JPH09299758A - 排気ガスを処理する装置および方法 - Google Patents

排気ガスを処理する装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスを処理する装置において、厳しい排
気放出基準を満たすものとする。 【解決手段】 入口端および出口端を有し、ハウジング
内に配置され、エンジンから下流の排気ガス流内に位置
するハニカム構造物11であって、流動が実質的に妨げら
れていない第１の領域12、および流動が比較的妨げられ
ている第２の領域13を有し、排気ガス流内の排気ガスが
実質的に妨げられずに流動するための通路を提供するよ
うに第１の領域12が配置されているハニカム構造物11
と；第１の領域12内に、排気ガス流の方向とは反対方向
の負の流動12Ａを形成する、第１の領域12に近接して排
気ガス流内に配置された流動調節装置14とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改良排気装置に関
し、より詳しくは、流動が実質的に妨げられていない第
１の領域、第１の領域に隣接した、流動が比較的妨げら
れた第２の領域、および第１の領域内で負の流動区域を
形成する流動調節装置を有するハニカム構造物に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元したり、自
動車の排気ガスに含まれる炭化水素および一酸化炭素を
酸化させる触媒コンバータがよく知られているが、これ
らの反応は典型的に、触媒がそのライトオフ温度（ligh
t-off temperature ）に達した後に行なわれ、その時点
で触媒が炭化水素を無害なガスに転化し始める。ほとん
どの内燃機関装置の典型的な触媒ライトオフ時間は50秒
から120 秒辺り（一般的に200 −350 ℃の温度範囲）で
あり、どの装置にとっても実際の触媒ライトオフ時間
は、エンジンに対する触媒の位置、触媒の経時変化、並
びに貴金属の充填量を含む様々な要因に依存する。自動
車からの炭化水素放出物の70％から80％は、エンジンが
作動し始める「低温始動」のこの最初の瞬間に放出され
る。すなわち、対策を講じなければ、多量の炭化水素が
この期間に大気中に放出されてしまう可能性がある。エ
ンジンには、低温始動中に作動するのに空気に対する燃
料の比が大きいことが必要であり、したがって、よりい
っそう放出される未燃焼炭化水素の量を増加させるとい
う事実によって、この問題はさらに悪化してしまう。環
境的には、低温始動中に自動車の放出制御装置の効果を
高めて、低温始動中に大気中に放出される炭化水素の量
を極度に低いレベルに維持することが、次第に重要にな
ってきている。
【０００３】電気加熱触媒（ＥＨＣ）を用いて主触媒の
ライトオフ時間を減少させること、モレキュラーシーブ
構造物（炭化水素吸着体）を用いて、コンバータがライ
トオフ温度に到達するまで多量の炭化水素を吸着して保
持すること、並びにそれらの組合せを含む、低温始動中
の厳しい炭化水素放出基準を満たした様々な計画が提案
されている。
【０００４】最近、改良された直列式およびバイパス式
の排気制御システムが、それぞれ、米国特許出願第08/3
75,699号（ギューレ等）および同第08/484,617号（ハー
トル等）に開示されている。これらの特許出願をここに
引用する。ギューレ等の特許出願には、補助空気供給源
からの流動パターンを用いて、排気ガス流を低温始動中
に吸着体に向けたりそれから離したりするバイパス式吸
着体システムが開示されている。
【０００５】ハートル等の特許出願には、主触媒と、こ
の主触媒の下流に位置し、入口端および出口端を有し、
その中に炭化水素を吸着するモレキュラーシーブ構造物
が配置されたハウジングとを有する直列式排気システム
が開示されている。このモレキュラーシーブは、(1) 排
気流の排気ガス用の、流動が妨げられていないか実質的
に妨げられていない流路を形成する第１の領域、および
(2) 第１の領域に隣接した、流動が比較的妨げられた流
路を形成する第２の領域を有している。さらに、ハート
ル等の排気装置には、ライトオフ温度を有する、吸着体
の下流に配置された燃切り触媒（burn-off catalyst ）
がある。最後に、この装置には、ハウジング内に配置さ
れ、補助空気をモレキュラーシーブ構造物に通過させる
切換手段がある。補助空気の流動パターンによって、主
触媒がライトオフ温度に到達する前に、排気流の排気ガ
スの大部分が吸着体の第２の領域に向けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】環境的な関心事とこれ
らの関心事に合うように立案された法律によって、法的
に許容される炭化水素の放出基準が低下し続けている。
例えば、カリフォルニア州の超低放出自動車（ultra-lo
w emission vehicle：ＵＬＥＶ）基準が挙げられる。ハ
ートル等の装置が初期の排気装置よりも優れているとい
う事実にもかかわらず、現存する装置を改良したり、こ
れらのより厳しい排気放出基準を満たすことのできる新
しい装置が必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
(1) ハウジング内に配置され、エンジンから下流の排気
ガス流内に位置し、入口端および出口端を有し、流動が
実質的に妨げられていない第１の領域、および第１の領
域に隣接して、流動が比較的妨げられた第２の領域を有
するハニカム構造物；および(2) 排気ガス流内に、好ま
しくは、第１の領域内に負の流動区域を形成するように
第１の領域に隣接して配置された流動調節装置からなる
排気装置に関するものである。より詳しくは、流動調節
装置には、切換器本体、切換流体供給源および切換器本
体に切換流体を向ける、出口を有する導管があり、それ
によって、第１の領域内の流動が、上流の排気ガス流の
方向とは反対の方向にされ、切り換えられた排気ガスが
第１の領域から離れて、第２の領域に向けられる。
【０００８】別に言い換えると、本発明は、排気システ
ム内に負の流動、例えば、ハニカム構造物の上流の排気
ガスの流動とは反対方向にある、ハニカム構造物内の中
心孔内の流動の区域を形成する流動調節切換装置を用い
た排気装置に関するものである。
【０００９】この負の流動装置の利点の１つには、この
流動調節切換排気装置を、ハニカム構造物がライトオフ
触媒と燃切り触媒との間の排気流内に位置する吸着体で
ある全体的に直列式の排気装置内に組み込めることがあ
る。流動調節装置により生じる負の流動により、以前の
装置においては、「低温始動」の最初の数分間に大気中
に逃げられた好ましくない炭化水素のほとんどが、少な
くとも１回は吸着体を通り、それによって、吸着が促進
され、最終的に炭化水素放出物を減少させることが確実
になる。実験的には、負の流動によって、これらの種類
の直列式装置において、メタンを除く炭化水素の吸着効
率を10−30％改良できることが示された。
【００１０】ここで図１を参照する。図１には、ハウジ
ング10内に配置され、入口端および出口端を有し、エン
ジン（図示せず）より下流の排気ガス流内に位置するハ
ニカム構造物11が示されている。このハニカム構造物
は、流動が実質的に妨げられていないかまたは流動抵抗
が小さい第１の領域12および第１の領域に隣接した、流
動が比較的妨げられている第２の領域13を有している。
この第１の領域は、排気ガス流の排気ガス用の流動が実
質的に妨げられていない流路を提供するように配置され
ている。流動調節装置14が、第１の流動領域12の入口に
隣接してハウジング10内に配置され、負の流動の区域12
Ａを形成するように機能する。この負の流動は、排気ガ
スの一部を第１の領域から離すように切り換える役割を
部分的に果たしている。
【００１１】次に図２および２Ａを参照する。これらの
図には、ここに記載する排気装置に使用するのに適した
流動調節装置14の１つの実施の形態が２つの視点から示
されている。この装置には、切換体19、切換流体供給源
（図示せず）および切換流体を切換体19に向ける、出口
30を有する導管17がある。特に、切換体19は、切換器支
持手段32を使用することにより、切換流体導管17の出口
30の前面に、様々なスロット距離Ｗで配置されている。
導管の出口30は、切換体19に十分に近く配置され、それ
によって、切換体19が、ハウジングに進入する排気流の
方向を横切る流動成分を切換流体に付与している。切換
支持手段32は、切換導管17の内部の周囲に固定された支
持部材33およびねじ切柱35からなる。切換体19はねじ切
柱35に直接取り付けられおり、スロット幅を変えること
ができる。
【００１２】上流の排気ガスまたは切り換えられていな
い排気ガスとは反対の流動方向として定義されている負
の流動を、図３および４を参照して詳細に説明する。こ
れらの図には、切り換えられていない状態の排気ガスの
流動パターンと、切り換えられた状態の排気ガスおよび
切換流動の流動パターンとが示されている。
【００１３】図３は、切換装置を作動させていない状態
の排気ガスの流動パターンを示している。一般的に、ハ
ウジング10に進入する、切り換えられていない排気ガス
は、ほとんど流動抵抗の小さい領域または中央孔領域を
通って流動し、ハニカム構造物の周囲表面13を迂回す
る。換言すれば、標準的な流体力学の結果、排気ガス
は、流動抵抗が小さいかまたは流動が実質的に妨げられ
ていない、ハニカム構造物11の、この実施の形態におい
ては中央に位置する流動領域12を通って、周囲領域13よ
りも多い容積で、流動する。
【００１４】図４は、切換装置を作動させた状態の排気
ガスの流動パターンを示している。一般的に、エンジン
から流れ出す排気ガスは、ハウジング10に進入して、ハ
ニカム構造物11に向かい、そこで、中央流動領域12の入
口に近接して位置する流動調節装置14が排気ガスを切り
換えるように機能する。流動調節装置14の作動には特
に、切換流体導管17により、切換流体18を、ハウジング
10中に導入して、切換体19に向けて、接触させる工程を
含んでいる。好ましくは、切換体は丸いかまたは楕円形
の平板からなる。換言すると、ハウジングに進入する排
気ガス20の流動方向を横切る流動成分を切換流体18に付
与することにより、排気ガスの流路中に流体を放射状に
切り換える。切換空気のこの切換、すなわち、流動パタ
ーンの変化によって、実質的に、ハニカム構造物の中央
流動領域12の前面に流動防御体21が形成されるととも
に、第１の領域12内に負の流動区域12Ａが形成される。
負の流動の流動方向は、上流の流動または切り換えられ
ていない排気ガス20とは反対である。負の流動区域12Ａ
および切り換えられた切換空気が組み合わされて、排気
ガスの一部を防御して、第１のまたは中央流動領域12か
ら離して、第２のまたは周囲流動領域13に向ける。負の
流動区域12Ａは、切換空気からなっていても、ハニカム
構造物を通過して、第１の流動領域12の出口端に引き戻
される再循環排気ガスからなっていてもよい。
【００１５】流動調節装置の実際の形状が、流動が実質
的に妨げられていないか流動抵抗が小さい流動領域にお
いて、所望の負の流動状態が達成できるか否かに大きく
影響を与えることに注意する必要がある。換言すると、
流動調節装置、すなわち、切換流体の供給源、切換流体
を搬送する導管および切換体を適切に配置することによ
り、ある種の排気ガス切換が行なわれることになるが、
この配置によって、負の流動区域が形成されるように排
気ガスの流動が確実に切り換えられる。別に言い換える
と、所望の負の流動を形成するには、排気ガスの流速、
切換流体の流速、ハニカムの寸法、セル密度、流動抵抗
が小さい領域の寸法、切換体の寸法、およびハニカムの
前面に対する切換体の位置を適切に組み合わせることが
必要である。設計する各々の排気システムに関して、所
望の負の流動特性を達成するには、経験に基づいて適切
な組合せを決定しなければならない。
【００１６】流動調節装置は、切り換えされている状態
の最中に負の流動を得るように形作るべきであるが、切
換空気が流されてない時には、高い比率の排気流が流動
抵抗の小さい領域を通過することが必要である。換言す
れば、切り換えされている状態のときに負の流動を形成
することで、切り換えされていない状態のときに多量の
排気流が流動抵抗の小さい領域を通過することを犠牲に
することはできない。
【００１７】ここで具体的に切換体の寸法について言及
する。平板型切換体の場合には、好ましくは、切換体の
平板面積は、40ｃｆｐｍまでの排気流速に関して、所望
の負の流動を形成するためには、ハニカム基体の流動抵
抗の小さい前面面積の約20−50％であるべきである。切
換体の平板面積が前面面積の20％未満である場合、特
に、40−50ｃｆｐｍに近い排気流速が大きいときには、
流動抵抗の小さい領域において負の流動が一貫して形成
されない。切換体の平板面積が前面面積の50％を越える
場合には、切り換えされていない状態のときに流動抵抗
が小さい領域を通る相当な排気流を妨げてしまう。
【００１８】再度繰り返すが、大きい切換板は、切り換
えされている状態のときに負の流動を形成する傾向にあ
るが、切り換えされていない状態のときには孔を通る流
動を妨げてしまう。一方、前面面積が大きい、流動抵抗
の小さい領域または孔領域により、切り換えされていな
い状態のときに流動が良好に孔を通ることができるが、
切り換えされた状態のときには流動抵抗の小さい領域ま
たは孔領域を通る流動を制限すること（すなわち、負の
流動を形成すること）が難しい。したがって、最良の流
動調節装置の形状は、切り換えられた状態では負の流動
が形成され、切り換えられていない状態では全排気流の
50％以上が流動抵抗の小さい領域を通過することにな
る、流動抵抗の小さい前面面積に対する切換体の平板面
積の比率となるものである。
【００１９】理論により制限することを意図するもので
はないが、この負の流動は、切換体に向けられた高速の
切換流体により生じる渦巻きパターンが原因と思われ
る。この渦は明らかに、流動抵抗の小さい領域において
負の流動を誘発できる、切換体の中心に低圧区域を形成
する。上述したように、ハニカムを切換体のあまりに近
くにまたはあまりに離れて配置する場合、負の流動が損
なわれることがあり、上述した理論を適用すると、これ
は、切換体により生じた渦の低圧区域は、切換流体流と
その中で利用される模擬の排気流で空間的に制限された
程度を有するという事実によるものであろうと理論付け
られる。
【００２０】負の流動の形成は、一部には「運動量」効
果によるものであろうと理論付けられる。特に、上述し
たように、切換体と接触した後に、切換流体は、排気流
に対してほぼ直角に流動する。すなわち、上述したよう
に、横方向の流動成分が形成される。切換流体は、導管
出口および切換体により形成された薄い（実施例に示し
たようにあるものにおいては約１ｍｍ）スロットを通っ
て切換流体導管を出るので、この流体は排気ガスと比較
して高速で移動し、したがって、切換流体の運動量が、
一部は排気流に移行され、それによって、一部が、流動
抵抗の小さい領域または中心孔領域から切り換えられ
る。さらに、切換流体はまた、流動抵抗の小さい領域に
近接した切換体の後ろと下流側に位置する流体（気体）
に運動量を移行させる。この運動量の移行により、切換
流体ととともに上述した半径方向に、切換体の後ろから
離して流体（気体）を運搬する。この運動量の移行によ
り、ある条件下で、結果として、ハニカム内の流動抵抗
の小さい領域が切換体の背後に近接して位置するときに
負の流動が形成される、切換体の背後近くの圧力の低下
を誘発する流動パターンが形成される。
【００２１】ある実施の形態においては、この排気装置
に用いられるハニカム構造物は、第１の群のセルおよび
第１の群のセルよりも小さい寸法の第２の群のセルを有
する変更可能なセルハニカム構造物である。別の実施の
形態においては、ハニカム構造物は、この構造物の入口
端と出口端との間に平行に縦方向に延びる開放コア領
域、および開口コア領域に隣接した周囲領域を有する実
質的にセルラ状の構造物である。この周囲領域は、縦方
向に延びる、そして好ましくは、構造物の入口端と出口
端との間に平行である複数のセルを有している。
【００２２】別の実施の形態は、前面面積を有する、ハ
ウジング内に中央にハイツされたハニカム構造物であっ
て、第１の領域が構造物の入口端と出口端との間に縦方
向に平行に延びる中央開放コアからなり、第２の領域
が、縦方向に、好ましくは、構造物の入口端と出口端と
の間に平行に延びる複数のセルにより特徴付けられる周
囲セルラ状構造からなり、好ましくは、中央開放コアが
ハニカム構造物の前面面積の0.5 ％から50％までの範囲
にある面積を占めるハニカム構造物からなる。
【００２３】ハニカム構造物の最後の実施の形態は、第
１の中央領域と第１の領域を囲む第２の周囲領域とを有
し、第１の領域のセルが第２の領域のセルよりも大き
い、多様セル押出ハニカム構造物からなる。
【００２４】上述し、以下の実施例に示すこの流動調節
装置には、上述したハートル等の出願に開示されたよう
な全体的に直列式の排気装置の一部としての用途があ
る。すなわち、ここに開示されているハニカム構造物
は、モレキュラーシーブまたは炭化水素吸着体からな
る。具体的には、図５を参照すると、この直列式排気装
置40は、(1) エンジンの下流の配置された、ライトオフ
温度を有する主触媒コンバータ41；(2) 主触媒コンバー
タ41より下流に位置するので、排気流がエンジン、主触
媒コンバータおよび燃切り触媒を接続するように形成さ
れる燃切り触媒42；および(3) モレキュラーシーブまた
は吸着体からなるハニカム構造物43を含む、ここに記載
した本発明の排気装置49を備えている。より詳しくは、
モレキュラーシーブ構造物からなるハニカム構造物43
は、入口端および出口端を有し、主触媒コンバータ41と
燃切り触媒42との間の排気流内に位置し、脱着温度を有
している。さらに、モレキュラーシーブ／ハニカム構造
物43には、流動が実質的に妨げられていない第１の領域
44、および第１の領域に隣接し、流動が比較的妨げられ
た第２の領域45があり、第１の領域は排気流内に配置さ
れて、排気流内の排気ガスのエンジンから燃切り触媒へ
の流動が実質的に妨げられていない流路を提供してい
る。最後に、この排気装置は、切換空気導管46と、第１
の領域44の中央に隣接して位置し、排気ガスを第１の領
域から離して第２の領域45に切り換えて、第２の領域45
がモレキュラーシーブの脱着温度より低い間に炭化水素
を吸着させる切換体47とを備えている。この切換体47お
よび切換空気導管46を組み合わせて、第１の流動領域44
内に負の流動区域48を形成している。
【００２５】ここで用いている「モレキュラーシーブ」
は、分子を吸着するのに適した細孔寸法を有する結晶質
物質または構造物を称する。一般的にこの用語を用い
て、選択的吸収特性を有する材料の群を記載する。モレ
キュラーシーブであるためには、ここに開示したよう
に、材料は、分子の大きさおよび形状の差に基づいて、
混合物の成分を分離しなければならない。このような材
料の例としては、ケイ酸塩、メタロシリケート、メタロ
アルミネート、ＡｌＰＯ4 、シリコアルミノホスフェー
ト、メタロアルミノホスフェート、ゼオライトおよびR.
Szostak のMolecular Sieves:Principles of Synthesis
and Identification,2-6 頁（Van NostrandReinhold C
atalysis Series,1989 ）に記載されているものが挙げ
られる。さらに、ここに用いている「吸着体」および
「吸着」は、当業者に一般的に知られ、Webster's Nint
h New Collegiate Dictionary (1985)に定義されている
ような、吸着および吸収の両方を包含することを意図し
たものである。吸着および吸収の両方の工程が、本発明
のモレキュラーシーブ構造物内で起こると考えられる。
【００２６】ハニカム構造物がモレキュラーシーブ構造
物を構成する場合には、この構造物は好ましくは、ハニ
カム構造物上に担持されたゼオライトからなる。ゼオラ
イトは、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデンフッ石、ベータ
ゼオライト、活性炭およびこれらの組合せからなる群よ
り選択される。一方、モレキュラーシーブ構造体は、同
一のゼオライトの群から選択される押出ゼオライトから
なっていてもよい。
【００２７】この排気装置のある実施の形態は、ハニカ
ム構造物がモレキュラーシーブまたは吸着体である吸着
体型装置であるが、本発明の排気装置のハニカム構造物
は、単に触媒構造物であっても差支えない。三元触媒、
ライトオフ触媒、電気加熱触媒、酸化触媒またはこれら
の組合せが好ましい。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照して説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。換言すると、以下の非限定的実施例は、本発明を詳
細に説明するために示したものである。
【００２９】実施例１−４ 図１−３に示した装置に類似の模擬排気装置を用いて、
負の流動を誘発する流動調節装置の効果を説明した。具
体的には、排気装置は、(1) 直径が11.84 ｃｍ（4.66イ
ンチ）であり、中央孔領域の直径が3.81ｃｍ（1.5 イン
チ）であり、平方インチ当たり400 セルの円筒状ハニカ
ム構造物；および(2) 様々な直径（Ｄ）の円形平板切換
体からなり、それによって、中央孔領域に対する切換体
の様々な面積比（Ａd ／Ａh ）を示し、切換流体出口
（空気供給管）の下流から１ｍｍ（0.039 インチ）で、
ハニカムの入口面から様々な距離（Ｌ）でハニカム構造
物の孔領域に隣接して位置した流動調節装置からなるも
のであった。換言すると、１ｍｍのスロットが、切換流
体（この実施例においては空気）が通過するための切換
器導管と切換体との間に形成されている。
【００３０】排気流をシミュレートした空気をハウジン
グ内に、１分当たり約20および40立方フィート（ｃｆｐ
ｍ）の体積流量でハニカム基体に向けた。ハニカム基体
の１分当たりのフィート（ｆｐｍ）で示した線形流量
を、手に持ったオメガフローモデル610 アネモメータを
用いて、ハニカム構造物の下流面の、図６に示したいく
つかの位置（水平位置と垂直位置）1-18で測定した。こ
れらの測定値を平均して、中央領域（中央流速Ｖ）およ
び周囲領域（周囲流速Ｖ）における平均線形流速を算出
し、表Ｉに、Ｄ、Ａd ／Ａh 、Ｌとともに記録した。
【００３１】表Ｉの実験によって、流動調節装置装置の
実施例１に供給された20ｃｆｐｍの切換られていない模
擬排気流では中央孔領域の平均線形流速が約1400ｆｐｍ
となり、切換体に約10.5ｃｆｐｍの切換空気が向けられ
た切換状態のときには、同様の20ｃｆｐｍの模擬排気流
では中央孔領域の負の流速が約800 ｆｐｍとなったこと
が示されている。しかしながら、模擬排気流の供給速度
を40ｃｆｐｍまで増加させた場合には、切り換えたとき
と切り換えていないときの中央孔領域の平均線形流速
は、それぞれ、2350ｆｐｍおよび350 ｆｐｍであった。
すなわち、負の流動区域が生じなかった。それでも、切
換流体の供給流速を増加させることにより、すなわち、
切換空気流速を10.5ｃｆｐｍより大きくすることによ
り、40ｃｆｐｍよりも速い模擬排気流を供給した場合で
も、負の流動を発生させられそうである。
【００３２】
【表１】
【００３３】実施例５ 図１−３に示した装置に似ているが、図７に示した楕円
形のハニカムを用いて、負の流動を誘発する流動調節装
置の効果をさらに示した。特に、排気装置は以下の構成
要素からなるものであった：(1) 長軸と短軸が、それぞ
れ、14.8ｃｍ（5.82インチ）および8.4 ｃｍ（3.3 イン
チ）であり、長方形の中央孔領域が4.8×3.5 ｃｍ（1.8
9×1.38インチ）である、平方インチ当たり400 セルの
楕円形ハニカム構造物；および(2) 空気供給管の切換空
気出口の前方１ｍｍ（0.039 インチ）の位置にある3.6
×1.4 ｃｍ（1.42×0.55インチ）の寸法の楕円形平板切
換体からなる流動調節装置。さらに、切換体は、ハニカ
ムの中央孔および楕円形平板切換体のそれぞれの長軸が
平行となるように配置されていた。
【００３４】実施例１で用いたように、模擬排気ガス流
および切換流体供給条件（10ｃｆｐｍの空気）を再度用
いた。楕円形の平板切換体を含むこの流動調節装置を用
いたこの楕円形ハニカムの線形流動測定値を、図９に示
した示したような位置１−28で測定し、実施例１におけ
るように計算し、表IIに記載した。
【００３５】表IIの実験により、20ｃｆｐｍおよび40ｃ
ｆｐｍの模擬排気ガスの供給に関して、それぞれ、約95
0 ｆｐｍおよび約1500ｆｐｍの中央孔における切り換え
ていない平均線形流速、および、それぞれ、約-635ｆｐ
ｍおよび約325 ｆｐｍの中央孔における切り換えられた
平均線形流速が示されている。負の流動区域は、20ｃｆ
ｐｍの模擬排気ガスを供給したときには発生したが、40
ｃｆｐｍのときには発生しなかった。
【００３６】
【表２】
【００３７】実施例６ 図８に示したような、実施例５において用いたものと同
様ではあるが、4.8 ｃｍ（1.89インチ）の丸い中央孔領
域を有する排気システムを、同様に切り換えた場合と切
り換えない場合の模擬排気流条件にさらした。上述した
ように測定し、計算した線形流動測定値を表III に示
す。
【００３８】表III の実験により、切換空気を用いた場
合と用いない場合の、20ｃｆｐｍの模擬排気に関する中
央孔における平均線形流動が、それぞれ，約1175ｐｆｍ
および-737.5ｆｐｍであり、同様に、40ｃｆｐｍの模擬
排気に関する中央孔における平均線形流動が、それぞ
れ、1650ｆｐｍおよび500 ｆｐｍであったことを示して
いる。ここでも、この切換装置は、20ｃｆｐｍよりも遅
い模擬排気流動では負の流動が発生するが、40ｃｆｐｍ
よりも速い排気流動では発生しないようなものであるこ
とが分かる。
【００３９】
【表３】
【００４０】実施例７−１１ 表IVには、実施例５に記載したものに類似の排気装置
を、様々な流動調節装置形態を用いて、20ｃｆｐｍおよ
び40ｃｆｐｍの模擬排気流速に、切り換えられた状態と
切り換えられていない状態でさらした場合の、上述した
ように測定して計算した平均線形流速が列記されてい
る。このような流動調節装置の配置は、一貫した形状と
寸法の楕円形平板切換体を用いているが、切換体から基
体までの距離（Ｌ）、中央孔の形状と寸法、切換体の基
体孔領域に対する比率（Ａd ／Ａh ）および基体の孔の
基体の前面面積に対する比率（Ａh ／Ａf ）が変わって
いる。
【００４１】表IVの実験は、所望の負の流動を発生させ
るためには、各々の流動調節装置に関して、適切な配置
が必要であることを示唆している。例えば、流動調節装
置装置７−９の全ては、両方の模擬排気流動で負の流動
を発生させているが、流動調節装置システム10および11
では、20ｃｆｐｍ以下の流速では負の流動を発生させた
が、40ｃｆｐｍ以上の模擬排気流速では発生させなかっ
た。換言すると、流動調節装置10および11は、40ｃｆｐ
ｍ以上の模擬排気流速では、中央流動領域において、負
の流動区域を形成するようには配置されていなかった。
【００４２】
【表４】
【００４３】実施例12−18 表Ｖには、実施例５に記載したような楕円形のハニカム
基体を、様々な流動調節装置形状を用いて、いずれも40
ｃｆｐｍの模擬排気流速に、切り換えられた状態と切り
換えられていない状態でさらした場合の、上述したよう
に測定して計算した平均線形流速が列記されている。こ
のような流動調節装置の配置は、図１０−１６に示した
ように、切換体の形状も寸法も異なっており、切換体か
ら基体までの距離（Ｌ）も変わっている。
【００４４】表Ｖの実験により、所望の負の流動を発生
させるには、流動調節装置を適切に配置する必要である
ことが確認できた。例えば、両方とも楕円形の平板切換
体を用いているが、基体の前面から異なる位置に配置さ
れ、異なる寸法の流動調節装置12および13により、異な
る流動結果が得られている。流動調節装置12では、40ｃ
ｆｐｍの模擬排気流で負の流動（-255ｆｐｍ）が発生し
たが、流動調節装置13では発生しなかった（220 ｆｐ
ｍ）。
【００４５】
【表５】
【００４６】上述した流体形状の実施例では、約10.5ｃ
ｆｐｍの切換空気流速を用いたが、これは、実施例が示
したように、排気流速が速い（≧40ｃｆｐｍ）場合に
は、流動抵抗が小さい領域または孔領域において、所望
の負の流動を発生させるのには常に適切であるというわ
けではない。。切換空気流速を速くすれば、このことを
補正することができると考えられる。
【００４７】前述した記載から、本発明には、機械式弁
または流動を制御する他の機械式手段を用いずに気体の
流動を取り扱う必要があるいかなる装置を含む、気体ま
たは他の流体流を処理する様々な装置に用途があること
が分かる。しかしながら、そのような用途に直結する装
置は、エンジンまたは他の燃焼排気ガス源からの排気放
出物の処理を含むものである。したがって、本発明の上
述した詳細な説明は主に、そのような放出物の制御用途
に焦点が当てられたものである。しかしながら、本発明
の用途はそれらに限定されるものではない。
【００４８】本発明は上述した記載および実施例に関し
て記載されているが、本発明には、本発明の範囲から逸
脱することなく、様々な変更を行なってもよい。例え
ば、実施例では正方形のセルチャンネルのみを用いた
が、本発明は、ハニカムに関して、様々なセル形状（三
角形、六角形、長方形、柔軟なセル）、に拡張されてい
ても差支えない。さらに、中央孔を有するハニカムのみ
を開示したが、図１７に示したように孔が中央にはない
ハニカムのような他の形態、流動チャンネル用のセルの
寸法が異なるハニカム、孔がハニカム全体に亘っていな
いハニカムおよび他の形態も考えられる。最後に、上述
した以外の様々な切換体の形状、例えば、角が丸い三角
形を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガスがエンジンからハニカム構造物に流れ
ている本発明の排気装置の１つの実施の形態を示す断面
図
【図２】本発明の排気装置に用いられる流動切換体の１
つの実施の形態を示す前面図
【図２Ａ】図２に示した流動切換体の側面図
【図３】楕円形のハニカム構造物を通る、切り換えられ
ていない排気ガス流の方向を示す断面図
【図４】楕円形のハニカム構造物を通る、切り換えられ
た排気ガス流の方向およびその結果生じた負の流動を示
す断面図
【図５】排気ガスが、エンジンから切換排気装置を通っ
て主触媒まで流動する排気装置全体に組み込まれた本発
明の排気装置の１つの実施の形態を示す断面図
【図６】丸いハニカム基体の出口端での線形流動測定位
置を示す端面図
【図７】本発明の排気装置に有用な長方形の中央孔を有
する楕円形ハニカムの１つの実施の形態を示す端面図
【図８】本発明の排気装置に有用な丸い中央孔を有する
楕円形ハニカムの１つの実施の形態を示す端面図
【図９】楕円形ハニカム基体の出口端での線形流動測定
位置を示す端面図
【図１０】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１１】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１２】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１３】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１４】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１５】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１６】本発明の流動調節装置に有用な切換体の形状
を示す概略図
【図１７】本発明の排気装置に有用な、中央から外れた
位置に孔を有する楕円形ハニカムの別の実施の形態を示
す端面図
【符号の説明】
10 ハウジング 11、43 ハニカム構造物 12、44 第１の領域 13、45 第２の領域 14 流動調節装置 17、46 導管 19、47 切換体 30 出口 32 切換体支持手段 33 支持部材 35 ねじ切柱 40 排気装置 41、49 主触媒コンバータ 42 燃切り触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ハートル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング フィールド ストリート 341 (72)発明者 トーマス デイル ケッチャム アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14814 ビッグ フラッツ ヴァレイ ロード 27 (72)発明者 マラナグーダ ディアマナグーダ パティ ル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ロウアー ドライヴ 19

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入口端および出口端を有し、ハウジング
    内に配置され、エンジンから下流の排気ガス流内に位置
    するハニカム構造物であって、流動が実質的に妨げられ
    ていない第１の領域、および流動が比較的妨げられてい
    る第２の領域を有し、前記排気ガス流内の排気ガスが実
    質的に妨げられずに流動するための通路を提供するよう
    に前記第１の領域が配置されているハニカム構造物と、 前記第１の領域内に、前記排気ガス流の方向とは反対方
    向の負の流動区域を形成する、該第１の領域に近接して
    該排気ガス流内に配置された流動調節装置とからなるこ
    とを特徴とする直列式エンジン排気装置。
  2. 【請求項２】 前記流動調節装置が、切換体、切換流体
    供給源および切換流体を該切換体に向ける出口を有する
    導管を備えていることを特徴とする請求項１記載の排気
    装置。
  3. 【請求項３】 前記切換体が、前記第１の領域の中央に
    近接して位置していることを特徴とする請求項１記載の
    排気装置。
  4. 【請求項４】 前記導管の出口が前記切換体に十分に接
    近して位置し、それによって、該切換体が、前記第１の
    領域の方向を横切る流動成分を前記切換流体に付与する
    ことを特徴とする請求項１記載の排気装置。
  5. 【請求項５】 前記切換体が、円形または楕円形の平板
    体からなることを特徴とする請求項１記載の排気装置。
  6. 【請求項６】 前記切換体の平板の面積が、流動が妨げ
    られていない領域の前面面積の約20％から約50％までの
    間にあることを特徴とする請求項５記載の排気装置。
  7. 【請求項７】 前記ハニカム構造物が、(1) 第１の群の
    セルおよび該第１の群のセルよりもセルの大きさが小さ
    い第２の群のセルを有する多様セルハニカム構造物；お
    よび(2) 実質的に多孔性の構造物であって、該構造物の
    入口端と出口端との間に縦方向に平行に延びる開放コア
    領域および該開放コア領域に隣接した周囲領域を有し、
    該周囲領域が、前記構造物の入口端と出口端との間に縦
    方向に平行に延びる複数のセルを有する構造物；からな
    る群より選択されることを特徴とする請求項１から６い
    ずれか１項記載の排気装置。
  8. 【請求項８】 前記ハニカム構造物が、前記ハウジング
    内に中央に配置され、前面面積を有し、前記第１の領域
    が、該構造物の入口端と出口端との間に縦方向に平行に
    延びる中央開放コアからなり、前記第２の領域が、該構
    造物の入口端と出口端との間に縦方向に平行に延びる複
    数のセルにより特徴付けられる周囲多孔性構造からなる
    ことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の排
    気装置。
  9. 【請求項９】 前記中央開放コアが、前記ハニカム構造
    物の前面面積の0.5％から50％までの範囲の面積を占め
    ることを特徴とする請求項７または８記載の排気装置。
  10. 【請求項１０】 前記ハニカム構造物が、中央にある第
    １の領域および該第１の領域を囲う周囲の第２の領域を
    有する多様セル押出ハニカム構造物からなり、該第１の
    領域のセルが該第２の領域のセルよりも長いことを特徴
    とする請求項１、７または８記載の排気装置。
  11. 【請求項１１】 前記ハニカム構造物が、触媒構造物で
    あり、三元触媒、ライトオフ触媒、電気加熱触媒、酸化
    触媒またはそれらの組合せからなるか、もしくは、前記
    ハニカム構造物が、脱着温度を有するモレキュラーシー
    ブ構造物であることを特徴とする請求項１記載の排気装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記モレキュラーシーブ構造物が、前
    記ハニカム構造物上に担持されたゼオライトまたは押出
    ゼオライトからなり、該ゼオライトが、ＺＳＭ−５、Ｕ
    ＳＹ、モルデンフッ石、ベータゼオライト、活性炭およ
    びこれらの組合せからなる群より選択されることを特徴
    とする請求項１１記載の配置装置。
  13. 【請求項１３】 ハウジング内に配置され、入口端と出
    口端を有し、流動が実質的に妨げられていない第１の領
    域と流動が比較的妨げられている、該第１の領域に隣接
    した第２の領域とを有するハニカム構造物にエンジンか
    らの排気ガスを流し、 該第１の領域内に負の流動領域を発生させる、各工程か
    らなることを特徴とするエンジン排気流の処理方法。
  14. 【請求項１４】 前記負の流動領域を発生させる工程
    が、切換流体を前記ハウジング内に導入し、排気ガスの
    流動を横切る方向の流動成分を該切換流体に付与する各
    工程を含み、および／または前記負の流動を発生させる
    工程が、排気ガスの通路に切換流体を導入して、負の流
    動区域を形成することになる流動パターンを形成する工
    程を含み、および／または切換流体を排気ガスの通路に
    導入して、負の流動領域を発生させることにより、前記
    第１の領域から排気ガスの一部を前記第２の領域に切り
    換えて、必要に応じて、該切換流体が半径方向に切り換
    えられることを特徴とする請求項１３記載の方法。
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