(57)【要約】本発明は、内燃機関（１２）の排ガス浄化の際に吸蔵触媒（１）を再生する、特に脱硫するための方法および設備に関する。本発明によれば、再生段階の間、制御装置（１１）によってまずエンジン本体で、排ガス中の空気過剰率λが第１の値（λ１）にまで減じられるように燃焼を制御し、引き続き制御装置（１１）によって空気過剰率λが、より低い第２の値λ２＜１に調節されるように還元剤のための供給装置（５，６）を起動制御することが提案される。本発明によれば、吸蔵触媒（１）の入口側（３）に生じる温度が、吸蔵触媒（１）を損傷させることなしに有効な脱硫のために十分となることが確保される。
2005511942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生段階の間、λ＜１の空気過剰率を有する還元性の排ガス混合物を発生させ、かつ該排ガス混合物を吸蔵触媒（１）に通して案内して、内燃機関（１２）の排ガス浄化の際に吸蔵触媒（１）を再生する、特に脱硫するための方法において、再生段階の間、まずエンジン本体で、排ガス中の空気過剰率λが第１の値（λ１）にまで減じられように燃焼を制御し、それからエンジン下流側での還元剤の添加により空気過剰率λを、より低い第２の値λ２＜１に調節することを特徴とする、排ガス浄化の際に吸蔵触媒を再生する、特に脱硫するための方法。
【請求項２】
エンジン本体での燃焼の制御が、排ガス再循環率の増大および／または吸込み空気の絞りおよび／または噴射過程のようなシリンダ内部での燃焼ガイドの制御を包含している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
排ガス中の空気過剰率の第１の値（λ１）が１．０〜２．０、特に約１．５である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
排ガス中の空気過剰率の第２の値（λ２）が０．９〜＜１．０、特に約０．９５である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
空気過剰率（λ）を、λ＝１の値を基準にして周期的に上下に変動させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
脱硫のために吸蔵触媒（１）に供給された排ガス混合物の温度が６００〜７００℃の値をとるように空気過剰率λをまず前記第１の値（λ１）にまで低下させ、引き続き前記第２の値（λ２）にまで低下させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
内燃機関（１２）の排ガス浄化のための吸蔵触媒（１）を再生する、特に脱硫するための設備であって、吸蔵触媒（１）の入口側（３）に還元剤を供給するための供給装置（５，６）が設けられている形式のものにおいて、排ガスの空気過剰率を検出するために少なくとも１つの酸素センサ（７）が設けられており、エンジン本体での燃焼を制御しかつ排ガス中への還元剤の供給を制御するための制御装置（１１）が設けられており、該制御装置（１１）が前記酸素センサ（７）と、還元剤を供給するための前記供給装置（５，６）とに作用接続されていることを特徴とする、排ガス浄化の際に吸蔵触媒を再生する、特に脱硫するための設備。
【請求項８】
吸蔵触媒のＮＯｘ変換率の後退を検出するための少なくとも１つのセンサ（８，９）が設けられており、該センサ（８，９）に前記制御装置（１１）が作用接続されている、請求項７記載の設備。
【請求項９】
温度センサ（１０）が設けられており、該温度センサ（１０）が前記制御装置（１１）が作用接続されている、請求項７または８記載の設備。
【請求項１０】
吸蔵触媒（１）に、供給された還元剤を触媒酸化するための酸化触媒（２）が前置されており、該酸化触媒（２）に前記供給装置（５，６）が前置されている、請求項７から９までのいずれか１項記載の設備。
【請求項１１】
前記供給装置が電磁弁（６）と、還元剤のための供給管路（５）とを有している、請求項７から１０までのいずれか１項記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、再生段階の間、λ＜１の空気過剰率を有する還元性の排ガス混合物を発生させ、かつ該排ガス混合物を吸蔵触媒に通して案内して、内燃機関の排ガス浄化の際に吸蔵触媒を再生する、特に脱硫するための方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、内燃機関の排ガス浄化のための吸蔵触媒を再生する、特に脱硫するための設備であって、吸蔵触媒の入口側に還元剤を供給するための供給装置が設けられている形式のものに関する。
【０００３】
背景技術
このような吸蔵触媒は、内燃機関（ディーゼルエンジン）の排ガスを浄化するために使用される。この場合、吸蔵触媒は窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵によって排ガス流から除去する。また、硫黄酸化物（ＳＯｘ）もこうして除去される。窒素酸化物による吸蔵触媒の負荷は、たいてい最大約２分間行われる（運転点に応じて約０．３〜１．０分間の場合もある）。窒素酸化物で負荷された吸蔵触媒は、引き続きその都度再生されなければならない。再生段階では、窒素酸化物が窒素に還元されて、排ガス中に放出される。この排出過程または再生過程のためには、形成されたλ＜１の空気過剰率において還元性雰囲気（リッチな混合物）が必要となる。このリッチフェーズの時間は約１〜３０秒間である。
【０００４】
リッチフェーズの形成は、エンジン本体で（ｉｎｎｅｒｍｏｔｏｒｉｓｃｈ）適当な燃焼ガイドにより行われ得るか、またはエンジン下流側で（ｎａｃｈｍｏｔｏｒｉｓｃｈ）、つまり排気系で、排ガス中への還元剤（たとえばディーゼル燃料）の供給により行われ得る。エンジン下流側での還元剤供給には、還元剤の供給がエンジンの運転点とは無関係に運転者に気が付かれずに行われ得るという利点がある。エンジン下流側で還元剤供給が行われると、一定のエンジン特性、一定のトルク、一定の騒音および不変の走行力学特性（Ｆａｈｒｄｙｎａｍｉｋ）のような要求を満たすことができる。
【０００５】
さらに、吸蔵触媒の周期的なＮＯｘ再生の他に、吸蔵触媒は、より大きな時間間隔を置いて脱硫されなければならない。脱硫は一般に６００℃の排ガス温度でリッチな排ガス混合物（λ＜１）によって行われる。ＨＣ発生またはＣＯ発生を回避するために、通常では、λ＝１を基準にした周期的な上下変動が付与される。脱硫の時間は約５分間である。この脱硫のための所望の状態を上記時間にわたってエンジン本体で調節することはほとんど不可能であるので、再びエンジン下流側での還元剤供給を行うことが考えられる。
【０００６】
この目的のためには、還元剤が酸化触媒において、排ガス中に含まれている酸素によって酸化され、この場合、熱が放出される。しかし、こうしてディーゼル排ガス中の空気過剰率を約λ＝２からλ＝０．９５へ調節しようとすると、１０００℃を超える温度が発生してしまう。この温度は吸蔵触媒の破壊を招いてしまう。
【０００７】
米国特許第６１９９３７３号明細書には、少なくとも６７５℃の温度での燃焼によりＮＯｘ吸蔵触媒を脱硫黄するための方法が記載されている。このためには、空気過剰率を規定の周波数および振幅で変調させることが提案されている。これにより、三元触媒に後置された吸蔵触媒では、必要とされる値への温度増大が行われる。吸蔵触媒では、Ｏ２、ＨＣおよびＣＯが触媒によりほぼ完全に発熱反応させられ、このことは所望の温度増大をもたらす。
【０００８】
同様の脱硫方法が米国特許第５９７４７８８号明細書に記載されている。この公知の方法では、エンジンに供給された混合気の空気過剰率の振幅が変調され、この場合、リーンのシリンダフェーズの間、吸蔵触媒に酸素が吸収され、この酸素は次いでリッチなシリンダフェーズの間、温度増大のために必要とされる発熱反応を生ぜしめる。
【０００９】
米国特許第５７５８４９３号明細書には、ＮＯｘ吸蔵触媒を脱硫するための方法が記載されている。この公知の方法では、脱硫の間、エンジンシリンダのうちの一部分がリッチな混合物によって作動し、その他の部分がリーンな混合物によって作動する。両排ガス流は互いに別個に吸蔵触媒にまで案内され、これにより吸蔵触媒において触媒による化学的な発熱反応が生ぜしめられる。したがって、こうして生ぜしめられた温度増大は、ＳＯｘを除去するために十分となる。
【００１０】
同じ原理に基づいて行われるが、ただし付加的に吸蔵触媒内で場合によって生じる温度低下を監視しかつ阻止する方法が米国特許第６１８９３１６号明細書に基づき公知である。
【００１１】
さらに、米国特許第５９７９１５９号明細書に基づき、三元触媒に後置された吸蔵触媒を脱硫するための方法が公知である。この場合、三元触媒では発熱反応が生ぜしめられ、これにより、高められた温度の排ガス流が形成される。この排ガス流は後置された吸蔵触媒を脱硫するために使用される。
【００１２】
これらの公知の脱硫方法に対しては、この場合、エンジン下流側でのリッチフェーズ発生時に生じる排ガス温度を、一方では排ガス浄化システムの後続のコンポーネント、特に吸蔵触媒自体のためにまだ安全であるとみなすことができるという条件を満たし、かつ他方では吸蔵触媒を完全に再生するために十分となるという条件を満たすような値に限定するという問題が課せられる。
【００１３】
発明の利点
本発明によれば、前記吸蔵触媒を再生するために、再生段階の間、まずエンジン本体で、排ガス中の空気過剰率λが第１の値（λ１）にまで減じられように燃焼を制御し、それから引き続きエンジン下流側での還元剤の添加により空気過剰率λを、より低い第２の値λ２＜１に調節することが提案される。空気過剰率を低下させるためにエンジン本体での手段とエンジン下流側での、つまり排気系での手段とをこのように組み合わせることにより、リッチフェーズを２つのステップで形成することが可能となり、ひいては排ガス温度をこれまでよりも良好にコントロールしかつ制限することが可能となる。
【００１４】
空気過剰率の第１の低下は、本発明による方法では著しい排ガス温度増大なしに行うことができる。引き続き、エンジン下流側での還元剤供給により、λ＜１の空気過剰率が調節され、この場合、後続のコンポーネント、特に吸蔵触媒自体の損傷を予想させることのない温度上限値が維持され得る。
【００１５】
再生段階の間に行われる、エンジン本体での燃焼制御は、以下に挙げる手段を単独でまたは互いに組み合わされた形で包含していると有利である：排ガス再循環率の増大、吸込み空気の絞りおよびシリンダ内部（ｉｎｎｅｒｚｙｌｉｎｄｒｉｓｃｈ）での燃焼ガイドまたは噴射過程の制御。前で挙げた手段は単独でまたは互いに組み合わされた形で、排ガス中の酸素含量を減少させるために働き、ひいては空気過剰率λを減少させることができる。
【００１６】
このようなエンジン本体での手段により、排ガス中の空気過剰率λが１．０〜２．０、特に約１．５の第１の値λ１にまで低減されると有利である。エンジン本体での手段は、走行力学特性への影響なしに可能である限り利用される。したがって、排ガス温度の著しい増大なしにλ＝１．５の値を得ることができる。
【００１７】
引き続き行われるエンジン下流側での還元剤供給により、吸蔵触媒を有効に再生するために０．９と、＜１．０との間、特に約０．９５の空気過剰率が調節される。このときに行われる発熱反応は、脱硫時に約６００℃となることが望ましい所望の温度増大をもたらす。それと同時に、本発明により、排ガス温度が７００℃を超過しないことが確保されるので、吸蔵触媒は損傷危険なしに確実に脱硫され得る。
【００１８】
内燃機関の排ガス浄化のための吸蔵触媒を再生する、特に脱硫するための本発明による設備は、吸蔵触媒の入口側に還元剤を供給するための供給装置と、吸蔵触媒に供給されるべき排ガスの空気過剰率を検出するための少なくとも１つのλセンサ（λ−Ｓｏｎｄｅ）、つまり酸素センサとを有しており、この場合、エンジン本体での燃焼を制御するための制御装置が設けられており、該制御装置が前記酸素センサと、還元剤を供給するための前記供給装置とにそれぞれ作用接続されている。
【００１９】
脱硫を必要とする触媒内の過度に高い硫黄含量を検出するための手段は、１つまたは複数のセンサを用いて、吸蔵触媒のＮＯｘ変換率の後退を測定することにある。この場合には、前記制御装置が、この少なくとも１つのセンサに作用接続されている。
【００２０】
このような本発明による設備の制御装置は、吸蔵触媒のＮＯｘ変換率の後退を検出する１つまたは複数のセンサの相応する信号に関連した、エンジン本体での燃焼の制御を可能にする。このような変換率後退は、ＮＯｘによる触媒負荷を原因とすることができるが、しかしＳＯｘによる触媒負荷をも原因とすることができ、両方の場合共にＮＯｘ変換率は減少する。
【００２１】
このときに、制御装置は上で説明した手段により、空気過剰率が第１の値にまで減じられるようにエンジン本体での燃焼を制御することができる。空気過剰率は酸素センサによって測定され、相応する信号が制御装置に供給される。空気過剰率が第１の値にまで減じられていると、制御装置は還元剤を供給するための供給装置を起動制御することができ、これにより吸蔵触媒の再生のために必要となる、λ＜１の空気過剰率を有するリッチな混合物を形成することができる。
【００２２】
本発明の有利な構成では、当該設備が温度センサを有している。この温度センサはやはり制御装置に作用接続されているので、再生のためにその都度必要となる温度を監視しかつ維持することができる。
【００２３】
脱硫のためには、吸蔵触媒の上流側に酸化触媒を接続することが有利である。この酸化触媒の入口側では、供給装置によって還元剤が供給される。還元剤は酸化触媒において、排ガス中に含まれた酸素と触媒発熱反応させられるので、この区分では固有の温度増大が制御されて行われる。
【００２４】
前記供給装置は電磁弁と、還元剤のための供給管路とを有していると有利である。制御装置はその場合、直接に電磁弁を起動制御することができる。
【００２５】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２６】
有利な実施例の説明
図面には、本発明による設備の１実施例が概略図で示されている。この設備は排ガス浄化設備の一部を成しており、この排ガス浄化設備によって、内燃機関もしくはディーゼルエンジン１２により発生された排ガスが触媒により浄化される。
【００２７】
この排ガスの組成は主として窒素、二酸化炭素、酸素および水ならびに少量の有害物質から成っている。有害物質としては、一酸化炭素、未燃焼の炭化水素、窒素酸化物、鉛化合物およびパティキュレート（煤）が挙げられる。酸化触媒により、不完全燃焼成分であるＣＯならびにＨＣ（炭化水素）が酸化されて、二酸化炭素および水を形成する。存在する窒素酸化物は還元触媒により除去され、この場合、この実施例では、吸蔵触媒１がこの目的のために使用される。吸蔵触媒１を再生するためには、還元剤（しばしばディーゼル燃料自体）を排ガスに調量することによってリッチフェーズが形成される。
【００２８】
図示の実施例では、吸蔵触媒１に酸化触媒２が前置されている。すなわち、吸蔵触媒１の上流側に酸化触媒２が接続されている。この場合、供給管路５を介して、酸化触媒２の入口側で排ガス流に還元剤を導入することができる。還元剤の供給は電磁弁６を介して制御される。
【００２９】
排ガス流路には、さらにλセンサもしくは酸素センサ７が配置されており、これにより酸化触媒２に流入する排ガスの空気過剰率（λ）が測定される。
【００３０】
本発明によれば、制御装置１１が設けられている。この制御装置１１は線路１９を介して電磁弁６に、線路２０を介して酸素センサ７に、それぞれ作用接続されている。
【００３１】
２つのセンサ８，９は吸蔵触媒１のＮＯｘ変換率を検出する。この場合、形成された出力信号は線路１６；１７を介して制御装置１１に供給される。
【００３２】
吸蔵触媒１の上流側で排ガス温度を測定しかつコントロールするためには、温度センサ１０が設けられている。この温度センサ１０は線路１８を介して制御装置１１に信号を供給することができる。
【００３３】
制御装置１１は他方の側では、ディーゼルエンジン１２の燃焼をエンジン本体で制御するために働く複数のアクチュエータに接続されている。この実施例では、制御装置１１が線路１３を介して、排ガス再循環を制御するためのアクチュエータに接続されており、線路１４を介して噴射開始を制御するためのアクチュエータに接続されており、さらに線路１５を介して吸込み空気を絞るためのスロットルバルブに接続されている。
【００３４】
図示の設備は特に、以下に説明するような吸蔵触媒１の脱硫のために適している。センサ８，９は吸蔵触媒１のＮＯｘ変換率を検出し、このＮＯｘ変換率は制御装置１１で算出される。変換率の後退から、またはその他の適当な方法により、吸蔵触媒１内の硫黄含量が高すぎることが引き出されると、脱硫が開始される。このためには、まずたとえば排ガス再循環、噴射開始および／またはスロットルバルブへの影響付与によって、ディーゼルエンジン１２内での燃焼を決定するパラメータが変更され、この場合、排ガス中の酸素含量が減じられる。酸素含量の減少は酸素センサ７により測定される。酸素含量が十分に低くなると（たとえば約１．５の値を達成すると）、線路１９を介して制御装置１１によって電磁弁６を開放するための信号が送出され、その後に還元剤（たとえばディーゼル燃料）が排ガス管路に流入し得る。この還元剤は酸化触媒２において、排ガス中に含まれている酸素によって触媒酸化され、この場合、熱が放出される。この熱は吸蔵触媒１に流入する排ガスの温度増大をもたらす。このようなエンジン下流側での還元剤供給に基づき、空気過剰率λの、第１の値よりも低い第２の値が調節される。この場合、λ＝０．９５が特に好都合となるか、もしくはλ＝１を基準にした周期的な上下変動（ｅｉｎ  ｇｅｔａｋｔｅｔｅｒ  Ｖｅｒｌａｕｆ）が特に好都合となる。吸蔵触媒１の入口側３に設けられた別の酸素センサ（図示しない）により、空気過剰率λの、より低い第２の値への低下を検出しかつ監視することができる。
【００３５】
上で説明した本発明による方法では、オプショナルな温度センサ１０によって吸蔵触媒１の入口側３で約６００℃の脱硫のための排ガス温度が測定される。この場合、排ガス温度が７００℃よりも下にあることが確保されているので、吸蔵触媒１を確実に再生させることができる。
【００３６】
本発明は、過剰増大された排ガス温度に基づいた損傷が生じる危険なしに吸蔵触媒の確実な脱硫を可能にすると同時に、走行力学特性への影響を最小限に抑えることをも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
排ガス浄化設備で使用される吸蔵触媒を再生するための本発明による設備の１実施例を示す概略図である。
【図１】
2005511942.tif 000003
【国際調査報告】
2005511942.tif 000004
2005511942.tif 000005
2005511942.tif 000006
2005511942.tif 000007