(57)【要約】【課題】  簡素な構成で低コストの排気ガス処理プラントによって従来技術の欠点を解消する。【解決手段】  本発明は、排気配管（１０）を有し、該排気配管（１０）は、酸化触媒（１２）と、化学的に活性の多孔体（３６）を含む選択的接触還元触媒（１６）と、還元剤を排気配管（１０）内に噴射する噴射手段（５４） と、を含む、内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラントに関する。本発明によれば、選択的接触還元触媒（１６）は、排気ガスが流れる少なくとも１つの化学的に不活性の通路（４２）を有し、遮断手段（４４）が前記通路（４２）への排気ガスの進入を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気配管（１０）を有し、該排気配管（１０）は、酸化触媒（１２）と、化学的に活性の多孔体（３６）を含む選択的接触還元触媒（１６）と、還元剤を前記排気配管（１０）内に噴射する噴射手段（５４）と、を含む、内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラントであって、
前記選択的接触還元触媒（１６）は、前記排気ガスが流れる少なくとも１つの化学的に不活性の通路（４２）を有し、遮断手段（４４）が前記通路（４２）への前記ガスの進入を制御することを特徴とするプラント。
【請求項２】
前記通路（４２）は、前記選択的接触還元触媒（１６）の前記多孔体（３６）の中央領域に配置されている、請求項１に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラント。
【請求項３】
前記遮断手段（４４）は、前記排気ガスの循環の方向を考慮して、前記選択的接触還元触媒（１６）の上流側に配置される、請求項１および２のいずれか一項に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラント。
【請求項４】
前記遮断手段（４４）は、制御手段（５２）の作用を受ける可動式のクラッパ（４６）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラント。
【請求項５】
前記制御手段（５２）は、アクチュエータ、ジャッキ、または電気モータを有する、請求項４に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラント。
【請求項６】
前記排気配管（１０）は、排気ガス入口（１４）、前記酸化触媒（１２）、前記噴射手段（５４）、前記遮断手段（４４）、および前記選択的接触還元触媒（１６）を連続的に有する、請求項１に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラント。
【請求項７】
排気配管（１０）を有し、該排気配管（１０）は、酸化触媒（１２）と、選択的接触還元触媒（１６）と、還元剤を前記排気配管（１０）内に噴射する噴射手段（５４）と、を含む内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理する方法であって、
前記選択的接触還元触媒（１６）内の化学的に不活性の通路（４２）を通る前記排気ガスの循環を制御することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記排気ガスが化学量論的機関動作条件または濃機関動作条件で、かつ高排気ガス温度の下で前記通路（４２）内を循環するのを可能にすることを含む、請求項７に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理する方法。
【請求項９】
前記排気ガスが濃機関動作条件で、かつ低排気ガス温度の下で前記通路（４２）内を循環するのを妨げることを含む、請求項７に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理する方法。
【請求項１０】
前記排気ガスが希薄機関動作条件で、かつ高排気ガス温度の下で前記通路（４２）内を循環するのを妨げることを含む、請求項７に記載の、排気ガスに含まれる汚染物質を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラントに関する。
【０００２】
特に、本発明は、特にガソリンまたはガス式の火花点火機関を対象とするものであるが、それに限定されるわけではない。
【０００３】
本発明は、この汚染物質処理プラントを使用するのを可能にする方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
機関の排気ガスに含まれ、燃料混合物の燃焼によって生じる汚染物質は主として、未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、より一般的にはＮＯｘと呼ばれる酸化窒素（ＮＯおよびＮＯ２）である。
【０００５】
環境基準に従い、ユーロＶやユーロＶＩとして知られる基準のようなこれらの基準の強化を遵守するには、排気ガスを大気に排出する前にこのような汚染物質を処理する必要がある。
【０００６】
一般に知られているように、汚染物質後処理装置が車両の排気配管に設置される。したがって、このような排気ガスを、三元触媒と呼ばれ、ＨＣおよびＣＯを酸化させる三重作用酸化触媒を通過させることによってＨＣおよびＣＯ処理が行われる。さらに、この触媒を通過させる化学量論的燃料混合物を用いた運転のような特定の機関動作条件の下でＮＯｘが削減される。
【０００７】
ＮＯｘを処理できるようにするために、ガスが全体的に酸化性を有する場合、このようなガスは、他の触媒内も通って流される。当該他の触媒は、選択的接触還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒と呼ばれ、還元剤の作用によって選択的にＮＯｘを窒素に還元するのを可能にするものである。この還元剤は、アンモニア、または尿素のような、分解によってアンモニアを発生させる化合物であってよく、一般にＳＣＲ触媒の上流側で噴射される。このアンモニアは、排気ガスと混合し、そして、いくつかの可能な化学反応に従ってＳＣＲ触媒上で排気ガスのＮＯｘと反応する。
【０００８】
この還元剤は、炭化水素、水素、一酸化炭素などであってもよい。
【０００９】
特に特許文献１に記載されているように、このようなプラントは、三元酸化触媒と、還元剤を噴射する手段と、選択的接触還元触媒とが設置された内燃機関の排気配管を有する。
【００１０】
このようなプラントに生じる問題は、三元酸化触媒が、化学量論的燃料混合物とともに２００℃に近い点火温度に達したときにのみ作用し、かつＳＣＲ触媒が、１８０℃から５５０℃の範囲の作用温度で希薄燃料混合物に作用することである。
【００１１】
このため、特許文献１に例示されているように、２つの排気ガス循環流路、すなわち、三元触媒およびＳＣＲ触媒を有する一方の循環流路と、三元触媒の入口上に直接開放する他方の循環流路とがある。
【００１２】
このプラントは、複雑な構成を有し、２つの循環流路を含む大規模なプラントであることに加えて、一方または他方の流路による排気ガスの循環を制御する制御方式に関連するスロットル手段も必要とする。
【００１３】
さらに、ＳＣＲ触媒を有する流路に排気ガスが供給されると、非常に高温の排気ガスがＳＣＲ触媒内を通って流れ、したがって、熱衝撃を生じさせる。このような熱衝撃は、特にそれが繰り返し起こり、さらにＳＣＲ触媒が周囲温度であるときに、ＳＣＲ触媒を損傷する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ヨーロッパ特許第０７５８７１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、簡素な構成で低コストの排気ガス処理プラントによって前述の欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明は、排気配管を有し、該排気配管は、酸化触媒と、化学的に活性の多孔体を含む選択的接触還元触媒と、還元剤を排気配管内に噴射する噴射手段と、を含む、内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理するプラントであって、選択的接触還元触媒が、排気ガスが流れる少なくとも１つの化学的に不活性の通路を有し、遮断手段が前記通路への排気ガスの進入を制御することを特徴とするプラントに関する。
【００１７】
通路は、選択的接触還元触媒の本体の中央領域に配置することができる。
【００１８】
遮断手段は、排気ガスの循環方向を考慮して、選択的接触還元触媒の上流側に配置することができる。
【００１９】
遮断手段は、制御手段の作用を受ける可動式のクラッパを有していてもよい。
【００２０】
制御手段は、ジャッキ、電気モータなどのアクチュエータを有していてもよい。
【００２１】
排気配管は、排気ガス入口、酸化触媒、還元剤噴射手段、通路遮断手段、および選択的接触還元触媒を連続的に有していてもよい。
【００２２】
本発明は、排気配管を有し、該排気配管は、酸化触媒と、化学的に活性の多孔体を含む選択的接触還元触媒と、還元剤を排気配管内に噴射する噴射手段と、を含む内燃機関の排気ガスに含まれる汚染物質を処理する方法であって、選択的接触還元触媒内の化学的に不活性の通路を通る排気ガスの循環を制御することを含むことを特徴とする方法にも関する。
【００２３】
この方法は、排気ガスが化学量論的機関動作条件または濃機関動作条件で、かつ高排気ガス温度の下で通路内を循環するのを可能にすることを含んでいてもよい。
【００２４】
この方法は、排気ガスが濃機関動作条件で、かつ低排気ガス温度の下で通路内を循環するのを可能にすることを含んでいてもよい。
【００２５】
この方法は、排気ガスが希薄機関動作条件で、かつ高排気ガス温度の下で通路内を循環するのを妨げることを含んでいてもよい。
【００２６】
したがって、本発明および選択された任意の構成によって、常に、ＳＣＲ触媒を通過する高温ガス流にその温度を維持させることが可能である。
【００２７】
さらに、ＳＣＲ触媒の上流側に配置された三元触媒は、ＮＯを酸化させてＮＯ２を得るのを可能にし、それと同時に、このＳＣＲ触媒の効率を高めるのを可能にする。
【００２８】
さらに、高ガス温度での機関動作段階の間、ＳＣＲ触媒からのガスのすべてまたは一部の流れを変えてこの触媒を限界温度より低い温度に維持することができる。
【００２９】
同様に、機関の待機段階または低負荷段階の間、排気ガスの、ＳＣＲ触媒の通過を制御できるため、この触媒の冷却の度合を制限することができる。
【００３０】
本発明の他の特徴および利点は、以下に非制限的な例を介して与えられる説明を、添付の図を参照しながら読むことによって明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の動作構成における本発明による排気ガス処理プラントを概略的に示す図である。
【図２】第２の動作構成における図１のプラントを示す図である。
【図３】他の動作構成におけるこのプラントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１では、処理プラントは、燃料混合物を燃焼させることによって生じ、かつ排気マニフォルド（不図示）に含まれる排気ガス（矢印Ａ）を排出するのを可能にする排気配管１０を有している。
【００３３】
この配管は、できるだけ排気ガス入口１４の近くに配置された三元酸化触媒１２と、その後に配置されたＳＣＲ触媒１６とを有している。
【００３４】
公知のように、三元触媒１２は、好ましくは管状であり、排気ガス入口２０およびガス出口２２を含むハウジング１８を有している。このハウジングは、その入口と出口の間に、排気ガスが流れ（矢印Ｂ）、したがって排気ガスから汚染を除去することのできる多孔触媒部材２４を含んでいる。したがって、この部材は、一般にコーディエライトまたは金属で作られ、パラジウム、白金、および／またはロジウムのような貴金属をベースとする触媒相が堆積させられた基板（または支持体）を有している。
【００３５】
この三元触媒の目的は、ＨＣおよびＣＯを酸化させ、かつ機関が化学量論的燃料混合物を用いて動作するときにＮＯｘを削減することである。
【００３６】
ＳＣＲ触媒は、また、三元触媒出口から流入し、三元触媒出口を入口ボックス２８に連結する排気管部３０内を循環する気体用の入口ボックス２８を含む管状ハウジング２６を有している。このハウジングは、また、他の排気管部３４に連結され、汚染を除去された排気ガスを大気に排出する（矢印Ｅ）ガス出口ボックス３２を有している。
【００３７】
ハウジングは、排気ガスに対して化学的に活性であり、入口ボックスと出口ボックスとの間に配置された多孔体３６、好ましくはモノリスを含んでいる。ハウジングは、尿素が使用される場合にはバナジウムのような１つまたは２つ以上の触媒試薬がＮＯｘ、特にＮＯ２に作用するように配置された支持体を有している。
【００３８】
多孔体は、ハウジングの入口ボックスと連通する入口面３８と、ハウジングの出口ボックス内に配置された出口面４０とを有している。この多孔体は、ほぼ直線状であり、入口面から出口面まで延びる、少なくとも１つの通路、ここでは流路４２を有している。有利なことに、この流路は、ＳＣＲ触媒の多孔体の中央領域に配置され、その内周面には触媒試薬を有さず、ガスが流路を通過するときには化学的に不活性になる。
【００３９】
有利なことに、この流路は、内周上に断熱コーティングを有し、排気ガスと多孔体との間の伝熱を制限する。
【００４０】
図を見るとよりよく分かるように、排気ガスの、この流路への進入およびこの流路内での循環を可能にするかまたは妨げるこの流路用の遮断手段４４が設けられている。
【００４１】
有利なことに、このような手段は、流路の入口、すなわち、入口面上に配置された流路の端部に配置されるが、流路の出口、すなわち、多孔体の出口面上に配置された流路の端部に配置することもできる。
【００４２】
一例として、このような遮断弁は、可動式のクラッパ４６を有し、可動式のクラッパ４は、流路入口に向かい合って配置され、好ましくは入口ボックス２８の周辺壁に配置された回転ピン５０の周りに関節接続されたリンク４８の端部に関節接続されている。このリンクの他方の端部は、このリンクがこのピンの周りで傾斜するのを可能にする制御手段５２によって制御される。この制御手段は、（油圧式、電気油圧式などの）ジャッキ、電気モータ、または任意の他のアクチュエータであってよく、空燃比および／または排気ガス温度などの機関動作パラメータに従って機関計算機によって制御される。
【００４３】
排気配管は、ＳＣＲ触媒用の還元剤、ここでは尿素を噴射する噴射手段５４も有している。
【００４４】
このような噴射手段は、噴射回路（ポンプ、タンクなど）に連結され、排気管部３０上の、（矢印Ａによって示されている排気ガスの循環方向を考慮して）この触媒の上流側に配置された尿素噴射装置５６を含んでいる。この噴射装置は、そのノズルが管３０内に通じており、ＳＣＲ触媒の入口ボックス２８に向かって還元剤を噴霧するように管上に配置されている。
【００４５】
したがって、図１に示されているプラントの第１の実施形態の範囲内では、クラッパ４６は、循環流路４２がリンク４８および制御手段５２の作用の下で閉じられる位置にある。
【００４６】
排気配管の入口１４に到達した排気ガスの温度は、ＳＣＲ触媒を作用可能にするしきい値より低いが、三元触媒の点火温度に達するのに十分な温度であると考えられる。
【００４７】
この構成では、排気ガスは、三元触媒内をその入口２０から出口２２まで流れる（矢印Ｂ）。そして、このようなガスに含まれる汚染物質（ＨＣ、ＣＯ）が、触媒内を通って流れる際に処理される。したがって、このような汚染物質は基本的にＣＯ２（二酸化炭素）およびＨ２Ｏ（水）に変えられる。
【００４８】
このようなガスは次に、尿素噴射装置が作用しない管部３０内を通って流れ、ＳＣＲ触媒の入口ボックス２８に至る。
【００４９】
流路４２の入口がクラッパ４６によって閉じられるため、このようなガスは、この流路の全周囲に位置する作用状態の多孔体３６内を通って流れ（矢印Ｃ）、他方の排気管部３４と連通する出口ボックス３２に達し、そこで大気に排出される（矢印Ｅ）。
【００５０】
このようなガスがＳＣＲ触媒内を通って流れる際、このようなガスの温度が比較的低いことを考慮すると、ガスに含まれる汚染物質がＳＣＲ触媒によって化学的に処理されることはない。しかし、ガスが多孔体３６を通過することによって、ガスが保持する熱がこの多孔体に伝導され、多孔体の温度がこのようなガスの温度レベルまで上昇する。
【００５１】
このことは、熱衝撃を生じさせずに多孔体３６の温度をＳＣＲ触媒の最大効率温度まで徐々に上昇させるという利点を有する。
【００５２】
図２の構成では、排気ガスは、たとえば２００℃から７００℃までの範囲の温度を有する排気配管の入口１４に到達する。この温度は、三元触媒とＳＣＲ触媒の両方を作用させるのに十分な温度であるが、ＳＣＲ触媒を破壊する可能性のある臨界しきい値（約６５０℃）より低い。
【００５３】
この場合、還元剤噴射装置５６は作用しており、尿素を管部３０内に噴射するのを可能にする。この尿素は、排気ガスの熱の作用の下で、ＳＣＲ触媒に必要なアンモニア含有成分に分解される。
【００５４】
この構成は一般に、機関が希薄混合物を用いて動作し、かつ排気ガスが酸化混合物を含むときに使用される。
【００５５】
この構成では、排気ガスは、上述のように、三元触媒内を入口２０から出口２２まで流れ（矢印Ｂ）、このようなガスに含まれる汚染物質（ＨＣ、ＣＯ、およびＮＯｘ）が処理されてＣＯ２、Ｈ２Ｏ、およびＮＯ２に変えられる。
【００５６】
尿素は、排気管部３０内を循環する高温の排気ガスと接触すると、基本的に、アンモニア（ＮＨ３）に分解され、アンモニアはガスと一緒にＳＣＲ触媒の入口ボックス２８に進入する。
【００５７】
図１の例のように、クラッパ４６が流路４２の入口を遮断し、排気ガスおよびアンモニアの混合物が流路４２の周りの多孔体３６内を流れる。この流れの間、排気ガスに含まれるＮＯ２が触媒の触媒相に化学的に反応し、主として窒素（Ｎ２）に変えられる。
【００５８】
汚染を除去されたこのようなガスは次に、ＳＣＲ触媒の出口ボックス３２に到達し、他方の管部３４を通して大気に排出される。
【００５９】
図３の例では、排気配管の入口１４に到達した排気ガスの温度は、ＳＣＲ触媒を損傷するか、または場合によっては破壊する恐れのあるようなレベルである。さらに、この高温を考慮すると、このＳＣＲ触媒はその中を通って流れる汚染物質（ＮＯ２）を削減することはできない。
【００６０】
クラッパ４６の移動は、リンク４８がピン５０の周りを回転し、したがって流路４２の入口から離れるように制御され、尿素噴射装置５６は動作停止状態になる。
【００６１】
三元触媒内を通って流れた排気ガスは、排気管部３０に達し、次にＳＣＲ触媒の入口ボックス２８に達する。
【００６２】
このようなガスは次に、適切に寸法に形成された流路４２（矢印Ｄ）の最も通過しやすい経路、すなわち、より厳密には障害を受けない通路を利用して多孔体３６内を通って流れる。この流路は、化学的に不活性の流路であるので触媒試薬がないため、排気ガスは処理されず、他方の排気管部３４に送られる前に出口ボックス３２に到達する。
【００６３】
したがって、非常に高温のガスがＳＣＲ触媒の多孔体を損傷することはなく、いくらかの熱をこの多孔体に伝導し、次の使用時までその温度を維持する。
【００６４】
ガスの温度を、様々な機関動作パラメータ（流量、吸気圧力など）から機関計算機によって評価するか、または好ましくはＳＣＲ触媒の上流側に配置された温度検出器のような任意の手段によって直接測定することができることは明白である。
【００６５】
以下の表１は、クラッパ４６の様々な位置と、機関負荷、この機関の空燃比、および排気ガス温度に応じたＳＣＲ触媒の作用とをまとめたものである。
【００６６】
【表１】
2010065702.tif 000003
【００６７】
この表から、化学量論的燃料混合物または濃燃料混合物のような機関動作条件で、かつ、低排気ガス温度に伴うあらゆる機関負荷、すなわち、ＳＣＲ触媒を作用させるには不十分なあらゆる機関負荷である間に、クラッパ４６が流路４２を閉じる位置にあり、尿素噴射装置が動作停止状態になることが分かる。
【００６８】
排気ガスは、汚染を除去されずにＳＣＲ触媒の多孔体を通って流れるが、この触媒の温度上昇に寄与するかまたはこの多孔体の温度を維持するのに使用される。
【００６９】
一方、ガスが（ガスの温度レベルとは無関係に）高温であり、かつ機関が、空燃比が１以上で低負荷または高負荷の状態で動作するときには、尿素噴射装置は常に動作停止状態であり、クラッパは流路４２を開く位置にある。
【００７０】
そして、排気ガスは、流路４２内のみを循環し、それと同時に、その熱を熱伝導によって触媒の多孔体に伝導し、多孔体の温度を維持する。
【００７１】
三元触媒を離れた排気ガスの温度が、ＳＣＲ触媒を作用させ、排気ガスの汚染を除去するのに十分な温度である場合、機関は、中負荷での希薄動作モードとなる。その場合、クラッパは流路４２の入口を遮断するように制御され、尿素が流路部３０内に噴射される。
【００７２】
排気ガスが多孔体内を通って流れるときに排気ガスに含まれる汚染物質は、ＳＣＲ触媒によって処理された後に無害の生成物に変えられる。
【００７３】
本発明は、上述の例に限定されず、任意の変形実施形態または均等実施形態を包含する。
【００７４】
特に、上述のプラントは、化学量論的条件の下での動作段階を有するディーゼル型内燃機関に使用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０  排気配管
１２  三元触媒
１４  入口
１６  ＳＣＲ触媒
１８  ハウジング
２０  入口
２２  出口
２４  多孔触媒部材
２６  管状ハウジング
２８  入口ボックス
３０  管部
３２  出口ボックス
３４  管部
３６  多孔体
３８  入口面
４０  出口面
４２  流路
４４  遮断手段
４６  クラッパ
４８  リンク
５０  ピン
５２  制御手段
５４  噴射手段
５６  噴射装置
【図１】
2010065702.tif 000004
【図２】
2010065702.tif 000005
【図３】
2010065702.tif 000006