JPH02112609A - ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中のスス酸化方法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中のスス酸化方法およびこの方法を実施する装置

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JPH02112609A
JPH02112609A JP63261270A JP26127088A JPH02112609A JP H02112609 A JPH02112609 A JP H02112609A JP 63261270 A JP63261270 A JP 63261270A JP 26127088 A JP26127088 A JP 26127088A JP H02112609 A JPH02112609 A JP H02112609A
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ディルク、ハインツェン
Helmut Schilly
ヘルムート、シュイリー
Klaus R Greulich
クラウス、エル、グロイリッヒ
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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】 （産業上の利用分野） ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中のスス酸化方法
およびこの方法を実施する装置に関する。
（従来技術とその課題） ディーゼルエンジンは多；のススを発生する。
排ガス中のこのススの含有量について公知の規則が定め
られている。この規則は環境保全のためますます厳しく
なるので排ガス中の許容スス含有量はさらに低下されな
ければならないと考えられる。
ススの除去は機械的フィルタによって実施され、このフ
ィルタは針金スクリーンまたはセラミック構造を使用し
ている。スス粒子がこのフィルタ上に分離される。この
フィルタの問題点はその浄化にある。なぜかならばスス
粒子が徐々にフィルタを閉塞するので、排ガス圧が許容
できない値に達するからである。
スス粒子の単なる焼却は６５０℃以上の温度においての
み可能となる。ディーゼルエンジンの排ガス温度は特定
の走行状態においてのみこの値に達する。多（の走行状
態においては、排ガス温度は２００℃に過ぎず、すなわ
ちスス粒子の燃焼温度よりはるかに低い。従ってこの簡
単な方法は実施不能である。
また、酸化媒質の噴射によってスス粒子の燃焼温度を低
下させる方法が公知である。この場合、燃焼温度は３０
０℃以下まで低下させられる。しかし、排ガス温度がこ
れより低くなる走行状態も存在する。さらに酸化助剤は
環境に有害な残留物、特に重金属残留物を発生するので
、この方法は有効な解決法とはならない。
バーナによって排ガスを加熱する方法も公知である。し
かしこの方法は非常にエネルギーを消費する。
〔発明の目的および効果〕
本発明の課題は、あらゆる走行状態においてディーゼル
エンジンの排ガス中のススを完全に連続的に酸化するに
ある。
排ガスが連続的に触媒酸化され、排ガスの酸化に続いて
熱が輸送ガスに伝達され、圧縮によって輸送ガスのエン
タルピーを増大させ、この輸送ガスが触媒反応器の手前
において熱を排ガス流に放出することによって本発明の
課題が解決される。
本発明の方法は、排ガス温度を最適酸化値まで上昇させ
るため、排ガスから取られた熱をこれより高い水準まで
高め、酸化工程前にこの熱を排ガスに加えることにおい
て従来技術と相違している。
熱放出後の輸送ガスから膨脹によってエネルギーが抽出
されることによって輸送ガスの循環が可能となる。膨脹
に際して開放されたエネルギーが圧縮に必要なエネルギ
ーの一部を成す。
膨脹された輸送ガスが、回路中を逆行させられることに
よって閉回路が可能となる。
適時に輸送ガスとしての空気が直接に大気から吸引され
、圧縮され、触媒反応器の手前において排ガスから熱を
吸収した後に（特に輸送ガス膨張用流体流エンジンの後
方において）大気中に放出されることによって触媒工程
の温度調整が改良される。排ガス温度が高い場合に、回
路中に冷たい空気が導入されるので触媒の過熱を排除す
ることができる。
本発明の装置においては、前記の反応器は触媒活性物質
を含み、排ガス流中の前記反応器の後方に熱交換器が接
続され、この熱交換器は排ガスから熱エネルギーを輸送
ガスに放出し、輸送ガスの断熱圧縮用圧縮器が配備され
、排ガス流中において反応器の手前に第２熱交換器が配
設され、この熱交換器は圧縮された輸送ガスの熱エネル
ギーを排ガスに放出し、圧縮された輸送ガスの膨脹装置
が第２熱交換器の後方に配備される。
本発明の装置は、排ガスが反応器の手前において再加熱
工程によって、触媒作用で低下されるスス酸化温度まで
加熱されることが従来技術と相違している。前記の再加
熱工程は、反応器に続いて輸送ガスが排ガスから熱を取
ることを予定している。この排ガスが圧縮されて、その
エンタルピーが増大される。この圧縮された輸送ガスが
熱交換器の中において、ディーゼルエンジンから来た比
較約４たい排ガスに熱を放出するので、この排ガスが酸
化反応温度まで加熱される。冷却された輸送ガスは、膨
脹装置の中において膨脂させられ、回路中に戻される。
膨脹装置が圧縮器に必要なエネルギーを十分に供給する
ので、この輸送ガス回路は僅かの機械的エネルギーしか
必要としない。
不足エネルギーは、排ガス流中のバイパスを備えた流体
流エンジンによって追加される。
触媒活性物質が反応器本体上の被覆として塗布されるこ
とによって触媒物質の活性が保証される。
触媒活性物質が担体物質の中にまたはその上に配置され
ることによって触媒物質の保持状態が改良される。
冷却状態でまたは運転中にスス焼却を開始するため、反
応器の手前に、排ガス加熱用の補助バーナ装置が配置さ
れる。
本発明の主旨の範囲内において、既存の、ディーゼルエ
ンジンに依存しない加熱装置が追加的に排ガスの加熱の
ために使用される。従って、既存のバーナ装置、例えば
外部加熱装置を追加的に使用することができる。特別の
バーナ装置を使用しないですむ。
反応器の手前において化学的蓄熱装置が排ガス流に接続
されることによってえ補助加熱を実施することができる
。
排ガスから有害な粒子を除去するため、熱交換器と反応
器との間において排ガス流中に、触媒層を備えた１枚の
スクリーンまたは相異なるメツシュサイズの複数のスク
リーンが配備される。ここで、特に大きなスス粒子の予
備酸化が生じる。これによって装置の効率が改良される
。
反応器が少なくとも１個の蜂の巣状金属機素を充填され
１．この機素が触媒によって被覆されていることによっ
て酸化効率が高くなる。
また、反応器は少なくとも１個の蜂の巣状の非金属素材
の機素を充填され、この機素が触媒によって被覆される
。この非金属素材はセラミックスとすることができる。
反応器が、触媒を被覆された金属または非金属素材の綿
状体によって充填されていることによって大きな活性面
積が得られる。
少なくとも一方の熱交換器が排ガス案内面に触媒被覆を
備えることによって排ガスの酸化度が増大される。
触媒被覆が貴金属から成ることによって装置の寿命が延
長される。
他の実施態様として、触媒被覆が希土類金属から成る。
反応器の内部構造が排ガス流の渦動を促進する部材また
は変形部分を有することによって高い触媒活性が得られ
る。排ガスの乱流中においては、接触度の増大により触
媒活性が増大する。
反応器が外部に対して断熱されていることによって酸化
装置の熱保持が改良される。
反応器本体が反応器ハウジングに対して断熱されている
ことによって、さらに熱保持が改良される。
熱交換器が外部に対して断熱されていることによって焦
損が低減される。
熱交換器の内部構造がハウジングに対して断熱されてい
ることによって、さらに焦損が低下する。
熱交換器の中に、排ガス流の境界層分離構造が組み込ま
れていることによって熱交換が強化される。このように
して、熱交換器の内部においても排ガス乱流が得られ、
熱交換が強化される。
本発明によれば、熱交換器が向流熱交換器として構成さ
れる。
熱交換面積の増大のため、熱交換器がミクロ組織熱交換
器として構成される。
導管がそれぞれ弁を備え、この弁が外気に対する輸送ガ
ス回路の開放を可能にすることによって、装置の熱収支
の制御がさらに可能となる。このようにして特定の駆動
状態、特に高い排ガス温度において、冷却のため回路中
に冷たい空気を導入することができる。従って、触媒の
破損を防止することができる。
膨脹装置が流体流エンジンとして構成されることによっ
て膨脂に際して効果的なエネルギー回収が実施される。
排ガス捕集導管の中に、調節可能なバイパスを備えた流
体流エンジンが配置され、この流体流エンジンは圧縮器
の駆動エネルギーを排ガス流から取り出すことによって
圧縮用の追加エネルギーが得られる。このバイパスによ
って、流体流エンジンの人力を制御することができる。
バイパスの調節が排ガスの駆動状態値および輸送ガスの
駆動状態値に依存することによって、全体的調節が可能
となる。
圧縮器、流体流エンジンおよび膨脹装置が共通軸によっ
て連結されることによって低いエネルギー損が保証され
る。
膨脹装置に接続された弁が導管を通して排ガス管に接続
されることによって、加熱された新鮮な空気の安全な誘
導が保証される。
制御信号をうるため、感熱素子、圧力センサおよび／お
よびその他のセンサが配備されることによって全体的制
御が可能となる。酸化装置の制御器は、ディーゼルエン
ジンに連結され、またはディーゼルエンジンの中に組み
込むことができる。
酸化装置の側からディーゼルエンジン制御装置に作用す
ることができ、またはその逆とすることができる。例え
ば、排ガス温度の低下に際して、ディーゼルエンジンの
出力を増大させて、望ましくない排ガス温度を排除する
ことができる。
弁および流体流エンジンのバイパス弁の電機的、機械的
、空気的または油圧的作動装置が配備されることによっ
て弁のそれぞれの制御が可能となる。
装置全体が金属または非金属素材のハウジングの中に隔
離されて搭載されることによって焦損が低減される。
制御／調整装置がディーゼルエンジンの調節のための出
発値を発生することによって、装置の動作が改良される
。このようにして瞬間的駆動状態においても、最適酸化
が保証される。
（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。
ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管１を付図に示す。
多数のシリンダを具備するディーゼルエンジンは、それ
だけ多数の排ガス捕集導管を備え、これらの排ガス捕集
導管はそれぞれ、１個のスス酸化装置を備えている。排
ガス捕集導管の中には、第１熱交換器Ｗ１が配備されて
いる。この第１熱交換器に対してスス酸化用反応器２が
接続されている。つぎに第２熱交換器Ｗ２が配置され、
この熱交換器から排ガスが導管３の中に排出される。
反応器２は触媒物質を内蔵し、この物質は反応器本体上
に層を成して配置され、場合によっては担体物質と混合
される。触媒物質はススの燃焼温度を約３００℃または
これ以下に低下させるように作用する。
第３図は反応器２の断面を詳細に図示する。反応器本体
の蜂の巣状構造２１が見られる。これは、金属、非金属
、特にセラミックの秩序構造または多少とも無秩序な構
造とすることができる。触媒がこの構造と積層され、あ
るいは触媒がこの構造の中に一体化される。この構造は
排ガス流に対して境界層分離作用を成す構造を仔する。
熱交換器Ｗ１とＷ２は導管４，５と送り装置６を通して
相互に接続されている。送り装置６は原則として圧縮器
と膨脹装置とを含む。膨脹装置はタービンとして構成さ
れ、排ガスタービンまたは駆動装置によって駆動される
共通軸上に圧縮器と共に配置される。
冷たい駆動状態において、特に始動時に、酸化工程を開
始できるようにするため、補助バーナ装置８が配備され
ている。バーナ装置としては、他の目的のための加熱装
置、例えば外部加熱装置を使用することができる。また
化学的蓄熱装置１４を配備することができる。これによ
って、それぞれの場合に酸化工程を開始することができ
る。
ディーゼルエンジンの部分負荷駆動に際して熱交換のな
い場合の温度関係を考察すれば、排ガス捕集導管１の始
点において約２００℃の温度が存在する。この温度は、
導管３までに放射焦損などによって約１８０℃に下降す
る。しかし連続的スス酸化が可能となるためには、反応
器の区域の温度が約３００℃に達しなければならない。
熱交換器Ｗ２により、導管３の中の温度を約１６０℃に
まで低下させる熱量が排ガスから奪われる。同時に、熱
交換媒質ないしは輸送ガスが断熱圧縮によって加熱され
て、熱交換器Ｗ１は排ガス温度を約３５０℃まで上昇さ
せる。これにより酸化工程が確実に開始される。
輸送ガスは逆行に際して膨脹されなければならないが、
これは圧縮器に接続された膨脹タービンによって実施さ
れることが好ましい。その結果、圧縮器の入力が低く保
持される。
第２図は本発明の他の実施態様を示す。熱交換器Ｗ１と
反応器２との間に最大スス粒子の予備酸化用の触媒被覆
スクリーン９が配置されている。
このスクリーン９のメツシュサイズによって、反応器中
に入るスス粒子の粒径が確定されるので、これらの粒子
は反応器中を通過する際に完全に酸化される。さらにこ
の位置において、反応器にとって有害な大きな金属片な
どの粒子が阻止される。
通常の車検中に、このスクリーンを浄化することができ
る。
この第２図には、圧縮器７と膨脹タービン１３が個別に
図示されている。弁１０ａが膨脹タービン１３に接続さ
れ、この弁は、大気に連通し、また導管を通して排ガス
導管３と接続している。同様に弁ｌＯが圧縮器７の導入
側に配置され、回路の大気連通を可能にする。排ガス捕
集導管３の内部に、バイパス１５を備えた流体流エンジ
ン１２が存在する。圧縮器７と、流体流エンジン１２と
、膨脹タービン１３とが共通軸上に配置され、あるいは
その他の手法で相互に連結される。このようにして、膨
脹タービン１３の中において開放された機械的エネルギ
ーが直接に圧縮器７の駆動のために使用される。流体流
エンジン１２によって不足エネルギーのみが提供される
。
制御／調整装置１７が、温度、圧力、およびその他の駆
動パラメータのセンサから入力信号を受ける。この制御
／調整装置１７は酸化装置の制御を成す。しかしこの装
置１７はディーゼルエンジンに対する制御信号をも発生
する。従って、ディーゼルエンジンは酸化装置の状態に
依存して調整される。例えば、最適の排ガス温度を確保
するため、ディーゼルエンジン出力を変動させることが
できる。
特定の走行条件において、過度に熱い排ガスが出る場合
に、弁１０を通して冷たい大気を導入することができる
。このように、この回路は排ガスの冷却のために使用さ
れる。加熱された空気は膨脂後に、弁１０ａを通しで排
出される。この加熱された空気を排ガス導管３の中に逆
流させることによって、その擾乱作用を排除することが
できる。
弁１０と１０ａはそれぞれの駆動状態に従って制御され
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施態様のフローシート、第２図
は本発明のＴ５２実施態様のフローシート、また第３図
は反応器の断面図である。 １・・・排ガス捕集導管、２・・・反応器、３・・・排
ガス排出導管、６・・・圧縮／膨脹装置、８・・・補助
バーナ、９・・・スクリーン、１０．１０ａ・・・弁、
７・・・圧縮器、１２・・・流体流エンジン、１３・・
・膨張タービン、１５・・・バイパス、１６・・・軸、
１７・・・制御装置、Ｗ１，Ｗ２・・・熱交換器。

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. １．排ガスが連続的に触媒酸化され、排ガスの酸化に続
    いて熱が輸送ガスに伝達され、圧縮によって輸送ガスの
    エンタルピーを増大させ、この輸送ガスが触媒反応器の
    手前において熱を排ガス流に放出することを特徴とする
    ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中のスス酸化方法
    。
  2. ２．熱放出後の輸送ガスから膨脹によってエネルギーが
    抽出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. ３．膨脹された輸送ガスが、回路中を逆行させられるこ
    とを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. ４．適時に輸送ガスとしての空気が直接に大気から吸引
    され、圧縮され、触媒反応器の手前において排ガスから
    熱を吸収した後に（特に輸送ガス膨脹用流体流エンジン
    の後方において）大気中に放出されることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
  5. ５．ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中に反応器を
    有する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法を実施す
    る装置において、前記の反応器（２）は触媒活性物質を
    含み、排ガス流中の前記反応器（２）の後方に熱交換器
    （Ｗ２）が接続され、この熱交換器（Ｗ２）は排ガスか
    ら熱エネルギーを輸送ガスに放出し、輸送ガスの断熱圧
    縮用圧縮器（７）が配備され、排ガス流中において反応
    器（２）の手前に他の熱交換器（Ｗ１）が配設され、こ
    の熱交換器（Ｗ１）は圧縮された輸送ガスの熱エネルギ
    ーを排ガスに放出し、圧縮された輸送ガスの膨脹装置（
    １３）が熱交換器（Ｗ１）の後方に配備されることを特
    徴とする装置。
  6. ６．触媒活性物質は反応器本体上の被覆として施用され
    ることを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. ７．触媒活性物質は担体物質の中にまたはその上に配置
    されることを特徴とする請求項５または６に記載の装置
    。
  8. ８．反応器（２）の手前に、排ガス加熱用の補助バーナ
    装置（８）が配置されることを特徴とする請求項５乃至
    ７のいずれかに記載の装置。
  9. ９．既存の、ディーゼルエンジンに依存しない加熱装置
    が追加的に排ガスの加熱のために使用されることを特徴
    とする請求項８に記載の装置。
  10. １０．反応器の手前において化学的蓄熱装置（１４）が
    排ガス流に接続されることを特徴とする請求項５乃至９
    のいずれかに記載の装置。
  11. １１．熱交換器（Ｗ１）と反応器（２）との間において
    排ガス流中に、触媒層を備えた１枚のスクリーンまたは
    相異なるメッシュサイズの複数のスクリーン（９）が配
    備されることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか
    に記載の装置。
  12. １２．反応器（２）は少なくとも１個の蜂の巣状金属機
    素を充填され、この機素が触媒によって被覆されている
    ことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の
    装置。
  13. １３．反応器（２）は少なくとも１個の蜂の巣状の非金
    属素材の機素を充填され、この機素が触媒によって被覆
    されていることを特徴とする請求項５乃至１１にいずれ
    かに記載の装置。
  14. １４．反応器（２）は、触媒を被覆された金属または非
    金属素材の綿状体によって充填されていることを特徴と
    する請求項５乃至１２のいずれかに記載の装置。
  15. １５．少なくとも一方の熱交換器（Ｗ１またはＷ２）が
    排ガス案内面に触媒被覆を備えることを特徴とする請求
    項５乃至１４のいずれかに記載の装置。
  16. １６．触媒被覆が貴金属から成ることを特徴とする請求
    項５乃至１５のいずれかに記載の装置。
  17. １７．触媒被覆が希土金属から成ることを特徴とする請
    求項５乃至１５のいずれかに記載の装置。
  18. １８．反応器の内部構造が排ガス流の渦動を促進する部
    材または変形部分を有することを特徴とする請求項１乃
    至１７のいずれかに記載の装置。
  19. １９．反応器（２）は外部に対して断熱されていること
    を特徴とする請求項５乃至１８のいずれかに記載の装置
    。
  20. ２０．反応器本体が反応器ハウジングに対して断熱され
    ていることを特徴とする請求項５乃至１９のいずれかに
    記載の装置。
  21. ２１．熱交換器が外部に対して断熱されていることを特
    徴とする請求項５乃至２０のいずれかに記載の装置。
  22. ２２．熱交換器の内部構造がハウジングに対して断熱さ
    れていることを特徴とする請求項５乃至２１のいずれか
    に記載の装置。
  23. ２３．熱交換器の中に、排ガス流の境界層分離構造が組
    み込まれていることを特徴とする請求項５乃至２２のい
    ずれかに記載の装置。
  24. ２４．熱交換器（Ｗ１，Ｗ２）が向流型熱交換器として
    構成されることを特徴とする請求項５乃至２３のいずれ
    かに記載の装置。
  25. ２５．熱交換器（Ｗ１，Ｗ２）がミクロ組織型熱交換器
    として構成されることを特徴とする請求項５乃至２３の
    いずれかに記載の装置。
  26. ２６．導管（４，５）がそれぞれ弁（１０，１０ａ）を
    備え、この弁が輸送ガス回路の外気に対する開放を可能
    にすることを特徴とする請求項５乃至２５のいずれかに
    記載の装置。
  27. ２７．膨脹装置（１３）が流体流エンジンとして構成さ
    れることを特徴とする請求項５乃至２６のいずれかに記
    載の装置。
  28. ２８．排ガス捕集導管（３）の中に、調節可能のバイパ
    ス（１５）を備えた流体流エンジン（１２）が配置され
    、この流体流エンジン（１２）は圧縮器（７）の駆動エ
    ネルギーを排ガス流から取り出すことを特徴とする請求
    項５乃至２７のいずれかに記載の装置。
  29. ２９．バイパス（１５）の調節は、排ガスの駆動状態値
    及び輸送ガスの駆動状態値に依存することを特徴とする
    請求項５乃至２７のいずれかに記載の装置。
  30. ３０．圧縮器（７）、流体流エンジン（１２）及び膨脹
    装置（１３）が共通軸（１６）によって相互に連結され
    ることを特徴とする請求項５乃至２９のいずれかに記載
    の装置。
  31. ３１．膨脹装置（１３）に接続された弁 （１０ａ）が導管を通して排ガス管（３）に接続される
    ことを特徴とする請求項５乃至３０のいずれかに記載の
    装置。
  32. ３２．制御信号をうるため、感熱素子、圧力センサおよ
    び／またはその他のセンサが配備されることを特徴とす
    る請求項５乃至２０のいずれかに記載の装置。
  33. ３３．弁（１０，１０ａ）および流体流エンジン（１２
    ）のバイパス弁（１５）の電機的、機械的、空気的また
    は油圧的作動装置が配備されることを特徴とする請求項
    ５乃至３２のいずれかに記載の装置。
  34. ３４．装置全体が金属または非金属素材のハウジングの
    中に隔離されて搭載されることを特徴とする請求項５乃
    至３３のいずれかに記載の装置。
  35. ３５．制御／調整装置（１７）がディーゼルエンジンの
    調節のための出発値を発生することを特徴とする請求項
    ５乃至３４のいずれかに記載の装置。
JP63261270A 1987-10-16 1988-10-17 ディーゼルエンジンの排ガス捕集導管中のスス酸化方法およびこの方法を実施する装置 Pending JPH02112609A (ja)

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