JP5586149B2 - インダクション・レギュレータブロック - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンのための多岐管ブロックに関するものであり、特に、効率、排気プロファイル及び／又はエンジンの出力を向上させる、シリンダヘッド上流のエンジン内で燃料と空気の混合を促進する多岐管ブロックに関するものである。またブロックは、燃料と空気の混合を更に容易にするためにインダクション・レギュレータを内蔵してもよい。

エンジン内の燃料空気混合率を制御する燃料インジェクタの使用は周知である。従来の燃料噴射装置は、一般に、エンジン、又はエンジンの前記又は各シリンダに供給される燃料の量と、シリンダに所望の燃料／空気混合物を供給するために制御される場合の各噴射のタイミングと継続時間を監視するよう適合されている。しかし、従来の噴射装置は、一般に、シリンダ上流の燃料と空気の混合を最適化するようには設計されておらず、本発明は、噴射装置のこの特徴を最適化する手段を供給しようとするものである。

国際公開第０１／６３１０７号パンフレット（特許文献１）は、液化石油ガス又は圧縮天然ガス用の内燃エンジンであって、特に、シリンダ内の圧力がシリンダ内の所望の最大圧縮比に対応する所定の値を上回る場合には、圧縮行程中に開放するが、点火行程中には閉じたままとなるように、（電気的又は機械的手段によって）作動可能な圧力放出弁に嵌合した内燃エンジンを開示する。弁が圧縮行程中に開いている場合、過剰な燃料／空気混合物は、シリンダから一方向弁と低温冷却器を通過して吸気多岐管へと送り出され、そこで新鮮な流入空気と混合される。またシステムは、燃料としてガスを使用するよう改良されたガソリン／ディーゼルエンジンにも使用することができる。

英国特許出願公開第２３９０１１６号明細書（特許文献２）は、燃料レールと成形インジェクタパック・アセンブリ間の接続に単一の密閉のみを必要とする構造を有する内燃エンジン用の吸気多岐管、燃料レール、成形インジェクタ・パック・アセンブリを開示する。

国際公開第０２／２５０９２号パンフレット（特許文献３）は、霧状の燃料／空気混合物を機械的に気化させる方法及び装置を開示する。この装置は、内側に突出したアレイ状のピンを内面に有する固定子体が配置された筐体からなる。その外面から外側に突出するアレイ状のピンを有するロータ本体も設けられている。ロータは、高速で回転するよう配置され、ロータのピンが固定子のピンと噛み合うよう配置される。（圧縮空気／排気ガス／電気モータにより駆動する）モータは、ロータを駆動するために設けられる。筐体は、インジェクタから霧状の燃料を受ける一端の吸気口及び内燃エンジンの吸気多岐管／吸気弁内にガス状燃料を導く他端の排気口を除いた、いずれかの端部で閉鎖される。燃料は、燃料液滴に当るロータ／固定子ピンによって気化され、より小さな液滴を生成する。１つの実施の形態では、「固定子」は、ピンの間の相対的速度を増大させるために、ロータの回転方向と反対方向に回転するよう配置されてもよい。

米国特許第５６７３６７３号明細書（特許文献４）は、内燃エンジンの吸気ポート内を流れる気流内にマッハ１の速度で気体燃料を噴射する方法及び装置を開示する。装置は、内燃エンジンの吸気ポートと吸気多岐管との間に取り付けられる。噴射装置は、燃料と空気の均一な混合を達成するために、マッハ０.５とマッハ１の間で気流内にガス燃料を噴射するよう配置される。これらの高速噴射を達成するための要点は、インジェクタ噴口（即ち、気体燃料がインジェクタを出て排出孔に続く導管に入る開口部）の有効流量面積と導管排出孔である。特に、インジェクタ噴口の有効流量面積より２倍〜５倍大きい導管排出孔の有効流量面積は、これらの高速噴射を達成するのに効果的である。高速噴射を達成するための更なる要件は、ガス燃料が供給される圧力が、吸気多岐管の絶対圧の４倍以上であることである。

英国特許第２４０９４９９号明細書（特許文献５）は、内燃エンジンの吸気又は排気多岐管用の駆動プロペラを備えたレギュレータを開示する。

米国特許第４４７８６０７号明細書（特許文献６）は、燃料／空気混合物に燃料を霧化し拡散する装置を開示する。燃料混合器／噴霧器は、空気と燃料を混合するプロペラ（燃料流により駆動）と、破片の捕捉と更なる燃料の霧化の二重の目的を果たすスクリーンを備えた中空円筒体からなる。

米国特許第６２６９８０５号明細書（特許文献７）は、気化器の排気口と吸気多岐管の吸気口の間に挿入されるように構成された装置からなる多岐管スペーサを開示する。装置は、貫通する開口部を有する本体からなり、その寸法は気化器の排出口の開口部及び吸気多岐管の吸気口と一致する。亜酸化窒素多岐管及び燃料多岐管は開口部に広がり、吸気多岐管の吸気口に向かって下方へ噴霧を導く複数の孔を備えている。
国際公開第０１／６３１０７号パンフレット 英国特許出願公開第２３９０１１６号明細書 国際公開第０２／２５０９２号パンフレット 米国特許第５６７３６７３号明細書 英国特許第２４０９４９９号明細書 米国特許第４４７８６０７号明細書 米国特許第６２６９８０５号明細書

これら先行技術の装置の各々は、以下の欠点の１つ以上を有している。すなわち、設計において非常に複雑であり、追加的費用の増加と、機械的欠陥の可能性を生じさせる。レトロフィットが難しい。実際にはエンジン性能の向上に十分な効果がない。実際にはエンジン排気の減少に十分な効果がない。本発明の目的は、１つ以上の前記の問題を改善する内燃エンジン用のインダクション・レギュレータブロックを提供することにある。特に、シリンダヘッド（又は、複数のシリンダヘッド）に供給される燃料と空気の混合を改善するために効果的な装置を、既存のエンジンにレトロフィットするための手段を提供することが望ましい。

従って、本発明の目的は、効率、排気プロファイル、及び／又は、動力を向上させる、内燃エンジンのための多岐管ブロックを提供することにある。

従って、本発明は、エンジンの吸気多岐管とシリンダの間に配置されるように構成され、それを通過する少なくとも１つの多岐管チャネルを有し、多岐管チャネルは吸入及び排気端部を有する、内燃エンジンの効率を向上させる多岐管ブロックにおいて、
前記吸入端部は使用時に前記吸気多岐管と連絡し、前記排気端部は使用時に前記シリンダと連絡し、
前記多岐管チャネルは、その吸入端部に向かって配置され、燃料インジェクタを収容するよう構成された少なくとも１つのインジェクタヘッドチャネルを含み、
前記多岐管チャネルへの燃料噴射が多岐管チャネル壁に対して衝突し、輻輳角によって前記多岐管チャネルを通じて渦軌道の運動をするように、前記インジェクタヘッドチャネルは、多岐管チャネル長手軸及び／又は多岐管チャネル横軸に対して５度〜８５度の輻輳角の方向に配置されることを特徴とする多岐管ブロックを提供する。

使用時において、本発明の多岐管ブロックは、前記吸気多岐管と前記シリンダヘッドの間に固定され、それにより燃料噴射点と前記シリンダヘッド間の距離が増大し、少なくとも部分的には多岐管チャネル軸に対する燃料噴射の輻輳角により、前記多岐管チャネルで噴射された燃料の乱流混合を容易にするよう配置される。多岐管チャネル内に噴射された燃料が、多岐管チャネル壁に対して衝突し、それにより多岐管チャネルを通じて実質的に渦軌道の運動をするように、この端部にはインジェクタヘッドチャネルが多岐管チャネル軸に対する方向に配置される。前記インジェクタヘッドチャネルの軸と噴射位置の前記多岐管チャネルの軸は、そのような渦運動を容易にするために効果的な輻輳角で収束する。前記方向は、多岐管の前記チャネル長手方向軸にするものでもよく、又は多岐管横軸に対するものでもよく、又は長手方向軸と横軸両方に対するものでもよい。いずれの場合にも、輻輳角は約５度〜約８５度でもよく、好適には約１５度〜約７５度、更に好適には約２０度〜約７０度、最も好適には約２０度〜約６５度であってもよい。場合によっては、約２５度〜約６０度の輻輳角が特に好適となる。

輻輳角は、シリンダに投入される燃料／空気混合物の渦運動を容易にするために重要であるが、本発明の多岐管ブロックは、使用時において燃料噴射点とシリンダヘッドの間の距離を増大させるよう作動し、それにより、燃料／空気混合の空間及び／又は時間によってシリンダに投入される際の渦運動の採用が可能になるという点でもまた重要である。ある意味で、これは長さを有する多岐管ブロックによって容易になり、この長さは貫通する多岐管チャネルの長さとして有用に定義されてもよく、好適には約１ｃｍ以上、更に好適には約２ｃｍ以上、最も好適には約３ｃｍ以上である。しかし、チャネルの長さは、ブロックが嵌合するエンジンの型により有用に選択されるものであり、従ってチャネルの好適な長さは、ある程度までは外的要因により決定してもよいと理解されるであろう。場合によっては、５ｃｍを超えるチャネルの長さが好適なこともある。

シリンダ上流の渦空間の配置に関する他の態様は、燃料が噴射される場所であって、望ましくはブロックの上流端部に向かい、それにより燃料噴射点とシリンダヘッドの間の距離が効果的に伸ばすことができる。

多岐管チャネルは、直線及び／又は均一のチャネルであるかもしれないが、必ずしもそうである必要はない。直線ではない及び／又は均一でないチャネルの場合、長手方向軸は多岐管内のチャネル部分の空気流に平行な軸であり、横軸は空気流に垂直な軸であると理解されるであろう。本発明の１つの好適な実施の形態の重要な特徴は、燃料の渦運動が燃料の噴射によって多岐管チャネル内で開始されることであると理解されるであろう。多岐管チャネル内の燃料の渦は、多岐管チャネル内の燃料の混合を補助し、及び／又は燃料と共に及び／又は多岐管チャネル内又はその上の個別の噴射ヘッドを介して多岐管チャネルに導入される。一旦燃料が渦運動を開始すると、多岐管チャネル構造の屈曲、湾曲及び／又は不規則形状が、かかる渦運動の継続を妨げる必要はない。しかし、好適には、多岐管チャネルの輪郭は、チャネル内の燃料の渦運動を促進し、維持し、容易にし、又は、少なくとも容認し難いほど弱くしないために効果的である。

インジェクタヘッドチャネルは、本発明の動作中に、燃料及び／又は燃料／空気混合物を多岐管チャネルに噴射する。本発明による多岐管ブロックの前記又は各多岐管チャネル内に、１つ以上のかかるインジェクタヘッドチャネルがあってもよい。好適には、前記又は各インジェクタヘッドチャネルは、本発明の使用時において、多岐管チャネルの上流端部に向かって位置する。このようにして、インジェクタヘッドとエンジンのシリンダ間の距離は最大化される。また、エンジンの特別な要件に応じて、噴射燃料の方向を制御するインジェクタヘッドチャネルの位置及び／又は方向を修正する手段が提供されてもよい。

いくつかのエンジンでは、燃料と空気は別々に噴射され、この場合においては、燃料及び空気噴射のための分離した噴射ヘッドを有する多岐管ブロックを提供することが望ましい。代替的には、もしくは同様に、燃料噴射ヘッドを内部に有する第１の多岐管ブロックと、空気噴射ヘッドを内部に有する各多岐管チャネルを介して第１の多岐管ブロックと流体連通する第２の多岐管ブロックを提供することは、場合によっては便利であるかもしれない。

本発明の多岐管ブロックは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、及び、その他の種類の燃料（たとえば、バイオ燃料）により燃料供給されるエンジン、又はそれらを組み合わせたものに使用されてもよい。そのようなエンジンは、例えば、自動車、貨物自動車、トラック、ワゴン、オフロード車、タンク・ローリー、トラクタ、オートバイ、航空機、遠洋航海用船舶、及び、農業用／園芸用車両及び用具に見られる。更に、多岐管ブロックは、単気筒エンジン、又は、多点着火式エンジンに嵌合してもよい。多点着火式エンジンにおいて、多岐管ブロックは、一般に、複数の多岐管チャネルを備えた適切な材料の単一ブロックからなり、多岐管チャネルの数はエンジン内のシリンダヘッドの数に対応するであろう。好適には、前記又は各多岐管チャネルの排気口端部は、エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートの外形に一致するように機械加工される。従って、多岐管チャネルは円筒形であってもよいが、何らかの適切な形状であってもよい。

本発明の多岐管ブロックは、燃料インジェクタとエンジンの燃焼シリンダの間に十分な距離を提供することによって、噴射された燃料が燃焼前に乱流混合を通じて空気と混合する十分な機会を持ち、それにより燃料の蒸発及び燃料の微粒化が向上するので、内燃エンジンの燃焼効率の向上に効果的である。更に、このようにして燃焼効率を向上させることにより、燃料消費と不要な排気ガスを低減することができる。

多岐管チャネルを通して燃料と空気の乱流混合を補助するために、本発明の１つの好適な実施の形態によれば、多岐管チャネルは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ０２／０１８３１号又は英国特許出願第０４２８１９４．５号に開示される型又は後述する他の型のインダクション・レギュレータを設けても良い。代替的には、もしくは同様に、かかるインダクション・レギュレータは、本発明の多岐管ブロックの使用時において、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられてもよい。

嵌合される際、インダクション・レギュレータは、以下の要素を１つ以上包含してもよい。
例えば、多岐管チャネル内又は下に取り付けられる網目板又は多孔板等の多孔要素。
多岐管チャネル内又は下に取り付けられるプロペラ。
多岐管チャネル内又は下に取り付けられるデフレクタ・グリッド。

これら要素の各目的は、単独で又は組み合わせにより、多岐管チャンバに噴射された燃料（又は、噴射された燃料／空気混合物）が多岐管チャネルのシリンダヘッド下流で乱流を引き起こすことである。

多孔要素がある場合、これは、チャネルの断面寸法に対応する寸法を有する多岐管チャネル内又は下に取り付けられてもよく、又は、代替的に、多岐管チャネルと多孔要素の間に周囲の空間を残すことのできる寸法としてもよい。多孔要素は、吸気多岐管内又は下に斜めに取り付けられることが好ましい。傾斜がある場合、傾斜角度は、好適には水平方向から約１度〜約４５度であり、更に好適には約２度〜約３５度であり、最も好適には約５度〜約２５度であり、水平方向とは、多孔要素の平面が多孔板の位置で多気管チャネルの長手方向軸と垂直であり、又は、多孔板が多岐管チャネルの下に取り付けられる場合には直線に延びた排気口の位置で多岐管チャネルの長手方向軸に対して垂直である配置である。

多孔要素は、燃料インジェクタの領域内の多岐管チャネル上流端部からシリンダヘッドの領域内の多岐管チャネル下流端部への、燃料／空気混合物の通過を可能にし、好ましくはそのような通過素材に乱流混合を引き起こす。多岐管チャネル内又はその下に多孔要素を取り付ける手段を提供してもよい。

多岐管チャネル内又はその下に、１つ以上の多孔要素を提供することができる。多数の形状の多孔要素を活用することができ、かかる形状は特定の多岐管の寸法と湾曲に依存する。１つの実施の形態によれば、第１の多孔要素は多岐管チャネルの上流端部に向かって配置され、第２の多孔要素は多岐管チャネルの下流端部に向かって、又は、チャネルの下に配置される。

前記又は各多孔要素は、そこを通過する燃料／空気の乱流混合を更に促進するように、多岐管チャネルのシャフトの周囲で回転可能であってもよい。更に、前記又は各多孔要素は、多孔を通じて燃料／空気混合物の通過を可能にするように配置された閉鎖位置と、多孔を迂回して燃料／空気混合物の通過を可能にするように配置された開放位置の間で作動可能であってもよい。

プロペラがある場合は、自由に回転可能であってもよく、モータで駆動してもよい。プロペラは、多岐管チャネル内、又は、真下に取り付けられてもよく、多岐管チャネルの長手方向軸に対する角度で取り付けられてもよい。傾斜がある場合の角度は、好適には約０.６度〜約６０度であり、更に好適には約５度〜約５０度であり、最も好適には約１５度〜約４０度である。本発明の１つの実施の形態によれば、プロペラは、順方向又は逆方向モードで配置可能であり、従って、時計回り方向及び反時計回り方向に（自在に、そこに衝突する燃料／空気の影響下で、又はモータによる駆動にかかわらず）回転可能となる。好適には、プロペラは、多岐管チャネル内での燃料／空気混合物の乱流混合を最大化し、及び／又は、本発明の使用時に、プロペラ上流の燃料／空気混合物が最も効果的な方法でプロペラ羽根により下流へと引き寄せられる方向に回転可能である。

本発明の１つの好適な実施の形態によれば、多岐管チャネルは多孔要素を（チャネル内又は下に）備え、駆動プロペラは多孔要素の下に取り付けられる。

好適には、プロペラは、回転軸を画定する長手方向のピン及び、ピンに取り付けられた少なくとも１つの羽根を有している。少なくとも１つの羽根は、ピンの長手方向軸にほぼ沿った細長い羽根根元部によってピンに取り付けられることが好ましい。好適には、羽根根元部は、少なくとも一部が螺旋状でピンの長手方向軸に沿っている。羽根根元部の長さは、羽根先とピンの間の距離より大きくてもよい。羽根根元部の長さは、羽根の長さとほぼ等しくてもよい。「羽根根元部」という用語は、羽根がプロペラの突起／ピンに取り付けられる羽根の領域を意味すると捉えられるべきである。羽根は、実質的に湾曲した形状でもよいし、実質的に滑らかに湾曲した羽根端部を有してもよい。好適には、羽根は、実質的に半円、楕円、部分的楕円、涙型、半涙型、釣鐘曲線、半釣鐘曲線、長方形、正方形、三角形又はそこから派生する形状を有する。羽根は、羽根根元部の一端に向かって広がっていてもよい。

プロペラの機能は、好ましくは、プロペラの上流領域からプロペラの下流領域へ液体物質を引き込むために効果的であり、加えて、その下流領域で液体の乱流を引き起こす。この場合、プロペラは、適切であればギア式の構造又は滑車を用いて、適切なモータにより駆動することが好ましい。単一のモータが複数のそのようなプロペラを駆動してもよいが、各プロペラ、又は、そのうちのいくつかに、個々のモータを設けることもできる。

前記又は各プロペラは、例えば１つ以上の支持ストラップ又は支柱等のあらゆる適切な手段により、多岐管チャネル内又は下に取り付けられてもよい。しかし、支持ストラップは無くてもよく、プロペラは他の方法で多岐管チャネルに取り付けられてもよい。好適には、前記又は各プロペラは、適切であれば、プロペラを駆動する適切な電気的接続及びプロペラの運動を制御するためのデータ伝送線と共に支持枠組に取り付けられ、支持枠組は多岐管ブロックにしっかりと取り付けられる。

羽根が「互い違い」の外観を有するように、プロペラの各羽根は異なる位置でピンに取り付けられてもよい。各羽根はまた、異なる又は同一の寸法であってもよく、実際に各羽根はその他いずれの羽根とも異なる形状であってもよい。プロペラは、使用時にプロペラの羽根が通る通路と、内側又は下にプロペラが取り付けられた多岐管チャネル壁との間に、小さな（一般的には数ｍｍ）周囲の空間を残すような寸法とされることが好ましい。プロペラが多孔板と組み合わされて使用される場合、プロペラは、使用時にプロペラの羽根が通る通路が、多孔板の周囲／環境の寸法にほぼ対応する寸法とされることが好ましい。

また、いずれの１つの多岐管チャネルにも複数のプロペラを設けることができる。これらは、多岐管チャネルの長さ又はその一部に沿って離隔してもよい。

デフレクタ・グリッドが存在し、チャネルの下に取り付けられる場合、デフレクタ・グリッドは、多岐管チャネル内又は多岐管チャネルの延長線により画定される通路内に突出した１つ以上のフランジからなってもよい。かかるフランジはいずれも、多岐管チャネルを通過する燃料／空気混合物がフランジの上流表面に衝突し、それによってフランジ周囲の付加的乱流と共に流されるように配置されることが好ましい。１つ以上のフランジは、多岐管チャネル内又は下に嵌合できる挿入部材の周囲に設けられ、便宜的に配置されてもよい。

本発明の多岐管ブロックは、多孔板、プロペラ、及びデフレクタ・グリッドのいずれか１つ又はそれ以上の組み合わせで使用されてもよい。これらの装置がある場合、各装置は本発明の多岐管ブロックとの組み合わせで使用されるインダクション・レギュレータの一部を形成する。更に、冷えたエンジンを起動する間の燃料効率を最大化するために、本発明の使用時において、多岐管ブロック、インダクション・レギュレータ又はそのいずれか一部を加熱する手段が提供されてもよい。インダクション・レギュレータ又はそのいずれか一部が多岐管の下に取り付けられる場合、本発明の使用時において、シリンダヘッド内に突出してもよい。

本発明の多岐管ブロックは、シリンダヘッドから流れ込む燃料噴射を分離し、随意的に前述のインダクション・レギュレータと併せて、燃料インジェクタからシリンダヘッドへの通路内で燃料／空気混合を促進するという利点を提供する。多岐管ブロックは、新しく組み立てられたエンジン内に配置されてもよく、既存のエンジンにレトロフィットされてもよい。多岐管ブロックがシリンダヘッドと吸気多岐管の間への挿入用である一方で、新しく組み立てられたエンジン内では、ブロックは吸気多岐管とは完全に別の部品である必要はなく、代わりに、新しく組み立てられたエンジンの吸気多岐管は本発明の多岐管ブロックを内蔵するように設計されてもよい。この場合、ブロックは、効果的に吸気多岐管の一部となる。

概要として、本発明は内燃エンジン取り付け用の多岐管ヘッドを提供する。ブロックは、エンジンの燃焼シリンダへの、インジェクタヘッドからの燃料の通過と、吸気多岐管から空気の通過を可能にするチャネルを含む。各チャネルは、吸入端と排気端を有する。一般にチャネルの数は、特定のエンジンのシリンダの数に対応する。

図１を参照して、従来の多岐管ヘッド１００は、貫通して形成される複数の多岐管チャネル１０４、１０６、１０８及び１１０を有する多岐管ヘッド１０２のみからなることができる。多岐管ヘッドはシリンダヘッド１０３と係合し、多岐管吸気チャネル１１２、１１４、１１６及び１１８は、多岐管チャネル１０４、１０６、１０８及び１１０を介して、シリンダ１２０、１２２、１２４及び１２６に空気を供給する。１１３、１１５、１１７及び１１９で示されるように、図１の従来技術の配置においては、シリンダヘッドで燃料噴射が起こる。

空気は、多岐管ヘッド１０２の多岐管チャネル１１２に引き上げられ（説明を簡略化するため、一組の参照数字のみに言及する）、多岐管チャネル１０４に沿ってシリンダチャネル１２０へと通過し、そこでは、燃料がインジェクタヘッド１１３を介してシリンダチャネル１２０へと噴射される。燃料／空気混合物は、燃焼シリンダチャネル１２０で点火される。

図２を参照して、本発明によるブロック１４０は、複数のインジェクタチャネル１３２、１３４、１３６及び１３８を含んでおり、図２に概略的に示されるように、各々が燃料インジェクタヘッドを収容するように構成されている。インジェクタチャネルは、燃料インジェクタヘッド１４０、１４２、１４４及び１４６がある角度（例えば、約４５度）でブロックを通して渦運動を伴って多岐管チャネルに挿入されるように配置される。インジェクタチャネル１３２、１３４、１３６及び１３８は、配置される際にエンジンのシリンダヘッドから離隔して分離するように、多岐管ブロックの上端に向かって配置される。有利には、ブロックはまた、製造の際にエンジンに取り付けることができ、代替的には、製造後にレトロフィット用の装置として取り付けることができる。

通常の場合、ブロックは、長さが約３５ｃｍ、幅及び高さが９ｃｍでもよく、その他の形状も使用できるが、略長方形でもよい。したがって、一般に、ブロックの高さと各多岐管チャネルの長さは、燃料／空気混合物の混合が可能となるように、インジェクタヘッドと燃焼シリンダの間に十分な距離を提供するのに適切でなければならない。しかし、ブロックの寸法は、エンジンの寸法と用途、またエンジンルームの利用可能な空間に依存して、寸法を変化させることができる。標準的な多岐管チャネルの寸法と相対的位置は、エンジン１３０のシリンダ１２０、１２２、１２４及び１２６に対する吸気多岐管１１２、１１４、１１６及び１１８の位置に依存する。従来の多岐管ブロックの例は、４気筒エンジンを示している。しかし、従来の多岐管ブロックは、シリンダのあらゆる配置、例えば、「Ｖ」又は「インライン」配置を含んで、何本のシリンダを有してもよい。

ブロック１ １４０は、何本のインジェクタチャネルを内蔵してもよく、実際に多点噴射を容易にすることができ、それにより、各多岐管チャネルは複数の燃料インジェクタを内蔵することができる。この場合、少なくとも１つの、しかし好適には全てのインジェクタヘッドチャネルが、多岐管チャネルに対して輻輳角で取り付けられなければならない。インジェクタチャネルの寸法は、使用されるインジェクタヘッドの寸法、エンジンの寸法、及び、エンジンルーム内の利用可能な空間に依存する。

図３を参照して、本発明による多岐管ブロック１４０は、エンジンヘッドの配置に含めて示される。ブロック１４０は単体の材料で形成することができ、当業者に理解されうるものとして、例えば、プラスチック、金属、セラミック等の材料で製造することができる。参照を簡略化するために、図３では１つのインジェクタ１３２のみが示される。

図３（及び、吸気口の１つのみ参照）の好適な実施の形態において、空気は多岐管チャネル１１８へと引き上げられ、多岐管チャネル１１０を通過してブロック１４０へと送られ、そこでは、燃料がインジェクタ１３０から輻輳角で噴射され、それによって、シリンダヘッドチャネル１２６に入る燃料／空気混合物の最適化された渦を提供する。燃料インジェクタ１３２からブロック１４０の排気端までの距離は、シリンダヘッド１３０に入る前に、燃料／空気混合物の実質的な混合を可能にする。

図４ａと図４ｂは概略的に示されており、多岐管チャネル１０４、１０６、１０８及び１１０に延びる第２のブロックは、インダクション・レギュレータ２０２、２０４、２０６及び２０８を更に内蔵することができる。インダクション・レギュレータは、使用時において、インジェクタチャネルの下流に位置し、図示された配置では、多岐管チャネルの排気端より前に位置している。しかし、他の実施の形態では、インダクション・レギュレータは、シリンダヘッドチャネル内に設けられてもよい。

この特定の実施の形態の各インダクション・レギュレータは、金網、細目網又はあらゆる多孔素材で形成される多孔要素からなり、多孔要素は、水平方向に対して１３度〜２５度の間、例えば約１７度で傾斜するのが好ましい。多孔要素は、多孔要素の周囲に隙間がないように、多岐管チャネルの周囲部に延伸してもよい。代替的には、多岐管チャネルの壁から離隔して、多孔要素の周囲に小さい隙間があってもよい。各多孔要素は、あらゆる適切な支持数により、各々の多岐管チャネル内に取り付けることができる。

図４ｂは、多岐管チャネルの出口端に向かって見た場合の多岐管ブロックの下面を示す。任意で、インダクション・レギュレータは、プロペラ２１０、２１２、２１４及び２１６もまた含んでもよい。本実施の形態において、プロペラ要素は、多孔要素の下流に位置し、各々がある角度（例えば、多岐管チャネルの長手方向軸に対して約０.６度〜約６０度）で多岐管チャネルに取り付けられたスピンドルの周りを回転できるように、支持枠を用いて各多岐管チャネル内の中心に取り付けられる。

プロペラは、プロペラの中心軸に対して傾斜した複数の羽根を含むことができる。多岐管チャネル内でプロペラの回転が可能である一方でプロペラは多岐管チャネルの寸法にほぼ一致する寸法を有する。プロペラは、金属、セラミック、又は、プラスチック等のあらゆる適切な材料で形成できる。形状は、楕円、涙型、釣鐘型、湾曲、三角形、長方形又はそのあらゆる変形等の適切な形状とすることができる。

各プロペラ要素は、燃料／空気混合流の通過によって加えられる力の影響下で自由に回転するように配置することができる。しかし、ブロックは、複数の開口２１８、２２０、２２２及び２２４を更に含むことができ、各開口は、燃料／空気混合物によって加えられる力でプロペラを順番に独立して回転させるように構成された電気モータ２２６、２２８、２３０及び２３２を収容するように構成されている。使用されるモータの数はエンジンの寸法に依存し、一般的に使用される数は問題のエンジン内のシリンダの数に対応する。代替的には、単一のモータは、ギア又は滑車装置を用いて、各プロペラの駆動に使用することができる。

多孔要素及びプロペラ要素は、あらゆる適切な手段により電力を供給することができる電気的加熱手段（図示せず）を用いて加熱することができる。

プロペラ、又は、多孔要素のいずれかが互いに独立して使用できるように、本発明の多岐管ブロック１及び２は、図４ａ及び図４ｂのブロック２の多孔要素とプロペラ要素のあらゆる組み合わせを利用することができる。また、多孔要素とプロペラは、どのような順序で配置されてもよく、互いの上流でも下流でもよい。

図５を参照して、多岐管ブロック１００は、１００、１４０（ブロック１）、及び、１５０（ブロック２）の３つの部分から形成されてもよい。

図５の好適な実施の形態において、空気は、多岐管チャネル１１２に引き上げられ、多岐管チャネル１０４に沿ってブロック１チャネル１４０に通じ、そこでは燃料が最適な角度でインジェクタヘッド１３２からブロック１ １４０に噴射され、それにより、燃料／空気混合物は渦軌道の運動を採用する。チャネルの長さは、ブロック２ １５０に入る前の燃料／空気混合物の実質的混合を可能にする。燃料／空気混合物は、多孔要素のみからなるインダクション・レギュレータ２０２を通過し、多孔要素の直下に位置するプロペラによって増進される燃料／空気混合物の更なる混合を引き起こす。燃料／空気混合物は、燃焼シリンダチャネル１２０で点火され、シリンダチャネル排気端から排出される。

当然のことながら、燃料噴射ブロック１ １４０、及び、インダクション・レギュレータブロック２ １５０は、別の部材として示される一方で、どちらも単一ブロック内に含むことができる。

ガソリン、ディーゼル又はその他の燃料のいずれにかかわらず、ブロックはあらゆる型のエンジンに嵌合することができ、直接又は間接噴射エンジンと併せて使用できる。

（実施例）
従来の多岐管と従来のシリンダヘッドの間に挿入された本発明の多岐管ブロックを内蔵するエンジンの排気とトルクを確かめるために、フォード・フォーカス１．６エンジンが試験された。これらの試験は、本発明による異なる寸法のブロックが車両に嵌合された場合に発生する、排気、ＢＨＰ及びトルクの変化を確認するためのものである。

新しいブロックを嵌合するために、シリンダヘッドを露出して、まず従来の多岐管、燃料レール及びインジェクタを取り除いた。その後、本発明のブロックをシリンダヘッドに取り付けた。これらの実験の目的において、いくつかの場合には、気密接続を行うためにシリンダヘッドとブロックの間のガスケットを固定する必要があった。この場合、ガスケットは多岐管の下面に取り付けられた。その後、多岐管ブロックは慎重にシリンダヘッドの上に配置され、ここでも必要に応じてガスケットを用いて、元の吸気多岐管が多岐管ブロックの上面に取り付けられる。元のインジェクタ穴は塞がれ気密にされる。燃料レールとインジェクタは、輻輳角で多岐管ブロックのインジェクタヘッドチャネルに挿入される。燃料レールとインジェクタは、挿入される多岐管ブロックの寸法により変える必要がある。

いくつかの試験が、様々な時間間隔で、アイドル状態、時速３５、５０及び７０マイルで行われ、後ＣＡＴ排気及び前ＣＡＴ排気が測定された。

排気の分析は、サン・モジュラー（Sun Modular)４ガス分析器を使用して行われ、サン・ラム１２ローリング・ロード(Sun Ram 12 rolling road)が、排気とトルクの測定に使用された。

表１は、従来の多岐管とシリンダヘッドの間に挿入された場合、従来の多岐管に挿入された場合、及び、シリンダヘッドに挿入された場合の、３つの多岐管ブロック構造、すなわち、ブロック、ブロックＭＬ１.Ｔ、ブロックＭＬ１.Ｔ及びＭＬ０.５からのＣＯ_２排気データを示しており、ここではブロックという用語は、本発明の多岐管ブロックを指している。

表２は、ブロックがない場合を除き、ブロックがある場合、従来の多岐管とシリンダヘッドの間に挿入された場合、同様のものに挿入された場合の、単一の多岐管ブロック構造、すなわち、ブロックＭＬ１.Ｔからの炭化水素（ＨＣ）排出、ＣＯ_２排出及びＯ_２レベルのデータを示す。本発明の多岐管ブロックの挿入を示すことで、標準的エンジンと比較して向上したエンジン効率と削減されたＣＯ_２排出を提供する。

表３は、ブロックがない場合を除き、本発明の多岐管ブロックを従来の多岐管とシリンダヘッドの間に挿入し、同様にそれらに挿入した後で、１５００〜４５００の間で５００ＲＰＭ間隔で測定されたトルク（ft.lb）を示している。挿入された多岐管ブロックは、１０２ｍｍ、６４ｍｍ又は７７ｍｍのいずれかの長さを有していた。本発明の更に好適な構造は多岐管ブロックの長さが６４ｍｍの場合であることを示すことによって、ＲＰＭの整数の全体の最大トルクを提供している。

これらの結果は、エンジンへの本発明の多岐管ブロックを内蔵することにより、エンジン効率、排気プロファイル及び／又は出力を向上できることを示している。

図１は、従来の多岐管及びシリンダヘッドの斜視図を概略的に示す。 図２は、本発明によるインジェクタチャネルを有する多岐管ブロックの平面図を概略的に示す。 図３は、図１の多岐管及びシリンダヘッド配置に挿入された場合の図２に示される多岐管ブロックの透視図を概略的に示す。 図４ａは、本発明によるインダクション・レギュレータを有する多岐管ブロックの上面図を概略的に示す。 図４ｂは、本発明による図４ａのブロックの更なる図を概略的に示す。 図５は、図１の多岐管及びシリンダヘッド配置に挿入された、図２、図４ａ及び図４ｂのブロックの側面斜視図を概略的に示す。

符号の説明

１００ 多岐管ヘッド ／ 多岐管ブロック
１０２ 多岐管ヘッド
１０３ シリンダヘッド
１０４、１０６、１０８、１１０ 多岐管チャネル
１１２、１１４、１１６、１１８ 多岐管吸気チャネル
１１３、１１５、１１７、１１９ 燃料噴射
１２０、１２２、１２４、１２６ シリンダ
１３０ エンジン
１３２、１３４、１３６、１３８ インジェクタチャネル
１４０ 燃料インジェクタヘッド ／ 多岐管ブロック ／ ブロック１
１４２、１４４、１４６、燃料インジェクタヘッド
１５０ ブロック２
２０２、２０４、２０６、２０８ インダクション・レギュレータ
２１０、２１２、２１４、２１６ プロペラ
２１８、２２０、２２２、２２４ 開口
２２６、２２８、２３０、２３２ 電気モータ

Claims (25)

1. 内燃エンジンの効率を向上させる多岐管ブロックであって、前記エンジンの吸気多岐管と前記エンジンのシリンダとの間に着脱可能に設けられ、それにより燃料噴射点と前記エンジンのシリンダヘッド間の距離が増大し、少なくとも１つの多岐管チャネルに噴射された燃料の乱流混合を容易にするように構成され、吸入端部と排気端部とを有し前記多岐管ブロックを貫通する前記少なくとも１つの多岐管チャネルを有する前記多岐管ブロックにおいて、
   前記吸入端部は使用時に前記吸気多岐管と接続され、前記排気端部は使用時に前記シリンダと接続され、
   前記多岐管チャネルは、前記多岐管チャネルの吸入端部に向かって配置され、燃料インジェクタを収容するように構成された少なくとも１つのインジェクタヘッドチャネルを含み、
   前記インジェクタヘッドチャネルは、前記多岐管チャネルのチャネル部分の空気流に平行な多岐管チャネル長手方向軸に対して、５度〜８５度の角度を有する方向に配置され、前記多岐管チャネル内に噴射された燃料が前記多岐管チャネルの壁に対して衝突し、前記角度により前記多岐管チャネルを通る渦巻き状の運動進路をとることを特徴とする多岐管ブロック。
2. 前記吸気多岐管とエンジンの前記シリンダヘッドの間に固定された請求項１に記載の多岐管ブロック。
3. 前記インジェクタヘッドチャネルの軸と噴射部分の前記多岐管チャネル長手方向軸が、そこでの燃料／空気混合物の渦運動を容易にするために効果的な角度で配置されることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
4. 前記方向は前記多岐管チャネル長手方向軸に対するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
5. 前記方向は、前記多岐管チャネル横軸に対するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
6. 前記角度は、約１５度〜約７５度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
7. 前記角度は、約２０度〜約７０度であることを特徴とする請求項６に記載の多岐管ブロック。
8. 前記角度は、約２０度〜約６５度であることを特徴とする請求項７に記載の多岐管ブロック。
9. 前記角度は、約２５度〜約６０度であることを特徴とする請求項８に記載の多岐管ブロック。
10. 前記インジェクタヘッドチャネルの各々は、前記ブロックの使用時に前記多岐管チャネルの上流端部に向かって位置することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
11. 燃料及び空気噴射のための個別の噴射ヘッドを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
12. 前記多岐管チャネルは、燃料／空気混合物の通過を可能にする多孔要素及び前記多岐管チャネルに前記多孔要素を取り付ける手段を収容するように配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
13. 前記多岐管チャネルは、プロペラ要素及び前記多岐管チャネルに前記プロペラ要素を取り付ける手段を収容するように更に構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の多岐管ブロック。
14. 前記多孔要素と前記プロペラ要素は、前記インジェクタヘッドチャネルと前記多岐管チャネルの前記排気端部との間に位置することを特徴とする請求項１３に記載の多岐管ブロック。
15. 前記プロペラ要素はモータによって駆動されることを特徴とする請求項１４に記載の多岐管ブロック。
16. 多岐管チャネルの数は前記内燃エンジンのシリンダの数に対応することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
17. 内燃エンジンのエンジンブロックに接続されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
18. 前記多岐管チャネルは、前記ブロックの使用時に、前記吸気多岐管と前記シリンダが離隔した関係となるような長さを有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
19. 前記ブロック内の前記チャネルの長さは、少なくとも約１ｃｍであることを特徴とする請求項１８に記載の多岐管ブロック。
20. 前記ブロック内の前記チャネルの長さは、少なくとも約２ｃｍであることを特徴とする請求項１９に記載の多岐管ブロック。
21. 前記ブロック内の前記チャネルの長さは、少なくとも約３ｃｍであることを特徴とする請求項２０に記載の多岐管ブロック。
22. 前記ブロック内の前記チャネルの長さは、少なくとも約５ｃｍであることを特徴とする請求項２１に記載の多岐管ブロック。
23. 前記多岐管ブロックは、直接的に加熱されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
24. 前記多岐管ブロックは、間接的に加熱されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。
25. 前記燃料噴射点は前記多岐管チャネルの前記吸入端部に向かって配置される１〜２４のいずれか一項に記載の多岐管ブロック。」

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