JPH06508409A - 内燃機関の作動 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の作動 ！」砂ぜｆ 本発明は低温始動時のエミッション即ちｆＪｊ出物質を低減するためにアフター バーナを備え１．＝内燃機関を作動する方法に関する。

角閏ドソ但 ｔＪｔ気触媒コンバータは、３００°Ｃ〜４００’Ｃの間である着火温度と称さ れる臨界温度に達した後の未燃焼炭化水素、−酸化炭素及び窒素酸化物の排気ガ ス濃度を減少させる作用を果たすたけである。低温始動時には、触媒がこの温度 に達するまでに要する時間を最少限にすることか重要であり、更に詳しくはその 理由は様々な法律により規定された排出物質の運転ザイクルの全てが低温始動を 含むからである。

様々な解決方法か着火時間を短縮できるようにするために既に提案されている。

最も簡単な解決法は、エンジンの直ぐ近くに触媒を配置して、ｔＪＦ気系統で冷 却される府のｆＪＩ’気ガスで加熱されるようにすることである。一般に近接カ ップリングと称される触媒を取付けるこの方法は、エンジンか高速高負荷の下で 運転されているときに問題を生じる。このような状態の下では、排気ガス温度は ８５０’Ｃを超え、この温度は触媒を永久的に損傷させるＦｖに十分に高い。そ れ故に近接カップリングされる触媒を備えず、通常は車体下部触媒と称されるエ ンジンから幾らかの距離を離して取付けられる触媒を使用することが好ましい。

このような取付１すは高速高口向にと−・て安全であるが、始動時に排気ガスが 触媒に達する前に冷却されてしまうので、暖機の問題は悪くなる。

触媒コ、ハータの暖機を速めるために、電気ヒーター及びマイクロ波ヒーターを 含む外部熱源か提案されてきた。これらの提案はがなりの追加コスト及び複雑さ を伴い、更に詳しくは出力要求か２〜３キロワットの程度のとき、１２ポル１− 電源で１６６〜２５０アンペアの電流が必要であると認識される。

排気パイプに燃料を噴射して点火することで着火時間を短縮させるように化学エ ネルギーを使用することも提案されてきた。この場合の複雑さは、エンジンから の排気ガスで希釈されたときに石油／空気混合気か常に信頼性を有して点火され るわけてはなく、またそれらは点火に失敗すると触媒を冷却し、ｔＪＦノド気中 化水素の排出物質を劇的に増加して問題を悪化することである。安全性を保証す る必要性のために更に複雑さか加わり、また排気パイプに開口する燃料ラインを 備えることは本来的に危険である。

更に池の提案は所謂熱反応を使用することであり、これにおいて空気は排気ボー １への近くて排気流の中に噴射され、未だ高温である排気ガスを迎え容れる。混 合気は多少リッチに設定され、燃焼灰［Ｌ：は低速にも拘わらずに排気ガス中で 継続され、これ力市［気ガス温度を上昇させて触媒コンバータの着火時間を短縮 させる。

この提案は働きはあるか、これにより達成される利益は限られた値でしかない。

典型的には着火時間は大体２分に短縮されるか、それても更に正確に法律て規制 さ第１た排出物質レヘルに合致させるには至らない。

更に池の提案は、アフターバーナを使用することである。エンジンは再び述へる かリッチ即ち富化混合気で運転され、新しい空気かｔｔｔ気ガス流に加えられる か、これは例えは火花によりコンバータの直ぐ１−流側に配置されたチャンバー 内で燃焼するように混合気か点火される。

アフターバーナ内で点火されて開始される反応と、触媒コンバータの表面にて通 常行われる反応とを区別することか重要である。アフターバーナ内ては、ガスを 通して伝播し且つ表面に限られない開放された輝炎か作られる。点火は火花点火 、パイロット炎または実際の熱触媒部材により開始できる。一度点火されると、 炎は点火装置に制約されず、ガスは制限のない空間内で燃焼する。

アフターバーナの概念は、それ自体新しいものではなく、１９６７年以来制弾状 態の下て排気混合気中て燃料を再点火できることか知られている。モーター・イ ンダストリー・リサーチ・アソシエーション・才ブ・グレート・プリテン（ＭＴ ＲＡ）カルボ−１−Ｎｏ、ｌ　９６７１５どして発行したＣ、　Ｄ、ヘイネス氏 による論文には、汚染物質の減少手段としてアフターバーナを使用することか初 期の示唆としてあり、発生した熱は単にピー１−シンつて発散される。ヒートシ ンクは勿論触媒コンバータのマトリックスとすることかでき、アフターバーナは このコンバータの着火時間を短縮するように作用する。

ＪＪｊ気ガスか触媒コンバータに達する前にその排気ガスを加熱するためにアフ ターバーナを使用することは、米国特許明細書第３　８８９　４６４号に特に示 唆されており、この特許ではアフターバーナの燃料は排気ガスから供給されてい ない。ヨーロッパ特許ＥＰ　Ａ　０　４２２　４３２号に記載されたこの思想の 発展形では、排気ガス中の部分燃焼した燃焼生成物をアフターバーナの燃料とし て使用している。後者の提案においては、エンジンに対する混合濃度はｔＪＦ気 パイプ内に直接に流される計量空気の成る量を転向させて富化される。

着火時間を短縮するために触媒コンバータを加熱する目的には、アフターバーナ か今までで最も効果的な提案であった。エンジンが中間的なリッチ混合気即ち富 化混合気で運転され、新しい空気か排気系統の暖機された後に高温排気ガスに追 加されるとき、この混合気を再点火することは可能である。何故ならば、所謂低 温炎反応か１ノ［気系統で行われるからである。これは暖機時間を少なくとも１ 分間は短縮する。

しかしながら従来技術の提案では、エンジンか始動された後でアフターバーナ内 でガスが点火可能になる前に時には待たねばならない。これは、エンジン及び排 気系統か冷えている間にアフターバーナに達する混合気はその大部分の熱を排気 系統で失っており、ガス内で行われる如何なる低温炎反応もガスがエンジンを出 るときには冷えた排気マニホールド及び下りパイプを通過する際に急冷され、更 に排気ガス流内に追加の冷えた空気を噴射することで急冷される。点火を助ける として知られている低温炎反応の無い場合は、ＩＪＦ気／気気空気混合気燃性に ならない。排気ガスかアフターバーナに達するまでに低温炎反応を維持てきる温 度となるまでｔＪＦ気パイプか暖機されることを待たなけれはならない。アフタ ーバーナか点火されたならば、触媒コンバータはその点火温度にまで速やかに加 熱されるが、アフターバーナか点火されるまでの初期段階では、排気ガスはアフ ターバーナ及び触媒の何れによっても浄化されず大気中に排出される。

発明の［］的 それ故に本発明の目的は従来技術のこれまでの問題を軽減し、触媒コンバータの 着火時間を最少限にするために、エンジンか最初に点火された後できるだけ素早 くアフターバーナを点火させる装置の提供を探究する。

本発明の概要 本発明によれば、炭化水素燃料を燃焼させ且つまた触媒コンバータの上流側に配 置したアフターバーナを存するエンジンから、低温始動時に全ての排出物質を減 少させる方法か提供され、この方法は、発生した排気／空気混合気が点火可能と なるように且つまた大気温度に近い温度にあるアフターバーナ内で定常炎を存し て燃焼できるように、エンジンが最初に始動された直後の排気／空気混合気に十 分な水素及び酸素濃度が存在することを保証するために、エンジン燃焼吸気に増 量燃料を追加し、またエンジン排気ガスに空気を追加し、及び エンジンか最初に燃焼された直後にアフターバーナ内で排気／空気混合気を点火 する諸段階を含む。

アフターバーナ内で点火された後、少なくとも触媒コンバータのマトリックスの 一部か着火温度に達するまで定常炎をアフターバーナ内に維持するために増量燃 料及び（または）追加空気を変化させて排気／空気混合気が調整されることが好 ましい。

エンジンか最初に点火された直後に低温のアフターバーナ内てＵ［気／空気混合 気か点火可能となるように、また定常炎の維持が可能となるようにする排気／空 気混合気に必要な水素及び酸素の最低濃度は、アフターバーナ及びそれを流れる ガス流状態の設計に依存する。エンジンの排気／空気混合気からサンプリングさ れた良く混合されまた低温燃焼ホンへ内で静止状態の下で点火された量に関する 経験的に見い出された水素及び酸素濃度の最低値は、それぞれ３％及び６％であ った。しかしながらエンジン排気流が脈動し、追加の空気との混合が完全でなく 、また点火源のまわりの流れ状態か安定していない従来の設計によるアフターバ ーナの実際の状態においては、点火を可能にするために水素濃度は５％を充分に 超え、典型的には６％であることを必要とする。点火の後に定常炎が維持される ためには、これより低い濃度か使用されるが、これらでさえも水素及び酸素に関 してそれぞれ３％及び６％を十分に超える最小値とされねばならない。明細書を 通してパーセンテージで表されるガス濃度は体積によるもので、質量による値で はない。

ｆＪＦ気混気気合気中素の重要性は従来技術では実現されておらず、酸素濃度は そのために引用されることはなかった。しかしながら、従来技術で請求されてい る改良を達成するために必要な一酸化炭素濃度から、水素濃度の存在か３％より 少なく、これは理想状態の下でさえも最低可燃限度より少なく、またこれは２つ の因子によって実際に本発明のアフターバーナ内で点火するために必要な水素濃 度よりもかなり小さいということが推論できる。

このことから、従来技術で行われている反応のメカニズムは本質的に本発明にお いて当てにするものとは本質的に異なることか認識されよう。従来技術は１）［ 気ガスか低温の排気系統を通過することで、またはアフターバーナに達したこと で冷却されてしまうことを許されないならば、低速で高温の部分燃焼成分が互い に反応し、十分な酸素か存在し且つ点火源が与えられているならばこれらの状態 の下で燃焼は排気ガス中の高温の反応性水素及び−酸化炭素で再活性化できる。

しかしなから、時にはアフターバーナ内での点火が可能になる前に暖機のために エンジンを運転することが必要で、この間は未燃焼炭化水素は排気系統から排出 されていた。混合気濃度を高め、空気を追加することは排気中のガス間での熱反 応を増進し、これにより排気系統の暖機時間を短縮していた。しかしながらこの 熱反応はアフターバーナに達する混合気の可燃性ガス濃度を低下してアフターバ ーナか点火されるようにすることを一層困難にした。

アフターバーナに達する混合気中の一酸化炭素及び未燃焼炭化水素の濃度を更に 高めるためにエンジンに供給される混合気を富化することは、暖機時間を大幅に 短縮しないが（特に法定運転サイクルの最初の部に関する要求としてエンジンが アイドル速度で運転されるとき）、アフターバーナの点火の前に排出される未燃 焼炭化水素の濃度に大幅な増大を生し、単に逆方向生成が証明された。

従来技術の教示は、アフターバーナの基本的な作動か燃料として一酸化炭素及び 炭化水素を供給する一方、排気中のこれらのガス濃度を高めるために暖機の初期 段階においてエンジンに供給される燃料の富化状態を高めることはアフターバー ナが点火される前に排気系統から排出される全排出物質量を単に増大することに なる、ことを示している。本発明はこの問題を、アフターバーナを点火するため に別のメカニズムを使用し、かなりの濃度で存在するならば水素が果たす重要部 分を初期に認識することによって、回避する。

従来技術に対する本発明の改良点は、エンジンの最初の点火に続く現象のタイミ ングで強調される。従来技術では排気物質か測定される法定運転サイクルに従う 間、アフターバーナは運転サイクルの最初の２０秒間のアイドル期間は、排気ガ スか低温であるためにアフターバーナが点火できない。自動車が負荷の下で運転 されると、アフターバーナ内のガスの温度は急激に変化してアフターバーナは更 に数秒間１＆に点火できるレベルに達する。点火されたならば、アフターバーナ はそれ自体か炭化水素のｔＪＦ出量を低減し、これは混合気濃度を増大可能にし て更に触媒コンバータを加熱するための発生熱量を高める。それ故に触媒コンバ ータの全点火時間はエンジンか最初に点火した後３ｏ数秒またはそれ以上に延び る。

本発明において、混合気濃度は必要な水素濃度を達成するためにクランク動作中 またはその直後に供給されてアフターバーナが一度に点火される。このためにエ ンジンに供給される燃料富化状態は非常にダイナミックに変化されることを必要 とし、燃焼性吸気における燃料量か化学量論で与えられる燃料量の２倍程に変化 されることを必要とされる。壁面を湿らせるために噴射燃料の全てが燃焼性吸気 を形成するわけてはないという事実を許容するために、実際の富化レベルはそれ でなお高くされる必要かある。

実際には、アフターバーナチャンバーを全体的に飲み込む定常炎に続く強い点火 かエンジンの最初の点火後１秒以内に観察された。５秒以内に、アフターバーナ の下流側の触媒コンバータの前面か赤熱状態に達し、アフターバーナは触媒の過 熱を防止するように消された。

このようにして、はぼではエンジンの過大量の燃料供給に拘かわらずに、全排出 物質量は減少される。何故ならば、アフターバーナは未燃焼炭化水素が大気中に 排出される前にその炭化水素に直接に作用して反応させ、またアフターバーナか 消されるや否や触媒コンバータ自体が排出される排気ガスを浄化する作用を引き 継ぐからである。一方、従来技術においては、炭化水素ｔＪＦ出量が最悪で、全 運転サイクルを通して発生する排出物質の大部分と考えられるとき、未燃焼ガス はエンジン運転の最初の約３０秒の間は大気中に排出される。

了−ノぐ一バーすに達−・ｔ−る俳り℃／空個、混合気中のガスの特徴を深く追 求することか本発明を明確に理解する助１＋となる。リッチ混合気て始めるなら ば、ｔＪｉ気ガスは一酸化ｒ５Ｘ末、未燃焼炭化水素及び水素を含む可燃性成分 、及び二酸化炭素、窒ｇ及び水＄、−３−む希釈ガスを含ｆＴする３、ｆＪｌｌ 気ガス中の水素の存在は従来技術て゛は認識さｔ）ていなか−た１、何故ならば 、水素はそれ自体は燃焼生成物ではなく、他の存在ガスよりは優先して通常は燃 焼するからである。水素の存在する理由は、エンジン燃焼室内でのリッチ状態て の燃焼後の高温及び高庄のＦで、燃焼生成物は多くの成分の中で一酸化炭素及び 蒸気の混合気を含み、この混合気は水性ガス反１；、：として知られている平衡 （：Ｑ　＋　Ｈ，Ｏ＜コ〔り　ＣＯ□　＋　Ｈ２反Ｃａ：を行う。この反応で生 じた水素は、エンジン１）Ｆ気行程でガスか掃気されるときに膨張して温度及び 圧力か急激に低Ｆすると実質的に氷結する。この水素は排気ガス中にｒｒ在し、 その濃度は炭化水素燃料のＨ／Ｃ比及びリッチ状態ての燃焼時に発生した一酸化 炭素の濃度に依存する。

排気ガス中の可燃性成分の各々は、それより低いと低温時に点火可能な混合気を 形成できない閾濃度（可燃性（ｆｌａｎｍｂ山ｔｙ）限度）を有する。空気か排 気ガスと混合されると、その混合気中に存在する酸素もまた各燃料成分か点火可 能になる独特の閾濃度に達する。新気か排気ガス流に追加されると、混合気中の 可燃性成分の濃度は低下し、また混合気中の酸素濃度は空気と排気ガスとの間に 振り分けられる。

（４［気／空気混合気中の未燃焼炭化水素及び−酸化炭素の濃度及び酸素濃度に 関］２ては、エンジンは極度に富化された燃料較正を使用しても、大気温度の下 でα火可能な混合気を形成するように同時に閾濃度に達するように追加の空気で 混合された（ＪＦＡＦス混合気の中に、これらの成分を十分な量だけ発生するこ とはてきないことかμい出さｔまた。これらの理由により、本発明を従来技術で 得られた結果から推定（７て達成する、二どはてきない。

事実、本発明は、エンジンに４１．常に富化さ第１た混合気を供給することによ って（−分量の水素か４］［気ガス中に存在するようにされ、この０Ｆ気ガスは 追加の空気と混合されると、大気温度で水素の可燃限度内に十分含まれる水素及 び酸素濃度を同時に達成７′きるという発［；７．に基づいている。それ故にエ ンジンに対（ッて必要な過剰駁の富化混合気を急激に供給し、従来技術の運転体 制を回避する。二とでアフターバーナにおける即時の・１大火を達成可能にする 。

−リ、点火されたならば、従来技術及び本発明の両方のアフターバーすは等しく 効率的に作用して、数秒以内で着火湿度にまで触媒コンバータを急速に加熱する ことか認識さ第１る・＼きである。従来技術及び本発明の基本的な相違は点火を 達成するメカニズムにある。水素を使用する、二とて点火は瞬時となり、これは 排気系統の暖機速度に依存しない。更に、本発明は零下温度を含む広い大気温度 範囲にオつたって（１効であることか実験により確認された。

しかしなからエンジンに供給される幾つかの燃料富化状態はエンジンの不均等な 運転を生じ、エンジン燃焼室内に大量の炭素第１着をもたらす。それ故にアフタ ーバーナて点火か行われた直後に富化程度を減少し、発生する炭化水素及び酸素 濃度かそれぞれ３％及び６％より十分に高く維持されて安定した炎が維持できる することか好ましい。

アフターバーナは、本発明がエンジンの点火直後にアフターバーナの点火を達成 できるようにするので、エンジンのクランク動作ど同時に作動される。しかしな がらエンジンをクランク動作前に過度の富化混合気で較正することは本質ではな く、これはエンジンか点火された直後に実行され得る。これは極めて富化混合気 かエンジンの始動に支障となる場合に必要とされる。

均一な吸気で火花点火される内燃機関において、排気中の過剰水素は過剰な富化 混合気をエンジンに供給することで保証できる。

本発明を実施する方法は層状吸気エンジンに適用される場合は多少異なる。この ようなエンジンの例は、］］１−−トプロコ（ＦＯＲＤ　ＰＲＯＣＯ）４ストロ ークエンジン、オービタル（ＯＲＢ　ＩＴＡＬ）２ストロークエンジン及びディ ーセルエンジンのように燃焼室に直接に燃料か噴射されるものである。

吸気の層状化の作用は燃焼室範囲内にリッチ及び希薄混合濃度を作り出すことで ある。リッチ領域は水素の発生に対応し、また希薄領域は点火可能な混合気を形 成するために水素との混合に必要な酸素を１ノＦ気系統内に存在させることに役 立つ。このようなエンジンでは、混合気を富化させ、または実際に追加の空気を 排気系統に導入させる、−との必要性は証明されない。しかしながら燃焼室の空 気量を減少させるために吸気をスロットル操作することは必要となる。

ノ１凡／グー内噴射の２スｌ〜ロークエンジンでは、遅れ噴射タイミングが燃料 を直接に排気系統に進入させ、二の技術はアフターバーナか点火された後に熱解 放置を増大させることに使用し得る。

図面の簡単な説明 本発明は添（１図面を参照して、例を挙げて更に説明される。添付図面では、第 １図は本発明を実施するためにその吸気及びｆＪ［系統統とともにエンジンを概 略的に示しており、 第５２図はニジノンに供給された空／燃比たけによる、及びエンジンに供給され ｔ−空７燃比と（〕［気系統との組み合わせによるアフターバーナ中の水素及び 酸素濃度の変化を示すグラフであり、及び 第３１Ｊはエンジンに供給されｔ７空／燃比に関してプロットされた法定運転サ イクルの始動段階時のアフターバーナを有する円周からのせん排出物質を示すグ ラ第１［′４はエアフローメータ２２を通して空気か供給されるエンジン１２を 示しておｔ）、供給空気はバタフライスロットル２４て調整されている。燃料は 噴射装ｒＧ２０て空気流の中に導入さ第１る。エンジンからのｒＪＦ気ガスはパ イプ１４により２一つのブリックＩＯａ及びｌＯｂて構成されている触媒コンバ ータに導かれるのであｌ）、火？し点火装置１８を有するアフターバーナ１６か 先側に配置されている。

空気はポンプ３０によｔ月Ｊ［気バイブ１４の中の排気ガス流に追加され、この 追加空気流はバルブ３２て制御される。

＋Ｅ規エマ転時には、エンジンは化学量論的な空燃比て運転され、空気は排気流 に追＋１＋１されない。アフターバーナ１６は非作動とされ、３路触媒コンバー タが通常の方法でＩＪＦ気ガスを浄化するように満足に作用する。コンバータが その着火温度に達することによってコンバータ内で化学反応か開始されたならば 、この排気ガスの温度かコンバータ内で生じた発熱反ＬＵに助成さ才１てコンバ ータをアフターバーナ１６による助成なしに適当に作動させるための高温度に保 持するように作用する。

アフターバーナ１６の目的は触媒コンバータｌＯａ、Ｊｏｂの着火時間を短縮す ることである。始動時にエンジンは噴射装置２０を通して増量燃料を導入するこ とで富化即ちリッチ状態で運転され、■［気ガス流か燃焼可能成分を含有するこ とを保証し、ポンプ３０により追加空気か導入されてこれらの成分と混合されて 可燃混合気を形成され、またアフターバーナ１６内の火花点火装置１！＋８がこ の混合気を点火して火炎を発生させ、コンバータブリツ７１０ａを加熱させる。

本発明は、エンジンか最初に点火した後にてきるだけ早くアフター／く−ナ１６ 内で混合気か点火することを保証するための増量燃料及び追加空気の制御に関す る。

第２図は、エンジンに供給された空燃混合気だけによる、及びエンジンに供給さ 第１た全空燃混合気と排気系統との組み合わせによるアフターバーナ内の水素及 び酸素濃度か如何に変化するかのマツプを示す。このマツプの垂直軸線はエンジ ンに供給されるリッチ混合気範囲を表し、水平軸線の右側は排気中の追加空気が 全空燃比の化学的均衡に含まれるときに全リーン混合気範囲を表す。アフターノ １−すは常に垂直軸線の右側領域内て作動し、水素、−酸化炭素及び炭化水素の 可燃ガスの全てと完全に反応する余剰空気かアフターバーナ内に存在することを 保証するようになされねばならない。

第２図のマツプにおいて、エンジン及びアフターバーナの異なる運転状態の下で 、了フターバーナ内の一定酸素濃度及び一定水素濃度の線か引かれている。アフ ターバーナ内の一定の一酸化炭素及び一定の炭化水素の線もまたこのマツプに引 かれ得るか、それらは省略されている。本発明は、排気／空気混合気が二酸化炭 素、窒素及び水の不燃希釈剤とともに一酸化炭素及び炭化水素の可燃部分も含有 しているときに、大気温度で排気／空気混合気の可燃性を決定するための主基準 として水素及び酸素か存在することを認識した。異なる運転状態の下でアフター バーナからのＯＦ気気室空気混合気サンプルを収集し、それを完全に混合した後 に低温燃焼ホンへ内で定常状態の下で点火を試みることにより、マツプ中の斜線 領域を境界する制限曲線（可燃限界）は排気／空気混合気か大気温度で理想的な 状態の下で点火可能である箇所を確認し得る。

第２図から、ｆＪＦ気／気気空気混合気火性に関する最少限の状態は、酸素濃度 が体積で６％を超えると同時に炭化水素濃度が体積で３％を超えねばならず、例 えば点Ｃであることか分かる。従来の技術を全体的に説明するために作動点Ａは 排気系統に熱反応を起こさせるために使用され、点Ｂは排気ガスか高温且つ反応 性に保持されるときにアフターバーナ内で点火するために使用された。これらの 点の何れも排気ガスの低温点火をサポートしない。点Ｃですら実際に低温点火を サポートしない。何故ならば、通常のように設計されたアフターバーナ内での理 想的な混合気の状態より低く、実際のエンジンでは信頼性のある低温始動を達成 するために点Ｄ（炭化水素の濃度はは５％をこえ、典型的には６％で弗る）に頼 らねばならないからである。点火されたならば、この燃料富化状態を点Ｃ付近の 点へ低減させることができるが、その後でさえもこの炎が消える危険性で可燃性 の限界にあまりに近すぎては作動できない。

第２図のマツプに示された空燃比の絶対値は燃料の化学量論に依存し、他の燃料 に関しては異なることか認識されねばならない。しかしながら、大気温度におい てアフターバーナ内での信頼性のある点火及び安定した燃焼に必要とされる水素 及び酸素濃度の絶対値は使用される炭化水素の燃料の種類に関係なく同じに保持 される。

本発明で達成される改良は第３図にのグラフによって良好に説明されており、第 ３図では法定運転サイクルの始動段階時の全排出物質がエンジンに供給される空 燃比の増大に関してプロットされて示されており、第２図の作動点へから点り迄 の異なる作動点がグラフに示されている。混合気がＡ−Ｂ−Ｃと富化されるに連 れて、エンジンか法定運転サイクルの最初の２０秒間の暖機後にエンジンか負荷 状態にされた後まで、アフターバーナを点火することに成功しない。この時間を 通して、未処理１ノＦ気ガスは大気に排出され続け、含有する炭化水素濃度は燃 料の富化に伴って増大する。混合気がそれでも、排気ガス中に存在する水素濃度 がアフターバーナ内の少なくとも理想的な混合気状態より優れた成る閾値まで富 化状態であるならば、即時の点火は可能であるが、燃焼は多少不安定となる。こ の閾値が安全に超されることを保証することで、例えば点りて、即時の点火及び 安定した燃焼か最も高い水素濃度で保証され、大気中に排出される物質は大量の 排出物質を触媒コンバータの点火より前に始末するアフターバーナにおける燃焼 の結果として非常に速やかに減少される。点火後、触媒コンバータは排気ガスを 浄化する作用を引き継ぐ。アフターバーナまたは触媒コンバータの何れも作動し ない臨界期間は従って最少限に低下される。

従来の技術は、第３図に示される水素による他の点火メカニズムへの移行を示す 突然の変化か注目される点へ決して進まなかった。点火及びこれを達成するため に超されなければならない閉状態に関する水素か果たす極めて重大な役割を認識 しなければ、燃料の富化状態の個別増分による従来技術の一段ごとの如何なる推 測も点火のメカニズムを変化させることはなく、単に排出物質量を増大して、大 雑把な運転を延長してエンジンを著しく煤だらけにする。これは厳しい運転性の 問題を生じ、またこの初期段階の時たけて大量のＩＩＦ出物質を生じて、全部の 法定運転サイクルに関する許容限度を超えるようになる。これらの因子の全ては 本発明で実施される非常に高い燃料富化状態での試みを妨げてきた。本発明の好 ましい実施例は必要な過剰リッチ混合気となるように大きく且つ急激な変化を必 要とするか、短時間に関するだけてあり、これは従来技術の欠点を回避するアフ ターバーナての可燃性の点火可能な混合気を達成する。

特許ｒｒ長′ぎ殿 １．事件の表示 ２、発明の名称 内Ｉｌ！ｌＩ１間の作動 ３、補ｉＦをすｉ壽 事件との関係　特許出願人 氏名（名称）　フす−ド　モーター　カンパニー４、代理人 Ｉｌｌ細書、請求の＠聞及びに約ｌｔ駐訳文の浄書（白書に京劇な１））ｌｌｌ ＋＋＋＋＋＋、＊−＋１−ｓ−ｙ　ρＣＴ／ＧＩ３　９２１０１０３５フロント ページの続き （３１）優先権主張番号　９１２１５９６．２（３２）優先臼　１９９１年１０ 月１１日（３３）優先権主張国　イギリス（Ｇ、Ｂ）（８１）指定国　ＥＰ（Ａ Ｔ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、　０Ａ（Ｂ Ｆ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、　ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、 ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，ＤＥ、ＤＫ。

ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、 ＰＬ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．炭化水素燃料を燃焼させ且つまた触媒コンバータの上流側に配置したアフク ーバーナを有するエンジンから、低温始動時に全ての排出物質を減少させる方法 てあって、 発止した排気／空気混合気が点火可能となるように且つまた大気温度に近い温度 にあるアフターバーナ内で定常炎を有して燃焼できるように、エンジンが最初に 始動された直後の排気／空気混合気に十分な水素及び酸素濃度が存在することを 保証するために、エンジン熱焼吸気に増量燃料を追加し、またエンジン排気ガス に空気を追加し、及び エンジンか最初に点火された直後にアフターバーナ内で排気／空気混合気を点火 する諸段階を含む方法。
2. ２．触媒コンバータのマトリックスの少なくとも一部がその着火温度に達するま でアフターバーナ内に定常炎を以上するために、アフターバーナ内で点火が行わ れた後、排気／空気混合気が増量燃料及び（または）追加空気を変化させること で調整される請求項１に請求された方法。
3. ３．点火時またはその直後に排気／空気混合気の水素含有量が体積で５％を超え 、酸素濃度は体積で少なくとも６％である請求項１または請求項２に請求された 方法。
4. ４．点火に続いて、排気／空気混合気中の水素濃度が体積で３９６より高く維持 されて低減され、酸素濃度は体積で６％より高く維持される請求項３に請求され た方法。
5. ５．燃料供給が変化されて水素濃度を低及び高濃度値の間で急激に切り換えるよ うにする請求項３または請求項４に請求された方法。
6. ６．点火源がアフターバーナ内の炎が維持される時間にわたって連続的に作動さ れる請求項１から５のいずれか１項に請求された方法。
7. ７．クランク動作の間に増量燃料がエンジンに供給され、十分な量の空気が排気 ガスに追加される請求項１から６の何れか１項に請求された方法。
8. ８．クランク動作の後でエンジンが最初に点火されたときだけに、増量燃料がエ ンジンに供給され、十分な量の空気が排気ガスに追加される請求項１から請求項 ６の何れか１項に請求された方法。
9. ９．アフターバーナ内の炎が触媒コンバータの触媒反応が開始されるまでの予め 定められた十分な時間長の経過後に消される請求項１から８の何れか１項に請求 された方法。
10. １０．エンジンが均等吸気の火花点火内燃機関であり、排気中の水素の存在は過 度にリッチな均質混合気をエンジンに供給することで保証され、過剰空気は排気 ガス流に直接に追加される請求項１から９の何れか１項に請求された方法。
11. １１．エンジンが層状吸気エンジンであり、吸気の層状化の作用が燃焼室冷囲内 に過度にリッチ及び希薄な混合濃度を作り出し、前者領域は水素の発生に対応し 、また後者領域は点火可能な混合気を形成するために必要な酸素を排気系統内に 存在させることに役立つ請求項１から請求項９の何れか１項に請求された方法。
12. １２．吸気層状化が燃料を直接に燃焼室に噴射して達成される請求項１１に請求 された方法。
13. １３．エンジンが火花点火エンジンである請求項１から１１の何れか１項に請求 された方法。
14. １４．エンジンが圧縮点火エンジンである請求項１から請求項１２の何れか１項 に請求された方法。
15. １５．エンジンが２ストロークエンジンである請求項１から１４の何れか１項に 請求された方法。