JP3140044B2 - 内燃機関の排気ガスの接触清浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガスの接触清浄化装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関、特に二サイクル機関の排気ガス
の接触清浄化装置に関する。
従来の技術 特に二サイクル原理による内燃機関は、ガスの変化過
程(新鮮ガス充填、掃気及び排気ガス吐出の過程)の有
利な進行のために排気ガス案内の特定の形成を必要とし
ている。このためにマフラーの適当な調整と共に、該機
関の排気ガス吐出口とマフラーとの間の領域の特定の構
造的手段が重要な役目を演じる。そこで例えば、ガス運
動に有利な影響を及ぼすために、排気ベンド内又は同ベ
ンド直後に反射面及び/又は膨張室(所謂排気転化器)
を設ける。
充填層触媒又は一体式触媒(大抵排気装置の内燃機関
に近い領域に配置されねばならない)のような従来の接
触排気ガス清浄装置は、二サイクル機関を有する自動車
の場合には、同機関によって惹起される排気ガス背圧及
びガス運動による振動という障害のために、能力が低下
することが判った。
さらに油炭による閉塞も起りうる。これは、例えば一
体式触媒の場合には、内燃機関の特定の動作条件下で時
に起る。従来の一体式触媒は、概して不利であることが
判っている、それというのもこのような触媒は、排気量
の大きい内燃機関の場合には、転化ポテンシャルが極め
て高いために、小さい容量で高い発熱に暴露されてお
り、従って熱的損傷の危険が続いて、最後に触媒が溶融
するからである。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、上記のような内燃機関に関してより
良好に適した触媒排気ガス清浄化装置を提供することで
ある。
課題を解決するための手段 前記課題は、排気管の一部又は排気管中に配置された
膨張室を形成する外被管(1)及び該外被管の内部に、
同管から離れて配置されており、かつ外被管の形状に相
応している多孔内管(3)からなり、内管が、触媒活性
層で片面又は両面に被覆されており、外被管と内管との
間の環状間隙は両側に開口しており、両管に結合された
少なくとも1個のブリッジ(4)によって形成されてお
り、この場合、該環状間隙は、突出部又はビードによっ
て内管内で中断されていてもよく、外被管の内径:内管
の外径の割合は1.01〜1.20であることを特徴とする、内
燃機関の排ガスの接触浄化装置によって解決される。
また本発明による装置は、四サイクル機関の場合にも
適している、それというのも同機関の場合にも排気装置
の微調整が必要だからである。
本発明による、排気ガス清浄化装置の場合には、外被
管1は任意に造形されていてよい。内管3は管1に対応
して造形されており、ほぼ一定の断面を有する環状管5
が得られる。またテーパをもつ環状室も本発明の構成部
分である。
環状管5は、所定の寸法規定により、外被管1の容積
の一部分のみを利用する。環状管5及び多孔は、触媒領
域において乱流、ひいてはガス交換を強化する。この効
果は、本発明による装置の基本設計の場合には、両側に
開放されていて、触媒の被覆された内管の後方流を保証
する環状間隙によって強化される。多くの機関構造の場
合、環状室の、任意の位置での少なくとも片面の閉鎖が
有利である。
多孔としての円形孔の場合には、内管の孔径は0.75〜
10mmで、この際孔間隙は1.0〜15mmである。好ましくは
孔径は1.5〜6mmであり、孔間隔は2.0〜7.5mmである。内
管は、その全外殻に亙って規則的に配置されている、種
々の孔径の孔を有する。
また、円形孔の他に長方形孔及びスリット孔及び任意
の形状の孔、ならびにこれらの孔も使用することができ
る。同様に孔の大きさ又はその数も内管の長さに亙って
変えることができる。場合により管体も圧延金属又は粗
大な金網から成っていてもよい。
相対微細孔面積(全孔面積)は、種々の実施態様にお
いて、5〜80%、好ましくは20〜60%である。
乱流体として働く、内管における多孔は、上向き及び
/又は下向きの深絞りの膨らみとして存在することによ
り、それらの効果の点で強化されうる。
内管は、場合によっては、特に製造技術の理由から、
場合により相互に結合された2個の半シェルから構成さ
れていてもよい。従って環状室を2半分に分割すること
もできる。
内管の幾何学的表面は、有害物質の転化率を増大させ
るために、金網、圧延金属又は他の多孔管で包囲して増
大させてもよい。
本発明による装置は、任意の構造を有する後続の主触
媒6の予備触媒及び始動触媒として適当である。始動触
媒として使用することによって、有害物質の部分転化に
よって温度上昇が起こり、場合により排気ガス装置の比
較的低温の部分に後続された主触媒の始動を容易にする
か又は始めて可能にする。高い有害物質濃度が生じ、同
時に排気ガス温度が高くなる場合には、部分転化は、そ
れが始動触媒と主触媒との間で起こる排気ガス冷却のた
めに温度負荷を低減しかつ主触媒を早期の破壊又は熱的
失活から保護する限り、有利な効果を奏する。本発明に
よる転化率は、次下の実施例が示すように、予備触媒と
して使用する場合には意外に高い。また予備触媒として
使用する場合、二輪車に取付けると今日すでに通用して
いる限界値及び将来の限界値も満足させることができ
る。
触媒としては、貴金属及び/又は卑金属を含有する、
オットーエンジンの排気ガス清浄化から公知のすべての
常用配合物を使用することができる。
特に、耐熱性酸化物担体物質(Al2O3、SiO2、珪酸ア
ルミニウム)上のPt、Pd及び/又はRh含有貴金属触媒が
好適である。該担体物質には、活性化及び熱安定性の改
善のために酸化物添加物、すなわちCeO2、ZrO2、アルカ
リ土類金属酸化物及び/又は希土類酸化物が施されてい
てもよい。
場合により、酸化物担体物質を使用する前に、多孔管
体の耐熱性及び被覆の付着を改善するためにサンドブラ
スト、溶射、アルミ化によって前処理を行う。
実施例 例 1 直径30mm及び55mm、伸長された管長345mm、孔径2mm及
び孔間隔3.15mmを有し、高耐熱性鋼1.4841から成る、テ
ーパをもつ多孔曲り管を、先ず900℃で3時間空気によ
り熱処理する。
次に該曲り管に、γ−Al2O3(150m2/g)、酢酸セリウ
ム及び酢酸ジルコニルから成る、約40%の分散液を塗布
し、120℃で乾燥し及び600℃で2時間焼成する。塗布量
は1部当りAl2O3 7.5g、CeO2 2g及びZrO2 0.5gであ
った。次にこの管体に、Pt(NH3(OH)及びRh(N
O3の溶液(Pt:Rhの重量比=5:1)を含浸させ、これ
を乾燥しかつ成形ガス(N2:H2=95:5)中で400℃で還元
する。貴金属負荷量は0.24g/部である。
例 2 例1に記載した触媒を第1図の実験装置により試験し
た。内管の外径と外被管の内径との間の環状間隙は1mm
であった。実験装置の装着体としては、行程容積148cm3
の空冷式二サイクル一気筒エンジンを備えた二輪車を使
用した。同二輪車の出力は、定格回転速度8100min-1で1
4kWであった。油/ベンジン(1:50)の混合物を使用し
た。
該車両につき、ローラー型動力計で試験規定ECE R40
により測定を行った。触媒の入口における排気ガス温度
は250〜650℃の試験サイクルで変化した。排気ガスの分
析はCVS原理により行った。
次のような排気量を測定した: 従って転化率はCOの場合には68%であり、(HC+NO
x)の場合には56%であった。
このような特異的に形成された触媒を使用することに
よって、スイス国で通用している限界値(CO=8.0g/k
m、HC+NOx=3.1g/km)を下回ることができ、しかも二
サイクルエンジンの出力低下をもたらす、ガス運動過程
の著しい損害は惹起しない。
例 3 板厚1mmの耐熱性鋼1.4828から成り、直径39mm及び61m
m、長さ150mmで、スリット孔(孔幅1.5mm×孔長さ6mm、
ブリッジ幅1.3mm)を有するテーパ管に、Al2O3を基材と
する付着性粗酸化物層を被覆する。このように前処理し
た金属管を、La2O3安定化γ−Al2O3(130m2/g)と酸化
セリウムとより成る42%懸濁液中に浸漬し、過剰の塗布
材料を吹出によって除去し、乾燥し、500℃で2時間熱
処理する。塗布後には該管上にAl2O33.9g、La2O30.2g及
びCeO21.0gが存在していた。
次にこの触媒先駆物質に、Pt(NH3(NO2及び
Pd(NO3(Pt:Pdの重量比=2:1)から成る硝酸溶液
を浸透させ、同物質を乾燥し、300℃で空気中で焼成す
る。貴金属量は125mg/部であった。
例 4 例3記載の触媒を、第2図で図示した実験装置により
試験した。内管の外径と外被管の内径との間の環状間隙
は平均1.5mmであった。実験装置の装着体としては、行
程容積134cm3の空冷式二サイクル一気筒エンジンを備え
た二輪車を使用した。同エンジンの出力は、定格回転速
度8100min-1で12kWであった。油/ベンジン(1:30)混
合物を使用した。
該車両につき、ローラー型動力計で試験規定ECE R40
により測定を行った。触媒の入口における排気ガス温度
は150〜420℃であった。排気ガス分析はCVS原理により
行った。次の排気量が測定された: 従って転化率は、COについては53%、HCについては41
%、NOxについては13%であった。
このように特異的に形成された触媒を使用することに
よって、二サイクル二輪車の場合には、オーストリア国
で通用している限界値(CO=8g/km、HC=7.5g/km、NOx
=0.1g/km)を守ることができる。
例 5 直径60mm、長さ75mm、31個のセル/cm2のセル密度を有
する一体式金属担体を、γ−Al2O3、酢酸セリウム及び
酢酸ジルコニウムから成る水性懸濁液中に浸漬すること
によって塗布し、過剰の塗布材料を吹出しによって除去
する。120℃で乾燥し、700℃で1時間焼成した後、担体
上にはAl2O325g、CeO25g及びZrO21gが存在している。次
にこの触媒先駆物質に、Pt(NH3(OH)及びRh(N
O3の溶液を含浸し、この物質を300℃で乾燥する。
塗布後に触媒上にはPt:Rhの重量比=5:1の貴金属0.36g
が存在していた。
例 6 例3及び例5による触媒を、第3図の装置により二サ
イクルモーターサイクルの排気口に組込む。試験は例4
と同様にして行う。
次の排気量が測定された: 例4と比較すると、酸化窒素の排気量はほぼ同じであ
るが、COについては84%、HCについては86%の明らかに
増大された転化率が得られた。従ってこのような構想
は、もっと厳しい将来の限界値を満足させようとする場
合には、好適である。
例3による装置で例5による触媒のみを使用する場合
には、高い転化率を得ることはできない。それというの
もテーパ予備触媒がなければ温度水準が低すぎるからで
ある。
予備触媒(第3図)の範囲で例5による触媒をエンジ
ン近くに組込むと、ガス運動過程の障害ひいては許容で
きない出力損失が生じるので、このような構想は適当で
はない。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は、本発明の装置の実施例の略示縦断
面図である: 1……外被管、2……触媒、3……内管、4……ブリッ
ジ、5……環状管、6……主触媒。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/28 F01N 3/28 Q B01D 53/36 B (72)発明者 ウルリツヒ・プロツツケ ドイツ連邦共和国フランクフルト80・ク ローステルホーフシユトラーセ 16 (72)発明者 エドガー・コーベルシユタイン ドイツ連邦共和国アルツエナウ・ヴオル フスケルンシユトラーセ 8 (72)発明者 ヘルベルト・フエルカー ドイツ連邦共和国ツアイスカム・ハイム バツハリンク 29アー (56)参考文献 特開 昭53−32223(JP,A) 特開 昭51−106820(JP,A) 特開 昭49−10189(JP,A) 実開 昭54−149849(JP,U) 実開 昭53−72012(JP,U) 実開 昭54−74737(JP,U) 実開 昭54−30120(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/24 B01D 53/86 B01J 35/02 F01N 3/28

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気管の一部又は排気管中に配置された膨
    張室を形成する外被管(1)及び該外被管の内部に、同
    管から離れて配置されている多孔内管(3)からなる内
    燃機関、殊に2サイクルエンジンの排気ガスの接触性浄
    化装置において、内管が、触媒活性層で片面又は両面に
    被覆されており、外被管と内管との間の環状間隙は両側
    に開口しており、両管に結合された少なくとも1個のブ
    リッジ(4)によって形成されており、この場合、該環
    状間隙は、突出部又はビードによって内管内で中断され
    ていてもよく、外被管の内径:内管の外径の割合は1.01
    〜1.20であることを特徴とする、内燃機関の排ガスの接
    触浄化装置。
  2. 【請求項2】多孔内管が、外被管の形状に相応してい
    る、請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】外被管と内管とが円錐状になっている環状
    室を形成している、請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】内管(3)が、円形孔によって穿孔されて
    おり、該円形孔の内径が1.5〜6mmの範囲内であり、かつ
    全孔面積が、内管の外被面積の5〜80%、有利に20〜60
    %である、請求項1記載の装置。
  5. 【請求項5】多孔が上向き及び/又は下向きの深絞りの
    膨らみとして存在する、請求項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】内管(3)が、場合により相互に結合され
    た2個の半シェルから成る、請求項1から5までのいず
    れか1項記載の装置。
  7. 【請求項7】内管(3)が、同様に触媒で被覆された金
    網、圧延金属又は他の多孔管で同一平面上に包囲されて
    いる、請求項1から6までのいずれか1項記載の装置。
  8. 【請求項8】場合により一体式の主触媒(6)の前に予
    備触媒として対応配置されている、請求項1から7まで
    のいずれか1項記載の装置。
JP02330819A 1989-12-02 1990-11-30 内燃機関の排気ガスの接触清浄化装置 Expired - Fee Related JP3140044B2 (ja)

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