JP2000512710A - 内燃機関の排気ガスをろ過するための装置と方法、およびそのような装置を装備したビークル - Google Patents

内燃機関の排気ガスをろ過するための装置と方法、およびそのような装置を装備したビークル

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Abstract

(57)【要約】 静電ろ過手段(20)を装備した静電ろ過室(10)と、一端でろ過室(10)の入口(11)と流体連絡し、ガスをろ過室(10)に供給するライン(13)とを含み、供給ライン(13)の他端が開口(14)を備え、開口(14)の入口開口部が、排気ガスの進入、および排気ガスを冷却するための周囲空気の流れの進入を可能にするようになされた、内燃機関の排気ガスをろ過するための装置(1)。この装置では、ガスおよび空気の流れを引き込む手段(16)がろ過室(10)の出口(12)の下流に取り付けられ、排気ガスと空気との混合物を前記ろ過室(10)に入らせ、ろ過されたガスを環境中に放出し、また混合物から出る粗い固体粒子および液滴用のフィルタ(19)がろ過室(10)の静電ろ過手段(20)の上流に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の排気ガスをろ過するための装置と方法、およびそのような装置を装備 したビークル 本発明は、内燃機関の排気ガスから汚染成分、または固体、液体、もしくは気 体の不純物を除去する方法に関する。 特定の非限定的用途は、ディーゼル機関の排気ガスの浄化である。 内燃機関の排気ガスをろ過するためのたいへん多くの方法と装置が過去に提案 されている。 特に、英国特許出願公開923431A号から、固体、液体、および気体の不 純物をそれらが運ばれる高温ガスの流れから除去する方法が知られている。この 方法は、気体不純物のうち最も低い沸点を有する成分の凝縮点よりも低い温度ま でガスの流れが冷却されるような量および条件で低温の清浄な空気をガスに加え ることからなるステップを含む。これは、気体不純物を形成する個々の成分が順 次凝縮して液滴を形成し、この液滴が気体の流れにも含まれている液体および固 体の不純物上に堆積 し、その結果より大きいサイズの粒子が形成されることを意味する。その結果得 られた液体および固体の粒子は、次に分離室でガスの流れから分離される。 内燃機関に応用する場合は、低温の清浄な空気の流れを加える前に、高温ガス の流れを予め熱交換器中で循環させて冷却し、また分離室を電気フィルタから構 成する。 また、欧州特許出願公開第0346803A号から、ディーゼル機関の排気ガ スからすすおよび凝縮可能な揮発性成分を連続的に除去するための方法が知られ ている。この方法では、ディーゼル機関からの高温排気ガスを二つの熱交換器に 交互に通すと、すすおよび気体の凝縮可能な揮発性成分の一部が熱交換器の表面 上に付着する。冷却され、すすおよび凝縮可能な成分の残部を含んだ排気ガスは 、次に粗粒子分離器またはセラミックフィルタ中に入り、次に本発明の一実施形 態では、静電分離装置を通過する。一方の熱交換器がすすおよび凝縮可能な成分 で部分的にまたは完全に詰まったとき、その熱交換機は燃焼によって加熱されて 掃除され、一方高温ガスは他方の熱交換器を通過することによって浄化される。 そのようなろ過方法および装置は比較的複雑であり、したが って費用がかかり、実施があまり容易でない。 本発明はこれらの欠点を克服することを目的とする。 特に、本発明は、単純かつ実施が容易であり、同時に少なくとも既存の技術と 同じくらい効率的であるろ過技術を提案する。本発明はまた、小型でありかつど んなモータビークルにも適応できるろ過装置を提案する。 これを行うために、本発明は一般に、静電ろ過手段を装備した静電ろ過室と、 一端でろ過室の入口と流体連絡し、排気ガスをろ過室に供給するラインとを含み 、供給ラインの他端が開口を備え、この開口の入口開口部が、排気ガスの進入、 および排気ガスの温度を下げるための周囲空気の流れの進入を可能にするように なされた、内燃機関の排気ガスをろ過するための装置であって、排気ガスおよび 空気の流れを引き込むための吸気手段がろ過室の出口の下流に装着されかつこの 出口と流体連絡して、排気ガスと空気との混合物を前記ろ過室に入らせ、ろ過さ れたガスを環境中に放出すること、ならびにその混合物から出る粗い固体粒子お よび液滴用のフィルタがろ過室の前記静電ろ過手段の上流に装着されることを特 徴とする装置を提案する。 機械的フィルタ、静電ろ過手段、およびこれらのものの中に 高温排気ガスと周囲冷却空気との混合物の引き込むステップの組み合わせにより 、これらの排気ガスを特に効率的かつ単純な方法でろ過することが可能になる。 さらに、結果として得られる装置は、小型でありかつ使用しやすい。 より具体的には、吸気手段は、高温排気ガスと周囲冷却空気との混合物を供給 ライン中に進入させ、この混合物を一定の流量でろ過室に入れることを可能にす る。 さらに、排気ガスは効率的に冷却され、したがって静電ろ過手段に損傷を与え ることがない。 さらに、機械的フィルタは、特にそれが衝突タイプのフィルタで構成されてい る場合、静電ろ過手段の吸気領域全体にわたってほぼ一定の圧を得ることを可能 にする。 固体粒子および液滴用の別のフィルタがろ過室の静電ろ過手段の下流に装着さ れることが好ましい。このようにすると、静電ろ過手段での排気ガスの処理が、 これらの手段の有効容積全体で、負荷損現象を引き起こしうる無効容積なしに行 われる。 また、活性炭フィルタがろ過室の前記他のフィルタの下流に装着されているこ とが好ましい。 逆流および乱流現象を防止するために、排気ガス供給ライン の開口は、壁に穴が穿孔されていることが好ましい円錐状ノズルを備えている。 好ましい実施形態では、ろ過手段は二つまたはそれ以上のろ過段を備える。 本発明はまた、周囲空気を加えることによって排気ガスを冷却するステップと 、および静電ろ過手段を装備したろ過室でこれらの排気ガスをろ過するステップ とからなる、内燃機関の排気ガスをろ過する方法であって、排気ガスと周囲空気 の流れをろ過室に引き込むステップと、静電ろ過手段の上流に配置された、粗い 固体粒子および液滴用のフィルタによって排気ガスと周囲空気との混合物をろ過 するステップとからなることを特徴とする方法を提案する。 固体粒子および液滴用の別のフィルタによって静電ろ過手段から来た排気ガス と周囲空気との混合物もろ過されることが有利である。 また、活性炭フィルタによって他のフィルタから来た排気ガスと周囲空気との 混合物がろ過されることが好ましい。 最後に、本発明は、上記で定義したようなろ過装置を装備したモータビークル を提案する。 供給ラインは、排気消音箱の出口にか、または内燃機関の排気マニホールドの 出口に直接接続でき、また対応する出口を受けるようになされた手段を備える。 さらに、ろ過装置は、ビークルのトランクかまたはエンジン区画に設置できる 。 本発明の他の目的、特徴、および有利な点は、添付の図面に関して行った以下 の説明から明らかになろう。 第1図は、本発明の一実施形態に基づくろ過装置の基本図である。 第2図は、第1図の装置を装備したモータビークルを示す図である。 第1図および第2図に示した内燃機関排気ガスをろ過するための装置1は、入 口11と出口12とを有するろ過室10を備える。 排気ガスおよび周囲の低温または冷却空気を供給するためのライン13の一端 は入口11に接続されている。供給ライン13の他端は開口を備えており、この 開口の入口開口部は、内燃機関から来た排気ガスならびに周囲冷却空気の流れを 供給ライン中に進入させる。 この場合、この開口は、第2図に示すように、モータビークル2の排気消音箱 15の出口開口部を受ける円錐状ノズル14からなる。 再び第1図を見ればわかるように、円錐状ノズル14は、その最も広い部分で は、排気出口に付着せずかつ排気出口をふさがないように排気出口の軸に配置さ れており、またその狭い部分では、供給ライン13のダクトに接続されている。 ここで、他の実施形態では、供給ライン13は、内燃機関の排気マニホールド の出口で排気ガスを直接吸い込むように装着できることに留意されたい。 さらに、排気ガスおよび周囲冷却空気の流れの供給ライン13への進入を改善 し、またろ過装置1の起こりうる詰まりの場合に排気ガスの環境への放出を可能 にするために、ノズル14の壁、および必要であれば、供給ライン13のダクト の最初の部分に穴を穿孔することができる。 より一般的には、排気ガスおよび周囲冷却空気の流れが容認できる形で供給ラ イン13に進入できるならば、他の入口構造も使用できる。 実際には、供給ライン13の入口開口部は、排気ガスの対応 する出口開口部の断面積の2倍の断面積を有し、ビークルの後部か、またはビー クルの前部の方を向いている。 吸気手段16、この場合モータタービンは、ろ過室10の下流に装着され、出 口12と流体接続している。吸気手段16は、ビークル2のバッテリに接続され た電気モータ17によって駆動される。 装置1によってろ過された排気ガスは、吸気手段16と流体接続した放出ライ ン18を介して大気中に放出される。 吸気手段16は、周囲空気、すなわち排気ガスの外側にあり、これらの排気ガ スを冷却しかつ以下で説明するろ過室10の静電ろ過手段に損傷を与えないため に十分な量の周囲空気を取り込むために、減圧によって動作する。さらに、これ らの吸気手段16は、ろ過装置1に沿ってずっと一定の流量を有するように作動 する。実際には、動作中、排気ガスの量とほぼ同じ量の周囲空気が供給ライン1 3に進入する。 ビークルが停止したとき(アイドリング状態)、空気は、排気ガスの放出より 大きい速度および量で供給ライン13に進入する。 さらに、排気ガスは、実際には100℃より低い温度にまで、 好ましくは80℃に等しいかまたはそれより低い温度にまで冷却される。 ろ過室10は、入口11の後に、粗い固体粒子(小さいおよび中くらいの粒子 サイズ)および液滴のためのフィルタ、ならびに金属ケーシングと非常に目の細 かい複数の層とを備えるフィルタ、または衝突タイプのフィルタを備える。 上記の静電ろ過手段20は、この場合、特に効果的なろ過を得るために二段ろ 過手段である。 より正確には、静電ろ過手段20は、 電界を維持することによって、1ミクロンの100分の1程度の粒子を静電的 に帯電させることを可能にするイオン化区画または二段イオン化装置と、 交番する正と負の符号を帯びる極板からなり、前記イオン化区画から来た微小 粒子を分離し保持することができる、大きい蓄積容量を有する二重区画収集セル と を備える。 これらの静電ろ過手段20は、モータビークル2のバッテリに接続された電力 供給モジュール(図示せず)によって数千ボルト程度の電圧を発生させる。 さらに、フィルタ19と同じのタイプの第二フィルタ21がろ過室10の静電 ろ過手段20の下流に装着される。 金属フィルタ21は、主として、静電ろ過手段20が飽和状態の場合、または 、たとえば固体粒子の蓄積物が収集セルまたは捕獲セルのプレートから分離し、 排気ガスと空気の流れによって運ばれる場合に介在する。金属フィルタ21はま た、以下で説明する活性炭フィルタ23の上流に設置されるので安全機能を有す る。 この点で、フィルタ19は、混合物が一定の圧で静電ろ過手段20の入口領域 全体に進入するようにし、一方フィルタ21は、静電ろ過が静電ろ過手段20の 容積全体にわたって実施されるようにすることを可能にすることに留意されたい 。換言すれば、これら二つのフィルタ19および21を使用すれば、ろ過室10 の入口11と出口12が狭くなっているために生じる負荷損の有害な影響がなく なる。 フィルタ19、21と静電ろ過手段20とによって保持された不純物を回収す るために、残留物容器22がろ過室10上に装着される。 最後に、活性炭フィルタ23がろ過室10のフィルタ21と 出口12との間に装着される。このフィルタは、ガス吸込みによる最終ろ過、特 に排気ガスの固体粒子によって吸い込まれない悪臭のあるガスの吸込みを実施す るためのものである。 ろ過室10は、もちろん、洗浄によってフィルタを掃除できるように、または フィルタを交換できるようにアクセス可能な形で製造されている。 第2図に示すように、ろ過装置1は、図示されていないアセンブリ手段を用い てモータビークル2のトランク内に設置される。 そのような装置のおかげで、一般に冷却前に400℃よりも高い温度を有する 排気ガスは、ろ過室10に入る前に効率的な形で冷却される。 たとえば、ディーゼル機関の場合、フィルタ19は、特に、排気ガス中に含ま れる油性ミストおよび乳濁液と共に炭素質粒子、無機塩類、および他の粗いダス トを保持し、また外部の周囲空気から来る水滴および他のディーゼル燃料発散物 を保持する。 この点で、本発明のろ過装置1は、ろ過装置が装着されているモータビークル 2の排気ガスだけでなく、汚染排出物を含ん だ周囲空気をもろ過することに留意されたい。 特に、この装置は、その構造のおかげで、どんなモータビークルであっても、 モータビークル(車、ボートなど)の内燃機関の始動時から停止時まで、エンジ ンにチョークをかけることなく、低速ならびに高速で効率がよい。 本発明のろ過装置はまた、ガソリン機関の場合に、特にそれらの排気ガス中に 含まれる鉛粒子をろ過して除くために特に有利であることがわかる。 本願は、もちろん、選択し、提示した実施形態に限定されるものではなく、当 業者の能力の範囲内でどんな変形形態をも包含する。 特に、吸気手段16は、伝動ベルトを介して、内燃機関によって駆動させるこ ともできる。吸気手段16はまた、モータタービンの代わりに、モータ駆動遠心 ファンまたは抽出装置から構成することもできる。 静電ろ過手段の飽和を示すための表示ランプを備えた電気回路を備えることも できる。活性炭フィルタ23の飽和を示す同様の回路を備えることができる。 フィルタ21はまた、フィルタ19とは異なるものにするこ とができ、特に、より目の細かい網を備えることができる。また、フィルタ19 や21などのフィルタを静電ろ過手段20の二つの段間に備えることができる。 この点で、本発明の乾式ろ過装置1は、フィルタを選択することによって、どん な内燃機関にも適合でき、排気ガスの汚染物質の大部分が前記装置によって保持 されることを保証することに留意されたい。さらに、単一フィルタ19の代わり に衝突タイプのフィルタと別のフィルタの組み合わせを備えることができる。 さらに、ミキサプレートを入口11とフィルタ19の間に取り付けることもで きる。 さらに、静電ろ過手段の構成要素の構造および配置を異なるもの(複数のろ過 セルを並置する、段の数を機関の容積に従って選択するなど)にすることができ る。 最後に、吸気手段は、周囲空気の吸気を調整するためにビークルの加速システ ムに結合することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, US,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.静電ろ過手段(20)を装備した静電ろ過室(10)と、一端でろ過室(1 0)の入口と流体連絡し、ろ過室(10)に排気ガスを供給するライン(13) とを含み、供給ライン(13)の他端が開口(14)を備え、開口(14)の入 口開口部が、排気ガスの進入、および排気ガスの温度を下げるための周囲空気の 流れの進入を可能にするようになされた、内燃機関の排気ガスをろ過するための 装置(1)であって、排気ガスおよび空気の流れを引き込むための吸気手段(1 6)が、ろ過室(10)の出口(12)の下流に取り付けられ、この出口(12 )と流体連絡して、排気ガスと空気との混合物を前記ろ過室(10)に入らせ、 ろ過されたガスを環境中に放出すること、ならびにその混合物から出る粗い固体 粒子および液滴用のフィルタ(19)がろ過室(10)の前記静電ろ過手段(2 0)の上流に取り付けられることを特徴とする装置。 2.前記フィルタが衝突タイプのフィルタであることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の装置。 3.粗い固体粒子および液滴用の他のフィルタ(21)がろ過 室(10)の静電ろ過手段の下流に取り付けられることを特徴とする請求の範囲 第1項または第2項に記載の装置。 4.前記他のフィルタが衝突タイプのフィルタであることを特徴とする請求の範 囲第3項に記載のろ過装置。 5.活性炭フィルタ(23)がろ過室(10)の前記他のフィルタ(21)の下 流に装着されていることを特徴とする請求の範囲第3項または第4項に記載のろ 過装置。 6.静電ろ過手段が二つまたはそれ以上のろ過段を備えることを特徴とする請求 の範囲第1項から第5項のいずれか一項に記載のろ過装置。 7.供給ライン(13)が排気消音箱(15)の出口、または内燃機関に接続さ れた排気マニホールドの出口を受けるようになされた手段(14)を備えること を特徴とする請求の範囲第1項から第6項のいずれか一項に記載のろ過装置。 8.前記受ける手段が、排気消音箱の出口または排気マニホールドの出口を受け るための最も広い部分を有する円錐状ノズルを備えることを特徴とする請求の範 囲第7項に記載の装置。 9.円錐状ノズルの壁に穴が穿孔されることを特徴とする請求の範囲第8項に記 載のろ過装置。 10.排気ガスが、100℃より低い温度にまで、好ましくは80℃に等しいか またはそれより低い温度にまで冷却されることを特徴とする請求の範囲第1項か ら第9項のいずれか一項に記載のろ過装置。 11.モータビークルに取り付ける手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項から第10項のいずれか一項に記載のろ過装置。 12.周囲空気を加えることによって排気ガスを冷却するステップと、静電ろ過 手段を装備したろ過室(10)でこれらの排気ガスをろ過するステップとからな る、内燃機関の排気ガスをろ過する方法であって、排気ガスと周囲空気の流れを ろ過室に引き込むステップと、静電ろ過手段の上流に配置された粗い固体粒子お よび液滴用のフィルタによって排気ガスと周囲空気との混合物をろ過するステッ プとからなることを特徴とする方法。 13.静電ろ過手段から来た排気ガスと周囲空気との混合物も粗い固体粒子およ び液滴用の他のフィルタによってろ過されることを特徴とする請求の範囲第12 項に記載の方法。 14.他のフィルタから来た排気ガスと周囲空気との混合物も活性炭フィルタに よってろ過されることを特徴とする請求の範 囲第13項に記載の方法。 15.請求の範囲第1項から第11項のいずれか一項に記載のろ過装置(1)を 装備したモータビークル(2)。
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