JPH02501942A - ボート用エンジンの触媒装置ならびに触媒的排ガス浄化方法 - 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】 ボード用エンジンの触媒装置ならびに触媒的排ガス浄化方法 本発明は、殊に゛濃厚（ｆｅｔｔ　）″、っまシネ足化学量論的に１よシも小さ い空気／燃料比で運転されるボート用エンジンの触媒装置に関する。

公知の三路触媒装置（Ｄｒｅｉｗｅｇ−Ｋａｔａｌｙｓａｔｏｒｅｎ　）使用の 前提条件は、噴射装置ないしは電気制御の気化器の存在である。それというのも これのみが要求される高い有害物質減少のための、いわゆる１ラムダ・フェンス ター（Ｌａｍｂｃｌａ−Ｆｅｎｓｔｅｒ　）内、つまりλ−＠０．９８ないしλ −１，０２でのオツド機関の運転を可能にするからである。しかし、制御されな い触媒装置は、全運転相において混合物をλ−０，９５ないしλ−１，０３に保 つことを必要とし、たんに平均５０％の有害物質減少を生じるにすぎない。

これとは異なｐ本発明は、それを用いてボート用エンジンの排ガスを濃厚運転で も、つまシ高いｃｏおよびＨＣ放出（たとえば６チより上のＣｏ放出）で処理す ることのできる、オツド機関用触媒装置を見出す課題を設定した。

従って、本発明は殊に、部分的に約０．７５と０．９０の間の非常に高い空気過 剰率値（λ値）で運転されるボート用エンジンに適用するのに適当であるべきで ある。

この課題の解決は、錨ガス通路中で上流側に存在する還元部と、下流側に存在す る酸化部とを有し、廃ガスを触媒部に純軸方向に案内する際にボート用エンジン の有害物質（炭化水素、−酸化炭素および窒素酸化物）の排出を減少させるため の触媒装置を用いて達成され、該装置は次の特徴の組合せを有する：ａ）触媒器 は水冷ケーシングによジ取シ囲まれているｂ）触媒器外壁と水冷ケーシングとの 間に空隙が存在する Ｃ）廃ガス通路中で下流側に二次空気吹込み口が配置されている ｄ）二次空気は酸化触媒部を経て間隙を通り還元触媒部と酸化触媒部との間の間 隙中へ案内さ几ている。

本発明は、ボート用エンジンにおいてとくに有利に使用でき、このエンジンに関 しては排ガスの触媒後処理による排ガス汚染除去はまだ知らルて９ない。

エンジ／の燃料消費は、オツド機関塔載のスポーツボートではあまシ重要ではな く、このことは自動車に比べて短かい使用時間を有するレクリエーション装置と しての利用および舟の有利な運搬出力／運転出力の比に帰することができる。こ の理由からおよび比較的低い製造費のため、スポーツボートにはしばしば低比負 荷（ｐｓ／に９）の船舶用ｖ８オツド機関が使用される。長距離用ボートは、た いてい節約型のディーゼル機関を装備している。

ボート用エンジンは原則的にアイドリング中およびプロペラ特性でのみ高い全負 荷がかけられるにすぎない。自動車において生じる推力運転、不断の回転数およ び負荷の切換、接続過程および停止および進行運転は、ボートの運転においては 生じない。

これらのエンジンは、回転の質および内部冷却の理由から、明瞭な空気不足およ びそれと共に上述したようにｃｏおよびＨＣ排出は高いが、比較的価かなＮＯｘ 含量で回転する。

本発明による解決手段は、記載の６つの有害物質成分全部の９０％以上の有害物 質減少をもたらす。

自動車組立において従来普通に使用されたセラミック触媒器の代りに、耐衝撃性 で高い温度許容性のほかに、小さい寸法定めのような構造上の利点を伴なう、金 属支持体、殊に金属カートリッジを使用することを提案する。

殊に、カートリッジは、これが損傷、無鉛燃料による被毒または使用不能の際に 迅速に取出すかないしは交換できるようにするため、触媒器ケーシング内で容易 に交換可能に取付けることを提案する。このために、触媒部は不発明によれば金 属スリーブ（カー１−　ＩＪッジ〕中に収納されておシ、該スリーブには還元部 と酸化部の間に空気入口孔が配置されている。

容易な取付けないしは交換可能性は、本発明によれば、触媒器ケーシングが分離 可能に（同様に水冷の〕湾曲管と結合し、該湾曲管自体は水冷の排ガス用ベンド 上に載っていることによって達成される。それで、触媒器ケーシングは容易に湾 曲管から分離し一カートリッジを取９出すことができる。この場合、湾曲管は少 なくとも９０°の曲率を有する。

本発明の極めて重要な態様は、触媒器ケーシング内でのカートリッジの取付けに 関する。さらに、触媒器面においてカートリッジとケーシング内壁との間の空隙 は小さく寸法定めされていなければならず、同時に強い振動負荷（３０，！ｉＪ およびそれ以上）が生じるので、これらの有利な条件にも拘らず、安定な取付け を行ないかつアルミニウムのような軽金属を触媒器ケーシングに使用可能にする こという課題が生じる。この課題の解決は、本発明によれば、触媒器ケーシング がその内壁面に前方切欠部および後方切欠部を有し、前方の還元触媒部は、とく に台形の断面を有するリングを備えていて、該リングおよび触媒器ケーシングに は両側に線材加工リングが固定支承の形成下に接し、湾曲管を用いて取付けられ ておシ、後方の酸化触媒部は末端側で、切欠部に当接する線材加工リングによシ 取り囲ｌれていることによって可能となる。同時に、線材加工リングは、カート リッジに接し、触媒器ケーシングと分離可能に結合した排気接続部によシ可動支 承の形成下に年径方向に保たれている。線材加工リングとは、編み合されてリン グに成形された線材′ｔ−表わす。かかる線材加工リングは市販されている。

この場合、線材加工リングは一方で高い熱伝達を阻止するが、他方でカートリッ ジに対する振動伝達を緩衝する。さらに、線材加工リングは記載された方法で容 易な取付けの維持下に、固定支承および可動支承のために使用できる。それと− うのもこの線材加工リングは湾曲管および排気接続部によって取付ける際に切さ らに、線材加工リングを変形可能なリム状金属リングのフランクが瀘元４部ｚ％ ｉＩば／切欠部の端面ことによって形成される。とくに、加工リングおよび支持 リングはこのため外方へ拡がるフランクを有する。

相応する寸法定めによって、カートリッジの長手方向移動を可能にするために固 定支承および滑シ支承が形成される。

冥験により、触媒器のまわりの環状間隙および双方の触媒部の相互間距離は、触 媒器を最適にするためには、互いに特定の数値割合になければならないことが判 明した。環状間隙を幅約１〜１０ｍに、距離ｔ−２０朋よりも小さく調節するの がとくに有利であると立証された。

自動車における排ガス汚染除去装置の場合と同様に、ボートにおける装置も規則 によシその効率ヲ調べる必要がある。ボート用エンジンの主要運転範囲はプロペ ラ特性曲線によシ定められているので、検査は触媒器の後方で重要な廃ガス成分 を測定する自動車の場合よりも著しく簡単に、プロペラの特性曲線上の定義され た負荷点で実施することができる。

このため、触媒カートリッジからの排気ガスの出口で、排気ガスに対する冷却水 の供給個所の前方に排ガス取出個所を設けることを提案する。

これらの個所における排気ガスの測定は、利用しうる可搬性の、戻化水素、−酸 化炭素および窒素酸化物用測定装置を用いて行なわれる。負荷下で測定できるよ うにするため、ホートラ、測定装置を積込んで走らせるかまたはロープで相応す る安定なランドに係留する。エンジンの負荷状態に関する制御は、所定のプロペ ラにおける回転数測定によって行なう。

かかる短時間検査におけるなお許容しうる測定値は、個々のボートの駆動を類型 化する際に測定し、限界値としてボート証明書ないしはエンジン証明書に記入し なければならず、従ってこれらの値は再検査の際に利用さ１しる。

触媒器の前方で排ガス全測定することによシこの制御を補足する場合、ボート所 有者に、排ガス値が高すぎる場合にエンジンの混合気処理、点火装置、殊に排ガ ス汚染除去装置の不正機能の株類に関する指示全厚えることができ、これが目的 とする修理を容易にする。

触媒器内部からの不時の凝縮水排出のためならびに冷却水の進入をさけるために 、この触媒器はとくに下流側で傾斜してベンド上に載置される、っまシ湾曲管は ９０′−に一致する登り曲率を有する。

湾曲管内の排ガス温度は約７００℃であり、触媒器の構造上の大きさを減少する ため、または変換率を高めるためおよび熱分布を均一にするために、湾曲管に吹 込みは、とくに向流で湾曲管中へ行なわ几る。また、付加的二次空気の吹込みは 、第２の二次空気入口により、たとえば横流で行なうこともできる。

−万で、二次空気の向流案内および触媒器外壁から放出される熱による予熱によ シ、かつこの二次空気の明による装置の高い効率が達成される。高いニンジンお よび触媒器負荷の場合、不断に更新される空気ジャケラトは、非常に熱い触媒器 を冷たい水冷ケーシング部分から絶縁するのにも大いに役立つ。

触媒温度は、排ガスがボートの室中へ流出する場合ゾンデからガスが逃失するこ とはない。

本発明による触媒器を用いて次の実験を実施した：被検体として、全重量約２０ ００Ｘ＋’（ｅ有する長さ７屏のホートラ使用した。このボートを、２２６Ｋｗ のｖ８気化器エンジンおよび推進装置に１５Ｘ１９ツオルのプロペラで運転した 。

ベンド上に、別個の空気ポンプを有する本発明による触媒装置を取シ付けた。触 媒装置の前後に、排ガス取出し部を配置した。圧力および温度を監視した。

結果 運転性能は低下せず、全ケーシングの外表面は全負荷のときでもぬるいままであ った。

ラムダ値は全回転数範囲にわた５　０．７７と０．８２との間で変動し、触媒器 前方の排ガス温度値もそれに応じて低く最高６８０°Ｃであった。

二次空気ポンプを用いて酸化触媒器前方のラムダ値λ−１，０８〜１．１４を調 節し、それと結合して排ガス中の温度はｉ　ｏｏｃ℃にまで上昇した。

触媒器前方でのＣｏ含量は７〜９チであり、ＨＣ排出は最大５０　ｏ　ｐｐｍで ’）　！’　ｓ　１ｉ０ｘ値は最大３４０　ｐｐｍであった。７９４！媒器後方 では、Ｃｏにつ＠０．５チ、ＨＣにつき５０　ｐｐｍおよびＮＯｘにつき１３０ 　ｐｐｍが測定された。

実験は図表１および２に示されており、この場合図表２からは有害物質変換率も 計算することができる（平均９０チ）。

添付１面につき、ボート用エンジンに関する本発明装置を例示的に説明する。

第１図は触媒装置の断面図であり、 第２図はカートリッジの取付は部の断面図であり、第３図はボート用エンジンの 略示図である。

水冷の二重壁排ガス用ベンド（Ｖ型エンジンでは両側に配置されて−る）上に湾 曲管２が存在し、該湾曲管はベンドおよび接続する触媒器ケーシングと分離可能 に結合されており、この両者は同様に二重壁にかつ水冷式に構成されている。湾 曲管は９０’　よりも大きい曲＃）ヲ有し、これにより一方では触媒器ケーシン グは凝縮水排出のため傾斜して配置されており、他方では還元部１６と酸化部１ ２とを有する触媒カートリッジ１は、たとえばこれを交換するかまたは必要な場 合に加鉛ガソリンで運転することができるようにするため、容易に分糎可能に取 付けられている。

触媒カートリッジ１は、双方の触媒部１２および１６ｔ−、二次空気供給に役立 つ間隙９をあけて結合すカートリッジ１は、触媒器ケーシング３内に、線材加工 リング１９．２０および台形リング２１を用いて取付けられており、線材加工リ ングは切欠部１３および１４中に存在する。

触媒器ケーシング３円で排ガス下流には、二次空気用送風機（図示せず）と接続 している二次空気供給管８が配置されており、読管により外界空気は空気予熱部 の環状間隙９に入り、酸化触媒部１２の表面で加熱さｎる。この場合、二次空気 の吹込みは、威媒カートリッジの１わりを均一に洗うようにするため、殊に接線 方向の成分で行なうこともできる。そ几というのも二次空気の予熱により著しい 熱首が表面から取出さ瓜これによって一つには触媒器ケーシング３の冷却が著し く改善され、これは殊にボート運転中の安全性に役立ち、もう一つには運転温度 の急速な到達（始動特性）が可能になる。

カートリッジ１は、酸化Ｍ媒部と還元触媒部との間の間隙１１のまわＩｃ開口１ ８を有し、該開口は図示のように孔の形であってもスリット等でおってもよく、 その寸法症めは許容しうる圧力損失およびエンジン特わし、これらは有利に図示 されてない排ガスベンドに存在する。制御目的のために、湾曲管２および出口冑 で排気管接続部１５にはガス取出しゾンデ６および７が設けら几ており、ここに は同様にラムダゾンデ１０および１１ないしは補助的二次空気入口を収納するこ とができる。５′はもう１つの冷却水排出口を表わす。

ボート運転中の特別な安全規則によって、すべての二次空気入口には図示の逆止 め弁を設ける（第６図）。

排気管は、接続ホースにより、触媒器ケーシング３に分離可能に固定されている 排気管接続部１５と結合されている。触媒器ケーシングは、両端にパツキン２２ ．２３に有する。触媒器ケーシング３を湾曲管２および排気管接続部１５と結合 するねじまたは迅速ロッキング装置をゆるめた後、ケーシング３を抜出し、カー トリッジを取出すことができる。

第２歯は二重壁の水冷触媒器ケーシング３ならびに各端部側の線材加工リング１ ９および２０Ｆ３での取付けを示す。このために、触媒器ケーシングは内部へ続 く肩部？有する切欠部１３を有し、該肩部に線材加工リングが湾曲管２の端面お よび排気管接続部１５によって押しつけられる。

この場合、線材加工リング１９．２０は特定の過剰分を有するので、該リングは 触媒器ケーシング３を排気管接続部１５と湾曲管２との間で取付けの際に（弾性 に〕変形し、カートリッジ１上に溶接された台形リング２１と一緒に両側に隣接 して固定支承を形成し、下流側の酸化端部に可動支承を形成する。リング２１は 原則として台形に制限されていないが、線材加工すフグ１９０大きい和瓦間距離 の利点、および固定支承におけるカートリッジ１の、フランクの傾斜位置による 振動緩衝性かつ十分に安定な固定を提供する。

同じ構成部品を使用することができるようにするため、および中心軸の方への線 材加工リング変形の利点のために、ここでは全線材加工リングは、はぼ台形リン グ２１に適合した傾斜フランクを有して示されておシ、原則的には他の形も可能 である。

線材加工リング１９．２０は、排気管接続部１５および湾曲管２の取付けの際に スェージングさ几て切欠部１３および１４の周壁に接する。こ几により、空隙９ を外方へ密封することが可能となる。

この目的のために、線材加工リングは薄板から製造されたリム状支持リング３０ に嵌込まれておｐ、支持リングの側方フランクは切入部１４．１５の端面ならび に台形リング２１の面に接し、該リングの下方フランクが取付は状態でカー）　 ＩＪツジ１上に載る。この場合、触媒器ケーシング３内の切欠部１３は、支持リ ングが取付は状態でその円面でカートリッジ１に接触しないように寸法定めされ ている。それというのもさもないときは密封性が不利な影響を受けうるからでお る。

従って、触媒カートリッジの取付けおよび取外しは明らかに簡単でちゃ、たんに 湾曲管２および排気管接続部１５とのねじ締付装置を外すだけでよい。こｎによ って、線材加工リングおよび支持リングはその張力を失なって線材加工リングは 垂直方向に伸張し、カートリッジ１からはずれて解放さ几るので、カートリッジ は外側の線材加工リング１９と一緒に触媒器ケーシングから抜取ることができる 。

触媒器のこの種の配ｍは、僅かな熱を放出するので、数（１〜１０）ｕの間隙幅 および９００℃よシ上のカートリッジ１の表面温度の場合でさえも、容易に触媒 器ケーシング材料としてアルミニウムを使用することができる。

第６図は％”８のボート用エンジン上の２つの触媒器ケーシング３の配置を示す 。■ベルト２９により送風機２７（ベーンホイール）が振動され、該送風機は導 管２８により二次空気を触媒器ケーシング３とカートリッジ１との間の空隙中へ 排気ガスに対して向流で送入する。二次空気は孔１８を通って下流側にある醗化 触媒部に入る。汚染除去されたガスは排気Ｗ接続部１５を通って触媒器から出て 、ゴムホース２６を経て排気管２５に入る。

触媒器ケーシングの前方で上流側には湾曲管２が存在し、読管はその下方に存在 する、同様に二重壁の水冷式排気管ベルトにねじ締めされている。

この場合、湾曲管２は、上述したように、とくに９０９よジも大きく湾曲してい る（ベンドに均一に接続している場合〕ので、下流側で傾斜していて、凝縮水ま たは侵入する海水は流出しうみ。

触媒で後処理されたエンジンの排ガスは高い温度を有するので、ボート本体また は取付は部における触媒器ケーシングから出ると明らかな火災の危険がある。

排気管を通って流出するガスは、水冷され、この限りにおいて火災の危険はない 。

しかし、送風機２７が故障した場合または導管２８が破損した場合には熱い排ガ スが流出するので、従ってボートの構成部品は本発明によシ触媒器ケーシングに 定置に配置さ几た逆止め弁２４によシ保護さ几ている。

チート運転中のオツド機関の排ガス汚染除去デート運転中のオツド機関の排ガス 汚染除去り 国際調査報告 １．ｔｌ＋、％、１．ＡａｌＡｓ＠ｌ’＆ａｌｌｌ＊Ｍ、ＰＣＴ／ニーＥ　Ｅ６ ．ＩＣＣ６６５−２−

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．排ガス通路中て上流側に存在する還元部および下流側に存在する酸化部を有 し、触媒部を通して排ガスを純軸方向に案内する場合にポート用エンジンの有害 物質排出量（炭化水素、−酸化炭素および窒素酸化物）を減少するための触媒装 置において、次の特徴、即ち ａ）触媒器（１６，１２）が水冷ケーシング（３）によク取囲まれ、 ｂ）触媒器外壁と水冷ケーシングの間に空隙（９）があいており、 ｃ）排ガス通路中て下流側に、二次空気吹込み口（８）が配置されていて、 ｄ）二次空気が酸化触媒部（１２）および間際（９）を通って還元触媒部（１６ ）と酸化触媒部（１２）との間の間隙（１７）中へ案内されることを特徴とする ポート用エンジンの触媒装置。
2. ２．触媒部（１６，１２）が金属カートリッジ（１）内に配置されかつそれらの 間に空気孔（１８）があけられている、請求項１記載の触媒装置。
3. ３．触媒器ケーシング（３）が水冷湾曲管（２）を介して排ガスぺント°と結合 されていて、湾曲管（２）は触媒器ヶーシング（３）および場合によりぺント° から分離可能でありかつ少なくとも９０°の曲りを有する、請求項１または２記 載の触媒装置。
4. ４．触媒器ケーシング（１３）がその内壁に前方および後方の切欠部（１３，１ ４）を有し、前方の還元触媒部（１６）は、とくに台形断面を有するリング（２ １）を備えていて、該リングおよび触媒器ケーシング（３）に両側て線材加工リ ング（１９）が固定支承形成下に接し、湾曲管（２）を用いて挾止されており、 後方の酸化触媒部（１２）は端部側で線材加工リング（２０）により取り囲まれ 、該線材加工リングは切欠部（１４）に支えられてカートリッジ（１）に接し、 触媒器ヶーシング（３）と分離可能に結合した排気管接続部（１５）により、可 動支承形成下に保持されている、請求項１からろまでのいずれか１項記載の触媒 装置。
5. ５．線材加工リング（１９，２０）が、空隙（９）を密封する変形可能な金属支 持リング（３０）内に存在する、請求項４記載の触媒装置。
6. ６．締付リング（１９，２０）は支持リング（３０）と同様に外方へ拡がるフラ ンクを有する、請求項５記載の触媒装置。
7. ７．触媒器（１）が下流側で湾曲管（２）ないしは排気ペント°上に傾斜して保 持されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の触媒装置。
8. ８．湾曲管（２）が補助的二次空気用供給口を有する、請求項１から９までのい ずれか１項記載の触媒装置。
9. ９．線材加工リングとしての円形の針金編物、および内壁および線材加工リング の側面フランクに接する薄板からなるリム状保持装置からなり、リム状保持装置 がとくに台形断面を有する、自動車触媒装置のような高温負荷用支承リング。