JP7507681B2 - 排気ガス拡散装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス拡散装置に関する。

上記構成の排気ガス拡散装置として、排気管の端部位置に排気ガスを拡散させるための筒状の部材を装着するものが特許文献１及び特許文献２に記載されている。

特許文献１は、取付管に対し排気管より大径で、排気管側の端部に外気を導入する複数の導入口を有し、内部に自由回転するファンを設けた混合排出管を予め取り付けたユニット（特許文献１ではマフラーカッター）が記載されている。

この構成では、排気管の後端に取付管を装着することで排気管の後端に対し一部重複するように混合排出管が配置され、混合排出管は、排気ガスの他に外気を取り込み、この混合排出管の中間部位に配置したファンの回転で排気ガスの拡散し、排気ガスの濃度を低減させ、この後に排出している。

特許文献２は、断面形状が楕円の筒体の一方の端部に排気管接続用金具を取り付け、筒体には、第一の外気導入口を形成し、筒体の内部に対向する位置関係で一対の案内翼を設けたユニット（特許文献２ではディフューザ）が記載されている。

この構成では、一対の案内翼の間で対向する部位でノズルを作り出し、このノズルの近傍の筒体に第二の外気導入口を形成している。この構成から、排気管接続用金具を排気管に接続することで、排気管からの排気ガスを筒体の内部に導入することが可能となり、導入された排気ガスはノズルの部位で流速が早まり、第二の外気導入口から外気を導入し、第一の外気導入口から外気を導入することで排気ガスの温度を低下させて排出される。

実開昭５２－１５２９１１号公報 実開昭５４－１０８８１７号公報

例えば、ディーゼル型のエンジンを備えたトラクタ等の作業車では、排気ガスを浄化するためにＤＰＦ（Diesel particulate filter ）を備えることもある。このようにＤＰＦを備えた場合には、浄化に伴う発熱によりエンジンから排出される排気ガスの温度が上昇し、充分に温度が低下しないまま排出されることも懸念された。

このような高温の排気ガスの温度低下を実現するため、例えば、特許文献１や特許文献２に記載される拡散の技術の利用も考えられる。しかしながら、特許文献１では、混合排出管の中間部位で排気ガスと外気とを混合させて排出する構成であるため、混合排出管の全長が長くなるものであった。また、特許文献２では、一対の案内翼で絞りノズルを構成するため、一対の案内翼が排気ガスの一部の流れを抑制するものであった。

このような理由から、排気管から排出される排気ガスの流れを抑制することなく、外気と排気ガスとの混合のための距離を短縮しつつ排気ガスの温度低下を実現する排気ガス拡散装置が求められる。

本発明に係る排気ガス拡散装置の特徴構成は、車両のエンジンの排気ガスを送り出す排気管の排出側端部の外径より、その内径が大径で前記排気管からの前記排気ガスを受け入れる位置に配置された外気混合筒に外気を導入し、導入した前記外気と前記排気ガスと混合させる排気ガス拡散装置において、前記排気管の前記排出側端部にボルトで取り付けられた中間筒体と、前記排気管の内部位置に配置されることにより、前記外気と前記排気ガスとの混合を促進する風向部材と、を備え、前記風向部材は、板状の部材であり、前記排気管の内側に向かって突出した状態で前記中間筒体に取り付けられ、前記風向部材は、前記排気管の前記排出側端部のみに設けられ、かつ、前記排気ガスの流動方向と直交する方向視で、前記外気混合筒に重複しない位置に配置されている点にある。

この特徴構成によると、排気管から排出される排気ガスは、外気とともに外気混合筒の内部に供給され、排気ガスと外気との流れが風向部材で決められるため、外気と排気ガスとの混合を促進できる。また、風向部材が、排気管の内部、又は、外気混合管のうち、排気ガスの流動方向の上流位置に配置されるため、外気と排気ガスとを外気混合管の内部空間の上流部から下流部に流れる距離を拡大することなく、外気と排気ガスと混合を進め、放熱も可能となる。
従って、排気管から排出される排気ガスの流れを抑制することなく、外気と排気ガスとの混合のための距離を短縮しつつ排気ガスの温度低下を実現する排気ガス拡散装置が構成された。

上記構成に加えた構成として、前記中間筒体が、前記排気管の前記排出側端部に外嵌または内嵌されても良い。

これによると、風向部材が排気管のみに配置されるため、簡単でありながら排気ガスを外気混合筒に案内できる。

上記構成に加えた構成として、前記風向部材は、前記排気管の内部に収容されても良い。

これによると、排気管の排出側端部に風向部材が配置されることにより、風向部材で流動方向が決められた排気ガスを、風向部材から直接的に外気混合筒の内部に供給することが可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記排気管の前記排出側端部と、前記外気混合筒のうち前記排気ガスの流動方向での上流側端部との間に隙間が形成されても良い。

これによると、排気管から外気混合筒に排気ガスが流れる際に負圧が発生し、この負圧の作用により、隙間から取り込んだ外気を外気混合筒に供給することが可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記排気ガスの流動方向と直交する方向視で、前記風向部材が、前記外気混合筒に重複しない位置に配置されても良い。

これによると、排気管に備えられた風向部材と、外気混合筒との間に外気が流れることが可能な隙間が作られるため、外気を取り込む際に、風向部材が外気の取り入れを阻害することもない。

上記構成に加えた構成として、前記風向部材が、前記排気ガスを前記外気混合筒の内周面に接触させる方向に案内するように姿勢が設定されても良い。

これによると、排気ガスを外気混合管の内周面に向けて案内するため、外気混合管の内面に排気ガスを接触させ効率的な放熱を可能にする。特に、排気ガスを外気混合筒の内周面に案内することにより、排気ガスが外気混合筒の内周面に沿って旋回させることも可能となり、外気と排気ガスとの混合を促進できる。

上記構成に加えた構成として、前記排気ガスの前記流動方向に沿う方向視において、複数の前記風向部材が点対称となる位置に配置されても良い。

これによると、複数の風向部材で排気ガスの流れを均等に案内することや、排気ガスを旋回させることも可能となり、外気と排気ガスとの効率的な混合を可能にする。

排気ガス拡散装置を備えたトラクタの側面図である。 排気管と中間筒体と風向部材との分解斜視図である。 風向部材を取り付けた排気管と外気混合筒との斜視図である。 風向部材を取り付けた排気管と外気混合筒との側面図である。 図４のＶ－Ｖ線断面図である。 別実施形態（ａ）の排気管と外気混合筒との斜視図である。 図６のVII－VII線断面図である。 別実施形態（ｂ）の排気管と外気混合筒との斜視図である。 図８のIX－IX線断面図である。 別実施形態（ｃ）の排気管と外気混合筒との斜視図である。 別実施形態（ｄ）の排気管と外気混合筒との断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、作業車としてのトラクタＴの前部のボンネット１の内部にディーゼル型のエンジン２と、ラジエータ３と、エアクリーナ４と、排気ガスを浄化するＤＰＦ（Diesel particulate filter ）型の浄化装置５とが備えられている。

このトラクタＴは、エンジン２の排気ガスが浄化装置５で浄化されることで温度が上昇した排気ガスと外気とを混合させて温度低下を可能にするように、排気管６からの排出ガスを受け入れる位置で、車体フレーム７の側部に外気混合筒１１を配置した排気ガス拡散装置Ａを備えている。

尚、排気管６は車体の前方で斜め下側に排気ガスを排出するように姿勢が決められ、この排気管６の姿勢に沿う方向に排気ガスを送り出すように外気混合筒１１の姿勢が決められている。

〔排気ガス拡散装置〕
図１～図５に示すように、排気ガス拡散装置Ａは、外気混合筒１１と、中間筒体１２に支持された風向部材１３とを備えている。これら外気混合筒１１と中間筒体１２と風向部材１３とは、耐熱性に優れた鉄鋼材やステンレス材等が用いられている。

排気管６の管中心を通る仮想軸芯を筒軸芯Ｘと称しており、この筒軸芯Ｘと同軸芯上に外気混合筒１１の筒中心が配置されている。中間筒体１２は、排気管６に外嵌し、複数のボルト１５で排気管６に固定されている。風向部材１３は、中間筒体１２に固設される一対の支持フレーム１４の一方に一体形成されている（具体構成は後述する）。

この構成では、排気管６の排出側端部６Ｅの位置に風向部材１３が備えられている。つまり、風向部材１３が排気管６のみに備えられている。

図５に示すように、外気混合筒１１は、排気管６の排出側端部６Ｅの外径Ｄ１より内径Ｄ２が大径となる円筒状部材が用いられ、トラクタＴの車体フレーム７に支持されている。中間筒体１２は、排気管６の排出側端部６Ｅに外嵌固定され、この中間筒体１２に風向部材１３が支持されている。

尚、外気混合筒１１は、ブラケット等を介して排気管６に支持されるように構成することや、排気管６に外嵌固定される中間筒体１２に支持されるように構成しても良い。

図４に示すように、排気管６と外気混合筒１１とが設定位置に配置された状態で、排気管６の排出側端部６Ｅと、外気混合筒１１の上流側端縁部１１Ｅとの間に隙間Ｇが形成される。この実施形態では、排気管６の排出側端部の内部空間に風向部材１３を配置しており、排気ガスの流動方向と直交する方向視（図４の方向視）において、風向部材１３と外気混合筒１１とが重複しないように位置関係が設定されている。

尚、図４では、排出側端部６Ｅと、中間筒体１２の端部とが重複する位置に配置されているが、例えば、中間筒体１２が排気管６の排出側端部６Ｅから突出する位置関係にある場合には、この中間筒体１２の端部と、外気混合筒１１の上流側端縁部１１Ｅとの間に隙間Ｇが設定されることになる。

〔排気ガス拡散装置：風向部材〕
図２～図５に示すように、一対の支持フレーム１４のうちの一方に対し、プレス加工等により２つの風向部材１３が一体的に形成され、夫々の風向部材１３が互いに逆方向に傾斜している。この２つの風向部材１３は、図５に示すように排気管６から排気ガスが流れる方向に沿う方向視（筒軸芯Ｘに沿う方向視と一致）で点対称となる位置に配置されている。

また、図２に示すように、一対の支持フレーム１４のうちの他方において、支持フレーム１４の長さ方向（中間筒体１２の径方向）の中央位置に凹部１４ｂが形成されている。この凹部１４ｂに他方の支持フレーム１４を係合させ、これらを溶接固定することにより、筒軸芯Ｘに沿う方向視において、一対の支持フレーム１４は、互いに直交する姿勢で、径方向に横断する位置関係で配置される。

夫々の支持フレーム１４の両端には、筒軸芯Ｘに沿う方向に屈曲する形状の係合部１４ａが形成され、この係合部１４ａを中間筒体１２の外周に接触させる状態で中間筒体１２の外面に溶接固定されている。

この構成では、一方の支持フレーム１４に形成された一対の風向部材１３の径方向での外端側と、中間筒体１２の内周との間に間隙を形成している。これにより、中間筒体１２を排気管６に外嵌した際に、間隙に排気管６の排出側端部６Ｅを入り込ませ、排気ガスの流動方向に直交する方向視（筒軸芯Ｘに直交する方向視）において、風向部材１３を排気管６の内部に収容できるように構成している。

〔排気ガスと外気との流れ〕
このような構成から、図４に示すように排気管６から排出される排気ガスは、排気管６の排出側端部６Ｅから排出される直前に一対の風向部材１３に接触し、外気混合筒１１の内周に向けて送り出される。特に、一対の風向部材１３の姿勢の設定により、この風向部材１３に接触した後に排気ガスは、外気混合筒１１の内周に沿って旋回（筒軸芯Ｘを中心に旋回）する形態で外気混合筒１１の内面に向けて送り出される。また、この構成の風向部材１３では、排気ガスの流れを抑制することがなく、圧損を抑制した状態で排気ガスの流れを可能にしている。

前述したように、排気管６と外気混合筒１１との間に隙間Ｇが形成されているため、筒軸芯Ｘに沿って排気ガスが流れ、隙間Ｇを通過する際には隙間Ｇに負圧が発生し、この負圧の作用により外部の空気が外気導入部Ｆから外気混合筒１１の内部空間に取り込まれる。また、風向部材１３で案内された排気ガスは、外気混合筒１１の内周面に向けて排気ガスを案内するため、外気導入部Ｆから導入された外気との混合が促進される。

また、この構成では、外気混合筒１１の内部で外気と排気ガスとを混合するために必要な距離を拡大することなく、外気と排気ガスとの混合を促進しつつ、排気ガスを外気に混合するように拡散するため、外気混合筒１１の全長（筒軸芯Ｘに沿う方向の寸法）の短縮を可能にしており、排出側の端部から温度が低下した排気ガスを排出できる。その結果、外気混合筒１１の全長を長くしなくて済み、排気ガス拡散装置Ａの大型化を招くこともない。

更に、外気混合筒１１は、外面が常に外気に接触しており、前述したように外気と混合した排気ガスは外気混合筒１１の内面に旋回するように接触して流れることにより放熱が一層促進され、良好な放熱を可能にしている。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図６、図７に示すように、中間筒体１２の端部に対し筒軸芯Ｘと平行姿勢で一対のスリットを形成し、このスリットの近傍の中間筒体１２の一部を中間筒体１２の中心側に折り曲げ、排気ガスを案内する傾斜姿勢に設定することにより風向部材１３を形成し、この中間筒体１２を、排気管６に外嵌固定する。

この別実施形態（ａ）では、中間筒体１２の端部にスリットを形成し、折り曲げるだけの加工で済むため、専用の部材を用いて風向部材１３を形成する必要がなく、部品点数の低減が可能となり、先に説明した実施形態と同様に排気ガスを旋回させて外気混合筒１１の内面に接触させて排気ガスの良好な放熱を実現する。

尚、この別実施形態（ａ）の変形例として、排気管６の後端にスリットを形成し、折り曲げる加工により風向部材１３を形成する構成を採用することも考えられる。

（ｂ）図８、図９に示すように、一部の端部を折り曲げることで一対の風向部材１３が形成された板状体２１を中間筒体１２の内部に対し、中間筒体１２の径方向に沿う姿勢で配置し、溶接等の技術で中間筒体１２に固定し、この中間筒体１２を排気管６の排出側端部６Ｅの内部に収容して固定する。

この別実施形態（ｂ）では、板状体２１を中間筒体１２の内部に固定するため、風向部材１３を容易に形成することが可能であり、先に説明した実施形態と同様に排気ガスを旋回させて外気混合筒１１の内面に接触させ、排気ガスの良好な放熱を実現する。

（ｃ）図１０に示すように、実施形態で記載した一対の支持フレーム１４の一方にだけ、係合部１４ａを形成し、他方の支持フレーム１４に風向部材１３を形成する。この構成では、一対の支持フレーム１４が交差する部位で、これらを溶接固定している。

この別実施形態（ｃ）の構成では、風向部材１３を形成する支持フレーム１４の小型化が可能となる。

（ｄ）図１１に示すように、外気混合筒１１の内部で、排気ガスの流動方向での上流位置に風向部材１３を備える。この構成では、一対の風向部材１３を形成した板状の内部プレート２３を、外気混合筒１１の内部に溶接等の技術で固定している。また、筒軸芯Ｘに沿う方向視において一対の風向部材１３は、排気管６から排気ガスが送り出される経路に重複して配置される。

この別実施形態（ｄ）でも先に説明した実施形態と同様に排気ガスを旋回させて外気混合筒１１の内面に接触させて排気ガスの良好な放熱を実現する。

（ｅ）風向部材１３の数は２つに限らず、３つ以上であって良い。更に、排気管６と、外気混合筒１１の内部との双方に備えることも可能である。

（ｆ）排気ガス拡散装置Ａは、排気管６の排出側端部と外気混合筒１１との間に、必ずしも隙間Ｇを形成する必要はなく、例えば、筒軸芯Ｘに直行する方向視において排気管６の排出側端部と外気混合筒１１とが僅かに重複しても良い。

（ｇ）風向部材１３が排気管６の排出側端部から突出しない構成であっても良い。このように排気管６の排出側端部から突出しない構成において、排気管６の排出側端部と外気混合筒１１との隙間Ｇを無くす構成と組み合わせることも考えられる。

本発明は、排気ガス拡散装置に利用することができる。

２ エンジン
６ 排気管
６Ｅ 排出側端部
１１ 外気混合筒
１２ 中間筒体
１１Ｅ 上流側端部
１３ 風向部材
１４ 支持フレーム
Ａ 排気ガス拡散装置
Ｇ 隙間
Ｄ１ 外形
Ｄ２ 内径
Ｘ 筒軸芯

Claims (6)

1. 車両のエンジンの排気ガスを送り出す排気管の排出側端部の外径より、その内径が大径で前記排気管からの前記排気ガスを受け入れる位置に配置された外気混合筒に外気を導入し、導入した前記外気と前記排気ガスと混合させる排気ガス拡散装置において、
   前記排気管の前記排出側端部にボルトで取り付けられた中間筒体と、
   前記排気管の内部位置に配置されることにより、前記外気と前記排気ガスとの混合を促進する風向部材と、を備え、
   前記風向部材は、板状の部材であり、前記排気管の内側に向かって突出した状態で前記中間筒体に取り付けられ、
   前記風向部材は、前記排気管の前記排出側端部のみに設けられ、かつ、前記排気ガスの流動方向と直交する方向視で、前記外気混合筒に重複しない位置に配置されている排気ガス拡散装置。
2. 前記中間筒体が、前記排気管の前記排出側端部に外嵌または内嵌されている請求項１に記載の排気ガス拡散装置。
3. 前記風向部材は、前記排気管の内部に収容されている請求項１又は２に記載の排気ガス拡散装置。
4. 前記排気管の前記排出側端部と、前記外気混合筒のうち前記排気ガスの流動方向での上流側端部との間に隙間が形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の排気ガス拡散装置。
5. 前記風向部材が、前記排気ガスを前記外気混合筒の内周面に接触させる方向に案内するように姿勢が設定されている請求項１～４のいずれか一項に記載の排気ガス拡散装置。
6. 前記排気ガスの前記流動方向に沿う方向視において、複数の前記風向部材が点対称となる位置に配置されている請求項１～５のいずれか一項に記載の排気ガス拡散装置。

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