特開 2022-149688 排気冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022149688

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】排気冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/02 20060101AFI20220929BHJP

   F01N 3/05 20060101ALI20220929BHJP

   F01N 1/14 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

F01N3/02 101H

F01N3/02 101K

F01N3/05

F01N1/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021051953

(22)【出願日】2021-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】根津 裕介

(72)【発明者】

【氏名】船越 祐希

【テーマコード（参考）】

3G004

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004BA01

3G004BA03

3G004DA01

3G004DA22

3G004EA06

3G004FA04

3G091AA02

3G091BA36

3G091CA08

3G091CA27

(57)【要約】

【課題】排気通路の中央部の排気を冷却し易くすることが可能な排気冷却装置を提供する。
【解決手段】排気冷却装置は、排気通路を通る排気を冷却する排気冷却装置であって、排気通路の内壁から排気通路の中心部へ延在する棒状部を有し、棒状部に排気が当たることで乱流を発生させる乱流発生部材を備える。例えば、乱流発生部材は、排気通路を横断する方向へ並ぶように配置された複数の棒状部を有する。また、排気通路は、中心部に排気が流れるように、かつ、中心部の外周部に外気が流れるように構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路を通る排気を冷却する排気冷却装置であって、
前記排気通路の内壁から前記排気通路の中心部へ延在する棒状部を有し、前記棒状部に前記排気が当たることで乱流を発生させる乱流発生部材を備える、
排気冷却装置。

【請求項2】

前記乱流発生部材は、前記排気通路を横断する方向へ並ぶように配置された複数の前記棒状部を有する、
請求項１に記載の排気冷却装置。

【請求項3】

前記棒状部は、中空部を有する管状部を備え、
前記管状部は、前記排気通路の内壁に配置される一端部を有し、
前記管状部の一端部は、外気と前記中空部とを連通する外気連通口を有する、
請求項１または２に記載の排気冷却装置。

【請求項4】

前記棒状部は、中空部を有する管状部を備え、
前記管状部は、前記排気通路の一の内壁に配置される一端部と、前記中心部を間にして前記排気通路の一の内壁と対向配置される他方の内壁に配置される他端部とを有し、
前記管状部の一端部および他端部のそれぞれは、外気と前記中空部とを連通する外気連通口を有する、
請求項１または２に記載の排気冷却装置。

【請求項5】

前記管状部の一端部と他端部との間の中間部は、前記中心部と前記中空部とを連通する１または複数の中心部連通口を有する、
請求項４に記載の排気冷却装置。

【請求項6】

前記棒状部は、中空部を有する管状部を備え、
前記管状部は、前記排気通路の内壁に配置される一端部と、前記中心部の位置において、排気流れ方向の下流側へ延在する他端部とを有し、
前記管状部の一端部は、外気と前記中空部とを連通する外気連通口を有する、
前記管状部の他端部は、前記中心部と前記中空部と連通する中心部連通口を有する、
請求項１または２に記載の排気冷却装置。

【請求項7】

前記排気通路は、前記中心部に前記排気が流れるように、かつ、前記中心部の外周部に外気が流れるように構成される、
請求項１から６のいずれか一項に記載の排気冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、排気が流れる排気通路と、排気通路の外周を包囲する包囲管とを備え、排気通路の外周面と包囲管の内周面との間に筒状の空間を形成し、筒状の空間に空気を流動させることで、排気を冷却する排気冷却装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－８６８１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、排気通路の内壁近傍の排気は、筒状の空間から比較的に近いため、筒状の空間に取り込まれる空気と熱交換し易い。これにより、排気通路の内壁近傍の排気は冷却し易い。しかし、排気管の中心部の排気は、筒状の空間から比較的に遠いため、筒状の空間に取り込まれる空気と熱交換し難い。これにより、排気通路の中央部の排気は冷却し難いという問題がある。

【0005】

本開示の目的は、排気通路の中央部の排気を冷却し易くすることが可能な排気冷却装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するため、本開示における排気冷却装置は、
排気通路を通る排気を冷却する排気冷却装置であって、
前記排気通路の内壁から前記排気通路の中心部へ延在する棒状部を有し、前記棒状部に前記排気が当たることで乱流を発生させる乱流発生部材を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、排気通路の中央部の排気を冷却し易くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は本開示の実施の形態に係る排気冷却装置を示す斜視図である。

【図2】図２は本開示の実施の形態に係る排気冷却装置を示す縦断面図である。

【図3】図３は本開示の実施の形態に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。

【図4】図４は変形例１に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。

【図5】図５は変形例２に係る排気冷却装置を示す縦断面図である。

【図6】図６は変形例２に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。

【図7】図７は変形例３に係る排気冷却装置を示す縦断面図である。

【図8】図８は変形例３に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係る排気冷却装置１を示す斜視図である。図２は本開示の実施の形態に係る排気冷却装置１を示す縦断面図である。図２にはＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が描かれている。図２において左右方向をＸ方向又は「排気流れ方向」といい、右方向を「＋Ｘ方向」、「排気方向下流側」又は「下流側」、左方向を「－Ｘ方向」、「排気方向上流側」又は「上流側」という。図２において上下方向をＹ方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」又は「上側」、下方向を「－Ｙ方向」又は「下側」という。図２において紙面奥行方向をＺ方向又は「幅方向」といい、紙面手前側を幅方向一側又は「＋Ｚ方向」、紙面奥側を幅方向他側又は「－Ｚ方向」という。

【0010】

本実施の形態に係る排気冷却装置１は、例えば、ディーゼルエンジンにおいて燃焼後の排気を浄化する排気浄化装置の下流側に配置され、浄化された排気を冷却した後に外気に放出するエキゾーストクーラーであるが、本開示はこれに限らず、排気を冷却する装置に広く適用可能である。図１および図２に示すように、本実施の形態に係る排気冷却装置１は、排気通路２と、乱流発生部材３とを備える。

【0011】

排気通路２は、排気方向上流側（－Ｘ方向）、排気方向中央側、および、排気方向下流側（＋Ｘ方向）のそれぞれの位置に配置される上流側通路部２１、中央側通路部２２および下流側通路部２３を有している。上流側通路部２１は、楕円形状の横断面を有している。上流側通路部２１には排気管４の下流側の端部が接続される。上流側通路部２１の内壁と排気管４の外周壁との間には、外気を排気通路２内に取り入れるための筒状の空間５が形成される。

【0012】

中央側通路部２２は、上流側通路部２１の横断面の大きさよりも小さめの楕円形状の横断面を有している。下流側通路部２３の幅方向（Ｚ方向）の寸法は、下流側（＋Ｘ方向）に向かって大きくなっている。一方、下流側通路部２３の上下方向（Ｙ方向）の寸法は、下流側（＋Ｘ方向）に向かって小さくなっている。換言すれば、下流側通路部２３の横断面形状は下流側に向かって幅方向（Ｚ方向）で広がり、上下方向（Ｙ方向）で狭くなっている。

【0013】

図３は、本開示の実施の形態に係る排気冷却装置１の中央側通路部２２を示す横断面図である。図２および図３に示すように、乱流発生部材３は、中央側通路部２２に配置されている。乱流発生部材３は、排気通路２の上側の内壁２４から排気通路２の中心部２５へ延在し、さらに、排気通路２の下側の内壁２４（中心部２５を間にして上側の内壁２４と対向配置される内壁２４）に延在する棒状部３１を有する。棒状部３１は、中空部３３を有する管状部３２を備える。ここで、「中心部」とは、排気通路２の横断面において、上下方向（Ｙ方向）の中心部、かつ、幅方向（Ｚ方向）の中心部をいう。

【0014】

管状部３２の上側の端部（上側の内壁２４に配置される端部）は、外気と中空部３３と連通する外気連通口３４（以下、「上側外気連通口３４ａ」という）を有する。また、管状部３２の下側の端部（下側の内壁２４に配置される端部）は、外気と中空部３３と連通する外気連通口３４（以下、「下側外気連通口３４ｂ」という）を有する。なお、管状部３２の外径の大きさや、中空部３３の内径の大きさは、中心部２５の排気温度の低下効果を上げる観点から、実験やシミュレーションにより求めることができる。

【0015】

次に、排気通路２内の排気および外気のそれぞれの流れについて図２および図３を参照して説明する。図２および図３に、ハッチングを付した矢印で排気の流れを示し、白抜きの矢印で外気の流れを示す。図２および図３に示すように、排気は排気管４を通って、排気通路２の中心部２５に流入する。また、外気は筒状の空間５を通って排気通路２の内壁２４の近傍に流入する。排気通路２に流入した排気および外気のそれぞれは、排気通路２の中央側通路部２２に配置された管状部３２に当たることで、強制的に流れの方向が変わる。これにより、中心部２５を流れる排気が、排気通路２の内壁２４の近傍に流れる外気と混合する。内壁２４の近傍に流れる外気は、温度が低いため、中心部２５の排気が排気通路２の内壁２４の近傍の外気と混合することで、中心部２５の排気が冷却される。ひいては、中心部２５の排気温度が低下する。

【0016】

上側外気連通口３４ａ近傍および下側外気連通口３４ｂ近傍のそれぞれの大気圧力の差に基づいて、上側外気連通口３４ａおよび下側外気連通口３４ｂの一方の連通口から中空部３３へ外気が導入され、中空部３３の外気が他方の連通口から排気通路２の外部へ導出される。中空部３３へ導入された外気が排気通路２内の排気と熱交換することにより、中空部３３内の外気温度が上がる。これにより、中空部３３内における外気の上方向の流れが生じる。これにより、外気は下側外気連通口３４ｂから中空部３３へ導入され、上側外気連通口３４ａから排気通路２の外部へ導出される。図２および図３に外気の流れを示す。中空部３３内の外気の流れにより、外気が中空部３３へ連続的に導入されることが可能となる。これにより、排気通路２の中心部２５の排気が中空部３３の外気と管状部３２を介して連続的に熱交換をすることで、中心部２５の排気が冷却される。その結果、中心部２５の排気温度が低下する。

【0017】

上記実施の形態に係る排気冷却装置１は、排気通路２を通る排気を冷却する排気冷却装置であって、排気通路２の内壁２４から排気通路２の中心部２５へ延在する棒状部３１を有し、棒状部３１に排気が当たることで乱流を発生させる乱流発生部材３を備える。

【0018】

上記構成により、排気通路２において、排気および外気のそれぞれが棒状部３１に当たることで、強制的に流れの方向が変わる。これにより、中心部２５を流れる排気が、排気通路２の内壁２４の近傍に流れる外気と混合するため、中心部２５を流れる排気を冷却することが容易となる。

【0019】

また、棒状部３１は、中空部３３を有する管状部３２を備え、管状部３２は、排気通路２の一の内壁２４に配置される一端部と、排気通路２の中心部２５を間にして排気通路２の一の内壁２４と対向配置される他方の内壁２４に配置される他端部とを有し、管状部の一端部および他端部のそれぞれは、外気と中空部３３とを連通する外気連通口３４を有する。これにより、外気を管状部３２の中空部３３に連続的に導入することができるため、中心部２５の排気が中空部３３の外気と管状部３２を介して熱交換をし易くなる。その結果、中心部２５の排気を冷却することが容易となる。

【0020】

なお、上記実施の形態に係る排気冷却装置１では、管状部３２の両端部のそれぞれは外気連通口３４を有しているが、本開示はこれに限らず、例えば、管状部３２の両端部の一方のみが外気連通口３４を有し、他方の端部は外気連通口３４を有さず、塞いでもよい。この場合、他方の端部は少なくとも中心部２５に延在すればよく、内壁２４に配置される必要はない。中空部３３に導入される外気と中心部２５を流れる排気との熱交換により、中心部２５を流れる排気を冷却することが可能となる。

【0021】

（変形例１）
次に、本実施の形態の変形例に係る排気冷却装置１について説明する。なお、変形例の説明では、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。上記実施の形態に係る管状部３２の外径が比較的大きい場合、その管状部３２に排気が当たることで圧力損失が増大し、排気が流れ難くなる場合がある。管状部３２の外径が比較的小さい場合、圧力損失が減少し、排気が流れやすくなる。しかし、管状部３２の外径に応じて中空部３３の内径が小さくなるため、中空部３３を通る外気量は減少する。また、排気と外気との混合が行われ難くなる。

【0022】

図４は、変形例１に係る排気冷却装置１の中央側通路部２２を示す横断面図である。図４に示す排気冷却装置１は、幅方向（Ｚ方向）へ並ぶように配置される複数（変形例１では３本）の管状部３２を有する。管状部３２は、幅方向一側（＋Ｚ方向）、幅方向中央側、幅方向他側（－Ｚ方向）のそれぞれの位置に配置される。３本の管状部３２のそれぞれの外径は、上記実施の形態に係る管状部３２の外径よりも小さい。幅方向は本開示の「横断する方向」に対応する。

【0023】

変形例１においては、管状部３２の本数や、管状部３２の外径の大きさや、中空部３３の内径の大きさは、圧力損失の観点から、また、排気通路２の中心部２５の排気温度の低下の観点から、実験やシミュレーションにより求めることができる。

【0024】

変形例１に係る排気冷却装置１では、比較的に小さな外径の複数の管状部３２を有する。複数本の管状部３２が幅方向（Ｚ方向）へ並ぶように配置されるため、排気と外気との混合が幅方向で偏りなく行われる。また、複数の管状部３２のそれぞれの中空部３３を通る外気量の総量を確保することができる。以上により、中心部２５の排気温度を低下させることができる。また、管状部３２が比較的小さな外径を有するため、圧力損失を減少させることが可能となる。

【0025】

（変形例２）
次に、変形例２に係る排気冷却装置１について図５および図６を参照して説明する。図５は変形例２に係る排気冷却装置を示す縦断面図である。図６は変形例２に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。排気通路２内の排気の流れにより、排気通路２外の圧力が排気通路２内の圧力よりも高い。これにより、管状部３２に中空部３３と排気通路２の内部とを連通する連通穴を配置すれば、連通穴を通して外気を排気通路２内に比較的容易に取り込むことが可能である。

【0026】

図５および図６に示すように、管状部３２の上側の端部から下側の端部にわたり、中空部３３と排気通路２の内部とを連通する複数の連通穴３５が等間隔で配置されている。複数の連通穴３５のそれぞれは下流側に向けて開設されている。

【0027】

管状部３２の上下方向の中間部３６に配置された連通穴３５は、本開示の「中心部連通口」に対応し、排気通路２の中心部２５を流れる排気と上下方向（Ｙ方向）で同じ位置にある。管状部３２の上側の端部および下側の端部のそれぞれに配置された連通穴３５は、排気通路２の内壁２４近傍を流れる排気と上下方向（Ｙ方向）で同じ位置にある。また、変形例２においては、連通穴３５の外径の大きさや、連通穴３５の数や、連通穴３５同士間の間隔などは、排気通路２の中心部２５の排気温度の低下の観点から、実験やシミュレーションにより求めることができる。

【0028】

変形例２に係る排気冷却装置１では、管状部３２の中間部３６は、中心部２５と中空部３３とを連通する１または複数の連通穴３５を有する。連通穴３５を通して、中空部３３内の外気が中心部２５に導出するため、導出された外気により、中心部２５の排気が冷却される。

【0029】

（変形例３）
次に、変形例３に係る排気冷却装置１について図７および図８を参照して説明する。図７は変形例３に係る排気冷却装置を示す縦断面図である。図８は変形例３に係る排気冷却装置の中央側通路部を示す横断面図である。

【0030】

変形例２では、上側の内壁２４と下側の内壁２４との間に架設された管状部３２に配置され、中心部２５と中空部３３とを連通する複数の連通穴３５について説明した。この場合、例えば、下側外気連通口３４ｂから中空部３３へ導入され、中空部３３から連通穴３５を通って排気通路２の内部へ導出さずに中空部３３を通過した一部の外気は、上側外気連通口３４ａから排気通路２の外部へ導出してしまう。これに対し、中空部３３へ導入された全部の外気を中心部２５の排気の冷却に用いることができれば、中心部２５の排気温度の冷却効果は上がる。

【0031】

変形例３に係る排気冷却装置１では、管状部３２は、排気通路２の内壁２４に配置される一端部と、中心部２５の位置において下流側（＋Ｘ方向）へ延在する他端部とを有する。管状部３２の一端部は、外気と中空部３３とを連通する外気連通口３４を有する。管状部３２の他端部は、中心部２５と中空部３３と連通する連通開口３７を有する。連通開口３７が本開示の「中心部連通口」に対応する。連通開口３７は下流側（＋Ｘ方向）に開設されている。変形例３においては、管状部３２の外径の大きさや、中空部３３の内径の大きさや、連通開口３７の径の大きさなどは、排気通路２の中心部２５の排気温度の低下の観点から、実験やシミュレーションにより求めることができる。

【0032】

変形例３では、例えば、排気通路２外の圧力が排気通路２内の圧力よりも高いため、外気が外気連通口３４から中空部３３へ連続的に導入され、中空部３３へ導入された外気が連通開口３７から中心部２５に導出される。これにより、外気が中心部２５の排気と混合するため、中心部２５の排気温度が低下する。

【0033】

以上、本実施の形態に係る排気冷却装置１の構成および変形例のそれぞれに係る排気冷却装置１の構成について説明したが、本開示はこれらに限らず、例えば、これらの１または複数の組み合わせにより構成されてもよい。

【0034】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本開示は、排気通路の中央部の排気を冷却し易くすることが要求される排気冷却装置を備えた車両に好適に利用される。

【符号の説明】

【0036】

１ 排気冷却装置
２ 排気通路
３ 乱流発生部材
４ 排気管
５ 筒状の空間
２１ 上流側通路部
２２ 中央側通路部
２３ 下流側通路部
２４ 内壁
２５ 中心部
３１ 棒状部
３２ 管状部
３３ 中空部
３４ 外気連通口
３４ａ 上側外気連通口
３４ｂ 下側外気連通口
３５ 連通穴
３６ 中間部
３７ 連通開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】