JPS62103410A - 排気用清浄濾過器 - Google Patents

排気用清浄濾過器

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JPS62103410A
JPS62103410A JP61252796A JP25279686A JPS62103410A JP S62103410 A JPS62103410 A JP S62103410A JP 61252796 A JP61252796 A JP 61252796A JP 25279686 A JP25279686 A JP 25279686A JP S62103410 A JPS62103410 A JP S62103410A
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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〕 本発明は特にアイ−1!ル機関の多孔PCij”過器要
素から成る内燃機関の籾気用清浄濾過器に閉覆る。 〔従来技術〕 内燃機関のIll気押し出し部に中過器を使用りること
は多方面的に知られている1、−・般的に接触反応的に
作用−りる)ハ過器所謂触蝋によって、II気の有害ガ
ス成分を乃・換(V 12でいる。iイーゼルVM13
!+では一般に深い濾過器の作用をbつ金網または発泡
セラミックからくする多孔v1田過器要素からなる煤ろ
過器が中心にイ1っている。そのようなろ過器はしばし
ば自動中に使用Jるとぎに僅少な空間提供に1.Lづき
出来る限り小さい寸法τ゛製造れ、ろ過器の作用がそれ
により長い間堅持できるような装置により補充されてい
る。 本発明によれば費用のかからない補助装置で最初に述べ
た種類のろ過器の構想を発展さ1iるという課題がある
。 イの課題は特許請求の範囲第1項の特徴部すなわI5多
孔v1ろ過器要素からなる内燃機関の排気を清浄にする
だめのろ過器において大容積のろ過器曹累を設()るこ
とによって解決される。 ろ過器要素の使用によりろ過器要素の容積は今迄に構想
されてきlころ過器よりも大きく、反応速度に一致ざゼ
て反応能力が効果的な排気の清浄をij1能とJること
ができる。触媒による場合には、ろ過器内の排気の滞留
期間が反応速度に一致してb/こらJことがて・きるの
で171気の完全な清浄ができる。 。 この効宋tよもしろ過器要素の容積が内燃機関の行程容
積の大きさの倍の人込さてあり、それにより濾過器要素
の少イ丁りども80%を細孔の容積が占めることを前1
(lにして達成される。発泡1′!ノミツク−ろ過器要
素(・は細孔の容積は要素の巨視的な容積の少なくとも
90%に達している。 粒子ろ過器どして大容積i7+過器を使用する際、有効
なろ過期間が延長されるので自動車の正常な運転でいつ
も再度」−起するJ、り高い機関のi荷に基づいてろ過
器に堅く保持される粒子の焼き剥ぎ工程が制御できる。 接触反応的被膜を有りる人容聞のろ過器の大きな貯蔵能
力により煤粒子の連続的焼き剥きを達成することができ
、その際目標どする焼き剥ぎは比較的まれに入れられね
ばならない。 ろ過器に堅く保持される酸化1■能な粒子の焼き剥ぎは
Tンジンt′J伺領域の広い範囲にわたりろ過器の有効
な作用表面の触媒層によって確実にi′Sれる。それに
は特に白金/パラジウム/[1ジウムの割合が5−61
5−6/1である員金属層が適している。非常に薄い層
が大容積のろ過器の場合、全負荷のときそれににって生
ずるIlll温気ににリ粒工を酸化Jるのに」分である
ことが示されている。^や層は内金属溶液1−2g/J
の中に濾過器要素を浸漬することに、1り達成される、
。 11]過器の再q−過稈を達成するたV)に内燃機関の
運転に影νキする措置をとることができる。かくしてそ
の一つの18置は1ンジンのす]気空気まjこはill
気の流れを絞ることであり、絞ることにJ、す、より高
いv1気淘1αに制御され、焼き剥きの連続性が確実に
イする3、そのようイ↑絞りはろ過器の大貯蔵容積にも
とづいて比較的にまれに働ぎ、一般には焼き剥きの連続
t’lを確実にするためにわずかの絞りで充分に間に合
うことができる。 ろ過器の再生の別の措置はろ過器要素のOfIで1接に
流れ方向に1つまたは多数のノズルをつなぎそれにより
酸化剤を噴出可能とし、堆積しIC煤を局所的に発火さ
■ることである。メタノールのようイ1容易に発火可能
な薬品がぞのとき使用できる。 ト述の作用を満足的に達成するためにろ過器要素のろ過
器の貯蔵能力が90%の細孔容積及び当該ディーゼル機
関の1.5〜2倍の]−程容積の全容積で充分であるこ
とが明らかにイ1っだ。大容積のfj’過器により達成
される伯10.1J、り高い熱容Mを有するろ過器要素
の選択によりさらに援GJられている。そのときfJ’
過器は同時に熱貯蔵器として働き、そのためより僅少の
排気温石をもって知肋間な運転状態で目標とJる焼き剥
ぎを専く必要イ
【シに行われる。 本発明の別の実施態様によれば濾過器(14。 14′)は排気の流れ1ノ向(・多孔度が変化する細孔
を有し、下方で(、F約50−60細孔/ cmの細孔
が設けられ、下方ぐは80−、100細孔/ r、mの
小さな細孔が設GJられ゛(いる。 ろ過器の作用表面、1としてろ過器のすべての細孔の壁
は細孔の直径の減少によって拡大される。 この方向のろ過器のn川の右利な配置は4−どしてろ過
器内の空気抵抗を出来るかぎり小さく保つために排気通
行のための要求と対立′IJる。 それ故に一方において支持可能な、僅かな)tI!圧を
制御し、他方では望ましい濾過器−作用表面を残すよう
な妥協が選択されねばならない。fJi過器の厚さが大
きいときには5O−6(’)細孔/cmの大さい細孔が
選ばれる。しかし、ぞのような比較的に人き’rE細孔
によりディーゼル機関では全角前運転においで放出され
る大きな粒子は+−分イ1品に押えられ4丁いことが示
されている。 イれ故1;二を濾過器はJJI気の流れ方向に孔の大き
さが減少づるJ:うに設泪することが提案されている。 粒子は実質的にろ過器部分の前に堆積する。イのJ:う
な粒子はこの大きさの細孔領域を通過し、ろ過器の小さ
い細孔の末端領域に堅く保持される。 均一なIff積はろ過器の全断面を通してあられれる。 イのどき−(jべての粒子はその大きさに無関係に引き
留めることができ、その間空気抵抗が理想的領域に保持
可能であり、大容積のろ過器の作用はすなわち局所的に
不均一な堆積により縮小されることなく充分に支持され
る。 細孔もしくはその勾配は連続的にまたは段階的に変化さ
せることによりろ過器の厚さ及びろ過器の表面に従って
最適に配置される。 望ましい濾過器の容積は単一のまたは数部から= 9− なるろ過器要素を持っで実現される。1イの際、数部か
らなる一過器の構成費f1はさらに甲−のろ過器要素に
集合されるかJ、たは分#tされ、排気から真直にまた
は平行に流出可能にEノで配置される。 その際種々の使用にり・1()て1)1過器に関係する
性質を最適に制御できる。 この意味において好ましい配置は多数の構成要件の使用
であり、厚い壁のろ過管として(f意の断面をもって互
いに平行に一般的にろ過器要素の容積が構成され、その
容積はX[ンジンの7[稈容積の2倍に相当している。 ろ過管の壁を通って外から内へと流れ方向を選択するこ
とによって、平行に流出さけるろ過器に大きな流れの表
面を提供し、より小さい細孔の大きさおよび/またはろ
過器の管のより厚い壁の大きさを許している。 一部または数部からなるろ過器要素の流れの前で排気の
冷却を回避するためにtp濾過器ハウジングはすくなく
ともマントル領域内で熱的に絶縁されている。発泡セラ
ミックから<’にるip過器管の使川のどきには)J1
過器のハウジング内部に生起する振動を減少させ、その
ためろ過器管の損害を避けるために圧延線が都合よく埋
め込まれる。 ろ過管が流れを内から外へ流出せしめることも11[能
であること(よ当然である。 空間的に節約した実施態様は7個のろ過器の管にJ、る
配置であり、それは密に集中され、簡!1iなh法で孔
あき板底をもってハウジング内に保持される。 大体積のろ過器要素はエンジンから生じる音波をあるー
・定の程亀に弱くJる位置に置かれる。この0加的利点
は簡単な濾過器の追加手段をもって消j)−器の機能を
果すのに使うことができる。 その簡単な構成はろ過器のハウジングの内部に膨張室を
構成づることである。濾過器要素の前もしくは後に膨張
室が設けられ、1つの室の内に追加して共鳴器どして孔
あぎ板からなる管を配置できる。 本発明は概略的に示される図面により実施例をざらに訂
しく説明される。 第1図はイの刊気押し出し部11のなかに大体積のろ過
器12を中間に連結した内燃機関10を示している。ろ
過器12は(のbかに多孔Mレラミックからなるろ過器
要素14を配置しているハウジングから成っている。さ
らに内燃機関10は燃焼空気の流れ16の制御のために
制御器17及び操作装F/18を用いて111気逆1’
l−19に従属してろ過器12の前の排気通路のなかに
制御可能の絞り弁を装備している。絞り井15 t、を
燃料−空気供給系20に設けられた弁である。 内燃機関10から出て行く刊気21は触媒的に作用する
被膜を右りる)f1過器要素を通って流出(る。そのな
かでjJ)気部分の変換が被膜に応じ−C行われる。ろ
過器12はその際相当する反応透電で最大の排気容h1
のどき、所望の排気部分の完全な変換が9−しるようh
大きさの31法にかたhづくられている。1ハ゛過器の
ハウジングの容積に一致するろ過器要素14の容積は第
1図によれば内燃機関の行程容積の大きさの2倍である
1法であり、濾過器の容積の約90%の細孔の容積は細
孔壁の十表面を構成するところの大きさの作用表面を提
供し−(いる。その作用表面は高い11F気から0害ガ
ス部分の有効な変換を許している。 ディーゼル機関10の場合においてろ過器12はまず第
1に粒子ろ過器もしくは煤ろ過器どして使われる。その
際iji過器12は煤粒子及び炭化水素粒子同じく一酸
化炭素に酸化作用を持つ触媒的被膜を同時にgmしてい
る。そのどきろ過器要索14の貯蔵容積は煤粒子の連続
的焼ぎ剥ぎが保証されるように粒子による析出と粒子の
焼、V剥ぎとの間の平衡が制御されるような寸法に構成
されている。1i1過器要素14の容積が内燃機関10
0行程容積の大きさの2倍のとき、析出と焼き剥ぎとの
間の平衡状態もしくは自動的な焼き剥きを広い運転範囲
を通して保持するために充分な貯蔵容積を供給する。イ
れは90%の細孔容積を持つろ過器要素に由来している
。粒子に対する貯蔵容積は細孔容積の小部分に一致し、
それにより排気に対りる流出通路が自主的に残らねばな
らない。 ■間約に部分り荷の運転による緩慢な不利な運転条件の
低速領域で粒子を酸化するだめの反応速度は平衡状態を
保持Jるためにta ’bはや間に合わない。この場合
にり・1して燃焼空気の供給16の制御に絞り弁15が
設【Jられ、燃焼空気16の供給は排気渇庶を充分高く
制御づるJ、うに絞られる。 この目標とする再生段階はたとえばfJl気の管11の
なかのIJ[気の逆圧19に依存して導入される。 エンジン負前を高くJるための他の111買が目標とJ
る再生過程を可能とすることは自明である。 大容積のろ過器12の作用により各々の場合そのような
目標とする再生過程の投入の頻疫が従来とえられてぎた
小ざな容積のろ過器に対して茗しく減少するので内燃機
関もしくは自動型設備の損害は僅少に保たれる。 再生過程に対して着火装置またはバーナを設けることが
でき、人寄f?If濾過器12は着火装置もしくはバー
ナによってエネルギ消費の減少に寄与している。 高い熱容量を右Jる濾過器要素14の選択の際、人寄h
lのろ過器の効果は強化され、ぞこでは罎過〜  14
  − 器要素が同時に熱貯蔵器として使用され、わずかの1ノ
1気渇頂による運転期間の切り換えに使用される。その
ため、人寄f11if濾過器の効果によってl]椋にJ
る燃焼を導入せねばならない頻度がさらに減少できる。 洪過器12は数部から成るろ過器要素14.11′を有
し、個々のろ過器要素−構成要素14もしくは14′は
使用に応じて安なったまたは同一の構造から成り、S!
I!なった処理をすることができる。 排気21から有害ガスも粒子も完全に除くことができる
ような右利な組み合わせが構成できる。 1FI過器12により良好な作用が達成され、ろ過器の
容積は引き留められる煤にとって十分な貯蔵能力をもっ
て器側され、1または2のtJ+気の流れ方向に連続し
て配F7される罎過器要索14ちしくは1/1′ から
成っている。その際すぐに作動するろ過器の構成要素1
4は触媒−被膜をもつ″c装備され、煤粒子及び炭化水
素粒子に対して酸化作用を持っている。その次の構成要
素14′はCOをC02に酸化するのに有効な触媒層を
持っている。 ろ過器12は全容積をもって煤粒子に作用し、その際第
1の構成要素14は先に述べた有効(2触媒層が煤に対
して着火温磨を低下さIる。焼き剥きの発熱によって第
1のろ過器要素14の内部に4Jl気温度が十胃するの
でここに起こる煤の着火は煤の焼き剥きを第2の構成要
素14′のイ【かで作用することができる。ろ過器12
の第2の構成要素14′はガス成分(Go、NOx )
を減少Jるのに使われる。 数部からなるろ過器要素は流れの線に沿つτ異なる多孔
度を望むどきに右利に役立っている。罎過器の構成要素
は異(7る多孔度を有し、排気流れ方向に多孔度が減少
−16ように配置されている。 連続的または段階的に多孔度を変化させること【五一部
構成のろ過器要素において実現できることは当然である
。 第2図は別の実施例を示し、ぞこでは濾過器要素34が
数部からなり、?Jなわち多数のろ過管30から構成さ
れている。ろ過管30は多孔性ヒラミック、編み線から
または招き付法で製造できる。 I濾過管30は孔あき板32.33を使用してハウジン
グ31のなかに固定される。同時に消音器を表わしてい
る。それに対してハウジング31の内部にはろ過器要素
34の前に刊気21の流れ方向に第1の膨張室35が同
じく第2の膨張室がろ過器要素34の後に設けである。 この簡単な措置を1)っ(、そこにある大容積のろ過器
要素34の使用により音波は効果的に消音され、大容積
に設計された濾過器要素は明白な寄与を与えている。第
1の室35に1よそのト共鳴器として用いられる管38
が孔あき板でつくられ配けされている。 1本の中央管及び中央管をとりまくように配置される6
本の管をもって7本のろ過管を使用してろ過管30の密
な配置を達成させでいる。 第3図は第2図よる装向を第1の孔あき板32の■−■
線で切断した横断面を示している。この孔あき板32は
ろ過管30の内部通路39をおおっていて孔はろ過管の
領域の外部を含むように構成されている。それによって
排気21は共鳴器38を通って第1の膨張室35のなか
に入り、孔40を通してろ過器30の外側領域41に入
り、そこから1ノ[気21は矢印の方向にip過冑の壁
を通りそのつど内部通路39のなかに流入する。洪過器
を通して流れ、清浄されたガス番、1第2の膨張室36
に入り、そこから出目44を通って排出できる。 第2図によるろ過器要索34の構成はずべて変形が可能
であり、たとえばブロック濾過器要素または同類物によ
って6可能Cある。外から内へ菅の壁の多孔度を変化さ
せることは多孔性セラミックも編み線による実施形態の
ときにb可能である。 第4図は第2図の一部切り欠ぎ断面図でさらに詳しく示
している。ろ過管30と非常に1」のあらい管50のな
かの間に金属性毛織物51が埋めこまれている。自動車
走行の起伏性及び排気の音から生じる振動に対してこの
種の取り付1)貝はろ過管30を保護し、この実施は特
にセラミックろ過管30に適している。さらに外側周囲
のろ過器ハウジング31はろ過器壁を通り扱ける前に外
側空間41に入る排気21の冷却を妨げるために熱絶縁
層52を設けている。 内部領域は腐食を防It′?Jるために高級鋼から製造
されるかまたは相当する腐食防止層をもって被覆されて
いる。 好ましくない運転条件に対する再生過程を助t−Jるた
めに第4図に示】ように管5’5.56を設け、それは
中央管55と分岐管56とから成り、その各々はろ過管
30の外側領域41でつながっている。接触反応的また
は容易に燃焼可能な薬剤である酸化剤57を管55.5
6を通して尋人する。 第2図による実施例において排気の流れは外から内へろ
過管30を通して向【」られる。排気の流れの統制と取
り付けのために使用される孔あき板32.33の両方を
並べかえると洪過管30のなかに排気が内か外へ員流さ
れる。 if1過管の配Ftで、達成するべぎ大容積が大寸法の
厚壁管により引き受けられる空間要求になるために研究
され達成された。壁層における構成、被膜、多孔度の変
化は排気の流出方向が変化方向に従うように生じる。 セラミックろ過器要素のとき基体は好ましくはα−AJ
203またはAJ203ΔJSiから製造され、機械的
作用に対し高い強IQを持っている。 しかも表面及び細孔表面は比較的平らCある。粒子の付
着を改良するために内部の細孔表面をγ−AJ203で
処理覆ることによりざらざらにりることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のろ過器と内燃機関との関係を示す第1
の実施例を示す概略図、第2図1.1本発明のろ過器の
内部を説明するための縦方向に切断した断面図、第3図
は第2図の■−■線による断面図、第4図は第2図の部
分をさらに訂しり一1明1Jるための1ri過器の縦断
面図である。 10・・・・・・内燃機関、 11・・・・・・v1気押し出し部、111気管、12
・・・・・・ろ過器、13.31・・・・・・ハウジン
グ、14.14’ 、 34・・・・・・ろ過器要素(
多R,Mセラミック)、 15・・・・・・絞り弁、16・・・・・・燃焼空気、
17・・・・・・制御器、18・・・・・・操作装置、
19・・・・・・排気の逆圧、20・・・・・・燃料−
空気供給系、21・・・・・・排気、30・・・・・・
ろ過管、32.33・・・・・・孔あき板、35.36
・・・・・・膨張室、38・・・・・・共鳴器、39・
・・・・・内部通路、40.42・・・・・・孔、41
・・・・・・外部領域、44・・・・・・出1]、50
・・・・・・目のあらい管、51・・・・・・金属性毛
織物、55・・・・・・中央管、56・・・・・・分岐
管、57・・・・・・酸化剤。 出願人  マン テクノロジー ゲー エムベー バー

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多孔性ろ過器要素からなる内燃機関の排気を清浄
    にするためのろ過器において、大容積のろ過器要素(1
    4、34)を設けることを特徴とするろ過器。
  2. (2)前記ろ過器要素(14、34)の容積は少なくと
    も前記内燃機間の(10)の工程容積と同じくらいの大
    きさであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    によるろ過器。
  3. (3)前記ろ過器要素(14、34)が排気(21)の
    ろ過可能な粒子のために大きな貯蔵容積を持つことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項及び第2項記載のいずれ
    か1つによるろ過器。
  4. (4)前記ろ過器要素(14)が接触反応的被膜を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項記
    載のいずれか1つによるろ過器。
  5. (5)前記ろ過器要素(14、34)は白金/パラジウ
    ム/ロジウムの比が5−6/5−6/1である溶液によ
    り塗布されることを特徴とする特許請求の範囲第4項記
    載によるろ過器。
  6. (6)前記ろ過器要素(14、34)が高い熱容量を有
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項から第5項
    記載のいずれか1つによるろ過器。
  7. (7)前記ろ過器要素(14、34)が排気の流れ方向
    に細孔の大きさを減少するように持つことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項から第6項記載のいずれか1つに
    よるろ過器。
  8. (8)前記排気が最初にろ過するろ過器層(14)の細
    孔の大きさは50−60細孔/cmを有し、最後にろ過
    するろ過器層(14′)の細孔の大きさは80−100
    細孔/cmを有することを特徴とする特許請求の範囲第
    7項記載によるろ過器。
  9. (9)前記ろ過器要素(14、14′:34、30)が
    数部からなって構成されることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項から第8項記載のいずれか1つによるろ過器
  10. (10)前記ろ過器要素(14、34)が粒子のろ過器
    と酸化触媒との組み合せであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第9項記載のいずれか1つによるろ
    過器。
  11. (11)前記ろ過器(34)が数部からなる中空円筒形
    (30)の多孔性材料からなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第10項記載のいずれか1つによる
    ろ過器。
  12. (12)前記7個のろ過器の管(30)が円対称の配置
    に設けられることを特徴とする特許請求の範囲第11項
    記載によるろ過器。
  13. (13)前記ろ過器の管(30)が厚い壁で構成される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第12項記載によるろ
    過器。
  14. (14)前記ろ過器要素(30)の細孔が外側より内側
    のほうが大きく、内側領域での細孔が3成分バナジウム
    塩(ternaren Vanadaten)または混
    合酸化物の被膜を有し、外側領域での細孔は貴金属被膜
    を有し、前記ろ過器の管は内側から外側に流出されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第13項記載によるろ過
    器。
  15. (15)前記ろ過器(14、34)の容積は前記内燃機
    関(10)の行程容積の大きさの約2倍であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項から第14項記載のいず
    れか1つによるろ過器。
  16. (16)前記ろ過器要素は内側表面をγ−Al_2O_
    3により処理される多孔性セラミックからなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項から第15項記載のいず
    れか1つによるろ過器。
JP61252796A 1985-10-26 1986-10-23 排気用清浄濾過器 Pending JPS62103410A (ja)

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