JP4656014B2 - 排気系構造 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスを排出するための排気系構造に関する。
排気音を低減するためのマフラ部の外側を覆って排気熱回収部を配置した排気系構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−105124号公報
しかしながら、上記の如き従来の技術では、マフラ部を通過した排気ガスを該マフラ部の長手方向に排出させるようになっており、排気ガスの排出方向をマフラ部の長手方向とは異ならせることについて考慮されていなかった。
本発明は、上記事実を考慮して、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能な排気系構造を得ることが目的である。
請求項1記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、長手方向の一端が前記シェルの下流端側で開口され、該シェル内から排気ガスを流出させるための排気ガス流出管部と、前記ガス流出管部の長手方向との交差方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口され、かつ少なくとも下流端側の一部が前記排気ガス流出管の開口端側に向けて湾曲している排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する
請求項1記載の排気系構造では、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。ここで、本排気系構造では、上流ガス流路から排気ガス流入管部に流入した排気ガスは、該排気ガス流入管部の湾曲形状に案内されて、シェル内を排気ガス流出管部の開口端側に向かうように流れる。このため、例えば排気ガス流入管部を上流ガス流路と一直線を成すように設けた構成と比較して、排気ガスはスムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。
このように、請求項1記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。
また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し90°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。そして、本排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している状態で、上記したような排気ガスの流れが生じる。この弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した姿勢では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。
請求項2記載の発明に係る排気系構造は、請求項1記載の排気系構造において、前記排気ガス流出管部の前記シェル内での開口端は、該排気ガス流出管部の長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている。
請求項2記載の排気系構造では、排気ガス流出管部のシェル内での開口面が長手方向との直交面に対し交差するように傾斜又は湾曲(直線でも曲線でも良い)して開口しているため、見かけの開口面積が大きい。また、排気ガス流出管部の上記開口面は、上記直交面に対して、シェル内での排気ガス流れの外周側部分を排気ガス流出管部内に誘導する方向に傾斜又は湾曲している。これらにより、排気ガス流入管部からシェルに流出した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。
請求項3記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に上流端が前記シェルの下流端側で開口され、かつ前記シェル内での開口端における前記長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている排気ガス流出管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する
請求項3記載の排気系構造では、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。ここで、本排気系構造では、排気ガス流出管部のシェル内での開口面が長手方向との直交面に対し交差するように傾斜又は湾曲(直線でも曲線でも良い)して開口しているため、見かけの開口面積が大きい。また、排気ガス流出管部の上記開口面は、上記直交面に対して、シェル内での排気ガス流れの外周側部分を排気ガス流出管部内に誘導する方向に傾斜又は湾曲している。これらにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。
このように、請求項3記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。
また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し90°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。そして、本排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している状態で、上記したような排気ガスの流れが生じる。この弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した姿勢では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、一層スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが効果的に抑制される。
請求項記載の発明に係る排気系構造は、排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に該長手方向の上流端が前記シェルの下流端側で開口された排気ガス流出管部と、前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、を備え、前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する
請求項記載の排気系構造では、所定値以上の排気圧力を受けている弁がシェル内で排気ガス流入管部の開口端を開放している姿勢で、上流ガス流路、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順で排気ガスが流れ、この流れ経路によって、排気ガスの流れ方向は、上流ガス流路の長手方向から排気流出管部の長手方向に変換される。また、本排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し90°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。ここで、本排気系構造では、弁が排気ガス流入管部を所定の開度で開放した状態では、弁に設けられたガス誘導部が排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスを排気ガス流出管部側に誘導する。これにより、排気ガス流入管部からシェルに流入した排気ガスは、スムースに排気ガス流出管部に流れ込み、シェル内での排気ガス流れの乱れが抑制される。
このように、請求項記載の排気系構造では、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。
請求項記載の発明に係る排気系構造は、請求項1〜請求項4の何れか1項記載の排気系構造において、前記弁は、前記上流ガス流路に排気ガスを排出する内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、前記排気ガス流入管部の開口端を所定の開度にするように設定されている。
請求項記載の排気系構造では、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の排気ガスの圧力を受けて、弁が排気ガス流入管部を所定開度で開放し、弁による排気ガスの誘導効果を得ることができる。このため、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に排気系の背圧が上昇することが抑制される。換言すれば、排気系の背圧によって内燃機関エンジンの最高出力の発生が阻害されることが防止される。
請求項記載の発明に係る排気系構造は、請求項1又は請求項記載の排気系構造において、前記排気ガス流出管部は、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように設定されている。
請求項記載の排気系構造では、排気ガス流出管部は、上流ガス流路の長手方向の延長線に対し90°未満の角度で排気ガス流れを曲げるように、シェルに対して配置されている。これにより、例えば燃料タンク等の車体下部に配置される部品を避けるために排気ガス流れ方向を変換しつつ、背圧の上昇を抑制することができる。
請求項記載の発明に係る排気系構造は、請求項1請求項の何れか1項記載の排気系構造において、前記上流ガス流路は、排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器をバイパスするためのバイパス管部内に形成されており、前記シェルには、前記排気系熱交換器の排気ガス出口が連通されている。
請求項記載の排気系構造では、シェルは、排気系熱交換器の排気ガス出口と、バイパス管部の下流端(排気ガス流入管部)との合流部を構成している。そして、排気ガスが排気系熱交換器をバイパスする際には、排気ガスは、バイパス管部、排気ガス流入管部、シェル、排気ガス流出管部の順でスムースに流れ、背圧上昇が抑制される。
請求項記載の発明に係る排気系構造は、請求項記載の排気系構造において、前記バイパス管部は、前記排気系熱交換器の軸心部を直線状に貫通している。
請求項記載の排気系構造では、排気系熱交換器を及びバイパス管部をコンパクトに構成することができる。また、これらを上流側の排気管等に対し直線的に配置することができるので、排気系構造全体としてコンパクト化を図ることが可能である。
以上説明したように本発明に係る排気系構造は、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能であるという優れた効果を有する。
本発明の実施形態に係る排気系構造が適用された車両用排気系構造10について、図1乃至図5に基づいて説明する。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流を示すものとする。また、各図に示す矢印FR、矢印UP、矢印Wは、車両用排気系構造10が適用された自動車の車体前後方向の前側(走行方向)、車体上下方向の上側、車幅方向をそれぞれ示すものとする。
(全体構成)
図3には、車両用排気系構造10の概略全体構成が平面図にて示されている。この図に示される如く、車両用排気系構造10は、上流から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ12、エンジンの暖機促進や暖房維持のために排気ガスの熱回収する排気系熱交換器14、排気音を低減(消音)するためのマフラ16が設けられ、これらの機器が排気管18にて直列に連通されている。
下流端が触媒コンバータ12の上流側に接続された排気管18Aは、上流端が図示しない内燃機関エンジンの排気マニホルドに接続されており、該内燃機関エンジンの排気ガスが導入されるようになっている。また、触媒コンバータ12と排気系熱交換器14とは、それぞれの長手方向が車体前後方向に略一致され、排気管18Bによって平面視で略直線状に連結されている。この実施形態では、排気管18A、触媒コンバータ12、排気管18B、排気系熱交換器14が平面視で略直線状に配設されている。
一方、詳細は後述するが、上流端が排気系熱交換器14の下流端に接続された排気ガス流出管部としての排気管18Cは、平面視で車体前後方向に対し傾斜しており、その車体前後方向に対する傾斜角θが45°以上で90°以下に設定されている。換言すれば、排気管18Cは、その上流に位置する排気系熱交換器14等との成す角αが鈍角となるように傾斜角θが決められている。これにより、車両用排気系構造10は、排気系熱交換器14の後方に配置された燃料タンク20を回避している。
マフラ16は、長手方向が車体前後方向に略一致されており、燃料タンク20と車幅方向に並列して配置されている。排気管18Cの下流端は、マフラインレットパイプ22の上流端に接続されている。マフラインレットパイプ22は、その上流部22Aが排気管18Cと略一直線を成すように車体前後方向に対し傾斜すると共に、その主にマフラ16内に位置する下流部22Bが車体前後方向に沿って長手とされ、これら上流部22Aと下流部22Bとを連続するように中間部22Cが湾曲している。また、上流部24Aがマフラ16内に配置されたマフラアウトレットパイプ24は、下流端が排気ガスの大気開放部18Dとされた排気管18Eに一体化されている。
以上説明したような車両用排気系構造10のレイアウトは、例えば小型のエンジン前置き前輪駆動車(FF車)に適用される。そして、排気系熱交換器14を備えた車両用排気系構造10では、上記の如く燃料タンク20を回避するレイアウトを採りながら、排気ガスをスムースに排出して背圧上昇を抑えることができる構造を実現している。以下では、先ず排気系熱交換器14の基本構造の具体例を説明し、次いで車両用排気系構造10の要部である背圧抑制構造について具体的に説明する。
(排気系熱交換器の構成)
排気系熱交換器14は、排気ガスの熱を冷媒としてのエンジン冷却水に回収する構成とされており、図2に示される如く該排気ガスの流路とエンジン冷却水の流路とを隔てる隔壁パイプ26を備えている。この実施形態では、隔壁パイプ26は、そのパイプ壁の内外に螺旋状に形成された螺旋溝26A、26Bが形成されている。螺旋溝26A、螺旋溝26Bは、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換部14Aの略全長に亘り形成されており、隔壁パイプ26の前後は、熱交換部14Aに対し前後にそれぞれ延設された排気ガス導入部26C、排気ガス排出部26Dとされている。
隔壁パイプ26の内側には、略円筒状に形成されたバイパス管部としてのインナパイプ28が同軸的に配置されている。この隔壁パイプ26とインナパイプ28との間に形成された空間が、排気系熱交換器14の排気ガス流路30とされている。また、隔壁パイプ26は、略円筒状に形成されると共に同軸的に配置されたアウタパイプ32にて外周側から覆われている。この隔壁パイプ26とアウタパイプ32との間の空間が排気系熱交換器14のエンジン冷却水流路34とされている。さらに、インナパイプ28内の空間は、排気系熱交換器14における熱交換部14Aをバイパスするための上流ガス流路としてのバイパス流路36とされている。
より具体的には、図2に示される如く、インナパイプ28の上流端28Aは、排気管18Bの下流端が接続されており、インナパイプ28の下流端28Bは、後に詳述する排気ガス流入管部としての排気ガス案内パイプ38の上流端38Aに略同軸的に接続されている。また、隔壁パイプ26の排気ガス導入部26Cの前端は、インナパイプ28の上流端28Aの外周面に気密状態で接続されている。さらに、隔壁パイプ26の排気ガス排出部26Dは、エンドパイプ40を介して排気ガス案内パイプ38に気密状態で接続されている。
そして、インナパイプ28における隔壁パイプ26の排気ガス導入部26Cの内側に位置する部分には、該インナパイプ28内の空間であるバイパス流路36と排気系熱交換器14の排気ガス流路30と連通する透孔42が設けられている。すなわち、透孔42が排気ガス流路30とバイパス流路36との分岐部を構成している。一方、エンドパイプ40には、排気ガス流路30の内外を連通する透孔44が設けられている。透孔44及び排気ガス案内パイプ38の下流側開口端38Bは、上流側開口端46Aがエンドパイプ40に気密状態で接続されたシェルとしての熱交換器後部シェル46内の空間である排気ガス出口ヘッダ48において、それぞれ開口している。
したがって、排気系熱交換器14では、熱交換部14Aをバイパスしてバイパス流路36を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ38の内側を経由して熱交換器後部シェル46内の排気ガス出口ヘッダ48に至り、一方、透孔42を経由して排気ガス流路30を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ38の外側、透孔44を経由して熱交換器後部シェル46内の排気ガス出口ヘッダ48に至る構成とされている。
さらに、排気系熱交換器14は、排気ガス案内パイプ38の下流側開口端38Bを開閉するためのバルブ装置50を備えている。図1(A)にも示される如く、バルブ装置50は、熱交換器後部シェル46に支持された回動軸52廻りに回動することで、排気ガス案内パイプ38の下流側開口端38Bを閉止する閉止姿勢(想像線参照)と、該閉止位置から矢印A方向に回動して排気ガス案内パイプ38の下流側開口端38Bを開放する開放姿勢(実線参照)とをとり得る弁としてのバルブ54を備えている。閉止姿勢に位置するバルブ54は、排気ガス案内パイプ38における下流側開口端38B廻りに設けられた弁座(シール)55に当接する構成とされている。
図4に示される如く、回動軸52は、排気ガス案内パイプ38に固定されたフレーム56に取り付けられた軸受ホルダ57に保持された軸受58、フレーム56に取り付けられた軸受ホルダ59に保持された軸受60によって、長手方向に離間した2箇所で熱交換器後部シェル46に対し回転自在に支持されている。バルブ54は、アーム62を介して回動軸52と一体回転可能に連結されている。これにより、バルブ54は、回動軸52廻りに回動することで上記した閉止姿勢と開放姿勢とをとり得る。また、回動軸52における熱交換器後部シェル46の外側に突出した端部にはレバー64が固定されており、レバー64にはストッパ66が設けられている。
ストッパ66には、一端68Aが熱交換器後部シェル46に係止された(図5参照)付勢部材としてのリターンスプリング68の他端68Bが係止されている。回動軸52は、リターンスプリング68の付勢力によってバルブ54が閉止姿勢をとる方向に付勢されている。これにより、排気系熱交換器14では、排気ガスの圧力が低い場合には、リターンスプリング68の付勢力によってバルブ54が排気ガス案内パイプ38すなわちバイパス流路36を閉止し、排気ガスが熱交換部14Aの排気ガス流路30を流通するようになっている。一方、排気ガスの圧力が所定値以上になると、バルブ54はリターンスプリング68の付勢力に抗して排気ガスの圧力に応じた開放姿勢をとるようになっている。この実施形態では、上記した内燃機関エンジンが最高出力を発生する場合の排気ガスの圧力によって、バルブ54は、排気ガスの圧力による最大開度となる図1(A)に示す誘導姿勢(後述)をとる設定とされている。
また、この実施形態では、バルブ装置50は、排気ガスと熱交換を行うエンジン冷却水の温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの圧力に依らず強制的にバルブ54を閉止姿勢で保持するようになっている。具体的には、図5に示される如く、アウタパイプ32における排気ガス流れ方向の下流側には、内部がエンジン冷却水流路34に連通した第1冷却水入口パイプ70が接続されている。第1冷却水入口パイプ70の端部には、サーモアクチュエータ72が配設されており、サーモアクチュエータ72は、内部に充填したワックスの熱膨張によって第1冷却水入口パイプ70に対する突出量を増す押圧ロッド72Aを有する。押圧ロッド72Aは、エンジン冷却水温が80℃以上である場合に、レバー64を押圧してバルブ54を上記した誘導姿勢よりも開度が大きい全開姿勢とする(全開姿勢を維持する)ようになっている。図示は省略するが、全開姿勢は、閉止姿勢から矢印A方向に略90°回動した姿勢とされている。
図1(A)及び図5に示される如く、第1冷却水入口パイプ70の中間部には、該第1冷却水入口パイプ70を経由して排気系熱交換器14のエンジン冷却水流路34にエンジン冷却水を導入するための第2冷却水入口パイプ74が接続されている。一方、図2に示される如く、アウタパイプ32における排気ガス流れ方向の上流側には、エンジン冷却水流路34からエンジン冷却水を排出するための冷却水出口パイプ76が接続されている。冷却水出口パイプ76は、アウタパイプ32のほぼ上下方向頂部(最上部)に連通しており、第2冷却水入口パイプ74は、アウタパイプ32の上下方向頂部よりも若干下側に連通した第1冷却水入口パイプ70の最上部であって、アウタパイプ32の最上部よりも高位である部分に連通している。第2冷却水入口パイプ74及び冷却水出口パイプ76は、内燃機関エンジン、ラジエータ、ヒータコアを含む冷却水循環路に、少なくともエンジン冷却水流れに沿って内燃機関エンジンと直列となるように接続されている。
以上により、排気系熱交換器14は、排気ガスの流れ方向とエンジン冷却水の流れ方向とが反対向きである向流型熱交換器とされており、この実施形態では、排気系熱交換器14は、排気ガスが螺旋溝26Aに沿って螺旋状の流れを生じると共に、エンジン冷却水が螺旋溝26Bに沿って排気ガスとは逆向きの螺旋状の流れを生じることで、コンパクトで熱交換効率の高い構成とされている。また、排気系熱交換器14では、バイパス流路36を通過することによる排気ガスの圧力損失(背圧)が、排気ガス流路30を通過することによる排気ガスの圧力損失に対し十分に小さく、バルブ54が開放姿勢をとる場合に排気ガスは主にバイパス流路36を流通するようになっている。
(背圧抑制構造)
排気系熱交換器14から排気ガスを排出するための排気管18Cは、上流端が熱交換器後部シェル46に接続されたパイプ78にて構成されている。パイプ78すなわち排気管18Cは、上流側開口端78Aを熱交換器後部シェル46内の排気ガス出口ヘッダ48で開口させている。燃料タンク20との干渉を回避するために車体前後方向に対し傾斜している排気管18Cは、パイプ78の上流側開口端78A側端部を、熱交換器後部シェル46の後端及び車幅方向一端の角隅部46Bに接続させて構成されている。
したがって、排気系熱交換器14のバイパス流路36を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ38を経由して熱交換器後部シェル46の排気ガス出口ヘッダ48に排出され、この排気ガス出口ヘッダ48から上流側開口端78Aを経由して排気管18Cに導かれ、排気系熱交換器14から排出される構成とされている。このように、バルブ装置50(バルブ54)の動作ペースを確保するために排気ガス案内パイプ38の下流側開口端38Bと排気管18Cの上流側開口端78Aとが離間している車両用排気系構造10では、排気ガス案内パイプ38から排気管18Cにスムースに排気ガスを流すために、以下に示す構成を採用している。
図1(A)に示される如く、上流側の一部がインナパイプ28に同時期的に接続された排気ガス案内パイプ38は、その下流側の一部が下流側開口端38Bを上流側開口端78A(熱交換器後部シェル46の角隅部46B)側に向けるように湾曲した湾曲部80とされており、排気ガスを上流側開口端78A側に案内するようになっている。すなわち、湾曲部80は、図1に破線にて示す如く、マクロ的に緩やかなカーブを描く仮想的な排気ガス流れ(の境界層)Fを生成するように、該排気ガスを案内するようになっている。
一方、排気管18Cの上流側開口端78Aは、排気管18Cの軸線(長手方向)との任意の直交面Sから排気ガス流れFのうち外周側流れFoを受け入れる側の端部78Bまでの距離Loが、上記直交面Sから内周側流れFiを受け入れる側の端部78Cまでの距離Liに対して大とされるように、該任意の直交面Sに対し傾斜した平面に沿って開口している。これにより、上流側開口端78Aは、軸直角断面に沿った開口面を有する構成と比較して上流側開口端78Aの開口面積(見掛けの開口面積)が大きい構成とされている。
さらに、バルブ54は、上記した通り内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の排気ガスの圧力によって排気ガス案内パイプ38を所定の開度で開放する誘導姿勢をとる構成とされている。図1(A)に示す誘導姿勢では、バルブ54は、実際の排気ガス流れが上記した仮想的な排気ガス流れFの外周側流れFoに倣うように、該排気ガスを案内する誘導版として機能するガス誘導部としての誘導板部54Aを有する。誘導板部54Aは、バルブ54の誘導姿勢で、排気ガス流れF側に凸の曲面状を成す。この誘導板部54Aは、バルブ54における閉止位置で弁座55に当接する環状のシール部54Bの内側に形成されている。これにより、誘導姿勢をとるバルブ54は、誘導板部54Aにおいて排気ガスを仮想的な排気ガス流れFに倣うように、上流側開口端78A(端部78B)に向けて案内する構成とされている。
この実施形態では、図1(A)の1B−1B線に沿った断面図である図1(B)に示される如く、バルブ54の誘導板部54Aは、排気ガス流れFの外周側流れFoに周方向の所定範囲で接触するように、上下方向中央部が排気ガス流れF側に凹となる曲面形状に形成されている。これにより、バルブ54は、排気ガス流れFを流れ方向から見た場合の周方向の所定範囲に亘って、該排気ガス流れFの外周側流れFoに接するように位置し、排気ガスを上流側開口端78A(端部78B)に案内する構成とされている。なお、図1(B)では、アーム62の図示を省略している。
次に、本実施形態の作用を説明する。
上記構成の車両用排気系構造10では、エンジン冷却水温が低い場合には、サーモアクチュエータ72に対しバルブ54がフリーとされ、バルブ装置50は自圧バルブとして作用する。このため、排気ガスの圧力が低い運転条件では、リターンスプリング68の付勢力によって排気ガス案内パイプ38すなわちバイパス流路36が閉止され、排気ガスは、熱交換部14Aの排気ガス流路30を流れ、エンジン冷却水流路34を流れるエンジン冷却水との熱交換が行われる。これにより、内燃機関エンジンの暖機促進や、低温始動時の暖房維持が果たされる。
例えば加速や登坂等の内燃機関エンジンの出力が増す運転条件で、排気ガスの圧力が上昇すると、この排気ガスの圧力を受けたバルブ54は、リターンスプリング68の付勢力に抗し矢印A方向に回動し、開放姿勢に至る。これにより、排気ガスは、主にバイパス流路36を流れ、排気ガス流路30を流れる場合と比較して背圧が低減される。すなわち、自圧バルブとして機能するバルブ装置50を備えた車両用排気系構造10では、内燃機関エンジンの暖気等のための排気熱回収よりも出力確保のための背圧低減が優先される場合に、排気ガスが熱交換部14Aをバイパスしてバイパス流路36を流れることで、自動的に背圧の低減が果たされる。
そして、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際には、その排気ガスの圧力でバルブ54が図1(A)に示す誘導姿勢(排気ガスの圧力による最大開度)となる。
ここで、車両用排気系構造10では、排気ガス案内パイプ38における下流側開口端38B側の少なくとも一部が、該下流側開口端38Bをパイプ78の上流側開口端78A(熱交換器後部シェル46の角隅部46B)に向けるように湾曲した湾曲部80であるため、図1(A)に示すような排気ガス流れFが生成されやすい。一方、排気管18Cの上流側開口端78Aは、排気管18Cの任意の直交面Sに対し傾斜しているため、見かけの開口面積が広く、しかも外周側流れFo側の端部78Bが下流側開口端38Bに近接するように傾斜しているため、排気ガス流れFの外周側流れFoを効果的に誘い込むことができる。
さらに、車両用排気系構造10では、誘導姿勢(自圧による最大開度)に位置するバルブ54が誘導板部54Aによって排気ガス流れFを乱すことなく、かつ上流側開口端78Aに案内するため、排気に伴う背圧が内燃機関エンジンの最高出力に影響を与えることが防止される。これにより、所定容量の燃料タンク20の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器14による排気熱回収(燃費向上)とを共に成立させることができる。
例えば、図6に示す第1比較例に係る車両用排気系構造100では、排気系熱交換器14から排出された排気ガスを略直線状に後方に排出するために、車体前後方向に長手とされた排気管102の上流端が、熱交換器後部シェル46の後端に接続されている。この構成では、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際の背圧を低く抑えることができるものの、燃料タンク20の搭載(回避)を許容することができず、タンク容量を確保することが困難となる。また、図7に示す第2比較例に係る車両用排気系構造110では、湾曲部80を有しない排気ガス案内パイプ38は、排気管18C(上流側開口端78A)に向かう速度成分(ベクトル)を有しない直線的な排気ガス流れを生成し、この排気ガス流れは開放姿勢をとるバルブ112によって(当たって)乱され、排気ガスを任意の直交面Sに沿った開口端114を有する排気管18Cに流入させる際に大きな抵抗を生じてしまう。このため、車両用排気系構造110では、排気ガスの背圧上昇に起因して内燃機関エンジンの最高出力が低く抑えられてしまう。
これらに対して車両用排気系構造10では、上記の通り、主に湾曲部80と誘導板部54Aとによる排気ガスの案内効果と、上流側開口端78Aによる排気ガス受け入れ効果とによって、所定容量の燃料タンク20の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器14による排気熱回収(燃費向上)とを共に成立させることができる。
また、車両用排気系構造10では、エンジン冷却水温が80°以上になると、サーモアクチュエータ72の押圧ロッド72Aが回動軸52のレバー64を押圧してバルブ54を全開位置に保持する。これにより、排気ガスは主にバイパス流路36を流れ、排気ガス案内パイプ38、熱交換器後部シェル46の排気ガス出口ヘッダ48を経由して排気管18Cから排出される。この場合、排気ガスは、主に湾曲部80による排気ガスの案内効果と、上流側開口端78Aによる排気ガス受け入れ効果とによって、所定容量の燃料タンク20の搭載と、最高出力の確保と、排気系熱交換器14による排気熱回収(燃費向上)とを共に成立させることができる。このように、車両用排気系構造10では、バルブ54の曲面状の誘導板部54Aに頼ることのない運転状態(エンジン冷却水温が80℃以上の場合)でも、排気ガスの流れ方向をスムースに変化させることができ背圧上昇を抑制可能である。 したがって、本発明は、自圧式のバルブ装置50を有する構成には限定されず、例えばバキューム式やモータ式などのアクチュエータによってのみ駆動されるバルブを設けて構成しても良い。これらの構成においても、バルブ54に曲面状の誘導板部54Aを設け、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、バルブ54を誘導姿勢に保持させることが可能である。すなわち、サーモアクチュエータ72によるバルブ54の全開姿勢を、上記した誘導姿勢に一致する構成として、エンジン冷却水温が80°以上の場合にも誘導板部54Aによる排気ガスの誘導効果を得るようにしても良い。
なお、上記実施形態では、排気ガス案内パイプ38が隔壁パイプ26(排気管18B)とは別部材として構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、これらを一体に構成しても良い。
また、上記実施形態では、誘導板部54Aがバルブ54に一体に形成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば別体にて構成した誘導板部54Aをバルブ54に取り付けて構成しても良い。
さらに、上記実施形態では、隔壁パイプ26、インナパイプ28、アウタパイプ32、排気ガス案内パイプ38が略円筒状である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、これらの一部又は全部を矩形状等の多角形断面を有する筒状に形成することができる。
またさらに、本発明は、排気系熱交換器14の有無や構成によって限定されることはなく、各種構成の排気系熱交換器14を用いることができ、また、例えば排気系熱交換器14に代えて、ゼーベック効果により温度差に応じて起電力を生じる熱発電モジュールを備えた排気熱発電装置における高温側の熱源として排気ガスを用いる構成、触媒コンバータ12の排気ガス出口等に本発明を適用することも可能である。
さらに、
本発明の実施形態に係る排気系構造を示す図であって、(A)は要部を拡大して示す拡大平面断面図、(B)は図1(A)の1B−1B線に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成する排気系熱交換器を示す平面断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造の概略全体構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成するバルブ装置を示す軸直角断面図である。 本発明の実施形態に係る排気系構造を構成するバルブ装置のリニアアクチュエータを示す平面図である。 本発明の実施形態との第1比較例に係る排気系構造における図1(A)に対応する部分を示す平面断面図である。 本発明の実施形態との第2比較例に係る排気系構造における図1(A)に対応する部分を示す平面断面図である。
符号の説明
10 車両用排気系構造(排気系構造)
14 排気系熱交換器
18C 排気管(排気ガス流出管部)
28 インナパイプ(バイパス管部)
36 バイパス流路(上流ガス流路)
38 排気ガス案内パイプ(排気ガス流入管部)
46 熱交換器後部シェル(シェル)
54 バルブ(弁)
54A 誘導板部(ガス誘導部)
78 パイプ(排気ガス流出管部)
78A 上流側開口端(排気ガス流出管部のシェル内での開口端)
80 湾曲部(排気ガス流入管部)

Claims (8)

  1. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
    長手方向の一端が前記シェルの下流端側で開口され、該シェル内から排気ガスを流出させるための排気ガス流出管部と、
    前記ガス流出管部の長手方向との交差方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口され、かつ少なくとも下流端側の一部が前記排気ガス流出管の開口端側に向けて湾曲している排気ガス流入管部と、
    前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
    前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
    を備え
    前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
  2. 前記排気ガス流出管部の前記シェル内での開口端は、該排気ガス流出管部の長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている請求項1記載の排気系構造。
  3. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
    所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、
    前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に上流端が前記シェルの下流端側で開口され、かつ前記シェル内での開口端における前記長手方向に対する任意の直交面からの距離が、排気ガス流の外周側において内周側よりも長く設定されている排気ガス流出管部と、
    前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
    前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
    を備え
    前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
  4. 排気ガスが流通可能に設けられたシェルと、
    所定方向に長手とされた上流ガス流路に連通されると共に、下流端が前記シェル内の上流端側で開口された排気ガス流入管部と、
    前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように前記上流ガス流路の長手方向との交差方向に長手とされると共に該長手方向の上流端が前記シェルの下流端側で開口された排気ガス流出管部と、
    前記上流ガス流路の排気ガスの圧力に応じて前記排気ガス流入管部の前記シェル内での開口端を開閉する弁と、
    前記弁に設けられ、該弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に排気ガスを誘導するための誘導形状を有するガス誘導部と、
    を備え
    前記ガス誘導部の一部は、前記弁が前記排気ガス流入管部を所定の開度とする姿勢で、前記排気ガス流入管部から前記排気ガス流出管部に向かう排気ガス流れの外周側流れに接するように位置する排気系構造。
  5. 前記弁は、前記上流ガス流路に排気ガスを排出する内燃機関エンジンが最高出力を発生する際に、前記排気ガス流入管部の開口端を所定の開度にするように設定されている請求項1〜請求項の何れか1項記載の排気系構造。
  6. 前記排気ガス流出管部は、前記上流ガス流路に対し鈍角を成すように設定されている請求項1又は請求項記載の排気系構造。
  7. 前記上流ガス流路は、排気ガスと冷媒との熱交換を行う排気系熱交換器をバイパスするためのバイパス管部内に形成されており、
    前記シェルには、前記排気系熱交換器の排気ガス出口が連通されている請求項1請求項の何れか1項記載の排気系構造。
  8. 前記バイパス管部は、前記排気系熱交換器の軸心部を直線状に貫通している請求項記載の排気系構造。
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