JP2019070379A - Accelerator for exhaust gas flow - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気放出する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus installed at the end of an exhaust system of an internal combustion engine to accelerate an exhaust gas flow and release it to the atmosphere.
自動車用エンジンに代表される内燃機関において、排気系は燃焼によって生じた排気ガスを大気に放出するに止まらず、排気ガスの成分調整や排気音の低減を行う重要な役割を負っている。特に、近年の排気ガス浄化に関する法整備の進行に伴い、排気系が複雑化し背圧の増大する傾向が続いている。本件の発明者は上記の傾向を改善するため、排気ガスを高速化して大気放出する技術に取り組んでおり、成果の一部についてその都度特許出願を行い、技術の公開に努めて来た。 2. Description of the Related Art In an internal combustion engine represented by an automobile engine, an exhaust system plays an important role in not only releasing exhaust gas generated by combustion to the atmosphere but also adjusting exhaust gas components and reducing exhaust noise. In particular, with the progress of the legal maintenance for exhaust gas purification in recent years, the exhaust system becomes complicated and the tendency of back pressure increasing continues. The inventor of the present invention has been working on a technology for speeding up the exhaust gas and releasing it to the atmosphere in order to improve the above-mentioned tendency, and has made patent applications each time for a part of the results and made efforts to disclose the technology.
その内、特開平6−173634号は排気系にバイパス路を設け、排気ガス流速を高めて背圧を減少させることで掃気を促進する発明であり、特開平7−233722号は排気管に排気ガスを取り出してまた管流させる管流管を設け、熱害の問題解決を図った発明、特開平8−326547号は排気ガス流を加速して負圧を発生させる加速部を上下2段に設けた、高度の負圧吸引エネルギーを発生させる発明である。また、特開平9−170432号は排気ガスを高速で大気放出する際に排気ガス流の流束を絞る絞り部を設け、高速排出の確実化を図った発明、特開平10−331631号はエンジンの排気量の或る程度の変化に対応するように融通性を持たせた発明、特開2001−98924号は早期促進効果を有するマフラーについて小型化を目的とした発明である。 Among them, JP-A-6-173634 is an invention for promoting scavenging by providing a bypass in the exhaust system and increasing exhaust gas flow velocity to reduce back pressure, and JP-A-7-233722 is an exhaust pipe for exhaust In order to solve the problem of heat damage, a pipe flow pipe is provided for taking out the gas and carrying out a pipe flow, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-326547 proposes an acceleration unit for accelerating the exhaust gas flow to generate negative pressure in upper and lower two stages. It is an invention for providing a high degree of negative pressure suction energy. Further, JP-A-9-170432 is an invention in which a throttling portion is provided to narrow the flux of the exhaust gas flow when the exhaust gas is released into the atmosphere at a high speed, thereby ensuring high-speed discharge, JP-A-10-331631 is an engine Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2001-98924 is an invention aimed at miniaturizing a muffler having an early promoting effect, in which the invention is made flexible to cope with a certain change in displacement of the engine.
開発を継続する過程では目的に成果が一致しないこともあり、必ずしも意図したとおりの結果が得られるとは限らなかったが、解決すべき課題も次第に明確になって来た。その代表的なものは、例えば、エンジン排気量等の変化に対応する柔軟性であり、それが十分でない場合には排気量の大小によって何種類もの製品を用意しなければならないことになる。また、他の課題は装置の小型化であり、大型であればあるほど自動車に装着しにくくなり、排気管にかかる荷重負担も増すことになる。このような経緯を経て、本件の発明者は上記の課題を解決するための手法を知得し、この手法を実際の装置に取り入れ、その結果到達したのが特開2011−153574号の発明である。 In the process of continuing development, the outcome may not coincide with the purpose, and the result may not always be as intended, but the issues to be solved have become clearer and clearer. The representative one is, for example, the flexibility corresponding to the change of the engine displacement etc. If this is not enough, it is necessary to prepare various kinds of products depending on the magnitude of the displacement. Another problem is the miniaturization of the apparatus, and the larger the equipment, the harder it is to mount it on a car and the greater the load on the exhaust pipe. Through such a history, the inventor of the present invention knows the method for solving the above-mentioned problems, and incorporates this method into an actual device, and as a result, it is the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-153574. is there.
このような一連の発明から成るシステムはJVCS(登録商標)と称して、現在に至るまで一定の評価を得ており商品としても成功している。しかしながら、本システムは実際には顕著な効果が得られるにも拘らず技術的解明が必ずしも進んでいるとは言えない側面がある。そのため、各エンジンについて実際に装置を適用し最適の成果を得るには、相応の経験と技術等を有する熟練技術者に頼る必要があり、従って、誰にでも装着できるというものではなかった。そこで、本発明者は車両等への適用に当たって、より装着が容易であり、柔軟性或いは融通性を有する排気ガス流の加速装置を目指して開発を継続し、本発明に到達したものである。 A system consisting of such a series of inventions has been called a JVCS (registered trademark), has received a certain evaluation until now, and has been successful as a product. However, there are aspects that this system does not necessarily advance the technical elucidation even though the remarkable effect can be obtained in practice. Therefore, in order to actually apply the apparatus to each engine and obtain optimum results, it is necessary to rely on skilled technicians having appropriate experience and techniques, and therefore it is not that they can be worn by anyone. Therefore, the present inventor has continued development for an exhaust gas flow acceleration device which is easier to install and has flexibility or flexibility when applied to a vehicle or the like, and has reached the present invention.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その課題は、内燃機関を備えた各種機器に適切に装着可能な、柔軟性或いは融通性を有する排気ガス流の加速装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a flexible or flexible exhaust gas flow acceleration device which can be suitably mounted on various devices provided with an internal combustion engine. .
上記の課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気放出する加速装置であって、一端を、排気系の末端から排出される排気ガス流を受け入れる排気ガス流入側とし、他端を、排気ガス流を大気放出する排気ガス流出側とした、全体として筒状構造の装置本体と、排気ガス流の大気放出に伴う騒音を低減させるために、装置本体の排気ガス流入側に設けられた消音器とを備える構成とするという手段を講じたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an accelerator installed at the end of an exhaust system of an internal combustion engine to accelerate the exhaust gas flow and release it to the atmosphere, one end of which is discharged from the end of the exhaust system. An exhaust gas inflow side that receives the exhaust gas flow, and the other end is an exhaust gas outflow side that discharges the exhaust gas flow to the atmosphere For this purpose, a means is provided which comprises a silencer provided on the exhaust gas inflow side of the apparatus body.
また、上記の課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気系の末端に設置され、排気ガス流を加速して大気放出する加速装置であって、一端を、排気系の末端から排出される排気ガス流を受け入れる排気ガス流入側とし、他端を、排気ガス流を大気放出する排気ガス流出側とした、全体として筒状構造の装置本体と、排気ガス流を大気放出するために、装置本体の排気ガス流出側に設けられたテールパイプと、排気ガス流の大気放出に伴う騒音を低減させるために、テールパイプの外周に設けられた環状の衝撃音吸収装置とを備え、衝撃音吸収装置は、環状に配列された複数の音吸収管を有し、複数の音吸収管は、それぞれ、加速された排気ガス流が流出する排気ガス噴出領域に開口している構成とするという手段を講じたものである。 Further, in order to solve the above problems, the present invention is an accelerator installed at the end of the exhaust system of an internal combustion engine to accelerate the exhaust gas flow and release it to the atmosphere, and one end is discharged from the end of the exhaust system. The exhaust gas inflow side that receives the exhaust gas flow, and the other end is the exhaust gas outflow side that discharges the exhaust gas flow to the atmosphere; A tail pipe provided on the exhaust gas outflow side of the apparatus body, and an annular impact sound absorbing device provided on the outer periphery of the tail pipe in order to reduce noise associated with the atmospheric discharge of the exhaust gas flow; The sound absorbing device has a plurality of sound absorbing tubes arranged in an annular shape, and each of the plurality of sound absorbing tubes is configured to open to an exhaust gas injection region from which the accelerated exhaust gas flow flows out. It has taken measures.
本発明は以上のように構成され、かつ、作用するものであるので、内燃機関を備えた各種機器に適切に装着可能な、柔軟性或いは融通性を有する排気ガス流の加速装置を提供することができる。 Since the present invention is configured and operates as described above, it is possible to provide a flexible or flexible exhaust gas flow acceleration device that can be suitably mounted on various devices equipped with an internal combustion engine. Can.
まず、本発明の概要について説明する。従来の内燃機関のエンジン(例えば、自動車用エンジン)は、燃料(ガソリン、軽油、水素など)の燃焼パワーを使って動力に変換するものであった。一方、本発明の排気ガス流の加速装置は、従来の燃焼パワーを補強するとともに、負圧パワーと大気圧パワーを使ってエンジンを駆動する。このため、本発明の排気ガス流の加速装置は、従来の内燃機関に設置されることで、従来の内燃機関(第1基本エンジン)を補強するエンジン(第2補強エンジン)として機能させることができるものである。このように、本発明では、従来の第1基本エンジンに第2補強エンジンを追加することで一体となって完成された最大能力のエンジンを構成することができる。なお、本発明において「負圧」とは基準となる圧力を下回る圧力という程の意味で、例えば、排気系を流れる排気ガス流の圧力は基準となる一つの圧力である。 First, an outline of the present invention will be described. Conventional internal combustion engines (e.g., automobile engines) convert power into power using combustion power of fuel (gasoline, light oil, hydrogen, etc.). On the other hand, the apparatus for accelerating the flow of exhaust gas according to the present invention reinforces the conventional combustion power and drives the engine using negative pressure power and atmospheric pressure power. Therefore, the apparatus for accelerating the flow of exhaust gas according to the present invention can function as an engine (second reinforcement engine) that reinforces the conventional internal combustion engine (first basic engine) by being installed in the conventional internal combustion engine. It is possible. As described above, according to the present invention, by adding the second reinforcement engine to the conventional first basic engine, it is possible to construct an engine of maximum capacity which is completed as one. In the present invention, “negative pressure” means, for example, a pressure below the reference pressure, for example, the pressure of the exhaust gas flow flowing in the exhaust system is one reference pressure.
[第1の実施形態]
以下、図示の実施形態を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態では、本発明に係る排気ガス流の加速装置の構成について説明し、後述する第2の実施形態では、第1の実施形態に係る排気ガス流の加速装置の構成にキャップと消音装置が追加された構成について説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the illustrated embodiment. In the first embodiment, the configuration of the exhaust gas flow acceleration device according to the present invention will be described, and in the second embodiment described later, the configuration of the exhaust gas flow acceleration device according to the first embodiment will be described. The configuration in which the cap and the silencer are added will be described.
図1は本発明の第1の実施形態に係る排気ガス流の加速装置10の例1に関するもので、11は内燃機関、12は燃焼室、13は生成された排気ガスを排出する排気管、14は排気ガス浄化のための触媒装置を示しており、排気管13に設けられている。排気管13にはマフラー15が装備されており、上記触媒装置14、マフラー15を含む排気管13等は排気系を構成する。
FIG. 1 relates to an example 1 of an
本実施形態では、内燃機関11として4サイクルガソリンエンジンを想定しており、上記排気ガス流の加速装置10は、その排気管13即ち排気系の末端に設置されている。本発明に係る排気ガス流の加速装置10は、図2に詳細に示したように、中空な筒状構造を有する装置本体20を具備しており、装置本体20は、排気ガス流の上流側に位置する一端部に設けられた接続端部16において排気管13の末端に気密的に接続されている。
In the present embodiment, a four-cycle gasoline engine is assumed as the
本発明の加速装置10が具備する、装置本体20は一端の上記接続端部16を排気系の末端から排出される排気ガス流を受け入れる排気ガス流入側とし、他端は、排気ガスを大気放出する排気ガス流出側としたものである。装置本体20を構成するものは全体として筒状構造を呈しており、排気ガス流入側の前面部17、中間の筒状部18及び排気ガス流出側の後面部19から成る円筒形状に形成されている。
The
接続端部16は、装置本体20の前面部17に形成された接続孔17aに挿入され、溶接により接合されている。なお、接続孔17aは装置本体20と実質的に同心に設けられている(図3A参照)。接合手段は溶接だけで行っても良く、また、ネジ接続やそれらの併用も可能である。このような装置本体20は耐熱性金属を用いて、任意の加工方法、例えば板金加工法、深絞り法、ダイキャスト法等により製造される。
The
このような装置本体20の内部には排気ガス流加速筒21が設けられている。排気ガス流加速筒21は排気ガス流入側から流入する、排気ガス流のうちの主として中央部の流れを加速するために設けられ、前記接続端部16に接続されている。従って、前記装置本体20とおおむね同心に設けられる。本発明における排気ガス流加速筒21は、従来の排気ガス流の加速装置との比較において相対的に大きい容積を有するように形成されており、排気系から排出される排気ガスをより多量に受容できるように構成されている。
An exhaust gas
上記排気ガス流加速筒21はテーパー筒状の加速部22と、排気ガス流のうちの主として中央部以外の流れを加速部の外部に流すために、筒部23に設けられた開口部24とを有している。例1として示されている筒部23は実質的に円筒状である。また、前記した相対的に大きい容積とはテーパー筒状の加速部22の関係する容積のことで、例えば、テーパー部分の中心軸線に対する傾斜角度はより立った鈍角的な形状とすることにより容積を増すことができる。実施形態の場合、排気ガス流加速筒21の容積は、例えば前記特開2011−153574号の発明における第二加速部の約二倍に設定している。実験によれば、容積増加の度合は従来比約100%増が最適であったが、20%増で効果が表れ始め150%を超えても効果が頭打ちとなるので、この範囲であればおおむね良好な結果を得られるものと考えられる。
The exhaust gas
先行技術として列挙した本件発明者の発明において加速筒のテーパー形状は中心軸線に対する傾斜角度が先鋭でより鋭角的な形状に設定していた。これに対して、本発明のようにより立った傾斜角度とすることで抵抗は増す傾向になるが、圧縮性である排気ガス流は臨界角度まで速度が上昇し、それに応じて開口部24への迂回流量が増す。従って、臨界角度を適切に設定することで、排気ガス流の加速に悪影響が及ぶことなく加速部22における加速も最大限度に達し、加速部22の下流に生じる圧力低下も最大になる。上記臨界角度Cとしては、従来は中心軸に対して30度に満たない角度であったが、本発明の場合実験により30〜45度の範囲の好適であることが確かめられている。
In the invention of the present inventor listed as the prior art, the tapered shape of the acceleration cylinder is set to a sharper inclination angle with respect to the central axis. On the other hand, although the resistance tends to increase by setting the inclination angle more as in the present invention, the exhaust gas flow that is compressible increases in speed to the critical angle, and accordingly, to the
上記の筒部23には開口部24も設けられているが、開口部24は中心軸方向に細長い形態を有し筒部23の周方向に数個を等間隔で開口している。それら開口部24の面積も重要な要素であり、排気ガス流加速筒21のノズル部25の開口面積との比較においては開口部24の面積はノズル部25の開口面積の数倍程度が望ましい。なお、実施形態では開口部24の面積はノズル部25の開口面積の4倍に設定し、良好な結果を得ている。図示の実施形態において、排気系の末端の断面積S0との比較では:S0>開口部の断面積S1+後端ノズルの断面積S2、つまり排気系末端のガス流が本発明の加速装置10によって絞られるような断面積の関係にある。
The
上記排気ガス流加速筒21は、筒部23において、支持体26を用いて数カ所で筒状部18に溶接等の手段により固定されている。支持体26は図3にほぼ十字型に例示されており(図3A)、排気ガス流及び走行振動等の外力に対抗して排気ガス流加速筒21を固定するために十分な強度を備えた支柱として機能する。それら支持体26の間の空所は、外部の排気ガス流が通過する排気ガス吸引口27であり、加速部22の周囲を経由しその後方に形成されている負圧空間に通じている。
The exhaust gas
上記排気ガス加速筒21にて加速された排気ガス流を大気放出するために、排気ガス流出側にテールパイプ28が設けられている。テールパイプ28はパイプ保持筒29に前後方向へスライド可能に設けられている。そのために、後面部19には取付け孔19aが実質的に同心に設けられており、そこにパイプ保持筒29が挿入され溶接等の手段により接合されている。このパイプ接続筒29は先端部が排気ガス流加速筒21の後端部と重なるか重ならない程度の位置関係に配置される。
A
上記テールパイプ28を装置本体20に対して前後方向へ移動可能とし、それによって上記排気ガス流加速筒21とテールパイプ28との間隔を調節可能にするために、調節機構30が設けられている。図2に示した調節機構30はパイプ保持筒29に形成されたメネジ部31と、メネジ部31と螺合するオネジ体32及びテールパイプ28の前後方向の位置決め部として複数箇所設けられた調節孔33より成る。従って、オネジ体32をメネジ部32にネジ合わせ、かつ先端を調節孔33に挿入することによってテールパイプ28の前後方向の位置を固定することができる。
An
このような構成を有する例1の排気ガス流の加速装置10において、排気系の末端から排出される排気ガス流Eが排気ガス流加速筒21に流入し、排気ガス流のうちの主として中央部の流れE1がテーパー筒状の加速部22を通過するとともに加速され高速の流れとなる。加速に伴ってノズル部25の下流及びその周囲のテールパイプ28との間の、図4にあみ線で示した領域に、強力な負圧領域Vが形成される。排気ガス流加速筒21では、主として中央部以外の流れE2が加速部22の外部に流出するが、この流れは上記の強力な負圧領域Vに吸引されて吸引流E3となり、高速で中央部の流れE1と合流してE4として大気放出される。
In the exhaust
負圧領域Vとしてノズル部25の周囲を示しているが、最も強力な負圧はノズル部25を通過する高速の流れE1に生じており、負圧領域Vは負圧の外縁を示すものである。特に、本発明に係る排気ガス流の加速装置10では、調節機構30を操作してテールパイプ28を装置本体20に対して前後方向へ移動可能とした構成を備えている。従って、上記排気ガス流加速筒21とテールパイプ28との間隔の調節により、上記の負圧領域Vの範囲を変化させることができ、この変化は排気ガス流の加速に大きく影響することとなる。図4に示した二点鎖線の位置はテールパイプ28を最も後退させた状態を示しており、この状態では負圧領域Vが最大に拡張され、より強力な負圧を発生させ排気ガス流の加速が最大限度になるように設定されている。
The area around the
ここで、例1の排気ガス流の加速装置10において排気ガス流の加速が実現される原理について説明する。本発明の加速装置10は、排気ガスを加速装置10内に導入したのちに、第1の経路(主として中央部の流れE1)と、第2の経路(主として中央部以外の流れE2)に分岐する。
Here, the principle of acceleration of the exhaust gas flow in the exhaust gas
第1の経路では、下流側に断面積が小さい排出口を有する形状(例えば、テーパー筒状)とすることで排気ガスの単位体積流速が高められ、断面積が小さい排出口部分に負圧(負圧領域V)が発生するが、これは以下の理由による。すなわち、周知のように、流体の流れる断面積と流体の速度は反比例する。例えば、流体の流れる断面の直径を半分にすると、断面積は4分の1になるため、流体の速度は4倍になり、流体のエネルギーは、流体の速度の2乗に比例するので16倍になる。流体におけるエネルギー保存則に相当するベルヌーイの定理によれば、変化の前後において、流体のエネルギーと圧力の和は等しい。このため、流体のエネルギーが増加すると、その分だけ流速方向と垂直な方向に負圧が生じることになる。すなわち、排気ガスのうち第1の経路を流れる排気ガス(主として中央部の流れE1)がテーパー筒状の加速部22を通過すると断面積が減少することにより流速が増加し、流体のエネルギーが増加することによって負圧(負圧領域V)が生じる。
In the first path, the unit volumetric flow rate of the exhaust gas is increased by forming a shape (for example, a tapered cylindrical shape) having a discharge port having a small cross-sectional area downstream, and a negative pressure ( A negative pressure region V) occurs because of the following reasons. That is, as is well known, the flow cross-sectional area of the fluid is inversely proportional to the velocity of the fluid. For example, halving the diameter of the flow section of the fluid reduces the cross-sectional area by a factor of four, the velocity of the fluid is quadrupled, and the energy of the fluid is proportional to the square of the velocity of the fluid. become. According to Bernoulli's theorem corresponding to the energy conservation law in fluid, the sum of fluid energy and pressure is equal before and after the change. For this reason, when the energy of the fluid increases, negative pressure is generated in the direction perpendicular to the flow velocity direction. That is, when the exhaust gas (mainly the flow E1 in the central part) flowing through the first path among the exhaust gas passes through the tapered
第2の経路は、第1の経路から分岐された経路であるが、第2の経路を流れる排気ガス(主として中央部以外の流れE2)が上記した負圧(負圧領域V)に吸引されることにより高速の吸引流(吸引流E3)となり、第1の経路に合流する(E4となる)。これにより、加速装置10に導入された排気ガス(第1の経路と第2の経路に分岐された排気ガス流)は全体として排出が促進される(排気ガス流が加速される)こととなる。 The second path is a path branched from the first path, but the exhaust gas (mainly the flow E2 other than the central portion) flowing in the second path is drawn to the negative pressure (negative pressure region V) described above As a result, a high-speed suction flow (suction flow E3) is obtained, and the first path is joined (becoming E4). As a result, the exhaust gas introduced into the acceleration device 10 (the exhaust gas flow branched into the first path and the second path) is promoted in its entirety as a whole (the exhaust gas flow is accelerated). .
また、本発明の排気ガス流の加速装置10は、従来の内燃機関(第1基本エンジン)を補強するエンジン(第2補強エンジン)として機能させることができる。以下、図5、図6を用いて具体的に説明する。
The exhaust gas
図5は、従来の内燃機関11(第1基本エンジン)に本発明の排気ガス流の加速装置10を設置したときに負圧が伝播する様子を説明する図である。なお、図5では、加速装置10を簡易化して図示し、その他の排気系の構成の図示を省略している。
FIG. 5 is a view for explaining how negative pressure propagates when the exhaust gas
周知のように、ベルヌーイの定理によれば、変化の前後において、流体のエネルギーと圧力の和は等しいことから、流体(排気ガス流)の流速の運動エネルギーと流速方向と垂直方向に発生する負圧(図5の実線の矢印で示す壁面からの負圧)の和は変化しない(ゼロである)。このため、排気ガス流の流速の運動エネルギーと壁面からの負圧はセットで生じることになる。また、一旦、壁面に生じた流速は慣性の法則により存在し続けようとする。したがって、流速と負圧のセットは壁面に沿って遅滞なく内燃機関11(第1基本エンジン)の排気バブルまで伝搬し、図5に示すように排気バルブが空いた状態では、内燃機関11のシリンダ内部まで、負圧が伝搬することになる。 As well known, according to Bernoulli's theorem, since the sum of energy of fluid and pressure is equal before and after change, the kinetic energy of the flow velocity of the fluid (exhaust gas flow) and the negative generated in the direction perpendicular to the flow velocity direction The sum of the pressure (negative pressure from the wall indicated by the solid arrow in FIG. 5) does not change (it is zero). For this reason, kinetic energy of the flow velocity of the exhaust gas flow and negative pressure from the wall surface are generated as a set. Also, the flow velocity once generated on the wall tends to continue to exist by the law of inertia. Therefore, the set of the flow velocity and the negative pressure propagates along the wall without delay to the exhaust bubble of the internal combustion engine 11 (the first basic engine), and as shown in FIG. Negative pressure will propagate to the inside.
図6は、オットーサイクルのPV線図と呼ばれるもので、4サイクルエンジンの性能を表す図である。図6(A)は、従来のエンジン(すなわち、本発明の加速装置10を備えない内燃機関)のPV線図を示し、図6(B)は、本発明のエンジン(すなわち、本発明の加速装置10を備える内燃機関)のPV線図を示す。
FIG. 6 is referred to as an Otto cycle PV diagram and is a diagram representing the performance of a 4-cycle engine. FIG. 6 (A) shows a PV diagram of a conventional engine (i.e., an internal combustion engine without the
従来のエンジンでは、図6(A)に示すように、吸気と排気の行程はエンジンの動力に寄与せず、むしろ損失になるためポンプ損失と呼ばれている。具体的には、図6(A)に示すように、(1)吸気及び(4)排気が抵抗となり、エンジンの動力(パワー)を奪うことになる。 In the conventional engine, as shown in FIG. 6A, the strokes of intake and exhaust do not contribute to the motive power of the engine but are rather called losses because they are losses. Specifically, as shown in FIG. 6 (A), (1) intake air and (4) exhaust gas become resistance, and take power (power) of the engine.
一方、本発明のエンジンでは、図5に示すように、排気の行程(排気バルブが空いた状態)において、シリンダ内の負圧(図5の実線の矢印)とシリンダ外の大気圧(図5の点線の矢印)の両方が作用することにより、ともにピストンを押し上げる方向に力が加えられる。このため、図6(B)に示すように、(1)吸気及び(4)排気によって、エンジンの動力(パワー)に大きく寄与することができる。 On the other hand, in the engine of the present invention, as shown in FIG. 5, the negative pressure in the cylinder (solid arrow in FIG. 5) and the atmospheric pressure outside the cylinder (FIG. 5) in the exhaust stroke (the exhaust valve is open). By the action of both of the dotted arrows in Fig. 1, a force is applied in a direction to push up the piston together. For this reason, as shown in FIG. 6B, (1) intake and (4) exhaust can greatly contribute to the power (power) of the engine.
また、従来のエンジンでは排気行程で10%程度の残留ガスがシリンダ内に残ることが多い。そして、この残留ガスによって比熱比が小さくなり、燃焼時の温度上昇が抑えられることで燃焼パワーが減少する(図6(A)参照)。一方、本発明のエンジンでは、負圧によってピストン内の残留ガスをすべて掃気するとともに、オーバーラップして開いた吸気バルブから新鮮な空気(酸素)を強制吸引することができるため、シリンダ内の酸素量が増え、燃焼パワーを増大させることができる(図6(B)参照)。そして、負圧の大きさは排気ガスの流速に依存し、排気ガスの流速はエンジンの回転数に比例する。このため、本発明のエンジンは、回転数に応じたトルクを得ることができる。 Further, in the conventional engine, about 10% of residual gas often remains in the cylinder in the exhaust stroke. Then, the specific heat ratio decreases due to the residual gas, and the temperature rise at the time of combustion is suppressed, whereby the combustion power decreases (see FIG. 6A). On the other hand, in the engine of the present invention, it is possible to scavenge all residual gas in the piston by negative pressure and to force fresh air (oxygen) from the overlapped open intake valve so that oxygen in the cylinder The amount can be increased to increase the combustion power (see FIG. 6 (B)). The magnitude of the negative pressure depends on the flow velocity of the exhaust gas, and the flow velocity of the exhaust gas is proportional to the number of revolutions of the engine. Therefore, the engine of the present invention can obtain torque according to the rotational speed.
以上のことから、本発明の排気ガス流の加速装置10は、従来の内燃機関(第1基本エンジン)を補強するエンジン(第2補強エンジン)として機能させることができ、従来の内燃機関と一体となって最大能力のエンジンを構成することができる。
From the above, the exhaust gas
次に、図7を参照して本発明に係る排気ガス流の加速装置10の例2を説明する。例2の加速装置10も基本的構成については例1の装置と実質的に変わるものではないので、符号を援用し詳細な説明は省略する。例2の加速装置10は横断面積が連続的に変化する例1の場合と異なり横断面積が段階的(不連続的)に変化するもので、具体的には横断面積が最大の筒部23と最小面積のノズル部25の二段階の横断面積変化から成る。また、排気ガス流のうちの主として中央部以外の流れを加速部の外部に流すために、開口部24は接続端部16と最大面積の上記筒部23との間に設けられている。
Next, with reference to FIG. 7, an example 2 of the exhaust gas
例2の装置10の場合、接続端部16から排出される排気ガス流は横断面積が最大の筒部23に流入すると、排気ガス流のうちの主として中央部の流れがノズル部25において一気に加速され、中央部以外の流れは最大面積の筒部23前側の開口部24から脱し、強力な負圧領域Vに吸引されるとともに、加速され高速の流れとなってノズル部25の下流にて中央部の流れと合流する。例2においてもテールパイプ28との間隔は調節可能であり、上記の負圧領域Vの範囲を変化させることができる。即ち、テールパイプ位置の調節により排気ガス流の加速度合い、従って発生する負圧の強弱を調節することは前記例1と同様である。
In the case of the
図8は、本発明に係る排気ガス流の加速装置10の例3を示すもので、これも基本的構成については例1の装置と同等である。即ち、接続端部16、前面部17と筒状部18及び後面部19とを有する装置本体20、加速部22と筒部23と開口部24及びノズル部25とを有する排気ガス流加速筒21を具え、さらに、テールパイプ28をパイプ保持筒29に前後方向へスライド可能に設けた構成等を具備している。そこでこれらについては例1の説明を援用することとして、詳細な説明は繰り返さず、調節機構40について説明する。
FIG. 8 shows an example 3 of the
例3の場合、加速部22を備えた筒部23はNC旋盤等を用いて切削加工により形成される。上記筒部23は支持体26にボルト23bを用いて取り付けられており、従って、着脱が可能である。このため、排気ガスの流量等の条件に応じて加速部22を交換することができ、これによって排気ガス流のより適切な加速が実現する。また、筒部23を原材料から削り出すに当たりその前後方向の長さの選択も容易であり、製作の段階においてもより適切な対応が可能になる。
In the case of Example 3, the
例3の加速装置では接続端部16を囲むようにフード16aが設けられ、流入した排気ガス流の中央部以外の流れが、外周へ拡散し過ぎないように構成されている。従って、中央部以外の流れは速やかに負圧領域Vへの吸引流となり、ノズル部25の下流にて中央部の流れと合流する。また、テールパイプ位置の調節により排気ガス流の加速度合い、従って発生する負圧の強弱を調節できることは前記例1と同様である。
In the acceleration device of Example 3, a
さらに、図9を参照して本発明に係る排気ガス流の加速装置10の例4を説明する。例4の装置10も基本的構成については例1の装置と実質的に変わるものではない。故に、接続端部16、前面部17と筒状部18及び後面部19とを有する装置本体20、加速部22と筒部23と開口部24及びノズル部25とを有する排気ガス流加速筒21を具え、さらに、テールパイプ28をパイプ保持筒29に前後方向へスライド可能に設けた構成等を具備している。そこでこれらについては例1の説明を援用することとして、詳細な説明は繰り返さず、調節機構40を中心として説明する。
Further, with reference to FIG. 9, an example 4 of the exhaust gas
例4の調節機構40において、テールパイプ28は装置本体20にスライド可能に取付けられるとともに、自動的に移動可能に設けられており、かつ、排気ガス流加速筒21にて発生した負圧の強さに応じて移動可能に構成する負圧感応部34を有している。この負圧感応部34は排気ガス流加速筒21の下流に発生する負圧に吸引され、また、排気ガス流加速筒21の外部を流れる排気ガス流が衝突するもので、負圧感応部34としてリング状の受圧部がテールパイプ28の前端部分に設けられている。
In the
リング状の受圧部から成る負圧感応部34は、内燃機関11が作動しない状態では排気ガス流加速筒21の加速部22に接する位置にある。そのためテールパイプ28の前方に延長部分35が設けられ、かつ、そこに負圧吸引のための開口部36が複数箇所形成されている。37は付勢手段を示しており、テールパイプ28を初期状態の位置に付勢するもので、一端が装置本体20側に、また、他端はテールパイプ28側に接続されている。例えば、ケース37a、37bはいわゆるテレスコピック(前後摺動可能)に組み合わされており、内部に圧縮ばねを内蔵したものから成る。38、39は付勢手段37の取付け部を示す。なお、上記受圧部34は筒状部18の内周面との間にスライド可能にする程度の隙間を有している(図3B参照)。
The negative pressure
例4の調節機構40を具えた本発明に係る排気ガス流の加速装置10では、排気ガス流のうちの主として中央部の流れE1がテーパー筒状の加速部22を通過し、加速され高速の流れとなる。そして、加速に伴いノズル部25の下流及びその周囲のテールパイプ28との間の、図4に斜線で示した領域に、強力な負圧領域Vが形成され、排気ガス流加速筒21において、主として中央部以外の流れE2が加速部22の外部に流出することに変わりはない。
In the exhaust gas
しかし、中央部の流れによる強力な負圧はリング状の負圧感応部34の後面に作用してテールパイプ28を後方へ引っ張り、同時に排気ガス流加速筒21の外周を流れる排気ガス流が前面に衝突し後方へ押すことになる。このようにして生じた圧力変化に応動しテールパイプ28が後方へ移動し、排気ガス流加速筒21とテールパイプ28との間が開き、外周から中心へ向かう流れを生じる。この流れは上記の強力な負圧領域Vに吸引されて吸引流となり、例1の場合と同様に高速で中央部の流れと合流して大気放出される。上記テールパイプ28の前後移動は排気ガス流に生じる圧力変化、速度変化等に応じて自動的に変わるので、内燃機関の運転状態に応じた最適の排気ガス流の加速が得られる。
However, a strong negative pressure due to the flow in the central portion acts on the rear surface of the ring-shaped negative pressure
さらに、図10を参照して本発明に係る排気ガス流の加速装置10の例5を説明する。例5の装置10も基本的構成については例1〜例4の装置と実質的に変わるものではない。しかし、例5の装置10は排気ガス流の状態を検出するために、燃焼室排気ポートから排気管の任意の位置に設置されるセンサー41、センサー信号に応じた移動量を出力する制御部42、上記出力に応じて作動するモーター43及びモーター43によりテールパイプ28を移動させる移動機構44を含んで構成される電子制御装置を備えている。排気ガス流の状態としては、速度、圧力、流量、温度等が検出対象となる。
Further, with reference to FIG. 10, an example 5 of the exhaust gas
例5の装置10では、内燃機関の運転時における負荷や回転数により変化する排気ガス流の流速、流量をセンサー41によって検出し、センサー信号を一つのパラメーターとして制御部42において演算を行ない、その演算結果をサーボモーター等から成るモーター43へ出力し、移動機構44によりテールパイプ28を前後に移動させ、排気ガス流の加速度合を調節する。例5の構成によれば、例4の機械的構成を電子的構成に置換可能であるので、適用対象に応じて機械的と電子的のどちらかを選択することができる。
In the
以上のように、第1の実施形態の排気ガス流の加速装置10によれば内燃機関の運転環境や排気量等に応じて、排気ガス流の加速度合を適切に調節できるようになる。本発明の実施に当たっては、排気量等の条件に相応した加速装置10を適用することが重要であるので、大小サイズの異なる装置を用意するものとする。本発明に係る排気ガス流の加速装置は、上記したガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代表される車両用の内燃機関に適用することができるものであるが対象がこれらに限られるわけではなく、機関内部での燃料の燃焼により生じる排気ガスが熱力学的流体として働く内燃機関であれば適用可能であって、例えばガスタービンエンジン等に適用することも可能である。
As described above, according to the exhaust gas
[第2の実施形態]
以下、図示の実施形態を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態に係る排気ガス流の加速装置10の構成にキャップと消音装置が追加されている。なお、キャップと消音装置を除く加速装置10の基本構成については第1の実施形態と変わるものではないため、キャップと消音装置を除く加速装置10の構成は例1の装置と同様であるとして、その符号を援用し詳細な説明は省略する。また、第2の実施形態では、例1の加速装置10の構成にキャップと消音装置を追加した構成として説明するが、例2〜例5の加速装置10の構成にキャップと消音装置を追加した構成であってもよい。
Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the illustrated embodiment. In the second embodiment, a cap and a silencer are added to the configuration of the exhaust gas
第2の実施形態に係る排気ガス流の加速装置10は、図11に示したように、中空な筒状構造を有する装置本体20と、排気ガス流の上流側に位置する一端部に設けられた接続端部16との間に、消音装置の一つである消音器60が設けられる。また、テールパイプ28の外周には、消音装置の一つである環状の衝撃音吸収装置70が設けられる。また、テールパイプ28の出口側(排気ガス流出側)には、排気ガス流の流出方向を変化させるキャップ50が取り付けられる。
The exhaust gas
キャップ50は、中空な筒状構造に形成され、その先端側(排気ガス流出側)には屈曲部51が形成されることで、テールパイプ28を介して流入する排気ガス流の流出方向を変化させる。具体的には、排気ガス流は、キャップ50を通過することで、その流出方向が、テールパイプ28の軸方向(図11の点線で示す方向)から変位角度Dだけ変位した方向(図11の矢印Aで示す方向)に変化される。なお、この変位角度Dは、形成する屈曲部51の屈曲率を変更することで任意に設定することができる。また、このキャップ50は、テールパイプ28の軸方向を中心に回動させて取り付けることができるため、排気ガスの流出方向を自由に制御することができる。例えば、図11に示す取り付け位置から180度回動させてキャップ50を取り付けると、排気ガスの流出方向を左下方向から左上方向に変更することができる。
The
ところで、本発明の加速装置10は、内燃機関を備えた各種機器に取り付け可能であるため、色々な姿勢で取り付けられることが想定され、その姿勢に応じて排気ガスの排出方向を制御する必要がある。これに対して、第2の実施形態に係る加速装置10では、テールパイプ28の軸方向を中心に回動させて取り付け可能なキャップ50を有するため、加速装置10の取り付け姿勢に応じて排気ガスの排出方向を適切に制御することができる。したがって、第2の実施形態に係る加速装置10によれば、内燃機関を備えた各種機器に適切に装着可能であって、柔軟性或いは融通性を有するものとなる。
By the way, since the
なお、キャップ50を回動可能にテールパイプ28に取り付ける方法は、どのような方法であってもよいが、いったん取り付け角度を決定して取り付けると、排気ガス流によって回動されない程度に固定されることが好ましい。例えば、キャップ50のテールパイプ28との接続位置において、環状に所定角度(例えば15度)毎に複数のビス穴を形成し、キャップ50を所定角度回動させてもビス穴の位置が全体として変化しないようにすることで、キャップ50を回動させてもビスを介してテールパイプ28と固定可能にするものとしてもよい。
Any method may be used to attach the
消音器60は、中空な筒状構造を有し、その内部空間には障壁となるように、複数の消音構造物61が設けられる。複数の消音構造物61は、それぞれ、吸音性のある材質(例えば、グラスウール、スチールウール、スチールメッシュ等)で形成され、消音器60の内部空間を複数の空間に分ける。このように、消音器60の内部空間に消音構造物61が設けられることで、排気ガス流は、消音器60の内部空間を通過する際に、複雑な経路で通過することになり、膨張や圧力派の干渉を繰り返して音量が抑えられることになる。
The
なお、消音器60は、カートリッジ式取付け部62(図12A参照)によって、装置本体20に交換可能に取り付けられる。これにより、例えば排気量の変更に応じて消音器60を交換するときには、加速装置10全体ではなく、消音器60のみを交換するといった柔軟な対応が可能となる。このため、ディーゼル、ガソリン軽油、重油エンジン等の内燃機関に応じて柔軟に対応可能な加速装置10を構成することができる。
The
また、消音器60は、装置本体20の排気ガス流の上流側に設けられて加速装置10として一体に構成されるので、加速装置10と別に消音器を設ける必要がなく、全体としてコンパクトになる。このため、第2の実施形態に係る加速装置10を、内燃機関を備えた各種機器に色々な姿勢で取り付けてもコンパクトな取り付けが可能となる。したがって、第2の実施形態に係る加速装置10によれば、内燃機関を備えた各種機器に適切に装着可能であって、柔軟性或いは融通性を有するものとなる。
In addition, since the
衝撃音吸収装置70は、テールパイプ28の外周に環状に形成され、その環状部には、複数の音吸収管71が環状に配列して形成される(図12B参照)。この複数の音吸収管71は、それぞれ、排気ガス流加速筒21によって加速された排気ガス流が流出する排気ガス噴出領域RAに開口している。このように、衝撃音吸収装置70には、複数の音吸収管71が形成されることにより、排気ガス流が加速されることに伴って発生する衝撃音が低減される。以下、図13を用いて、この原理について説明する。
The impact
図13に示すように、一端側が排気ガス噴出領域RAに開口し、他端側が閉口した音吸収管71に、排気ガス噴出領域RAからの音波が入射すると、閉口した端部で跳ね返り反射波が生じる。例えば、音吸収管71の長さを波長の1/4とすると共鳴現象が生じ、開口した端部付近の入射波(図の実線)と反射波(図の波線)が逆位相となり、互いに打ち消し合うことで低減効果が得られる。なお、単体の音吸収管71では、特定の周波数しか低減することができないが、色々な長さの音吸収管71を組み合わせることで、比較的広範囲の周波数の音波を低減することができる。したがって、例えば、複数の音吸収管71の管の長さをそれぞれ変えることで、衝撃音吸収装置70の衝撃音低減効果を高めることができる。
As shown in FIG. 13, when a sound wave from the exhaust gas injection area RA is incident on the
なお、上記した衝撃音吸収装置70は、音吸収管71による共鳴現象を利用したものであるが、これに限るものではない。例えば、加速された排気ガス流が流出する流路の一部を拡張または収縮して音波のインピーダンスを変化させて反射波を生み出し、この反射波と干渉させることで音のエネルギーを低減させるものであってもよい。
In addition, although the above-mentioned impact
このように、第2の実施形態に係る加速装置10によれば、衝撃音吸収装置70を備えているので、排気ガス流が加速されることに伴って発生する衝撃音が低減される。したがって、第2の実施形態に係る加速装置10によれば、内燃機関を備えた各種機器に適切に装着可能であって、柔軟性或いは融通性を有するものとなる。
As described above, according to the
10 排気ガス流の加速装置
11 内燃機関
13 排気管
16 接続端部
17 前面部
18 筒状部
19 後面部
20 装置本体
21 排気ガス流加速筒
22 加速部
23 筒部
24、36 開口部
25 ノズル部
26 支持体
27 排気ガス吸引口
28 テールパイプ
29 パイプ保持筒
30、40 調節機構
33 調節孔
34 負圧感応部
35 延長部分
37 付勢手段
38、39 取付け部
41 センサー
42 制御部
43 モーター
44 移動機構
50 キャップ
51 屈曲部
60 消音器
61 消音構造物
62 カートリッジ式取付け部
70 衝撃音吸収装置
71 音吸収管
DESCRIPTION OF
Claims (2)
一端を、排気系の末端から排出される排気ガス流を受け入れる排気ガス流入側とし、他端を、排気ガス流を大気放出する排気ガス流出側とした、全体として筒状構造の装置本体と、
排気ガス流の大気放出に伴う騒音を低減させるために、前記装置本体の排気ガス流入側に設けられた消音器とを備える、
ことを特徴とする排気ガス流の加速装置。 An acceleration device installed at an end of an exhaust system of an internal combustion engine to accelerate an exhaust gas flow and release it to the atmosphere,
An apparatus main body having a cylindrical structure as a whole, wherein one end is an exhaust gas inflow side receiving the exhaust gas flow discharged from the end of the exhaust system and the other end is an exhaust gas outflow side discharging the exhaust gas flow to the atmosphere;
And a silencer provided on the exhaust gas inflow side of the apparatus main body to reduce noise associated with the atmospheric release of the exhaust gas flow.
An exhaust gas flow accelerator characterized in that.
一端を、排気系の末端から排出される排気ガス流を受け入れる排気ガス流入側とし、他端を、排気ガス流を大気放出する排気ガス流出側とした、全体として筒状構造の装置本体と、
排気ガス流を大気放出するために、前記装置本体の排気ガス流出側に設けられたテールパイプと、
排気ガス流の大気放出に伴う騒音を低減させるために、前記テールパイプの外周に設けられた環状の衝撃音吸収装置とを備え、
前記衝撃音吸収装置は、環状に配列された複数の音吸収管を有し、
前記複数の音吸収管は、それぞれ、加速された排気ガス流が流出する排気ガス噴出領域に開口している、
ことを特徴とする排気ガス流の加速装置。
An acceleration device installed at an end of an exhaust system of an internal combustion engine to accelerate an exhaust gas flow and release it to the atmosphere,
An apparatus main body having a cylindrical structure as a whole, wherein one end is an exhaust gas inflow side receiving the exhaust gas flow discharged from the end of the exhaust system and the other end is an exhaust gas outflow side discharging the exhaust gas flow to the atmosphere;
A tail pipe provided on an exhaust gas outflow side of the apparatus main body to release the exhaust gas flow to the atmosphere;
And an annular impact sound absorbing device provided on an outer periphery of the tail pipe to reduce noise associated with the atmospheric discharge of the exhaust gas flow,
The impact sound absorbing device has a plurality of sound absorbing tubes arranged in an annular shape,
Each of the plurality of sound absorbing tubes is open to an exhaust gas discharge area from which the accelerated exhaust gas flow flows out.
An exhaust gas flow accelerator characterized in that.
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