JP2000506239A - 圧力波過給機を備えた火花点火機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、圧力波過給機と三元触媒とを備えた火花点火機関に関する。炭素水素、一酸化炭素及び窒素酸化物の汚染物質を除去するために、効果的な方法では、三元触媒の下流側には酸化触媒（１２）が設けられており、前記三元触媒は過給機のアウトレットと排気部（１１）との間に配置されている。従って、その酸化触媒は、過給機からの過剰空気によって作動できる。上述の組合せは、高い比出力でもって、ほぼ汚染因子を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力波過給機を備えた火花点火機関 火花点火機関は１００年以上にわたって造られており、その火花点火機関は、 出力向上及び燃料消費の削減の観点から絶えず改良されている。しかしながら、 かなりの改良は既に達成されており、従来の火花点火機関の燃料消費のわずかな 削減のみが可能である。さらに、近年では、排気ガスの削減、それに対応する種 々の触媒を使用した排気ガス浄化装置に熱心な努力がはらわれ、三元触媒が最も 成功をおさめており、３つの主要な汚染成分の同時の変換を可能にする。 排気ガスと空気とが相互の接触を瞬間的に生じるところにある圧力波過給機は それ自体周知である。種々の企業が、圧力波過給機を自動車に使用することを試 みており、他方で、最大の試みはエンジンの出力の向上に向けられた。知る限り では、圧力波過給機は単に一連のディーゼルエンジンと組合せられている。 ヨーロッパ特許0 415 128号公開公報には、請求の範囲第１項の上位概念のエ ンジンが開示されており、触媒をエンジンの近辺に配置しかつ過給空気により冷 却することによって、圧力波過給機を備えた内燃機関における触媒の経時プロセ スを最小にすることが提案されている。 1987年12月22日発行の日本国特許要約、11巻、第392(M-653)及び日本国特許第 62-159,717号公開公報から、アウトレットに三元触媒が設けられた過給機関が知 られており、この触媒は低速でのみ作用する。 ドイツ国特許第37 32 301号明細書には、内燃機関の排気ガスを浄化するため の装置が開示されている。そこでは、三元触媒が使用され、その後には酸化触媒 が続いている。酸化触媒内で増加する温度は測定されており、かつフィードバッ ク調整に利用されている。 この従来技術から出発して、本発明の目的は比出力の増加と、汚染成分の排出 量の削減との双方を可能する火花点火機関を提供することにある。この目的は、 圧力波過給機を備えた火花点火機関、三元触媒並びに付加的な酸化触媒の組合せ を明らかにした、請求の範囲第１項記載の火花点火機関により解決される。 さらにその他の特徴及び利点は並びに冷間始動状態における欠点を防止するた めの手段は、その他の請求の範囲の記載により明らかになる。 以下に、添付した図面を参照して本発明をより詳細に説明する。第１図は、効 果的な排気ガス浄化装置を有する、本発明の火花点火機関を概略的に示す。 第１図は火花点火機関１、即ち内燃機関、インレットチャンネル３内の絞り弁 ２、及びアウトレット１５内の三元触媒４を示す。自動車或いは航空機用エンジ ンのようなどんな周知の内燃機関であってもよいエンジン、並びにそのファン１ ７及び出力部１８が図示されており、三元触媒４は、上述したような従来技術の 火花点火機関を構成する。 従来の火花点火機関には圧力波過給機５が付加されており、この圧力波過給機 は、インレットチャンネル内の過給空気冷却機６により操作されることが有利で ある。圧力波過給装置はまた、電気的或いは機械的な駆動装置７を備えているが 、その圧力波過給機を適切に形成かつ定寸することにより省略することも可能で ある。空気吸入口８には、エアーフィルター９及び（周知の圧力波過給機と比較 して）過給機絞り弁１０が備えられている。排気部１１は、酸化触媒１２の形で 第２の触媒を備えている。この触媒の制御は、ラムダプローブ１３、温度プロー ブ１４及びいわゆるウェィストゲートフラップ１９により行われる。 チャンネル内の矢印は空気とガスの流れを示し、この概略図は次のようなこと を示す。即ち、新鮮空気が空気吸入口８から取入れられ、そしてフィルター９及 び過給機絞り弁１０を介して圧力波過給機５に供給される。圧力波過給機では、 新鮮空気の大部分が排気ガスの作用を受けて圧縮され、そして過給空気冷却機６ 及び絞り弁２を介して内燃機関１に供給される。新鮮空気の一部は、掃気の形で 圧力波過給機５を通過し、そして排気部１１に流出し、排気ガスと混合される。 内燃機関１から排気ガスは、三元触媒４を通って圧力波過給機５に流出し、排気 ガスは新鮮空気と混合され、従って、酸化触媒１２を通って排気部１１に流出す る。 ウェィストゲートフラップ１９は、過給圧力が過剰な場合に開放することがで き、その結果、排気ガスの一部は圧力波過給機５を通りすぎて送られる。これに より、より小さな圧力比を生じる。このことは、駆動ユニットのよりよい総合効 率を得ることを可能にし、従って、燃料消費を削減することを可能にする。ウェ ィストゲートフラップの代わりに、それ自体は周知である、過給圧力を制御する 他の手段を使用することも可能である。 過給機絞り弁１０は掃気の制御に役立つ。これにより、排気部まで到達する新 鮮空気の比率を減少させることが可能になる。その結果、酸化触媒１２における 排気ガス温度が高められるので、この酸化触媒はより早くその始動温度に到達し 、従って、より高い変換率が得られる。温度プローブ１４の信号は過給機絞り弁 を制御する調整値として使用される。エンジンの回転数と絞り弁２の下流側の圧 力とは、さらに別の制御値として役立つ。 エンジンは、１のラムダ率或いはわずかの過剰燃料でもって駆動される。今日 、電気的な混合気制御器（ラムダプローブ）と関連して設けられた三元触媒が最 も効率のよい排気ガス浄化装置を代表することは周知である。この場合、３つの 汚染成分全ての変換を可能するが、可能ながぎり正確な理論燃料−空気混合物を 必要とする。３つの成分は炭素水素(ＨＣ)、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物 （ＮＯｘ）である。制御範囲ラムダ１を高濃度側にシフトすることによって、窒 素酸化物がより効率よく変換されかつ除去される。しかし、このことは、他の２ つの成分の変換率の低下を招き、従って、単に三元触媒を使用するにすぎない場 合には役立たない。 圧力波過給機の使用により、内燃機関の効率を高めることが可能になり、そし て圧力波過給機が排気装置内の過剰空気を作り出すことにより、酸化触媒の使用 も可能になり、主に炭素水素及び一酸化炭素から成る残りの成分が最適に変換で きる。触媒のコーティングによって、酸化触媒において本質的な窒素酸化物の変 換も達成できる。 アウトレット１５における排気ガス温度が低い場合、即ち冷間始動状態の場合 、触媒の変換率はより小さくなり、その結果より多くの排気ガスが排出される。 さらに、排気ガス温度が低下した時、過給機内における圧力波処理は常に多く の問題を含み、そしてこの処理は、極端な場合には完全に停止状態になる。従っ て、エンジンの冷間始動時、過給圧力は減少し、このことは、エンジンの出力を 僅かにする。 ２つの問題は、アウトレット１５と三元触媒４との間に配置されたバーナ２２ によって抑制でき、このバーナは低い排気ガス温度の場合に作動する。この方法 では、一方で触媒がより早くその最適な作用温度にもたらされ、他方でガスがよ り高い温度で過給機に到達する。従って、圧力波処理は、エンジンが未だ冷間始 動状態である時に開始され、そしてエンジンの最高出力が得られる。さらに第１ 図には、バーナ２２の空気供給部２０及び燃料供給部２１が示されている。 上述のバーナ２２の代わりに、他の加熱装置、例えば電気的操作のヒータを使 用することもできる。これと関連して、触媒の機能と過給機の機能とが有利な影 響を及ぼすということは重要である。 従って、火花点火機関と圧力波過給機との組合は、出力の増加を可能にし、と りわけそれに続く酸化触媒の使用も可能にする。これにより、一方では、三元触 媒の従来の使用と比べて、三元触媒の使用により汚染物質の１つ、即ち窒素酸化 物の効果的な除去が可能になり、他方では、過剰空気のため酸化触媒内に残存す る成分、即ち炭素水素及び一酸化炭素の特に高い変化率が得られる。 この装置により、従来の火花点火機関に比べて成分のかなりの削減ができる。 同じ出力の従来の火花点火機関との比較では、圧力波過給機を使用することは、 燃料消費が少ないより小さなエンジン、或いは総重量がより小さいエンジンの使 用が可能になり、他方で、相当な成分除去が達成できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧力波過給機（５）と調整された三元触媒とを組合わせた火花点火機関に おいて、 三元触媒に、圧力波過給機（５）のアウトレットと排気部との間に配置された 酸化触媒（１２）が引き続き設けられていることを特徴とする火花点火機関。 ２．掃気量を制御するために、圧力波過給機（５）のインレットに過給機絞り 弁（１０）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の火花点火 機関。 ３．過給圧を調整するために、圧力波過給機（５）のアウトレットに制御手段 が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項記載の火花 点火機関。 ４．制御手段がウェィストゲートフラップ（１９）を有していることを特徴と する請求の範囲第３項記載の火花点火機関。 ５．圧力波過給機が駆動部材（７）を備え、この駆動部材がセルロータの回転 数の安定に役立ちかつ電気的或いは機械的に駆動されることを特徴とする、請求 の範囲第１項〜第４項のいずれか１つに記載の火花点火機関。 ６．加熱装置（２２）が、三元触媒をその最適な作用温度により早くもたらし かつ圧力波過給機のより早い作動を可能にするために、エンジンのアウトレット （１５）と三元触媒（４）との間に加熱装置（２２）が配置されていることを特 徴とする、請求の範囲第１項〜第５のいずれか１つに記載の火花点火機関。 ７．加熱装置が空気供給部と燃料供給部（２０，２１）とを備えたバーナ（２ ２）であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の火花点火機関。