(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＣＲ触媒（１２）を有し、該触媒に第１のガス供給装置を介してガス、特に希薄運転される内燃機関の排気ガス、及び第２のガス供給装置を介してアンモニアが供給可能である触媒装置（１）内でアンモニア、特にＮＨ３発散物を検出する装置において、ＳＣＲ触媒（１２）に対するガスの供給の前にガス内に含有される酸化可能なガス成分を少なくとも十分に酸化する第１の手段が設けられており、かつ、ＳＣＲ触媒（１２）から流出するガス（５"）を含有された酸化可能な成分に関して分析する第２の手段が設けられていることを特徴とするアンモニアの検出装置。
【請求項２】
第１の手段が酸化触媒（１０）であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
第２の手段がガスセンサ（１５）であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
ガスセンサ（１５）で非選択的に酸化可能なガス又はガス成分が検出可能であることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
第２のガス供給装置が加水分解触媒（１１）、計量供給装置（１３）及び供給導管（１４）を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
計量供給装置（１３）及び供給導管（１４）で加水分解触媒（１１）に尿素が供給可能であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
加水分解触媒（１１）内の化合物からアンモニアが遊離可能であることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
第１のガス供給装置がＳＣＲ触媒（１２）に供給すべき、既に少なくとも十分に酸化されたガス（５’）をまず第２のガス供給装置に供給することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
第２のガス供給装置内でＳＣＲ触媒（１２）に供給すべきアンモニアが第１のガス供給装置を介してＳＣＲ触媒（１２）に供給すべき酸化されたガス（５’）と混合可能であることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
第２の手段、ガスセンサ（１５）が処理ユニット（１６）と結合されており、該処理ユニットが制御ユニット（１７）及び制御導線８１８）を介して第２のガス供給装置と結合されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
処理ユニット（１６）、制御ユニット（１７）及び第２のガス供給装置が１つの構造要素内に集積されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
第２の手段の測定信号を介して第２のガス供給装置を経るアンモニアの供給量が調節可能であることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
ＳＣＲ触媒（１２）を有し、該触媒に第１のガス供給装置を介してガス、特に希薄運転される内燃機関の排気ガス、及び第２のガス供給装置を介してアンモニアが供給される触媒装置（１）内のアンモニア、特にＮＨ３発散物を検出する方法において、ＳＣＲ触媒（１２）に対するガスの供給の前にガス内に含有される酸化可能なガス成分をまず少なくとも十分に酸化し、かつ、その後ＳＣＲ触媒（１２）から流出するガス（５"）を含有された酸化可能な成分に関して分析することを特徴とするアンモニアの検出方法。
【請求項１４】
ガスの酸化をＳＣＲ触媒（１２）への供給前に酸化触媒（１０）を介して行うことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
流出するガス（５"）の分析を、非選択的に流出するガス（５"）の酸化可能な成分の濃度を測定するガスセンサ（１５）を用いて行うことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
ガスセンサ（１５）を第２のガス供給装置と結合しかつ該第２のガス供給装置がＳＣＲ触媒（１２）に供給されるアンモニアの量を、ＳＣＲ触媒（１２）から流出するガス（５"）の酸化可能な成分の濃度が最低になるよう調節することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１２までの少なくとも１つに記載の装置又は請求項１３から１６までの少なくとも１つに記載の方法の、内燃機関のＮＯｘ放出を減少させるための触媒装置内のＮＨ３発散物を検出及び／又は最少化するための使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、独立請求項に記載の形式の、触媒装置内のアンモニア、特にＮＨ３発散物（Schlupf: emanation）を検出する装置及び方法に関する。
【０００２】
特にディーゼルエンジンの、希薄燃料運転される内燃機関のＮＯｘ放出を減少させるために、排気ガス後処理のためにＳＣＲ触媒（選択的触媒還元“selective catalytic reduction”）を使用することは公知である。そのためには、例えばD. Schoeppe et al., “Ein geregeltes Abgasnachbehandlungssystem zur Erfuellung zukuenftiger Emissionsgrenzwerte bei Dieselmotoren”, Fortschritt-Berichte, VDI, Reihe 12, Nr. 267, Int. Weiner Motoren-symposium, S. 332-353が挙げられ、これにはこのようなＳＣＲ触媒の作用様式及び構造が記載されている。
【０００３】
要約すれば、ＳＣＲ触媒内でＮＯｘからＮ２への選択的触媒還元が行われ、この際還元剤としてＮＨ３（アンモニア）が利用され、これは公知方法でＳＣＲ触媒の前方に接続された加水分解触媒内で尿素水溶液から取得することができる。
【０００４】
しかしながら、このような装置をＳＣＲ触媒での排気ガス後処理のために作動させると、多すぎる尿素が調量され、それにより未反応アンモニアがＳＣＲ触媒を介して排気ガスと一緒に周囲空気中に達するという問題が生じる。従って、このＮＨ３発散物を抑制するか又は監視したければ、ＮＨ３センサが必要になる。
【０００５】
発明の利点
独立請求項の特徴部に記載の特徴を有する本発明による装置及び本発明による方法は、従来の技術に対して、技術的に困難と見なされる、アンモニア又はＮＨ３発散物を検出するために高価な特にＮＨ３に選択性のセンサの使用が回避されることにある。それによって、有利に今やセンサコンセプト又はセンサ材料の拡大されたスペクトルを使用することができる、即ちアンモニアの検出のために個々の酸化可能なガス又はガス成分に選択的に及び特に非選択的に反応する、自体公知のガスセンサを使用することができ、このことは著しいコストの利点及び使用可能なガスセンサの技術及び生産に関する簡単化を意味する。特に、アンモニアを検出するために使用可能なガスセンサのスペクトルを今や極めて有利にまた金属電極を有するガスセンサ、特に、従来の技術において既にＨＣセンサとして普及しているＰｔ／Ａｕ系に拡大することができる。
【０００６】
公知のＳＣＲ触媒の前方に第１の手段を接続することにより既に少なくとも十分に、好ましくは完全に予備浄化された又は予備酸化されたガス又は排気ガスを供給することにより、このガスは既にもはや酸化可能なもしくは燃焼可能なガス成分を含有しない。特に、ガス成分ＨＣ及びＣＯは、もはやこの予備浄化されたガス内には含有されていない。
【０００７】
このように予備浄化されたガスに、今やＳＣＲ触媒に供給する前に有利には第２のガス供給装置を介してアンモニアを供給するので、ＳＣＲ触媒内にはＮＨ３の他に酸化可能のガスは存在しない。ＳＣＲ触媒内に今や供給された全てのＮＨ３が存在するＮＯｘの還元のために消費されない場合には、ＳＣＲ触媒内でのＮＨ３突破又はＮＨ３発散物が生じる、即ちＳＣＲ触媒を出るガスはアンモニアを含有する。しかしながら、このアンモニアは今やガス内に含有される酸化可能な唯一のガス成分であるので、アンモニアの検出のために特異的にＮＨ３に対して選択性手段、特に特異的にアンモニアに対して選択性のガスセンサを使用する必要はない。既に多数公知であるような、簡単な、一般的又は広帯域で酸化可能なガス成分に反応するセンサで十分である。
【０００８】
本発明の有利な構成は、従属請求項に挙げた手段から明らかである。
【０００９】
そこで、ＳＣＲ触媒に供給すべきガスをアンモニアと混合する前に、ＳＣＲ触媒に供給すべきガスの少なくとも十分な酸化又は予備浄化を惹起する自体公知の酸化触媒内で前処理するのが特に有利である。
【００１０】
ＳＣＲ触媒に供給されるべきでありかつ例えば酸化触媒から流出する、前浄化又は前酸化したガスに対するアンモニアの供給は、さらに極めて有利には化合物、特に尿素からアンモニアを製造するための加水分解触媒、前酸化したガスに対してアンモニアを計量しかつ制御して供給するための計量供給装置及び相応する供給導管を有する、自体公知のガス供給装置で行う。
【００１１】
さらに、ＳＣＲ触媒を出る酸化可能なガス成分を検出ための第２の手段が処理ユニットと結合されており、該処理ユニットが制御ユニット及び制御導線を介して前酸化したガスにアンモニアを供給するためのガス供給装置と結合されているのが極めて有利である。それにより、極めて有利にＳＣＲ触媒に供給されたガスへのアンモニアの供給をＮＯｘの還元のために実際に消費されたＮＨ３に依存して制御するか又は閉じた制御回路の形で、ＳＣＲ触媒を出る未使用のアンモニアの量が最少にされるか又は殆どゼロに減少されるように制御することができる。
【００１２】
図面
本発明の実施例を図面により及び以下の記載により詳細に説明する。
【００１３】
実施例
図面は、例えばディーゼルエンジン又は希薄燃料で運転される内燃機関の排気ガスで使用することができる触媒装置１を示す。この触媒装置１に、まず相応する自体公知の排気ガス管を介して供給されたガス５、特に、多種多様な酸化可能なガス成分、特に例えばＨＣ及びＣＯ、並びにさらに窒素酸化物（ＮＯｘ）を有するディーゼルエンジンの排気ガスを導入する。この供給されたガス５をまず例えばＥＰ０８００８５６Ａ２から自体公知の酸化触媒１０に導入する。該酸化触媒供給されたガス５の前浄化及び前酸化を行うので、供給されたガス５内に含有された酸化可能なガス成分、特に例えばＨＣ及びＣＯは十分に又は完全にＨ２Ｏ又はＣＯ２に酸化又は変換されている。従って、酸化触媒１０からは、有害物質として専らＮＯｘを含有する、少なくとも十分に酸化されたガス５’が流出する。
【００１４】
今や、この少なくとも十分に酸化されたガス５’を引き続き自体公知の第１のガス供給装置を介してＳＣＲ触媒１２に供給する。しかしながら、この場合まず、少なくとも十分に酸化されたガス５’にそれがＳＣＲ触媒１２に流入する前にアンモニアが混合されるように構成されている。このことは計量供給装置１３、供給導管１４及び加水分解触媒１４を有する第２のガス供給装置により行われる。このために詳細には、計量供給装置１３は供給導管１４を介してまず加水分解触媒１１に尿素を供給し、該尿素はそこで自体公知形式でＮＨ３に転化される。このＮＨ３は次いで少なくとも十分に酸化されたガス５’に、そうして形成されたＮＨ３及び少なくとも十分に酸化されたガス５’がＳＣＲ触媒１２に達する前に、混合される。
【００１５】
選択的に、図面によれば同様に、少なくとも十分に酸化されたガス５’に計量供給装置１３及び供給導管１４を介して尿素を計量供給し、かつ次いでこの混合物を、尿素をＮＨ３に変換する加水分解触媒１１に供給し、それにより少なくとも十分に酸化されたガス５’及びＮＨ３からなるガス混合物が発生させることが可能である。
【００１６】
この意味において、第１のガス供給装置及び第２のガス供給装置は図面に基づき説明した実施例においては互いに入り組んでいるか又は空間的に内外に集積されている。それというのも、第１のガス供給装置は発生した少なくとも十分に酸化されたガス５’は例えば相応する管を介してまず第２のガス供給装置に供給し、該供給装置は該ガスを第２のガス供給装置の部分としての加水分解触媒１１内でＮＨ３を加えることにより変性させかつそれにより該第２のガス供給装置内で少なくとも十分に酸化されたガス５’とＮＨ３が混合されるからである。次いで、このガス混合物は最後にＳＣＲ触媒１２に供給される。
【００１７】
しかしながら、説明した実施例の第２の変形においては、第１のガス供給装置と第２のガス供給装置を空間的に互いに分離し、それにより第１のガス供給装置は少なくとも十分に酸化されたガス５’を発生させかつＳＣＲ触媒に直接供給し、かつ第２のガス供給装置はアンモニアを発生させかつ同様に直接ＳＣＲ触媒１２に供給するようにすることも可能である。この変形では、有利にも付加的に少なくとも十分に酸化されたガス５’および供給されたＮＨ３はＳＣＲ触媒１２にに流入する前に先に適当な自体公知の混合装置介して混合される。
【００１８】
ＳＣＲ触媒１２内で、最後に供給されたアンモニアにより自体公知方法で導入されたガスもしくはガス混合物内に存在する窒素酸化物（ＮＯｘ）は選択的触媒反応によりＮ２に還元される。ＳＣＲ触媒１２に引き続き、そこから流出するガス５”は次いでさらに導かれかつ放出される。
【００１９】
今や、流出するガス５”は、第２のガス供給装置を介するアンモニアの供給が不十分であった場合（不十分な有害物質還元）の場合には、もっぱらＮＯｘを有するか、又はアンモニアの供給が多すぎた場合（ＮＨ３発散又はＮＨ３突破）には、ＮＨ３を有する。その他の酸化可能なガス成分、例えばＣＯ及びＨＣは、既に供給されたガスから酸化触媒１により除去されている。
【００２０】
従って、ＮＨ３に供給が多すぎたか又は少なすぎたかを定量的に検査するために、ＳＣＲ触媒１２の後方に、非選択的もしくは広帯域で流出するガス成分に対して敏感でありかつ流出するガス５”と接触するガスセンサ１５が設けられている。該ガスセンサ１５は、例えばＨＣセンサとして広く普及しているＰｔ／Ａｕベースの金属電極を有する自体公知のガスセンサである。このようなセンサはガス濃度の関数として対数特性曲線を有する、即ちこれらはＮＨ３突破の際に典型的に生じるような特に１００ｐｐｍ以下の濃度の範囲で極めて高い感度を有し、かつ従って極めて良好及び簡単に流出するガス５”内の酸化可能な測定を可能にする。
【００２１】
さらに、ガスセンサ１５はガスセンサ１５の信号を記録、評価及び処理するための自体公知の処理ユニット１６と結合されている。そのほかに、処理ユニット１６は制御ユニット１７と結合されており、該制御ユニットは制御導線１８を介して計量供給装置１３と結合されている。この場合、処理ユニット１６、制御導線１８及び計量供給装置１３又は第２のガス供給装置は１つの構造要素内に集積されていてもよい。
【００２２】
従って、制御ユニット１７を介して、ガスセンサ１５の測定信号に依存にして十分に酸化されたガス５’に対するアンモニア供給の制御がそれがＳＣＲ触媒１２に流入する前に可能であり、その際自体公知の方法で閉じた調節回路の形でアンモニア供給を常に、一面では流出するガス５”からの窒素酸化物の可能な限り完全な還元、ひいては除去が達成され、他面ではしかし同時に流出するガス５”内に可能な限りアンモニアが含有されていないように調節される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＮＨ３を検出するための触媒装置の原理図である。
【符号の説明】
１  触媒装置、  ５  供給されたガス、  ５’  十分に酸化されたガス、  ５”  流出するガス、  １０  酸化触媒、  １１  加水分解触媒、  １２  ＳＣＲ触媒、  １３  計量供給装置、  １４  供給導管、  １５  ガスセンサ、  １６  処理ユニット、  １７  制御ユニット、  １８  制御導線
【図１】
0004608106.tif 000002