(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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１０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２０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２８と、テールパイプ２８の排気ガス流出側に設けられたキャップ５０とを備え、キャップ５０は、排気ガス流の流出方向をテールパイプの軸方向と所定角度変位させる屈曲部５１を有し、テールパイプ２８の軸方向を中心に回動可能であることを特徴とする。【選択図】図１１
2019070378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、
前記テールパイプの排気ガス流出側に設けられたキャップとを備え、
前記キャップは、
排気ガス流の流出方向を前記テールパイプの軸方向と所定角度変位させる屈曲部を有し、
前記テールパイプの軸方向を中心に回動可能である、
ことを特徴とする排気ガス流の加速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７３６３４号
【特許文献２】特開平７−２３３７２２号
【特許文献３】特開平８−３２６５４７号
【特許文献４】特開平９−１７０４３２号
【特許文献５】特開平１０−３３１６３１号
【特許文献６】特開２００１−９８９２４号
【特許文献７】特開２０１１−１５３５７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、テールパイプの排気ガス流出側に設けられたキャップとを備え、キャップは、排気ガス流の流出方向をテールパイプの軸方向と所定角度変位させる屈曲部を有し、テールパイプの軸方向を中心に回動可能である構成とするという手段を講じたものである。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス流の加速装置の一例として内燃機関の排気系の末端に設置した状態を示す説明図である。
【図２】同上の装置の例１の内部構造を示す縦断面説明図である。
【図３】同上の装置の横断面を示すもので、Ａは図２におけるＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線断面図、Ｂは図９におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】本発明に係る上記例１の排気ガス流の加速装置における作用を説明する縦断面図である。
【図５】本発明において負圧が伝搬する様子を示す説明図である。
【図６】従来のエンジンと本発明のエンジンにおけるオットーサイクルを示す説明図である。
【図７】図１に適用される装置の例２を示すもので、Ａは縦断面説明図、Ｂは図７ＡにおけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。
【図８】図１に適用される装置の例３を示すもので、Ａは縦断面説明図、Ｂは図８ＡにおけるＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。
【図９】図１に適用される装置の例４を示す縦断面説明図である。
【図１０】同上の装置の例５を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る排気ガス流の加速装置の一例を示す説明図である。
【図１２】同上の装置の横断面を示すもので、Ａは図１１におけるＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線断面図、Ｂは図１１におけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る衝撃音吸収装置の音吸収の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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