JP2002256867A - 排気浄化装置を備えた内燃機関 - Google Patents

排気浄化装置を備えた内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全負荷領域及び全運転範囲（低速，中速，高
速）において、排気ガス中に含まれる有害成分を浄化す
ることができる排気浄化装置を備えた内燃機関を提供す
ることである。 【解決手段】 内燃機関の排気通路に燃焼器を設け、前
記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温度とを制御する空気過
剰率制御手段と燃焼温度制御手段とを設け、前記燃焼器
内における燃焼により排気ガスに含まれる有害成分を浄
化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス中に含まれるＮＯＸやＨＣ等の有害成分を除去するこ
とができる排気浄化装置を備えた内燃機関に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス中に含
まれるＮＯＸ等の有害成分は、排気通路に触媒や排気微
粒子を除去するフィルタを設けることにより除去し、清
浄な排気ガスを排出するようにするのが一般的である。
ところが、この触媒やフィルタなどの後処理装置は高価
である上に経時劣化や燃料に含まれるＳ（硫黄）成分に
より浄化性能が悪化する。また、フィルタはすす等の微
粒子による目詰まりを起こし、期待する浄化性能を常に
発揮することが困難であり、使用条件が限定される。
【０００３】また、燃焼により排気ガスを浄化するもの
として本願出願人の出願である特開昭５９−５３４号の
「排気タービン過給機付内燃機関の排気ガス処理装置」
がある。しかし、この特開昭５９−５３４号では、内燃
機関の始動性を向上させるために排気通路に燃焼器が設
けられており、低負荷時又は低速運転時において排出さ
れる排気ガスの浄化は可能であるが、高負荷時及び高速
運転時に排出される排気ガスは浄化することができな
い。未燃ＨＣは浄化（酸化）することができるが、ＮＯ
Ｘは浄化（還元）できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、全
負荷領域及び全運転範囲（低速，中速，高速）におい
て、排気ガス中に含まれる有害成分を浄化することがで
きる排気浄化装置を備えた内燃機関を提供することを課
題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に燃焼器を設
け、前記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温度とを制御する
空気過剰率制御手段と燃焼温度制御手段とを設け、前記
燃焼器内における燃焼により排気ガスに含まれる有害成
分を浄化するようにした。
【０００６】請求項２の発明では請求項１の発明におい
て、前記燃焼器内の空気過剰率λを前記空気過剰率制御
手段により １．０≦λ≦１．２ の範囲内に設定し、
排気ガス中のＮＯＸを浄化するようにした。
【０００７】請求項３の発明では請求項１の発明におい
て、前記燃焼器に炭化水素系の燃料を供給するようにし
た。
【０００８】請求項４の発明では請求項１の発明におい
て、前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の酸素濃度を
１０％未満に設定し、かつ空気過剰率制御手段により空
気過剰率λを １．０＜λ＜１．２ の範囲内に設定す
るようにした。
【０００９】請求項５の発明では請求項４の発明におい
て、前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の燃焼温度Ｔ
を、 ８００℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲内に設定する
ようにした。
【００１０】請求項６の発明では請求項１の発明におい
て、前記燃焼器内の空気過剰率λを前記空気過剰率制御
手段により １．０＜λ に設定し、排気ガス中のＨ
Ｃ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化するようにした。
【００１１】請求項７の発明では請求項６の発明におい
て、前記燃焼器に炭化水素系の燃料を供給するようにし
た。
【００１２】請求項８の発明では請求項１の発明におい
て、前記空気過剰率制御手段により燃焼器内の空気過剰
率λを １．４＜λ に設定するようにした。
【００１３】請求項９の発明では請求項８の発明におい
て、前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の燃焼温度Ｔ
を １３００℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲内に設定する
ようにした。
【００１４】請求項１０の発明では請求項１，２，４，
６及び８のうちのいずれかの発明において、前記空気過
剰率制御手段として燃料供給量調整手段を備え、前記燃
料供給量調整手段により燃焼器への燃料の供給量を制御
して燃焼器内の空気過剰率を制御可能にした。
【００１５】請求項１１の発明では請求項１，２，４，
６及び８のうちのいずれかの発明において、前記空気過
剰率制御手段として燃料供給量調整手段と空気供給量調
整手段とを備えた。
【００１６】請求項１２の発明では請求項１１の発明に
おいて、前記空気供給量調整手段として圧縮機からの圧
縮空気の供給手段を備えた。
【００１７】請求項１３の発明では請求項１、２，４，
６及び８のうちのいずれかの発明において、内燃機関の
排気ガスの全量を燃焼器内の燃焼領域に供給するように
した。
【００１８】請求項１４の発明では請求項１，２，４，
６及び８のうちのいずれかの発明において、燃焼器内の
排気ガスを浄化する燃焼領域へ供給する排気ガス量と、
前記燃焼領域より下流側の浄化後の排気ガスの温度を低
下させる希釈領域へ供給する排気ガス量とを調整可能な
調整手段を備えた。
【００１９】請求項１５の発明では請求項１の発明にお
いて、内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出
手段，排気温度検出手段，給気圧検出手段及びこれらの
検出手段により得られた検出信号から前記内燃機関の燃
焼室で発生した排気ガスの空気過剰率を算出する空気過
剰率算出手段と機関出力を算出する機関出力算出手段を
設け、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス量を検
出する排気ガス排出量検出手段を設け、前記空気過剰率
算出手段により算出された空気過剰率と排気ガス排出量
検出手段により得られた排気ガス排出量により燃焼器内
の空気過剰率λを検出可能でかつ検出した空気過剰率λ
を所望する範囲内に変更可能な空気過剰率制御手段を設
けた。
【００２０】請求項１６の発明では請求項１の発明にお
いて、前記燃焼器内に空気過剰率λを λ≦１．２ の
範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄化する上流側燃
焼領域を設け、前記上流側燃焼領域よりも下流側に空気
過剰率λを １．０＜λ の範囲に設定して排気ガス中
のＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化する下流側燃焼
領域を設け、前記上流側燃焼領域及び下流側燃焼領域で
排気ガスに含まれるＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微
粒子を浄化するようにした。
【００２１】請求項１７の発明では請求項１の発明にお
いて、前記燃焼器内の上流側に空気過剰率λを １．０
＜λ の範囲に設定して排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びす
す等の微粒子を浄化する上流側燃焼領域を設け、前記上
流側燃焼領域よりも下流側に空気過剰率λを １．０≦
λ≦１．２ の範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄
化する下流側燃焼領域を設け、前記上流側燃焼領域及び
下流側燃焼領域で排気ガスに含まれるＮＯＸ，ＨＣ，Ｃ
Ｏ及びすす等の微粒子を浄化するようにした。
【００２２】請求項１８の発明では請求項１の発明にお
いて、前記燃焼器内の上流側に空気過剰率λを λ＜
１．０ の範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄化す
る上流側燃焼領域を設け、前記上流側燃焼領域よりも下
流側に空気過剰率λを １．４＜λ の範囲に設定して
排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化する
下流側燃焼領域を設け、前記上流側燃焼領域及び下流側
燃焼領域で排気ガスに含まれるＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及び
すす等の微粒子を浄化するようにした。
【００２３】請求項１９の発明では請求項１６〜１８の
うちのいずれかの発明において、燃焼器内の上流側燃焼
領域に供給した排気ガスの全量を下流側燃焼領域に供給
するようにした。
【００２４】請求項２０の発明では請求項１６〜１８の
うちのいずれかの発明において、内燃機関で発生した排
気ガスを前記燃焼器の上流側燃焼領域と下流側燃焼領域
へ供給する分岐通路を設け、かつ上流側燃焼領域に供給
された排気ガスを下流側燃焼領域へ供給可能にした。
【００２５】請求項２１の発明では請求項１６〜１８の
うちのいずれかの発明において、浄化後の排気ガスの温
度を低下させるための希釈領域を前記下流側燃焼領域よ
りもさらに下流側に設け、内燃機関で発生した排気ガス
を前記燃焼器の上流側燃焼領域と下流側燃焼領域及び前
記希釈領域へ供給する分岐通路を設け、かつ上流側燃焼
領域で浄化された排気ガスを下流側燃焼領域へ供給可能
にした。
【００２６】請求項２２の発明では請求項１９〜２１の
うちのいずれかの発明において、上流側燃焼領域及び下
流側燃焼領域へ直接供給する排気ガスの供給量を調整す
る調整手段を備えた。
【００２７】請求項２３の発明では請求項１〜９，１６
〜１８のうちのいずれかの発明において、内燃機関で発
生した排気ガスの一部を燃焼器内の燃焼領域より下流側
の希釈領域に直接供給可能にし、燃焼領域で浄化された
排気ガスの温度を低下させるようにした。
【００２８】請求項２４の発明では請求項１〜９，１６
〜１８のうちのいずれかの発明において、圧縮機により
生成される圧縮空気を燃焼器内の燃焼領域より下流側の
希釈領域に供給可能にし、前記燃焼領域で浄化された排
気ガスの温度を低下させるようにした。
【００２９】請求項２５の発明では請求項１〜９，１６
〜１８のうちのいずれかの発明において、前記内燃機関
の排気ガスにより蒸気を生成する熱交換器を設け、前記
熱交換器で生成した蒸気を燃焼器内の希釈領域に供給可
能にした。
【００３０】請求項２６の発明では、内燃機関の排気通
路に燃焼器を設け、前記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温
度とを制御する空気過剰率制御手段と燃焼温度制御手段
とを設け、前記燃焼器内の燃焼領域における燃焼により
排気ガスに含まれる有害成分が浄化可能であり、燃焼器
より下流側の排気通路にタービンを設け、前記タービン
に発電機を設置した。
【００３１】請求項２７の発明では請求項２６の発明に
おいて、前記タービンにより駆動されかつ内燃機関へ圧
縮空気を供給する圧縮機を設け、前記燃焼器内の空気過
剰率，燃焼温度，燃焼後の排気ガス温度のうち少なくと
も一つを所望する範囲内に変更可能にする量の圧縮空気
を前記圧縮機から前記燃焼器へ供給可能にした。
【００３２】請求項２８の発明では請求項２６又は２７
の発明において、前記タービンよりも下流側の排気通路
に熱交換器を設け、前記熱交換器により高温の排気ガス
から熱伝達されて生成した蒸気を前記燃焼器内の燃焼領
域よりも下流側の希釈領域へ供給可能にした請求項に記
載の排気浄化装置を備えた。
【００３３】請求項２９の発明では請求項２６又は２７
の発明において、前記燃焼器の燃焼領域へ圧縮空気を供
給する空気通路に熱交換器を設け、前記熱交換器にター
ビンより下流側の排気通路を接続し、前記熱交換器によ
り高温の排気ガスから低温の圧縮空気へ熱伝達させて圧
縮空気を昇温させるようにした。
【００３４】請求項３０の発明では請求項２６又は２７
の発明において、前記タービンにより駆動される第１圧
縮機と第２圧縮機を設け、第１圧縮機により圧縮された
第１圧縮空気を冷却する熱交換器を設け、前記熱交換器
により冷却された第１圧縮空気をさらに第２圧縮機によ
り圧縮して第２圧縮空気を生成するようにした。
【００３５】請求項３１の発明では請求項２６又は２７
の発明において、燃焼器の下流側の排気通路に上流側タ
ービンと下流側タービンを設け、上流側タービンにより
駆動される圧縮機を設け、下流側タービンにより駆動さ
れる発電機を設けた。
【００３６】請求項３２の発明では請求項２６又は２７
の発明において、燃焼器の下流側の排気通路に上流側タ
ービンと下流側タービンを設け、前記下流側タービンに
より駆動される第３圧縮機と発電機を設け、前記上流側
タービンにより駆動される第４圧縮機を設け、前記第３
圧縮機で圧縮された第３圧縮空気をさらに第４圧縮機で
圧縮して第４圧縮空気を生成可能にした。
【００３７】請求項３３の発明では、自然吸気式の内燃
機関において、前記内燃機関の排気通路に燃焼器を設
け、前記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温度とを制御する
空気過剰率制御手段と燃焼温度制御手段とを設けて前記
燃焼器内における燃焼により排気ガスに含まれる有害成
分を浄化可能とし、また、前記燃焼器の下流側の排気通
路にタービンを設け、前記タービンで駆動される発電機
を設けた。
【００３８】請求項３４の発明では、内燃機関の排気通
路に燃焼器を設け、前記燃焼器内に排気ガスが遮断され
た保炎領域を設け、前記保炎領域内に燃料を供給する燃
料供給手段を設け、前記燃焼器内に空気を供給する空気
供給手段を設け、前記燃焼器内の保炎領域より下流側に
排気ガスを流入させる燃焼領域を設け、前記燃料と空気
とで保炎領域内で火炎を生成し、前記火炎を下流側の燃
焼領域へ供給し、燃焼器内における燃焼により排気ガス
に含まれる有害成分を浄化するようにした。
【００３９】
【発明の実施の形態】（請求項１，１０，１１，１２，
１５，２６，２７の発明の実施例）図１は、請求項１，
１０，１１，１２，１５，２６及び２７の発明による排
気浄化装置を備えた内燃機関の燃料供給経路，空気供給
経路，排気ガス排出経路及び信号伝達経路を示す系統略
図である。内燃機関本体１には燃料タンク２９から燃料
供給管９を介して燃料（例えばガソリン，重油，軽油等
の炭化水素系燃料）が供給され、給気管１６を介して空
気（圧縮空気）が供給される。
【００４０】内燃機関本体１の図示しない燃焼室におい
て燃焼が行われ、駆動軸１７を介して発電機６へ動力が
伝達（出力）される。また、排気管２４（排気通路）を
介して有害成分を含む排気ガスが排出される。
【００４１】排気管２４は、燃焼器２と接続されてお
り、排気ガスは燃焼器２内に流入するようになってい
る。また、燃焼器２には燃料供給管９から分岐しかつ途
中に調量弁１１を備えた燃料供給管１０を介して燃料が
供給可能になっている。さらに燃焼器２には後述する圧
縮空気供給管１４から分岐しかつ途中に調量弁１２を備
えた圧縮空気供給管１５を介して圧縮空気が供給可能に
なっている。
【００４２】また、図１に示すように、燃焼器２の下流
側には排気管２５が接続されており、燃焼器２内の排気
ガスは、燃焼器２に供給された燃料と圧縮空気により燃
焼された後に排気管２５を介して排出可能となってい
る。
【００４３】排気管２５の下流側にはタービン３が設け
てある。燃焼器２から排気管２５を介して排出された排
気ガスはタービン３を回転させ、駆動軸２７を介して圧
縮機４を駆動し、また駆動軸１８を介して発電機７を駆
動させる。タービン３を回転させた排気ガスは、排気管
２６を介して外部（大気中）へ排出される。
【００４４】駆動軸２７で駆動された圧縮機４は空気取
入管１３から空気を吸引して圧縮空気を生成する。生成
された圧縮空気は、圧縮空気供給管１４を介してインタ
ークーラ５へ供給される。圧縮空気はインタークーラ５
内で冷却水供給管６０を介して供給される冷却水で冷却
されて給気管１６を介して内燃機関本体１の燃焼室（図
示せず）へ供給可能となっている。
【００４５】給気管１６の内燃機関本体１との接続部付
近には給気圧（ブースト圧）検出センサ１９が設けてあ
る。燃焼器２には温度センサ２８が設けてあり、温度セ
ンサ２８は燃焼器２内の温度を検出する。さらに排気管
２４には排気ガス流量計２１，酸素センサ２２及び排気
温度センサ２３が設けてある。これらの各センサにより
検出された検出信号は、それぞれ信号線を介してＥＣＵ
８（メモリを備えたコンピュータユニット）へ伝達され
る。
【００４６】ＥＣＵ８は、これらの検出信号が入力され
ると、後述する諸条件を満たすように調量弁１１及び１
２の開度を調整して必要な量の燃料と空気とを燃焼器２
内に供給し、燃焼器２内の空気過剰率λ及び燃焼温度を
調整することができるようになっている。つまりこれら
により空気過剰率制御手段と燃料供給量調整手段とが構
成されている。
【００４７】燃焼器２の内容積は既知であり、燃焼器２
内の排気ガス量と酸素濃度は、酸素センサ２２と排気ガ
ス流量計２１（排気ガス排出量検出手段）で検出した検
出信号によりＥＣＵ８が演算して算出する。
【００４８】また、機関出力は機関回転数検出センサ２
０，給気圧検出センサ１９及び排気温度センサ２３によ
り検出した検出信号により求めることができ、この機関
出力と給気圧検出センサ１９で検出した給気圧から排気
管２４内及び燃焼器２内の排気ガスの空気過剰率λをＥ
ＣＵ８で算出する。
【００４９】燃焼器２内の排気ガス中に含まれる浄化対
象とする有害成分がＮＯＸであるかまたは未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏ及びすす等の微粒子であるかにより、この空気過剰率
λの値を後述する各実施例に記載の通りに設定する。ま
た、燃焼器２内の温度は温度センサ２８で検出するが、
燃焼器２内の温度を所望する温度まで上昇させるために
必要な量の燃料と圧縮空気とをＥＣＵ８が算出しかつ算
出した量の燃料と空気（圧縮空気）とを燃焼器２へ供給
可能に調量弁１１，１２の開度を調整して燃料と空気と
を燃焼器２へ供給する。
【００５０】ここでは圧縮機４で生成された圧縮空気を
燃焼器２へ供給するようにしたが、燃焼器２へ供給する
空気は、圧縮機４とは別に圧縮機を設けてこの圧縮機に
より供給するようにしてもよい。
【００５１】（請求項２〜５の発明の実施例）内燃機関
本体１の燃焼室（図示せず）で燃焼が行われた場合、排
気管２４を通過する排気ガス中にはＮＯＸが多量に含ま
れている。この場合、燃焼器２内の空気過剰率λが１．
０≦λ≦１．２の範囲内に入るようにＥＣＵ８は調量弁
１１，１２の開度を調整し、燃料と圧縮空気とを燃焼器
２へ供給する。
【００５２】さらに燃焼器２内の酸素濃度が１０％未満
となるように、また、燃焼温度Ｔが８００℃＜Ｔ＜１５
００℃となるように、ＥＣＵ８は燃料と空気（圧縮空
気）の必要量を算出し、かつ算出した量の燃料と空気と
を燃焼器２へ供給可能に調量弁１１，１２の開度を調整
して燃料と空気とを燃焼器２へ供給し、燃焼器２内の温
度を調整する。
【００５３】図１４は、燃焼器２内の酸素濃度を１０％
未満に設定して空気過剰率を変化させた際のＮＯＸの浄
化率を示すグラフである。排気ガスの流量は、標準状態
で５Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）である。図１４から、
空気過剰率が０．２〜１．０であれば９０％程度の高い
浄化率を呈することがわかる。
【００５４】（請求項６〜９の発明の実施例）内燃機関
本体１の燃焼室の空気過剰率λがλ＜１で燃焼が行われ
ると、排気管２４を通過する排気ガス中には未燃ＨＣ，
ＣＯ及びＰＭ（すす等の微粒子）が多量に含まれてい
る。この場合、燃焼器２内の空気過剰率λを１．０＜λ
（好ましくは１．４＜λ）の範囲内に入るようにＥＣＵ
８は調量弁１１，１２の開度を調整し、燃料と圧縮空気
とを燃焼器２へ供給する。
【００５５】さらに燃焼器２内の燃焼温度Ｔが１３００
℃＜Ｔ＜１５００℃となるように、ＥＣＵ８は燃料と空
気の必要量を算出し、かつ算出した量の燃料と空気とを
燃焼器２へ供給可能に調量弁１１，１２の開度を調整し
て燃料と空気とを燃焼器２へ供給し、燃焼器２内の温度
を調整する。
【００５６】図１６は、燃焼器２内の燃焼温度と排気ガ
ス中のＣＯ及びＮＯＸの浄化の傾向の関係を示すグラフ
である。燃焼温度が低いとＣＯの排出量が多くなり、逆
に燃焼温度が高くなるとＮＯＸの排出量が多くなる。図
１６によると、燃焼温度Ｔの範囲を１３００℃＜Ｔ＜１
５００℃に限定すると、ＣＯ，ＮＯＸのいずれも比較的
良好に浄化されることがわかる。
【００５７】（請求項１３の発明の実施例）図２は、請
求項１３の発明による図１の燃焼器２の断面略図であ
る。図２の燃焼器２では、内燃機関本体１から排出され
た排気ガスの全量が燃焼器内筒５１の排気ガス取入口７
４から燃焼器２内へ流入可能となっている。単位時間当
りの排気ガスの流入量は排気ガス取入口７４に設けた開
閉機構５２の可動部５３を矢印Ａで示す方向に摺動させ
ることにより調整することができる。
【００５８】排気ガス取入口７４から流入した排気ガス
は旋回羽根３５を通過して内筒５１内に入る。排気ガス
取入口７４から空気（圧縮空気）３８ａも流入すること
ができるように圧縮空気供給管１５から枝分かれした配
管１５ａ（枝分かれ部分は図示せず）が内筒５１よりも
上流側の外筒５０に接続されている。
【００５９】燃料供給管１０は保護管７５内に収容され
ており、高温の排気ガスから保護されている。図２に示
すように燃料供給管１０の先端には燃料噴射弁７６が設
けてあり、この燃料噴射弁７６から燃焼器２の内筒５１
内へ燃料３７が噴射される。内筒５１内には点火プラグ
３０が設けてあり、点火プラグ３０により点火された燃
料３７と排気ガス７７及び空気３８ａが内筒５１内の燃
焼領域３１において燃焼する。
【００６０】噴射される燃料３７と排気ガス７７を含む
空気３８ａの比（空気過剰率）は、燃料噴射弁７６から
の燃料３７の噴射量を調整するか、又は開閉機構５２の
可動部５３を矢印Ａの方向に摺動させることにより燃焼
領域３１へ流入する空気量を調整することにより変更可
能となっている。
【００６１】燃焼領域３１の下流側には希釈領域３２が
設けてある。この希釈領域３２の内筒５１には希釈孔３
３が設けてある。圧縮空気供給管１５から供給される圧
縮空気３８は、燃焼器２の内筒５１と外筒５０の間に形
成した環状通路３９内を流れ、希釈孔３３から内筒５１
内の希釈領域３２へ希釈ガス４０として流入する。希釈
領域３２では、燃焼領域３１で燃焼した後の排気ガスと
希釈孔３３から流入した希釈ガス４０とが混合し、燃焼
後の高温の排気ガスは希釈ガス４０に希釈されることに
より、例えば９００℃程度以下まで冷却される。
【００６２】（請求項１４の発明の実施例）図３は、請
求項１４の発明による図１の燃焼器２の断面略図であ
る。図３では、希釈孔３３から内筒５１内へ流入する希
釈ガス３４に排気ガス７７が混入する点が図２の燃焼器
２と異なっている。図３において図２の符号と同じ符号
を付した構成は、図２の構成と基本的に同じである。
【００６３】圧縮空気供給管１５から供給された圧縮空
気３８の一部は排気ガス取入口７４から燃焼領域３１内
へ流入し、残りのうちのさらに一部はバイパス通路３６
を通って希釈孔３３から内筒５１内の希釈領域３２へ流
入する。
【００６４】また、排気ガス７７も一部は排気ガス取入
口７４から燃焼領域３１へ流入し、残りのうちのさらに
一部はバイパス通路３６を通って希釈孔３３から内筒５
１の希釈領域３２へ流入する。ここで、バイパス通路３
６を通る希釈ガス３４（排気ガス又は空気と排気ガスの
混合気）が希釈領域３２へ流入するように希釈孔３３よ
り下流側のバイパス通路３６を閉じるようにしてもよ
い。
【００６５】（請求項１６，１８，１９の発明の実施
例）図４は請求項１６，１８，１９の発明による図１の
燃焼器２の断面略図である。図４に示す燃焼器２の構成
において図２の構成と異なる点は、図２では内筒５１内
に燃焼領域３１と希釈領域３２が設けられていたが、図
４では内筒５１内に第１燃焼領域４１，第２燃焼領域４
２及び希釈領域４３が設けられている点である。これら
の領域は、図４において破線で区画されている。
【００６６】図４において、第１燃焼領域４１には排気
ガス７７の全量と圧縮空気３８ａが供給される。開閉機
構５２により排気ガス７７及び圧縮空気３８ａの流入量
を調整し、かつ燃料３７の噴射量を図１のＥＣＵ８によ
り調整し、第１燃焼領域４１における空気過剰率λ１を
λ１≦１．２ の範囲内に調整する。
【００６７】第２燃焼領域４２には第１燃焼領域４１で
燃焼した排気ガスがそのまま流入する。内筒５０の外周
には環状の第１通路４５が形成されている。第１通路４
５は圧縮空気供給管１５と連通している。さらに第１通
路４５の内周側には内筒５０内に連通する第２通路４６
が設けてある。この第２通路４６から圧縮空気３８が流
入可能となっている。
【００６８】第２通路４６には二次燃料供給管４４が接
続されており、第２通路４６に燃料３７ａが供給可能に
なっている。この第２通路４６から供給される圧縮空気
３８と燃料３７ａ及び第１燃焼領域から流入した排気ガ
スが混合した混合気の空気過剰率λ２は、 １．０＜λ
２ となるようにＥＣＵ８（図１）が調整する。
【００６９】このように２つの燃焼領域（第１燃焼領域
４１，第２燃焼領域４２）を備えることによりＮＯＸは
第１燃焼領域４１で浄化し、ＨＣとＣＯ及びＰＭ（すす
等の微粒子）は第２燃焼領域４２で良好に浄化すること
ができる。
【００７０】第１燃焼領域４１における空気過剰率λ１
を λ１＜１．０に設定すると、未燃ＨＣ，ＣＯ及びＰ
Ｍが多量に生じるが、ＮＯＸは良好に浄化される。ま
た、第１燃焼領域４１で多量に発生した未燃ＨＣ，ＣＯ
及びＰＭは、第２燃焼領域４２で浄化される
【００７１】図１３は、ディーゼル機関に本発明を適用
した際の排気ガス中に含まれるＮＯ Ｘ，ＣＯ及びＰＭ等
の有害成分の排出量を示すグラフである。左端の一組の
棒グラフでは、内燃機関本体１から排出された排気ガス
中のＮＯＸ，ＣＯ及びＰＭのそれぞれの含有量を示して
おり、中央の一組の棒グラフは第１燃焼領域４１におい
て浄化された排気ガス中に含まれるＮＯＸ，ＣＯ及びＰ
Ｍの量を示しており、また、右端の一組の棒グラフは第
２燃焼領域４２において浄化された排気ガス中に含まれ
るＮＯＸ，ＣＯ及びＰＭの量を示している。
【００７２】左端のグラフで示す各有害成分の排出量を
１とし（各有害成分間の排出量は異なるが、内燃機関本
体１から出た有害成分をそれぞれ１としている）、中央
及び右端のグラフでは左端のグラフに対する割合で各有
害成分の排出量が示されている。
【００７３】中央のグラフでは、内燃機関本体１を出た
ばかりの排気ガスに含まれていた各有害成分のうち、Ｎ
ＯＸは第１燃焼領域４１で浄化され、含有量は１０％
（０．１）になっているのがわかる。第１燃焼領域４１
において燃料と圧縮空気とが供給されて燃焼が行われる
ので、その際に発生したＮＯＸが５％（０．０５）程度
増加している。また、ＣＯとＰＭに関してはむしろ第１
燃焼領域４１で浄化される前よりも増加している。
【００７４】次に、右端のグラフでは、第２燃焼領域４
２において行われた浄化作用により、ＣＯとＰＭの量が
左端のグラフと比較して１０％（０．１）程度にまで減
少しているのがわかる。また、第２燃焼領域４２におい
ても燃料と圧縮空気とが供給されて燃焼が行われるの
で、ＮＯＸは５％（０．０５）程度増加している。最終
的に各有害成分は、ＮＯＸが当初の２０％程度となり、
ＣＯとＰＭは当初の１０％程度となっていることがわか
る。
【００７５】（請求項１７の発明の実施例）図４におい
て、第１燃焼領域（第３燃焼領域）４１の空気過剰率λ
３を １．０＜λ３ となるようにＥＣＵ８（図１）が
調整する。また、第２燃焼領域（第４燃焼領域）４２の
空気過剰率λ４を １．０≦λ４≦１．２ の範囲内に
調整する。このようにすると、第１燃焼領域４１におい
て主にＨＣ，ＣＯ及びＰＭを浄化することができ、第２
燃焼領域４２においてＮＯＸを浄化することができる。
【００７６】第１燃焼室４１において空気過剰率λ３を
リーン（１．０＜λ３）に設定するとＨＣ，ＣＯ及びＰ
Ｍは良好に浄化することができるもののＮＯＸの浄化率
が低下する。しかし、第２燃焼室４２の空気過剰率λ４
を １．０≦λ４≦１．２の範囲に設定することによ
り、第１燃焼室４１で浄化されなかったＮＯＸを良好に
浄化することができる。
【００７７】（請求項２０の発明の実施例）図５は、請
求項２０の発明による図１の燃焼器２の断面略図であ
る。図４では、排気ガス７７の全量が第１燃焼領域４１
に供給されるように構成されていたが、図５において
は、バイパス通路７８を介して一部の排気ガス７７が第
１燃焼領域４１を経ずに第２燃焼領域４２に直接流入す
るようになっている。図５に示すような構成は、排気ガ
ス中の有害成分（例えばＮＯＸ）の含有量が少ない排気
ガスに関して適用することができる。
【００７８】第１燃焼領域４１の空気過剰率λ１を λ
１≦１．２（好ましくはλ１＜１．０） として第１燃
焼領域４１では主にＮＯＸを浄化し、第２燃焼領域４２
の空気過剰率λ２を１．０＜λ２ （好ましくは１．４
＜λ２）として第２燃焼領域４２では主にＨＣ，ＣＯ等
を浄化したり、空気過剰率λの設定を変更（例えば第１
燃焼領域４１の空気過剰率λ１は １．０＜λ１，第２
燃焼領域４２の空気過剰率λは １．０≦λ２≦１．２
に設定）し、逆に第１燃焼領域４１でＨＣ，ＣＯを浄
化し、第２燃焼領域４２でＮＯＸを浄化するようにして
もよい。
【００７９】（請求項２１の発明の実施例）図６は、請
求項２１の発明による図１の燃焼器２の断面略図であ
る。図６では、第１バイパス通路４７が設けられたこと
により希釈ガス３４（一部の排気ガス７７又は一部の排
気ガス７７及び圧縮空気３８）が第１燃焼領域４１（上
流側燃焼領域）及び第２燃焼領域４２（下流側燃焼領
域）を経ずに直接希釈領域４３へ流入することができる
ようになっている。
【００８０】また、第２バイパス通路４８が設けられた
ことにより一部の排気ガス７７，又は一部の排気ガス７
７と圧縮空気３８が第１燃焼領域４１を経ずに直接第２
燃焼領域４２へ流入することができるようになってい
る。
【００８１】第２バイパス通路４８には二次燃料供給管
４４が設けてあり、この二次燃料供給管４４により第２
燃焼領域４２に燃料３７ａが供給される。
【００８２】排気ガス取入口７４から第１燃焼室４１内
へ流入した排気ガス７７の有害成分は、排気ガス７７，
又は排気ガス７７と共に流入した圧縮空気３８と燃料噴
射弁７６から噴射される燃料３７が燃焼することにより
浄化され、浄化後は下流側の第２燃焼領域４２において
第２バイパス通路４８から流入した排気ガス７７，又は
排気ガス７７と圧縮空気３８と混合する。
【００８３】第２燃焼領域４２でこの混合気を浄化し、
さらに希釈領域４３では浄化されかつ昇温した排気ガス
が希釈ガス３４により希釈され、例えば９００℃程度ま
で温度が下げられる。
【００８４】第１燃焼領域４１における空気過剰率λ１
を λ１≦１．２（好ましくはλ１＜１．０）に設定
し、かつ第２燃焼領域４２における空気過剰率λ２を
１．０＜λ２ （好ましくは１．４＜λ２）に設定する
と、第１燃焼室４１ではＮＯＸが良好に浄化され、ま
た、第２燃焼室４２では第１燃焼室４１で浄化されなか
ったＨＣ及びＣＯ等を良好に浄化することができる。
【００８５】逆に第１燃焼領域４１における空気過剰率
λ１を １．０＜λ１ に設定し、かつ第２燃焼領域４
２における空気過剰率λ２を １．０≦λ２≦１．２
に設定すると、第１燃焼室４１ではＨＣ，ＣＯ及びＰＭ
が良好に浄化され、また、第２燃焼室４２では第１燃焼
室４１で浄化されなかったＮＯＸを良好に浄化すること
ができる。
【００８６】（請求項２２の発明の実施例）請求項２
０，２１の発明において、第１燃焼領域４１へ供給する
排気ガス７７の量と第２燃焼領域４２へ直接供給する排
気ガス７７の量を調整するため、すでに上述の実施例に
おいて述べたように図３〜図６に示すように排気ガス取
入口７４に開閉機構５２を設ける。
【００８７】可動部５３を矢印Ａに示す方向に摺動移動
させることにより排気ガス取入口７４の開度が変更さ
れ、この開度が小さくなると第１燃焼領域４１へ流入す
る排気ガス７７の量は少なくなり、第２燃焼領域４２へ
直接流入する排気ガス７７の量が多くなる。逆に、開度
を大きくすると排気ガス７７の第１燃焼領域４１への流
入量が増加し、かつ第２燃焼領域４２への流入量は減少
する。
【００８８】排気ガス７７に含まれる有害成分の量が多
くなるほど排気ガス取入口７４から第１燃焼領域４１へ
流入させる排気ガス７７の量が多くなるように予め開閉
機構５２の開度と排気ガス７７の流入量の関係を調査し
ておき、ＥＣＵ８のメモリにデータをインプットしてお
く。
【００８９】例えば、内燃機関本体１（図１）の燃焼状
態を各センサ（機関回転数検出センサ２０，酸素センサ
２２等）により検出された検出信号から判定して排気ガ
ス７７に含まれる有害成分の種類と量をＥＣＵ８により
算出し、浄化後の排気ガス中の有害成分の含有量が予め
設定した所定量以下となるように開閉機構５２の開度を
調整する。
【００９０】（請求項２３の発明の実施例）図３，図６
に示す燃焼器２の構成では、排気ガス７７の一部が排気
ガス取入口７４から燃焼領域３１又は第１燃焼領域４１
に流入し、残りがバイパス通路３６（図３）又は第１バ
イパス通路４７（図６）を介して希釈領域３２又は４３
に流入するようになっている。
【００９１】排気ガス７７中の有害成分の含有量が少な
いときには、図３又は図６に示すように排気ガス７７の
全てを浄化せず、排気ガス７７の一部を希釈ガス３４と
して希釈領域３２（図３）又は４３（図６）に流入させ
るようにしてもよい。その際、希釈用として使用する以
外の排気ガスは、燃焼領域３１（図３）又は第１燃焼領
域４１，第２燃焼領域４２（図６）で燃焼して浄化さ
れ、その後、高温（１０００℃以上）の燃焼ガスは、希
釈領域３２（図３）又は４３（図６）で希釈用の一部の
排気ガスと混合し、例えば９００℃程度まで温度を低下
させる。
【００９２】図６において、第１燃焼領域４１における
空気過剰率λ１を λ１≦１．２（好ましくはλ１＜
１．０）に設定し、かつ第２燃焼領域４２における空気
過剰率λ２を １．０＜λ２ （好ましくは１．４＜λ
２）に設定すると、第１燃焼室４１ではＮＯＸが良好に
浄化され、また、第２燃焼室４２では第１燃焼室４１で
浄化されなかったＨＣ及びＣＯ等を良好に浄化すること
ができる。
【００９３】ここで、希釈領域３２（図３），４３（図
６）に流入させる排気ガス７７の量は、予め設定した以
上に浄化率を悪化させない程度の量となるように、例え
ば図１のＥＣＵ８が各センサ（機関回転数検出センサ２
０，酸素センサ２２等）により検出された検出信号から
内燃機関本体１の燃焼状態（排気ガス成分）を算出し、
かつ開閉機構５２の開度を変更することにより調整す
る。
【００９４】（請求項２４の発明の実施例）図２，図
４，図５の構成では、圧縮空気３８のみを希釈領域３２
へ供給している。この圧縮空気３８は、浄化された排気
ガスにより駆動されるタービン３（図１）と駆動軸２７
で連結された圧縮機４で生成されたものである。
【００９５】このようにすると、従来から設けられてい
る過給機に対して配管１５と調量弁１２とを追加するだ
けで簡単に装置を構成することができる。また、希釈領
域３２（４３）へ供給する圧縮空気は、圧縮機４によら
ず、別に専用の圧縮機（コンプレッサ）を設けて供給す
るようにしても差し支えない。
【００９６】ＮＯＸやＨＣ及びＣＯ等を良好に浄化する
ことができるように、圧縮機４又は別に設けた専用の圧
縮機（図示せず）の圧縮空気３８の供給量を調整するこ
とにより第１燃焼領域４１における空気過剰率λ１及び
第２燃焼領域４２における空気過剰率λ２をそれぞれ設
定する。
【００９７】（請求項２５，２８の発明の実施例）図７
は、請求項２５，２８の発明による排気浄化装置を備え
た内燃機関の系統略図である。図７に示すように、ター
ビン３から排出される排気ガスを通す排気管５５に熱交
換器５４が設けてある。また、この熱交換器５４には給
水管５７を介して水が供給されている。その他の構成は
図１に示す構成と同じである。
【００９８】熱交換器５４内では、高温の排気ガスと低
温の水の間で熱交換が行われ、その後排気ガスは排気管
５６を介して外部へ排出され、また、水は蒸気となって
蒸気供給管５８から燃焼器２内の希釈領域へ供給され
る。燃焼器２内に供給された蒸気は、浄化された排気ガ
スの温度を低下させ、また、排気管２５を介してタービ
ン３へ流入しタービン３を駆動させる。
【００９９】図１５は、空気過剰率を変化させ、蒸気を
燃焼器２に供給した場合と供給しない場合の内燃機関２
００の熱効率を示すグラフである。図１５に示すように
蒸気を供給すると空気過剰率によらず、全体的に熱効率
が向上することがわかる。
【０１００】このように蒸気を燃焼器２内の希釈領域へ
供給することにより、浄化済みの排気ガスの温度を低下
させると共に気体体積を増加させ、タービン３の駆動力
を増加させることができる。
【０１０１】（請求項２９の発明の実施例）図１１は、
請求項２９の発明による排気浄化装置を備えた内燃機関
の系統略図である。図７に示すように、圧縮空気供給管
１５の途中には熱交換器７０が設けてあり、さらにこの
熱交換器７０にはタービン３に接続された排気管２６を
貫通させてある。
【０１０２】図１１の構成は、この熱交換器７０内で低
温の圧縮空気と高温の排気ガスとの間で熱交換が行われ
るようにした点が図１の構成と異なっている。その他の
構成はすべて図１の構成と同じである。圧縮空気を燃焼
器２へ供給する前に予め昇温させておくと、燃焼器２内
における燃焼温度を上昇させるために費やされる燃料の
量を節約することができる。よって、浄化性能を維持し
ながら、燃焼器２における燃料の消費量を低減すること
ができる。
【０１０３】（請求項３０の発明の実施例）図９は、請
求項３０の発明による排気浄化装置を備えた内燃機関の
系統略図である。図９に示す内燃機関４００では、図１
の内燃機関１００について圧縮機４と直列に圧縮機６２
（第１圧縮機）が配置されている。この圧縮機６２は駆
動軸２７と同軸でかつ圧縮機４（第２圧縮機）と接続さ
れている駆動軸６３によりタービン３から動力が伝達さ
れている。
【０１０４】圧縮機６２は、空気取入管１３を介して空
気を取り入れ、さらに取入れた空気を配管６５を介して
冷却器６４へ送る。冷却器６４（熱交換器）には、冷却
水供給管６７から冷却水が供給されている。空気は冷却
器６４内で冷却水により冷却され、冷却された空気は配
管６６を介して圧縮機４へ送られる。冷却水は、空気を
冷却した後は冷却水排出管６８を介して外部へ排出され
る。その他の内燃機関４００の構成は、図１の内燃機関
１００の構成と同じである。
【０１０５】このように内燃機関４００を構成すると、
排気ガスの浄化率を維持しながら図１の内燃機関１００
よりも２ポイント程度（例えば４０％から４２％に）熱
効率を向上させることができる。
【０１０６】（請求項３１の発明の実施例）図８は、請
求項３１の発明による排気浄化装置を備えた内燃機関の
系統略図である。図８に示す内燃機関３００では、ター
ビン３の下流側にタービン６１を配置し、タービン６１
には排気管２６を介して排気ガスが流入する。タービン
６１には駆動軸１８で駆動される発電機７が接続されて
いる。発電機７はタービン６１によって駆動され、排気
ガスはタービン６１から排気管５９を介して外部へ排出
される。その他の構成は図１の内燃機関１００と同じで
ある。
【０１０７】このように内燃機関３００を構成すると、
内燃機関３００が低負荷であるか又は低速運転時におい
てタービン３をタービン６１よりも優先して駆動させる
ことができ、浄化率を維持しながらタービン３に発電機
７を接続した図１の内燃機関１００よりも迅速に立ち上
げることができる。タービン６１は、タービン３が全開
になって初めて動作する。例えば、定格の５０％で内燃
機関３００が駆動されていたら、タービン６１は停止し
たままでタービン３により圧縮機４のみを駆動させるこ
とができる。
【０１０８】（請求項３２の発明の実施例）図１０は、
請求項３２の発明による排気浄化装置を備えた内燃機関
５００の系統略図である。図１０の内燃機関５００で
は、図８の内燃機関３００においてさらにいくつかの構
成が追加されている。まず、タービン６１に駆動軸１８
と同軸に駆動軸６９が接続されている。この駆動軸６９
を介してタービン６１に駆動される圧縮機６２が設けて
ある。
【０１０９】圧縮機６２は、空気取入管１３から空気を
取り込んで配管６５を介して冷却器６４へ圧縮空気を送
る。冷却器６４には冷却水供給管６７を介して冷却水が
供給されており、冷却水は冷却器６４内で圧縮空気を冷
却した後、冷却水排出管６８から外部へ排出される。冷
却器６４内で冷却された圧縮空気は、配管６６を介して
圧縮機４へ供給される。その後の動作は図１の内燃機関
１００の動作と同じである。
【０１１０】ここで、圧縮機４と圧縮機６２は、それぞ
れ最適回転数で駆動させることができる組み合わせを選
定して設置する。そのように２つの圧縮機４，６２を選
定することにより、最適な圧縮効率を奏することができ
る。
【０１１１】内燃機関の運転を安定させることができ、
燃焼器２内での浄化作用に必要なＥＣＵ８の算出結果の
信頼性を向上させることができ、浄化率の低下を未然に
防止することができる。
【０１１２】（請求項３３の発明の実施例）図１２は、
請求項３３の発明による排気浄化装置を備えた内燃機関
７００の系統略図である。内燃機関７００には過給機
（圧縮機）が設けられておらず、内燃機関７００は自然
給気方式である。図１２の内燃機関７００のような無過
給機関においても過給機関と同様に燃焼器２により排気
ガスを浄化することができる。
【０１１３】さらに燃焼器２の下流にタービン３を配置
すると、駆動軸１８で接続した発電機７を運転させるこ
とができ、浄化率を維持しながら熱効率の向上を図るこ
とができる。
【０１１４】（請求項３４の発明の実施例）図１７は、
請求項３４の発明を実施した内燃機関の排気通路２４に
設けた燃焼器８０の断面略図である。図１の内燃機関１
００において、燃焼器２の代わりに燃焼器８０を設置し
たものが請求項３４の発明の排気浄化装置を備えた内燃
機関に相当する。燃焼器８０の上流側（排気ガス７７の
流れる方向の上流側）の端部には燃料供給管１０により
燃料３７が供給され、内筒５１内に燃料（燃料噴霧８
５）を噴射する燃料噴射弁７６が設けてある。図１７に
示すように燃焼器８０内には、上流側から順に保炎領域
４９，燃焼領域３１及び希釈領域３２が形成されてい
る。
【０１１５】燃焼器８０の上流側端部には、旋回羽根３
５が設けられた圧縮空気供給管１５ａの一端が接続され
ている。圧縮空気供給管１５ａは、図示しない配管で圧
縮空気供給管１５と接続されており、圧縮空気供給管１
５ａ内には圧縮空気３８ａが供給されている。
【０１１６】燃料供給管１０は保護管７５で高温（後述
する燃焼領域３１内で燃焼した燃焼ガスよりは低温）の
排気ガス７７から保護されている。保護管７５は図示し
ない配管で圧縮空気供給管１５と接続されており、保護
管７５内（つまり燃料供給管１０と保護管７５の間の空
間）には圧縮空気（以後、アシスト空気７１と呼ぶ。）
が供給されている。この保護管７５の燃焼器側端部は、
図１７に示すように圧縮空気供給管１５ａの端部を貫通
し、かつ旋回羽根３５に外嵌されている。
【０１１７】燃料噴射弁７６及び保護管７５，圧縮空気
供給管１５ａは、それぞれ燃料または空気を燃焼器８０
の保炎領域８１内に噴射または吐出可能に燃焼器８０
（内筒５１）に対して設けられている。また、保炎領域
８１には点火プラグ３０が設けてある。
【０１１８】燃料供給管１０から供給された燃料３７
は、燃料噴射弁７６から噴霧状（以下、燃料噴霧８５と
呼ぶ。）に噴射される。保護管７５内を流れるアシスト
空気７１は、保炎領域８１内の燃料噴霧８５近傍に吐出
される。
【０１１９】さらに保炎領域８１内には、圧縮空気供給
管１５ａ内の圧縮空気が旋回羽根３５を通過することに
より旋回流８４となって流入し、旋回流８４は、燃料噴
霧８５とアシスト空気７１とを攪拌し、保炎領域８１内
においてほぼ一様な混合気を生成する。保炎領域８１内
で生成された混合気は、排気ガスを含んでいない分だけ
酸素濃度が高いため着火し易く、点火プラグ３０により
着火され、火炎（火種）が生成される。この火炎は、連
続して吐出される旋回流８４により下流側の燃焼領域３
１へと移動する。
【０１２０】図１７に示すように燃焼領域３１には、旋
回羽根４９を備えた排気ガス流入口８２が設けてある。
排気通路２４内を流れる排気ガス７７は、排気ガス流入
口８２から旋回羽根４９を通過して旋回しながら燃焼領
域３１内に流入する。燃焼領域３１内に流入した排気ガ
ス７７は、保炎領域８１から供給された火炎によって燃
焼し、有害成分（例えばＣＯ，ＨＣ又はＮＯＸ）は浄化
される。
【０１２１】燃焼領域３１内の空気過剰率λは、燃料噴
霧８５の噴射量と圧縮空気３８ａ，アシスト空気７１の
供給量を調整することにより任意に設定することがで
き、空気過剰率λを例えばリッチ（λ＜１．０の範囲）
に設定すると、排気ガス７７中の有害成分のうち特にＮ
ＯＸを良好に浄化することができる。また、燃焼領域３
１内の空気過剰率λをリーン（１．０＜λの範囲のう
ち、特に１．４＜λの範囲）に設定すると、排気ガス７
７中の有害成分のうち特にＣＯとＨＣとを良好に浄化す
ることができる。
【０１２２】燃焼領域３１の下流側に設けた希釈領域３
２には、圧縮空気供給管１５を介して圧縮空気３８が供
給され、圧縮空気３８は燃焼領域３１において燃焼及び
浄化された高温の燃焼ガスと混合して燃焼ガスの温度を
低下させ、温度が低下した燃焼ガスは、図示しないター
ビンへ供給される。
【０１２３】図１８は、図１７に示す燃焼器８０におい
て、燃焼領域３１の代わりに第１燃焼領域４１と第２燃
焼領域４２とを設けた燃焼器９０の断面略図である。燃
焼器９０には、第２燃焼領域４２に排気ガス７７を流入
させる旋回羽根８６を備えた排気ガス流入口８７と、第
２燃焼領域４２に燃料３７ａを供給する二次燃料供給管
４４が設けてある。その他の燃焼器９０の構成は、図１
７の燃焼器８０の構成と同じである。希釈領域４３には
圧縮空気供給管１５から圧縮空気３８が供給されるよう
になっている。
【０１２４】燃焼器９０では、第１燃焼領域４１内の空
気過剰率λをリーン（１．０＜λの範囲で好ましくは
１．４＜λの範囲）に設定し、第２燃焼領域４２内の空
気過剰率λをリッチ（λ＜１．０の範囲）に設定するこ
とにより、排気ガス７７中のＮＯＸ及びＣＯ，ＨＣ等を
良好に浄化することができる。
【０１２５】図１９は、請求項３４の発明を実施した図
１７，１８燃焼器８０，９０とは別の燃焼器９１の断面
略図である。燃焼器９１では、排気ガス７７は、一部が
旋回羽根４９を通過して燃焼領域３１内に流入して浄化
され、残りの排気ガスは排気ガス流入口８７から希釈領
域３２内に流入し、燃焼領域３１で燃焼して昇温した燃
焼ガスの温度を低下させる。
【０１２６】内燃機関から排出された排気ガス７７に含
まれる有害成分の含有量が比較的少なく、排気ガス７７
の全量ではなく一部を浄化すると有害成分の排出量が環
境基準を満足する量まで低減させることができる場合に
は図１９の燃焼器９１を採用することができる。
【０１２７】図２０は、請求項３４の発明を実施した図
１７〜図１９の燃焼器８０，９０及び９１とはさらに別
の燃焼器９２の断面略図である。燃焼器９２は、図１９
の燃焼器９１において燃焼領域３１の代わりに第１燃焼
領域４１と第２燃焼領域４２とが設けられており、第２
燃焼領域４２には二次燃料供給管４４により燃料が供給
可能となっている。また、第２燃焼領域４２には第１燃
焼領域４１で燃焼し、浄化された燃焼ガスと浄化前の排
気ガス７７の一部とが流入可能となっている。
【０１２８】燃焼器９２は、排気ガス流入口８２から流
入した排気ガス７７が第１燃焼領域４１で浄化されてＮ
ＯＸが低減されてそのまま第２燃焼領域４２へ移動し、
次にＣＯ及びＨＣ成分が低減される。また、第２燃焼領
域４２には排気ガス７７が排気ガス流入口８７に設けた
旋回羽根８６を通過して流入し、ＣＯ，ＨＣ成分が浄化
される。
【０１２９】第２燃焼領域４２で浄化された燃焼ガス
は、希釈領域４３へ移動し、排気ガス流入口８８から流
入した排気ガス７７と混合して温度が低下し、温度が低
下した燃焼ガスは図示しないタービンへと供給される。
この燃焼ガスに含まれる有害成分の量は、環境基準の許
容範囲内となるように各流入口（排気ガス流入口８２，
８７及び８８）から流入する排気ガス７７の流入量（各
流入口における排気ガス７７の通路幅）は設定されてい
る。
【０１３０】
【発明の効果】請求項１の発明では、排気通路２４に燃
焼器２を設けて排気ガスを浄化するようにしたので、従
来のように触媒やフィルタを使用することなく排気ガス
を浄化することができる。したがって、触媒を利用した
浄化方法と比較して初期コストが安価であり、また、浄
化性能が燃料成分（特に硫黄成分）に影響されることが
ないので低質油の燃料が使用される内燃機関においても
使用することができ、幅広い分野において使用される様
々な内燃機関に対して適用することができる。
【０１３１】請求項２の発明では、燃焼器２内の空気過
剰率λを １．０≦λ≦１．２ に設定するので排気ガ
ス中のＮＯＸを良好に浄化することができる。
【０１３２】請求項３の発明では、燃焼器２に供給する
燃料を内燃機関本体１へ供給する燃料と共通にすること
ができるので、燃料タンク２９と燃料供給管９を途中ま
で共用することができ、省スペース化を図ることができ
る。
【０１３３】請求項４の発明では、燃焼器２内の酸素濃
度を１０％未満に設定し、かつ空気過剰率λを １．０
＜λ＜１．２ に設定したので、排気ガス中のＮＯＸを
良好に浄化することができる。
【０１３４】請求項５の発明では請求項４の発明におい
て、さらに燃焼器２内の排気ガスの燃焼温度Ｔを ８０
０℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲内に設定したので、未燃
ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子の排出量を低く抑えなが
らＮＯＸを良好に浄化することが出来る。
【０１３５】請求項６の発明では、燃焼器２内の空気過
剰率λを １．０＜λ に設定するようにしたので、排
気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を良好に浄化
することができる。
【０１３６】請求項７の発明では、請求項６の効果に加
え、燃焼器２へ供給する燃料を内燃機関本体１に供給す
る燃料と共通にすることができるので、装置の省スペー
ス化を図ることができる。
【０１３７】請求項８の発明では、燃焼器２内の空気過
剰率λを １．４＜λ に設定するようにしたので、Ｈ
Ｃ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化しながらＮＯＸの排
出量を低く抑えることができる。
【０１３８】請求項９の発明では、空気過剰率λを
１．４＜λ に設定する上に、燃焼温度Ｔを １３００
℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲に設定することにより、Ｎ
ＯＸの排出量を低く抑えながら請求項８の発明よりもさ
らに良好にＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化するこ
とができる。
【０１３９】請求項１０の発明では、空気過剰率制御手
段として燃料供給量調整手段（図１のＥＣＵ８，調量弁
１１，酸素センサ２２等で構成され、内燃機関本体１に
おける燃焼状況を各センサにより把握し、現在の燃焼器
２内の空気過剰率λを所望する範囲内に変更することが
できる量の燃料をＥＣＵ８が算出し、かつ調量弁１１の
開度を調整して燃焼器２への燃料の供給量を制御する機
構）を設けたことにより、燃焼器２内の空気過剰率λを
適切に制御することができ、燃焼器２内の排気ガスを良
好に浄化することができる。
【０１４０】請求項１１の発明では、空気過剰率制御手
段として請求項１０と同様の燃料供給量調整手段に加
え、空気供給量調整手段（図１のＥＣＵ８，調量弁１
２，圧縮機４，酸素センサ２２等で構成され、内燃機関
本体１における燃焼状況を各センサにより把握し、現在
の燃焼器２内の空気過剰率λを所望する範囲内に変更す
ることができる量の空気をＥＣＵ８が算出し、かつ調量
弁１２の開度を調整して燃焼器２への空気の供給量を制
御する機構）を設けたので、請求項１０よりも燃焼器２
内の空気過剰率λを所望する範囲に設定し易く、良好に
排気ガスを浄化することができる。
【０１４１】請求項１２の発明では、請求項１１の発明
において空気供給量調整手段として圧縮機を設けるよう
にした。この圧縮機は、請求項１１の実施例で示すよう
に圧縮機４により兼用させるようにしてもよいが、ま
た、別に専用の圧縮機を設けると、圧縮機４から供給さ
れる圧縮空気は、全て内燃機関本体１へ供給することが
できるので、内燃機関本体１への過給効率の低下を回避
することができる。
【０１４２】請求項１３の発明では、内燃機関本体１か
ら排出された排気ガスの全量を燃焼器２の燃焼領域へ供
給するようにしたので、排気ガスの浄化率を高く維持す
ることができる。
【０１４３】請求項１４の発明では、内燃機関本体１か
ら排出された排気ガスのうちの一部を燃焼器２の燃焼領
域よりも下流側の希釈領域へ直接供給可能にし、排気ガ
スの燃焼領域への供給量と希釈領域への直接の供給量と
を調整する調整手段（図１のＥＣＵ８，図２の開閉機構
５２等で構成された機構）を設けたので、内燃機関から
排出された排気ガスの有害成分の含有量が少ない場合に
は、燃焼領域で浄化する排気ガスの量を減少させること
ができ、それに応じて燃焼器２への燃料の供給量も少な
くすることができる。
【０１４４】請求項１５の発明では、燃焼器２内の空気
過剰率λを検出し、かつ検出した空気過剰率λを所望す
る範囲内に設定することができるので、例えば排気ガス
に含まれる有害成分が主にＮＯＸであれば空気過剰率λ
をリッチ側へ設定し、逆にＨＣ，ＣＯ及びＰＭ（すす等
の微粒子）が多く含まれていれば空気過剰率λをリーン
側へ設定することが容易に行えるので、良好な浄化率が
得られる。
【０１４５】請求項１６の発明では、燃焼器２内に上流
側燃焼領域４１と下流側燃焼領域４２とを設け、上流側
燃焼領域４１における空気過剰率λを λ≦１．２ に
設定し、下流側燃焼領域４２における空気過剰率λを
１．０＜λ に設定するようにしたので、上流側燃焼領
域４１では主にＮＯＸを浄化することができ、下流側燃
焼領域４２では主にＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄
化することができ、内燃機関本体１から排出された排気
ガスがいかなる有害成分を含んでいても、良好に浄化す
ることができる。
【０１４６】請求項１７の発明では、燃焼器２内に上流
側燃焼領域４１と下流側燃焼領域４２とを設け、上流側
燃焼領域４１における空気過剰率λを １．０＜λ に
設定し、下流側燃焼領域４２における空気過剰率λを
１．０≦λ≦１．２ に設定するようにしたので、上流
側燃焼領域４１では主にＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子
を浄化することができ、下流側燃焼領域４２では主にＮ
ＯＸを浄化することができ、内燃機関本体１から排出さ
れた排気ガスがいかなる有害成分を含んでいても、良好
に浄化することができる。
【０１４７】請求項１８の発明では、請求項１６の発明
における上流側燃焼領域４１の空気過剰率λを λ＜
１．０ に設定することにより、請求項１６の発明より
もＮＯ Ｘの浄化率を向上させ、その際に多量に発生した
未燃ＨＣ等は下流側燃焼領域４２で浄化するようにした
ので、請求項１６の発明よりもさらに全体として排気ガ
スの浄化性能を向上させることができる。
【０１４８】請求項１９の発明では、請求項１６又は１
７の発明において、上流側燃焼領域４１に供給した排気
ガスの全量を下流側燃焼領域４２に供給するようにした
ので、ＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子のいずれ
も良好に浄化することができる。
【０１４９】請求項２０の発明では、内燃機関本体１で
発生した排気ガスを上流側燃焼領域４１と下流側燃焼領
域４２へ直接供給し、また、上流側燃焼領域４１で浄化
した排気ガスを下流側燃焼領域４２へ供給するようにし
たので、圧縮機４から供給する空気量を少なくすること
ができ、また、必要な燃料の供給量を節約することがで
きる。
【０１５０】請求項２１の発明では、請求項１６又は１
７の発明において、内燃機関本体１から排出される排気
ガスの一部を下流側燃焼領域４２よりも下流側に設けた
希釈領域４３に直接供給するようにしたので、圧縮機４
から供給する空気量を少なくすることができ、また、必
要な燃料の供給量を少なくすることができる。
【０１５１】請求項２２の発明では、請求項１９〜２１
の発明において、上流側燃焼領域４１及び下流側燃焼領
域４２にそれぞれ直接供給する排気ガスの供給量を調整
する調整手段（図１のＥＣＵ８，図５の開閉機構５２等
で構成される機構）を設けたので、内燃機関本体１から
排出される排気ガスに含まれる有害成分の量を勘案して
浄化率の低下を回避しながら燃焼器２へ供給する燃料の
供給量を設定することができる。
【０１５２】請求項２３の発明では、内燃機関本体１か
ら排出される排気ガスの一部を希釈領域４３に直接供給
するようにしたので、上流側燃焼領域４１及び下流側燃
焼領域４２で昇温された浄化済みの排気ガスの温度を低
下させることができる。
【０１５３】請求項２４の発明では、圧縮機で生成した
圧縮空気を希釈領域４３へ供給し希釈領域４３における
排気ガスの温度を低下させるので、良好な浄化率を維持
しながら浄化済みの排気ガスの温度を低下させて排出さ
せることができる。
【０１５４】請求項２５の発明では、請求項２４の発明
において希釈領域４３へ圧縮空気を供給する圧縮機を過
給用の圧縮機４で兼用させることにより装置の簡略化を
図ることができる。また、過給用の圧縮機４を駆動させ
るタービン３から排出される高温の排気ガスにより熱交
換器内で蒸気を発生させ、この蒸気を燃焼器２の希釈領
域４３へ供給するようにしたので、蒸気は排気ガスと共
にタービン３へ供給され、排気ガスの浄化率を高く維持
したまま熱効率を向上させることができる。タービン３
を通過させる気体の流量が増加し、全体の仕事率を向上
させることができる。
【０１５５】請求項２６の発明では、燃焼器２の下流側
にタービン３を設け、このタービン３で駆動される発電
機７を設けたので、請求項１の効果に加え、熱効率を向
上させることができる。
【０１５６】請求項２７の発明では、請求項２６の発明
において、圧縮機４から燃焼器２へ空気過剰率λ，燃焼
温度，燃焼後（浄化後）の排気ガス温度のうちの少なく
とも一つを所望する範囲内に変更可能にする量の圧縮空
気を供給可能にしたので、内燃機関本体１から排出され
る排気ガスの全量を良好に浄化することができる。
【０１５７】請求項２８の発明では、請求項２６及び２
７の効果に加え、浄化後の排気ガスと共に蒸気をタービ
ン３に供給することにより、浄化率を高く維持したまま
タービン３に供給する気体の流量を増大させて熱効率を
向上させることができる。
【０１５８】請求項２９の発明では、熱交換器７０（図
１１）により燃焼器２へ供給する前に予め圧縮空気を高
温の排気ガスの熱を利用して昇温させることができるの
で、低温の圧縮空気をそのまま供給する場合と比較して
排気ガスを昇温させるのに必要な燃料の供給量を少なく
することができる。
【０１５９】請求項３０の発明では、圧縮機６２（第１
圧縮機）で圧縮した圧縮空気を冷却する熱交換器６４を
設け、この熱交換器６４で冷却された第１圧縮空気をさ
らに圧縮機４（第２圧縮機）で圧縮するようにしたの
で、請求項２６，２７の発明のように圧縮機４を一つ設
けた場合と比較して空気の圧縮動力を減少させることが
できる。
【０１６０】請求項３１の発明では、燃焼器２の下流側
にタービン３，６１（図８）を直列に配置し、上流側の
タービン３で圧縮機４を駆動するようにしたので、内燃
機関本体１の燃焼状態が急変した際の排気ガスの排出量
の変動に対するシステム全体の応答性が向上する。
【０１６１】つまり、内燃機関３００（図８）が定格の
５０％で運転されているときには、下流側のタービン６
１は仕事をせず、上流側のタービン３だけが動作して圧
縮機４を駆動し、内燃機関本体１へ十分な量の圧縮空気
を供給することができ、内燃機関本体１の運転状態の変
動に対して良好な応答性を奏することができる。内燃機
関３００の始動時や低負荷時においても同様にタービン
３が優先して動作するので、速やかに内燃機関３００を
立ち上げることができる。
【０１６２】下流側のタービン６１は、上流側のタービ
ン３が全開となり内燃機関本体１の運転に余裕ができた
ときに初めて動作し、タービン６１を設けることにより
熱効率の向上に寄与することができる。また、急加速時
においても、速やかに立ち上げることができるので、燃
焼器２に供給される排気ガスに含まれる有害成分の含有
量を減少させることができ、燃焼器２の浄化の負担を軽
減することができる。
【０１６３】請求項３２の発明では、下流側のタービン
６１で駆動される圧縮機６２（第３圧縮機）と発電機７
とを設け、上流側のタービン３で駆動される圧縮機４
（第４圧縮機）を設けることにより、圧縮機４と６２の
それぞれの最適回転数が活用でき、各圧縮機の圧縮効率
を高めることができる。
【０１６４】請求項３３の発明では、無過給式（自然給
気式）の内燃機関７００（図１２）の排気管２４（排気
通路）に燃焼器２を設けたので、排気ガスに含まれる有
害成分を良好に浄化することができる。さらに浄化され
た排気ガスを利用してタービン３で発電機７を駆動する
ことにより内燃機関７００の熱効率を向上させることが
できる。
【０１６５】請求項２６〜３２の発明の内燃機関では、
始動時にまず発電機７のみを駆動させて圧縮機４を駆動
させ、燃焼器２へ空気（圧縮空気）を供給するとともに
その空気量に見合う量の燃料も供給して燃焼させ、発生
した燃焼ガス（排気ガス）をタービン３に供給し、圧縮
機の回転応答性を良好にすることができる。
【０１６６】請求項１〜３３のいずれの発明において
も、内燃機関本体１の通常運転時に加え、始動時や低負
荷時においても良好に排気ガス中の有害成分を浄化する
ことができる。したがって、内燃機関本体１がどのよう
な運転を行っても（つまり、全負荷領域，全運転範囲に
おいて）、排出される排気ガスに含まれる有害成分を良
好に浄化することができる。
【０１６７】請求項３４の発明では、燃焼領域３１（第
１燃焼領域４１）よりも上流側に排気ガス７７が存在し
ない保炎領域８１を設け、この保炎領域８１で火炎を発
生させるようにしたので、燃焼領域３１（第１燃焼領域
４１）において、負荷領域及び運転範囲（低速，中速，
高速）を問わず確実に排気ガス７７を燃焼させ、浄化さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１，１０，１１，１２，１５，２６及
び請求項２７の発明による排気浄化装置を備えた内燃機
関の燃料供給経路，空気供給経路，排気ガス排出経路及
び信号伝達経路を示す系統略図である。
【図２】 請求項１３の発明による図１の燃焼器の断面
略図である。
【図３】 請求項１４の発明による図１の燃焼器の断面
略図である。
【図４】 請求項１６，１８，１９の発明による図１の
燃焼器の断面略図である。
【図５】 請求項２０の発明による図１の燃焼器の断面
略図である。
【図６】 請求項２１の発明による図１の燃焼器の断面
略図である。
【図７】 請求項２５，２８の発明による排気浄化装置
を備えた内燃機関の系統略図である。
【図８】 請求項３１の発明による排気浄化装置を備え
た内燃機関の系統略図である。
【図９】 請求項３０の発明による排気浄化装置を備え
た内燃機関の系統略図である。
【図１０】 請求項３２の発明による排気浄化装置を備
えた内燃機関の系統略図である。
【図１１】 請求項２９の発明による排気浄化装置を備
えた内燃機関の系統略図である。
【図１２】 請求項３３の発明による排気浄化装置を備
えた内燃機関の系統略図である。
【図１３】 ディーゼル機関に本発明を適用した際の排
気ガス中に含まれるＮＯＸ，ＣＯ及びＰＭ等の有害成分
の排出量を示すグラフである。
【図１４】 燃焼器内の酸素濃度を１０％未満に設定し
て空気過剰率を変化させた際のＮＯＸの浄化率を示すグ
ラフである。
【図１５】 空気過剰率を変化させ、蒸気を燃焼器に供
給した場合と供給しない場合の内燃機関の熱効率を示す
グラフである。
【図１６】 燃焼器内の燃焼温度と排気ガス中のＣＯ及
びＮＯＸの浄化の傾向の関係を示すグラフである。
【図１７】 請求項３４の発明を実施した内燃機関の燃
焼器の断面略図である。
【図１８】 請求項３４の発明を実施した内燃機関の図
１７とは別の燃焼器の断面略図である。
【図１９】 請求項３４の発明を実施した内燃機関の図
１７，１８とは別の燃焼器の断面略図である。
【図２０】 請求項３４の発明を実施した内燃機関の図
１７〜１９とは別の燃焼器の断面略図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関本体 ２ 燃焼器 ３ タービン ４ 圧縮機（第２，第４圧縮機） ５ インタークーラ ６，７ 発電機 ８ ＥＣＵ ９，１０ 燃料供給管 １１，１２ 調量弁 １９ 給気圧検出センサ ２０ 機関回転数検出センサ ２１ 排気ガス流量計（排気ガス排出量検出手段） ２２ 酸素センサ ２３ 排気温度センサ ２４〜２６ 排気通路 ２７ 駆動軸 ２８ 温度センサ ２９ 燃料タンク ３１ 燃焼領域 ３２ 希釈領域 ３６ バイパス通路 ４１ 第１燃焼領域（上流側燃焼領域） ４２ 第２燃焼領域（下流側燃焼領域） ４３ 希釈領域 ４９ 旋回羽根 ５０ 燃焼器外筒 ５１ 燃焼器内筒 ５２ 開閉機構 ５３ 可動部 ５４ 熱交換器 ５５，５６ 排気管 ６１ タービン ６２ 圧縮機（第１，第３圧縮機） ６３ 駆動軸 ６４ 冷却器 ７０ 熱交換器 ７１ アシスト空気 ７４ 排気ガス取入口 ７６ 燃料噴射弁 ８０ 燃焼器 ８１ 保炎領域 ８２，８３，８７，８８ 排気ガス流入口 ９０〜９２ 燃焼器 １００ 内燃機関
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 5/04 Ｆ０１Ｎ 5/04 Ａ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｃ ３０２Ｇ 37/04 37/04 Ｚ 39/08 39/08 41/10 41/10 Ｚ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 DA07 EA12 EA16 GB23 GB24 3G091 AA06 AA10 AA17 AA18 AB12 AB15 AB16 BA00 BA13 BA14 BA15 BA19 CA02 CA15 CA18 CA22 CA23 CB01 DA01 DA02 DC03 EA01 EA06 EA15 EA17 EA21 EA34 FB03 FB10 FB11 FB12 HA35 HB06 HB07

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に燃焼器を設け、前
    記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温度とを制御する空気過
    剰率制御手段と燃焼温度制御手段とを設け、前記燃焼器
    内における燃焼により排気ガスに含まれる有害成分を浄
    化することを特徴とする排気浄化装置を備えた内燃機
    関。
  2. 【請求項２】 前記燃焼器内の空気過剰率λを前記空気
    過剰率制御手段により １．０≦λ≦１．２ の範囲内に設定し、排気ガス中のＮＯＸを浄化する請求
    項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記燃焼器に炭化水素系の燃料を供給す
    る請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の
    酸素濃度を１０％未満に設定し、かつ空気過剰率制御手
    段により空気過剰率λを １．０＜λ＜１．２ の範囲内に設定した請求項１に記載の排気浄化装置を備
    えた内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の
    燃焼温度Ｔを、 ８００℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲内に設定する請求項４に記載の排気浄化装置を備
    えた内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記燃焼器内の空気過剰率λを前記空気
    過剰率制御手段により １．０＜λ に設定し、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子
    を浄化する請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃
    機関。
  7. 【請求項７】 前記燃焼器に炭化水素系の燃料を供給す
    る請求項６に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  8. 【請求項８】 前記空気過剰率制御手段により燃焼器内
    の空気過剰率λを １．４＜λ に設定した請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃
    機関。
  9. 【請求項９】 前記燃焼温度制御手段により燃焼器内の
    燃焼温度Ｔを １３００℃＜Ｔ＜１５００℃ の範囲内に設定する請求項８に記載の排気浄化装置を備
    えた内燃機関。
  10. 【請求項１０】 前記空気過剰率制御手段として燃料供
    給量調整手段を備え、前記燃料供給量調整手段により燃
    焼器への燃料の供給量を制御して燃焼器内の空気過剰率
    を制御可能にした請求項１，２，４，６及び８のうちの
    いずれかに記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  11. 【請求項１１】 前記空気過剰率制御手段として燃料供
    給量調整手段と空気供給量調整手段とを備えた請求項
    １，２，４，６及び８のうちのいずれかに記載の排気浄
    化装置を備えた内燃機関。
  12. 【請求項１２】 前記空気供給量調整手段として圧縮機
    による圧縮空気の供給手段を備えた請求項１１に記載の
    排気浄化装置を備えた内燃機関。
  13. 【請求項１３】 内燃機関の排気ガスの全量を燃焼器内
    の燃焼領域に供給するようにした請求項１、２，４，６
    及び８のうちのいずれかに記載の排気浄化装置を備えた
    内燃機関。
  14. 【請求項１４】 燃焼器内の排気ガスを浄化する燃焼領
    域へ供給する排気ガス量と、前記燃焼領域より下流側の
    浄化後の排気ガスの温度を低下させる希釈領域へ供給す
    る排気ガス量とを調整可能な調整手段を備えた請求項
    １，２，４，６及び８のうちのいずれかに記載の排気浄
    化装置を備えた内燃機関。
  15. 【請求項１５】 内燃機関の機関回転数を検出する機関
    回転数検出手段，排気温度検出手段，給気圧検出手段及
    びこれらの検出手段により得られた検出信号から前記内
    燃機関の燃焼室で発生した排気ガスの空気過剰率を算出
    する空気過剰率算出手段と機関出力を算出する機関出力
    算出手段を設け、内燃機関の燃焼室から排出される排気
    ガス量を検出する排気ガス排出量検出手段を設け、 前記空気過剰率算出手段により算出された空気過剰率と
    排気ガス排出量検出手段により得られた排気ガス排出量
    により燃焼器内の空気過剰率λを検出可能でかつ検出し
    た空気過剰率λを所望する範囲内に変更可能な空気過剰
    率制御手段を設けた請求項１に記載の排気浄化装置を備
    えた内燃機関。
  16. 【請求項１６】 前記燃焼器内に空気過剰率λを λ≦１．２ の範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄化する上流側
    燃焼領域を設け、前記上流側燃焼領域よりも下流側に空
    気過剰率λを １．０＜λ の範囲に設定して排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の
    微粒子を浄化する下流側燃焼領域を設け、 前記上流側燃焼領域及び下流側燃焼領域で排気ガスに含
    まれるＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化す
    る請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  17. 【請求項１７】 前記燃焼器内の上流側に空気過剰率λ
    を １．０＜λ の範囲に設定して排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の
    微粒子を浄化する上流側燃焼領域を設け、 前記上流側燃焼領域よりも下流側に空気過剰率λを １．０≦λ≦１．２ の範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄化する下流側
    燃焼領域を設け、 前記上流側燃焼領域及び下流側燃焼領域で排気ガスに含
    まれるＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化す
    る請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  18. 【請求項１８】 前記燃焼器内の上流側に空気過剰率λ
    を λ＜１．０ の範囲に設定して排気ガス中のＮＯＸを浄化する上流側
    燃焼領域を設け、 前記上流側燃焼領域よりも下流側に空気過剰率λを １．４＜λ の範囲に設定して排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びすす等の
    微粒子を浄化する下流側燃焼領域を設け、 前記上流側燃焼領域及び下流側燃焼領域で排気ガスに含
    まれるＮＯＸ，ＨＣ，ＣＯ及びすす等の微粒子を浄化す
    る請求項１に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  19. 【請求項１９】 燃焼器の上流側燃焼領域に供給した排
    気ガスの全量を下流側燃焼領域に供給する請求項１６〜
    １８のうちのいずれかに記載の排気浄化装置を備えた内
    燃機関。
  20. 【請求項２０】 内燃機関で発生した排気ガスを前記燃
    焼器の上流側燃焼領域と下流側燃焼領域へ供給する分岐
    通路を設け、かつ上流側燃焼領域に供給された排気ガス
    を下流側燃焼領域へ供給可能にした請求項１６〜１８の
    うちのいずれかに記載の排気浄化装置を備えた内燃機
    関。
  21. 【請求項２１】 浄化後の排気ガスの温度を低下させる
    ための希釈領域を前記下流側燃焼領域よりもさらに下流
    側に設け、内燃機関で発生した排気ガスを前記燃焼器の
    上流側燃焼領域と下流側燃焼領域及び前記希釈領域へ供
    給する分岐通路を設け、かつ上流側燃焼領域で浄化され
    た排気ガスを下流側燃焼領域へ供給可能にした請求項１
    ６〜１８のうちのいずれかに記載の排気浄化装置を備え
    た内燃機関。
  22. 【請求項２２】 上流側燃焼領域及び下流側燃焼領域へ
    直接供給する排気ガスの供給量を調整する調整手段を備
    えた請求項１９〜２１のうちのいずれかに記載の排気浄
    化装置を備えた内燃機関。
  23. 【請求項２３】 内燃機関で発生した排気ガスの一部を
    燃焼器内の燃焼領域より下流側の希釈領域に直接供給可
    能にし、燃焼領域で浄化された排気ガスの温度を低下さ
    せる請求項１〜９，１６〜１８のうちのいずれかに記載
    の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  24. 【請求項２４】 圧縮機により生成される圧縮空気を燃
    焼器内の燃焼領域より下流側の希釈領域に供給可能に
    し、前記燃焼領域で浄化された排気ガスの温度を低下さ
    せる請求項１〜９，１６〜１８のうちのいずれかに記載
    の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  25. 【請求項２５】 前記内燃機関の排気ガスにより蒸気を
    生成する熱交換器を設け、前記熱交換器で生成した蒸気
    を燃焼器内の希釈領域に供給可能にした請求項１〜９，
    １６〜１８のうちのいずれかに記載の排気浄化装置を備
    えた内燃機関。
  26. 【請求項２６】 内燃機関の排気通路に燃焼器を設け、
    前記燃焼器内の空気過剰率と燃焼温度とを制御する空気
    過剰率制御手段と燃焼温度制御手段とを設け、前記燃焼
    器内の燃焼領域における燃焼により排気ガスに含まれる
    有害成分が浄化可能であり、燃焼器より下流側の排気通
    路にタービンを設け、前記タービンに発電機を設置した
    排気浄化装置を備えた内燃機関。
  27. 【請求項２７】 前記タービンにより駆動されかつ内燃
    機関へ圧縮空気を供給する圧縮機を設け、前記燃焼器内
    の空気過剰率，燃焼温度，燃焼後の排気ガス温度のうち
    少なくとも一つを所望する範囲内に変更可能にする量の
    圧縮空気を前記圧縮機から前記燃焼器へ供給可能にした
    請求項２６に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  28. 【請求項２８】 前記タービンよりも下流側の排気通路
    に熱交換器を設け、前記熱交換器により高温の排気ガス
    から熱伝達されて生成した蒸気を前記燃焼器内の燃焼領
    域よりも下流側の希釈領域へ供給可能にした請求項２６
    又は２７に記載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  29. 【請求項２９】 前記燃焼器の燃焼領域へ圧縮空気を供
    給する空気通路に熱交換器を設け、前記熱交換器にター
    ビンより下流側の排気通路を接続し、前記熱交換器によ
    り高温の排気ガスから低温の圧縮空気へ熱伝達させて圧
    縮空気を昇温させる請求項２６又は２７に記載の排気浄
    化装置を備えた内燃機関。
  30. 【請求項３０】 前記タービンにより駆動される第１圧
    縮機と第２圧縮機を設け、第１圧縮機により圧縮された
    第１圧縮空気を冷却する熱交換器を設け、前記熱交換器
    で冷却された第１圧縮空気をさらに第２圧縮機により圧
    縮して第２圧縮空気を生成する請求項２６又は２７に記
    載の排気浄化装置を備えた内燃機関。
  31. 【請求項３１】 燃焼器の下流側の排気通路に上流側タ
    ービンと下流側タービンを設け、上流側タービンにより
    駆動される圧縮機を設け、下流側タービンにより駆動さ
    れる発電機を設けた請求項２６又は２７に記載の排気浄
    化装置を備えた内燃機関。
  32. 【請求項３２】 燃焼器の下流側の排気通路に上流側タ
    ービンと下流側タービンを設け、前記下流側タービンに
    より駆動される第３圧縮機と発電機を設け、前記上流側
    タービンにより駆動される第４圧縮機を設け、前記第３
    圧縮機で圧縮された第３圧縮空気を冷却する熱交換器を
    設け、前記熱交換器で冷却された第３圧縮空気をさらに
    第４圧縮機で圧縮して第４圧縮空気を生成可能にした請
    求項２６又は２７に記載の排気浄化装置を備えた内燃機
    関。
  33. 【請求項３３】 自然吸気式の内燃機関において、前記
    内燃機関の排気通路に燃焼器を設け、前記燃焼器内の空
    気過剰率と燃焼温度とを制御する空気過剰率制御手段と
    燃焼温度制御手段とを設けて前記燃焼器内における燃焼
    により排気ガスに含まれる有害成分を浄化可能とし、ま
    た、前記燃焼器の下流側の排気通路にタービンを設け、
    前記タービンで駆動される発電機を設けたことを特徴と
    する排気浄化装置を備えた内燃機関。
  34. 【請求項３４】 内燃機関の排気通路に燃焼器を設け、
    前記燃焼器内に排気ガスが遮断された保炎領域を設け、
    前記保炎領域内に燃料を供給する燃料供給手段を設け、
    前記燃焼器内に空気を供給する空気供給手段を設け、前
    記燃焼器内の保炎領域より下流側に排気ガスを流入させ
    る燃焼領域を設け、前記燃料と空気とで保炎領域内で火
    炎を生成し、前記火炎を下流側の燃焼領域へ供給し、燃
    焼器内における燃焼により排気ガスに含まれる有害成分
    を浄化することを特徴とする排気浄化装置を備えた内燃
    機関。
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