(57)【要約】  ディーゼルエンジンの排気管路のＮＯｘトラップ（６）を脱硫する方法が提供され、本方法は前記エンジンの運転中に前記ＮＯｘトラップ内に固着した硫黄化合物の少なくとも一部分を除去することを目的とし：−エンジンの燃料から、改質デバイスを介して改質油を生成するステップと、−前記ＮＯｘトラップ内の温度が所定の脱硫温度に到達するまで、エンジンの下流且つＮＯｘトラップの上流に位置する注入点（５）において排気ガス流（１）中へ改質油を注入することにより、ＮＯｘトラップを予熱するステップと、次いで、−注入点の上流に位置する排気管路上の分岐点（２）から排気ガス流を分岐させ、ＮＯｘトラップ中への改質油の注入を継続することにより、前記脱硫を行うステップとを含み、本方法では、前記ステップの実施によりディーゼルエンジンに供給される混合体の濃度が影響を受けることがない。
2009541655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気管路のＮＯｘトラップ（６）を脱硫する方法であって、前記エンジンの運転中に前記ＮＯｘトラップ内に固着した硫黄化合物の少なくとも一部分を除去することを目的とし、
−  前記エンジンの燃料から改質デバイス（４）を介して改質油を生成するステップと、
−  前記ＮＯｘトラップ内の温度が所定の脱硫温度に到達するまで、エンジンの下流且つＮＯｘトラップの上流に位置する注入点（５）において排気ガス流中に前記改質油を注入することにより、前記ＮＯｘトラップを予熱するステップと、次いで
−  前記注入点の上流に位置する排気管路の分岐点から排気ガス流を分岐させ、前記ＮＯｘトラップ中への改質油の注入を継続することにより前記脱硫を行うステップと
を含むことと、前記方法のステップを実行することによって前記ディーゼルエンジンに供給される混合体の濃度が影響されないこととを特徴とする、方法。
【請求項２】
分岐させるステップの持続時間を予め定めること、特に分岐させるステップの持続時間を１０秒〜２０分とすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予熱するステップの持続時間を予め定めることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
予熱するステップ及び分岐させるステップの少なくとも一方の持続時間を、温度測定値によって定めることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記分岐させるステップの最後に前記ＮＯｘトラップ（６）に排気ガスを再導入することと、改質油の生成を停止することとを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
複数の予熱するステップ及び分岐させるステップを周期的に交互に実施することと、前記周期の間に改質油の生成を継続することとを特徴とする、請求項１なしい４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
部分酸化改質、水蒸気改質及び自動熱改質から選択される技術によって改質油を生成することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＮＯｘトラップ（６）の下流の前記排気管路内に設置された微粒子フィルタを同時に再生するための方法であって、前記ＮＯｘトラップ（６）を予熱するステップの間に、改質油の流量を調節することにより、前記微粒子フィルタの下流で温度を所定の再生温度に到達させることと、前記ＮＯｘトラップを脱硫するステップの間に、前記ＮＯｘトラップの下流且つ前記微粒子フィルタの上流に位置する再注入点（１０）において排気ガスを排気管路中へ再導入することとを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
平行に取り付けられた２つのＮＯｘトラップ（６、６ｂ）、前記２つのＮＯｘトラップの下流に取り付けられた微粒子フィルタ（８）、及び排気ガス流を前記２つのＮＯｘトラップに分配するための弁システム（３）を備えた排気管路の再生に、請求項８に記載の方法を使用する方法であって、改質デバイス（４）から出る改質油を、それぞれ第１のＮＯｘトラップ及び前記第２のＮＯｘトラップの上流に平行に配置された２つの注入点（５、５ｂ）に分配するための弁システム（１２）の使用を特徴とする、使用方法。
【請求項１０】
微粒子フィルタ（８）の再生の間、２つのＮＯｘトラップ（６、６ｂ）の各々に予熱段階及び脱硫段階を交互に行うことを特徴とする、請求項９に記載の使用方法。
【請求項１１】
前記弁システム（３、１２）を瞬間的に切り替えることによって、一方のＮＯｘトラップからＮＯｘを排出する間に他方のＮＯｘトラップに脱硫段階を行うことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の使用方法。
【請求項１２】
ＮＯｘトラップ（６）、及び前記ＮＯｘトラップの下流に配置された微粒子フィルタ（８）を備えたディーゼルエンジンの排気管路であって、前記ＮＯｘトラップの上流の弁システム（３）及び分岐管（７）が存在することにより、排気ガスが前記ＮＯｘトラップを迂回して前記微粒子フィルタの上流（１０）に再注入されることが可能であることと、改質デバイス（４）が存在することと、請求項８に記載の方法を制御できるコンピュータ（１１）が存在することとを特徴とする、ディーゼルエンジンの排気管路。
【請求項１３】
請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の方法を実現するためのディーゼルエンジンの排気管路であって、平行に取り付けられた２つのＮＯｘトラップ（６、６ｂ）、前記２つのＮＯｘトラップの下流に取り付けられた微粒子フィルタ（８）、及び排気ガス流を２つのＮＯｘトラップに分配するための弁システム（３）を備え、改質デバイス（４）が存在することと、前記改質デバイス（４）から出る改質油を、それぞれ第１のＮＯｘトラップ及び前記第２のＮＯｘトラップの上流に平行に配置された２つの注入点（５、５ｂ）に分配するための弁システム（１２）が存在することと、前記方法を実施するコンピュータ（１１）が存在することとを特徴とする、排気管路。
【請求項１４】
請求項１２に記載のディーゼルエンジンの排気管路の微粒子フィルタ（８）を再生する方法であって、
−  前記エンジンの燃料から前記改質デバイス（４）を介して改質油を生成し、前記弁システム（３）の下流で前記排気管路中に前記改質油を注入するステップと、
−  前記分岐管（７）中へ排気ガス流を分岐させ、微粒子フィルタ（８）に前記ガスを再注入するステップと、
−  微粒子フィルタの活性表面において排気ガスにより改質油を酸化するステップと
を特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気管路と、当該排気管路のＮＯｘトラップの脱硫方法に関し、この脱硫方法は、エンジンの運転中に前記ＮＯｘトラップ内に固着した硫黄化合物の少なくとも一部分を除去することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジンの排気装置の多くは、自動車から放出される排気ガス中の酸化窒素のレベルを減少させるために、排気ガス中における過剰な酸素の存在下、すなわち１未満の濃度条件下で、酸化窒素ＮＯｘを捕捉する機能を有する、一般にＮＯｘトラップと呼ばれる触媒デバイスを使用することができる。しかし、燃料及び潤滑油から生じる硫黄化合物、特にＳＯｘが排気ガス中に存在しており、これが、好ましくはＮＯｘトラップの触媒領域上で吸収されて当該領域が閉塞する結果、ＮＯｘトラップがＮＯｘを堆積する活動を再開するために、ＮＯｘトラップの触媒の周期的な再生、すなわちＳＯｘの排出が必要となる。
このような再生は、ＮＯｘトラップの温度を４００〜９００の最低脱硫温度を上回る温度、多くの場合５５０度を上回る温度に上げることと、ＮＯｘトラップ中へ還元ガスを注入することによって１を超える濃度条件をそこに形成することからなる。
【０００３】
国際公開第９９／００５８８号には、通常運転中よりも濃度の高い混合体でエンジンを運転することによってＮＯｘトラップの温度を上昇させることからなる再生が開示されている。この方法は、燃料消費が増加し、エンジンの運転と自動車の運転快適度に悪影響を及ぼすという欠点を有し、結果としてエンジンオイルの希釈を生じる可能性がある。ＥＰ１０５５８０６及びＥＰ１１０６７９８も、燃料の後注入に基づく再生システムについて述べており、同じ欠点を有する。ＵＳ２００５／００００２１０には、エンジンに供給される混合体の濃度を修正することによってＮＯｘトラップの温度を上昇させた後で、ディーゼル燃料又は改質油を注入することに基づくシステムが記載されている。ＦＲ２８３８７７０及びＤＥ１９９３９８０７は、ＮＯｘトラップの上流での水素の注入に基づくシステム、したがって特定の水素貯留容器を必要とするシステムについて記述している。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、エンジンを阻害せず、且つ燃料の過剰消費を最小にする脱硫方法を提供することである。
【０００５】
この目的は、ディーゼルエンジンの運転中に、当該エンジンの排気管路のＮＯｘトラップ内に固着した硫黄化合物の少なくとも一部分を除去することを目的とする、当該ＮＯｘトラップの脱硫方法によって達成され、本方法は、
−  エンジンの燃料から改質デバイスを介して改質油を生成するステップと、
−  前記ＮＯｘトラップ内の温度が所定の脱硫温度に到達するまで、エンジンの下流及びＮＯｘトラップの上流に位置する注入点において排気ガス流に前記改質油を注入することにより、前記ＮＯｘトラップを予熱するステップと、次いで
−  前記注入点の上流に位置する排気管路の分岐点から排気ガス流を分岐させ、ＮＯｘトラップ中への前記改質油の注入を継続することにより、前記脱硫を達成させるステップと
を含み、本方では、前記ステップの実行によってディーゼルエンジンに供給される混合体の濃度が影響を受けない。
【０００６】
したがって、本発明による方法の実施は、ＮＯｘトラップの上流の分岐点からの迂回路と、この迂回路を介して排気ガスを分岐する、三方弁のような手段とを備えた排気管路、並びに、いわばディーゼルエンジンの燃料のような炭化水素を、ＣＯ、Ｈ２、及びＮ２を主成分とする改質油と呼ばれる還元ガスの混合体に変換することが可能なデバイスである改質装置を必要とする。
改質油は、既知の技術である、部分酸化改質（ＰＯＸ、部分酸化）、水蒸気改質、及び自動熱改質（ＡＴＲ）から選択される技術によって生成することができる。
【０００７】
分岐させるステップの持続時間は予め定めることができ、特にこの持続時間を１０秒〜２０分とすることができる。
予熱するステップの持続時間も予め定めることができる。
【０００８】
また、予熱するステップ及び分岐させるステップの少なくとも一方の持続時間は、ＮＯｘトラップの触媒領域の温度を表す温度測定値によって定めることができる。
分岐させるステップの終りに、ＮＯｘトラップ内へ排気ガスを再導入することができ、改質油の生成を停止することができる。
【０００９】
別の実施形態によれば、改質油の生成を継続する一方で、複数回の予熱するステップと分岐させるステップを周期的に交互に実施することができる。
本発明による方法では、ＮＯｘトラップの下流の排気管路内に設置された、一般にＰＦと呼ばれる微粒子フィルタを再生することが同時に可能であり、この実施形態においては、改質油の流量を、微粒子フィルタの下流における温度が所定の再生温度に到達するように調節し、ＮＯｘトラップを脱硫するステップの間に分岐された排気ガスを、ＮＯｘトラップの下流且つ微粒子フィルタの上流に位置する再注入点において排気管路中へ再導入する。
【００１０】
この方法は、平行に取り付けられた２つのＮＯｘトラップ、前記ＮＯｘトラップの下流に取り付けられた微粒子フィルタ、及び前記２つのＮＯｘトラップに排気ガス流を分配する弁システムを備えた排気管路の再生に、第１のＮＯｘトラップと第２のＮＯｘトラップの上流に平行に配置された２つの注入点のそれぞれに改質装置から出る改質油を分配する弁システムを使用することにより、適用することができる。２つのＮＯｘトラップの各々は、微粒子フィルタの再生の間、予熱段階と脱硫段階とを交互に繰返すことができる。
このような排気管路において、弁システムを瞬間的に切り替えることによって、一方のＮＯｘトラップからＮＯｘを排出しながら他方のＮＯｘトラップを脱硫段階に置くことができる。
【００１１】
本発明の他の特定の特長及び利点は、３つの実施例についての下記説明、及び添付図面から当業者に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】排気管路の第１の実施例の概略図である。
【図２】排気管路の第２の実施例の概略図である。
【図３】排気管路の第３の実施例の概略図である。
【実施例】
【００１３】
図１は、ＮＯｘトラップ６、及び改質装置４を備えた排気管路を示し、点線矢印で示す改質油の流れは、注入点５において排気管路中へ注入される。エンジンから放出される排気ガス１の流れを図１の左に実線矢印で示す。これらの排気ガスは、弁システム３によって迂回路２に向けて分岐させることができる。
予熱するステップの間に、改質油は、ＮＯｘトラップ６を通過する排気ガス流中へ注入される。これらの排気ガスは酸素を含むので、酸素によって、ＮＯｘトラップ中に含まれる触媒（貴金属）と接触する改質油のＨ２及びＣＯ成分が酸化する。この反応は発熱性が高く、こうして放出された熱は、脱硫に必要な温度までＮＯｘトラップを加熱することができる。所望の温度範囲を達成するために、改質油の流量が制御ループによって制御される。
【００１４】
ＮＯｘトラップ６中への改質油の注入が継続される間に、４００〜９００度、例えば約６５０度の脱硫温度に温度が到達すると、弁３が起動されて排気ガス１を迂回管２に向けて分岐させる。このような条件下で、ＮＯｘトラップ６に、改質装置４に供給される空気／燃料混合体の濃度に等しい濃度の改質油流を通過させる。例えばディーゼルのＰＯｘの場合、最適濃度は２．９とすることができる。このような条件下で、ＮＯｘトラップ中に存在する硫黄がＨ２Ｓ、ＣＯＳ、及びＳＯ２等の化合物の形態で放出される。この脱硫ステップの持続時間は、一般に１０秒から数分、例えば２０分間とすることができる。
【００１５】
第１の変形実施形態によれば、脱硫ステップの後に改質デバイスが停止され、弁システム３が、排気ガスがもう一度ＮＯｘトラップを通過するような弁システムの初期位置に戻る。
第２の変形実施形態によれば、複数のステップが連続して行われる間に、改質油がＮＯｘトラップへ連続的に注入される。改質油の注入中に、弁システムは、ＮＯｘトラップを通過する排気ガスの流れが濃度の低い段階と高い段階との間で交互に変動するように、２つの位置の間で定期的に作動される。濃度の低い段階の間、排気ガスはＮＯｘトラップに入り、改質油がＮＯｘトラップの触媒表面（白金又はパラジウム）においてこれらの排気ガスと反応し、発熱性の酸化反応によってＮＯｘトラップの温度が維持される。濃度の高い段階の間、排気ガスは迂回管２を介して経路変更され、ＮＯｘトラップから堆積された硫黄が汚染除去されるように、改質油のみがＮＯｘトラップを通る。一般に、濃度の低い段階の持続時間は２０秒から数分間とすることができ、濃度の高い段階の持続時間は１０秒から数分間とすることができる。各段階の持続時間は、ＮＯｘトラップの触媒の配合及びその熱的挙動に合わせて調節される。排気ガスを連続的に迂回させる方法と比較した場合、高い濃度と低い濃度とを交互に周期的に繰り返すことによる主な利点の一つは、脱硫の間のＮＯｘトラップ内の温度制御を改善できることである。このようにして、ＮＯｘトラップの早すぎる経年劣化を回避することができる。
【００１６】
上述のようなＮＯｘトラップの脱硫は、微粒子フィルタの再生と有利に組み合わせることができる。図２は、図１と同じ構成要素１〜６を備えた排気管路を示す。ＮＯｘトラップ６の下流に触媒付きの微粒子フィルタ８が取り付けられている。迂回管２に流入する排気ガスは、分岐管７を介してＮＯｘトラップ６の下流且つ微粒子フィルタ８の上流の再注入点１０に供給される。微粒子フィルタ８のわずかに下流に設けられた温度センサ９を使用して微粒子フィルタ８内の温度が測定される。この温度の値は改質装置４のコンピュータ１１に送られる。このコンピュータ１１は弁システム３の制御も行う。
微粒子フィルタ８の再生には、フィルタによって捕捉された煤の燃焼を開始するために約６００度の温度が必要である。第１のステップにおいては、排気ガスを迂回管２内へ経路変更させる弁システム３は起動されず、その結果排気ガスはＮＯｘトラップ６へ流入する。改質油が注入点５において注入され、この改質油は、ＮＯｘトラップ６の触媒コーティングに接触して排気ガス中に存在する酸素によって酸化される。改質油のこの発熱性の酸化によって、ＮＯｘトラップ６を脱硫するためのＮＯｘトラップ６の加熱と、ＮＯｘトラップ６の下流の排気ガスによる微粒子フィルタ８の加熱の両方が可能になる。センサ９の温度を再生温度にするため、一般には微粒子フィルタ８内に堆積した煤の酸化を可能にするのに十分な温度である約６００度に到達させるため、改質油の流量が調節される。温度がこの再生温度に到達すると、ＮＯｘトラップも脱硫に十分な温度に到達している。
【００１７】
第２のステップにおいて、温度が微粒子フィルタ８の再生温度に到達すると、弁システム３が起動され、排気ガスがＮＯｘトラップから経路変更されて分岐管７内へ流入する。ＮＯｘトラップ６が還元成分の濃度が高い流れに曝されて、主としてＨ２ＳとＣＯＳとが放出されることによりＮＯｘトラップが汚染除去されるように、改質油の注入が維持される。このステップの持続時間は１０分よりも長くすることができる。
脱硫の間、改質油の大部分、又は殆どがＮＯｘトラップ６内で反応せずにＮＯｘトラップを出て、分岐管７から来る排気ガスと混合して微粒子フィルタ８内へ流入し、微粒子フィルタ８の触媒コーティングと接触するときに排気ガス中の酸素と反応する。この発熱性の反応により、ＮＯｘトラップ６の脱硫の間に亘って微粒子フィルタをその再生温度に維持することが可能となる。
【００１８】
微粒子フィルタ８を完全に再生するためには、注入は一般に約２０分間に亘って行なわれる。脱硫に要する持続時間が微粒子フィルタの再生に要する持続時間よりもはるかに短い場合、脱硫の終了後に迂回を停止することができる。このとき、改質油の注入が維持されることにより微粒子フィルタ８の再生が継続される。この改質油は、
−  迂回が停止された場合はＮＯｘトラップの触媒表面上で、又は
−  迂回が継続されている場合は微粒子フィルタの直接触媒表面上で、
排気ガスによって酸化され、その結果、微粒子フィルタ８が再生温度に維持される。第２の選択肢（迂回が維持される）によって得られる利点は、改質装置に供給される燃料の過剰消費が最小化されることである。具体的には、微粒子フィルタ上での改質油の酸化と、微粒子フィルタの煤の再生とを同時に行なうことにより、改質油の発熱性の酸化反応によって放出されるエネルギーを直ちに使用することができ、したがって、第１の選択肢によって処理を行った場合にＮＯｘトラップと微粒子フィルタの間に生じる熱損失を最小化することができる。このような処理により、改質装置に燃料を供給することによる燃料に関する不利益を最適化することができる。
脱硫の間、自動車の直近の環境においてＨ２Ｓの臭気が不快なにおいを生じさせる場合があった。しかし、Ｈ２Ｓ及びＣＯＳが微粒子フィルタ８内で排気ガスによって酸化されるため、この問題は解決される。
【００１９】
微粒子フィルタの再生は一般に、自動車の走行距離５００ｋｍごとに行うことができ、ＮＯｘトラップの脱硫が同時に行われる。
本発明による方法は、平行に取り付けられた２つのＮＯｘトラップを備える排気管路に適用することができる。このような排気管路を図３に概略的に示す。この排気管路においては、改質装置４から出る改質油を２つの注入点５及び５ｂに分配する機能を有する弁システム１２を使用して、２つのＮＯｘトラップ６及び６ｂそれぞれの上流に改質油を注入することができる。弁システム３は、次の位置の間で切り換えることができる。
−  位置１：排気ガスが全てＮＯｘトラップ６内へ流入する
−  位置２：排気ガスが全てＮＯｘトラップ６ｂ内へ流入する
−  位置３：排気ガスがＮＯｘトラップ６及び６ｂの間で等分に分配される。
【００２０】
再生は次のように行われる。
第１のステップにおいて、弁システム３は、排気ガスが全てＮＯｘトラップ６内へ流入する位置１にある。改質油は、注入点５において注入されて、ＮＯｘトラップ６の触媒表面上で排気ガスに含まれる酸素によって酸化される。この発熱性の反応により、ＮＯｘトラップ６及び微粒子フィルタ８の両方が、それぞれ脱硫温度及び再生温度まで加熱される。微粒子フィルタ８の下流のセンサ９において、温度が微粒子フィルタ８内の煤を酸化させるのに十分な温度、一般に約６００度に到達するように、改質油の流量が調節される。温度がこの温度に到達すると、弁システム３が位置２へ切り換わり、排気ガスをＮＯｘトラップ６ｂ内へ経路変更させ、排気ガスはそこから分岐管７ｂを介して微粒子フィルタ８内へ流入する。
【００２１】
弁システム３を切換えた後も、ＮＯｘトラップ６内への改質油の注入が維持され、脱硫温度において、主としてＨ２ＳとＣＯＳとが放出されることにより、ＮＯｘトラップ６から堆積した硫黄が汚染除去される。ＮＯｘトラップ６を確実に完全に脱硫するために、システム３は約１０分以上に亘ってこの位置に維持される。
ＮＯｘトラップ６を脱硫するこの段階の間、排気ガス中に存在するＮＯｘがＮＯｘ６ｂ内に堆積する。ＮＯｘトラップ６ｂがＮＯｘで飽和するのを防止するために、ＮＯｘトラップ６ｂからＮＯｘを排出することができる。即ち、弁システム３が位置１へ瞬間的に切り替えられ、改質油がＮＯｘトラップ６ｂ内へ注入される。
【００２２】
脱硫の間、改質油の大部分がＮＯｘトラップを出て微粒子フィルタ８の触媒表面上で酸化され、その結果微粒子フィルタが再生時間中ずっと煤の酸化に十分な温度に維持される。約２０分に及びうる微粒子フィルタの再生が終了すると、改質装置４の計算機であるコンピュータ１１が注入を中止し、弁システムが位置３に切り替わって、排気ガスの流れが２つのＮＯｘトラップに分配され、ＮＯｘが処理される。
一般に自動車の走行距離５００ｋｍごとに生じる微粒子フィルタの再生作業中、弁システム１２及び３の位置を転換することによって、２つのＮＯｘトラップの各々を順次に脱硫することが可能であるか、又はこれらＮＯｘトラップのうち一方のみを脱硫し、次の脱硫作業中に他方の微粒子フィルタを脱硫することを交互に行うことが可能である。
【図１】
2009541655.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2009541655.tif 000006
2009541655.tif 000007
2009541655.tif 000008
2009541655.tif 000009