JPH06212962A - 排気触媒構造体 - Google Patents

排気触媒構造体

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Publication number
JPH06212962A
JPH06212962A JP5269044A JP26904493A JPH06212962A JP H06212962 A JPH06212962 A JP H06212962A JP 5269044 A JP5269044 A JP 5269044A JP 26904493 A JP26904493 A JP 26904493A JP H06212962 A JPH06212962 A JP H06212962A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
volume
exhaust
exhaust gas
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP5269044A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerald L Haycock
エル.ヘイクック ジェラルド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Ford Motor Co filed Critical Ford Motor Co
Publication of JPH06212962A publication Critical patent/JPH06212962A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準高温状態に対し計画された触媒の使用時
幾何学的体積を変え、それにより触媒のライトオフ状態
および基準高温状態の双方を容易にする温度反応手段を
備えた自動車用触媒構造体を提供する。 【構成】 本発明の提供する排気触媒構造体(10)
は、自動車機関排気の転換を促進するための軸方向貫流
触媒(13)を有する室(12)、機関排気流を室(1
2)へ実質的に同軸に導入するための入口(11)、お
よび触媒(13)のライトオフ間前記触媒の体積の一部
分を通じてかつ他の流れ期間の間前記触媒の残部または
その全体積の何れか一つを通じて前記排気流を集中する
ための温度に反応する流れ方向手段、即ちバイメタル製
の複数のベーン(15、16)、を有する。前記一部分
は一例において円柱形触媒体積の中心コアであり、他例
においてはそのような触媒体積の半径方向最外側領域で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機関排気流から有毒気体
を除去する自動車用触媒構造体に係り、特にそのような
触媒構造体であってその使用時体積を触媒のライトオフ
(light−off)を促進するそれから、増加され
た耐久性を以て有毒気体の化学的転換を最も効果的にす
るそれに変えるものに係る。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】機関
のコールドスタート間のごとき低温度状態下で機能する
ように計画された触媒は耐久性を欠いており、排気がそ
の高温作用状態に達するとき短命になる。基準高温にお
いて耐久機能するように計画された触媒は機関のコール
ドスタート間ライトオフの状態になることが難しい。本
発明は基準高温状態に対して計画された触媒の使用時幾
何学的体積を変え、それによりライトオフおよび基準高
温状態の双方を容易にするための温度反応手段を提供す
ることに関する。
【0003】触媒の使用時体積を調整するための先行技
術による一つの試みは、機関のコールドスタート間全触
媒に沿って排気(emissions)をバイパスする
ようにプレートを働かせる温度感知ばねの使用を含んで
おり、機関排気が高温に達するとき、前記プレートは排
気を転向させて触媒を通過させる(米国特許第3808
806号参照)。この構造はコールドスタート間にバイ
パスされる有毒排気を除くために下流熱反応器を必要と
し、従ってコールドスタート間触媒のいかなる部分をも
利用できないから不利である。
【0004】もう一つの試みは2行程機関の各燃焼サイ
クル間における触媒体積の酸化および還元体積部分間の
交替を開示する米国特許第4924820号のそれであ
る。このアプローチは4行程サイクル機関にはほとんど
役にたたず、排気の温度変化に応じて触媒体積を変更で
きない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は温度に反応する
可変体積軸方向貫流触媒であって、(a)自動車機関排
気の転換を促進するための軸方向貫流触媒を有する室手
段、(b)機関排気流を前記室手段へ実質的に同軸に導
入するための入口、および(c)触媒のライトオフの間
前記触媒体積の一部分を通じてかつ他の流れ期間の間前
記触媒の残部または全体積の何れか一つを通じて前記排
気流を集中するための温度に反応する流れ方向手段を有
するものである。
【0006】本発明はライトオフ間触媒の全体積の概ね
二分の一を通じて排気流を集中するため熱に反応するバ
イメタル製のベーンを使用することが好ましい;そのよ
うな一部分は円柱形の触媒体積の中心コアまたはそのよ
うな触媒体積の半径方向最外側領域であり得る。ライト
オフ体積部分は、酸化転換を必要とする燃料に通常富
む、低温排気転換を増進するように設計され得、一方高
温体積部分はNOx の還元を含む三方転換を増進するよ
うに設計され得る。
【0007】
【実施例】図1から図3に示されるように、好ましくは
4行程サイクルタイプの多シリンダ内燃機関9であっ
て、温度に反応して体積が可変である軸方向貫流タイプ
の触媒構造体10へ、導管8を通じて、その機関排気放
出物を導くものを有する機関排気系統が例示されてい
る。前記触媒構造体10は拡散セクション14に結合さ
れた入口11を有し、前記拡散セクション14は好まし
くは円錐形の第1拡散部分14aおよびより幅の広い円
錐形の第2拡散部分14bを有する。前記拡散セクショ
ン14は触媒13を収容している室12に結合されてお
り、前記触媒13はその基質(substrate)を
材料支持体19によって前記室12内に支持されてい
る。出口17が触媒13を通過した排気を受ける;前記
出口17は末細セクション18によって室12と結合し
ている。
【0008】二つまたはそれ以上のバイメタル製のベー
ン15、16がそれぞれ一端20、21において入口1
1の内径部分に支持されている。各ベーン15、16は
概ね矩形であり、かつ、入口11即ち排気管の内径部分
に取付けられている結果として、その平面に僅かの曲率
が付与されている(図3参照)。この実施例においては
二つの対向して働くベーンが使用されている;おのおの
は一端において片持ちの態様に支持されている。各ベー
ンはバイメタル組成から成っており、従って前記ベーン
は周囲温度による加熱によって変形されて半径方向外方
へ撓まされる。そのようなバイメタル組成は高アルファ
層を有する18/8ステンレス鋼と、低アルファ層のた
めの高ニッケル含量鋼とから構成され得る。
【0009】周囲温度状態において、前記ベーンは排気
流れを触媒基質の小さいが制御された中心ゾーン13a
へ導く。これはライトオフ温度、典型的には約300
℃、の限界まで加熱されなくてはならない小質量による
触媒13の“ライトオフ”を促進する。
【0010】ライトオフが生じるとき、排気の温度は急
速に上昇し、それによって前記ベーンは第1拡散部分1
4aの内側に沿ってうしろへ曲がるように変形させられ
る(破線で示す新位置参照)。この高温位置において、
前記ベーン15、16は、ライトオフ後、触媒13の全
面22を横切って排気を分散させて中心ゾーン13aお
よび周辺ゾーン13bに展開し、それによって、触媒密
集体(mass)の熱を分散させることによって触媒の
劣化を減少させる。
【0011】室12および室12に達する通路は熱上昇
時にほとんど変化せず、それらは鋼または409ステン
レス鋼のごとき耐高温材料から成っている。触媒の基質
材料は好ましくは珪酸マグネシウム・アルミニウム2M
g0.2Al2 3 .5SiO2 を含むセラミック菫青
石から成り、一般的に約6×10-7cm/cm/℃の熱
膨張係数を有する。好ましくは前記触媒は排気給源から
遠い位置、例えば機関排気マニホルドから22.80−
50.8cm(9−20インチ)の距離、に配置され
る。この配置は排気が均等混合温度を達成して機関から
の出口におけるピーク温度から減じられることを可能に
する;これは触媒の延命を助長する。本発明による比較
的大きい触媒は好ましくは約1278−1802cm3
(78−110立方インチ)の体積を有する;それらは
在来の小さいライトオフ触媒より急速にライトアップ
(light up)し得るが、そのような小さいライ
トオフ触媒において生じる急速な劣化を免れる。前記触
媒の前記ゾーンは約4:1または4:3、好ましくは
2:1、の比で正面面積を占め、総合された前記ゾーン
の全質量は650−915グラムの範囲内である。ここ
で使用される比較的大きい触媒は約15.0cm(6イ
ンチ)の長さ、約16.0cm(6.68インチ)の
幅、および約8cm(3.18インチ)の高さを有する
ことが望ましい。
【0012】運転時、機関が始動される時点から、排気
は約5−10秒内に21−650℃の温度急上昇を生じ
る。排気流れの圧力は約0.07030−0.1406
0kg/cm2 (1−2psi)の一般被制御レベルま
で急速に上昇する。該時間内に前記ベーン15、16は
軸方向に延びて、前記流れを触媒の中心コアへ導き、温
度はライトオフ温度まで上昇してそれを少し超える。ラ
イトオフ後、温度の上昇は、5−10秒間、極度に急速
であり、前記バイメタルのベーン15、16を外方へ撓
ませて第1拡散部分14aのテーパにされた内面に沿っ
て整合させる。前記触媒の残部は次いで排気が周辺ゾー
ン13bへ導かれる結果としてライトオフを生じさせら
れて急速に温度を上昇させられる。
【0013】図4、図5、図6(a)および図6(b)
に示されるように、代替実施例は排気制御用のベーンを
少し異なる態様に展開する。ここでは、触媒の中心コア
30は短時間内にライトオフ状態をより急速に達成する
酸化触媒から成り得る;ベーン31は酸化触媒の中心コ
ア30の周縁に沿って結合された一端で支持されてい
る。ここでは二つ以上、好ましくは約四つ、のベーン3
1が中心コア30のまわりにおのおの同等に円周方向に
互いに離間されて使用されている。外触媒シリンダ32
は中心コア(31)の質量より少し大きい質量を有する
三方触媒構造を有する。ここではバイメタルから成るベ
ーン31が周囲温度状態間に、かつ、中心コア触媒のラ
イトオフ前に排気流れの軸線33に通常平行して延びる
ように使用されている(図5および図6(b)を参
照)。中心コア触媒内においてライトオフが生じると
き、温度は急速に上昇してバイメタル製のベーン31を
図4に示されるように内方へ曲げさせて、前記ベーンに
よって前記中心コアの正面区域に対する露出を閉め切
る。これを達成するため、前記ベーンは羽根状先端を有
し、従って、それらが最先端において互いに結集される
とき、それらは図6(a)に示されるごとき閉鎖態様を
以て組合う。前記中心コア触媒の閉鎖状態においては、
排気は基準自動車使用のための外三方触媒へ再び導かれ
る。
【0014】図7−図9に示されるように、中心コア触
媒が存在しない内部バイパス通路41を閉め切るためバ
イメタル製のベーン40を使用することが可能である。
かくして、触媒が低温であり、機関が最初に始動される
とき、羽根状のベーン40は常時閉じられていて(図7
および図9)、排気が外包囲触媒42(小さいライトオ
フ触媒のそれとして設計されている)を通るように強制
する。排気の温度が上昇するにつれて、ベーン40は開
き(図8参照)、排気を中空空間を通るように中心に沿
ってバイパスさせて、基準または主作用触媒として構成
された下流のもう一つの触媒46へ到達させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を実施された触媒構造体を断面で
示した機関排気系統の概略側面図。
【図2】本発明の原理を実施された触媒構造体を断面で
示した機関排気系統の概略上面図。
【図3】図2の線3−3に実質的に沿って截断された断
面図。
【図4】代替触媒構造体を示した機関排気系統の概略側
面図。
【図5】代替触媒構造体を示した機関排気系統の概略上
面図。
【図6】(a)は図4の線6(a)−6(a)に沿って
截断された断面図。(b)は図5の線6(b)−6
(b)に沿って截断された断面図。
【図7】ベーンが閉じている状態における別の一代替触
媒構造体を示した機関排気系統の概略側面図。
【図8】ベーンが開いている状態における図7の代替触
媒構造体を示した機関排気系統の概略側面図。
【図9】図7の端面図。
【符号の説明】
8 導管 9 多シリンダ内燃機関 10 触媒構造体 11 入口 12 室 13 触媒 13a 中心ゾーン 13b 周辺ゾーン 14 拡散セクション 15 ベーン 16 ベーン 17 出口 18 末細セクション 19 材料支持体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気触媒構造体において: (a) 前記排気の三方転換を促進するための軸方向
    貫流触媒を有する室手段; (b) 機関排気流を前記室手段へ実質的に同軸に導
    入するための入口;および (c) 触媒のライトオフの間前記触媒体積の一部分
    を通じてかつ他の流れ期間の間前記触媒の残部または全
    体積の何れか一つを通じて前記排気流を集中するための
    温度に反応する流れ方向手段を有する排気触媒構造体。
JP5269044A 1992-12-07 1993-10-27 排気触媒構造体 Pending JPH06212962A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US98641392A 1992-12-07 1992-12-07
US986413 1992-12-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06212962A true JPH06212962A (ja) 1994-08-02

Family

ID=25532389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5269044A Pending JPH06212962A (ja) 1992-12-07 1993-10-27 排気触媒構造体

Country Status (2)

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JP (1) JPH06212962A (ja)
CA (1) CA2102573A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100435965B1 (ko) * 2001-10-12 2004-06-12 현대자동차주식회사 엔진의 운전 조건에 따라 배기유동을 가변시켜 소음을감쇄하는 가변 머플러

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100435965B1 (ko) * 2001-10-12 2004-06-12 현대자동차주식회사 엔진의 운전 조건에 따라 배기유동을 가변시켜 소음을감쇄하는 가변 머플러

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CA2102573A1 (en) 1994-06-08

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