JPH0122450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、過給機付内燃機関の排気浄化装置
に関し、過給機付内燃機関の排気を有効に浄化す
るために、いわゆる核生成論を応用して、排気中
に水蒸気を混入し、これを冷却して過飽和状態と
することにより、排気中における微細な粒子を核
として、核自体に比して数倍ないしは数10倍の大
きさを有する水滴を生じさせ、この水滴を過器
により捕捉することにより、粉塵等の固形成分を
含まない清浄な気体のみを外気中に排出させるよ
うにするとともに、強制排気を促捉させるもので
あり、特に、排気中への水蒸気の混入に、過給機
の給気圧の一部を動力源として用いることによ
り、水蒸気混入のための別段の動力源を省略し、
もつて構造の簡略化と、水タンク設置場所の自由
度増大と、コスト減とを達成する。 従来、内燃機関の排気浄化装置として、前記核
生成論を応用したものはあるが、これらは、排気
中に水蒸気を混入するための手段として、 第１に、排気を水中に導入し、これを通過させ
る手段、 第２に、電動ポンプにより水を加圧して、これ
をノズルから排気中に噴出させる手段、 第３に、水タンクを高所に設置することによ
り、落差に起因する水圧で水をノズルから排気中
に噴出させる手段、 第４に、排気管に狭窄部を設けて排気速度を増
加させ、水タンクの水に連続する細管上端を上記
増速部分に臨ませて、減圧させることにより水を
吸い上げ、且つ吸い上げた水を前記増速排気流で
噴霧させる手段、 がある。しかしながら、第１の手段は、水により
内燃機関の排気抵抗を増大させるため、過給機、
特に排気駆動のターボブロア型過給機に適用する
と、過給機の給気能力を減退させることになる不
具合がある。第２の手段は、ポンプとこれに駆動
するための電源とを別段設置する必要があるう
え、これらは湿度の悪影響を受けやすい不具合が
ある。第３の手段は、水タンクの設置場所の確保
が困難な不具合があり、また第４の手段は、排気
管の狭窄部により内燃機関の排気抵抗を増大させ
るため、前記第１の手段と同じ不具合がある。 この発明は、前記従来例の不具合を除去するた
めになされたものであつて、その目的は、内燃機
関の排気抵抗を増大させることのない排気浄化装
置を得ることにあり、またその目的は、電動ポン
プやその電源のような、別段の駆動源を用いるこ
となく、構造が簡単で故障の少ない排気浄化装置
を得ることにあり、さらにその目的は、水タンク
や水蒸気混入部分の設置のための自由度が大な排
気浄化装置を得ることにある。 而して、この発明は、内燃機関１に給気するた
めの過給機２の給気側３を、水タンク４の水５を
加圧するための加圧室６に接続するとともに、水
タンク４を、内燃機関１の排気管７内に臨むノズ
ル８に接続し、さらに、排気管７の、ノズル８よ
り下流に冷却部９を設け、その下流に濾過器１０
を設置し、前記加圧室６の上流側に、加圧室６側
のパイロツト圧を受けて開閉することにより過給
機２の給気中に加圧室６の圧力を所定範囲に保持
する、給気時用保圧弁１１を設置する一方、前記
加圧室６の上流側に、加圧室６に向かう圧力のみ
を通過させる逆止め弁１２を設け、且つ前記水タ
ンク４とノズル８との間に、前記逆止め弁１２の
上流側のパイロツト圧を受けて開閉することによ
り過給機２の非給気中に加圧室６の圧力を所定範
囲に保持する非給気時用保圧弁１３を設置したこ
とを特徴とする過給機付内燃機関の排気浄化装置
に係る。 而してこの発明は、過給機の作動による給気と
燃料とが混合された状態で内燃機関に導入され、
ここで燃焼して内燃機関は回転駆動力を生じる。
燃焼に用いられた排気は、内燃機関に連続する排
気管を通過して外気に放出される。過給機の給気
側は、水タンクの水を加圧するための加圧室に接
続されているため、過給機による給気の一部によ
り加圧室を加圧し、この圧力により水タンクの水
を加圧して、水をノズルから排気管内に噴出さ
せ、且つ排気熱により気化して排気中に混入す
る。水蒸気含有排気は、排気管内を冷却部に至つ
て冷却されることにより過飽和状態となり、排気
中における煤煙等の微細な粒子を核として水滴と
なる。そして、水滴を含んだ排気は、過器通過
時に水滴およびその核となる微細粒子が過器に
より捕捉されて、浄化された排気のみが外気に放
出される。 かくしてこの発明によれば、水をノズルから噴
出するための圧力源として、過給機の給気圧を利
用するものであるため、電動ポンプ等のような別
段の加圧駆動源を全く必要としない。このため、
構造の簡略化と故障およびコストの低減とをもた
らす他、過給機と水タンクとノズルとを配管によ
り接続するだけで、ノズルの噴出圧力は過給機に
より充分に得られるから、前記構造の簡略化とも
相俟つて、水タンク等の設置位置の自由度が増大
する。また、内燃機関および過給機の作動および
停止時期は略同期しており、したがつて、ノズル
からの水噴出のためのスイツチ操作のような別段
の操作を必要とすることなく、自動的に排気浄化
をなすことができる。さらに、この発明は、排気
管に狭窄部を設けることもないから、内燃機関の
排気抵抗を増大させることがない。このため、過
給機として、排気によりタービンを回転させる形
式のターボブロワ型過給機を用いても、給気能力
を低下させるおそれはない。 また、加圧室の上流側に、加圧室側のパイロツ
ト圧を受けて開閉することにより過給機の給気中
に加圧室の圧力を所定範囲に保持するための、給
気時の保圧弁を設置しているから、加圧室側の圧
力が、設定圧力を超えたときに保圧弁が給気路を
閉じて給気圧を遮断し、且つ、設定圧力より低下
したときに保圧弁が給気路を用いて給気圧を導入
するから、加圧室は、常時設定圧力に保たれる。
このため、水タンク内の水が受ける圧力も常時一
定となるから、ノズルから噴出される水量および
その噴出状態は、予め設定された最良の状態を保
つことができる。 さらに、加圧室の上流側に、加圧室に向かう圧
力のみを通過させる逆止め弁を設けるとともに、
水タンクとノズルとの間に、逆止め弁の上流側の
パイロツト圧を受けて開閉することにより過給機
の非給気中に加圧室の圧力を所定範囲に保持す
る、非給気時の保圧弁を設置しているから、内燃
機関および過給機の停止により、給気圧が低減し
ても、逆止め弁により加圧室の圧力が過給機側に
逆流することがなく、しかも、水タンクからノズ
ルに向かう水を保圧弁が遮断するため、加圧室お
よび水タンクの圧力は、内燃機関および過給機の
停止直前の状態に保持される。このため、内燃機
関が再始動して過給機により逆止め弁の上流側が
加圧されると同時に非給気側の保圧弁が開いて、
直ちにノズルから水を噴出することができる。し
たがつて、内燃機関からの排気中は常時水を噴出
することができるから排気の浄化能力が高い。 さらに過給機の給気圧のうち加圧室へ供給され
る量が、内燃機関の再始動に際して一時的に過大
に増加することがないので、再始動にあたつて一
時的な内燃機関の出力低下がない。 第１図はこの発明の一実施例である。 すなわち、１が内燃機関であり、その吸気口１
ａに過給機２の給気側３を接続する。吸気口１ａ
には、燃料タンク１４に接続された気化器１５も
併せて接続する。内燃機関の排気口１ｂには過給
機２駆動用のタービン２ａを介して排気管７を接
続する。排気管７の中途部には、水噴出用のノズ
ル８を臨ませ、その下流側に余剰水のための貯水
タンク１６を設け、その下流側に多数のフインを
形成したラジエータからなる冷却部９を設け、排
気管７先端には過器１０を設定する。過器１
０は２重のフイルタからなり、この例では内側の
フイルタ１０ａは、発泡金属または金属フアイバ
ーからなる金属フイルタであり、外側のフイルタ
１０ｂは発泡ポリウレタンフイルタを用いる。 ４が水タンクであつて水５が内在し、この水タ
ンク４内の水面上側に加圧室６を設け、この加圧
室６を、過給機２の給気側３に接続して、過給機
２の給気圧を加圧室６の圧力源とする。過給機２
の給気量は、内燃機関１と加圧室６とに、大体に
おいて9000対１の割合にて供給するように設定し
てあるが、この割合は、内燃機関の運転状況、排
気温度、加圧室６の体積、ノズル８の性能、水タ
ンク４からノズル８に至るまでの流通抵抗などの
諸条件により異なる。水タンク４は、排気管７の
前記ノズル８に連絡する一方、加圧室６の上流側
には、給気時の保圧弁１１を設置する。この保圧
弁１１は、加圧室６側のパイロツト圧を受けて、
過給機２から加圧室６へ向けての給気中に、加圧
室６の圧力が設定値を超えたときに閉じて、加圧
室６内の気圧を設定値に保持する。このため、加
圧室６では、水タンク４内の水５を常時一定圧で
加圧するため、ノズル８からの水の噴出は常時最
適の状態を保つ。 １２は逆止め弁であり、保圧弁１１の上流側に
設置されて、加圧室６に向かう圧力のみを適過さ
せる。この逆め弁１２は、保圧弁１１へのパイロ
ツト圧導入部より上流側に設置すればよい。これ
によつて、内燃機関１の停止による過給機２の停
止等で、過給機２の給気圧が低下したときに、加
圧室６の圧力が低下することを防止する。１３は
非給気時の保圧弁であり、逆止め弁１２より上流
側のパイロツト圧を受けて開閉し、このパイロツ
ト圧の低下時に閉じることにより、逆止め弁１２
の作用とも相俟つて、加圧室６の気圧を所定値に
保持する。したがつて、過給機２の給気圧が低下
したときには、ノズル８からの水の噴出を停止す
るから、内燃機関１の作動と同期してノズル８か
らの水噴出、およびこれの停止を自動的に切換え
ることができる。また、加圧室６の気圧が保持さ
れることによつて、水タンク４の水５は常時加圧
された状態にあるから、内燃機関１が再始動する
と、パイロツト圧が上昇して保圧弁１３が開き、
直ちに水５をノズル８から噴出することができ
る。 かくして、ノズル８からの水の噴出のための圧
力源として過給機の給気圧の一部を用いるため、
ポンプ等のような別段の加圧源を必要とせず、し
かも、保圧弁１１によりノズル８からの水噴出は
常時最適の状態に保持され、且つ、逆止め弁１２
と保圧弁１３とにより、内燃機関１再始動時に
は、直ちにノズル８から水噴出を再開することが
できる。 内燃機関１の排気口１ｂから出た排気は、過給
機２のタービン２ａを回転駆動した後、排気管７
を通過し過機１０を経て外気に放出される。こ
のとき、排気管７内において、ノズル８から噴出
された水が混入される。水は、排気の運動エネル
ギと、ノズル８が排気の下流に向いていることに
伴なう減圧作用とにより微粒状となり、且つ排気
に加熱されて、急速に蒸発する一方、余分の水分
は貯水タンク１６内に溜る。そして、排気中の水
蒸気は、冷却部９により冷却されて過飽和状態と
なり、ここで、排気中におけるカーボン等の微粒
子を核として水滴となる。この水滴は、過器１
０をなす内側のフイルタ１０ａと外側のフイルタ
１０ｂとにより効果的に捕捉されて、粉塵を含ま
ない清浄な気体のみが外気に放出される。これら
の水滴は、排気中のカーボン等の固形成分に比し
て数倍ないし数10倍の大きさを有するから、その
捕捉率は極めて高いため、浄化効率を著しく向上
させる。 発明者等は、この装置の効果を確認するために
次の実験をした。すなわち、水冷４サイクル直接
噴射式デイーゼルエンジン（排気量12）に燃料
として軽油（JIS2号・比重0.83）を用い、過器
１０として第１図と同一構造のフイルタを用い、
カーボン濃度の測定は、ボツシユ・スモークメー
タにより、水噴出用のノズル８より上流側の消音
マフラーと、前記過器１０をもつマフラーとで
行なつた。その結果を表１に示してある。

【表】 なお、前記実施例における貯水タンク１６を、
水タンク４に配管接続して、貯水タンク１６の水
を水タンク４に返流させるように構成してもよ
い。また、過給機２にはターボブロワ型を用いた
が、これに代えてルーツ型その他の型式の過給機
を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す説明図で
あり、図中１は内燃機関、２は過給機、３は給気
側、４は水タンク、５は水、６は加圧室、７は排
気管、８はノズル、９は冷却部、１０は過器、
１１は給気時の保圧弁、１２は逆止め弁、１３は
非給気時の保圧弁である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関に給気するための過給機の給気側
   を、水タンクの水を加圧するための加圧室に接続
   するとともに、水タンクを、内燃機関の排気管内
   に臨むノズルに接続し、さらに、排気管の、ノズ
   ルより下流に冷却部を設け、その下流に濾過器を
   設置し、前記加圧室の上流側に、加圧室側のパイ
   ロツト圧を受けて開閉することにより過給機の給
   気中に加圧室の圧力を所定範囲に保持する、給気
   時用保圧弁を設置する一方、前記加圧室の上流側
   に、加圧室に向かう圧力のみを通過させる逆止め
   弁を設け、且つ前記水タンクとノズルとの間に、
   前記逆止め弁の上流側のパイロツト圧を受けて開
   閉することにより過給機の非給気中に加圧室の圧
   力を所定範囲に保持する非給気時用保圧弁を設置
   したことを特徴とする過給機付内燃機関の排気浄
   化装置。