(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気パルスの制御装置であって、４サイクルエンジンにおいて該排気パルス制御装置の上流側で負圧の排気パルスを生じさせる排気パルス制御装置において、前記排気パルス制御装置は、入口と、該入り口とは別の、該入口に隣接して設けられた、排気パルスの捕捉及び膨張領域と、中間の封じ込め領域であって、その一端に前記捕捉及び膨張領域が隣接している中間領域と、該中間領域の他端に隣接し、前記入口より大きい直径を有する出口と、前記中間領域と前記出口の間の融合領域とを備える単一のチャンバを備えてなり、前記捕捉及び膨張領域が２つのステージから成り、第一のステージが排気体積を急速に膨張させ、さらに第二のステージにおいて排気ガスの膨張が起こり、それにより排気パルスを前記中間領域に沿って移動させ、いかなる領域にも消音効果すなわち消音装置を備えずに、大気戻りパルスが膨張した排気パルスと前記中間領域において相互作用し、前記第一のステージが、前記排気パルス制御装置の長手方向軸に対し、前記第二のステージにより形成される角度よりも小さい角度で広がっている、排気パルス制御装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記中間領域がその長さの全体に亙って一定の横断面積である、排気パルス制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２の装置において、前記入口及び出口がそれぞれ入口管及び出口管である、排気パルス制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置において、前記第一のステージが前記長手方向軸に対し４０゜乃至５０゜の範囲の角度を形成し、前記第二のステージが前記長手方向軸に対し６０゜乃至８０゜の範囲の角度を形成する、排気パルス制御装置。
【請求項５】
請求項４の装置において、前記第一のステージが前記長手方向軸に対し４５゜の角度を形成し、前記第二のステージが前記長手方向軸に対し６０゜の角度を形成する、排気パルス制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５何れか１つの装置において、前記融合領域が出口を貫通する長手方向軸に対し４０゜乃至５０゜の範囲の角度を形成する、排気パルス制御装置。
【請求項７】
請求項６の装置において、融合領域が出口を貫通する長手方向軸に対し４５゜の角度を形成する、排気パルス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、エンジン排気パルスの制御装置に関する。特に、本発明は、エンジン効率を改良すべくエンジンからの排気の膨張を制御するエンジン排気制御装置に関する。
【０００２】
内燃機関において、エンジン効率及び有害な排出物を減少させるため燃料をよりクリーンに燃焼させる観点から排気を効率的に除去し又は掃気することが望ましい。
【０００３】
国際出願公開第９８／２３８５４号には、内燃機関の効率を最適化する装置が開示されている。該装置は、エンジンから排気を除去するためエンジンのシリンダに向けられ又は排気パイプを通るガス流の速度及び圧力を修正し得るように配置された固定手段又は可動手段の何れかを有している。
【０００４】
装置が排気パイプ又はシステム内にあるとき、その目的は、第一の瞬間的な排気ステージの後、使用済みの気体の速度を自由空気に向けて増すことを可能にし、より効率的なエンジンの掃気を行うためより高い真空圧を発生させることである。
【０００５】
この先願の以前の特許明細書におけるその色々な実施の形態にて開示された装置は、エンジン排気の流れを制限し且つ気体の乱流を発生させる機能を果たすものと思われるが、所期の通りに機能するとは思われない。
【０００６】
当該出願人の出願係属中のオーストラリア特許出願第ＰＱ２４５６号（今は消滅した）には、エンジンにおける排気マニホルドの真空圧を上昇させる、国際出願第９８／２３８５４号に開示されたものの改良である、エンジン排気の制御装置が開示されている。
【０００７】
(発明の概要)
本発明の１つの目的は、改良された排気パルスの制御装置であって、当該出願人の出願係属中の特許出願に開示された装置の１つの代替例として使用することのできる制御装置を提供することである。
【０００８】
１つの特徴によれば、本発明は、排気パルスの制御装置であって、４サイクルエンジンにおいて該装置の上流側で負圧の排気パルスを生じさせる排気パルス制御装置において、前記制御装置は、入口と、該入口に隣接し、分かれている、排気パルスの捕捉及び膨張領域と、中間の封じ込め領域であって、その一端に前記捕捉及び膨張領域が隣接している中間の封じ込め領域と、該中間領域の他端に隣接する出口と、前記中間領域と前記出口の間の融合領域とを備える単一のチャンバを備えてなり、前記出口は、前記入口より大きい直径を有し、いかなる領域にも消音効果無しに或は消音装置を備えずに、大気戻りパルスが膨張した排気ガスパルスと前記中間領域において相互作用する、排気パルスの制御装置を提供する。
【０００９】
中間領域は、その長さの全体に亙って一定の断面積であることが好ましい。排気パルスは、入口から装置に入り、また、大気圧パルスは、出口から装置に入り、その排気パルス及び大気圧パルスは、中間領域の部分内で相互作用する。
【００１０】
中間領域は、エンジンの特徴によって決定される長さを有することができる。  入口及び出口は、入口管及び出口管であることが好ましい。出口管は、入口管の直径よりも大径であり、中間領域は入口管及び出口管よりも大径を有することが好ましい。
【００１１】
捕捉及び膨張領域は、入口から出口に流れる気体の体積を増大させる。この体積の増大は、２つのステージにて行われることが好ましい。第一のステージは、排気の体積を比較的急速に増大させ、また、排気パルスが入口から出て中間領域に向けて進むとき、この排気パルスが膨張することを許容する。第一のステージは、入口に対して比較的小さい角度を形成する。この比較的小さい角度は、第二のステージが入口に対して形成する角度よりも小さい。
【００１２】
好ましくは、第一のステージは、入口を通る長手方向軸に対し４０゜乃至５０゜の範囲の角度にて伸びる一方、第二のステージは、６０゜乃至８０゜の範囲の角度にて伸びるようにする。好ましくは、第一のステージは、４５゜の角度にて伸びる一方、第二のステージは、６０゜の角度にて伸びるようにする。
【００１３】
排気が入り口から捕捉及び膨張領域の第一のステージ内に進むとき、排気パルスの体積が急速に膨張する。第二のステージ内で更なる、但し急速な膨張が生じる。これにより排気パルス内の境界層は膨張するが、排気パルスの中央部分は第二のステージ内で感知し得る程に膨張しない。このことは、パルスが中間領域に沿って進むとき、パルスのパルスモーメントを保つことになる。
【００１４】
融合領域は、本発明の装置が装着されたエンジンから排気ガスを効果的に掃気する背圧が形成されることを確実にすべく存在する。
【００１５】
融合領域は、出口を通る長手方向軸に対してある角度にて伸びている。好ましくは、この角度は４０゜乃至５０゜の範囲にあるようにする。４５゜の角度であることが好ましい。
【００１６】
本発明の１つの好ましい実施の形態について添付図面に関して単に一例として説明する。
【００１７】
（好ましい実施の形態の詳細な説明）
図１、図２及び図３には、排気パルスの制御装置１０が図示されている。該装置１０は、入口管１１と、出口管１２とを有している。管１２は、管１１よりも大径である。管１１は、エンジンに接続され且つエンジンから排気出口パルスを受け取る一方、管１２は、排気を排気パイプの端部の排気出口に向ける。
【００１８】
装置１０は、入口管１１と出口管１２との間を伸びる中間領域１３を有している。排気パルスの捕捉及び膨張領域１４は、入口管１１と領域１３との間に配置されている。領域１４は、管１１に沿っての長手方向軸に対し４５゜の角度を形成する第一のステージ１５を有している。領域１４は、ステージ１５のすぐ隣の第二のステージ１６を有し、ステージ１６は、管１１の長手方向軸に対し６０゜の角度を形成する。ステージ１５、１６は、排気パルスの膨張及び制御を通じて負圧を発生させる作用を果たし、また、この装置が装着されるエンジンからガスを一層効果的に掃気する作用を果たす。
【００１９】
融合領域１７が管１２と領域１３との間に配置されている。領域１７は、管１２に沿っての長手方向軸に対し４５゜の角度を形成する。領域１７は、出ていく排気圧力パルスを入ってくる大気圧パルスと融合させる作用を果たす。領域１３の長さ「ｌ」は、エンジンの性能仕様に依存している。
【００２０】
本発明の装置は、排気パルスの間に低圧領域を発生させるため、エンジンの動力を増大させる作用を果たす。この装置は、エンジン内にて燃料を効果的に燃焼させ且つエンジンからの排気を一層良く掃気することを可能にする。
【００２１】
排気パルスの制御装置１０は、内燃機関の排気システム内で発生された正圧から負圧を発生させる。この装置は、エンジンの掃気を向上させることによりエンジン効率を向上させる。
【００２２】
車に装着されたエンジンのエンジン作動状態が改良されることを示すため一連の試験を行った。エンジンの排気システムに本発明の装置１０を装着せずに、一組みの試験を行い、装置１０を車のエンジンに装着した状態で別の組みの同一の試験を行った。本発明の装置を追加することを別にして、試験をしたエンジン及び車は全ての点にて同一のものであった。
【００２３】
コンピュータを組み込んだシャシダイナモメータにて試験を行った。試験パラメータは大気圧補正を含み、また、エンジン内に導入した冷風は１５℃に補償した。車は、毎秒の全開スロットル当たり毎秒１５．２４ｍ（５０フィート）の加速度となるようにプログラム化した。このことは、車が特定の毎分回転数（ＲＰＭ）範囲を通じて加速することを許容し、また、このプログラムの間、動力及びトルクを毎秒２０回、測定した。
【００２４】
トルク測定値を解釈するためコンピュータ化した動力損失プログラムを使用し、また、一定の加速にて牽引力の表示が得られた。
【００２５】
対象としたプログラム化したＲＰＭ範囲は、馬力／トルクの差によって影響を受ける。
【００２６】
図６のグラフは、車が２０００乃至５０００ＲＰＭのＲＰＭ範囲に亙って第３速ギア及び第４速ギアにあるとき、その双方の試験走行（一方の試験は装置１０を使用せず、もう一方の試験は本発明の装置１０を使用した）の動力及びトルクのプロットを示すものである。このグラフの下側に沿った目盛りは、毎時キロメートル（ｋｐｈ）にて車速度を示し、グラフの左側縦側部に沿った目盛りは、キロワット（ｋｗ）にて動力を示し、グラフの右側部に沿った目盛りはニュートン（Ｎ）にてトルク又は牽引力を示すものである。
【００２７】
約６８ｋｐｈ及び３０００Ｎにて開始し、グラフを亙って実質的に水平に伸びる２つのトレース線は、２０００ＲＰＭにて開始し、５０００ＲＰＭにて終わる、第４速ギアにおけるトルクのプロット図であり、その対のプロットの上側プロットは、装置１０を装着したときのものであり、その対の下側プロットは、試験中の車に対し装置１０を装着しないときのものである。
【００２８】
約５４ｋｐｈ及び３７００Ｎにて開始し、グラフを亙って実質的に水平に伸びる２つのトレース線は、上述したトルクのプロットと同様であるが、車が第３速ギアにあるときのプロットである。これら２つのトレース線の上側プロットは、装置１０を装着したときのものであり、下側プロットは、試験中の車に対し装置１０を装着しないときのプロットである。
【００２９】
動力トレース線も２つの対にて表示されている。車が第３速ギアにあるときの１対の動力トレース線は、車が約４５ｋｐｈで走行する状態で開始し、グラフを亙って傾斜した角度にて伸び、また、車が約１２４ｋｐｈにて走行する状態で終わる。この対の上側トレース線は、装置１０を装着したときのものであり、その対の下側トレース線は、試験中の車が装置１０を装着していないときのものである。
【００３０】
第４速ギアにて行った試験について同様の対の動力プロットが表示される。これら２つのトレース線は、車が約６８ｋｐｈにて走行する状態で開始し、グラフに亙って傾斜した角度にて伸び且つ車が約１６６ｋｐｈにて走行する状態で終わる。その対の上側トレース線は、装置１０を装着したときのものである一方、その対の下側トレース線は、試験中の車が装置１０を装着しないときのものである。
【００３１】
本発明の装置１０は、かかる装置を装着していない車にて実現されるものに優る次のような動力及びトルクの改良を実現する。
馬力
−第３速ギアにおける増加％  ２．８％乃至５．４％
−第４速ギアにおける増加％  ３．０％乃至９．７％
牽引力（トルク）
−第３速ギアにおける増加％  ２．６％乃至４．６％
−第４速ギアにおける増加％  ３．７％乃至９．５％
出力馬力
−増加％  ３．９％乃至３８．３％
トルク力
−増加％  ３％乃至１３．５％
達成された最高ピーク馬力−車輪にて１２５ｋｗであり、１１６．２ｋｗの基準値ピーク馬力に優ることが分かった。
【００３２】
次の表は、図６に示した結果の概要を記載したものである。
馬力の増加は次の通りである。
速度 第３速ギア 第４速ギア
６０ｋｐｈ      ５．３％
７０ｋｐｈ      ５．０％      ８．３％
８０ｋｐｈ      ５．４％      ９．７％
９０ｋｐｈ      ２．８％      ６．９％
１００ｋｐｈ    ３．８％      ６．１％
１１０ｋｐｈ    ３．０％      ４．０％
１２０ｋｐｈ    ３．９％      ４．７％
１３０ｋｐｈ                  ４．９％
１４０ｋｐｈ                  ４．２％
１５０ｋｐｈ                  ３．９％
１６０ｋｐｈ                  ４．８％
牽引力の増加は次の通りである。
速度 第３速ギア 第４速ギア
６０ｋｐｈ      ４．６％
７０ｋｐｈ      ４．６％      ８．３％
８０ｋｐｈ      ４．５％      ９．５％
９０ｋｐｈ      ２．６％      ５．６％
１００ｋｐｈ    ２．７％      ５．９％
１１０ｋｐｈ    ２．７％      ４．４％
１２０ｋｐｈ    ３．６％      ３．７％
１３０ｋｐｈ                  ３．９％
１４０ｋｐｈ                  ４．０％
１５０ｋｐｈ                  ４．０％
１６０ｋｐｈ                  ４．６％
図４及び図５に図示した動力／トルクの出力プロットは、次の試験方法を採用して得られたものである。
【００３３】
完全にコンピュータ化したシャシダイナモメータを車に設置し、試験パラメータは、大気圧補正と１５℃に補償された冷風の導入により実証された。
【００３４】
車を設定ＲＰＭレベルにて走行させ、その特定のＲＰＭに保たれている間に、全開スロットル状態に開いた状態で運転することにより、動力の出力が得られた。動力出力／トルク出力を記録した。試験は、２０００、３０００、４０００及び５０００ＲＰＭにて行った。
【００３５】
図４及び図５のプロットは、得られた結果を表わすものである。「基準値」という語は、本発明の装置１０を装着しないエンジンを意味する一方、「ダブリュ／ストックリアシステムを装着したＥＰＵ」とは、本発明の装置１０を装着した同一のエンジンを意味する。
【００３６】
以下に、図４及び図５のプロットの概要を記載する。平均改善率が示してある。
馬力出力
＠２０００ＲＰＭ      ３．９％
＠３０００ＲＰＭ      ２３．５％
＠４０００ＲＰＭ      ３８．３％
＠５０００ＲＰＭ      １１．３％
トルク
＠２０００ＲＰＭ      ３．０％
＠３０００ＲＰＭ      ７．３％
＠４０００ＲＰＭ      ６．１％
＠５０００ＲＰＭ      １３．５％
【００３７】
本発明の装置は、動力及びトルクを改善することに加えて、エンジンのより燃料効率の良い運転、及び有害なガス排出量を減少させることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置の長手方向断面図である。
【図２】  図１の装置の入口端の詳細図である。
【図３】  図１の装置の出口端の詳細図である。
【図４】  馬力試験結果のグラフである。
【図５】  トルク試験結果のグラフである。
【図６】  動力及びトルク試験結果のグラフである。
【図１】
0004253153.tif 000002
【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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