(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘ低減触媒に接触する気体流を処理する方法であって、該ＮＯｘ低減触媒は、燃焼エンジン（１）に接続するように配置され、
該方法は、
排気ガス処理装置（１８）を介して該気体流を案内するステップであって、該排気ガス処理装置（１８）は、いくつかのダクト（２１）を含み、該ダクト（２１）間の熱交換を行い、該ダクト（２１）は、入って来るフローと出て行くフローとの間の熱交換の間に該気体流が生じるように、該排気ガス処理装置（１８）の注入口および流出口のそれぞれに接続されており、該ダクトは、三元触媒の機能を提供する触媒材料とＮＯｘ吸収剤の機能を提供するＮＯｘ低減材料とによってコーティングされたバンドの束（１９ｂ）を形成する、ステップと、
該ＮＯｘ低減触媒によって該気体流中のＮＯｘ化合物を低減させるステップと、
該ＮＯｘ低減触媒の少なくとも１つの所定の動作特性に応答して、該ＮＯｘ低減触媒からの硫黄の除去が行われるべきことを決定するステップと、
硫黄の除去が行われれるべきであるという決定に応答して、少なくとも該燃焼エンジン（１）の動作を制御することによって、該ＮＯｘ低減触媒を介して流れる実質的にリーンな排気ガスの混合気を処理するための第１の温度と該ＮＯｘ低減触媒から硫黄を除去するための第２の温度との間で、該排気ガス処理装置（１８）の温度を変化させるステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記第１の温度と前記第２の温度との間で変化させるステップは、前記排気ガス処理装置（１８）を介して流れる前記気体流の温度を上昇させることと、低下させることとを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度を上昇させることは、
ｉ）上昇した排気ガスの温度が得られるように、注入時間および前記エンジン（１）のイグニションのシーケンスを制御することと、
ｉｉ）該エンジン（１）を制御することであって、燃料のさらなる注入が該エンジンの一回の排気の間に行われる、ことと、
ｉｉｉ）該エンジン（１）をリッチな動作とリーンな動作との間で周期的に制御することと、
ｉｖ）該エンジン（１）のリッチな動作の間、外部ソースから前記排気ガス処理装置（１８）に空気を吸入することと、
ｖ）該エンジン（１）の複数のシリンダーのうちの一つまたはいくつかからの排気ガスがリッチな様態で動作され、残りのシリンダーはリーンな様態または化学量論的な様態で動作されるように、各シリンダーを制御することと、
ｖｉ）該排気ガス処理装置（１８）に設けられた発熱体（３１）を介して熱を供給することと、
ｖｉｉ）該エンジン（１）の後に排気ガス中に燃料を注入することと
のうちの少なくとも１つによって提供される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記温度を低下させることは、
ｉ）液体または空気を外部ソースから前記排気ガス処理装置（１８）を介して供給することと、
ｉｉ）該排気ガス処理装置（１８）内に配置された冷却フランジを通るように該気体流を案内することと、
ｉｉｉ）前記エンジン（１）の注入ダクトから空気を供給することと、
ｉｖ）該エンジン（１）の排気マニフォールド（１６）から冷却された排気ガスを供給することと
のうちの少なくとも１つによって得られる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記気体流中のＮＯｘ化合物を低減させるステップは、
ｉ）実質的にリッチな排気ガスの混合気で前記エンジン（１）を動作することと、
ｉｉ）燃料または所定の他の低減させる物質を排気ガス中に注入することと、
ｉｉｉ）アンモニアまたは尿素を注入するか、または、該排気ガス中に供給されるアンモニアを生成することと
のうちの少なくとも１つによって提供される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、所定の計算モデルによって、前記排気ガス処理装置（１８）の温度を決定することを包含し、該計算モデルは、該温度と前記エンジン（１）の動作状態との関係を規定する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、温度センサによって、前記排気ガス処理装置（１８）の温度を決定することを包含し、該温度センサは、該排気ガス処理装置（１８）に接続するように設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
燃焼エンジン（１）に接触する気体流を処理するデバイスであって、
該デバイスは、
いくつかのダクト（２１）を備えた排気ガス処理装置（１８）であって、該ダクト（２１）は、該ダクト（２１）間の熱交換を提供し、該ダクト（２１）は、該排気ガス処理装置（１８）の注入口および流出口のそれぞれに接続され、これにより、入って来るフローと出て行くフローとの間の熱交換の間に該気体流が生じ、該排気ガス処理装置（１８）は、折り畳まれて束（１９ｂ）になるバンド（１９ａ）を含み、これにより、該ダクト（２１）が形成され、該バンドの束（１９ｂ）は、三元触媒の機能を提供する触媒材料とＮＯｘ吸収剤の機能を提供するＮＯｘ低減材料とによってコーティングされている、排気ガス処理装置（１８）と、
該気体流中のＮＯｘ化合物を低減させるＮＯｘ低減触媒と、
制御装置（５）と
を含み、
該制御装置（５）は、
該ＮＯｘ低減触媒の少なくとも１つの所定の動作特性に応答して、該ＮＯｘ低減触媒からの硫黄の除去が行われるべきことを決定することと、
硫黄の除去が行われれるべきであるという決定に応答して、少なくとも該燃焼エンジン（１）の動作を制御することによって、該ＮＯｘ低減触媒を介して流れる実質的にリーンな排気ガスの混合気を処理するための第１の温度と該ＮＯｘ低減触媒から硫黄を除去するための第２の温度との間で変化するように、該排気ガス処理装置（１８）の温度を制御することと
を行うようにように構成されている、デバイス。
【請求項９】
前記ＮＯｘ低減排気触媒および前記排気ガス処理装置（１８）は、同じ装置内に組み込まれている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、前記制御装置に接続された温度センサを含み、該温度センサは、前記排気ガス処理装置（１８）の温度を決定するように構成されている、請求項８〜９のいずれかに記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、上掲の請求項１の前文に記載した、気体流の処理方法に関する。本発明は、特に、燃焼エンジン（これは特に、排気ガス中の好ましくない窒素酸化物化合物（ＮＯｘ化合物）を低減させるように適合される）に関する排気ガス浄化の分野で用いられることが意図される。本発明はさらに、上掲の請求項１０に記載の前文に記載された処理を達成する構成に関する。
【０００２】
（発明の背景）
燃焼エンジンによって動作する車両の分野において、エンジンからの排気ガス中の有害な物質の排出率を低くすることが一般的に要求される。物質は、主に、窒素酸化物化合物（ＮＯｘ）、炭化水素化合物（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）の形態の汚染物質によって構成される。今日のガソリン機関に関して、排気ガスは通常、排気システムの一部を形成する排気触媒によって浄化され、このシステムを介して排気ガスが案内される。いわゆる三元触媒（これは以前から公知である）において、大部分の上述の有害化合物は公知の触媒反応によって排除される。触媒の機能を最適化して最適な程度のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯの浄化を提供するように、エンジンはほとんどの動作の場合、化学量論的な空気／燃料の混合気（すなわち、λ＝１の場合の混合気）を用いて動作する。
【０００３】
さらに、車両の分野において、エンジンの燃料消費をできるだけ高い程度にまで低減させることが一般的に要求される。これを目的として、過去数年間、ますますリーンになった燃料の混合気（すなわち、λ＞１の場合）によって動作することが可能であるように適合された新たな種類のエンジンが開発されてきた。いわゆるＤＩエンジン（すなわち、直接注入されたオットーサイクルのエンジン）において、エンジン内の各燃焼チャンバは、供給された燃料が各イグニションプラグにおいて高い程度にまで濃縮されるような様態で構築される。この動作モードは概して、「成層化された」動作であって、そしてｌｏｗまたはｍｅｄｉｕｍ−ｈｉｇｈのトルクおよびエンジンのエンジン速度で連続的に駆動する間、この動作モードは、非常にリーンな（より正確には約λ＝３までの）空気／燃料の混合気を用いた動作を提供する。このように、燃料消費を実質的に節減することは、このタイプのエンジンにおいて得られる。エンジンはさらに、動作のさらなる「均一」モードで、実質的に化学量論的混合気（λ＝１）または比較的リッチな混合気（λ＜１）を用いて動作され得る。この後者の動作モードは、通常、比較的高いトルクおよびエンジンのエンジン速度で駆動する状況の間に広まる。
【０００４】
成層化された動作の間、リーンな排気ガスの混合気は三元触媒を流れる。この結果、（三元触媒は、酸素がリッチな状態の間、ＮＯｘ化合物浄化の際にはうまく機能しないという点に起因して）三元触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘ化合物を低減させることが不可能になる。この理由から、従来の三元触媒を窒素酸化物吸着剤（ＮＯｘ吸着剤または「ＮＯｘトラップ」とも呼ぶ）と組み合わせ得る。窒素酸化物吸着剤は、ＮＯｘ化合物（例えば、燃焼エンジンの排気ガス）を吸着する本来公知のデバイスである。このように、三元触媒の別々のユニットの上流部分または三元触媒の一体部分（すなわち、三元触媒の触媒材料と共に）のいずれかとして、ＮＯｘ吸着剤を従来の三元触媒を補うものとして用い得る。後者の場合、排気触媒を吸収するＮＯｘの形態で一体成分が形成される。
【０００５】
ＮＯｘ吸着剤は、エンジンがリーンな空気／燃料の混合気を用いて動作する場合、排気ガス中にＮＯｘ化合物を取り込み（吸着し）、エンジンがリッチな空気／燃料の混合気を用いて特定時間期間、動作する場合、ＮＯｘ化合物を排気する（脱着する）ように構築される。さらに、ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘ化合物を特定の限度（すなわち、ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘ吸着剤が最終的には「いっぱいになり」、したがって、吸着の限界に達する）までのみ吸着することが可能な特性を有する。この状況において、ＮＯｘ吸着剤は再生成される必要がある。すなわち、ＮＯｘ吸着剤は脱着し、したがって、蓄積されたＮＯｘ化合物を放出するように影響を受ける必要がある。この場合、従来の三元触媒がＮＯｘ吸着剤に対して提供される場合、または三元触媒がＮＯｘ吸着剤の一体部分として形成される場合、後者がイグニション温度に達したと仮定すると、脱着されたＮＯｘ化合物は三元触媒によって排除され得る。原理的に、従来の三元触媒は、ＮＯｘ吸着剤の前、ＮＯｘ吸着剤の後、またはＮＯｘ吸着剤の一体部分としてのいずれかで配置され得る。
【０００６】
従来技術によると、ＮＯｘ吸着剤は、排気ガスの混合気によって再生成され得る。排気ガスの混合気は、特定の時間期間（約数秒間）比較的リッチに製造されたＮＯｘ吸着剤に流れる。次いで、これは、この時間期間の間、比較的リッチな空気／燃料の混合気を有するエンジンを動作することによって達成され得る。実際、これは、上述の均一な動作モードでこの時間期間の間エンジンを動作することによって達成される。したがって、エンジンは比較的リッチな空気／燃料の混合気によって動作される。このように、ＮＯｘ吸着剤は、特定の時間期間（新たな再生成が必要になるまで続く期間）の間、連続的にＮＯｘ化合物を吸着し得るように「空にされる」。
【０００７】
従来技術によると、例えば、スロットル用途の程度およびエンジンのエンジン速度に依存し、そしてＮＯｘ再生成が必要であるか否かに関して、均一動作と成層化された動作との間で燃焼エンジンを切替える適切な方策に従って機能する制御ユニットが用いられる。
【０００８】
例えば、ＤＩエンジンの排気ガス浄化の間、とりわけ排気ガス中のＮＯｘ化合物の最大低減を達成するためにＮＯｘ吸着剤の温度を制御する機能が要求される。これは、ＮＯｘ吸着剤が特定の温度間隔（これは、次いで一般の動作状態に依存する）内でのみ最適に機能するからである。一実施例として、ＤＩエンジン（すなわち、リーンな空気／燃料の混合気を用いた動作）内の成層化された動作モードは、ＮＯｘ吸着剤が良好な機能を用いて動作することが可能であるように、ＮＯｘ吸着剤を介して案内される排気ガスの温度が約２５０〜４５０℃の間隔内にあることを必要とする。特定の効率的なＮＯｘ低減は、温度が約３００〜３５０℃の間隔内にある場合に得られる。さらに、この限度を越える温度の間、ＮＯｘの吸着剤が破壊されるリスクがある点に起因して、排気温度が約８００℃を越えないことが一般的に要求される。
【０００９】
温度を制御する機能が要求されているのは、概して、ＮＯｘ吸着剤の機能に温度を正確に調整することが望ましい他のタイプのエンジン（例えば、ディーゼルエンジン、従来のポートから注入されたオットーサイクルのエンジン）に関して一般的である。
【００１０】
ＮＯｘ吸着剤に関して生じる一つの特定の現象は、ＮＯｘ吸着剤を通って案内された排気ガス中に存在する硫黄化合物（例えば、硫黄二酸化物、ＳＯ２）により、ＮＯｘ吸着剤の活性材料上にコーティングが生じることである。次いで、このコーティングは、ＮＯｘ吸着剤の吸着能力を非活性化させてＮＯｘ化合物を吸着させる。これは硫黄化合物がＮＯｘ化合物の代わりに吸着されることに起因する。硫黄化合物は、エンジンの燃料から発生し、そしてとりわけ一般の燃料品質に依存して変化し得る。このような硫黄のコーティングの結果として、ＮＯｘ吸着剤の吸着能力は時間の経過と共に徐々に低減する。
【００１１】
このような硫黄のコーティングに関する問題を解決するために、ＮＯｘ吸着剤は硫黄化合物に関しても規則的に再生成される必要がある。すなわち、ＮＯｘ吸着剤は硫黄化合物が空にされる必要があり、これにより、ＮＯｘ吸着剤上の硫黄コーティングが排除される。この場合、ＮＯｘの再生成に関する場合とは異なり、この硫黄の再生成を達成するためにリッチな排気ガスを生成することは十分ではない。代わりに、硫黄の再生成は（従来技術によって）特定の時間期間の間、エンジンを動作して、エンジンが、比較的高い排気ガスの温度（より正確には、約６５０℃より高い排気ガスの温度、好適には、６５０〜７５０℃の間隔内の温度）が生成された時間と同じ時間に、リッチな排気ガスの混合気（すなわち、λ＜１）を生成することによって達成され得る。このように、硫黄化合物は脱着され得、すなわち、ＮＯｘ吸着剤から排出され得、再び、ＮＯｘ化合物を完全に良好に吸着することが可能なＮＯｘ吸着剤が用いられ得る。
【００１２】
従来技術によると、硫黄の再生成は、好適には適切な時間間隔で生成される。この適切な時間間隔は、ＮＯｘ吸着剤から失われたＮＯｘ蓄積能力に基づいて決定され、次いで、このＮＯｘ吸着剤から失われたＮＯｘ蓄積能力は当該の車両の燃料の硫黄含有量および車両の燃料消費に基づいて評価され得る。
【００１３】
したがって、公知のエンジンシステムと関連した問題がある。この問題は、リーンなドライビングの間に必要な排気ガス温度（約２５０〜４５０℃）と硫黄を再生成するために要求される適切な温度（約６５０〜７５０℃）とを組み合わせながら、同時に、温度が公知のエンジンシステムのより高い限度値（約８００℃）を越えないように公知のエンジンシステムが制御される必要があるという難しさに起因する。
【００１４】
（発明の要旨）
本発明の目的は、特に燃焼エンジンに関連する排気ガス浄化の間に向上した気体流の処理を提供し、これにより、上述の問題を効果的な様態で解決することである。上記目的は、上掲の請求項１から明らかな特徴を特徴とする方法によって達成される。上記目的はさらに、上掲の請求項１０から明らかな特徴を特徴とするデバイスによっても達成される。
本発明は、気体流をＮＯｘ低減触媒に接触させて処理する方法を構成する。上記方法は、いくつかのダクトを含んで、上記ダクト間で熱交換する排気ガス処理装置を介して上記気体流を案内する工程であって、上記気体流は入って来るフローと出て行くフローとの間の熱交換の間に生じるように、上記ダクトは上記排気ガス処理装置の注入口および流出口それぞれに接続された、工程と、上記ＮＯｘ低減触媒によって上記気体流中のＮＯｘ化合物を低減させる工程とを含む。本発明は、上記ＮＯｘ低減触媒の一般の動作状態に上記排気ガス処理装置の温度を適合させる工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明によって、相当有利な点が効果的な熱交換の形態で達成される。上記熱交換は用いられて、上記排気ガス処理装置の温度の適合を促進し、次いで、上記排気ガス処理装置は最適な程度のＮＯｘ化合物低減を提供する。特に、本発明により、気体流を熱消費が低い特定の温度で処理することが可能になる。上記気体流の加熱の間、特定の量（特定の気体体積）の熱が消費され、続いて、上記熱が再循環されて、新たに入って来た気体体積を加熱し得る。これにより、熱交換に関して効果が生じる。上記熱交換は、例えば、別の発熱体（例えば、電気タイプの発熱体）に基づいた従来の加熱システムより、必要な電力消費が相当低い。同様の利点は、上記気体流の冷却に関しても達成される。
【００１６】
本発明のさらなる利点は、発熱反応（例えば、熱交換に接触した炭化水素の酸化の形態での発熱反応）の結果、熱交換が無い場合より高い温度上昇が生じる点に関する。したがって、当該エンジンを制御すると（この結果、大量の不燃炭化水素が排気ガス中に生成される）、上記排気ガス処理装置内の温度が相当上昇する。この結果、次いで、上記目的が上記排気ガス処理装置内に適切な温度を提供することである場合、自由度が向上する。
【００１７】
したがって、本発明によって、二つの別々のレベル（すなわち、リーンな動作レベルおよび硫黄中毒後の再生成レベル）内での効果的な温度適合に関する問題が解決される。後者は、特に、大量の硫黄含有量を有する燃料によって動作されるエンジンに関して起こり、そしてそうでない場合には、多くの市場でＮＯｘ蓄積触媒の使用に関して最も重要な欠点をなす。
【００１８】
本発明に関する別の利点は、従来の触媒と比べて、ジオメトリックな自由度を大きくして、上述の排気ガス処理装置を形成することであって、上記排気ガスは上記排気ガス処理装置を介して流れる。
【００１９】
この点に関して、用語「動作モード」は、燃料の注入時間の所定の進行度および大気／燃料の混合気のイグニションによる、燃焼エンジン（例えば、ＤＩエンジンタイプ）の動作を指す。ＤＩエンジンの動作モードの例として、成層化された動作モードおよび均一な動作モードが言及され得る。
【００２０】
本発明の有利な実施形態は上掲の従属請求項から明らかである。
【００２１】
（好適な実施形態）
本発明を好適な実施形態および添付の図面を参照して以下にさらに説明する。
【００２２】
図１は、本発明による構成の概略図を示す。好適な実施形態によると、本発明は燃焼エンジン１に接続して配置される。燃焼エンジン１は、いわゆるＤＩエンジン（すなわち、直接注入されたオットーサイクルのエンジンタイプのエンジン）によって構成される。エンジン１への燃料の注入は、空気およびエンジン１への燃料供給が異なり、そして燃料注入および空気／燃料の混合気のイグニションの時間シーケンスが異なる、少なくとも二つの動作モードに適合される。
【００２３】
以下に詳細に記載する説明通り、エンジン１は、好適には、「成層化された」動作モードに設定され得るように適合される。供給された燃料はエンジンの各燃焼チャンバ内で濃縮され、これにより、特定の所定の動作の場合の間、エンジンが非常にリーンな空気／燃料の混合気（約λ＝３）によって動作され得る。成層化された動作モードは、燃料が空気と部分的に（すなわち、不均一的に）混合するようにエンジン１内に注入される点に基づき、混合された燃料および空気の小さな「クラウド（ｃｌｏｕｄ）」が形成される。この部分的な混合気の周囲には、実質的にきれいな空気がある。このように、非常にリーンな混合気（約λ＝３）のイグニションが達成され得る。この場合（λ＝１である場合）と比べて、三倍の空気が同じ量の燃料に供給される。このようなエンジンによって、化学量論的混合気（すなわち、λ＝１の場合）を用いて動作されるエンジンと比べて、供給される燃料が相当節約される。さらに、エンジン１は、好適には、比較的高いトルクおよびエンジン１のエンジン速度で動作する特定の動作の場合の間、動作の「均一」モードに設定され得る。化学量論的混合気または比較的リッチな混合気がエンジン１に供給される。この場合、この混合気（成層化された動作モードの間の場合とは対称的に）は、燃焼チャンバ内に実質的に均一に分配される。
【００２４】
本発明は、ＤＩエンジンのみに関する使用に限定されず、他の用途（例えば、ディーゼルエンジン、および従来のポートから注入されたオットーサイクルのエンジンに関する用途）でも用いられ得ることに留意されたい。概して、本発明はさらに、一般の動作モードに対して排気ガスの温度を調整することが要求される自動車車両内の気体流とは異なる種類の気体流の処理に用いられ得る。
【００２５】
以下において、本発明の一実施形態を説明する。エンジン１は成層化された様態または均一な様態のいずれかで動作されると想定される。しかし、本発明はこれらの二つの動作モードにのみ限定されない。例えば、エンジン１は、上述の均一の動作モード（λ＝１）であって、空気／燃料の混合気が比較的リーンな（約１．２−１．３）動作モードに基づいた、均一なリーンな動作モードで動作され得る。
【００２６】
エンジン１は、従来の様態で、空気が供給され、この空気は空気注入口２を介して流入する。さらに、エンジン１は、複数のシリンダー３および対応する数の燃料注入器４が設けられる。各注入器４は、電気接続部６を介して中央制御装置５に接続される。好適には、制御装置５は、コンピュータベースであり、そして所与の瞬間毎に適合された空気／燃料の混合気がエンジン１に供給される公知の様態で、燃料タンク（図示せず）から燃料の各注入器４への燃料供給を制御するように適合される。この実施形態によるエンジン１は、「マルチポイント」注入タイプによって形成され、エンジン１への正確な量の燃料が公知の様態で各注入器４に個々に供給され得る。
【００２７】
エンジン１の動作の間、制御装置５は、空気／燃料の混合気が所与の瞬間毎に一般の動作モードに適合されるように、エンジン１への空気／燃料の混合気を制御する一般の様態で適合される。エンジン１の制御は、エンジン１の動作モードを反映する種々のパラメータおよび当該の車両に依存して、実質的に公知の様態で行われる。例えば、エンジンの制御は、一般の程度のスロットル用途、エンジン速度、エンジンに注入された空気量、および排気ガス中の酸素濃度に依存して行われ得る。これを目的として、エンジン１は、例えば、車両の加速ペダル（図示せず）の位置検出器７、エンジン１のエンジン速度を検出するエンジン速度検出器８、およびエンジン１に供給される空気量を検出する空気流メーター９が設けられ、これらすべては、対応する電気接続部１０、１１および１２それぞれを介して制御装置５に接続される。さらに、システムは、ガススロットル１３（好適には、電気的に制御可能なガススロットル１３）を含む。この理由から、システムは、制御可能な移動モーター１４が設けられ、この移動モーター１４により、一般の動作モードに依存して適切な量の空気がエンジン１に供給されるように、ガススロットル１３が特定の所定の位置に設定され得る。したがって、移動モーター１４は、追加の接続部１５を介して制御装置５に接続される。
【００２８】
要約すると、本発明によるエンジン１は、いくつかの異なる動作モード（これらの動作モードはそれぞれ、特定の空気／燃料の混合気、注入時間およびイグニション時間によって特徴付けられる）を想定できるように適合される。この場合、制御装置５は、例えば、駆動条件、荷重およびエンジン速度に依存して、種々の動作モード間で変化するように適合される。
【００２９】
図に示すエンジン１は、５シリンダータイプである。しかし、本発明は、種々の数のシリンダーおよび種々のシリンダー構成を有するエンジンで用いられ得ることに留意されたい。例えば、注入器４は、燃料が各シリンダー３中に直接注入されるタイプによって構成される。
【００３０】
エンジン１の動作の間、エンジンの排気ガスはシリンダー３から分岐パイプ１６を介して、さらに、分岐パイプ１６に接続された排気パイプ１７まで案内される。本発明によると、排気ガス処理装置１８は排気パイプ１７に沿ってさらに下流に提供される。装置の構成および機能を図２、図３および図４を参照して以下に詳細に説明する。
【００３１】
特に図２から明らかであるように、排気ガス処理装置１８は、金属バンド１９ａを含む。金属バンド１９ａは、適切な方法（例えば、加圧または回転）によって、バンド１９ａの長手方向に対して所定の角度で延びる波形２０で形成される。バンド１９ａは、バンド束（ｐａｃｋａｇｅ）１９ｂを形成するようにジグザグの形態で繰り返し折り畳まれる。このように、上述の波形２０は、バンド束１９ｂ内の隣接する層が相互に交差するように形成される。さらに、波形２０はスペーサーとして機能し、波形２０によって、相互に分離したいくつかのダクト２１が形成される（特に図４を参照）。このダクト２１を介した気体流（したがって、この場合には、エンジン１からの排気ガスのフロー）が案内されるように意図される。
【００３２】
ダクト２１内のフローパターンは、ダクト中のフローが常に混合され、そしてダクト２１の壁と十分に接触する様態で形成される。さらに、図２に示す通り、バンドの折り畳みを促進するために、波形は一定の間隔で中断されて、バンド１９ａに直角に延びる折り畳み方向２２、２３に置きかえられる。
【００３３】
以下に詳細に説明するように、バンド１９ａは、好適には、触媒材料でコーティングされる。触媒材料の薄いコーティングで表面をコーティングする技術は、例えば、従来の車の触媒の製造に関して従来より公知である。さらに、バンド１９ａは断熱ハウジング２４内に封入される（断熱材は図面に示さない）。ハウジング２４の形状は、実質的に長方形であり、そして、二つの端壁２４ａ、２４ｂ、二つの側壁２４ｃ、２４ｄ、底壁２４ｅおよび頂壁２４ｆを含む。バンド束は二つの側部２５、２６によってシールされ、これらの側部はバンド束を通る気体流のフロー方向と平行に配置される。しかし、バンド束の両端部はシールされておらず、特に図３から明らかであるように、二つの変換チャンバ２７、２８内で終わる。
【００３４】
さらに、ハウジング２４は、流入ガスを連絡するノズル２９が設けられた注入口、および流出ガスを連絡するさらなるノズル３０が設けられた流出口を含む。バンドを折り畳むことによって、二つのノズル１９、３０がバンド束１９ｂのそれぞれの側面に接続するため、束の一側面から束の一側面上にあるすべてのダクトまで、簡単な様態で連絡が行われる。ハウジング２４の注入口および流出口のそれぞれは、好適には、各側壁２４ｃ、２４ｄ上の中心に位置付けられる。これは、注入口および流出口がそれぞれ、各端壁２４ａ、２４ｂから実質的に同じ距離に位置付けられるという事実と一致する。半分の速度を有する気体流を二つのフローに分割することによって、圧力低下がかなり低減する。
【００３５】
図２および図３から明らかであるように、特定の発熱体３１は、変換チャンバ２７、２８のそれぞれに設けられる。この実施形態によると、発熱体３１は、別の電圧源（図示せず）に接続された場合の熱生成に適合された電気熱伝導体から構成される。しかし、他の種類の発熱体（例えば、ガスまたはオイルによって動作されるバーナー）を本発明に関して用い得る。さらなる別の代替によると、加熱機能は、外部源からの熱風（またはいくつかの他の適するガス）供給機（図示せず）によって供給され得る。
【００３６】
しかし、本発明は別の発熱体３１と共に用いることに限定されない。結果的に、いくつかの用途において、図面に示す発熱体３１が排除され得る。
【００３７】
この実施形態によると、バンド束１９ｂは、三元触媒に対応する機能を提供する触媒材料でコーティングされるような様態に形成される。三元触媒は、すなわち、エンジン１の排気ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素および炭化水素化合物の形態の好ましくない化合物の触媒を排除するために用いられる。さらに、バンド束１９ｂはさらに、好適には、窒素酸化物の吸着剤、ＮＯｘ吸着剤の機能を提供するコーティングの形態の実施形態によって、ＮＯｘを低減させるコーティングが供給される。最初に説明したように、ＮＯｘ吸着剤は、エンジン１の排気ガス中のＮＯｘ化合物を低減させるために公知の様態で用いられ得る。
【００３８】
結果的に、排気ガス処理装置１８は、ＮＯｘを低減させる材料および従来の三元触媒の機能を提供する材料を含む一体型コンポーネントを構成する。特定の設計のバンド束１９ｂによって、本発明は流れる気体流の温度を制御する、優れた機会を提供する。これを以下に詳細に説明する。
【００３９】
本発明は、一体型装置（これは同時に三元触媒およびＮＯｘ吸着剤として機能する）としてのこの設計に限定されないが、さらに、排気ガス処理装置がＮＯｘ吸着材料のみを含み、そして三元触媒の形態で別の装置に接続される点に基づき得る。逆に、排気ガス処理装置は、三元触媒の機能を提供する触媒材料を含み得、この場合、ＮＯｘ吸着剤の形態の別の装置は、排気ガス処理装置の上流に配置される。さらなる別の実施形態によると、排気ガス処理装置は、ＮＯｘ吸着剤または三元触媒のいずれかがなしで形成され得る。この場合、これらの機能は両方、排気ガス処理装置に接続された別の装置によって提供される。
【００４０】
いずれの特定の設計が本願で選択されるかは、例えば、この車両内の空間がいかに用いられ得るかに依存する。設計選択を決定する他の要因は、許容可能な加熱効果、圧力低下および熱損失の要求、ならびに製造および価格に関する要因である。
【００４１】
特定の場合にどの特定の設計が選択されるかに関係無く、排気ガス浄化装置１８は、図面に一体型装置（ＮＯｘ吸着剤および三元触媒として機能する一体型装置）として示される。
【００４２】
さらに、実施形態によると、エンジン１は、三元タイプの前触媒（ｐｒｅ−ｃａｔａｌｙｓｔ）３２に接続され、そして、比較的低い酸素蓄積能力を備える。酸素蓄積能力は、排気ガス処理装置１８の上流、好適には、排気マニフォールド１６の比較的近傍に設けられる。前触媒３２は、特に、エンジン１のコールドスタートの間の高速加熱に適合される。すなわち、これにより、その触媒コーティングが急速に活性化する。これは、特に低い気体流の間、排気ガス中のＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ化合物を相当排除する。流れる排気ガスが前触媒３２によって急速に加熱され得るという点に起因して、比較的急速な加熱（すなわち、排気ガス中の有害物質の所定の部分を低減させることが可能な温度にまで、比較的短い時間で排気ガス処理装置１８を加熱すること）も引き続く排気ガス処理装置１８に提供される。この結果、特にコールドスタートの間に、エンジン１の効率的な排気浄化が生じる。
【００４３】
このＤＩエンジン１に連絡された前触媒３２のある特定の目的は、この種のエンジンは概して排気ガス中の比較的大量の不燃性の残留物を排出する点に関する。この場合、この残留物は前触媒３２中で燃焼されることが可能にされ、これにより、排気ガス処理装置１８のＮＯｘを吸着する材料中の発熱性反応が大きくなり過ぎることが回避され得る。さらに、前触媒３２はＮＯｘを吸着する際の硫黄中毒に関して、特定の肯定的な効果を有し得る。
【００４４】
したがって、エンジン１の排気ガスは排気パイプ１７を前触媒３２および排気ガス処理装置１８を介して流れ、そしてさらに、大気中にさらに出される。エンジン１の均一な動作の間、すなわち、実質的に化学量論的な駆動状況（すなわち、λ＝１）の間、排気ガス処理装置１８は、従来の三元触媒、すなわち、炭化水素化合物（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物化合物（ＮＯｘ）を排除するための三元触媒として機能する。動作のリーンなモード（すなわち、λ＞１）の間、特定の温度ウィンドウ内で、より正確には、約２５０〜４５０℃（最初に説明した通り）、エンジン１から排除された大部分のＮＯｘ化合物が、排気ガス処理装置１８のＮＯｘ吸着材料によって吸着される。
【００４５】
さらに、図１による構成は、排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサ３３を含む。好適には、センサ３３は、線形ラムダプローブタイプ（ｌｉｎｅａｒ  ｌａｍｂｄａ  ｐｒｏｂｅ  ｔｙｐｅ）であり、あるいは、バイナリのプローブによって、またはいくつかの他のタイプのセンサ、例えば、ＮＯｘセンサまたはＨＣセンサによって構成された線形ラムダタイプのプローブ、そして電気接続部３４を介して制御装置５に接続される。好適には、センサ３３は、排気パイプ１７中の、前触媒３２の上流に設けられる。しかし、センサ３３を他の位置に配置すること、例えば、前触媒３２と排気ガス処理装置１８との間または排気ガス処理装置１８内部に配置することが可能である。本来、従来より公知である様態において、センサ３３は用いられて、排気ガス中の酸素濃度に対応する信号を生成する。信号は接続部３４を介して制御装置５に供給され、そして、エンジン１への空気／燃料の混合気を制御するために用いられる。
【００４６】
本発明の機能をここで詳細に説明する。エンジン１は、比較的低いトルクおよび低いエンジン速度の間、非常にリーンな空気／燃料の混合気を用いて成層化された動作で動作されるように適合される。比較的高いトルクおよび速いエンジン速度の間、エンジン１は、さらに、均一の動作モード（すなわち、化学量論的混合気または実質的に化学量論的混合気）で動作されるように適合される。しかし、上述した通り、本発明はこれらの二つの動作モードのみに限定されない。動作モードの選択は、前もって決められ、そして制御装置５のメモリ装置内に保存された表によって行われる。エンジン１の一般のエンジン速度（これはエンジン速度インジケータ８によって決定される）およびエンジン１に必要なトルク（これは加速ペダルの位置のレベルインジケータ７によって検出され得る）に基づいて、制御装置５は、エンジン１が、例えば動作の成層化されたモードまたは均一モードに設定されるか否かを決定し得る。必要な動作モードを調整するために、例えば、エンジン内へと流れる一般の空気量の値が、代替的に用いられ得る。
【００４７】
成層化された動作と均一動作との間の切替は、排気ガス処理装置１８の再生成が要求された結果として強制的な様態でも生じ得る。これは以下の様態で製造され得る。エンジン１が成層化された様態で動作される場合、すなわち、リーンな空気／燃料の混合気を用いて動作される場合、排気ガスの混合気が排気パイプ１７を通って案内され、そして排気ガス処理装置１８に達する排気ガスの混合気もリーンである。公知の原理によると、排気ガスの混合気に存在する大部分のＮＯｘ化合物は、この場合、排気ガス処理装置１８によって吸着される。特定の時間量の間、リーンな排気ガスの混合気で駆動した（通常、約１〜２分間）後、排気ガス処理装置１８は、「いっぱい」になる。これは、排気ガスの混合気から前と同じ程度にまでＮＯｘ化合物を吸収することが不可能であることを意味する。この段階において、排気ガス処理装置１８は再生成される必要がある。上述の説明の通り、再生成のために要求されること（この場合、エンジン１を均一の動作モードに設定すること）は、制御装置５によって決定され得る。これは、特定の時間期間（例えば、数秒間）排気ガス処理装置１８を通る排気ガスの混合気を比較的リッチにすることを可能にする。このように、前に吸着されたＮＯｘ化合物が脱着され、これにより、排気ガス処理装置１８が、新たな再生成が必要になるまで続く特定の時間期間の間、再度ＮＯｘ化合物を吸着することが可能になる。ＮＯｘ化合物が排気ガス処理装置１８から脱着された場合、ＮＯｘ化合物は排気ガス処理装置１８の一体部分を形成する三元触媒によっても低減される。
【００４８】
再生成を可能にするのに適した時間は、制御装置５によって計算され得、そして、とりわけ、排気ガス処理装置１８、排気ガス処理装置１８のＮＯｘ化合物蓄積能力、および排気ガス処理装置１８の吸着速度に依存して決定される。排気ガス処理装置１８の蓄積能力は、硫黄化合物に依存した潜在的なエージングおよび非活性化によっても影響を受ける。過度な量の硫黄が排気ガス処理装置１８内に蓄積された場合、硫黄の再生成が実行される必要がある。最初に述べた通り、硫黄の再生成は、従来技術によって、排気ガス処理装置１８内の比較的大きな熱生成（より正確には、排気ガス処理装置１８内の温度が約６５０〜７５０℃である熱生成）が提供されるのと同じ時間に、リッチな排気ガスの混合気（すなわち、λ＜１）を生成するように、特定の時間期間の間エンジンを動作することによって生成され得る。硫黄化合物が脱着された場合、排気ガス処理装置１８は再度用いられて、ＮＯｘ化合物を吸着し得る。
【００４９】
エンジン１の動作の間、排気ガスは排気ガス処理装置１８を介して供給される。この場合、排気ガスは注入口２９（図２および図３参照）を介して案内され、そして二つの部分フロー３５、３６（図３参照）に分離される。フロー３５、３６はバンド束１９ｂの一側部上のダクトを、各変換チャンバ２７、２８の方向に案内される。供給された排気ガスは、最初は比較的冷たいが、排気ガス処理装置１８の触媒反応およびＮＯｘ吸着それぞれが開始する反応温度に向かって徐々に加熱される。同時に、熱い排気ガスが、排気ガス処理装置１８の流出口３０に向かって案内され、さらなる排気ガスが注入口２９を介して入る。この場合、熱が出て行く気体流から入って来る気体流に伝達される。出て行く気体流と入って来る気体流との間の効果的な熱交換によって、この気体流の局所的温度が影響を受け合って互いに近くなる。この理由から、例えば、気体流の温度を上昇させるために、変換チャンバ２７、２８内に少しだけさらに熱供給することが必要である。上述した通り、特に、排気ガス処理ユニット１８内の化学反応の開始後以外は、別の発熱体（発熱体３１を参照）を活性化させないことが通常必要である。
【００５０】
同時に、気体流が熱処理されて、排気ガス処理装置１８内の温度が正しい温度になった場合、気体流は三元触媒およびＮＯｘ吸着剤それぞれを構成する表面上に案内される。このように気体流を案内する原理は、本来、スウェーデン特許出願第ｎｒ．ＳＥ９４０２６３０−９号から以前より公知であり、したがって、本明細書において詳細に説明しない。
【００５１】
最初に説明した通り、排気ガスの正確な温度制御が一般的に要求される。これは、特に、対立する要求の結果、すなわち、一方では、硫黄の再生成の間に高い温度（少なくとも約６５０℃）が要求されるが、他方では、リーンな動作に関するＮＯｘ吸着の間、比較的低い温度（約２５０〜４５０℃）が要求されるという結果、要求される。さらに、温度はあらゆる場合において約８００℃より下である必要がある。これは、約８００℃より下でない場合には、ＮＯｘ吸着剤の機能が終わってしまうリスクがあるからである。
【００５２】
この要求を満たすために、本発明の基本的原理は、一般の気体流の温度をエンジン１の一般の動作温度に調整して、この結果、排気ガス処理装置１８の温度がリーンな動作の間の上述の間隔内、そして硫黄の再生成の間十分に高い値で終わることである。さらに、本発明は、前もって知られており、そしてＮＯｘ吸着剤の熱非活性化に対応する限界値より低い値に温度を制限するように適合される。
【００５３】
例えば、排気ガス処理装置１８の温度上昇を達成するために、発熱反応（これは排気ガス中のエネルギー含有量の結果として生じる）が用いられる。さらに、温度上昇は、適切なエンジン制御（制御装置５が用いられる）によって、排気ガス中のエネルギー含有量が変化した結果得られ得る。次いで、これは、例えば、注入およびイグニションの時間の改変、または一回ごとの排気の間にさらに注入することによって達成され得る。さらに、排気ガスの温度の上昇は、排気ガスのリッチな状態とリーンな状態との間の周期的な制御によって達成され得る。リッチなパルス間の期間は変化し得、そしてパルスの長さも変化し得る。好適には、約一秒の期間時間が用いられる。このように、発熱反応の程度および（発熱反応が生じる場所の）排気ガス処理装置１８の触媒材料内の位置を制御することが可能である。温度上昇を達成するさらなる様態は、エンジンのリッチな動作の間、外部ソース（図示せず）からの空気を排気ガス処理装置１８内に吹き込むことである。温度上昇を提供するさらなる様態は、それぞれ個々のシリンダーを制御し、シリンダーのうちの一つまたはいくつかからの排気ガスがリッチな様態で動作され、一方残りのシリンダーはリーンな様態で動作されるようにすることによってなされる。排気ガスが三元触媒に達する前に混合される場合、強い発熱反応がこの触媒内で生じ、この結果、熱が生成される。後者の場合、排気ガスが排気ガス処理装置１８に達した後のみ混合されるように、各シリンダーからの排気ガスを分離したままにしておくことが特に適切である。このように、発熱反応はＮＯｘ吸着剤上で生じ得る。
【００５４】
上述した通り、気体流の温度を上昇させるさらなる可能な方法は、外部より供給される熱による。例えば、これは、上述の発熱体３１を介して、またはバーナーまたは外部燃料注入器を介して供給され得る。
【００５５】
本発明がディーゼルエンジン内で用いられる場合、いくつかのタイプのディーゼルエンジン内ではリッチな様態でエンジンを動作することは適切でない。このような場合、温度の上昇は、エンジンの後に排気ガス中に直接燃料を注入することによって、またはエンジン内の一回の排気と関連して達成され得る。このような場合、燃料（またはいくつかの他の低減手段）は、排気ガス処理装置１８の前に（すなわち、変換チャンバ２７、２８のうちの一つに）分けられるか、または注入口と変換チャンバ２７、２８との間（または変換チャンバと流出口との間）の排気ガス処理装置１８内に直接分けられ得る。
【００５６】
必要な場合、排気ガス処理装置１８の温度は、いくつかの様態（例えば、外部冷却によって）でも低下され得る。より正確には、これは、例えば、水または空気を供給する（これはこの場合、排気ガス処理装置１８を介して供給される）ことによって実現され得る。これは図面に示さない。さらなる様態は、排気ガス処理装置１８内に冷却フランジ（図示せず）を用いることである。この場合、冷却フランジはバイメタルによって制御され得、この結果、制御装置５を用いる必要なく、温度制御に用いられ得るシステムとなる。
【００５７】
排気ガス処理装置１８内の温度を低下させるさらに可能な方法は、例えば、エアポンプ（図示せず）から変換チャンバ２４内へ冷気を供給することである。本発明によって得られる熱交換の影響に起因して、少量の空気が供給されただけでも、排気ガス処理装置１８を介した気体流の温度が相当に降下する。
【００５８】
供給された冷気は、圧縮されない場合もあれば圧縮される場合もある。一解決法によると、供給された空気は、好適には、ターボアグリゲート（図示せず）の一部を形成するコンプレッサ（図示せず）の後に、エンジンの吸気管から誘導された、圧縮された空気によって構成され得る。あるいは、冷気はエンジンの排気マニフォールドから（ターボアグリゲートの前に）案内されて出て、そして（例えば、処理後の適切な形態によって）冷却された排気ガスによって構成され得る。
【００５９】
外部冷却の主な原理は、実質的に質量交換なく、変換チャンバ２７、２８から熱を運び出すことである。空気の吸入の間、存在する熱は「薄められ」、そして温度はフロー内に冷たい気体を供給することによって降下する。両方の場合、熱交換の原理は、高機能化を提供し、そして温度に関して相当向上した効果が得られる。
【００６０】
上述の種類の構成によって、気体流の効果的な温度制御が得られる。これにより、気体流が一般の動作状態に最適に適合された値に制御および調整され得る。これは、特に、排気ガス処理装置１８の設計が、気体流と排気ガス処理装置１８の壁とが良好に接触することによる、良好な熱伝達および触媒効果を提供する点によって達成される。
【００６１】
本発明は、排気ガス処理装置１８内の温度の、排気ガス処理装置１８のＮＯｘ吸着材料で一般の動作状態への適合を提供する。この適合を促進するために、本発明は、排気ガス処理装置１８と共に設けられる温度センサ（図示せず）を含み得る。この場合、このような温度センサは電気接続部を介して制御装置５に接続され得、そして排気ガス処理装置１８の一般の温度に対応した測定値を送達する。この場合、測定値は、上に説明した方法の通り、排気ガス処理装置１８の温度の上昇および低下それぞれの制御の間に用いられ得る。このように、排気気体流の温度の正確な制御が提供される。
【００６２】
しかし、本発明はこのような別の温度センサを含むタイプのシステムのみに限定されず、本発明は、正確度が良好な種々の動作状態の間、排気ガス処理装置１８の温度を予測する計算モデルを有するプログラムを備えた制御装置５を提供することによっても実現され得ることに留意されたい。
【００６３】
本発明は、上に説明し、そして図面に示した実施形態に限定されないが、上掲の特許請求の範囲内で変更され得る。例えば、バンド１９ａは、上述の触媒材料でコーティングされた薄い金属板またはホイル（例えば、ステンレス綱）によって製造され得る。あるいは、バンド１９ａは、触媒材料を含浸したセラミック材料、または触媒材料でコーティングされたセラミック材料から構成され得る。さらに、材料は、薄板または同様の要素の形態で製造され得、この場合、束で構成され、続いて、上述のバンド束１９ｂが形成されるようにエッジにわたってまとめて結合される。
【００６４】
排気ガス処理装置１８が三元触媒およびＮＯｘ吸着剤それぞれの機能を提供する材料を含む場合、これらの材料は異なる方法で提供され得る。例えば、材料は排気ガス処理装置１８に沿った種々のエリア上に提供され得る。例えば、排気ガス処理装置１８の注入部分は、三元触媒として機能し得、排気ガス処理装置１８の内部部分はＮＯｘ吸着剤として機能する。この場合、適切な設計によって、上述の前触媒３２も排除され得る。
【００６５】
さらに、注入口の最も近傍に配置されたバンド１９ａの部分は、特に低い酸素蓄積能力を有する三元触媒として機能するように形成され得る。これは、ＮＯｘ吸着材料への途中で費やされる燃料がより少ない点に起因して、燃料消費を低減させる点で有利である。
【００６６】
排気ガス処理装置１８の注入口および流出口はそれぞれ、上の説明した通り（すなわち、各側壁２４ｃ、２４ｄ上の実質的に中央に）位置決めされ得る。あるいは、各側壁に沿っていずれかの方向に向かって位置をずらして注入口および流出口を位置決めすることが可能である。
【００６７】
本発明は、ＤＩエンジンのみに関する利用に限定されないが、他の用途（例えば、ディーゼルエンジンまたは従来のポートから注入されたオットーサイクルのエンジンに関する用途）においても用いられ得る。概して、本発明は、自動車に関する利用に限定されないが、気体流の温度を調整する要求がある他の用途に適用され得る。
【００６８】
さらに、本発明は、アンモニアベースのＮＯｘ低減（いわゆるＳＣＲ技術）または炭化水素ベースのＮＯｘ低減の間に用いられ得る。ＮＯｘ低減の間には、正しい動作温度を得ることも要求される。一例として、尿素注入（ＳＣＲ技術による注入）が言及され得るが、ＮＯｘ低減は特定の温度間隔内（より正確には約３００〜５００℃）でのみ機能する。
【００６９】
本発明の一つの可能性のある実施形態によると、ＮＯｘ吸着剤内に蓄積されたＮＯｘ化合物がＮＯｘトラップ内で低減することなく放出されることが可能にされるように形成され得る。すなわち、本発明はＮＯｘ化合物の低減がＮＯｘ吸着剤内で生じる点に限定されない。例えば、ＮＯｘ吸着剤中の熱の排除が用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明が用いられ得る構成を原理的に示す。
【図２】  図２は、本発明によって用いられる特定の排気ガス処理装置を構築する様態を示す。
【図３】  図３は、排気ガス処理装置を示す。
【図４】  図４は、排気ガス処理装置の詳細図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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