KR800000458B1 - 내연기관의 배기가스중의 nox, hc및 co의 감소장치 - Google Patents

Abstract

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Description

내연기관의 배기가스중의 NOX, HC및 CO의 감소장치

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예를 표시하는 선도적인 그리고 일부 단면의 측면도.

제2도 내지 제4도는 제1도의 2-2, 3-3, 4-4선 절단면도.

제5도는 본 발명을 실시화하는 바람직한 형의 4사이클 내연기관의 구조 특성을 표시하는 단면도.

제6도는 제5도의 일부 확대도.

제7도는 제1도의 일부 확대도로서 2개의 기화기의 드로틀 밸브의 연결을 위한 캠 결합을 표시하는 측면도.

제8도는 연소공정에 있어서의 결과의 연속을 표시하는 선도이다.

본 발명은 4사이클 내연기관에 관한 것으로서, 특히 그와 같은 기관으로부터의 배기가스중의 질소산화물(NOx), 미연탄화수소(HC), 및 일산화 탄소(CO)의 감소에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 배기 가스중의 이들 3종류의 바람직하지 못한 성분은 내연기관의 기본 연소방법의 개량에 의하여 최소화 된다.

NOx의 생산의 최소화는 최고연소온도의 저하에 의하여 달성된다. 다른 한편, 평균 연소온도는 HC의 배출을 최소화시키기 위하여 될 수 있는대로 장기간 유지된다. CO배출은 혼합공기중에 과잉산소를 제공하는 것에 의하여 최소화된다.

NOx의 생산의 최소화에 관하여, 최대 연소온도는 대부분의 작동조건하에 있어서, 약 1,200℃를 넘지 않도록 제어된다. 이것은 비교적 무거운 부하조건에 있어서 대부분이 1,200℃를 넘는 통상의 4사이클 휘발유 기관에 있어서의 최고 연소 온도와 비교되어야 할 것이다.

HC의 배출의 최소화에 관하여, 비교적 저온의 실린더 벽에 인접하는 혼합공기는 통상의 엔진이 최량의 조건하에서 작동할때에 있어서도, 완전하게는 연소되지 않는다는 것이 일반적으로 알려져 있다.

HC의 산화는 연소온도가 약 800℃를 넘을 때 적극적으로 촉진된다. 통상의 4사이클의 휘발유엔진에 있어서의 연소 온도는 혼합 공기의 점화후 신속하게 높은 값에 도달하고 연소가스가 팽창할 때 신속하게 저하된다. 결국, HC의 산화가 적극적으로 생기는 고온은 극히 짧은 기간이고, 그 결과, 실린더 벽 근방에서의 미연(未然) 탄화수소 HC의 배출로 된다. 따라서, HC배출을 최소화시키기 위하여는, 실린더에 있어서의 최고 연소온도가 비교적 높은 값에 그리고 될 수 있는대로 긴 기간에 걸쳐 유지된다.

CO배출은 혼합공기가 화학량론적(化學量論的) 공연비(空燃比)보다 희박할때에 최소화된다는 것은 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 그와 같은 혼합공기는, 점화 가능성이 극히 적고, 그 결과 불안정한 엔진작동이 생기고, 극단적인 경우 실린더에 도입된 혼합공기는 연소됨이 없이 배출된다. 따라서 CO배출을 최소화 하기 위하여는, 엔진이 극히 희박한 혼합공기에 의하여 안정된 상태로 작동할 수 있도록 연소방법을 개량하는 것이 필요하다.

NOx배출 제어의 필요성은 엔진이 높은 부하조건하에서 작동할 때에 최대이고, HC배출 제어의 필요성은 엔진이 아이들링이고 혹은 가벼운 부하조건하에서 작동할 때에 최대이다.

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

4사이클 내연기관의 각 실린더에 있어서의 개량된 연소방법은 1964년 2월 5일 공고된 버너어드 기타의 영국 특허 제948686호에 표시되는 일반형식의 “3밸브”엔진에 있어서의 기계적 변화 및 개량에 의하여 달성된다. 이 형식의 4사이클 내연기관에 있어서, 각 실린더는 통상의 흡기 밸브 및 배기밸브를 구비한 주연소실을 가지고, 다시 거기에는 점화플럭을 구비한 보조연소실로의 제3밸브 제어 입구가 있다. 각 보조연소실은 “토오치 노즐(torch nozzle)”로서 알려진 작은 구멍을 통하여 각 주연소실에 연통된다. 비교적 희박한 공연혼합공기가 주연 소실내에 공급되고, 그리고 비교적 농후한 공연혼합공기가 보조연소실내에 공급된다. 작동에 있어서 농후 혼합공기는 점화플럭에 의하여 용이하게 착화되고, 토오치노즐을 통하여 발생하는 결과의 화염은 주연소실내의 희박한 혼합공기를 점화시킨다.

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

(A)보조 연소실의 용적은 주연소실 및 보조연소실의 합께 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)엔진부하까지 조정되게끔 캠작용에 의하여 서로 연결된다. 주연소실내에 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 안된다.

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

(D) 보조 연소실내에 도입되는 농후공연 혼합공기는 주연소실에서 발생하는 뜨거운 배기가스와의 열교환 관계에 있어서 그것을 얇은 금속도관은 통과시키는 것에 의하여 우선 가열되고, 이렇게 하여서 농후 혼합공기에 있어서의 거의 모든 연료는 보조 연소실내에 침입하기에 앞서서 증발된다.

(E) 점화플럭은 농후 혼합공기가 보조연소실내에 도입될 때 이 혼합공기의 충돌에 의하여 그 전극이 더럽혀지지 않도록 위치되고, 다시 전극에 있어서의 스파아크가 압축공정의 최후 가까이에서 주연소실로부터의 가스의 흐름에 의하여 날려가지 않도록 위치된다.

(F) 토오치 노즐의 단면적은 농후 혼합공기를 보조연소실에 공급하는 기화기에 있어서의 벤튜리의 단면적보다 크게 만들어진다.

(G) 실린더 벽내에 그리고 엔진헤드와 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 명백하여 질 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 캠 축(20)을 포함한 통상수단에 의하여 작동된다.

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

주연소실(2), 토오치노즐(3) 및 보조연소실(5)을 형성하는 부품은 제1도에 선도적으로 표시되고, 이들 부품의 현실적인 바람직한 실시예는 제5도에 표시된다. (주흡기 밸브(9)는 명료화를 위하여 제5도에서 제거된다)

엔진헤드(23)는 엔진블록(12)에 도시하지 않은 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 대향하는 엔진 헤드(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 최대 깊이를 가진다.

이 요부는 실린더 보어(bore)(25)와 합치하고 또한 그와 대략 같은 치수의 원형 경계를 가진다. 보조연소실(5)은 삽은 컵(29)과 점화 플럭요부(28)내에 형성되는 컵(29)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 단부 돌출 플랜지(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 농후 혼합공기의 일부는, 토오치 노즐(3)을 통하여 통과하는 것에 의하여 주연소실(2)에 침입하고, 주연소실(2)내의 희박 혼합공기내에 분산된다. 이 분산의 정도는 주로 토요치 노즐(3)을 통하여 통과하는 농후 혼합공기의 속도에 의존한다. 토오치 노즐 근방의 분산된 혼합공기는 피스톤(1)의 압축공정 동안 보조연소실(5)내로 역류한다. 본 발명에 의하면, 압축 공정의 최후에 토오치 노즐 근방에 머무는 적절한 양의 이 혼합공기, 그리고 보조연소실(5)내의 혼합공기 보다 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(αa)와, 주연소실내의 공연비(αm)와 보조연소실 용적(Va)과 토오치노즐 면적(Ft)가 조정된다. 이 요소중 요소 Va, Ft는 엔진구조에 의하여 결정되고, λ,αa,αm은 기화기의 제어에 의하여 결정된다.

보조연소실(5)의 용적은 피스톤(1)이 상사점 위치에 있을때의 주연소실의 용적과 중요한 관계를 가진다. 만약 보조 연소실(5)의 용적이 주연소실(2)의 용절에 비하여 너무크면, 압축공정의 최후에 있어서의 혼합공기 클라우드의 양이 작으므로, 주연소실내에 있어서의 희박 혼합공기의 유효한 연소는 기대할 수 없다. 이에 반하여, 만약 보조연소실(5)이 주연소실(2)의 용적에 비하여 너무 작으면, 토오치노즐(3)을 통한 화염에네르기가 약하여 주연소실(2)내의 희박 혼합공기는 전하게는 연소되지 않는다. 보조 연소실(5)의 용적은 도시한 것과 같이 피스톤이 상사점 위치에 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 토오치 노즐(3)이 단면적에 있어서 너무 커지면, 토오치노즐을 통과하는 혼합공기의 속도가 감소되고 그 결과 혼합공기 분산의 정도가 작게되고, 그리고 혼합공기 클라우드는 비교적 농후하게나, 그 양은 적당한 혼합공기 클라우드를 만드는데에는 너무 작을 것이다. 따라서, 주연소실내의 희박 혼합공기의 유효한 연소는 기대될 수 없다. 이에 반하여, 만약 토오치 노즐이 단면적에 있어서 너무 작으면, 토오치 노즐을 통과하는 혼합공기의 속도는 크게되고, 혼합공기 분산의 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 공연혼합공기의 완전연소는 배기가스중의 HC 및 CO의 최소화에 필요하고, 이 완전연소의 특성은 토오치 노즐(3)의 축선(35)의 적당한 위치결정에 의하여 촉진된다. 이 축선(35)이 피스톤의 중심을 통과하고, 혹은 피스톤이 상사점 위치에 있을때에 그 바로 밑에 있을 때 양호한 결과가 얻어진다는 것을 발견하였다.

비율

은 엔진의 아이들에서 풀드로틀 부하까지의 각 작동 조건에 대하여 소망하는 공기 중량비률 만들 수 있도록 한 형태로 연결된 기화기(15),(14)에 의하여 제어된다. 이 비율은 아이들 위치에서 풀드로틀 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(35)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 드로틀 밸브(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 보조 흡기밸브(10)를 통하여 보조연소실(5)에 흡입된다. 흡입공정에 있어서, 보조연소실(5)내의 농후혼합공기는 노오치 노즐(3)을 통하여 주연소실(2)에 흡입되고 압축공정에 있어서 희박 혼합공기는 토오치 노즐을 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, 연소시에 있어서의 주연소실(2)내의 공연 혼합공기는 주기화기(14)에서 주어진 것보다 농후하게 되는 경향을 가진다. 주 및 보조연소실내의 그와같은 공연비의 변화의 정도는 2개의 연소실에 흡입되는 희박 및 농후 혼합공기의 양의 비율에 의하여 결정된다. 이렇게 하여서, 내연기관을 항상 소망하는 공연화의 혼합공기로 작동시키기 위하여, 각 드로틀밸브의 개방되는 각도에 있어서 주 및 보조연소실내에 공급되는 혼합공기의 양의 비율을 변화시키기 위하여 주 및 보조드로틀 밸브(41),(39)의 개방도 비율의 값을 변화시킬 필요가 있다.

부분 개방범위에 있어서의 주 및 보조밸브 사이의 개방도 비율은 보조연소실(5)내의 혼합공기를 비교적 농후하게 하고, 그것에 의하여 점화가능성을 개량시키도록 대략 일정하게 유지할 수 있는 한편, 주 및 보조드로틀밸브의 그 이상의 큰 개방 범위에서는 보조 드로틀 밸브(39)의 개방도의 증대가 주 드로틀밸브(41)의 그것에 비하여 감소되고 따라서 전체의 공연비가 만족할 만한 연소를 확보하도록 희박하게 된다는 것이 이해될 것이다.

주연소실(2)에 있어서의 연소율이 대단히 늦을 것이 바람직하고 따라서 과도한 난류(亂流)를 제거하는 것이 필요하며, 그 이유 때문에 벽(26)에 의하여 형성되는 엔진헤드의 요부는 현실적으로 실린더 보어(25)의 직경과 동일한 최대 직경을 가진다. 이렇게 하여서 피스톤이 상사점에 도달하였을 때, 거기에는 압축 공정의 최후에 있어서 가스가 심하게 축출(逐出)되지 않으면 안되는 “눌려찌부러지는”(squeeze)부분이 없다. 이 특성은 다시 주연료실(2)에 있어서의 난류를 감소시킨다. 얇은 컵(29)은 바람직하기는 스테인레스 강과 같은 내열물질로 만들어지고 그리고 다만 약 2mm두께일 것을 필요로 한다.

점화플럭 요부(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. 그 이유는 이 컵은 그 길이의 대부분에 있어서, 물통로(47)로서 냉각되는 엔진헤드(23)의 벽과 접촉되지 않기 때문이다. 만약 원한다면, 얇은 컵(29)과 엔진헤드를 둘러싼벽(27)과의 사이의 공간(48)은 적당한 열절연재로 충전시킬 수 있다. 그러나 이 공간이 비어있도록 유지될때 양호한 결과가 얻어졌다. 이 얇은 컵은 열용량이 작고 그리고 엔진 벽으로부터 열절연되므로, 엔진이 시동될 때 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 배기계통내에 이어서 산화반응을 일으킨다. 또한 일반적인 엔진에 있어서 보다도 한층 완전하게 흡입혼합공기를 증발시키기 때문에 밸브(10)에 유도되는 보조흡입통로는 보다 고온으로 유지된다. 엔진시동직후, 배기 다기관은 온도가 상승되고, 이 열은 보조연소실(5)에 공급되는 혼합공기의 성질을 개량하는데 사용된다. 농후혼합공기의 온도를, 그것이 보조연소실(5)에 도착할 때, 140℃와 350℃사이에 유지하기 위하여, 이 농후 혼합공기는 배기가스와 열교환 관계로 통과된다. 이 온도는 미리 점화되는 것을 방지하기 위하여 350℃를 넘어서는 안된다. 보조연소실(5)용의 배기 다기관 및 흡입다기관을 최대열전달을 위하여 될 수 있는대로 얇게 하도록, 단일 구조로 구성하는 것이 유리하다. 그러나, 엔진의 작동중, 배기 다기관은 약 800℃로 온도가 상승되므로 그 강도가 감소되고 기계적 손상을 받을지도 모른다. 또한 복사열 및 기화기까지 전달된 열은 기화기내의 연료를 비등시키고 그것은 불완전한 작동을 일으킨다.

제1도 내지 제4도에 표시되는 것과 같이, 농후흡기관(17) 및 배기관(18)은 열전달을 촉진하기 위하여 비교적 얇은 금속으로 된 공통벽(50)을 가진다. 이 공통벽(50)은 제2도 및 제3도 표시와 같이, 도관(17), (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. 보조흡기 다기관 및 배기 다기관은 엔진헤드와의 연결점의 앞쪽에서 약간 분리되어서 열스트레스를 흡수하고, 이렇게 하여서 안전승용차 작동을 확보한다.

점하 플럭(4)의 위치는 그 전극(49)이 밸브(10)와 그의 고정 위치와의 사이의 컵(29)내에 침입하는 농후 혼합공기의 통로에서 벗어나서 위치되도록 선택된다. 이렇게 하여서 전극(49)은 농후 혼합공기에서의 연료의 응축에서 보호된다. 점화 플럭 전극은 다시 토오치노즐(3) 및 컵 구멍(36),(34)이 전극으로의 직접의 “직선”통로가 없도록 위치된다. 이렇게 하여서, 피스톤(1)의 압축 공정동안, 주연소실(2)에서 보조 연소실(5)에 생기는 심한 흐름은 전극(49)사이의 스파이크를 불어 꺼버리는 것에 의한 실화를 생기게 할지도모르는 강한 가스 바람에 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)에 공급되는 농후혼합공기의 양은 벤튜리(37)의 치수로서 결정되어져야 하며, 대략 동일하게 주연소실(2)에 공급되는 희박혼합 공기의 벤튜리(38)의 치수로서 결정되어져야 한다. 토오치 노즐(3)의 내벽은 사용기간후 카아본의 퇴적을 받는다. 카아본 퇴적에 의한 토오치 노즐의 치수의 감소는 한정을 부여한다.

이 한정은, 반면 기화기(15)에 의하여 공급되는 농후 혼합공기와 기화기(14)에 의하여 공급되는 희박혼합공기와의 적정한 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, 크랭크 각의 각 위치에 있어서의 주연소실(2)내의 연소가스의 압력 및 온도곡선을 표시한다. 온도치는 제5도와 같은 점 “T” 또는 그 근방에서 생긴다.

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

온도 곡선상의 점 A′는 압력곡선상의 점 A에 상당한다. 점 A에 있어서의 저온레벨은 그 시점까지 화염전면이 주연소실에 도달하지 않는다는 것을 의미한다. 온도곡선상의 점 B′는 압력 곡선상의 점 B에 상당하고, 이때 주연소실내의 가스온도는 화염전파가 보조연소실에서 주연소실에 생긴후 증대된다. 환언하면, 보조연소실(5)내의 연소는 점 B 또는 B′에 있어서 완료하고, 화염전면은 토오치노즐(3) 근방에 있어서 주연소실내의 공연 혼합공기내에 증속한다. 최고 압력점 C까지의 연소속도는 비교적 빠르고, 그 결과점 B′ 및 C′사이의 빠른 비율의 온도상승이 생긴다. 피스톤이 하동을 개시하였을 때의 최고점 C후에, 압력은 감소한다. 그러나, 온도는 점 C′후에 상승을 계속하고, 이것은 주연소실(2)내의 혼합공기의 전부가 아직도 완전히는 연소되지 않았다는 것을 의미하고, 잔류하는 혼합공기는 아래쪽 피스톤 스트로우크 동안 느린 비율로 연소를 계속한다.

점 C후와 비교한 점 C의 직전의 연소속도의 큰 차이는 토오치 노즐(3)근방의 주연소실(2)내의 혼합공기의 공연화의 차에 의한다. 주연소실(2)내의 연소는 피스톤의 하동 스트로우크 동안 계속되고, 점 D′에 있어서 최고 온도를 준다. 피스톤 스트로우크의 이점에 있어서 실린더 용적은 극히 크고, 따라서 최고 연소온도는 통상의 내연기관의 그것에 비하여 충분히 낮게 유지된다. 통상의 내연기관에 있어서는 최고온도는 상사점후 20℃ 내지 30℃보다 늦지 않는 점에서 생긴다. D′는 상사점 후 약 90℃이다.

점 E는 배기밸브의 개방점을 표시한다. 대응하는 온도는 점 E에 표시되고, 그것은 통상의 4사이클 내연기관의 그것보다 현저하게 높다. 또한 알아야 할 것은 점 D′후의 극히 늦은 온도 감소이다. 그것은 주 연소실(2)내의 잔존혼합공기가 피스톤의 배기 스트로우크동안 연소를 계속한다는 것을 의미한다.

온도곡선은 보다 긴 시간이 탄화수소를 산화시키는데에, 통상의 엔진에 있어서 가능한 이상으로 이용될 수 있다는 것 및 고온배기 가스가 흡인 혼합공기의 예비가열 및 배기관중의 미연소탄화수소의 산화를 위하여 유효하게 이용될 수 있다는 것을 표시한다.

본 발명에 의하여 구성된 자동차 엔진에 있어서의 현실적인 물리적시험은 다음과 같은 것을 명시하였다. 즉 배기가스중의 NOx, Hc 및 CO의 배출은 청정공기법하에 미국환경 보호국에 의하여 1975년을 위하여 허용되는 최고레벨보다 실질적으로 낮다는 것이 명시되었다.

Claims (1)

1. 엔진 배기가스중의 NOx,HC 및 CO와 같은 불필요한 배출을 최소화 시키기 위한 내연기관에 있어서, 이 엔진은 주연소실에 연통되는 밸브가 붙은 흡기 및 배기통로를 가짐과 동시에 부연소실에 연통되는 밸브가 붙은 흡기통로를 가지고, 이 실은 토오치 노즐을 사이에 두고 연통되고, 다시 부연소실내의 혼합공기를 점화시키기 위한 스파아크플럭을 가지는 것에 있어서 다음과 같은 것의 주합으로서 된 개량, 즉 부연소실에 연통하는 밸브가 붙은 흡기 통로에 농후혼합공기를 공급하기 위한 제1기화기를 포함한 수단과, 주연소실에 연통하는 밸브가 은 흡기통로에 희박혼합 공기를 공급하기 위한 제2기화기를 포함한 수단으로서 되고, 각 기화기는 벤튜리 통로 및 드로틀밸브를 가지며, 또한 양드로틀밸브를 동시에 그러나 다른 비율로 작동시키기 위한 수단으로서 되고, 토오치 노즐의 단면적은 제1기화기에 있어서의 벤튜리통로의 단면적보다 크고, 부연소실의 용적은 주연소실 및 부연소실의 합계 결합 용적의 5% 내지 12%이고, 또한 토오치 노즐의 단면적은 보조연소실의 각 입방 cm당 0.04 내지 0.16cm²으로 개량한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 중의 NOx,HC 및 CO의 감소장치.

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