WO2021167057A1 - 排気ディフューザ - Google Patents

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WO2021167057A1
WO2021167057A1 PCT/JP2021/006299 JP2021006299W WO2021167057A1 WO 2021167057 A1 WO2021167057 A1 WO 2021167057A1 JP 2021006299 W JP2021006299 W JP 2021006299W WO 2021167057 A1 WO2021167057 A1 WO 2021167057A1
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front stage
exhaust
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outside air
exhaust gas
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貴之 目黒
雄紀 池田
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いすゞ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/20—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having flared outlets, e.g. of fish-tail shape

Definitions

  • This disclosure relates to an exhaust diffuser.
  • an exhaust diffuser also referred to as an exhaust cooler
  • an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an internal combustion engine flows
  • the exhaust diffuser mixes the outside air with the exhaust gas from the exhaust pipe and discharges it into the atmosphere. As a result, the temperature of the exhaust gas discharged into the atmosphere can be lowered.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to provide an exhaust diffuser capable of further improving the cooling performance of exhaust gas.
  • the exhaust diffuser is an exhaust diffuser provided on the downstream side of an exhaust pipe through which exhaust gas flows, mixes the exhaust gas with outside air, and discharges the exhaust gas into the atmosphere.
  • a tubular front stage portion provided with an outside air introduction portion and fixed to the exhaust pipe, and a plate-shaped rear stage portion provided so as to project downstream from the downstream end opening of the front stage portion and fixed to the front stage portion.
  • the rear portion has a protrusion that is convex toward the axial center of the front stage portion on a surface that comes into contact with the exhaust gas discharged from the downstream end opening of the front stage portion.
  • the cooling performance of exhaust gas can be further improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exhaust diffuser according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exhaust diffuser 100 of the present embodiment.
  • the exhaust pipe 1 and the exhaust diffuser 100 shown in FIG. 1 are mounted on, for example, a vehicle equipped with an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine may be a diesel engine or a gasoline engine.
  • the exhaust pipe 1 is a tubular pipe through which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows. Although not shown, the upstream end of the exhaust pipe 1 is connected to an exhaust manifold provided in the internal combustion engine. Although not shown, the downstream end of the exhaust pipe 1 is open. The arrow a shown in FIG. 1 indicates the flow direction of the exhaust gas in the exhaust pipe 1.
  • an exhaust diffuser 100 is provided on the downstream side of the exhaust pipe 1.
  • the exhaust diffuser 100 has a front stage portion 2 on the upstream side and a rear stage portion 3 on the downstream side.
  • the front stage portion 2 and the rear stage portion 3 may be integrally formed or may be detachable from each other.
  • the front stage portion 2 is a tubular member.
  • the front stage portion 2 is fixed to the exhaust pipe 1.
  • the front stage portion 2 includes a first outside air introduction portion 4 along the circumferential direction thereof.
  • the first outside air introduction unit 4 is an opening for introducing outside air (for example, running wind) into the front stage portion 2.
  • the arrow b shown in FIG. 1 indicates the flow direction of the outside air introduced into the front stage portion 2.
  • the exhaust gas that has flowed into the front stage portion 2 from the exhaust pipe 1 is mixed with the outside air introduced into the front stage portion 2 from the first outside air introduction portion 4, and flows into the rear stage portion 3 through the downstream end opening 5.
  • the shape of the downstream end opening 5 is an elliptical shape is shown in FIG. 1, another shape (for example, a perfect circular shape or the like) may be used.
  • the rear part 3 is a plate-shaped member.
  • the rear portion 3 is fixed to the front portion 2.
  • the rear stage portion 3 has a protruding portion 3a protruding downstream from the downstream end opening 5 of the front stage portion 2.
  • the protruding portion 3a is inclined from the upstream side to the downstream side so as to approach the axial center direction A of the front stage portion 2. As a result, the exhaust gas can be easily brought into contact with the protrusion 6 described later.
  • a second outside air introduction portion 7 for introducing outside air is provided between the outer peripheral surface of the front stage portion 2 and the inner surface of the rear stage portion 3 in addition to the first outside air introduction portion 4.
  • the arrow c shown in FIG. 1 indicates the flow direction of the outside air introduced into the rear portion 3.
  • the exhaust gas that has flowed into the rear stage portion 3 from the downstream end opening 5 of the front stage portion 2 is mixed with the outside air introduced from the second outside air introduction portion 7 to the inside of the rear stage portion 3.
  • the inner side surface 3b of the rear stage portion 3 is provided with a protrusion 6 that is convex toward the axial center direction A of the front stage portion 2.
  • the inner side surface 3b is a surface that the exhaust gas from the downstream end opening 5 of the front stage portion 2 comes into contact with.
  • the protrusion 6 has a semi-conical shape whose diameter increases from the upstream side to the downstream side. Therefore, the exhaust gas diffuses in the direction indicated by the arrows d and e in FIG. 1, for example, by coming into contact with the protrusion 6.
  • the shape of the protrusion 6 is not limited to the semi-conical shape, and may be another shape (for example, a half-width cone shape or the like). Further, the size and installation position of the protrusion 6 are not limited to those shown in FIG. That is, the shape, size, and installation position of the protrusion 6 may be determined so that the exhaust gas can be diffused in a plurality of directions based on the results of experiments and simulations carried out in advance.
  • the protrusion 6 may be detachable from the rear portion 3 or may be integrally formed with the rear portion 3.
  • the exhaust diffuser 100 of the present embodiment is an exhaust diffuser provided on the downstream side of the exhaust pipe 1 through which the exhaust gas flows, mixes the exhaust gas with the outside air, and discharges the exhaust gas into the atmosphere, and takes in the outside air.
  • a first outside air introduction portion 4 for this purpose is provided, and a tubular front stage portion 2 fixed to the exhaust pipe 1 and a tubular front stage portion 2 are provided so as to project downstream from the downstream end opening 5 of the front stage portion 2 and fixed to the front stage portion 2.
  • the rear stage portion 3 has a plate-shaped rear stage portion 3 and the rear stage portion 3 has an inner side surface 3b in contact with the exhaust gas discharged from the downstream end opening 5 of the front stage portion 2 in the axial center direction A of the front stage portion 2. It is characterized by having a protrusion 6 that is convex toward the surface.
  • the exhaust gas flowing out from the downstream end opening 5 comes into contact with the protrusion 6 and is diffused in a plurality of directions (for example, the directions shown by arrows d and e in FIG. 1) into the atmosphere. It is discharged. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be reduced as compared with the case where the exhaust gas is discharged into the atmosphere along the axial center direction A. That is, the exhaust diffuser 100 can further improve the cooling performance of the exhaust gas.
  • the exhaust diffuser of the present disclosure is useful for all technologies for discharging gas into the atmosphere.

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Abstract

排ガスの冷却性能をさらに向上させることができる排気ディフューザ。排気ディフューザは、排ガスが流れる排気管の下流側に設けられ、排ガスを外気と混合させて大気中へ排出する排気ディフューザであって、外気を導入するための第１外気導入部を備え、排気管に固定される筒状の前段部と、前段部の下流端開口部よりも下流側に突出して設けられ、前段部に固定される板状の後段部と、を有し、後段部は、前段部の下流端開口部から排出された排ガスが接触する面に、前段部の軸中心方向へ向けて凸となる突起部を有する。

Description

排気ディフューザ
　本開示は、排気ディフューザに関する。
　従来、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管の下流側に、排気ディフューザ（排気クーラともいう）が設けられることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　排気ディフューザは、排気管からの排ガスに外気を混合させ、大気中に排出する。これにより、大気中へ排出される排ガスの温度を低下させることができる。
日本国特開２００９－９１９１０号公報
　しかしながら、従来の排気ディフューザでは、排ガスの冷却性能の点で改善の余地があった。
　本開示の一態様の目的は、排ガスの冷却性能をさらに向上させることができる排気ディフューザを提供することである。
　本開示の一態様に係る排気ディフューザは、排ガスが流れる排気管の下流側に設けられ、前記排ガスを外気と混合させて大気中へ排出する排気ディフューザであって、外気を導入するための第１外気導入部を備え、前記排気管に固定される筒状の前段部と、前記前段部の下流端開口部よりも下流側に突出して設けられ、前記前段部に固定される板状の後段部と、を有し、前記後段部は、前記前段部の下流端開口部から排出された前記排ガスが接触する面に、前記前段部の軸中心方向へ向けて凸となる突起部を有する。
　本開示によれば、排ガスの冷却性能をさらに向上させることができる。
図１は、本開示の実施の形態に係る排気ディフューザを示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　本実施の形態に係る排気ディフューザ１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の排気ディフューザ１００を示す図である。
　図１に示す排気管１および排気ディフューザ１００は、例えば、内燃機関を搭載した車両に搭載される。内燃機関は、ディーゼルエンジンでもよいし、ガソリンエンジンでもよい。
　排気管１は、内燃機関から排出された排ガスが流れる筒状の配管である。図示は省略するが、排気管１の上流側端部は、内燃機関に設けられた排気マニホールドに接続されている。また、図示は省略するが、排気管１の下流側端部は、開口している。図１に示す矢印ａは、排気管１内における排ガスの流れ方向を示している。
　図１に示すように、排気管１の下流側には、排気ディフューザ１００が設けられている。
　排気ディフューザ１００は、上流側の前段部２と、下流側の後段部３とを有する。前段部２と後段部３とは、一体的に形成されていてもよいし、互いに着脱可能であってもよい。
　前段部２は、筒状の部材である。前段部２は、排気管１に固定されている。
　前段部２は、その周方向に沿って、第１外気導入部４を備える。第１外気導入部４は、外気（例えば、走行風）を前段部２内へ導入するための開口部である。図１に示す矢印ｂは、前段部２内へ導入される外気の流れ方向を示している。
　排気管１から前段部２内へ流入した排ガスは、第１外気導入部４から前段部２内へ導入された外気と混合され、下流端開口部５を経て後段部３へ流入する。なお、図１では、下流端開口部５の形状が楕円形状である場合を図示したが、他の形状（例えば、正円形状等）であってもよい。
　後段部３は、板状の部材である。後段部３は、前段部２に固定されている。
　後段部３は、前段部２の下流端開口部５よりも下流側に突出した突出部分３ａを有する。突出部分３ａは、上流側から下流側へかけて、前段部２の軸中心方向Ａへ近づくように傾斜している。これにより、排ガスを、後述する突起部６に接触しやすくできる。
　前段部２の外周面と後段部３の内側面との間には、第１外気導入部４とは別に外気を導入するための第２外気導入部７が設けられる。図１に示す矢印ｃは、後段部３の内側へ導入される外気の流れ方向を示している。
　前段部２の下流端開口部５から後段部３へ流入した排ガスは、第２外気導入部７から後段部３の内側へ導入された外気と混合される。
　後段部３の内側面３ｂには、前段部２の軸中心方向Ａへ向けて凸となる突起部６が設けられている。内側面３ｂは、前段部２の下流端開口部５からの排ガスが接触する面である。
　突起部６は、上流側から下流側にかけて拡径した半円錐状である。よって、排ガスは、突起部６に接触することにより、例えば図１の矢印ｄ、ｅが示す方向に拡散する。
　なお、図１では、排ガスの拡散方向が、矢印ｄ、ｅに示す方向である場合を例に挙げて説明したが、それらに限定されない。
　また、突起部６の形状は、半円錐状に限定されず、他の形状（例えば、半角錐状等）であってもよい。また、突起部６の大きさおよび設置位置も、図１の図示に限定されない。すなわち、突起部６の形状、大きさ、および設置位置は、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて、排ガスを複数方向に拡散できるように決定されればよい。
　また、突起部６は、後段部３に対して着脱可能であってもよいし、後段部３と一体的に形成されていてもよい。
　以上説明したように、本実施の形態の排気ディフューザ１００は、排ガスが流れる排気管１の下流側に設けられ、排ガスを外気と混合させて大気中へ排出する排気ディフューザであって、外気を取り込むための第１外気導入部４を備え、排気管１に固定される筒状の前段部２と、前段部２の下流端開口部５よりも下流側に突出して設けられ、前段部２に固定された板状の後段部３と、を有し、後段部３は、前段部２の下流端開口部５から排出された排ガスが接触する内側面３ｂに、前段部２の軸中心方向Ａへ向けて凸となる突起部６を有することを特徴とする。
　この特徴により、排気ディフューザ１００では、下流端開口部５から流出した排ガスは、突起部６に接触して複数方向（例えば、図１の矢印ｄ、ｅに示す方向）に拡散されて大気中に排出される。したがって、排ガスが軸中心方向Ａに沿って大気中に排出される場合に比べて、排ガスの温度を低減することができる。すなわち、排気ディフューザ１００は、排ガスの冷却性能をさらに向上させることができる。
　なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　本出願は、２０２０年２月２０日付で出願された日本国特許出願（特願２０２０－０２７１３６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示の排気ディフューザは、気体を大気中に排出する技術全般に有用である。
　１　排気管
　２　前段部
　３　後段部
　３ａ　突出部分
　３ｂ　内側面
　４　第１外気導入部
　５　下流端開口部
　６　突起部
　７　第２外気導入部
　１００　排気ディフューザ

Claims (6)

  1. 　排ガスが流れる排気管の下流側に設けられ、前記排ガスを外気と混合させて大気中へ排出する排気ディフューザであって、
    　外気を導入するための第１外気導入部を備え、前記排気管に固定される筒状の前段部と、
    　前記前段部の下流端開口部よりも下流側に突出して設けられ、前記前段部に固定される板状の後段部と、を有し、
    　前記後段部は、
    　前記前段部の下流端開口部から排出された前記排ガスが接触する面に、前記前段部の軸中心方向へ向けて凸となる突起部を有する、
    　排気ディフューザ。
  2. 　前記後段部は、上流側から下流側へかけて、前記前段部の軸中心方向へ近づくように傾斜している、
    　請求項１に記載の排気ディフューザ。
  3. 　前記前段部の外周面と前記後段部の内側面との間に、前記第１外気導入部とは別に外気を導入するための第２外気導入部をさらに有する、
    　請求項１に記載の排気ディフューザ。
  4. 　前記突起部は、
    　上流側から下流側へかけて拡径した半円錐形状である、
    　請求項１に記載の排気ディフューザ。
  5. 　前記突起部は、
    　前記後段部に対して着脱可能である、
    　請求項１に記載の排気ディフューザ。
  6. 　前記突起部は、
    　前記後段部と一体的に形成されている、
    　請求項１に記載の排気ディフューザ。
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