JP6901380B2 - 内燃機関用排気管の集水チャンバ - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関用の排気管に関し、特に凝縮した水が集まる集水チャンバに関する。

内燃機関が搭載された車両は、内燃機関の排気を排出する排気管を有する。排気管の途中には、触媒コンバータやマフラが設けられている。内燃機関を車両の前部に搭載する一般的な車両において、排気管は車体の下を通って後方に延びる。このとき、排気管は、車体下部に配置される他の構造物を回避するなど、配置の都合によって昇降して延びる。昇降する排気管の低い位置にある部分の内部には、排気中に含まれる水蒸気が凝縮した水が集まる場合がある。

下記特許文献１には、排気管の低く位置する部分（センターパイプの水平部２２Ｃ）の後端部から高く位置するマフラ（リアマフラー２６）に至る部分（インレットパイプの水平部分２４Ｂ）までの区間に排気管内部を上下に仕切る仕切り部材（３６）が設けられている。仕切り部材（３６）が設けられた区間において、排気管の上側部分と下側部分は仕切り板（３６）により遮断され、上側部分の流れと下側部分の流れは独立している。排気管の低い位置にある部分に集まった水は、内燃機関の排気の流れによって仕切り板（３６）の下側の部分を通って排出される。

特開２０１５−１５８１４９号公報

排気管内を完全に上下に仕切る仕切り板を排気管内に設けると水が溜まったときに、排気の通る流路が限定されてしまい、内燃機関の背圧が大きくなる場合がある。

本発明は、排気管内で水が集まる部分に水が溜まったときに、背圧の上昇を抑えることを目的とする。

本発明に係る内燃機関用排気管の集水チャンバ、つまり排気管内で凝集した水が集まる部分は、排気が流れる管路を形成する外殻部材と、外殻部材内に配置され、この外殻部材の内部を上下に仕切る仕切り板とを有する。仕切り板は、上流側端部および下流側端部の左右側縁において外殻部材に接合され、上流側端部と下流側端部の間の中間部の少なくとも一部において左右側縁と外殻部材との間には隙間が設けられている。さらに、仕切り板は、上流側に下流に行くに従って徐々に下降する下降部分を有し、また下降部分に続いて下流側に外殻部材の高さの中央付近に水平に延びる水平部分を有し、また水平部分に続いて更に下流側に下流に行くに従って上昇する上昇部分を有する。さらに、下降部分の一部と外殻部材の間、および上昇部分の一部と外殻部材の間に前記の隙間が設けられている。

外殻部材と仕切り板の側縁の間に隙間を設けることにより、仕切り板の上側の空間と下側の空間が連通し、水が溜まったときに排気の一部が隙間を通って下側から上側に流れる。これにより、背圧の上昇を抑えることができる。

車両の排気系の要部構成を示す図である。 内部を透視した集水チャンバの側面図である。 内部を透視した集水チャンバの平面図および断面図である。 集水チャンバの機能を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、車両に搭載された内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１において、左方が車両に搭載されたときの車両前方であり、上方が車両上方である。排気管１０は、前端が車両の前部に搭載された内燃機関（不図示）に接続され、内燃機関の排気を車両の後端に導き、そこから排出する。排気管１０の経路の途中には、触媒コンバータ１２、サブマフラ１４、メインマフラ１６が設けられている。触媒コンバータ１２は、排気ガス中の有害成分を酸化および還元させることで減少させる。また、サブマフラ１４およびメインマフラ１６は、高温、高圧の排気の温度、圧力を低下させ、騒音を抑える。以下の説明において、「上流」および「下流」の語句は、排気の流れ方向に関する上流、下流を表す。

排気管１０は、車両の他の構造物を回避するなど配置の都合によって昇降して延びる。例えば、車室のフロア下方や燃料タンクの下方では低い位置に配置され、後車軸の周辺では、サスペンションのロアアームやアクスルビームを避けるために、比較的高い位置に配置される。したがって、排気管１０は、排気の流れ方向において、一旦低い位置に配置された後、高い位置に配置され、その間、上りの傾斜が形成される。

内燃機関の排気には、燃料が燃焼して生じた水蒸気が含まれ、これが排気管内で冷やされると凝縮して水となる。排気管１０が後端に向かって徐々に低くなるように配置されていれば、排気管１０内の水は、後端から排出される。しかし、前述のように、排気管１０は、途中に他の部分より低く配置された部分があり、この部分に水が集まり溜まる。排気管１０においては、メインマフラ１６より少し上流側に集水チャンバ１８が設けられ、ここに水が集まる。集水チャンバ１８には、集まった水を排気の流れおよび圧力を利用して送り出す構造が採用されている。集水チャンバ１８から送り出された水は、排気管１０の傾斜を昇ってメインマフラ１６に送られ、さらに排気管１０の後端開口から排出される。

図２は、集水チャンバ１８を、車両に搭載された状態において車両の側方から視た図であり、内部の構造が見えるよう外側の部材が透かされて表されている。図３は、（ａ）が車両の上方から視た図であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線による断面図である。図３の（ａ）は、内部構造が見えるよう外側の部材が透かされて表されている。集水チャンバ１８は、排気管１０の一部となって管路を形成する外殻部材２０と、外殻部材２０の内部に配置され、外殻部材２０の内部空間を上下に仕切る仕切り板２２を含む。

外殻部材２０は、上流側の端部が略円筒形状を有し、集水チャンバ１８より上流の円管の排気管１０と接合可能となっている。また、下流側の端部も同様に略円筒形状をしている。外殻部材２０は、上流側端部および下流側端部の間の中間部分において、横方向に広がった平たい形状をしており、また、下流側の部分は上方に傾斜している。外殻部材２０は、天井面を形成する上側外殻２４と、底面および側面を形成する下側外殻２６とを有し、側面において、上側外殻２４と下側外殻２６が溶接等の手法により接合して形成される。

仕切り板２２は、上流側の端部および下流側の端部において、仕切り板２２の側縁が上側外殻２４に接合される。具体的には、仕切り板２２は、図３の（ａ）に斜線を施した領域（以下、溶接領域と記す。）Ｗ１，Ｗ２において溶接されて上側外殻２４に固定される。仕切り板２２の上流側と下流側の溶接領域Ｗ１，Ｗ２の間の側縁は、上側外殻２４との間に隙間２８を形成して位置している。隙間２８は、上流側、下流側の溶接領域Ｗ１，Ｗ２の間の部分の全体に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。

仕切り板２２は、図２に示されるように、上流側の端部では、上側外殻２４に近接しており、下流に行くに従って下側外殻２６に向けて徐々に下降し、外殻部材２０の高さ方向の中央付近に達するとそこから水平に延び、下流側の端に近づくと上側外殻２４に向けて上昇して後端は、上側外殻２４近傍に達する。これらの、仕切り板２２の下降する部分、水平に延びる部分、および上昇する部分をそれぞれ、下降部分２２ａ、水平部分２２ｂおよび上昇部分２２ｃと記す。

図３に示されるように、仕切り板２２の幅方向寸法は、下降部分２２ａで下流に向けて徐々に広がり、外殻部材２０の側壁近傍に達し、水平部分２２ｂにおいては、外殻部材２０の幅と同様に一定の幅で下流に延び、上昇部分２２ｃで狭まる。下降部分２２ａの両側の側縁は、概略的に、下流に向けて間隔を広げ、上流側部分の側縁が上側外殻２４に溶接され、下流側部分の側縁が上側外殻２４との間に隙間２８を開けて位置している。この部分の隙間を隙間２８ａと記す。隙間２８ａが形成された部分の集水チャンバ１８の断面が図３の（ｃ）に示されている。仕切り板の水平部分２２ｂの側縁は、外殻部材２０の側壁に沿って延びている。上昇部分２２ｃの側縁は、概略的に狭まり、上流側部分の側縁は上側外殻２４との間に隙間２８を開けて位置し、下流側の端において上側外殻２４に溶接されている。上昇部分２２ｃにより形成された隙間２８を隙間２８ｂと記す。隙間２８ｂが形成された部分の集水チャンバ１８の断面が図３の（ｄ）に示されている。

仕切り板２２の上流側の端縁は、上側外殻２４と間隔を開けて配置されており、ここから仕切り板２２より上側の空間に排気が流入することができる。また、仕切り板２２の下流側の端縁も、上側外殻２４と間隔を開けて配置されており、ここから仕切り板２２の上側の空間の排気が流出することができる。以降において、仕切り板２２より上側の空間を上側流路３２、下側の空間を下側流路３４と記す。

図４は、排気管１０内の水が集まり、集水チャンバ１８に溜まった状態を示している。集水チャンバ１８に溜まった水を以降、溜まり水３６と記す。集水チャンバ１８を通る排気は、上側流路３２の上流側の開口が小さいため、多くの部分が下側流路３４を流れる。集水チャンバ１８の底部に溜まり水３６があると、溜まり水３６は、下側流路３４の上下方向の寸法を狭める。このため、溜まり水３６の水面近くに排気の強い流れが形成され、この気流によって溜まり水３６が下流に向けて送り出される。また、排気の流れは脈動流であり、溜まり水３６の水面をより波立たせ、しぶきが上がり、しぶきが排気の流れに乗って吹き上げられて下流側の排気管１０の傾斜を昇って集水チャンバ１８から排出される。

溜まり水３６の水位が低いときには、排気の大部分は、矢印Ｆのように仕切り板の下降部分２２ａの傾斜に沿って下降し、そのまま下側流路３４に送り込まれる。溜まり水３６の水位が上昇すると、下側流路３４が狭まり排気が通りにくくなるため、排気は、矢印Ｇのように仕切り板２２の端縁と外殻部材２０の間に形成された隙間２８、特に隙間２８ａを通って下側流路３４から上側流路３２に流れる。また、上側流路３２の後部においては、矢印Ｈのように、上側流路３２から隙間２８、特に隙間２８ｂを通って下側流路３４に流れる。これにより、排気の流路断面積が増加し、背圧の上昇が抑制される。

１０ 排気管、１２ 触媒コンバータ、１４ サブマフラ、１６ メインマフラ、１８ 集水チャンバ、２０ 外殻部材、２２ 仕切り板、２４ 上側外殻、２６ 下側外殻、２８ 隙間、３２ 上側流路、３４ 下側流路、３６ 溜まり水。

Claims (1)

1. 車両に搭載される内燃機関の排気を送る排気管に設けられ、排気管内の凝縮水が集まる集水チャンバであって、
   排気が流れる管路を形成する外殻部材と、
   前記外殻部材内に配置され、当該外殻部材の内部を上下に仕切る仕切り板と、
   を有し、
   前記仕切り板は、上流側端部および下流側端部の左右側縁において前記外殻部材に接合され、前記上流側端部と前記下流側端部の間の中間部の少なくとも一部において左右側縁と前記外殻部材との間には隙間が設けられており、
   さらに、前記仕切り板は、上流側に下流に行くに従って徐々に下降する下降部分を有し、また前記下降部分に続いて下流側に前記外殻部材の高さの中央付近に水平に延びる水平部分を有し、また前記水平部分に続いて更に下流側に下流に行くに従って上昇する上昇部分を有し、
   さらに、前記下降部分の一部と前記外殻部材の間、および前記上昇部分の一部と前記外殻部材の間に前記隙間が設けられている、
   内燃機関用排気管の集水チャンバ。

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