(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関エンジンの排気システム内で、排気ガスの少なくとも１成分を吸着するための装置であって、或る温度と質量の流量との排気ガスが流れることができる或る体積の吸着体を有し、前記装置は、前記体積が以下の式
【数１】
0004630523.tif 000003
ここで、Ｖ＝前記吸着体の体積［ｌ］、
ｔ＝前記排気ガスの平均温度［℃］、
ｍ＝前記排気ガスの質量の平均流量［ｋｇ／ｈ］、
ａ＝0.1660393，          ｂ＝0.0033635701，
ｃ＝-1.7023186，         ｄ＝6.5277225・10-6，
ｅ＝195.657，            ｆ＝‐0.1373556，
ｇ＝‐9.0343024・10-9，  ｈ＝‐1273.9098，
ｉ＝1.0172767            ｋ＝‐1.442512・10-5，
に対応する、装置。
【請求項２】
前記吸着体がゼオライト構造のコーティングを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記吸着体が金属板層を有し、前記金属板層が、前記排気ガスが前記金属板層を通じ流れることができるように少なくとも部分的に構成される、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記金属板層は、０．０２ｍｍから０．０８ｍｍの厚みを有する金属板で設計される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記吸着体が、前記排気ガスが或る流れの方向に流れることができるチャネルを有し、前記流れの方向に対する横断面積当りのチャネルの数が少なくとも６００ｃｐｓｉである、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、排気ガスが流れることができる吸着体を有する、排気ガスの少なくとも１成分を吸着するための装置に関する。この種の吸着体は、特に自動車の内燃機関エンジンの排気システムで用いられる。
【０００２】
世界中でますます厳重なものとなりつつある排気ガス規制を満たすために、排出物質を制限するさまざまな構想が現在推し進められている。内燃機関エンジンのコールドスタート後における排気システムの排出物質の挙動がこれらの展開の中心にある。コールドスタート後の排出物質の挙動は、たとえばＵＳ−ＦＴＰ７５テストサイクルなどのさまざまな走行サイクルに基づき評価される。ＦＴＰ７５テストサイクルの走行曲線は、米国ロサンゼルスの朝のラッシュアワー中の道路上で測定された３つの速度分布からなる。ＦＴＰ７５テストサイクルは、たとえばローベルト・ボッシュ（Robert Bosch）GmbHによる「自動車工学ハンドブック（Kraftfahrtechnisches Taschenbuch）」（第２２版、デュッセルドルフ、ＶＴＩ出版、１９９５年）で説明されている。
【０００３】
排気ガスを浄化するためには触媒コンバータが用いられる。触媒コンバータは触媒作用で活性化した表面を有し、これは定められた温度（およそ２５０℃）を上回ると排気ガス中の汚染物質（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物）を化学的に転換する。この開始温度に達するまでの時間は、たとえば電気加熱式触媒コンバータを使用することで短縮され得る。しかしながら、ますます厳重になりつつある排出物質規制は、コールドスタート直後に起こる炭化水素の排出も極めて低くするよう義務付けている。これを達成するためには、コールドスタート中に発生する炭化水素分子を蓄える働きをする吸着体を用いることが好適である。
【０００４】
ゼオライトを分子ふるいとする吸着体が公知である。ゼオライトとは、或る分子を取込むことができる性質を有する微細孔アルミノケイ酸塩（アルミニウム／ケイ素結晶）である。ゼオライト構造は四面体の枠組みを含み、これはチャネルおよび／または空洞を有し、これらの外面的形態がゼオライトを特徴付ける。走行のコールドスタート段階中、炭化水素は吸着体の多孔質構造内に取込まれる（吸着段階）。吸着体に対する炭化水素の結合の強さは、炭化水素の種類と貯蔵媒体の構造とに依存する。動作時間が増加し排気ガス温度が上昇すると、吸着体に蓄えられた炭化水素は脱着される（脱着段階）。これは１００℃から２００℃の温度で起こる。
【０００５】
排気システム内に吸着体を配置することも知られており、この場合触媒コンバータが吸着体の下流に配置されている。吸着体は、排気ガスから熱を奪う熱容量を構成する。従って排気ガスは、下流の触媒コンバータを通じて流れるときにはより低い熱エネルギを有することになり、こうして触媒コンバータの加熱が遅くなり、これによってまた開始温度に達する時点が遅れることになる。
【０００６】
この発明の目的は、コールドスタート段階での炭化水素排出物質を著しく減少させ、かつ下流の触媒コンバータの加熱に対する影響が極めて少ない、吸着体を特定することである。
【０００７】
この発明に従うと、この目的は、請求項１に記載の特徴点に従う排気ガスの少なくとも１成分を吸着するための装置により達成される。有利な改良点が従属項に示されている。
【０００８】
排気ガスの少なくとも１成分を吸着するためのこの発明に従う装置は、排気ガスが流れることができる吸着体を有する。この装置は、特に自動車の内燃機関エンジンの排気システムに対し好適である。この吸着体はその体積に基づき記述され得るが、この「体積」という用語は、空洞および／またはチャネルを含む吸着体の体積を意味するものとして理解される。
【０００９】
この発明に従うと、吸着体の体積を、これを通じて流れる排気ガスの平均温度と質量の平均流量との関数として定めることが提案され、ここで体積は以下の式に対応する。
【００１０】
【数２】
0004630523.tif 000002
【００１１】
係数ａ〜ｋは以下の値を有する。
ａ＝0.1660393，          ｂ＝0.0033635701，
ｃ＝-1.7023186，         ｄ＝6.5277225・10-6，
ｅ＝195.657，            ｆ＝‐0.1373556，
ｇ＝‐9.0343024・10-9，   ｈ＝‐1273.9098，
ｉ＝1.0172767            ｋ＝‐1.442512・10-5，
この式は、さまざまな吸着体の吸着性能についての広範な調査の結果である。この調査においては、さまざまな内燃機関エンジンからの、これらエンジンがＵＳ−ＦＴＰ７５走行サイクルの最初の１００秒間で生じさせる粗の排出物質（排気ガス）がシミュレートされた。この調査の中で、吸着体の吸着性能および脱着性能は実質的に、排気ガスの温度と質量の流量とに依存することが立証された。
【００１２】
一般に、排気ガスの温度は内燃機関エンジンからの距離が増すにつれて減少するが、これは排気ガスが主としてより冷たいパイプシステムに案内されて放熱するからである。しかしながら、この種のパイプシステムは汚染物質の触媒転換のための構成要素を有することがあり、触媒反応は発熱反応として進行するため、触媒コンバータの下流の排気ガス温度は、このコンバータの上流におけるよりも高くなり得る。この調査の中で、吸着体の上流の排気ガスの異なった温度分布について、ＦＴＰテストの最初の１００秒間にわたる平均がとられた（［ｔ］＝℃；摂氏度）。
【００１３】
吸着体の適当な体積を求める際におけるさらなる重要な特徴的な変数は、吸着体を通じて流れる排気ガスの質量の流量である（［ｍ］＝ｋｇ／ｈ；１時間当りのキログラム）。質量の流量はたとえば、排気ガスの加熱作用もしくは冷却作用、または汚染物質の量もしくは濃度を特徴付ける。質量の流量自体のサイズおよび組成はたとえば、エンジン管理システムを（たとえば着火の角度、またはエンジンのアイドル回転により）、または２次空気送りを用いることで、影響され得る。特にアイドル段階で必要となる質量の流量はエンジンの構造上の設計にも依存するが、これはたとえば、エンジン内の（たとえば弁、ピストンまたは軸受での）摩擦による異なった損失が構造上の設計により引き起こされ得るからである。排気ガスの質量の流れの助けにより、これらさまざまな要因を吸着体の体積の設計に際し容易に勘案できる。質量の平均流量はさらに、ＦＴＰテストの最初の１００秒間における内燃機関エンジンの排出性能にも関連する。
【００１４】
驚くべきことに、この調査の結果により、一般的な考えに反して比較的小さな体積の吸着体が十分であることが示された。このことは特に、吸着体の体積を定めるためのこの発明の公式を求めるに際し、吸着体の貯蔵能力だけでなく熱容量もまた勘案され、したがって下流の触媒コンバータの加熱性能もまた勘案されたことに起因する。体積の減少は熱容量がより小さいことを表わし、こうして排気ガスから奪われる熱は減少する。
【００１５】
一実施例に従うと、吸着体はゼオライト構造のコーティングを有し、このコーティングは特にアルミノケイ酸塩（アルミニウム／ケイ素結晶）からなる。ゼオライト構造の形態上の特性は、炭化水素分子のサイズおよび性質に対し容易に適合され得る。ゼオライト構造は、多数のチャネルおよび／または空洞が利用可能であるという利点を有し、これにより蓄えられるべき炭化水素分子の結合はかなり強力なものとなる。
【００１６】
さらなる実施例に従うと、吸着体は金属板層を有し、これら金属板層は少なくとも部分的に、排気ガスがこれらを通じて流れることができるように構成されている。金属板層を有する吸着体は、たとえばセラミックからなる吸着体と比較して、同じ体積でありながら吸着体の表面積が大きくかつ圧力損失が少ないという利点を有する。
【００１７】
さらなる実施例に従うと、金属板層は０．０２ｍｍから０．０８ｍｍの厚みを有する金属板で設計される。これら比較的薄い金属板により、吸着体の熱容量は確実に小さくなり、こうして排気ガスからの熱エネルギは減少しない。
【００１８】
さらに別の実施例に従うと、吸着体は、排気ガスが或る流れの方向に流れることができるチャネルを有し、流れの方向に対する横断面積当りのチャネル数は少なくとも６００ｃｐｓｉ（１平方インチ当りのセル数）である。チャネルの数が多いため大きな表面積が得られ、その結果、たとえばゼオライトのコーティングで、吸着体の貯蔵容量が確実に大きくなる。
【００１９】
次に図面を詳細に参照し、まず特に図１を参照して、排気ガスの少なくとも１成分を吸着するためのこの発明に従う装置１が示され、この装置は、自動車（図示せず）の内燃機関エンジン４の排気システム３で用いられる吸着体２を含む。触媒コンバータ９は、矢印で示す排気ガスの流れの方向Ｓで吸着体２の下流に接続される。
【００２０】
図２は、図１に従う吸着体２を拡大斜視図で示す。吸着体２はその体積Ｖにより記述され得る。この体積は、ゼオライト構造を有するコーティング５、および／または、少なくとも部分的に構造化され、排気ガスが流れることができるチャネル８を形成する、平坦な金属板層６、波状の金属板層７などの金属板層６、７により、規定される。
【００２１】
この発明に従う体積Ｖを有する吸着体２は、これを通じて流れる排気ガスの特性に依存して特にコンパクトまたはソリッドな態様で形成される。吸着体２は、下流に配置された触媒コンバータ９のコールドスタート時の挙動を特に改良する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  排気ガスの少なくとも１成分を吸着するためのこの発明に従う装置であって、自動車の内燃機関エンジンの排気ガスシステム内で用いられる吸着体を有する装置の立面図である。
【図２】  図１に従う吸着体の拡大した一部破断斜視図である。
【図１】
0004630523.tif 000004
【図２】
0004630523.tif 000005