JP5336055B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents
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Description
そこで、二段階の排気の流路断面積を有し、排気ガスの排気流量に応じて制御弁を用いることなく排気の流路断面積が変わり、排気ガスの排気流速の低下を防止している、つまり、排気効率の低下を防止している内燃機関の排気装置がある。
この排気装置は、低中速回転域の排気ガスの排気流量に対する流路断面積を有する低中速用の主排気管と、当該低中速回転域の排気流量を超過した分の排気ガスを排気するための高速用の補助排気管とを備えている。そして、低中速回転域の排気流量では、排気ガスが主排気管のみから排気され、高速回転域の排気流量では、排気ガスが主排気管および補助排気管から排気される。
図8および図9に示すように、この従来の排気装置は、エンジンからの排気ガスが導入される排気導入管31と、排気導入管31の下流端部に接続された拡張室32と、拡張室32の下流側壁に接続された主排気管33および補助排気管34とを備え、拡張室32の内部で主排気管33上流端部が排気導入管31の下流端部に隙間C4を有して同軸心状に挿通されている(特許文献1参照)。
また、当該流路断面積の大きさの調整が隙間C4の大きさの調整によってのみ行われるので、低速回転域の排気効率を良くすれば、中高速回転域の排気効率が悪くなるため、内燃機関の低速回転域から高速回転域全体における排気効率の低下を防止するには限界がある。
前記主排気管よりも小径の延長排気管が、当該主排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、その主排気管の下流端部に、前記延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成されていることを特徴とする。
通常、排気管内の流速分布によれば、管内の中心で最大流速となり管壁では0の放物線となる。具体的に説明すると、排気ガスと管壁との間には摩擦が生じているため、排気管の流路断面積に対して排気流量が少ないと、ほとんどの排気ガスが管内中心部を流れ、管内壁側では排気ガスが少量かつ低速で流れている状態になる。この排気管の排気流量が増加すれば、管内中心部の排気流速が速くなり、また、管内壁側では排気ガスが量と速度を増して流れている状態になる。
また、排気の当該流路断面積の大きさの調整が排気導入管と主排気管の隙間と、主排気管と延長排気管の隙間の二つの隙間の大きさの調整によって行えるので、流路断面積の調整がより細かく行うことができる。すなわち、排気効率の調整がより細かくできるため、内燃機関の低速回転域から高速回転域全体における排気効率の低下を効果的に防止することができる。
前記主排気管よりも小径の延長排気管が、当該主排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、その主排気管の下流端部に、前記延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成され、また、前記延長排気管よりも小径の第二延長排気管が、当該延長排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、その延長排気管の下流部に、前記第二延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成されていることを特徴とする。
通常、排気管内の流速分布によれば、管内の中心で最大流速となり管壁では0の放物線となる。具体的に説明すると、排気ガスと管壁との間には摩擦が生じているため、排気管の流路断面積に対して排気流量が少ないと、ほとんどの排気ガスが管内中心部を流れ、管内壁側では排気ガスが少量かつ低速で流れている状態になる。この排気管の排気流量が増加すれば、管内中心部の排気流速が速くなり、また、管内壁側では排気ガスが量と速度を増して流れている状態になる。
そして、排気ガスの排気流量がより増えた場合、排気導入管の排気ガスが第二延長排気管と延長排気管と、延長排気管の下流端部の連通口と、主排気管の下流端部の連通口から排気され、また、排気ガスの排気流量が多い場合、排気導入管の排気ガスが第二延長排気管と延長排気管と、延長排気管の下流端部の連通口と、主排気管の下流端部の連通口と、排気導入管と主排気管との隙間経由の補助排気管から排気される。
また、排気の当該流路断面積の大きさの調整が排気導入管と主排気管の隙間と、主排気管と延長排気管と、延長排気管と第二延長排気管の隙間の三つの隙間の大きさの調整によって行えるので、流路断面積の調整がよりきめ細かく行うことができる。すなわち、排気効率の調整がより極め細かくできるため、内燃機関の低速回転域から高速回転域全体における排気工程時の動力損失とシリンダー内の残留ガスを低減させることになり、必然的に吸気工程における充填効率が向上し、かつ、それらの要因により内燃機関内の蓄熱も低減され熱損失の減少等の効果が相まって低燃費に寄与するものである。
図1において、本実施形態の排気装置1は、排気ガスの騒音成分を取り除く消音部10と、排気ガスを排気する排気部20とを有している。
消音部10は、両端を閉塞された円筒状の消音室11と、消音室11に挿通された消音管12と、消音管12に装着された錐状の四つの仕切板13とを備えている。
消音室11は、上流となる内燃機関側と下流となる大気側の両端の壁面の中心に挿入孔を有し、この挿入孔に消音管12が挿通され、消音室11と消音管12が同軸心状に配置されている。消音管12は、当該挿通孔と隙間ない状態で固着され、さらに、図示していない止め具で固定されている。
多孔筒15は、排気ガスの騒音成分である低周波数、中周波数、高周波数の音波を取り除くために、直径の異なる三種類の小孔を有している。また、多孔筒15は、大きい直径の小孔を有する大孔筒部15aと、中の大きさの直径の小孔を有する中孔筒部15bと、小さい直径の小孔を有する小孔筒部15cとを備え、上流から下流にかけて直径の大きい順に小孔が配置されている。
詳しく説明すると、一つ目の仕切板13は、消音室11の上流側壁面に近接する位置に配置され、大孔筒部15aの外周面に装着されている。また、二つ目の仕切板13の上流側先端が大孔筒部15aの下流端部の外周面に装着され、三つ目の仕切板13の上流側先端が中孔筒部15bの下流端部の外周面に装着されている。さらに、四つ目の仕切板13の上流側先端が小孔筒部15cの下流端部の外周面に装着され、しかも、四つ目の仕切板13は、下流側壁面に近接する位置に配置されている。
また、このとき、消音室11内において、消音管12と四つの仕切板13よって、排気ガスの騒音成分である音波を減衰させるための膨張室11a、膨張室11b、膨張室11cが形成されている。
膨張室11aは、消音室11と、排気導入口14と、大孔筒部15aと、一つ目の仕切板13と、二つ目の仕切板13とで形成された環状空間からなり、大孔筒部15aの小孔を通過した排気ガスと音波とを膨張させる。そして、膨張した排気ガスと音波は、流速を落としながら膨張室11a内の下流方向に向かって拡散され、さらに、消音室11の内周面と二つ目の仕切板13とで形成された膨張室11aの鋭角状の空間に封じ込められる。 このとき、当該音波が減衰され、消音効果が得られる。
このようにして、内燃機関の排気ガスの騒音成分である低周波数、中周波数、高周波数の音波が取り除かれる。
図2に示すように、排気部20は、消音管12と接続された排気導入管21と、排気導入管21の下流端部に接続された拡張室22と、拡張室22の下流側壁に接続された主排気管23および補助排気管24と、主排気管23よりも小径の延長排気管25とを備えている。
拡張室22は、上流側に一つの挿入孔と、下流となる大気側の同じ高さの位置に二つの挿入孔とを有している。
主排気管23は、排気導入管21よりも小径となる上流管部23aと、上流管部23aの下流側外周面に嵌合する下流管部23bとを有している。
排気導入管21の下流端部は、拡張室22内の真ん中から上流側寄りの位置に配置され、また、排気導入管21の当該端部に上流管部23aが隙間C1を有して同軸心状に挿通されている。上流管部23aの上流端部は、拡張室22の上流側の壁の位置付近に配置されている。補助排気管24は、上流端部を拡張室22内の真ん中から下流側寄りの位置に配置され、下流端部を大気側に突出させている。
この場合、排気導入管21と上流管部23aと補助排気管24は、拡張室22のそれぞれの挿入孔と隙間のない状態で固着され、さらに、図示していないが、拡張室22のそれぞれの挿入孔の外側縁部に当接される止め具で固定されている。
この場合、主排気管23の上流管部23aより拡径された下流管部23bに延長排気管25が隙間C2を有して挿通されているので、拡径された下流管部23bを有しない主排気管23に延長排気管25が隙間を有して挿通する場合に比べて、延長排気管25の流路断面積を大きくすることができる。従って、延長排気管25の管壁の厚みに関わらず、主排気管23の上流端部の流路断面積に延長排気管25の流路断面積を近づけることができるため、より極め細かく流路断面積および隙間の大きさを調整することができる。
これによって、より極め細かく排気効率の調整が行えるようになる。
環状部材23dは、延長排気管25の外周面に嵌合し、かつ、下流管部23bの下流側端面に当接している。これによって、軸方向下流側の出口が塞がれた隙間C2の排気ガスが連通口23cから排気される。この連通口23cを排気ガスが通過することによって、排気ガスの騒音成分となる音波が取り除かれ、消音効果が得られる。
なお、この場合、延長排気管25は、低速回転域の排気流量に対応する流路断面積を有し、主排気管23は、中速回転域の排気流量に対応する流路断面積を有している。また、補助排気管24は、高速回転域において、中速回転域の排気流量を超過した分の排気流量に対応する流路断面積を有している。
図4は、低速回転域の排気経路を示す説明図であり、図5は中速回転域の排気経路を示す説明図である。また、図6は、高速回転域の排気経路を示す説明図である。
図4に示すように、排気流量の少ない低速回転域の場合、排気導入管21のほとんどの排気ガスが管内中心部を流れ、主排気管23を経て延長排気管25から排気ガスが排気される。
このため、補助排気管24から外気が拡張室22に流入し、さらに、この流入した外気が隙間C1を経て主排気管23に流入する。この外気によって、拡張室22内および主排気管23内が冷却され、消音効果が得られる。
また、比較的低い排気流量である低速回転域においては、主排気管23についても、その管内中心部だけが流速を増し内周面近傍の流速は殆ど増大しないので、主排気管23の出口側の隙間C2が負圧になる。従って、連通口23cから外気がC2に流入し、さらに、この流入した外気が延長排気管25に流入する。この外気によって、延長排気管25内が冷却され、消音効果が得られる。
このように、排気流量の増えた中速回転域においては、排気導入管21の出口側の隙間C1の圧力低下によって、拡張室22内の排気ガス若しくは外気が隙間C1を経て主排気管23に移動するので、拡張室22内に負圧が発生する。
このため、補助排気管24から外気が拡張室22に流入し、さらに、この流入した外気が隙間C1を経て主排気管23に流入する。この外気によって、拡張室22内および主排気管23内が冷却され、消音効果が得られる。
そして、最終的に、排気ガスは、延長排気管25と隙間C2経由の連通口23cから排気される。
また、制御弁を用いることなく、排気流量に応じて排気の流路断面積が三段階に変わるので、流路断面積を変えるための特別な制御等の部品が必要なく、材料コストが低減できるとともに、可動部分が存在しないのでそれによる故障が無く、また製造作業が容易になる。
本実施形態では、排気部20は、延長排気管25よりも小径の第二延長排気管26を有している。また、延長排気管25は、主排気管23よりも小径となる延長上流管部25aと、延長上流管部25aの下流端部の外周面に嵌合する延長下流管部25bとを有している。
この場合、主排気管23の下流管部23bに延長上流管部25aが隙間C2を有して同軸心状に挿通され、図示していない止め具で固定されている。また、延長下流管部25bに第二延長排気管26が隙間C3を有して同軸心状に挿通され、図示していない止め具で固定されている。このとき、延長下流管部25bでは、延長上流管部25aと第二延長排気管26との互いに向かい合う端面が所定の間隔をあけて配置されている。
環状部材25dは、第二延長排気管26の外周面に嵌合し、かつ、下流管部25bの下流側端面に当接している。これによって、軸方向下流側の出口が塞がれた隙間C3の排気ガスが連通口25cから排気される。この連通口25cを排気ガスが通過することによって、排気ガスの騒音成分となる音波が取り除かれ、消音効果が得られる。
また、本実施形態では、内燃機関の排気流量に応じて、排気導入管21の排気ガスが第二延長排気管26と、隙間C3経由の連通口25cと、隙間C2経由の連通口23cと、隙間C1経由の補助排気管24とから排気される。
また、当該流路断面積の大きさの調整を隙間C1と隙間C2と隙間C3の三つの隙間の大きさの調整によって行うので、流路断面積の調整がより極め細かく行うことができる。すなわち、排気効率の調整がより極め細かく行えるため、内燃機関の低速回転域から高速回転域全体における排気効率の低下をさらに効果的に防止することができる。
その他の点については、第1実施形態と異なるところは無いので詳細な説明は省略する。
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
10 消音部
11 消音室
12 消音管
13 仕切板
15 多孔筒
20 排気部
21 排気導入管
22 拡張室
23 主排気管
23a 上流管部
23b 下流管部
23c 連通口
23d 環状部材
24 補助排気管
25 延長排気管
25a 延長上流管部
25b 下流管部
25c 連通口
25d 環状部材
26 第二延長排気管
Claims (2)
- エンジンからの排気ガスが導入される排気導入管と、
この排気導入管の下流端部に接続された拡張室と、
この拡張室の下流側壁に接続された主排気管及び補助排気管とを備え、
前記拡張室の内部で前記主排気管の上流端部が前記排気導入管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されている内燃機関の排気装置において、
前記主排気管よりも小径の延長排気管が、当該主排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、
その主排気管の下流端部に、前記延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。 - エンジンからの排気ガスが導入される排気導入管と、
この排気導入管の下流端部に接続された拡張室と、
この拡張室の下流側壁に接続された主排気管及び補助排気管とを備え、
前記拡張室の内部で前記主排気管の上流端部が前記排気導入管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されている内燃機関の排気装置において、
前記主排気管よりも小径の延長排気管が、当該主排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、
その主排気管の下流端部に、前記延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成され、
また、前記延長排気管よりも小径の第二延長排気管が、当該延長排気管の下流端部の径内側に隙間を有して同軸心状に挿通されているとともに、
その延長排気管の下流部に、前記第二延長排気管との隙間を通過する排気ガスを外部に排気する連通口が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
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