JPH11324664A - 触媒により排気ガス中の汚染物質を分解するための装置 - Google Patents

触媒により排気ガス中の汚染物質を分解するための装置

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JPH11324664A
JPH11324664A JP10318853A JP31885398A JPH11324664A JP H11324664 A JPH11324664 A JP H11324664A JP 10318853 A JP10318853 A JP 10318853A JP 31885398 A JP31885398 A JP 31885398A JP H11324664 A JPH11324664 A JP H11324664A
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catalyst
funnel
inlet
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タウシャー、ヴィリー、ドクター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガス触媒を通過する排気ガス流の過負荷
及び軽負荷を除去する。 【解決手段】 触媒により排気ガス中の汚染物質を分解
するための、特に自動車のため装置１は、ハウジング１
０内において互いに平行に配置された複数の通路２０を
有する触媒担体２と、吸気ダクト１１と、吸気ダクトと
ハウジング間の流入ファンネル１３とを含む。吸気ダク
トは、流入ファンネルの入口１１３に流入する排気ガス
５が、排気ガス流の断面に渡って、ほぼ均一な温度、流
体速度及びに対する汚染物質濃度の分布を有するよう
に、適切な場所で挿入物６，７を用いて形成される。通
路３０，３１，３２を形成する挿入物３は、ガス流の幅
を広げて逆流をなくすように流入ファンネル内に配置さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を用いて排気
ガス中の汚染物質を分解するための、特に自動車のため
の、請求項１の序文に従う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃焼エ
ンジンの排気ガスに含まれる汚染物質、すなわち酸化窒
素ＮＯx（窒素酸化物）、一酸化炭素ＣＯ、炭化水素Ｈ
Ｃは、処理される排気ガスが、担体構造の、コーティン
グされて触媒活性な面に、その内部で接触する触媒によ
り分解されることが有利である。自動車では、通常、セ
ラミック材料のハニカム構造が触媒担体として用いられ
る。この種のハニカム触媒は、平行に配列され且つ多数
存在する通路を含むため、触媒構造の単位体積当たりの
面積が大きい。
【０００３】ハニカム触媒は、該触媒に通じる排気ガス
ダクトと比較して実質的に大きい直径を有する。吸気ダ
クトから触媒担体までの遷移部は、空間上の理由から短
い流入ファンネルとして自動車内に形成される。この種
の流入ファンネルを通って流れるガスに関しては、流体
プロフィールが極めて不均一であるために逆流が生じ
る。それゆえ、排気ガスは、中心の流れが速く、境界部
の流れが遅い状態で触媒構造に流入する。その結果、中
央部には過負荷が、境界領域には軽負荷が生じる。それ
ゆえ、ハニカム触媒は、中央部にて急速に寿命が早まる
が、それに反して十分に利用されない。
【０００４】これに対して、より優れた開発触媒は、一
層小さくすることができる。小さい触媒は、必要とする
空間がより小さく、より軽い重量を有し、且つ、必要と
する高価な触媒活性物質がより少量である。さらに、小
さい排気ガス触媒は、低温始動により急速に暖められ、
従って一層早く機能することができる。知られているよ
うに、汚染物質のＣＯ及びＨＣの大部分は、低温始動後
の最初の数分間に除去されるため、温度が、汚染物質の
化学的転化が開始する２７０℃〜３００℃に急速に達す
ることが望ましい。
【０００５】本発明の目的は、排気ガス触媒であって、
該触媒の触媒担体が、互いに平行に配列された複数の通
路と、短い流入ファンネルとを有し、該通路及びファン
ネルを用いて上記過負荷及び軽負荷に関する不利点を除
去することができる排気ガス触媒のための手段を提供す
ることにある。請求項１において特徴づけられる装置
は、本発明の目的を満たす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、特に自
動車のために、排気ガス中の汚染物質を、触媒により分
解するために提供される。装置は、互いに平行に配列さ
れた複数の通路を含み且つハウジング内に収容された触
媒担体と、吸気ダクトと、吸気ダクトとハウジング間の
流入ファンネルとを含む。吸気ダクトは、流入ファンネ
ルの入口に流入する排気ガスが、排気ガス流の断面に渡
って、ほぼ均一な温度、流体速度及び汚染物質濃度の分
布を有するように、適切な場所で挿入物を用いて形成さ
れる。通路を形成する挿入物は、ガス流の幅を広げて逆
流をなくすように流入ファンネル内に配置される。
【０００７】従属請求項２〜１１は、本発明に従う装置
の有利な実施形態に関する。ハニカム触媒が理想的に機
能するためには、該触媒の入口にて、処理される排気ガ
スに均一な状態が存在しなければならない。すなわち、
排気ガス温度、流体速度、及び汚染物質の濃度の分布
は、流れの断面に対して均一でなければならない。空管
の流れの乱流は、流入ファンネル内に十分な均一性をも
たらすことができる。本発明に従えば、例えば、拡散器
として形成された流入ファンネル内の挿入物は、逆流の
発生を防止する。従って、排気ガスの均一性は、排気ガ
スが流入ファンネルを通過する間維持され、且つ、ガス
は、触媒担体の入口面に均一に入射する。それにより、
触媒を理想的に機能させるための必要条件が満たされ
る。
【０００８】排気ガス触媒の断面に渡って温度及び速度
を均一に分布することにより、また、低温始動時の均一
な起動作用が生じる。それにより、汚染物質の放出がよ
り少なくなる。
【０００９】拡散器として形成された挿入物が、US A 5
165 452号より、ＬＡＤ（「大きい角度の拡散器」）と
して知られる。このＬＡＤは、流入ファンネルと同心状
に配置された円錐台形のジャケット面から形成されてい
る。有利な実施形態において、ＬＡＤは、合同の円錐頂
点が１つの点に在る、少なくとも２つの円錐台形のジャ
ケット面を含み、さらに、挿入物の入口断面は、断面の
縁部により、流れと反対の方向に縮小する形態を有する
面を画定する。拡散器において、流れの運動エネルギー
が位置エネルギーに変換されて圧力増大が生じる（ベル
ヌーイの定理）が、ＬＡＤは、均一性を維持する特性に
加えて、より小さい圧力降下によって特徴づけられる。
圧力降下がより小さいことにより、排気ガスの逆向きの
圧力が低減され、原動機の性能が向上する。
【００１０】ハニカム触媒の後ろに、下流に配置された
流出ファンネルが流れの方向と逆向きの、ＬＡＤの形態
で埋め込まれた混合器を含むことが有利である。この種
の混合器は、触媒担体の出口での流出状態を向上させ
る。
【００１１】ＬＡＤの円錐台形のジャケット面の、排気
ガス触媒の入口及び出口での形状寸法は、排気ガス触媒
の断面形状に対応する。排気ガス触媒の断面形を、例え
ば、円形、長円形、矩形又は正方形にすることができ
る。設置及び空間の条件によって、異なる断面形が、排
気ガス触媒担体又はＬＡＤにさらに好適であり得る。
【００１２】交差した流路構造を有する排気ガス触媒
が、欧州特許出願公開０６３８７１１号より公知であ
る。触媒材料のための担体構造は、平行に配列された１
以上の通路の層の積み重ねを含む。層は、排気ガスの主
流方向とほぼ平行して方向付けられる。隣接する層の通
路は、互いに対して開放であり且つ互いに交差してい
る。担体構造の断面は、主流方向に沿って可変の領域を
有し、この可変領域は、変化する断面を有するハウジン
グに対応する。本発明に従う装置においては、この種の
交差流路構造に、流入及び／又は流出ファンネルの挿入
物を設けることができる。これらの挿入物の面もまた、
触媒活性材料によりコーティングされることが有利であ
る。
【００１３】流入ファンネルへの遷移位置にて、吸気ダ
クトに十分な均一性がない場合には、挿入物を用いて入
口の状態を改良することが必要である。そのために、例
えば、欧州特許出願公開第０５４６９８９号に記載され
ているような静的ミキサーを用いることができる。すな
わち、少なくとも２つのガイド面を、ガイド面が流れの
方向に１０度〜４５度の角度を形成し且つ内向きに広が
る状態で、ミキサー（本発明では吸気ダクト）の壁部に
取り付ける。この種の静的ミキサーは、小さい圧力降下
で十分良好な混合作用をもたらす。これらの静的ミキサ
ーは、その簡単な形状寸法のために、そして大量に製造
されるときに経済的である。簡単な形状寸法を有する別
の静的ミキサーが、欧州特許出願公開第０８００８５７
号から知られ、これもまた有利に用いることができる。
【００１４】静的キサーを同時に用いて、ハニカム触媒
より前で排気ガスに添加剤を添加することもできる。特
に、トラックにおいては、還元剤としてアンモニア水
（ＮＨ 4ＯＨ）を熱排気ガスに注入し、該排気ガス中で
この添加剤を完全に蒸発させることが有利であろう。
【００１５】低温始動時に、排気ガス触媒の昇温時間を
短縮するために、静的ミキサーを用いて、可燃性物質を
排気ガスに添加し、次いでその物質を燃焼させることも
できる。それにより、排気ガス及び触媒の温度が上昇す
る。触媒は、直ちに機能するよう準備されて、汚染物質
の放出が低減される。
【００１６】大きい原動機は２つ以上の排気ガスダクト
を有することがある。静的ミキサーは、また、異なる排
気ガスダクトの排気ガスを、排気ガス触媒より前で合体
させた後に均質化するために用いられることができる。
【００１７】排気ガスダクトは、原則として複数の曲が
り部を有する。特別な処置を施さなければ、逆流を伴う
区画が曲がり部内に生じるため、最初は均一な速度分布
が、曲がり部後にはもはや均一でない。逆流を伴う区画
は、例えば米国特許第５１９７５０９号に開示された、
流れ誘導シート金属翼（ＣＲＶ回転翼）を用いて防止す
ることができる。この種の流れ誘導シート金属翼を曲が
り部より前に直接設置することにより、曲がり部後に均
一な速度分布が生み出され、同時に、曲がり部内での圧
力降下が２５〜５０％低減される。より低度の圧力降下
は、排気ガスの逆向きの圧力を低減し、それにより原動
機の作動が向上する。しかし、この種の挿入物は、しば
しば、均一な濃度及び温度の分布を生じることができな
い。しかし、これらの均一性は、均一な速度分布と全く
同様に、ハニカム触媒の理想的な機能のために重要であ
る。例えば、炭化水素の局部濃度が高すぎると、断熱温
度の高いピークを生じさせ、それにより触媒が不活性化
する。すでに述べた静的ミキサーは、この不利点を取り
除くのに好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明を、図面を参照して以下に
説明する。図１に示す、排気ガス５のための排気ガス触
媒を備える装置１は、以下の部品を含む。部品は、平行
に配列された多数の通路（「ハニカム通路」）２０を含
む触媒担体２を有するハニカム触媒と、触媒担体２をと
り囲むハウジング１０と、９０度未満の角度をしばしば
有する曲がり部１２を備える吸気ダクト１１と、拡散器
として形成された挿入物３を備える流入ファンネル１３
と、静的ミキサー６、添加剤のためのフィード・ライン
８及び流れを偏向させるガイド装置として形成され且つ
該装置内を流れる排気ガス５に回転を生じさせる挿入物
７（ＣＲＶ、上記参照）と、そして、出口ダクト１５よ
り前の流出ファンネル１４内の混合器４とである。
【００１９】入口断面１１３を有する流入ファンネル１
３において、挿入物３は、流入ファンネル１３の断面の
動作領域において、流入ファンネルの断面を複数の面に
細分化し、各複数の面は、流動方向５’において均一に
増大する面積を有する。
【００２０】流入ファンネル１３及びその挿入物３は、
同心状の円錐台形のジャケット面から形成され、挿入物
３は、図示した例において、この種の２つのジャケット
面３１０及び３２０を含む。円錐台に対応する頂部が、
点３３に在る。挿入物３の入口断面は、該面の縁部３１
１及び３１２により、流れ５’と反対の方向に縮小する
形状を有する面を画定する。挿入物３は、流入ファンネ
ル１３と共に、２つの拡散する環状間隙通路３０及び３
２並びに中央の円錐状通路３１を形成する。
【００２１】混合器４は、拡散器として形成された挿入
物３と同一の構造を有する。混合器は、単に、流れ５”
に逆向きに配置される。図２は、交差流路構造を有する
２つの構成要素３ａ及び３ｂから組み立てられた挿入物
３を有する流入ファンネル１３を示す。第１の構成要素
３ａにおいて、吸気ダクト１１の円形の断面１１３は、
長円形の断面１１３’へ向かって拡がり、該長円の最小
直径は、吸気ダクト１１の直径にほぼ等しい。第２の構
成要素３ｂは、第１要素３ａの（水平な）層を横切る方
向に向けられた（垂直な）層から成る。この構成要素３
ｂにおいて、断面１１３’は、ハニカム触媒が収容され
るハウジング１０（図１参照）の断面１１３”へとさら
に拡がる。
【００２２】ハニカム通路２０における物質の交換を改
善するために、複数の円筒状の部分を交互に配置し、且
つ、隣接するシリンダー部分の間隙を無くして触媒担体
２を構築することが理に適っているといえる。排気ガス
の流れは、間隙を通過しようとするときに中断されるた
め、触媒の物質変換（拡散部を通じての物質変換）を減
じることが知られている層流境界層の形成がより小さい
範囲になる。それゆえ、汚染物質は、乱流における対流
によって、触媒活性表面の一層近くに輸送される。
【００２３】所定の状況の下では、静的ミキサー６を、
挿入物７（ＣＲＶ）より前に設置することが道理に適
う。これは、例えば、静的ミキサーの後ろの、又はハニ
カム触媒の前にある乱流が望ましくないとき、または、
このような配置が空間上の理由により必要とされるとき
の場合である。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明による
と、触媒の触媒担体が、互いに平行に配列された複数の
通路と、短い流入ファンネルとを有し、通路及びファン
ネルを用いて過負荷及び軽負荷に関する不利点を除去す
ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う装置を示す断面図。
【図２】 均一化する挿入物を有する流入ファンネルを
示す一部破断斜視図。
【符号の説明】
１…装置、２…触媒担体、３…挿入物、５…排気ガス、
６…静的ミキサー、７…挿入物、１０…ハウジング、１
１…吸入ダクト、１３…流入ファンネル、２０…ハニカ
ム通路、３０、３１、３２…通路、１１３…ファンネル
入口。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに平行に配置され且つハウジング
    （１０）内に収容された複数の通路（２０）を有する触
    媒担体（２）と、吸気ダクト（１１）と、吸気ダクトと
    ハウジング間の流入ファンネル（１３）とを含む触媒に
    より排気ガス中の汚染物質を分解するための、特に自動
    車のため装置（１）において、前記吸気ダクトは、排気
    ガス流の入口（１１３）に流入する排気ガス（５）が、
    排気ガス流の断面に渡って、ほぼ均一な温度、流体速度
    及び汚染物質濃度の分布を有するように、適切な場所で
    挿入物（６，７）を用いて形成され、通路（３０，３
    １，３２）を形成する挿入物（３）は流入ファンネル内
    に配置され、且つ、前記通路は、ガス流の幅を広げて逆
    流をなくすことを特徴とする前記装置。
  2. 【請求項２】 流入ファンネル（１３）内の挿入物
    （３）の通路（３０，３１，３２）が拡散器として形成
    されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 流入ファンネル（１３）及びその挿入物
    （３）が、同心状の、円錐台形のジャケット面（３１
    ０，３２０）から形成され特に、前記挿入物が、少なく
    とも２つの円錐台形のジャケット面を含み、該ジャケッ
    ト面に対応した円錐頂点が少なくともほぼ１つの点（３
    ３）にあり、 且つ、挿入物の入口断面が、各々、該断面の縁部（３１
    １，３１２）により、流れ方向（５”）と逆向きに先細
    になる形状を有する面を画定することを特徴とする請求
    項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 流入ファンネル（１３）の挿入物（３）
    が交差した流路構造（３ａ，３ｂ）を有することを特徴
    とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 吸気ダクト（１１）が、流入ファンネル
    （１３）への入口（１１３）より前に、静的構成要素を
    有する挿入物（６）を含み、該挿入物（６）は、排気ガ
    スを完全に混合し、そして／又は、混合をする挿入物よ
    り前にある供給ライン（８）を介して供給される添加物
    と予混合させることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    か１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 流れを偏向させるガイド装置を有し且つ
    直流の排気ガス（５）内に回転を生じさせる挿入物
    （７）が、吸気ダクト（１１）の曲がり部（１２）より
    前に含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
    １項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 混合器として形成された挿入物（４）
    が、触媒担体（２）のハウジング（１０）と出口ダクト
    （１５）との間の流出ファンネル（１４）内に配置され
    ていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 流出ファンネル（１４）及びその挿入物
    （４）が、同心状の円錐台形ジャケット面から形成さ
    れ、 且つ、特に、前記挿入物が、少なくとも２つの円錐台形
    のジャケット面を含み、該ジャケット面に対応した円錐
    頂点が少なくともほぼ１つの点にあり、挿入物の入口断
    面が、各場合に該断面の縁部により、流れ方向に先細に
    なる面を画定することを特徴とする請求項７に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 挿入物（３，４，６，７）が、耐熱排気
    ガス（５）性のシート金属単層から製造されることを特
    徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 挿入物（３，４，６，７）の表面が、
    少なくとも部分的に触媒活性材料でコーティングされて
    いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 触媒担体（２）が、複数のシリンダー
    部分から構築され、該シリンダー部分が、隣接する該シ
    リンダー部分間の間隙を無くして交互に配置されている
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の装置。
JP10318853A 1997-11-19 1998-11-10 触媒により排気ガス中の汚染物質を分解するための装置 Pending JPH11324664A (ja)

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