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JPH09299759A - エンジン排気装置 - Google Patents

エンジン排気装置

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Publication number
JPH09299759A
JPH09299759A JP8348469A JP34846996A JPH09299759A JP H09299759 A JPH09299759 A JP H09299759A JP 8348469 A JP8348469 A JP 8348469A JP 34846996 A JP34846996 A JP 34846996A JP H09299759 A JPH09299759 A JP H09299759A
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JP
Japan
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flow
region
exhaust system
switching
exhaust
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8348469A
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English (en)
Inventor
Jacqueline L Brown
レスリー ブラウン ジャクリーン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of JPH09299759A publication Critical patent/JPH09299759A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
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    • F01N2250/12—Combinations of different methods of purification absorption or adsorption, and catalytic conversion
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入口端および出口端を有し、ハウジング内に
配置され、エンジンより下流の排気ガス流内に位置する
ハニカム構造物であって、流動が実質的に妨げられてい
ない第１の領域、および第１の領域に隣接した、流動が
比較的妨げられている第２の領域を有し、排気ガス流内
の排気ガスが実質的に妨げられずに流動するための通路
を提供するように第１の領域が配置されているハニカム
構造物において、第２の領域を通過する排気ガスの流動
分布を均一にする。 【解決手段】 切換体15、切換流体供給源および切換流
体を切換体15に向ける出口を有する導管16を備えた、第
１の領域の中央に近接して排気流内に配置された流動調
節装置14を設ける。切換体15は本体20および少なくとも
１組の延長部21を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改良エンジン排気
装置に関するものであり、より詳しくは、流動が実質的
に妨げられていない第１の領域および第１の領域に隣接
した、流動が比較的妨げられている第２の領域を有する
ハニカム構造物と、本体および少なくとも１組の延長部
を備えた切換体を有する流動調節装置とからなる排気装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元したり、自
動車の排気ガスに含まれる炭化水素および一酸化炭素を
酸化させる触媒コンバータがよく知られているが、これ
らの反応は典型的に、触媒がそのライトオフ温度（ligh
t-off temperature ）に達した後に行なわれ、その時点
で触媒が炭化水素を無害なガスに転化し始める。ほとん
どの内燃機関装置の典型的な触媒ライトオフ時間は50秒
から120 秒辺り（一般的に200 −350 ℃の温度範囲）で
あり、どの装置にとっても実際の触媒ライトオフ時間
は、エンジンに対する触媒の位置、触媒の経時変化、並
びに貴金属の充填量を含む様々な要因に依存する。自動
車からの炭化水素放出物の70％から80％は、エンジンが
作動し始める「低温始動」のこの最初の瞬間に放出され
る。すなわち、対策を講じなければ、多量の炭化水素が
この期間に大気中に放出されてしまう可能性がある。エ
ンジンには、低温始動中に作動するのに空気に対する燃
料の比が大きいことが必要であり、したがって、よりい
っそう放出される未燃焼炭化水素の量を増加させるとい
う事実によって、この問題はさらに悪化してしまう。環
境的には、低温始動中に自動車の放出制御装置の効果を
高めて、低温始動中に大気中に放出される炭化水素の量
を極度に低いレベルに維持することが、次第に重要にな
ってきている。
【０００３】電気加熱触媒（ＥＨＣ）を用いて主触媒の
ライトオフ時間を減少させること、モレキュラーシーブ
構造物（炭化水素吸着体）を用いて、コンバータがライ
トオフ温度に到達するまで多量の炭化水素を吸着して保
持すること、並びにそれらの組合せを含む、低温始動中
の厳しい炭化水素放出基準を満たした様々な計画が提案
されている。
【０００４】最近、改良された直列式およびバイパス式
の排気制御システムが、それぞれ、米国特許出願第08/3
75,699号（ギューレ等）および同第08/484,617号（ハー
トル等）に開示されている。これらの特許出願をここに
引用する。ギューレ等の特許出願には、補助空気供給源
からの流動パターンを用いて、排気ガス流を低温始動中
に吸着体に向けたりそれから離したりするバイパス式吸
着体システムが開示されている。
【０００５】ハートル等の特許出願には、主触媒と、こ
の主触媒の下流に位置し、入口端および出口端を有し、
その中に炭化水素を吸着するモレキュラーシーブ構造物
が配置されたハウジングとを有する直列式排気システム
が開示されている。このモレキュラーシーブは、(1) 排
気流の排気ガス用の、流動が妨げられていないか実質的
に妨げられていない流路を形成する第１の領域、および
(2) 第１の領域に隣接した、流動が比較的妨げられた流
路を形成する第２の領域を有している。さらに、ハート
ル等の排気装置には、ライトオフ温度を有する、吸着体
の下流に配置された燃切り触媒（burn-off catalyst ）
がある。最後に、この装置には、ハウジング内に配置さ
れ、補助空気をハウジングに通過させる切換手段があ
る。補助空気の流動パターンによって、主触媒がライト
オフ温度に到達する前に、排気流の排気ガスの一部が吸
着体の第２の領域に向けられる。
【０００６】ハートル等の装置は以前の排気装置よりも
良好に機能するが、環境的な関心事とこれらの関心事に
合うように立案された法律によって、法的に許容される
炭化水素の放出基準が低下し続けている。例えば、カリ
フォルニア州の超低放出自動車（ultra-low emission v
ehicle：ＵＬＥＶ）基準が挙げられる。上述した発達に
もかかわらず、現在使用されている装置を改良したり、
より厳しい排気放出基準を満たすことのできる新しい装
置を提供したりする作業が続けられている。
【０００７】そのような改良が、本出願の同時係属出願
である米国特許出願第08/578,003号（ブラウン等）に開
示されている。この出願には、(1) ハウジング内に配置
され、入口端および出口端を有し、流動が実質的に妨げ
られていない第１の領域、および第１の領域に隣接し
て、流動が比較的妨げられた第２の領域を有するハニカ
ム構造物；および(2) 第１の領域内に負の流動区域を形
成する、第１の領域の中央に隣接し、排気流内に配置さ
れた流動調節装置からなる排気装置が開示されている。
ブラウン等の流動調節装置は、切換流体、典型的には空
気の供給源、および切換流体を切り換える切換体を備え
ており、これらの両方を組み合わせて、排気ガスを第１
の流動領域から離して第２の流動領域に向ける負の流動
区域が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この装置では、丸形の
基体と楕円形の基体の両方の性能を改良しているが、中
央を外れた第２の流動領域を有する楕円形の基体と丸形
の基体に生じる流動は不均一となる傾向にある。したが
って、本発明の目的の１つは、中央を外れた第２の流動
領域を有し、流動性能が向上した、すなわち、流動がよ
り均一となった楕円形および丸形の基体を備えたエンジ
ン排気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
ハウジング内に配置され、入口端および出口端を有し、
エンジンから下流の排気ガス流内に位置するハニカム構
造物を備えた排気装置に関するものである。さらに、こ
のハニカム構造物は、流動が実質的に妨げられていない
第１の領域、すなわち、流動抵抗の小さい領域、および
排気ガス流内の排気ガスのための、第１の領域に隣接し
た、流動が比較的妨げられた第２の領域を有している。
この排気装置はさらに、切換体、切換流体供給源および
切換流体を切換体に向ける出口を有する導管からなる、
第１の領域の中央に近接して、排気ガス流内に配置され
た流動調節装置を備えている。切換体は、本体および好
ましくは左右対称の少なくとも１組の延長部からなる。
【００１０】この排気装置の利点の１つは、基体が丸く
なく、流動抵抗の小さい領域が基体の中央に位置し、こ
れに隣接する流動抵抗の大きい領域が周囲に位置する用
途において、切り換えられた流動が周囲の領域で均一と
なることにある。言い換えれば、楕円形のハニカム基体
に関して、切り換えられた排気流のパターンが周囲のセ
ル内において比較的均一となる。周囲の区域を通るこの
均一な排気流によって、ハニカムの表面積をより効果的
に使用することができる。特に、基体が触媒である用途
において、触媒の表面積をより効果的に用いると、触媒
作用がより効率的となる。一方、基体が吸着体からなる
場合は、流動の均一さが増すと、吸着体の表面積をより
広く用いることができ、結局、炭化水素の吸着が良好に
なる。
【００１１】切換装置を使用しているときに生じる排気
ガスの流動パターンについては、同時係属出願のブラウ
ンおよびハートルの出願に詳しく記載されている。これ
らの出願に記載されているように、一般的に、排気ガス
がハニカム構造物に向けられ、そこで、流動抵抗の小さ
い領域の入口に近接して位置した流動調節装置が排気ガ
スを切り換える。流動調節装置の作動には特に、切換流
体を切換体に向けて接触させ、それによって、切換流体
が、中央領域または第１の流動領域における流動方向を
横切る流動成分を生じる、すなわち、切換流体を半径方
向に切り換えることが含まれている。特に、この切換流
体が排気ガスの流路に切り換えられると、排気ガスの少
なくとも一部が第２の流動領域または周囲領域に向けら
れる。
【００１２】排気装置の流動調節装置に使用する切換体
の寸法および形状は、切換流体が流されたときに、ハニ
カム基体のハニカムセルを通る流動が均一になるような
ものでなければならない。理想的には、ブラウン等の出
願に開示されているように、負の流動、または全排気流
の20％未満のわずかな正の流動が、流動抵抗の小さい領
域または流路を通過しなければならない。ハニカム本体
を通る比較的均一な排気流により、全ハニカム表面を良
好に使用することができる。さらに、切換空気が流され
ていないときには、切換体が、中央孔を最大の流動が通
過し、ハニカム本体を通る、切り換えられた排気ガスは
ほとんどない。最後に、切換体の寸法形状は装置におけ
る背圧を最小にするものであることが重要である。
【００１３】中央に孔を有する丸形の基体には、望まし
い均一な流動パターンを形成するのに単純に丸形の切換
体のみが必要である。しかしながら、空間を考慮するこ
とにより、自動車用途には、図１に示したような楕円形
の基体がより典型的に用いられている。楕円形の基体の
面の中央に孔がある場合には、孔の上部51と底部52まで
の面積ほうが、側部53までよりもセルが少ない。丸形の
切換体は切換空気を、すなわち、排気ガスを基体の全て
の区域に均一に分布させる。楕円形の基体においては、
排気流の速度は、同容積の排気ガスが同じ時間内により
小さい面積を通らなければらないので、側部の区域を通
るよりも、上部と底部の区域を通るほうが速くなり、し
たがって、ハニカム基体のセルの表面積を使用するのが
かなり不十分となってしまう。
【００１４】ここで図２を参照する。この図には、丸形
の切換体を含む流動調節装置を備えた丸形基体により示
される典型的な所望の均一流動分布が示されている。丸
形基体および流動の小さい領域の画像が流動分布の上に
重なっているのが見える。特に、基体の周囲のセルにお
いては、所望の正の速い均一な流速となっており、中央
孔においては負の流速となっている。
【００１５】図３には、丸形の切換体を含む流動調節装
置を備えた楕円形の基体により示される典型的な不均一
流動分布が示されている。特に、図３は、周囲のセルを
通る流速が平均的に速いことを示しているが、そのパタ
ーンは均一ではない。孔の上部と底部における流速のほ
うが、側部における流速よりもずっと速くなっている。
ここで図４および５を参照する。これらの図には、楕円
形の切換体を含む流動調節装置を備えた楕円形の基体に
より示される典型的な流動分布を示す２種類の不均一流
動が示されている。切換体の長軸が、図４においては基
体の長軸と平行に向けられ、図５においては垂直に向け
られている。特に、これらの図は、切換体の向きは、形
成される不均一な流動分布、すなわち、周囲の上部と底
部のセルにおいては正の流速が非常に速く、側部の周囲
セルにおいては正の流速が遅い流動をほとんど変えない
ことを示している。ここでも、実際の基体と流動抵抗の
小さい領域の画像が各々の流動分布の上に重ねられてい
る。
【００１６】本発明は、楕円形基体からなり、流動調節
切換器を用いた以前の排気装置の不均一な切換流動特性
の上述した欠点を克服するエンジン排気装置に関するも
のである。言い換えれば、本発明の排気装置では、第２
の流動領域が中央を外れている楕円形基体および円形基
体に関してさえも、流動性能が増加している、すなわ
ち、流動の均一性が向上している。ここで図６を参照す
る。この図には、本発明のエンジン排気装置99が示され
ている。この装置99は、(1) ハウジング11内に配置さ
れ、入口端および出口端を有し、エンジン（図示せず）
より下流の排気ガス流内に位置し、流動が実質的に妨げ
られていない第１の領域12、および第１の領域に隣接
し、流動が比較的妨げられている第２の領域13を有する
ハニカム構造物10；および(2) 第１の領域12の中央に近
接して排気流内に配置され、切換体15、切換流体供給源
（図示せず）および切換流体を切換体に向ける出口17を
有する導管16からなる流動調節装置14からなる。
【００１７】導管の出口17は、切換体15に十分に接近し
て配置され、それによって、切換体15が、第１の領域内
の排気ガスの流動方向を横切る方向の流動成分を切換流
体に与える。ある実施の形態においては、この排気装置
99は、流動調節装置14が配置され、それによって、負の
流動区域12Ａ、すなわち、排気ガス流の方向とは反対の
方向の流動が第１の領域12内に生じるように形成されて
いる。
【００１８】ここで図７，８および９を参照する。これ
らの図には、ここに記載する排気装置に有用な流動調節
装置14のある実施の形態の拡大図が示されている。特
に、図９は、出口面からハニカム基体を通して見た図で
あり、流動調節装置14が第１の領域12を通して部分的に
見えている。切換体15は、本体20および少なくとも１組
の延長部21を有し、変更可能なスロット幅Ｗで、切換体
支持手段（図示せず）を使用することにより切換流体導
管16の出口17の前面に位置している。切換体支持手段
は、導管16の内側周囲内に固定され、ねじ切り柱22を備
えている。切換体15は、ナット23によってねじ切り柱22
に直接取り付けられ、そのために、スロット幅Ｗを変更
することができる。
【００１９】本体20および少なくとも１組の延長部から
なる切換体15は、周囲のセルを通して均一な切換排気流
を発生させるのに重要である。すなわち、切換体、本体
および延長部の形状は、均一な流動を発生させるのに重
要である。今度は図１０−１５を参照する。これらの図
には、本体の反対の水平端に対称的な角度で２組の延長
部が取り付けられた楕円形かまたは円形の本体、すなわ
ち、「Ｘ形」の切換体を有する、様々な切換体形状ＡＡ
−ＦＦがそれぞれ示されている。表Ｉは、丸形の本体の
直径（Ｄ）または楕円形の本体の長軸と短軸の寸法（Ｌ
×Ｓ）、水平と垂直の長さ（Ｈ×Ｖ）および延長角度
（Ａ）を含む、後に記載する実施例に使用されるこれら
様々な「Ｘ形」形状の寸法を列記している。特に、切換
体の本体（楕円形または円形）に加えられた延長部は、
切換空気を調節して、楕円形の基体の側方により多くの
排気流を、上部と底部にはより少ない排気流を向けるよ
うに機能する。
【００２０】ここで図１０を参照する。図示されている
Ｘ形切換体の切換体をＡＡと称する。ここに示されてい
るように、切換体31は、丸形の本体32の反対側に位置す
る、２組の対称的な延長部33および34を有する本体32か
らなる。各々個々の延長部は、本体32の水平軸と約30°
の角度を形成するように位置している。さらに、これら
の延長部は、切換体が5.3 ×2.7 ｃｍ（2.09×1.06イン
チ）の寸法となるような長さを有している。本体の寸
法、延長部の角度および延長部の長さは、後に記載する
実施例１−３において用いられる特定のハニカム構造物
（および流動抵抗の小さい領域）に関するものが好まし
い。最も効果的な本体の寸法、延長部の角度および長さ
は、様々なハニカム構造物の形状の各々に関して変わ
り、したがって、経験に基づいて決定すべきである。
【００２１】
【表１】
【００２２】この排気装置の利点の１つは、基体が丸形
ではなく、流動抵抗の小さい領域が基体の中央に位置
し、その周囲には流動抵抗の大きい領域が隣接して位置
する用途において、周囲の領域に均一な切換流動が発生
することである。換言すれば、切換流体が用いられてい
るときに、周囲のセルにおける楕円形ハニカム基体に関
する流動パターンが均一である。丸形ではないハニカム
基体の周囲の区域を通るこの均一な排気流により、ハニ
カムの表面積をより効果的に用いることができる。特
に、基体が触媒である用途においては、触媒のより広い
表面積が効果的に用いられ、触発作用がより効率的にな
る。一方、基体が吸着体からなる場合には、中央孔をよ
り速い流速で流れる流動パターンにより、吸着体の表面
積をより広く用いることができ、最終的には、炭化水素
の吸着がより良好になる。さらに、このような吸着体用
途において流動がより均一であることは、流動抵抗の小
さい領域または孔領域から離れたところで、吸着がより
多くなることにより、脱着が早く生じてしまうのを避け
る助けになる。中央領域により近い領域が典型的に、中
央からより離れた周囲の領域よりも早く熱せられるの
で、それらの領域は、より早く、ときには燃切り触媒の
ライトオフの前に脱着する傾向にある。
【００２３】ここで図１６−２０を参照する。これらの
図には、本発明に有用であり、どちらの端部にも垂直な
延長部が取り付けられた楕円形かまたは円形の本体、す
なわち、それぞれ、ＧＧ−ＫＫと称する「Ｈ形」の切換
体を有する切換体形状が示されている。表IIには、丸形
の本体の直径（Ｄ）または楕円形の本体の長軸と短軸の
寸法（Ｌ×Ｓ）、水平と垂直の長さ（Ｈ×Ｖ）および取
り付けた延長部の楕円の長軸と短軸の寸法（Ｌ×Ｓまた
はＬ′×Ｓ′）を含む、後に記載する実施例に用いられ
ている様々な「Ｈ形」の形状の寸法が列記されている。
【００２４】
【表２】
【００２５】ある実施の形態において、この排気装置に
用いられるハニカム構造物は、第１の群のセルおよびセ
ルの寸法が第１の群のセルよりも小さい第２の群のセル
を有するセルが多様なハニカム構造物である。別の実施
の形態において、ハニカム構造物は、構造物の入口端と
出口端との間に縦方向に平行に延びる開放コア領域およ
びこの開放コアに隣接する周囲領域を有する実質的に多
孔性の構造物であり、この周囲領域は、構造物の入口端
と出口端との間に縦方向に平行に延びる複数のセルを有
している。
【００２６】別の実施の形態は、前面面積を有し、ハウ
ジング内に中央に配置されたハニカム構造物からなる。
ここでは、第１の領域は、構造物の入口端と出口端との
間に縦方向に平行に延びる中央開放コアからなり、第２
の領域は、構造物の入口端と出口端との間に縦方向に平
行に延びる複数のセルにより特徴付けられる周囲多孔性
構造物からなる。好ましくは、中央開放コアは、ハニカ
ム構造物の前面面積の0.5 ％から50％までの範囲の面積
を占める。
【００２７】ハニカム構造物の最後の実施の形態は、第
１の中央領域およびこの第１の領域を囲う第２の周囲領
域を有し、第１の領域のセルが第２の領域のセルよりも
大きいセルが多様な押出ハニカム構造物からなる。
【００２８】同時係属出願のブラウン等の出願に開示さ
れているように、上述した、以下の実施例に示す流動調
節装置には、前述したハートル等の文献に開示したよう
な全体的に直列式の排気装置の一部としての特別な用途
がある。すなわち、これまでに開示したハニカム基体
は、モレキュラーシーブまたは炭化水素吸着体からな
る。特に、図２１を参照すると、この直列式排気装置
は、(1) エンジンより下流に配置された、ライトオフ温
度を有する主触媒コンバータ41；(2) 主触媒コンバータ
41より下流の排気流内に配置された燃切り触媒42；およ
び(3) モレキュラーシーブまたは吸着体からなるハニカ
ム構造物43を含むここに記載した排気装置49を備えてい
る。より詳しくは、ハニカム構造物43は、入口端および
出口端を有し、主触媒コンバータ41と燃切り触媒42との
間の排気流内に位置し、脱着温度を有している。モレキ
ュラーシーブまたはハニカム構造物43は、流動が実質的
に妨げられていない第１の領域44および第１の領域に隣
接した、流動が比較的妨げられている第２の領域45を有
している。この第１の領域は、排気流内に配置されて、
エンジンから燃切り触媒へと排気流内の排気ガス用の流
動が実質的に妨げられていない流路を提供している。最
後に、この排気装置は、第１の領域44の中央に隣接して
位置した切換体46および排気ガスを第１の領域から離し
て第２の領域45に切り換えるための切換流体47の供給源
と導管を備えて、第２の領域45がモレキュラーシーブの
脱着温度より低い温度でいる間に炭化水素を吸着する。
【００２９】ここに用いている「モレキュラーシーブ」
は、分子を吸着するのに適した細孔サイズを有する結晶
質物質または構造物を意味する。この用語は一般的に、
選択的な吸収特性を有する物質の群を示すために用いら
れる。モレキュラーシーブであるためには、ここに開示
するように、その物質は、分子のサイズと形状の差に基
づいて混合物の成分を分離しなければならない。そのよ
うな物質の例としては、ケイ酸塩、メタロシリケート、
メタロアルミネート、ＡｌＰＯ4 、シリコアルミノホス
フェート、メタロアルミノホスフェート、ゼオライト、
およびR.Szostak,Molecular Sieves:Principles of Syn
thesis and Identification,2-6 頁（Van Nostrand Rei
nhold Catalysis Series,1989 ）に記載されているもの
が挙げられる。さらに、ここに用いている「吸着体」お
よび「吸着」は、当業者に一般的に知られ、Webster's
Ninth New Collegiate Dictionary(1985) に定義されて
いるような吸着および吸収の両方を包含することを意図
した用語である。吸着および吸収の両方のプロセスが、
本発明のモレキュラーシーブ構造物内で起きると考えら
れる。
【００３０】ハニカム基体がモレキュラーシーブを構成
する場合には、このモレキュラーシーブは、好ましく
は、ハニカム基体上に担持されたゼオライトからなり、
このゼオライトは、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデンフッ
石、ベータゼオライトおよびこれらの組合せからなる群
より選択される。一方、モレキュラーシーブ構造物は、
同一のゼオライトの群から選択された押出ゼオライトか
らなっていてもよい。
【００３１】この排気装置のある特定の実施の形態は、
ハニカム基体がモレキュラーシーブまたは吸着体である
装置内にあるが、本発明の排気装置のハニカム構造物は
単に触媒構造物であっても差支えない。この触媒構造物
は、好ましくは、三元触媒、ライトオフ触媒、電気加熱
触媒、酸化触媒またはこれらの組合せである。
【００３２】ここで図２２Ａ、Ｂ、Ｃおよび２３Ａ、
Ｂ、Ｃを参照する。これらの図には、本発明の排気装置
に有用な基体および切換体のさらなる実施の形態が示さ
れている。具体的には、図２２ＡおよびＢは、その入口
面が図２２Ｃに示されている、流動抵抗の小さい領域が
中央を外れて位置する楕円形基体に関して均一な流動を
達成するために用いられる２種類の切換体の形状の前面
図である。一方、図２３ＡおよびＢは、その入口面が図
２３Ｃに示されている、流動抵抗の小さい領域が中央を
外れて位置する楕円形基体に関して均一な流動を達成す
るために用いられる２種類の切換体の形状の前面図であ
る。
【００３３】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照してより詳しく
説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。換言すれば、以下の非限定的実
施例を提示して本発明をより完全に説明する。
【００３４】実施例１−３ 図６−９に示したような装置に類似した模擬排気装置を
用いて、Ｘ形の切換体を備えた排気装置の流動均一性の
増加を説明した。具体的には、この排気装置は、(1) 長
軸および短軸がそれぞれ14.8ｃｍ（5.82インチ）および
8.4 ｃｍ（3.3インチ）であり、第１の流動領域である
円形の中央孔が4.8 ｃｍ（1.89インチ）の直径を有す
る、平方インチ当たり400 セル（ｃｐｓｉ）の楕円形ハ
ニカム構造物；および(2) ハニカム基体の中央孔または
第１の流動領域に近接して、ハニカムの入口面から様々
な距離（Ｌ）で、切換流体導管の出口（空気供給管）の
下流１ｍｍ（0.039 インチ）に位置し、ＡＡと称する、
図１０に示したＸ形の切換体を備えた流動切換装置から
なるものであった。排気流をシミュレートした空気をハ
ウジング内に通過させ、１分当たり約40立方フィート
（ｃｆｐｍ）の容積流速でハニカム基体に向けた。ハニ
カム基体から排出されるこの空気の１分当たりのフィー
ト（ｆｐｍ）で表した線形流速を、手持式オメガフロー
モデル610 アネモメータを用いてハニカム構造物の下流
面のいくつかの水平位置と垂直位置で測定した。その
後、これらの線形流速を用いて、実施例の各々の流動分
布を作成した。表Ｉは、流動測定から作成した、中央領
域の平均線形流速（中央流速）および周囲領域の平均線
形流速（周囲流速）を列記したものである。
【００３５】図２４は、実施例１（切換体ＡＡ）の40ｃ
ｆｐｍの模擬排気（切換器をオンにした状態）の流動デ
ータのグラフ、すなわち、均一な流動分布を示してい
る。ハニカム基体および流動抵抗の小さい領域の画像が
この分布と重ねられている。この流動分布は、Ｘ形切換
体を使用することにより達成された典型的な所望の均一
な流動を示している。
【００３６】
【表３】
【００３７】実施例４−９ 表IVは、上述のように測定され、計算され、上記実施例
１−３に記載されたような楕円形のハニカム構造物によ
り示され、切り換えられていない状態と様々な流動調節
装置の配置（異なる形状と寸法のＸ形切換体（切換体の
形状ＢＢ−ＥＥ）および切換体から基体の入口面までの
様々な距離（Ｌ））を用いた、40ｃｆｐｍの模擬排気流
速にさらされた平均線形流速を列記している。
【００３８】図２５は、Ｘ形の切換体を使用した結果と
して示された所望の均一な流動分布の別のグラフ、特に
40ｃｆｐｍ（切換器をオンにした状態）の模擬排気流に
さらされた実施例４（切換体ＢＢ）の形状により示され
たグラフを示している。ここでも、この図は、ハニカム
基体と流動抵抗の小さい領域がその分布上に重ねられて
いる。
【００３９】
【表４】
【００４０】実施例１０−１５ 表Ｖは、上述のように測定され、計算され、上記実施例
１−３に記載されたような楕円形のハニカム構造物によ
り示され、切り換えられていない状態と様々な流動調節
装置の配置（異なる形状と寸法のＨ形切換体（切換体の
形状ＧＧ−ＨＨ）および切換体から基体の入口面までの
様々な距離（Ｌ））を用いた、40ｃｆｐｍの模擬排気流
速にさらされた平均線形流速を列記している。
【００４１】図２６は、実施例１０（切換器ＧＧ）の40
ｃｆｐｍの模擬排気流（切換器をオンにした状態）のデ
ータのグラフ、すなわち、均一な流動分布を示してい
る。ハニカム基体と流動抵抗の小さい領域の画像がこの
分布に重ねられている。この流動分布は、Ｈ形切換体を
用いたことにより達成された典型的な所望の均一流動を
示している。
【００４２】
【表５】
【００４３】比較例１６−２０ 実施例１−３に示した装置に類似しているが、延長部を
有する切換体を用いていない模擬排気装置を用いて、２
種類の装置の流動特性を比較した。具体的には、これら
の比較用の排気装置は、(1) 表VIに列記した様々な形状
と寸法（Ｓ）の第１の領域または流動抵抗の小さい領域
を有する上述したような平方インチ当たり400 セル（ｃ
ｐｓｉ）の楕円形ハニカム構造物；および(2) 表VIに列
記したハニカムの入口面から様々な距離（Ｌ）で、切換
流体の導管（空気供給管）の出口より下流１ｍｍ（0.03
9 インチ）のハニカム基体の孔に近接して位置する、3.
6×1.4 ｃｍ（1.42×0.55インチ）の楕円形切換体を有
する流動調節装置を備えていた。排気流をシミュレート
した空気を、１分当たり約40立方フィート（ｃｆｐｍ）
の容積流速でハニカム基体に向け、10ｃｆｐｍの切換空
気を流体供給管を通して導入した。比較用の装置の実施
例（比較例１６−２０）の各々の１分当たりのフィート
（ｆｐｍ）の切換線形流速を前述したように測定し、こ
れらを用いて光例の各々について流動分布を作成した。
【００４４】図２７（比較例１６の流動分布）および図
４（比較例２０の流動分布）の実験は、延長部を有さな
い丸形または楕円形の切換体のいずれかを備えた流動調
節装置を用いたときに得られた非均一流動分布を示して
いる。これらの図は、流動調節装置によって流動が中央
孔または流動抵抗の小さい領域から離れて切り換えられ
たが、結果としての周囲の流動は極めて不均一であっ
た。特に、中央孔の上下の周囲領域の流動は、左右の周
囲領域の流動よりも相当速かった。
【００４５】
【表６】
【００４６】比較例２１−２４ 比較例２１−２４は、40ｃｆｐｍの模擬排気流の不均一
切換流体が形成される流動調節装置を有する排気装置の
さらなる比較例である。これらの装置は、上述した比較
例の装置と類似しているが、表VII に列記されているよ
うに、異なる切換器の形状と寸法、並びに異なる流動抵
抗の小さい領域の形状と寸法を有していた。模擬排気
流、切換流体および測定は、上述したものと同一であっ
た。
【００４７】それぞれ、比較例２１および２２により作
成された流動データの流動分布である図３および５は、
ここでも、中央孔の左右の周囲領域と比較したときに、
上下の周囲領域のほうが正の流速が相当速い不均一切換
流体を示している。
【００４８】
【表７】
【００４９】前述の記載より、本発明は、機械式弁また
は流動を制御する他の機械式手段を用いずにガスの流動
を取り扱う必要のあるいかなる装置をも含む、ガスまた
は他の流体流を取り扱う様々な装置において有用である
ことが分かる。しかしながら、そのような用途にとって
直接的な関心が寄せられている装置は、エンジンまたは
他の内燃機関の排気ガス供給源からの排気放出物の処理
を含むものである。したがって、本発明の用途はそのよ
うな放出物制御用途に制限されるものではないが、前述
した本発明の詳細な説明は主にこれらの用途に焦点を当
てたものであった。
【００５０】本発明を上述の記載および実施例に関して
記載したが、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明に様
々な変更を行なうことができる。例えば、実施例では正
方形のセルチャンネルのみを用いたが、本発明を、ハニ
カムに関して、様々なセル形状（三角形、六角形、長方
形、柔軟性のあるセル等）に拡張しても差支えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】楕円形ハニカムの斜視図
【図２】丸形切換体を用いて切換えを行なった排気流動
条件下の丸形ハニカム基体の典型的な均一流動分布を示
すグラフ
【図３】丸形切換体を用いて切換えを行なった排気流動
条件下の楕円形ハニカム基体の典型的な不均一流動分布
を示すグラフ
【図４】楕円形切換体を用いて切換えを行なった排気流
動条件下の楕円形ハニカム基体の典型的な不均一流動分
布を示すグラフ
【図５】楕円形切換体を用いて切換えを行なった排気流
動条件下の楕円形ハニカム基体の典型的な不均一流動分
布を示すグラフ
【図６】排気ガスがエンジンからハニカム構造物に流動
する排気装置を示す縦断面図
【図７】本発明の排気装置に用いられる、延長部を有す
る切換体の本体を備えた流動調節装置の１つの実施の形
態の前面図
【図８】図７に示したものと同一の流動調節装置の側面
図
【図９】楕円形ハニカム基体および流動調節装置を出口
端からみた端面図
【図１０】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１１】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１２】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１３】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１４】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１５】本発明の１つの実施の形態であるＸ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１６】本発明の１つの実施の形態であるＨ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１７】本発明の１つの実施の形態であるＨ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１８】本発明の１つの実施の形態であるＨ形の切換
体の形状を示す概略図
【図１９】本発明の１つの実施の形態であるＨ形の切換
体の形状を示す概略図
【図２０】本発明の１つの実施の形態であるＨ形の切換
体の形状を示す概略図
【図２１】「直列式」排気装置として形成された本発明
の１つの実施の形態である排気装置を示す縦断面図
【図２２Ａ】本発明の排気装置に有用な切換体の１つの
実施の形態を示す概略図
【図２２Ｂ】本発明の排気装置に有用な切換体の１つの
実施の形態を示す概略図
【図２２Ｃ】本発明の排気装置に有用な基体の１つの実
施の形態を示す概略図
【図２３Ａ】本発明の排気装置に有用な切換体の１つの
実施の形態を示す概略図
【図２３Ｂ】本発明の排気装置に有用な切換体の１つの
実施の形態を示す概略図
【図２３Ｃ】本発明の排気装置に有用な基体の１つの実
施の形態を示す概略図
【図２４】ＡＡと称するＸ形切換体を用いて切換えを行
なった排気流動条件下の楕円形ハニカムの均一流動分布
を示すグラフ
【図２５】ＢＢと称するＸ形切換体を用いて切換えを行
なった排気流動条件下の楕円形ハニカムの均一流動分布
を示すグラフ
【図２６】ＧＧと称するＨ形切換体を用いて切換えを行
なった排気流動条件下の楕円形ハニカムの均一流動分布
を示すグラフ
【図２７】比較例１６の楕円形切換体を用いて切換えを
行なった排気流動条件下の様々な形状の中央孔を有する
楕円形ハニカムの不均一流動分布を示すグラフ
【符号の説明】
10、43 ハニカム構造物 11 ハウジング 12、44 中央領域 13、45 周囲領域 14 流動調節装置 15、46 切換体 16 導管 17 出口 20、32 本体 21、33、34 延長部 22 ねじ切り柱 23 ナット 41 主触媒コンバータ 42 燃切り触媒 99 排気装置

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入口端および出口端を有し、ハウジング
    内に配置され、エンジンより下流の排気ガス流内に位置
    するハニカム構造物であって、流動が実質的に妨げられ
    ていない第１の領域、および該第１の領域に隣接した、
    流動が比較的妨げられている第２の領域を有し、前記排
    気ガス流内の排気ガスが実質的に妨げられずに流動する
    ための通路を提供するように前記第１の領域が配置され
    ているハニカム構造物と、 切換体、切換流体供給源および切換流体を切換体に向け
    る出口を有する導管を備えた、前記第１の領域の中央に
    近接して前記排気流内に配置された流動調節装置であっ
    て、前記切換体が本体および少なくとも１組の延長部を
    有する流動調節装置とからなることを特徴とするエンジ
    ン排気装置。
  2. 【請求項２】 前記導管の出口が前記切換体に十分に接
    近して位置し、それによって、該切換体が、前記第１の
    領域の方向を横切る流動成分を前記切換流体に付与する
    ことを特徴とする請求項１記載の排気装置。
  3. 【請求項３】 前記流動調節装置が配置され、それによ
    って、前記第１の領域内に負の流動区域が前記排気ガス
    流の方向とは反対の方向に形成されることを特徴とする
    請求項１記載の排気装置。
  4. 【請求項４】 前記切換体が、楕円形または丸形の本体
    および該本体の１端に取り付けられた少なくとも１組の
    対称的な延長部からなることを特徴とする請求項１記載
    の排気装置。
  5. 【請求項５】 前記対称的な延長部が前記切換体の本体
    に形成され、それによって、対称的な組の個々の延長部
    のおのおのが該本体の水平軸に関して等しい角度を形成
    することを特徴とする請求項４記載の排気装置。
  6. 【請求項６】 前記切換体が、前記本体の対向する端部
    に位置する１組の対称的な延長部を備え、個々の延長部
    が該本体の水平軸に関して約30°の角度を形成すること
    を特徴とする請求項５記載の排気装置。
  7. 【請求項７】 前記基体の入口端と出口端の両方が楕円
    形か、または丸形以外の方の形状であることを特徴とす
    る請求項１記載の排気装置。
  8. 【請求項８】 前記延長部が、前記第２の領域に近接し
    た区域に延びていることを特徴とする請求項１記載の排
    気装置。
  9. 【請求項９】 前記ハニカム構造物が、(1) 第１の群の
    セルおよびセルの寸法が該第１の群のセルよりも小さい
    第２の群のセルを有する多様なセルのハニカム構造物、
    および(2) 構造物の入口端と出口端との間に縦方向に平
    行に延びる開放コア領域および該開放コア領域に隣接し
    た、構造物の入口端と出口端との間に縦方向に平行に延
    びる複数のセルを有する周囲領域を備えた実質的に多孔
    性の構造物からなる群より選択されることを特徴とする
    請求項１記載の排気装置。
  10. 【請求項１０】 前記ハニカム構造物が、前記ハウジン
    グ内の中央に配置され、前面面積を有しており、前記第
    １の領域が該構造物の入口端と出口端との間に縦方向に
    平行に延びる中央開放コアからなり、前記第２の領域が
    該構造物の入口端と出口端との間に縦方向に平行に延び
    る複数のセルにより特徴付けられる周囲セルラ構造から
    なることを特徴とする請求項１記載の排気装置。
  11. 【請求項１１】 前記中央開放コアが、前記ハニカム構
    造物の前面面積の0.5 ％から50％までの範囲の面積を占
    めることを特徴とする請求項９記載の排気装置。
  12. 【請求項１２】 前記ハニカム構造物が、第１の中央領
    域および該第１の中央領域を囲う第２の周囲領域を有す
    る多様なセルの押出ハニカム構造物からなり、該第１の
    中央領域のセルが該第２の周囲領域のセルよりも大きい
    ことを特徴とする請求項１記載の配置装置。
  13. 【請求項１３】 前記ハニカム構造物が、触媒構造物で
    あり、三元触媒、ライトオフ触媒、電気加熱触媒、酸化
    触媒またはこれらの組合せからなることを特徴とする請
    求項１記載の排気装置。
  14. 【請求項１４】 前記ハニカム構造物が、脱着温度を有
    するモレキュラーシーブ構造物であることを特徴とする
    請求項１記載の排気装置。
  15. 【請求項１５】 前記モレキュラーシーブ構造物が、ハ
    ニカム構造物上に担持されたゼオライトまたは押出ゼオ
    ライトからなり、該ゼオライトまたは押出ゼオライト
    が、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデンフッ石、ベータゼオ
    ライトおよびこれらの組合せからなる群より選択される
    ことを特徴とする請求項１４記載の排気装置。
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