(57)【要約】【課題】燃焼機関を含む車両の排気システムを開示する。【解決手段】前記排気システムが、前記燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、前記排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管と；空気流を受けるための第１の端部と、前記空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティであり、前記エアキャビティは、動作時、前記エアキャビティを前記空気流が通過するときに前記空気流の速度を増加させるために、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって先細になっており、前記エアキャビティの前記第２の端部は、動作時、前記車両の前進方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される、エアキャビティと；前記空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる前記細長い排気管の前記第２の端部における減圧を引き起こすために、前記エアキャビティの前記第２の端部からの前記空気流が前記細長い排気管から放出される前記排気ガスと相互作用する相互作用領域であり、前記細長い排気管の前記第２の端部の平面は、前記相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、前記角度αは１０°から６０°の範囲内にある、相互作用領域とを含む。前記排気システムは、動作時にエンジンの燃費を７％から２３％の範囲内で改善させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関を含む車両の排気システムであって、前記排気システムが、
前記燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、前記排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管と、
空気流を受けるための第１の端部と、前記空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティであり、前記エアキャビティは、動作時、前記エアキャビティを前記空気流が通過するときに前記空気流の速度を増加させるために、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって先細になっており、前記エアキャビティの前記第２の端部は、動作時、前記車両の前進方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される、エアキャビティと、
前記空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる前記細長い排気管の前記第２の端部における減圧を引き起こすために、前記エアキャビティの前記第２の端部からの前記空気流が前記細長い排気管の前記第２の端部から放出される前記排気ガスと相互作用する相互作用領域であり、前記細長い排気管の前記第２の端部の平面は、前記相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、前記角度αは１０°から６０°の範囲内にある、相互作用領域と
を含むことを特徴とする排気システム。
【請求項２】
前記細長い排気管は、前記細長い排気管の前記第１の端部と前記第２の端部との間に空洞を有し、前記空洞は、前記細長い排気管の前記第１の端部および前記第２の端部の横方向の直径よりも大きい横方向の直径を有することを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記細長い排気管は、動作時、前記細長い排気管の前記第２の端部に向かって下方に湾曲し、上方に湾曲し、または側方に湾曲することを特徴とする請求項１または２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記エアキャビティは、前記車両が前記燃焼機関によって前進方向に推進されることに応答して前記空気流を生成するように動作可能であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の排気システム。
【請求項５】
前記エアキャビティは、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部まで、少なくとも１：５、少なくとも１：１０、および少なくとも１：２０のうちの１つの比率で減少する断面積を有することを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の排気システム。
【請求項６】
前記エアキャビティは、前記車両の前進方向の長さが２００ｍｍから６００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項７】
前記エアキャビティの前記第２の端部の下縁部が、前記細長い排気管の前記第２の端部の下縁部の下方５ｍｍ未満であることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項８】
前記細長い排気管の前記第２の端部の直径は４０ｍｍから９０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項９】
前記エアキャビティが、
（ｉ）前記エアキャビティの前記第１の端部において、第１の辺方向において５０ｍｍから１２０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第１の端部は、第２の辺方向において２５０ｍｍから４００ｍｍの範囲の第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向は実質的に互いに直交しており、
（ｉｉ）前記エアキャビティの前記第２の端部において、第１の辺方向において２０ｍｍから４０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第２の端部は、前記第２の辺方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の寸法を約１５〜２０ｍｍ上回る第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向は実質的に互いに直交していることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記細長い排気管の前記第２の端部の直径は楕円形または円形の断面を有することを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記エアキャビティは、プラスチック材料構造および／またはシートメタル構造として実装されることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記排気システムの少なくとも一部が、前記車両の既存の排気装置に後付けされるように設計されていることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記排気システムが、ガソリンおよび／またはディーゼルタイプの燃焼機関と共に使用されるように構成されていることを特徴とする先行クレームのいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１４】
燃焼機関を含む車両の燃費を改善する方法であって、前記方法が、
（ｉ）前記燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、前記排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管を含むように前記車両を構成することと、
（ｉｉ）空気流を受けるための第１の端部と、前記空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティを含むように前記車両を構成することであり、前記エアキャビティは、動作時、前記エアキャビティを前記空気流が通過するときに前記空気流の速度を増加させるために、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって先細になっており、前記エアキャビティの前記第２の端部は、動作時、前記車両の前進方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される、前記車両を構成することと、
（ｉｉｉ）前記車両の動作時、前記空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる前記細長い排気管の前記第２の端部における減圧を引き起こすために、前記エアキャビティの前記第２の端部からの前記空気流が前記細長い排気管の前記第２の端部から放出される前記排気ガスと相互作用する相互作用領域が存在するように、前記車両を構成することであり、前記細長い排気管の前記第２の端部の平面は、前記相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、前記角度αは１０°から６０°の範囲内にある、前記車両を構成することと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記方法は、前記細長い排気管を、前記細長い排気管の前記第１の端部と前記第２の端部との間に空洞を有するように構成することを含み、前記空洞は、前記細長い排気管の前記第１の端部および前記第２の端部の横方向の直径よりも大きい横方向の直径を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、前記細長い排気管を、動作時、前記細長い排気管の前記第２の端部に向かって下方に湾曲し、上方に湾曲し、または側方に湾曲するように構成することを含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、前記エアキャビティを、前記車両が前記燃焼機関によって前進方向に推進されるのに応答して前記空気流を生成するように動作可能であるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４、１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記エアキャビティを、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部まで、少なくとも１：５、少なくとも１：１０、および少なくとも１：２０のうちの１つの比率で減少する断面積を有するように構成することを含むことを特徴とする請求項１４、１５、１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記エアキャビティを、前記車両の前進方向の長さが２００ｍｍから６００ｍｍの範囲内にあるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、前記エアキャビティの前記第２の端部の下縁部を、前記細長い排気管の前記第２の端部の下縁部の下方おおよそ５ｍｍ未満であるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法は、前記細長い排気管の前記第２の端部を、４０ｍｍから９０ｍｍの範囲内の直径を有するように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記エアキャビティが、
（ｉ）前記エアキャビティの前記第１の端部において、第１の辺方向において５０ｍｍから１２０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第１の端部が、第２の辺方向において２５０ｍｍから４００ｍｍの範囲の第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向が実質的に互いに直交し、
（ｉｉ）前記エアキャビティの前記第２の端部において、第１の辺方向において２０ｍｍから４０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第２の端部が、第２の辺方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の寸法を約１５ｍｍから２０ｍｍ上回る第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向は実質的に互いに直交するように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法は、前記細長い排気管の前記第２の端部を、楕円形または円形の断面を有するように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記方法は、前記エアキャビティを、プラスチック材料構造および／またはシートメタル構造として実装されるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法は、前記排気システムの少なくとも一部を、前記車両の既存の排気装置に後付けされるように設計されるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が、前記排気システムを、ガソリンおよび／またはディーゼルタイプの燃焼機関と共に使用されるように構成することを含むことを特徴とする請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して車両に関し、より詳細には車両の排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年、世界の道路上の車両の数はかなり増えている。典型的には、車両は、車両を推進するための動力を発生させるために、ガソリンまたはディーゼルエンジンを利用する。しかし、特に化石燃料埋蔵量が徐々に枯渇していること、いわゆる「ピークオイル」に鑑みて、車両の燃料消費が懸念されている。
【０００３】
一般に、すべてのエンジンは、吸気、圧縮、動力および排気の行程または段階に機能的に関連している。所与のエンジンについて、排気行程中、ピストンが下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に移動して、所与のエンジンのエンジンシリンダからの排気ガスおよび／または蒸気を排気ポートを通して押し出す。典型的には、所与のエンジンは連続的に作動するが、例えば、排気行程中に、所与のエンジンのクランクシャフトおよびフライホイールの運動量が、排気ガスをシリンダから押し出すのを助ける。しかし、シリンダに関連付けられるピストンは、排気行程の間、排気ガスおよび蒸気によって一般的に課される付加的な負荷または圧力をなお受けている。この付加的な負荷は、ピストンが排気ガスおよび蒸気をシリンダから押し出すときにピストンの動きを遅くし、所与のエンジンからのさらなる力を必要とし、所与のエンジンの燃料消費を増加させる可能性がある。
【０００４】
したがって、前述の議論を踏まえて、所与のエンジンの燃料消費に関連する上述の欠点を、関連する車両の変更すべきところは変更して、克服する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、車両の排気システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本開示はまた、車両の燃費を改善する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面として、本開示の一実施形態は、燃焼機関を含む車両の排気システムであって、前記排気システムが、
前記燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、前記排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管と、
空気流を受けるための第１の端部と、前記空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティであり、前記エアキャビティは、動作時、前記エアキャビティを前記空気流が通過するときに前記空気流の速度を増加させるために、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって先細になっており、前記エアキャビティの前記第２の端部は、動作時、前記車両の前進方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される、エアキャビティと、
前記空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる前記細長い排気管の前記第２の端部における減圧を引き起こすために、前記エアキャビティの前記第２の端部からの前記空気流が前記細長い排気管の前記第２の端部から放出される前記排気ガスと相互作用する相互作用領域であり、前記細長い排気管の前記第２の端部の平面は、前記相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、前記角度αは１０°から６０°の範囲内にある、相互作用領域と
を含むことを特徴とする排気システムを提供する。
【０００８】
そのような構成は、減圧によってエンジンからの排気ガスをより効率的に排出することができる点で有利である。
【０００９】
別の側面として、本開示の一実施形態は、燃焼機関を含む車両の燃費を改善する方法であって、前記方法が、
（ｉ）前記燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、前記排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管を含むように前記車両を構成することと、
（ｉｉ）空気流を受けるための第１の端部と、前記空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティを含むように前記車両を構成することであり、前記エアキャビティは、動作時、前記エアキャビティを前記空気流が通過するときに前記空気流の速度を増加させるために、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部に向かって先細になっており、前記エアキャビティの前記第２の端部は、動作時、前記車両の前進方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される、前記車両を構成することと、
（ｉｉｉ）前記車両の動作時、前記空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる前記細長い排気管の前記第２の端部における減圧を引き起こすために、前記エアキャビティの前記第２の端部からの前記空気流が前記細長い排気管の前記第２の端部から放出される前記排気ガスと相互作用する相互作用領域が存在するように、前記車両を構成することであり、前記細長い排気管の前記第２の端部の平面は、前記相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、前記角度αは１０°から６０°の範囲内にある、前記車両を構成することと
を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
一例として、前記細長い排気管は、前記細長い排気管の前記第１の端部と前記第２の端部との間に空洞を有し、前記空洞は、前記細長い排気管の前記第１の端部および前記第２の端部の横方向の直径よりも大きい横方向の直径を有する。
【００１１】
前記細長い排気管は、動作時、前記細長い排気管の前記第２の端部に向かって下方に湾曲し、上方に湾曲し、または側方に湾曲してもよい。
【００１２】
一例として、前記エアキャビティは、前記車両が前記燃焼機関によって前進方向に推進されることに応答して前記空気流を生成するように動作可能である。
【００１３】
前記エアキャビティは、前記エアキャビティの前記第１の端部から前記第２の端部まで、少なくとも１：５、少なくとも１：１０、および少なくとも１：２０のうちの１つの比率で減少する断面積を有してもよい。
【００１４】
前記エアキャビティは、前記車両の前進方向の長さが２００〜６００ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００１５】
一例として、前記エアキャビティの前記第２の端部の下縁部が、前記細長い排気管の前記第２の端部の下縁部の下方５ｍｍ未満である。
【００１６】
前記細長い排気管の前記第２の端部の直径は４０ｍｍから９０ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００１７】
前記エアキャビティが、
（ｉ）前記エアキャビティの前記第１の端部において、第１の辺方向において５０ｍｍから１２０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第１の端部は、第２の辺方向において２５０ｍｍから４００ｍｍの範囲の第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向は実質的に互いに直交しており、
（ｉｉ）前記エアキャビティの前記第２の端部において、第１の辺方向において２０ｍｍから４０ｍｍの範囲の第１の辺寸法を有し、前記エアキャビティの前記第２の端部は、前記第２の辺方向において、前記細長い排気管の前記第２の端部の寸法を約１５ｍｍから２０ｍｍ上回る第２の辺寸法を有し、前記第１の辺方向および前記第２の辺方向は実質的に互いに直交していてもよい。
【００１８】
前記細長い排気管の前記第２の端部の直径は楕円形または円形の断面を有してもよい。
【００１９】
前記エアキャビティは、プラスチック材料構造および／またはシートメタル構造として実装されていてもよい。
【００２０】
一例として、前記排気システムの少なくとも一部が、前記車両の既存の排気装置に後付けされるように設計されている。
【００２１】
排気システムは、ガソリンおよび／またはディーゼルタイプのものである燃焼機関に関連して使用されるように構成されていてもよい。しかしながら、排気システムは、ＬＰＧ、メタン、メタノール、エタノール、水素のうちの少なくとも１つを燃料に利用するエンジンを備えた車両に関して使用することもできることが理解されよう。
【００２２】
本開示の実施形態は、背景技術の問題を実質的に排除するか、または少なくとも部分的に対処し、車両の燃料効率の改善を可能にする。具体的には、本開示のシステムおよび方法は、排気行程中に排気ガスおよび蒸気によって（ＢＤＣからＴＤＣに移動するときに）ピストンに一般的に課される追加の負荷または圧力の低減を達成することを可能にする。例えば、本開示の排気システムは、気流の気体粘性抵抗によって排気装置の出口点に減圧領域を生成するように構成される。これは、排気行程中にピストンに課される追加の負荷または圧力に打ち勝ち、それによって車両の燃費を増加させるために、エンジンによって必要とされる付加的な力（出力ロスまたはより多くの燃料消費を引き起こす）を低減するのに役立つ。
【００２３】
本開示のさらなる態様、利点、特徴および目的は、以下の添付の特許請求の範囲と関連して解釈される例示的な実施形態の図面および詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２４】
本開示の特徴は、添付の特許請求の範囲で定義される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な組み合わせで組み合わせることが可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
上記の発明の概要、および以下の例示的な実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読めばよりよく理解される。本開示を例示する目的で、本開示の例示的な構造が図面に示されている。しかし、本開示は、本明細書で開示される特定の方法および手段に限定されない。さらに、当業者は図面が一定の縮尺ではないことを理解するであろう。可能な限り、同様の要素は同一の参照符号によって示されている。
【００２６】
ここで本開示の実施形態を、添付の図面を参照して、一例としてのみ説明する。
【図１】図１は、本開示の一実施形態による車両の排気システムの概略図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態による、図１の排気システムのエアキャビティの概略図である。
【図３】図３は、本開示の一実施形態による、図１の排気システムを配置された車両の概略図である。
【図４】図４は、本開示とは異なる実施形態による車両の排気システムの概略図である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態による、燃焼機関を有する車両の燃料効率を改善する方法のステップの図である。
【００２７】
添付図面では、下線を付された番号が上に配置されている項目または下線番号が隣接する項目を表すために、下線を付された番号が利用される。下線を付されていない番号は、下線を付されていない番号と項目とを結ぶ線によって識別される項目に関連する。数字に下線が付されておらず、付随する矢印を伴う場合、下線を付されていない数字は、矢印が指している一般的な項目を識別するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下の詳細な説明は、本開示の実施形態およびそれらを実施することができる方法を示す。本開示を実施するいくつかの態様が開示されているが、当業者であれば、本開示を実施または実践するための他の実施形態も可能であることを認識するであろう。
【００２９】
本明細書において、「第１」、「第２」などの用語は、いかなる順序、量、または重要性を意味するものではなく、ある要素を別の要素と区別するために使用されることに留意されたい。さらに、本明細書における用語「ａ」および「ａｎ」という用語は、量の限定を示すものではなく、むしろ参照される項目が少なくとも１つ存在することを示す。
【００３０】
ここで図面、特にその参照番号を参照すると、図１は、本開示の一実施形態による排気システム１００の概略図である。排気システム１００は、車両の燃焼機関に機能的に関連付けられている。車両は、主に、自動車、バン、トラックなどの道路交通車両に関する。代替的に、車両は、燃焼機関を有するボートまたは船舶などの水上車両であってもよい。一実施形態では、燃焼機関はガソリンまたはディーゼルタイプのものであり得るが、他のタイプのエンジン、例えばＬＰＧエンジンが代替的に使用される。さらに、燃焼機関は、２ストローク燃焼機関または４ストローク燃焼機関のうちの１つであってもよい。
【００３１】
図示のように、排気システム１００は、細長い排気管１０２と、エアキャビティ１０４と、相互作用領域１０６とを含む。細長い排気管１０２と、エアキャビティ１０４と、相互作用領域１０６とは、互いに一体的に結合された中空構造である。一実施形態では、エアキャビティ１０４は、細長い排気管１０２の中間または中央部分に結合される。さらに、相互作用領域１０６は、細長い排気管１０２およびエアキャビティ１０４の各々の端部を囲むが、これについては後に詳述する。
【００３２】
細長い排気管１０２は、第１の端部１１０および第２の端部１１２を含む。細長い排気管１０２はまた、第１の端部１１０と第２の端部１１２との間の空洞１１４をも含む。一実施形態では、空洞１１４は、細長い排気管１０２の第１の端部１１０および第２の端部１１２の横方向の直径よりも大きい横方向の直径を含む。具体的には、細長い排気管１０２は、第１の端部１１０と第２の端部１１２との間に、第１の端部１１０および第２の端部１１２の直径と比較してより大きい直径を有する中央部分１１６を含む。
【００３３】
一実施形態では、細長い排気管１０２は、動作時、その第２の端部１１２に向かって下方に湾曲し、上方に湾曲し、または側方に湾曲する。本実施形態では、図１に示すように、細長い排気管１０２の第２の端部１１２が下方に湾曲している。さらに、細長い排気管１０２の第２の端部１１２は、４０ｍｍ（ミリメートル）から９０ｍｍの範囲の直径、より随意には実質的に６０ｍｍの直径を含む。さらに、細長い排気管１０２の第２の端部１１２は、楕円形または円形の断面を含む。例えば、第２の端部１１２は、６０ｍｍの直径を有する円形の断面を有するか、または６０ｍｍの長軸を有する楕円形の断面を有することができる。一実施形態では、細長い排気管１０２の第１の端部１１０もまた、第２の端部１１２と同様の構造構成、すなわち、直径または長軸が約６０ｍｍの円形または楕円形の断面を含んでもよい。
【００３４】
さらに、エアキャビティ１０４は、第１の端部１２０および第２の端部１２２を有する細長い中空構造である。エアキャビティ１０４は、その第１の端部１２０から第２の端部１２２まで先細になっている。具体的には、エアキャビティ１０４は、その第１の端部１２０から第２の端部１２２まで減少する断面領域を含む。一実施形態では、図２に示すように、第１の端部１２０から第２の端部１２２までのエアキャビティ１０４の断面積は、少なくとも１：５、より随意には少なくとも１：１０、最も随意には実質的に１：２０の比で減少する。
【００３５】
ここで図２を参照すると、本開示の一実施形態による、エアキャビティ１０４の概略図が与えられる。図示のように、エアキャビティ１０４は第１の端部１２０において、第１の辺方向Ａにおいて、５０ｍｍから１２０ｍｍの範囲の寸法を有する第１の辺２０２を含む。エアキャビティ１０４は第１の端部１２０においてまた、第２の辺方向Ｂにおいて、２５０ｍｍから４００ｍｍの範囲の寸法を有する第２の辺２０４をも含む。さらに、第１の辺方向Ａおよび第２の辺方向Ｂは、実質的に互いに直交している。第１の端部１２０はまた、第１の辺２０２および第２の辺２０４にそれぞれ対向しかつ平行な第３の辺２０６および第４の辺２０８をも含み、第１の辺２０２および第２の辺２０４と同様の寸法をも有する。
【００３６】
エアキャビティ１０４は第２の端部１２２において、第１の辺方向Ｃにおいて、２０ｍｍから４０ｍｍの範囲内、より随意には実質的に３０ｍｍの寸法を有する第１の辺２１２を含む。エアキャビティ１０４は第２の端部１２２においてまた、第２の辺方向Ｄにおいて、細長い排気管１０２の第２の端部１１２の寸法（すなわち、４０ｍｍから９０ｍｍの範囲の直径）を約１５ｍｍから２０ｍｍ上回る寸法を有する第２の辺２１４をも含む。さらに、第１の辺方向Ｃおよび第２の辺方向Ｄは、実質的に互いに直交している。加えて、第２の端部１２２は、第１の辺２１２および第２の辺２１４にそれぞれ対向しかつ平行な第３の辺および第４の辺（図示せず）を含み、第１の辺２１２および第２の辺２１４と同様の寸法を有する。エアキャビティ１０４はまた、第１の端部１２０と第２の端部１２２との間の、２００ｍｍから６００ｍｍの範囲の距離である長さＬを含む。
【００３７】
再び図１を参照すると、相互作用領域１０６は細長い中空構造であり、細長い排気管１０２の第２の端部１１２およびエアキャビティ１０４の第２の端部１２２の各々の少なくとも一部を囲んでいる。さらに、第２の端部１１２、１２２は互いに離間している。エアキャビティ１０４の第２の端部１２２は、動作時、車両の前進方向Ｘにおいて、細長い排気管１０２の第２の端部１１２の前縁部１１８の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置される。第２の端部１２２と第２の端部１１２の前縁部１１８との間の距離（すなわち、２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲内）は、Ｄ１によって表される。
【００３８】
さらに、図示のように、細長い排気管１０２の第２の端部１１２の平面Ｐ１は、相互作用領域１０６の細長い軸Ｅに実質的に平行な平面Ｐ２に対して角度αをなしている。角度αは１０°から６０°の範囲にあり、より随意には実質的に３０°である。さらに、エアキャビティ１０４の第２の端部１２２の下縁部１２４は、細長い排気管１０２の第２の端部１１２の下縁部（前縁部１１８など）の下方５ｍｍ未満にある。エアキャビティ１０４の下縁部１２４と細長い排気管１０２の下縁部との間の距離（約０ｍｍから５ｍｍ）をＤ２で表す。さらに、エアキャビティ１０４の第２の端部１２２にある第１の辺２１２は、１２４がＰ２内にあるが下方５ｍｍ以下に位置するように、寸法を有するように構成される。一例では、第２の端部１２２の下縁部１２４は、平面Ｐ２内に位置することができる（すなわち、Ｄ２＝０の場合）。
【００３９】
さらに、第２の端部１１２の後縁部１１９は、相互作用領域１０６の第２の端部１３０から、例えば約１５０ｍｍの距離Ｄ３だけ離間している。また、第２の端部１１２の後縁部１１９は、相互作用領域１０６の壁の内側３ｍｍから５ｍｍにある。
【００４０】
一実施形態では、排気システム１００は、耐熱性材料から作成されてもよい。例えば、細長い排気管１０２、エアキャビティ１０４および相互作用領域１０６は、金属シートから作成されてもよい。そうでなければ、排気システム１００はまた、非金属構成要素を含んでもよい。例えば、エアキャビティ１０４は、プラスチック材料構造として実装されてもよい。
【００４１】
ここで図３を参照すると、本開示の一実施形態による、図１の排気システム１００を配置された車両３００の概略図が与えられる。具体的には、排気システム１００の少なくとも一部は、車両３００の既存の排気装置に後付けされるように設計される。例えば、図示のように、排気システム１００は、既存の排気装置のテールパイプ３０２に結合または後付けされてもよい。例えば、細長い排気管１０２の第１の端部１１０が、金属クランプを使用してテールパイプ３０２に着脱可能に結合されてもよい。代替的に、第１の端部１１０は、溶接を使用してテールパイプ３０２に一体的に結合されてもよい。
【００４２】
動作時、細長い排気管１０２の第１の端部１１０は、燃焼機関（図示せず）から排気ガス（および／または蒸気）を受け入れるように構成され、細長い排気管１０２の第２の端部１１２から、排気ガスが放出される（矢印Ｙで示す）。さらに、エアキャビティ１０４の第１の端部１２０は空気流（矢印Ｚで示す）を受け取り、エアキャビティ１０４の第２の端部１２２は空気流を排出する。したがって、エアキャビティ１０４は、車両３００が燃焼機関によって前進方向Ｘに推進されることに応答して空気流（矢印Ｚで示す）を生成するように動作可能である。
【００４３】
さらに、上述したように、エアキャビティ１０４は、動作時、エアキャビティ１０４を空気流が通過するときに空気流の速度を増加させるために、その第１の端部１２０から第２の端部１２２に向かって先細になっている。したがって、エアキャビティ１０４の第２の端部１２２からの空気流が細長い排気管１０２の第２の端部１１２から放出される排気ガスと相互作用する相互作用領域１０６では、空気流の気体粘性抵抗のために細長い排気管１０２の第２の端部１１２において圧力が低減する。したがって、圧力低下は、燃焼機関の排気行程中に排気ガスおよび／または蒸気によってピストン（シリンダ内部）に一般的に課される追加の負荷または圧力に打ち勝つのに必要な出力を低減するのに役立つ。具体的には、相互作用領域１０６内の減圧は、排気ガスおよび／または蒸気を細長い排気管１０２の第２の端部１１２から引き出す際に役立つ。これにより、燃焼機関の排気行程中の力または燃料消費が低減され、車両３００の燃費が改善される。
【００４４】
一実施形態では、本開示の排気システム１００のような排気システムは、以下の寸法を有することができる。
Ｄ１  ２５０ｍｍ
Ｄ２  ０
Ｌ  ５２０ｍｍ
２０８  ２４０ｍｍ
２０２  １００ｍｍ
２１２  ３０ｍｍ
２１４  ８０ｍｍ
α  ３５
Ｄ３  １５０ｍｍ
１０６  長軸が１００ｍｍの楕円形の断面
さらに、上記寸法を有する排気システムは、Ｐｅｕｇｅｏｔ（登録商標）１．６リットルディーゼルエンジンのような特定の車モデルと併せて使用すると好都合であり得る。
【００４５】
以下は、上記の寸法を有する排気システムのような排気システムを適用することによる、様々な車両の燃費向上に関するデータを示す表である。表には、車両の仕様および走行条件が記載されている。また、表には、排気システムを有する場合および有しない場合の燃料消費量の値が記載されている。
【００４６】
【表１】
2018513315.tif 000003
【００４７】
上記の表に基づいて、排気システムを車両と組み合わせて使用すると、その燃費が大幅に向上する。例えば、排気システムを使用すると、７％から２３％の範囲内で、例えば実質的に１０％、（車両の仕様および走行条件に応じて）燃費を向上させることができる。前述したように、エアキャビティを介して供給される空気流は、空気を介して車両が前方に移動することによって生成され、それによって、エアキャビティが空気を「汲み上げ」、その後、エアキャビティに利用されている概して先細の構造によって流速が増加する。したがって、前述のように、空気流は車両の前進運動によって「受動的に」提供される。任意選択的に、空気流は追加的に、例えばラジアルファンおよび／または遠心ファンを使用することによって、ファンによって追加的に支援される、すなわち、「能動的に」提供される。任意選択的に、例えば、車両が低い前進速度、例えば２５ｋｍ／時未満の前進速度で走行している場合にのみ、ファンは選択的に利用される。
【００４８】
ここで図４を参照すると、本開示とは異なる実施形態による車両（例えば、車両３００）の排気システム４００が示されている。図示のように、排気システム４００もまた、細長い排気管４０２と、エアキャビティ４０４と、相互作用領域４０６とを含む。しかしながら、排気システム４００の構造的構成は、図１の排気システム１００の構造的構成とは異なる。例えば、細長い排気管４０２の第２の端部４１２は、（細長い排気管１０２の下方に湾曲した第２の端部１１２の代わりに）直線構成を含む。さらに、エアキャビティ４０４は、（細長い排気管１０２の中央部分１１６に結合される代わりに）相互作用領域４０６に結合され、それによって、細長い排気管４０２の第２の端部４１２およびエアキャビティ４０４の第２の端部４２２が、相互作用領域４０６によって実質的に囲まれる。任意選択的に、図１および図４において、エアキャビティ４０４を介して供給される空気流は、例えば車両３００のエンジンの冷却ファン（図示せず）からファンによって支援される。
【００４９】
ここで図５を参照すると、本開示の一実施形態による、燃焼機関を有する車両の燃料効率を改善する方法５００のステップが示されている。具体的には、方法５００は、車両の燃費を向上させるために、排気システム１００などの排気システムを車両３００などの車両と共に利用することに関連する。
【００５０】
ステップ５０２において、車両が、燃焼機関からの排気ガスを受け入れるための第１の端部と、排気ガスが放出される第２の端部とを有する細長い排気管（図１の細長い排気管１０２など）を含むように構成される。例えば、細長い排気管は、燃焼機関からの排気ガスを受け取るために、既存の排気装置のテールパイプに結合されてもよい。さらに、細長い排気管は、その第１の端部と第２の端部との間に空洞を有し、空洞は、細長い排気管の第１の端部および第２の端部の横方向の直径よりも大きい横方向の直径を有する。
【００５１】
ステップ５０４において、車両が、空気流を受け入れるための第１の端部と空気流を排出するための第２の端部とを有するエアキャビティ（図１のエアキャビティ１０４など）を含むように構成される。エアキャビティは、動作時、エアキャビティを空気流が通過するときに空気流の速度を増加させるために、その第１の端部から第２の端部に向かって先細になっている。さらに、エアキャビティの第２の端部は、動作時に、車両の前進方向において、細長い排気管の第２の端部の前縁部の前方２０ｍｍから２５０ｍｍの範囲に配置されることになり、エアキャビティの第２の端部の下縁部が、細長い排気管の第２の端部の下縁部の下方において実質的に５ｍｍ未満に位置する。
【００５２】
ステップ５０６において、車両の動作時、空気流の気体粘性抵抗によって引き起こされる細長い排気管の第２の端部における減圧を引き起こすために、エアキャビティの第２の端部からの空気流が細長い排気管から放出される排気ガスと相互作用する相互作用領域（図１の相互作用領域１０６など）が存在するように車両が構成される。さらに、細長い排気管の第２の端部の平面は、相互作用領域の細長い軸に実質的に平行な平面に対して角度αをなし、角度αは１０°から６０°の範囲にある。前述したように、相互作用領域内部の減圧は、排気ガスを細長い排気管の第２の端部から引き出す際に役立つ。これにより、燃焼機関の排気行程中の力または燃料消費が低減され、それによって、車両の燃費が改善される。
【００５３】
方法５００はまた、車両上の排気システム１００などの排気システムの構成または配置に関連することが理解されるであろう。例えば、方法５００は、図１〜図３に関連して詳細に説明されている、排気システムを構成する細長い排気管、エアキャビティ、および相互作用領域の構造的および機能的な態様にさらに関連している。したがって、重複のためおよび簡潔にする理由で、その説明を省く。
【００５４】
添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態の変更が可能である。「含む」、「備える」、「組み込む」、「からなる」、「有する」、「である」などの表現は、本発明を説明し特許請求するために使用され、本発明は、非排他的な様式で、すなわち、明示的に記載されていない項目、構成要素または要素も存在するように解釈されるように意図されている。単数形への言及はまた、複数形にも関連すると解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲における括弧内に含まれる数字は、特許請求の範囲の理解を助けることを意図しており、これらの特許請求の範囲によって請求される主題を制限するものとしては決して解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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