專利名稱：內(nèi)燃機(jī)、車輛、船舶以及用于內(nèi)燃機(jī)的排氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)、車輛、船舶以及用于內(nèi)燃機(jī)的排氣方法。
背景技術(shù)：
一般地，為了提高內(nèi)燃機(jī)的性能，己經(jīng)對內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置進(jìn)行了改進(jìn)。 例如，如專利文獻(xiàn)1所述，已經(jīng)提出包括收斂擴(kuò)散形噴嘴(一般稱為"漸縮漸 闊噴嘴")的內(nèi)燃機(jī)以提高清潔效率。噴嘴包括收斂部分、擴(kuò)散部分和喉部， 收斂部分的流路截面積隨著流體前進(jìn)而減小，擴(kuò)散部分相對于收斂部分設(shè)置在 下游并且其流路截面積隨著流體前進(jìn)而增大，喉部設(shè)置在收斂部分和擴(kuò)散部分
之間。當(dāng)收斂部分的壓力PO與擴(kuò)散部分的壓力P的壓力比(即P/P0)小于臨界 壓力比(對于空氣而言約為0.528)，流速超過擴(kuò)散部分中的聲速。專利文獻(xiàn)1 的目的是通過使用這種噴嘴來提高清潔效率。具體地，如專利文獻(xiàn)1的圖1所 示，直列六缸內(nèi)燃機(jī)的六個排氣口匯聚成一個匯聚排氣管道。此外，其排氣通 路被設(shè)定為長度適于提高清潔效率，并且，在匯聚排氣管道的排氣口處，設(shè)置 有噴嘴。專利文獻(xiàn)1描述了流經(jīng)噴嘴并因而速度增加的排氣流，其吸收殘留在 匯聚排氣管道內(nèi)的排氣，并因而能夠提高清潔效率。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本早期公開實(shí)用新型文獻(xiàn)No.l-76520。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明者己經(jīng)研究了使用如專利文獻(xiàn)1所述的收斂擴(kuò)散形噴嘴的功能的內(nèi) 燃機(jī)。在研究內(nèi)燃機(jī)時，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)當(dāng)排氣速度增大到聲速從而產(chǎn)生振動波 時，振動波上游區(qū)域中的壓力減小。本發(fā)明者意識到通過減小振動波上游區(qū)域
5中的壓力而在排氣通路中產(chǎn)生負(fù)壓可提高內(nèi)燃機(jī)的性能。然而，因?yàn)楦M(jìn)一步 地研究專利文獻(xiàn)1，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)即使由于收斂擴(kuò)散形噴嘴的作用而使得排氣速 度變大，由于下列原因在匯聚排氣管道的位于噴嘴上游的部分中也不能產(chǎn)生負(fù) 壓。在專利文獻(xiàn)1中描述的內(nèi)燃機(jī)是六缸內(nèi)燃機(jī)并且每隔120。曲軸角時爆燃。 從而，在排氣通路中每隔120。產(chǎn)生壓力波?？傮w上，內(nèi)燃機(jī)的排氣口打開的角
度(操作角度)約為240°。在專利文獻(xiàn)1描述的內(nèi)燃機(jī)中，氣缸口在其上游的 位置處匯聚成一個收斂擴(kuò)散形噴嘴。從而，在一個氣缸的排氣口打開時，其余 氣缸中的至少一個的排氣口也打開。在一個氣缸的排氣口關(guān)閉之前，將要發(fā)生 下一爆燃的氣缸的排氣口打開并產(chǎn)生下一壓力波。為此原因，匯聚排氣管道內(nèi) 經(jīng)常處于正壓狀態(tài)。即使收斂部分中的壓力PO與擴(kuò)散部分中的壓力P的壓力比 (即P/PO)減小到低于臨界壓力比，并且排氣速度超過擴(kuò)散部分中的聲速，匯 聚排氣管道內(nèi)總是處于正壓狀態(tài)。因而，內(nèi)燃機(jī)的性能并不能像希望的那樣完 全得到改善。因而，內(nèi)燃機(jī)的性能并不能完全像希望的那樣得至U改善。
本發(fā)明考慮到這種情形，其目的是提供一種新穎的內(nèi)燃機(jī)，通過應(yīng)用收斂 擴(kuò)散形噴嘴的原理而提供改善的性能。
解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
作為為了解決上述技術(shù)問題的一種手段，考慮將擴(kuò)散部分連接到位于其上 游的僅有的一個燃燒室。由于這種布置，不可能在一個氣缸的排氣口打開時在 另一氣缸的排氣口中產(chǎn)生的壓力波行進(jìn)到與已經(jīng)打開的排氣口相連接的排氣通 路中。從而，在排氣通路的位于擴(kuò)散部分上游的部分中交替地產(chǎn)生正壓和負(fù) 壓。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由此結(jié)構(gòu)，由于下列原因以及下面的問題而在排氣通路中 不能產(chǎn)生較大的負(fù)壓。 一個問題是當(dāng)排氣口打開時燃燒室中產(chǎn)生的振動波在到 達(dá)擴(kuò)散部分的上游端之前衰減。另一問題是在排氣流到達(dá)擴(kuò)散部分的上游端之 前在排氣通路中流動的相對于振動波具有一個延遲的排氣的壓力衰減。由于這 些原因，即使振動波或者排氣到達(dá)擴(kuò)散部分的上游端，收斂部分中的壓力PO和 擴(kuò)散部分中的壓力P的壓力比也不會小于臨界壓力比。從而，流經(jīng)排氣通路的 流體的速度不會超過聲速，因而不能起到收斂擴(kuò)散形噴嘴的作用。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)包括具有排氣口的燃燒室；用于打開或關(guān)閉所述排 氣口的排氣閥；和具有排氣通路的排氣裝置，所述排氣通路用于引導(dǎo)從所述燃燒室經(jīng)由所述排氣口排除的排氣。所述排氣裝置包括收斂部分、擴(kuò)散部分和分 支部分，所述收斂部分在下游端處的流路截面積小于在上游端處的流路截面 積，所述擴(kuò)散部分設(shè)置在所述收斂部分下游處并且在下游端處的流路截面積大 于在上游端處的流路截面積，所述分支部分用于使來自于所述排氣通路的位于 所述擴(kuò)散部分上游的部分的振動波分支，所述振動波在所述排氣通路中沿下游 方向傳播的速度高于當(dāng)排氣口打開時從燃燒室流入到所述排氣通路中的排氣的 速度，并且所述分支部分將經(jīng)過分支的振動波回傳到所述排氣通路，所述擴(kuò)散 部分連接到設(shè)置在所述擴(kuò)散部分的上游的僅有的一個燃燒室中。使得從所述燃 燒室流入到所述排氣通路中的排氣流經(jīng)所述收斂部分并與傳播到所述分支部分 中的振動波在所述分支部分和所述擴(kuò)散部分之間碰撞，從而增大收斂部分中排 氣的壓力。使得排氣經(jīng)過擴(kuò)散部分而產(chǎn)生新振動波，從而由所產(chǎn)生的新振動波 在排氣通路中在擴(kuò)散部分上游中產(chǎn)生負(fù)壓。 發(fā)明的技術(shù)效果
根據(jù)本發(fā)明，所述擴(kuò)散部分連接到位于其上游的僅有的一個燃燒室，并且 所述分支部分還設(shè)置在所述排氣通路的位于所述擴(kuò)散部分上游的部分中。因 而，在排氣管道中以比當(dāng)排氣口打開時從所述燃燒室流入到所述排氣通路中的 排氣的速度更高的速度傳播的振動波從所述排氣通路的位于所述擴(kuò)散部分上游 的部分分支，并在所述分支部分中延遲后再傳回到所述排氣通路中，并且與具 有一個延遲的流動的排氣碰撞。從而，排氣的壓力增大。此外，由于排氣經(jīng)過 所述擴(kuò)散部分，所述排氣的壓力增大。由于排氣經(jīng)過所述擴(kuò)散部分，產(chǎn)生沿下 游方向傳播的新振動波。由于在所述排氣通路的位于所述擴(kuò)散部分上游的部分 中交替地產(chǎn)生正壓和負(fù)壓，并且新振動波上游的壓力減小，所以在所述排氣通 路的位于所述擴(kuò)散部分上游的部分中產(chǎn)生較大的負(fù)壓。這能夠提高內(nèi)燃機(jī)的性


圖1示出了根據(jù)實(shí)施例1的內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置的結(jié)構(gòu)，并且是排氣通路等 的橫截面視圖。
圖2示出收斂擴(kuò)散形噴嘴的結(jié)構(gòu)。數(shù)之間的關(guān)系。
圖4提供了示出振動波和排氣的行進(jìn)狀態(tài)的排氣通路的橫截面視圖；(A)
示出排氣行程的初始狀態(tài)，(B)示出振動波行進(jìn)到分支部分的狀態(tài)，(C)示
出分支部分反射的振動波與排氣碰撞的狀態(tài)。
圖5是排氣通路等的示意圖，示出排氣通路中振動波行進(jìn)的路線以及排氣
通路中排氣行進(jìn)的路線。
圖6是基于由條紋照相法拍攝的收斂擴(kuò)散形噴嘴內(nèi)部圖像繪制的示意圖。
圖7是示出當(dāng)振動波加速時排氣速度和排氣壓力之間關(guān)系的示意圖。
圖8是示出當(dāng)振動波加速時排氣速度和排氣溫度之間關(guān)系的示意圖。
圖9提供表示抽吸損耗的P-V曲線圖，(A)示出傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的P-V曲線
圖，(B)示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的P-V曲線圖。
圖10示出了根據(jù)實(shí)施例2的內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且是其排氣通路等的橫截面視圖。
圖11示出了根據(jù)實(shí)施例3的內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且是其排氣通路等的橫截面 視圖。
圖12示出了根據(jù)實(shí)施例4的內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且是其排氣通路等的橫截面 視圖。
圖B示出排氣速度和排氣壓力之間的時序關(guān)系。
圖14示出排氣壓力和排氣溫度之間的時序關(guān)系。
圖15示出船舶內(nèi)包括內(nèi)燃機(jī)安裝到艇外電機(jī)內(nèi)的實(shí)例。
圖16示出內(nèi)燃機(jī)包括內(nèi)燃機(jī)安裝到摩托車內(nèi)的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
經(jīng)過積極的研究，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過應(yīng)用收斂擴(kuò)散形噴嘴并使用傳統(tǒng)上未 知的下述方法能夠在排氣通路中產(chǎn)生較大的負(fù)壓。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)這能夠提高內(nèi) 燃機(jī)的性能。
方法如下。(1)對于在排氣之前的振動波進(jìn)行分支；(2)經(jīng)過分支的振 動波受到延遲，使得振動波與排氣碰撞，從而增大排氣的壓力；(3)經(jīng)過增壓 的排氣經(jīng)過擴(kuò)散部分而被加速到超音速，從而產(chǎn)生振動波；和(4)在排氣通路的位于擴(kuò)散部分上游的部分中產(chǎn)生負(fù)壓。 <實(shí)施例1>
下面，將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)。在下面的描 述中，術(shù)語"上游"和"下游"分別表示沿流體(例如排氣)流動方向的上游 和下游。
如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)1包括缸體3和氣缸蓋4。在缸體3和氣缸蓋4中形成 燃燒室10。內(nèi)燃機(jī)1是四沖程汽油發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃機(jī)1可以是氣冷型或水冷型。 氣缸蓋4具有形成于其內(nèi)的進(jìn)氣通路的下游部分6和排氣通路16的上游部分 7。氣缸蓋4容納用于打開或關(guān)閉進(jìn)氣口 8a的進(jìn)氣閥8、用于打開或關(guān)閉排氣口 9a的排氣閥9、用于驅(qū)動進(jìn)氣閥8和排氣閥9等的閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)等。在 該實(shí)施例中， 一個燃燒室10設(shè)置有進(jìn)氣通路的一個下游部分6和排氣通路的一 個上游部分7?；蛘?， 一個燃燒室可設(shè)置有多個進(jìn)氣口 8a、多個排氣口 9a、多 個進(jìn)氣閥8、多個排氣閥9、進(jìn)氣通路的多個下游部分6和排氣通路的多個上游 部分7。用于噴射燃料的噴射器2連接到氣缸蓋4。盡管未示出，氣缸蓋4還設(shè) 置有火花塞。
盡管未示出，節(jié)氣閥位于進(jìn)氣通路內(nèi)。節(jié)氣閥可手動操作或電氣控制。
排氣裝置5包括第一排氣管道12、第二排氣管道13、第三排氣管道14和排 氣室15，其以此順序從上游位置朝向下游位置依次連接。排氣裝置5具有形成 于其內(nèi)的排氣通路16。第一排氣管道12經(jīng)由固定螺栓11連接到氣缸蓋4。第二 排氣管道13連接到第一排氣管道12的下游端。第二排氣管道14連接到第二排 氣管道13的下游端。第三排氣管道14和排氣室15形成為一體。
在排氣裝置5內(nèi)，設(shè)置有第一催化劑17和第二催化劑18。第二催化劑18 位于第一催化劑17下游。第一催化劑17和第二催化劑18之間具有空間。
消音器(未示出)連接到排氣室15的下游端。流入到排氣室15內(nèi)的排氣 經(jīng)過消音器然后排出到外部。排氣室15設(shè)置有氧氣濃度傳感器19，用于檢測排 氣中的氧氣含量。
控制裝置~~ECU20基于內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣閥的開度角、由氧氣濃度 傳感器19檢測的排氣中的氧氣含量等來控制從噴射器2噴射的燃料量、使得火 花塞點(diǎn)火的時機(jī)等。在此實(shí)施例中，ECU 20控制從噴射器2噴射的燃料量，使得例如被吸入到內(nèi)燃機(jī)1中的混合氣體的空/燃比為理論空/燃比。
排氣裝置5包括支管22。支管22具有形成于其內(nèi)的分支部分21。支管22 的一端連接到排氣通路16，其另一端封閉。支管22的封閉端用作用于反射稍后 描述的振動波的反^"部分。在此實(shí)施例中，支管22與第一排氣管道12形成為 一體?；蛘?，支管22可與第一排氣管道12分開形成并固定到其上。例如，第 一排氣管道12和支管22可焊接到一起或通過緊固部件(未示出，例如螺栓 等)彼此固定。分支部分21形成為在封閉端具有比其連接到排氣通路16的一 端更大的流路截面積，但是分支部分21的形狀不限于圖1所示的情形。例如， 分支部分21可具有如圖1所示的室形狀，可具有管道形狀，其中所述管道具有 恒定的流路截面積并具有封閉端，或者其形狀在封閉端可具有比其連接到排氣 通路的一端更小的流路截面積。分支部分21的入口 (即連接到排氣通路16的 部分)的尺寸為允許在排氣通路16中傳播的振動波被分支并在稍后描述的分支 部分21中傳播。
分支部分21的下游處，設(shè)置有收斂擴(kuò)散形噴嘴(一般稱之為"漸縮漸闊噴 嘴")31。如圖2所示，收斂擴(kuò)散形噴嘴31具有收斂部分32、擴(kuò)散部分33和 喉部34，收斂部分32的流路截面積隨著流體前進(jìn)而減小，擴(kuò)散部分33相對于 收斂部分32設(shè)置在下游并且其流路截面積隨著流體前進(jìn)而增大，喉部34設(shè)置 在收斂部分32和擴(kuò)散部分33之間并且流路截面積最小。在圖2中，箭頭表示流 體前進(jìn)的方向。收斂擴(kuò)散形噴嘴31將排氣通路16中流動的排氣的速度從次音 速加速到超音速。參見圖2，收斂部分32上游端處的流路截面積Al、喉部34 處的流路截面積A2、擴(kuò)散部分33下游端處的流路截面積A3滿足下列關(guān)系A(chǔ)l > A2并且A2〈A3。在此實(shí)施例中，收斂部分32和擴(kuò)散部分33的流路截面積每個 都沿流動方向以恒定的速率變化。收斂部分32和擴(kuò)散部分33的形狀未作特殊 的限定。收斂部分32和擴(kuò)散部分33可形成為像火箭所采用的噴嘴那樣具有逐 步變化的流路截面積的形狀，或者可以形成為具有平滑曲線的形狀。
在此實(shí)施例中，擴(kuò)散部分33經(jīng)由排氣通路16連接到設(shè)置在擴(kuò)散部分33上 游的僅有的一個燃燒室10。從而，從形成于僅有的一個燃燒室10中的排氣口9a 排出的排氣36流入到擴(kuò)散部分33中。
收斂擴(kuò)散形噴嘴31形成為滿足下面的表達(dá)式(1)和(2)表示的條件。由于流入到喉部34中的排氣速度達(dá)到1馬赫(即為聲速)，擴(kuò)散部分33中的排氣 33能夠加速到超音速。 [表達(dá)式1]
<formula>formula see original document page 11</formula>[表達(dá)式2]
<formula>formula see original document page 11</formula>在這些表達(dá)式中，表達(dá)式(i)表示在伴隨有粘性摩擦的主流中排氣管道的
形狀和馬赫數(shù)之間的關(guān)系。表達(dá)式(2)表示了表達(dá)式(1)中的A。在這些表 達(dá)式中，M表示馬赫數(shù)，A表示排氣管道在任一截面處的橫截面積，D表示排 氣管道在任一截面處的直徑，Y表示指定的熱比，x表示沿流動方向的距離，f表
通過具有上述結(jié)構(gòu)的收斂擴(kuò)散形噴嘴31，當(dāng)收斂部分32中流體的全壓力 P0與擴(kuò)散部分33中流體的靜態(tài)壓力P之間的壓力比(即P/P0)小于臨界壓力比 (=0.528，即圖3中的C點(diǎn))時，流體的速度在喉部中為聲速，在擴(kuò)散部分33 中為超，。圖3示出收斂部分32中流體的全壓力P0與擴(kuò)散部分33中流體的 靜態(tài)壓力P之間的壓力比(即P/P0)和每個壓力比時流經(jīng)擴(kuò)散部分33的流體的 速度。當(dāng)增大擴(kuò)散部分32的全壓力P0以使P/P0小于臨界壓力比時，收斂擴(kuò)散 形噴嘴31中的速度可以是超，。
當(dāng)收斂擴(kuò)散形噴嘴31中的速度達(dá)到超魏時，產(chǎn)生沿?cái)U(kuò)散部分33的下游 方向中傳播的振動波和沿?cái)U(kuò)散部分33的上游方向傳播的膨脹波。從而，在沿排 氣通路16的下游方向傳播的振動波和沿排氣通路16的上游方向傳播的膨脹波 之間的流體急劇膨脹，于是流入排氣通路16的排氣壓力能夠減小。因而，通過 由絕熱膨脹引起的絕熱冷卻效應(yīng)，排氣溫度能夠急劇地降低。經(jīng)過積極的研 究，本發(fā)明者意識到結(jié)合收斂擴(kuò)散形噴嘴31和分支部分21的情形。
現(xiàn)在將參照圖4中(A)到4中(C)描述用于將排氣變成低壓和低溫狀態(tài) 的方法。在圖4中(A)到4中(C)中，與圖l或圖2相同或等同的元件具有 相同的附圖標(biāo)記。如圖4中(A)所示，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)1的排氣沖程中排氣口 9a打開時，高壓排 氣36從燃燒室IO經(jīng)由排氣口 9a噴射到排氣通路16的上游部分7中。在排氣口 9a開始打開的時候，燃燒室10和排氣通路16的上游部分7之間的壓力差較 大。從而，排氣36的速度變成聲速，于是在排氣通路16的上游部分7中產(chǎn)生振 動波35。當(dāng)排氣口 9a的開度角增大時，流入至鵬一氣通路16中的排氣36的量增 大但是排氣36的速度減小。排氣36的速度還隨著排氣36在排氣通路16中的前 進(jìn)而減小。如圖4中(A)所示，振動波35在排氣通路16中沿下游方向傳播。 同時，排氣36在排氣通路16中沿下游方向行進(jìn)，相對于振動波35具有延遲并 且速度較低。如圖4中(B)所示，在排氣通路16中行進(jìn)的振動波35在分支部分21的入 口 21a處分成在排氣通路16中傳播的振動波和在分支部分21中傳播的振動波， 然后這些振動波分別在排氣通路16和分支部分21中行進(jìn)。在排氣通路16中傳 播的振動波35在經(jīng)過收斂擴(kuò)散形噴嘴31后衰減并消失。經(jīng)過比較，在分支部 分21中傳播的經(jīng)過分支的振動波35由分支部分21的反射部分21b反射并返回 到排氣通路16中。從排氣口 9a打開并且產(chǎn)生排氣36直至,氣36到達(dá)分支部分21的入口 21a 的時間設(shè)定為Tl。從排氣口 9a處產(chǎn)生振動波35直到振動波35由分支部分21 的反射部分21b反射并到達(dá)分支部分21的入口 21a的時間設(shè)定為T2。當(dāng)滿足Tl 《T2時，如圖4中(C)所示，振動波35和排氣36在分支部分21的入口21a的 下游的位置處彼此碰撞。分支部分21的長度使得由分支部分21反射的振動波 35和排氣36在分支部分21的入口 21a處彼此碰撞。如圖5所示，從排氣口 9a的中心9ac到在分支部分21的入口 21a處流路截 面中心線X的距離設(shè)定為Le，從排氣通路16的流路截面中心線Y到反射部分 21b的距離設(shè)定為Ls。排氣36的速度設(shè)定為Ve，振動波35的傳播速度設(shè)定為 Vs。在此情形下，從排氣口 9a打開直到排氣36到達(dá)分支部分21的入口 21a的 時間T1由表達(dá)式(3)表示。從排氣口9a打開直到振動波由分支部分21的反射 部分21b反射并到達(dá)排氣通路16的中心線Y的時間T2由表達(dá)式(4)表示。T!:Le/Ve...(3)T2 = (Le+2Ls)/Vs (4)12當(dāng)Ti等于或小于T2 (Tt《T2)時，經(jīng)過反射的振動波35和排氣36在分支 部分21的入口21a的下游的位置處彼此碰撞。具體地，當(dāng)L^Ve《(Le + 2Ls)/Vs 時，振動波35和排氣36在分支部分21的入口 21a的下游的位置處彼此碰撞。 為了方便，例如排氣36的最大速度可以被認(rèn)為是速度Ve，或者排氣36的平均 速度可以被認(rèn)為是速度Ve。類似地，例如，振動波35的最大傳播速度可以被 認(rèn)為是傳播速度Vs，或者振動波35的平均傳播速度可以被認(rèn)為是傳播速度 Vs。如圖5所示，從分支部分21的入口 21a處流路截面中心線X到收斂擴(kuò)散形 噴嘴31的擴(kuò)散部分33的上游端的距離設(shè)定為Ld，從排氣閥9打開直到排氣闊9 關(guān)閉的時間設(shè)定為tv。從排氣口 9a打開直到排氣36的尾端到達(dá)擴(kuò)散部分33的 上游端的時間T3由表達(dá)式(5)表示。從排氣口 9a打開直到振動波由分支部分 21的反射部分21b反射并到達(dá)擴(kuò)散部分33的上游端的時間T4由表達(dá)式(6)表 示。T3 = tv + (Le + Ld)/Ve — (5) T4 = (Le + 2Ls + Ld)/Vs…(6)當(dāng)T4等于或小于T3 (T4《T3)時，在排氣36進(jìn)入喉部34之前，振動波35 和排氣36能夠彼此碰撞。具體地，當(dāng)(Le+2Ls + Ld)/Vs《tv + (Le+Ld)/Ve時，在 排氣36進(jìn)入喉部34之前，振動波35和排氣36能夠彼此碰撞。在分支部分21的入口 21a與反射部分21b之間的距離Ls相當(dāng)短時，振動波 35在分支部分21中的衰減受到抑制。例如，距離Ls可以比距離Ls短。通過使得振動波35和排氣36在入口 21a的下游以及擴(kuò)散部分33的上游的 位置處彼此碰撞，能夠增大流入排氣通路中的排氣36的壓力。在此發(fā)生時，收 斂擴(kuò)散形噴嘴31的入口上游的全壓力P0增大。從而，入口上游的全壓力PO與 喉部34下游的靜態(tài)壓力P之間的壓力比(即P/PO)低于臨界壓力比0.528。因 而，排氣36在喉部34中的速度達(dá)到聲速。圖6是基于由條紋照相法拍攝的收斂擴(kuò)散形噴嘴內(nèi)部圖像繪制的示意圖。 由于排氣36的速度達(dá)到聲速，在收斂擴(kuò)散形噴嘴31中產(chǎn)生新振動波。新振動 波35b在經(jīng)過收斂擴(kuò)散形噴嘴31的擴(kuò)散部分33時加速。如圖6所示，當(dāng)產(chǎn)生振 動波35b時，產(chǎn)生與振動波35b反向行進(jìn)的膨脹波35c。由于振動波35b在擴(kuò)散部分33加速，并且由于與振動波35b反向行進(jìn)的膨脹波35c，振動波35b和膨脹 波35c之間的排氣36的壓力顯著斷氐到等于或小于由絕熱膨脹引起的絕熱冷卻 效應(yīng)產(chǎn)生的大氣壓力。圖7和圖8示出本發(fā)明者進(jìn)行的模擬的結(jié)果。圖7示出緊接著在收斂擴(kuò)散 形噴嘴31中產(chǎn)生新振動波35b之后在排氣通路16中的各點(diǎn)的排氣速度和排氣壓 力。圖8示出緊接著在收斂擴(kuò)散形噴嘴31中產(chǎn)生新振動波35b之后在排氣通路 16中的各點(diǎn)的排氣速度和排氣溫度。在收斂擴(kuò)散形噴嘴31中產(chǎn)生新振動波35b 之后，振動波35b在擴(kuò)散部分33中加速。在此發(fā)生時，如圖7和圖8所示，排 氣的速度急居,大，同時排氣的壓力和》鵬急居堿小。圖7和圖8示出排氣的 速度但并未示出振動波的傳播速度。在圖7和圖8中，收斂擴(kuò)散形噴嘴31的喉 部34設(shè)定為較長。在由分支部分21反射的振動波35碰撞排氣36后，振動波35 在喉部34中在排氣36之前傳播。此時，在排氣36和振動波35a之間產(chǎn)生絕熱 膨脹，因而壓力減小。從而，排氣36由振動波35吸住而流入喉部34中，不會 減小其速度。從而，通過根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)定具有恒定流路截面積的喉部34的長 度，能夠根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)定振動波35b將要在擴(kuò)散部分33中加速的時機(jī)，換言 之，排氣的壓力和溫度將要降低的時機(jī)。如上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)該實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)1能夠顯著地降低排 氣通路16中排氣的溫度和壓力。根據(jù)該實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)1在擴(kuò)散部分33上游僅 有一個燃燒室10，并因而與現(xiàn)有技術(shù)中的不同，不受其它氣缸中排出的排氣的 影響。通過以此方式降低排氣的溫度和壓力，能夠例如如下所述地提高內(nèi)燃機(jī)1 的性能。在此實(shí)施例中，排氣36在排氣通路16中的溫度在第一催化劑17上游能夠 降低。從而，防止第一催化劑17和第二催化劑18的溫度降低過多。在第一催 化劑17和第二催化劑18為三元催化劑的情形下，當(dāng)溫度過高時，出現(xiàn)被稱為 "燒結(jié)"的現(xiàn)象從而降低清潔效率。然而，在此實(shí)施例中，能夠有效地防止出 現(xiàn)這種燒結(jié)現(xiàn)象。由于在此實(shí)施例中即使在高負(fù)載狀態(tài)中驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)時仍然能 夠防止出現(xiàn)這種燒結(jié)現(xiàn)象，所以燃料能夠以理論空/燃比燃燒。從而，排氣36能 夠由第一催化劑17和第二催化劑18有效地清潔。換言之，在此實(shí)施例中，能 夠提高清潔效率，這是內(nèi)燃機(jī)1的一個性能。在此實(shí)施例中，兩個催化劑在排氣通路16中部串聯(lián)設(shè)置，但是本發(fā)明不限于此?？梢杂幸粋€催化劑或三個或更 多個催化劑。多個催化劑可并聯(lián)設(shè)置。通過在此實(shí)施例中顯著地減小排氣的壓力，能夠減小內(nèi)燃機(jī)1的抽吸損 耗。排氣通路16中排氣的壓力顯著降低。因而，內(nèi)燃機(jī)1的活塞(未示出)在 排氣沖程中被拉向排氣通路16，即朝向上死點(diǎn)，于是，在排氣沖程中驅(qū)動活塞 所需要的功減小。下面將參照圖9X寸lt戰(zhàn)行更詳細(xì)地描述。圖9中(A)示出傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的P-V曲線圖，圖9中(B)示出根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)1的P-V曲線圖。在此實(shí)施例 中，如圖9中(B)所示，由封閉的曲線所環(huán)繞的區(qū)域出現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的排氣沖程 上死點(diǎn)附近(由點(diǎn)劃線所環(huán)繞的區(qū)域)。由封閉曲線所環(huán)繞的區(qū)域相當(dāng)于內(nèi)燃 機(jī)1所做的功。即，當(dāng)排氣的壓力由于在擴(kuò)散部分33中產(chǎn)生振動波35b而顯著 減小時，活塞由排氣拉動，這使得內(nèi)燃機(jī)l在排氣沖程中做正功。<實(shí)施例2>根據(jù)本發(fā)明，由于在排氣通路中排氣壓力減小，二次空氣容易被供應(yīng)到排 氣通路16中。因而，如圖IO所示，用于供應(yīng)二次空氣的空氣通路71能夠設(shè)置 在排氣通路16中。除了結(jié)構(gòu)上的差異，實(shí)施例2與實(shí)施例l完全相同。因此， 實(shí)施例2中的詳細(xì)描述通過對實(shí)施例1的圖1到圖9的詳細(xì)描述來提供?？諝夤?yīng)管道72連接在支管22和第一排氣管道12中收斂擴(kuò)散形噴嘴31之 間?？諝夤?yīng)管道72的前端延伸到排氣通路16內(nèi)?？諝獬隹?3在空氣供應(yīng)管 道72的前端處形成為縫隙狀。由于這種結(jié)構(gòu)，空氣供應(yīng)管道72能夠?qū)⒖諝夤?應(yīng)到排氣通路16的較大區(qū)域內(nèi)。空氣供應(yīng)管道72的上游端經(jīng)由引導(dǎo)閥74和空氣量控制閥75連接到內(nèi)燃機(jī) 外部。引導(dǎo)閥74防止排氣從空氣供應(yīng)管道72流到內(nèi)燃機(jī)外部。引導(dǎo)閥74構(gòu)造 為由排氣通路16中產(chǎn)生的負(fù)壓打開，并使得空氣朝向空氣供應(yīng)管道72的空氣 出口 73流動?？諝饬靠刂崎y75設(shè)置為用于將空氣量調(diào)節(jié)到內(nèi)燃機(jī)1的驅(qū)動狀 態(tài)?？諝饬靠刂崎y75包括致動器、伺服電機(jī)和螺線管等?？諝饬靠刂崎y75的 開度角由ECU20控制?？諝夤?yīng)管道72可連接到內(nèi)燃機(jī)1的進(jìn)氣通路。當(dāng)節(jié)氣閥的開度角小于預(yù)定角度時，ECU 20使得空氣量控制閥75關(guān)閉或者 進(jìn)一步減小節(jié)氣閥的開度角。預(yù)定角度預(yù)設(shè)并存儲在ECU20中。當(dāng)節(jié)氣閥的開15度角大于預(yù)定角度時，ECU20增大空氣量控制閥75的開度角。由此可見，空氣 量控制閥75的開度角隨著節(jié)氣閥的開度角增大或減小?？諝饬靠刂崎y75的設(shè) 置允許空氣以合適的流率供應(yīng)至鵬夂氣通路16中而不會過量或缺少?？諝饬靠刂?閥75不是絕對必需的并且可以省略。在此實(shí)施例中，空氣能夠通過排氣通路16中產(chǎn)生的負(fù)壓有效地供應(yīng)到排氣 通路16中。負(fù)壓顯著地高于不包括收斂擴(kuò)散形噴嘴31或支管22的一般內(nèi)燃機(jī) 中的壓力，即在一般內(nèi)燃機(jī)中壓力明顯較低。即使內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速增加到高于 最大輸出時的轉(zhuǎn)速，由于收斂擴(kuò)散形噴嘴31的作用產(chǎn)生負(fù)壓的現(xiàn)象也仍然持 續(xù)。從而，在此實(shí)施例中，即使內(nèi)燃機(jī)1的轉(zhuǎn)速變高時，也能有足夠量的空氣 供應(yīng)至鵬P氣通路16中。在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中，在高轉(zhuǎn)速或高負(fù)載狀態(tài)時在排氣通 路中不產(chǎn)生負(fù)壓，因而使用大型泵來強(qiáng)制地供應(yīng)空氣。相反，在此實(shí)施例中， 足夠量的空氣能夠供應(yīng)至鵬夂氣通路16中而不使用單獨(dú)的裝置(例如空氣泵等) 來將空氣強(qiáng)制地供應(yīng)到排氣通路16中。待供應(yīng)到排氣通路16中的空氣的溫度基本上等于外部空氣的溫度，并明顯 低于排氣的溫度。從而，在此實(shí)施例中，排氣的溫度能夠由于大量供應(yīng)到排氣 通路16中的具有較低溫度的空氣進(jìn)一步降低。而且在此實(shí)施例中，大量空氣能 夠供應(yīng)到第一催化劑17的上游。從而，即使所噴射的燃料量增大而造成內(nèi)燃機(jī) 1的空/燃比小于理論空/燃比時，含有使空/燃比等于理論空/燃比的同等含量的氧 氣的排氣能夠供應(yīng)到第一催化劑17中。從而，在此實(shí)施例中，會g夠由于使得內(nèi) 燃機(jī)1的空/燃比小于理論空/燃比并因而降低燃燒溫度而進(jìn)一步降低排氣的溫 度。此外，由于空/燃比小于理論空/燃比，可以由額外的燃料來冷卻燃燒室10 附近區(qū)域中的元件(例如進(jìn)氣閥8、排氣閥9、閥座、活塞等)。從而，能夠提 高內(nèi)燃機(jī)l的可靠性。<實(shí)施例3>在實(shí)施例3中，支管22用作二次空氣供應(yīng)管道的一部分。如圖11所示，與 空氣供應(yīng)管道72連接的引導(dǎo)閥74連接到支管22。除了結(jié)構(gòu)上的差異，實(shí)施例3 與實(shí)施例1完全相同。因此，實(shí)施例3中的詳細(xì)描述通tot實(shí)施例1的圖1到圖 9的詳細(xì)描述來提供。弓l導(dǎo)閥74用作支管22的反射部分21b。在此實(shí)施例中， 空氣供應(yīng)通路71經(jīng)由分支部分21與排氣通路16連通?？諝夤?yīng)管道72可以位于排氣通路16與支管22的連接部分以及支管22的末端部分之間。
在此實(shí)施例的排氣裝置5中，當(dāng)排氣閥9打開時，引導(dǎo)閥74關(guān)閉。從而可 由引導(dǎo)閥74反射振動波。當(dāng)由于收斂擴(kuò)散形噴嘴31的作用在排氣通路16中產(chǎn) 生負(fù)壓時，弓l導(dǎo)閥74打開，并且空氣能夠經(jīng)由分支部分21供應(yīng)到排氣通路16 中。而且在此實(shí)施例中，足量的空氣能夠供應(yīng)至,氣通路16中。
在此實(shí)施例中，不需要形成與分支部分21單獨(dú)操作的通路。從而，在此實(shí) 施例中的排氣裝置5的成本比使用專用分支部分21的排氣裝置5 (即實(shí)施例2 中的排氣裝置5)的成本低。 <實(shí)施例4>
如圖12所示，在實(shí)施例4中，支管22用作收斂擴(kuò)散形噴嘴的一部分。除了 結(jié)構(gòu)上的差異，實(shí)施例4與實(shí)施例1完全相同。因此，實(shí)施例4中的詳細(xì)描述 通m實(shí)施例1的圖1到圖9的詳細(xì)描述來提供。在實(shí)施例1和2中，收斂部分 32、喉部34和擴(kuò)散部分33形成為排氣通路16的一部分，排氣通路16位于分支 部分21的下游。然而，經(jīng)過繼續(xù)積極地研究，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)具有簡化結(jié)構(gòu)但提 供同樣效果的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，為了產(chǎn)生行進(jìn)的振動波35b (新振動波)， 設(shè)置分支部分21用于反射并將振動波傳播回到排氣通路16中。從另一方面考 慮該分支部分21，排氣通路16的流路截面積在分支部分21的位置處增大并在 該位置下游后減小。換言之，收斂部分32和喉部34由分支部分21形成于排氣 通路中。在排氣通路16的位于分支部分21的入口 21a上游的部分的流路截面積 A5基本上等于排氣通路16的位于分支部分21的入口 21a下游的部分的流路截 面積A7的情形下，具有下列關(guān)系。如圖12所示，排氣通路16的位于分支部分 21的入口 21a上游的部分的流路截面積A5與分支部分21的流路截面積A4之禾口 大于排氣通路16的位于分支部分21的入口 21a下游的部分的流路截面積A7。 具體地，A4 + A5>A7。因此，可以認(rèn)為收斂部分32和喉部34形成于入口21a 下游。從而，通過僅僅在入口 21a下游提供擴(kuò)散部分33，能夠足以形成收斂擴(kuò) 散形噴嘴31。 A6表示擴(kuò)散部分33的流路截面積，并且A7 < A6。入口 21a和擴(kuò) 散部分33之間的部分是喉部34。如在此所示，喉部34可以沿著流動方向較 長。收斂部分32和擴(kuò)散部分33的流路截面積不限于沿下游方向平滑變化，并 可逐步地變化。在實(shí)施例1到4中，內(nèi)燃機(jī)1由下述方法將排氣設(shè)定在低壓和低溫狀態(tài)。
燃料在燃燒室10中燃燒。用于打開或關(guān)閉燃燒室10的排氣口 9a的排氣閥9被 打開，以從燃燒室IO將排氣36排出到排氣通路16中。產(chǎn)生在排氣通路16中傳 播的振動波35，其速度高于排氣速度36。至少振動波35的一部分從排氣通路 16被分支，并且經(jīng)過分支的振動波35傳回到排氣通路16中使得振動波35與排 氣碰撞，從而增大排氣的壓力。排氣通路16的流路截面積減小以增大排氣36 的壓力。艮P，通過使排氣在排氣通路16的沿下游方向流路截面積減小的部分中 流動而增大排氣的壓力。此外，通過增大排氣通路16的流路截面積增大排氣36 的速度。即，通過使排氣在排氣通路16的沿下游方向流路截面積增大的部分中 流動而增大排氣的速度。產(chǎn)生在排氣通路16中沿下游方向傳播的新振動波 35b，從而在排氣通路16中形成負(fù)壓區(qū)域。通過由絕熱膨脹引起的絕熱冷卻效 應(yīng)，使得排氣處于低壓和低《顯狀態(tài)中。從而，即使在高負(fù)載或高速狀態(tài)驅(qū)動內(nèi) 燃機(jī)l，也能夠使得排氣處于低壓和低溫狀態(tài)中。
現(xiàn)在將參照圖13和圖14更詳細(xì)地描述用于內(nèi)燃機(jī)的上述排氣方法。圖13 示出排氣通路16中排氣速度和排氣壓力之間的時序關(guān)系。圖14示出排氣通路 16中排氣壓力和排氣溫度之間的時序關(guān)系。圖7中示出的波形表示當(dāng)振動波如 圖13中(C)所示加速時排氣速度和排氣壓力之間的關(guān)系。圖13中(A)和圖 14中(A)示出緊接著排氣口打開后相應(yīng)的關(guān)系。圖13中(B)和圖14中 (B)示出緊接著排氣和振動波在分支部分21下游彼此碰撞后相應(yīng)的關(guān)系。圖 13中(C)和圖14中(C)示出當(dāng)振動波在擴(kuò)散部分33中正被加速時相應(yīng)的關(guān) 系。圖B中(D)和圖14中(D)示出振動波被加速后相應(yīng)的關(guān)系。
在此實(shí)施例中用于內(nèi)燃機(jī)的排氣方法如下。
1) 燃料在燃燒室IO中燃燒。通過打開燃燒室IO中的排氣口 9a，排氣從燃 燒室IO流入排氣通路16中，并且還產(chǎn)生以高于排氣的速度在排氣通路16中傳 播的振動波。圖13中(A)示出緊接著排氣口 9a打開后的排氣速度和排氣壓 力。如圖13中(A)所示，當(dāng)排氣口9a打開時，排氣口9a附近區(qū)域中排氣的壓 力變得高于大氣壓力。圖14中(A)示出緊接著排氣口 9a打開后的排氣壓力和 排氣溫度。如圖14中(A)所示，通過接收燃燒熱而排氣的溫度變得非常高。
2) 分支部分21從排氣通路16分支在排氣通路16中傳播的振動波的至少一部分。分支部分21的反射部分21b反射經(jīng)過分支的振動波。經(jīng)過反射的振動波
在分支部分21中傳播并再次返回到排氣通路16中。經(jīng)過反射的振動波與排氣 通路16中流動的排氣碰撞，這增大了排氣的壓力。在收斂部分32中排氣通路 16的流路截面積減小，這增大了排氣的壓力?？赡苁紫瘸霈F(xiàn)的是，或者由于振 動波和排氣的碰撞而使得排氣壓力增大，或者由于流路截面積的減小而使得排 氣壓力增大。具體地，振動波和排氣的碰撞可能出現(xiàn)在收斂部分32中排氣壓力 增大之前或之后。圖13中(B)示出緊接著排氣壓力增大后的排氣速度和排氣 壓力。如圖13中(B)所示，在收斂部分32附近區(qū)域中，排氣壓力高于圖13 中(A)的時刻。在收斂部分32上游，排氣速度高于圖13中(A)的時刻。圖 14中(B)示出緊接著排氣壓力增大后的排氣壓力和排氣溫度。如圖14中 (B)所示，與圖14中(A)的時刻相比，排氣口 9a附近區(qū)域中的排氣溫度更 低，但在收斂部分32的上游的排氣溫度更高。
3)在擴(kuò)散部分33中排氣通路16的流路截面積增大以減小排氣的壓力。當(dāng) 排氣壓力減小到等于或小于臨界壓力比時，產(chǎn)生在排氣通路16中沿下游方向傳 播的新振動波。當(dāng)振動波產(chǎn)生時，同時產(chǎn)生沿上游方向傳播的膨脹波。新振動 波在擴(kuò)散部分33中加速。從而，位于在排氣通路16中沿下游方向行進(jìn)的振動 波和在排氣通路16中沿上游方向行進(jìn)的膨脹波之間的流體急劇膨脹。這能夠減 小在排氣通路16中流動的排氣壓力。從而，在排氣通路16中能夠產(chǎn)生負(fù)壓區(qū) 域。在這一點(diǎn)上，通過由于絕熱膨脹引起的絕熱冷卻效應(yīng)，能夠減小振動波上 游的排氣溫度。圖13中(C)示出當(dāng)振動波在擴(kuò)散部分中正被加速時的排氣速 度和排氣壓力。如圖13中(C)所示，從圖13中(B)的時刻起，在擴(kuò)散部分 33上游，排氣壓力急劇減小而變成負(fù)壓。與此同時，擴(kuò)散部分33上游的排氣速 度急劇增大。圖14中(C)示出當(dāng)振動波在擴(kuò)散部分33中正被加速時的排氣壓 力和排氣溫度。如圖14中(C)所示，從圖14中(B)的時刻起，隨著擴(kuò)散部 分33上游的排氣壓力減小，排氣溫度急劇降低。
圖13中(D)示出振動波加速后的排氣速度和排氣壓力。如圖13中(D) 所示，在圖13中(C)時刻，擴(kuò)散部分33上游的排氣壓力減小的影響甚至施加 的收斂部分32上游的排氣口 9a上。從而，排氣壓力在排氣口 9a的附近區(qū)域中 也變成負(fù)壓。圖14中(D)示出振動波加速后的排氣壓力和排氣溫度。如圖14中(D)所示，由于在排氣口 9a的附近區(qū)域中也變成負(fù)壓，在排氣的附近區(qū)域 中排氣溫度也能夠急劇降低。這還能夠冷卻排氣閥9并抑制其性能降低。
如圖14所示，在擴(kuò)散部分33下游的排氣溫度不會變化太多。換言之，由 于在圖14中(A)中示出的排氣口 9a的附近區(qū)域中的高溫排氣由擴(kuò)散部分33 中的絕熱冷卻效應(yīng)所冷卻，能夠防止擴(kuò)散部分33下游的排氣溫度發(fā)生變化。
在圖13和圖14示出的實(shí)例中，在擴(kuò)散部分33下游設(shè)置第一催化劑17和第 二催化劑18。由于能夠防止擴(kuò)散部分33下游的排氣Mit如上所述地變化，能夠 防止經(jīng)過第一催化劑17和第二催化劑18的排氣MS變得過高。即使內(nèi)燃機(jī)1在 高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)驅(qū)動，這也可防止催化劑燒結(jié)。
用于供應(yīng)二次空氣的二次空氣供應(yīng)通路連接到產(chǎn)生負(fù)壓的區(qū)域時，二次空 氣能夠供應(yīng)到排氣通路。具體地，如圖13中(C)和圖13中(D)所示，在振 動波35b加速后，在擴(kuò)散部分33上游產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域。從而，通過連接擴(kuò)散部分 33上游的二次空氣供應(yīng)通路，二次空氣能夠供應(yīng)到排氣通路16中。
<其它實(shí)施例>
對于根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用目的沒有限制。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)例如 應(yīng)用于例如摩托車的車輛或安裝在船舶上的艇外電機(jī)。本發(fā)明可應(yīng)用于任一種 內(nèi)燃機(jī)。
圖15示出具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)安裝在其上的船舶。具體地，圖15示 出具有兩個艇外電機(jī)101的船舶100，每個艇外電機(jī)上都安裝有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi) 燃機(jī)1。艇外電機(jī)101連接到船舶100的船尾103并能向前驅(qū)動船舶。每個艇外 電機(jī)101的排氣通路設(shè)置在水面下，并且排氣從排氣通路排除到水中。圖16示 出具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)安裝在其上的車輛。具體地，圖16示出內(nèi)燃機(jī)1位 于主體中心的摩托車200。對于根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用目的沒有限制。
上述每個實(shí)施例中的內(nèi)燃機(jī)1包括一個用于一個燃燒室10的排氣裝置5。 或者， 一個燃燒室10可設(shè)置多個排氣體5。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)可以是多缸 發(fā)動機(jī)，只要擴(kuò)散部分連接到擴(kuò)散部分上游的僅有的一個燃燒室。例如，在兩 缸發(fā)動機(jī)中，各個氣缸可具有單獨(dú)的排氣通路，并且在每個氣缸中可設(shè)置用于 反射振動波的分支部分和擴(kuò)散部分。即使在三缸或更多缸的發(fā)動機(jī)中，各個氣 缸也可具有單獨(dú)的排氣通路，并且在每個氣缸中可類似地設(shè)置用于反射振動波的分支部分和擴(kuò)散部分。由于這種結(jié)構(gòu)，即使在多缸發(fā)動機(jī)中，也可減小每個排氣通路中擴(kuò)散部分上游的排氣壓力，而不受到其它缸中排氣的影響。
在實(shí)施例1中，通過加速收斂擴(kuò)散形噴嘴中的振動波，在振動波上游產(chǎn)生負(fù)壓，并且能夠由絕熱膨脹引起的絕熱冷卻效應(yīng)降低排氣壓力以及排氣溫度。在實(shí)施例1中，收斂部分和擴(kuò)散部分中具有流路截面積恒定的部分。通過根據(jù)內(nèi)燃機(jī)在收斂部分和擴(kuò)散部分之間設(shè)定具有恒定流路截面積的部分的長度，能夠根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)定振動波將要在擴(kuò)散部分中加速的時機(jī)，換言之，排氣的壓力和溫度將要降低的時機(jī)。
在實(shí)施例2中，設(shè)置用于將二次空氣供應(yīng)到排氣通路中的空氣通路。從而，通過使用在振動波上游產(chǎn)生負(fù)壓，能夠?qū)⒍慰諝庥行У毓?yīng)到排氣通路中。這有效地降低了排氣溫度。在催化劑位于收斂擴(kuò)散形噴嘴下游時，能夠降低經(jīng)過催化劑的排氣纟顯度。例如這能夠防止催化劑燒結(jié)。
在實(shí)施例3中，空氣供應(yīng)到分支部分21中。從而，不形成專用作分支部分
21的通路。為此原因，與使用專門的分支部分21的實(shí)施例l和實(shí)施例2相比，成本降低并且能夠提高設(shè)計(jì)的自由度。
在實(shí)施例4中，能夠由簡化的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新振動波。
21附圖標(biāo)記說明
1 內(nèi)燃機(jī)
5 排氣裝置
9 排氣閥
9a 排氣口
10 燃燒室16 排氣通路21 分支部分
21a 分支部分的入口
21b 反射部分
31 收斂擴(kuò)散形噴嘴
32 收斂部分
33 擴(kuò)散部分
34 喉部
35 振動波
36 排氣
101 艇外電機(jī)
200 摩托車
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，包括燃燒室，其具有排氣口；排氣閥，其用于打開或關(guān)閉所述排氣口；和排氣裝置，其具有排氣通路，用于引導(dǎo)從所述燃燒室經(jīng)由所述排氣口排出的排氣；其中所述排氣裝置包括收斂部分，其流路截面積在其下游端小于其上游端；擴(kuò)散部分，其設(shè)置在所述收斂部分下游，并且其流路截面積在其下游端大于其上游端；以及分支部分，其用于從所述排氣通路的位于所述擴(kuò)散部分上游的部分分支在所述排氣通路中沿下游方向傳播的振動波，所述振動波的傳播速度比所述排氣閥打開時從所述燃燒室流入所述排氣通路中的排氣的速度高，并將經(jīng)過分支的振動波傳回到所述排氣通路中；所述擴(kuò)散部分連接到設(shè)置在所述擴(kuò)散部分的上游的僅有的一個燃燒室中；使得從所述燃燒室流入到所述排氣通路中的排氣流經(jīng)所述收斂部分并與傳播到所述分支部分中的振動波在所述分支部分和所述擴(kuò)散部分之間碰撞，從而增大所述收斂部分中排氣的壓力；和使得排氣經(jīng)過所述擴(kuò)散部分而產(chǎn)生新振動波，從而由所產(chǎn)生的新振動波在所述排氣通路中在所述擴(kuò)散部分上游中產(chǎn)生負(fù)壓。
2. —種內(nèi)燃機(jī)，包括 燃燒室，其具有排氣口；排氣閥，其用于打開或關(guān)閉所述排氣口；和排氣裝置，其具有排氣通路，用于引導(dǎo)從所述燃燒室經(jīng)由所述排氣口 排出的排氣； 其中所述排氣裝置包括收斂部分，其流路截面積在其下游端小于其上游端；擴(kuò)散部分，其設(shè)置在所述收斂部分下游，并且其流路截面積在其下游端大于其上游端；以及分支部分，其從所述排氣通路的位于所述擴(kuò)散部分上游的部分分支，并具有能夠反射振動波的反射部分；所述擴(kuò)散部分連接到設(shè)置在所述擴(kuò)散部分的上游的僅有的一個燃燒室中；所述排氣閥打開時從所述燃燒室排出的排氣速度為Ve，在所述排氣 通路中傳播的所述振動波的傳播速度為Vs，所述排氣口和所述分支部分的 入口之間的距離Le以及所述分支部分的入口與所述反射部分之間的距離 Ls滿足下列關(guān)系Le/Ve《(Le + 2Ls)/Vs;并且從所述排氣口打開直到所述排氣口關(guān)閉的時間為tv，所述分支部分的 入口和所述擴(kuò)散部分之間的距離Ld滿足下列關(guān)系 (Le + 2Ls + Ld)/Vs《tv + (Le + Ld)/Ve。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述排氣通路還包括位于 所述收斂部分和所述擴(kuò)散部分之間的具有恒定流路截面積的部分。
4. 一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣方法，包括下列步驟 在燃燒室中燃燒燃料；打開所述燃燒室的排氣口以將排氣從所述燃燒室排出到排氣通路中并 產(chǎn)生在排氣通路中以高于所述排氣的速度傳播的振動波；至少振動波的一部分從所述排氣通路被分支，并且經(jīng)過分支的振動波 傳回到所述排氣通路中使得振動波與排氣碰撞，從而增大排氣的壓力；使得排氣流入到所述排氣通路的其下游部分流路截面積小于其上游部 分流路截面積的部分中，從而增大排氣的壓力；使得排氣流入到所述排氣通路的其下游部分流路截面積大于其上游部 分流路截面積的部分中，從而產(chǎn)生在所述排氣通路中沿下游方向傳播的新 振動波，以在所述排氣通路中產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域；
5. —種車輛，包括如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)。
6. —種船舶，包括如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)。
7. —種內(nèi)燃機(jī)，其采用如權(quán)利要求4所述的排氣方法。
全文摘要
通過應(yīng)用一種增大排氣速度的方法提供一種新型內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)1包括分支部分21，所述分支部分21用于分支以高于排氣36的速度傳播的振動波35并用于引導(dǎo)所述振動波，反射部分21b設(shè)置在所述分支部分21中。所述反射部分21b反射所述振動波35并將其傳回到排氣通路16中，并使得振動波35與排氣36碰撞，從而增大排氣36的壓力。隨著排氣36經(jīng)過收斂擴(kuò)散形噴嘴31的擴(kuò)散部分33，產(chǎn)生在排氣通路16中沿下游方向傳播的新振動波，并且增大排氣36的溫度和壓力。
文檔編號F01N1/02GK101680349SQ20098000046
公開日2010年3月24日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者粉川嗣教, 高橋佑輔 申請人:雅馬哈發(fā)動機(jī)株式會社