０ｆに集められた未燃燃料を体積膨張部１０ｃ内から取り除くための手段が設けられている。このような手段としては、体積膨張部１０ｃ内の未燃燃料を外部へ排出するための排出手段があり、該排出手段はたとえば図２、図４（ａ）に示すように、体積膨張部１０ｃの底部分のうち上流側に位置する最下部１０ｆに外部と連通する開口部１０ｇを設け、該開口部１０ｇに対しドレンプラグ１３を開閉可能に取り付けて構成される。そして、該開口部１０ｇを閉塞するドレンプラグ１３が底部分から外されることで、体積膨張部１０ｃ内と外部とが開口部１０ｇを通じて連通されて、底部分に集められた未燃燃料が排出可能とされる。
【００３３】
このように、前記内燃機関１の排気構造において、前記排気管１０の途中に形成した体積膨張部１０ｃの最下部１０ｆに体積膨張部１０ｃ内の未燃燃料を外部へ排出するための排出手段を設けたので、該排出手段により即ちドレンプラグ１３を外すことにより最下部１０ｆに集められた未燃燃料を体積膨張部１０ｃ内から外部に排出して抜き取ることができる。また、前記排出手段で即ちドレンプラグ１３の開閉作業で体積膨張部１０ｃ内から未燃燃料を除去することができるため、メンテナンスが容易となる。
【００３４】
あるいはまた、前述のような未燃燃料を取り除く手段としては、体積膨張部１０ｃ内の未燃燃料を燃焼させるための加熱手段があり、該加熱手段はたとえば図４（ｂ）に示すように、体積膨張部１０ｃの底部分のうち上流側に位置する最下部１０ｆに外部と連通する開口部１０ｈを設け、該開口部１０ｈに未燃燃料を燃焼させる部材としてグロープラグ１５を図示せぬ操作手段で通電可能に挿設して構成される。グロープラグ１５はその点火部分１５ａが体積膨張部１０ｃ内に突出するように配置され、該グロープラグ１５に操作手段の操作により、または定期的に通電が行われることで、最下部１０ｆに集められた未燃燃料が燃焼可能とされる。
【００３５】
このように、前記内燃機関１の排気構造において、前記排気管１０の途中に形成した体積膨張部１０ｃの最下部１０ｆに体積膨張部１０ｃ内の未燃燃料を燃焼させるための加熱手段を設けることにより、該加熱手段で即ちグロープラグ１５に通電することで最下部１０ｆに集められた未燃燃料を燃焼させて体積膨張部１０ｃ内から焼き取ることができる。また、加熱手段による加熱で即ちグロープラグ１５への通電作業で体積膨張部１０ｃ内から未燃燃料を除去することができるため、メンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気構造の全体的な構成を示した図。
【図２】排気管の側面断面図。
【図３】別実施例の排気管の側面断面図。
【図４】未燃燃料の除去手段の構造を示す断面図。（ａ）除去手段がドレンプラグである場合の断面図。（ｂ）除去手段がグロープラグである場合の断面図。
【図５】従来における内燃機関の排気構造の全体的な構成を示した図。
【符号の説明】
【００３７】
１    内燃機関
３    排気マニホールド
４    サイレンサ
１０    排気管
１０ｃ  体積膨張部
１０ｆ  最下部
１３    ドレンプラグ
１５    グロープラグ
【図１】
0004634311.tif 000002
【図２】
0004634311.tif 000003
【図３】
0004634311.tif 000004
【図４】
0004634311.tif 000005
【図５】
0004634311.tif 000006