JPH0668245B2

JPH0668245B2 - 排気ガス流の加速装置

Info

Publication number: JPH0668245B2
Application number: JP1080557A
Authority: JP
Inventors: 義明角田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPH02259226A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は排気ガス流を加速し、その際に生じた負圧で空
気を吸引する装置に関するものである。

（従来の技術）内燃機関での燃焼により生成されたガスは、排気系管を
通じて大気放出される。排気ガス流の流速はシリンダか
ら出た直後には650〜800m/secと音速を超える高速であ
るが、すぐに減衰され、無負荷の場合200m/sec程度で安
定する。

一方例えば自動車用ガソリンエンジンなどでは、排気ガ
ス対策や騒音対策の必要上、触媒、消音器等が設けられ
ており、それにより排気ガス流は流速を低下させて放出
される。

（技術的課題）そのような負荷抵抗を受けて大気放出される排気ガス流
は、低速化によって背圧が高まり、排気効率を低下させ
ており、排気ガス温度も高温化している。排気ガス温度
の上昇はアイドル時には顕著でないが、走行中大量に放
出される際は高温であるので問題も大きく、環境の悪化
を招く一因になっている。また、触媒等により浄化され
ているとはいっても、その目安にしているのは負荷の加
わっていないアイドル時のCO値、NOx値等であり、これ
も実走行時には回転数及び車輌走行に伴なう負荷などの
増大に応じて著しく増加する。

本発明者は、排気ガスの流速が内燃機関の運転に与える
影響について長年研究を続けて来た。その結果、排気ガ
ス流の流速を高めることによって、非常に多種多様かつ
顕著な効果が得られることを見出し、その成果の一部は
既に出願した。

この発明も上記研究の過程でなされたものであり、その
目的は排気ガス流の流速を加速し、それによって排気ガ
スの円滑な大気放出を実現するとともに、加速によって
生じた負圧によって外気を吸引し、これを排気ガス流に
衝突、混合させることによって排気ガスを浄化すること
ができる排気ガス流の加速装置を提供することにある。

（技術的手段）前記目的を達成するために本発明は、内燃機関の長大な
排気系管に接続される直管状の管路の後端部にて排気系
管内を流れる排気ガス流路の断面積を絞り、排気ガスの
流速を加速する加速部を少なくとも２段、流れ方向に設
置し、加速部の膨張室に外部から空気を吸引する吸引口
を開口するとともに、各加速部の外側に、加速部毎に隔
壁で区画された吸引室を夫々設置し、一端部で空気取入
口に通じた空気吸引路の後端部に流断面積を拡大した膨
張空間を設け、気流を分流するため少なくとも２重筒状
に形成された分流管路の前端部を膨張空間に接続し、各
分流管路の後端部を前記区画された吸引室に夫々接続し
たものである。

前記の加速部は、排気ガス流を高速気流即ちその部分の
音速を超える段階にまで高められるものであることが望
ましい。そのためには絞り管とスロートで加速された後
で、逆に所定量だけ、例えばマッハ数２を得るためには
最小断面の1.7倍程度、断面積を拡げる必要のあること
が実験により確かめられた。

膨張室はそのために設けられるが、本発明では高速気流
により生じた負圧によって空気を吸引し、これを膨張室
へ導入するため、その空気量の追加分だけ断面積を増
す。また後段の加速部の容積も前段の容積を常に上回る
ように設定される。

さらに、区画された各吸引室に空気を分流する分流管路
は、吸引室と同数個のものが多重筒状に配置されるのが
好ましく、その場合前端部は衝撃波の発生による悪影響
を防ぎ、各々の分流空気量を確保するために、内側のも
のが外側のものよりも前方へ突出した配置とすると良
い。

（実施例）以下図面を参照して本発明を説明すると、第１図に於て
１は内燃機関、２は排気系管、３は排気系管の負荷抵抗
で実際には管路自体の抵抗も含まれるがここでは触媒3₁
と消音部3₂で代表させている。４は加速部と吸引室とが
一体化した加速吸引部、５は空気取入口６に通じた空気
吸引路、７は吸気用消音器、８は分流管路、９はテール
パイプを示す。例示の取入空気は内燃機関１を冷却する
ために設けられたウォータジャケット10で熱交換したも
のでも良い。

加速吸引部４の具体的構成は第２図に例示されており、
消音機構と一体化された構造を有する２段のものであ
る。同図に於て、11は消音部3₂とその下流に接続された
加速吸引部４の全体を覆うケーシング、12は排気系管２
への接続部を示す。

13はマフラ前段に配置され、排気ガス流を最初予備的に
加速する予備絞り部、14は該絞り部13の下流側端部に接
続された有孔消音管であり消音管14は排気ガス流を通過
させる小孔15を多数有する。各小孔15の孔径は任意に選
択できかつ大きさを変えることができる。消音管14の外
周とケーシング11間には適度の密度で断熱材、消音材兼
用の充填材16が充填されている。

加速吸引部４の加速部は、前記中心の消音管14の後端に
接続して排気断面積を絞った第１絞り管17と、その後端
に接続され、絞り径を維持した第１スロート18及び拡大
した第１膨張室19とから成る第１加速部20と、膨張室19
の後端に接続した第２スロート21と、その後端に接続さ
れた第２膨張室22から成る第２加速部23とを有し、消音
部とは境壁24によって隔離され、さらに各加速部20、23
の外側は第１、第２隔壁25、26で区画された第１、第２
吸引室27、28となっており、第２スロート21の後方の膨
張室22は拡大したままテイルパイプ９に接続している。
第１、第２膨張室19、22のテーパ壁には複数の吸引口2
9、30が開口しており、第１、第２吸引室27、28の気流
を各別に膨張室へ吸引する。

第１加速部20は膨張室19に於る排気ガス流の流速が音速
を超えるように絞られている。また第２加速部23では、
断面積が拡大され、外部空気を抵抗なく流入させるよう
になっているので、第１加速部20で獲得した高速度をほ
ぼ維持して排気ガスと空気の混合気をテイルパイプ９よ
り大気放出させることができる。このため、第２加速部
23の内容積の増加度は、第１加速部20の略２倍程度と
し、好結果が得られた。

空気吸引路５は吸気用消音器７を介して第１、第２吸引
室27、28へ通じており、吸気用消音器７は中心に有孔消
音管31を通し、その前端部でテーパ状の予備絞り部32を
介して空気吸引路６への接続部33に続いており、後端部
は境壁34で区画された膨張空間35に開口している。36は
有孔消音管31の小孔で、前述した消音部3₂の小孔15と同
様に形成される。37は前記と同様の目的でケーシング38
と消音管31の間に充填される充填材を示す。

分流管路８は前記膨張空間35と２箇所の吸引室27、28を
つないでおり、大径の第１の分流管路8₁の中心を、小径
の第２分流管路8₂が貫通した同心２重筒状の配置とさ
れ、第１分流管路8₁の後部は第１吸引室27に、第２分流
管路8₂の後端部は第２吸引室28に夫々接続管39を介して
接続されている。第１、第２分流管路8₁、8₂の前端部4
0、41は膨張空間35内に突出しているが、内側の第１分
流管路8₁の前端部40の方が他方よりもやや突出し、分流
が適正になされるようにするとともに、衝撃波の発生に
より分流空気量の比率が悪影響を受けないように意図さ
れている。なお、42は消音器ケーシング11の前キャッ
プ、43は同じく後キャップで、共にケーシング前後端の
内側に形成されたねじ部44、45によって一体に組付けら
れており、46、47は吸気用消音器７の前、後の各キャッ
プで、同ケーシング38の前後端の内側に形成されたねじ
部48、49によって同じように組付けられている。また符
号50は各部のねじによる締結部を示す。このような締結
構造は限定的なものではないが、分解可能とすることに
より、各部の異常の点検や部分的修正も容易化し、不具
合部分の修理交換も可能になる。

（作用）内燃機関を始動させると、排気弁から高速排出される排
気ガス流は長大な排気系管や抵抗を通過することにより
流勢を弱め、流速が低下した状態で加速部へ達する。し
かし排気ガス流が第１加速部20に達すると、第１絞り管
17を通過することにより次第に速度が増加し、ついにス
ロート付近でその場所の音速を超える流れとなり、その
高速気流の第１膨張室19に於る圧力は著しく負圧を形成
し、第２加速部23に於ても略同様の高速と高度の負圧が
維持される。

その結果第１、第２膨張室19、22には、空気取入口５か
ら流入した外気が第１、第２分流管8₁、8₂、第１、第２
吸引室27、28及び夫々の吸引口29、30を通じて高速で吸
引され、排気ガス流と混合しながらテイルパイプ９より
大気放出される。このように吸引空気流は膨張空間35で
膨張し、ここから２個の吸引室27、28に分流管8₁、8₂に
より各別に空気を導かれているので、吸引空気流の間に
干渉が起こらない。さらにまた内側の分流管路40を外側
の分流管路より前方へ突出しているため、流速が著しく
高速となっても円滑に分流される。

排気ガス流と空気流の混合の際に、排気ガス温度の低下
と、排気ガス成分の浄化が見られた。これは膨張室19、
22では排気ガス流と吸引空気流が超音速で激しく衝突す
ることになり、単なる気体同士の混合にとどまらない分
子或いは原子レベルの反応が生ずるためと推測される。
実験によれば10cmにも満たない第１、第２加速部を通過
する間に排気ガスの温度は排気量750ccの４サイクルエ
ンジンの場合別表の通り60％以下に低下し、かつまた相
当量の水が生成されるのが観察された。この現象が生じるのは、排気ガス流の流速が音速を超える
加速部を用いた場合であり、それ以下の非高速気流では
この現象は認められなかった。

また空気取入口５から取入れた空気をエアジャケット10
に通し機関の冷却を行なったところ、このエアジャケッ
トが水冷エンジンのウォータジャケットそのままである
にも拘らず、極めて満足すべき冷却効果が得られ、夏季
に４輪自動車（排気量1300cc）を用いて行なった、１段
だけの加速部による実走行試験に於てもオーバーヒート
の徴候は全く見られなかった。

（効果）本発明は以上の如く構成されかつ作用するものであり、
この装置を装備した内燃機関の背圧を低めに推移させて
排気効率を向上させ、該機関から排出される排気ガスを
浄化させると同時に排気ガス温度を著しくしかも加速部
通過の際、瞬時に低下させることがことができる効果を
発揮した。

本発明の加速装置は、少なくとも２段の加速吸引部を備
え、そこで生じた負圧により空気を吸引するに当たり、
各吸引室には各々の分流管路から別々に空気流が吸引さ
れるため、吸引空気流を著しく増大させることが可能に
なり、しかも各膨張室で排気ガス流と空気流の混合が同
時進行するので、混合処理作用も非常に大きく、排気ガ
スの浄化、あるいは低温化等、目的とした処理能力も著
しく増大できるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る排気ガス流の加速装置を示すもの
で、第１図は内燃機関に組込まれた状態の１例を示す概
念的側面図、第２図は１実施例の縦断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の長大な排気系管に接続される直
管状の管路の後端部にて排気系管内を流れる排気ガス流
路の断面積を絞り、排気ガスの流速を加速する加速部を
少なくとも２段、流れ方向に設置し、加速部の膨張室に
外部から空気を吸引する吸引口を開口するとともに、各
加速部の外側に、加速部毎に隔壁で区画された吸引室を
夫々設置し、一端部で空気取入口に通じた空気吸引路の
後端部に流断面積を拡大した膨張空間を設け、気流を分
流するため少なくとも２重筒状に形成された分流管路の
前端部を膨張空間に接続し、各分流管路の後端部を前記
区画された吸引室に夫々接続したことを特徴とする排気
ガス流の加速装置。
【請求項２】少なくとも２段の加速部の内、前段の第１
加速部は、流路断面積を絞る絞り管と、その後端部に続
くスロートと、スロートの後端部に続く膨張室とから成
り、後段の第２加速部は膨張室に続くスロートと、その
後端部に続く膨張室のみから成る請求項第１項記載の排
気ガス流の加速装置。
【請求項３】後段の加速部の内容積は、前段の加速部の
内容積を常に上回るように設定された請求項第１項記載
の排気ガス流の加速装置。
【請求項４】加速部は、排気ガス流の通過速度がその部
分の音速を超える段階にまで絞られたスロートを有する
請求項第１項記載の排気ガス流の加速装置。
【請求項５】前端部が多重筒状に形成された分流管路は
内側の分流管路の前端部が外側の分流管路の前端部より
も前方へ突出した配置を有する請求項第１項記載の排気
ガス流の加速装置。
【請求項６】前ての加速部は、排気ガス流に対する消音
機構の最下流に設けられている請求項第１項記載の排気
ガス流の加速装置。