JP7205452B2

JP7205452B2 - 排気通路

Info

Publication number: JP7205452B2
Application number: JP2019221108A
Authority: JP
Inventors: 昌彦浅野; 満帆井手; 和弘北川; 真二郎三枝; 栄介保科; 健司大橋; 建光鈴木; 直芳勝美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: JP2021088984A

Description

本発明は、排気通路に関する。

内燃機関の排気管には、排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサが設けられている。内燃機関の運転制御では、例えば検出された酸素濃度に応じて吸入空気量や燃料噴射量が調整されて、空燃比が制御される。
各気筒から出る排ガスは、エキゾーストマニホールドを経て一つの排気管に流入する。排ガスの流れは下流方向への指向性が高く、排気管断面内で偏りが生じやすいため、センサに到達するまでに撹拌するための機構を設けることが検討されている。

特許文献１には、排気流を分散する分散板として、２つのプレートを組み合わせた分散板が開示されている。
特許文献２には、第１の排気管と第２の排気管との間に孔を備えた突起部を設けることが開示されている。特許文献２によれば、排気が当該突起部近傍を通過するときに乱流となって、排気が拡散されると記載されている。

特開２０１６－７９９６２号公報特開２０１４－１２６００９号公報

上記特許文献１～２の分散板等はいずれも開口率が小さいため、圧力損失が大きくなりやすいという問題があった。また特許文献１の分散板は、複数のプレートを使用するため、製造コストや信頼性の点で不利なものであった。また、特許文献２の突起部は、孔とセンサの配置によっては、センサへのガス当たり流量が低下してセンサの応答性が悪化する場合があった。

上記課題を解決するために、例えば、排気管の内面と円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなる突出部を形成することによって、排気管内における圧力損失を抑制しつつ排気ガスを効率良く撹拌することが考えられる。しかしながら、排気管内に突出部を形成すると、突出部内において圧力損失が発生する虞がある。

本発明はこのような問題を解決するものであり、圧力損失をより抑制しながら、高い撹拌効果を有する排気通路を提供するものである。

本実施形態にかかる排気通路は、
排気管と、
前記排気管の内面に円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなる突出部と、を備える排気通路であって、
前記突出部の上流端に、前記突出部を貫通する複数の貫通孔が設けられており、
突出部の円周方向の両端から遠い貫通孔の面積が、前記両端に近い貫通孔の面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明により、圧力損失をより抑制しながら、高い撹拌効果を有する排気通路を提供できる。

本実施形態に係る排気通路の一例を示す模式的な側面図である。突出部の一例を示す模式的な側面図である。突出部の一例を示す模式的な正面図である。排気通路の別の一例を示す模式的な側面図である。突出部の別の一例を示す模式的な側面図である。突出部の別の一例を示す模式的な側面図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。なお、本明細書においては、排気管の軸方向（延在方向）の下流向きにＸ軸をとり、Ｘ軸に垂直な面をＹＺ面（単に断面ともいう）とする。

図１の例に示す排気通路１０は、内燃機関用に好適に用いられる排気通路であって、少なくとも排気管１１（１１Ａ，１１Ｂ）と、突出部２２とを備え、さらに接続具２３等の各種の構成を備えていてもよいものである。突出部２２には、複数の貫通孔が形成されている。突出部２２は、排気管の延在方向に傾くテーパ状の部材であり、上流側の端において排気管１１と接する。突出部２２は、内面が排気管１１の内面と連続的に形成されている。突出部２２は、排気管１１の下流側ほど断面積が小さくなる。ここで突出部２２の断面とは、排気管１１の軸に対して垂直な円弧状の断面をいい、突出部２２の断面積とは、円弧と、円弧の端点と排気管１１の中心とを結んだ線により構成される扇形の面積をいう。本実施形態の排気通路は、圧力損失をより抑制しながら、高い撹拌効果を有する。このことについて図２及び図３を参照して説明する。

図２及び図３は、突出部２２により排ガスが撹拌される機構を説明するための模式的な図である。図３の例に示すように、突出部２２には、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈが形成されている。図２の例に示すように、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈは、突出部２２の上流端２５に設けられており、突出部２２を貫通する。
図２の例に示すように、排ガスは上流から下流に流れる際に、突出部２２を通過する。突出部２２は下流側ほど断面積が小さくなる構造を有しているため、下流に進むにしたがって突出部２２の気体が突出部２２外に押し出されて実線矢印に示す気流が発生する。図３に示すように、この気流は突出部２２全域で連続的に生じて旋回流となり、突出部２２通過後においても管内全体で排ガスの撹拌が進む。その結果、排ガスの面均一性が向上し、センサによる測定精度が向上する。また、本実施形態の排気通路は、突出部においても比較的開口部が大きくまた、前述する旋回流が管内全体に広がるため、圧力損失の増加を抑制することができる。
突出部２２の上流端２５に複数の貫通孔２２ａ～２２ｈが形成されているため、突出部２２の気体の一部が複数の貫通孔２２ａ～２２ｈから突出部２２外に押し出されて点線矢印に示す気流が発生する。その結果、突出部２２内における圧力損失の発生を抑制することができる。図２及び図３の例に示すように、突出部２２の円周方向の両端（端点２６）から遠い貫通孔の面積が当該両端に近い貫通孔の面積よりも大きくなるように形成されているため、貫通孔２２ｄ，２２ｅから押し出される排ガスの量が貫通孔２２ａ，２２ｈ等から押し出される排ガスの量よりも多い。その結果、突出部２２の円周方向の両端から遠い部分における圧力損失の発生をより抑制することができる。複数の貫通孔２２ａ～２２ｈから排ガスが押し出されて発生する気流は、前述する旋回流と衝突し、排ガスの撹拌が進む。その結果、排ガスの面均一性がさらに向上する。
図２の例に示すように、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈは、例えば排気管の延在方向を長手方向とするスリットであってもよい。この場合、突出部２２の円周方向の両端から遠い貫通孔のスリット長Ｌは、当該両端に近い貫通孔のスリット長Ｌよりも長くなるように形成される。なお、突出部２２に形成される複数の貫通孔の数は特に限定されず、排気管１１の直径等に応じて適宜変更することができる。

本実施形態において、図１の例に示すように、排気管１１は、上流側の排気管１１Ａ及び下流側の排気管１１Ｂを含む構成であってもよい。排気管１１Ａは、下流端が排気管１１Ｂの上流端に接続された状態で使用される。排気管１１Ａ，１１Ｂを接続する方法は特に限定されず、例えば図１の例に示すように接続具２３を用いて接続されてもよい。
排気管１１Ａ，１１Ｂを含む構成である場合、突出部２２は、接合部位における腐食抑制、及び突出部２２の先端位置精度向上の観点から、上流側の排気管１１Ａと一体的に成型されることが好ましい。突出部２２を排気管１１Ａと一体的に成型する場合、排気管１１Ａの下流端に形成された突出部２２が排気管１１Ｂの上流端に入り込むように、排気管１１Ａが排気管１１Ｂに嵌め込まれる。突出部２２を排気管１１Ａと一体的に成型する方法としては、例えば排気管１１Ａの下流端側を折り曲げて突出部２２とするプレス加工が挙げられる。プレス加工によって突出部２２を排気管１１Ａと一体的に成型する場合、突出部２２を排気管１１Ａに溶接する必要がないため、突出部２２と排気管１１Ａとの接合部における腐食発生が抑制される。また、溶接歪みが起こらないため、突出部２２の位置精度が向上する。
プレス加工によって突出部２２を排気管１１Ａと一体的に成型する場合、図１の例に示すように、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈは、排気管１１Ａ本体部から突出部２２に亘って連続的に形成されることが好ましい。複数の貫通孔２２ａ～２２ｈを排気管１１Ａ本体部から突出部２２に亘って連続的に形成すると、プレス加工時に突出部２２の根元におけるしわの発生が抑制されるため、排気管１１Ａの真円度が向上し、ガス漏れの発生が抑制される。

下流側の排気管１１Ｂの形状は特に限定されず、例えば図４の例に示すようにフレキシブル管であってもよい。なお、図４では、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈの図示を省略している。図４の例に示すように排気管１１Ｂの内径が排気管１１Ａの外径に比較して小さい場合、突出部２２と排気管１１Ｂとの干渉を防ぐために、突出部２２の傾きを大きくすることが望ましい。この場合においても、複数の貫通孔２２ａ～２２ｈを排気管１１Ａ本体部から突出部２２に亘って連続的に形成すると、プレス加工時に突出部２２の根元におけるしわの発生を抑制することができる。

突出部２２を排気管１１Ａと一体的に成型する場合、図４の例に示すように、排気管１１Ａ本体と突出部２２の円周方向の両端との継ぎ目に弧状部２４を形成してもよい。弧状部２４は、弧状部２４の両端を結ぶ仮想直線よりも排気管１１Ａ本体と突出部２２との接合部分側に凹む形状を有する。弧状部２４は、図５の例に示すように、排気管１１Ａ本体と突出部２２とを繋げるように形成されてもよいし、図６の例に示すように、突出部２２の円周方向の上流側を凹ませるように形成されてもよい。弧状部２４が形成される場合、プレス加工時に排気管１１Ａ本体と突出部２２の円周方向の両端との継ぎ目近傍における形成抵抗を抑制することができるため、当該継ぎ目近傍におけるしわの発生を抑制することができる。また、排ガスが通過する際における当該継ぎ目近傍における集中応力を低減することができる。

上記本実施形態の排気通路は、上述のとおり圧力損失を抑制しながら高い撹拌効果を有するものであり、例えば内燃機関の排気通路として好適に用いることができる。

１０排気通路、１１（１１Ａ，１１Ｂ）排気管、２２突出部、２２ａ～２２ｈ複数の貫通孔、２３接続具、２４弧状部、２５上流端、２６端点。

Claims

排気管と、
前記排気管の内面に円周方向の一部の範囲で連続して設けられ、排気管の延在方向に傾き排気管の下流側ほど断面積が小さくなる突出部と、を備える排気通路であって、
前記突出部の上流端に、前記突出部を貫通する複数の貫通孔が設けられており、
突出部の円周方向の両端から遠い貫通孔の面積が、前記両端に近い貫通孔の面積よりも大きい、
排気通路。