(57)【要約】【課題】車両、特にディーゼルエンジン搭載車両において、ＤＰＦ装置を装着した排気管から排出される排ガス温度を効果的に低減可能な排気管構造を、簡単な構造で低コストで提供することを課題とする。【解決手段】車両の内燃機関に接続された排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法ａと短尺寸法ｂとを有する偏平状に形成するとともに、長尺方向を路面と沿う方向に配設し、前記排気管の終端部近傍の内壁の少なくとも側壁部または低壁部に排気管内方向に突出して周方向にビード部４４を形成したことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関に接続された排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する偏平状に形成するとともに、長尺方向を路面と沿う方向に配設し、前記排気管の終端部近傍の内壁の少なくとも側壁部または低壁部に排気管内方向に突出して周方向にビード部を形成したことを特徴とする排気管構造。
【請求項２】
前記偏平形状の長尺側の路面側壁面を削除した形状からなることを特徴とする請求項１記載の排気管構造。
【請求項３】
前記ビード部が前記排気管の円筒部から偏平部への変化部位に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の排気管構造。
【請求項４】
前記ビード部が前記排気管の偏平部の終端開口部に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の排気管構造。
【請求項５】
車両の内燃機関に接続された排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する偏平状に形成するとともに、長尺方向を路面と沿う方向に配設し、該長尺側の路面側壁面を削除した形状からなり、前記排気管の円筒部から偏平部への変化部位の側壁下半部に排気管内方向に突出して周方向にビード部を形成したことを特徴とする排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管構造に関するものであり、特に車両に搭載される内燃機関の排気管の終端部の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンからの排出ガス規制が厳しくなるなかで、排出ガスに含まれる、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等のほかに、粒子状物質（ＰＭ、パティキュレートマター）を捕捉して外部熱源によって焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が知られている。
また、この外部熱源を用いる代わりに、酸化触媒をＤＰＦの上流側に設置して、該酸化触媒の作用によってＰＭの未燃燃料分やオイル分を燃焼させてＤＰＦを高温化させることによってＤＰＦに捕捉したスス分を自動的に連続燃焼除去するようにしたシステムも知られている。
【０００３】
しかし、このような外部熱源による強制的な再生においては、ＤＰＦに捕捉されたスス分や未燃燃料分が急激に燃焼するため、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問題を有し、また、酸化触媒を前段側に設置して連続再生を行うシステムにおいては、酸化触媒の活性化のために内燃機関から高温の排ガスが供給されるように内燃機関の燃焼が制御され、さらに酸化触媒の作用で排ガスが一層高温化されることで、排気管の端末から大気中に排出される排ガスが、ＤＰＦを装着していない通常の内燃機関の排ガス温度よりも高温になる問題を有している。
そのため、排気管の終端部が路面方向を向いている場合には、道路の路面を熱により軟化させるおそれもあり、さらに排気管の排出口後方を通過する歩行者や作業者等への排ガス熱による悪影響があるため、排ガス温度を低減させる必要がある。
【０００４】
そこで、排気管の終端から排出される排ガス温度を低下させることが種々提案されており、排気管の後端を末広がりの形状にしているものが、例えば、特許文献１（特開２００６−２０７４２３号公報）に示されている。
【０００５】
この特許文献１には、図１０に示すように、テールパイプ０１は、円筒状の円管部０２と偏平形状をした終端部０３とから構成され、終端部０３の終端の開口縁が楕円形となるように偏平加工されている。そして、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）がテールパイプ０１の軸線に対してそれぞれ１０°〜４０°となるよう偏平にさせた構成が示されている。
【０００６】
また、排気騒音を低減することを目的に、排気管の終端部を拡径して、横断面形状を略楕円形状の偏平としたものが特許文献２（特開２００３−４１９３４号公報）に示されている。
【特許文献１】特開２００６−２０７４２３号公報
【特許文献２】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】
【０００７】
しかし、特許文献１に示された排気管の終端部構造では、断面が水平方向に偏平に広がった形状であるため、排ガスの水平方向への広がりを促進させて、大気との混合による温度低下を図るものであるが、エンジンの排気量が増大するにつれて排出ガスの流量が多くなりアイドル停止車時における排気流速が高まり、偏平形状に沿って排気ガスが広がらずに直線的に排出されるようになり、偏平構造による終端部のガスの広がりによる大気との混合促進作用が得られにくくなる。
また、特許文献２に示されている排気管構造は、終端部を楕円形状の変形とする構成は示されているが、排気騒音を低減することを目的としたものであり、排ガス温度の低減を目的とするものではない。
【０００８】
そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、車両、特にディーゼルエンジン搭載車両において、ＤＰＦ装置を装着した排気管から排出される排ガス温度を効果的に低減可能な排気管構造を、簡単な構造で低コストで提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、第１の発明は、車両の内燃機関に接続された排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する偏平状に形成するとともに、長尺方向を路面と沿う方向に配設し、前記排気管の終端部近傍の内壁の少なくとも側壁部または低壁部に排気管内方向に突出して周方向にビード部を形成したことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、排出ガスを拡散させる方向にビード部を形成しているため、すなわち、ビード部を排気管の終端部近傍の内壁の少なくとも側壁部または低壁部に排気管内方向に突出して周方向に形成しているので、排出ガスがビード部で減速され、該ビード部を超えた部位では負圧になり渦が発生しその渦方向に排出ガスの流れが引っ張られるため偏平状の排気管の終端部から排出される側壁側、下方側に広がる作用がなされる。
その結果、周囲の大気と混合し易くなり、排出ガス流の中心部の温度の低下が促進されるとともに、高温部が広範囲に広がることが抑えられて、排気管の排出口後方を通過する歩行者や作業者等への排ガス熱による悪影響を低減できる。さらに、下方側への排出ガスが拡散されて温度低下が促進されるため、道路の路面を熱により軟化させるおそれも低減することができる。
【００１１】
また、好ましくは、前記偏平形状の長尺側の路面側壁面を削除するとよい。
かかる発明によれば、削除のカットラインが略水平方向に伸びているため、路面に対して略平行にカットされ、路面側側壁の削除面積が最も大きくなる。このため、排出ガスの道路路面側への拡散がビード部による拡散効果に加えてさらに効果的になされ、排出ガス流の中心部の温度を下方向に向けつつ温度低下をより一層促進することができて、高温部が広範囲に広がることが抑えられる。
【００１２】
また、好ましくは、前記ビード部が前記排気管の円筒部から偏平部への変化部位に形成されるとよい。
かかる発明によれば、ビード部が排気管の円筒部から偏平部への変化部位に形成されているので、前記したようにビード部を超えた部位で負圧になり渦を生じてその方向に排出ガス流が引っ張られるため偏平状の排気管の終端部形状に沿った流れとなり、周囲の大気と混合し易くなり、排出ガス流の中心部温度の低下が効果的になされる。
【００１３】
また、好ましては、前記ビード部が前記排気管の偏平部の終端開口部に形成されるとよく、かかる発明によれば、排気管の終端開口から排出される排ガスがビード部によって、前記したようにビード部を超えた部位で負圧になり渦を生じてその方向に排出ガス流が引っ張られて終端開口からの排出ガスの広がりを促進することで、周囲の大気と混合し易くなり、排出ガス流の中心部の温度の低下の促進が効果的になされる。
【００１４】
さらに、第２の発明は、車両の内燃機関に接続された排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する偏平状に形成するとともに、長尺方向を路面と沿う方向に配設し、該長尺側の路面側壁面を削除した形状からなり、前記排気管の円筒部から偏平部への変化部位の側壁下半部に排気管内方向に突出して周方向にビード部を形成したことを特徴とする。
【００１５】
かかる発明によれば、排気管の終端部の開口縁形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する偏平状に形成し、該長尺側の路面側壁面を削除した形状とすることで、排出ガスの路面側への拡散を効果的になす作用効果と、前記排気管の円筒部から偏平部への変化部位の側壁下半部に排気管内方向に突出してビード部を設けたことによる偏平形状の両側への拡散と下方への拡散との作用効果とが相まって、排出ガスが周囲に拡散し大気と混合し易くなり、排出ガス流の中心部の温度の低下が促進されるとともに、上方への排ガスの拡散も少なくなるため、高温部が広範囲に広がることが抑えられて、排気管の排出口後方を通過する歩行者や作業者等への排ガス熱による悪影響を低減できるとともに、道路の路面を熱により軟化させるおそれも効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、車両、特にディーゼルエンジン搭載車両において、ＤＰＦ装置を装着した排気管から排出される排ガス温度を効果的に低減可能な排気管構造を、簡単な構造で低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の排気管構造が例えばコモンレール式直列４気筒または６気筒のディーゼルエンジン１に設けられている。
当該エンジン１では、燃焼室３に臨んで電磁式の燃料噴射ノズル５が各気筒に設けられている。各気筒の燃料噴射ノズル５は高圧パイプ７によってコモンレール９に接続されている。コモンレール９には図示されない高圧ポンプによって一定圧力に加圧された高圧燃料が貯蓄されるように構成されている。
【００１９】
燃焼室３には、吸気弁１１を介して吸気通路１３が接続され、また排気弁１５を介して排気通路１７が接続されている。
排気通路１７には、排ガス浄化装置１９が設置され、この排ガス浄化装置１９は、セラミックフィルタからなるディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２１と、その上流側に設置された前段酸化触媒２３と、さらにＤＰＦ２１の下流側に設置された後段酸化触媒２５とから構成されている。
そして、前記ＤＰＦ２１とその上流側の前段酸化触媒２３とは同一の筒形状のケーシング２７内に収納されユニット化されて連続再生式ＤＰＦ２９を構成している。また後段酸化触媒２５は、別の筒形状のケーシング３１内に収納されている。
【００２０】
この連続再生式ＤＰＦ２９は、前段酸化触媒２３の作用によって前段酸化触媒２３でＰＭの未燃燃料分やオイル分を燃焼させて、その前段酸化触媒２３の下流側に設置されたＤＰＦ２１を高温化させ、ＤＰＦに捕捉されていたスス分を自動的に連続燃焼して除去させるように構成されている。
さらに、前段酸化触媒２３を通過したＨＣ、ＣＯを再度後段酸化触媒２５で捕集して、そこでＨＣ、ＣＯを浄化する。
【００２１】
また、連続再生式ＤＰＦ２９では、ＤＰＦ２１や前段酸化触媒２３の温度が低く、連続再生式ＤＰＦ２９が連続再生機能を果たせないような状況のときに、ＤＰＦ２１に堆積した粒子状物質（ＰＭ）を強制的に燃焼除去させるようになっている。
【００２２】
すなわち、停車・発進を繰り返す走行や渋滞の連続といった走行時には、排気温度が十分に上昇しないため、走行時に自動で連続再生が行なわれない場合がある。このような場合には、ＰＭ堆積量が一定量に達するとＤＰＦインジケータランプ等が警報を発して運転者に知らしめることで、運転者が安全な場所に車両を停車して、ＤＰＦクリーニングスイッチ等の手動再生スイッチを操作することで、外部熱源での強制再生を実施する。
【００２３】
例えば、この強制再生は、燃料噴射ノズル５によって、主燃焼用の主噴射を行った後に、当該噴射ノズル５により、膨張行程あるいは排気行程において、燃料の追加噴射すなわち、ポスト噴射を行なって排気温度を上昇せしめるように燃料噴射制御が行われるようになっている。
このポスト噴射によって、排気温度が上昇して、前段酸化触媒２３が活性化して酸化作用の熱によってＤＰＦ２１を加熱して、ＤＰＦ２１上のススを高温状態として強制的に燃焼除去する。
なお、排ガスは図１に示すように、排ガス浄化装置１９を通過後に排気管３３から大気へ排出される。
【００２４】
後段酸化触媒２５を経た排ガスは、排気管３３を通って大気に排出されるが、この排気管３３は、図２に示すように、後輪３５のアクスル部３７を跨いで車両前後方向に伸びて配置され、さらに排気管３３の後方部分は車体前後方向に配置されるシャシフレーム３９の下方に排気管支持ブラケット４０、４１によって取付けられている。
【００２５】
次に、本発明の第１の実施形態について、図２のＡ部拡大図の図３を参照して説明する。
図３に示すように、排気管３３の後端の終端部は長尺寸法ａと短尺寸法ｂとを有する楕円形の偏平状に形成されている。つまり、排気管３３の終端部分は、円筒形状の円筒部４２と偏平状に潰された偏平部４５とから構成されている。
そして、円筒部４２から偏平部４５への変化部位には、内壁の周方向に沿ってビード部４４が排気管内方向に突設形成されている。このビード部４４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を図３（ｄ）に示すように排出ガスの流れ方向に沿う断面形状が半円形状に形成されている。このため、排出ガスがビード部４４で減速され、該ビード部４４を超えた部位では負圧になり渦Ｓが発生しその渦方向に排出ガス流が引っ張られ、排気管３３の偏平部４５の壁面に沿うようにして広がって排出されるようになる。その結果、偏平部４５から排出される排気ガスは周囲の大気と混合し易くなり、排ガス流の中心部の温度の低下が促進される。
【００２６】
従来構造の単なる偏平形状だけの偏平部では、エンジンの排気量が大きくなるにつれて排出ガスの流量が多くなるとともに排出ガスの流速も速まり偏平部４５の形状に沿って排気ガスが広がらずに図３（ａ）、または（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す（ｄ）に、点線Ｍで示すように直線的に排出される。このため、排気ガスの高温部が中心に残り高温部の拡散作用が十分得られないが、本発明では前記のようにビード部４４によって偏平部４５の形状に沿う排気ガス流となり図３（ａ）または（ｄ）の実線Ｎで示されるように大気への広がりが得られる。
【００２７】
なお、ビード部４４は、ビード部４４によって排出ガス流を減速し、後流側に渦流を効果的に発生させるためには、図９（ｂ）のように先端が尖った形状が効果的であるが、プレス加工によって製造されるため、図９（ａ）に示すように排出ガス流の流れ方向に対して裾が広がりで先端がなだらかな対称の山形形状が加工に適している。
【００２８】
本実施形態の場合、ビード部４４を排気管３３の内周全周に形成した例を説明したが、排気ガス流を拡散させたい側に設ければよく、排気管３３の側壁部だけに設けてもよい。すなわち、上壁部も底壁部も偏平部４５の上壁部と底壁部とによって規制されているためビード部４４による拡散作用を効果的に発揮できないからである。
【００２９】
次に、図３に示した第１の実施形態のビード部４４の他の例を示す第２の実施形態を図４に、さらに他の例を示す第３の実施形態を図５に示す。
図４は、ビード部５０が偏平部５１の途中に周方向に形成されている場合であり、前記図３の作用で説明したように偏平部５１の形状に沿って排出ガス流を広げて流す作用が得られる。
【００３０】
また、図５は、ビード部５２が偏平部５３の開口端の周縁部分に形成されている例である。この場合も、開口端から大気に排出される部分でビード部５２によって大気への広がり拡散作用がなされ、排ガスが大気中に拡散して高温部の拡散作用が得られる。
【００３１】
次に、偏平部の変形例を示す第４の実施形態を図６に示す。
この実施形態は、偏平部６０は、長尺寸法ａ方向を路面と沿う方向に配設し、該長尺寸法ａの路面側壁面を削除した形状からなっている。
この削除部分ｃは、図６（ｂ）に点線で示す部分であり、路面に対して略水平なカットラインｄによって端面から切り落とされたように開口形状を形成している。
【００３２】
このように、偏平形状を有する開口縁形状の長尺寸法ａ側の路面側側壁を削除したため、排気管３３から排出される排ガスの路面に対する角度α（図６（ｂ）参照）が、路面側側壁を削除しないものに比べて大きくなり、排ガスの路面側への流れが増大して拡散が拡大する。
【００３３】
その結果、長尺寸法ａ方向、すなわち左右方向に広がる排ガス流に加えて、削除部分ｃを通って、下方向に向かう排ガス流が増加するため、この下方向に向かう排ガス流によって、従来技術のような削除部分ｃがない終端部構造に比べて排ガスの拡散が増大して周囲の外気と混合し易くなり、排ガス流の中心部の温度低下が促進され、さらに、上方への排ガスの拡散も少なくなるため、高温部が広範囲に広がることが抑えられて、排気管３３の排出口後方を通過する歩行者や作業者等への排ガス熱による悪影響を低減できるとともに、道路の路面を熱により軟化させるおそれも低減することができる。
【００３４】
また、カットラインｄは路面に略平行に水平ラインでカットされるため、路面方向に開口する開口面積を最も大きくとることができる。
このため、排ガスの路面側への拡散が効果的になされて、排ガス流の中心部の温度低下をより一層促進することができ、高温部が広範囲に広がることが抑えられる。
【００３５】
本実施形態はカットラインｄに加えてさらに、排気管３３を構成する円筒部６２から偏平部６０への変化部位の円筒部６２の側壁下半部に周方向にビード部６４を図６に示すように形成している。
このビード部６４によって、円筒部６２から偏平部６０に流出する排出ガス流は、偏平形状の両側の側壁に沿うように広がり、さらに偏平形状の前記カットラインｄ方向の下方に向かって広がるように流れる。
【００３６】
以上のように、排気管３３の偏平部６０の形状を長尺寸法と短尺寸法とを有する楕円状の偏平に形成し、該長尺側の路面側壁面を削除した形状とすることで、排ガスの路面側への拡散を効果的になす作用効果と、前記排気管３３の円筒部６２から偏平部６０への変化部位の側壁下半部に周方向に突出してビード部６４を設けたことによる偏平形状の両側への拡散と下方への拡散との作用効果とが相まって、排ガスが周囲の大気と混合し易くなり、排ガス流の中心部の温度の低下が促進されるとともに、上方への排ガスの拡散も少なくなるため、高温部が広範囲に広がることが抑えられて、排気管３３の排出口後方を通過する歩行者や作業者等への排ガス熱による悪影響を低減できるとともに、道路の路面を熱により軟化させるおそれも効果的に低減できる。
【００３７】
次に、第５の実施形態を図７に示す。
この第５の実施形態は、前記第４の実施形態のビード部の変形例であり円筒部７０に連結された偏平部７２の終端開口部に沿ってビード部７４が形成されている。
ビード部７４は、偏平部７２の終端開口部の開口縁の下半分およびカットラインｄの部分を含めて形成されている。このため、排出ガス流は、偏平部７２の終端開口部から大気に排出される部分でビード部７４によって下方向すなわち路面方向、および側方向へ広がり、排ガスが大気中に拡散しやすくなり高温部の拡散作用が効果的に得られる。
【００３８】
なお、第１の実施形態から第３の実施形態において説明したビード部４４、５０、５２を組み合わせて使用してもよく、さらに、カットラインｄを有する偏平部６０、７２においてもビード部６４、７４を組み合わせて使用しても良いことは勿論である。
【００３９】
次に図８を参照して、中、小型トラック、バスを用いて、実際の排気温度を測定し、従来技術の終端部０３と比較した結果を説明する。
比較対象は第４の実施形態の構造を例に取り排気温度を計測した。図６に示す第４の実施形態はカットラインｄによる下方向への拡散拡大の効果と、ビード部６４による拡散効果が相乗的に重なっている。
排気温度の測定条件は、停車時にアイドル回転数を１６００〜１８００回転して、ＤＰＦを強制再生させて、強制再生の完了時点での路面から５ｍｍ上の排気温度を測定した。
排気管中心が路面と交差する位置、すなわち排気管３３の後端から約８６０ｍｍの位置における温度Ｔ０と、該排気管中心位置から２００ｍｍ前方位置における温度Ｔ１と、２００ｍｍ後方位置における温度Ｔ２とをそれぞれ測定した。そして従来技術の排気管構造のものと排気温度の比較をした。
その結果、従来技術の排気管構造に比べてカットラインによる効果としてはＴ０地点では約９℃の低下、Ｔ１地点では約６℃の低下、Ｔ２地点では約１０℃の低下が確認され、さらにビード部６４による効果としてＴ０、Ｔ１、Ｔ２のそれぞれの地点でさらに６℃の低減効果を確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、車両、特にディーゼルエンジン搭載車両において、ＤＰＦ装置を装着した排気管から排出される排ガス温度を効果的に低減可能な排気管構造を、簡単な構造で低コストで提供することができるので、ＤＰＦ装置を装着したディーゼルエンジン車への適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】車両に搭載された本発明に係る排気管構造および内燃機関の概要を示す説明図面である。
【図２】本発明に係る排気管構造を示す説明図である。
【図３】図２のＡ部拡大図で、本発明の第１の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ矢視図で一部断面説明図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ矢視図で一部断面説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ矢視図で一部断面説明図である。
【図８】排気温度の計測位置を示す説明図である。
【図９】ビード部の断面形状を示す説明図である。
【図１０】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
３３                      排気管
４２、４３、６２、７０    円筒部
４５、５１、５３、６０、７２    偏平部
４４、５０、５２、６４、７４    ビード部
ａ                  長尺寸法
ｂ                  短尺寸法
ｃ                  削除部分
ｄ                  カットライン
α                  排出ガス流の路面に対する角度
【図２】
2009138679.tif 000003
【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】
2009138679.tif 000009
【図１０】
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【図１】
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【図３】
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