(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力波機械と、機関と圧力波機械との間に配置した調整済み三元触媒と、前記三元触媒および圧力波機械に作用する加熱装置とを組み合わせた火花点火機関において、機関の排気側の管路において、加熱装置が前記管路の上流側に設けられた三元触媒と前記管路の下流側に設けられた圧力波機械との間に配置してあり、加熱装置が空気、燃料供給源からなるバーナあるいは電気式加熱装置であることを特徴とする火花点火機関。
【請求項２】
前記三元触媒を２つの部品で構成してあり、加熱装置がこれら２つの触媒部品間に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の火花点火機関。
【請求項３】
前記三元触媒の後に酸化触媒が設けてあり、この酸化触媒が圧力波機械の出口と排気管との間に配置してあることを特徴とする請求項１または２に記載の火花点火機関。
【請求項４】
圧力波機械および加熱装置と組み合わせたディーゼル機関において、ディーゼル機関の後に酸化触媒が設けてあり、
前記酸化触媒は、圧力波機械の出口と排気管との間に設けられ、
前記加熱装置は、ディーゼル機関の排気口と圧力波機械の排気ガス入口との間に設けられ、
前記加熱装置は、空気、燃料供給源からなるバーナあるいは電気式加熱装置であることを特徴とするディーゼル機関。
【請求項５】
圧力波機械および加熱装置と組み合わせたディーゼル機関において、ディーゼル機関の後に酸化触媒が設けてあり、
前記酸化触媒は、ディーゼル機関の排気口と圧力波機械の排気ガス入口との間に設けられ、
前記加熱装置は、酸化触媒と圧力波機械の排気ガス入口との間に設けられ、
前記加熱装置は、空気、燃料供給源からなるバーナあるいは電気式加熱装置であることを特徴とするディーゼル機関。
【請求項６】
チャージャ・スロットルが、掃気用空気の量を制御するために、前記圧力波機械の入口に設けてあることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の機関。
【請求項７】
制御手段が、給気圧力を調整するために、前記圧力波機械の出口に設けてあることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の機関。
【請求項８】
前記制御手段がウェイスト・ゲート・フラップを包含することを特徴とする請求項７に記載の機関。
【請求項９】
前記圧力波機械が、圧力波機械のセル・ロータの速度を安定化させるのに役立ち、電気的または機械的に駆動される駆動部を包含することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、圧力波機械(pressure wave machine)および少なくとも１つの触媒を包含する、特許請求の範囲の請求項１の前文部分に記載の内燃機関に関する。
【０００２】
圧力波機械を包含する火花点火機関が、本発明の出願人のＷＯ９７／３３０８０に記載されている。圧力波機械、調整済み三元触媒および酸化触媒と火花点火機関との組み合わせの他に、この出願には、機関排気口と三元触媒との間に配置した加熱装置が記載されている。
【０００３】
さらなるテストでは、触媒のコールド・スタート特性はこのようにして実際に改善され得るが、圧力波機械のコールド・スタート特性は望みどおりには改善されないことが示された。さらに、この発明は火花点火機関に限定されていない。
（発明の概要）
この従来技術の背景に基づいて、本発明の目的は、特に圧力波機械のコールド・スタート特性を改善することにある。この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴記載部分に従って達成される。
【０００４】
さらなる特徴および利点は従属請求項に定義してある。
【０００５】
以下、実施例を示す図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
（発明の詳細な説明）
図１は、火花点火機関１（すなわち内燃機関）と、吸気口流路３にあるスロットル２と、排気口１５にある三元触媒４とを示している。機関（自動車エンジンあるいは航空機エンジンのような任意公知の内燃機関であってもよく、そのファン１７および出力部１８が図示してある）と三元触媒４は従来技術で知られているような普通の火花点火機関を構成している。
【０００６】
この普通の火花点火機関は、圧力波機械５を備えており、この圧力波機械は、吸気口流路にある吸気冷却器６と共に作動し、場合によっては電気的あるいは機械的な駆動部７を包含している。しかしながら、この電気的あるいは機械的駆動部７は、圧力波機械が適切な形状、寸法となっているならば省略可能である。吸気口８は、空気濾過器９と、（公知の圧力波機械系統とは異なって）チャージャ・スロットル１０とを包含する。排気管１１は、酸化触媒１２の形をした第２の触媒を包含する。触媒の制御は、ラムダ・プローブ１３と、温度プローブ１４と、いわゆるウェイスト・ゲート・フラップ１９とによって行われる。
【０００７】
流路内の矢印は空気流およびガス流のコースを示しており、この概略図は、新気を吸気口８で取り入れ、空気濾過器９およびチャージャ・スロットル１０を通して圧力波機械５に供給することを示している。この圧力波機械においては、新気の大部分は、排気ガスの作用の下に圧縮され、吸気冷却器６およびスロットル２を経て機関１に供給される。新気の小部分が、掃気用空気として圧力波機械５を通り、排気管１１に放出される。ここで、この新気が排気ガスと混ぜられる。内燃機関１からの排気ガスは三元触媒４を通って圧力波機械５へと通過し、そこで新気と混ぜ合わされ、その後、酸化触媒１２を通って排気管１１に放出される。
【０００８】
吸気圧力が過剰な場合には、ウェイスト・ゲート・フラップ１９が開いて、排気ガスの一部を圧力波機械５を通るように振り分け、圧力比を下げることができる。これにより、駆動ユニットの効率全体が向上し、燃料消費量を下げることができる。ウェイスト・ゲート・フラップの代わりに、それ自体公知の吸気圧力の制御をおこなう他の手段を使用してもよい。
【０００９】
チャージャ・スロットル１０は掃気用空気を制御するために役立つ。排気管に通る新気の割合を減らすことができる。これにより、酸化触媒１２での排気ガス温度が高まり、その結果、酸化触媒１２がその始動温度をより速くし、変換率が高くなる。温度プローブ１４の信号を、チャージャ・スロットルの制御のための調整変数として使用してもよい。スロットル２の下流側の機関速度および圧力は、さらに別の変数として役立てることができる。ラムダ・プローブ１３は、混合制御のための調整変数を提供する。
【００１０】
機関は、ラムダ比１か、または、やや過剰な燃料で作動させられる。電子式混合気制御器（ラムダ・プローブ）と組み合わせた三元触媒が現在最も効率の良い触媒・排気ガス浄化システムであることが一般に認められている。これにより、３種の汚染物質成分を全て同時に変換することができるが、できる限り精密な化学量論混合気（ラムダ１）を必要とする。３種の成分とは、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘである。制御範囲ラムダ１をより濃厚側に移行させることによって、ＮＯｘ成分を非常に効率的に変換、除去することができる。しかしながら、これは、他の２つの成分の変換率を低下させることになり、したがって、三元触媒だけを使用する場合には役に立たないことになる。
【００１１】
圧力波機械を使用することによって、内燃機関の効率を向上させることができ、圧力波機械が排気系の過剰空気を生成することにより、この時点で酸化触媒を使用できるようになる。それによって、残留汚染物質（主としてＨＣおよびＣＯからなる）を最適に変換することができる。触媒のコーティングに応じて、かなりのＮＯｘ変換率も同様に酸化触媒で得ることができる。
【００１２】
排気口１５での排気ガス温度が低い場合、たとえば、コールド・スタート状況において、触媒の変換率が小さくなり、したがって、排気放出物が高くなる。
【００１３】
さらに、排気ガス温度が低下するにつれて、チャージャでの圧力波プロセスがますます問題となり、このプロセスは、極端な場合、完全に停止することすらある。したがって、機関がコールド状態のときには、まず、吸気圧力のみが低下し、これが機関パワーの低下を招く。
【００１４】
これら２つの問題は、三元触媒４と圧力波機械の排気管入口との間に、排気ガス温度が低いときに起動するバーナ２２を配置することによって相殺され得る。このようにして、一方では、触媒の最適な動作温度がより急速に得られ、他方では、ガスがより高い温度で圧力波機械に達する。したがって、圧力波プロセスは、機関がまだ冷たい間に開始され、機関のフルパワーが利用できる。図１は、さらに、バーナ２２の空気供給源２０および燃料供給源２１を示している。
【００１５】
ここに記載したバーナ２２の代わりに、他の加熱装置、たとえば、電気作動式ヒータを使用してもよい。これに関連して、触媒機能およびチャージャ機能の両方が有利に影響を受けることが重要である。
【００１６】
したがって、圧力波機械と火花点火機関との組み合わせにより、重要なパワー向上が可能となり、また、主として、以下の酸化触媒の適用により、一方では、三元触媒の普通の適用よりも三元触媒によって汚染物質成分のうちの１つ、すなわち、ＮＯｘをより効果的に除去することができ、他方では、過剰空気により、酸化触媒内の残留汚染物質ＨＣ、ＣＯの変換率を特に高くすることができる。
【００１７】
この組み合わせにより、従来の火花点火機関と比べて、汚染物質をかなり低減することができる。ここで、同じパワーの従来の火花点火機関と比較して、圧力波機械の適用により、燃料消費量が少ないより小型の機関あるいは全重量が小さい機関を使用することができると共に、加熱装置の存在により、汚染物質放出量をかなり低下させることができ、コールド・スタート特性をかなり向上させ、圧力波機械内のガス・ポケットの必要性を排除することができる。
【００１８】
図２は別の実施例を示しており、この実施例では、三元触媒が２つの部品４Ａ、４Ｂに分割してあり、加熱装置が２つの触媒部品間に配置してある。これにより、触媒および圧力波機械の入口の加熱を効率良く行うことができる。
【００１９】
図３は、ディーゼル機関である内燃機関３０を示しており、この図でも、吸気口３１、ファン３２、出力部３３が示されている。前記実施例と異なり、ディーゼル機関は調整済み三元触媒を必要とせず、その結果、先に説明したものと同じでもよい加熱装置２２がディーゼル機関の排気口と圧力波機械の排気ガス入口との間に配置してある。
【００２０】
場合に応じて、酸化触媒１２もディーゼル機関のために使用してもよく、その場合、触媒は、図３に示すように、圧力波機械出口と排気管１１の間、あるいは、図４に示すように、機関排気口１５と圧力波機械の排気入口との間に配置される。最初の例では、加熱装置は図３に示すように配置される。あるいは、図４に示すように、加熱装置は酸化触媒と圧力波機械の排気入口との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による、圧力波機械、効果的な排気ガス浄化装置および加熱装置と火花点火機関との組み合わせを概略的に示している。
【図２】  図１に示す組み合わせの代替案を示している。
【図３】  圧力波機械、効果的な排気ガス浄化装置および加熱装置とディーゼル機関との別の組み合わせを概略的に示している。
【図４】  図３の別の実施例を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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