KR100199860B1 - 배출가스의 감소방법 - Google Patents

Abstract

촉매변환기 상류에 배열된 후기연소기를 갖고 탄화수소 연료를 태우는 기관으로부터 상온 시동중 전체 방출량을 감소시키는 방법이 기술되어 있다. 이 방법은 (i) 기관 연소성 차지에 과도한 연료를 가하고 후기연소기가 주위온도에 가깝게 있을때 결과적인 배출/공기 혼합물이 후기연소기에서 계속되는 불꽃으로 타고 점화되게 하도록 수소와 산소의 충분한 농도의 배출/공기 혼합물에 존재하도록 기관이 첫째 가동된 바로후 기관 배출기체에 공기를 가하고 (

Description

배출가스의 감소방법

제1도는 발명을 실현하는 흡입과 배출체계가 있는 기관의 개략도.

제2도는 배출체계와 기관 모두에 공급된 공기/연료 비율과 기관에만 공급된 공기/연료 비율로 후기 연소기내에 수소와 산소농도의 변화를 보여주는 그래프.

제3도는 기관에 공급된 연료/공기 비율에 대해 그려진 법정의 구동사이클의 가동단계동안 후기 연소기를 갖는 기관에서 나오는 전체 방출물을 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 기관 14 : 파이프

16 : 후기연소기 18 : 점화기

20 : 인젝터 22 : 미터

24 : 스로틀 30 : 펌프

32 : 밸브

본 발명은 상온 시동중 방출량을 감소시키도록 후기연소기를 갖는 내연기관을 내연기관을 작동하는 방법에 관련된다.

배출 촉매 변환기는 300와 400사이에 있는 라이트-오프(light-off) 온도라 불리는 임계온도에 도달한 후 배출 기체의 질소 함유량의 타지 않은 탄화수소, 일산화탄소와 산화물을 감소시키는 임무를 수행한다. 상온 시동중 이 온도에 도달하도록 촉매가 소모하는 시간을 최소화하는 것이 중요한데 많은 법률에 의해 입안된 방출 시험 구동 사이클이 상온 시동을 포함하기 때문이다.

여러 해결책이 라이트오프 시간을 줄이도록 제안되었다. 가장 간단한 해결책은 촉매를 기관에 매우 가깝게 놓아 배출체계에 의해 냉각되기 전에 배출기체에 의해 가열되게 하는 것이다. 밀접결합(close-coupling)이라 불리는 촉매 장착방법은 기관이 고속과 고부하 조건에서 가동될 때 문제를 만든다. 그러한 조건하에서 배출기체 온도는 850를 넘는데 이것은 촉매의 영구적 손상을 일으키기 충분하다. 그러므로 밀접결합된 촉매를 갖추지 않고 언더바디(under-body) 촉매라 불리는 기관에서 약간 떨어져 장착된 것을 사용하는 바람직하다. 그러한 장착은 고속과 고부하 작동에서 안전하나 배출기체가 가동단계동안 촉매에 도달하기 전에 냉각되므로 예열 문제를 약화시킨다.

촉매 변환기를 가열하는 것을 빠르게 하기 위해 외부 열공급이 제안되는데 전기히터와 마이크로웨이브 히터가 사용된다. 이러한 제안은 특히 166에서 250암페어의 전류에 대해 12볼트 공급 요구가 있을 때 전력 요구조건이 2에서 3KW 정도일때 상당한 부가적 가격과 복잡성을 야기한다.

배출 파이프 안으로 연료를 주입하고 점화함으로써 라이트-오프 시간을 감소시키도록 화학에너지를 사용하는 것이 제안되었다. 이 경우 복잡성은 석유/공기 혼합물이 기관으로부터 배출기체로 희석될때 항상 믿을만하게 점화되지 않고 그렇게 되지 못하면 배출시 탄화수소 방출량은 급작스럽게 증가시키고 촉매를 냉각시킴으로써 문제를 악화시킨다. 안전을 보장할 필요성 때문에 다른 복잡성이 있게 되는데 뜨거운 배출 파이프 안으로 연료 선개구부를 갖추는 것은 위험하다.

또다른 제안은 아직 뜨거울때 배출기체를 가로막으며 배출포트(port)에 가까운 배출 흐름안으로 공기를 주입하는 소위 열 로(thermal reactor)를 사용하는 것이다. 혼합물이 약간 풍부하게 설정된다면 연소작용은 감소된 율로 배출기체에서 온도를 높인다. 이 제안이 작동은 되지만 이것에 의해 이룰 수 있는 장점은 제한적이다. 전형적으로 라이트-오프 시간은 약 2분으로 감소되는데 이것은 보다 정확한 허용된 법적 방출 수준을 맞추기에 부족하다.

또다른 제안은 후기연소기를 사용하는 것이다. 기관은 다시 풍부한 혼합물로 가동되며 새공기가 배출 기체흐름에 더해지나 이때 변환기의 바로 상류에 배열된 챔바내에서 타도록 예를 들어 스파크에 의해 혼합물이 점화된다.

후기연소기에서의 점화로 시작된 작용과 촉매변환기 표면에서 보통 발생되는 작용사이에 차이를 두는 것이 중요하다. 후기 연소기에서, 기체를 통해 전파되고 표면에 한정되지 않는 빛이 나는 열린 불꽃이 만들어진다. 점화는 스파크, 파일로트 불꽃 또는 가열된 촉매요소에 의해 점화된다. 점화되면 불꽃은 점화기에 한정되지 않고 기체는 한정되지 않는 공간에서처럼 타게 된다.

후기연소기의 개념은 그 자체로 새로운 것은 아니고 1967년 이래로 제어된 조건에서 배출혼합물에서 연료를 재점화할 수 있다고 공지되어 있다. 보고번호 1967/5로 Moter Industry Research Association of Great Britain(MIRA)가 발행한 C. D. Haynes의 보고서에 오염을 줄이는 수단으로서 후기연소기를 사용하는 제안이 있었는데 생산되는 열은 열 싱크(sink)에서 단순히 흩어지게 된다. 열 싱크는 물론 촉매변환기의 매트릭스여서 후기연소기는 변환기의 라이트-오프 시간을 줄이도록 작용한다.

촉매변환기에 도달하기 전에 배출기체를 가열토록 후기연소기를 사용하는 것은 특히 US 3 889 464에 제안되어 있고 후기연소기를 위한 연료는 배출기체로부터 나오지 않는다. EP A 0 422 432에 기술된 이 사상의 발전된 양상은 후기연소기에 연료를 공급하도록 배출기체에 부분적으로 탄 연소산물을 사용하는 것이다. 후자의 제안에서, 기관에의 혼합물 힘은 배출파이프 안으로 직접 흐르도록 측정된 공기의 약간을 다른데로 돌림으로써 강화된다.

라이프오프 시간을 감소시키도록 촉매변환기를 가열하는 목적을 위해 후기연소기는 가장 효율적인 제안이 되었다. 기관이 적절히 풍부한 혼합물로 가동되고 배출체계가 예열된 후 뜨거운 배출기체에 새공기가 첨가될때 소위 차가운 불꽃작용이 배출체계에서 일어나므로 혼합물을 재점화할 수 있다. 이것은 예열시간을 일분이하로 감소시킬 수 있다.

그러나 종래기술 제안에서, 기체가 후기연소기에서 점화될 수 있게 되기 전에 기관이 가동된 후 얼마간 기다려야 한다. 이것은 기관과 배출체계가 차가울때 후기연소기에 도달하는 혼합물은 배출체계에 그 열의 대부분을 잃고 기관을 떠날때 기체에서 발생하는 차가운 불꽃작용은 차가운 배출 매니폴드(manifold)와 다운 파이브(down pipe)를 통해 통과될 때 약해지고 배출기체 흐름 안으로 부가적인 차가운 공기의 주입시 더 약해진다. 점화를 돕는 것으로 알려진 차가운 불꽃작용이 없을 때 배출/공기 혼합물은 점화될 수 없다. 배출기체가 후기연소기에 도달할 때까지 기다려야 한다. 후기연소기가 가동되면 촉매변환기는 라이프 오프 온도까지 빠르게 가열되나 후기연소기가 점화되기전 최초 단계중 배출기체는 후기연소기에 또는 촉매변환기에 의해서 청소되지 않고 대기에 방출된다.

그러므로 발명은 촉매변환기의 라이트오프 시간을 최소화하고 종래기술의 이전문제를 경감하도록 기관이 첫째 점화된 후 될 수 있으면 빨리 후기연소기를 점화하는 체계를 갖추려고 한다.

발명에 따라, 촉매변환기의 상류에 배열된 후기연소기를 갖고 탄화수소 연료를 태우는 기관으로부터 상온 시동되는중 전체 방출량을 감소시키는 방법이 갖춰지며 그 방법은 다음 단계를 구성한다.

기관의 연소가능한 차지(charge)에 과도한 연료를 첨가하고 결과적인 배출/공기혼합물을 후기연소기가 주위온도에 가까운 온도에 있을때 후기연소기에 계속적인 불꽃을 타게 하고 점화되도록 수소와 산소의 충분한 농도로 기관이 첫째 가동된 바로후 배출/공기혼합물에 존재시키도록 기관 배출기체에 도달토록 공기를 첨가하고

기관이 첫째 가동된 바로후 후기연소기내 배출/공기 혼합물을 점화한다.

선호적으로 배출/공기 혼합물은 촉매변환기 매트릭스의 최소한의 부분이 라이트오프 온도에 도달할 때까지 후기연소기가 계속적인 불꽃을 유지하도록 후기연소기에서 점화가 일어난후 과도한 연료 및/혹은 부가적 공기를 변화시킴으로써 조절된다.

계속적인 불꽃을 유지시키게 할 수 있고 기관이 첫째 가동된 바로후 차가운 후기연소기에서 점화될 수 있도록 배출/공기 혼합물에 필요한 수소와 산소의 최소농도는 통과하는 기체흐름 조건과 후기연소기 설계에 달려있다. 차가운 연소폭탄의 배출/공기 혼합물로부터 샘플링된 기체의 잘 혼합된 질량을 위해 실험적으로 만들어진 수소와 산소 농도의 최소값은 각각 3%와 6%이다. 그러나 점화 소스 둘레의 흐름조건이 불안정하고 부가적인 공기와의 혼합이 계속되지 않고 기관배출 흐름이 맥동하는 재래식으로 설계된 후기연소기의 실제적 상황에서 수소농도는 점화가 가능하도록 5%가 넘는 전형적으로 6%가 되는 것이 필요하다. 점화후 계속적 불꽃이 유지되게 하기 위해 낮은 농도가 사용될 수 있으나 수소와 산소에 대해 각각 3%와 6%의 최소값 훨씬 위에 있어야 한다. 명세서를 통해 퍼센트로 표시된 기체농도는 질량으로가 아니라 부피로 주어진다.

배출혼합물에서 수소의 중요성은 종래기술에서는 실감되지 않았고 그러므로 수소 농도는 인용되지 않았다. 그러나 본 발명의 실제적 후기연소기에서 점화에 필요한 수소농도보다 두배 정도 작고 이상적 조건에서도 최소 연소성 한계 밑에 있는 3%보다 존재하는 수소농도가 작다는 것이 종래 기술에서 청구된 개선점을 이른데 필요한 이산화탄소 농도로부터 추론할 수 있다.

이것으로부터, 종래기술에서 발생하는 작용의 매카니즘이 본 발명에 의존하는 것과 다르다는 것을 알 수 있다. 종래기술은 차가운 배출체계를 통해 통과함으로써 배출기체가 냉각되지 않는다면 뜨거운 부분적으로 탄 성분은 천천한 비율로 서로와 작용하게 되고 이 조건하에서 충분한 산소가 존재하고 점화소스가 갖춰진다면 연소는 배출기체에서 뜨거운 작용하는 탄화수소와 일산화탄소 작용하게 된다는 사실에 의존하고 있다. 그러나 후기연소기에서의 점화가 가능하기전 예열시키는데 약간의 시간이 기관을 가동시키는데 필요하고 이때 타지 않는 탄화수소는 배출체계에서 방출된다. 공기를 첨가하고 혼합물 힘을 증가시키는 것은 배출구내 기체사이의 열작용을 증가시켜 배출체계의 예열시간을 감소시킨다. 그러나 이 열작용은 후기연소기에 도달하는 혼합물내 연소될 수 있는 기체의 농도를 낮추므로서 가동되게 하는데 더 어렵게 만든다.

후기연소기에서 도달하는 혼합물내 타지 않는 탄화수소와 일산화탄소 농도를 증가시키도록 기관에 공급된 혼합물을 풍부하게 하는 것은 예열시간을 상당히 감소시키지 않으나(특히 법적 구동 사이클의 제1 부분에 필요한 아이들 속도에서 기관이 움직일때) 후기연소기를 가동시키기 전에 방출된 타지 않은 탄화수소의 농도를 크게 증가시키며 증명된 역 생산성을 갖는다.

종래기술에서는 후기연소기의 기본적 작동이 연료로서 탄화수소와 일산화탄소를 공급하는데 의존하고 배출구에서 이 기체의 농도를 증가시키도록 예열하는 이른 단계에서 기관에 공급된 연료 풍부도를 증가시키는 것은 후기연소기가 점화되기전 배출체계로부터 방출된 전체 방출량을 증가시키기만 한다. 충분한 농도에 존재한다면 수소에 의해 이루어지는 중요한 부분을 첫째로 인식하고 후기연소기를 점화하는데 다른 메카니즘을 사용함으로써 본 발명은 이 문제를 피할 수 있게 된다.

종래 기술에 대한 발명의 개선점은 기관의 제1 가동에 따르는 경우의 타이밍에 의해 강조된다. 종래기술에서 배출 방출물이 측정되는 법적 구동 사시클에 따르는 동안 후기연소기는 배출기체가 차거워지기 때문에 구동사이클의 최초 20초 동안의 아이들링 주기동안 가동될 수 없다. 자동차가 부하를 받으며 운전될때 후기연소기내 기체의 온도는 빨리 올라가고 몇초후 후기연소기가 점화되는 수준에 도달한다. 가동되면 후기연소기 자체는 촉매변환기를 가열하도록 생성된 열위 양을 높이도록 최대 힘을 증가시키게 하는 탄화수소 방출량을 감소시킨다. 그러므로 촉매변환기의 전체 라이트/오프시간은 기관이 첫째 가동된 후 30초 또는 그 이상으로 연장된다.

본 발명에서, 혼합물 힘은 필요한 수소농도를 이루기 위해 크랭킹된 바로후 또는 동안 강화되며 후기연소기는 즉시 점화된다. 이 목적을 위해 기관에 공급된 연료풍부도는 화학량론에 있는 연료의 두배만큼 연소될 수 있는 차지에서의 연료의 양을 요구할 만큼 매우 극적일 필요가 있다. 벽젖음 때문에 주입된 모든 연료가 연소될 수 있는 차지를 형성하지 않도록 하기 위해 풍부도의 실제적 수준은 높게 될 필요가 있다.

실제로, 후기연소기 챔바를 완전히 삼키게 하는 계속적 불꽃을 따르게 되는 강한 점화는 기관이 첫째 가동된 후 일초 이하에서 이루어진다. 5초내에, 후기연소기의 하류의 촉매변환기의 전방면 적색열에 이르게 되고 후기연소기는 촉매의 과열을 막도록 꺼지게 된다.

그리하여 발명에서, 기관에 연료를 공급하는 중요성에도 불구하고 전체 방출량은 감소되는데 대기에 방출되기 전에 타지 않는 탄화수소와 바로 후기연소기가 작용하지 않고 후기연소기가 거지자마자 촉매변환기 자체가 방출된 배출기체를 정화하는 임무를 갖게 되기 때문이다. 종래 기술에서 반면에 처리되지 않은 기체는 탄화수소 방출량이 최악이고 전체 구동 사이클동안 주어진 방출량의 주 비율에 대한 고려가 있을때 기관작동의 대략 첫째 30초 동안 대기에 방출된다.

후기연소기에 도달하는 배출/공기 혼합물내 기체의 성질을 깊이 탐구하는 것이 발명을 명확히 이해하는데 도움을 준다. 풍부한 혼합물로 시작하는 동안 배출기체는 일산화탄소, 타지 않은 탄화수소와 수소와 이산화탄소, 질소와 물을 포함하는 희석 기체를 포함하는 연소성 성분을 포함한다. 배출기체내에 수소가 존재하는 것은 종래기술에서는 없었는데 존재하는 다른 기체에 대해 선호되어 보통 연소되는 것처럼 수소가 연소산물이 아니기 때문이다. 수소존재에 대한 이유는 기관 연소챔바 내부에서 풍부한 연소가 있은 후 고온과 고압하에서 연소산물이 다른 성분 중에서 물기체 작용으로 알려진 평형작용을 하는 증기가 일산화탄소의 혼합물을 포함한다.

이 과정에서 생긴 수소는 기관 배출 행정동안 기체가 방출될 때 온도와 압력이 팽창시 갑자기 떨어질때 후속적으로 얼려진다. 이 수소는 배출기체에 존재하고 그 농도는 풍부한 연소동안 만들어진 일산화탄소의 농도와 탄화수소 연료의 H/C 비율에 의존한다.

배출기체에서 연소성분 각각은 차거울때 점화될 수 있는 혼합물은 형성할 수 없는 임계농도(가연성 한계)를 갖는다. 공기가 배출기체와 혼합될때, 혼합물에 존재하는 산소는 점화될 수 있도록 각각의 연료성분에 독특한 임계농도에 도달해야 한다. 새공기가 배출기체 흐름에 첨가될 때 혼합물내의 연소성분의 농도는 낮춰지고 혼합물내 산소농도는 공기와 배출기체 사이에 분배되야 한다는 것을 명심해야 한다.

타지 않은 탄화수소와 일산화탄소 농도와 배출/공기 혼합물내의 산소농도에 관해 주위온도에서 점화될 수 있는 혼합물을 형성하도록 동시에 임계온도에 도달하도록 부가적 공기과 혼합되는 배출기체내 성분의 충분한 양을 극도로 풍부한 연료측정에서 조차 만들 수 없다. 이러한 이유로 해서 발명은 종래기술에서 이른 결과로부터 외삽법에 의해 이루어질 수 없다.

대신에 발명은 기관에 매우 풍부한 혼합물을 공급하므로서 충분한 양의 산소가 부가적 공기와 혼합될때 주위온도에서 수소에 대한 가연성 한계내에 있도록 수소와 산소농도를 동시에 이를 수 있는 배출기체내에 존재한다. 그러므로 종래기술의 작동지역을 회피하고 필요한 과도하게 풍부한 혼합물을 갑작스럽게 기관에 공급하므로서 후기연소기에서 바로 점화될 수 있다.

점화되며 종래기술과 본 발명의 후기연소기는 똑같이 효율적으로 성능을 수행하고 몇초내에 라이트오프 온도로 촉매변환기를 빨리 가열시킨다. 종래 기술과 발명 사이의 기본적 차이는 점화를 이루는데 사용된 메카니즘에 있다 .수소를 사용하므로서, 점화는 순간적이고 배출체계의 예열율에 의존하지 않는다. 더우기 0도 이하 온도를 포함하여 주위온도의 넓은 범위에 대해 효율적인 것이 실험에 의해 확인되었다.

기관에 공급되는 심한 연료 풍부도는 기관을 불균일하게 가열하고 기관 연소 챔바내에 탄소를 많이 쌓이게 한다. 그러므로 후기연소기에서 점화시키자마자 풍부도의 범위를 감소시키는 것이 선호되며 결과적인 수소와 산소농도는 안정된 불꽃이 유지되도록 각각 3%와 6% 훨씬 위에 유지되게 한다.

기관이 가동된 바로후 후기연소기의 점화를 발명이 이를 수 있으므로 기관의 크랭킹과 동시에 후기연소기가 작동될 수 있다. 그러나 크랭킹전에 과도하게 풍부한 혼합물로 기관을 측정하는 것이 필수적이 아니고 기관이 가동된 바로후 이것이 수행된다. 여분의 풍부한 혼합물은 기관의 가동을 간섭한다면 이것이 필요하다.

균일한 차지의 스파크로 점화되는 내연기관에서, 배출부에서의 과도한 산소는 기관에 과도하에 풍부한 혼합물을 공급하므로서 보장된다.

발명의 실현하는 방법은 층을 이루는 차지기관에 가해질때 약간 다르게 된다. 그러한 기관의 예제는 FORD PROCO 4 행정기관, ORBITAL 두 행정기관과 디젤기관 같은 연소챔바 안으로 연료가 직접 주입되는 것 같은 것이다.

차지층 이룸의 효과는 풍부하고 약한 혼합물 힘의 연소챔바 지역안에서 만들어진다. 풍부한 지역은 수소를 만드는데 책임이 있으며 약한 지역은 점화될 수 있는 혼합물을 형성하도록 수소와 혼합하는데 필요한 산소의 배출체계내 존재에 공헌한다. 그러한 기관에서, 배출체계안으로 부가적 공기를 주입하거나 혼합물을 풍부하게 하는데 필요하다고 증명되지 않는다. 그러나 연소챔바에서 공기 함유량을 감소시키기 위해 흡입부를 스로틀(throttle)시키는 것이 필요하다.

인-실린더로 주입된 두 행정기관에서 지연된 주입 타이밍은 연료를 배출체계에 직접 들어가게 하고 이 기술은 후기연소기가 가동된 후 방출된 열의 양을 증가시키는데 사용된다.

발명은 첨부된 도면을 참조로 예제로서 더 기술되겠다.

제1도는 공기가 공기흐름 미터(22)를 통해 공급되는 기관(12)를 도시하고 공기공급부는 나비 스로틀(24)에 의해 조절된다. 연료는 인젝터(20)에 의해 공기흐름 안으로 들어간다. 기관으로부터의 배출기체는 스파크 점화기(18)을 갖는 후기연소기(16) 앞에 있게 되는 두 브릭(brick)(10a 와 10b)로 만들어진 촉매변환기에 파이프(14)에 의해 안내된다. 공기가 펌프(30)에 의해 배출파이프(14) 안에 배출기체 흐름에 첨가되고 부가적 공기흐름은 밸브(32)에 의해 조절된다.

보통 작동중, 기관은 공기비율에 화학량론적 연료로 가동되고 어떤 연료도 배출흐름에 첨가되지 않는다. 후기연소기(16)은 비효율적이고 세방향 촉매변환기는 보통방법으로 배출기체를 청소하는 것이 만족스럽게 작동한다. 변환기내의 화학적 작용이 라이트/오프 온도에 도달한 변환기에 의해 시작되며 변환기내에서 발생하는 발열작용에 의해 도움을 받는 배출기체의 온도는 후기연소기로부터의 도움없이 정확히 작동하도록 하는 알맞게 높은 온도에 변환기를 유지시키는 역할을 한다.

후기연소기(16)의 목적은 촉매변환기(10a, 10b)의 라이트오프시간을 감소시키는 것이다. 가동중 배출기체 흐름이 연소성 성분을 포함하도록 인젝터(20)를 통해 과도한 연료를 주입하므로서 기관은 움직이고 부가적 공기가 연소성 혼합물을 형성하도록 이성분과 혼합되게 펌프(30)에 의해 주입되고 후기연소기(16)에서의 스파크 점화기(18)은 변환기 브릭(10a)를 가열하는 불꽃을 만들도록 혼합물을 점화시킨다. 발명은 후기연소기(16)내의 혼합물이 기관이 첫째 가동된 후 될 수 있으면 빨리 점화되도록 하기 위해 부가적 공기와 과도한 연료를 제어하는데 관련된다.

제2도는 후기연소기내 수소와 산소의 농도가 배출체계와 기관에 함께 공급된 전체적 공기대 연료혼합물과 기판만에 공급된 공기대 연료혼합물과 함께 변하는지를 나타내는 지도를 보여준다. 지도의 수직축은 기관에 공급된 풍부한 혼합물의 범위를 나타내며 배출부에서의 부가적 공기가 전체공기대 연료의 화학적 균형에 포함될때 전체적인 혼합물의 범위를 수평축의 오른쪽 측부가 나타낸다. 후기연소기는 수소, 일산화탄소가 탄화수소의 모든 연소기체와 작용하도록 후기연소기내에 과도한 공기가 있도록 수직축의 오른쪽 측부의 지역내에서 항상 작동되야 한다.

제2도의 지도에서, 후기연소기와 기관의 다른 작동조건에서 후기연소기내의 균일한 수소농도가 그려진 선이 있다. 후기연소기내의 균일한 탄화수소와 균일한 일산화탄소의 선은 이 지도에서 그려질 수 있으나 생략되었다. 이산화탄소, 질소와 물의 타지 않는 희석액과 함께 일산화탄소와 탄화수소의 가연성 부분을 포함할때 주위온도에서 배출/공기 혼합물의 가연성을 결정하도록 주기준으로서 수소와 산소의 존재를 발명은 식별하게 한다. 차가운 연소폭탄에서의 정지조건하에서 혼합된 후 점화하려 하고 다른 작동조건하에서 후기연소기로부터 배출/공기 혼합물 샘플을 수집하므로서 지도에서 그늘진 지역을 경계짓는 제한하는 곡선(가연성 경계)이 식별되며 배출/공기 혼합물이 주위 온도에서 이상적 조건하에서 점화될 수 있다.

제2도로부터 배출/공기 혼합물의 점화성을 위한 최소조건은 수소농도가 예를 들어 지점 C에서 부피로 6%를 산소농도가 넘는 동시에 부피로 3%를 수소농도가 넘어야 한다는 것이다. 종래 기술을 사시도로 볼때 작동지점 A는 배출체계에서 열작용을 이루기 위해 사용되는 것이며 지점 B는 배출기체가 뜨겁고 작용하도록 유지될때 후기연소기를 점화하도록 사용되는 것이다. 이 지점의 어느 것도 배출기체의 찬 점화를 지지하지 않는다. 심지어 지점 C도 실제로 찬 점화를 지지하지 않는데 재래식으로 설계된 후기연소기에서 이상적 혼합물 조건보다 적기 때문에 실제기관에서는 신뢰성 있는 찬 점화를 이루기 위해 지점 D(수소농도 5%를 넘고 전형적으로 6%인)에 의존해야 한다.점화가 일어나면 지점 C에 가까운 지점으로 복귀하도록 연료 농축도를 감소시킬 수 있으나 이것이 불꽃을 꺼지게 할때 가연성 한계에 너무 가까와 만족스럽게 작동할 수 없다.

제2도의 지도에 표시된 공기대 연료비율의 절대값은 연료의 화학량에 따라 다른 연료에 대해 다르게 된다. 그러나 주위온도에서 후기연소기내 안정된 연소와 신뢰성있는 점화를 위해 필요한 수소와 산소농도의 절대값은 사용된 탄화수소 연료의 형태에 불구하고 같게 남아있는다.

발명에 의해 이루어진 개선점은 법적인 구동사이클의 가동단계중 전체 방출량이 기관에 공급된 증가하는 연료대 공기비율에 대해 그려지며 제2도의 다른 작동지점 A에서 D가 그래프에 그려지는 제3도의 그래프에 의해 잘 도시된다. 혼합물이 A에서 B 그리고 C로 농축될 때 법적 구동사이클의 제1의 20초간 아이들 주기후 기관이 부하를 받게되는 후까지 후기연소기를 점화하는데 성공하지 못한다. 이 기간을 통해 처리되지 않은 배출기체는 대기로 계속 방출되며 포함된 탄화수소의 농도는 증가하는 연료농축도와 함께 증가한다. 배출기체에 존재하는 수소농도가 후기 연소기내 이상적 혼합물 조건보다 적은 것을 극복하기 충분한 특정 임계값까지 혼합물이 더 농축된다면 즉각적인 점화가 가능하나 연소는 불안정해진다. 이 임계값이 예를 들어 지점 D에서 안전하게 넘겨지는 것을 보장하므로서 즉각적 점화와 안정된 연소가 존재하는 수소의 훨씬 높은 농도에 의해 보장되며 대기예의 방출량은 촉매변환기의 라이트-오프전 방출량을 처분하는 후기연소기에서의 연소결과 매우 빨리 감소된다. 라이트-오프후, 촉매변환기는 배출기체를 정화하는 임무를 가진다. 후기연소기 또는 촉매변환기 어느 것도 작동하지 않을때 임계주기는 최소로 감소된다.

수소에 의해 점화의 다른 매카니즘에의 전이를 신호하는 제3도에 도시된 급작스런 변화가 있게 되는 지점까지 종래기술은 결코 나아가지 못했다. 점화를 위해 수소에 의해 행해진 중요한 역할과 이것을 이루기 위해 넘어져야만 하는 임계 조건을 이해하지 않고 연료농축의 분명한 증가로 종래기술을 단계적으로 보삽하는 것은 방출량을 증가시키며 기관의 거친 가동과 심하게 검랭을 일으키는 것을 연장시킨다. 이것은 차례로 심각한 구동성 문제를 야기하지 않고 전체 법정 구동사이클에 대해 허용된 한계를 넘도록 최초 단계에서 동안 충분한 방출량을 갖지 않게 한다. 모든 이 인자는 본 발명에서 선호된 실시예는 짧은 기간동안에만 필요한 과도하게 농축된 혼합물에의 크고 갑작스런 회유를 요구하고 이것은 종래 기술의 단점을 없애는 후기연소기내에 바로 점화될 수 있는 혼합물을 만든다.

Claims (15)

1. 촉매변환기 상류에 배열된 후기연소기를 갖고, 탄화수소연료를 가진 연소가능한 차지(charge)를 연소하는 기관으로부터 상온시동중 전체적인 배출가스의 감소방법에 있어서, 후기 연소기가 주위온도에 가까운 온도에 있을 때, 후기연소기내에서 배출가스/공기혼합물이 점화가능하고 정상상태 불꽃으로 연소가능하기 위하여, 기관이 점화된 직후에, 충분한 농도를 가진 수소 및 산소의 배출가스/공기혼합물내에 기관의 배출가스가 존재하도록, 과도한 연료를 기관내에서 연소가능한 차지에 가하고, 공기를 가하며, 기관이 점화된 직후 후기연소기내의 배출가스/공기 혼합물을 점화하는 단계로 구성되는 배출가스의 감소방법.
2. 제1항에 있어서, 촉매변환기 매트릭스의 최소한 일부분이 라이트오프 온도에 도달할때까지, 후기연소기내부에서 정상상태의 불꽃을 유지하도록 후기연속기내부에서 점화가 일어난 후, 과도한 연료 또는 부가적 공기를 변화시켜 배출가스/공기 혼합물이 제어되는 배출가스의 감소방법.
3. 제1항에 있어서, 점화시 또는 점화직전에 배출가스/공기 혼합물의 수소함량이 부피로 5%를 넘고, 산소농도가 부피로 최소한 6%인 배출가스의 감소방법.
4. 제3항에 있어서, 점화후에, 배출가스/공기 혼합물의 수소 농도가 부피로 3%이상 유지되면서 감소되고, 산소농도가 부피로 6% 이상 유지되는 배출가스의 감소방법.
5. 제3항에 있어서, 저농도갑과 고농도값 사이에서 수소농도가 급작스럽게 바뀌도록, 연료공급이 변화되는 배출가스의 감소방법.
6. 제1항에 있어서, 후기연소기내부의 불꽃이 유지되는 시간동안, 점화소스가 연속적으로 작동되는 배출가스의 감소방법.
7. 제1항에 있어서, 크랭킹되는 동안 과도한 연료가 기관에 공급되고 충분한 공기가 배출가스에 가해지는 배출가스의 감소방법.
8. 제1항에 있어서, 기관이 첫째 가동될 때, 크랭킹후에만 과도한 연료가 기관에 공급되고 충분한 공기가 배출가스에 가해지는 배출가스의 감소방법.
9. 제3항에 있어서, 촉매변환기 내부의 촉매작용이 개시되도록 정해진 충분한 시간후에, 후기연소기 내부의 불꽃이 꺼지는 배출가스의 감소방법.
10. 제1항에 있어서, 기관은 균일한 차지로 스파크점화되는 내연기관이고, 과도한 공기가 배출공기흐름에 직접 첨가되고 기관에 과도하게 농후한 균일혼합물을 공급하여, 배출가스내에 수소가 존재하는 배출가스의 감소방법.
11. 제1항에 있어서, 기관은 층을 차지로 작동하는 기관이고, 차치층 형성이 과도하게 농후하고 또 덜 농후한 혼합물농도를 가진 연소챔바 영역내에서 이루어지며, 전자는 수소를 발생시키고,후자는 점화가능한 혼합물을 형성하는데 필요한 산소의 배출체계내에 존재하도록 하는 배출가스의 감소방법.
12. 제11항에 있어서, 연소챔바안으로 직접연료를 주입하므로서 차지층형성이 이루어지는 배출가스의 감소방법.
13. 제1항에 있어서, 기관이 스파크점화기관인 배출가스의 감소방법.
14. 제1항에 있어서, 기관이 압축점화기관인 배출가스의 감소방법.
15. 제1항에 있어서, 기관이 2행정기관인 배출가스의 감소방법.