JP2008115866A - 小体積Nox吸着体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明は、内燃機関(4)の少なくとも1つの燃焼室(3)において生成される排気ガス中の窒素酸化物を吸着するための吸着体材(2)を有する支持体(1)に関し、また、この種の支持体(1)を有する排気システム(20)を備えた内燃機関(4)を動作させるための方法に関する。内燃機関(4)のすべての燃焼室(3)は全体で全燃焼室体積(5)を有し、支持体(1)は吸着体体積(6)を有し、吸着体体積(6)は、燃焼室体積(5)の75%未満、特に45%未満、好ましくは5%未満ともなるように設計される。
【選択図】図1
Description
て流れ得る複数の通路を有し、断面全体の平均通路密度は400〜1200cpsi(平方インチ当りのセル数)である。特定の所望の吸着体体積および内燃機関から吸着体の距離ももちろん、通路密度を設計する際に同様に考慮される。(特に燃焼室体積の20%未満の)非常に小さな吸着体体積および/または機関に(たとえば30cm未満の距離で)近接する設置部位に対して、この場合、約600cpsiまでの通路密度を用いることができ、ある状況下では、これらの密度をさらに一層(好ましくは、200から400cpsiの範囲に)減じねばならないかもしれない。通路密度が比較的低いこの設計は、第1に、吸着体にかけての排気ガス流れにおける過度の圧力低下を防ぐことを意味し、第2に、一例として、熱過負荷も確実に存在しないようにすることを意味する。吸着体体積がより大きい場合、および/または内燃機関からの距離がより離れている場合、より高い通路密度の吸着体を用いることが好ましい。これらの吸着体はその場合には、たとえば、少なくとも700cpsi、好ましくは1000cpsiより大きく、特に1600cpsiより大きい通路密度を有する。このような多数の通路により、吸着体材からなる広い表面積が提供される。これにより、排気ガスと吸着体材との間の集中的な接触が確実となり、支持体の体積比の蓄積容量が改善される。
に5cm未満の距離で配置することが特に有利である。このことを考慮に入れると、支持体がたとえば排気マニホールドの内側に、好ましくはターボチャージャの上流に配置されることが特に適切である。支持体が排気マニホールドの内側に配置される構成においては、個々の燃焼室につながる各々のマニホールドにこのような支持体が各場合1つ存在する。吸着体が適切に設計される場合、これを内燃機関の燃焼室の排気口通路に直接設置することもまた可能である。こうすると、吸着体体積が、複数の支持体の全吸着体体積と好ましい関係となる。また、ターボチャージャを上流に配置することにより、排気ガスから、それが支持体に接触するより前においても大量の熱エネルギが引き出されることを防ぎ、吸着体材の迅速かつ効果的な再生成を確実にする。
図1は、内燃機関4を備えた自動車21を概略的に示す。内燃機関4は4つの燃焼室3における燃焼動作を制御するエンジン管理システム25を有する。4つの燃焼室3は、燃焼室3の個々の部分的な体積からなる燃焼室体積5を有する。燃料−空気混合物を燃焼室3において燃焼させ、この燃焼の間に生成される排気ガスが次いで排気システムを通過する。この工程において、排気ガスを清浄にし、次に環境へ排出する。内燃機関4の下流に接続された排気システム20は、排気管26を有し、その中に、流れの方向(図示せず)で見て、予備の触媒コンバータ24、この発明に従った支持体1、主要触媒コンバータ23および消音器22が配される。予備の触媒コンバータ24は、たとえば電気によって加熱できるように設計され、結果として、排気ガス中の汚染物質の触媒転換が、内燃機関4のコールドスタート後、ごく短時間でも可能となる。排気ガス中の窒素酸化物を吸着するための吸着体材2(図示せず)を有する支持体1が下流に配置される。支持体1はこの場合、内燃機関4の燃焼室体積5の0.5%から75%の吸着体体積6(図示せず)を有する。支持体1は、内燃機関4または排気システム20のある動作状態の間、窒素酸化物を吸着する。好適な動作状態の間、窒素酸化物は支持体1から脱離され、還元されて、下流の主要触媒コンバータ23において窒素を生成する。爆発燃焼の結果として生じる排気ガス流れにおける圧力の変動を消音器22において減じ、その結果、自動車からの騒音公害を減じる。
。排気システム20は、支持体1を、排気ガスの流れ17の方向で見て内燃機関4のすぐ下流に接続することにより特徴付けられる。この場合、支持体1は、少なくとも1つの燃焼室から80cm未満の距離31に配置され、特に、排気マニホールド30の中にも、好ましくはターボチャージャ28の上流にも配置される。一例として、酸化触媒コンバータ23およびフィルタ32が、支持体1の下流に付加的に接続されてもよい。
2 吸着体材
3 燃焼室
4 内燃機関
5 燃焼室体積
6 吸着体体積
7 断面
8 通路
9 金属薄板層
10 滑らかな薄板
11 波形の薄板
12 厚さ
13 ゼオライト構造
14 酸化カリウム成分
15 触媒活性塗膜
16 第1の区域
17 流れの方向
18 第2の区域
19 チューブ状のジャケット
20 排気システム
21 自動車
22 消音器
23 主要な触媒コンバータ
24 予備の触媒コンバータ
25 エンジン管理システム
26 排気管
27 軸
28 ターボチャージャ
29 エンジン管理システム
30 排気マニホールド
31 距離
32 フィルタ
Claims (11)
- 内燃機関(4)の少なくとも1つの燃焼室(3)において生成される、排気ガス中の窒素酸化物を吸着するための吸着体材(2)を有する支持体(1)であって、すべての燃焼室(3)は全体で燃焼室体積(5)を有し、支持体(1)は吸着体体積(6)を有し、
吸着体体積(6)は、燃焼室体積(5)の75%未満、特に45%未満、好ましくはさらに5%未満となるよう設計され、支持体(1)は窒素酸化物を還元するための触媒活性塗膜(15)を有し、吸着体材(2)は第1の区域(16)に配置され、支持体(1)は、排気ガスの流れ(17)の方向で見て下流に、触媒活性塗膜(15)を備えた第2の区域(18)を有することを特徴とする、支持体。 - 断面(7)の全体にわたって配され、排気ガスがそこを通って流れ得る多くの通路(8)を有し、
断面(7)を通じての平均通路密度が400cpsiから1200cpsiであることを特徴とする、請求項1に記載の支持体。 - 支持体(1)は複数の金属薄板層(9)を有し、そのうちの少なくともいくつかは、排気ガスがそこを通って流れ得る通路(8)を形成するような方法で構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の支持体。
- 金属薄板層(9)は、0.012mmから0.08mmの厚さ(12)を有する金属薄板(10,11)を用いて設計されることを特徴とする、請求項3に記載の支持体。
- 吸着体材(2)はゼオライト構造(3)および/または酸化カリウム成分(14)を有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1つに記載の支持体。
- 内燃機関(4)の排気システム(20)であって、内燃機関(4)の少なくとも1つの燃焼室(3)を大気に接続する排気管(26)を含み、その中に、内燃機関(4)からの排気ガス中に含まれる汚染物質を転換するための構成部品(1,22,23,24,28)が配置され、
請求項1から5のいずれかに記載の支持体(1)が排気ガスの流れ(17)の方向で見て、内燃機関(4)のすぐ下流に配置されることを特徴とする、排気システム。 - 支持体(1)は、少なくとも1つの燃焼室から80cm未満の距離(31)に配置され、特に、排気マニホールド(30)の中にも、好ましくはターボチャージャ(28)の上流にも配置される、請求項6に記載の排気システム(20)。
- 窒素酸化物を吸着するための吸着体材(2)を有する支持体(1)の不連続な再生成が、5秒未満の時間内に行なわれる、請求項6または7に記載の排気システム(20)を動作させる方法。
- エンジン管理システム(29)が、内燃機関(4)における燃焼動作を制御するために設けられ、エンジン管理システムにおいて再生成はエンジン管理システム(29)を用いて燃料混合物を変えることにより達成され、これは特に、生成される排気ガス中の一酸化炭素のレベルを増加させることを伴う、請求項8に記載の動作方法。
- 再生成が個々の燃焼室(3)において別個の燃料混合物の変更により行なわれ、複数の燃焼室(3)は交互に、生成される排気ガス中に増加したレベルの一酸化炭素を生成する、請求項9に記載の動作方法。
- 増加したレベルの一酸化炭素を生成する燃料混合物は、複数の燃焼室(3)のうち各場合1つの燃焼室(3)において交互に燃焼される、請求項10に記載の動作方法。
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