KR800000437B1 - 내연기관의 배기가스 중의 NOx, HC 및 CO의 감소장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 배기가스 중의 NOx, HC 및 CO의 감소장치

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예를 표시하는 선도적인 그리고 일부단면의 측면도

제2도 내지 제4도는 제1도의 2-2, 3-3, 4-4선 절단면도

제5도는 본 발명을 실시화하는 바람직한 형의 4사이클 내연기관의 구조특성을 표시하는 단면도

제6도는 제5도의 일부 확대도

제7도는 제1도의 일부확대도로서 2개의 기화기의 드로틀 밸브의 연결을 위한 캠 결합을 표시하는 측면도

제8도는 연소공정에 있어서의 결과의 연속을 표시하는 선도이다.

본 발명은 4사이클 내연기관에 관한 것으로서, 특히 그와같은 기관으로부터의 배기가스중의 질소산화물(NOx), 미연탄화수소(HC), 및 일산화탄소(CO)의 감소에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 배기 가스중의 이들 3종류의 바람직하지 못한 성분은 내연기관의 기본 연소방법의 개량에 의하여 최소화된다. NOx의 생산의 최소화는 최고 연소온도의 저하에 의하여 달성된다. 다른 한편, 평균 연소온도는 HC의 배출을 최소화시키기 위하여 될 수 있는대로 장기간 유지된다. CO 배출은 가연혼합공기중에 과잉산소를 제공하는 것에 의하여 최소화된다.

NOx의 생산의 최소화에 관하여, 최대연소온도는 대부분의 작동조건하에 있어서, 약 1,200℃를 넘지않도록 제어된다. 이것은 비교적 무거운 부하조전이 있어서 대부분이 1,200℃를 넘는 통상의 4사이클 휘발유기관에 있어서의 최고연소온도와 비교된어야 할 것이다.

HC의 배출의 최소화에 관하여, 비교적 저온의 실린더벽에 인접하는 가연혼합공기는 통상의 엔진이 최량의 조건하에서 작동할 때에 있어서도, 완전하게는 연소되지 않는다는 것이 거의일반적으로 알려져 있다. HC의 산화는 연소온도가 약 800℃를 넘을 때 적극적으로 촉진된다. 통상의 4사이클의 휘발유엔진에 있어서의 연소온도는 혼합공기의 점화후 신속하게 높은 값에 도달하고 연소가스가 팽창할때 신속하게 저하된다. 결국, HC의 산화가 적극적으로 생기는 고온은 극히 짧은 기간이고, 그 결과, 실린더벽 근방에서의 미연(未燃)탄화수소 HC의 배출로 된다. 따라서, HC배출을 최소화시키기 위하여는, 실린더에 있어서의 최고연소온도가 비교적 높은 값에 그리고 될수 있는대로 긴 기간에 걸쳐 유지된다.

CO배출은 가연혼합공기가 이론혼합비(理論混合比)보다 희박할때에 최소화된다는 것은 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 그와 같은 혼합공기는, 점화가능성이 극히 적고, 그 결과 불안정한 엔진작동이 생기고, 극단적인 경우 실린더에 도입된 혼합공기는 연소됨이 없이 배출된다. 따라서 CO배출을 최소화하기 위하여는, 엔진이 극히 희박한 혼합공기에 의하여 안정된 상태로 작동할 수 있도록 연소방법을 개량하는 것이 필요하다.

NOx배출 제어의 필요성은 엔진이 높은 부하조건하에서 작동할때에 최대이고, HC배출제어의 필요성은 엔진이 아이들링이고 혹은 가벼운 부하조건하에서 작동할때에 최대이다.

NOx,HC 및 CO의 최소배출을 달성하기 위한 상기한 시간 및 온도요구는 공연 가연혼합공기의 극히 느린 연소속도를 요구한다. 또한 극히 희박한 가연혼합공기를 연소시키기 위하여 극히 강한 점화원이 구비되지 않으면 안된다. 또한 화염전파율은 소망하는 연소온도를 얻기 위하여 엔진의 부하에 따라 제어되지 않으면 안 된다.

4사이클 내연기관의 각 실린더에 있어서의 개량된 연소방법은 1964년 2월 5일 공고된 버너어드 기타의 영국특허 제948,686했에 표시되는 일반형식의 3밸브엔진에 있어서의 기계적 변화 및 개량에 의하여 달성된다. 이 형식의 4사이클 내연기관에 있어서, 각 실린더는 통상의 흡기밸브 및 배기밸브를 구비한 주연소실을 가지고, 다시 거기에는 점화플럭을 구비한 보조연소실로의 제3밸브제어입구가 있다. 각 보조연소실은 토오치 노즐(torch nozzle)로서 알려진 작은 구멍을 통하여 각 주연소실에 연통된다, 비교적 희박한 공연혼합공기가 주연소실내에 공급되고, 그리고 비교적 농후한 공연혼합공기가 보조연소실내에 공급된다. 작동에 있어서, 농후혼합공기는 점화플럭에 의하여 용이하게 착화되고, 토오치노즐을 통하여 발상하는 결과의 화염은 주연소실내의 희박한 혼합공기를 점화시킨다.

본 발명의 개량된 연소방법에 의하여, NOx, HC 및 CO가 낮은 배기 배출을 달성하기 위하여, 통상의 「3 밸브」 엔진은 몇가지 중요점에 있어서 변형된다.

(A) 보조 연소실의 용적은 주연소실 및 보조연소실의 합계 결합용적의 5% 내지 12%를 포함하도록 구성되고, 토오치노즐의 단면적은 보조연소실의 용적의 1cc당 0.04cm²내지 0.16cm²의 치수로 한다.

(B) 비율

은 각실마다 개별적으로 공급되는 별개의 기화기에 의하여 제어된다. 이 기화기는 그 드로틀밸브의 상대위치를 아이들링에서 드로틀밸브의 전개(全開)엔지부하까지 조정되게끔 캠작용에 의하여 서로 연결된다. 주 연소실내에 소망하는 혼합공기 클라우드(Cloud)를 형성시키도록,αa(보조연소실에 공급되는 혼합공기의 공연비)와 αm(주연소실에 공급되는 혼합공기의 공연비)은 보조 및 주연소실의 신선공기 유량과의 관계에 있어서 조정되지 않으면 안 된다.

(C) 보조연소실은 그것이 온난하게 유지되도록 실벽에서 격리된 얇은 금속 컵을 수용한다.

(D) 보조연소실내에 도입되는 농후공연 혼합공기는 주연소실에서 발생하는 뜨거운 배기가스와의 열교환관계에 있어서 그것을 얇은 금속도관을 통과시키는 것에 의하여 우선 가열되고, 이렇게 하여서 농후 혼합공기에 있어서의 거의 모든 연료는 보조연소실내에 침입하기에 앞서서 증발된다.

(E) 점화플럭은 농후혼합증기가 보조연소실내에 도입될 때 이 혼합공기의 충돌에 의하여 그 전극이 더렵혀지지 않도록 위치되고, 다시 전극에 있어서의 스파아크가 압축공정의 최후가까이에서 주연소실로부터의 가스의 흐름에 의하여 날려가지 않도록 위치된다.

(F) 토오치노즐의 단면적은 농후혼합공기를 보조연소실에 공급하는 기화기에 있어서의 벤튜리의 단면적보다 크게 만들어진다.

(G) 실린더벽내에 그리고 엔진해드와 피스톤과의 사이에 형성되는 주연소실은 대칭이 아니고, 그 대신에 중심선의 한쪽에 있어서 큰 깊이를 가지며 최대깊이의 부분 가까이에서 토오치 노즐에 연통된다.

(H) 토오치 노즐은 실린더의 중심을 향하여 그리고 상사점(TDC)위치의 피스톤의 헤드의 바로 밑으로 지향된다.

다른 목적 및 이점은 다음에서 명백하여질 것이다.

도면에 있어서, 내연기관은 주연소실(2)의 가동벽을 만드는 피스톤(1)을 가진다. 토오치 노즐(3)은 주연소실(2)과 보조연소실(5)사이에 연장되고, 보조연소실(5)은 점화플럭(4)을 비치한다. 주연소실(2)로의 흡기통로(6)는 흡기밸브(9)로 제어되고, 보조연소실(5)로의 흡기통로(7)는 흡기밸브(10)로 제어된다. 주연소실(2)로부터의 배기통로(8)는 배기밸브(11)로 제어된다. 이 3밸브(9),(10),(11)는 엔진헤드내에 장치되고 캠축(20)을 포함한 통상수단에 의하여 작동된다.

에어 크리이너(13)를 통하여 침입한 공기는 주기화기(14)내 및 보조화기(15)내에서 연료와 혼합되고 이렇게 하여서 형성된 혼합공기는 주흡기다기관(主吸氣多岐管)(16) 및 보조홉기관(17)을 통하여 통과한다. 비교적 희박한 혼합공기가 기화기(15)에서 흡기관(17)로 공급된다. 점화플럭(4)은 보조연소실(5)내의 비교적 농후한 혼합공기를 점화시켜, 화염으로 하여금 토오치 노즐(3)을 통하여 분사시켜서, 주연소실(2)내의 비교적 희박한 혼합공기를 점화시킨다. 주연소실(2)로부터의 배기가스는 배기통로(8)와 배기라이너(18)를 통과하여, 관(17)내의 농후 가연혼합공기를 가열시켜서 연료의 통로(7) 및 보조연소실(5)의 벽위에의 용축을 피하도록 작용한다. 라이너(18)로부터의 배기가스는 배기 다기관(21)내의 라이너(19)를 통하여 유출한다.

주연소실(2), 도오치 노즐(3) 및 보조연소실(5)을 형성하는 부품은 제1도에 선도적으로 표시되고, 이들부품의 현실적인 바람직한 실시예는 제5도에 표시된다.(주흡기밸 브(9)는 명료화를 위하여 제5도에서 제거된다).

엔진헤드(23)는 엔진블록(12)에 표시하지않은 통상수단에 의하여 고착되고, 통상의 가스킷(24)이 그 사이에 끼워질 수 있다. 주연소실(2)은 실린더(25)내에 피스톤(1)의 정면(頂面)과, 피스톤의 정면에 대항하는 엔진헤드(23)내의 요부(凹部)를 한정시키는 만곡면(26)사이에 형성된다. 이 주연소실(2)의 일부는 흡기밸브(9)와 배기밸브(11)와의 헤드에 의하여 형성된다. 엔진헤드내의 요부는 대칭이 아니며 토오치 노즐(3)의 부분에 있어서 최대깊이를 가진다. 이 요부는 실린더 보어(bore)(25)와 합치하고 또한 그와 대략같은 치수의 원형경개를 가진다. 보조연소실(5)은 얇은 컵(29)과 점화플럭 요부(28)내에 형성되는 컵(9)과 엔진헤드(23)내의 만곡벽(27)과의 사이의 간격공간(48)은 용적에 무시할 수 있는 효과를 가질 정도로 작다. 밸브(10)의 헤드는 보조연소실(5)의 1개의 벽을 형성한다. 컵은 헤드절연요소(31),(32)사이에 끼워지는 단부돌출플렌지(30)에 의하여 정위치에 유지된다. 이 얇은 컵(29)은 토오치 노즐(3)과 합치하는 제1구멍(36)과, 점화플럭 요부(28)에 연통하는 제2구멍(34)을 가진다. 기화기(15)를 통하여 보조연소실(5)내에 도입된 농후혼합공기의 일부는, 토오치노즐(3)을 통하여 통과하는 것에 의하여 주연소실(2)에 침입하고, 주연소실(2)내의 희박혼합공기내에 분산된다. 이 분산의 정도는 주로 토오치 노즐(3)을 통하여 통과하는 농후 혼합공기의 속도에 의존한다. 토오치노즐 근방의 분산된 혼합공기는 피스톤(1)의 압축공정동안 보조연소실(5)내로 역류한다. 본 발명에 의하면, 압축공정의 최후에 토오치 노즐근방에 머무는 적절한 양의 이 혼합공기, 그리고 보조연소실(5)내의 혼합공기보다 엷고 주연소실(2)내의 혼합공기보다는 짙은 그것은 중요한 효과를 가진다는 것을 발견하였다.

혼합공기의 이 부분은 「혼합공기 클라우드」라고 불리우고, 이 혼합공기 클라우드의 양 및 혼합비는 λ와 보조연소실내의 공연비(α_a)와, 주연소실내의 공연비(α_m)와 보조연소실용적(V_a)과 토오치노즐면적(F_t)과 조성된다. 이 요소중 요소 V_a, F_t는 엔진구조에 의하여 결정되고,λ,α_a,α_m은 기화기의 제어에 의하여 결정된다.

보조연소실(5)의 용적은 피스톤(1)이 상사점위치에 있을때의 주연소실의 용적과 중요한 관계를 가진다. 만약 보조연소실(5)의 용적이 주연소실(2)의 용적에 비하여 너무 크면, 압축공정의 최후에 있어서의 혼합공기클 라우드의 양이 작으므로, 주연소실내에 있어서의 희박 혼합공기의 유효한 연소는 기대할 수 없다. 이에 반하여, 만약 보조연소실(5)이 주연소실(2)의 용적에 비하여 너무 작으면, 토오치 노즐(3)을 통한 화염에네르기가 약하여 주연소실(2)내의 희박 혼합공기는 완전하게는 연소되지 않는다. 보조연소실(5)의 용적은 도시한 것과같이 피스톤이 상사점위치에 있을 경우의 보조연소실(5) 및 주연소실(2)의 합계 결합용적의 5%내지 12%이어야 할 것을 발견하였다.

또한 만약 보조연소실(5) 및 주연소실(2)을 연통하는 토오치노즐(3)에 의하여 한정되는 통로가 단면적에 있어서 너무 커지면, 토오치노즐을 통과하는 혼합공기의 속도가 감소되고 그 결과 혼합공기 분산의 정도가 작게되고, 그리고 혼합공기 클라우드는 비교적 농후하게 되나, 그 양은 적당한 혼합공기 클라우드를 만드는데에는 너무 작을 것이다. 따라서, 주연소실내의 희박혼합공기의 유효한 연소는 기대될 수 없다. 이에 반하여, 만약 토오치 노즐이 단면적에 있어서 너무 작으면, 토오치 노즐을 통과하는 혼합공기의 속도는 크게되고, 혼합공기분산의 정도는 광범위하게 되어 그 결과 소망하는 혼합공기 클라우드를 형성시킬 수 없다. 토오치 노즐(3)의 단면적이 보조연소실의 용적의 1cc당 0.04cm²내지 0.16cm²일때 최량의 결과가 얻어진다는 것을 발견하였다. 주연소실(2)내의 희박 공연 혼합공기의 완전연소는 배기가스중의 HC 및 CO의 최소화에 필요하고, 이 완전연소의 특징은 토오치 노즐(3)의 축선(35)의 적당한 위치결정에 의하여 촉진된다. 이 축선(35)이 피스톤정연의 중심을 통과하고, 혹은 피스톤이 상사점위치에 있을때에 그 바로밑에 있을때 양호한 결과가 얻어진다는 것을 발견하였다.

비율

은 엔진의 아이들에서 풀 드로틀 부하까지의 각 작동조건에 대하여 소망하는 공기 중량비를 만들수 있도록 한 형태로 연결된 기화기(15), (14)에 의하여 제어된다. 이 비율은 아이들위치에서 풀 드로틀 위치까지 현저하게 변화한다. 제7도 표시와 같이 기화기(15)는 아암(40)에 의하여 작동되는 드로틀밸브(39)를 구비한다. 대략 동일하게, 기화기(14)는 케이블(43)에서 아암(42)에 의하여 작동되는 드로틀밸브(41)를 구비한다. 아암(42)은 아암(40)위에 장치된 캠 종동자 로울러(45)에 의하여 계합되는 캠면(44)을 구비한다. 스프링(46)은 로울러(45)를 캠면(44)에 접촉을 유지시킨다. 주드로틀밸브(41)의 개방과 비교한 보조 드로틀밸브(39)의 개방도의 비율은 캠(44)의 면의 형상에 따라 지배된다. 도시한 실시예에서는, 주 드로틀밸브(41)와 보조 드로틀밸브(39)의 각도운동은 당초의 개방되는 단계에서는 유사하다. 그러나, 주드로틀밸브(41)의 개방이 증대됨에 따라, 보조드로틀밸브(30)의 개방의 증가율은 감소된다.

엔진의 작동에 있어서, 그리고 특히 흡기공정에 있어서, 희박 혼합공기가 기화기(14)에서 흡기밸브(9)를 통하여 주연소실내로 흡입되는 동시에 농후 혼합공기가 기화기(15)에서 보조흡기밸브(10)를 통하여 보조연소실(5)에 흡입된다. 흡입공정에 있어서, 보조연소실(5)내의 가연농후혼합공기는 토오치 노즐(3)을 통하여 주연소실(2)에 흡입되고 압축공정에 있어서 희박혼합공기는 토오치노즐을 통하여 반대방향으로 주연소실(2)에서 보조연소실(5)내로 이동되고, 따라서 점화시에 있어서의 실(5)내의 혼합공기는 기화기(15)에서 먼저 주어진 것보다 희박하게 된다. 또한편, 연소실에 있어서의 주연소실(2)내의 공연혼합공기는 주 기화기(14)에서 주어진 것보다 농후하에 되는 경향을 가진다.

주 및 보조연소실내의 그와 같은 공연비의 변화의 정도는 2개의 연소실이 흡입되는 희박 및 농후혼합공기의 양의 바율에 의하여 결정된다. 이렇게 하여서, 내연기관을 항상 소망하는 공연화의 혼합공기로 작동시키기 위하여, 각 드로틀 밸브의 개방되는 각도에 있어서 주 및 보조탄소실내에 공급되는 혼합공기의 양의 비율을 변화시키기 위하여 주 및 보조드로틀밸브(41),(39)의 개방도 비율의 값을 변화시킬 필요가 있다.

부분개방범위에 있어서의 주 및 보조밸브사이의 개방도비율은 보조연소실(5)내의 혼합공기를 비교적 농후하게 하고, 그것에 의하여 점화가능성을 개량시키도록 대략 일정하게 유지할 수 있다. 한편, 주 및 보조드로틀밸브의 그 이상의 큰 개방범위에서는 보조 드로틀밸브(39)의 개방도의 증대가 주드로틀밸브(41)의 그것에 비하여 감소되고 따라서 전체의 공연비가 만족할만한 연소를 확보하도록 희박하게 된다는 것이 이해될 것이다.

주연소실(2)에 있어서의 연소율이 대단히 늦을것이 바람직하고 따라서 과도한 난류(亂流)를 제거하는 것이 필요하며, 그 이유때문에 벽(26)에 의하여 형성되는 엔진헤드내의 요부는 현실적으로 실린더 보어(25)의 직경과 동일한 최대 직경을 가진다. 이렇게 하여서 피스톤이 상사점에 도달하였을때, 거기에는 압축공정의 최후에 있어서 가스가 심하게 축출(逐出)되지 않으면 안되는 눌려찌부러지는(Squeeze)부분이없다. 이 특성은 다시 주연료실(2)에 있어서의 난류를 감소시킨다. 얇은 컵(29)은 바람직하기는 스테인레스강과 같은 내열물질로 만들어지고 그리고 다만 약 2mm두께일 것을 필요로 한다.

점화플럭요부(28)를 제외하고, 얇은 컵(29)은 보조연소실(5)의 외주경계를 필연적으로 한정시킨다. 이 컵(29)은 엔진의 작동중 뜨겁게 유지되도록 구성 및 끼워 맞추어진다. 이 컵은 그 길이의 대부분에 있어서, 물통로(47)로서 냉각되는 엔진헤드(23)의 벽과 접촉되지 않기 때문이다. 만약 원한다면, 얇은 컵(29)과 엔진헤드를 둘러 싼 벽(27)과의 사이의 공간(48)은 적당한 열절연재로 충전시킬 수 있다. 그러나 이 공간이 비어있도륵 유지될때 양호한 결과가 얻어졌다. 이 얇은 컵은 열용량이 작고 그리고 엔진 벽으로부터 열절연되므로, 엔진이 시동될때 이 컵은 즉시 가열되어 이후 엔진의 작동중 비교적 고온으로 유지된다. 이 뜨거운 컵은 밸브(10)에 의하여 보조연소실(5)내에 침입되는 연료의 응축을 방지한다.

통상의 엔진과 비교하여, 배기가스는 일반적으로 온도가 높고 과잉산소를 함유하며, 따라서 배기개통내에 있어서 산화반응을 일으킨다. 또한 일반적인 엔진에 있어서 보다도 한층 완전하게 흡입혼합공기를 증발시키기 때문에 밸브(10)에 유도되는 보조흡입통로는 보다 고온으로 유지된다. 엔진 시동직후, 배기 다기관은 온도가 상승되고, 이 열은 보조연소실(5)에 공급되는 혼합공기의 성질을 개량하는데에 사용된다. 농후혼합공기의 온도를, 그것이 보조연소실(5)에 도착할 때, 140℃와 350℃사이에 유지하기 위하여, 이농후혼합공기는 배가스와 열교환관계로 통과된다. 이 온도는 미리점화되는 것을 방지하기 위하여 350℃를 넘어서는 안된다. 보조연소실(5)용의 배기다기관을 최대열전달을 위하여 될 수 있는대로 얇게하도록, 단일구조로 구성하는 것이 유리하다. 그러나, 엔진의 작동중, 배기다기관은 약800℃로 온도가 상승되므로 그 강도가 감소되고 거계적손상을 받을지도 모른다. 또한 복사열 및 기화기까지 전달된 열은 기화기내의 연료를 비등시키고 그것은 불완전한 작동을 일으킨다.

제1도 내지 제4도에 상세하게 표시되는 것과 같이, 농후흡기관(17) 및 배기관(18)은 열전달을 촉진하기위하여 비교적 얇은 금속으로된 공통벽(50)을 가진다. 이 공통벽(50)은 제2도 및 제3도 표시와 같이, 도관(l7),(18)의 합동부분으로 형성된다. 비교적 두꺼운 상자체(51)가 얇은 전열도관(傳熱導管)(17),(18)을 수용하고 이 상자체는 흡기 및 배기도관을 구비한 엔진헤드(23)의 그 부분에 통상수단에 의하여 고착된다. 이 상자체는 뜨거운 얇은 전열라이너를 엔진 및 승용차의 파괴적 진동으로부터 유지한다. 보조흡기다기관 및 배기다기관은 엔진헤드와의 연결점의 앞쪽에서 약간 분리되어서 열스트레스를 흡수하고, 이렇게 하여서 안전승용차 작동을 확보한다.

점화플럭(4)의 위치는 그 전극(49)이 밸브(10)와 그의 고정위치와의 사이의 컵(29)내에 침입하는 농후혼합공기의 통로에서 벗어나서 위치되도록 선택된다. 이렇게 하여서 전극(49)은 농후혼합공기에서의 연료의 응측에서 보호된다. 점화플럭 전극은 다시 토오치노즐(3) 및 컵 구멍(36),(34)이 전극으로의 직립의 직선 통로가 없도록 위치된다. 이렇게 하여서, 피스톤(1)의 압축공정동안, 주연소실(2)에서 보조연소실(5)에 생기는 심한 흐름은 전극(49)사이의 스파아크를 불어 꺼글리는 것에 의한 실화를 생기게 할지도 모르는 강한 가스바람을 일으키지 않는다. 토오치 노즐(3)의 축선(35)은 보조연소실(5)의 상부로 지향하고, 한편 점화플럭 요부(28)에 연통하는 구멍(34)은 이 축선의 한쪽으로 편위한다. 따라서 점화플럭(4)은 꺼지는 위험없이 스파아크가 생긴다.

토오치노즐(3)의 단면적은 보조연소실(5)용의 기화기(l5)내의 벤튜리 통로(37)의 단면적보다 커야된다는 것이 중요하다. 엔진이 전부하 또는 그 근방일때, 보조연소실(5)에 공급되는 농후혼합공기의 양은 벤튜리(37)의 치수로서 결정되어져야하며, 대략 동일하게 주연소실(2)에 공급되는 희박혼합공기의 양은 벤튜리(38)의 치수로서 결정되어져야 한다. 토오치노즐(3)의 내벽은 사용기간후 카아본의 퇴적을 받는다. 카아본 퇴적에 의한 토오치 노즐의 치수의 감소는 보조연소실(5)에 도달할 수 있는 농후혼합공기의 양에 한정을 부여한다.

이 한정은, 반면 기화기(15)에 의하여 공급되는 농후혼합공기와 기화기(14)에 의하여 공급되는 희박혼 합공기와의 적성한 균형을 흐트러지게 한다. 따라서 토오치 노즐(3)의 단면적은 기화기(15)의 벤튜리(37)의 단면적보다 크게된다.

제8도의 선도는 본 발명을 실시화시키는 엔진의 작동에 있어서의 연소방법을 상세하게 표시한다. 이 선도는, 적당한 공연혼합공기가 주 및 보조연소실내에 공급될 때, 크렝크각의 각 위치에 있어서의 주연소실(2)내의 연소가스의 압력 및 온도곡선을 표시한다. 온도치는 제5도시와 같은 점 「T」또는 그 근방에서 생긴다.

압력곡선상의 점 A는 주연소실(2)에의 압력전과의 개시점을 표시하고, 그 압력은 농후혼합공기가 점화 및 연소된 후 보조연소실내에 발생한다. 이 압력상승은 점 B까지 계속된다.

온도곡선상의 점 A'는 압력곡선상의 점 A에 상당한다. 점에 있어서의 저온 레벨은 그 시점까지 화염전면이 주연소실에 도달하지 않는다는 것을 의미한다. 온도곡선상의 점 B'는 압력곡선상의 점 B에 상당하고, 이때 주연소실내의 가스온도는 화염전파가 보조연소실에서 주연소실에 생긴후 증대된다. 환언하면, 보조연소실(5)내의 연소는 점 B 또는 B'에 있어서 완료하고, 화염전면은 토오치 노즐(3)근방에 있어서 주연소실내의 공연혼합공기내에 증속한다. 최고압력점 C까지의 연소속도는 비교적 빠르고, 그 결과점 B' 및 C'사이의 빠른 비율의 온도상승이 생긴다. 피스톤 이하동을 개시하였을 때의 최고점 C후에, 압력은 동일하게 감소한다. 그러나, 온도는 점 C'후에, 상승을 계속하고, 이것은 주연소실(2)내의 혼합공기의 전부가 아직도 완전하는 연소되지 않았다는 것을 의미하고, 잔류하는 혼합공기는 아래쪽 피스톤 스트로우크동안 느린 비율로 연소를 계속한다.

점 C후와 비교한 점 C의 직전의 연소속도의 큰 차이는 토오치노즐(3)근방의 주연소실(2)내의 혼합공기의 공연화의 차에 의한다. 주연소실(2)내의 연소는 피스톤의 하동스트로우크 동안 계속되고, 점 D'에 있어서 최고온도를 준다. 피스톤 스트로우크의 이점에 있어서 실린더 용적은 극히 크고, 따라서 최고연소온도는 통상의 내연기관의 그것에 비하여 충분히 낮게 유지된다. 통상의 내연기관에 있어서는 최고온도는 상사점 후 20℃내지 30℃보다 늦지않는 점에서 생긴다. 점 D'는 상사점후 약 90℃이다.

점 E는 배기밸브의 개방점을 표시한다. 대응하는 은도는 점 E에 표시되고, 그것은 통상의 4사이클 내연기관의 그것보다 현저하게 높다. 또한 알아야 할것은 점 D'후의 극히 늦은 온도감소이다. 그것은 주연소실(2)내의 잔존혼합공기가 피스톤의 배기 스트로우크동안 연소를 계속한다는 것을 의미한다.

온도곡선은 보다 긴시간이 탄화수소를 산화시키는데, 통상의 엔진에 있어서 가능한 이상으로 이용될 수 있다는 것 및 고온배기가스가 흡입혼합공기의 예비가열 및 배기중간중의 미연소탄화수소의 산화를 위하여 유효하게 이용될 수 있다는 것을 표시한다.

본 명발에 의하여 구성된 자동차 엔진에 있어서의 현실적인 물리적 시험은 다음과 같은 것을 명시하였다. 즉 배기 가스중의 NOx,HC 및 CO의 배출은 청정공기 법하에 미국환경보호국에 의하여 1975년을 위하여 허용되는 최고 레벨보다 실질적으로 낮다는 것이 명시되었다.

Claims (1)

1. 엔진 배기가스중의 NOx, HC 및 CO와 같은 불필요한 배출을 동시에 최소화시키기 위한 4사이클 스파아크 점화 내연 왕복동피스톤엔진에 있어서의 다음과 같은 조합, 즉 밸브가 붙은 흡기 및 배기통로를 가지는 주연소실, 밸브가 붙은 입구통로를 가진 부연소실, 양실을 연통하는 토오치노즐 제한을 형성하는 수단, 밸브가 불은 흡기통로에 희박공기연료혼합기를 공급하도록 한 드로틀밸브를 가지는 수단, 농후공기연료 혼합공기를 밸브가 붙은 입구통로에 공급하도록한 드로틀밸브를 가지는 수단, 이 실의 각각에 공급되는 혼합공기의 양을 변화시키기 위하여 양 드로틀밸브를 아이들링 위치와 풀드로틀위치와의 사이에서 다른 상대비율로 동시에 작동시켜서, 부연소실에 도입되는 공기중량과 주연소실에 도입되는 공기중량의 비를 엔진의 부하에 응답하여 변화시키는 수단, 피스톤의 흡입 스트로우크동안 희박혼합공기가 주실내에 흡입됩과 더불어 농후혼합공기가 동시에 부실 및 토오치노즐 제한을 통하여 주실내로 흡입되도록 한 상기 밸브가 붙은 통로를 위한 제어수단으로서 되고, 주연소실은 피스톤의 중심선의 토오치 노즐제한에 인접하는 한쪽에 있어서 최대깊이를 가지는 웨지(Wedge)형임과 동시에 스퀴즈(Squeeze)부분을 가지지 않도록 형성되고, 그에 의하여 중간농도의 혼합공기로서 된 집중화 국부가 토오치노즐 제한 근방에서 주실내에 형성되도록 난류(亂流)를 최소화시키게끔 작동하도록하고, 또한 내부의 공기연료혼합공기를 점화시키도록한 부실내의 스파아크 수단으로서 되고, 이에 의하면 토오치염이 토오치 노즐제한을 통하여 연장되어서 피스톤의 전파워 스트로우크 동안 느린 연소를 생기게 하고 이때 결과로서의 연소가 낮은 피이크온도를 가지도록한 조합을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스중의 NOx, HC 및 CO의 감소장치.

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