JPS5820367B2 - 排気熱保存装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 要約 排出ガス成分をプログラムする方法が開示され、この方
法は独特の排出通路ライナー構造と共同しテ内燃エンジ
ン用の改良された自己清浄技術を達成する。

ライナーは好適には排出通路の外部周辺領域を分割する
装置からなり、それにより外部流のレイノルズ数は２３
００以下になり、したがって層流または制御された乱流
を指示する。

通路壁と流れ間の層状過渡膜は分割壁と流れ間の過渡膜
によって高められ、この複合体は排出通路の流れ全体と
壁間の熱伝達係数を低減する作用をする。

エンジン放出物に対する政府のコントロールがより厳格
になりかつ燃料を節約するために乗用車両の重量低減に
対する関心が増大したため、内燃エンジンの排出ガスの
残留熱を保存し、車両排出系統内の下流側装具がエンジ
ンの放出物レベルを低減するためにより高い効率と効果
で作動するよ、うにすることが要望されている。

この要望は自動車工業ではきわめて明確なものとなって
おり、現在熱心な開発努力が行なわれている。

この問題に対する解決は簡単でしかも永続性がありかつ
追加の問題を導入してはならない。

排出ガスが燃焼ゾーンからエンジンブロックの排出通路
を通って外部排出管まで移動するとき、排出ガスの熱損
失は相当太きい。

このような熱損失は伝導、対流および放射によって起こ
る。

この熱損失はサーマルリアクターのような装置にとって
とくに不利である。

すなわち、サーマルリアクターは高い排出ガス温度に大
きく依存して追加の空気または酸素を反応させ、放出物
コントロールをさらに促進する追加の化学相互反応を遂
行する。

現在までの先行技術の知識の下では、内燃エンジンの排
出ガスの十分に高い温度を維持する能力は完全には達成
されていない。

サーマルリアクターに入る前またはサーマルリアクター
内に実際に滞在する前に、排出ガスの熱含量を適当に保
存するための先行技術による試みは、排出ポートのまわ
りの排出通路の壁を介する熱損失を防止するためにリア
クターに通ずる通路内に、または排出通路を包囲する部
材内に独立材料型の絶縁体（エアギャップアセンブリ、
金属マたは非金属ブランケットなど）を設けることから
主としてなるものであった。

鋳込み絶縁層に関連する問題は、それが生産用鋳造品に
適応するのにひじように困難でありかつホットスポット
を発生する傾向のあることである。

ホットスポットはクランク発生に通じうるから潜在的に
厄介なものである。

この発明の一生目的は、排出ガスが燃焼ゾーンとそこか
ら短距離下流側の所との間を移動するとき排出ガスの熱
を保存するのに有効である、内燃または外燃エンジンに
おいて有用な装置を提供することであり、このような装
置は簡素で、永続性がありかつ特殊な絶縁体を要求しな
いモードで作動しなければならない。

この発明の別の目的は、追加の作動上の欠点を誘発する
ことなく排出通路の壁に沿ってなめらかな層流を誘導す
るのに有効な装置を提供することである。

この発明の別の目的は、前記エンジンからの排出ガスの
排出中に追加の化学反応の可能性を増大するように有効
原排出ガス放出温度を増大する（たとえば、約８０下だ
け）のに有効な装置を提供することである。

上記目的にしたがった特定の構造特徴として、（ａ）エ
ンジン内の排出通路に構造上りインサートを配置し、こ
のインサートは、排出ガスの大部分がインサートの中心
コア内を無妨害に流れるように通路空間を分割するのに
有効である：（旬構造上のインサートは、所定の離間し
た同心スリーブを使用することにより、局部的なかく乱
を起こさないで、インサートの外周ゾーン内に層流を誘
導するのに有効であることニスリーブは前記インサート
の外側部分における流れのレイノルズ数を２３００の臨
界レイノルズ数以下に低減するように設計されている。

（レイノルズ数は流れの速度および寸法に比例しかつ流
れまたは粘度に逆比例する無次元数である）；（ｃ）排
出ポート壁における対流熱伝達係数を低減するのに有効
な分割通路を有する構造上のインサートが排出通路内に
配置される；（ｄ）エンジンの排出ポートのまわりの冷
却負荷を除去しまたは低減するのに有効な構造上のイン
サートが排出通路内に配置される；（ｅ）構造上のイン
サートは、半径方向に指向したウェブによって離間され
た同心スリーブを利用することにより、または波形プラ
イによって離間されたスパイラル状に巻いたプライを使
用することにより、または定位置にスプレィされまたは
鋳込れたハニカム構造を使用することによって制作され
る（排出ガスの圧力降下の増大は最小限度、たとえば、
全排出系圧力降下の１．０％以下、好適には０．１％に
維持されるべきである）。

この発明のさらに別の主目的は、燃焼チャンバーに隣接
する排出通路内で放出物の自己清浄機能を増大するまた
は完全に与えるのに有効な新規方法を提供することであ
り、この方法は前記排出ガスの成分の化学反応性を高め
るものである。

上記目的にしたがった特定の方法特徴として、（ａ）燃
焼チャンバーから発出する排出ガス中に過剰の酸素と比
較的に中程度の量の一酸化炭素が存在するようにしたエ
ンジンを使用し、前記方法は排出ガスの残留温度を増大
する手段を利用し、前記化学成分が前記燃焼チャンバー
からの短い過渡的移動において反応するようにする；（
ｂ）吸入混合気が濃厚（ｒｉｃｈ ）相と希薄（１ｅａ
ｎ ）相とに分割される条件の下で、空気／燃料比が異
常に希薄な総合比に制御されるようにエンジンを構成し
、それにより排出ガス中に過剰の酸素と中程度の量の一
酸化炭素が存在するようにする；（Ｃ）前記排出ガス中
の所定量の過剰酸素および一酸化炭素を増加するように
点火のタイミングを調節し、前記追加の化学反応性に必
要な化学成分の適正なかつ制限された量を与える；（ｄ
）このような追加の自己清浄機能が、成層チャージ型の
内燃エンジン、トーチプリチャンバー型の成層チャージ
燃焼エンジン、成層チャージまたはトーチ点火を有する
ロータリーエンジンとの独特な組合せにおいて起こるよ
うにする方法を与える。

この発明の目標は、内燃エンジンを助成して原排出ガス
中の放出物を低減しかつサーマルリアクターが原排出ガ
スを改質するために利用される場合に原排出ガスをプロ
グラムして効率を向上する装置を提供することである。

これは２つの重要な特徴によって達成される。

すなわち、（ａ）排出バルブのすぐ下流側で反応通路を
画成する壁の熱伝達係数を低減すること、および（ｂ）
燃焼過程を再構成して前記通路内に過剰の酸素があるよ
うにすること。

これらの目標を満たすこの発明による１つのエンジンモ
ードは第１図に示されている。

エンジン１０は、内部に往復動するピストン１２が配置
された１個以上のシリンダー１１、およびクランクシャ
フト（図示せず）を含む駆動装置の一部を形成するコネ
クティングロッド１３を有する。

エンジンの吸入系統９は、カービュレタ−１４からシリ
ンダー１１とピストン１２で画成されたチャンバーへ希
薄相の可燃混合気を運ぶ作用をする主要吸入通路１５を
有する。

局部的な濃厚相の可燃混合気は燃料ノズル７からの直接
燃料噴射を介してチャンバーの局部ゾーン８の内部で発
生される。

燃料ノズル７はエンジンカバーの土壁にある位置からシ
リンダーに入っている。

エンジンの排出系統は、シリンダーの左上領域からエン
ジンブロックの外面２４へ延在する比較的短い通路１６
からなる（その横方向距離は２３で示されている）。

吸入および排出通路の開閉を制御するためにアセンブリ
が使用されている。

すなわち、この目的のために、バルブ１９および２０が
使用され、吸入ポート１７および排出ポート１８を制御
する。

前記バルブの開閉のタイミングを制御するためにロッカ
ーアームアセンブリが使用され、エンジンのクランクシ
ャフトの回転にタイミングを合わせたロッカーアームで
作動される通常のバルブリフターを利用する。

エンジンから発生する有害放出物をさらに低減しかつ改
質するために、典型的にはサーマルリアクター２５が使
用されているが、触媒変換器も同一じ機能を果たす。

サーマルリアクターは排出ガスを内部チャンバー２８へ
導く通路２７を介してこのガスを受入れ、そこでガスは
乱流となり、所定時間滞在し、前記有害放出物が酸化さ
れる。

エンジンブロックの通路１６の後端においてエンジンに
画成されたポートまたはサーマルリアクターの入口通路
の前端付近に設けられたポートを介し、追加の空気また
は酸素がサーマルリアクターに導入される。

サーマルリアクター内で十分に乱流となって混合された
後、排出ガスはりアクタ−の一端において外部チャンバ
ー３２ヘブリードされ、最後に排出通路３０を通る。

排出ガスの適正な温度は化学反応性にとって重要である
から、サーマルリアクターの熱を保持して効率を向上す
るために適当な熱壁が使用されている。

燃料がメインシリンダー内へ噴射されるこのタイプの構
造は時々プログラムされた燃焼法（ＰＲＯＣＯ）と呼ば
れる。

可燃混合気の濃厚相および希薄相を発生する燃料の噴射
によるチャージの成層によって燃焼が改良され、これは
エンジンブレーキの熱効率によってもつともよく例示さ
れる。

このタイプの二相燃焼においては高い圧縮比が要求され
、この燃焼過程の結果として放出物中に過剰の酸素が存
在する。

燃料は二相（濃厚および希薄）燃焼を容易にする圧縮行
程中に噴射され、総合空気／燃料比は任意のレベルに調
整可能であるが、部分エンジン負荷では約１７−２０：
１に、最高エンジントルクでは約１４：１に通常維持さ
れる。

典型的には排出ガス再循環は、最高トルクの場合を除い
て、全速度および負荷範囲にわたって利用できる。

しかしながら、この発明では排出ガス再循環は必要でな
い。

このプログラムされた燃焼法の概念を利用する先行技術
エンジンは、第８図に曲線３０で示されているようにひ
じように低い未燃焼炭化水素放出物含量を示（。

窒素酸化物含量（曲線３１）も同様に二相燃焼法により
きわめて低い。

しかしながら、ＣＯ放出物（曲線３２）はかなり低いが
連邦政府規格（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｓ ｔａｎｄａｒｄｓ
） で設定されたもつとも望ましい範囲外にある。

二相燃焼法を利用しない典型的なピストン型往復エンジ
ンの場合には、このようなエンジンの正常な空気／燃料
比作動範囲内で、一種または二種以上の有害成分は許容
政府基準より高い。

すべての空気／燃料比において排出ガス成分は、ゼロま
たはひじように低い総合放出物を与えるような化学反応
を起こさない。

たとえば、濃厚状態の下では、窒素酸化物（曲線３３）
と一酸化炭素（曲線３４）は相互反応して同成分を低減
しうるが、未燃焼炭化水素および残留ＣＯを酸化するの
に十分な酸素が存在しない。

化学量論的比に近い空気／燃料比のきわめて狭い範囲内
では、はとんど完全な炭化水素および一酸化炭素酸化お
よび同時のＮＯｘ低減の可能性が存在するが、この作動
モードを道路用車両で達成する技術は現在利用できない
。

希薄状態の下では、未燃焼炭化水素を酸化するのに十分
な酸素が存在するが、ＮＯｘと反応するのに十分なＣＯ
は存在しない。

いわゆる超希薄領域（２０：１）では、窒素酸化物およ
び一酸化炭素放出物ははじめに低くかつ炭化水素を酸化
するのに十分な酸素が存在するが、予混合チャージを使
用する道路用車両エンジンをこの超希薄範囲で作動させ
る技術は現在のところ開発されておらず、この作動モー
ドは現在では不十分なエンジン効率を伴なっている。

この発明の方法面における重要な新発見の１つは、二相
または多相燃焼過程からの排出ガスは、熱含量と化学成
分においてプログラムすることができ、それにより、サ
ーマルリアクターの有無にかかわらず、排出系統内にお
ける自己清浄反応に理想的に適しているということであ
る。

上記モードから来る尿排出ガスの酸素含量は、エンジン
から通ずる過渡通路内ではじめに低い未燃焼炭化水素を
酸化するのに十分な量より多い。

この反応は改質を加えることなしに正常な排出ガス温度
（１３１５−１４００下）で起こる。

クルーズ（ｃｒｕｉｓｅ ）負荷以下におけるＣＯおよ
びＮＯｘ成分はひじように低いが、加速中、両成分は望
ましくないレベルまで増加する。

この発明の目的は、適当な温度触媒を設け、それによっ
て反応２ＮＯ＋２ＣＯ−Ｎ２＋２ＣＯ２を起こさせ、そ
れによってＣＯ放出物を完全に除去しあるいは低減しカ
リ同時にＮＯｘ放出物を尿排出ガスのレベルの半量以下
に低減することである。

この改質化学反応を促進するためには、尿排出ガスの温
度が少な（とも１４００″Ｆ（７６０℃）であることが
重要である。

第１図およびこの発明の他の実施態様におけるように、
サーマルリアクターが重要であり利用される場合には、
サーマルリアクターに入る尿排出ガスの温度は１４６０
−１５２０下（７９３−８２７℃）の範囲内にあるべき
である。

過剰の０□と中程度のＣＯの共存および少なくとも１４
００’Ｆ、あるいはサーマルリアクターでは少なくとも
１４６０’Ｆの範囲の高い残留温度により、この化学反
応は連続して起こり、自己清浄機能が得られる。

過剰の酸素が確実に存在するようにするため、空気／燃
料比は１７−２０：１の範囲内に制御されるべきである
。

ＣＯの存在は、第一に、高いＣＯ濃度を生ずる濃厚相の
燃焼に起因する。

この濃厚相燃焼からのＣＯの大部分は第二の希薄相燃焼
中にシリンダー内で酸化される。

しかし、温度が十分に高い時に十分な混合が行なわれな
いため、約０．２−１．０モル％は未酸化のまま残留す
る。

炭化水素の酸化とＮＯと６０間の反応は同時に起こるこ
とが見い出されている。

この発明の温度触媒を使用しない場合には、尿排出ガス
のＮＯおよびＣＯ放出物はそれぞれ１マイル当り約０．
９グラムおよび１３グラムである。

温度触媒を使用した場合には、ＣＯは１マイル当り０．
５グラムの無視できるレベルまで低減され、ＮＯｘはそ
の先のレベルの半量未満すなわち１マイル当り約０．４
グラムに低減される。

尿排出ガスのＣＯレベルがさらに高くなるようにプログ
ラムされた場合には、温度触媒作用が起った後ＮＯｘは
さらに低減される。

ＣＯおよびＮＯレベルは点火タイミングならびに燃料噴
射タイミングを変えることによってさらに改変すること
ができる。

この発明の主要な発見の１つは、尿排出ガスが燃焼チャ
ンバーから出る点Ａ（第２図）と尿排出ガスがエンジン
ブロックを去る点Ｂとの間で流れの性格が改質された場
合には、移動する流れと通路３３の壁との間の熱伝達係
数を実質的に低減できることである。

通常の妨害のないかつ曲線状の排出通路においては、流
れは局部的なかく乱があることを特徴としており、これ
は壁３３と主流３４間の過渡的流れの膜における乱流と
定義しうろものである。

乱流または局部的かく乱は過渡膜の部分を除去する傾向
を有し、したがって膜の熱伝達係数を増大することによ
って熱を保持する能力を低減する。

好適には点Ａと点Ｂ間に排出通路の少なくとも大部分を
占めるようにインサート即ちライナー；３５が挿入され
、かつライナーが流れのレイノルズ数を２３００以下に
維持するように通路を分割するならば、流れは実質的に
（制御された乱流）層流となる。

通路を半径方向に離間したセクションに分割することに
より、分割された流れのセクジョン間に複数の薄い過渡
的流れ膜が生じ、セクションの重なった膜は放射または
対流による熱伝達を低減する機構として作用し、複合ま
たは過渡膜厚は流れ全体のはるかに大きい熱含量を保持
する役割を果す。

′ このようなライナーの１つの好適なモードは第２
．３図に断面で示されており、インサート３５は壁３３
から半径方向に離間しかつ円周方向に離間したウェブ３
８，３９によって相互に離間した複数の同心シートメタ
ルまたはセラミックスリーブ３６．３７を有する。

スリーブ３６から半径方向に外方の環状空間４０は通路
３３０半径の約１０−１３％である半径方向寸法を持つ
べきである。

スリーブ３６とスリーブ３７間の環状空間４１は通路３
３０半径の約１８−２５％である半径方向寸法を持つべ
きである。

中心空間４２は流れの大部分を通すために障害物を持つ
べきでない。

スリーブは材料の構造強度が許すかぎり薄くあるべきで
あり、多くの場合にステンレス鋼シートメタルでは約０
．０２インチ（０，５ｍｍ）、セラミック。

では約０．０５インチ（１，３ｍｍ）である。

ウェブ３８．３９は連続した薄い縦方向に延在するリブ
として構成されるが、セグメントから構成してもよく、
この場合には熱伝達係数はやや増大する。

ライナーの長さ２３はここでは約３インチ（７６゜ｍｕ
）である。

この構造により、流れのレイノルズ数は層流または制御
された乱流を指示する２３００以下に低減される。

ライナー″は通路の壁３３と接触するスリーブまたは壁
を有しない。

これにより過渡的層流膜は壁３３に沿ってだけでなく、
スリーブ３６，３７０両側面にも沿って存在し多重にな
る。

中心区域は背圧をほとんど増大しないで最適の結果を達
成するために大部分の流れが自由に通る区域とならなけ
ればならない。

周辺区域は上記のように分割されている。

壁３３とライナー間にシールされたエアギャップの使用
はこの発明に反するものではなミ（、ライナーの熱保持
特性を増強するために利用できる。

第２，３図のライナーを使用する結果として、尿排出ガ
ス温度は前記化学反応の触媒となる前記ライナーの出口
において約１４６０’Ｆ（７９３℃）である。

排出ポート１８を画成する壁は水冷却をあまり必要とし
ない。

これは排出バルブのホットスポットが少なくなりおよび
／または冷却負荷が低下することを意味する。

この場合には排出バルブガイドは排出バルブポートと一
体に鋳造され、それによりひずみが減少する。

Ａ、熱伝達率 ■、 ヌツセルト数の評価を得るためのレイノルズ数の
計算 （１）レイノルズ数 Ｒｏ−ＶｘＤｈ μ Ｒｅ ＝レイノルズ数 ■＝ガス速度 Ｄｈ＝相当直径 μｍガスの動粘度 （１１）相当直径 Ａ ｈ−− Ａ−排出ポートの断面積 Ｃ＝排出ポートにおける流れの断面の周辺長 Ａ＝１“Ｘ １．５″＝１．５１ｎ２＝０．０１０４
ｆｔ２Ｃ＝１＋１＋１．５＋１．５＝５１ｎ＝ ０゜４１６６ ｆｔ ４（０，０１０４） Ｄｈ＝ ＝０．１ ｆｔ０．４１６
６ （ｊｉｉ） ガス速度（Ｖ） 典型的な数値として： ８シリンダエンジン ３５１ＣＩＤ ４０００ ＲＰＭ η、＝０．７（体積効率） Ｔｇ−平均排出ガス温度（０Ｒ）、すなわち、１５００
″Ｆ′ Ｔａ−平均吸入空気／燃料混合気温度（０Ｒ）※排出時
間−２８０／３６０ ＯＶ） インサートの無い場合 μｍ１．４５８Ｘ１０ ”ｆｔ”／５ｅｅ（２１７，
５）（０，１） ４Ｒ”−１，４５８Ｘ１
０ ” −’°５ｘ１０（■）インサートの有る場合 相当直径が１／１０に減小すると想定す れば、 ２１７．５（０，１／１０） ３ｇ、−、，
４５８ｘ□。

、 ＝１．５Ｘ１０２、ヌツセルト数（Ｎｕ）の決定 （１）インサートの無い場合、 Ｒｅ１＝１．５Ｘ １０ ＞２３００ 完全な乱流の場合、 Ｎｕ８−５０ （Ｅ、Ｒ，Ｇ、ＥｃｋｅｒｔおよびＲ，Ｍ、 Ｄｒａｋ
ｅ。

Ｊｒ著″Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔ ｒａｎｓｆ
ｅｒ”、２１４頁第８〜１０図のレイノルズ数とヌツセ
ルト数関係図から取った数値） 実際のヌツセルト数を得るために、入口 効果ニー１．８と想定する（ＬｉｎｋｅおよｕＳ びＫｕｎｚｅ著、Ａ Ｉ Ｉｇｅｎ 、 Ｗａｒｍ ｔ
ｅｃｈ ６．４７３−７９（１９５３）、記載の入口効
果チャート参照） Ｎｕ−（１，８）（Ｎｕ８）＝（１，８）（５０）−１
９０ （１１）インサートの有る場合、 Ｒｅ２−１．５×ｌＯ３く２３００ 層流の場合、 Ｎｕ８＝ ３．６５ 想定入口効果 Ｎｕ −−１，２ Ｎｕ８ Ｎ ＝（１，２）（Ｎｕ８）＝（１，２）（３，６５）
＝４．３８ ３、ガス側熱伝達係数（ｈ）の決定 ｕＸＫｆ 一− ｈ Ｋｆ ＝ガス熱伝導度−０，０４２ Ｂ ｔｕ／ 、ｈｒ−ｆｔ−下 ｍ インサートの無い場合 ９０（０，０４２） ＝ ＝３７．８ Ｂｔｕ／ｈｒ−ｆｔ
２・下０．１ （１１）インサートの有る場合 ２＝恍”””” ”’−１８，４Ｂｔｕ／ｈｒ ４ｔ２
＋下０．０１ ｈ ３７．８ （ｉｉｊ） −一−＝ ２．０５ ｈ２１８．４ これは排出ポートにインサートを装備す ると熱伝達係数が５０％低減することを示す。

４、熱伝達率（４）の決定 ＋１＝ＵＡ８（Ｔ、−Ｔｏ） Ｕ−□ １ ΔＸ１ 一＋□＋− ｈ ｋｍ ｈｃ Ａ８−表面積（５“ｘ３．３ｇ／） Ｔ２−平均ガス温度（典型的には１５００下）Ｔｏ−平
均冷却剤温度（典型的には２００下）ｈ＝ガス側境膜熱
伝達係数 ｈｃ −冷却剤側境膜熱伝達係数 ｋｍ−金属熱伝導度（鋳鉄熱伝導塵−３０Ｂｔｕ／ｈｒ
−ｆｔ−下） ΔＸ＝排出ポート壁厚−０，１８” （１）インサートの無い場合 （ｉｉｉ） 熱伝達率低減 Δ（１＝１．５４−０．７６６ ＝０．７７４ Ｂｔｕ
／ ｓｅ（＋Ｖ） 排出ガス温度上昇 Δ４＝ホＣｐＪ ｔ ここで缶は排出ガス平均流量 ρ（ガス） ＝０．０２１ｂｓ／ｆｔ” 宙＝ρＡＶ−（０，０２）（０゜０１０４）（２１７，
６＝０． Ｏ４５２１ｂｓ ／ ５ｅｅ Ｃｐ＝０．２４ 以上の関係から ０．７７４ Δを−＝７１．３’Ｆ Ｏ，，０４５２（０，２４） Ｂ０本発明による背圧 １■２ Δｐ＝（ρ’） （ｆ ） （−） （−）Ｄｈ
２ｇ ｇ−重力による加速 ρ＝重量密度＝０．０２１ｂｓ／ ｆｔ３Ｌ＝ポート長
−３，３ダ Ｄｈ−ポート相当直径＝０．１ｆｔ ■−ガス速度−２１７，５ｆｔ ／ ５ｅｅｆ ＝Ｍｏ
ｏｄｙ 線図のような通常のテーブルから決定された
摩擦係数 エンジンが１７．σ′Ｈｇ全Ｈｇにおいて３５１Ｃ０■
、Ｄｏ、４０００ｒ、ｐ、ｍ、（インサート無し）およ
び ε ０．００５γ１２ 一＝ ＝０．００４１６６ｄ
０．１ｆｔ を有する場合には、 ｆ＝０．０３４ したがって かくして、総合背圧増大はインサートを使用した場合に
無視できる程度である。

前記目的を達成するライナーを構成する他のモードは第
４〜６図に示されている。

第４図の構造はスパイラル状に巻いたセラミックプライ
またはシート４３（距離２３にわたって延在する）を使
用し、シート４３はこのようなスパイラル形態内で波形
セラミックウェブ４４（距離２３にわたって延在する）
によって半径方向に離間されているこのようなスパイラ
ル状の微小通路を形成する技術は本技術分野で一般に知
られている。

中心領域４５は内縁４３ａを半径方向外方に返して閉じ
ることによって無妨害となっている。

半径方向に外部の領域はスパイラル波形セラミック複合
体によって分割されている。

第５図には別の実施態様が示されており、ハニカム形構
造が使用され、この構造を形成するにはカス化混合物を
使用して固化形態で微小通路の網状組織を有する多孔性
構造を達成し、または相互に直角に交差する格子壁４６
を使用して外部区域にエラグ・クレート形の小区画を形
成する。

第６図にはさらに別の実施態様が示されており、平行ウ
ェブ４７は波形部材４８によって分離され、前記距離２
３にわたって通路３３の内部空間全体を占めている。

このモードの場合にはシステム背圧；が高くなる。

つぎに第７図を参照すると、第１図のエンジンに類似し
たエンジンが示されているが、このエンジンは過剰酸素
を有するプログラムされた排出ガス成分を生成するため
に成層チャージ燃焼法を利用する点で異なっている。

この発明によるライナーがエンジンブロックの排出通路
内に使用されかつザーマルリアクターが使用されている
。

第７図のエンジンの各部品は、類似している場合には、
第１図のエンジンと同一の数字で示されている。

；空気・燃料の希薄混合気は吸入通路１５を介してメイ
ンシリンダー１１に導入され、希薄混合気は吸入系統９
の一部を形成するカービュレタ−１４で制御される。

円筒壁５５で画成された小形のブリチャンバー５４内へ
濃厚混合気を導入するため１に別個のカービュレターが
使用されている。

ブリチャンバー５４は吸入バルブ５２で制御される吸入
ポート５３を有する。

吸入バルブ５２と主要吸入バルブ１９は適当な作動アセ
ンブリ５０によって共働する。

スパークプラグ５１はブリチャンバシー５４内の混合気
のみを点火するように配置されている（これは第１図の
実施態様の場合のようにスパークプラグをメインシリン
ダー内に配置するのとは異なっている）。

ブリチャンバー内の混合気は急速に完全に燃焼し、ブリ
チャンバーからノズル５６または適当なポート開口を通
して出るトーチ効果によってメインチャンバー１１内の
混合気に点火する。

ブリチャンバー内のガスはきわめて急速かつ完全に燃焼
してＣＯを低く保つ。

フレームがメインチャンバーへ延びるにしたがって温度
は降下し、メインチャンバー内では希薄混合気がゆっく
り燃焼する。

これにより炭化水素放出物は低減され、過度の窒素酸化
物は生成されない。

エンジンは４サイクルエンジンであるから、可燃混合気
がメインチャンバーとブリチャンバーに吸込まれる吸入
行程においては、濃厚相の一部がノズル５６を介してメ
インチャンバー１１の小さい上部領域に引込まれる。

しかしながら、圧縮行程において、この濃厚相はもちろ
んブリチャンバーに戻り、ブリチャンバー内にのみ配置
されたスパークプラグ５１で点火される。

この目的のために、メインチャンバー１１を非対称的に
作り、圧縮サイクル中濃厚相が容易に戻れるようにすべ
きである。

さらに、スパークプラグ５１を凹凸に置き、吸入濃厚相
がスパークプラグを汚染しないように。

ブリチャンバーに流入するようにすべきである。

過剰の酸素とプログラムされた排気放出物が得られるよ
うにするため、ブリチャンバーの容積はメインチャンバ
ー１１に比較して小さくあるべきであり、たぶん１０％
以下にすべきである。

ノズル５６または他の同等連通ポートはブリチャンバー
内への空気／燃料混合気の導入を制御するベンチュリに
関連してサイズを決められるべきである。

メインチャンバーに吸入される空気／燃料混合気が予熱
されるのと同様に、ブリチャンバーに吸入。

される空気燃料混合気も予熱されるべきである。

これは排出ガスとの熱交換によって達成される。

ガス経済を最適にしかつ作動を円滑にするため、成層チ
ャージまたは化合物制御燃焼の概念はロータリエンジン
環境にも適用できる。

この目的のために、第９〜１３図は排出系統にサーマル
リアクターを利用してこれを達成する態様を示す。

ロータリエンジンは２０−ター型のものであり、前側ハ
ウジング６１、前側ローターハウジング６２、中間ハウ
ジング６３、後側ローターハウジング６４および後側ハ
ウジング６５を含む５個のハウジングを有する。

ローター６８は対のエビトロコイドローターチャンバー
６６．６７内に配置され、遊星型回転運動で作動する。

谷エビトロコイドチャンバーは三角形型ローター６８と
共同して画成される多数の可変容積チャンバーを有する
。

各前記チャンバーには吸入通路８４と排出通路８５が設
けられ、内通路は一般に直線状のボアを有するが、排出
通路は一端においてテーパーし、エビトロコイドチャン
バーの入口に適正な断面サイズを設けている。

サーマルリアクター７０は構造上第１図のものに類似し
ており、尿排出ガスは導管７６に沿って通り、主要乱流
化チャンバー７３に入り、その内部の滞在時間および温
度に依存して化合物をさらに低減する。

この低減ガスは周辺領域７４に入り、通路７５から出る
。

ライナー９０の排出通路は各排出通路８５内に配置され
、距離７７にわたって延在し、この距離はローターハウ
ジング内の通路の大部分を実質的に占める。

ライナーは第２〜６図に示した構造のものでよく、第１
１図には、前述したように、通路壁７６から比例的に離
間された２個の同心リングとして示されている。

ライナーの縦方向長さは直線状であり、それによって層
流または制御された乱流を設定する能力を増大し、熱伝
達係数の減小を最も効果的にする。

しかしながら、尿排出ガス中に過剰酸素を与えるために
、２つのモードのうちの１が使用されるべきである。

第一モードは第９図に示されたものであり、第９図に示
された段階において主圧縮を容易にするために画成され
た通常の圧縮ポケット８１に加えて、ローターの各外面
にはディンプル８０が画成されている。

ローターが第９図に示された位置またはこの位置付近に
あるときには、燃料は、吸入通路８４から混合気として
導入されないで、ノズル８３を介してのみディンプル８
０に近い位置にあるポートに導入される。

ローターがインゼクターステーションを通りつつあると
きに、単一のインゼクターノズルが濃厚混合気を両キャ
ビティ内へ供給する。

ローターが回転すると、先行ポケット８１と付随キャビ
ティは膨張し、濃厚混合気を薄めて希薄割合にする。

しかしながら、ディンプル８０と共に作動する後行キャ
ビティは点火点までそのサイズを維持する、かくして、
回転作用自体が混合気が希薄であるメインチャンバーを
形成し、混合気が濃厚である適当ブリチャンバー（ディ
ンプルと共同する）内で点火が開始する。

これは明らかに第７図の構造の作動に設定された型の条
件である。

かくして、この二重相燃焼はこの発明の態様に必要な過
剰酸素を有するプログラムされた排出ガス成分を生成す
るように制御することができる。

通常の吸入通路から導入される２つの燃料混合気を制御
することにより、ロータリエンジン内で燃焼を成層化し
あるいは二重相燃焼を有するようにすることも可能であ
る。

すなわち、ローターキャビティへの少なくとも２つの別
個の吸入部分を設け、１つは周辺吸入ポートとし、他の
１つは側壁吸入ポートとする。

これらのポートは空気と燃料を異なった割合で受入れる
ように接続され、かつ吸入相中１つの吸入ポートが他の
吸入ポートより長く開いているようにローター運動路に
関して配置され、それにより各作動チャンバーに加えら
れる空気／燃料混合気の制御された周辺変化を与える。

かくして、トップデッドセンター付近では、作動チャン
バーの後行領域内に濃厚な空気／燃料混合気が存在し、
先行領域内には希薄な空気／燃料混合気が存在する。

濃厚空気／燃料混合気を点４火するために、第９図に示
されているように配置されたスパークプラグ点火器は、
燃料噴射ノズルを使用した場合と同様な結果を達成する
。

この発明に関連して最高の利点を与えるたぶん最も進歩
したエンジンは第１２，１３図に示されているものであ
ろう。

このエンジンは１個以上のローターと付随チャンバーと
で構造されうるロータリ型である。

サーマルリアクターを使用することもできるが、このエ
ンジンはサーマルリアクター無しで作動することができ
、しかも厳格な連邦基準で要求される放出物レベルを達
成することができる。

この目的のために、エビトロコイドチャンバーの直径方
向に対向する側部に配置された２個のブリチャンバー１
００，１０１に燃料を導入することにより、原排出ガス
は高量の過剰酸素を有するようにプログラムされる。

各ブリチャンバーは制限ポーＮＯ２，１０３をそれぞれ
有し、これらのメインチャンバー内の希薄な可燃混合気
を点火するブラース） （ｂｌａｓｔ ）またはトーチ
効果を調節する作用をする。

各ブリチャンバー内に濃厚空気／燃料混合気を生成する
燃料を噴射するために適当なノズル１０４，１０５が配
置されている。

スパークプラグ１０６，１０７はローターハウジングの
両側にあるサイドハウジング内に容易に収納されかつブ
リチャンバー内の混合気を点火するように配置されてい
る。

ブリチャンバーの対称的な対向配置により、メインエピ
トロコイドチャンバー内の火炎伝播が改良され、それに
より燃料経済が向上しかつ放出物が低減するとともに、
ロータリエンジンを小型化しかつ製造を簡易にすること
ができる。

ローターの面内にあるローターの燃焼ポケット１０８は
細長い形状にすることができ、ローターが第１２図に示
された位置にあるときブリチャンバーに通ずるサイドア
クセスポート１０９を有する。

吸入通路１１０および第２〜６図で記載したライナー構
造を収容した排出通路１１１の配置に注目されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃料噴射を有し、主として吸入および排出通
路を示しかつこの発明の熱保存要素を取入れた、往復エ
ンジンの一部分の断面図である。 第２図は熱保存要素を示す第１図の一部分の拡大図であ
る。 第３−６図は熱保存要素の種々の断面１形状を示す。 第７図はブリチャンバー成層チャージエンジンに関する
第１図類似の図である。 第８図はこの発明を有するエンジンと有しないエンジン
の空気／燃料比によるある放出物の変化を比較したグラ
フである。 第９図はロータリエンジンに関する第１図類似の図であ
る。 第１０図は第９図の一部の拡大断面図である。 第１１図は第９図の熱保存要素の拡大透視図である。 第１２図は熱保存要素と共に使用すべき態形エンジン構
造である。 第１３図は第１２図の１３−１３線断面の拡大図である
。 ７・・・・・・燃料ノズル、８・・・・・・局部ゾーン
、９・・・・・・吸入系統、１０・・・・・・エンジン
、１１・・・・・・シリンダー、１２・・・・・・ピス
トン、１４・・・・・・カービュレター、１５・・・・
・・主吸入通路、１６・・・・・・排出通路、１７・・
・・・・吸入ポート、１８・・・・・・排出ポート、１
９，２０・・・・・・バルブ、２５・・・・・・サーマ
ルリアクター、２７・・・・・・通路、２８・・・・・
・内部チャンバー、３２・・・・・・外部チャンバー、
３３・・・・・・壁、３４・・・・・・主流、３５・・
・・・・ライナー（インサート）、３６，３７・・・・
・・スリーブ、３８，３９・・・・・・ウェブ、４０，
４１・・・・・・環状空間、４２・・・・・・中心空間
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼室を有するエンジンブロックに形成されている
   排気ガス通路における排気ガスの排気熱保存装置にして
   、 前記排気ガス通路内に設けられるインサートであって、
   排気ガスの通過部分のうち、少なくとも外側周辺ゾーン
   では流れのレイノズル数が２３００以下の値に減少させ
   られるよう少くとも前記外側周辺ゾーンを多数の小断面
   通路に細分するインサートを有し、それによって、排気
   ガスと前記排気ガス通路の内壁との間の熱伝達係数を低
   減させていることを特徴とする排気熱保存装置。