JP2002364336A - 内燃機関俳気ガス浄化装置およびその方法 - Google Patents

内燃機関俳気ガス浄化装置およびその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気される汚染ガスを減少する排気ガス浄化装
置及びその浄化方法を提供すること。 【解決手段】エンジンの排気マニホールドからガスを誘
導し、浄化装置に注入する管を含む内燃機関の排気ガス
浄化装置は、ガスを膨張させる静止室3、このガスが順
次通過するように配置された第1フィルタ4、第1緩衝
板5a、第2フィルタ4’、および中央拡散器を含む。中
央拡散器は、ガスの流れを外気の流れと接触させ、汚染
ガスの一部を乱流室32に誘導してエンジンに吸入ガスと
して送りこみ、残りのガスの流れを、噴霧器内に設けた
管の一端部に誘導し、そこから排気管に送り込む。乱流
室32は、一部に開口部を備え、固定羽根によりガスを膨
張させ、前記噴霧器内に誘導し、噴霧器は出口から回収
ガスを再びエンジンにおくる構造となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンまたはオットーエンジンであるとを問わず、またター
ボの有無に関係なく、あらゆる内燃機関に適用可能な排
気ガス浄化装置に関する。特に、内燃機関の排気マニホ
ールドから排出される有毒ガスの大部分を排出する自動
車の排気ガスの浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車メーカーのみならず産業一般にお
いて、環境保護の重要性についての一般的な認識が普及
した現在、乗用車、トラック、バン等に排気ガス浄化装
置を設置することは、すでに標準的な仕様となってい
る。例えば、ヨーロッパにおいて、ヨーロッパ自動車製
造業者協会は、全ヨーロッパ自動車産業について、各社
が製造するエンジンのCO2排出量を、1キロメートル
当たり140g(平均燃料消費量100キロメートル当
たり5.6リットル)の範囲内にする目標を定めた。
【0003】内燃機関が一酸化炭素、二酸化炭素、窒素
酸化物、炭化水素、浮遊微粒子、黒煙など、大気を汚染
する大量の有毒ガスを排出することはすでに周知の事実
である。そのため、車両交通量が多量であることと、そ
の位置する地域の地理上の特徴から、住民に危険な程度
にまで大気汚染の度合いが進んでいる都市があり、メキ
シコシティ、チリのサンチヤゴ市などがその例である。
【0004】したがって、エンジンから排出されるガス
の汚染度を減少するための触媒剤、その他自動車の排気
ガスを浄化する装置を設置することが、単なる追加装置
でなく現実に必要となっている。
【0005】現在の技術における排気ガス浄化装置の大
部分は、一酸化炭素の処理を実施する浄化装置および窒
素酸化物を貯蔵して処理する浄化装置を含んでいる。こ
れら装置の大部分は、HC、CO2、COなど最も汚染
度の高いいくつかのガスを大幅に減少させることに成功
している。
【0006】それ以前の技術においても、いくつかの排
気ガス浄化装置が存在している。米国特許第6,342,
192号明細書、米国特許第6,340,066号明細
書、米国特許第6,338,244号明細書、米国特許第
6,338,243号明細書などがその一例として挙げら
れる。
【0007】しかし、そのいずれも本発明の提起する目
的を達成することに成功していない。すなわち、排出ガ
スの層流処理(laminar flow treatment)を行う装置に
より排気ガスを浄化し、しかもガスの排出を阻止する手
段を設ける必要がないというシステムである。本発明に
よって達成される効果の一つは、以下に詳述するよう
に、エンジンの出力を増強し、燃料消費量を減少させる
ことである。出力の増加は、基本的に上記の排気ガスの
層流処理によることが経験上わかっている。排気ガスの
排出を阻止すると、エンジンの性能に直接影響を与え、
また従来の触媒剤は混濁した流れを生み出すフィルタ材
料を介在させなければならないことは周知の事実であ
る。
【0008】本発明は、以前の技術における多くの解決
法に見られるように、触媒などのいかなる要素も介在さ
せず、また汚染微粒子を固定するための貴鉱石による蜂
の巣状の構造などを使用していない。
【0009】本発明の提案する解決法の本質は、エンジ
ンから出る排気ガスの流れに層流処理を施すことであ
る。本発明における装置のいずれの部分も排気ガスの排
出路に直接介在せず、これを層流的に処理して行き、後
述するように、非汚染ガスとは異なる物理的化学的特性
を備える汚染ガスを分離して除去し、排気ガスを浄化す
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ディ
ーゼルサイクルあるいはオットーサイクルの内燃機関の
排気マニホールドより排出される汚染ガスを減少および
/又は除去する排気ガス浄化装置およびその浄化方法を
提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明
は、エンジンの排気マニホールドからガスを誘導し、浄
化装置に注入する管を含む、内燃機関の排気ガス浄化装
置であって、ガスを膨張させる静止室、このガスが順次
通過するように配置された標準の第1フィルタ、第1緩
衝板、第2フィルタ、および中央拡散器を含み、前記中
央拡散器は、前記ガスの流れを外気の流れと接触させ、
汚染ガスの一部を乱流室に誘導して前記エンジンに吸入
ガスとして送りこみ、残りのガスの流れを、噴霧器内に
設けた管の一端部に誘導し、そこから排気管に送り込
み、前記乱流室は、一部に開口部を備え、固定羽根によ
りガスを膨張させ、前記噴霧器内に誘導し、噴霧器は出
口から回収ガスを再びエンジンにおくる構造となってい
ることを特徴としている。
【0012】この構成によれば、本発明の排気ガス浄化
装置は、有毒ガスの排出量を減少させ、煙を中和させ
る。燃焼しないガス(HC、CO2、CO)を回収し、これを
全体の流れから分離し、吸入フローとしてエンジンに送
りこみ、燃料消費を減少し、エンジン出力を増強する。
ダクトの断面積の変化あるいは温度に応じた速度の変化
によって、流れの物理的特徴が変化するように設計され
ている。
【0013】本装置は、可動部品あるいは電気および/
又は電子部品その他ガスの正常な流れを阻害するいかな
る部品も備えておらず、そのため保守は一切必要ない。
本装置は、乗用車、ライトバン、バン、トラック、軽ト
ラック、小型バス、農業機械、道路建設機械その他あら
ゆるタイプの車両に適用可能である。
【0014】知名度の高いエンジン検査センターで実施
された試験の結果によると、排気ガスのHCの量が劇的
に減少し、いくつかの例では、エンジンを適応あるいは
改造することなしに、HCの量が10ppmから2ppmにま
で減少することができる。また煙の量も0.04%と言
う低い数値にまで減少し、COは、0%、CO2は容積
の1.3%まで減少している。
【0015】基本的には、本発明による排気ガス浄化装
置は、以下のような構造となっている。エンジンから排
出される排気ガスは静止室に送られ、そこで膨張し、渦
巻き状態となる。次いでガスは、集中−乳化−拡散装置
に送られ、その後、層流ガス管、次いでエンジンへのガ
ス回収出口を備えた乱流室に送られ、最終的排気管に送
られる。
【0016】内燃機関の排気ガス処理の方法は、以下の
とおりである。 (a) 内燃機関の排気マニホールドから入来するガスを
流路に誘導し、静止室においてそのガスを急速に膨張さ
せる。 (b) ガスの流れに対して従来の方式により第1フィル
タで濾過する。 (c) 第1フィルタから出たガスの流れを衝突させ、発
生した流れの中に存在する微粒子の一部、蒸気およびC
Oを分離させる。これらはその後の工程で処理するため
に誘導される。 (d) 残りの流れは水平の細長い穴を強制的に通過さ
せ、さらに従来型の第2フィルタで濾過する。 (e) 第2フィルタを通過した流れの速度を上昇させ、
二つの冷気流を注入し、外周部に配置される高温ガスを
集め、後の工程で処理する。 (f) 分流されなかった残りの流れの周囲部分は、(d)及
び(e)段階で分流された汚染ガスと共に、エンジンへの
吸気マニホールドへ戻る。 (g) 分流されなかった残留フローは、装置を通って外
部に排出される。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図1は、本発明の排気ガス浄化装置1の全
体図を示すもので、以下の構造を備える。エンジンから
排出されるガス入口2は、排気ガス装置1の長手方向軸
線に対して所定の角度でテーパー状に拡がっており、こ
の傾斜部によりエンジンから排出される排気ガスの流れ
を構成する各種ガスの装置内における望ましい分散が可
能となる。
【0018】本装置の第1段階は、ガスの膨張、減圧、
渦流を発生させる静止室3により構成される。すでに減
圧されたガスは、静止室3から出てまず最初に従来型の
第1フィルタ4、次いで分離板5に向かう。この分離板
5(図2a参照)は、第1プレート(第1緩衝板)5a、
ガス誘導管5bおよび締切板(第2緩衝板)5cより成
る。第1緩衝板5aは、ガスの流れを誘導する中心穴
6、分離板5をボルト8とナット9により静止室3のね
じ穴3’に固定するための複数の穴、中心穴6の回りに
配置された複数の小さな穴9、および穴6の上部を取り
囲みかつ接触点10で接触する2枚の案内つば11を備
える。
【0019】ガスが板5’に衝突すると、いくつかの効
果が発生し、浮遊微粒子の一部が穴9に保持される。案
内つば11と外周誘導管12の存在により、緩衝板5a
と締切板5cの間で、一つの室が形成される。この室内
で発生する効果は、以下の2点である。一方では、ガス
の中心の流れはそのまま進行を続け、入口6と同様の穴
6’から排出され、他方では、穴9において流れから分
離した浮遊微粒子の一部、ガスに含まれる水蒸気の一部
および汚染ガスの一部が、案内つば11により、誘導管
14の入口にある穴13へ誘導される。静止室3から出
るガスは緩衝板5aに衝突し、ガスに含まれる微粒子の
大部分が穴9に誘導される。これらの穴を通過した後、
ガスの流れによって微粒子を案内つば11に向けて外周
部を通って誘導する。案内つば11は、微粒子を出口1
0に、次いで穴13および管14に誘導する。後述の試
験においては、この段階でガスの速度が減少し、温度は
低下する。ガスの流れに含まれる窒素酸化物などの汚染
ガスも、微粒子と同様の過程を経る。
【0020】分離板5から穴6’を通過したガスは、も
う一つのフィルタユニット(第2フィルタ)4’に入
る。このフィルタユニットは実際には室15の内部に収
容されており、この室はガスチューニングユニットと言
う名称のユニットを構成する。第2フィルタ4’は第1
フィルタ4の部分と同一の断面積を有し、漏斗16を形
成する狭い流路に通じている。この漏斗の先端は、円形
断面の中心管17になっている。このような断面積の再
三の変化により、ガスの流れに力学的な変化を発生さ
せ、流れの中に含まれる各種ガスの間に層流分離を発生
させるという目的が達成される。この簡単な方法では各
種ガスを異なる層流に完全に分離することはできない
が、一定のガスを多量に含む層流を発生させ、その一つ
一つを後処理することにより、エンジンから排出される
ガスのうちのいくつかを減少させることができる(完全
な除去には至らない)。
【0021】室15に収容されているフィルタユニット
4を出たガスは、複数の溝17’を備えた放散管17に
入る。この管によりガスの一部が誘導され、さらに誘導
管18、19により誘導される。ガスの流れは、テーパ
ー状区間16に入って速度を増し、これを通過すると、
円筒形中心管20に流入する。この中心管には二つの空
気取入口があり、外気を取入れるための第1の横断管2
1と、ベンチュリータイプの断面狭窄部23に対応して
第2の空気取入管22がある。第1の管21は、円筒形
中心管20と同軸に収容されている管24を横断する金
属管で、外気が流れの中心に同一進行方向に向かって注
入される(図4b参照)。第2の空気取入管は、空気取
入口22と、ベンチュリータイプの部品27を構成する
リング27の外周穴26との間を流れが通過することに
より実施される。これらの管21、22の外気が進入す
る外端部は、外気と共に異物が進入するのを防ぐための
保護メッシュ25により覆われている。
【0022】ガスの流れの中心に外気が侵入することに
より、高温ガス(汚染度の高い)は、円筒形中心管20
を出るとすぐに3本の誘導管28、29、30に入り、
高温の汚染ガスはこれらの管を通って後処理のために誘
導される。一方、残りの流れは、円筒中心管31を通
り、乱流室32に入る。中心管31は、終端31’に開
口部34を備え、これに対応して複数の羽根をもつ固定
「タービン」35が配置されている。管31を通ってき
たガスの一部は、開口部34により乱流室32に誘導さ
れ、残りのガスは、管31を通って出口マフラー(排気
管)40に向かって進行し外部へ排出される。
【0023】前述した乱流室32は、第1円錐33によ
り構成され、高温汚染ガスを通す3本の管28〜30が
これに接続している。すなわち前段階において分離され
たすべての汚染ガスは、乱流室32に誘導される。また
拡散器(中央拡散器)38から出ている管37には誘導
管14、18および19が通じているが、管37は乱流
室38を横断し、噴霧シリンダ(噴霧器)39に通じて
いる。乱流室のガス(図6参照)もこのシリンダに集め
られる。
【0024】このようにして、ガス主流から分離された
それぞれ異なるガスの流れのすべてが、一部は管37を
通り、残りは乱流室を通って上記噴霧シリンダ39に到
着する。噴霧シリンダ39は、熱を放散するための外部
フイン(固定羽根)39’,および中心通路41を備え
ている(図9参照)。中心通路の周囲には複数の穴42
があり、図6のガスの流れが示すように、管37を通っ
てきたガスがこの穴を再び通過する。ガスの流れは、シ
リンダ39を通過した後、管43を通って浄化装置を離
れ、再び、エンジンに向かい、エンジンの吸入フローと
合流する。汚染ガスの排出量を抑制する目的で、排気ガ
スを吸入フローとして再利用する方法は、すでに自動車
産業で広く採用されている。この方法には、エンジンの
機能に影響を及ぼさないという当然の制限がある。本発
明の装置について実施された実地試験(実地試験の項参
照)においては、エンジンは上記方法により影響を受け
ないのみならず、出力の増大と燃料消費の減少が見られ
た。
【0025】本発明の装置の最終部分は円形の細長い中
空管を備えたマフラー40である。中空管は末端部4
0’に対応した同軸内管44で、中心管31の続きに接
続し、ボルト45により乱流室32と繋がっている。こ
のボルト45の付近でマフラーは穴46を備え、これに
より内部への外気の進入が可能となる。空気の流れは最
終的に出口47から排出される。
【0026】上記より、エンジンから排出されるガスの
流れの経路は、以下のとおりとなる。ガスは、エンジン
から排気マニホールドを通って入口2に達し、静止室3
に入り膨張する。その後、ガスの流れはフィルタ4を通
過して分離板5に衝突する。ここでガスの流れの一部は
出口6’に向かい、一部は管14により拡散器38に向
かう。ガスは、分離板5に衝突した後、室15に進入
し、ここで一部は管18−19を通って拡散器38に、
残りは円筒形中心管20に誘導される。
【0027】そこで、ガスは、取入口21,22から入
って来る低温の外気と接触し、管の中心に酸素、管壁に
COその他汚染ガスの含有量の高い層流が形成される。
これらのガスの一部は、管37を通って噴霧器39に誘
導される。ガスの流れが管31に進入すると、管壁の近
くにある残りの汚染ガスは、管28〜30を通って噴霧
器39に誘導される。これらの管を介してガスはまず乱
流室32に入り、乱流を発生させる羽根36と接触し、
噴霧器39に誘導される。管28〜30を介して導かれ
ずに、管31を通過して循環する残りのガスの流れは、
マフラー40に誘導され、次いで外部に排出される。
【0028】実施試験:実物のエンジンにおける本発明
装置の作用を分析するため、アルゼンチン国立技術大学
工学部に数種の試験の実施を依頼した。その結果は、以
下のとおりである。 − 窒素酸化物の排出量の減少 − 炭化水素の排出量の減少 − 浮遊微粒子の排出量の減少 試験台上のエンジンにおいて実施された試験では、窒素
酸化物の排出量は相当程度(25%)減少し、一方車両
上の試験では46%まで減少した。また、浮遊微粒子の
数は約63%減少し、排出炭化水素の濃度は約70%減
少した。
【0029】最後に、本発明の方法は、以下の段階によ
り構成される。 −(a) 内燃機関の排気マニホールドから排出される排
気ガスを誘導し、静止室においてその急速な膨張を発生
させる。 −(b) ガスの流れを従来型の第1フィルタを通過させ
る。 −(c) フィルタから出るガスの流れを中央に穴のあい
た金属板に衝突させ、流れの中における浮遊微粒子の一
部を、水蒸気およびCOを分離させ、後の段階で処理す
る。 −(d) 残りのガス流れは、金属板の水平の長穴を強制
的に通過させ、次に第2の従来型フィルタに通す。 −(e) 第2フィルタから出る流れの速度を増大し、2
本の低温空気の流れを注入する。これにより、流れの周
辺部にある高温ガスの一部を後段階の処理のため誘導す
る。 −(f) 誘導されなかった残りの流れの周辺部分は、(c)
および(e)段階において誘導された汚染ガスの残りと共
にエンジンの吸入マニホールドに戻される。 −(g) 誘導されなかった残りの流れは装置から外部へ
排出される。
【0030】これまで、本発明の好ましい実施形態につ
いて説明してきたが、本発明は、ここに記載した実施形
態に限定されるものではなく、種々の変更及び修正を含
み、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想か
ら逸脱しない上述の記載を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の排気ガス浄化装置の全体透視
図である。
【図2】図2aは、装置の第1部分の部分的分解図で、
静止室、炭素微粒子浄化プレート、フィルタおよび微粒
子を多量に含む汚染ガスの捕集と排気のための装置を示
す図であり、図2bは、フローの冷却空気の取入れ口、
汚染ガス分流管および分流羽根によって乱流を形成する
円錐を含んでいる装置の中間部分を示す斜視図である
【図3】図3は、乱流室、噴霧シリンダおよび排気マフ
ラーを含む装置の最終部分を示す斜視図である。
【図4】図4aは、図1のIIIa−IIIa線に沿って切り取
った断面図である。図4bは、図1のIIIb−IIIb線に
沿って切り取った断面図である。
【図5】図5は、図1のIIIc−IIIc線に沿って切り取
った断面図である。
【図6】図6は、図1のIV−IV線に沿って切り取った断
面図である。
【図7】図7は、乱流室に接続する端部を示している、
マフラーの末端あるいは最終排気管の図である。
【図8】図8は、汚染ガスを排出する3本の排気管の分
岐管を1本にまとめる拡散器の断面図である。
【図9】図9は、汚染ガスを再びエンジンに最終的に送
り返す前に設置されている噴霧シリンダの末端の図であ
る。
【図10】図10は、乱流室を閉鎖する円錐型プレート
の端部の図である。
【符号の説明】
1 ガス浄化装置 3 静止室 4 第1フィルタ 4’ 第2フィルタ 5 分離板 5a 第1緩衝板 5b ガス誘導管 5c 締切板 32 乱流室 38 中央拡散器 39 噴霧器
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 F01N 7/20 Z F02M 25/07 580 F02M 25/07 580A (72)発明者 ヘクトル エドゥアルド ルエルチョ アルゼンチン プロビンシア デ ブエノ スアイレス ラネラフ カジェ 302 ヌ メロ 1144(1886) Fターム(参考) 3G004 AA01 AA03 AA04 BA00 BA03 BA06 DA00 DA01 DA04 DA21 DA22 EA00 EA06 FA04 3G062 ED01 ED08 3G090 AA01 EA01 EA06 3G091 AA02 AA05 AA11 AB00 AB13 BA00 BA14 BA15 BA19 BA36 CA15 CA27 HA04 HB01 HB05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンの排気マニホールドからガスを誘
    導し、浄化装置に注入する管を含む、内燃機関の排気ガ
    ス浄化装置であって、 ガスを膨張させる静止室、このガスが順次通過するよう
    に配置された標準の第1フィルタ、第1緩衝板、第2フ
    ィルタ、および中央拡散器を含み、 前記中央拡散器は、前記ガスの流れを外気の流れと接触
    させ、汚染ガスの一部を乱流室に誘導して前記エンジン
    に吸入ガスとして送りこみ、残りのガスの流れを、噴霧
    器内に設けた管の一端部に誘導し、そこから排気管に送
    り込み、 前記乱流室は、一部に開口部を備え、固定羽根によりガ
    スを膨張させ、前記噴霧器内に誘導し、噴霧器は出口か
    ら回収ガスを再びエンジンに送る構造となっていること
    を特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】前記第1緩衝板は、中央部分にガスを誘導
    するための水平に配置された長穴と、その外周に位置す
    る複数の小さな穴を備えることを特徴とする請求項1記
    載の排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項3】前記第1緩衝板および第2フィルタの下流
    側に、前記第1緩衝板と同一の第2緩衝板を含むことを
    特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化装置。
  4. 【請求項4】前記中央拡散器は、第1の低温空気流を注
    入する外部に通じる横断管を有するシリンダと、第2の
    低温空気流を注入する外周に穴のあいたリングとを備え
    ることを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化装置。
  5. 【請求項5】前記中央拡散器の下流側に、3つの誘導管
    を含む1つの管を備え、前記誘導管は、外側に流れる周
    辺ガスを乱流室に誘導することを特徴とする請求項1記
    載の排気ガス浄化装置。
  6. 【請求項6】(a) 内燃機関の排気マニホールドから排
    出される排気ガスを誘導し、静止室において前記ガスを
    急速に膨張させ、(b) 前記ガスの流れを従来型の第1
    フィルタで濾過し、(c) この第1フィルタから出たガ
    スの流れを、細長い中心穴と複数の周辺穴を備える金属
    表面に衝突させ、ガスの流れの中にある浮遊微粒子の一
    部を、後の段階で処理するために水蒸気およびCOから
    分離させ、(d) 残りのガスの流れを細長い水平穴に導
    いて強制的に通過させ、次いで第2フィルタを通過さ
    せ、(e) 前記第2フィルタから出た流れの速度を増加
    して、2本の低温空気の流れを注入し、後の段階で処理
    するために、ガスの流れの外周部分に位置する高温ガス
    の一部を誘導し、(f) 誘導されなかった前記外周部分
    における残りのガスの流れは、前記(c)およびe)の段階
    において誘導された汚染ガスの残りと共にエンジンの吸
    入マニホールドに戻し、(g ) 誘導されなかった残りの
    流れは、装置から外部に排出される、各段階を有するこ
    とを特徴とする内燃機関の排気ガスの浄化方法。
  7. 【請求項7】(a)段階において、ガスを減圧し、静止室
    において乱流を発生させることを特徴とする請求項6記
    載の方法。
  8. 【請求項8】(c)段階において、ガスは、速度と温度を
    失うことを特徴とする請求項6記載の方法。
  9. 【請求項9】(e)段階において、第1の低温の外気をガ
    スの流れの中心に進行方向に向けて注入し、第2の低温
    の外気をガスの流れの周辺方向に向けて注入することを
    特徴とする請求項6記載の方法。
  10. 【請求項10】(f)段階において、前段階で当初の流れ
    から分離された汚染ガスを噴霧器内に誘導し、次いで吸
    入ガスとしてエンジンに戻すことを特徴とする請求項6
    記載の方法。
  11. 【請求項11】(f)段階において、ガスをマフラーに送
    り、そこで低温空気を注入して温度を低下させた後に、
    最終的に外部へ排出することを特徴とする請求項6記載
    の方法。
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