JPH06511530A - 触媒コンバータ - 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】 触媒コンバータ 発明の分野 本発明は迅速着火触媒コンバータに関する。

発明の背景 着火温度に達する迄の所要時間を短縮するために触媒コンバータを加熱するよう に内燃機関の排気系統にアフターバーナを組み付けることは周知である。アフタ ーバーナ内の火炎はコンバータ内のマトリックス前面を加熱するか、この熱は或 時間にわたってこの面積部分だけに限られる。マトリックスのこの部分が最も過 酷な条件になるとその触媒は殆ど汚染されてしまう傾向を示し、それ故にこの触 媒コンバータが古くなると前面の温度上昇は有効となる迄に要する時間を短縮す るという望ましい効果を得られなくなる。

発明の概要 本発明によれば、外側ハウジング、コンバータを通る排気ガスの流れ方向に互い に直列に配置されて各々が排気ガスの通路を定め且つ触媒粒子を担持した２個ま たはそれ以上のマトリックス、２個のマトリックスの間に配置されたチャンバー であって、第２のマトリックスか着火温度に達する迄に要する時間を短縮するよ うに第２のマトリックスを加熱するアフターバーナを形成するためのチャンバー および該チャンバー内の排気ガスを点火するために配置された着火装置を有する 触媒コンバータか提供される。

２個の別々のマトリックス、すなわちしばしば称されるところのブリック（耐火 物ないしレンガ）、で構成される触媒コンバータを形成することは良く知られて いる。これらのブリックは薄め顛を被覆されたセラミックハニカムの形態である 。触媒、通常はプラチナ、の粒子がマトリックス表面に埋め込まれており、この マトリックスのデザインは触媒作用の行われる表面積を最大限に大きくすること を意図する。

触媒コンバータにおける２個のブリック間にアフターバーナを配置することによ り、本発明は幾つかの利点を提供する。先ず第」に、アフターバーナは第１ブリ ツクの代わりに第２ブリツクを加熱し、それ故に第２ブリツクの触媒は汚染の傾 向が小さいという事実の利点を得る。

排気アフターバーナで火炎が点火され、他のあらゆる火炎と同様な方法で制御さ れることか必要である。適当な制御か行われないと、火炎は気ままに燃焼し、或 いは通過する排気によって消されかねない。この火炎はアフターバーナのチャン バーからエンジンの燃焼室へ向けてブローバックする危険性もある。

しかしながら本発明では、アフターバーナの上流側の第１ブリツクがこの火炎を 安定化させる助けを果たす。ブリックはエンジンからの排気ガスの流速を散漫に し、すなわち低下して、火炎が吹き消されることを防止する。第１ブリツクはま た火炎ホルダーとしても作用し、火炎における燃焼を安定化させて燃え上がるこ とを防止する。

本発明の好ましい実施例では、火炎ガードが点火装置の上流側にてその近くに配 置され、この火炎ガードはブリック間のチャンバー幅を差し渡す少なくとも１つ の細長い狭いストリップを含む。

このストリップは、上流に向かってＶ字状の頂点を配置したＶ形チャンネルの形 状とされることが好ましい。

火炎ガードは互いに交差された複数のストリップで形成されることが有利である 。

火炎ガードはアフターバーナを通るガスの流れに対するシールドとして作用して 後流領域に低速ではあるが強い乱れを生しるのであり、これらの領域は容易に点 火可能で且つ主流により吹き消されることはない。点火装置で始まる火炎はこの 火炎ガードの後方領域にわたって容易に拡大するのであり、火炎ガードストリッ プ間の何れの交点においても１方のストリップから他方のストリップへと伝えら れる。従って、主ガス流が火炎となって燃焼するときには、その火炎の基部は点 火装置に限定されず、火炎ガードのストリップ全長にわたる代わりに拡大される 。

主ガス流の火炎は広く且つ乱れた基部を育するので、その先端かアフターバーナ の全横断面を覆うように横方向へ非常に遠く広がる必要はない。

本発明はまた小型化の利点を適し、これにおいて組み合わされた触媒コンバータ およびアフターバーナは従来のコンバータ単体より格段に大きくなる必要性はな い。これはパッケージを簡単にするだけでなく、火炎に対して採るべき警戒を軽 減する。コンバータおよびアフターバーナの両方は従来装置では異なる時点に高 温度に達し、何れもシールドされる必要性が無かったことを記憶に留めねばなら ない。この２つが組み合わされるならば、コンバータのブリック間のアフターバ ーナの存在により特別な警戒の採られる必要性か無くなる。

図面の簡単な説明 本発明は添付図面を参照して例を挙げて更に説明される。図面において、第１図 は、本発明の組み合わされた触媒コンバータおよびアフターバーナを有するエン ジンを概略的に示し、 第２図は、触媒コンバータの内部の一部の斜視図であり、および第３図は本発明 の好ましい実施例の触媒コンバータを通る断面図である。

発明の詳細な説明 第１図で、エンジン１２は空気取り入れマニホルドで空気を供給され、このマニ ホルドは空気計量ユニット２２、バタフライスロットル２４および燃料噴射装置 ２０を組み合わされる。エンジンからの排気バイブ１４は組み合わされた触媒コ ンバータと、同ユニットに収容され且つ内部に点火プラグ１８が配置されたアフ ターバーナチャンバー１６で互いに分離された２個のブリックｌＯａおよび１０ ｂを含むアフターバーナとを経て、大気へ導く。

空気がエンジンからの排気ガスへと、空気ポンプ３０および制御バルブ３２を収 容する排気管ブランチから追加される。

アフターバーナＩ６は触媒か着火温度以下のときのみ作動される。このためにエ ンジンは濃混合気で運転され、排気ガスが水素ガスを含有することを保証するよ うにされ、また追加の空気はポンプ３０て圧送されてアフターバーナチャンバー １６内の混合気が点火可能となることを保証するようにされる。触媒が完全に冷 えているならば、１．　７より高い燃空等価比の燃焼充填ガスがこのために必要 とされるか、低温火炎反応か既にガス中に生じて高温度になっていればこれより 希薄な混合気比率で十分である。同時に追加の空気は、アフターバーナ１６内の 混合気か化学量論値であることを保証するように調整されている。

アフターバーナ１６に点火可能且つ燃焼可能な混合気を準備したので、必要な次 の段階は混合気に火を付けて第２のブリック１０ｂを加熱するための火炎を発生 させるために点火プラグ１８でチャンバー内に連続的にスパークを発生させるこ とである。ブリック１０ｂが着火温度に達したならば、アフターバーナ作用は停 止される。アフターバーナの作用は触媒コンバータの第２のブリックｌｏｂを加 熱するだけでなく、コンバータの点火前の望ましくない放出物質を減少させるこ とでもある。

望まれるならば、センサーをアフターバーナチャンバー内に配置して、触媒コン バータの第２のブリック１０ｂの前面から放射するように発生された火炎の存在 を検出するようにできる。センサーはアフターバーナの制御ループにおける混合 気濃度および追加空気量を制御することに使用し得る。

第１図に示した本発明の実施例は小型化および廉価な利点を提供する。アフター バーナの火炎は一層安定して燃焼する。何故なら、第１のブリック１０ａが拡散 器および火炎ホルダーとして作用するからである。エンジン内へ火炎がブローバ ックする危険性も低減される。また別個のアフターバーナを使用して第１ブリツ クの前面を加熱するという従来技術の提案に比較して、本発明はアフターバーナ で最初に作動するようにされるコンバータの領域は第１のブリックで保護された 領域であって、それ故に汚染する傾向が小さくなるという利点を提供する。

ここで第３図を参照すれば、そこには本発明の好ましい実施例の触媒コンバータ が一層詳しく示されており、この触媒コンバータのハウジングは入口部分１１０ および出口部分１２０を有している。これら２つの部分の間にてハウジングは２ 個のマトリックスブリック１１２および１１４を収容しており、これらのブリッ クは内部に点火装置１２２の配置されたアフターバーナ燃焼チャンバー１１６で 互いに分離されている。

この実施例では、火炎ガード＋１８は点火装置１１２２の上流側に且つその近く に配置される。第２図に良（示されている火炎ガード１１８は４つのＶ形ストリ ップを含み、これらのストリップは触媒コンバータの中心から半径方向に延在さ れ、７部分の頂点を上流側へ向けて配置されている。ストリップの外端部は触媒 コンバータのハウジングに固定され、望まれるならば点火装置１２２は火炎ガー ド１１８にアークを発生するように作用する１つの絶縁された電極でこせされ得 る。

火炎ガード１８が無いと、点火装置２２にスパークが発生すると混合気を点火し 、点火装置２２の位置から火炎が形成されることになる。しかしながらブリック １４の前面の全面積にわたって広がった火炎、さもなければ未着火ガスはブリッ クに侵入し、ブリックの内部に一旦侵入したならば、ブリック内部の通路構造が 火炎のマトリックスブリツク１１４内部での拡大を防止する。

コンバータの横断面に沿って拡大する機会を火炎に与えるために、アフターバー ナチャンバー１１６を非常に長くするか、例えば数個の点火装置を使用すること でチャンバー１１６の面積に沿って分散された数個の火炎を同時に発生させねば ならない。

火炎ガード１１８の装備は、Ｖ形ストリップの長さに沿って別々の点火装置を位 置決めすることと同様の効果を有する。排気ガスおよび追加の空気の混合気がス トリップのまわりに流されると後流を形成し、その平均速度は非常に遅いが、ス トリップの縁部を超えて流入するガスによって渦が形成される。このような状況 は安定した点火に理想的であり、１つの点火装置１２２が点火されると火炎を燃 焼させ、火炎の基部は直ちに火炎ガードの面積部分を覆うように広がる。ストリ ップが星形またはレギュラーマトリックスの形状に配置されるならば、火炎は各 交点にて一方のストリップから次のストリップへと広がり、ブリック１１２の表 面を覆うように広がることを保証する。備えられるガードストリップが多すぎる と、これらはガスの流れの障害となる危険性を育し、特にアフターバーナチャン バー１１６の長さと火炎ガードによる排気ガスに与えられる障害との間で妥協か 図られる。

燃焼火炎はマトリックスブリックに侵入した後は排気ガスを通じて横方向に広が ることができないのて、火炎がブリック前面の全体を覆うように保証することが 重要である。しかしながらこのことは排気ガスおよび通過空気の混合気の燃焼か ブリックの前面にガスの達した時点て完了しなければならないことを意味するも のではなく、触媒マトリックスブリックの通路内で燃焼した後も燃焼は継続でき る。

マトリックス内でのこのような燃焼を達成するためにアフターバーナチャンバー １１６を短くすることは小型化の観点からのみ望ましいことであるが、これは２ つの別の利点を提供する。燃焼がガスのマトリックスに達する前に完了してしま うと、ガス温度は触媒が安全に耐えることのできない過昇温度になり得る。マト リックスブリックの通路内で燃焼を継続させることにより、ガスの初期温度は安 全値まで低下されるだけてなく、継続燃焼時に発生する熱かマトリックスブリッ ク内部を成程度広がり、コンバータを均等に着火させることに使用される。

本発明は互いに直列状態で並べられた２個より多い個数の触媒ブリックを存する 装置にも適用でき、このような構造は何かの理由で火炎が第２マトリツクスブリ ツクの前面全体を覆うことができなかった場合に、第２および第３ブリツクの間 のチャンバーが火炎の横方向の広がりを促進できる利点を有する。

ｉｇ−１ 補正書の写しく翻訳文）提出書罎許法帽８４条の８）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．外側ハウジング（１１０、１２０）、コンバータを通る排気ガスの流れ方向 に互いに直列に配置されて各々排気ガスの通路を定め且つ触媒粒子を担持した２ 個またはそれ以上のマトリックス（１１２、１１４）、２個のマトリックスの間 に配置されたチャンバー（１１６）であって、第２のマトリックスが着火温度に 達する迄に要する時間を短縮するようにする第２のマトリックスを加熱するアフ ターバーナを形成するチャンバー（１１６）および該チャンバー内の排気ガスを 点火するために配置された着火装置（１２２）を有する触媒コンバータ。
2. ２．請求項１に請求の触媒コンバータであって、火炎ガード（１１８）が点火装 置（１２２）の上流側にてその近くに配置され、この火炎ガードは燃焼チャンバ ーを差し渡す少なくとも１つの細長い狭いストリップで構成されたことを特徴と する触媒コンバータ。
3. ３．請求項３に請求の触媒コンバータであって、このストリップは、上流に向か ってＶ字状の頂点を配置したＶ形チャンネルの形状とされた触媒コンバータ。
4. ４．請求項２または３に請求の触媒コンバータであって、火炎ガードが互いに交 差された複数のストリップで形成された触媒コンバータ。
5. ５．請求項２から請求項４迄の何れか１項に請求の触媒コンバータであって、ア フターバーナチャンバーの長さは、排気ガスの点火領域が第２の触媒マトリック スブリックの前面全体を覆うように延在するが、そのガスの燃焼は第２マトリッ クスブリックの内部通路の中でのみ完了するようにする長さである触媒コンバー タ。