JP2007524028A - 改善された消音器 - Google Patents

Abstract

本発明は、拡大室内又は拡大室に隣接して設けられかつ出口に向って排気ガスを旋回させる回転可能な羽根車を備える消音器を提供する。消音器は、排気ガスの騒音値を許容範囲内に維持しつつ、標準の消音器よりも改善された出力及び／又は燃料効率を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、標準の消音器よりも改善された出力及び／又は燃料効率を発生する内燃機関用の消音器に関する。

環境問題のため、政府機関は、内燃機関により駆動される車両から排出される排気ガスの量及び種類に対してより厳しい規制を課してきた。更に、上記内燃機関から生ずる騒音量も、厳しい基準を満たさなければならない。上記規制は、大気特性を改善しかつ騒音公害を減少し得るが、影響を受ける車両は、燃料消費量が増加して出力が減少する深刻な弊害も生じる。上記弊害は、騒音を減衰しかつ排気ガスを浄化する実際の装置が発生する排気ガス背圧（通気抵抗）に起因すると考えられる。従って、排気ガスの流動性を増加する装置により、前記欠点を軽減できると考えられる。

内燃機関の排気ガスに起因する騒音公害及び／又は大気汚染を減少するより効率的な手段を提供する種々の装置が提案された。前記提案された装置は、下記コジマ名義の特許文献１、ミチカワ名義の特許文献２、タニグチ名義の特許文献３、ハリスその他名義の特許文献４、タニグチ名義の特許文献５、キャスパー名義の特許文献６、エヴェレット名義の特許文献７、ライマン名義の特許文献８、カシワラその他名義の特許文献９及びラペラその他名義の特許文献１０により公知である。
米国特許第４,５３３,０１５号 米国特許第４,３３９,９１８号 米国特許第４,３３１,２１３号 米国特許第４,３１７,５０２号 米国特許第４,３０３,１４３号 米国特許第４,２２２,４５６号 米国特許第４,１２９,１９６号 米国特許第４,１０９,７５３号 米国特許第４,０５０,５３９号 米国特許第３,０１６,６９２号

しかしながら、騒音及び排気物質の低減を追求すると、同時に、燃料効率及び出力が付随して減少して効果が相殺されるが、継続的に奮闘中であることが分かる。

本発明は、拡大室内又は拡大室に隣接して設けられかつ出口に向って排気ガスを旋回させる回転可能な羽根車を備えた消音器を提供する。消音器は、排気ガスの騒音値を許容範囲内に維持しつつ、標準の消音器よりも改善された出力及び／又は燃料効率を達成する。

下記実施例により、本発明を説明する。本明細書中に開示する発明の特徴に基づく変更は、当業者が理解できる技術範囲内であり、実施例は、本発明の範囲を限定するものではないことを認識すべきである。本発明の範囲を適切に決定するため、利害関係人は、本特許出願の請求の範囲及びその均等物を考慮すべきである。更に、本明細書中の全引用文献は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

図１は、本発明による消音器10の実施の形態の縦軸に沿う断面図を示す。消音器10は、テーパ状の入口端14に設けられる入口162と、テーパ状の出口端34に設けられる出口164とを有する外殻16を備える。他の実施の形態では、外殻16は、ほぼ平坦な入口端14及び／又は出口端34を有する。消音器10の形成に使用される材料は、従来より周知である。本実施の形態では、消音器ケーシング及び関連する管体は、ステンレス鋼等の金属により形成される。各種の構成部材を取り付ける方法も周知である。例えば、接合箇所を一体に形成し、溶接し又はろう付けすることができる。更なる実施の形態では、羽根車24に近接して円形拡大領域を有する楕円形断面が消音器10に設けられる。拡大室18全体に円形拡大領域を延伸させてもよいが、外側の楕円形断面に合致する軸の周囲に延伸させてもよい。

外殻16の近端122の入口162に入口管12が取り付けられる。入口管12の末端124は、内燃機関等の排気ガス源（図示せず）に直接又は間接的に取り付けられる。入口管12の内側126は、拡大室管20の内側に形成される拡大室18内に開放される。拡大室管20は、外殻16とほぼ同軸上に取り付けられる。両端部では、外殻16の一部が拡大室18を形成するように、拡大室管20を外殻16に取り付けて示すが、拡大室管20の端部をテーパ状に形成して、拡大室管20の対向する開口部により入口162と出口164とを形成してもよい。更に、拡大室管20を外殻16に取り付けて、拡大室管20の外側と外殻16の内側とを結合し、拡大室18を包囲する騒音抑制スリーブ22を形成することができる。

騒音抑制スリーブ22には、公知の騒音抑制材料が充填される。騒音抑制材料の例は、ガラス繊維、ガラスウール、銅ウール、銅綱、スチールウール等を含む。本実施の形態では、騒音抑制材料は、ガラス繊維である。拡大室管20は、穿孔されて、拡大室18と騒音抑制スリーブ22内の材料とを連通する複数の孔（図示せず）を有する。本実施の形態では、拡大室管20は、約５０%の気孔率を有する。別の実施の形態では、拡大室管20は、約４０%〜約８０%の間の気孔率を有する。別の実施の形態では、拡大室18は、入口管12より少なくとも約８５%大きい流通断面積を有する。他の実施の形態では、拡大室18は、入口管12より少なくとも約７５%大きい流通断面積を有する。更に別の実施の形態では、拡大室18は、入口管12より約７５%〜約９０%の間で大きい流通断面積を有する。

本実施の形態では、羽根車24（図１、図３及び図４）は、入口管12に近接する拡大室18の端部に設けられた羽根車支持体26に取り付けられた回転軸支持体28により、消音器10に取り付けられる。本実施の形態では、羽根車24は、約３０°の螺旋捩れ角38をそれぞれ有する４枚のブレード30を備える。回転軸支持体28は、羽根車支持体26に羽根車24を確実に取り付けるが、入口管12から拡大室18中に排気ガスを圧送しかつ円滑に回転させる十分な遊びを羽根車24に与える。別法として、ブレード30を約２０°〜６０°の角度間で捻ってもよい。全ブレード30が互いに整合する限り、ブレード30が時計方向又は反時計方向に回転しても性能に差異はない。他の実施の形態では、羽根車24は、２枚〜８枚のブレード30を有することができる。別の実施の形態では、羽根車24は、３枚〜５枚のブレード30を有する。好適な実施の形態では、ブレード30の幅は、比較的狭い。しかしながら、発明の実施状況に応じて種々の幅のブレード30を利用してよい。

羽根車支持体26に羽根車24を取り付ける種々の方法が公知である。本実施の形態では、テフロンを塗布した青銅製の軸受に羽根車24を装着し、羽根車支持体26に取り付けた標準段付きネジに軸受が順次取り付けられる。別の実施の形態では、羽根車支持体26に取り付けられたテフロンを塗布した青銅製の軸受に装着された段付きネジに羽根車24が取り付けられる。また、軸受及び段付きネジは、ステンレス鋼又は合金鋼により形成される。図１に示すように、羽根車24は、羽根車支持体26に対向して取り付けられる。図２に示すように、羽根車24（ブレード30により示す）は、羽根車支持体26の後側に取り付けられる。

図１では、入口管12の内側126に示す矢印40は、内側126の領域内をほぼ直線方向に移動する気体を示す。羽根車24に気体が到達すると、気体は、羽根車24を押圧して回転させ、これにより、気体が拡大室18を通過するとき、気体を旋回（矢印32で示す）させる。旋回効果により、テーパ状の出口端34の方向に排気ガスを押圧することにより、気体の回転流を持続させて、出口管36を通じて消音器10から気体を押し出す。出口管36は、出口164の近端362に取り付けられ、直接又は間接的（例えば、尾管を通じて）に、末端364で大気に気体を放出する。実施の形態では、出口管36は、入口管12とほぼ同一の内径を有する。別の実施の形態では、入口管12は、実質的に出口管36より小さい内径を有する。

本実施の形態の変形例では、羽根車24は、入口管12（図５）の近端122内に支持される。本実施の形態では、入口管12及び出口管36の近端122,362を拡大室18内に延伸して示す点に注意を要する。消音器10に羽根車24を種々の手段で取り付けられるように、入口管12及び出口管36を消音器10に取り付ける種々の方法が公知である。何らかの理由により制限されなければ、羽根車24は、小さい容積空間からより大きい容積空間まで、強制的に排気ガスを旋回させ、排気ガスの流量を改善できよう。

典型的な本発明の実施の形態は、内燃機関（エンジン）の騒音値を許容値内に維持しながら、内燃機関の出力及び／又は燃料効率を増加させる高性能な推進型消音器を提供するものである。何らかの特別な理由により制限されなければ、排気ガスは、消音器10内に流入し、排気ガスが拡大室18内で膨張するとき、羽根車24は、緊密に旋回する渦に排気ガスを強制的に回転させるであろう。これは、拡大室18から出口管36に流れる気体の流動を促進する。この効果により、排気ガス源からより多量の排気ガスを吸引して、内燃機関の排気流量を増加させる負圧（真空）を生ずることができる。

羽根車24のない同様の標準の消音器と比較して、内燃機関の出力を最大約１９%増加できることが判明した。本実施の形態では、約１３%〜約１９%の間で出力が改善した。別の実施の形態では、燃料に対する走行距離は、市街地走行で最大約１２%増加し、高速道路走行で最大約１５%増加した。他の実施の形態では、燃料効率は、市街地走行で約５%〜約１２%の間で改善した。更に別の実施の形態では、燃料効率は、高速道路走行で約６%〜約１５%の間で改善した。運搬車、自動車、芝刈機、ボート、スノーモビル、動力機械又は内燃機関により駆動する他の装置を含む車両にも本発明の消音器による利点を得ることができる。

本発明による消音器の実施の形態を示す長手方向の断面図 本発明による消音器の実施の形態の端面図 本発明による消音器の実施の形態の羽根車の拡大側面図 本発明による実施の形態である消音器に使用する羽根車の拡大端面図 本発明による消音器の他の実施の形態を示す長手方向の断面図

符号の説明

(10)・・消音器、 (12)・・入口管、 (16)・・殻（外殻)、 (18)・・拡大室、 (20)・・拡大室管、 (22)・・騒音抑制スリーブ、 (24)・・羽根車、 (26)・・羽根車支持体、 (122)・・近端、 (162)・・入口、 (164)・・出口、

Claims (20)

1. 殻と、殻に対し同軸上に取り付けられる拡大室管とを備え、殻の内側及び拡大室管の外側は、騒音抑制材料を収容する騒音抑制スリーブを形成し、
   拡大室管の内側は、拡大室を形成し、
   拡大室管は、穿孔されて、約４０%〜８０%の気孔率を達成する複数の孔を有し、拡大室は、騒音抑制スリーブ内の騒音抑制材料に連通し、
   入口管は、殻の入口に取り付けられ、入口管の内側は、拡大室に連通し、
   排気ガスが入口管から拡大室へ通過するとき、羽根車が回転するように、羽根車を消音器に回転可能に取り付け、
   羽根車は、排気ガスを旋回させて、殻内の拡大室及び出口を流れる排気ガスの通過を促進することを特徴とする高性能推進型消音器。
2. 段付きネジに回転可能に取り付けられた羽根車をテフロンを塗布した青銅製の軸受に取り付けた請求項１に記載の高性能推進型消音器。
3. テフロンを塗布した青銅製の軸受に回転可能に取り付けられる段付きネジに羽根車を取り付けた請求項１に記載の高性能推進型消音器。
4. 拡大室管は、入口管より少なくとも約８５%大きい流通断面積を有する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
5. 拡大室管は、入口管より約７５%〜約９０%の間で大きい流通断面積を有する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
6. 標準の消音器と比較して、内燃機関の燃料効率を市街地走行で約５%〜約１２%の間で改善すると共に、高速道路走行で約６%〜約１５%の間で改善する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
7. 標準の消音器と比較して、内燃機関の燃料効率を市街地走行で少なくとも約５%改善すると共に、高速道路走行で少なくとも約６%改善する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
8. 標準の消音器と比較して、内燃機関の出力を少なくとも約１３%改善する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
9. 標準の消音器と比較して、内燃機関の出力を約１３%〜約１９%の間で改善する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
10. 標準の消音器と比較して、内燃機関の燃料効率を市街地走行で約５%〜約１２%の間で改善すると共に、高速道路走行で約６%〜約１５%の間で改善し、内燃機関の出力を約１３%〜約１９%の間で改善する請求項１に記載の高性能推進型消音器。
11. 入口管と、拡大室と、回転可能な羽根車とを備え、入口管の内側は、拡大室に連通し、羽根車は、消音器に取り付けられ、排気ガスが入口管から拡大室へ通過するとき、羽根車が回転することを特徴とする消音器。
12. 拡大室内に取り付けられた羽根車支持体に軸着した羽根車を入口管に近接して拡大室内に取り付けた請求項１１に記載の消音器。
13. 入口管内に取り付けられた羽根車支持体に軸着した羽根車を入口管内に取り付けた請求項１１に記載の消音器。
14. 入口管の近端に取り付けられた羽根車支持体に軸着した羽根車を入口管に取り付けた請求項１１に記載の消音器。
15. 拡大室は、少なくとも約５０%の気孔率を有する拡大室管を備える請求項１１に記載の消音器。
16. 拡大室は、約４０%〜約８０%の間で気孔率を有する拡大室管を備え、拡大室管の外側は、外殻の内側と共に、騒音抑制スリーブを形成し、ガラス繊維、ガラスウール、銅ウール、銅綱、スチールウール及びそれらの組み合わせから成る群から選択される騒音抑制材料を騒音抑制スリーブ内に充填した請求項１１に記載の消音器。
17. 拡大室は、約４０%〜約８０%の間で気孔率を有する拡大室管を備え、拡大室管の外側は、外殻の内側と共に騒音抑制スリーブを形成し、ガラス繊維、ガラスウール、銅ウール、銅綱、スチールウール及びそれらの組み合わせから成る群から選択される騒音抑制材料を騒音抑制スリーブ内に充填し、拡大室管は、入口管より少なくとも約８５%大きい流通断面積を有し、標準の内燃機関消音器と比較して、燃料効率を高速道路走行で約１５%改善すると共に、市街地走行で約１２%改善し、出力を約１９%改善する請求項１１に記載の消音器。
18. 消音器内の拡大室の入口の直後に回転可能な羽根車を取り付ける過程と、
    入口から拡大室内へ排気ガスが通過するとき、羽根車を回転させる過程とを含むことを特徴とする内燃機関の消音器性能を改善する方法。
19. 改善性能は、市街地走行での約５%〜約１２%の燃料効率改善、高速道路走行での約６%〜約１５%の燃料効率改善及び約１３%〜約１９%の出力改善である請求項１８に記載の方法。
20. 改善性能は、市街地走行での少なくとも約５%の燃料効率改善、高速道路走行での少なくとも約６%の燃料効率改善及び少なくとも約１３%の出力改善である請求項１８に記載の方法。

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