(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気マニホールドからガスを誘導し、浄化装置に注入する管を含む、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
ガスを膨張させる静止室、このガスが順次通過するように配置された第１フィルタ、第１緩衝板、第２フィルタ、および中央拡散器を含み、
前記ガスの流れを衝突させる前記第１緩衝板は、ガスの流れを誘導する中心穴と、この中心穴の回りに配置されかつ前記ガスの流れから汚染ガス及び微粒子を分離して誘導管に導くための複数の小穴とを有し、
前記中央拡散器は、外部から第１の低温空気流を注入する横断管を有するシリンダと、第２の低温空気流を注入するために、外周に穴のあいた小径のベンチュリー型リング部分とを備え、前記ガスの流れを前記第１、第２の低温空気流に接触させ、前記中央拡散器を出た汚染ガスの一部を別の誘導管に導き、前記誘導管および別の誘導管からの汚染ガスと前記中央拡散器の中心管を通過する残りのガスの流れとを乱流室に誘導し、この乱流室からエンジンに前記汚染ガスを吸気ガスとして送り込むように構成され、
前記乱流室は、一部に開口部を備え、固定羽根によりガスを膨張させ、前記噴霧器内に汚染ガスを誘導し、前記噴霧器は、出口から回収ガスを再びエンジンに送る構造となっていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第１緩衝板および第２フィルタの下流側に、前記第１緩衝板と同一の第２緩衝板を含むことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記中央拡散器の下流側に、３つの誘導管を含む１つの管を備え、前記誘導管は、外側に流れる周辺ガスを乱流室に誘導することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
(a)  内燃機関の排気マニホールドから排出される排気ガスを誘導し、静止室において前記ガスを急速に膨張させ、
(b)  前記ガスの流れを第１フィルタで濾過し、
(c)  この第１フィルタから出たガスの流れを、細長い中心穴と複数の周辺穴を備える金属表面に衝突させ、ガスの流れの中にある浮遊微粒子の一部を誘導管に導き、後の段階で処理するために水蒸気およびＣＯから分離させ、
(d)  残りのガスの流れを細長い水平穴に導いて強制的に通過させ、次いで第２フィルタを通過させ、
(e)  前記第２フィルタから出た流れの速度を増加して、２本の低温空気の流れを注入し、後の段階で処理するために、ガスの流れの外周部分に位置する高温ガスの一部を別の誘導管に誘導し、
(f)  誘導されなかった前記外周部分における残りのガスの流れは、前記(c)およびe）の段階において誘導された汚染ガスの残りと共に乱流室に誘導して、ガス主流から分離されたそれぞれ異なるガスの流れをエンジンの吸入マニホールドに戻し、
(g)  誘導されなかった残りの流れは、装置から外部に排出される、各段階を有することを特徴とする内燃機関の排気ガスの浄化方法。
【請求項５】
(a)段階において、ガスを減圧し、静止室において乱流を発生させることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
(c)段階において、ガスは、速度と温度を失うことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
(e)段階において、第１の低温の外気をガスの流れの中心に進行方向に向けて注入し、第２の低温の外気をガスの流れの周辺方向に向けて注入することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項８】
(f)段階において、前段階で当初の流れから分離された汚染ガスを噴霧器内に誘導し、次いで吸入ガスとしてエンジンに戻すことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
(f)段階において、ガスをマフラーに送り、そこで低温空気を注入して温度を低下させた後に、最終的に外部へ排出することを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンまたはオットーエンジンであるとを問わず、またターボの有無に関係なく、あらゆる内燃機関に適用可能な排気ガス浄化装置に関する。特に、内燃機関の排気マニホールドから排出される有毒ガスの大部分を排出する自動車の排気ガスの浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車メーカーのみならず産業一般において、環境保護の重要性についての一般的な認識が普及した現在、乗用車、トラック、バン等に排気ガス浄化装置を設置することは、すでに標準的な仕様となっている。例えば、ヨーロッパにおいて、ヨーロッパ自動車製造業者協会は、全ヨーロッパ自動車産業について、各社が製造するエンジンのＣＯ2排出量を、１キロメートル当たり１４０ｇ（平均燃料消費量１００キロメートル当たり５．６リットル）の範囲内にする目標を定めた。
【０００３】
内燃機関が一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素、浮遊微粒子、黒煙など、大気を汚染する大量の有毒ガスを排出することはすでに周知の事実である。そのため、車両交通量が多量であることと、その位置する地域の地理上の特徴から、住民に危険な程度にまで大気汚染の度合いが進んでいる都市があり、メキシコシティ、チリのサンチヤゴ市などがその例である。
【０００４】
したがって、エンジンから排出されるガスの汚染度を減少するための触媒剤、その他自動車の排気ガスを浄化する装置を設置することが、単なる追加装置でなく現実に必要となっている。
【０００５】
現在の技術における排気ガス浄化装置の大部分は、一酸化炭素の処理を実施する浄化装置および窒素酸化物を貯蔵して処理する浄化装置を含んでいる。これら装置の大部分は、ＨＣ、ＣＯ2、ＣＯなど最も汚染度の高いいくつかのガスを大幅に減少させることに成功している。
【０００６】
それ以前の技術においても、いくつかの排気ガス浄化装置が存在している。米国特許第６,３４２,１９２号明細書、米国特許第６,３４０,０６６号明細書、米国特許第６,３３８,２４４号明細書、米国特許第６,３３８,２４３号明細書などがその一例として挙げられる。
【０００７】
しかし、そのいずれも本発明の提起する目的を達成することに成功していない。すなわち、排出ガスの層流処理（laminar flow treatment）を行う装置により排気ガスを浄化し、しかもガスの排出を阻止する手段を設ける必要がないというシステムである。本発明によって達成される効果の一つは、以下に詳述するように、エンジンの出力を増強し、燃料消費量を減少させることである。出力の増加は、基本的に上記の排気ガスの層流処理によることが経験上わかっている。排気ガスの排出を阻止すると、エンジンの性能に直接影響を与え、また従来の触媒剤は混濁した流れを生み出すフィルタ材料を介在させなければならないことは周知の事実である。
【０００８】
本発明は、以前の技術における多くの解決法に見られるように、触媒などのいかなる要素も介在させず、また汚染微粒子を固定するための貴鉱石による蜂の巣状の構造などを使用していない。
【０００９】
本発明の提案する解決法の本質は、エンジンから出る排気ガスの流れに層流処理を施すことである。本発明における装置のいずれの部分も排気ガスの排出路に直接介在せず、これを層流的に処理して行き、後述するように、非汚染ガスとは異なる物理的化学的特性を備える汚染ガスを分離して除去し、排気ガスを浄化する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ディーゼルサイクルあるいはオットーサイクルの内燃機関の排気マニホールドより排出される汚染ガスを減少および／又は除去する排気ガス浄化装置およびその浄化方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明は、エンジンの排気マニホールドからガスを誘導し、浄化装置に注入する管を含む、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、ガスを膨張させる静止室、このガスが順次通過するように配置された標準の第１フィルタ、第１緩衝板、第２フィルタ、および中央拡散器を含み、
前記ガスの流れを衝突させる前記第１緩衝板は、ガスの流れを誘導する中心穴と、この中心穴の回りに配置されかつ前記ガスの流れから汚染ガス及び微粒子を分離して誘導管に導くための複数の小穴とを有し、
前記中央拡散器は、外部から第１の低温空気流を注入する横断管を有するシリンダと、第２の低温空気流を注入するために、外周に穴のあいた小径のベンチュリー型リング部分とを備え、前記ガスの流れを前記第１、第２の低温空気流に接触させ、前記中央拡散器を出た汚染ガスの一部を別の誘導管に導き、前記誘導管および別の誘導管からの汚染ガスと前記中央拡散器の中心管を通過する残りのガスの流れとを乱流室に誘導し、この乱流室からエンジンに前記汚染ガスを吸気ガスとして送り込むように構成され、
前記乱流室は、一部に開口部を備え、固定羽根によりガスを膨張させ、前記噴霧器内に汚染ガスを誘導し、噴霧器は、出口から回収ガスを再びエンジンに送る構造となっていることを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、本発明の排気ガス浄化装置は、有毒ガスの排出量を減少させ、煙を中和させる。燃焼しないガス（HC、CO2、CO）を回収し、これを全体の流れから分離し、吸入フローとしてエンジンに送りこみ、燃料消費を減少し、エンジン出力を増強する。ダクトの断面積の変化あるいは温度に応じた速度の変化によって、流れの物理的特徴が変化するように設計されている。
【００１３】
本装置は、可動部品あるいは電気および／又は電子部品その他ガスの正常な流れを阻害するいかなる部品も備えておらず、そのため保守は一切必要ない。本装置は、乗用車、ライトバン、バン、トラック、軽トラック、小型バス、農業機械、道路建設機械その他あらゆるタイプの車両に適用可能である。
【００１４】
知名度の高いエンジン検査センターで実施された試験の結果によると、排気ガスのＨＣの量が劇的に減少し、いくつかの例では、エンジンを適応あるいは改造することなしに、ＨＣの量が１０ppmから２ppmにまで減少することができる。また煙の量も０．０４％と言う低い数値にまで減少し、ＣＯは、０％、ＣＯ2は容積の１．３％まで減少している。
【００１５】
基本的には、本発明による排気ガス浄化装置は、以下のような構造となっている。エンジンから排出される排気ガスは静止室に送られ、そこで膨張し、渦巻き状態となる。次いでガスは、集中−乳化−拡散装置に送られ、その後、層流ガス管、次いでエンジンへのガス回収出口を備えた乱流室に送られ、最終的排気管に送られる。
【００１６】
内燃機関の排気ガス処理の方法は、以下のとおりである。
(a)  内燃機関の排気マニホールドから入来するガスを流路に誘導し、静止室においてそのガスを急速に膨張させる。
(b)  ガスの流れに対して従来の方式により第１フィルタで濾過する。
(c)  第１フィルタから出たガスの流れを衝突させ、発生した流れの中に存在する微粒子の一部を誘導管に導き、後の段階で処理される水蒸気およびＣＯｋら分離させる。
(d)  残りの流れは水平の細長い穴を強制的に通過させ、さらに従来型の第２フィルタで濾過する。
(e)  第２フィルタを通過した流れの速度を上昇させ、二つの冷気流を注入し、外周部に配置される高温ガスを別の誘導管に誘導し、後の工程で処理する。
(f)  分流されなかった残りの流れの周囲部分は、(d)及び(e)段階で分流された汚染ガスと共に乱流室に誘導して、ガス主流から分離されたそれぞれ異なるガスの流れがエンジンへの吸気マニホールドへ戻る。
(g)  分流されなかった残留フローは、装置を通って外部に排出される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の排気ガス浄化装置１の全体図を示すもので、以下の構造を備える。エンジンから排出されるガス入口２は、排気ガス装置１の長手方向軸線に対して所定の角度でテーパー状に拡がっており、この傾斜部によりエンジンから排出される排気ガスの流れを構成する各種ガスの装置内における望ましい分散が可能となる。
【００１８】
本装置の第１段階は、ガスの膨張、減圧、渦流を発生させる静止室３により構成される。すでに減圧されたガスは、静止室３から出てまず最初に従来型の第１フィルタ４、次いで分離板５に向かう。この分離板５（図２a参照）は、第１プレート（第１緩衝板）５a、ガス誘導管５bおよび締切板（第２緩衝板）５cより成る。第１緩衝板５aは、ガスの流れを誘導する中心穴６、分離板５をボルト８とナット９により静止室３のねじ穴３’に固定するための複数の穴、中心穴６の回りに配置された複数の小さな穴９、および穴６の上部を取り囲みかつ接触点１０で接触する２枚の案内つば１１を備える。
【００１９】
ガスが板５’に衝突すると、いくつかの効果が発生し、浮遊微粒子の一部が穴９に保持される。案内つば１１と外周誘導管１２の存在により、緩衝板５aと締切板５cの間で、一つの室が形成される。この室内で発生する効果は、以下の２点である。一方では、ガスの中心の流れはそのまま進行を続け、入口６と同様の穴６’から排出され、他方では、穴９において流れから分離した浮遊微粒子の一部、ガスに含まれる水蒸気の一部および汚染ガスの一部が、案内つば１１により、誘導管１４の入口にある穴１３へ誘導される。静止室３から出るガスは緩衝板５aに衝突し、ガスに含まれる微粒子の大部分が穴９に誘導される。これらの穴を通過した後、ガスの流れによって微粒子を案内つば１１に向けて外周部を通って誘導する。案内つば１１は、微粒子を出口１０に、次いで穴１３および管１４に誘導する。後述の試験においては、この段階でガスの速度が減少し、温度は低下する。ガスの流れに含まれる窒素酸化物などの汚染ガスも、微粒子と同様の過程を経る。
【００２０】
分離板５から穴６’を通過したガスは、もう一つのフィルタユニット（第２フィルタ）４’に入る。このフィルタユニットは実際には室１５の内部に収容されており、この室はガスチューニングユニットと言う名称のユニットを構成する。第２フィルタ４’は第１フィルタ４の部分と同一の断面積を有し、漏斗１６を形成する狭い流路に通じている。この漏斗の先端は、円形断面の中心管１７になっている。このような断面積の再三の変化により、ガスの流れに熱力学的な変化を発生させ、流れの中に含まれる各種ガスの間に層流分離を発生させるという目的が達成される。この簡単な方法では各種ガスを異なる層流に完全に分離することはできないが、一定のガスを多量に含む層流を発生させ、その一つ一つを後処理することにより、エンジンから排出されるガスのうちのいくつかを減少させることができる（完全な除去には至らない）。
【００２１】
室１５に収容されているフィルタユニット４を出たガスは、複数の溝１７’を備えた放散管１７に入る。この管によりガスの一部が誘導され、さらに誘導管１８、１９により誘導される。ガスの流れは、テーパー状区間１６に入って速度を増し、これを通過すると、円筒形中心管２０に流入する。この中心管には二つの空気取入口があり、外気を取入れるための第１の横断管２１と、ベンチュリータイプの断面狭窄部２３に対応して第２の空気取入管２２がある。第１の管２１は、円筒形中心管２０と同軸に収容されている管２４を横断する金属管で、外気が流れの中心に同一進行方向に向かって注入される（図４b参照）。第２の空気取入管は、空気取入口２２と、ベンチュリータイプの部品２７を構成するリング２７の外周穴２６との間を流れが通過することにより実施される。これらの管２１、２２の外気が進入する外端部は、外気と共に異物が進入するのを防ぐための保護メッシュ２５により覆われている。
【００２２】
ガスの流れの中心に外気が侵入することにより、高温ガス（汚染度の高い）は、円筒形中心管２０を出るとすぐに３本の誘導管２８、２９、３０に入り、高温の汚染ガスはこれらの管を通って後処理のために誘導される。一方、残りの流れは、円筒中心管３１を通り、乱流室３２に入る。中心管３１は、終端３１’に開口部３４を備え、これに対応して複数の羽根をもつ固定「タービン」３５が配置されている。管３１を通ってきたガスの一部は、開口部３４により乱流室３２に誘導され、残りのガスは、管３１を通って出口マフラー（排気管）４０に向かって進行し外部へ排出される。
【００２３】
前述した乱流室３２は、第１円錐３３により構成され、高温汚染ガスを通す３本の管２８〜３０がこれに接続している。すなわち前段階において分離されたすべての汚染ガスは、乱流室３２に誘導される。また拡散器（中央拡散器）３８から出ている管３７には誘導管１４、１８および１９が通じているが、管３７は乱流室３８を横断し、噴霧シリンダ（噴霧器）３９に通じている。乱流室のガス（図６参照）もこのシリンダに集められる。
【００２４】
このようにして、ガス主流から分離されたそれぞれ異なるガスの流れのすべてが、一部は管３７を通り、残りは乱流室を通って上記噴霧シリンダ３９に到着する。噴霧シリンダ３９は、熱を放散するための外部フイン（固定羽根）３９’，および中心通路４１を備えている（図９参照）。中心通路の周囲には複数の穴４２があり、図６のガスの流れが示すように、管３７を通ってきたガスがこの穴を再び通過する。ガスの流れは、シリンダ３９を通過した後、管４３を通って浄化装置を離れ、再び、エンジンに向かい、エンジンの吸入フローと合流する。汚染ガスの排出量を抑制する目的で、排気ガスを吸入フローとして再利用する方法は、すでに自動車産業で広く採用されている。この方法には、エンジンの機能に影響を及ぼさないという当然の制限がある。本発明の装置について実施された実地試験（実地試験の項参照）においては、エンジンは上記方法により影響を受けないのみならず、出力の増大と燃料消費の減少が見られた。
【００２５】
本発明の装置の最終部分は円形の細長い中空管を備えたマフラー４０である。中空管は末端部４０’に対応した同軸内管４４で、中心管３１の続きに接続し、ボルト４５により乱流室３２と繋がっている。このボルト４５の付近でマフラーは穴４６を備え、これにより内部への外気の進入が可能となる。空気の流れは最終的に出口４７から排出される。
【００２６】
上記より、エンジンから排出されるガスの流れの経路は、以下のとおりとなる。
ガスは、エンジンから排気マニホールドを通って入口２に達し、静止室３に入り膨張する。その後、ガスの流れはフィルタ４を通過して分離板５に衝突する。ここでガスの流れの一部は出口６’に向かい、一部は管１４により拡散器３８に向かう。ガスは、分離板５に衝突した後、室１５に進入し、ここで一部は管１８−１９を通って拡散器３８に、残りは円筒形中心管２０に誘導される。
【００２７】
そこで、ガスは、取入口２１，２２から入って来る低温の外気と接触し、管の中心に酸素、管壁にＣＯその他汚染ガスの含有量の高い層流が形成される。これらのガスの一部は、管３７を通って噴霧器３９に誘導される。ガスの流れが管３１に進入すると、管壁の近くにある残りの汚染ガスは、管２８〜３０を通って噴霧器３９に誘導される。これらの管を介してガスはまず乱流室３２に入り、乱流を発生させる羽根３６と接触し、噴霧器３９に誘導される。管２８〜３０を介して導かれずに、管３１を通過して循環する残りのガスの流れは、マフラー４０に誘導され、次いで外部に排出される。
【００２８】
実施試験：
実物のエンジンにおける本発明装置の作用を分析するため、アルゼンチン国立技術大学工学部に数種の試験の実施を依頼した。その結果は、以下のとおりである。
−  窒素酸化物の排出量の減少
−  炭化水素の排出量の減少
−  浮遊微粒子の排出量の減少
試験台上のエンジンにおいて実施された試験では、窒素酸化物の排出量は相当程度（２５％）減少し、一方車両上の試験では４６％まで減少した。また、浮遊微粒子の数は約６３％減少し、排出炭化水素の濃度は約７０％減少した。
【００２９】
最後に、本発明の方法は、以下の段階により構成される。
−(a)  内燃機関の排気マニホールドから排出される排気ガスを誘導し、静止室においてその急速な膨張を発生させる。
−(b)  ガスの流れを従来型の第１フィルタを通過させる。
−(c)  フィルタから出るガスの流れを中央に穴のあいた金属板に衝突させ、流れの中における浮遊微粒子の一部を誘導管に導き、後の段階で処理される水蒸気およびＣＯｋら分離させる。
−(d)  残りのガス流れは、金属板の水平の長穴を強制的に通過させ、次に第２の従来型フィルタに通す。
−(e)  第２フィルタから出る流れの速度を増大し、２本の低温空気の流れを注入する。これにより、流れの周辺部にある高温ガスの一部を別の誘導管に誘導し、後段階で処理する。
−(f)  誘導されなかった残りの流れの周辺部分は、(c)および(e)段階において誘導された汚染ガスの残りと共に乱流室に誘導して、ガス主流から分離されたそれぞれ異なるガスの流れがエンジンの吸入マニホールドに戻される。
−(g)  誘導されなかった残りの流れは装置から外部へ排出される。
【００３０】
これまで、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明は、ここに記載した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び修正を含み、添付された特許請求の範囲またはその技術的思想から逸脱しない上述の記載を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置の全体透視図である。
【図２】図２aは、装置の第１部分の部分的分解図で、静止室、炭素微粒子浄化プレート、フィルタおよび微粒子を多量に含む汚染ガスの捕集と排気のための装置を示す図であり、図２bは、フローの冷却空気の取入れ口、汚染ガス分流管および分流羽根によって乱流を形成する円錐を含んでいる装置の中間部分を示す斜視図である
【図３】図３は、乱流室、噴霧シリンダおよび排気マフラーを含む装置の最終部分を示す斜視図である。
【図４】図４aは、図１のIIIa−IIIa線に沿って切り取った断面図である。図４bは、図１のIIIｂ−IIIｂ線に沿って切り取った断面図である。
【図５】図５は、図１のIIIｃ−IIIｃ線に沿って切り取った断面図である。
【図６】図６は、図１のIV−IV線に沿って切り取った断面図である。
【図７】図７は、乱流室に接続する端部を示している、マフラーの末端あるいは最終排気管の図である。
【図８】図８は、汚染ガスを排出する３本の排気管の分岐管を１本にまとめる拡散器の断面図である。
【図９】図９は、汚染ガスを再びエンジンに最終的に送り返す前に設置されている噴霧シリンダの末端の図である。
【図１０】図１０は、乱流室を閉鎖する円錐型プレートの端部の図である。
【符号の説明】
１    ガス浄化装置
３    静止室
４    第１フィルタ
４’  第２フィルタ
５    分離板
５a    第１緩衝板
５b    ガス誘導管
５c    締切板
３２  乱流室
３８  中央拡散器
３９  噴霧器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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