非エンジン・ベースの試験システムを用いた構成要素の評価（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｎｏｎ−ｅｎｇｉｎｅｂａｓｅｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ）
非エンジン・ベースの試験システムを用いて１つまたは複数の構成要素を評価するための方法において、１つまたは複数の構成要素と流体連通する燃焼室を含む非エンジン・ベースの試験システムを提供するステップと、制御された空燃比（ＡＦＲ）を含む供給状態の下で燃焼室に燃料および空気を供給するステップであって、供給状態が供給ストリームの流路を生成するステップと、燃焼室への実質的な損傷を防止する一方で、排気生成物を生成する燃焼状態の下で、供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼するステップと、加速エージング状態または運転サイクル状態以外の交互に代わる状態の下で、１つまたは複数の構成要素を排気生成物にさらすステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の出願は、本明細書に参照として組み込まれた、ＵＳ ２００３−００７９５２０ Ａｌ（係属中）として２００３年５月１日に公告された、２００２年８月６日に出願された米国特許出願１０／２１３８９０の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に、１つまたは複数の構成要素を評価するために、ヒート・ソースとして非エンジン・ベースの試験システムを使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な試験が車両の排気システムの構成要素を評価するために使用される。一般に、試験は熱い排気生成物に構成要素をさらすことを必要とする。一般に、熱い排気生成物はガソリン・ベンチ・エンジンを使用して、生成される。
【０００４】
ベンチ・エンジンの使用は比較的労働集約的であり、必要な１つまたは複数の流量および温度を維持するために一人または複数の技術者の持続した存在を必要とする。労働のコストおよびガソリンのコストがベンチ・エンジン試験を比較的高価にする。
【０００５】
構成要素を評価するために、あまり労働集約的でなく、よりコストがかからない方法および装置が必要とされている。
【発明の要約】
【０００６】
本出願は、非エンジン・ベースの試験システムを用いて１つまたは複数の構成要素を評価するための方法を提供する。本方法は、１つまたは複数の構成要素と流体連通する燃焼室（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）を含む非エンジン・ベースの試験システムを提供するステップと、制御された空燃比（ＡＦＲ）を含む供給状態の下で燃焼室に燃料および空気を供給するステップであって、前記供給状態が供給ストリームの流路を生成するステップと、燃焼室への実質的な損傷を防止する一方で、排気生成物を生成する燃焼状態の下で、供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼するステップと、加速エージング状態または運転サイクル状態以外の交互に代わる状態（ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）の下で、１つまたは複数の構成要素を排気生成物にさらすステップとを含む。
【０００７】
自動車排気物質（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を低減させるための開発の２つの一般的な領域は、（１）エンジンにより生成させられる排気物質を低減させること、および（２）エンジンにより生成させられる排気物質の後処理を最適化させることである。一般に、排気の後処理は、エンジンの排気径路に１つまたは複数の触媒コンバータを含む。
【０００８】
エンジンの性能を最適化するために制御される主要なエンジン動作パラメータは、空気流量、燃料流量（または空燃比または「ＡＦＲ」）および点火時期である。全炭化水素の排出は、より迅速な触媒着火（ｃａｔａｌｙｓｔ ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）で低減される。しかし、ＡＦＲ、点火時期などを調節することによって触媒加熱を増加させることは、一般に、より高い排気放出率をもたらすことになる。全排出を最小限に抑えるためには、触媒着火時には、化学量論的燃焼にシフトすることが望ましい。触媒コンバータの変換効率を最適化することは、ＡＦＲおよび触媒エネルギー（温度）を制御することを一般に必要とする。
【０００９】
本出願は、非エンジン・ベースの熱源を使用して、前述のパラメータおよび他のものを正確に試験するための方法を提供する。
【００１０】
例示的な非エンジン・ベースの熱源
例示的な非エンジン・ベースの熱源はＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇである。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの登録商標である。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、エージング試験を行うために、すなわち、長期的な触媒コンバータの性能への個々の変数の長期的な影響を評価するために開発された。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、自動車の内燃機関によって生成されたものに対応する組成および温度を備える排気生成物を生成することができる。
【００１１】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇ内のバーナ・システムなどの非エンジン・ベースの熱源を、それだけには限らないが、検証試験および耐久試験を設計することを含めて、様々な他の試験を行うのに必要とされる熱を供給するために使用することができる。以下に詳細に説明されるＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは試験のために好ましい非エンジン・ベースの熱源ではあるが、任意の機能的で効率的な非エンジン・ベースの熱源を、本明細書中に説明された原理にしたがった使用に適合できることが当分野の技術者には明らかであるだろう。非エンジン・ベースの熱源は、自動車の内燃機関によって生成されたものに対応する組成および温度を備えるシミュレーションされた排気生成物を生成する。
【００１２】
好ましくは、非エンジン・ベースの熱源は、ガソリン；合成ガソリン；ディーゼル；石炭、泥炭または同様な材料から作られた液化燃料；メタノール；圧縮天然ガスまたは液化石油ガスなどのガソリンまたは他の燃料の燃焼から油のない排気を提供する。非エンジン・ベースの熱源は、正確な空燃比制御と、好ましくは、燃料および様々な消費率および酸化状態における潤滑剤の影響の決定的な分離のための別の油噴霧化システムとを提供する。非エンジン・ベースの熱源は、好ましくは、様々な状態にわたって動作することができ、エンジン動作の様々なモード、例えば、コールド・スタート、定常状態で化学量論的、希薄、濃厚、周期的摂動などをシミュレートすることを可能にする。
【００１３】
好ましい実施形態では、非エンジン・ベースの熱源は、（１）バーナに燃焼のための空気を提供する空気供給システムと、（２）バーナに燃料を提供する燃料システムと、（３）空気と燃料の混合物を燃焼させ、かつ適切な排気生成物成分を提供するバーナ・システムと、（４）排気生成物の温度を制御する熱交換器と、（５）コンピュータ化された制御システムとを含む。１つの実施形態では、非エンジン・ベースの熱源は、油噴射システムをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇ
空気供給システム
次に、図面を、説明の目的で最初に図１を参照すると、ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇの概略図が示される。送風機３０は入口空気フィルタ２０を通して周辺空気を吸気し、加圧空気流を排気する。送風機３０および質量空気流量センサ５０は、当分野の技術者にはよく知られている任意の従来設計でよい。好ましい実施形態では、送風機３０は、Ｆｕｊｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ ＶＦＣ４０４Ａ Ｒｉｎｇ Ｂｌｏｗｅｒなどの電気遠心送風機であり、質量空気流量センサ５０は、大抵の小売自動車部品店で入手可能なＢｏｓｈ Ｍｏｄｅｌ Ｎｕｍｂｅｒ ０２８０２１４００１などの自動車用入口空気流量センサである。供給される空気の体積はバイパス弁４０を調節することによって設定されて、質量流量センサ５０によって測定される空気の望ましい流量を生成する。
【００１５】
燃料供給システム
標準自動車燃料ポンプ１０は、燃料系路１２を通って、電子的に作動された燃料制御弁１４に、それから（以下に詳細に説明された）バーナ６０に自動車燃料をポンプ輸送する。本明細書中で使用されるように、用語「自動車燃料」は、必ずしもそれだけには限らないが、ガソリン；合成ガソリン；ディーゼル；石炭、泥炭または同様な材料から作られた液化燃料；メタノール；圧縮天然ガスまたは液化石油ガスを含めた、自動車の内燃機関用の燃料として使用できる任意の物質を意味する。
【００１６】
別のタイプの制御弁を使用することもできるが、好ましい燃料制御弁１４はコンピュータの制御システムからパルス幅変調信号を受け、かつパルス幅に比例してバーナへの燃料の流れを調整する電磁弁である。電子的に作動する電磁弁１４は、当分野の技術者にはよく知られているパルス幅変調信号によって動作する設計でよい。好ましい実施形態では、電子的に作動する燃料制御弁１４は、大抵の小売自動車部品供給店で入手可能なＢｏｓｃｈ周波数弁のモデル番号０２８０ １５０ ３０６−８５０である。燃料制御弁１４から、燃料は、（以下に説明される）バーナ・アセンブリ内の空気支援式燃料噴霧ノズル１６にパイプで送られる。
【００１７】
バーナ
バーナは燃料および空気の化学量論的燃焼をもたらすために以下に示すように特別に製造される。好ましい実施形態では、バーナ６０は、自動車燃料の継続した化学量論的燃焼を発生させることができる渦巻式安定化バーナである。
【００１８】
次に、好ましい実施形態の図２を参照して、バーナはプレナム・チャンバ２００と燃焼管２１０とを含む。渦巻板１８が、プレナム・チャンバ２００を燃焼管２１０から分離する。燃焼管２１０は極度の高温に耐えることができる材料から構成される。好ましい材料は、必ずしもそれだけには限らないが、インコネル、またはステンレス綱を含み、任意選択で、得られる火炎のパターンを視覚的に観察するためにインコネル管の代わりに石英管を備えることができる。
【００１９】
空気および燃料は別々にバーナ６０に導入される。質量流れセンサ５０からの空気はプレナム・チャンバ２００（図２）に、それから、渦巻板１８を通って燃焼管に導管で送られる。渦巻板１８は燃料噴射器１６を備えている。
【００２０】
燃料噴射器
第１実施形態では、空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、従来の手段を用いて渦巻板１８の中心のところで、プレナム・チャンバ２００（図２）の内部に係合される。燃料供給系路１４からの燃料は、空気支援式燃料噴霧ノズル１６に供給され、そこで空気系路１５からの圧縮空気と混合され、燃焼管２１０（図２）の中に噴霧される。圧縮空気系路１５は、燃料の噴霧化を支援するために高い圧力を提供する。
【００２１】
図４Ａは、空気支援式燃料噴霧ノズル１６の１つの実施形態である。図４Ａからわかるように、空気支援式燃料噴霧ノズル１６は渦巻板１８に係合される雄と雌の取付部品を含む。様々な適切な係合の方法が当分野の技術者に知られている。雌の取付部品２５０は、フランジ端部２５２と、実質的に管状の延長部２５１とをもつ。雄の取付部品２５４は、フランジ端部２５６と、対向する端部２６８をもつ実質的に円筒形延長部２５３とをもつ。円筒形延長部は、その長さに沿って雌の取付部品の管状延長部の内部に嵌合する。好ましい実施形態では、管状の延長部２５１の内壁２５９と管状延長部２５３の外壁２６３との間のクリアランス２７０は好ましくは１／８インチである。クリアランス２７０は、燃料噴射孔２６４と連通する、燃料の噴射用の円周上の溝２５７を作り出す。
【００２２】
空気噴射ボア２６２（好ましくは約１／１６インチ）は、フランジ端部２５６を通って、雄の取付部品の管状延長部２５３の軸に実質的に平行に、渦巻板１８とインターフェースをもつボア２６０へ延びる。燃料噴射ボア２６４は外壁２６３から空気噴射ボア２６２に隣接して、径方向内向きに延びる。空気噴射ボア２６２は空気系路１５と任意の適切な方法で係合させられる。燃料噴射ボア２６４は燃料系路１２と任意の適切な方法で係合させられる。
【００２３】
図４Ｂは空気噴射ボア２６２の配置を説明する雄の取付部品のフランジ端部２５４の正面図である。図４Ｂからわかるように、５つの空気噴射ボア２６２ａからｄおよび２６５がゲームのサイコロの上の数字の「５」に類似して配置される。特に、図４Ｂで５ｘ−５ｘに沿って引かれた線と比較されたとき、中心の空気孔２６５の中心を通り、かつ隅の空気孔２６２ａからｄの任意の１つの中心を通って引かれた線は４５°の角度をもつ。言い換えれば、隅の空気孔２６２ａからｄの中心は、中心の空気孔２６５の周囲に描かれた正方形の４つの隅に見いだされる。
【００２４】
係合された場合の、空気支援式噴射ノズル１６のすべての部分の対向する端部の正面図が図４Ｃに示される。この「丸窓」図では、内円は雌の取付部品のボア２６０であり、次の同心リングは雄の取付部品の管状延長部２５３の対向する端部２６８であり、次の同心リングは雌の取付部品の管状延長部２５１と雄の取付部品の延長部２５３との間のクリアランスによって形成された環状溝２７０であり、最も外側のリングはポート２５５を画定するフランジ２５２である。
【００２５】
燃料噴射器１６（図４ＤからＦ）の好ましい実施形態では、図４Ａから４Ｃのように、同じ部品は同じ番号が付けられている。図４Ｄを参照して、燃料ジェットを通って直接通過する噴射された空気で、燃料噴射ボア２６４を通って供給された燃料を剪断しながら、空気噴射ボア２６２は、混合および保護用に空気シュラウドに燃料を導くために角度が付けられている。燃料噴射ボア２６４は、好ましくは、混合および保護のために空気シュラウド内に直接向けられている。噴射角度は、空間の要求内で燃料の噴霧化を最大にし、渦巻板１８と共に働く。
【００２６】
空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、従来の手段を使用して渦巻板１８の中心に係合される。空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、渦巻板１８内の中心ボア２４４（図３Ｃ）と組み合わせるように構成されたフランジ式の雄の取付部品２５２を含む。好ましい実施形態では、空気支援式噴霧ノズルの外壁２５４ａと渦巻板１８の中心ボアの壁２８１との間の同心円のクリアランス２７０は、好ましくは、約０．２インチから約０．７５インチまでであり、最も好ましくは約０．２５インチである。空気支援式燃料噴霧ノズル１６はＹ−Ｙ’で表される長手方向軸をもつ空気噴射ボア２６２を画定する。線Ｙ−Ｙ’は、渦巻板の内壁２８０に沿って引かれた線５Ｆ−５Ｆに対して角度ｘ、ｘ’を形成する。角度ｘ、ｘ’は、好ましくは約６５°から約８０°までであり、好ましくは約７６°である。空気噴射ボア２６２は、実質的に任意の構成をもってよい。好ましい構成では、空気噴射ボア２６２は、円筒形ボアである。
【００２７】
空気噴射ボア２６２は、供給端部２９８から噴射端部２９９まで延び、燃料の適切な流れを可能にするのに効率的な内径をもつ。好ましい実施形態では、空気噴射ボア２６２は、約０．０６０インチから約０．０８０インチまでの、好ましくは約０．０７０インチの内径をもつ。空気噴射ボア２６２は、供給端部２９８から噴射端部２９９上の燃焼管２１０（図２）まで延びる。
【００２８】
空気支援式燃料噴霧ノズル１６は渦巻板１８の外壁２８２と組み合わせられるように構成された第１フランジ端部２５２ａを含む。第１フランジ端部２５２ａと外壁２８２の位置合わせは、相補的な溝、相補的な角度、他のタイプの組み合わせられた機械の取付部品など多くの構成をとることができる。好ましい実施形態では、第１フランジ端部２５２ａおよび外壁２８２は実質的に平らであり、互いに平行であり、長手方向軸Ａ−Ｂに対して実質的に垂直な線に沿って互いに当接する。好ましい実施形態では、第１フランジ端部２５２ａは、径方向に、線Ａ−Ｂによって示される長手方向軸から外向きに、そこから約０．３８インチから約０．６５まで、好ましくは、約０．３８インチの距離延びる。
【００２９】
第２フランジ端部は必ずしも必要というわけではない。しかし、好ましい実施形態では、空気支援式噴霧ノズル１６は径方向に、線Ａ−Ｂによって画定される長手方向軸から外向きに、そこから約０．３インチから約０．４５インチまで、好ましくは、約０．３８インチの距離延びる第２フランジ端部２５２ｂをさらに含む。
【００３０】
図４Ｄに示すように、第１フランジ端部２５２ａおよび第２フランジ端部２５２ｂは供給端部２９８にポート２５５を含む流れチャンバ２９７を画定する。ポート２５５が、流れチャンバ２９７を通って、空気支援式噴霧ノズル１６によって画定される燃料噴射ボア２６４への燃料の適切な量の流れを可能にするならば、このポート２５５の構成および寸法はそれほど重要ではない。空気支援式噴霧ノズル１６の噴射端部２９９は、流れチャンバ２９７から空気噴射ボア２６２の開口２９１まで延びる燃料噴射ボア２６４を画定する。燃料噴射ボア２６４は、それらが燃料の適切な流れを供給する限り、実質的に任意の構成でよい。燃料噴射ボア２６４は、線５Ｆ−５Ｆに対して角度ｚ、ｚ’を形成する線Ｒ−Ｒ’で示される長手方向軸をもつ。好ましい実施形態では、燃料噴射ボア２６４は、円筒形であり、約０．０２０インチから約０．０４０インチまでの、好ましくは約０．０３１インチの直径をもつ。好ましくは、角度ｚ、ｚ’は約６０°から約８０°までで、好ましくは約７３°である。
【００３１】
動作では、燃料は、ポート２５５を通り、流れチャンバ２９７を通り、燃料噴射ボア２６４および開口２９１を通って流れ、空気噴射ボア２６２に噴射され、したがって、空気支援式燃料噴霧ノズル１６の噴射端部２９９のところで空気および燃料の同時噴射をもたらす。燃料は開口２９１のところで、空気と衝突し、空気のシュラウドと衝突するのに効率的な流れのジェットをもたらす。噴霧ノズル１６のすべての構成要素のための構成の材料および寸法は、プロセスの動作状態に基づいて変化するであろう。
【００３２】
図４Ｅに示すように、空気噴射ボア２６２は、噴射端部２９９にゲームのサイコロの上の数字の「４」に類似して配置された開口２６２ａからｄを含む。開口２６２ａからｄは、ＡＢおよびＡ’Ｂ’によって示されるように互い同士ほぼ９０°の角度で間隔を置いて好ましくは配置される。
【００３３】
図４Ｆは空気支援式燃料噴霧ノズル１６の供給端部２９８の正面図である。この「丸窓」図では、内円はボア２６０であり、残りの同心リングは第２フランジ端部２５２ｂの外面２６１を含む。燃料は、燃料系路１２からポート２５５を通って噴霧ノズル１６に、そして燃料の流れチャンバ２９７の中に流れ、そして燃料噴射ボア２６４を通って空気噴射ボア２６２に流れる。
【００３４】
渦巻板
好ましい実施形態では、図３ＡからＥに示されるように、渦巻板１８は、燃焼領域に壊れた円錐形および渦巻流の複雑なパターンを提供するために、極度に乱れた渦巻状の燃焼を生成することができる。渦巻板１８によって生み出された流れのパターンは、渦巻ジェット２４２および２４２ａからｃと、２５３および２５３ａからｃ、ならびに乱流ジェット２４８および２４８ａからｃと、２４９および２４９ａからｃと、２５０および２５０ａからｃの多数の相互作用を含む。これらのジェットの相互作用は、好ましくは燃焼管２１０の内径に実質的に等しい長さの間隔で壊れまた膨張する渦巻流を生み出す。好ましい実施形態では、燃焼管２１０の内径は４インチであり、渦巻流が壊れまた膨張する間隔は４インチ毎である。パターンは燃焼管２１０の壁に沿った流路を明白に画定し、したがってこれが燃焼管２１０に沿った点火器２２０の位置を画定する。本明細書で説明された実施形態では、点火器は、内部渦巻ジェット（２５３ａ、ｂ、ｃ）の径路に沿った第１および第２の完全膨張のところで配置される。
【００３５】
図３Ａから３Ｅに示された好ましい実施形態では、渦巻板１８は空気の流れのパターンを固定し、かつ燃料噴射器を保護するのに効果的であるための「空気シュラウド」を生み出すのに十分な厚さをもつほぼ円形のディスクである。厚さは一般に約１／２インチかそれ以上である。渦巻板１８は中心ボア２５５をもつ。空気支援式噴霧ノズル１６は、適切な手段を用いて、この中心ボア２５５のところで渦巻板１８に嵌合される。説明された実施形態では、渦巻板１８は、空気支援式噴霧ノズル１６を取り付けるために、それを通るボア２４０をもつ。渦巻板１８は、高温に耐える実質的に任意の材料で作ることができ、好ましい材料はステンレス鋼である。
【００３６】
中心ボア２５５は壁２４４によって画定される。一般的に言って、渦巻板の長手方向軸から任意の径方向の距離に配置されたジェットの各タイプは、中心ボア２５５から任意の距離で同心円に沿って、ほぼ９０°の間隔を置いて配置された４つの部材（時々はジェットの「組」と呼ばれる）をもつ。３つの組の乱流ジェット２４８、２４９および２５０は空気を中心ボア２５５に向かって導く。内側および外側の組の渦巻ジェット２４２および２５３は、それぞれ、渦巻板１８の外円周２５６から、ならびにバーナの方向でそれぞれの四分円内の渦巻板の直径を通る線３Ｃ−３Ｃまたは４Ｅ−４Ｅ（図３Ｃ）にほぼ平行に空気を導く。
【００３７】
ジェットの正確な寸法および角度方向はバーナの内径によって変化し、本明細書で説明された実施形態では約４インチである。本明細書での説明を与えられて、当分野の技術者は、様々な寸法のバーナで使用する渦巻板を構成できるであろう。
【００３８】
ジェットの方向は、渦巻板２５７の正面に対して、渦巻板１８の長手方向軸２４１に対して、かつ渦巻板１８を４つの四分円に分割する図３Ｃの線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに対して説明される。６つの同心円２４４および２４４ａからｅ（図３Ｃ）が、内側から、中心ボア２５５を画定する壁２４４から始めて、渦巻板１８の外側円周２４４ｅに同心円的に延びて、示される。本明細書で説明された実施形態では、中心ボアは内径が１．２５インチまたは内半径が０．６２５インチである。第１の同心円２４４ａは、壁２４４から０．０７９５インチであり、第２の同心円２４４ｂは、壁２４４から０．５６２５インチであり、第３の同心円２４４ｃは、壁２４４から１．１２５インチであり、第４の同心円２４４ｄは、壁２４４から１．３１２５インチであり、また第５の同心円２４４ｅは、壁２４４から１．４３７５インチである。
【００３９】
外側渦巻ジェットの組は、２４２および２４２ａ、ｂ、ｃと名前を付けられる。内側渦巻ジェットの組は、２５３および２５３ａ、ｂ、ｃと名前を付けられる。外側渦巻ジェットの組２４２および２４２ａからｃならびに内側渦巻ジェットの組２５３および２５３ａからｃは、渦巻板１８の表面２５７に対して同じ角度ｚ（図３Ｂ）をもち、好ましくは２５°の角度である。好ましい実施形態では、外側渦巻ジェットの組２４２および２４２ａからｃならびに内側渦巻ジェットの組２５３および２５３ａからｃの両方は内径５／１６インチをもつ。外側渦巻ジェットの組２４２は、燃料噴射側５９の渦巻板１８の外側円周２５６に沿った入口点２４２ｘから、バーナ側６０の円２４４ｂに沿った出口点２４２ｙまで空気を導く。外側渦巻ジェット２４２の長手方向軸は、それぞれの４半円内で線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに平行であり、それらから０．４４インチ間隔を置いて配置される。内側渦巻ジェットの組２５３は、燃料噴射側５９の円２４４ｂに沿った入口点から、中心ボア２４４に沿ったバーナ側６０の出口点まで空気を導く。内側渦巻ジェット２５３の長手方向軸も、それぞれの４半円内で、線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに平行である。
【００４０】
空気シュラウド・ジェット２５０は、円２４４ｂに沿った点から、直接内向きに、中心ボア２５５の中心に向かって空気を導く。空気シュラウド・ジェット２５０の長手方向軸は、線（３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅ）に沿って走る。渦巻板１８の長手方向軸２４１に対する空気シュラウド・ジェット２５０の長手方向軸２５１の角度ａ（図３Ｄ）は４３．５°である。空気シュラウド・ジェット２５０は、好ましくは、内径約１／４インチをもつ。渦巻板１８のバーナ側６０の外側渦巻ジェット２４２の出口点２４２ｙは、好ましくは、長手方向にまたは渦巻板の長手方向軸２４１に平行に、渦巻板１８の燃料噴射側５９の空気シュラウド・ジェット２５０の入口点と一直線になる。
【００４１】
空気シュラウド・ジェット２５０は、火炎が空気支援式噴霧ノズル１６に接触することを防止することに主に役割がある。空気シュラウド・ジェット２５０から流れる空気は、燃料噴射器１６（図１および２）の前の位置で収束し、空気の円錐形シュラウドを作り出し、それが低圧力領域を渦巻板１８の燃料噴射側５９（図１）に、高圧力領域を渦巻板１８のバーナ側６０にもたらす。燃料噴射側５９の低圧力領域は燃料を燃料管２１０に引き込むのを助け、一方、バーナ側６０の高圧力領域は、バーナの火炎が空気支援式噴射器１６の面に付着するのを防止し、ノズル１６のコーキングおよび過熱を防ぐ。好ましい実施形態では、空気シュラウド・ジェット２５０はノズル１６の前から、約０．５ｃｍから約１ｃｍのところで収束する。
【００４２】
燃焼管２１０はいくつかの火花点火器２２０（図２参照）を備えている。好ましい実施形態では、３つの実質的に等間隔で配置された点火器２２０が、渦巻板１８によって作られたガス「渦巻径路」内の燃焼管の円周の周りに配置される。好ましい実施形態では、これらの点火器２２０は海用の点火プラグである。
【００４３】
低い揮発度の燃料の燃焼に適した別の実施形態では、燃焼管２１０は噴射ノズル１６から約１フィート下流側に配置されたセラミック・フォームをさらに含む。実質的に任意の適切なフォーム、好ましくは、例えば、Ｕｌｔｒａ−Ｍｅｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｐａｃｏｉｍａ、ＣＡ９１３３１から市販されている１０孔／インチのＳｉＣフォームを使用することができる。
【００４４】
燃料噴射器および渦巻板の相互干渉
バーナ６０および燃料噴射器１６は、実質的に継続した、「効率的な化学量論的燃焼」を提供するために一緒に働く。本明細書で使用されるように、用語「効率的な化学量論的燃焼」は、燃料噴射器の実質的なコーキングなしで、燃焼管の壁の完全性を維持する燃焼のことを指す。その結果、バーナは、保守の必要なく、実質的に持続して化学量論的に少なくとも２００時間稼働する。好ましい実施形態では、最小限の保守で、バーナは実質的に持続して化学量論的に少なくとも１５００時間稼働する。最小限の保守は点火プラグの交換のみを意味する。
【００４５】
燃料噴射器１６（上記）の設計は、渦巻板１８の主要な特徴を考慮する。すなわち、
【００４６】
１）外側乱流ジェット２４８および２４９（断面３Ｃ−３Ｃ）は、火炎が継続して燃焼管２１０の内壁に接触することを防止する。バーナ６０が継続的に、かつ長期間にわたって化学量論的に（最も熱い空気／燃料比の動作点）動作するので、燃焼管２１０の壁の完全性を維持することが必要である。現在、ＩＮＣＯＮＥＬ燃焼管２１０は、劣化の証拠を示さずに、１５００時間の動作を超えてさらされた。この特徴は実質的に燃料噴射に影響を与えない。
【００４７】
（２）内側渦巻ジェット２４２はバーナ内の全体の渦巻パターンを設定する。渦巻ジェット２４２を出る空気は、渦巻板１８の約３インチ下流側で燃焼管２１０の内壁と衝突し、燃料噴射器１６からの燃料の噴霧と直接相互作用をする。
【００４８】
（３）内側乱流ジェット２５０は時々「空気シュラウド」ジェットと呼ばれる。内側乱流ジェット２５０を出る空気は燃料噴射器１６の前から、０．７５インチのところで収束する。この特徴は２つの非常に重要な機能を提供する。収束点は、バーナの火炎が燃料噴射器１６に付着することを防止する（コーキングを防止）バーナ６０内に高圧力点を作る。燃料噴射と直接相互作用をし、火炎品質に影響を与える第２の機能は、それは、それらがバーナ火炎に入るとき、残っている大きな液滴を剪断することである。
【００４９】
バーナ６０からの排気は熱交換器７０に送られる。熱交換器７０は当分野の技術者にはよく知られている任意の従来設計のものでよい。排気生成物は次に油噴射セクション１１０（図１）に送られる。油噴射セクションは、それが触媒に到達する前に、油を気化し酸化するために十分に小さい直径をもつ油の液滴を含む噴霧化された油噴霧を提供する。油噴射システムはバーナの下流側の任意のところに配置することができる。
【００５０】
非エンジン・ベースの熱源と共に使用されるのに適したデータ獲得および制御システムが提供される。システムは、好ましくは、点火、燃料噴射のための空気支援、補助空気、燃料供給、送風機空気供給、油噴射など（以下により詳細に説明する）を制御するための手段を提供する。適切な制御システムの例は、例えば、燃料計量を制御するための比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループであるだろう。
【００５１】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇなどのＮＥＢＥＣＲＡＳのバーナ・システムを、燃焼室に実質的な損傷なしで、化学量論的、濃厚、また希薄の熱いガス状態を生成するために使用することができる。好ましい実施形態では、燃焼室は、燃料の燃焼の間、火炎が供給部材に付着するのを防止するのに効果的な空気シュラウドを含む、供給ストリームの流路を生成する化学量論的空燃比（ＡＦＲ）においても効率的である渦巻板を含む。供給ストリームの流路は、好ましくは、燃料の燃焼の間、火炎が燃焼室の内壁と継続して接触し続けることも防止する。熱は、ガソリンで動力を与えられたエンジンによってではなく、ＮＥＢＥＣＲＡＳによって生成された排気生成物を介して供給される。
【００５２】
「交互に代わる状態」を含む試験を行うための非エンジン・ベースの熱源の使用
本出願は、「交互に代わる状態」を含む試験を行うための非エンジン・ベースの熱源の使用が対象とされる。語句「交互に代わる状態」は、加速エージング状態および運転サイクル状態からなる群から選択される状態以外の実質的に任意の状態を指す。好ましい実施形態では、交互に代わる状態はＲＡＴ−Ａサイクル状態以外であり、ＦＴＰ−７５状態以外である。より好ましい実施形態では、交互に代わる状態は、振動状態、温度分布状態、熱応力状態、急冷状態、着火状態および空燃比掃引状態からなる群から選択される状態である。
【００５３】
加速エージング試験「ＲＡＴ−Ａサイクル状態」以外
「交互に代わる状態」は「加速エージング状態」ではない。以下は加速エージング状態の簡潔な説明である。
【００５４】
より高い触媒温度で動作することによって、触媒コンバータの熱の非活性化が起こる速度が速くなる、触媒コンバータの熱エージングは効率的に加速することができる。「加速エージング状態」は、一般に高温の触媒の入口温度、化学反応に誘導された熱エクスカーション（不発火事象をシミュレートする）、試験構成要素の加速エージングに効率的な平均空気／燃料比（ＡＦＲ）の組合せを含む。「ＲＡＴ−Ａサイクル」はＧｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ社の「Ｒａｐｉｄ Ａｇｉｎｇ Ｔｅｓｔ Ｃｙｃｌｅ」の中の状態の組合せを指す。ＧＭ ＲＡＴ−Ａサイクルにおける１００時間のエージングは耐久性のレベルを示すと一般に理解される。
【００５５】
ＲＡＴ−Ａサイクルは、主に、定常状態、短い熱エクスカーションを伴う化学量論的動作を特徴とする。熱エクスカーションは、２次空気（約３％の酸素、Ｏ２）を触媒の前に噴射しながら、約３％の一酸化炭素（ＣＯ）を生成するために、濃厚で動作されることによって作られる。過剰な還元剤および酸化剤は触媒と反応して、熱の形状で化学エネルギーを放出する。触媒入口温度および排気生成物の流量も、試験サイクルの設定を特定するために使用される。流れは、標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）で特定され、一般に７５ｓｃｆｍである。Ｃ．Ｗｅｂｂ ａｎｄ Ｂ．Ｂｙｋｏｗｓｋｉによる「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｔｏ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｉｌ Ａｇｉｎｇ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｇａｓｏｌｉｎｅ−Ｆｕｅｌｅｄ Ｂｕｒｎｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」ＳＡＥ２００３−０１−０６６３が参照として本明細書に組み込まれる。
【００５６】
エンジンに関し、エンジン速度を調節することが、流れの仕様を設定する。触媒への入口でのガス温度は、定常状態、サイクルの化学量論部分の間、エンジン負荷を調節することによって達成される。熱エクスカーションは、サイクルの濃厚部分の間、エンジン動作ＡＦＲを調節し、かつ３％のＣＯおよびＯ２仕様を達成するために空気噴射を調節することによって作られる。（以下の）表は、サイクル用の設定状態を提供する。触媒入口温度は、サイクルの化学量論部分の間で特定されるが、発熱（および触媒入口温度でない）を作り出す排気生成物の濃度は、サイクルの熱エクスカーション部分の間で特定されることに留意すべきである。２つの仕様は触媒の内部に温度分布を作り出す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
運転サイクル・シミュレーション試験または「ＦＴＰ−７５状態」以外
「交互に代わる状態」は「運転サイクル状態」でもない。以下は運転サイクル状態の簡潔な説明である。
【００５９】
運転サイクル状態の間、以下の状態のすべて、排気流量、排気生成物温度、排気生成物化学量論比が実際の運転をシミュレートするために変化される。ＦＴＰ−７５状態は、
１）ＦＴＰの間中、試験車両の排気の流量をシミュレートするために、好ましくは、０から約２００標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）の範囲で排気の流量を変化させるステップと、
２）ＦＴＰの間中、触媒の入口で、排気生成物温度をシミュレートするために、好ましくは、約２０から約９００℃の範囲で、排気生成物温度を変化させるステップと、
３）ＦＴＰの間中、車両の排気生成物化学量論比をシミュレートするために、好ましくは、約１０から約４０ＡＦＲの範囲で、より好ましくは、約１０から約２０ＡＦＲの範囲で、排気生成物化学量論比を変化させるステップとを含む。
システムの排気生成物の混合物は、理想的には、ＦＴＰ試験間の任意の時間に車両の排気に見られるような炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物の類似した濃度を含む。
【００６０】
ガソリン・エンジンの代わりにＮＥＢＥＣＲＡＳを使用して行うことができる複数の標準的な試験が存在する。実質的に、自動車および非自動車の構成要素を含めて、任意の構成要素を、本出願の方法を使用して試験することができる。好ましい構成要素は、自動車の構成要素であり、好ましくは、車両の排気システムの構成要素である。より好ましい構成要素は触媒コンバータである。他のそのような構成要素は、必ずしもそれだけには限らないが、排気マニホルド、排気圧力センサ、すべてのタイプの触媒、すべてのタイプの粒子フィルタ、ＥＧＲ弁、ＥＧＲ冷却器、ＥＧＲシステムおよび構成要素、排気システム構成要素、フランジ、管、ガスケット、継手、振動分離器、流れダイバータ、酸素センサ、排気管、マフラおよびそれらの組合せを含む。他のタイプの触媒は、必ずしもそれだけには限らないが、３元触媒（ＴＷＣ）、希薄ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）、希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）、炭化水素トラップ、吸収器、吸収器を含む。触媒付きおよび触媒なしのＤＰＦを含めてディーゼル粒子フィルタもこの方法を使用して試験されたが、別の出願の主題である。
【００６１】
非エンジン・ベースの試験システム、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）システムを非活性化することができ、システムは周囲状態に数分のうちに冷却でき、冷却後すぐに、システムを追加の試験を行うために使用できる。システムは改良された再現性および低減された冷却時間を提供する。システムはまた、定期保守（オイル交換、チューンナップ）および時間のかかる修理を必要とするガソリン・エンジンと比べると比較的簡単な保守を提供する。システムは比較的簡単（より少ない可動部品および摩擦領域）で、希薄で動作するときには、改良された燃費で動作できる。これらの利点がそれを研究および開発ツールとして大いに望ましくする。
【００６２】
「交互に代わる状態」の例
「交互に代わる状態」は加速エージング状態および運転サイクル状態とは異なり、それは、一般に、
（ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、空燃比およびそれらの組合せとからなる群から選択される１つまたは複数の動作状態を変化させるステップと、
（ｂ）温度、空燃比およびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化させるステップとを含む。
【００６３】
以下のことは、カテゴリ（ａ）および（ｂ）に当たる複数の試験の特定の説明である。説明は例示だけのものであり、特許請求の範囲を好ましい実施形態に限定するものとして解釈するべきではない。
【００６４】
ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、空燃比およびそれらの組合せとからなる群から選択される動作状態を変化
カテゴリ（ａ）の試験は、必ずしもそれだけには限らないが、耐久性試験を含む設計検証試験を含む。そのような試験は、加速エージング試験および運転サイクル試験と比べて、１つまたは複数の異なるパラメータを含む。「異なるパラメータ」の例は、必ずしもそれだけには限らないが、階段状温度、温度サイクルのより短い間隔、増幅された大きさの温度サイクル、前述のタイプのサイクルの複数の繰り返し、それらの組合せからなる群から選択されるパラメータを含む。
【００６５】
カテゴリ（ａ）における試験の特定の例は、必ずしもそれだけには限らないが、シェル変形試験と温度分布試験と熱サイクル試験とコンバータ着火試験と空燃比掃引とを含む。前述の試験は以下により詳細に説明される。
【００６６】
シェル変形試験
触媒コンバータは、一般に、触媒担体がシェル内部にケースに入れられるように構成される。一体式触媒担体は、一般に、脆弱で容易に損傷を受けやすいセラミックから形成される。損傷を防ぐために、触媒は一般に、シェル内部に弾性的に支持される。
【００６７】
本出願は、非エンジン・ベースの試験システムを使用して、一般にシェル変形試験と呼ばれる、シェルが膨張する傾向を評価するための方法を提供する。シェル変形試験では、ＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇによって生成された熱い排気生成物に流体連通する容器を含む触媒コンバータ（図１の３３０）はいくつかの昇温および冷却期間にさらされる。言い換えれば、交互に代わる応力状態は、構成要素を排気生成物に第１温度に第１期間さらすステップと、構成要素を排気生成物に第２温度に第２期間さらすステップとを含む。第１および第２温度に対する構成要素（好ましくは触媒コンバータおよびシェルを含む）の動的および恒常的反応を評価するために、第１温度は第２温度と十分に異なる。
【００６８】
温度分布試験
温度分布試験は、内部（触媒）および外部（カンの表面）の温度勾配情報を得るために、好ましくは、定常ＡＦＲおよび流量状態で、１つまたは複数の構成要素を高温（定常状態）階段状の増加にさらすことを引き起こす。温度は漸進的に低減させることもできるが、交互に代わる状態は、一般に温度勾配状態を作るために、排気生成物の温度を漸進的に増加させることを含む。言い換えれば、触媒コンバータは第１温度に第１期間さらされ、第２温度に第２期間さらされ、第３温度に第３期間などにさらされる。構成要素は、温度勾配にさらすことの外部および内部の影響を決めるために、知られている方法を用いて評価される。
【００６９】
熱サイクル
本出願は熱サイクル試験用の熱い排気生成物を生成するためにＮＥＢＥＣＲＡＳを使用する。
【００７０】
熱サイクルは、急速にかつ繰り返し試験構成要素の温度を変えることによって、構成要素に極度に応力を加える。試験構成要素、好ましくは、触媒コンバータは、第１温度に第１期間さらされ、それから第２温度に第２期間などにさらされる。構成要素に熱的に応力を加えるために、第１温度および第２温度は十分に異なっている。
【００７１】
熱サイクルは、一体式触媒の耐久性も試験する。従来のセラミック体式触媒は、一般に、実際は触媒がその上に付着されるコーティングを備えるセラミック・サポートからなる。実質的な密度および強度を得るために、セラミック材料は普通高温で焼かれねばならない。そのような高温の燃焼は必然的にセラミック材料を焼結させて、非常に小さい表面積をもたらす。したがって、セラミックは、より大きな表面積、ならびに触媒の付着に必要な特定の化学的特徴をもつ別の材料で被覆されなければならない。大きい表面積の被覆または「薄め塗膜」および下のセラミック材料は、一般に異なる熱膨張係数をもつ。構成要素が熱サイクルにさらされるとき、大きい表面積の被覆が下のセラミック・サポートから剥がれる傾向がある。
【００７２】
着火試験
着火試験は、触媒コンバータが触媒的に活性化される温度を決定する。迅速な触媒着火は、コールド・スタート排気を低減させるために、一般に望ましい。本出願はＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇを着火試験の間、熱源として使用する方法を提供する。
【００７３】
「着火」試験の間、触媒コンバータは、初期温度の排気生成物にさらされ、それから温度が、着火温度より大きい温度に増加される。排気生成物構成要素の濃度は、触媒コンバータにさらされる前および触媒コンバータにさらされる後で、実質的に継続して測定される。
【００７４】
熱い排気生成物の初期温度は試験触媒の着火温度より低い。着火温度は特定の触媒コンバータと共に、また排気生成物の組成と共に変化するであろう。排気生成物がガソリンから生成される場合、初期温度は約２００℃またはそれより低く、好ましくは２００℃より低い。
【００７５】
触媒コンバータ用の「着火」点は、触媒層温度が入口温度を超えるとき指摘されたように、変換効率が増加する点である。排気生成物がガソリンから生成される場合、触媒の着火は一般に約２５０℃で起こる。
【００７６】
空燃比掃引
本出願はＮＥＢＥＣＲＡＳが、空燃比掃引の間、排気生成物発生器および熱源として使用される方法を提供する。触媒コンバータを異なるＡＦＲで評価するために、ＡＦＲを希薄から濃厚（へまたはその反対に）調節しながら、ＡＦＲ排気成分が測定される。階段状ＡＦＲ掃引試験では、各ＡＦＲは定常状態動作が達成されるまで、維持される。連続ＡＦＲ試験では、ＡＦＲは所定の速度で連続して調節される。図６は、ベンチ・エンジン試験セルを用いた、空燃比掃引の結果をグラフとして示す。
【００７７】
（ｂ）温度、空燃比およびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化
カテゴリ（ｂ）の試験は、１つまた複数の構成要素物理的完全性を評価する一般に耐久性試験である。そのような試験では、交互に代わる状態は、一般に、排気生成物を介した熱を含み、熱応力以外の追加の応力状態を含む。追加の応力状態の例は、必ずしもそれだけには限らないが、液体にさらすこと、振動にさらすこと（加速度または加速度力にさらすこと）、構成要素の方向を変えること、前述の任意のものに繰り返しさらすこと、およびそれらの組合せを含む。熱い振動試験および急冷試験は例示的であり、以下により詳細に説明する。
【００７８】
熱い振動試験
熱い振動試験では、ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇまたは他のＮＥＢＥＣＲＡＳが、ガソリン・エンジンまたは本明細書に参照として組み込まれる米国特許６２９８７２９号などの、熱い振動試験リグにおいて知られている他の加熱装置に置き換えられる。図５を参照して、排気生成物は、配管３１０を介して試験取付具３２０に流体連通されたＮＥＢＥＣＲＡＳによって生成される。装置は振動発生器３３０に、好ましくは、振動分離継手３４０を介して機械的に伝達される。１つまたは複数の構成要素３３０は、ＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇによって生成された熱い排気生成物に流体連通される振動発生器３３０、好ましくは振動テーブルに機械的に伝達される試験取付具３２０の中に配置される。好ましい実施形態では、１つまたは複数の試験構成要素は、振動分離継手３４０を介して排気生成物配管３１０と摺動的に係合する加振テーブルに固定される。加振テーブルおよび／またはそれに付けられた取付部品は、垂直、水平および角度を付けた構成要素の方向を提供するように構成される。１つまたは複数の試験構成要素は、長期間の振動ならびに定常状態および過渡的な熱い排気生成物の流れにさらされる。
【００７９】
熱い振動試験の好ましい実施形態では、構成要素は加振テーブルに固定され、熱い排気生成物にさらされる。加振テーブルは、所定の振動周波数および振幅で振動するために起動され、構成要素の加速度は構成要素（図示せず）に固定して取り付けられた検出器によって決定される。励起エネルギーの振幅は、構成要素が、実際の車両で遭遇すると予想される運動の範囲をシミュレートする。加えられた振動の入力振幅は、試験の激しさを加速するために増加することができ、振動の周波数分布を特定の自動車用のまたは特定の車両動作状態用の排気システムの振動状態に合致するように設定することができる。
【００８０】
構成要素を横切って伝達される力は、ロードセルによって検出され、試験が進むにつれて集められ、分析される。
【００８１】
振動発生器は任意の適切な構成でよい。例えば、米国特許第６６７２４３４号、米国特許出願２００４００２５６０８を参照。
【００８２】
急冷試験
急冷試験は、車両の触媒コンバータが水さらされる状態、例えば、車両が水たまりまたは洪水領域を通って運転される場合をシミュレートする。急冷試験では、構成要素は比較的一定の排気生成物温度にさらされるが、構成要素の表面は、噴霧によりまたはそれに沈めることによって、液体、好ましくは水で急速に冷却される。液体が水の場合、水は真水または塩水でよく、汚染物を含んでもよい。
【００８３】
水冷却試験を行うために使用されるリグは、液体源および試験構成要素表面、好ましくは触媒コンバータ表面に流体連通する液体供給部材を含む。液体供給部材は試験の間、一度または繰り返し、表面を液体にさらすために、起動される。好ましい実施形態では、液体供給部材、好ましくはノズルまたはマニホルド装置は、構成要素の表面を液体で噴霧し、または液体内に構成要素を沈めるのに効果的である。それから、構成要素は、構成要素上の表面冷却の影響を評価するために、知られている方法を用いて評価される。
【００８４】
上で見たように、好ましい交互に代わる状態は、必ずしもそれだけには限らないが、繰り返しの加熱および冷却の期間と、階段状の温度増加と、急激な温度変化と、外部液体にさらすステップと、任意の触媒コンバータの着火までの漸進的な温度増加と、漸進的な空燃比の増加を使用した掃引試験と、それらの組合せとを含む。
【００８５】
当分野の技術者は、本出願の趣旨および範囲を逸脱することなく、本出願に多くの修正を加えることができることがわかるであろう。本明細書に記載された実施形態は説明のためだけのものであり、特許請求の範囲の中で定義される本出願を限定するものとしてとるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本システムの１つの実施形態の概略図である。
【図２Ａ】非エンジン・ベースの熱源での使用に適したバーナの好ましい実施形態の図である。
【図２Ｂ】図２Ａのバーナの円で囲まれた部分の拡大図である。
【図３Ａ】バーナの燃焼セクションに入る空気に渦巻運動を与える渦巻板（ｓｗｉｒｌ ｐｌａｔｅ）の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの渦巻板の背面図である。
【図３Ｄ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図３Ｅ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図４Ａ】空気支援式燃料噴霧ノズルの１つの実施形態の分解図である。
【図４Ｂ】空気噴射開口の配置を示す図４Ａの空気支援式燃料噴霧ノズルの雄の取付部品のフランジ端部の正面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの空気支援式燃料噴霧ノズルの対向する端部の正面図である。
【図４Ｄ】好ましい空気支援式燃料噴霧ノズルの図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの空気支援式燃料噴霧ノズルの雄の取付部品のフランジ端部の正面図である。
【図４Ｆ】図４Ｄの空気支援式燃料噴霧ノズルの対向する端部の正面図である。
【図５】本方法による交互に代わる応力状況を提供するように備えられているシステムのボックス・ダイアグラムである。
【図６】ベンチ・エンジンを使用した空燃比掃引試験の間に生成されたデータのグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明の出願は、本明細書に参照として組み込まれた、ＵＳ ２００３−００７９５２０ Ａｌ（係属中）として２００３年５月１日に公告された、２００２年８月６日に出願された米国特許出願１０／２１３８９０の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に、１つまたは複数の構成要素を評価するために、ヒート・ソースとして非エンジン・ベースの試験システムを使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々な試験が車両の排気システムの構成要素を評価するために使用される。一般に、試験は熱い排気生成物に構成要素をさらすことを必要とする。一般に、熱い排気生成物はガソリン・ベンチ・エンジンを使用して、生成される。
【０００４】
ベンチ・エンジンの使用は比較的労働集約的であり、必要な１つまたは複数の流量および温度を維持するために一人または複数の技術者の持続した存在を必要とする。労働のコストおよびガソリンのコストがベンチ・エンジン試験を比較的高価にする。
【０００５】
構成要素を評価するために、あまり労働集約的でなく、よりコストがかからない方法および装置が必要とされている。
【発明の要約】
【０００６】
本出願は、非エンジン・ベースの試験システムを用いて１つまたは複数の構成要素を評価するための方法を提供する。本方法は、１つまたは複数の構成要素と流体連通する燃焼室（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）を含む非エンジン・ベースの試験システムを提供するステップと、制御された空燃比（ＡＦＲ）を含む供給状態の下で燃焼室に燃料および空気を供給するステップであって、前記供給状態が供給ストリームの流路を生成するステップと、燃焼室への実質的な損傷を防止する一方で、排気生成物を生成する燃焼状態の下で、供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼するステップと、加速エージング状態または運転サイクル状態以外の交互に代わる状態（ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）の下で、１つまたは複数の構成要素を排気生成物にさらすステップとを含む。
【０００７】
自動車排気物質（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を低減させるための開発の２つの一般的な領域は、（１）エンジンにより生成させられる排気物質を低減させること、および（２）エンジンにより生成させられる排気物質の後処理を最適化させることである。一般に、排気の後処理は、エンジンの排気径路に１つまたは複数の触媒コンバータを含む。
【０００８】
エンジンの性能を最適化するために制御される主要なエンジン動作パラメータは、空気流量、燃料流量（または空燃比または「ＡＦＲ」）および点火時期である。全炭化水素の排出は、より迅速な触媒着火（ｃａｔａｌｙｓｔ ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）で低減される。しかし、ＡＦＲ、点火時期などを調節することによって触媒加熱を増加させることは、一般に、より高い排気放出率をもたらすことになる。全排出を最小限に抑えるためには、触媒着火時には、化学量論的燃焼にシフトすることが望ましい。触媒コンバータの変換効率を最適化することは、ＡＦＲおよび触媒エネルギー（温度）を制御することを一般に必要とする。
【０００９】
本出願は、非エンジン・ベースの熱源を使用して、前述のパラメータおよび他のものを正確に試験するための方法を提供する。
【００１０】
例示的な非エンジン・ベースの熱源
例示的な非エンジン・ベースの熱源はＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇである。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの登録商標である。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、エージング試験を行うために、すなわち、長期的な触媒コンバータの性能への個々の変数の長期的な影響を評価するために開発された。ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは、自動車の内燃機関によって生成されたものに対応する組成および温度を備える排気生成物を生成することができる。
【００１１】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇ内のバーナ・システムなどの非エンジン・ベースの熱源を、それだけには限らないが、検証試験および耐久試験を設計することを含めて、様々な他の試験を行うのに必要とされる熱を供給するために使用することができる。以下に詳細に説明されるＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇは試験のために好ましい非エンジン・ベースの熱源ではあるが、任意の機能的で効率的な非エンジン・ベースの熱源を、本明細書中に説明された原理にしたがった使用に適合できることが当分野の技術者には明らかであるだろう。非エンジン・ベースの熱源は、自動車の内燃機関によって生成されたものに対応する組成および温度を備えるシミュレーションされた排気生成物を生成する。
【００１２】
好ましくは、非エンジン・ベースの熱源は、ガソリン；合成ガソリン；ディーゼル；石炭、泥炭または同様な材料から作られた液化燃料；メタノール；圧縮天然ガスまたは液化石油ガスなどのガソリンまたは他の燃料の燃焼から油のない排気を提供する。非エンジン・ベースの熱源は、正確な空燃比制御と、好ましくは、燃料および様々な消費率および酸化状態における潤滑剤の影響の決定的な分離のための別の油噴霧化システムとを提供する。非エンジン・ベースの熱源は、好ましくは、様々な状態にわたって動作することができ、エンジン動作の様々なモード、例えば、コールド・スタート、定常状態で化学量論的、希薄、濃厚、周期的摂動などをシミュレートすることを可能にする。
【００１３】
好ましい実施形態では、非エンジン・ベースの熱源は、（１）バーナに燃焼のための空気を提供する空気供給システムと、（２）バーナに燃料を提供する燃料システムと、（３）空気と燃料の混合物を燃焼させ、かつ適切な排気生成物成分を提供するバーナ・システムと、（４）排気生成物の温度を制御する熱交換器と、（５）コンピュータ化された制御システムとを含む。１つの実施形態では、非エンジン・ベースの熱源は、油噴射システムをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇ
空気供給システム
次に、図面を、説明の目的で最初に図１を参照すると、ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇの概略図が示される。送風機３０は入口空気フィルタ２０を通して周辺空気を吸気し、加圧空気流を排気する。送風機３０および質量空気流量センサ５０は、当分野の技術者にはよく知られている任意の従来設計でよい。好ましい実施形態では、送風機３０は、Ｆｕｊｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ ＶＦＣ４０４Ａ Ｒｉｎｇ Ｂｌｏｗｅｒなどの電気遠心送風機であり、質量空気流量センサ５０は、大抵の小売自動車部品店で入手可能なＢｏｓｈ Ｍｏｄｅｌ Ｎｕｍｂｅｒ ０２８０２１４００１などの自動車用入口空気流量センサである。供給される空気の体積はバイパス弁４０を調節することによって設定されて、質量流量センサ５０によって測定される空気の望ましい流量を生成する。
【００１５】
燃料供給システム
標準自動車燃料ポンプ１０は、燃料系路１２を通って、電子的に作動された燃料制御弁１４に、それから（以下に詳細に説明された）バーナ６０に自動車燃料をポンプ輸送する。本明細書中で使用されるように、用語「自動車燃料」は、必ずしもそれだけには限らないが、ガソリン；合成ガソリン；ディーゼル；石炭、泥炭または同様な材料から作られた液化燃料；メタノール；圧縮天然ガスまたは液化石油ガスを含めた、自動車の内燃機関用の燃料として使用できる任意の物質を意味する。
【００１６】
別のタイプの制御弁を使用することもできるが、好ましい燃料制御弁１４はコンピュータの制御システムからパルス幅変調信号を受け、かつパルス幅に比例してバーナへの燃料の流れを調整する電磁弁である。電子的に作動する電磁弁１４は、当分野の技術者にはよく知られているパルス幅変調信号によって動作する設計でよい。好ましい実施形態では、電子的に作動する燃料制御弁１４は、大抵の小売自動車部品供給店で入手可能なＢｏｓｃｈ周波数弁のモデル番号０２８０ １５０ ３０６−８５０である。燃料制御弁１４から、燃料は、（以下に説明される）バーナ・アセンブリ内の空気支援式燃料噴霧ノズル１６にパイプで送られる。
【００１７】
バーナ
バーナは燃料および空気の化学量論的燃焼をもたらすために以下に示すように特別に製造される。好ましい実施形態では、バーナ６０は、自動車燃料の継続した化学量論的燃焼を発生させることができる渦巻式安定化バーナである。
【００１８】
次に、好ましい実施形態の図２を参照して、バーナはプレナム・チャンバ２００と燃焼管２１０とを含む。渦巻板１８が、プレナム・チャンバ２００を燃焼管２１０から分離する。燃焼管２１０は極度の高温に耐えることができる材料から構成される。好ましい材料は、必ずしもそれだけには限らないが、インコネル、またはステンレス綱を含み、任意選択で、得られる火炎のパターンを視覚的に観察するためにインコネル管の代わりに石英管を備えることができる。
【００１９】
空気および燃料は別々にバーナ６０に導入される。質量流れセンサ５０からの空気はプレナム・チャンバ２００（図２）に、それから、渦巻板１８を通って燃焼管に導管で送られる。渦巻板１８は燃料噴射器１６を備えている。
【００２０】
燃料噴射器
第１実施形態では、空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、従来の手段を用いて渦巻板１８の中心のところで、プレナム・チャンバ２００（図２）の内部に係合される。燃料供給系路１４からの燃料は、空気支援式燃料噴霧ノズル１６に供給され、そこで空気系路１５からの圧縮空気と混合され、燃焼管２１０（図２）の中に噴霧される。圧縮空気系路１５は、燃料の噴霧化を支援するために高い圧力を提供する。
【００２１】
図４Ａは、空気支援式燃料噴霧ノズル１６の１つの実施形態である。図４Ａからわかるように、空気支援式燃料噴霧ノズル１６は渦巻板１８に係合される雄と雌の取付部品を含む。様々な適切な係合の方法が当分野の技術者に知られている。雌の取付部品２５０は、フランジ端部２５２と、実質的に管状の延長部２５１とをもつ。雄の取付部品２５４は、フランジ端部２５６と、対向する端部２６８をもつ実質的に円筒形延長部２５３とをもつ。円筒形延長部は、その長さに沿って雌の取付部品の管状延長部の内部に嵌合する。好ましい実施形態では、管状の延長部２５１の内壁２５９と管状延長部２５３の外壁２６３との間のクリアランス２７０は好ましくは１／８インチである。クリアランス２７０は、燃料噴射孔２６４と連通する、燃料の噴射用の円周上の溝２５７を作り出す。
【００２２】
空気噴射ボア２６２（好ましくは約１／１６インチ）は、フランジ端部２５６を通って、雄の取付部品の管状延長部２５３の軸に実質的に平行に、渦巻板１８とインターフェースをもつボア２６０へ延びる。燃料噴射ボア２６４は外壁２６３から空気噴射ボア２６２に隣接して、径方向内向きに延びる。空気噴射ボア２６２は空気系路１５と任意の適切な方法で係合させられる。燃料噴射ボア２６４は燃料系路１２と任意の適切な方法で係合させられる。
【００２３】
図４Ｂは空気噴射ボア２６２の配置を説明する雄の取付部品のフランジ端部２５４の正面図である。図４Ｂからわかるように、５つの空気噴射ボア２６２ａからｄおよび２６５がゲームのサイコロの上の数字の「５」に類似して配置される。特に、図４Ｂで５ｘ−５ｘに沿って引かれた線と比較されたとき、中心の空気孔２６５の中心を通り、かつ隅の空気孔２６２ａからｄの任意の１つの中心を通って引かれた線は４５°の角度をもつ。言い換えれば、隅の空気孔２６２ａからｄの中心は、中心の空気孔２６５の周囲に描かれた正方形の４つの隅に見いだされる。
【００２４】
係合された場合の、空気支援式噴射ノズル１６のすべての部分の対向する端部の正面図が図４Ｃに示される。この「丸窓」図では、内円は雌の取付部品のボア２６０であり、次の同心リングは雄の取付部品の管状延長部２５３の対向する端部２６８であり、次の同心リングは雌の取付部品の管状延長部２５１と雄の取付部品の延長部２５３との間のクリアランスによって形成された環状溝２７０であり、最も外側のリングはポート２５５を画定するフランジ２５２である。
【００２５】
燃料噴射器１６（図４ＤからＦ）の好ましい実施形態では、図４Ａから４Ｃのように、同じ部品は同じ番号が付けられている。図４Ｄを参照して、燃料ジェットを通って直接通過する噴射された空気で、燃料噴射ボア２６４を通って供給された燃料を剪断しながら、空気噴射ボア２６２は、混合および保護用に空気シュラウドに燃料を導くために角度が付けられている。燃料噴射ボア２６４は、好ましくは、混合および保護のために空気シュラウド内に直接向けられている。噴射角度は、空間の要求内で燃料の噴霧化を最大にし、渦巻板１８と共に働く。
【００２６】
空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、従来の手段を使用して渦巻板１８の中心に係合される。空気支援式燃料噴霧ノズル１６は、渦巻板１８内の中心ボア２４４（図３Ｃ）と組み合わせるように構成されたフランジ式の雄の取付部品２５２を含む。好ましい実施形態では、空気支援式噴霧ノズルの外壁２５４ａと渦巻板１８の中心ボアの壁２８１との間の同心円のクリアランス２７０は、好ましくは、約０．２インチから約０．７５インチまでであり、最も好ましくは約０．２５インチである。空気支援式燃料噴霧ノズル１６はＹ−Ｙ’で表される長手方向軸をもつ空気噴射ボア２６２を画定する。線Ｙ−Ｙ’は、渦巻板の内壁２８０に沿って引かれた線５Ｆ−５Ｆに対して角度ｘ、ｘ’を形成する。角度ｘ、ｘ’は、好ましくは約６５°から約８０°までであり、好ましくは約７６°である。空気噴射ボア２６２は、実質的に任意の構成をもってよい。好ましい構成では、空気噴射ボア２６２は、円筒形ボアである。
【００２７】
空気噴射ボア２６２は、供給端部２９８から噴射端部２９９まで延び、燃料の適切な流れを可能にするのに効率的な内径をもつ。好ましい実施形態では、空気噴射ボア２６２は、約０．０６０インチから約０．０８０インチまでの、好ましくは約０．０７０インチの内径をもつ。空気噴射ボア２６２は、供給端部２９８から噴射端部２９９上の燃焼管２１０（図２）まで延びる。
【００２８】
空気支援式燃料噴霧ノズル１６は渦巻板１８の外壁２８２と組み合わせられるように構成された第１フランジ端部２５２ａを含む。第１フランジ端部２５２ａと外壁２８２の位置合わせは、相補的な溝、相補的な角度、他のタイプの組み合わせられた機械の取付部品など多くの構成をとることができる。好ましい実施形態では、第１フランジ端部２５２ａおよび外壁２８２は実質的に平らであり、互いに平行であり、長手方向軸Ａ−Ｂに対して実質的に垂直な線に沿って互いに当接する。好ましい実施形態では、第１フランジ端部２５２ａは、径方向に、線Ａ−Ｂによって示される長手方向軸から外向きに、そこから約０．３８インチから約０．６５まで、好ましくは、約０．３８インチの距離延びる。
【００２９】
第２フランジ端部は必ずしも必要というわけではない。しかし、好ましい実施形態では、空気支援式噴霧ノズル１６は径方向に、線Ａ−Ｂによって画定される長手方向軸から外向きに、そこから約０．３インチから約０．４５インチまで、好ましくは、約０．３８インチの距離延びる第２フランジ端部２５２ｂをさらに含む。
【００３０】
図４Ｄに示すように、第１フランジ端部２５２ａおよび第２フランジ端部２５２ｂは供給端部２９８にポート２５５を含む流れチャンバ２９７を画定する。ポート２５５が、流れチャンバ２９７を通って、空気支援式噴霧ノズル１６によって画定される燃料噴射ボア２６４への燃料の適切な量の流れを可能にするならば、このポート２５５の構成および寸法はそれほど重要ではない。空気支援式噴霧ノズル１６の噴射端部２９９は、流れチャンバ２９７から空気噴射ボア２６２の開口２９１まで延びる燃料噴射ボア２６４を画定する。燃料噴射ボア２６４は、それらが燃料の適切な流れを供給する限り、実質的に任意の構成でよい。燃料噴射ボア２６４は、線５Ｆ−５Ｆに対して角度ｚ、ｚ’を形成する線Ｒ−Ｒ’で示される長手方向軸をもつ。好ましい実施形態では、燃料噴射ボア２６４は、円筒形であり、約０．０２０インチから約０．０４０インチまでの、好ましくは約０．０３１インチの直径をもつ。好ましくは、角度ｚ、ｚ’は約６０°から約８０°までで、好ましくは約７３°である。
【００３１】
動作では、燃料は、ポート２５５を通り、流れチャンバ２９７を通り、燃料噴射ボア２６４および開口２９１を通って流れ、空気噴射ボア２６２に噴射され、したがって、空気支援式燃料噴霧ノズル１６の噴射端部２９９のところで空気および燃料の同時噴射をもたらす。燃料は開口２９１のところで、空気と衝突し、空気のシュラウドと衝突するのに効率的な流れのジェットをもたらす。噴霧ノズル１６のすべての構成要素のための構成の材料および寸法は、プロセスの動作状態に基づいて変化するであろう。
【００３２】
図４Ｅに示すように、空気噴射ボア２６２は、噴射端部２９９にゲームのサイコロの上の数字の「４」に類似して配置された開口２６２ａからｄを含む。開口２６２ａからｄは、ＡＢおよびＡ’Ｂ’によって示されるように互い同士ほぼ９０°の角度で間隔を置いて好ましくは配置される。
【００３３】
図４Ｆは空気支援式燃料噴霧ノズル１６の供給端部２９８の正面図である。この「丸窓」図では、内円はボア２６０であり、残りの同心リングは第２フランジ端部２５２ｂの外面２６１を含む。燃料は、燃料系路１２からポート２５５を通って噴霧ノズル１６に、そして燃料の流れチャンバ２９７の中に流れ、そして燃料噴射ボア２６４を通って空気噴射ボア２６２に流れる。
【００３４】
渦巻板
好ましい実施形態では、図３ＡからＥに示されるように、渦巻板１８は、燃焼領域に壊れた円錐形および渦巻流の複雑なパターンを提供するために、極度に乱れた渦巻状の燃焼を生成することができる。渦巻板１８によって生み出された流れのパターンは、渦巻ジェット２４２および２４２ａからｃと、２５３および２５３ａからｃ、ならびに乱流ジェット２４８および２４８ａからｃと、２４９および２４９ａからｃと、２５０および２５０ａからｃの多数の相互作用を含む。これらのジェットの相互作用は、好ましくは燃焼管２１０の内径に実質的に等しい長さの間隔で壊れまた膨張する渦巻流を生み出す。好ましい実施形態では、燃焼管２１０の内径は４インチであり、渦巻流が壊れまた膨張する間隔は４インチ毎である。パターンは燃焼管２１０の壁に沿った流路を明白に画定し、したがってこれが燃焼管２１０に沿った点火器２２０の位置を画定する。本明細書で説明された実施形態では、点火器は、内部渦巻ジェット（２５３ａ、ｂ、ｃ）の径路に沿った第１および第２の完全膨張のところで配置される。
【００３５】
図３Ａから３Ｅに示された好ましい実施形態では、渦巻板１８は空気の流れのパターンを固定し、かつ燃料噴射器を保護するのに効果的であるための「空気シュラウド」を生み出すのに十分な厚さをもつほぼ円形のディスクである。厚さは一般に約１／２インチかそれ以上である。渦巻板１８は中心ボア２５５をもつ。空気支援式噴霧ノズル１６は、適切な手段を用いて、この中心ボア２５５のところで渦巻板１８に嵌合される。説明された実施形態では、渦巻板１８は、空気支援式噴霧ノズル１６を取り付けるために、それを通るボア２４０をもつ。渦巻板１８は、高温に耐える実質的に任意の材料で作ることができ、好ましい材料はステンレス鋼である。
【００３６】
中心ボア２５５は壁２４４によって画定される。一般的に言って、渦巻板の長手方向軸から任意の径方向の距離に配置されたジェットの各タイプは、中心ボア２５５から任意の距離で同心円に沿って、ほぼ９０°の間隔を置いて配置された４つの部材（時々はジェットの「組」と呼ばれる）をもつ。３つの組の乱流ジェット２４８、２４９および２５０は空気を中心ボア２５５に向かって導く。内側および外側の組の渦巻ジェット２４２および２５３は、それぞれ、渦巻板１８の外円周２５６から、ならびにバーナの方向でそれぞれの四分円内の渦巻板の直径を通る線３Ｃ−３Ｃまたは４Ｅ−４Ｅ（図３Ｃ）にほぼ平行に空気を導く。
【００３７】
ジェットの正確な寸法および角度方向はバーナの内径によって変化し、本明細書で説明された実施形態では約４インチである。本明細書での説明を与えられて、当分野の技術者は、様々な寸法のバーナで使用する渦巻板を構成できるであろう。
【００３８】
ジェットの方向は、渦巻板２５７の正面に対して、渦巻板１８の長手方向軸２４１に対して、かつ渦巻板１８を４つの四分円に分割する図３Ｃの線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに対して説明される。６つの同心円２４４および２４４ａからｅ（図３Ｃ）が、内側から、中心ボア２５５を画定する壁２４４から始めて、渦巻板１８の外側円周２４４ｅに同心円的に延びて、示される。本明細書で説明された実施形態では、中心ボアは内径が１．２５インチまたは内半径が０．６２５インチである。第１の同心円２４４ａは、壁２４４から０．０７９５インチであり、第２の同心円２４４ｂは、壁２４４から０．５６２５インチであり、第３の同心円２４４ｃは、壁２４４から１．１２５インチであり、第４の同心円２４４ｄは、壁２４４から１．３１２５インチであり、また第５の同心円２４４ｅは、壁２４４から１．４３７５インチである。
【００３９】
外側渦巻ジェットの組は、２４２および２４２ａ、ｂ、ｃと名前を付けられる。内側渦巻ジェットの組は、２５３および２５３ａ、ｂ、ｃと名前を付けられる。外側渦巻ジェットの組２４２および２４２ａからｃならびに内側渦巻ジェットの組２５３および２５３ａからｃは、渦巻板１８の表面２５７に対して同じ角度ｚ（図３Ｂ）をもち、好ましくは２５°の角度である。好ましい実施形態では、外側渦巻ジェットの組２４２および２４２ａからｃならびに内側渦巻ジェットの組２５３および２５３ａからｃの両方は内径５／１６インチをもつ。外側渦巻ジェットの組２４２は、燃料噴射側５９の渦巻板１８の外側円周２５６に沿った入口点２４２ｘから、バーナ側６０の円２４４ｂに沿った出口点２４２ｙまで空気を導く。外側渦巻ジェット２４２の長手方向軸は、それぞれの４半円内で線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに平行であり、それらから０．４４インチ間隔を置いて配置される。内側渦巻ジェットの組２５３は、燃料噴射側５９の円２４４ｂに沿った入口点から、中心ボア２４４に沿ったバーナ側６０の出口点まで空気を導く。内側渦巻ジェット２５３の長手方向軸も、それぞれの４半円内で、線３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅに平行である。
【００４０】
空気シュラウド・ジェット２５０は、円２４４ｂに沿った点から、直接内向きに、中心ボア２５５の中心に向かって空気を導く。空気シュラウド・ジェット２５０の長手方向軸は、線（３Ｃ−３Ｃおよび４Ｅ−４Ｅ）に沿って走る。渦巻板１８の長手方向軸２４１に対する空気シュラウド・ジェット２５０の長手方向軸２５１の角度ａ（図３Ｄ）は４３．５°である。空気シュラウド・ジェット２５０は、好ましくは、内径約１／４インチをもつ。渦巻板１８のバーナ側６０の外側渦巻ジェット２４２の出口点２４２ｙは、好ましくは、長手方向にまたは渦巻板の長手方向軸２４１に平行に、渦巻板１８の燃料噴射側５９の空気シュラウド・ジェット２５０の入口点と一直線になる。
【００４１】
空気シュラウド・ジェット２５０は、火炎が空気支援式噴霧ノズル１６に接触することを防止することに主に役割がある。空気シュラウド・ジェット２５０から流れる空気は、燃料噴射器１６（図１および２）の前の位置で収束し、空気の円錐形シュラウドを作り出し、それが低圧力領域を渦巻板１８の燃料噴射側５９（図１）に、高圧力領域を渦巻板１８のバーナ側６０にもたらす。燃料噴射側５９の低圧力領域は燃料を燃料管２１０に引き込むのを助け、一方、バーナ側６０の高圧力領域は、バーナの火炎が空気支援式噴射器１６の面に付着するのを防止し、ノズル１６のコーキングおよび過熱を防ぐ。好ましい実施形態では、空気シュラウド・ジェット２５０はノズル１６の前から、約０．５ｃｍから約１ｃｍのところで収束する。
【００４２】
燃焼管２１０はいくつかの火花点火器２２０（図２参照）を備えている。好ましい実施形態では、３つの実質的に等間隔で配置された点火器２２０が、渦巻板１８によって作られたガス「渦巻径路」内の燃焼管の円周の周りに配置される。好ましい実施形態では、これらの点火器２２０は海用の点火プラグである。
【００４３】
低い揮発度の燃料の燃焼に適した別の実施形態では、燃焼管２１０は噴射ノズル１６から約１フィート下流側に配置されたセラミック・フォームをさらに含む。実質的に任意の適切なフォーム、好ましくは、例えば、Ｕｌｔｒａ−Ｍｅｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｐａｃｏｉｍａ、ＣＡ９１３３１から市販されている１０孔／インチのＳｉＣフォームを使用することができる。
【００４４】
燃料噴射器および渦巻板の相互干渉
バーナ６０および燃料噴射器１６は、実質的に継続した、「効率的な化学量論的燃焼」を提供するために一緒に働く。本明細書で使用されるように、用語「効率的な化学量論的燃焼」は、燃料噴射器の実質的なコーキングなしで、燃焼管の壁の完全性を維持する燃焼のことを指す。その結果、バーナは、保守の必要なく、実質的に持続して化学量論的に少なくとも２００時間稼働する。好ましい実施形態では、最小限の保守で、バーナは実質的に持続して化学量論的に少なくとも１５００時間稼働する。最小限の保守は点火プラグの交換のみを意味する。
【００４５】
燃料噴射器１６（上記）の設計は、渦巻板１８の主要な特徴を考慮する。すなわち、
【００４６】
１）外側乱流ジェット２４８および２４９（断面３Ｃ−３Ｃ）は、火炎が継続して燃焼管２１０の内壁に接触することを防止する。バーナ６０が継続的に、かつ長期間にわたって化学量論的に（最も熱い空気／燃料比の動作点）動作するので、燃焼管２１０の壁の完全性を維持することが必要である。現在、ＩＮＣＯＮＥＬ燃焼管２１０は、劣化の証拠を示さずに、１５００時間の動作を超えてさらされた。この特徴は実質的に燃料噴射に影響を与えない。
【００４７】
（２）内側渦巻ジェット２４２はバーナ内の全体の渦巻パターンを設定する。渦巻ジェット２４２を出る空気は、渦巻板１８の約３インチ下流側で燃焼管２１０の内壁と衝突し、燃料噴射器１６からの燃料の噴霧と直接相互作用をする。
【００４８】
（３）内側乱流ジェット２５０は時々「空気シュラウド」ジェットと呼ばれる。内側乱流ジェット２５０を出る空気は燃料噴射器１６の前から、０．７５インチのところで収束する。この特徴は２つの非常に重要な機能を提供する。収束点は、バーナの火炎が燃料噴射器１６に付着することを防止する（コーキングを防止）バーナ６０内に高圧力点を作る。燃料噴射と直接相互作用をし、火炎品質に影響を与える第２の機能は、それは、それらがバーナ火炎に入るとき、残っている大きな液滴を剪断することである。
【００４９】
バーナ６０からの排気は熱交換器７０に送られる。熱交換器７０は当分野の技術者にはよく知られている任意の従来設計のものでよい。排気生成物は次に油噴射セクション１１０（図１）に送られる。油噴射セクションは、それが触媒に到達する前に、油を気化し酸化するために十分に小さい直径をもつ油の液滴を含む噴霧化された油噴霧を提供する。油噴射システムはバーナの下流側の任意のところに配置することができる。
【００５０】
非エンジン・ベースの熱源と共に使用されるのに適したデータ獲得および制御システムが提供される。システムは、好ましくは、点火、燃料噴射のための空気支援、補助空気、燃料供給、送風機空気供給、油噴射など（以下により詳細に説明する）を制御するための手段を提供する。適切な制御システムの例は、例えば、燃料計量を制御するための比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループであるだろう。
【００５１】
ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇなどのＮＥＢＥＣＲＡＳのバーナ・システムを、燃焼室に実質的な損傷なしで、化学量論的、濃厚、また希薄の熱いガス状態を生成するために使用することができる。好ましい実施形態では、燃焼室は、燃料の燃焼の間、火炎が供給部材に付着するのを防止するのに効果的な空気シュラウドを含む、供給ストリームの流路を生成する化学量論的空燃比（ＡＦＲ）においても効率的である渦巻板を含む。供給ストリームの流路は、好ましくは、燃料の燃焼の間、火炎が燃焼室の内壁と継続して接触し続けることも防止する。熱は、ガソリンで動力を与えられたエンジンによってではなく、ＮＥＢＥＣＲＡＳによって生成された排気生成物を介して供給される。
【００５２】
「交互に代わる状態」を含む試験を行うための非エンジン・ベースの熱源の使用
本出願は、「交互に代わる状態」を含む試験を行うための非エンジン・ベースの熱源の使用が対象とされる。語句「交互に代わる状態」は、加速エージング状態および運転サイクル状態からなる群から選択される状態以外の実質的に任意の状態を指す。好ましい実施形態では、交互に代わる状態はＲＡＴ−Ａサイクル状態以外であり、ＦＴＰ−７５状態以外である。より好ましい実施形態では、交互に代わる状態は、振動状態、温度分布状態、熱応力状態、急冷状態、着火状態および空燃比掃引状態からなる群から選択される状態である。
【００５３】
加速エージング試験「ＲＡＴ−Ａサイクル状態」以外
「交互に代わる状態」は「加速エージング状態」ではない。以下は加速エージング状態の簡潔な説明である。
【００５４】
より高い触媒温度で動作することによって、触媒コンバータの熱の非活性化が起こる速度が速くなる、触媒コンバータの熱エージングは効率的に加速することができる。「加速エージング状態」は、一般に高温の触媒の入口温度、化学反応に誘導された熱エクスカーション（不発火事象をシミュレートする）、試験構成要素の加速エージングに効率的な平均空気／燃料比（ＡＦＲ）の組合せを含む。「ＲＡＴ−Ａサイクル」はＧｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ社の「Ｒａｐｉｄ Ａｇｉｎｇ Ｔｅｓｔ Ｃｙｃｌｅ」の中の状態の組合せを指す。ＧＭ ＲＡＴ−Ａサイクルにおける１００時間のエージングは耐久性のレベルを示すと一般に理解される。
【００５５】
ＲＡＴ−Ａサイクルは、主に、定常状態、短い熱エクスカーションを伴う化学量論的動作を特徴とする。熱エクスカーションは、２次空気（約３％の酸素、Ｏ２）を触媒の前に噴射しながら、約３％の一酸化炭素（ＣＯ）を生成するために、濃厚で動作されることによって作られる。過剰な還元剤および酸化剤は触媒と反応して、熱の形状で化学エネルギーを放出する。触媒入口温度および排気生成物の流量も、試験サイクルの設定を特定するために使用される。流れは、標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）で特定され、一般に７５ｓｃｆｍである。Ｃ．Ｗｅｂｂ ａｎｄ Ｂ．Ｂｙｋｏｗｓｋｉによる「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｔｏ Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｉｌ Ａｇｉｎｇ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｇａｓｏｌｉｎｅ−Ｆｕｅｌｅｄ Ｂｕｒｎｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ」ＳＡＥ２００３−０１−０６６３が参照として本明細書に組み込まれる。
【００５６】
エンジンに関し、エンジン速度を調節することが、流れの仕様を設定する。触媒への入口でのガス温度は、定常状態、サイクルの化学量論部分の間、エンジン負荷を調節することによって達成される。熱エクスカーションは、サイクルの濃厚部分の間、エンジン動作ＡＦＲを調節し、かつ３％のＣＯおよびＯ２仕様を達成するために空気噴射を調節することによって作られる。（以下の）表は、サイクル用の設定状態を提供する。触媒入口温度は、サイクルの化学量論部分の間で特定されるが、発熱（および触媒入口温度でない）を作り出す排気生成物の濃度は、サイクルの熱エクスカーション部分の間で特定されることに留意すべきである。２つの仕様は触媒の内部に温度分布を作り出す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
運転サイクル・シミュレーション試験または「ＦＴＰ−７５状態」以外
「交互に代わる状態」は「運転サイクル状態」でもない。以下は運転サイクル状態の簡潔な説明である。
【００５９】
運転サイクル状態の間、以下の状態のすべて、排気流量、排気生成物温度、排気生成物化学量論比が実際の運転をシミュレートするために変化される。ＦＴＰ−７５状態は、
１）ＦＴＰの間中、試験車両の排気の流量をシミュレートするために、好ましくは、０から約２００標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）の範囲で排気の流量を変化させるステップと、
２）ＦＴＰの間中、触媒の入口で、排気生成物温度をシミュレートするために、好ましくは、約２０から約９００℃の範囲で、排気生成物温度を変化させるステップと、
３）ＦＴＰの間中、車両の排気生成物化学量論比をシミュレートするために、好ましくは、約１０から約４０ＡＦＲの範囲で、より好ましくは、約１０から約２０ＡＦＲの範囲で、排気生成物化学量論比を変化させるステップとを含む。
システムの排気生成物の混合物は、理想的には、ＦＴＰ試験間の任意の時間に車両の排気に見られるような炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物の類似した濃度を含む。
【００６０】
ガソリン・エンジンの代わりにＮＥＢＥＣＲＡＳを使用して行うことができる複数の標準的な試験が存在する。実質的に、自動車および非自動車の構成要素を含めて、任意の構成要素を、本出願の方法を使用して試験することができる。好ましい構成要素は、自動車の構成要素であり、好ましくは、車両の排気システムの構成要素である。より好ましい構成要素は触媒コンバータである。他のそのような構成要素は、必ずしもそれだけには限らないが、排気マニホルド、排気圧力センサ、すべてのタイプの触媒、すべてのタイプの粒子フィルタ、ＥＧＲ弁、ＥＧＲ冷却器、ＥＧＲシステムおよび構成要素、排気システム構成要素、フランジ、管、ガスケット、継手、振動分離器、流れダイバータ、酸素センサ、排気管、マフラおよびそれらの組合せを含む。他のタイプの触媒は、必ずしもそれだけには限らないが、３元触媒（ＴＷＣ）、希薄ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）、希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）、炭化水素トラップ、吸収器、吸収器を含む。触媒付きおよび触媒なしのＤＰＦを含めてディーゼル粒子フィルタもこの方法を使用して試験されたが、別の出願の主題である。
【００６１】
非エンジン・ベースの試験システム、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）システムを非活性化することができ、システムは周囲状態に数分のうちに冷却でき、冷却後すぐに、システムを追加の試験を行うために使用できる。システムは改良された再現性および低減された冷却時間を提供する。システムはまた、定期保守（オイル交換、チューンナップ）および時間のかかる修理を必要とするガソリン・エンジンと比べると比較的簡単な保守を提供する。システムは比較的簡単（より少ない可動部品および摩擦領域）で、希薄で動作するときには、改良された燃費で動作できる。これらの利点がそれを研究および開発ツールとして大いに望ましくする。
【００６２】
「交互に代わる状態」の例
「交互に代わる状態」は加速エージング状態および運転サイクル状態とは異なり、それは、一般に、
（ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、空燃比およびそれらの組合せとからなる群から選択される１つまたは複数の動作状態を変化させるステップと、
（ｂ）温度、空燃比およびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化させるステップとを含む。
【００６３】
以下のことは、カテゴリ（ａ）および（ｂ）に当たる複数の試験の特定の説明である。説明は例示だけのものであり、特許請求の範囲を好ましい実施形態に限定するものとして解釈するべきではない。
【００６４】
ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、空燃比およびそれらの組合せとからなる群から選択される動作状態を変化
カテゴリ（ａ）の試験は、必ずしもそれだけには限らないが、耐久性試験を含む設計検証試験を含む。そのような試験は、加速エージング試験および運転サイクル試験と比べて、１つまたは複数の異なるパラメータを含む。「異なるパラメータ」の例は、必ずしもそれだけには限らないが、階段状温度、温度サイクルのより短い間隔、増幅された大きさの温度サイクル、前述のタイプのサイクルの複数の繰り返し、それらの組合せからなる群から選択されるパラメータを含む。
【００６５】
カテゴリ（ａ）における試験の特定の例は、必ずしもそれだけには限らないが、シェル変形試験と温度分布試験と熱サイクル試験とコンバータ着火試験と空燃比掃引とを含む。前述の試験は以下により詳細に説明される。
【００６６】
シェル変形試験
触媒コンバータは、一般に、触媒担体がシェル内部にケースに入れられるように構成される。一体式触媒担体は、一般に、脆弱で容易に損傷を受けやすいセラミックから形成される。損傷を防ぐために、触媒は一般に、シェル内部に弾性的に支持される。
【００６７】
本出願は、非エンジン・ベースの試験システムを使用して、一般にシェル変形試験と呼ばれる、シェルが膨張する傾向を評価するための方法を提供する。シェル変形試験では、ＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇによって生成された熱い排気生成物に流体連通する容器を含む触媒コンバータ（図１の３３０）はいくつかの昇温および冷却期間にさらされる。言い換えれば、交互に代わる応力状態は、構成要素を排気生成物に第１温度に第１期間さらすステップと、構成要素を排気生成物に第２温度に第２期間さらすステップとを含む。第１および第２温度に対する構成要素（好ましくは触媒コンバータおよびシェルを含む）の動的および恒常的反応を評価するために、第１温度は第２温度と十分に異なる。
【００６８】
温度分布試験
温度分布試験は、内部（触媒）および外部（カンの表面）の温度勾配情報を得るために、好ましくは、定常ＡＦＲおよび流量状態で、１つまたは複数の構成要素を高温（定常状態）階段状の増加にさらすことを引き起こす。温度は漸進的に低減させることもできるが、交互に代わる状態は、一般に温度勾配状態を作るために、排気生成物の温度を漸進的に増加させることを含む。言い換えれば、触媒コンバータは第１温度に第１期間さらされ、第２温度に第２期間さらされ、第３温度に第３期間などにさらされる。構成要素は、温度勾配にさらすことの外部および内部の影響を決めるために、知られている方法を用いて評価される。
【００６９】
熱サイクル
本出願は熱サイクル試験用の熱い排気生成物を生成するためにＮＥＢＥＣＲＡＳを使用する。
【００７０】
熱サイクルは、急速にかつ繰り返し試験構成要素の温度を変えることによって、構成要素に極度に応力を加える。試験構成要素、好ましくは、触媒コンバータは、第１温度に第１期間さらされ、それから第２温度に第２期間などにさらされる。構成要素に熱的に応力を加えるために、第１温度および第２温度は十分に異なっている。
【００７１】
熱サイクルは、一体式触媒の耐久性も試験する。従来のセラミック体式触媒は、一般に、実際は触媒がその上に付着されるコーティングを備えるセラミック・サポートからなる。実質的な密度および強度を得るために、セラミック材料は普通高温で焼かれねばならない。そのような高温の燃焼は必然的にセラミック材料を焼結させて、非常に小さい表面積をもたらす。したがって、セラミックは、より大きな表面積、ならびに触媒の付着に必要な特定の化学的特徴をもつ別の材料で被覆されなければならない。大きい表面積の被覆または「薄め塗膜」および下のセラミック材料は、一般に異なる熱膨張係数をもつ。構成要素が熱サイクルにさらされるとき、大きい表面積の被覆が下のセラミック・サポートから剥がれる傾向がある。
【００７２】
着火試験
着火試験は、触媒コンバータが触媒的に活性化される温度を決定する。迅速な触媒着火は、コールド・スタート排気を低減させるために、一般に望ましい。本出願はＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇを着火試験の間、熱源として使用する方法を提供する。
【００７３】
「着火」試験の間、触媒コンバータは、初期温度の排気生成物にさらされ、それから温度が、着火温度より大きい温度に増加される。排気生成物構成要素の濃度は、触媒コンバータにさらされる前および触媒コンバータにさらされる後で、実質的に継続して測定される。
【００７４】
熱い排気生成物の初期温度は試験触媒の着火温度より低い。着火温度は特定の触媒コンバータと共に、また排気生成物の組成と共に変化するであろう。排気生成物がガソリンから生成される場合、初期温度は約２００℃またはそれより低く、好ましくは２００℃より低い。
【００７５】
触媒コンバータ用の「着火」点は、触媒層温度が入口温度を超えるとき指摘されたように、変換効率が増加する点である。排気生成物がガソリンから生成される場合、触媒の着火は一般に約２５０℃で起こる。
【００７６】
空燃比掃引
本出願はＮＥＢＥＣＲＡＳが、空燃比掃引の間、排気生成物発生器および熱源として使用される方法を提供する。触媒コンバータを異なるＡＦＲで評価するために、ＡＦＲを希薄から濃厚（へまたはその反対に）調節しながら、ＡＦＲ排気成分が測定される。階段状ＡＦＲ掃引試験では、各ＡＦＲは定常状態動作が達成されるまで、維持される。連続ＡＦＲ試験では、ＡＦＲは所定の速度で連続して調節される。図６は、ベンチ・エンジン試験セルを用いた、空燃比掃引の結果をグラフとして示す。
【００７７】
（ｂ）温度、空燃比およびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化
カテゴリ（ｂ）の試験は、１つまた複数の構成要素物理的完全性を評価する一般に耐久性試験である。そのような試験では、交互に代わる状態は、一般に、排気生成物を介した熱を含み、熱応力以外の追加の応力状態を含む。追加の応力状態の例は、必ずしもそれだけには限らないが、液体にさらすこと、振動にさらすこと（加速度または加速度力にさらすこと）、構成要素の方向を変えること、前述の任意のものに繰り返しさらすこと、およびそれらの組合せを含む。熱い振動試験および急冷試験は例示的であり、以下により詳細に説明する。
【００７８】
熱い振動試験
熱い振動試験では、ＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇまたは他のＮＥＢＥＣＲＡＳが、ガソリン・エンジンまたは本明細書に参照として組み込まれる米国特許６２９８７２９号などの、熱い振動試験リグにおいて知られている他の加熱装置に置き換えられる。図５を参照して、排気生成物は、配管３１０を介して試験取付具３２０に流体連通されたＮＥＢＥＣＲＡＳによって生成される。装置は振動発生器３３０に、好ましくは、振動分離継手３４０を介して機械的に伝達される。１つまたは複数の構成要素３３０は、ＮＥＢＥＣＲＡＳ、好ましくはＦＯＣＡＳ（登録商標）ｒｉｇによって生成された熱い排気生成物に流体連通される振動発生器３３０、好ましくは振動テーブルに機械的に伝達される試験取付具３２０の中に配置される。好ましい実施形態では、１つまたは複数の試験構成要素は、振動分離継手３４０を介して排気生成物配管３１０と摺動的に係合する加振テーブルに固定される。加振テーブルおよび／またはそれに付けられた取付部品は、垂直、水平および角度を付けた構成要素の方向を提供するように構成される。１つまたは複数の試験構成要素は、長期間の振動ならびに定常状態および過渡的な熱い排気生成物の流れにさらされる。
【００７９】
熱い振動試験の好ましい実施形態では、構成要素は加振テーブルに固定され、熱い排気生成物にさらされる。加振テーブルは、所定の振動周波数および振幅で振動するために起動され、構成要素の加速度は構成要素（図示せず）に固定して取り付けられた検出器によって決定される。励起エネルギーの振幅は、構成要素が、実際の車両で遭遇すると予想される運動の範囲をシミュレートする。加えられた振動の入力振幅は、試験の激しさを加速するために増加することができ、振動の周波数分布を特定の自動車用のまたは特定の車両動作状態用の排気システムの振動状態に合致するように設定することができる。
【００８０】
構成要素を横切って伝達される力は、ロードセルによって検出され、試験が進むにつれて集められ、分析される。
【００８１】
振動発生器は任意の適切な構成でよい。例えば、米国特許第６６７２４３４号、米国特許出願２００４００２５６０８を参照。
【００８２】
急冷試験
急冷試験は、車両の触媒コンバータが水さらされる状態、例えば、車両が水たまりまたは洪水領域を通って運転される場合をシミュレートする。急冷試験では、構成要素は比較的一定の排気生成物温度にさらされるが、構成要素の表面は、噴霧によりまたはそれに沈めることによって、液体、好ましくは水で急速に冷却される。液体が水の場合、水は真水または塩水でよく、汚染物を含んでもよい。
【００８３】
水冷却試験を行うために使用されるリグは、液体源および試験構成要素表面、好ましくは触媒コンバータ表面に流体連通する液体供給部材を含む。液体供給部材は試験の間、一度または繰り返し、表面を液体にさらすために、起動される。好ましい実施形態では、液体供給部材、好ましくはノズルまたはマニホルド装置は、構成要素の表面を液体で噴霧し、または液体内に構成要素を沈めるのに効果的である。それから、構成要素は、構成要素上の表面冷却の影響を評価するために、知られている方法を用いて評価される。
【００８４】
上で見たように、好ましい交互に代わる状態は、必ずしもそれだけには限らないが、繰り返しの加熱および冷却の期間と、階段状の温度増加と、急激な温度変化と、外部液体にさらすステップと、任意の触媒コンバータの着火までの漸進的な温度増加と、漸進的な空燃比の増加を使用した掃引試験と、それらの組合せとを含む。
【００８５】
当分野の技術者は、本出願の趣旨および範囲を逸脱することなく、本出願に多くの修正を加えることができることがわかるであろう。本明細書に記載された実施形態は説明のためだけのものであり、特許請求の範囲の中で定義される本出願を限定するものとしてとるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本システムの１つの実施形態の概略図である。
【図２Ａ】非エンジン・ベースの熱源での使用に適したバーナの好ましい実施形態の図である。
【図２Ｂ】図２Ａのバーナの円で囲まれた部分の拡大図である。
【図３Ａ】バーナの燃焼セクションに入る空気に渦巻運動を与える渦巻板（ｓｗｉｒｌ ｐｌａｔｅ）の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの渦巻板の背面図である。
【図３Ｄ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図３Ｅ】図３Ａおよび図３Ｃの渦巻板を通る断面図である。
【図４Ａ】空気支援式燃料噴霧ノズルの１つの実施形態の分解図である。
【図４Ｂ】空気噴射開口の配置を示す図４Ａの空気支援式燃料噴霧ノズルの雄の取付部品のフランジ端部の正面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの空気支援式燃料噴霧ノズルの対向する端部の正面図である。
【図４Ｄ】好ましい空気支援式燃料噴霧ノズルの図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの空気支援式燃料噴霧ノズルの雄の取付部品のフランジ端部の正面図である。
【図４Ｆ】図４Ｄの空気支援式燃料噴霧ノズルの対向する端部の正面図である。
【図５】本方法による交互に代わる応力状況を提供するように備えられているシステムのボックス・ダイアグラムである。
【図６】ベンチ・エンジンを使用した空燃比掃引試験の間に生成されたデータのグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非エンジン・ベースの試験システムを用いて１つまたは複数の構成要素を評価するための方法において、
前記１つまたは複数の構成要素と流体連通する燃焼室を含む非エンジン・ベースの試験システムを提供するステップと、
制御された空燃比（ＡＦＲ）を含む供給状態の下で前記燃焼室に燃料および空気を供給するステップであって、前記供給状態が供給ストリームの流路を生成するステップと、
前記燃焼室への実質的な損傷を防止する一方で、排気生成物を生成する燃焼状態の下で、供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼するステップと、
加速エージング状態または運転サイクル状態以外の交互に代わる状態の下で、前記１つまたは複数の構成要素を前記排気生成物にさらすステップとを含む方法。
【請求項２】
前記供給状態が第１コラプス、第２膨張および第２コラプスを含む供給ストリームの流路を生成し、前記供給ストリームの流路が、前記燃料の燃焼の間、火炎が供給部材に付着することを防止し、かつ前記燃料の燃焼の間、火炎が前記燃焼室の内壁に継続した接触を保つことを防止する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含む請求項１および２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素への前記排気生成物および前記交互に代わる状態の影響を評価するステップをさらに含む請求項１から２および３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記交互に代わる状態が、
（ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、ＡＦＲおよびそれらの組合せとからなる群から選択される１つまたは複数の動作状態を変化させるステップと、
（ｂ）温度、ＡＦＲおよびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化させるステップとからなる群から選択される請求項１から３および４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記交互に代わる状態が、設計検証状態である請求項１から４および５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記供給状態が、前記排気生成物を生成するために、空気および燃料の混合供給ストリームおよび前記供給ストリーム内に実質的に連続した効率的な化学量論的な燃焼燃料を作る請求項１から５および６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記交互に代わる状態がＲＡＴ−Ａサイクル状態以外で、かつＦＴＰ−７５シミュレーション状態以外である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記交互に代わる状態がＲＡＴ−Ａサイクル状態以外であり、前記ＲＡＴ−Ａサイクル状態が定常状態、化学量論的動作状態と熱エクスカーション状態とを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＡＴ−Ａサイクル状態が
第１閉ループ時間のための約８００℃の触媒入口温度を含む第１閉ループ化学量論的状態と、
第１開ループ、燃料濃厚時間のための熱エクスカーションをシミュレートするのに効果的な第１開ループ、燃料濃厚状態と、
第２開ループ、燃料濃厚時間のための２次空気流を含む第２開ループ、燃料濃厚状態と、
第２閉ループ時間のための２次空気流を含む第２閉ループ、化学量論状態とを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１閉ループ時間が約４０秒であり、
前記第１開ループ、燃料濃厚状態が約３％のＣＯを含み、前記第１開ループ、燃料濃厚時間が約６秒であり、
前記第２開ループ、燃料濃厚状態が約３％のＣＯを含み、前記第２開ループ、燃料濃厚時間が約１０秒であり、
前記第２閉ループ時間が約４秒である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記交互に代わる状態がＦＴＰ−７５シミュレーション状態ではなく、ＦＴＰ−７５シミュレーション状態が、
０から約２００標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）まで排気の流量を変化させるステップと、
約２０℃から約９００℃まで、排気生成物温度を変化させるステップと、
約１０から約４０ＡＦＲまで、排気生成物化学量論比を変化させるステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記排気生成物化学量論比を前記変化させるステップが約１０から約２０ＡＦＲまでであり、
前記温度が約２００℃から約１０５０℃までに維持される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記交互に代わる状態が、振動状態、温度分布状態、熱応力状態、急冷状態、着火状態および空燃比掃引状態からなる群から選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記交互に代わる状態が、車両内の前記触媒コンバータの運動の範囲をシミュレートするのに効果的である振動状態である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒コンバータを前記排気生成物および振動状態に前記さらすステップであって、
負荷セルに機械的に伝達される振動テーブルに前記触媒コンバータを固定するステップと、
所定の振動周波数および振幅で振動させるために前記振動テーブルを起動するステップと、
前記触媒コンバータを横切って伝達される力を測定するステップとを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の構成要素が、シェルに内に入れられた触媒一体式触媒の触媒コンバータを含む方法において、
第１温度に第１期間、前記触媒コンバータをさらすステップと、第２温度に第２期間、前記触媒コンバータをさらすステップとを含む温度分布状態の下に前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、前記供給状態を一定に維持するステップとを含む方法であって、
供給状態の下で、前記第１温度および前記第２温度に対する前記一体式触媒および前記シェルの動的および恒常的反応を評価するために、前記第１温度が前記第２温度と十分に異なる請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２温度が前記第１温度より大きい方法であって、１つまたは複数の続いて起こる温度に１つまたは複数の続いて起こる期間、前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらし、前記一体式触媒および前記シェルを評価するための温度勾配情報を生み出す状態の下で、各連続して続いて起こる温度が、前記以前の温度より大きいステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の構成要素が、シェルに内に入れられた触媒一体式触媒の触媒コンバータを含む方法において、
第１温度に第１期間、前記触媒コンバータをさらすステップと、第２温度に第２期間、前記触媒コンバータをさらすステップとを含む熱応力状態の下に前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、前記供給状態を一定に維持するステップとを含む方法であって、
前記第１温度が前記第２温度と十分に異なり、第１期間および第２期間の持続時間が、前記触媒コンバータに熱的に応力を与えるには十分に短い請求項７に記載の方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の続いて起こる温度に、１つまたは複数の続いて起こる期間、前記触媒コンバータを前記排気生成物にさらすステップであって、前記１つまたは複数の続いて起こる温度が十分な差異をもち、前記１つまたは複数の続いて起こる期間が、前記一体式触媒および前記シェルに熱的応力を加えるには十分に短い継続時間をもつステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含み、前記方法が前記排気生成物を実質的に一定の温度に維持するステップと前記触媒コンバータ・シェルを水にさらすステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２２】
水に前記触媒コンバータ・シェルをさらす前記ステップが、前記触媒コンバータ・シェル上に水を噴霧するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１つまたは複数の構成要素が、触媒構成要素を含む方法であって、
初期温度より大きい試験温度で排気生成物を生成するのに効率的な燃焼状態の下で、前記供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼させるステップと、
前記初期温度および、触媒コンバータ用の着火状態を決定するのに効率的な燃焼状態の下、１つまたは複数の試験温度で、排気生成物の組成を測定するステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２４】
前記着火状態が前記初期温度より大きい触媒層温度を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記燃料がガソリンであり、前記初期温度が約２００℃またはそれより小さい請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含み、前記燃焼状態が初期ＡＦＲを含む方法であって、
初期ＡＦＲで生成された排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、排気生成物の組成を測定するステップと、
前記初期ＡＦＲを１つまたは複数の異なる試験ＡＦＲに変化させ、１つまたは複数の異なる試験ＡＦＲで生成された排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、排気生成物の組成を測定するステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２７】
前記初期のＡＦＲが希薄であり、前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが濃厚である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記初期のＡＦＲおよび前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが定常状態動作が達成されるまで維持される請求項２６および２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが所定の速度で継続して調節される請求項２８に記載の方法。
【請求項１】
非エンジン・ベースの試験システムを用いて１つまたは複数の構成要素を評価するための方法において、
前記１つまたは複数の構成要素と流体連通する燃焼室を含む非エンジン・ベースの試験システムを提供するステップと、
制御された空燃比（ＡＦＲ）を含む供給状態の下で前記燃焼室に燃料および空気を供給するステップであって、前記供給状態が供給ストリームの流路を生成するステップと、
前記燃焼室への実質的な損傷を防止する一方で、排気生成物を生成する燃焼状態の下で、供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼するステップと、
加速エージング状態または運転サイクル状態以外の交互に代わる状態の下で、前記１つまたは複数の構成要素を前記排気生成物にさらすステップとを含む方法。
【請求項２】
前記供給状態が第１コラプス、第２膨張および第２コラプスを含む供給ストリームの流路を生成し、前記供給ストリームの流路が、前記燃料の燃焼の間、火炎が供給部材に付着することを防止し、かつ前記燃料の燃焼の間、火炎が前記燃焼室の内壁に継続した接触を保つことを防止する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含む請求項１および２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素への前記排気生成物および前記交互に代わる状態の影響を評価するステップをさらに含む請求項１から２および３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記交互に代わる状態が、
（ａ）温度、温度における変化の間の時間間隔、ＡＦＲおよびそれらの組合せとからなる群から選択される１つまたは複数の動作状態を変化させるステップと、
（ｂ）温度、ＡＦＲおよびそれらの組合せからなる群から選択される１つまたは実質的に一定の複数の動作状態を維持しながら、１つまたは複数の他の状態を変化させるステップとからなる群から選択される請求項１から３および４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記交互に代わる状態が、設計検証状態である請求項１から４および５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記供給状態が、前記排気生成物を生成するために、空気および燃料の混合供給ストリームおよび前記供給ストリーム内に実質的に連続した効率的な化学量論的な燃焼燃料を作る請求項１から５および６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記交互に代わる状態がＲＡＴ−Ａサイクル状態以外で、かつＦＴＰ−７５シミュレーション状態以外である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記交互に代わる状態がＲＡＴ−Ａサイクル状態以外であり、前記ＲＡＴ−Ａサイクル状態が定常状態、化学量論的動作状態と熱エクスカーション状態とを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＡＴ−Ａサイクル状態が
第１閉ループ時間のための約８００℃の触媒入口温度を含む第１閉ループ化学量論的状態と、
第１開ループ、燃料濃厚時間のための熱エクスカーションをシミュレートするのに効果的な第１開ループ、燃料濃厚状態と、
第２開ループ、燃料濃厚時間のための２次空気流を含む第２開ループ、燃料濃厚状態と、
第２閉ループ時間のための２次空気流を含む第２閉ループ、化学量論状態とを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１閉ループ時間が約４０秒であり、
前記第１開ループ、燃料濃厚状態が約３％のＣＯを含み、前記第１開ループ、燃料濃厚時間が約６秒であり、
前記第２開ループ、燃料濃厚状態が約３％のＣＯを含み、前記第２開ループ、燃料濃厚時間が約１０秒であり、
前記第２閉ループ時間が約４秒である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記交互に代わる状態がＦＴＰ−７５シミュレーション状態ではなく、ＦＴＰ−７５シミュレーション状態が、
０から約２００標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）まで排気の流量を変化させるステップと、
約２０℃から約９００℃まで、排気生成物温度を変化させるステップと、
約１０から約４０ＡＦＲまで、排気生成物化学量論比を変化させるステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記排気生成物化学量論比を前記変化させるステップが約１０から約２０ＡＦＲまでであり、
前記温度が約２００℃から約１０５０℃までに維持される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記交互に代わる状態が、振動状態、温度分布状態、熱応力状態、急冷状態、着火状態および空燃比掃引状態からなる群から選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記交互に代わる状態が、車両内の前記触媒コンバータの運動の範囲をシミュレートするのに効果的である振動状態である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒コンバータを前記排気生成物および振動状態に前記さらすステップであって、
負荷セルに機械的に伝達される振動テーブルに前記触媒コンバータを固定するステップと、
所定の振動周波数および振幅で振動させるために前記振動テーブルを起動するステップと、
前記触媒コンバータを横切って伝達される力を測定するステップとを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の構成要素が、シェルに内に入れられた触媒一体式触媒の触媒コンバータを含む方法において、
第１温度に第１期間、前記触媒コンバータをさらすステップと、第２温度に第２期間、前記触媒コンバータをさらすステップとを含む温度分布状態の下に前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、前記供給状態を一定に維持するステップとを含む方法であって、
供給状態の下で、前記第１温度および前記第２温度に対する前記一体式触媒および前記シェルの動的および恒常的反応を評価するために、前記第１温度が前記第２温度と十分に異なる請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２温度が前記第１温度より大きい方法であって、１つまたは複数の続いて起こる温度に１つまたは複数の続いて起こる期間、前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらし、前記一体式触媒および前記シェルを評価するための温度勾配情報を生み出す状態の下で、各連続して続いて起こる温度が、前記以前の温度より大きいステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の構成要素が、シェルに内に入れられた触媒一体式触媒の触媒コンバータを含む方法において、
第１温度に第１期間、前記触媒コンバータをさらすステップと、第２温度に第２期間、前記触媒コンバータをさらすステップとを含む熱応力状態の下に前記排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、前記供給状態を一定に維持するステップとを含む方法であって、
前記第１温度が前記第２温度と十分に異なり、第１期間および第２期間の持続時間が、前記触媒コンバータに熱的に応力を与えるには十分に短い請求項７に記載の方法。
【請求項２０】
１つまたは複数の続いて起こる温度に、１つまたは複数の続いて起こる期間、前記触媒コンバータを前記排気生成物にさらすステップであって、前記１つまたは複数の続いて起こる温度が十分な差異をもち、前記１つまたは複数の続いて起こる期間が、前記一体式触媒および前記シェルに熱的応力を加えるには十分に短い継続時間をもつステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含み、前記方法が前記排気生成物を実質的に一定の温度に維持するステップと前記触媒コンバータ・シェルを水にさらすステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２２】
水に前記触媒コンバータ・シェルをさらす前記ステップが、前記触媒コンバータ・シェル上に水を噴霧するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１つまたは複数の構成要素が、触媒構成要素を含む方法であって、
初期温度より大きい試験温度で排気生成物を生成するのに効率的な燃焼状態の下で、前記供給ストリームの流路中の燃料の少なくとも一部を燃焼させるステップと、
前記初期温度および、触媒コンバータ用の着火状態を決定するのに効率的な燃焼状態の下、１つまたは複数の試験温度で、排気生成物の組成を測定するステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２４】
前記着火状態が前記初期温度より大きい触媒層温度を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記燃料がガソリンであり、前記初期温度が約２００℃またはそれより小さい請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の構成要素が触媒コンバータを含み、前記燃焼状態が初期ＡＦＲを含む方法であって、
初期ＡＦＲで生成された排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、排気生成物の組成を測定するステップと、
前記初期ＡＦＲを１つまたは複数の異なる試験ＡＦＲに変化させ、１つまたは複数の異なる試験ＡＦＲで生成された排気生成物に前記触媒コンバータをさらしながら、排気生成物の組成を測定するステップとを含む請求項７に記載の方法。
【請求項２７】
前記初期のＡＦＲが希薄であり、前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが濃厚である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記初期のＡＦＲおよび前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが定常状態動作が達成されるまで維持される請求項２６および２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つまたは複数の異なる試験のＡＦＲが所定の速度で継続して調節される請求項２８に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５１３７３３（Ｐ２００８−５１３７３３Ａ）
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２５７８７（Ｐ２００７−５２５７８７）
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２８５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０７６３
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５００５５３７３０）サウスウエスト リサーチ インスティテュート (9)
【住所又は居所原語表記】６２２０ ＣＵＬＥＢＲＡ ＲＯＡＤ ＳＡＮ ＡＮＴ ＯＮＩＯ，ＴＥＸＡＳ ７８２３８ ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２８５４１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２０７６３
【国際公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【出願人】（５００５５３７３０）サウスウエスト リサーチ インスティテュート (9)
【住所又は居所原語表記】６２２０ ＣＵＬＥＢＲＡ ＲＯＡＤ ＳＡＮ ＡＮＴ ＯＮＩＯ，ＴＥＸＡＳ ７８２３８ ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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