CN111164281B - 车辆的排气装置 - Google Patents

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Abstract

在车辆的排气管中,在与上弯部(4)的上游侧连接的直管部(3)中的车辆上方区域设置向内部的突入部(6)。由此,提供一种能够使残留在上弯部(4)的上游侧的冷凝水积极地越过上弯部(4)而排出的排气管构造。可以构成为在直管部(3)的中途至上弯部(4)的中途为止的区域设置具有比直管部(3)大的内径的存积区域(51),直管部(3)的上方壁面比存积区域(51)的上方壁面低。

Description

车辆的排气装置
技术领域
本发明涉及被搭载于车辆的排气装置。
背景技术
在汽车中,例如来自被搭载于车辆前部的内燃机(例如汽油发动机以及柴油发动机等内燃机)的废气经由配设于车辆下部的排气装置从车辆后方排出。排气装置例如由排气管、净化装置以及消音装置等构成,具有废气的净化、消音以及冷却等功能。从内燃机排出的废气中的水分的一部分在排气装置内成为水滴,但在废气的流量充足的情况下,被与废气一同从排气装置的端部向外部排出。
然而,例如在车辆的行驶时间短的情况下以及混合动力车基于马达行驶时等废气的流量小的情况下,存在排气装置内的水滴未被完全排出而作为冷凝水残留在排气装置内(主要是位于比所谓的上弯部(kich-up)靠上游侧的排气管的最低部附近)的情况。这样残留在排气管内的冷凝水在环境温度低的情况下有可能会在排气管内结冰。因与该结冰相伴的冷凝水的体积的增加,而有可能使得排气管内的供废气流动的流路的截面积减少(流路变窄)、压力损失增加,并且例如引起内燃机的输出降低以及异响的产生等问题。
图22是表示现有技术所涉及的排气装置1a的结构的一个例子的示意性横剖视图。如图22的(a)所示,排气装置1a具有与排气管2的下游侧(与图中所示的箭头FR的方向相反的方向)连接的直管部3以及上弯部4。如上所述,冷凝水10残留在位于比上弯部4靠上游侧的直管部3以及排气管2的最低部附近。例如,在如图22的(b)所示车辆(未图示)被设置于倾斜面的情况下,会在上弯部4的最上游侧的弯曲部4c聚集冷凝水10,冷凝水10因环境温度结冰而如图22的(c)所示那样存在将废气的流路堵塞的担忧。
鉴于此,为了使滞留在上弯部的上游侧的冷凝水越过上弯部而积极地排出,提出了如下那样的结构。即,在上弯部的紧上游侧的管部的车辆下方侧的壁面设置朝向内侧突出的突起,通过该突起使冷凝水的一部分溅起而剥离,将剥离的冷凝水的飞沫随着废气排出(参照专利文献1)。
然而,在该方法中,若内燃机的旋转速度高、废气的流速快的状态继续,则能够信赖排水效果,但在内燃机的旋转速度低、流速慢的状态下,冷凝水不剥离而持续保持地继续滞留,若该状态继续,则不久突起会埋没于冷凝水之中,无法期望排水效果。
另外,作为使冷凝水越过上弯部积极地排出的结构,还提议了通过在上弯部的前半的上升部中的上部以及下部设置多个朝向内侧突出的突起来使通过该部分的废气加速、促进冷凝水的上升(参照专利文献2)。
然而,该方法可能对进入至上弯部内并在上弯部内通过的冷凝水的上升进行帮助,但对于滞留在上弯部的上游侧的排气管的冷凝水不会带来任何排出效果。
或者,还提议了不积极地排出在上弯部的上游侧滞留的冷凝水而通过设置于滞留部位的双层管构造部来进行保水(参照专利文献3)。
然而,由于该方法并不排出冷凝水而是通过在双层管构造部的下侧积极地保水来推迟排气管的闭塞,所以在冷凝水的残留量超过允许量的情况下,自然无法解决课题。另外,由于在冷凝水滞留至双层管构造部的上侧之前,在双层管构造部的上侧确保废气的流路,所以在废气的流量小的情况下,难以将滞留在双层管构造部的下侧的冷凝水排出。
专利文献1:日本特开2017-101613号公报
专利文献2:国际公开第2016/084616号
专利文献3:日本特开2017-172390号公报
如上所述,在本领域中追求一种能够使在上弯部的上游侧残留的冷凝水(残留冷凝水)积极地越过上弯部而排出的技术。
发明内容
鉴于上述课题,本发明人深入研究发现:通过设置与上弯部上游侧连接的直管部的上方侧的内壁面的高度变低的部分,使得由从内燃机排出的废气的压力形成的残留冷凝水的波峰与该部分的上方侧的内壁面接触而容易形成水膜,通过该水膜被废气朝下游侧推出,能够高效地排出冷凝水。
本发明所涉及的车辆的排气装置(以后,存在称为“本发明装置”的情况)是将内燃机的废气排出的车辆的排气装置,具有作为管状部件的直管部和与直管部的下游侧连接的作为管状部件的上弯部。形成有低上壁部,该低上壁部是上方壁面的高度变低的部分,该上方壁面是直管部的铅垂方向上的上方侧的区域亦即上方区域的壁面。可以通过上方壁面形成朝向直管部的内侧突入的部分亦即上方突入部,并由该上方突入部构成低上壁部。
或者,可以在从直管部的中途到至少上弯部的中途为止的区域形成有存积区域,存积区域的内径大于直管部的比存积区域靠上游侧的区域亦即上游直管区域的内径。另外,上游直管区域中的上方壁面亦即上游侧上方壁面比直管部的对应于存积区域的区域亦即下游直管区域中的上方壁面亦即下游侧上方壁面低。即,形成有上方直管阶差部,该上方直管阶差部是将上游侧上方壁面与下游侧上方壁面连接的阶差。该情况下,由上游侧上方壁面构成低上壁部。
在本发明装置中,通过从内燃机排出的废气的压力使得残留冷凝水的水面晃动而荡漾,其波峰的一个与由上方突入部或者上游侧上方壁面构成的低上壁部接触而频繁地形成水膜(从废气观察为水墙)。由于来自上游侧的废气流的流路被该水膜暂时闭塞,所以上游侧的压力(背压)升高,废气将冷凝水一下子朝下游侧推压。其结果是,大量的冷凝水越过上弯部而被朝下游侧推出。因此,根据本发明装置,无论内燃机的运转状态如何,均能够积极地排出残留冷凝水。
根据以下的参照附图而记述的针对本发明的各实施方式的说明,容易理解本发明的其他目的、其他特征以及附带的优点。
附图说明
图1是例示本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置的结构的侧剖视图。
图2是本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧剖视图,表示残留有冷凝水的状态。
图3是本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧剖视图,示出残留的冷凝水因水膜形成而被排出的状态。
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧剖视图,示出从上弯部返回来的冷凝水因水膜形成而被排出的状态。
图5是本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线A-A处的横剖视图(B)。
图6是本发明的第三实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线B-B处的横剖视图(B)。
图7是本发明的第四实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线C-C处的横剖视图(B)。
图8是本发明的第五实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线D-D处的横剖视图(B)。
图9是本发明的第六实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线E-E处的横剖视图(B)。
图10是本发明的第七实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线F-F处的横剖视图(B)。
图11是本发明的第八实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(A)以及切断线G-G处的横剖视图(B)。
图12是本发明的第九实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图(a)、放大侧剖视图(b)以及在(b)中由虚线围起的部分的放大图(c)。
图13是本发明的第十实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧剖视图。
图14是用于例示在从直管部的中途直到上弯部的比最上点靠下游侧的规定的位置为止的区域形成有存积区域的本发明所涉及的车辆的排气装置的侧视图。
图15是本发明的第十一实施方式所涉及的车辆的排气装置的侧视图。
图16是本发明的第十一实施方式所涉及的车辆的排气装置的存积区域的附近的放大侧剖视图。
图17是本发明的第十二实施方式所涉及的车辆的排气装置的主要部位的放大侧剖视图。
图18是本发明的第十二实施方式所涉及的车辆的排气装置的主要部位的示意性放大侧剖视图。
图19是在实施例中评价了的本发明所涉及的各种排气装置的侧视图。
图20是图19所示的各种排气装置的存积区域的附近的放大侧剖视图。
图21是表示在排水试验中残留冷凝水被废气的压力排出时的样子的示意图。
图22是表示现有技术所涉及的排气装置的结构的一个例子的示意性剖视图。
具体实施方式
《第一实施方式》
以下,对本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置进行说明。图1是例示本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置1的结构的侧剖视图。该排气装置1通过在排气管2的上游侧以及/或者下游侧适当地连接紧固部件、排气净化装置、消音器、废热回收器等而构成,但在该图中省略了它们的图示,仅图示构成本发明的主要部位。其中,如图1的(a)的左上所记载那样,在全部的图中,图(纸面)的左方(FR)表示车辆的前方(前)侧以及排气的流路中的上游侧,图(纸面)的上方(UP)表示车辆的铅垂方向上的上方侧以及排气装置1的搭载状态下的铅垂方向上的上方侧。另外,本说明书中的上方、下方、底部、前方、后方、上游、下游等词语依据上述方向指示。另外,在本说明书中,“某个物体A的位置(高度)比其他物体B的位置(高度)低”是指物体A位于比物体B靠下方的位置、即物体A位于比物体B在铅垂方向上靠下方侧的位置。
车辆的排气装置1与通常的排气装置同样在车辆的后部具备所谓的上弯部4,该上弯部4为了在上方避开车轴、悬架臂等而向上方以及下方弯曲成Ω字形。该上弯部4与上游侧的排气管2连接,该连接部周边位于车厢后部,在排气装置1中相当于最下方的位置。因此,废气中的水蒸气液化而产生的冷凝水积存于该位置,无法越过其后游的上弯部4,容易成为残留冷凝水。
〈结构〉
鉴于此,在本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,在上游侧的排气管2与下游侧的上弯部4之间设置有直管部3。具体而言,排气装置1具有作为管状部件的直管部3和与直管部3的下游侧连接的作为管状部件的上弯部4,并形成有低上壁部50,该低上壁部50是上方壁面的高度变低的部分,该上方壁面是直管部3的铅垂方向上的上方侧的区域亦即上方区域的壁面。
如图1的(a)所示,低上壁部50可以构成为比低上壁部50的上游侧的上方壁面低。根据该结构,特别是在从上游侧朝下游侧正向移动的冷凝水因从内燃机排出的废气的压力等而荡漾的情况下,该荡漾的任一个波峰容易与低上壁部50接触,能够提高形成将排气管2的内部闭塞的水膜的频度。相反,也可以如图1的(b)所示,低上壁部50构成为比低上壁部50的下游侧的上方壁面低。根据该结构,特别是在从下游侧向上游侧反向(返回方向)移动的冷凝水因从内燃机排出的废气的压力等而荡漾的情况下,该荡漾的任一个波峰容易与低上壁部50接触,能够提高形成将排气管2的内部闭塞的水膜的频度。
并且,也可以如图1的(c)所示,低上壁部50构成为比低上壁部50的上游侧以及下游侧两方的上方壁面低。根据该结构,针对从上游侧朝下游侧正向移动的冷凝水以及从下游侧向上游侧反向移动的冷凝水中的任一个,在冷凝水因从内燃机排出的废气的压力等而荡漾的情况下,该荡漾的任一个波峰都容易与低上壁部50接触,能够提高形成将排气管2的内部闭塞的水膜的频度。图1的(c)所示的低上壁部50相当于后述的本发明的其他实施方式所涉及的车辆的排气装置1所具备的上方突入部的最下部。
〈效果〉
在本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,通过从内燃机排出的废气的压力使得残留冷凝水的水面晃动而荡漾,其波峰的一个与低上壁部50接触而频繁地形成水膜(从废气观察为水墙)。由于来自上游侧的废气流被该水膜暂时闭塞流路,所以上游侧的压力(背压)升高,废气将冷凝水一下子朝下游侧推压。其结果是,大量的冷凝水越过上弯部而被朝下游侧推出。因此,根据本发明的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置1,无论内燃机的运转状态如何,均能够积极地排出残留冷凝水。
其中,在与本发明的其他实施方式所涉及的车辆的排气装置1相关的说明中,将对因从内燃机排出的废气的压力等而荡漾的冷凝水的波峰与低上壁部接触而形成将排气管的内部闭塞的水膜来排出冷凝水的机理(冷凝水的排出作用)详细进行描述。
《第二实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图2~图4是对本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置1的结构进行例示的侧剖视图,图5是主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。图2表示废气中的水蒸气液化而产生的冷凝水极限滞留的状态。在图2中,残留的冷凝水10的上表面11到达至上弯部4的内部,但该图为了说明而夸大了残留状态,根据本发明,实际上冷凝水10能够在如此极限积存之前被可靠地排出。
在本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,上方壁面朝向直管部3的内侧(管轴侧)突入的部分亦即上方突入部6形成为上方壁面,直管部3设置于上游侧的排气管2与下游侧的上弯部4之间。如图2所示,本实施方式所涉及的车辆的排气装置1的上方突入部6构成为其中心位于相对于直管部3与上弯部4的边界部靠上游侧间隔5的位置,如图5所示,例如能够通过对直管部3的本来的形状亦即假想形状20实施冲压加工等而形成一体。直管部3中的上方突入部6的位置、形状以及向内部的突入量等应该鉴于废气的流动容易度与冷凝水的排出量的平衡来适当地设定。另外,上方突入部6可以与直管部3成形一体,或者也可以通过将独立形成的上方突入部6固定于直管部3的内表面(上方壁面)来构成。
〈冷凝水的排出作用〉
这里,对冷凝水的排出作用进行说明。若从图2所示的内燃机停止的状态启动内燃机,则从内燃机排出的废气12要在图2中的排气管2内的冷凝水上表面11的上侧的狭窄空间内流动,冷凝水10被该压力推压而形成浪。而且,如图3所示,该荡漾的几个波峰中的一个亦即波峰13与上方突入部6的最下部7接触(α),形成将废气12的流路亦即排气管2的内部闭塞的水膜14。通过流路被水膜14闭塞,使得水膜14的上游侧的废气12的压力升高。而且,水膜14被该压力强烈地朝下游侧推压。其结果是,大量冷凝水10越过上弯部4而被向上弯部4的下游侧排出。
〈效果〉
即便第一水膜因上述排出作用而消失,由于接下来继续的波峰的一个也立刻与上方突入部6接触而形成水膜,所以上述排出过程被断续地重复。这样,由于冷凝水10能够借助废气的压力而越过冷凝水的排出路径上的困难处亦即上弯部4,所以能够可靠地排出冷凝水10。
另一方面,根据上述说明,一次能够排出大量的冷凝水10,但由于无法通过一次排水排出冷凝水10的所有量,所以产生无法越过上弯部4而倒流返回来(在上弯部4从下游侧向上游侧逆向前进而下降)的冷凝水10。如图4所示,这样倒流来的冷凝水10也因废气12的压力以及冷凝水10的下降力等而荡漾,形成波浪面(下降时波浪面16)。
然而,特别是由于在上弯部4与直管部8连接的连接部γ处强制改变冷凝水10的行进方向,所以容易形成更大的波峰(下降时波峰17),这样形成的下降时波峰17与最下部7接触(β),形成水膜18。而且,通过废气12推压水膜18,由此冷凝水10克服冷凝水10的下降力而再次越过上弯部4向上弯部4的下游侧排出。即,无法越过上弯部4而返回来的冷凝水10也通过与正向同样的排出作用被排出。
如上述那样,根据本发明的第二实施方式所涉及的车辆的排气装置1,在向正向以及反向(返回方向)中的任一方向前进的冷凝水10中都形成水膜,通过废气12推压这些水膜,能够更高效地排出大量的冷凝水10。
此外,上方突入部6向直管部3的内部的突入使废气的流路缩窄,例如需要预先通过实验等发现并设定能够既将因该流路的截面积的减少引起的背压的上升局限为最小、又可靠地形成水膜那样的突入量以及突入形状。本实施方式中的上方突入部6如图5的(A)所示,在侧视图中具有从上方朝朝下方凹陷的大致半圆剖面,且如图5的(B)所示,在横剖面中最下部具有大致水平状的直线棱线。然而,上方突入部6的形状并不限定于这样的形状,上方突入部6的突入量以及形状能够任意决定。
《第三实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第三实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图6是本发明的第三实施方式所涉及的车辆的排气装置的主要部位的侧视图。本实施方式中的上方突入部21具有与第二实施方式(图5(B))中的最下部7对应的最下部22沿着直管部26的轴向延伸的形状。即,上方突入部21在与作为直管部26的管轴的第一管轴平行的方向延伸。此外,在图6所示的例子中,最下部22形成大致水平的平面。而且,在最下部22的与第一管轴平行的方向上的两侧(上游侧以及下游侧的邻接区域)设置有渐变部23、24。在最下部22的中心与上弯部4的上游侧的端部(直管部26的下游侧的端部)之间设定有间隔25,间隔25只要适当地设定为冷凝水的波峰在正向以及反向(返回方向、下降方向)上容易与最下部22接触那样的位置即可。
〈效果〉
由于通过这样构成上方突入部21,使得在正向以及反向两个方向上,拾取沿着与第一管轴平行的方向排列的多个波峰(与波峰接触)的机会增加,形成水膜的机会也增加,所以能够更可靠地排出多数冷凝水。但是,由于本实施方式与第二实施方式相比,使因废气的流路的截面积的减少引起的背压上升的趋势很强,所以对于上方突入部21的突入量以及突入形状(特别是延伸方向上的长度)的设定需要进一步留意。
《第四实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第四实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图7是本发明的第四实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。本实施方式中的上方突入部27由两个曲面构成。即,在横剖视图(B)中,e~f间为上方突入部27,这样朝上呈凸状的曲面28形成于中央部分,在其周围(两侧)形成有肩状的渐变部29。
〈效果〉
根据具有上述那样的形状的上方突入部27,能够既确保与波峰的接触机会、又通过曲面28确保废气的通过性(流路截面积)。
《第五实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第五实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图8是本发明的第五实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。对于本实施方式中的上方突入部31而言,上半部分与第四实施方式同样由两种曲面构成,但中央部分由与第四实施方式相反而朝下呈凸状的曲面构成。并且,下半部分向外侧突入(凸出)。具体而言,在横剖视图(B)中,g~k~l~h间为上方突入部31,由这样朝下呈凸状的曲面构成的最低部32形成于中央部分,在其周围(两侧)形成有肩状的渐变部33。而且,在隔着第一管轴与上方突入部31对置的位置(最低部)形成有平面36,成为不阻碍冷凝水的流动的形状。并且,在下半部分中,凸出部34以及35夹着平面部36向外侧凸出。即,在横剖视图(B)中,g~i间以及j~h间向外侧凸出。
〈效果〉
根据具有上述那样的形状的上方突入部33以及平面部36,能够既使上方突入部33与波峰的接触频度增大、又通过形成于最低部32的两侧的渐变部33确保废气的通过性(流路截面积)。
并且,在下半部分中,由于通过在平面部36的两侧形成有凸出部34以及35而使得废气的流路截面积扩大,所以能够通过凸出部34以及35引起的流路截面积的扩大至少将被上方突入部31缩窄的流路截面积部分抵消。因此,即便为了使波峰的接触机会提高而增大上方突入部31的突入量,也能够充分确保直管部37中的废气的流路截面积,能够不影响内燃机的性能地排出冷凝水。
《第六实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第六实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图9是本发明的第六实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。对于本实施方式中的上方突入部38而言,在上半部分由与第二实施方式类似的朝下呈凸状的曲面形成上方突入部38。即,在横剖视图(B)中,m~n间为朝下呈凸状的曲面。而且,在下半部分中也在与第一管轴平行的方向上的相同的位置形成有下方突入部41以及42。即,在横剖视图(B)中,形成有o~p间以及r~q间朝向直管部43的内侧突入的曲面。
〈效果〉
由于通过上述那样的下方突入部41以及42,使得冷凝水在晃动时强制性受到朝上的力,所以在上方突入部38的正下容易形成波峰,形成水膜的机会比其他实施方式增加,因而冷凝水的排出作用升高。然而,相反由于无法避免废气的流路截面积的狭小化,所以在考虑对内燃机的性能的影响的同时适当地设定下方突入部41以及42的大小、形状以及数量等较为重要。
《第七实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第七实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图10是本发明的第七实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。本实施方式中的各部形状与第二实施方式相同,但直管部44与上弯部4独立构成。而且,排气管2与直管部44在位置s气密地连接,直管部44与上弯部4在位置t气密地连接。
其中,用于将这些构成部件连接的具体的手法并不特别限定,能够根据构成这些构成部件的材料等而从在该技术领域中公知的各种手法适当地选择。例如,在这些构成部件由金属构成的情况下,例如能够通过焊接等手法将这些构成部件连接。或者,可以在使这些构成部件相互嵌合之后进行焊接。
〈效果〉
由于通过如上述那样独立形成直管部44,即便是形成了第五实施方式以及第六实施方式那样的具有复杂的三维形状的上方突入部的直管部,例如也能够选择塑性加工等任意的手法来进行制造,所以上方突入部的形状的设计自由度提高。
《第八实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第八实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图11是本发明的第八实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(A)以及横剖视图(B)。本实施方式具有与第五实施方式近似的横剖面。即,如横剖视图(B)所示,具有与第五实施方式中的上方突入部31相同的形状的上方突入部31形成于g~k~l~h间,凸出部45以及46形成于下半部分。然而,在第八实施方式中,第四实施方式中的底面36向上方位移而形成底面47。由于该底面47作为下方突入部发挥功能,所以实际发挥与第六实施方式的下方突入部41以及42同样的功能。即,通过冷凝水在晃动时强制性受到朝上的力,由此在上方突入部31的正下容易形成波峰,由于形成水膜的机会增加,所以冷凝水的排出作用升高,但反作用也同样。
《第九实施方式》
以下,对本发明的第九实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。本发明人进一步研究结果发现:通过在直管部的中途至上弯部的中途为止的区域设置具有比直管部大的内径的存积区域,能够有效地排出无法越过上弯部而倒流来的冷凝水。
〈结构〉
图12是本发明的第九实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧视图(a)、放大侧剖视图(b)以及(b)中由虚线围起的部分的放大图(c)。如图12的(a)所示,对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,除了在直管部3的中途至上弯部4的中途为止的区域形成有存积区域51这一点之外,具有与上述的第一实施方式所涉及的车辆的排气装置1同样的结构。
如图12的(b)所示,存积区域51的内径大于直管部3的比存积区域51靠上游侧的区域亦即上游直管区域3u的内径。另外,如图12的(c)所示,上游直管区域3u中的上方壁面亦即上游侧上方壁面3uu比直管部3的对应于存积区域51的区域亦即下游直管区域3d中的上方壁面亦即下游侧上方壁面3du低ΔHu。并且,形成有将上游侧上方壁面3uu与下游侧上方壁面3du连接的阶差亦即上方直管阶差部3su。作为结果,由上游侧上方壁面3uu构成低上壁部50。
〈效果〉
在本实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,如上述那样,在直管部3的中途至上弯部4的中途为止的区域形成有具有比直管部3大的内径的存积区域51。由此,能够将无法越过上弯部4而倒流来的冷凝水积存于存积区域51,而减少向上游直管区域3u以及与上游直管区域3u的上游侧连接的排气管2倒流的冷凝水。并且,在残留冷凝水的量相同的情况下,与未形成存积区域51的排水装置相比,残留于弯曲部4c的冷凝水的液面更低,能够将废气的流路截面积确保得更大。其结果是,能够减少产生因冷凝水的残留引起的压力损失的增大以及(特别是残留冷凝水结冰时的)排气管的闭塞的可能性。
此外,由于下游侧上方壁面3du(存积区域51中的上方壁面)比直管部3的上游侧上方壁面3uu高,所以可推断为在存积区域51中残留冷凝水的水面晃动而产生的波峰与下游侧上方壁面3du接触并形成水膜的频度比未形成存积区域51的排水装置低。然而,根据本实施方式所涉及车辆的排气装置1,能够有效地排出冷凝水。
关于如上述那样可实现高的排水性能的详细机理目前尚未完全掌握。然而,可认为如参照图4说明那样,通过在无法越过上弯部4而倒流来的冷凝水的波浪面(下降时波浪面)产生的大的波峰与比下游侧上方壁面3du低的上游侧上方壁面3uu接触,由此以更高的频度形成水膜。即,上游侧上方壁面3uu能够良好地发挥与上述的上方突入部的最下部同样的功能(即,作为低上壁部50与冷凝水的波峰接触并形成水膜的功能)。因此,根据本实施方式所涉及的车辆的排气装置1,无论内燃机的运转状态如何,均能够积极地排出残留冷凝水。
《第十实施方式》
〈结构〉
图13是本发明的第十实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的侧剖视图。对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,除了第一距离a与第二距离b相等或者比第二距离b短这一点之外,具有与上述的本发明的第九实施方式所涉及的车辆的排气装置1同样的结构。
如图13所示,第一管轴AX1是直管部3的管轴,第二管轴AX2是比上弯部4的管轴的最上点4p靠上游侧的直线区域的管轴。最上点4p是在上弯部4的管轴中位于最高的位置的点。第二最上点4p2是包含最上点4p的水平面与第二管轴AX2的交点。弯曲点4q是上弯的开起点,典型的是第一管轴AX1与第二管轴AX2的交点。但是,根据排气装置1的形状而存在第一管轴AX1与第二管轴AX2不相交的情况。若考虑这样的情况,则弯曲点4q能够定义为向与第一管轴AX1以及第二管轴AX2双方平行的平面投影的投影图中的第一管轴AX1与第二管轴AX2的交点。
而且,第一距离a是存积区域51中的与比上弯部4靠上游侧的水平的流路的长度对应的距离,是与第一管轴AX1平行的方向上的弯曲点4q与直管部3的上游侧上方壁面3uu(即低上壁部50)的下游侧的端部之间的距离。另一方面,第二距离是上弯部中的与位于最上游侧的上行流路的长度对应的距离,是与第二管轴AX2平行的方向上的第二最上点4p2与弯曲点4q的距离。
〈效果〉
如上所述,在本发明的第九实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,在直管部3的中途至上弯部4的中途为止的区域形成具有比直管部3大的内径的存积区域51,并形成有将上游侧上方壁面3uu与下游侧上方壁面3du连接的阶差亦即上方直管阶差部3su。由此,能够有效地排出无法越过上弯部而倒流来的冷凝水。
在本实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,如上述那样,第一距离a与第二距离b相等或比第二距离b短(a≤b)。由此,能够更可靠地排出无法越过上弯部而倒流来的冷凝水。
《第十一实施方式》
〈结构〉
例如,如图14所示,可以在直管部3的中途至上弯部4的比最上点4p靠下游侧的规定的位置为止的区域形成存积区域51。然而,从提高冷凝水的排水性能的观点考虑,优选存积区域51形成在直管部3的中途至上弯部4的比最上点4p靠上游侧的规定的位置为止的区域。
鉴于此,对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,在上述的第九实施方式或者第十实施方式所涉及的车辆的排气装置1的基础上,如图15所示,在直管部3的中途至上弯部4的比最上点4p靠上游侧的规定的位置为止的区域形成有存积区域51。并且,如图16所示,上弯部4的比存积区域51靠下游侧的区域亦即下游上弯区域4d的内径Dd小于上弯部4的对应于存积区域51的区域亦即上游上弯区域4u的内径Du。
〈效果〉
根据具有上述结构的本实施方式所涉及的车辆的排气装置1,能够进一步提高冷凝水的排水性能。关于这样可实现高的排水性能的详细机理目前尚未完全掌握。然而,例如可认为当在上弯部4的内部沿正向行进的冷凝水通过上游上弯区域4u与下游上弯区域4d之间的缩径部4s时因流路的缩窄而形成水膜的频度升高。并且,可认为在上弯部4的内部沿正向行进的冷凝水的一部分被缩径部4s的阶差反弹,而向反向(返回方向)行进的冷凝水的量增多、势头增加,由此直管部3的上游侧上方壁面3uu与波峰的接触引起的水膜的形成频度升高。
《第十二实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第十二实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。图17是本发明的第十二实施方式所涉及的车辆的排气装置1的主要部位的放大侧剖视图。对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,在上述的第九实施方式至第十一实施方式中的任一个实施方式所涉及的车辆的排气装置1的基础上,如图17所示,直管部3的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面形成为上游直管区域3u中的下方壁面亦即上游侧下方壁面3ud比下游直管区域3d中的下方壁面亦即下游侧下方壁面3dd高ΔHd。
并且,形成有将上游侧下方壁面3ud与下游侧下方壁面3dd连接的阶差亦即下方直管阶差部3sd。除此之外,下方直管阶差部3sd的下游侧的端部3sde如图17的(a)所示在与直管部3的管轴亦即第一管轴平行的方向上形成在与上方直管阶差部3su的下游侧的端部3sue相同的位置,或者如图17的(b)所示形成于比上方直管阶差部3su的下游侧的端部3sue靠下游侧距离ΔPs的位置。
〈效果〉
根据具有上述结构的本实施方式所涉及的车辆的排气装置1,无法越过上弯部4而倒流来的冷凝水被下方直管阶差部3sd溅起,波峰容易到达作为低上壁部50的上游侧上方壁面3uu,水膜的形成频度升高。其结果是,能够进一步提高冷凝水的排水性能。此外,从进一步提高冷凝水的排水性能的观点考虑,优选如图17的(b)所示,下方直管阶差部3sd的下游侧的端部3sde形成于比上方直管阶差部3su的下游侧的端部3sue靠下游侧的位置。
另外,下方直管阶差部3sd的上游侧的端部3sds与上方直管阶差部3su的上游侧的端部3sus的位置关系不特别限定。即,下方直管阶差部3sd的上游侧的端部3sds在与直管部3的管轴亦即第一管轴平行的方向上可以如图18的(a)所示那样形成在与上方直管阶差部3su的上游侧的端部3sus相同的位置,也可以如图18的(b)所示那样形成于比端部3sus靠下游侧的位置,或者也可以如图18的(c)所示那样形成于比端部3sus靠上游侧的位置。其中,从进一步提高冷凝水的排水性能的观点考虑,优选如图18的(b)所示,下方直管阶差部3sd的上游侧的端部3sds形成于比上方直管阶差部3su的上游侧的端部3sus靠下游侧的位置。
《第十三实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第十三实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,在上述的第九实施方式至第十二实施方式中的任一个实施方式所涉及的车辆的排气装置1的基础上,通过直管部3的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面形成了具有隔着直管部3的管轴亦即第一管轴与上方直管阶差部3su对置的平面的平面部。并且,通过在以第一管轴为中心的圆周方向上与平面部邻接的区域亦即下方邻接区域的壁面亦即下方邻接壁面形成了朝向直管部3的外侧凸出的凸出部。
具体而言,在隔着直管部3的管轴亦即第一管轴与上方直管阶差部3su对置的下方区域(直管部3的下侧区域)中,例如形成有与参照图8以及图11说明的本发明的第五实施方式以及第八实施方式所涉及的车辆的排气装置1同样的构造(平面部以及凸出部)。因此,这里省略针对平面部以及凸出部的说明。
〈效果〉
在本实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,通过作为低上壁部50的上游侧上方壁面3uu以及平面部使上游侧上方壁面3uu与波峰的接触频度增大,并通过形成于平面部的两侧的凸出部扩大废气的流路截面积,能够确保废气的通过性。因此,能够确保冷凝水的排出作用而不影响内燃机的性能。
《第十四实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第十四实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,在上述的第九实施方式至第十三实施方式中的任一个实施方式所涉及的车辆的排气装置1的基础上,通过直管部3的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面,在隔着直管部3的管轴亦即第一管轴与上方直管阶差部3su对置的区域亦即下方对置区域形成朝向直管部3的内侧突入的部分亦即下方突入部。
具体而言,在隔着直管部3的管轴亦即第一管轴与上方直管阶差部3su对置的下方区域(直管部3的下侧区域)中,例如形成有与参照图9说明的本发明的第六实施方式所涉及的车辆的排气装置1同样的构造(下方突入部)。因此,这里省略针对下方突入部的说明。
〈效果〉
在本实施方式所涉及的车辆的排气装置1中,由于通过下方突入部,使得冷凝水在晃动时强制性受到朝上的力,所以在作为低上壁部50的上游侧上方壁面3uu的正下容易形成波峰,形成水膜的机会比其他实施方式增加,因而冷凝水的排出作用升高。然而,由于相反伴有废气的流路截面积的狭小化,所以在考虑对内燃机的性能的影响的同时适当地设定下方突入部的大小、形状以及数量等很重要。
《第十五实施方式》
〈结构〉
以下,对本发明的第十五实施方式所涉及的车辆的排气装置1进行说明。对于本实施方式所涉及的车辆的排气装置1而言,在上述的第九实施方式至第十四实施方式中的任一个实施方式所涉及的车辆的排气装置1的基础上,上游直管区域3u、存积区域51以及上弯部4的比存积区域51靠下游侧的区域亦即下游上弯区域4d独立构成且相互连接。
〈效果〉
由于通过如上述那样独立形成上游直管区域3u、存积区域51以及下游上弯区域4d,例如即便在上方直管阶差部3su及下方直管阶差部3sd、平面部和凸出部以及下方突入部中的任一个具有复杂的三维形状的情况下,例如也能够选择塑性加工等任意的手法来进行制造,所以这些部件的形状的设计自由度提高。
实施例
这里,以下参照附图对本发明的第十实施方式所涉及的实施例详细地进行说明。
〈结构〉
图19是在实施例中评价的本发明所涉及的各种排气装置(1)~(5)的侧视图。另外,图20是表示这些各种排气装置(1)~(5)的存积区域51的附近的放大侧剖视图。在以下的表1中列举了这些各种排气装置中的上述的第一距离a与第二距离b的关系(尺寸关系)、上方直管阶差部3su的下游侧的端部3sue与下方直管阶差部3sd的下游侧的端部3sde在与第一管轴平行的方向上的位置之差(ΔPs)、位于上弯部4的最上游侧的上行流路的中途中的缩径部(4s)的有无、以及后述的针对冷凝水的排出作用的评价结果。
表1
Figure GDA0003103657130000181
如图19、图20以及表1所示,通过排气装置(1)~(3)的组能够验证第一距离a对排水性能的影响,通过排气装置(2)与(4)的组合能够验证位于上弯部4的最上游侧的上行流路的中途的缩径部(4s)的有无对排水性能的影响。此外,排气装置(5)作为上方直管阶差部3su的下游侧的端部3sue与下方直管阶差部3sd的下游侧的端部3sde在与第一管轴平行的方向上的位置相同(ΔPs=0)的结构的一个例子示出,但不实施排水性能的评价。
〈排水试验〉
接下来,进行了上述各种排气装置(1)~(4)的排水试验。具体而言,首先,将排气装置搭载于车辆并以使弯曲部4c最低的方式将该车辆驻车在具有规定的倾斜的地板面,针对各种排气装置(1)~(4)分别确定了在冷凝水结冰的情况下废气的流路被闭塞的冷凝水的量(初始水量)。这样确定出的初始水量也被列举在上述的表1中。其中,初始水量根据各个排气装置而不同是因为存积区域51中的与比上弯部4靠上游侧的水平的流路的长度对应的距离亦即第一距离a的不同,关于冷凝水结冰时废气的流路闭塞的位置(弯曲部4c的附近)的构造,在排气装置(1)~(4)之间无实质性差异。
接下来,将上述各车辆驻车在水平的地板面,成为初始水量的冷凝水积存在存积区域51附近的状态,使内燃机以规定的排气流量(例如3g/秒)怠速,持续运转数分钟直至观察不到从排气装置的进一步排水为止。然后,测定了残留在存积区域51附近的冷凝水的量(剩余水量)。这样测定出的剩余水量也被列举在上述的表1中。此外,图21表示了在排水试验中残留冷凝水10因废气的压力而被排出时的样子的示意图。
〈评价〉
排气装置(1)~(4)的剩余水量均比现有技术所涉及的排气装置少,确认了本发明所涉及的排气装置的优良的排水性,但在排气装置(1)~(3)之中,第一距离a(存积区域51中的与比上弯部4靠上游侧的水平的流路的长度对应的距离)比第二距离b(上弯部中的与位于最上游侧的上行流路的长度对应的距离)长的排水装置(1)的剩余水量比其他排水装置(2)以及(3)的剩余水量多。据此确认为:为了实现更高的排水性能而优选如上所述第一距离a与第二距离b相等或小于第二距离b。
另外,在具有相同的第一距离a以及第二距离b的排气装置(2)以及(4)的组中,在上弯部4的位于最上游侧的上行流路的中途形成有缩径部4s的排气装置(2)的剩余水量比未形成缩径部4s的排气装置(4)的剩余水量少。据此可确认为通过如上所述在上弯部4的位于最上游侧的上行流路的中途形成缩径部4s能够进一步提高排水性能。
以上,以说明本发明为目的而参照附图对具有特定结构的几个实施方式以及实施例进行了说明,但本发明的范围并不应该解释成限定于这些例示的实施方式以及实施例,在技术方案以及说明书所记载的事项的范围内,当然能够适当地施加修改。另外,内燃机并不局限于汽油发动机以及柴油发动机等一般的内燃机,只要是生成冷凝水的内燃机就能够应用本发明,车辆也不局限于汽车,能够将本发明广泛地应用于各种种类的车辆。另外,构成本发明的部件的材质也不局限于金属,能够广泛地选择树脂、陶瓷等可在工业上使用的材料。
附图标记说明:
1…排气装置;2…排气管;3、26、30、37、43、44、48…直管部;3u…上游直管区域;3uu…上游侧上方壁面;3ud…上游侧下方壁面;3d…下游直管区域;3du…下游侧上方壁面;3dd…下游侧下方壁面;3su…上方直管阶差部;3sue…(上方直管阶差部3su的)下游侧的端部;3sus…(上方直管阶差部3su的)上游侧的端部;3sd…下方直管阶差部;3sde…(下方直管阶差部3sd的)下游侧的端部;3sds…(下方直管阶差部3sd的)上游侧的端部;4…上弯部;4c…弯曲部;4u…上游上弯区域;4d…下游上弯区域;4p…最上点;4p2…第二最上点;4q…弯曲点;4s…缩径部;5…间隔;6、21、27、31、38…上方突入部;7、22…最下部;8、9…连接部;10…冷凝水;11…冷凝水上表面;12…废气;13…波峰;14、18…水膜;15、19…排水;17…下降时波峰;20…假想形状;23、24、33、40…渐变部;34、35、45、46…凸出部;41、42…下方突入部;50…低上壁部;51…存积区域。

Claims (7)

1.一种车辆的排气装置,用于排出内燃机的废气,其特征在于,
具有作为管状部件的直管部和与所述直管部的下游侧连接的作为管状部件的上弯部,
并形成有低上壁部,该低上壁部是上方壁面的高度变低的部分,该上方壁面是所述直管部的铅垂方向上的上方侧的区域亦即上方区域的壁面,
在所述直管部的中途至所述上弯部的中途为止的区域形成有存积区域,
所述存积区域的内径大于所述直管部的比所述存积区域靠上游侧的区域亦即上游直管区域的内径,
所述上游直管区域中的所述上方壁面亦即上游侧上方壁面比所述直管部的作为对应于所述存积区域的区域的下游直管区域中的所述上方壁面亦即下游侧上方壁面低,
形成有将所述上游侧上方壁面与所述下游侧上方壁面连接的阶差亦即上方直管阶差部,
由所述上游侧上方壁面构成所述低上壁部。
2.根据权利要求1所述的车辆的排气装置,其特征在于,
第一距离与第二距离相等或者比所述第二距离短,所述第一距离是向与所述直管部的管轴亦即第一管轴以及比所述上弯部的管轴的最上点靠上游侧的直线区域的管轴亦即第二管轴双方平行的平面投影的投影图中的所述第一管轴与所述第二管轴的交点亦即弯曲点和所述低上壁部的下游侧的端部之间的在与所述第一管轴平行的方向上的距离,所述第二距离是包含所述最上点的水平面与所述第二管轴的交点亦即第二最上点和所述弯曲点之间的在与所述第二管轴平行的方向上的距离。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的排气装置,其特征在于,
所述存积区域在从所述直管部的中途到所述上弯部的比所述最上点靠上游侧的规定的位置为止的区域形成,
所述上弯部的比所述存积区域靠下游侧的区域亦即下游上弯区域的内径小于所述上弯部的对应于所述存积区域的区域亦即上游上弯区域的内径。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的排气装置,其特征在于,
所述直管部的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面形成为所述上游直管区域中的所述下方壁面亦即上游侧下方壁面比所述下游直管区域中的所述下方壁面亦即下游侧下方壁面高,
形成有将所述上游侧下方壁面与所述下游侧下方壁面连接的阶差亦即下方直管阶差部,
所述下方直管阶差部的下游侧的端部在与所述直管部的管轴亦即第一管轴平行的方向上形成在与所述上方直管阶差部的下游侧的端部相同的位置或者比所述上方直管阶差部的下游侧的端部靠下游侧的位置。
5.根据权利要求1或2所述的车辆的排气装置,其特征在于,
由所述直管部的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面形成了具有隔着所述直管部的管轴亦即第一管轴与所述上方直管阶差部对置的平面的平面部,
由在以所述第一管轴为中心的圆周方向上与所述平面部邻接的区域亦即下方邻接区域的壁面亦即下方邻接壁面形成朝向所述直管部的外侧凸出的凸出部。
6.根据权利要求1或2所述的车辆的排气装置,其特征在于,
通过所述直管部的铅垂方向上的作为下方侧的区域的下方区域的壁面亦即下方壁面,在隔着所述直管部的管轴亦即第一管轴与所述上方直管阶差部对置的区域亦即下方对置区域形成朝向所述直管部的内侧突入的部分亦即下方突入部。
7.根据权利要求1或2所述的车辆的排气装置,其特征在于,
所述上游直管区域、所述存积区域、以及所述上弯部的比所述存积区域靠下游侧的区域亦即下游上弯区域独立构成且相互连接。
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