JP2011074774A - 六元触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関の排気ガスの流通を促進しつつ排気ガスに含まれる有害物質を浄化する。
【解決手段】
内燃機関の排気系の端末に装備されるものである。セラミックス材で形成され排気ガスＧの上流側へむけて拡開されたテーパ筒形の加速筒１と、セラミックス材で形成され加速筒１の外部を同軸線上で囲む筒形のカバー筒２と、加速筒１に開口された分流口３とを備えている。加速筒１は、内側壁に排気ガスＧを旋回させるスパイラル条４が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの流通を促進しつつ排気ガスに含まれる有害物質を浄化する排気ガス浄化装置に係る技術分野に属する。

内燃機関の排気ガスには、ＰＭ（Particulate Matter），ＨＣ（Hydrocarbon），ＮＯ_Ｘ（Oxides of
Nitrogen），ＳＯ₂( Sulfur dioxide）等の環境に影響があるとされる有害物質が含まれている。これ等の有害物質を除去するために、内燃機関の排気系の途中に触媒構造からなる浄化装置が装備されるようになってきている。

内燃機関の排気系の途中に装備される浄化装置は、排気系における排気ガスの流通抵抗体となることから、内燃機関の背圧を高めて運転性能を低下させているという状況がある。このため、内燃機関の排気系における排気ガスの流通を促進する技術の開発が要望されている。

従来、内燃機関の排気系における排気ガスの流通を促進する技術としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１には、内燃機関の排気系の端末に装備されるものであって、排気ガスの上流側へむけて拡開されたテーパ筒形の加速筒と、加速筒の外部を同軸線上で囲む筒形のカバー筒と、加速筒に開口された分流口とを備えた排気ガス流通促進装置が記載されている。

特許文献１に係る排気ガス流通促進装置は、加速筒で排気ガスを加速するとともに分流し、加速筒から高速に噴射される中心流の周囲に負圧の雰囲気を生成して加速筒，カバー筒の間を流通してきた周囲流を高度に加速させるもので、加速筒を排気ガスの流通抵抗体とさせることなく排気ガスを排気系の端末で高速化して流通を促進するものである。

特開平１０−３３１６３１号公報

特許文献１に係る排気ガス流通促進装では、内燃機関の排気系における排気ガスの流通を促進することができるものの、内燃機関の排気ガスに含まれている有害物質を浄化することができず、内燃機関の排気系の端末に存在するという装備面での利点が有効活用されていないという問題点がある。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、内燃機関の排気ガスの流通を促進しつつ排気ガスに含まれる有害物質を浄化することのできる排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係る排気ガス浄化装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。

即ち、請求項１では、内燃機関の排気系の端末に装備されるものであって、セラミックス材で形成され排気ガスの上流側へむけて拡開されたテーパ筒形の加速筒と、セラミックス材で形成され加速筒の外部を同軸線上で囲む筒形のカバー筒と、加速筒に開口された分流口とを備え、加速筒は内側壁に排気ガスを旋回させるスパイラル条が設けられている。

この手段では、特許文献１に係る排気ガス流通促進装置と同様の作用が奏されると同時に排気ガスが加速筒の内部で旋回され、排気ガスがより加速されるとともに有害物質を浄化するセラミックス材である加速筒，カバー筒との接触経路長が延長される。

また、請求項２では、請求項１の排気ガス浄化装置において、加速筒の外側壁とカバー筒の内側壁とには多数個の小さな溝穴が設けられていることを特徴とする。

この手段では、加速筒の外側壁とカバー筒の内側壁とに溝穴が設けられることで、加速筒，カバー筒の排気ガスとの接触面積が拡張される。

また、請求項３では、請求項１または２の排気ガス浄化装置において、カバー筒の排気ガスの下流側端部に加速筒の排気ガスの下流側端部を覆うセラミックス材で形成された排気端末筒が接続されていることを特徴とする。

この手段では、カバー筒にセラミックス材で形成された排気端末筒が接続されることで、最終的に大気に排出される排気ガスが導風されるとともにさらなる有害物質の浄化が行われる。

また、請求項４では、請求項３の排気ガス浄化装置において、排気端末筒の内側壁には多数個の小さな溝穴が設けられていることを特徴とする。

この手段では、排気端末筒の内側壁に溝穴が設けられることで、排気端末筒の排気ガスとの接触面積が拡張される。

また、請求項５では、請求項３または４の排気ガス浄化装置において、カバー筒の排気ガスの下流側端部に排気端末筒の外部を同軸線上で囲み排気ガスの上流側の端部付近に外気取入口が設けられた冷却用筒が接続されていることを特徴とする。

この手段では、カバー筒に外気取入口が設けられた冷却用筒が接続されることで、セラミックス材で形成された加速筒，カバー筒，排気端末筒の通過であまり放熱されなかった排気ガスの冷却が行われる。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、特許文献１に係る排気ガス流通促進装置と同様の作用が奏されると同時に排気ガスが加速筒の内部で旋回され、排気ガスがより加速されるとともに有害物質を浄化するセラミックス材である加速筒，カバー筒との接触経路長が延長されるため、内燃機関の排気ガスの流通を促進しつつ排気ガスに含まれる有害物質を浄化することができる効果がある。

さらに、請求項２として、加速筒の外側壁とカバー筒の内側壁とに溝穴が設けられることで、加速筒，カバー筒の排気ガスとの接触面積が拡張されるため、内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質がより高度に浄化される効果がある。

さらに、請求項３として、カバー筒にセラミックス材で形成された排気端末筒が接続されることで、最終的に大気に排出される排気ガスが導風されるとともにさらなる有害物質の浄化が行われるため、内燃機関の排気ガスの流通がより促進されるとともに排気ガスに含まれる有害物質がより高度に浄化される効果がある。

さらに、請求項４として、排気端末筒の内側壁に溝穴が設けられることで、排気端末筒の排気ガスとの接触面積が拡張されるため、内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質がより高度に浄化される効果がある。

さらに、請求項５として、カバー筒に外気取入口が設けられた冷却用筒が接続されることで、セラミックス材で形成された加速筒，カバー筒，排気端末筒の通過であまり放熱されなかった排気ガスの冷却が行われるため、高温の排気ガスが大気に排出されるのを防止することができる効果がある。

本発明に係る排気ガス浄化装置を実施するための形態の断面図である。 図１の側面図である。 図１における排気ガスの流通状態を示すフローチャートである。 図１の効果を確認する試験結果の表である。

以下、本発明に係る排気ガス浄化装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

この形態では、大型貨物自動車（トラック）からなる車両に搭載される内燃機関の排気系の端末に装備するのに好適なものを示してある。

この形態は、図１，図２に示すように、加速筒１，カバー筒２，分流口３，スパイラル条４，排気端末筒５，冷却用筒６を主要部として構成されている。

加速筒１，カバー筒２，排気端末筒５については、セラミックス材で形成される。セラミックス材としては、イオン伝導体特性を有してＰＭの酸化処理とＮＯ_Ｘの還元処理とが同時に実行されるものが好ましい。セラミックス材には、必要に応じて電圧印加等の追加的な手段を加えることもできる。例えば、アルミン酸カルシウム（Ｃａ_１２Ａｌ_１４Ｏ_３３）を混合したセラミックス電極は、ＰＭの酸化処理とＮＯ_Ｘの還元処理とを同時に実行することができるものとして知られている。

加速筒１は、排気ガスＧの上流側端部に内燃機関に接続された排気管（図示せず）に接続される断面形状が真円形の接続用ネック部１１が設けられ、排気ガスＧの下流側端部に円筒形の整流部１２が設けられて、全体が排気ガスＧの上流側にむけて拡開された楕円形のテーパ筒形に形成されている。楕円形の選択は、走行面との関係で装備スペースに制約のある車両への装備を考慮したものである。なお、接続用ネック部１１寄りは、径を大きくした拡張部１３が形成されている。従って、接続用ネック部１１付近では、排気ガスＧの下流側にむけて拡開された格好となっている。外側壁の全面には、小さなディンプル形の溝穴１４が多数個設けられている。また、拡張部１３付近の外側壁には、カバー筒２が嵌合取付けられる段差構造のカバー筒嵌合部１５が設けられている。

カバー筒２は、加速筒１の外部を同軸線上で囲み加速筒１との間にバイパス路７を形成するように楕円筒形に形成されて、加速筒１のカバー筒嵌合部１５に嵌合されボルト８によって締付け固定されている。排気ガスＧの下流側端部には、排気端末筒５，冷却用筒６が２重に接続される楕円筒形の接続用ネック部２１が設けられている。内側壁の全面には、小さなディンプル形の溝穴２２が多数個設けられている。なお、軸長は、加速筒１の整流部１２が接続用ネック部２１近くに位置するように設定されている。

分流口３は、加速筒１の拡張部１３から排気ガスＧの下流側に丸形に開口され、軸を中心に９０度の角度を介して４個が放射状に配置され、加速筒１の内部とバイパス路７とを連通している。

スパイラル条４は、加速筒１の内側面に軸方向へ旋回する格好で突条または溝条として設けられている。このスパイラル条４については、加速筒１の内側面に一体的に形成することもできるし、別個に形成したものを加速筒１の内側面に取付けることのできる。

排気端末筒５は、楕円筒形に形成され、カバー筒２の接続用ネック部２１の内側に嵌合取付けされている。内側壁の全面には、小さなディンプル形の溝穴５１が多数個設けられている。

冷却用筒６は、排気端末筒５の外部を同軸線上で囲み排気端末筒５との間に冷却空気路９を形成するように楕円筒形に形成され、カバー筒２の接続用ネック部２１の外側に嵌合取付けされている。排気ガスＧの上流側の端部付近には、冷却空気路９に連通する外気取入口６１が開口されている。軸長は、排気端末筒５よりも少し長く設定されている。

この形態によると、図３に示すように、内燃機関に接続された排気管を通った排気ガスＧは、特許文献１に係る排気ガス流通促進装置と同様に、加速筒１で加速されて分流口３で分流され、加速筒１から高速に噴射される中心流Ｇａの周囲に負圧の雰囲気を生成して加速筒１，カバー筒２の間を流通してきた周囲流Ｇｂを高度に加速させることになる。

加速筒１での加速では、スパイラル条４に案内されて排気ガスＧが旋回されて特許文献１に係る排気ガス流通促進装置よりも高速に加速されることになる。なお、加速筒１の拡張部１３は、加速筒１の内部に浸入した排気ガスＧを瞬間的に膨張させて旋回にスムースに移行させる機能を奏する。

排気ガスＧから分流口３で分流された中心流Ｇａは、容積が次第に減少されていくテーパ筒形の加速筒１の内部で旋回しながら圧縮されてさらに加速されることになる。そして、加速筒１の整流部１２から高速に噴射される際に、周囲に負圧の雰囲気を生成する。このとき、加速筒１の整流部１２付近がカバー筒２，排気端末筒５で覆われているため、加速筒１の整流部１２の周囲での負圧の雰囲気の生成が確実に行われる。

排気ガスＧから分流口３で分流された周囲流Ｇｂは、容積が次第に拡大されていくバイパス路の内部で旋回しながら膨張されてわずかに減速されることになる。そして、加速筒１の整流部１２付近で中心流Ｇａによって生成された負圧の雰囲気によって再び加速される。

加速筒１の整流部１２付近で合流された中心流Ｇａ，周囲流Ｇｂからなる排気ガスＧは、排気端末筒５に導風されて大気に排出される。

従って、特許文献１に係る排気ガス流通促進装置よりも排気ガスＧが加速されるため、内燃機関の排気ガスＧの流通をかなり促進することができる。

さらに、この形態では、前述の排気ガスＧ（中心流Ｇａ，周囲流Ｇｂ）の圧縮，膨張によって、排気音が減衰されることになる。

さらに、この形態では、前述の排気ガスＧ（中心流Ｇａ，周囲流Ｇｂ）の旋回によって、セラミックス材からなる加速筒１，カバー筒２，排気端末筒５との接触経路長が延長されることになる。従って、ＰＭの酸化処理とＮＯ_Ｘの還元処理とが同時に確実に実行されて、排気ガスＧに含まれている有害物質が浄化される。なお、加速筒１の溝穴１４，カバー筒２の溝穴２２，排気端末筒５の溝穴５１は、排気ガスＧとの接触面積を拡張して、排気ガスＧに含まれている有害物質の浄化能力を高めるのに寄与する。

なお、冷却用筒６は、外気取入口６１から冷却空気路９に冷却用の外気を取入れることで、セラミックス材で形成された加速筒１，カバー筒２，排気端末筒５の通過であまり放熱されなかった排気ガスＧ（中心流Ｇａ，周囲流Ｇｂ）の冷却を行う。従って、高温の排気ガスＧが大気に排出されるのを防止することができる。

以上、図示した形態の外に、加速筒１等を円筒形とすることも可能である。

前述の本発明に係る排気ガス浄化装置を実施するための形態について、大型貨物自動車（トラック）からなる車両に搭載される内燃機関の排気系の端末に装備する実験を行った。

この実験によると、図４に示すように、本発明に係る排気ガス浄化装置を実施するための形態を装備することによって、排気ガスＧに含まれている有害物質が浄化されることが数値によって裏付けされて明確になっている。

なお、図の表では、ＰＭ，ＮＯ_Ｘ以外に、ＣＯ，ＨＣ，ＣＯ_２についても浄化の効果が確認することができる。この因果関係の解析は行われていないが、実験による実証はできている。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、車両に搭載される内燃機関以外の排気系の端末に装備して広範に利用することが可能である。

１ 加速筒
１４ 溝穴
２ カバー筒
２２ 溝穴
３ 分流口
４ スパイラル条
５ 排気端末筒
５１ 溝穴
６ 冷却用筒
Ｇ 排気ガス
Ｇａ 中心流
Ｇｂ 周囲流

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系の端末に装備されるものであって、セラミックス材で形成され排気ガスの上流側へむけて拡開されたテーパ筒形の加速筒と、セラミックス材で形成され加速筒の外部を同軸線上で囲む筒形のカバー筒と、加速筒に開口された分流口とを備え、加速筒は内側壁に排気ガスを旋回させるスパイラル条が設けられている排気ガス浄化装置。
2. 請求項１の排気ガス浄化装置において、加速筒の外側壁とカバー筒の内側壁とには多数個の小さな溝穴が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項１または２の排気ガス浄化装置において、カバー筒の排気ガスの下流側端部に加速筒の排気ガスの下流側端部を覆うセラミックス材で形成された排気端末筒が接続されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項３の排気ガス浄化装置において、排気端末筒の内側壁には多数個の小さな溝穴が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
5. 請求項３または４の排気ガス浄化装置において、カバー筒の排気ガスの下流側端部に排気端末筒の外部を同軸線上で囲み排気ガスの上流側の端部付近に外気取入口が設けられた冷却用筒が接続されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。