JPH01301914A - 内燃機関用排出ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関用排出ガス浄化装置に関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題前記の目的
の既知の浄化装置は、通常、周囲の空気中に排出される
排出ガスから、該ガス中に含まれた固形残留物および有
害物質を物理的および化学的に分前するために、濾過、
酸化、触媒作用等によって作用する。しかし、既知の浄
化装置の効率は、次の事実によって大幅に制限され、す
なわち、有害物質が、汚染の見地からは重要であるが、
絶対値においては極めて低く、したがって排出ガスに働
かせようとする作用は、これらの物質によって著るしく
稀釈されることによって妨げられる。浄化作用に対する
他の妨げは、排出ガスの温度が比較的低いことに起因し
、触媒作用および酸化その他の化学反応はともに、内燃
機関からの排出ガスの温度よりも高い温度によって助長
され、そのため熱源は浄化装置内にしばしば設けられる
。しかし、これは構造を複雑にし、外部から供給される
べきエネルギを消費する。最後に多くの既知の浄化装置
は、排出ガスの流れに抗して比較的高い抵抗を受け、こ
れによってこの抵抗にファン装置を使用して打勝たない
限り内燃機関の効率の低下を来たす、しかし、ファン装
置の装着は構造を複雑にし、外部からのエネルギを吸収
することになるであろう。

これらの課題に鑑み、本発明の目的は、主として有害物
質を変成しようとする作用が実施される区域内で、これ
らの有害物質の温度および局部濃度の両方を増し、しか
もガス流に支障を来たす妨げを伴わず、構造を過度に複
雑にすることなく、あるいは外部からのエネルギの供給
を要しない装置の使用によって、既知のものよりも可成
り高い程度の効率を得る浄化装置を提供することにある
。本発明が基にする原理は、上記の目的に対して、分子
渦流セレクタの特別の性質を利用することである。高−
冷温チューブとしてよく知られている分子渦流セレクタ
は、マックスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）その他の科学者
によって、その一部が既に述べられた科学的原理に基礎
を置き、実験によるのみではあるが、ヒルシ（）Ｉｉｌ
ｓｃｈ）その他の研究によっていくつかの適用が発見さ
れ、かつ本発明者によりイタリヤ国特許第９７５，８１
０号によってなされた改良に伴って工業上の適用が好適
になった。

分子渦流セレクタは、接線方向の取入接続部をもち、取
入接続部においてほとんど該接続部に対して接線方向に
はじまり、求心方向に延びて取入接続部よりもその軸線
に近い点を終端とするらせん形表面を有し、渦流室によ
って形成され、渦流室はさらに一方の側に小さい直径の
軸方向流出部開口をもち、その反対側にわずかな逆圧力
が存在する内室と連通ずる大直径の開口をもっている。

ガス流が適正な圧力で渦流室の取入接続部に供給される
と、この室内への接線状の流入と、らせん形表面の存在
との両方の原因によって、この流れは強い渦を形成する
。どちらかと言えば低温でかつ高度に浄化されたガス流
が、小直径の軸方向流出部開口を通って流出し、一方ど
ちらかと言えば低温で、はとんどすべての不純物を含む
ガス流が大直径の開口を通って、連通ずる内室に送入さ
れることが分かる。この現象は渦中に発生した強い遠心
力場の効果と、その構成についてはまだ完全には解明さ
れていない続いて起こる熱力学的効果とによるものであ
る。

上述の機能に鑑み、高−冷温チューブは、空気調和にと
くに制限されるが成る適用目的が発見されている。

課題を解決するための手段 上述の説明から、本発明の目的は、内燃機関の排出ガス
用浄化装置によって解決され、該装置は自閉のガス回路
を有し、浄化される排出ガスの取入部を有し、外部環境
に通じる排出パイプに接続された流出部開口をもつ分子
渦流セレクタを有し、さらに渦流室と連通ずる内室がガ
ス浄化装置を有し、取入部が配置されている回路の区域
を接続する流出部をもつことを特徴としている。

このように構成することによって、浄化装置に供給され
て分子選択によって高度に浄化され、比較的低温のガス
の一部が周囲の環境に向けて排出され、なおほとんどす
べての元の不純物を含み、どちらかと言えば高温の残り
のガス部分が、渦流室と連通している内室に向けて送入
され、この室内にガス浄化装置が配設されている。

よって、これらの装置は高温のガス中で、しかもガス中
に含まれる高濃度の不純物の両方の結果として、普通よ
りもはるかに好適な状態の下で作用する。最後にこの浄
化されたガスは再びガス回路の取入区域に流入し、供給
された新規のガスと混合されて、渦流室内の再び送入さ
れる。

このようにして、不純ガスは２回以上この回路を通過し
、渦流室の中央流出部開口を通って外部環境に排出ガス
を排出しても差支えない十分な浄化レベルに達するまで
、取入区域に戻るたびに浄化装置の作用を受ける。もち
ろん、この連続作用中に、大気中に排出されたガスは、
浄化装置と外部環境との間の熱交換を除いて、エンジン
から発せられたガスと同じ温度をもっている。これに反
して浄化装置を通過するガスは、可成り高い温度を有し
、このことは既述のように、浄化装置の作用に有効に影
響する。さらに、渦流室から、接続された内室に流通す
るガスは強い回転運動をもち、これは流れに対して強い
抵抗を生じさせる濾過作用に依存せずに、排出ガスによ
って搬送された固形および液状残留物の効果的な遠心分
離作用を提供する。

触媒効果をもつ材料でつくられたらせん形ボディーは、
渦流室と連通してガス回路の一部分を形成する内室内に
装着され、この内室の周辺にガスから分離された固形お
よび液状残留物の収集スペースに向って連通通路を設け
ることが好ましい。

このようにしてらせん形ボディーは、ガス流に包まれて
その触媒効果を有効に発揮し、その間に比較的重い固形
および液状不純物は、内室の外側に向って移動して、こ
の目的のために設けられたこの特別の収集スペース内に
排出される。

渦流室自身に向き合った渦流室と連通ずる内室の末端と
、浄化されるガスの取入部が位置する回路の区域との間
に、遊転タービンインペラを配設することが好ましい。

この構造によって、渦流室と連通ずる内室に向う流入ガ
スの逆流が効果的に避けられ、ガスの正しく順序立った
進展が保証される。

本発明の上記および他の特徴および利点は、本発明を限
定するものではない図面に示された１実施例についての
以下の詳細説明から−層明瞭に理解されるであろう。　
　゛ 実施例 第１図は、内燃機関の排出チューブ０を接続するための
清浄装置の取入接続部１を示す。ガス回路の一部分であ
る分配チューブ３との接続部を２で示す、接続部１は円
形断面をもつことが好ましいが、接続部２および分配チ
ューブ３は矩形断面をもつことが好ましい。分配チュー
ブ３はテーバ形状を有し、周壁５と横璧６とによって構
成された渦流室の流入接続部４に向って弯曲されている
。横璧６には中央流出間ロアが形成され、この開口に外
周環境に連なる排出パイプ８が接続されている。横璧６
に向き合った側部において、渦流室は概ね截頭円錐形の
壁９によって構成された内壁と広く連通している。

截頭円錐形の壁９は、矩形断面をもつ部分が末端となり
、この部分は取入接続部１とともに分配チューブ３の上
記接続部２を接続する。壁９の内側面の一部には、ニッ
ケルが好適な触媒効果のある被覆１１が施されている。

構造上の見地から、部分１，２，９．１０および後述す
る他の部分は、中央区域１２で密封的に結合された上方
部と上方部から成る２つの殻半部で構成されることが好
ましい。２つの殻は、たとえば焼結ステンレス鋼などの
ステンレス鋼でつくることが好適である。分配チューブ
３は、たとえばステンレス鋼のシートでつくることがで
きる。

区域１０と向き合った截頭円錐形の壁９の末端部分には
、渦流室を形成するボディーが挿入されている。前記ボ
ディーは、らせん暦表面を構成する壁１３とともに、上
記の周壁５および横断壁６を有する。らせん暦表面１３
は取入接続部からはじまり求心的な方向に進行して、第
６図に示されるように、流出部間ロアの半径と概ね対応
する半径部分を終端としている。前記ボディーは、少く
ともらせん暦表面部分１３においてニッケルまたは他の
適切な金属で好適に被覆された可鍛真鍮合金などでつく
られる。前記らせん暦表面１３は、指数関数的形状につ
くられることが好ましい。

軸部材１５にヒンジ結合されたゲート１４から成る調整
弁が渦流室の流入接続部４に配設されている。軸部材１
５は横！ｉ！６を横断してこの横璧の外側において、ば
ね１７によって押動されるレバー１６が軸部材上に配置
されている。ばね１７の力はねじ軸１８によって調節可
能である。ばね１７は、第６図において実線で示された
位置に向けてゲート弁１４を弾性的に押し、この位置に
おいては、弁は弁の弾性変形は許すが、接続部４におけ
る通路を可成り絞っている。弁１４がばね１７の力に抗
して動かされると、弁は一層広い通路部分が与えられる
第６図において鎖線で示された位置に向って移動する。

壁９，１０によって構成された端壁１０内には。

軸部材２０上で遊転タービンインペラ１９が装着されて
いる。軸部材２０はセラミック材料が接合された両端を
もち、玉軸受２１を介してヒンジ結合されている。

截頭円錐壁９は、壁２３によって構成された収集スペー
スと連通ずる長さ方向のポート２２をもっている。この
収集スペースはその下側に排出プラグ２４を備えている
。壁２３内に位置する収集スペースの上方部分において
、チューブ２５が分配チューブ３の壁を貫通し、前記チ
ューブの内側に末端を置き、その末端２６は射出器とし
て作用する。

たとえば粒状の焼結された銅あるいはチタニウム、イリ
ジウムまたはインジウムで網状に被覆された、触媒効果
をもつ材料でつくられたらせん状ボディー２７が室９内
に装着されている。

上記装置の作用はつぎのとおりである。

内燃機関の排出チューブ０から排出される排出ガスは、
流入接続部１、接続通路２およびこれらのガスを渦流室
の取入接続部４に導く分配チューブ３に達する。ガスは
渦流室に入ると、ゲート弁１４と接触することになり、
この弁はガス流をらせん暦表面１３へ接線方向へ配向す
る。

弁１４は流入ガスの推力によって弾性的にかつ自動的に
移動されて、ガスの流速に従って使用できる入口部のサ
イズを変更し、このようにして、弁１４はらせん形表面
に向って指向されたガス流の適切な速度を一定に維持す
る。これらの状態において、ガス流はらせん形表面の内
側に強い渦流を発生し、流入ガスの一部分は流出部間ロ
アから外部環境中に放出され、一方流入ガスの残りは截
頭円錐形の壁９によって構成された内室内に流入する。

上記の構造は、分子渦セレクタを形成する。このような
装置の特殊性と、その特有の慣性および熱力学的効果と
を考慮すれば、外部環境に流出されたガス流の部分は可
成り冷却されて高い純度に達しており、同時に内壁へ流
出されたガス流の部分は、可成り加熱されて流入ガス流
内に最初に含まれていた不純物のほとんどすべてを含む
。ゆえに、これらの不純物は最初よりも可成り高い濃度
をもっている。

このようにして截頭円錐形の室９に流入された流れは、
１つの渦から発生するので、強い回転運動によって活性
化される。この回転運動はガス流によって搬送された固
形または液状粒体を外側に向けて壁９に移動する。ゆえ
に、ポート２２と接触状態に到ると、これらの粒体は壁
２３によって構成されたスペース内に流出して収集され
る。チューブ２５の吸引作用によってわずかのガス流が
ポート２２を通って生じ、ここにおいてチューブ２５の
末端はガスが流通する分配チューブ３内への射出器とし
て作用する。このガス流は固形および液状粒体の上述し
た分離を助長し、収集スペース２３内に逆圧が形成され
るのを防止する。室２３内に蓄積された材料は、プラグ
２４から時に応じて排出される。

さらに、室９において、ガス流はらせん状ボディー２７
を包み、このボディーが行なう触媒効果を受ける。この
触媒効果は、変成される物質の濃度そのままで、初めに
比べて可成り温度が上昇されているガスに作用するので
とくに高い。

この比較的高い温度のために、ステンレス鋼９゜１０、
とくにニッケル被覆１１を施した壁の部分において触媒
効果が大きい、これに反してガスの流線形状と概ね対応
するボディ２７の形状のゆえに、ガス流は進行に伴う実
質的な抵抗は受けない。

このようにして処理されたガスは室１０に到り、これら
のガスはタービンインペラ１９内を通過してインペラを
回転し、次いで再循環のために接続通路２に流入する。

インペラ１９を設けることによって、取入部１に流入す
るガスが接続部２に流通せずに室１０に向けて流れない
ことを保証する。

取入部１から到来したガスおよび室１ｏがら流入した再
循環されたガスは接続部２内で−しょに混合し、それら
の混合気は分配チューブ３によって渦流室の取入部４に
進行する。ゆえに汚染ガスは、それらが十分なレベルの
純度になるまで、渦流室および内部処理室９を再々通過
して再循環し続けてから、渦流室の流出部間ロアから排
出される。したがって、既知の浄化装置におけるガスの
単一通過によって得られるよりも極めて高い純度が達成
される。

もちろん、既述の諸部分に対して種々の変更を実施でき
る。たとえば、渦流室の入口弁１４はこれとは異なる形
状とすることができ、あるいはこの弁はガスが実質的に
一定の流速で到来する場合には全く省略することもでき
る。ポート２２は壁９の有孔または網目状部分によって
置換できる。タービンインペラ１９は、別の形状とする
ことができ、あるいは弁装置によって置換でき、または
とくに流速が概ね一定であるような使用目的に対しては
、射出器として作用する装置によって置換できる。諸部
分のサイズおよび相対比率は浄化されるガスの予想流速
に従って調節されるであろう。この装置の壁、とくに壁
９は、処理中のガスの温度を増加するために絶縁される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の平面図、第２図は、第１
図の線■−■に概ね沿ってとられた断面図、第３図は第
１図の線■−■に沿ってとられた断面図、第４図は、第
１図の矢印■の方向に見た端面図、第５図は、第１図の
線ｖ−ｖに沿ってとられた断面図、第６図は、第１図の
ＶＩ−Ｖｌに沿ってとられた断面図である。 ０・・・エンジン排出チューブ　１・・・浄化装置取入
接続部２・・・分配接続部　　　　　　３・・・分配管
４・・・渦流室流入部　　　　　５・・・渦流室周壁６
・・・横璧　　　　　　　　　７・・・中央流入口８・
・・浄化装置排出パイプ　　９・・・截頭円錐形壁１０
・・・矩形断面部分　　　　　１１・・・ニッケル被覆
１２・・・中央区域　　　　　　　１３・・・らせん最
表面１４・・・取入ゲート弁　　　　　１５・・・軸部
材１６・・・弁のレバー　　　　　　１７・・・弁のば
ね１８・・・調節スクリュー　　　　１９・・・タービ
ンインペラ２０・・・タービンインペラ軸部材　　２１
・・・インペラ玉軸受２２・・・長さ方向ポート２３・
・・収集スペースの壁２４・・・排出プラグ　　　　　
　２５・・・収集スペースの管２６・・・エジェクタ　
　　　　　２７・・・らせん状ボディー注：本書で使用
された用語「らせん状」とは、その平面に垂直に移動さ
れたらせんによって生じた表面を言うものとする。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．　内燃機関からの排出ガス浄化装置であって、自閉
   のガス回路を有し、浄化される排出ガスの取入部を有し
   、外部環境に通じる排出パイプに接続された流出部開口
   をもつ分子渦流セレクタを有し、さらに渦流室と連通す
   る内室がガス浄化装置を含み、かつ取入部が配置されて
   いる回路の区域と接続する流出部をもつことを特徴とす
   る内燃機関用排出ガス浄化装置。
2. ２．　触媒効果をもつ材料のらせん形ボディーが渦流室
   と連通して、ガス回路の一部を構成する内室内に装着さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の排出ガス浄化
   装置。
3. ３．　渦流室と連通してガス回路の一部分である内室の
   周辺に、ガスから分離された固形および液状残留物の収
   集室に向って延びる連通通路が配設されていることを特
   徴とする請求項１記載の排出ガス浄化装置。
4. ４．　ガスから分離された固形および液状残留物の収集
   室が、収集された物質を周期的に排出するための底部プ
   ラグをもっていることを特徴とする請求項３記載の排出
   ガス浄化装置。
5. ５．　収集室が、チューブを介して分子渦流セレクタの
   上流に配置されたガス回路の一部分と連通していること
   を特徴とする請求項４記載の排出ガス浄化装置。
6. ６．　チューブが、収集室にわずかな凹部をつくるため
   に射出器としての形状をもっていることを特徴とする請
   求項５記載の排出ガス浄化装置。
7. ７．　過流セレクタへの入口に流速のいかんに拘らず、
   ガスの流速をほぼ一定に維持するための調整弁が装着さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の排出ガス浄化
   装置。
8. ８．　調整弁が調節可能なばねによって、分子渦流セレ
   クタへの入口通路を減少する位置に向って押動されるゲ
   ートを具備し、流入ガスの圧力がゲートをさらに広い通
   路を許す位置に押動することを特徴とする請求項７記載
   の排出ガス浄化装置。
9. ９．　分子渦流セレクタが、入口通路、周壁、流出開口
   をもつ横璧、および指数関数が好ましいらせん状に形成
   された壁を有することを特徴とする請求項１記載の排出
   ガス浄化装置。
10. １０．　渦流室の諸部分が、ガス浄化装置を含む内室の
    入口端内に挿入された単一要素でつくられていることを
    特徴とする請求項９記載の排出ガス浄化装置。
11. １１．　遊転タービンインペラが渦流室と連通して、渦
    流室自身に向き合う内室の末端と、ガス取入部が配置さ
    れた回路区域との間に装着されていることを特徴とする
    請求項１記載の排出ガス浄化装置。
12. １２．　この浄化装置の壁の少なくとも一部分が、触媒
    効果をもつ材料でつくられまたは被覆されていることを
    特徴とする請求項１記載の排出ガス浄化装置。
13. １３．　この浄化装置の大部分が、中間区域において密
    封式に接合された下方殻と上方殻から成る２つの殻半部
    によって形成されていることを特徴とする請求項１ない
    し１２のいずれか１項に記載の排出ガス浄化装置。