JPH06272537A - 内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 内燃機関より排出する排ガスより、結果的に
産出する窒素酸化物が、内燃機関の常時出力変化に比例
して出る窒素酸化物を量的に中和するに必要なアルカリ
物質を、排ガス排出流量に準じて自動供給し、排ガス導
管において中和し、中和された排ガスを大気中に放出で
きるようにしたことを目的とする。 ［構成］ 内燃機の排ガス噴出口に接続し、また、大気
中に放出する開口部を有し、中間に消音装置を介装する
排ガス導管内に、アルカリ物質を満たした貯留槽に接続
するアルカリ物質供給管の先端を開口し、内燃機の燃焼
室において爆発作用によって生ずた排ガスが、前記排ガ
ス導管を通過する際に生じている通過圧に対応して、ア
ルカリ供給管先端で、排気ガス導管の接続箇所まで供給
されているアルカリ物質を吸引して取り込み、更にこれ
を撹拌し混合して、排ガス中の窒素酸化物とアルカリ物
質を中和し、中性にして大気中に排出することができる
ようにして成ることを特徴とする内燃機より排出される
排ガスの水素イオン濃度の調整方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関において、
内燃動作させた後の、大気に放出させる排ガス中に発生
する窒素酸化物を、大気放出前に中和させようとする方
法に関するものである。

【０００２】

【技術的背景】元来、石油系燃焼物質を燃料とする内燃
機関は、一定容積の燃焼室において、第１に高出力を得
る開発、第２に経済性の開発、第３に高効率の開発、第
４に環境浄化開発、と、その開発順位が為されて来た。

【０００３】前記各事項のすべてを満足させるために
は、現在の技術をもってしても難しく、その時代が要求
する必要事項を最重点として、第１位の開発順位として
きた。

【０００４】開発の高順位を要望順に配列した場合に、
いずれかの事項を犠牲にしなければならない。

【０００５】現在、最も重要先決と叫ばれている事項の
一つに、環境対策がある。

【０００６】時代とともに前記各種の要望、そして要求
事項も、それぞれが平行して高効率が得られるようにな
った現在、最終的に残された環境問題で、これも内燃機
関の作用を高効率を旨とすれば、不完全燃焼が生じ、こ
の不完全燃焼によって有害物質を排出する結果となり、
現在では、これらも開発によって、有害物質排出抑制も
達せられるとともに完全燃焼に近い結果が得られようと
している。

【０００７】このように、高効率で、かつ、完全燃焼が
得られるようになれば、該完全燃焼に伴う排気ガスの高
温化による窒素酸化物の排出が完全燃焼率に反比例して
産出されるという、問題がある。

【０００８】完全燃焼、即ち、高温化である。この高温
化が窒素酸化物発生の元凶である。

【０００９】この高温化による窒素酸化物の排出を制御
するために、希薄化燃料を用いて低温に戻す手段も開発
途上にあるものの、その効率も出力低下に繋がり技術進
歩の逆行であり、進歩性における前進跡は全くない。

【００１０】そこでこの発明は、到達した現在の最高技
術水準を維持し、かつ、これらを踏襲して、更に技術を
前進させ、最終段階での弊害である窒素酸化物の除去手
段を中和作用によって解消しようとするものである。

【００１１】

【従来の技術】内燃機関の高効率動作を求めることによ
って生じた不完全燃焼による有害物質の産出は、残った
不燃焼物質を再燃焼という手段で完全燃焼させ、これに
よって現在のところ、一応完成されたものとしている。

【００１２】これには、再燃焼の手段は、再び内燃機関
へのフイードバック、あるいは排ガス導管経路中に行わ
れている。

【００１３】上記のように、完全燃焼という形態で、不
完全燃焼が高温化という代償を残して解消された。

【００１４】この代償として残された高温化の副産物が
窒素酸化物の産出で、現在、この窒素酸化物が大気汚染
の一つとして取上げられているが、この高温化対策とし
て、燃焼ガスの希薄化等さまざまな角度から研究、開発
がなされているが、抜本的対策技術は現在のところ、完
璧に完成された技術として出現していない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の動作によ
り、結果的に産出される窒素酸化物の数値は、常に可変
であり、また、酸の類も発生時の条件により異なるもの
であるが、その排出量については、一定の条件の下で、
瞬時に変化する出力にほぼ比例するものであるらしいこ
とまでは判明している。

【００１６】産出される窒素酸化物を、中和手段で解消
しようとする基本的な技術的思想は公知公用で、全く新
規性のあるものではないが、常に変化する水素イオン濃
度を、中和するように自動的に、かつ、人為的操作を皆
無にし、臨対応することができるようにしたことを本発
明の目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記した目
的を達成させるための手段として、第１の発明は、内燃
機の排ガス噴出口に接続し、また、大気中に放出する開
口部を有し、中間に消音装置を介装する排ガス導管内
に、アルカリ物質を満たした貯留槽に接続するアルカリ
物質供給管の先端を開口し、内燃機の燃焼室において爆
発作用によって生ずた排ガスが、前記排ガス導管を通過
する際に生じている通過圧に対応して、アルカリ供給管
先端で、排気ガス導管の接続箇所まで供給されているア
ルカリ物質を吸引して取り込み、更にこれを撹拌し混合
して、排ガス中の窒素酸化物とアルカリ物質を中和し、
中性にして大気中に排出することができるようにしてな
るものである。

【００１８】第２の発明は、内燃機関の出力を任意に操
作することによって、常に不特定作用に比例して、排ガ
スの排出量、含有物質、温度、流動圧等の数値が常時変
動し、排ガス導管内に排出し、かつ、生じている変動値
の窒素酸化物を、変動負圧に対応して、該排ガス導管内
に開口しているアルカリ物質供給管によって供給準備さ
れているアルカリ物質量を排ガス流動による吸引作用に
準じて自動的に吸引供給量として供給することができる
ようにしてなるものである。

【００１９】第３の発明は、アルカリ供給管の先端にお
いて、排ガス導管内に開口させる構成をキャブレター構
成とし、該キャブレター開口部の、排ガス導管内を通過
する排ガスの流動圧に順応するアルカリ物質の吸引量と
なるようにしてなるものである。

【００２０】第４の発明は、内燃機の排ガス噴出口に連
ねた排ガス導管における元端と開口端部間の管内に窒素
酸化物の濃度を感知するセンサーを設置し、該センサー
とコントロールユニットに電気的に接続し、アルカリ物
質供給管の管途に介在させた流量制御弁を設けて前記の
コントロールユニットと電気的に結線し、流動するアル
カリ物質の流量を制御し、排気ガス中の窒素酸化物を排
気ガス導管内で中和することができるようにしてなる。

【００２１】第５の発明は、排ガス導管内に開口し、か
つ、貯留槽に連なるアルカリ物質供給管の管途に、内燃
機の稼働中に常時作動するポンプを介在させ、排ガス導
管内に開口した前記アルカリ物質供給管端部よりアルカ
リ物質の適量を送出できるようにしてなるものである。

【００２２】第６の発明は、排ガス導管全長において、
任意設定した複数個所の管内に、窒素酸化物の濃度を感
知するセンサーを設置し、各々のセンサーで検知した数
値に基づいて排ガス導管出口の窒素酸化物が中和される
に必要なアルカリ物質の供給量を平衡供給できるように
アルカリ物質供給管の管路に設置した流量制御弁を制御
できるように電気的に結線してなるものである。

【００２３】第７の発明は、排ガス導管内に供給するア
ルカリ物質をアルカリ溶液としてなるものである。

【００２４】第８の発明は、排ガス導管内に供給するア
ルカリ物質をアルカリガスとしてなるものである。

【００２５】第９の発明は、排ガス導管内に供給するア
ルカリ物質を、アルカリ物質の固体を粉体あるいは粒体
としたもの、またはこれら粉体あるいは粒体を担体とし
た複合物質の粉体あるいは粒体としてなるものである。

【００２６】第１０の発明は、アルカリ物質をアルカリ
溶液とする場合に、これを不凍液としてなるものであ
る。

【００２７】第１１の発明は、排ガス導管内に開口する
アルカリ供給管の接合箇所より、排ガス導管管端の大気
への放出口までの間に作用部を設け、該作用部で排ガス
と供給されるアルカリ物質が、排ガス固有の排出能力
で、充分に撹拌できる混合、該混合ならびに中和できる
ようにしてなるものである。

【００２８】

【作用】この発明の内燃機関、即ち、内燃機関の出力を
動力とする搬送手段、例えば、鉄道、自動車、船舶等の
交通手段、中でも自動車における内燃機関を主なる対象
として開発したもので、この自動車は、特に、要求する
出力が常に可変で、操縦者の任意なる操作と、自動車
（以下車両という。）の車輪が接する走行路面の状況、
速度、負荷、風向等、操縦者が一定の出力を要求して
も、該車両が受ける状況の変化に対応してその負荷に対
応する働きをなし、変化する状況を、設定した一定の動
作を得るために、操縦者は常に所望した設定動作になる
ように対応した操縦を行う。

【００２９】また、走行路面の状況による車両の動作に
関係なく操縦者が操作による、止まる、走る、旋回、加
速、減速、等の任意性の操縦によっても、内燃機関の動
作は常に変化する。

【００３０】内燃機における燃焼室へ燃料の可変供給量
に準じて出力も可変し、なおかつ、排気流量も供給燃料
の量に比例して排出される。

【００３１】一方、窒素自体は、動物生存可能な、比較
的低温中にあっては、不活性状態であるが、これが高温
に移行するに従い活性化に変化し、かつ、高温度数値に
よりその酸の種類も変化する。

【００３２】このため、自然大気も高温化したとき、そ
こに含有する窒素も、変化する温度に準じて酸の種類を
異にして変化するものである。

【００３３】内燃機において、その目的を了した排ガス
は、排ガス導管経路、消音器を経て大気中に放出される
段階ともなれば、それほどの高温でもなく、それまでの
経路において、その大部分が放熱されるように構成され
ているが、内燃機内内の高温によって変成窒素酸化物
は、そのまま大気中に放出されてしまう。

【００３４】車両用排ガス中の不完全燃焼によって生ず
る有害物質については、さまざまな手段を用いて無害化
に勤め、現在では所望する無害化指数のほぼ全体が達成
されている。

【００３５】これは、内燃機から消音装置を経て排ガス
導管出口より大気に放出されるまでの経路中に固定配置
された装置の通過による無害化あるいは排ガス経路中に
設けた、単数あるいは複数の、設定有害物質を感知する
センサーによって、電気的に受信し、これをコントロー
ルユニットに伝達し、該コントロールユニットより機械
的な装置に電気的に指令を発して制御している。

【００３６】本願の発明は、内燃機から排出される排ガ
スにおいて有害物質の有無に関係なく、窒素酸化物の中
和に係るものである。

【００３７】この窒素酸化物の発生量は前述のように常
時変化するので、その変化量に準じ、自動的に中和に必
要なアルカリ物質を、排ガスが大気中に放出される以前
の段階で行おうとするものである。

【００３８】発生された窒素酸化物の中和手段として、
自然自動形態、または、電気的に窒素酸化物発生量を逐
次感知し、その含有量が中和されるに必要なアルカリ物
質の量を自動的に検知して、該検出された数値に見合っ
た量のアルカリ物質を排ガス中に供給し、該排ガスが大
気中に放出される以前に中和させるものである。

【００３９】窒素酸化物を含有する排ガスに添加、そし
て中和させるアルカリ物質は、個体（粉粒体）ガス体、
液体等があり、また、これらの含有率等を異にするもの
で、これらは任意選択的に採択するものであるが、その
種類によって排ガス導管における混合個所も選択すべき
である。

【００４０】即ち、アルカリ物質が液体の場合は、内燃
機に近い高温の排ガス中に添加すれば、水蒸気爆発状態
を呈することもあるので、この点を考慮すべきである。

【００４１】これら排ガス導管内において、アルカリ物
質を混合させる手段として、基本的には、排ガス導管内
を流通する排ガスの流動圧、流速を利用するもので、ア
ルカリ物質の貯留槽より連なるアルカリ物質供給管の先
端が排ガス導管における設定位置に接続し、かつ、開口
しているので、該排ガス導管内においては、常時変化す
る排ガスが、ある圧力、速度をもって流動しており、こ
れらによる排ガスの流れに準じてアルカリ物質はアルカ
リ物質供給管の先端より吸い上げられて霧状、あるいは
煙状となり、排ガスと混合して中和されるものである。

【００４２】これらアルカリ物質は、その濃度を予め設
定しておき、中和に必要な噴出量を算定しておくもの
で、排ガスの流速、流動圧、流量に対応し、かつ、適正
な中和作用が行い得るようにしておくものである。

【００４３】また、機械的にアルカリ物質を供給する場
合においては、内燃機に連なる排ガス導管の元端より消
音装置を含む開口端部までの全長中、任意設定個所の管
内に、単数もしくは複数の窒素酸化物を感知するセンサ
ーを設置し、このセンサーよりコントロールユニットに
電気的に結線し、該センサーからの指令をコントロール
ユニットを介して貯留槽に連なるアルカリ物質供給管の
管路に介在させた流量制御弁を制御し、同じ管路に設置
したポンプによる圧流を適正流量に制御してアルカリ物
質を排ガス導管に送り込み、排ガス内の窒素酸化物を中
和させるものである。

【００４４】このように排ガス導管内の排ガス中におけ
る窒素酸化物の含有量は常時変化し、その変化値をセン
サーが読み取り、直ちに該変化値に即応して窒素酸化物
の中和に必要とするアルカリ物質の供給量を流量制御弁
で制御し、常に窒素酸化物の量とアルカリ物質の供給量
とを中和作用に供する平衡作用をもって、排ガス導管内
に供給し、該排ガス導管内において排ガス中の窒素酸化
物を中和し、中和された排ガスを大気中に放出できるよ
うにしたものである。

【００４５】

【発明の実施例】次に、この考案の実施例を図とともに
説明すれば、図１は、この発明の基本的概念のシステム
図で、１は内燃機で、該内燃機１における排ガス噴出口
２のマニホールドに連なり、該マニホールドを含む排ガ
ス導管５にはプリマフラー、メインマフラー等の消音装
置４賀介装されている。

【００４６】前記の排ガス導管５におけるマニホールド
から開口部３までの全長中、任意設定個所に該排ガス導
管５内に、末端が開口するアルカリ物質供給管７を、液
体、粉粒体あるいは気体の任意設定した中和剤を貯留し
た貯留槽６に連ねて設置するものである。

【００４７】図２は、図１の具体例を示すもので、アル
カリ物質を液体とした場合で、アルカリ物質供給管７の
中間には流量調整バルブ１４を介装するとともに、その
末端には噴射ノズル１５が設けられている。

【００４８】図３は機械的な中和剤供給構成を示すシス
テム図で、排ガス導管５におけるマニホールドから開口
３までの全長中、任意設定個所に該排ガス導管５内に、
末端が開口するアルカリ物質供給管７が、液体、粉粒体
あるいは気体の任意設定した中和剤を貯留した貯留槽６
に連ねて設置する。

【００４９】排ガス導管５の管路全長において、任意設
定の管内に単個所あるいは複数個所に窒素酸化物を感知
するセンサー９を設置し、該センサー９よりコントロー
ルユニット１０に結線１３する。

【００５０】コントロールユニット１０は、使用するア
ルカリ物質の種類、含有率、窒素酸化物に対し、中和に
必要な供給量率等を記憶させ、感知値に対応して中和に
必要なアルカリ物質供給量が平衡するように作用する電
気的信号を流量制御弁１１に発信できるようにしてあ
る。

【００５１】アルカリ物質供給管５の中間には貯留槽６
側にはポンプ１２を、排ガス導管５側には流量制御弁１
１が介装されていて、流量制御弁１１は、例えば、ソレ
ノイドバルブ等よりなり、前記のコントロールユニット
１０と結線１３し、該コントロールユニット１０から発
せられる信号によってオリフィスが規制される。

【００５２】また、前記ポンプ１２は、内燃機１の始動
と同時に作動するように構成され、先方向に設置した流
量制御弁１１までアルカリ物質に対し、常に加圧状態を
維持するようにして成るものである。

【００５３】

【発明の効果】この発明は以上のように、内燃機関の稼
働にともなって排出する排気ガス中に結果的に生ずる窒
素酸化物を大気中に排出する排ガス動管内で中和処理
し、大気に放出される排気ガス中に窒素酸化物をなくす
るものである。

【００５４】内燃機の排気中、常時変化する窒素酸化物
の含有率に対し、中和に必要な量のアルカリ物質の供給
を自動的に供給し、排ガス動管内で中和して大気に放出
することができる効果あるものである。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的概念のシステム図、

【図２】具体例を示すシステム図、

【図３】機械的中和剤供給構成を示すシステム図。

【００５７】

【符号の説明】

【１】 内燃機、

【２】 排ガス噴出口、

【３】 開口部、

【４】 消音装置、

【５】 排ガス導管、

【６】 貯留槽、

【７】 アルカリ物質供給管、

【８】 キャブレター、

【９】 センサー、

【１０】 コントロールユニット、

【１１】 流量制御弁、

【１２】 ポンプ、

【１３】 結線、

【１４】 流量調整バルブ、

【１５】 噴射ノズル。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機の排ガス噴出口に接続し、また、
   大気中に放出する開口部を有し、中間に消音装置を介装
   する排ガス導管内に、アルカリ物質を満たした貯留槽に
   接続するアルカリ物質供給管の先端を開口し、内燃機の
   燃焼室において爆発作用によって生ずた排ガスが、前記
   排ガス導管を通過する際に生じている通過圧に対応し
   て、アルカリ供給管先端で、排気ガス導管の接続箇所ま
   で供給されているアルカリ物質を吸引して取り込み、更
   にこれを撹拌し混合して、排ガス中の窒素酸化物とアル
   カリ物質を中和し、中性にして大気中に排出することが
   できるようにして成ることを特徴とする内燃機より排出
   される排ガスの水素イオン濃度の調整方法。
2. 【請求項２】 内燃機関の出力を任意に操作することに
   よって、常に不特定作用に比例して、排ガスの排出量、
   含有物質、温度、流動圧等の数値が常時変動し、排ガス
   導管内に排出し、かつ、生じている変動値の窒素酸化物
   を、変動負圧に対応して、該排ガス導管内に開口してい
   るアルカリ物質供給管によって供給準備されているアル
   カリ物質量を排ガス流動による吸引作用に準じて自動的
   に吸引供給量として供給することができるようにしてな
   ることを特徴とする請求項１記載の内燃機より排出され
   る排ガスの水素イオン濃度の調整方法。
3. 【請求項３】 アルカリ供給管の先端において、排ガス
   導管内に開口させる構成をキャブレター構成とし、該キ
   ャブレター開口部の、排ガス導管内を通過する排ガスの
   流動圧に順応するアルカリ物質の吸引量となるようにし
   てなることを特徴とする請求項１記載の内燃機より排出
   される排ガスの水素イオン濃度の調整方法。
4. 【請求項４】 内燃機の排ガス噴出口に連ねた排ガス導
   管における元端と開口端部間の管内に窒素酸化物の濃度
   を感知するセンサーを設置し、該センサーとコントロー
   ルユニットに電気的に接続し、アルカリ物質供給管の管
   途に介在させた流量制御弁を設けて前記のコントロール
   ユニットと電気的に結線し、流動するアルカリ物質の流
   量を制御し、排気ガス中の窒素酸化物を排気ガス導管内
   で中和することができるようにして成ることを特徴とす
   る内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の調整
   方法。
5. 【請求項５】 排ガス導管内に開口し、かつ、貯留槽に
   連なるアルカリ物質供給管の管途に、内燃機の稼働中に
   常時作動するポンプを介在させ、排ガス導管内に開口し
   た前記アルカリ物質供給管端部よりアルカリ物質の適量
   を送出できるようにしてなることを特徴とする請求項４
   記載の内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の
   調整方法。
6. 【請求項６】 排ガス導管全長において、任意設定した
   複数個所の管内に、窒素酸化物の濃度を感知するセンサ
   ーを設置し、各々のセンサーで検知した数値に基づいて
   排ガス導管出口の窒素酸化物が中和されるに必要なアル
   カリ物質の供給量を平衡供給できるようにアルカリ物質
   供給管の管路に設置した流量制御弁を制御できるように
   電気的に結線してなることを特徴とする請求項４記載の
   内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の調整方
   法。
7. 【請求項７】 排ガス導管内に供給するアルカリ物質を
   アルカリ溶液として成ることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の調整
   方法。
8. 【請求項８】 排ガス導管内に供給するアルカリ物質を
   アルカリガスとして成ることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度の調整
   方法。
9. 【請求項９】 排ガス導管内に供給するアルカリ物質
   を、アルカリ物質の固体を粉体あるいは粒体としたも
   の、またはこれら粉体あるいは粒体を担体とした複合物
   質の粉体あるいは粒体として成ることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃
   度の調整方法。
10. 【請求項１０】 アルカリ物質をアルカリ溶液とする場
    合に、これを不凍液として成ることを特徴とする請求項
    １記載の内燃機より排出される排ガスの水素イオン濃度
    の調整方法。
11. 【請求項１１】 排ガス導管内に開口するアルカリ供給
    管の接合箇所より、排ガス導管管端の大気への放出口ま
    での間に作用部を設け、該作用部で排ガスと供給される
    アルカリ物質が、排ガス固有の排出能力で、充分に撹拌
    できる混合、該混合ならびに中和できることを特徴とす
    る請求項１、２、３、４、５および６記載の内燃機より
    排出される排ガスの水素イオン濃度の調整方法。