JPH10513526A - 自動車排ガス系におけるマニフォールド触媒の性能向上 - Google Patents
自動車排ガス系におけるマニフォールド触媒の性能向上Info
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Abstract
(57)【要約】
炭化水素捕捉器(28)及び下流触媒域(30)を含んでなる排ガス系において、熱交換触媒員(10)は、系に導入されて、排ガスと熱交換触媒員(10)を通してポンプで送り込まれる空気との間で熱交換を行わせる。加熱された空気は、排ガス流に注入されて、下流触媒域における炭化水素の酸化を容易にする。熱交換触媒員(10)は、それを通る別々の2つの流路を規定し、これらの流路の1つは排ガスに対する触媒域を含む。他の具体例においては、注入される空気を、熱交換捕捉器(28′)により又は別の加熱要素(62)により加熱する。
Description
【発明の詳細な説明】
自動車排ガス系におけるマニフォ−ルド触媒の性能向上
技術分野
本発明は、有害な自動車放出物の低減、及び更に特に吸着剤炭化水素捕捉器及
びこの捕捉器の下流の触媒組成物を含んでなる排ガス処理装置に関する。
政府の内燃機関排ガスに対する放出物基準に適合するために、自動車製造業者
は自動車の排ガス管系にいわゆる触媒コンバ−タ−を設置している。普通の形の
コンバ−タ−は、ガス流路がその中に延びているハニカム一体型を含んでなる触
媒員を含む。この一体型は未燃焼の炭化水素、一酸化炭素及びNOxを含む排ガ
スの有毒成分を無害の物質例えば二酸化炭素、H20及び窒素に転化するのに有
効な触媒的に活性な材料を保持する。普通の種類の触媒材料はいわゆる三元(t
hree−way)触媒であり、典型的には同業者には公知の方法により耐火性
無機担体材料例えばアルミナ上に分散された触媒的に有効量の白金及び/又はパ
ラジウム又はロジウムを含んでなる。三元触媒は、未燃焼の炭化水素及び一酸化
炭素を実質的に同時にCO2及びH2Oへ酸化し、一方NOxを窒素及び酸素に還
元する能力で知られている。本明細書に参考文献として引用される1979年1
0月16日付のキ−ス(Keith)による米国特許第4171287号及び1
989年7月7日付のウアン(Wan)による米国特許第4678770号は、
いくつかの三元触媒組成物及びその製法を開示している。酸化触媒はロジウム成
分を含ませずに同一の方法で製造することができる。
酸化触媒及び三元触媒は、それらが「ライト−オフ(light−o
ff)」温度としてしばしば規定される閾値温度に加熱されるまで一般に有効で
ない。普通自動車エンジンの運転中、排ガスは数分の運転中に触媒コンバ−タ−
をライト−オフ温度まで加熱する。しかしながら、「冷始動」期間として公知の
最初の運転期間中、排ガスはそれの持つ熱を移動させ、排ガス系の触媒コンバ−
タ−及び他の成分を加熱する。従って冷始動期間中、排ガスは実質的に反応を受
けずに冷触媒コンバ−タ−を通過した炭化水素に富んでいる。最近、吸着剤炭化
水素捕捉器を排ガス管系に導入する事を含めて、この冷始動放出物を減じる努力
が払われてきた。そのような捕捉器は、冷始動期間中に炭化水素を吸着し、従っ
てこれを保持する吸着剤材料例えば分子ふるいと接触するように、排ガスを通流
させる。吸着剤は、その脱着温度まで加熱されたとき、炭化水素を本質的に脱着
する。かくして脱着した炭化水素を含む炭化水素を酸化し得る触媒員は、通常捕
捉器の下流に配置される。
背景の技術
SAEペ−パ−第930739号において、ホッホムス(Hochmuth)
らは、炭化水素捕捉器が別個の触媒コンバ−タ−によって規定される触媒域間に
又は三元触媒材料を有する熱交換交差式流路一体型の両流路間に配置されている
多くの排ガス処理形態を図8で開示している。この特許は、炭化水素捕捉器の更
に下流の触媒域における脱着された炭化水素の燃焼を補助するために捕捉器の下
流点で空気を注入することを含め、排ガス流に空気を付加して、脱着された炭化
水素を燃焼させることを記述する。
1992年9月15日付のネムサ−(Nemser)による米国特許第514
7417号は、自動車に対する空気吸入装置を開示する。この
装置は、好ましくは0.10mm以下の厚さを有し且つ少なくとも1.4:1の
酸素/窒素選択性を示すパ−フルオロ−2、2−ジメチル−1、3−ジオキソ−
ルの非晶性ポリマ−を含んでなる選択的透過性膜を内包するカニスタ−を含んで
なる。ポリマ−はテトラフルオロエチレン、パ−フルオロメチルビニルエ−テル
、フッ化ビニリデン、及びクロロトリフルオロエチレンを含んでいてもよい単独
重合体又は共重合体であってよい。非晶性重合体は、好ましくは少なくとも14
0℃のガラス転移温度を有する。空気はカニスタ−中へ流れて、酸素に富む部分
及び酸素の不足な部分になり、そしてこの酸素に富む部分がエンジンに供給され
て燃料の燃焼を容易にする。
1992年10月27日付のタケ(Take)による米国特許第515875
3号は、交差流式熱交換器、炭化水素捕捉器及び少なくとも1つの触媒域を含ん
でなる内燃機関に対する排ガス処理装置を開示する。炭化水素捕捉器は、熱交換
器の流路間に配置され、かくして排ガスの熱が第1の熱交換域から第2の域へ移
動する。従って、第1の域を離れるガスは、そうでなくて炭化水素捕捉器に入っ
た場合よりも温度が低い。捕捉器を通過した後、ガスは予め移動した熱を利用す
る第2の熱交換器域に流入する。この第2の熱交換域の下流点において、排ガス
は触媒域を通流する。図2の具体例において、熱交換器の第2の流路は触媒材料
を含んでなる。
発明の概略
本発明は、大まかには、エンジンの排ガス流中の少なくとも炭化水素を、無害
な物質に転化するための排ガス処理装置に関する。本装置は排ガスに対する流路
を規定し、少なくともエンジン運転の冷始動期間中に
おいて排ガスの炭化水素を吸着するための、及び続くエンジン運転の期間中に炭
化水素を脱着するための捕捉手段を流路系に含んでなる。下流触媒域は、捕捉手
段から下流の流路系に配置され、少なくとも炭化水素の無害物質への転化に対し
て有効な触媒材料を含んでなる。排ガス流に空気を注入して、下流の触媒域での
炭化水素の転化を容易にする空気注入手段及び空気が排ガス流に注入される前に
これを加熱するための空気加熱手段が存在する。
本発明の1つの観点によれば、排ガス処理装置は、捕捉手段から上流の排ガス
流路系に、上流触媒域を配置して含んでいてもよい。上流触媒域は、一酸化炭素
、炭化水素及び窒素酸化物の少なくとも一部を無害な物質へ転化するのに有効な
触媒物質を含んでなり、装置は空気が排ガス中に注入される前に、この注入され
る空気に対して排ガスから熱を移行させるための熱交換手段を含んでいてもよい
。
本発明の他の観点によれば、熱交換手段は、互いに相互の熱交換関係で配置さ
れた第1及び第2のガス流域を含んでなる熱交換器を含むことができる。この場
合、第1のガス流域は流路の一部を含んでなる。随時第1のガス流域は上流触媒
域及び捕捉手段の1つを含んでなることができる。
本発明の更に他の観点によれば、空気注入手段は、環境空気を酸素に富む部分
及び酸素が不足の部分へ分離するためのガス分離手段を含んでいてよく、及び空
気注入手段は、酸素に富む部分を排ガス流中に注入する事ができる。本発明のい
くつかの他の観点は、例えば(a)冷始動エンジン運転期間及び(b)燃料の多
い時のエンジン運転の1つを感知するセンサ−手段を含んでなり、また空気注入
手段は冷始動エンジン運転
及び燃料の多い時のエンジン運転の少なくとも1つの期間中に空気を排ガス流に
注入するための機能をする。更に下流触媒域の触媒材料をライト−オフ温度まで
加熱するための触媒加熱手段も存在しうる。
特別な具体例において、センサ−手段は捕捉手段に入る排ガスの温度を感知で
き、捕捉手段へ入る排ガスが予め決められた温度に達したときに空気注入手段が
空気を第2のガス流域へ流し、空気を排ガス流へ注入するためのセンサ−手段に
呼応しうる。空気注入手段は、排ガス流中に、上流の触媒域の上流の点でまたは
捕捉手段の上流の点で或いは両方で空気注入するための大きさと形をなすことが
できる。別の具体例において、本発明は排ガス流中の少なくとも炭化水素を無害
な物質に転化するための排ガス処理装置を含む。この装置は排ガスに対して流路
を限定し、熱交換触媒員を含む空気加熱手段を含んでなる。この熱交換触媒員は
、第1のガス流域及び第2のガス流域を含む。第1のガス流域は排ガスに対する
流路の一部をなし、排ガス流の少なくともいくつかの汚染物を無害な物質に転化
するのに有効な触媒材料を含んでなる。第2のガス流域において、ガス例えば空
気は第1のガス流域における排ガスと熱交換する関係で処理される。この本発明
の具体例は、更に熱交換触媒員の第1のガス流域から下流の流路に配置された下
流触媒域を含んでなる。下流触媒域は、少なくとも排ガス中の炭化水素を無害な
物質へ転化するのに有効な触媒材料を含んでなる。ここに空気を熱交換触媒員内
の第2のガス流域に流し、ついで空気を下流触媒域の上流の点で流路に注入する
ための空気注入手段も存在する。この熱交換触媒員は、マニフォ−ルド触媒員を
含んでいてもよい。
本発明は、少なくとも一酸化炭素及び炭化水素を含む有害な成分を含
んでなる排ガス流を、上述した排ガス系に通して処理するための方法を提供する
。更に特に、本方法は、酸素含有ガスを加熱し、この加熱した酸素含有ガスを排
ガス流と混合して、排ガス/酸素混合物を生成させ、そしてこの排ガス/酸素混
合物を、少なくとも炭化水素を無害な物質に転化するのに有効な触媒組成物と接
触させて通流せしめる、ことを含んでなる。
他の観点において、本発明は、(a)排ガス流から空気へ熱を移動させ、(b
)加熱された空気の少なくとも一部分を排ガス流へ注入して、空気−排ガス混合
物とし、そして(c)空気−排ガス混合物を、少なくとも炭化水素及び一酸化炭
素の無害物質への酸化に有効な下流触媒組成物と接触させて通流せしめる、こと
を含んでなる排ガス流の処理法を提供する。
随時本方法は、更に(d)排ガス流を、炭化水素捕捉器と接触させて流して、
この排ガス流から炭化水素を捕捉器に吸着させる、但しこの段階を工程(a)の
後及び工程(b)の前に行ってよい工程を含んでいてよい。随時本方法は、工程
(a)の前に、(e)排ガスを、その有害成分の少なくともいくらかを無害な物
質に転化するのに有効な上流触媒組成物と接触させて通流せしめる工程を含んで
いてもよい。工程(e)は、上流触媒組成物を含む第1のガス流域及びこの第1
のガス流域と熱交換の関係にある第2のガス流域を含んでなる熱交換触媒員中に
排ガスを流すことを含んでなる。排ガス流から空気への熱の移動は、空気を第2
のガス流域へ流し、一方排ガスを第1のガス流域へ通流させることからなってい
てよい。他に工程(d)は第1のガス流域が捕捉手段を含む互いに熱交換関係に
ある第1のガス流域及び第2のガス流域中を通流させるこ
とを含んでなり、また工程(a)は空気を第2のガス流域に通し、一方排ガスを
第1のガス流域に通すことを含んでなる。
特別な具体例において、本方法は更に炭化水素捕捉器と接触する排ガスの温度
を監視し、排ガスの温度が予め決めた温度に達したときに排ガスと熱交換の関係
にある空気を流し始めることを含んでなる。本方法は随時更に加熱された環境空
気の酸素に富む部分を生成させ、この酸素に富む部分を排ガス流中へ注入するこ
とを含んでなる。
図面の簡単な説明
図1Aは、本発明による装置で使用するための熱交換触媒員の、部分的破断透
視図であり、
図1Bは、本発明による装置で使用するための他の熱交換触媒員の、部分的破
断透視図であり、
図2Aは、本発明の1つの具体例による排ガス装置の系統的流れ図であり、
図2Bは、本発明の第2の具体例による排ガス装置の系統的流れ図であり、
図2Cは、本発明の第3の具体例による装置の他の具体例の系統的流れ図であ
り、そして
図2Dは、本発明の第4の具体例による装置のの系統的流れ図である。
発明の詳細な説明とその好適な具体例
本発明は、酸素又は他の酸素含有ガス例えば空気を排ガス流に注入して、排ガ
ス流の炭化水素を無害な物質例えばCO2及びH2Oへ酸化することを容易にする
、内燃機関に対する改良された排ガス処理系を提供する。ある観点において、本
発明による装置は空気を排ガス系に注入する
前に加熱し、かくして用いた触媒組成物の転化性能を改良して排ガス流中の炭化
水素を処理する、空気加熱手段を含んでなる。
他の観点において、本発明の排ガス処理装置は、排ガス流中へ注入すべき空気
に排ガスから熱を移動させるのに熱交換器を使用する。熱は排ガスから取り出さ
れた後に炭化水素を捕捉器から脱着させ、そして加熱された空気は排ガスと混合
されて、捕捉器から下流の触媒域において、排ガス中の炭化水素の酸化を容易に
する。随時熱交換器は、1つが上流触媒域をなす2つのガス流域を規定する熱交
換触媒員を含んでいてもよい。熱い排ガスは、窒素酸化物、炭化水素及び一酸化
炭素の少なくとも1つを無害な物質に転化するのに有効な触媒材料を含んでなる
第1のガス流域、即ち上流触媒域を通流し、また空気は第2のガス流域を通流す
る。このように、熱は熱い排ガスから空気へ移動する。交差流一体型で加熱した
後、空気を排ガス流中へ注入する。環境の空気が便宜上選択でき且つ安価な酸素
源であるが、気体酸素を他の形で排ガス流へ注入してもよい事は同業者の理解す
るところであろう。簡略化のために、本明細書及び請求の範囲において、排ガス
中に注入するガスに関して「空気」という術語を使用するが、これは環境の空気
ばかりでなく、排ガス流中の炭化水素及び一酸化炭素の酸化を促進しうる純粋な
酸素を含めていずれか他の酸素を含有するガスも包含することを意味する。
いくつかの具体例において、本発明は、大気空気から酸素に富む部分を誘導す
るための手段及びこの酸素に富む部分を排ガス流に注入し、一方で残りの酸素が
不足な部分を自動車のほかのどこかで使用するように転じさせるための手段を提
供する。
図1Aに示すように、本発明による排ガス系で使用するための熱交換
触媒員は排ガスの入り口14及び排ガスの出口16を有するカニスタ−12を含
んでなる。複数のガス流管18は排ガスの入り口14及び排ガスの出口16間に
延びて、カニスタ−を通る第1のガス流域を規定する。管18の内壁は、窒素酸
化物、一酸化炭素及び炭化水素の少なくとも1を無害な物質へ転化するのに有効
な触媒材料で被覆されている。排ガスの入り口14及び排ガスの出口16は、排
ガスを管18から内外へ誘導するマニホ−ルドを規定する。
カニスタ−12の内部には、複数の熱交換フィン(fin)20が配置されて
いる。またカニスタ−12は空気の入り口22及び空気の出口24を備え、これ
によって空気(即ちいずれかの酸素含有ガス)が熱交換流体として、例えば冷媒
としてカニスタ−中へ導入でき、管18の周囲を及び熱交換器のフィン20と接
触して流れる。かくして、カニスタ−12に導入される空気は管18を通って流
れる熱い排ガスによって加熱でき、従ってこの熱い排ガスは空気及び排ガスとが
混合することなしに冷却される。冷却空気の、カニスタ−12内での通路は、カ
ニスタ−を通る第2のガス流域を構成する。この種の熱交換器は、モダイン・マ
ヌファクチュアリング社(Modine manufacturing Co.
)製のモダインBTユニットである。熱交換触媒員に対する他の好適な形態は、
図1Bに示すような向流形態を有する。この種の装置はユナイテッド・エア・ス
ペシャリスツ社(United Air Specialists, Inc.
)製のTEMP−X−チェンジャ−である。
本発明の他の具体例による排ガス処理装置を図2Aに示す。装置23はエンジ
ン26からの排ガスの流路を規定し、流路はエンジン26から
導管25を通って熱交換触媒員10の(捕捉器に対して)上流触媒域に至り、そ
して熱交換触媒員10から導管27を通って、少なくともエンジンの冷始動期間
中において炭化水素を吸着するのに有効な吸着剤を含んでなる炭化水素捕捉器2
8に至る。流路は捕捉器から導管29を通って、少なくとも捕捉器28から脱着
された炭化水素を含めて炭化水素を無害な物質に転化するのに有効な触媒組成物
を含んでなる(捕捉器28に対して)下流の触媒域30に続く。
空気ポンプ32は、随意の空気フィルタ−34を通して空気を取り込み、ポン
プで熱交換触媒員10の第2のガス流域に通流させる。加熱された空気またはそ
の一部は、熱交換触媒員10の空気出口に連結され且つ随意の第1のデイファレ
ンシャル・バルブ36に通じる空気出口導管24aを含んでなる空気注入路を通
流する。バルブ36からは、加熱された空気が導管37を通って随意の酸素に富
むフィルタ−38に流れる。フィルタ−38は、空気または他の酸素含有ガス混
合物を、排ガス流へ注入すべき酸素源として使用する場合に使用でき、上述した
米国特許第5147417号の空気吸入装置と構造的に類似している。フィルタ
−38は、加熱された空気を、例えば約60%までの酸素を含んでいてよい酸素
に富む部分と酸素の不足な部分とに分割するのに役立つ。フィルタ−38の酸素
に富む流出流は、導管39を通って随意の第2のデイファレンシャル・バルブ4
0へ、更には加熱された酸素含有ガスを排ガス流に注入する注入導管42へ流れ
る。このようにして空気注入経路は完結し、捕捉器28から脱着された炭化水素
の転化を容易にする。加熱された空気または酸素含有ガスは、所望の点で排ガス
流に注入できる。例えば注入管42は、酸素含有ガスを、捕捉器28の下流点で
排ガス流に注
入する。バルブ50が存在する他の注入管44は、加熱された酸素含有ガスを捕
捉器28の上流点で及び示す具体例において熱交換触媒員10の上流点で排ガス
流中に注入する。結果として、酸素及び排ガスは、混合されて排ガス/酸素混合
物を生成し、これが下流触媒域30と接触しつつ流れて少なくとも炭化水素及び
随時他の有害な成分を無害な物質に転化する。
操作において、排ガスはエンジン26を出て、熱交換触媒員10の第1のガス
流域における触媒域中へ流れ、ついで捕捉器28を経て、下流の触媒域30に至
る。エンジン運転の冷移動期間中、排ガス中の炭化水素のかなりの部分が捕捉器
28に吸着される。排ガスの温度が上昇するにつれて、それはその脱着温度まで
捕捉器28を暖める。その間、空気ポンプ32は、空気を、触媒員10の第2の
ガス流域へ送り込む。排ガスに比べて冷たい空気は、排ガスから熱を吸収し、か
くして捕捉器28の温度上昇を緩やかにする。熱交換触媒員10が向流形態を取
り、80%の熱交換効率を達成すると仮定するならば、入り口温度600℃下に
毎分2000リットルで流れる排ガスは、熱交換触媒員10において、入り口温
度25℃下に毎分700リットルで流れる空気を冷却することにより冷却でき、
熱交換触媒員10を出る排ガスは約140℃となり、一方空気は約485℃にな
るであろう。同様に入り口温度750℃下に毎分3000リットルで流れ且つ入
り口温度25℃下に毎分900リットルで流れる空気で冷却される排ガスは約1
70℃まで冷却され、一方空気は約605℃まで加熱されるであろう。
加熱された空気は空気注入路(空気出口導管42、導管37、随意のフィルタ
−38、及び注入管42)を通って排ガス流に返送される。図
示する具体例において、第1のデイファレンシャル・バルブ36は、加熱された
空気の少なくとも主な部分を、酸素に富ませるフィルタ−38に流し、これが空
気を酸素に富む部分と酸素が不足の部分とに分ける。酸素を富ませるフィルタ−
38を出たガスの酸素に富んだ部分は、酸素に富んだガスの少なくとも主な部分
を下流の注入管42及び他の注入導管44の1つ又は両方に誘導して、加熱され
た酸素に富むガスを排ガス流に注入する第2のデイファレンシャル・フロ−バル
ブ40を通流する。
随時第1のデイファレンシャル・バルブ36は、加熱された空気の少ない部分
を、第2の空気管48を通してエンジンの燃料注入系へ向かわせて、燃料の燃焼
におけるエンジン効率を改善することができる。同様にデイファレンシャル・バ
ルブ50は、注入管44中へ配置され、エンジンで使用する場合に、酸素に富む
ガスのいくらかを第2の空気管48へ向かわせる。好ましくは加熱された酸素含
有ガスは、少なくとも促進期間中エンジンの入り口に向かう。フィルタ−38に
よって作られる加熱された酸素が不足のガスは、加熱管52を通流し、例えば自
動車の燃料タンクを加熱する。
随時バルブ36、40及び50のいずれか1つ又はそれ以上は、空気注入手段
のように、特にエンジンの又は排ガス装置の成分の運転条件を示唆するセンサ−
に呼応して作動しうる。即ち捕捉器の温度センサ−54は、例えば捕捉器28に
入る排ガス、例えば捕捉器28上又はその内部の温度を示す点に、排ガス装置に
配置された熱電対を含んでいてよい。空気ポンプ32は、センサ−54に連結さ
れ、排ガスが予め決められた温度、好ましくは脱着温度に又はそれに近い温度に
なった事をセンサ−54が示したとき、空気をポンプで排ガス流中へ送り込むよ
うにプログ
ラムされている。例えばセンサ−54は、FTP条件下において典型的な自動車
を始動させてから約40秒後に、一般に床下位置において到達する約140℃の
温度を感知したとき、ポンプ32を始動させる。ほかに又は更に、空気ポンプ3
2は、エンジン運転の典型的な冷始動期間、例えば40CFR、第86部、第1
15〜178節に記述されるFTP冷始動試験の最初の120秒に相当するエン
ジンの冷始動後のある期間空気ポンプ32を作動させるタイマ−に応答してもよ
い。(従って、本明細書で及び請求の範囲で用いるような「センサ−」とは、タ
イマ−を包含する意味をもつものとする。)空気ポンプ32は、エンジンを燃料
に富む条件下に、例えば促進中に運転する時を示すセンサ−に、エンジンの回転
数(rpm)を監視して呼応してもよい。促進及び他の燃料に富む運転モ−ド中
、エンジンによって生じる排ガスが正常より高い量の炭化水素を含む場合、空気
ポンプ32は、捕捉器28が炭化水素を脱着しているかどうかとは無関係に、下
流触媒域での処理のために余分な酸素を排ガスに供給することが有利である。
下流触媒域30は、その触媒材料の活性化を促進し、かくして排ガス流の炭化
水素の転化における触媒性能を改善するために、加熱手段を備えていてもよい。
例えば触媒域30は電気的加熱手段56を含んでいてもよい。加熱要素56は、
触媒域30又は排ガス流中に配置されたタイマ−又は熱電対によって制御できる
。加熱要素56はエンジンの運転期間中、触媒材料の、ライト−オフ温度までの
加熱を促進するために、下流触媒域30を加熱する。このライト−オフ温度は、
一般に約300℃である。
本発明は従来法よりいくつかの優れた点を提供する。例えば捕捉器2
8の上流点における排ガスからの熱の取りだしは、捕捉器がさもなければ到達す
るであろうような高温にさらされないから、広範な吸着剤の、捕捉器28での使
用を可能にする。また炭化水素の酸化を容易にする酸素の排ガスへの注入は、触
媒域において使用する触媒材料の低減を可能にする。
随時空気ポンプ32は、炭化水素が脱着されていない期間中でさえ、熱交換触
媒員10の触媒組成物を冷却し、かくして過度な温度への露呈による触媒の劣化
を防止するように、冷却空気を熱交換触媒員10中を通流させるために使用でき
る。従って予備的触媒域を、通常の上流触媒域よりも流路の更に上流に、即ちエ
ンジンの近くに導入する事もできる。即ち、熱交換触媒員10は、排気マニフォ
−ルド近くまたはそこに設置してよく、空気ポンプ32のもたらす保護的冷却効
果のために、通常の上流触媒員よりも長期間その位置で活性を保持するであろう
。かくして本発明は、触媒をそのライト−オフ温度まで迅速に加熱するという利
点を提供するが、過熱のために早期の不活性化が起こるマニフォ−ルド触媒の使
用における改良を提供する。
本発明による排ガス装置の他の具体例において、図2Bに示す装置23′の空
気加熱手段は、図2Aの熱交換触媒員10よりもむしろ熱交換捕捉器員28′を
含んでなる。図2Bにおいて、触媒域10′は通常の単一の流通域触媒員を含ん
でなり、一方捕捉器員28′は吸着材料を含み且つ排ガスが通流する第1のガス
流域及び空気がポンプ32で流される第2のガス流域を含んでなる。捕捉器28
′を出る加熱された空気は、空気出口導管24bの、ポンプ36への連結により
図2Bで示されるように、図2Aの熱交換触媒員10からの加熱された空気と同
一のように
利用できる。装置23′の残りの部分は、図2Aの装置23と同一であり、図2
A及びその関連事項を参考にして理解することができる。
図2Cは、本発明により、エンジン26と連結して使用される他の、より簡単
な装置23″を示す。装置23″は、三元触媒を含む随意の上流触媒員60、上
流触媒員60の下流に配置された捕捉器28及び捕捉器28から下流に配置され
た下流触媒員30を含んでなる。空気ポンプ32は空気を、独立に入力できる触
媒加熱要素62中に流し、そして空気注入導管42′は空気を、触媒加熱要素6
2から排ガス流中へ流す。触媒加熱要素62は、例えば自動車の蓄電池から入力
される電熱コイルを含むことができる。使用する場合、捕捉器28は少くともエ
ンジン運転の冷始動期間中、炭化水素を排ガスから吸収する。センサ−54は、
排ガスの温度が捕捉器28の脱着温度またはそれに近い事を感知したとき、信号
を空気ポンプ32及び触媒加熱要素62に送る。ついで空気ポンプ32は空気を
触媒加熱要素62中に送り、そこで空気を加熱し、その空気を注入管42′から
排ガス流中へ注入する。熱空気の排ガス流中への導入は、排ガス流の温度を上昇
させ、一方脱着された炭化水素の燃焼のために空気を供給して、捕捉器28で脱
着された炭化水素を含めて排ガス中の炭化水素の、触媒域30による接触転化を
容易する。他にポンプ32及び加熱要素62は他のセンサ−、例えば図2Aを参
照して上述したようなタイマ−又はエンジン速度センサ−に呼応しうる。
本発明による排ガス処理装置の他の具体例を図2Dに示す。装置123におい
て、空気加熱手段は、互いに熱交換の関係にある第1及び第2のガス流域を含ん
でなる熱交換触媒員66を含む。第1のガス流域は、排ガス流路の一部であり、
排ガス中の少くともいくつかの汚染物例えば
炭化水素の低減に有効な触媒材料を含んでなる。随時フィルタ−34で濾過され
た空気は、ポンプ32により、導管32aを、ついで員66の第2のガス流域を
流れる。かくして空気は、導管25を通ってエンジン26から員66へ流れる熱
い排ガスと熱交換して通流する。加熱された空気は、員66の第2のガス流域を
出た後、デイファレンシャルバルブ36及び導管42を流れ、そこから導管27
を通流する排ガス流中に注入される。加熱された空気及び排ガスの混合物は、少
くとも炭化水素を無害な物質へ転化するのに有効な触媒材料を含んでなる下流触
媒域30を通流する。ポンプ32は、予め決めた温度に達したときに、空気が員
66を通流するように、員66における温度センサ−54に呼応しうる。好まし
くは空気は員66を流れて、第1のガス流域の触媒材料が過熱されるのを防ぐ働
きをする。
熱を触媒員から取り出す能力は、エンジンへの近接が、触媒がライト−オフ温
度に達するのに必要とされる時間を減ずるから、有利な位置であるエンジンに近
い位置、例えば排気マニフォ−ルドに触媒員を設置する事を可能にする。通常の
排ガス装置において、マニフォ−ルド触媒員を通流する排ガスの高い温度は、急
速に触媒を不活性化する。マニフォ−ルド触媒員から熱を取り出す空気加熱手段
を配置させることにより、マニフォ−ルド触媒員の耐用寿命は実質的に長くなる
。
以上本発明を、その特別な具体例を参照して詳細に記述してきたけれど、また
いくつかの特徴をそれ自体の具体例で示し且つその他は示さなかったけれど、同
業者は上記記述を読み且つ理解するとき、記述した具体例に対して多くの代替例
が想起できるできるであろうし、そのような代替例は後述する請求の範囲の中に
包含されることを理解すべきである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
F01N 3/24 F01N 3/24 L
C
3/28 3/28 D
3/30 3/30 D
7/10 7/10
(72)発明者 ラビノウイツツ,ハロルド・エヌ
アメリカ合衆国ニユージヤージイ州07043
アツパーモントクレア・バツキンガムロー
ド135
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.エンジンの排ガス流の少くとも炭化水素を無害な物質に転化し、排ガス流 の流路を限定し、そして エンジン運転の少くとも冷始動期間中、排ガス流中の炭化水素を吸着し、そし てそれに続くエンジン運転期間中、その炭化水素を脱着させるための流路内の捕 捉手段、 捕捉手段から下流の流路内に配置され且つ少くとも炭化水素を無害な物質に転 化するのに有効な触媒材料を含んでなる下流触媒域、 空気を排ガス流中へ注入して、下流触媒域における炭化水素の転化を容易にす るための空気注入手段、及び 空気が排ガス流へ注入される前にこれを加熱するための空気加熱手段、を含ん でなる、排ガス処理装置。 2.下流触媒域の触媒材料をそのライト−オフ温度まで加熱するための触媒加 熱手段を更に含んでなる、請求の範囲1の装置。 3.空気加熱手段が互いに熱交換の関係に配置された第1及び第2のガス流域 を含む熱交換器を含んでなり、またこの第1のガス流域が、空気を排ガス流へ注 入する前に排ガスからの熱を空気に移動させるための流路の一部を含んでなる、 請求の範囲1の装置。 4.第1のガス流域が捕捉手段を含んでなる、請求の範囲3の装置。 5.捕捉手段から上流の流路内に配置された上流触媒域を更に含んでなり、こ の上流触媒域が一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物の少くとも1つを無害な 物質へ転化するのに有効な触媒材料を含んでなる、請求の範囲1の装置。 6.空気注入手段が、上流触媒域から上流の点で、空気を排ガス流中 へ注入するような寸法及び形態である、請求の範囲5の装置。 7.熱交換手段が互いに熱交換の関係に配置された第1及び第2のガス流域を 含む熱交換器を含んでなり、またこの熱交換器の第1のガス流域が上流触媒域を 含んでなる、請求の範囲6の装置。 8.空気注入手段が環境の空気を酸素に富む部分と酸素が不足する部分とに分 けるガス分離手段を含んでなり、空気注入手段が酸素に富む部分を排ガス流に注 入する、請求の範囲1、3または7の装置。 9.(a)冷始動のエンジン運転期間及び(b)燃料の多い時のエンジン運転 の1つを感知するセンサ−手段を更に含んでなり、また空気注入手段が冷始動の エンジン運転及び燃料の多い時のエンジン運転の少なくとも1つの期間中に空気 を排ガス流に注入するために機能をする、請求の範囲1又は3の装置。 10.捕捉手段に入る排ガスの温度を感知するためのセンサ−手段を更に含ん でなり、ここで空気注入手段がセンサー手段に反応して、捕捉手段へ入る排ガス が予め決められた温度に達したとき、空気注入手段が空気を第2のガス流域へ流 し且つ空気を排ガス流へ注入する、請求の範囲1、3または7の装置。 11.空気注入手段が空気を排ガス流中に、捕捉手段の下流点で注入するため の寸法と形態をなす、請求の範囲1、3または7の装置。 12.下流触媒域の第2の触媒材料をそのライト−オフ温度まで加熱するため の触媒加熱手段を更に含んでなる、請求の範囲1、3または7の装置。 13.エンジンの排ガス流の少くとも炭化水素を無害な物質に転化し、排ガス 流の流路を限定し、そして 第1のガス流域及び第2のガス流域を含む熱交換触媒員、但し第1のガス流域 が排ガス流中の少くともいくつかの汚染物を無害な物質へ転化するのに有効な触 媒物質を含んでなり、第1のガス流域が流路の一部をなし、そして第2のガス流 域が第1のガス流域の排ガスと熱交換関係にあるように配置されている、該熱交 換触媒員、 第1のガス流域から下流の流路内に配置され且つ少くとも排ガス流中の炭化水 素を無害な物質に転化するのに有効な触媒を含んでなる下流触媒域、及び 空気を、熱交換触媒員の第2のガス流域に空気を流すための及びその空気を、 第1のガス流域の上流点で流路内に注入するための空気注入手段、 を含んでなる、排ガス処理装置。 14.熱交換触媒員がマニフォ−ルド触媒員を含んでなる、請求の範囲13の 装置。 15.少くとも一酸化炭素及び炭化水素を含む有害成分を含んでなる排ガス流 を処理する際に、 酸素含有ガスを加熱し、 この加熱した酸素含有ガスを排ガス流と混合して、排ガス/酸素混合物を作り 、そして この排ガス/酸素混合物を、少くとも炭化水素の、無害物質への転化に有効な 触媒成分と接触させて流す、 該排ガスの処理法。 16.少なくとも一酸化炭素及び炭化水素を含む有害な成分を含んでなる排ガ ス流を処理する際に、 (a)排ガス流から空気へ熱を移動させ、 (b)加熱された空気の少なくとも一部分を排ガス流へ注入して、空気−排ガ ス混合物とし、そして (c)空気−排ガス混合物を、少なくとも炭化水素及び一酸化炭素の無害物質 への酸化に有効な下流触媒組成物と接触させて通流せしめる、 ことを含んでなる該排ガス流の処理法。 17.(d)工程(a)後の排ガス流を、炭化水素捕捉器と接触させて流して 、この排ガス流から炭化水素を捕捉器に吸着させることをさらに含んでなる、請 求の範囲16の方法。 18.工程(a)の後及び工程(b)の前に、工程(a)後の排ガス流を、炭 化水素捕捉器と接触させて流して、この排ガス流から炭化水素を捕捉器に吸着さ せる、請求の範囲16の方法。 19.工程(a)の前に、(e)排ガスを、その有害成分の少なくともいくら かを無害な物質に転化するのに有効な上流触媒組成物と接触させて通流せしめる 工程を更に含んでなる、請求の範囲16の方法。 20.工程(e)が上流触媒組成物を含む第1のガス流域を含んでなる熱交換 触媒員中に排ガスを流し、及びこの熱交換触媒員が更に第1のガス流域と熱交換 の関係にある第2のガス流域を含んでなり、そして排ガス流から空気への熱の移 動が空気を第2のガス流域へ流し、一方排ガスを第1のガス流域へ通流させるこ とで行われる、請求の範囲19の方法。 21.加熱された環境空気の酸素に富む部分を生成し、そしてこの酸素に富む 部分を排ガス流に注入する、請求の範囲16の方法。 22.工程(d)が互いに熱交換関係にある第1のガス流域及び第2 のガス流域中を排ガスを通流させることを含んでなり、但し第1のガス流域が捕 捉手段を含みまた工程(a)が空気を第2のガス流域に通し、一方排ガスを第1 のガス流域に通すことを含んでなる、請求の範囲17又は18の方法。 23.炭化水素捕捉器と接触する排ガスの温度を監視し、排ガスの温度が予め 決めた温度に達したときに排ガスと熱交換の関係で空気を流し始めることを更に 含んでなる、請求の範囲17の方法。
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1995
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