JP2007511699A - Exhaust converter for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

転換すべき排気のための少なくとも1つの入口開口部(14)と、転換された気体のための少なくとも1つの出口開口部(15)とを備え、転換システム(11)を含むハウジング(13)を具備する内燃機関の排気コンバータ(10)において、前記転換システムが、繊維(30)より成る複数のパネル(12)を具備し、前記繊維は、触媒活性の金属(33)を担持する酸化物層(32)により被覆された金属コア(31)を具備し、前記複数のパネルは、互いに実質的に平行な縁部の一方を前記入口開口部に対面させ、他方を前記出口開口部に対面させるよう配置されており、かつ、金属スペーサ(41、41';51、51';62;70)によって間隔を置いて保持されていることを特徴とする。  A housing (13) comprising at least one inlet opening (14) for the exhaust to be converted and at least one outlet opening (15) for the converted gas and comprising the conversion system (11) In an internal combustion engine exhaust converter (10), the conversion system comprises a plurality of panels (12) made of fibers (30), the fibers being oxide layers carrying catalytically active metal (33). (32) having a metal core (31) covered by the plurality of panels, wherein the plurality of panels have one of their substantially parallel edges facing the inlet opening and the other facing the outlet opening. And is held at intervals by metal spacers (41, 41 ′; 51, 51 ′; 62; 70).

Description

本発明は、内燃機関のコンバータに関し、特に、内燃機関の排気を酸化するために用いることのできる装置に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine converter, and more particularly to an apparatus that can be used to oxidize the exhaust of an internal combustion engine.

内燃機関の排気には、一酸化炭素、未燃の炭化水素のような完全に酸化していない気体が含まれており、こうした気体は環境汚染源となる。現在、例えば、内燃機関の下流に設けられ上記未燃の気体を完全に酸化するためのコンバータなど、こうした排気の削減のためのシステムの採用が規則で求められている。   The exhaust of internal combustion engines contains gases that are not completely oxidized, such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons, and these gases are a source of environmental pollution. At present, it is required to adopt such a system for reducing exhaust gas such as a converter provided downstream of an internal combustion engine for completely oxidizing the unburned gas.

米国特許第5294411号明細書US Pat. No. 5,294,411 国際特許公開WO97/02092号明細書International Patent Publication No. WO97 / 02092

米国特許第5294411号には、螺旋状に巻いたハニカム構造体を具備する排気処理装置が開示されている。前記構造体は、セラミック担体または金属担体上に触媒により活性化している連続表面を有している。排気は前記構造体が形成する互いに平行で、かつ流れ方向に平行な多数の通路内を直線状の経路に沿って流れる。この種の装置には、本質的に2つの問題がある。第1に、気体に接触する、螺旋を展開した状態に対応する全表面積がそれほど広くなく、装置の体積に対する触媒を塗布する幾何学的表面積の比率が有利ではない。第2に、通路の真っ直ぐな形状によって、構造体を流れるガスの流れは主として層流となり触媒を最適に活用できない。   U.S. Pat. No. 5,294,411 discloses an exhaust treatment apparatus having a honeycomb structure wound spirally. The structure has a continuous surface activated by a catalyst on a ceramic or metal support. Exhaust gas flows along a straight path in a number of passages formed in parallel by the structure and parallel to the flow direction. There are essentially two problems with this type of device. First, the total surface area corresponding to the unfolded state of the spiral in contact with the gas is not very large, and the ratio of the geometric surface area to apply the catalyst to the volume of the device is not advantageous. Second, due to the straight shape of the passage, the gas flow through the structure is mainly laminar and the catalyst cannot be utilized optimally.

国際特許公開WO97/02092号に開示の排気処理装置は、穴あき金属板または金属網を、好ましくはアルミニウムまたはジルコニア製の多孔質セラミック層で被覆し、これを触媒前駆体の溶液または懸濁液に浸漬させて形成されている。しかしながら、この例でも、利用できる触媒表面はそれ程広くなく、従って、転換効率は限られたものとなってしまう。従って、本発明の目的は、上述の欠点のない排気用のコンバータを提供することを目的とする。   An exhaust treatment device disclosed in International Patent Publication No. WO 97/02092 comprises a perforated metal plate or metal mesh coated with a porous ceramic layer, preferably made of aluminum or zirconia, which is a catalyst precursor solution or suspension. It is formed by immersing in. However, even in this example, the catalyst surface that can be used is not so wide, and therefore the conversion efficiency is limited. Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust converter that does not have the above-mentioned drawbacks.

上記目的は、転換すべき排気のための少なくとも1つの入口開口部と、転換された気体のための少なくとも1つの出口開口部とを備え、転換システムを含むハウジングを具備した内燃機関の排気コンバータにおいて、前記転換システムが、繊維より成る複数のパネルを具備し、前記繊維は、触媒活性の金属を担持する酸化物層により被覆された金属コアを具備し、前記複数のパネルは、互いに実質的に平行な縁部の一方を前記入口開口部に対面させ、他方を前記出口開口部に対面させるよう配置されており、かつ、金属スペーサによって間隔を置いて保持されていることを特徴としたコンバータによって達成される。   The object is in an exhaust gas converter of an internal combustion engine comprising at least one inlet opening for the exhaust to be converted and at least one outlet opening for the converted gas and comprising a housing containing the conversion system The conversion system comprises a plurality of panels of fibers, the fibers comprising a metal core coated with an oxide layer carrying a catalytically active metal, wherein the plurality of panels are substantially each other. By a converter characterized in that one of the parallel edges is arranged to face the inlet opening and the other is faced to the outlet opening and is held at a distance by a metal spacer Achieved.

本発明の金属製パネルは、触媒によって機能し、周知の穴あき金属板または金属網に比べて接触面積が格段に高くなっている。更に、複数のパネルと複数のスペーサとを備えた本発明の構成では、コンバータ内で乱流が発生して、気体は、入口から出口へ流動する間に、前記パネルを少なくとも部分的に通過する。この特徴により、気体の流れと触媒との接触が著しく改善され、本発明によるコンバータの転換効率、特に酸化効率が著しく改善される。   The metal panel of the present invention functions by a catalyst, and has a contact area much higher than a known perforated metal plate or metal net. Furthermore, in the configuration of the present invention comprising a plurality of panels and a plurality of spacers, turbulence occurs in the converter and the gas passes at least partially through the panels while flowing from the inlet to the outlet. . This feature significantly improves the contact between the gas flow and the catalyst and significantly improves the conversion efficiency, in particular the oxidation efficiency, of the converter according to the invention.

本発明によるコンバータの利点および特徴は、添付図面を参照して以下に説明する限定的ではない幾つかの実施形態から当業者に明らかとなろう。   The advantages and features of the converter according to the invention will become apparent to the person skilled in the art from several non-limiting embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、複数のパネル12を具備した転換システム11を備えた本発明のコンバータ10の分解図である。コンバータ10は、周知のように、内燃機関からの処理すべき排気のための少なくとも1つの入口開口部14と、システム11により処理された気体のための出口開口部15とを有したハウジング13を具備している。パネルは、好ましくは、金属部材16(図1には不図示)によって囲繞されている。この金属部材は、適当な手段、例えば機械的にかしめる(crimping)こと、によりパネルの縁部に固定されたフレームを形成する。このフレームは、熱サイクル(該パネルを酸化し機能化するための熱処理、および、内燃機関下流での作動による熱サイクル)の間、パネル12を平坦に保持すると共に、パネル側縁における繊維の損失を防止する。コンバータ10は、出口15の周縁部にフランジ(図示せず)を備えていてもよい。   FIG. 1 is an exploded view of a converter 10 of the present invention having a conversion system 11 having a plurality of panels 12. The converter 10, as is well known, includes a housing 13 having at least one inlet opening 14 for the exhaust to be processed from the internal combustion engine and an outlet opening 15 for the gas processed by the system 11. It has. The panel is preferably surrounded by a metal member 16 (not shown in FIG. 1). The metal member forms a frame that is secured to the edge of the panel by suitable means, such as by mechanical crimping. This frame holds the panel 12 flat during thermal cycling (heat treatment to oxidize and functionalize the panel and thermal cycling downstream of the internal combustion engine) and fiber loss at the panel side edges. To prevent. The converter 10 may include a flange (not shown) at the peripheral edge of the outlet 15.

本発明によれば、システム11は、金属製スペーサにより所望距離を以て離間配置された複数のパネル12を具備している。この距離が約1〜約4mmの範囲にあるとき、良好な結果が得られた。この距離が1mmより小さいと、パネルの充填が詰まりすぎて、圧力低下が高くなり過ぎる。他方、上記距離が大き過ぎると集成体のパネル12の数、および、ガス処理に関与する触媒面が減ってしまい、更に、パネル間の距離が大き過ぎると、気流中の乱流生成効果が低減し、少なくともシステム11を横断する気体の一部が、パネル12に設けられた触媒に接触することなく通過してしまう欠点がある。隣接するパネル間の距離の最適値は、約2mm〜3mmである。   In accordance with the present invention, the system 11 comprises a plurality of panels 12 spaced apart by a metal spacer with a desired distance. Good results have been obtained when this distance is in the range of about 1 to about 4 mm. If this distance is less than 1 mm, the panel fills too much and the pressure drop becomes too high. On the other hand, if the distance is too large, the number of the assembly panels 12 and the catalyst surface involved in gas treatment are reduced, and if the distance between the panels is too large, the effect of generating turbulence in the airflow is reduced. However, there is a drawback that at least a part of the gas traversing the system 11 passes without contacting the catalyst provided in the panel 12. The optimum value of the distance between adjacent panels is about 2 mm to 3 mm.

図2は、本発明のシステムで使用するパネル12の好ましい実施形態を示している。該パネルは、周囲を囲繞する金属部材16と、焼結により互いに接着して形成した金属繊維マットとを具備している。前記金属繊維は、鋼、好ましくは、鉄、クロームおよびアルミニウムに加え微量の他の成分を含む耐熱ステンレス(fecralloy(英国ジドコット所在のイギリス原子力公社により登録された商標))として知られる合金より成る。この合金は、内燃機関の触媒コンバータまたはフィルタのための使用のように、高温下で長期間の使用に特に適している。耐熱ステンレス(fecralloy)繊維により形成されたパネルは、ベルギー国ツベフェーゲム(Zevegem, Belgium)所在のN.V.ベカート社(N.V. Bekaert SA)からベキパー(Bekipor)との商標名で市販されており、これらのパネルは異なる形状に形成することができ、また、異なる使用に適合させることができる。   FIG. 2 shows a preferred embodiment of the panel 12 for use in the system of the present invention. The panel includes a metal member 16 surrounding the periphery and a metal fiber mat formed by bonding to each other by sintering. The metal fibers are made of steel, preferably an alloy known as heat-resistant stainless steel (fecralloy, a trademark registered by the British Atomic Energy Agency, Didcot, UK) which contains iron, chromium and aluminum in addition to trace amounts of other components. This alloy is particularly suitable for long-term use at high temperatures, such as use for catalytic converters or filters in internal combustion engines. Panels formed from heat-resistant stainless steel (fecralloy) fibers are manufactured by N.E., Zevegem, Belgium. V. Commercially available from N.V. Bekaert SA under the trade name Bekipor, these panels can be formed in different shapes and can be adapted for different uses.

図3は、パネル12を形成するために用いられる繊維の断面を示している(繊維の各部分は正しい比率では示されていない)。図面には、最も典型的な耐熱ステンレス(fecralloy)繊維のように、矩形断面の繊維が示されているが、繊維は他の断面形状、例えば円形断面を有していてもよいことは言うまでもない。繊維30は、酸化物層32により被覆された耐熱ステンレス(fecralloy)コア31を具備し、前記酸化物層に触媒33が担持されている。前記酸化物層は、概して化学組成物または物理的特性に関して異なった2または3層から成る多層構造を具備する。第1の酸化物層32'は、酸化雰囲気中において高温処理することによって、耐熱ステンレス(fecralloy)繊維の表面に成長、形成される。この処置によって形成される酸化物層は、処理時間および処理温度応じて、約0.5〜5μmの長さ、好ましくは3μmより短い長さの酸化アルミニウムのウィスカーを含む。ウィスカーを形成する酸化物は概して非常に密で均一である。次の工程は、第1の酸化物層の上に第2の酸化物層32''を形成することである。第2の酸化物層32''は、第1の酸化物層とは異なり、多孔質で高い比表面積を有する。この酸化物層は酸化アルミニウムまたは他の酸化物より成る。第2の酸化物層は、焼結してマット状にした金属繊維に酸化物の前駆体成分の溶液を噴霧したり、或いは、前記マットを同じ溶液中に浸漬し、次いで前駆体を熱分解することによって形成することができる。或いは、第2の酸化物層は、前駆体粒子の懸濁液中にマットを浸漬し、次いで焼成するようにしても得られる。必要に応じて、第2の酸化物層の上に第3の酸化物層32'''が形成される。この層もまた高い比表面積を有する。必要に応じて設けられる層32'''は、概してセリウムとジルコニウムの混合酸化物から成り(必要に応じてランタンを添加してもよい)、従って、触媒金属の焼結を制限する特性を有しており、これによって、長期間に亘る触媒金属の分散を確実にし、コンバータの効率および内燃機関からの未燃ガスを酸化するための酸素の貯蔵効率を高く維持する。   FIG. 3 shows a cross-section of the fibers used to form panel 12 (fiber portions are not shown in the correct proportions). The drawing shows a fiber with a rectangular cross-section, like the most typical heat-resistant stainless steel (fecralloy) fiber, but it will be appreciated that the fiber may have other cross-sectional shapes, such as a circular cross-section. . The fiber 30 includes a heat-resistant stainless steel core 31 covered with an oxide layer 32, and a catalyst 33 is supported on the oxide layer. The oxide layer generally comprises a multilayer structure of two or three layers that differ in terms of chemical composition or physical properties. The first oxide layer 32 'is grown and formed on the surface of heat-resistant stainless steel (fecralloy) fiber by high-temperature treatment in an oxidizing atmosphere. The oxide layer formed by this treatment comprises aluminum oxide whiskers with a length of about 0.5-5 μm, preferably less than 3 μm, depending on the treatment time and treatment temperature. The oxides forming the whiskers are generally very dense and uniform. The next step is to form a second oxide layer 32 ″ on the first oxide layer. Unlike the first oxide layer, the second oxide layer 32 ″ is porous and has a high specific surface area. This oxide layer consists of aluminum oxide or other oxides. The second oxide layer can be formed by spraying a solution of the precursor component of the oxide onto the sintered and matted metal fibers, or by immersing the mat in the same solution and then pyrolyzing the precursor. Can be formed. Alternatively, the second oxide layer can be obtained by immersing the mat in a suspension of precursor particles and then firing. If necessary, a third oxide layer 32 ′ ″ is formed on the second oxide layer. This layer also has a high specific surface area. The optionally provided layer 32 '' 'is generally composed of a mixed oxide of cerium and zirconium (lanthanum may be added if necessary) and thus has the property of limiting the sintering of the catalytic metal. This ensures long-term catalytic metal dispersion and maintains high converter efficiency and oxygen storage efficiency for oxidizing unburned gas from the internal combustion engine.

外側の酸化物層(32''または32''')の多孔質構造によって、触媒金属を最適に担持し、触媒金属の分散を確実にし、かつ、触媒金属を繊維表面に良好に付着させる。繊維パネルを使用するために、触媒33を備えた酸化物層の機能化が必要である。触媒は、好ましくは、周期表の第8族から選択された1または複数の貴金属またはその化合物であり、好ましくは、プラチナを使用する。   The porous structure of the outer oxide layer (32 ″ or 32 ′ ″) optimally supports the catalyst metal, ensures dispersion of the catalyst metal, and adheres well to the fiber surface. In order to use the fiber panel, it is necessary to functionalize the oxide layer with the catalyst 33. The catalyst is preferably one or more noble metals or compounds thereof selected from group 8 of the periodic table, preferably using platinum.

図4は、システム11の第1の最適な実施形態の部分分解図である。本実施形態において、システム11は、パネル12と金属板40とを交互に積み重ねたスタック(2枚のパネルと1枚の金属板のみを図示する。金属部材16は図示されていない)これらの金属板は、金属板の両面から突出する複数の膨出部41、41'、…を有している。これらの膨出部は、全て同じ高さに形成されており、その上に2枚のパネル12(金属板40の一方の側面に1枚)が置かれる複数の接触点を提供するようになっている。金属板40もまた高耐熱性金属、好ましくは、パネル12の繊維を製造するのに用いた同じ耐熱ステンレス(fecralloy)により形成される。前記金属板は、概して高温下での必要な機械的耐性と両立する限り薄く形成し、最適な厚さは、0.15〜0.45mmである。   FIG. 4 is a partially exploded view of a first optimal embodiment of the system 11. In this embodiment, the system 11 is a stack in which panels 12 and metal plates 40 are alternately stacked (only two panels and one metal plate are shown. Metal member 16 is not shown). The plate has a plurality of bulging portions 41, 41 ′,... Protruding from both surfaces of the metal plate. These bulges are all formed at the same height, and provide a plurality of contact points on which two panels 12 (one on one side of the metal plate 40) are placed. ing. The metal plate 40 is also formed of a high heat resistant metal, preferably the same heat resistant stainless steel used to manufacture the fibers of the panel 12. The metal plate is generally formed as thin as is compatible with the required mechanical resistance at high temperature, and the optimum thickness is 0.15 to 0.45 mm.

図5は、システム11の若干異なる実施形態を示す図4と同様の図である。本例では、(金属板40に類似する)金属板50は複数の膨出部51、51'、…に加え、複数の穴52、52'、…を有している。この構成により、気体がシステム11を横断して流通する際、気体の乱流が増強される。図5では、円形の穴が示されているが、必要に応じて他の形状としてもよい。金属板50を具備するシステム11では、好ましくは、複数の穴は金属板の表面積の50%より小さく、システム11が高温下で作動する際に金属板に構造的な問題を生じないようにする。   FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 showing a slightly different embodiment of the system 11. In this example, the metal plate 50 (similar to the metal plate 40) has a plurality of holes 52, 52 ′,. This configuration enhances gas turbulence as the gas flows across the system 11. Although a circular hole is shown in FIG. 5, other shapes may be used as necessary. In the system 11 comprising the metal plate 50, the plurality of holes are preferably less than 50% of the surface area of the metal plate so that structural problems do not occur in the metal plate when the system 11 operates at high temperatures. .

より好ましくは、膨出部と穴とを同じ位置に設けるようにする。図6は、この実施形態の一例である。本例では、金属板60は複数の開口部61を有している。該開口部は、金属板を部分的に切断し、側縁に沿って金属板に連結された「ウイング部」62を形成し、該ウイング部を前記側縁に沿って折曲げることにより形成される。前記ウイング部の寸法および金属板の平面に対する折曲げ角度により金属板60の表面と隣接するパネル12との間の距離が定り、これらウイング部がスペーサを構成するようになる。図6には、矩形のウイング部(および開口部)が示されているが、他の適当な形状であってもよいことは言うまでもない。ウイング部を形成するための切断は、機械的な剪断加工やレーザ切断その他の公知の方法により行うことができる。   More preferably, the bulging portion and the hole are provided at the same position. FIG. 6 is an example of this embodiment. In this example, the metal plate 60 has a plurality of openings 61. The opening is formed by partially cutting the metal plate, forming a “wing portion” 62 connected to the metal plate along the side edge, and bending the wing portion along the side edge. The The distance between the surface of the metal plate 60 and the adjacent panel 12 is determined by the dimensions of the wing portion and the bending angle with respect to the plane of the metal plate, and these wing portions constitute spacers. Although a rectangular wing (and opening) is shown in FIG. 6, it will be appreciated that other suitable shapes may be used. Cutting for forming the wing portion can be performed by mechanical shearing, laser cutting, or other known methods.

上述した種のシステム11が、好ましくは、システムの入口側と出口側を除く全ての側面を包囲する金属製ケーシング内に挿入され、次いで、該ケーシングはハウジング13内に挿入される。断熱のために、好ましくは、金属ケーシングとハウジング13との間にセラミック繊維から成る板部材が配設される。   A system 11 of the kind described above is preferably inserted into a metal casing that surrounds all sides except the inlet and outlet sides of the system, which casing is then inserted into the housing 13. A plate member made of ceramic fibers is preferably disposed between the metal casing and the housing 13 for heat insulation.

図7は、本発明のシステム11の更に他の実施形態のために用いることのできるパネル12を示している。明瞭に示す目的で、この図は、このパネルの組立体を、スペーサの個数を減らして示している。この例では、スペーサ70は(金属板40、50、60とは異なり)、パネル12の幾何学的面積よりもはるかに小さな幾何学的面積を有し、また、隣接するパネルに対する接触点が湾曲し円滑となるようにロール状に巻かれた金属板である。スペーサ70は、金属テープ71に(例えばスポット溶接により)固定することにより正しい位置に保持されている。金属テープ71は、必要十分な機械的強度を備え、またスペーサ70を固定可能な面積を提供できる限り細く形成される。次いで、金属テープ71は、2つの金属部材16のような部材に(例えばスポット溶接により)固定することにより正しい位置に保持されている。前記金属部材16は、かしめることによりパネル12の(矢印で示す、コンバータ10内の気体の流れ方向に)平行な向きの2つの側縁に固定される。他の2つの金属部材16(一方はコンバータ10の入口14に対面し、他方は出口15に対面する)は、繊維の熱酸化処理の前にパネルに接合することができる。側縁に設けた2つの金属部材16は、酸化を防止して金属テープ71への良好な溶接特性を保証するために、製造の最終段階でパネル12に取付けることが好ましい。他のスペーサ70は、図示されていないが、パネル12の他方の側面に設けられている。スペーサは、好ましくは、転換システムの全てのパネルで同じ位置に配置される。これにより、複数のパネルを積層したときに、スペーサは、構造体全体の強度を高める一種の支柱を形成する。   FIG. 7 shows a panel 12 that can be used for yet another embodiment of the system 11 of the present invention. For purposes of clarity, this figure shows the panel assembly with a reduced number of spacers. In this example, the spacer 70 (unlike the metal plates 40, 50, 60) has a geometric area that is much smaller than the geometric area of the panel 12, and the contact points for adjacent panels are curved. It is a metal plate wound in a roll shape so as to be smooth. The spacer 70 is held in a correct position by being fixed to the metal tape 71 (for example, by spot welding). The metal tape 71 has a necessary and sufficient mechanical strength and is formed as thin as possible to provide an area where the spacer 70 can be fixed. Next, the metal tape 71 is held in a correct position by being fixed to a member such as the two metal members 16 (for example, by spot welding). The metal member 16 is fixed to two side edges of the panel 12 parallel to each other (shown by arrows, in the direction of gas flow in the converter 10) by caulking. The other two metal members 16 (one facing the inlet 14 of the converter 10 and the other facing the outlet 15) can be joined to the panel prior to the thermal oxidation treatment of the fibers. The two metal members 16 provided on the side edges are preferably attached to the panel 12 at the final stage of manufacture in order to prevent oxidation and ensure good welding properties to the metal tape 71. The other spacer 70 is provided on the other side surface of the panel 12 although not shown. The spacer is preferably placed in the same position on all panels of the conversion system. Thereby, when a plurality of panels are stacked, the spacer forms a kind of support column that increases the strength of the entire structure.

図8は、スペーサ70を用いた場合のシステム11の好ましい組立体の分解図である。明瞭に示す目的で、スペーサ70は図示されていない。この例では、システムの機械的安定性を確保するために、パネルに雷文形(Greek fret)の2つの側部保持部材80、80'を挿入することがよい。パネル12は、雷文形の部分を金属テープ71を支持する側縁の金属部材16に機械的にかしめることにより部材80、80'に固定することができる。パネルと保持部材から成る組立体は、次いで、金属ケーシング81内に挿入される。該金属ケーシングは、前記組立体において気体の流れに平行な4つの側面を包囲するが、入口および出口の側面は開いている。この構成では通路82が形成され、気体は該通路を通ってシステム11を迂回し未処理のまま出口15へ到達する。これを回避するために、通路82は高温耐熱性の接着剤(図示せず)により充填される。この接着剤は、通常、無機バインダに混合した金属粉(例えば鉄鋼粉)を含んでいる。適当な接着剤は、米国ニューヨーク州ブルックリン所在のコトロニクス社(Cotronics)から市販されているデュラコ954(Duraco954)である。上記組立体は、後面および前面に2つのフレーム83、83'を接合して完成する。これにより、内燃機関からの気体がシステム11を迂回する通路が確実に無くなる。フレーム83、83'は、接着することにより、パネル12の前側および後側の金属部材16、保持部材80、80'、および、必要に応じてはケーシング81に接合される。   FIG. 8 is an exploded view of the preferred assembly of the system 11 when using the spacer 70. For purposes of clarity, the spacer 70 is not shown. In this example, in order to ensure the mechanical stability of the system, it is preferable to insert two side retaining members 80, 80 'in the form of a light fret in the panel. The panel 12 can be fixed to the members 80 and 80 ′ by mechanically caulking the lightning-shaped portion to the metal member 16 on the side edge that supports the metal tape 71. The assembly consisting of the panel and the holding member is then inserted into the metal casing 81. The metal casing surrounds four sides parallel to the gas flow in the assembly, but the inlet and outlet sides are open. In this configuration, a passage 82 is formed, and the gas passes through the passage to bypass the system 11 and reaches the outlet 15 untreated. In order to avoid this, the passage 82 is filled with a high temperature heat resistant adhesive (not shown). This adhesive usually contains metal powder (for example, steel powder) mixed in an inorganic binder. A suitable adhesive is Duraco 954, commercially available from Cotronics, Brooklyn, New York. The assembly is completed by joining two frames 83, 83 ′ to the rear surface and the front surface. This ensures that there is no passage for the gas from the internal combustion engine to bypass the system 11. The frames 83, 83 ′ are bonded to the front and rear metal members 16, the holding members 80, 80 ′, and, if necessary, the casing 81 by bonding.

本発明によるコンバータは、金属繊維により製造されるパネルを具備することによって、特に、内燃機関のできるだけ近く、すなわち、コンバータが最高温度で作動して高い転換効率を得ることを確実にする位置に配置する構成(この技術分野では「C.C.(Close-Coupled)触媒またはC.C.C.として知られる)に特に適している。金属構造のために、本発明のコンバータは、内燃機関から流入する汚染物質を低減する近時のシステムで生じ得る急激な温度変化を許容する。特に、ディーゼルエンジンの場合、排気行程(排気弁は開いている)で燃料を気筒内に噴射する所謂「ポスト噴射」段階が重要で、燃料は気筒内では爆発せずにC.C.Cコンバータに未燃のままで到達し、コンバータの高温によって触媒酸化される。こうして、気体は高温となってC.C.Cから排出され、適正なフィルタ(この技術分野では「ディーゼルパーティキュレートフィルタまたはDPF」として知られる)に蓄えられている粒子を燃焼させることができる。これによって、DPFの再生が可能となる。DPFの一例が、本願と同一出願人によるイタリア国特許出願第MI2003A002211号に記載されている。   The converter according to the invention is arranged by providing a panel made of metal fibers, in particular in a position as close as possible to the internal combustion engine, ie ensuring that the converter operates at the highest temperature and obtains a high conversion efficiency. It is particularly suitable for configurations that are known in the art as “CC (Close-Coupled) Catalysts or CCCs. Because of the metal structure, the converter of the present invention is a near-reducing contaminant that flows from an internal combustion engine. The drastic temperature changes that can occur in the system of time are allowed, especially in the case of diesel engines, the so-called “post-injection” phase, in which fuel is injected into the cylinder during the exhaust stroke (the exhaust valve is open), is important. Does not explode in the cylinder, reaches the CCC converter without burning, and is catalytically oxidized by the high temperature of the converter. Thus, the gas becomes hot and is exhausted from C.C.C, allowing the particles stored in a suitable filter (known in the art as a “diesel particulate filter or DPF”) to burn. As a result, the DPF can be regenerated. An example of a DPF is described in Italian Patent Application No. MI2003A002211 by the same applicant as the present application.

本発明の転換システムの他の重要な利点は、同じ体積の(かつ、概ね同じ量の触媒金属を有し、本質的に同じ転換効率を有する)従来技術による炭化水素転換システムと比較して、担体重量が小さい点である。発明者等は本発明の異なる種類のコンバータを準備し、その重量および体積を測定することにより、システムの1cm3当りの重量が0.28gとなること、および、従来技術によるシステムでは、1cm3当りの重量が0.62gとなることを見出した。総重量が低いこと(それ自体すでに利点であるが)に加えて、熱慣性が低く、本発明のシステムは一層迅速に触媒が最適に作用する高温に達し、「コールドスタート」の問題が低減されるとの重要な利点を有している。 Another important advantage of the conversion system of the present invention is that compared to prior art hydrocarbon conversion systems of the same volume (and having approximately the same amount of catalytic metal and essentially the same conversion efficiency): The carrier weight is small. The inventors prepared different types of converters of the present invention and measured their weight and volume, resulting in a system weight of 0.28 g / cm 3 , and in prior art systems 1 cm 3 It was found that the weight per hit was 0.62 g. In addition to the low total weight (although already an advantage), the thermal inertia is low and the system of the present invention reaches the high temperature at which the catalyst works optimally more quickly, reducing the problem of "cold start". And has an important advantage.

本発明のコンバータの分解図である。It is an exploded view of the converter of this invention. 本発明で用いる金属繊維から成るパネルの斜視図である。It is a perspective view of the panel which consists of metal fiber used by this invention. 図1のパネルを形成する繊維の断面図である。It is sectional drawing of the fiber which forms the panel of FIG. 本発明の転換システムの詳細図である。It is a detailed view of the conversion system of the present invention. 本発明の転換システムの詳細図である。It is a detailed view of the conversion system of the present invention. 本発明の転換システムの詳細図である。It is a detailed view of the conversion system of the present invention. 本発明の転換システムの詳細図である。It is a detailed view of the conversion system of the present invention. 本発明による好ましい転換システムを示す図である。FIG. 2 shows a preferred conversion system according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 コンバータ
11 転換システム
12 パネル
13 ハウジング
14 入口開口部
15 出口開口部
16 金属部材
30 繊維
31 金属コア
32 酸化物層
32' 第1の層
32'' 第2の層
32''' 第3の層
33 触媒
41 金属スペーサ
41' 金属スペーサ
51 金属スペーサ
51' 金属スペーサ
62 金属スペーサ
70 金属スペーサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Converter 11 Conversion system 12 Panel 13 Housing 14 Inlet opening 15 Outlet opening 16 Metal member 30 Fiber 31 Metal core 32 Oxide layer 32 '1st layer 32''2nd layer 32''' 3rd layer 33 Catalyst 41 Metal spacer 41 'Metal spacer 51 Metal spacer 51' Metal spacer 62 Metal spacer 70 Metal spacer

Claims (15)

内燃機関の排気コンバータ(10)において、
転換すべき排気のための少なくとも1つの入口開口部(14)と、転換された気体のための少なくとも1つの出口開口部(15)とを備え、転換システム(11)を含むハウジング(13)を具備し、
前記転換システムが、繊維(30)より成る複数のパネル(12)を具備し、前記繊維は、触媒活性の金属(33)を担持する酸化物層(32)により被覆された金属コア(31)を具備し、前記複数のパネルは、互いに実質的に平行な縁部の一方を前記入口開口部に対面させ、他方を前記出口開口部に対面させるよう配置されており、かつ、金属スペーサ(41、41';51、51';62;70)によって間隔を置いて保持されていることを特徴としたコンバータ。
In an exhaust converter (10) of an internal combustion engine,
A housing (13) comprising at least one inlet opening (14) for the exhaust to be converted and at least one outlet opening (15) for the converted gas and comprising the conversion system (11) Equipped,
The conversion system comprises a plurality of panels (12) comprising fibers (30), the fibers being covered by an oxide layer (32) carrying a catalytically active metal (33). The plurality of panels are arranged such that one of the substantially parallel edges faces the inlet opening and the other faces the outlet opening, and the metal spacer (41 , 41 ′; 51, 51 ′; 62; 70).
前記繊維(30)の前記コア(31)は、鉄、クロームおよびアルミニウムを含有する合金から形成され、酸化物から成る多層構造(32)により覆われており、前記多層構造は、前記合金に接触する酸化アルミニウムから成る第1の層(32')および第2の酸化物層(32'')を含み、また、セリウム、ジルコニウムおよび必要に応じてランタンの酸化物から成る第3の層(32''')を必要に応じて含む請求項1に記載のコンバータ。   The core (31) of the fiber (30) is made of an alloy containing iron, chrome and aluminum and is covered by a multilayer structure (32) made of oxide, the multilayer structure being in contact with the alloy A first layer (32 ') and a second oxide layer (32' ') made of aluminum oxide, and a third layer (32) made of cerium, zirconium and, optionally, lanthanum oxide The converter according to claim 1, including '' ') as necessary. 前記多層構造(32)は、周期表の第8族の貴金属、または、その化合物から選択された1または複数の触媒(33)により被覆されている請求項2に記載のコンバータ。   The converter according to claim 2, wherein the multilayer structure (32) is coated with one or more catalysts (33) selected from Group 8 noble metals of the periodic table or compounds thereof. 前記触媒はプラチナである請求項3に記載のコンバータ。   The converter of claim 3, wherein the catalyst is platinum. 前記転換システム(11)は、金属部材(16)により囲繞された複数のパネル(12)から形成されている請求項1に記載のコンバータ。   The converter according to claim 1, wherein the conversion system (11) is formed from a plurality of panels (12) surrounded by a metal member (16). 前記転換システム(11)の隣接する2枚のパネル(12)間の距離は1〜4mmである請求項1に記載のコンバータ。   The converter according to claim 1, wherein the distance between two adjacent panels (12) of the conversion system (11) is 1 to 4 mm. 前記転換システム(11)の隣接する2枚のパネル(12)間の距離は2〜3mmである請求項1に記載のコンバータ。   The converter according to claim 1, wherein the distance between two adjacent panels (12) of the conversion system (11) is 2 to 3 mm. 前記転換システム(11)は、パネル(12)と金属板(40)とを交互に積重ねて形成されており、前記金属板の両側面に複数の膨出部(41、41')が設けられている請求項1に記載のコンバータ。   The conversion system (11) is formed by alternately stacking panels (12) and metal plates (40), and a plurality of bulging portions (41, 41 ′) are provided on both side surfaces of the metal plates. The converter according to claim 1. 前記転換システム(11)は、パネル(12)と金属板(50)とを交互に積重ねて形成されており、前記金属板の両側面に複数の膨出部(51、51')が設けられ、かつ、転換すべき気体が該金属板の一方の側面から他方の側面へ流通可能とする複数の穴(52、52')が形成されている請求項1に記載のコンバータ。   The conversion system (11) is formed by alternately stacking panels (12) and metal plates (50), and a plurality of bulging portions (51, 51 ') are provided on both side surfaces of the metal plate. The converter according to claim 1, wherein a plurality of holes (52, 52 ′) through which gas to be converted can flow from one side surface to the other side surface of the metal plate are formed. 前記膨出部と穴は同じ位置に配置されており、金属板(60)を切断することにより形成され、これによって、少なくとも1つの側縁に沿って前記金属板に連結されたウイング部(62)が形成され、かつ、該ウイング部を前記側縁沿いに折曲げることにより前記穴(61)が開口するようにした請求項9に記載のコンバータ。   The bulging portion and the hole are arranged at the same position, and are formed by cutting the metal plate (60), whereby the wing portion (62) connected to the metal plate along at least one side edge. The converter according to claim 9, wherein the hole (61) is opened by bending the wing portion along the side edge. 前記転換システム(11)は、金属板より成るスペーサ(70)によって所定距離を置いて保持された複数のパネル(12)より成るスタックを具備し、前記金属板は前記パネルの幾何学的面積よりも小さな幾何学的面積を有し、かつ、隣接するパネルに対する接触点が湾曲し円滑となるようにロール状に巻かれている請求項5に記載のコンバータ。   The conversion system (11) comprises a stack comprising a plurality of panels (12) held at a predetermined distance by spacers (70) comprising a metal plate, wherein the metal plate is less than the geometric area of the panel. 6. The converter according to claim 5, wherein the converter has a small geometric area and is wound in a roll shape so that a contact point with respect to an adjacent panel is curved and smooth. 前記スペーサ(70)は金属テープ(71)に固定することにより正しい位置に保持され、前記金属テープは、前記パネルを囲繞する金属部材(16)のうち2つの金属部材に固定することによって正しい位置に保持されている請求項11に記載のコンバータ。   The spacer (70) is held in a correct position by being fixed to a metal tape (71), and the metal tape is fixed in a correct position by being fixed to two of the metal members (16) surrounding the panel. The converter according to claim 11, which is held in 前記2つの金属部材(16)は、前記パネルの側縁において、該コンバータ内を流通する気体の流れに平行な側縁に配置されている請求項12に記載のコンバータ。   The converter according to claim 12, wherein the two metal members (16) are arranged on a side edge parallel to a flow of gas flowing in the converter at a side edge of the panel. 該コンバータ内を流通する気体の流れに平行な前記パネルの側縁は、雷文形(Greek fret)の2つの側部保持部材(80、80')により保持され、
前記パネル(12)と保持部材(80、80')とから成る組立体は金属ケーシング(81)内に挿入され、該金属ケーシングは、前記組立体において、該コンバータ内を流通する気体の流れに平行な4つの側面を包囲するが、入口および出口の側面は開いており、
前記保持部材(80、80')と前記ケーシング(81)との間の通路(82)が高温耐熱性の接着剤により充填され、
2つのフレーム(83、83')が、パネル(12)の前側および後側の金属部材(16)、前記保持部材(80、80')、および、必要に応じてケーシング(81)に接合される請求項13に記載のコンバータ。
The side edges of the panel parallel to the flow of gas flowing through the converter are held by two side holding members (80, 80 ') of a light fret (Greek fret),
An assembly composed of the panel (12) and the holding member (80, 80 ') is inserted into a metal casing (81), and the metal casing is adapted to flow a gas flowing through the converter in the assembly. Surrounds four parallel sides, but the inlet and outlet sides are open,
The passage (82) between the holding member (80, 80 ') and the casing (81) is filled with a high temperature heat resistant adhesive,
Two frames (83, 83 ′) are joined to the front and rear metal members (16) of the panel (12), the holding members (80, 80 ′), and optionally the casing (81). The converter according to claim 13.
前記転換システム(11)はケーシング(81)内に挿入され、次いで、該コンバータ(10)の前記ハウジング(13)内に配置され、前記ケーシングと前記ハウジングとの間にセラミック製の板材が介挿される請求項1〜14の何れか1項に記載のコンバータ。   The conversion system (11) is inserted into the casing (81) and then disposed in the housing (13) of the converter (10), and a ceramic plate is inserted between the casing and the housing. The converter according to any one of claims 1 to 14.
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