JPH09511044A - 触媒方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 濃縮燃焼エンジンの放出ガス制御系は、排気ガス燃料物を熱酸化させる反応室（７）を有する。受動的手段（５，４）は空気をエンジンの排気ガスに導入するため排気流のエネルギ（２）を利用し、導管（３）は排気ガスを導入した空気と共に熱酸化用の反応室（７）に移す。効率を高めるため、熱酸化は気相熱反応を保証する再循環手段（９）により空気と排気ガスを徹底的に混合して行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 触媒方法 発明の背景 発明の分野 この発明は、燃料物を含むガスからの排気ガス放出を制御する改善された系に 関する。特異な見地では、この発明は内燃エンジンからの排気ガス放出物を制御 する触媒系に関する。この発明は燃料の濃い内燃エンジンの受動的なガス放出制 御装置にも係わる。 従来の技術の簡単な説明 芝刈り機や小さな発電機セットのような、小さな内燃エンジンからの排気ガス 放出は炭化水素や一酸化炭素による大気汚染の著しい源である。そのようなエン ジンは大抵燃料を多量に含む状態で使用されるので、触媒変換器を備えていない 自動車エンジンに比べて特に汚れている。自動車のガス放出は触媒変換器を使用 して調整されているが、そのような通常の装置は、必然的に大きな寸法、高いコ ストおよび空気添加の必要性に関連する系の複雑さのため、小さなエンジンの使 用に対して実行不可能と考えられていない。適当な寸法で単純さのある有効な手 段は、反応部自体に対してだけでなく、二酸化炭素や水に対する排気燃料物の酸 化に必要とされる空気の添加と混合にも要求される。 この発明は、燃料の多い状態で使用されるエンジンからの排気ガスの燃料物を 燃焼する受動系を提供して、上記の要求に合っている。この系は単純で比較的経 費がかからない。 発明の要約 用語の定義 この発明で使用するように、ガス放出制御装置、系あるいはその部品に適用さ れるような用語「受動的」は、可動部品を機能させないような装置あるいは部品 を指す。例えば、通常の触媒変換器は受動的な装置であるが、空気を入れるため の機械的な空気ポンプを使用する変換系は受動的ではない。 用語「モノリシス」(monolith)および「モノリシス触媒」は、通常のモニリシ ス構造や通常の触媒に使用されるような触媒を指すだけでなく、インタロック・ シート等の組立物あるいはロールのような等価な同一構造体の何れをも指す。 用語「ミクロリス」(microlith)および「ミクロリス触媒」は通路毎の単位長 さ当たりの反応速度が層流で十分発展する境界層を有する同じ径の通路、つまり 長さで約２mm より短い、好ましくは１mm より、あるいは0.5mm より短く、流路 の直径に対する流路長の比が約１対２以下であるが、好ましくは１対１以下およ び更に好ましくは１対 0.5以下となる流れ通路を有する同じ径の通路に対するよ り少なくとも 50 パーセント早い。通路の径は与えられた流れ通路内で嵌まり、 好ましくは１mm以下、より好ましくは0.5 mm 以下の最大円の直径として定義さ れる。ミクロリス触媒は織った線材スクリーン、プレスした金属またはセラミッ ク線材のスクリーンあるいは同じようにプレスした薄いセラミック板の形であり 、単位センチメータ当たり 100から 1000 またはそれ以上の流れ通路を有する。 流れ通路はどんな望む形状でもよい。 この発明で使用するような用語「炭素質の汚染物質」および「炭化水素」は通 常の液体および気体燃料を含む有機化合物を指すだけでなく、一酸化炭素のよう な化合物、有機化合物、あるいは化合物を含む炭素の一部酸化物の形の燃料物を 含むガス流も指す。 この明細書中で使用するような用語「マフラー」は、内燃エンジンの排気ガス がエンジンから出る音を弱めるバッフルを含む多重室装置を意味する。 本発明 多量の燃料で動作する小さな内燃エンジンからの炭素質の排気レベルは、排気 流の高速パルスの運動エネルギを利用し、排気ガスに十分な空気を添加して混合 し、次の反応領域内で燃料物を熱酸化して二酸化炭素と水にすることにより非常 に低いレベルに低減できることが知られている。 空気と排気ガスの混合物の気相燃焼は、触媒面と接触させることにより触媒的 に安定化されると有利である。触媒的な安定化は広い範囲の使用条件にわたりス ムースな燃焼を与えるが、排気ガスが十分高温で、十分燃料を含んでいるなら、 気相燃焼は触媒的な安定化を行わなくても通常のバッフルされるマフラーの逆混 合により安定化できることが示されている。従って、この発明により小さなエン ジンでも極度に低い放出レベルの一酸化炭素と炭化水素を経済的に達成できる。 この明細書で使用するような用語「小さい内燃エンジン」は、約 800 cc以下、 好ましくは 100と 600 cc の間にある変位を有する内燃エンジンを意味する。 この発明の好適実施例では、エンジンの排気はエンジンに取り付けたノズルを 経由して排出され、導管の開放端に噴出されるので、十分な空気をその中に含ま れる燃料物の少なくとも大部分を熱酸化させて下流の反応領域に送る。受ける導 管はベンリュリー管であると有利である。気相反応は良く混ざった熱反応領域内 で触媒的に安定化されると有利である。生じる有効な急速熱燃焼は、この発明の 方法で実行できると見られる温度よりもっと高い燃焼温度でも熱反応を最小にす る遊離基の消滅に逆らうのに十分な速度で熱と触媒表面反応により生成した遊離 基を注入することから生じると信じられている。 図面の簡単な説明 第１図は、単一気筒の小さいガソリンエンジンからほ汚染を低減するための受 動的な触媒安定化された熱反応径の模式図を示す。 第２図は、燃焼のためガスを混合する攪拌手段の側面図である。 本発明と好適実施例の詳細な説明 この発明を、更に図面と関連させて説明する。第１図に示すように、一つの好 適実施例では、小さなガソリンエンジン１からの排気が空気誘導ノズルとして働 く排気ライン２を通過してライン３に入るので、空気がライン３の穴４を通過し 、シュラウド６の穴５を通る。排気ガスと混合した添加空気はライン３からマフ ラー７に入る。マフラー７を励起するガスは排気口８を通過する。ガスはマフラ ー７に入り攪拌器９に接触して燃料物の混合と反応を有利に促進する。マフラー を使用して、マフラーの入口近くに低圧領域を形成して、ライン３の開放端を通 る ガスの逆流を阻止することもできる。攪拌器９はマフラー７を通過して流れるガ スを有効に再循環させる手段として機能する。ガスのより完全な混合はマフラー ７内に攪拌流を形成すると生じる。第２図は代表的な攪拌器９の側面図であり、 羽根１０の螺旋配置を示す。これにより、入るガスのエネルギはマフラー７に残 るガス内にうねり運動を生じさせるために使用される。攪拌器９の羽根１０は到 来ガスをマフラー７に渦流にして入れ、入ったガスの一部の流れの方向を逆転さ せる。マフラー７内のガスを再循環させる他の手段は当業者に理解されている。 典型的には、エンジンの動作が十分濃く、排気ガスの燃料物の気相熱燃焼を可能 にする。この場合、マルラー７の最小部分の内壁の表面に貴金属の触媒、好まし くは白金を被覆して、燃焼を点火して安定化するので、広い範囲の動作条件にわ たり燃料物を有効に燃焼させる。これは炭素質の汚染物質の放出を非常に低くす る。 シュラウド６はライン３の穴４を取り囲み、穴４から出る排気パルス騒音を緩 和する音シールドとして働き、エンジンあるいはマフラーからの空気を空気冷却 ジャケットに導き、更に音の洩れを最小にする。シュラウド６はライン３からの 逆流洩れを保持するようにも働く。 例１ 約 400 cc の変位量を有し、発電機を駆動するブリッグスとストラットン(Bri ggs and Stratton)の小型単一気箇ガソリン出力スパーク点火エンジンからの燃 料の濃い排気ガスを通常の寸法の排気管を通過させ、太い管に噴射ノズルとして 排出し、空気を排気ノズルと外側の管の管の穴に通した。マフラー内の熱反応を 点火させて安定化するため内部バッフル板面に白金触媒の被覆を加え、しかもマ フラーの入口とは反対に固定されている攪拌羽根を加えて改良された通常のブリ ッグスとストラットンのスーパー Lo トーンマフラー（特許第 490,457号明細書 ）に空気を入れた排気ガスを通過させた。排気ガス中の燃料物と吸い込んだ空気 の酸素との熱反応は、以下の表に示すように、アイドリングから全出力までの全 動作範囲にわたり低い排気ガス放出となった。 通常の物質移動制限触媒変換器とは異なり、一酸化炭素の変換は広い範囲の排 気流にわたりほぼ一定に留まり、炭化水素の変換は実際には流量の増加と共に増 加した。このエンジンに対する典型的な無制御放出レベルはアイドリングで 370 ppmの炭化水素と 4.9パーセントの一酸化炭素であり、半分の出力で 340 ppmの 炭化水素と 6.2パーセントの一酸化炭素であり、全出力で 320 ppmの炭化水素と 7.8パーセントの一酸化炭素であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．濃縮燃焼の小型内燃エンジン用の放出制御系において、 ａ．エンジンの排気部に組み込んだエンジン騒音マフラーを有する小型エン ジン、 ｂ．エンジン排気ガスの燃料物を熱酸化させるためエンジン排気部内にある 反応室、 ｃ．前記反応室を通過する排気ガスを効果的に再循環させ、入口の近くの反 応室に低圧領域を発生させるため反応室内の手段、 ｄ．エンジン排気部に空気を導入する唯一の手段として排気ガス流のエネル ギを利用する受動的手段、および、 ｅ．前記排気ガスを前記導入空気と共に前記反応室に移すダクト手段、 を備えている系。 ２．エンジンは約 800 cc 以下の変位量を有する請求の範囲第１項の系。 ３．エンジンは単一気筒エンジンである請求の範囲第１項の系。 ４．前記反応室の内壁に少なくとも一部分は熱燃焼を安定化する触媒から成る請 求の範囲第１項の系。 ５．触媒は白金系の金属である請求の範囲第４項の系。 ６．前記受動的な空気導入手段の空気入口は排気パルスの騒音を弱めるためシュ ラウドに付けてある請求の範囲第１項の系。 ７．前記受動的な空気導入手段は流れジェット噴射器である請求の範囲第１項の 系。 ８．濃縮燃焼の小型内燃エンジンからの一酸化炭素と炭化水素の放出物を制御す る方法において、 ａ．ガスジェットにするため、パルス状の排気ガをノズルに通し、 ｂ．前記ジェットを導管の開放端に通し、空気を前記導管に前記排気ガスと一 緒に導き、 ｃ．導入した空気と排気ガスを一様に混合して一様な気相とし、そして、 ｄ．前記気相内の一酸化炭素と炭化水素を酸素と反応させて、二酸化炭素と水 を形成する、 過程から成る方法。 ９．前記反応は一酸化炭素，炭化水素と酸素を触媒表面に接触させて安定化され げいる請求の範囲第８項の方法。 10．触媒は白金系の金属である請求の範囲第９項の方法。