JPH04228827A - 内燃機関による大気汚染を減少させる装置 - Google Patents

内燃機関による大気汚染を減少させる装置

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JPH04228827A
JPH04228827A JP3191325A JP19132591A JPH04228827A JP H04228827 A JPH04228827 A JP H04228827A JP 3191325 A JP3191325 A JP 3191325A JP 19132591 A JP19132591 A JP 19132591A JP H04228827 A JPH04228827 A JP H04228827A
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グイド　サンティ
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関において発生
するガス体による大気汚染を酸素富化操作により低減さ
せる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリン、ディーゼル油または別種炭化
水素または上記混合物を燃料として用いる内燃機関が、
大気汚染の発生源となること、および排出ガス中の汚染
物質をさらに低減させるため努力が傾注されていること
は周知の通りである。
【０００３】上記汚染物質は主として三種の異なる化学
物質から構成されるが、このものは通常、未燃粒子また
は燃料をあらわすＨＣ、一酸化炭素を示すＣＯ、窒素酸
化物を示すＮＯＸで分類表示される。
【０００４】これら化合物はそれぞれ異なる態様を示し
、たとえば最初の二種物質ＨＣとＣＯすなわち未燃物質
と一酸化炭素については、研究者の一部ではＣＯの成因
をＣＯ２の解離にあるとしているが、利用酸素の不足に
より燃料の不完全燃焼によると見なすこともでき、一方
、窒素酸化物ＮＯＸの生成は、燃焼室内での高温による
のが主因とされる。
【０００５】汚染物質の発生を低減させ、少くともこれ
を封じこめる目的で従来提案されている装置は、基本的
に二つの異なる考え方に基づいている。排出ガスの後燃
焼を介して操作する装置すなわち触媒によるマフラーと
、排出ガスの再循環すなわちＥＧＲ（廃ガス再循環）に
よる温度制御装置がこれである。
【０００６】この第一の着想はＣＯおよびＨＣの放出抑
制に採用され、第二の方法は燃焼温度を調節することに
よりＮＯＸの生成を減少させるのに利用されている。
【０００７】たゞし両装置いずれもこれを採用した場合
エンジン出力を低減させる欠点を持ち、とくに第二の方
法ＥＧＲは運転中とくに切替運転時および全出力時点で
安定性の面で欠陥を示す。
【０００８】燃焼温度調節用の多くの装置中では、乳濁
水と燃料との安定混合物を用いる方法および純水を吹込
む方法、たとえば航空機離陸時または戦斗時での周知の
“ハンドレッドプラス”法が含まれるが、現在まで汚染
物質放出の問題は解決されたとは言えない。
【０００９】一方よく知られているように、純酸素気流
中または酸素リッチの空気混合物中では完全燃焼は可能
であり、なお、魚雷の熱推進装置で用いる技術によれば
同種燃焼室中に水を吹込み燃焼温度を制御することもで
きる。
【００１０】さらに大気汚染は“過渡現象”と呼ばれる
条件、つまり継続してエンジン操作し外界条件に適合さ
せる条件から都市交通下で一層悪化される。また、停車
中エンジンを空運転させる際、交通信号が緑に替る時点
で急速に走行しはじめるバスにより“スモーク雲”と呼
ばれる現象が起きるのは誰でもよく気付くことである。
【００１１】この条件では現状の触媒マフラーおよびＥ
ＧＲ等の装置を採用しても問題の解決には全く役立たな
い。とくにＥＧＲ操作はエンジンを空運転させたり、全
力走行させる際には採用を見合わすべきである。
【００１２】本発明者の実験研究結果によれば、燃焼室
に酸素を適正量加えることにより、上記ＣＯの生成がＣ
Ｏ２の解離によるとする理論と逆に、ＣＯの発生を総体
的に低め得ることが分かった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記試
験結果を定容サイクルまたはディーゼルサイクル内燃機
関に適用して、未燃ＨＣ，ＣＯ、等を完全燃焼させ、さ
らに燃焼温度を調節して“過渡現象”時でもＮＯＸを低
減除去し得る装置の提供にある。
【００１４】
【実施例】図１に基づき説明する最初の実施例では、圧
縮点火機関１２により、吸気マニホールド５を介して大
気を取り入れる。空気は吸気弁６を開き、排気弁７を閉
じることにより燃焼室１８に送入される。
【００１５】上記空気は導入口フィルター１、酸素吹込
室２、強制混合室３および乱流混合室４を通過したのち
吸気マニホールド５から吹込まれる。酸素吹込室２は薄
板製の単純なシリンダー構造であり、これに１組以上の
計量弁を取付ける。強制混合室３は先細−末広のノズル
構成とし、一方、乱流混合室４はつる巻きフィン（図示
せず）を備えた薄板シリンダーで構成され、後述するご
とく吸入空気とガス状高含有酸素との混合効果を高める
構造とする。
【００１６】装置には１ないし数個の液状またはガス状
酸素タンク１１が設けられ、それらは図１中では低温用
断熱材４４を備えた低温用タンク１１として示されてい
る。必要に応じ減圧弁１０には液体酸素用蒸発器を組込
ませる。導管９により上記タンク１１と減圧弁１０とを
連結し、さらに弁１０を一組または数組の計量弁８と接
続する。
【００１７】計量弁８は電子制御装置１９により制御し
、この装置を用いて排気マニホールド１４内に設けた温
度センサー１５、同要領で排気マニホールド１４内に設
けた酸素計量センサー１６（このセンサー１６で排気ガ
ス中の酸素％を測定）、インゼクター１３を介し送入さ
れた燃料計量用のセンサー、（使用エンジンはディーゼ
ルエンジンまたは定容サイクルエンジンいずれでも可）
およびエンジンの回転数測定用センサーの与える信号に
応じ、酸素を計量する。
【００１８】あとの二組のセンサー、燃料計量センサー
、ｒｐｍ計量センサーは図１では示されていない。
【００１９】図１では圧縮点火エンジン（図２）と点火
栓発火エンジン（図３）とが示されており、この装置の
運転操作を示したのが（図１）である。
【００２０】図４には酸素計量弁８の１つのタイプを示
す。タンク１１中では必要に応じ、適当に予備減圧、気
化された状態で、高圧下ではガス状として、また低圧下
では液状として貯蔵する上記タンクから送入されるガス
状酸素は、導管９を経て計量弁８の本体に入る。計量弁
８の先端部２５ａは針２１で閉状態とし、この針はスプ
リング２３で閉止位置に圧入され、可変スプリング押え
２５を介して強度を調節する。
【００２１】磁気式アンカー２２は磁性体２４で引張り
操作され、この磁性本体は“完全または不完全”装置の
態様に応じて完全開状態とされるか、または励磁電流に
比例して開度が保持される。この場合には、針２１の位
置で開度に応じたガス流が得られる。したがって、図１
で示す装置は基本的に、内燃機関、液体またはガス状タ
ンク、混合室、電子制御装置を用い調節される一組以上
の酸素計量弁、から構成され、この制御装置により排出
ガス中の温度および酸素含有量、上記燃焼室中のｒｐｍ
、燃料供給量を測定するセンサーを介し取り出される信
号を集積し、燃焼室内で一方で大気中の正規酸素含有量
を上回る純酸素分で濃密化した空気混合物を形成させ、
他方で排気ガスを環境中に放出される配列とする。
【００２２】次に図１に基づき装置の機能について検討
する。
【００２３】ピストン下降行程中、フィルター１、吸気
マニホールド５を介して圧縮点火エンジン１２のピスト
ン１７が大気から空気を吸入すると、結線７０を介して
計量弁８に電気接続された電子制御装置１９が、前記セ
ンサーで得られる情報と、上記電子制御装置１９のメモ
リー中に記憶された実験マトリクス情報とを比較し、読
み取り値と記憶データ値とを対照し、各負荷条件ごとに
酸素吹込室２に送り込まれる純酸素量を正確に計量する
。結局、燃焼室１８中の吸気マニホールド５を介し、標
準大気中の酸素含有量より高い空気混合物が送入される
。
【００２４】この酸素の富化作用は燃焼室１８中に導入
、吹込される燃料の量により直接影響される。
【００２５】このような作業条件を設定し酸素濃度を高
めて燃焼させ、未燃ＨＣまたは一酸化炭素ＣＯを生成さ
せずに完全燃焼を行うことができた。
【００２６】図２に圧縮点火機関の四行程中の残存相状
態を示す。図中吸気、排気弁を何れも閉の状態とし、ピ
ストン１７により燃焼室１８内で、本明細書に準じ純酸
素で濃度を高めた空気混合物の圧縮状態が理解される。
【００２７】ひきつゞき、電子制御装置１９による調整
計量弁８で計量した酸素富化気流中、上記燃焼室１８内
で燃料の吹込と燃焼を行い、完全燃焼を進行させる。す
でに述べたごとく、計量弁８は一組だけでなく数組使用
できる。
【００２８】図３中では四行程の点火エンジン機能が示
されており、吸気マニホールド５が図の説明通りに酸素
富化空気を受入れする状態が見られる。
【００２９】この例の場合でも、大気中のＯ２分より高
い条件下で、純Ｏ２富化による雰囲気中で容易に燃焼で
きることが理解される。図３では機関のシリンダーヘッ
ド８４とその燃焼室１８のみを、図１記載の圧縮点火エ
ンジン１２を対象に図示している。この場合、混合室は
取り去り、弊特許の範囲内で各シリンダーの吸入導管中
に直接計量弁８を取付けしている。同じく、吸気弁６を
開操作する時だけ、電子制御装置１９が酸素計量弁８を
開放する指示を与え、上記弁６が閉となる時点で急速に
計量弁８は閉操作され、酸素消費量を極力低減させる。
【００３０】図６は、前記ＩＣエンジン１２のシリンダ
ーヘッド８４と、図１記載の上記エンジンの燃焼室１８
のみを示したものであり、計量弁８は上記燃焼室１８中
に取付けている。
【００３１】同じくこの場合、タンク１１に収容した酸
素は、吸気弁６を開にして酸素を供給するため結線７０
を介して接続した電子制御装置１９の指示操作による計
量弁８を用いて計量する。計量弁８は、吸気弁６を閉じ
た後でも酸素吹込ができ、燃焼室１８中での酸素％を高
めるだけでなく、上記燃焼室１８中のガス全量を高める
構成とする。
【００３２】図７は本発明変形の一例を示し、タービン
過給ガソリン機関の燃焼室１８およびシリンダーヘッド
８４のみを示す。図中、常時装置の一部をなす酸素タン
ク１１の記戴は省く。
【００３３】機械、動駆動による圧縮機２６（図示せず
）により、圧力容器２７中の大気を周囲圧以上に圧縮し
、この容器の内部には半透膜２８を取付ける。弁２９で
タンクの上部を大気圧以上に保持し、導管３１経由で排
気マニホールド１４中の過剰量を放出させる。すなわち
半透膜２８による酸素不足の大気を排出する。
【００３４】圧縮機２６の取入口にはフィルターの出口
部分を接続し、上記圧縮機には中間冷却器を取付け、さ
らにフィルターを設ける（図示せず）。
【００３５】半透膜下方の圧力タンク２７の下部を導管
３０を介してコンプレッサ３３の入口に接続し、コンプ
レッサは排ガスタービン３３ｂを使って駆動する。
【００３６】この構成はコンプレッサ２６の圧縮作業を
低減させる上で、本発明の実施に有用である。半透膜の
効率はこの膜２８の通過圧力比が増大するほど高くなる
のは明らかである。われわれの方式では、導入圧力より
僅か１バール高目にバルブ２９を設定し、排ガスタービ
ン３３ｂで駆動させるターボ圧縮機３３の入力側で圧力
を降下させるようにした。
【００３７】また圧縮機２６を出口圧力、たとえば絶対
５バールで駆動させ、導管３０の入口圧を絶対１バール
に保持するか、またはコンプレッサ２６を絶対２バール
で起動させ、導管３０内の圧力降下を絶対０．４バール
に保つごとくターボ圧縮機３３を設定することにより半
透膜の通過圧力比を同一に保持できることが分かった。
【００３８】ターボ圧縮機３３は導管３０を介して半透
膜を利用し酸素リッチの空気を吸入し、マニホールド３
４によりこれを圧縮して気化器３２に送り込み、さらに
オプション操作として前記の酸素タンク１１については
計量弁８を利用して酸素富化できる。この場合弁８の位
置は気化器３２の前後いずれでも差し支えない。
【００３９】つぎに濃度を高めた空気−燃料混合物を吸
気弁６に送入する。この場合、弁６は閉状態でありエン
ジンの排気行程で示すごとく、排気弁は開状態を示す。
【００４０】導管３１を介して圧力タンク２７の上部で
は、コンプレッサ２６により圧縮された過剰流量のため
排気ガスタービン向けの熱ガス供給量が増し、タービン
の出力を高めることは言うまでもない。
【００４１】この方式のターボ圧縮機は圧力タンク２７
下部で規定の圧力降下が得られる位置を占める筈であり
、この結果半透膜は最良の効率を示すことができる。
【００４２】図８で圧力点火エンジン（Ｃ．Ｉエンジン
）を対象とした、図１装置の一変型を示した。この場合
は、シリンダーヘッド１８、ピストン１７、吸気弁６、
および排気弁７のみが示されている。
【００４３】図中矢印３５はピストンの運動方向が圧縮
行程終段に上死点に向かうことをあらわしている。
【００４４】吸気弁６とともに排気弁７も閉状態を示し
、図では示さないが吹込装置中のインゼクター１３によ
り、燃焼室１８に燃料が吹込まれる。一方、電子制御装
置１９の指令に応じ、酸素タンク１１に設けた計量弁８
により純酸素の噴射５５が行われる。この機能は図１の
弁１０または液体酸素（図示せず）により、酸素タンク
１１内の圧力が制御または増大されることによる。この
場合、純酸素はこの燃焼前および燃焼中に燃焼室に導入
され、上記燃焼室中の酸素％が高められるだけでなく、
全体重量が増大し、この結果、燃焼温度が低減する。
【００４５】以上、燃焼室内の酸素％を高めることがで
き、またこの酸素含有量の増大により完全燃焼が可能と
なるだけでなく、燃焼室中の重量が増し、燃焼温度自体
を低め得る本発明の種々の装置構成について述べてきた
。こゝで、本発明の主体目標となる完全燃焼を達成する
ための、また酸素％を高め上記温度を大きく低減させる
ことにより燃焼温度を調整するための、またはＮＯＸの
生成の防止までも可能とし、酸素の使用効率を最大とす
るための本発明の別種装置について調査する要がある。
【００４６】この場合の本発明達成装置として過酸化水
素Ｈ２Ｏ２の吹込方式が挙げられる。
【００４７】この吹込方式によれば、環境気流は純酸素
で富化されるだけでなく、規定の水蒸気によっても濃密
化される。
【００４８】周知のごとく、高温下では水蒸気は、とく
に未燃焼粒子等の過熱炭素分の存在下で崩壊分解して大
気中から大量の熱を得て水素と酸素を生成する。とくに
炭素は下式に従って水蒸気と反応する。Ｃ＋２Ｈ２Ｏ＝
ＣＯ２＋Ｈ２−１７１２０ＫＣａｌ また一酸化炭素は次式により水蒸気と反応する。ＣＯ＋
Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２＝１１０００ＫＣａｌ
【００４９
】したがって過酸化水素は純酸素と共用して燃焼室中の
酸素含有分を高め、上記燃焼温度を大きく制御し、ＮＯ
Ｘ形成以下の温度条件とする理想的添加剤と言える。
【００５０】燃焼室内の処理流体量を同一燃料使用条件
下で増大させることにより、最大達成温度を低め得るこ
とはよく知られている。
【００５１】しかし一方、過酸化水素は条件によっては
爆発混合物を形成させる不安定物質の一つである。
【００５２】たゞしこの過酸化水素の不安定性は保管温
度を低めることにより指数的に著減することも確かであ
る。したがって本発明の目標としては、過酸化水素を断
熱タンクに貯蔵し、周囲温度以下の一定、規制温度に保
つ装置の提供にある。
【００５３】次に図９で発明の変形実施例を説明する。 装置は断熱材を取付けた断熱タンク、できれば極低温タ
ンクとしての真空型のタンク構成とし、たとえ装置が十
分規定以下の濃度で運転できるにしても、決して９０％
を越さず好ましくは約６０％のＨ２Ｏ２溶液の貯蔵に好
適なものとする。なお本装置にはＨ２Ｏ２用の供給ポン
プ１、圧力調整器１、図４の計量弁と類似の計量吹込用
弁１、冷却液を冷却装置（図９では図示せず）を用いて
供給する方式の熱交換器１、および連結配管類から成る
。
【００５４】過酸化水素は温度の増大を伴う不安定化合
物とされ、このため、本発明ではたとえ好適な温度が約
０℃または以下である場合でも、２０℃に等しいかそれ
以下の温度での保存を考慮している。
【００５５】図９に示すように、断熱性真空用断熱材４
４を備え、充填プラグと図示しない圧力リリーフ弁とを
取付けた断熱タンク３６に、適当な濃度好ましくは４０
〜６０％濃度範囲の過酸化水素を充填する。
【００５６】導管３７ａにより断熱タンク３６の底部か
ら過酸化水素と取り入れ、容積型電動ポンプ３８経由で
上記過酸化水素を導管３７を介し圧力調整器３９に送液
する。この圧力レギュレータの好適実施例の詳細図を図
１０に示す。
【００５７】圧力調節器３９には一定圧力下に管路４６
を介し図４記載と類似の電気式計量インゼクター４０を
設ける。
【００５８】電動計量用インゼクター４０が閉の場合、
電動ポンプ３８で一定循環状態を保持したＨ２Ｏ２を導
管５１を介し断熱タンク３６に返送する。上記導管は熱
交換器４１に接続し、この熱交換器中、矢印４５に沿っ
て、断熱タンク３６の保管温度以下の事前設定温度条件
で冷凍液を循環させる。
【００５９】図示していないが電動冷却装置には、Ｉ．
Ｃエンジンで発生する電力とは別種の補助電源、たとえ
ば鉛蓄電池を設ける。したがって冷却装置は継続運転が
可能で、Ｈ２Ｏ２を前設定温度に維持し、エンジン停止
の際でも断熱材４４により熱ロスを防止できる。
【００６０】過酸化水素は予備設定作業温度下（２１℃
以下、好ましくは約０℃）で熱交換器４１から抽出する
。
【００６１】断熱タンク３６には温度センサー５３，５
４を取付け、機関が停止して、上記断熱タンク３６の内
部温度が前設定安全限界値に達すると、電子制御装置１
９（図１で示すが、こゝでは図示せず図９の装置の一部
としてあらわす）により電動ポンプ３８と熱交換器４１
に連結の冷却器とを始動させる。冷却装置についてはす
でに記載説明ずみで、図９では示さないが、市場で入手
できる数種の冷凍装置の一つと見なしてよく、エンジン
の発生電源とは独立の電源を利用する。
【００６２】電子制御装置１９により、側路４２内のバ
ルブ４３を操作し、短時間装置を停止させ、熱交換器４
１を経て断熱タンク３６中の過酸化水素を予備設定温度
に達するまで循環させる。予備設定温度は２０℃以上と
せず、好ましくは約０℃とする。
【００６３】電子制御装置１９により、エンジンの排気
マニホールドに設けた（図１では示すが図９では示さな
い）センサー１５と１６の読みと、さらに図１について
説明ずみのＩ．Ｃエンジン内に吹込みした燃料の読みお
よび回転数の読み取り値とをまとめて、ＥＣＵ（電子制
御装置）１９の実験マトリクスに記憶させた読み取り値
と比較し、電動計量インゼクター４０の計量を調整し、
最終的に燃焼室内に吹込んだ過酸化水素量を修正する。
【００６４】この操作中、燃焼室内での燃焼は純酸素と
水蒸気とで増量された環境下で行い、この結果、酸素は
完全燃料を保証し、水蒸気はこの燃焼を助長するととも
に、ＮＯＸの生成を最低に抑えるためその生成温度を低
減さすのに役立つ。
【００６５】つぎに図９で示す発明機能の詳細を述べる
。図では内燃機関のシリンダーヘッド８４、燃焼室１８
、ピストン１７、矢印３５に応じたピストン１７の移動
のみを示す。ピストン１７は上死点に向け圧縮移動状態
を示し、吸気弁６と排気弁７は閉状態にある。図９では
さらに燃料用インゼクター１３またはガソリン機関の場
合点火プラグ、および過酸化水素用電動計量インゼクタ
ー４０が示されている。
【００６６】真空用断熱材４４構成の断熱タンク３６に
２０℃以下の温度で過酸化水素を充填する。
【００６７】断熱タンク３６には充填用プラグとリリー
フバルブ（図示せず）を取付ける。
【００６８】容積型電動ポンプ３８により導管３７ａ経
由で過酸化水素を吸引し、導管３７を介して図１０で示
す圧力調節器３９と連結する。
【００６９】圧力調節器は通常、電動インゼクター４０
に接続した導管３７および供給管路４６中の圧力を一定
に保持する役を果し、一方、電動ポンプへの供給過剰分
は導管５１を経て断熱タンク３６に返送される。
【００７０】この結果、過剰の過酸化水素は熱交換器４
１に送入され、この熱交換器は常時２０℃以下の冷却液
で冷却され、この冷却液は標準冷却装置用のものを使用
してよい。
【００７１】この場合、エンジンにより熱を発生するこ
とがあっても、またとくに電動インゼクター４０が高温
状態にあっても、過酸化水素は安定温度を維持する。
【００７２】冷却装置は図中矢印４５のみであらわされ
、これにより冷却液の流れ方向が分かる。
【００７３】なお熱交換器４１の役割は電動インゼクタ
ー４０で用いなかった過剰の過酸化水素を、断熱タンク
３６に収容した過酸化水素温度より約２℃低く保つこと
にある。
【００７４】この温度はセンサー５３と５４で測定され
、その信号は図１〜３で示すが図９では示されていない
電子制御装置１９に送られる。
【００７５】上記センサーの役割は電子制御装置１９に
作用して矢印４５に示すごとく冷却装置を操作させ断熱
タンク３６に貯蔵した過酸化水素の温度を好ましくは約
０℃、たゞしどの場合でも２０℃を越えない程度に保つ
ことにある。
【００７６】この装置では側路弁４３に側路４２を設け
、エンジン停止時でも断熱タンク３６の内部温度をどの
場合でも２０℃を越さずに約０℃の前設定温度に保ち、
これにより、電動ポンプ３８により過酸化水素を熱交換
器４１に送り込み、こゝでは図示しないが図１の電子制
御装置１９をはたらかせ温度センサー５３と５４から信
号を取り出すごとく制御操作させる。
【００７７】矢印３５で示す圧縮上昇行程でピストン１
７がＴＤＣに達すると弁６と７がはたらき、Ｈ２Ｏ２の
吹込を停止させる。
【００７８】この時点は各タイプのエンジンについて経
験的に決まり、Ｈ２Ｏ２は図９で示すごとく燃料送入に
先立ちスプレー５５で吹込できる。
【００７９】電動インゼクター４０は図１〜３および関
連説明記載の入手信号に応じてＥＣＵ１９で操作され、
メモリー中に記録した実験マトリクス値と比較対照した
のち、規定の時期、量のもとに燃焼室中に過酸化水素を
送入するごとく機能させる。
【００８０】燃焼室１８中で燃焼を行わせる場合、われ
われは人為的に過酸化反応条件を作り出し、あらかじめ
規定量の水蒸気を吹込み、これにより実験的に求めた最
適の燃焼温度を示すごとく調整し、ＮＯＸの生成を防ぐ
か少くとも著減させるごとく配慮した。
【００８１】同時に過剰の酸素がＣＯとＨＣの生成を抑
制し、完全燃焼の状態にできる筈である。
【００８２】図１０には図９記載の圧力調節器３９の予
想可能タイプを示すが、この場合基準圧力を与える導管
は４７で示してある。
【００８３】可動装置４８によりスプリング４９作用の
もとに弁５０を閉状態とさせる。
【００８４】この構成のもとでは、図９で示す電動イン
ゼクター４０と連結する導管４６は上記図の容積型電動
ポンプ３８の供給圧を保つ。
【００８５】インゼクター４０を閉操作すると、上記ポ
ンプの逆流上昇圧により、前記可動装置４８は上方に持
ち上げられ、皿型バルブ５０が開となり、熱交換器４１
で冷却されたのち過酸化水素は導管５１を経て断熱タン
ク３６に返送される。
【００８６】本発明の他の変形例を示すと図１１のよう
になる。
【００８７】この型のポンプ３９はらせん状ポンプ部材
を備えた、ボッシュ型メカニカルポンプである。
【００８８】容積型ポンプ３８により、過酸化酸素はタ
ンク３６から導管３７ａを通じて抽出される。タンクは
断熱材料４０で断熱状態を保ち、過酸化酸素はさらに配
管３７を経てメカニカルポンプ３９に送られる。
【００８９】ポンプ３９に達した過酸化酸素は２０℃以
下好ましくは約０℃に保たれたタンク３６と常時同一温
度とする。
【００９０】メカニカル吹込用ポンプのディストリビュ
ーターは図１の制御装置１９（図示せず）で操作され、
ピストン１７が閉止の場合過酸化酸素の吐出側が圧縮行
程の終端にくるごとく制御する。この場合運転方向は矢
印３５で示され吸気弁６は閉状態を示す。
【００９１】メカニカルポンプにより、実験設定の際燃
焼開始前であっても過酸化酸素は５５スプレーから放出
される。
【００９２】ガソリン機関の場合はプラグ１３の花火に
より、またはディーゼル機関の場合は圧縮過熱状態のも
とでインゼクター１３を介するディーゼル燃料の注入に
より燃焼を行わせる。
【００９３】この例でも燃焼は燃焼室１８内で行わせる
。われわれの採用条件によれば、室内の気流はＴＤＣ付
近を吹込目標とした酸素と水蒸気混合物により濃密化さ
せる。
【００９４】ポンプ３９は往復式、回転式何れであって
も標準型メカニカルポンプで差し支えない。
【００９５】図１２はこの標準メカニカル吹込用ポンプ
の一例を示し、３９は４６で示す６組の吐出口を持つ複
式ポンプをあらわし、８８と８９は一系列のポンプ部材
とタペット駆動用カムをそれぞれ示す。
【００９６】図１４，１５で示す必要改造点は、給油時
点で過酸化酸素の吹き抜け現象を防ぐため、二個の運動
用シールパッキン取付のため二組のスロット（図１５参
照）の機械加工にある。この場合、図１３で見るごとく
、カムを用いて回転運動を交互運動に切替える。
【００９７】装置はポンプ３９における上記改変を除き
、上記の図９で示す装置と変りはない。
【００９８】図１３は図１２で示すポンプの部材用標準
駆動装置をあらわし、８８と８９はそれぞれ駆動用カム
とポンプ部材のタペット部分を示す。
【００９９】ａ１位置ではＢＤＣ（下死点）でのポンプ
部材、ａ２位置ではＴＤＣ（上死点）でのポンプ部材が
あらわされている。
【０１００】標準メカニカルポンプの加工耐性によるシ
ールの劣化により、破壊的結果をもたらす僅かな吹き抜
けを許すこととなるが、この理由は過酸化酸素がカムの
潤滑油との接触により解離するためである。
【０１０１】このため、ポンプ部品には二重のパッキン
を必要とする。
【０１０２】図１４ａは単一ポートとＢＤＣ位置での下
部調整らせん面ポンプ部材構成を示す。
【０１０３】運動用シールパッキン５５をピストン５８
中に機械加工した適合スロット（図１３、図１５ｂ参照
）９０中に嵌め込み、適当な開口ポート５９を備えたシ
リンダー５７内でピストンを作動させ、入出流量を調節
する。
【０１０４】図１５（ａ位置）は他の例を示し、この場
合のスロット９０は、シリンダー５７中に機械加工した
ものでピストン５８の漏れ防止用シール５５を収納する
。
【０１０５】ピストン５８には縦溝５６および調整らせ
ん面６０を設け、運動用シール５５を含むスロット９０
は、上記詳細説明に従って加工する。
【０１０６】図１４ｂは複式ポートと下部調整らせんポ
ンプ部材を示す。
【０１０７】このポンプ部材にはさらに適正スロット９
０中に設けた運動用シール（パッキン）を取付け、この
スロットは調整用らせん下方でピストン上に加工する。 ６０は導入口、６１は縦溝、６２はシリンダー、６３は
ピストン、６４は入／出量調整用ポート、６５は調整ら
せん面を示す。
【０１０８】図１４ｃは吹き抜け防止タイプのポンプ部
品を示す。図中の６６は逆流孔を６７は環状溝をそれぞ
れ示す。
【０１０９】この種の問題解決のため吹き抜け回収用と
して運動用シールパッキンを取付け、装置の安全効果を
極力高める。
【０１１０】図１５（ａおよびｂ）運動用シール５５の
詳細を示し、これをスロット９０の内方に据付ける。６
８はスロット９０の内径を、６９はポンプ部材の外径を
あらわし、標準慣習に従い運動用シール５５の位置を明
確にしておく。
【０１１１】図８および関連の説明のように、圧縮点火
エンジンの場合、とくに本発明の方法を変えることなく
、酸素計量弁８と燃料インゼクターを単一本体中に組み
込ますことができる。
【０１１２】図９とその関連説明によれば、過酸化酸素
インゼクター４０とディーゼル燃料インゼクター１３と
を同じく圧縮点火エンジンに採用して、単一装置本体に
組み込み、シリンダヘッド中には単一孔を設けるだけで
よい。
【０１１３】図１，５および６に示すように、計量弁８
またはインゼクター（図９，１１中の４０）を排気マニ
ホールドに取付け、ＨＣとＣＯの後燃焼を行わせる酸素
富化ガスを生成し得ることは確かである。ＮＯＸ除去問
題は除外するとしても、ＨＣおよびＣＯの一部または全
部を除去する問題は上記実施手段から解決し得るはずで
ある。
【０１１４】ガソリン機関の場合、点火プラグ中に一組
のみの酸素インゼクターを組み込み、シリンダーヘッド
内に単一孔を設けることもできる。
【０１１５】なお、過酸化酸素インゼクターについても
同一手法が採用できる。
【０１１６】こゝで、無公害自動車エンジン用として液
体酸素を採用することができる、本発明の代表的変形を
挙げることができる。（図１６参照）
【０１１７】真空方式の断熱材を用いた極低温タングで
あれば熱ロスが少くてすみ、貯蔵液体酸素の蒸発は僅少
でこれはガス状態として外気に放出されることが知られ
ている。
【０１１８】液体空気の沸点は約−１９４℃であり、一
方液体酸素の沸点は約−１８３℃である。
【０１１９】本発明では液体酸素タンクには液体空気を
得る目的でリンデ設備その他同種装置を組み込み、この
液体空気を蒸発酸素の再凝縮用に冷却材として使用し、
さらに上記タンクに返送し得る設計としている。
【０１２０】開ループ環境で操作するリンデ（または同
タイプ）の設備を本発明の範囲を逸脱せずにＡｒ，Ｎｅ
，Ｈｅまたは上記蒸発酸素を用い、閉ループ内で機能す
る同種の設備と置きかえることもできる。
【０１２１】図１６は、圧縮点火エンジンを対象とした
シリンダーヘッド８４、吸気弁６、排気弁７、燃焼室１
０、ピストン１７および点火プラグ、つまりインゼクタ
ー１３を備える内燃機関を示す。
【０１２２】酸素インゼクター８をシリンダーヘッド８
４中に装着し、ピストン１７で空気を圧縮し、矢印３５
で示す圧縮行程の時点で（閉止位置で示す）吸気弁６を
介して上記空気を吸引する。
【０１２３】極低温用断熱材４４を施したタンク１１か
ら抽出した液体空気は、減圧弁１０内で減圧され、つい
で熱交換器６８中で蒸発させる。計量弁８ａで適当量の
空気を管路６９を経由してインゼクター８を介しスプレ
ー方式５５により、燃焼室１８中吹込む。計量弁８ａと
インゼクターは同一装置内に組み込んでよい。
【０１２４】計量弁８ａは結線７０を通じ図１で説明ず
みの電子制御装置１９により操作する。
【０１２５】機関に供給する酸素の蒸発量は十分大であ
り、極低温タンク１１中の液体酸素温度を実施作業条件
下で臨界値以下に維持することができる。極低温断熱材
を通しての熱ロスによる蒸発酸素および一方乗物を車庫
に駐車させるエンジン停止時の蒸発酸素は、三方弁８３
から配管７１を経て熱交換器７２に送られる。
【０１２６】導管３５からの液体循環冷却作用により、
熱交換器７２中で液化した酸素は、管路７３を経て電動
ポンプ７４に吸気され、管路７５を通ってタンク１１に
戻される。
【０１２７】電気駆動ポンプ７４は蓄電池系列（図示せ
ず）から給電される。
【０１２８】この同一蓄電池電源は電動コンプレッサ７
６用にも利用され、この圧縮機により大気取入口８６か
ら空気を取り込む。
【０１２９】この空気は規定圧で圧縮され、熱交換器７
７中で室温まで冷却され、さらに熱交換器８７を経て膨
脹弁７８で膨脹させる。
【０１３０】一部の空気はジュール−トムソン効果によ
り液化され、タンク７９中に蓄積し、残部は管路８０を
経て熱交換器８７に送られ、さらに圧縮機７６の取入口
８６に戻される。
【０１３１】液体空気は管路８５を経て熱交換器７２に
送液され、熱交換器内で蒸発放熱され、７１からのガス
状酸素を液化させ、ついで排気口８２を経て大気に放出
される。
【０１３２】上記変形例における液体酸素は、空タンク
の危険を伴わず長期間タンク内に貯蔵することができる
。当然タンクには図示しないが取替え用プラグおよびリ
リーフ弁を取付ける。
【０１３３】図１３はアトマイザーの一種を示し、同一
本体中に前記した燃料インゼクターおよび酸素または過
酸化酸素インゼクターを組み込ませる。
【０１３４】アトマイザーはインゼクター保持器中（図
示せず）に取付ける。なお図中９１はアトマイザー本体
を、９２は主ノズル９３と流入管路９４による燃料補給
用の補助ノズルを閉操作する可動部材をあらわす。
【０１３５】アトマイザー本体にはノズル９５とダクト
９６を取付ける。
【０１３６】図９に示すようにダクト９６内に高圧管路
４６を介して過酸化酸素を供給し、Ｈ２Ｏ２の吐出操作
は計量弁３９を使って制御し、この弁は電子制御装置１
９（図示しないが本明細書中別述）により調節する。
【０１３７】上記からシリンダーヘッドに孔を一つあけ
これを使用するだけで、機関の燃焼室へ燃料およびＨ２
Ｏ２または酸素燃料成分を供給し得ることが十分理解で
きる。
【０１３８】図１８は、過酸化酸素用タンク３６の温度
を断熱材による熱ロスまたは与熱作用とは無関係に事前
設定温度に保持する装置（図９記載装置）の詳細構成を
示す。
【０１３９】図９記載の熱交換器４１は図１４記載の蒸
発器または冷却器に相当する。電源９９（自動車の場合
は蓄電池）作動による電動コンプレッサ９８で冷剤を圧
縮し、これを管路１００を経て凝縮器１０１に送る。
【０１４０】凝縮器内の冷剤はコイル１０２内の循環冷
却液の吸熱効果により、冷却液化させる。
【０１４１】この冷液は管路１０３を経て膨脹弁１０４
に移液され蒸発器４１に達し、５１に入り、５２から送
り出される過酸化酸素は蒸発器内で冷却される。
【０１４２】エンジン停止の上記条件下では過酸化酸素
を、タンク３６の断熱壁からの熱損失とは無関係に予備
設定した温度に保持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の運転系統を示す系統図である。
【図２】圧縮点火エンジンの作動方式を示す断面図であ
る。
【図３】点火プラグをもつエンジンの作動方式を示す断
面図である。
【図４】酸素計量弁の一タイプを示す断面図である。
【図５】図１に示すＩＣエンジンのシリンダーヘッドと
燃焼室の部分断面図である。
【図６】図５に示す部分図の変形例を示す断面図である
。
【図７】タービン過給ガソリン機関のシリンダーヘッド
および燃焼室の断面図である。
【図８】図１に示すＩＣエンジンのシリンダーヘッド、
ピストン、吸気弁、排気弁の断面図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す系統図である。
【図１０】本発明の圧力調節器の断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例を示す系統図であ
る。
【図１２】本発明の標準型のメカニカル吹込ポンプの斜
視図である。
【図１３】ａ，ｂ位置におけるポンプの標準駆動状態を
示す断面図である。
【図１４】パッキン取付用スロットの機構を示す斜視図
である。
【図１５】パッキン取付用スロットの機構を示す断面図
である。
【図１６】無公害自動車エンジンについて液体酸素を利
用した本発明の変形を示す系統図である。
【図１７】本発明のアトマイザーの断面図である。
【図１８】図９記載の装置の系統図である。
【符号の説明】
１…導入口フィルター ２…酸素吹込室 ３…強制混合室 ４…乱流混合室 ５…吸気マニホールド ６…吸気弁 ７…排気弁 ８…計量弁 ９，３０，３１，３７ａ，３７，５１…導管１０…減圧
弁 １１…低温用酸素タンク １２…圧縮点火エンジン １３…インゼクター（点火プラグ） １４…排気マニホールド １５，５３，５４…温度センサー １６…酸素計量センサー １７，５８，６３…ピストン １８…燃焼室 １９…電子制御装置 ２０…装置本体 ２１…針 ２２…磁気式アンカー ２３，４９…スプリング ２４…磁性体 ２５…スプリング押え ２６…動駆動圧縮機 ２７…圧力タンク ２８…半透膜 ２９…弁（バルブ） ３２…気化器 ３３…ターボ圧縮機 ３３ｂ…排ガスタービン ３４…マニホールド ３５，４５…矢印 ３６…断熱タンク ３８…容積型ポンプ ３９…圧力調節器 ４０…電動計量インゼクター ４１，６８，７２，７７，８７…熱交換器４２…側路 ４３…側路弁 ４４…真空低温用断熱材 ４６，７１，７３，７５，８０，８５，１０３…管路４
７…基準圧力 ４８…可動装置 ４９…スプリング ５０…皿型バルブ ５５…運動用シールパッキン ５６…溝 ５７，６２…シリンダー ５９…ポート ６０…導入口 ６１…縦溝 ６４…入／出量調整ポート ６５…調整らせん面 ６６…逆流孔 ６７…環状溝 ６８…ポンプ本体内径 ６９…ポンプ本体外径 ７０…結線 ７１，７３，７５，８５，１００，１０３…管路７４…
電動ポンプ ７６，９８…電動コンプレッサ ７８…膨脹弁 ７９…タンク ８２…排気口 ８３…三方弁 ８６…大気取入口 ８８…駆動カム ８９…ポンプ本体タペット ９０…スロット ９１…アトマイザー ９２…可動部材 ９３…主ノズル ９４…流入管路 ９５…ノズル ９６…ダクト ９７…副ノズル ９９…電源 １０１…凝縮器 １０２…コイル １０４…膨脹弁

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　燃焼副生物を周囲環境気流中に放出さ
    せ、一基以上の液状またはガス状純酸素タンク、純酸素
    燃料量の調節用計量装置一組および内燃機関の燃焼室中
    、直接または間接に酸素を吹込む装置で構成され、燃焼
    空気流を大気中の酸素濃度以上に高めることにより、こ
    の燃焼室中で燃焼を行わせることを特徴とする（火花点
    火による以後Ａｓと呼ぶ）内燃機関または圧縮点火機関
    （以後Ａｃと呼ぶ）の運転装置。
  2. 【請求項２】　　燃焼副生物を周囲環境気流中に放出さ
    せ、上記装置を２０℃を越えない温度下で９０％または
    蒸留水中さらに低濃度とした過酸化酸素を充填した一以
    上の断熱タンク、さらに規定温度近くで過酸化酸素温度
    を保持する目的の内燃機関とは別個の一組の冷却装置、
    さらに過酸化酸素供給調節用の一組の計量装置、さらに
    燃焼室中過酸化酸素を直接または間接に吹込む一組の装
    置構成とし、大気中の濃度より高目の酸素と水蒸気で雰
    囲気と濃密化させた燃焼室中で燃焼させることを特徴と
    するＡｓまたはＡｃ型内燃機関の運転装置。
  3. 【請求項３】　　純酸素および（または）過酸化酸素の
    計量を圧縮行程の終了時点で脈動方式で実施し、上記燃
    料物質を吸気、排気弁が閉の場合、適当なインゼクター
    を介して燃料室中に直接に吹込むことを特徴とする、請
    求項１および／または２に記載の燃焼副生物を利用した
    ＡｓまたはＡｃ型内燃機関の運転装置。
  4. 【請求項４】　　計量操作および機関の吹込操作を電子
    制御装置によるパルスを使って行い、この装置によりシ
    リンダ出口の排気マニホールドに取付けた温度用および
    酸素濃度用センサーからのデータ、さらに機関がＡｃ型
    の場合、ディーゼル油送入ポンプ内に設けた燃料供給用
    センサーからのデータ、または機関がＡｓ型の場合、吸
    気用センサーからのデータおよび回転数センサーからの
    データを、何れかの機関タイプ用として実験的に規定し
    たマトリクスに関連する単位メモリー中に記憶させたデ
    ータと比較し、この比較結果により、排気マニホールド
    に設けたセンサーの読みを実験マトリクスに収納した弁
    装置に戻すに必要な燃料物質量に転換することを特徴と
    する、請求項１および３に記載の装置。
  5. 【請求項５】　　濃縮または希釈過酸化酸素の計量を請
    求項４に記載の手順に準じて行うことを特徴とする、請
    求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】　　吹込操作を吸気弁を開とする時点で、
    吸気口シリンダー外側に設けたインゼクターを介し脈動
    式に行うことを特徴とする請求項１および４に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】　　吹込操作を吸気弁が開の時点で誘導行
    程中、燃焼室内に設けたインゼクターを介して脈動式に
    行うことを特徴とする、請求項１および４に記載の装置
    。
  8. 【請求項８】　　誘導操作を酸素に対し選択透過性を示
    す膜を介して行い、適合圧縮機によりこの膜を通して導
    入空気を吹込み気流の酸素濃度を高め、さらに二次圧縮
    機を通過させることにより減圧することを特徴とする、
    ＡｓまたはＡｃ型内燃機関の運転装置。
  9. 【請求項９】　　きわめて少量の空気を排気管中に放出
    し、管を冷却するとともに、排気ガスタービン中の圧縮
    エネルギーを部分回収することを特徴とする、請求項８
    に記載のＡｓまたはＡｃ型内燃機関の運転装置。
  10. 【請求項１０】　　酸素吹込を燃料噴射ノズルを設けた
    一組のインゼクターを介して行うことを特徴とする、請
    求項１，３，４に記載の装置。
  11. 【請求項１１】　　高濃度または低濃度Ｈ２Ｏ２溶液を
    収納する断熱性タンク中に循環ポンプ、バイパス回路お
    よび設定の一定温度下で断熱不良による熱損失に影響さ
    れることなく液体を冷却する装置制御用の温度センサー
    を備えることを特徴とする、請求項２に基づく構成装置
    。
  12. 【請求項１２】　　インゼクターから燃焼室中へ返送さ
    れる高濃度または低濃度Ｈ２Ｏ２溶液を適合冷却装置を
    用いて、上記濃密または希釈Ｈ２Ｏ２溶液を収容する断
    熱タンクに戻すに先立ち規定温度に冷却することを特徴
    とする、請求項２にもとづく構成装置。
  13. 【請求項１３】　　高濃度または低濃度Ｈ２Ｏ２溶液移
    送用ポンプに、二組の運動用シールを嵌め込んだポンプ
    用部材を設け、このシールを上記部材のピストンまたは
    この部材の占めるシリンダー上の適当なスロット中に取
    付けることを特徴とする、請求項２，１１，１２にもと
    づき構成された装置。
  14. 【請求項１４】　　高濃度または低濃度Ｈ２Ｏ２溶液も
    しくは燃料の吹込操作を一組の専用インゼクターを介し
    て行うことを特徴とする、請求項２，１１，１２および
    １３にもとづく構成装置。
  15. 【請求項１５】　　液体酸素用タンクに酸素を回収し、
    かつ、低温断熱不良の結果、熱損失に備え蒸発を目的と
    する装置を取付けること、および上記のガス状酸素を前
    記装置の一部である適当な機械を通じて得られる液体空
    気を使って適合した熱交換器中で液化させること、さら
    にこの機械をＡｃまたはＡｓ機関の空運転時、これと別
    個の外部電源により駆動させることを特徴とする、請求
    項１および後続項にもとづき組立の装置。
  16. 【請求項１６】　　ガス状回収酸素を、適当な別個の装
    置および上記装置の一部中で製造した液体アルゴン、ヘ
    リウム、ネオンまたは上記酸素を蒸発させることにより
    、熱交換器中で液化させ、この操作を閉ループ回路中、
    ＡｃまたはＡｓ機関とは別個の外部電源を通じて行うこ
    とを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】　　吸気および排気弁から閉状態の際Ａ
    ｃまたはＡｓ機関の負荷に応じ予備設定された状態で、
    燃焼室中に吹込む酸素量を増大させることにより、最大
    燃焼温度制限を設定することを特徴とする、請求項１，
    ３，４，１０，１５、および１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】　　酸素または希釈過酸化酸素の吹込み
    を、燃焼室中に取付けかつ、酸素濃度を高めた空気と石
    油との混合物点火用の電気点火栓に用いる同種ハウジン
    グ内に設けたインゼクターを介して行うことを特徴とす
    る、請求項１および（または）２に記載の装置。
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