JPS586045B2 - タンカスイソネンリヨウネンシヨウソウチ ノ ネンシヨウセイセイブツチユウ ノ チツソサンカブツオゲンシヨウサセル ホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近年、炭化水素燃料の燃焼部である排気源とともに使用
する効果的で比較的低価格な、汚染の少い排気装置を作
る種々の試みがなされている。

この点に関し、自動車による汚染は、大幅な規制を受け
ることになり、今や、自動車産業界は、自動車の設計の
際、法律にしたがい、出来る限り汚染規制基準を満足す
るように努力している。

この種の汚染問題の背景として、内燃機関をエンジン内
の混合気中の燃料が少い状態で動作させると、排気中の
燃焼性炭化水素と一酸化炭素汚染物の濃度は比較的低く
、燃料が多い場合には、これらの汚染物の濃度は比較的
高くなるという事実が知られている。

一方、有害な窒素の酸化物は、内燃機関を、適正な空気
対燃料比に近い状態で動作させた場合に、最大となるが
、エンジン中の燃料を少くしても、多くしても、窒素酸
化物は少くなる。

汚染物制御の問題に関する全体的な論述は、マサチュー
セッツ工科大学のアルムナイ・アソシエーション（Ａｌ
ｍｕｎｉ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍ
ａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）発行の［テクノロジー・レビ
ュー（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ）、第７３
巻８号（１９７１年６月発行）中のジエイ・ビー・ヘイ
ウツド氏（Ｊｏｈｎ Ｂ，Ｈｅｙ−ｗｏｏｄ）による［
いかにして車を清浄化するか（Ｈｏｗ Ｃｌｅａｎ ａ
Ｃａｒ）」という記事に記載されている。

汚染物質の問題の従来の解決法では、全体的な問題を満
足に解決するためには、エンジン中の燃料を少くしてエ
ンジンを動作させることができなかった。

これは、そのような状態でエンジンをスタートさせ、動
作させると、エンジンの動作が損われるためである。

他方、従来技術は、これらの問題を小さくするためには
、内燃機関をエンジン中の混合気中の燃料比が高い状態
（以下、「高燃料比モード」と称する）で動作させねば
ねらなかった。

たとえば、有害な窒素酸化物の問題は、次のようにして
、小さくすることができた。

空気に対する燃料の比を、化学量論的な燃料／空気比の
１．２乃至１．３倍程度にした高燃料比モードを採用す
る。

その結果、排気中の炭化水素と一酸化炭素汚染物の濃度
が増すが、これは、熱反応器あるいは触媒転化器のよう
な種々の装置によって除去される。

一般に、このような技術によれば、燃料の経済性は損わ
れるが、自動車やこれに類似のエンジン駆動装置の排気
中の汚染物質のレベルは低くなった。

しかしながら、時がたつにつれて、政府の法律等を含め
て、環境問題に関係する人々は、排気装置の汚染物質の
レベルをより低くすることを要求し始め、これらのエン
ジンの排気から炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物
を実質的に排除するような改良された汚染制御方法が必
要となった。

特に、有害な窒素酸化物は、米国においては、１９７７
年までに、１９７０年に制定されたレベル（９０％の減
少）よりかなり低いレベルにまで減少させなければなら
な《なっている。

全世界の技術陣に対する緊急の要請は、まず、内燃機関
のシリンダの高温ガス雰囲気中で形成される窒素酸化物
を少くするための実際的な手段に関するものであった。

この問題の研究と解決に従事する研究者達は、内燃機関
の排気の処理に、触媒転化器として知られる装置を使用
することを提唱した。

これらの装置は、まず、触媒による還元転化器として使
用して窒素酸化物を減少させ、次いで、熱反応器または
、触媒を使用する酸化転化器として使用して炭化水素と
一酸化炭素を減少させる。

これらの技術の代表的なものは、以下の刊行物に記載さ
れている。

１ ジエネラル・モーターズ・リサーチ・ラボラトリー
ズ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｌａ−ｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）から発行された「サー
チ（Ｓｅａ−ｒｃｈ）」第８巻Ｎｏ．４、１９７３年７
−８月号２ マシ７−デザイン（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅ
ｓｉｇｎ）１９７２年１１月２日発行３４乃至３８頁の
「厳格な連邦のテストをパスする排気装置（Ｅｘｈａｕ
ｓｔＳｙｓｔｅｍ Ｐａｓｓｉｎｇ Ｔｏｕｇｈｅｓｔ
Ｆｅｄｅｒａｌ Ｔｅ−ｓｔｓ）Ｊ ３ １９７３年発行の［インダストリアル・エンジニア
リング・ケミカル・プロセス・デザイン・ディベロップ
メント（Ｉｎｄ．Ｅｎｇ， Ｃｈｅｍ， Ｐｒｏ−ｃｅ
ｓｓ Ｄｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．Ｊ第１２巻Ｎｏ．３、
３９０〜３９４頁に記載のレモ・デル・グロツソ（Ｒｅ
ｍｏｄｅｌ Ｇｒｏｓｓｏ）による［自動車の排気ガス
の平衡組成の計算（ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｅｑｕｉｌｉｂ一ｒｉｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｘ−ｈａｕｓｔ Ｇａ
ｓｅｓ）Ｊ 触媒転化器を使用する技術の現状を示すこれらの刊行物
を読めば、窒素酸化物の制御に使用される触媒転化器は
、化学量論的比率よりも常に高い燃料／空気比で内燃機
関を連続動作させねばならず、したがって、酸素が欠乏
し、窒素酸化物レベルはかなり低くできるが、触媒転化
器で処理すべき排気中のＣＯとＨ２が多くなる。

この窒素酸化物は、通常、プラチナ族金属型あるいは卑
金属型の触媒を収容した小室へ排気ガスを送入すること
によって、さらに減少させられる。

この触媒は、その表面と排気ガス間の最良の相互反応が
得られるように配置されている。

しかし、この触媒転化器の使用は、化学的信頼性と同時
に機械的信頼性の問題を有している。

上記の文献が示すように、触媒は窒素酸化物がＮ２等に
還元される化学反応過程を促進する機能を有している。

エンジンが高燃料／空気比で動作していない場合は、排
気混合物は、もはやその本質において還元性を持たない
ので、窒素酸化物の触媒は効果を発揮しない。

さらに、米国において入手し得るガソリン燃料製品の多
《のものには、現在知られている種々の型の触媒転化器
に対して有害な成分が含まれていることが分った。

そのために、政府の機関は、１９７５年に生産されるガ
ソリン製品の鉛と燐の含有率に関する指定の必要性を考
慮することとなった。

これを行わなければ、従来の触媒転化器では、内炉機関
の排気中の汚染物質を政府の規制レベルまで少くするた
めの実用的な信頼性のある解決はできない。

さらに、排気ガス中の汚染物質を少くすてための触媒転
化器は、本質的な始動期間中の問題を有している。

エンジン排気ガスのＮｏレベルは始動期間中、使用され
る高燃料／空気混合気によって比較的低いが、この期間
、ＣＯとＨＣは非常にレベルが高く、このＨＣとＣＯを
処理するための一次制御装置はエンジンと窒素酸化物転
化器の後方にあるので、ＨＣとＣＯはこの一次制御装置
（第２の転化器）に入る前に排気ガスを冷却する（多数
の触媒面を有する）触媒窒素酸化物転化器によって遮蔽
される。

したがって、ＨＣとＣＯが第２の転化器によって制御さ
れる以前に、第１の転化器の表面は、適当な動作温度に
されていなげればならない。

この始動期間中の問題を解決しようとすると、この種の
問題に対する触媒転化器を使用するアプローチの信頼性
に対して重大な影響をおよぼすような装置の複雑化とい
う問題が生じる触媒転化器を使用するアプローチによっ
て、連邦規制が要求する、たとえば自動車の排気制御装
置は、車を５年間又は約８０，５００ｋｍ（５０，００
０マイル）動作させても排気規制を満足させねばならな
いという信頼度に関する要求が満たされるかどうかは明
らかではない。

この発明の目的は、炭化水素燃料燃焼装置から排出され
る好ましからざる窒素酸化物（一般に、ＮＯｘで表わさ
れる一酸化窒素、三酸化二窒素等を総称する）を減少さ
せるための新しい改良された方法を提供することである
。

すなわち、この発明の目的は、炭化水素燃料燃焼装置の
排気ガスを還元反応を促進する温度範囲中で特定な組成
に維持して、この温度と関連する短期間で還元反応を起
すようにして、この排気ガス中の窒素酸化物の還元を促
進させるための新しい改良された方法を提供することで
ある。

さらに具体的にいえば、この発明の目的は、燃焼によっ
て生じた酸素の欠乏した（すなわち、空気の比率が小さ
い）生成物中に未燃焼炭化水素燃料を供給することによ
って、窒素酸化物の還元を促進するための新しい改良さ
れた方法を提供することである。

この炭化水素燃料の供給によって、窒素酸化物の還元が
促進され、充分に高い温度においては、還元は、通常短
期間で、たとえば、２２００°〜２６００°Ｒの範囲で
は、時間は約１００乃至１０ミリ秒行われる。

なお、空気に対する燃料の比率が小さい場合は、燃料が
燃焼しても所望の酸素欠乏状態は生じないので、所望の
酸素欠乏状態を得るためには燃料の比率を大きくする必
要がある。

この発明の他の目的は、内燃機関の燃焼生成ガスを、触
媒を使用せずに、窒素酸化物を還元するに充分な温度一
時間一組成条件にさらして、不所望な窒素酸化物の再生
成が生じないような短い時間に排気ガス中の窒素酸化物
を減少させる新しい改良された方法を提供することであ
る。

この発明によれば、排気ガスの処理を主として温度一時
間一組成条件に基づいて行うことにより、高温の触媒表
面又は壁を使用することによって生ずる機械的および化
学的信頼度に関する制限に左右されることなく、炭化水
素燃料燃焼装置の燃焼生成物中の窒素酸化物を還元する
ことができる。

また、この発明の方法によれば、現在市販されている燃
料と異る低レベルの燐及び／または低レベルの鉛組成に
関する規制には、左右されない。

この発明の上述の目的は、これまで利用されていなかっ
た高いレベルの窒素酸化物を含む燃焼ガス生成物の特性
を利用して、これを多量の炭化水素化合物とともに、比
較的酸素が欠乏した混合物として使用することにより、
窒素酸化物をその平衡状態に向けて急速に近づけるとい
う方法を採用することによって達成される。

上記の平衡状態、すなわち平衡濃度とは、所定の温度と
圧力の下に化学反応が進行して最終的に到達する濃度の
ことであって、周知の方法によって算出されるものであ
る。

この発明においては、窒素酸化物に炭化水素が混合され
ると、温度、圧力、窒素酸化物及び炭化水素の濃度に依
存する速度で化学反応、すなわち還元反応が進行し、平
衡濃度に達した時点でその還元反応は終る。

この発萌は、種々の形で実施することができる。

一つの実施例においては、シリンダの燃焼生成物は、排
気装置へ送られ、ＮＯ還元室に運ばれる。

ここで、ガス生成物は、冷却されたシリンダ壁に接して
いたためにシリンダ中で燃焼しなかった少くともＨＣ化
合物を含んでおり、このガス状ＨＣ化合物は、過剰の窒
素酸化物がその平衡状態になることを促進する。

同時に，このガス混合物は、このガスの温度を上昇させ
て、窒素酸化物の平衡状態への移行を促進するための熱
源によって加熱される。

燃焼生成物の温度を高めることにより、窒素酸化物は、
その燃焼装置に対して許容し得る体積と反応時間とでも
って、許容レベルまで還元される。

たとえば、１気圧の下で、温度範囲を約２６００’Ｒ−
２２０００°Ｒにすれば、それに対応して、時間を１０
ミリ秒−１００ミリ秒にすることにより、充分、窒素酸
化物成分を還元することができる。

したがって、排気ガスの温度が高温になり、それに空気
を加えることによって、急速な温度反応が起り、非常に
短時間の中に、不所望な一酸化炭素は二酸化炭素に、ま
た不所望な炭化水素は水と二酸化炭素に変換される。

この時間は、非常に短いので、不所望な窒素酸化物が再
生成されることはない。

別の実施例においては、不所望な窒素酸化物を生ずるシ
リンダの作動室が、ピストンが上死点を通過した後の膨
張行程中に、還元室として使用される。

この場合、燃焼生成物の温度が、作動シリンダの膨張行
程中の容積と時間に適合する適当な還元温度であるとき
に、この燃焼生成物に対して、所定の量のガス状炭化水
素が供給されて、還元が行われる。

この例においては、炭化水素を加えるときに、燃焼生成
物が酸素欠乏状態でない場合には、加えられる最初の炭
化水素が、中間的な過程として、まず酸素欠乏状態を作
り、次いで、残りの炭化水素ガス窒素酸化物の還元を行
う。

例えば、炭化水素燃料燃焼装置を燃料リッチ・モード（
ｆｕｅｌ ｒｉｃｈ ｍｏｄｅ）で動作させるときは、
所望の酸素欠乏状態の燃焼生成物が得られるが、該装置
を燃料リーン・モード（ｆｕｅｌ ｌｅａｎ ｍｏｄｅ
）で動作させるときは、燃焼生成物を化学還元する前に
その燃焼生成物を所望の酸素欠乏状態にしておくことが
必要である。

又、別の実施例では、不所望な窒素酸化物を生ずるシリ
ンダの作動室が、ピストンの排気行程中に還元室として
使用される。

この場合、排気行程中に作動シリンダの壁面から削り取
った未燃焼ＨＣ化合物を使用し、酸素欠乏排気ガス混合
物を作動室の空隙内の排気路中の熱い冷却されていない
面上を通すことによって加熱する。

この高温面は、燃焼生成物によって加熱される。

この発明のある特定の目的にしたがえば、炭化水素燃料
燃焼装置は、まず、窒素酸化物と多量の酸素を有する低
燃料比燃焼生成物を生成するように動作する。

予備段階として、燃料の比率が低い燃焼生成物の少《と
も一部分に、過剰の酸素を取除くに充分な量の未燃焼炭
化水素を供給し、それによって、燃焼生成物を酸素欠乏
状態にする。

以下、図面を参照して、この発明を説明する。

前述のように、炭化水素燃料の燃焼生成物中に窒素酸化
物が発生されることが、このような燃焼装置による汚染
を制御することに従事している設計者が直面する最も大
きな問題である。

第２図を参照すると、燃焼中の窒素酸化物の生成を最小
にするためには、燃焼は高燃料比モードまたは低燃料比
モードのいずれかで行わなければならないことが分る。

ますます厳しくなっている基準に対して許容し得るレベ
ルまで窒素酸化物の生成を少くするためには、実用上の
性能から判断すれば、スパーク点火式内燃機関のような
燃焼装置は、高燃料比モードで動作しなければならない
ようである。

実際は、そのような場合でも、排気ガスは、さらに、窒
素酸化物還元工程とそれに続＜ＨＣとＣＯを減少させる
工程を経なければならず、これは、前述のような望まし
くない多くの結果を生ずる。

この意味において、この発明によれば、許容し得る時間
内で、排気ガス中の窒素酸化物を許容し得るレベルにま
で減少させるために、排気ガスは、内燃機関のシリンダ
の作動室の外部の排気装置中の温度よりも高い温度にさ
れ、また、従来技術で知られているように、排気ガスが
酸素欠乏状態で、かつ、相当な量のガス状ＨＣ化合物を
含んでいることを必要とするが、上述のような高温とは
両立し得ない触媒は不要である。

第１図を参照すると、ここに示すスパーク点火式内燃機
関は、高燃料比モードで動作するものとしてある。

ピストンは下死点付近にあり、排気工程が始まろうとし
ている（排気弁が開く寸前である）。

また、エネルギを放出したガスの温度は約２６００°Ｒ
である。

排気弁が開くと、シリンダ中に残ッたエネルギを放出し
たガスの温度は、約２０００’Ｒにまで下り、このガス
は、約１気圧で排気装置から室１５へ移動する。

理論的には、燃焼中に作動シリンダ内にガスの形で存在
したＨＣは、燃焼してしまう。

しかし、当業者には周知のように、ＨＣ化合物の一部は
、燃焼中に冷却されたシリンダ壁によって冷却され、膨
張行程中で燃焼しない。

このようなＨＣ化合物は、排気行程中に壁面から取除か
れ、高温の排気ガスと混合されて、エネルギを放出した
ガスとともに、排気装置と室１５へ移動する。

（このエネルギ放出ガス混合物には、Ｈ２０とＣＯ２お
よび不所望な主たる汚染物である窒素酸化物とＣＯを含
む他の生成物が含まれている。

）とのＨＣは、第２図に、燃焼生成物ではないことを示
すために破線で示されている。

実際問題として、燃料の走行経済性と、オイルの希釈や
炭素の形成のような技術的問題を考えると、排気装置中
の窒素酸化物を厳しい基準レベルまで減少させるために
、エンジンをあまり高い燃料比モードで作動させること
は不適当なので、室１５を窒素酸化物還元室として働か
せ、その後に、残りのＨＣとＣＯを減少させるための第
２の室（図示せず）を設けることができる。

前述のように、従来法では、室１５を、窒素酸化物のＮ
２等への還元を早めるための多くの触媒表面を含んだ触
媒転化器きしている。

従来法で知られている触媒転化器の技術では、窒素酸化
物の還元を促進するためには、室１５中にガスの形のＨ
Ｃの存在することが必要条件であることは認められてい
るが、室１５内のガスの温度が、排気弁を開く直前の作
動シリンダ中の温度に近い温度に維持されている場合に
は、触媒を使用しなくても、ＨＣだけで充分であるとい
うことは知られていない。

第１図においては、この原理を説明するための加熱手段
が示されている。

この手段は、（この発明によれば）室１５中のガスの温
度を時間と室１５の体積を考慮して決定される２２００
°Ｒ〜２６００°Ｒにまで上昇させる。

実際は、作動シリンダと室１５間の通路中での熱損失（
および温度降下）を防止する手段が設けられている場合
は、加熱手段は不必要となる。

一方、膨張行程の後半部で各作動シリンダにガス状のＨ
Ｃ化合物を注入すれば、排気弁が開く前の、初期の爆発
に続く膨張行程の後半部において、作動シリンダ自体を
窒素酸化物還元室として使用し、このシリンダ中の窒素
酸化物の還元を行うこともできる。

すなわち、この方法では、窒素酸化物の還元に必要な少
くとも約２２００°Ｒの温度は、別に設けた加熱手段に
よって得られるのではなく、作動シリンダ自体によって
得られるのである。

この方法については、後に、第５ａ図乃至第５ｋ図を参
照して説明する。

低い温度条件下にあるシリンダ壁面とピストン面に近い
所にある前述のＨＣ化合物は、膨張行程中で窒素酸化物
の還元を行うためにはシリンダ中で使用することはでき
ない。

しかしながら、第５ｈ図に示す技術では、排気行程中に
シリンダ壁から削取ったＨＣ化合物を使用し、排気ガス
の通路中にある冷却されていない加熱された表面を利用
して、排気行程中に、作動室中で窒素酸化物の還元を行
う。

前に述べた刊行物を読めば明らかであるが、この発明よ
り以前には、有効時間内に窒素酸化物の還元を行うため
には、排気生成物の還元性混合物とともに触媒が必要で
あると考えられていた。

酸素欠乏状態を生じさせるためには、燃料対空気の比は
化学量論的な比よりも大きくなければならず、また、触
媒転化器を使用する場合には、反応物として、ＣＯとＨ
２が必要であると考えられていたつしかし、ＨＣ化合物
を添加し、ガスの温度を上昇させることによって窒素酸
化物の還元反応を促進するという方法に気付く者はなか
った。

一例を挙げると、排気ガスの温度を従来とは異り２２０
０°Ｒから２６００°Ｒの範囲まで、それに対応する比
較的短い期間（１００〜１０ミリ秒）上昇させ、または
、この範囲に維持することにより、窒素酸化物を還元す
ることができ、同時に、長期の動作を通じて装置の清浄
機能を有効に行うために必要な機械的および化学的安定
性に関して多くの欠点を有する触媒材料を使用する必要
がなくなる。

触媒転化器法は、信頼性に関する多くの技術的問題や価
格に関する経済的問題を有しているために、上述の発見
は、大きな利点を有している。

基本的には、この発明は、窒素酸化物のＮ２等の平衡状
態への復帰を、窒素酸化物を含む適当な相成のガスをあ
る温度範囲まで加熱することによって促進することが出
来るという発見に基づいている。

これは、市販の内燃機関のような炭化水素燃焼装置の排
気源によって排出される汚染物質の量にしたがって、還
元室の容積を選択することによって決まる短い期間中に
行われる。

このことは、第３図に示されている。

図において、排気源からの排気ガスは、過剰のＨＣ化合
物とＣＯと不所望な窒素酸化物を含んでいる。

Ｃ０が過剰であるということは、次の還元室２にとって
は、酸素欠乏状態であることを意味する。

過剰の炭化水素が存在する場合、室２中の温度が図に示
したように約２２００°Ｒ乃至２６００°Ｒの範囲内に
維持されているときに、上記炭化水素の一部が上記温度
に対応する適当な短い期間中、上記室２内で使用され、
排気ガス中の窒素酸化物が許容レベルにまで減少させら
れる。

排気源からの排気ガスが所望の温度範囲内にないときに
は、その範囲内に温度を上昇させる熱エネルギを供給す
るための手段を窒素酸化物還元室手段２中に設けなげれ
ばならない。

室手段２の室中の排気ガスの圧力と温度が、その中の平
均排気ガス濃度を決める。

汚染源１からの排気ガスの質量比を室手段２内の平均濃
度で除して、それと所定の反応時間の積を求めることに
よって、室千段２中の室の適当な容積が得られる。

多数の複雑な独立した変数が介入するために、上述した
温度範囲は、設計上の概略値である。

この発明の主要な点は、排気生成物が過剰の炭化水素化
合物を含み、酸素が少く、従来技術で有用と考えられて
いた以上の温度にまで加熱されるときに、窒素酸化物は
急速に平衡状態に復帰するどいう点であり（窒素酸化物
とＨＣ化合物間で）充分な数の分子の衝突を生じさせる
に充分な炭化水素化合物が存在し、閾値エネルギを与え
るに充分な熱エネルギが存在すれば、従来認められなか
ったような速い率で、還元反応が生ずるものと考えられ
る。

ほぼ１気圧で排気を行うスパーク点火式内燃機関で、自
動車に使用するに適当な容積の室２を使用した場合、約
２２００°Ｒから２６００°Ｒの温度範囲が適当であり
、それに対応した時間（１００ミリ秒から１０ミリ秒）
を選択すればよいことが分った。

スパーク点火式内燃機関に対する応用において、改変を
行う場合は、温度を別のものにし（勿論、同じ容積に対
して触媒を必要とする技術における場合よりも高い温度
であるが）、上述の時間と気圧の組合せを変えることが
必要となる。

再び第３図を参照すると、この発明によれば、室２中で
の窒素酸化物還元反応は、過剰のＨＣ化合物によって行
われるが、窒素酸化物の還元の後にも、このＨＣ化合物
の多くが残る。

実質的に、還元室手段２０室からの排気ガスは、次の点
を除けば、従来の窒素酸化物還元触媒転化器からのもの
と略々同じ状態にある。

すなわち、室２からの排気ガスは、従来のものよりも、
はるかに高温であり、この発明によれば、この事実によ
って、従来の技術以上に、ＨＣおよびＣＯ減少室の効率
がよくなる。

なぜなら、過剰の空気が加えられる従来の酸化室は、第
３図の室３に供給される排気ガスの温度範囲においては
、はるかに高効率で動作するからである。

この例においては、室２から室３へ入る排気ガスの温度
は、２０００°Ｒ以上であり、したがって、ＨＣとＣＯ
の減少は、現在の自動車エンジンに適合する容積と時間
で行うことができるが、この温度は、３３００°Ｒを超
えてはならない。

なぜなら、この温度では、この発明にしたがって室２中
で有効に排除された窒素酸化物が再び生成される危険が
あるからである。

第３図は、この発明の一般的な概念を示したものであっ
て、実際問題として、特定のエンジンに応用する場合に
は、実際の条件を満足するさらに精密な装置が必要であ
る。

この発明を内燃機関に適用する場合は、排気源１から室
手段２の窒素酸化物還元室へ流入する排気ガスは、約２
２００°Ｒから２６００°Ｒの範囲内になければならな
いし、また、過剰の炭化水素化合物を含むと同時に、酸
素の量が少くなければならない。

化学量論的混合比より高い比率で動作する内燃機関の排
気源は、勿論、過剰の炭化水素化合物を供給し、また、
低酵素状態を作り出すことができるが、実用的には、排
気ガスを略々所要の温度範囲にまですることは不可能で
ある。

このような条件下では、室手段２を予燃焼段を含むよう
に作製し、そこで、第１図に示した方法よりも複雑な方
法で、排気ガスの温度を所要の温度範囲まで高めるよう
にすることが望ましい。

第４図を参照する。

図示の窒素酸化物還元室２１の前には、通常の空気ポン
プ２４から（気化器２６を通して）供給される適当な量
の空気と燃料とを混合して、燃料を燃焼させて、排気ガ
スの温度を高めるための、バーナ室２２から成る燃焼段
が設けられている。

孔を設けた板部材３５は、保炎装置として働く。

始動期間中は、スパーク源３８が動作して室２２中に炎
を発生させる。

気化器２６で使用される燃料の量は、窒素酸化物還元室
２１へ入るときの内燃機関からの排気ガスの温度を上昇
させる必要な量と、還元室２１中で窒素酸化物が還元さ
れる排気ガス中に未燃焼炭化水素化合物を残し、かつ、
酸素不足混合気を維持するに必要な燃料の量とによって
変わる。

還元室２１の容積は、排気ガスの質量比を排気ガスの平
均濃度で除して、それと所定の反応時間との積を求める
ことによって決まる。

この反応時間は、温度と所要の窒素酸化物の減少レベル
とに関係する。

還元室２１の形状は、炭化水素燃焼装置の排気源の物理
的制約に応じて大幅に変更できるが、（１）始動時間、
（２）外部熱損失、（３）生成される流圧力と背圧の均
一性、等に関する一般的な制限が存在する。

室２１のガス状内容物に対する第４図に示した温度範囲
は、内燃機関に対して適当なものである，この発明の別
の応用では、還元室の容積を選定するために使用される
基準にしたがって、他の温度範囲にすることもできる。

窒素酸化物還元処理を受けた第４図の排気ガスは、室２
１から出て行く。

この排気ガスは、余分のＨＣ化合物を含んでいる可能性
があり、また、不所望なＣＯは確実に含んでいる。

これらＨＣ化合物やＣＯは、厳しい汚染基準レベルを超
過している可能性がある。

このような場合には、公知の触媒転化器かまたは、熱反
応器を使用して取除くことができる。

第４図に示すように、室２１からの排気ガスの温度は、
触媒転化器の最高限度の動作温度に近い（すなわち、２
０００°Ｒ以上）であろう。

また、このような高温は、理論的には、熱反応器技術に
おいて利点と考えられる。

したがって、第４図では、室２１は、ＨＣおよびＣＯ減
少室３０として示された熱反応器へ排気ガスを送出して
いる。

このＨＣおよびＣＯ減少室３０は、ＨＣ化合物とＣＯを
空気ポンプ２４からの空気と混合して酸化処理を行い、
その結果、これらの汚染物質はＨ２０とＣＯ２に変換さ
れる。

酸化室３０は、周知の原理に基づいて作ることができる
。

しかし、この発明によれば、窒素酸化物還元室２１から
の排気ガスの温度が比較的に高いので、この排気ガスが
空気と結合すると、酸化の過程が促進される。

室３０中の温度は、高くすることができるが、窒素酸化
物の再生成を防止するためには、約３３００°Ｒ以上に
してはならない。

酸素の存在下で、排気ガスの温度な上昇させると、窒素
酸化物を新しい基準高平衡値にするために必要な時間は
短かくなる。

第４図の室２１の温度範囲の例は、最も良好な装置の経
済性に基づく設計を行うために、ある１つの温度が選択
される大まかな範囲の一例である。

一度温度を決定してしまえば、室２１中の排気ガスの温
度は、自動制御手段によって、広い動作条件全体にわた
って、その決定された温度に維持することが望ましい。

装置の素子や装置自体に性能の低下がない場合は、内燃
機関の回転速度が排気ガスの温度を表わす。

このような関係にしたがって、室２１中の設計温度を得
るためのバーナ調整手段を得ることができる。

第４図には、通常の回転速度検出手段３２に機械的に応
動する通常の流動分割千段３７（たとえば、弁）が示さ
れている。

これによって、空気ポンプ２４からバーナ室２２へ供給
される空気が調整され、室２２によって供給される熱が
制御される。

より直接的な温度制御を必要とする場合は、通常の技術
を使用するより明確な方法で温度をサンプルし、弁千段
３７あるいは、それに等しい流れ制御手段によって、流
路な調整すればよい。

一方、窒素酸化物に関する制限を破らない限り、室２１
中の温度を許容範囲内で変動させることもできる。

スパーク源３８は、通常の方法によって、周期的な高電
圧パルスが印加される通常のスパークプラグで構成する
ことができる。

以上の説明では、この発明の１側面として次のことを述
べてきた。

すなわち、内燃機関の各作動シリンダは、可燃性混合気
の一次点火に伴う高温と高圧に続く膨張行程期間中で、
その排気弁が開く前に、窒素酸化物還元室として働かせ
ることができ、その場合、ガスの形のＨＣ化合物が効果
的に作動室中に注入され、それによって、作動室中で生
成されるＮＯを還元する。

次に、第５ａ図を参照する。

第５ａ図は、従来の燃料注入技術を使用して、液体ＨＣ
化合物を、作動シリンダの膨張行程の開始後の膨張行程
中に、作動シリンダ中に注入する方法を示す。

第５ａ図には、第１図に示した作動シリンダと同様のシ
リンダが示されているが、このシリンダは第１図のもの
と次の点が異る。

すなわち、第５ａ図のシリンダには、燃料注入千段５０
が設けられており、適当な時点で、燃料（ＨＣ化合物）
が充分な圧力で注入され、作動室中に拡散されて、窒素
酸化物の還元が促進される。

膨張行程の後半部における作動室中のガスは、２６００
°Ｒを僅かに超える温度であり、それによつって、膨張
行程中に、連続して窒素酸化物の還元が行われる。

上述の燃料注入のタイミングは、現在、燃料注入内燃機
関で使用されている通常の燃料注入技術（すなわち、調
整弁５１の開閉動作）によって制御できることは言うま
でもない。

この発明にしたがって作動シリンダの作動室を窒素酸化
物の還元のために使用する方法の実施方法は多数ある。

しかし、各実施例に共通するのは、燃焼によるガス状生
成物に未燃焼のガス状Ｈｅ化合物を混合し、この混合物
を、排気弁の開放後に排気ガス中で通常維持されている
温度よりも高い温度に（この温度に対応する時間）維持
する必要があるという点である。

別の方法が第５ｂ図に示されている。

この図には、初期の爆発に続く膨張行程中に、ピストン
の上部に設けたポケットを通して、ＨＣ化合物を作動シ
リンダ中に導入する方法を示している。

作動ピストンの表面にポケット５６を設けて、挾気行程
中にガスの形のＨＣ化合物を捕捉し、かつ、このＨＣ化
合物を圧縮行程中と、膨張行程の高圧期間中保持する。

膨張行程において、これらのＨＣ化合物は、２６００°
Ｒ以上の温度であって、しかもこの温度に近い温度の下
で膨張行程の後半部において行われる窒素酸化物還元処
理に必要な未燃焼ＨＣ化合物となる。

排気行程中、作動室からの排気ガスには窒素酸化物は少
ししか含まれていないが、シリンダ壁から削り取られた
不所望なレベルのガス状のＨＣと、さらに、不所望なレ
ベルのＣＯとが含まれている。

この状態の排気ガスに対しては、この発明によれば、こ
の排気ガス中のＨＣとＣＯのレベルを政府による厳しい
基準レベルまで減少させるために、公知の触媒酸化転化
器を使用することができるし、あるいは、酸化熱反応器
を使うこともできる。

高い温度で作動シリンダ中の燃焼生成物と混合すべき未
燃焼ＨＣ化合物の量は、比較的少い。

しかし、第５ａ図乃至第５ｈ図に示されている実施例の
設計においては、上記の目的のためのＨＣ化合物が不燃
性形態としてではなく可燃性混合気として存在するため
に、窒素酸化物の還元という目的を果す以前に、燃えて
しまう可能性があることを考慮に入れねばならない。

第５ｂ図のポケット５６の位置、容積、数、形状、等の
設計は、ＨＣ化合物を吸気および圧縮行程中に捕捉し、
それを膨張行程中に燃焼性成物と混合して、ＨＣ化合物
を燃焼生成物と緊密に混合するガスの形にするための必
要条件によって決定される。

膨張行程の初期の段階で生成される燃焼生成物がこれら
のＨＣ化合物と早いうちに混合するので、ＨＣ化合物は
燃焼することなく捕捉される。

詳しく言えば、燃焼生成物は、ポケット５６中を通過し
て、捕捉されたガスの性質を不燃性混合気に変え、それ
によって、未燃焼ＨＣ化合物は、残りの燃焼生成物に分
配されるまで保持される。

しかしながら、捕捉された炭化水素化合物の一部は燃焼
するものと考えられるが、重要な点は、窒素酸化物が還
元されるぺき燃焼生成物の最終的な酸素欠乏混合気中に
、充分な量の未燃焼炭化水素化合物が残っていなければ
ならないことである。

この条件を確立するための１つの方法は、ポケットの容
積を出来る限り大きくし、および／または、作動シリン
ダに供給される燃料混合気の高燃料比モードをさらに促
進することである。

第５ｃ図は、作動シリンダに未燃焼炭化水素化合物を、
膨張行程を開始させる爆発の後に供給する別の方法を示
す。

作動シリンダの上方の空隙（上死点の上方）に、小さな
空洞５７を設けて、そこに維持されているガス状の未燃
焼ＨＣ化合物を燃焼生成物と混合させ、初期の爆発によ
る高温高圧雰囲気中に生ずる窒素酸化物の還元を促進す
る。

この空洞５７の位置、容積および形状は、未燃焼ＨＣ化
合物を初期の爆発で生成された高燃料比炭化水素燃焼生
成物と緊密に混合し、同時に、前述のように、いくらか
のＨＣを不燃状態に維持することが出来るように選択さ
れねばならない。

初期の爆発によって、酸素欠乏混合気が生成されること
に注目されたい。

この発明を実施するためには、他の構造も使用できる。

その一つが第５ｄ図に示されている。第５ｄ図の装置に
おいては、空洞５８を有する手段が作動シリンダの上部
に設けた開口中に、スパークプラグの固定方法と同じ方
法で（たとえば、ねじによって）挿入されている。

空洞５８のシリンダ側の面には、複数の孔６０が設けら
れており、この孔を通して空洞５８と作動シリンダは連
通している。

圧縮行程中の圧力差によって、ガス状の未燃焼炭化水素
化合物を含む燃料混合気が孔６０を通って空洞５８中に
押込まれ、シリンダの上部における空隙中の高圧が空洞
５８中に形成される。

燃焼の初期爆発行程中、燃焼生成物も孔６０から空洞５
８中に押入まれ、それによって、空洞５８中に不燃性混
合気が生成されるので、未燃焼ＨＣ化合物は燃焼するこ
となく保持される。

初期爆発の後、空洞５８中のガスの圧力は、作動シリン
ダ中の圧力よりも高い。

なぜなら、膨張行程中、作動シリンダの容積は増加し続
け、その結果、未燃焼ＨＣ化合物の多いガスが複数の孔
６０を通して作動シリンダ内の酸素欠乏混合気中に拡散
するからである。

このとき、作動室内のガスの温度と組材が還元を起す条
件にあるので、膨張行程の初期の段階の後に、作動シリ
ンダ内で窒素酸化物の還元が行われる。

膨張行程の後、多量の好ましからざる一酸化炭素とＨＣ
化合物を含んだ排気ガスは、前に述べた公知の技術を使
用した特別の減少室へ送られる。

窒素酸化物の還元を促進するために未燃焼ＨＣ，化合物
を集める空洞を使用する方法は多いが、それらの方法の
中の多くのものでは、これらの空洞は作動シリンダと連
通させることができる。

第５ｅ図はこの原理を説明するものである。

この実施例では、未燃焼ＨＣ化合物を捕捉する空洞は、
べンチュリ管によって、作動室に接続されている。

空洞６１は、作動室から遠い側に窪んだ部分を有してお
り、空洞への入口の断面積は小さくされていて孔６２を
通して、次に説明するベンチュリ動作を行うようにされ
ている。

吸気行程中、燃料混合気は、作動室とともに空洞６１Ｋ
も充満する。

圧縮行程中に、ＨＣ化合物を含む燃料混合気が、さらに
空洞６１に添加される。

燃焼時の膨張行程の初期に、燃焼生成物が空洞６１に押
込まれ、その内の燃料混合気をさらに変更する。

膨張行程の初期燃焼に続いて、作動室の容積が増加し、
空洞６１に保持されていた未燃焼のガス状ＨＣ化合物が
、ベンチュリ孔６２を通過し、未燃焼ＨＣと燃焼生成物
が混合される。

この混合気は、つぎに、作動室内にある燃焼生成物中の
窒素酸化物と緊密に接触する。

空洞６１の最適な容積と形状は、膨張行程中に空洞６１
から燃料混合気が出るときの燃焼生成物との混合を最適
にするための必要量によって決まる。

第５ｆ図の装置は第５ｅ図のものと次の点で異る。

すなわち、第５ｆ図の装置では、空洞から作動シリンダ
へ流出するガスに、さらにＨＣ化合物を付加するために
、空洞に炭化水素燃料が付加される。

図において、作動室から離れた側の空洞の窪んだ部分に
、液体状の炭化水素燃料が配置される。

この場合、この液体状炭化水素燃料は、オイルのような
、低揮発性のものとすることができる。

空洞と燃料源との間にある逆止め弁６５は、シリンダ中
のガスが液体炭化水素燃料に入ることを防止するために
使用されている。

ベンチュリ燃料オリフイス６６は、第５ｅ図のものとは
異る型のものである。

吸気および圧縮行程において、ＨＣ化合物を含む燃料混
合気は、空洞６４中で圧縮される。

膨張行程の初期の爆発期間中、燃焼生成物が空洞６４中
に押込まれ、膨張行程の後半で作動室の容積が増大する
とき、空洞６４中に含まれている燃焼生成物と燃料混合
気がベンチュリを通過して、空洞の作動室から離れた側
にある窪み部分から液体燃料が、空洞を出ようとしてい
るガス中に注入され、作動室中の燃焼生成物と混合され
て、そこで窒素酸化物の還元を行う。

次に第５ｇ図を参照すると、未燃焼ＨＣ化合物を蓄える
ための空洞７１は、二重動作ボール逆止め弁７２、混合
管γ３と混合オリフィスγ８、および別の燃料調整オリ
フイス７４を介して、作動室き連絡している。

逆止めボール弁７２は、ピストンの吸気行程中は、第１
の位置、すなわち、下にあって、作動室への連通管７５
を閉じ連通管７６を開いており、ピストンの圧縮、膨張
および排気行程中は、第２の位置にあって、連通管７５
を開き連通管７６を閉じる。

吸気行程において、燃料調整オリフイス７４を介する圧
力差によって、開いている連通管７６を通して液体炭化
水素燃料源７９から燃料が移動し、蒸発して、混合管７
３と空洞７１に流入する。

圧縮行程中、作動室中の燃料混合気が、開いている連通
管７５を通って、混合管７３と空洞７１に入り、そこに
補充されている蒸発したＨＣ化合物と混合される。

膨張行程の初めの燃焼部分では，燃焼生成物は、連通管
７５を通って混合管Ｔ３と、複数のオリフィス１８を通
って空洞７１とに入り、その中にある未燃焼ＨＣ化合物
と混合して、そのかなりの量のものを不燃性にし、膨張
行程の残りの部分でこの未燃焼ＨＣ化合物は作動室に帰
り、残りの燃焼生成物と混合されて、その中に含まれて
いる窒素酸化物の還元を行う。

連通管７６の断面は、爆発に続く膨張行程中に、作動室
に補充される蒸発したＨＣ化合物の量によって決まる。

以上に述べたように、膨張行程中、動作シリンダの壁面
にはＨＣ化合物が存在している。

このＨＣ化合物は、冷却された壁面に近いために、膨張
行程中に燃焼させることはできない。

同様に、このようなＨＣ化合物は、同じ理由により膨張
行程中の初期の爆発の後、窒素酸化物の還元に使用する
ためのガス状のＨＣ化合物を得るために使用することも
できない。

一方、この発明にしたがえば、作動シリンダ中の燃焼生
成物の温度が充分に高くされていれば、排気行程中にシ
リンダ壁から削り取ったＨＣ化合物を、排気弁が開いた
後の排気行程中に、作動シリンダ内で使用することがで
きる。

排気弁が開くと、排気行程中に作動シリンダ内に残って
いる燃焼生成物中の温度と圧力がかなり低下する。

この発明によれば、燃焼生成物の通路における温度は、
第５ｈ図に示すように、排気弁に隣接させて、作動シリ
ンダの空隙中に１乃至それ以上の加熱された表面を有す
る部材８０を配置することによって、上昇させることが
できる。

たとえば、この部材８０の面は、当業者にとって周知の
方法によって、シリンダの壁面または上面に固着した、
ステンレススチール製の１乃至それ以上のリングとする
ことができる。

部材８０は、燃料の燃焼によって加熱され、ＨＣ化合物
が存在する排気行程中（ＨＣ化合物は、それ以前は、シ
リンダ壁土にあった）、燃焼生成物を加熱して、窒素酸
化物の還元を行わせる。

第１図、第３図および第４図には、この発明を実施した
１つの一般的な技術が示されており、第５ａ図乃至第５
ｇ図には、別の一般的な技術が示されている。

第５ｈ図は、この発明を具備するさらに別の一般的な技
術が示されている。

これらの一般的な技術の２つまたは３つを同時に用いて
、特別な応用において、窒素酸化物の還元を効果的に行
うことができることに注意されたい。

この発明による技術は、多《の利点を有し、さらに、炭
化水素燃料燃焼生成物における窒素酸化物汚染を減少さ
せるための装置として、多くの形のものを使うことがで
きる。

第４図に示す実施例を使用する場合は、作動シリンダか
らの排気ガスの温度を上昇させるために使用される別の
ＨＣ化合物源は、窒素酸化物の還元を促進するための充
分な量のＨＣ化合物を供給するためにも使用できる。

このように、汚染物質を出す主たる源（内燃機関）は、
全体的な設計基準によって必要とされるいかなる燃料対
空気比ででも動作させることができる。

作動室を窒素酸化物の還元のために使用するこの発明の
実施例においては、汚染源（内燃機関）は、化学量論的
比よりも大きな燃料一空気比で動作しなければならない
が、このような動作は、厳しい基準に基づいて汚染物質
である窒素酸化物、ＨＣおよびＣＯを減少させねばなら
ないという政府の規制等の有無にかかわらず、スパーク
点火式内燃機関の最も好ましい混合比と完全に両立する
。

この発明を実施するために使用される第２の、すなわち
、補助ＨＣ燃料源は、エンジンに動力を供給するための
燃料供給器と同じような高級なものである必要はない。

この発明の主たる実施例の各々は、在来のエンジンを比
較的簡単に改変して実施することができよう。

第２のＨＣ化合物源は、経済性という点において、同じ
問題を解決するために従来の技術と大きな差はない。

燃焼室に続く排気系統に関連して適当な絶縁を行うこと
により、排気ガスを適当な反応温度に再加熱するための
費用を少くすることができる。

こンジンに、Ｎｏ還元段とそれに続＜ＨＣおよびＣＯ減
少段とを施せば、排気系統中にさらにマフラー素子を設
ける必要性も少くなる。

この発明は、４サイクルエンジンのみならず２サイクル
エンジンにも応用できる。

当業者にとって明らかなように、この発明は、ピストン
内燃機関だけでなく、タービンエンジンやウオンケル（
Ｗａｎｋｅｌ）エンジンのようなロータリ型エンジンを
含む多くの型のエンジンに応用できる。

タービン型エンジンの場合は、窒素酸化物還元室は、「
作動室」の外に設けられ、また、ウオンケル型では、窒
素酸化物還元室を燃焼室の外側または内側のいづれにで
も設けることができよう。

この発明は、ディーゼルエンジンのようナ燃料注入型内
燃機関にも応用できることは当然である。

ディーゼルは、化学量論的燃料一空気混合比よりも僅か
に大きな混合比で動作させる必要があり、その結果、燃
料消費はあまり多くはないけれども、ガス状のＨＣ化合
物を供給するための燃料注入装置は、主燃料注入装置の
一部である。

したがって、単に、燃料注入系統を注入のタイミングに
関して改変することによって、膨張行程の初期の爆発の
後で、第２の、しかし、主たる注入よりは小さなＨＣ化
合物の注入が行われる。

この発明は、また、熱および電気生成設備の分野におけ
る炭化水素燃料燃焼生成物の制御にも応用できる。

実際のところ、主たる燃焼室の外側に設けた窒素酸化物
還元用の第２の熱源は、燃焼源に付随する空間が融通性
があることにより、精巧な熱交換装置を開発することが
できるので、小さな充のとすることができる。

この発明によれば、動力設備を、都市あるいは利用者の
近くに設置することができ、それによって、伝送費用が
節約できる。

この発明は、可動および固定式の家庭用炭化水素燃料燃
焼源とともに使用することもできる。

この発明の他の応用法は、当業者にとって明らかであろ
う。

さらに、この発明の思想内で、この明細書に示した装置
や方法を、公知の等価物と置換することもできる。

第５１図には、この発明の他の変形が示されている。

この装置では、通常の型のスパークプラグを改変して、
スパークプラグの底面の周囲に空洞苧２を設け、さらに
、１乃至それ以上の孔８３を設けて、第５ｄ図に示した
装置と同じ機能を行うようにしてある。

スパークプラグに接する空洞８２とオリフイス８３の位
置は、この位置が膨張行程中の作動室中で最も熱く、し
たがって、通常は、窒素酸化物が多く生成される位置で
あるので、好ましい位置である。

空洞８２とオリフイス８３は、いわゆるリングファイヤ
プラグ（ｒｉｎｇ ｆｉｒｅ ｐｌｕｇ）を含む通常の
スパークプラグに対するものとは異っている。

空洞８２の容積と形状および孔８３の数と寸法は、綿密
に検討して選択し、吸気および圧縮行程中に、燃料混合
気が充分に空洞８２中に押込まれ、充分な量のＨＣ化合
物がその中に蓄えられて、燃焼の初期爆発中作動室から
の燃焼生成物と混合され、それによって、上記蓄積され
たＨＣ化合物の相当な量のものが不燃性にされて、膨張
行程の残りの部分に作動室へ吐き出され、未燃焼ガス状
ＨＣ化合物として燃焼生成物と混り合い、酸素欠乏雰囲
気中で、それに関連する反応時間と体積内で、窒素酸化
物の還元を行うようにされる。

第５ｊ図に示す装置は、第５１図の装置と次の点を除け
ば、同じように動作する。

すなわち、第５ｊ図の装置では、スプリングで調整され
た止め弁８６を介して、補助燃料供給源８５が接続され
ており、燃料供給管８７を通して、ピストンの吸気行程
中に空洞８８にＨＣ化合物を供給する。

それにより、燃焼の初期の爆発に続く膨張行程で、酸素
が欠乏している燃焼生成物と混合される未燃焼ＨＣ化合
物を供給する充分な量のＨＣ化合物が存在するようにす
る。

未燃焼ＨＣ化合物と酸素欠乏燃焼生成物を混合すること
により、その酸素欠乏混合気中の窒素酸化物の還元を、
それに関連する反応時間と体積内で行うことができる。

スプリングで調整されたボール型止め弁８６は、吸気行
程中のみに開《。

第５ｋ図には、次の点以外は第５ｇ図の装置と同様のも
のが示されている。

すなわち、第５ｋ図の装置では、混合管が省略されてお
り、補助のＨＣ燃料は、排気系統からの排気ガスと混合
される。

酸素欠乏の燃焼生成物は、蓄えられたＨＣ化合物を、燃
焼の初期の爆発に続く膨張行程中に未燃焼ＨＣ化合物と
して使用するために不燃性とすることによって、混合管
を使用する必要性をなくする。

この発明の思想から明らかなように、ここに述べた補助
燃料技法のいずれも、第５１図に示したようなスパーク
プラグと物理的に一体となった空洞とともに使用するこ
とができ、この発明にしたがう窒素酸化物の還元を行わ
せることができる。

さらに、この発明によれば、補助燃料技法は、作動シリ
ンダから削り取ったＨＣ化合物を補足することによって
、第５ｈ図に関連した一般的な技術と組合せることもで
きる。

この発明によれば、燃焼源からの、好ましくない窒素酸
化物を含んだ低燃料比の排気ガスを処理するためには、
まず、充分な量の未燃焼炭化水素を加え、燃焼を促進し
て、それによって生じる燃焼生成物が高燃料比混合気を
使用する燃焼源からの生成物と同じようにし、次に、不
所望な窒素酸化物を還元するために、さらに未燃焼炭化
水素を加える必要があることは明らかである。

実用上の問題として、上記の２つの段階は、未燃焼炭化
水素の全体に等しい量を一度に排気燃焼生成物に添加し
て燃焼を促進すれば生ずる。

第６図乃至第１２図は、第５１図と第５ｊ図に示したス
パークプラグに類似するスパークプラグを示す。

これらのスパークプラグでは、炭化水素を蓄える室は、
スパークプラグの一部として形成されており、ねじ山を
設けたシリンダ壁中の開口に着脱可能に接続されており
、それによって、在来の内燃機関に容易に取付けること
ができる。

第６図に示す二枚板構造では、一対の板１００と１０２
で示される複数の環状有孔板が、磁器絶縁部材１０４上
に同心的に取付けられていて、絶縁部材と外部電極１０
６の間の環状空間に蓄積空洞１０８を形成している。

エンジンの圧縮行程中、未燃焼炭化水素が、シリンダか
ら、板１００と１０２にずらして設けられた孔を通って
、蓄積空洞に供給される。

蓄積空洞がシリンダから孔によって隔離されており、ま
た、シリンダから離れているために、蓄積空洞の温度が
低いことにより、シリンタ沖で燃料の点下が完了するま
で、未燃焼炭化水素は空洞１０８中に蓄えられ、エンジ
ンの膨張行程中に、この未燃焼炭化水素が再びシリンダ
に送られて、不所望な窒素酸化物の還元を行う。

（この膨張行程においては、シリンタ沖の温度、時間お
よび容積条件は、窒素酸化物の還元に適した状態になっ
ているからである。

）必要とあれば、燃料は、燃料注入千段１１０によって
直接蓄積空洞内へ注入してもよい。

第７図の実施例においては、環状の蓄積空洞１１６が、
外部電極１２０のねじ山部分１２０ａから遠い方にある
プラグの部分で、絶縁体１１８と外部電極１２０との間
に形成されている。

したがって、空洞１１６は、エンジンシリンダから隔絶
され、低い温度に維持される。

その結果、シリンダ中の燃料の点火時に、空洞中の燃料
が点火されることが防止できる。

未燃焼炭化水素は、外部電極１２０中に設けられた１ま
たはそれ以上の細長い孔を通して蓄積空洞１１６に供給
され、また、同じ孔を通して蓄積空洞から放出される。

必要とあれば、燃料注入手段を設けて、未燃焼炭化水素
を空洞１１６に注入することもできる。

第８図の実施例においては、外部電極１３２の外側周面
のねじ山部分１３２ａと拡張部分１３２ｂとの間の部分
に溝１３０が形成されている。

拡張部分１３２ｂは、シリンダヘッドの上表面に、ガス
ケットシール１３４を押圧している。

この実施例においては、ねじ山を設けた部分１３２ｂ中
に形成されたほぼ縦方向に伸延する溝１３６によって、
シリンダと、溝１３０とガスケット１３４中の環状空間
で形成される蓄積空洞１３１との間が連絡されている。

必要とあれば、通常の燃料注入手段によって、空洞中に
燃料を注入してもよい。

第８図に示す実施例では、溝１３０はスパークプラグ中
に設けてあるが、必要とあれば、溝１３０と同様の溝を
、シリンダヘッドのねじ山を切った孔中の対応部分に設
けて、溝１３００代りとするか、溝１３０とともに設け
て、蓄積空洞の大きさを制御することもできる。

第９図の実施例では、環状スリーブ１４０が外部電極１
４２上のねじ山を設けた部分１４２ａと拡張部分１４２
ｂとの間の部分に同心的に設けられている。

拡張部分１４２ｂとスリーブ１４０との間には、ガスケ
ット１４６が、また、シリンダヘッドとスリーブ１４０
との間には、ガスケット１４８が押込まれており、これ
によって、スリーブと外部電極部材との間に環状の蓄積
空洞１５０が形成されている。

外部電極のねじ山を設けた部分１４２ａに設けられた細
長い溝１５２が蓄積空洞１５０と内燃機関のシリンダと
を連絡している。

第１０図に示すように、スリーブ１６０の内側周面に環
状の凹部１６２を設けて、蓄積空洞１６４の有効容積を
増すこともできる。

したがって、凹部１６２の深さと幅とによって、蓄積空
洞の大きさを調整することができる。

蓄積空洞中の炭化水素の配分と効率を良くするために、
第１１図に示すように、凹部に多孔性物質、たとえ＋１
焼結した青銅の標準的なライルタを充填して、燃料の濾
過機能をさせることかでぎる。

すなわち、燃料は第１０図に示す燃料注入手段から上記
フィルタを経てねじ山部分の細長い溝（第９図の溝１５
２に相当する溝）を通りシリンダへ流れるので、そのフ
ィルタ部分で濾過される。

次に第１２図を参照すると、蓄積空洞１７０は、円形の
溝または凹部として、スパークプラグの外部電極１７２
の拡張部分１７２ａ中に設けられている。

空洞１７０の外径は、ガスケットシール１７４の直径よ
りも小さい。

ガスケット１７４は、電極の拡張部分１７２ａとシリン
ダヘッド間に挿入されている。

蓄積空洞とシリンダ間の連絡は、外部電極のねじ山部分
１７２ｂの外周面に設けた細長い溝１７６によって行わ
れる。

前述したスパークプラグの実施例のいずれのものにおい
ても、必要とあれば、別の燃料源から蓄積空洞へ燃料を
供給するための燃料注入手段を設けてもよい。

これまでに説明したこの発明の好ましい実施例は、この
発明の範囲を逸脱することなく改変できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を説明するための、スパーク点火式
内燃機関の１つの作動シリンダの概略図、第２図は、種
々の懲料対空気比に対する第１図の作動シリンダの排気
ガス組成を示す線図、第３図は、任意の炭化水素燃料の
燃焼生成物源に対して使用されるこの発明の基本的な装
置の素子を示すブロック図、第４図は、実際の内燃機関
において窒素酸化物を制御するための還元蕪置とそれに
続く、残りの炭化水素と二酸化衷素を除去干るための酸
化装置とを示すブロック図、第５ａ図、第５ｂ図、第５
ｃ図、第５ｄ図、第５ｅ図、第５ｆ図、第５ｇ図、第５
ｈ図、第５１図、第５ｊ図および第５ｋ図は、それぞれ
、有害な窒素酸化物が最初に発生する作動室内で窒素酸
化物の還元を行わせるための方法および装置を示す図、
第６図、第７図、第８図、第９図および第１０図は、こ
の発明の方法を実施するための種々のスパークプラクの
実施例を示す図、第１１図は、スパークプラグに蓄積空
洞を作るための環状スリーブの一実施例を示す図、第１
２図は、この発明による別の形のスパークプラグを示す
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素燃料燃焼装置を動作させて、酸素の欠乏し
   た、過剰な窒素酸化物を含む燃焼生成物を生成する段階
   と、 上記酸素の欠乏した燃焼生成物が少な《とも約２２００
   °Ｒの温度にある間に、上記酸素の欠乏した燃焼生成物
   に或る量の未燃焼炭化水素を供給して混合することによ
   って、上記未燃焼炭化水素を燃焼させることなく、上記
   燃焼生成物中において速やかな熱的還元反応を起こさせ
   て上記燃焼生成物中の過剰な窒素酸化物を触媒を使用せ
   ずに還元し、これによって、上記燃焼生成物が大気中に
   排出される時に上記燃焼生成物中の窒素酸化物のレベル
   を減少させるに十分な速さで上記窒素酸化物を平衡濃度
   に向かって減少させる段階と、 からなり、炭化水素燃料燃焼装置の燃焼生成物が大気中
   に排出される前にその燃焼生成物中の窒素酸化物の化学
   還元を速やかに行なうようにした、炭化水素燃料燃焼装
   置の燃焼生成物中の窒素酸化物を減少させる方法。