(57)【要約】【課題】簡易な構造により、内燃機関の排気ガスの様な高温の気体を機械的に且つ強制的に吸引して、燃焼効率を向上することが出来る気体強制吸引装置の提供。【解決手段】入口部（１０）及び出口部（２０）と、大径な中間部（３０）を有し、中間部（３０）内にはテーパ状の旋回流発生筒部（４０）が設けられており、旋回流発生筒部（４０）内には半径方内方に突出して螺旋状に延在する突起（４２１）が形成され、旋回流発生筒部（４０）の入口部側には開口面積が小さい流出口（４１１）が円周方向に複数形成され、旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）は出口部（２０）内方に連通している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部及び出口部と、大径な中間部を有し、中間部内にはテーパ状の旋回流発生筒部が設けられており、旋回流発生筒部内には半径方内方に突出して螺旋状に延在する突起が形成され、旋回流発生筒部の入口部側には断面積が小さい流出口が円周方向に複数形成され、旋回流発生筒部の出口部側端部は出口部内方に連通しており、旋回流発生筒部から出口部側へ流出した気体は旋回流を形成し、当該旋回流により旋回流発生筒部の出口部側端部と出口部の入口部側端部の間の空間に負圧が生じることを特徴とする気体強制吸引装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の排気ガスのような気体を強制的に吸引して排出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止のため、ＣＯ２排出量の削減が求められている。また、原油価格の高騰に伴い、燃料使用量の削減が重要な課題として認識されている。さらに、自動車の排気ガス規制により、排気触媒装置や微粒子燃焼のためのＤＰＦ装着等の取付義務が強化され、係る装置を排気系に装着することによりエンジンの燃焼排ガスの排出効率に悪影響を及ぼしている。
ここで、エンジンは、排気ガスの効率的な排出を行うことにより、エンジン圧力を下げて、燃焼効率を向上することが可能である。そのためには、エンジンの燃焼排ガスを排気側へ強制的に吸引して、排出側の圧力を低下させる必要が有る。
しかし、例えば自動車の様にアクセルの開閉が頻繁に行なわれてエンジン回転数が常時変動する場合には、高温の燃焼排ガスを機械的に強制吸引することは困難であり、費用対効果の点で疑問がある。
【０００３】
その他の従来技術として、テーパ筒形の加速筒とその外方に位置する筒形のカバー筒を設け、前記加速筒の内側にスパイラル状部材を設けて、加速筒内部で排気ガスを旋回させる装置が提案されている（特許文献１参照）。
しかし係る従来技術（特許文献１）では、加速筒に形成されている開口部の面積が大きいため、加速筒から大量の排気ガスが加速筒とカバー筒の間の領域に流出してしまうので、加速筒内で排気ガス流が旋回して当該旋回流により内燃機関側から排気ガスを吸引する力が小さく、内燃機関の燃焼効率の向上、燃費の向上等を達成することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７４７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、簡易な構造により、内燃機関の排気ガスの様な高温の気体を機械的に且つ強制的に吸引して、燃焼効率を向上することが出来る気体強制吸引装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の気体強制吸引装置は、入口部（１０）及び出口部（２０）と、（入口部及び出口部よりも）大径な中間部（３０）を有し、中間部（３０）内にはテーパ状の旋回流発生筒部（４０）が設けられており、旋回流発生筒部（４０）内には半径方内方に突出して螺旋状に延在する突起（４２１）が形成され、旋回流発生筒部（４０）の入口部側には開口面積が小さい流出口（４１１）が円周方向に複数形成され、旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）は出口部（２０）内方に連通しており、旋回流発生筒部（４０）から出口部（２０）側へ流出した気体（例えば、エンジンの排気ガス）は旋回流を形成し、当該旋回流により旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）と出口部（２０）の入口部側端部（２１ｅ）の間の空間（Ｅ）に負圧が生じることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
上述の構成を具備する本発明によれば、旋回流発生筒部（４０）内に形成された半径方内方に突出して螺旋状に延在する突起（４２１）により、旋回流発生筒部（４０）内に流入した気体（例えば内燃機関の排気ガス）は旋回流を形成して出口部（２０）内に流出する。そして当該旋回流により、旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）と出口部（２０）の入口部側端部（２１ｅ）の間の空間（Ｅ）に負圧が生じる。
この負圧により、旋回流発生筒部（４０）と中間部（３０）内壁面の間の領域に存在する気体（例えば排気ガス）は、エンジン（Ｅ）側から強制的に吸引される。
そして本発明によれば煩雑な機械的な構成要素を必要とせず、既存の内燃機関の排気系（例えば自動車の排気系統）にも簡単に装着することが出来る。
【０００８】
ここで、旋回流発生筒部（４０）の入口部側には開口面積が小さい流出口（４１１）が円周方向に複数形成されており、当該流出口（４１１）により、入口部（４１）は旋回流発生筒部（４０）と中間部（３０）内壁面の間の領域に連通するが、複数形成された流出口（４１１）の開口面積が小さいので、旋回流発生筒部（４０）内を十分な流量の気体が流過する。そのため、旋回流発生筒部（４０）で生じる旋回流の流量も十分であり、旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）と出口部（２０）の入口部側端部（２１ｅ）の間の空間（Ｅ）では、例えばエンジン（Ｅ）の様な内燃機関の排気ガスを強制的に吸引するのに十分な程度の負圧が発生する。
係る負圧により気体（例えばエンジンの燃焼排ガス）を排気側へ強制的に吸引する。そして、強制的に吸引される気体が例えばエンジンの燃焼排ガスであれば、当該エンジン圧力を下げて燃焼効率を向上することが出来る。
【０００９】
また本発明によれば、旋回流発生筒部（４０）で生じる旋回流により負圧を発生して燃焼排ガスを下流側に強制的に吸引しているので、気体強制吸引装置（１００）内の排気抵抗が低減され、内燃機関の出力低下を抑制することも出来る。その結果、燃費も向上する。
すなわち本発明によれば、複雑な制御系を伴わず、上述した簡易な構成によりエンジン（Ｅ）側から燃焼排ガスを機械的に強制吸引することにより、燃焼効率を向上し、内燃機関の出力低下を抑制し、燃費を向上することが出来る。
【００１０】
そして本発明によれば、自動車の様にアクセルの開閉を頻繁に行う場合においても、エンジン（Ｅ）の回転数如何に拘らずに旋回流発生筒部（４０）で旋回流を発生して、旋回流発生筒部（４０）の出口部側端部（４３ｅ）と出口部（２０）の入口部側端部（２１ｅ）の間の空間（Ｅ）で負圧を発生することが出来る。そのため、自動車の排気系に適用された場合に、アクセルの開閉を頻繁に行っても、エンジン（Ｅ）側（排気系の上流側）から排気ガスを強制的に吸引して、燃焼効率を向上し、内燃機関の出力低下を抑制し、燃費を向上することが出来る。
さらに、エンジンの燃焼効率を向上して、燃費を改善することが出来る本発明によれば、ＣＯ２の削減に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る気体強制吸引装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る気体強制吸引装置の側面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図４】図２におけるＡ矢視図である。
【図５】図２におけるＢ矢視図である。
【図６】実施形態に係る気体強制吸引装置の一部を切断して示す斜視図である。
【図７】実施形態に係る気体強制吸引装置の一部を切断して示す図６とは異なる斜視図である。
【図８】実施形態に係る気体強制吸引装置内における排気ガスの流れを示す説明図である。
【図９】ガソリンエンジンの排気系を示したブロック図である。
【図１０】ディーゼルエンジンの排気系を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ここで、図示の実施形態では、エンジンの排気系に本発明の気体強制吸引装置を適用した場合を示している。
本発明の実施形態に係る気体強制吸引装置は、図１〜図１０では全体を符号１００で示されている。
図９で示すガソリンエンジンＥｇの排気系には、排気ガス循環装置Ｅｒ、排気ガス触媒装置Ｃ、消音装置Ｍが介装されており、当該排気系の下流側端部（図９では右端部）に気体強制吸引装置１００が配置される。そして、図１０で示すディーゼルエンジンＥｄの排気系には、排気ガス循環装置Ｅｒ、微粒子燃焼装置（ＤＰＦ装置）Ｄｐ、消音装置Ｍが介装され、下流側端部（図１０では右端部）に気体強制吸引装置１００が配置される。ただし、気体強制吸引装置１００を介装する位置については、図９、図１０で示す排気系の下流側端部に限定されるものではなく、排気系内であれば何処でも介装することが可能である。そして、既存の排気管（排気系）に容易に取り付けることが出来る。
【００１３】
図１、図２で示すように、気体強制吸引装置１００は、入口部１０と、出口部２０と、中間部３０を有している。
図２において、入口部１０は円筒部材で構成され、円筒部材の外周における同一断面には円周方向に等間隔にて４個のナットＮが溶接されている。ナットＮは、既存の自動車の排気管（図示せず）等に気体強制吸引装置１００を接続するために設けられている。既存の自動車の排気管に気体強制吸引装置１００を接続するに際しては、当該排気管の端部を気体強制吸引装置１００の入口部１０の内周に嵌合せしめ、当該排気管の内周面側から図示しないボルトを貫通し、貫通したボルトをナットＮと螺合させる。
出口部２０はテーパ状の筒部材で構成され、該テーパ状の筒部材においては、下流側（図２では右側）に向かうにつれて緩やかに直径が増加している。出口部２０は中間部３０の後端（図２の右端）に一体的に接合されている。
【００１４】
図２及び図３において、中間部３０は大径部３１とテーパ部３２と小径部３３を有しており、大径部３１とテーパ部３２と小径部３３は連続して一体的に接続されている。
小径部３３の直径は出口部２０の上流側端部（図２、図３では左端部）の直径と等しい。中間部３０の上流端（大径部３１の上流端：図３の左端）は、鏡板３４により、入口部１０に接合している。なお、鏡板３４の半径方向内側の領域は開口部が形成されている（図４参照）。
【００１５】
中間部３０の内部には、旋回流発生筒部４０が設けられている。
旋回流発生筒部４０は大径部４１、第１のテーパ部４２、第２のテーパ部４３を有しており、大径部４１、第１のテーパ部４２、第２のテーパ部４３は入口部１０から出口部２０に向かって順番に配置されている。
大径部４１は全体が円筒形状であり、円筒の同一断面上に円周方向について均等間隔にて、複数の貫通孔４１１が形成されている。
第１のテーパ部４２は、下流側（図３では右側）に向って直径が減少するテーパを有している。一方、第２のテーパ部４３は、下流側（図３では右側）に向って直径が増加するテーパを有している。
ここで、第１のテーパ部４２におけるテーパ或いは傾斜角度が不適当な場合には、旋回流が旋回流発生筒部４０の外周面から剥離してしまい、旋回流による効果が軽減してしまう。そのため、第１のテーパ部４２におけるテーパ或いは傾斜角度を適宜設定することが望ましい。
【００１６】
旋回流発生筒部４０における大径部４１の直径は、中間部３０における大径部３１の直径よりも小さいが、入口部１０の直径よりも大きく設定されている。
なお、第２のテーパ部４３をストレート管に置き換えることも可能である。
図３では、中間部３０における小径部３３と、旋回流発生筒部４０における第２のテーパ部４３とは、周方向に均等に配置された複数（図示の例では３枚）の支持板５０（図５参照）によって接続されている（図６、図７参照）。
【００１７】
旋回流発生筒部４０の上流端（大径部４１の上流端：図３の左端）は、鏡板３４に当接しており、するように公知の手段（例えば溶接）によって鏡板３４に固定されている。
旋回流発生筒部４０における第１のテーパ部４２の内周面には、軸方向（図３の左右方向）の全長に亘って、所定の幅を有する螺旋状の板状部材４２１（ブレード）が固設されている。
図４、図６において、符号３４１は、前記鏡板３４の内周側の均等位置で複数個所（図示の例では、４箇所）に形成されて半径方向内方に突出する矩形の突起を示している。図示の実施形態に係る気体強制吸引装置１００は既存のエンジン排気管に取り付けることが出来るが、既存のエンジン排気管の管径は種々のサイズが存在する。半径方向内方に突出する突起３４１を設けることにより、既存のエンジン排気管（図示せず）の管径が小さい場合でも、既存の排気管を入口部１０の半径方向内方に配置して、既存の排気管の端部を突起３４１に当接して（突起３４１をストッパとして機能せしめ）、ナットＮに代えてボルト（図示せず）を半径方向外方から既存の排気管に向かってねじ込み、気体強制吸引装置１００を取り付けることが出来る。
【００１８】
図８を参照して、気体強制吸引装置１００内を排気ガスが流れる態様を説明する。なお図８において、図示の簡略化のため、ナットＮと、支持板５０は省略する。
図８において、図示しない排気管から入口部１０に流入する排気ガスを、点線で示す矢印Ｆ１で示す。流入した排気ガスＦ１の大部分は旋回流発生筒部４０内を流れ、その間に、第１のテーパ部４２に設けた螺旋状のブレード４２１により流速の大きな旋回流Ｆ２となる。
【００１９】
一方、図示しない排気管から入口部１０に流入する排気ガスＦ１の一部は、複数の貫通孔４１１から中間部３０の内周と旋回流発生筒部４０の外周とで形成される環状空間ＥＲに流入する（矢印Ｆ３）。
環状空間ＥＲに流入した流れＦ３は、矢印Ｆ４で示すように環状空間ＥＲ内を進み、第２のテーパ部４３の出口部側端部４３ｅと、出口部２０の入口部側端部２１ｅの間の空間Ｅを介して、出口部２０に排出される（矢印Ｆ４ｘ）。
【００２０】
ここで、旋回流発生筒部４０で発生した旋回流Ｆ２により、旋回流発生筒部４０の第２のテーパ部４３の出口部側端部４３ｅと、出口部２０の入口部側端部２１ｅの間の空間Ｅに負圧が生じる。空間Ｅに生じた負圧により、旋回流発生筒部４０における複数の貫通孔４１１、環状空間ＥＲを介して、排気ガスＦ３、Ｆ４が強制的に空間Ｅ側に吸引される。
旋回流発生筒部４０における第２のテーパ部４３の出口４３ｅの面積が、旋回流発生筒部４０の前端（大径部４１の前端）の面積に比べて小さいため、旋回流Ｆ２の流速は速くなり、空間Ｅにおける負圧Ｅが強くなる。
位置Ｅにおける強い負圧の作用により、矢印Ｆ３、Ｆ４、Ｆ４ｘで示す環状空間ＥＲ内の排気ガス流は、流速が速い状態で出口部２０側に流れる。
【００２１】
上述したように、図示の気体強制吸引装置１００によれば、旋回流発生筒部４０内に形成された螺旋状のブレード４２１により、旋回流発生筒部４０内に流入した排気ガスは旋回流Ｆ２を形成して出口部２０内に流出する。この旋回流Ｆ２により空間Ｅに強い負圧が生じ、環状空間ＥＲに存在する排気ガスは強く吸引される。その結果、エンジンの圧力を下げて燃焼効率を向上することが出来る。
また、燃焼排ガスを下流側に強制的に吸引しているので、気体強制吸引装置（１００）内の排気抵抗が低減され、内燃機関の出力低下を抑制することも出来る。その結果、燃費も向上する。
【００２２】
そして、旋回流発生筒部４０の入口部側には開口面積が小さい流出口４１１が円周方向に複数形成されており、当該流出口４１１により、入口部４１は旋回流発生筒部４０と中間部３０内壁面の間の環状領域ＥＲに連通するので、入口部１０に流入した排気ガスの一部が領域ＥＲに流入する際に排気ガスの膨張（拡張）によって消音（減音）効果を得ることが期待出来る。
さらに、図示の実施形態によれば、複雑な制御系を伴わず、上述した簡易な構成により機械的に排気を強制吸引して、内燃機関の出力低下を抑え、燃費を向上することが出来る。そのため、例えば自動車の排気管のような既存の排気系統についても容易に介装或いは装着して、既存のエンジンの燃焼効率や燃費を向上することが出来る。
【００２３】
ここで、旋回流発生筒部４０の上流側領域には開口面積が小さい流出口４１１が複数形成されており、当該流出口４１１により入口部４１と環状領域ＥＲが連通しているが、複数形成された流出口４１１の開口面積が小さいので、旋回流発生筒部４０内を十分な流量の排気ガスが流過する。
そのため、旋回流発生筒部４０で生じる旋回流Ｆ２の流量も十分になる。そして、旋回流発生筒部４０における第２のテーパ部４３の出口４３ｅの面積が、旋回流発生筒部４０の上流端（大径部４１の前端）の面積に比べて小さいため、旋回流Ｆ２の流速は速くなり、前記空間Ｅにおいて、環状領域ＥＲの排気ガスを強制的に吸引するのに十分な負圧が生じる。
【００２４】
これに加えて図示の実施形態によれば、自動車の様にアクセルの開閉を頻繁に行う場合においても、エンジンＥの回転数如何に拘らずに旋回流発生筒部４０で旋回流を発生し、空間Ｅで負圧を発生することが出来る。そのため、（自動車の様に）アクセルの開閉を頻繁に行う場合においても、排気ガスを強制的に吸引して、燃焼効率を向上し、内燃機関の出力低下を抑制し、燃費を向上することが出来る。
【００２５】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態は内燃機関であるエンジンの排気系に介装されて排気ガスを強制吸引する場合についてのみ説明しているが、本発明の気体強制吸引装置は、例えば飲食店等の排気ダクトに介装されて排気ダクト内を流れる気体を強制的に吸引することにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・・入口部
２０・・・出口部
３０・・・中間部
３１・・・大径部
３２・・・テーパ部
３３・・・小径部
３４・・・鏡板
４０・・・旋回流発生筒部
４１・・・大径部
４２・・・第１のテーパ部４２
４３・・・第２のテーパ部
５０・・・支持板
１００・・・気体強制吸引装置
４１１・・・貫通孔
４２１・・・螺旋状の板状部材（ブレード）
【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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