(57)【要約】酸化窒素を還元するための吸蔵触媒（１，１０）を有した触媒コンバータと、再生位相で吸蔵触媒（１，１０）の入口側に還元剤を供給するための供給装置（２）とを備えた排ガス浄化装置において、吸蔵触媒（１，１０）を通過した排ガス流の少なくとも一部を戻し案内するために、戻し導管（３）が設けられていて、該戻し導管（３）内には排ガスフィードポンプ（４）を配置することができることが提案されている。再生位相中の吸蔵触媒（１）における排ガス戻し案内は、排ガス中の酸素含量を減じ、これにより、供給する還元剤、例えば燃料のような還元剤を減じることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化窒素を還元するための吸蔵触媒（１，１０）を有した触媒コンバータと、吸蔵触媒（１，１０）の入口側に還元剤を供給するための供給装置（２）とを備えた排ガス浄化装置において、
吸蔵触媒（１，１０）を通過した排ガス流の少なくとも一部を、吸蔵触媒（１，１０）の入口側に戻し案内するための戻し導管（３）が設けられていることを特徴とする、排ガス浄化装置。
【請求項２】
戻し導管（３）内にフィードポンプ（４）が設けられている、請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
戻し導管（３）内に逆止弁が設けられている、請求項１または２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
吸蔵触媒（１，１０）に対して平行に延びるバイパス導管（５）が設けられており、排ガスフラップ（６）を介して、吸蔵触媒（１，１０）およびバイパス導管（５）への流入が調節可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
バイパス導管（５）に別の触媒が設けられている、請求項４記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
吸蔵触媒（１，１０）に対して平行に、別の吸蔵触媒（７）が接続されており、排ガスフラップ（６）を介して、両吸蔵触媒（１，１０；７）への流入が調節可能であって、別の吸蔵触媒（７）が排ガスフラップ（８，９）を介して、第１の吸蔵触媒（１，１０）の排ガスを戻し案内するための戻し導管（３）に、別の吸蔵触媒（７）を通過した排ガス流の少なくとも一部を入口側に戻し案内可能であるように接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
連続的に作業する少なくとも１つの吸蔵触媒（１０）が設けられており、還元剤を供給するための供給装置（２）と、排ガスを戻し案内するための戻し導管（３）とが定置に設けられていて、吸蔵触媒（１０）が所定の軸線を中心に回転可能に配置されていて、この場合、供給装置（２）を介して還元剤を、吸蔵触媒（１０）の供給横断面全体にわたって供給可能であるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
吸蔵触媒（１，１０；７）の下流側で、排ガス導管内に、酸化触媒（１１）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
排ガスを浄化するための方法であって、排ガスを、酸化窒素を還元するための吸蔵触媒（１，１０）を通して案内し、吸蔵触媒の再生のために還元剤を吸蔵触媒を通るように案内する方法において、
再生中に、吸蔵触媒を通過した排ガスの少なくとも一部を、吸蔵触媒の入口側へ戻し案内することを特徴とする、排ガスを浄化するための方法。
【請求項１０】
再生中に、排ガスの一部を吸蔵触媒（１，１０）を通して、その他の部分を吸蔵触媒（１，１０）を取り囲むバイパス導管（５）によって案内する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
バイパス導管（５）によって案内される部分を、別の吸蔵触媒を通して案内する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
付加的に平行に接続された別の吸蔵触媒（７）を使用し、吸蔵触媒（１，１０；７）を交互に蓄積し、再生する、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
連続的に作用する吸蔵触媒を使用し、この吸蔵触媒に部分的には還元剤を、別の部分では浄化すべき排ガスを付与し、吸蔵触媒（１０）が、流れ方向に対して平行な軸線を中心として回転している間に、吸蔵触媒（１０）の、還元剤を付与された部分に排ガスを戻し案内する、請求項９から１２までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、酸化窒素を還元するための吸蔵触媒を有した触媒コンバータと、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を備えた排ガス浄化装置に関する。さらに本発明は、排ガスを浄化するための方法であって、排ガスを、酸化窒素を還元するための吸蔵触媒を通して案内し、吸蔵触媒の再生のために還元剤を吸蔵触媒を通るように案内する方法に関する。
【０００２】
背景技術
冒頭で述べた形式の排ガス浄化装置は種々様々な構成が公知である。ここで使用される吸蔵触媒は所定の時間にわたって、大抵は約２分まで、酸化窒素（ＮＯＸ）を、内燃機関（ディーゼルエンジン）の排ガス流から吸蔵する。蓄積された触媒は、次いで数秒間で放出されなければならない。酸化窒素は、この場合、窒素に還元され、再び排ガスへと加えられる。この放出過程または再生過程のために、λ＜１の空気過剰率が形成された状態で、還元雰囲気（リッチな混合気）が必要である。
【０００３】
λ＜１の空気過剰率は、エンジンの内部では燃焼の制御により直接的に、またはエンジンの外部では排ガスシステムへの還元剤（ディーゼル燃料）の調量により得られる。エンジン内部では、燃料と燃焼空気との比は制御され、この場合、リッチな混合気（λ＜１）が形成される。しかしながらこのような形式の制御では、下方の回転数・負荷領域でしか、煤の少ない燃焼を行うことができない。全特性領域における吸蔵触媒の再生は、目下のところ、高い微粒子エミッションもしくはスモークエミッションを伴う。
【０００４】
外部的な再生のためには、還元剤をミキサを介して、吸蔵触媒への排ガス流に調量して導入することが公知である。再生は部分流においても行われ、この場合、再生中に排ガスはバイパス導管を介して、放出される吸蔵触媒の側方を通過する。さらに、排ガス導管に２つの吸蔵触媒が平行に配置されているツインシステムも公知である。排ガスフラップによって、その都度一方の吸蔵触媒には蓄積され、排ガス流から遮断された他方の吸蔵触媒は、還元剤の供給により放出される。
【０００５】
このような外部的な再生では、とりわけ排ガス中の酸素の過剰が明らかな燃費の悪化に原因となる。何故ならば、燃料は、空気過剰率を１．０より低くするために再生中に触媒により燃焼されなければならないからである。
【０００６】
上方の回転数・負荷領域において酸化窒素物エミッションが高いことに基づき、吸蔵触媒の蓄積時間は、頻繁な再生サイクルが必要とされるほど僅かである。このことは、排ガス中の酸素過剰と相まって明らかに燃費を悪化させる。２つの平行に接続された吸蔵触媒からなる上記のツインシステムは、確かに吸蔵触媒の交互の蓄積・放出を可能にし、ひいては連続的な排ガス浄化を可能にするが、排ガス中の酸素過剰の問題および高まる燃料消費の問題を解決しない。
【０００７】
従って本発明の課題は、冒頭で述べた形式の排ガス浄化装置を改良して、再生すべき吸蔵触媒を有した触媒コンバータにおいて燃費の悪化の上記問題を解決するような排ガス浄化装置と、相応する排ガス浄化方法を提供することである。
【０００８】
この課題は、請求項１及び請求項９の特徴により解決された。有利な構成は、それぞれ従属請求項に記載されている。
【０００９】
発明の効果
本発明では、吸蔵触媒を有した触媒コンバータと、吸蔵触媒に還元剤を供給するための供給装置とを備えた排ガス浄化装置において、吸蔵触媒を通過した排ガス流の少なくとも一部を、吸蔵触媒の入口側に戻し案内することができる戻し導管が設けられていることが提案される。
【００１０】
本発明の排ガス浄化法では、吸蔵触媒の再生位相で、吸蔵触媒を通過した排ガスの少なくとも一部を、吸蔵触媒の入口側へ戻し案内する。
【００１１】
本発明によれば、排ガスの一部が吸蔵触媒に戻されることにより吸蔵触媒の再生中に排ガス中の酸素含有量を減じることができる。戻された部分流を適当に形成することにより、排ガス中の酸素含有量は再生位相で所定のように減じられる。酸素含有量の低減により、燃料過剰消費は、排ガス戻し案内を行わないこれまでのシステムよりも減じられる。何故ならば、酸素の除去のためには著しく少ない還元剤（燃料）しか必要ではないからである。
【００１２】
本発明の排ガス浄化装置では、フィードポンプを戻し導管に設けると有利である。これにより排ガスは、所定の圧力及び／又は所定の量で吸蔵触媒へと戻すことができる。
【００１３】
逆止弁は、戻し導管を介した短絡流を防止する。
【００１４】
再生位相において、浄化すべきエンジン排ガスの多くても一部しか吸蔵触媒へと案内しないために、この触媒に対して平行に延びるバイパス導管を設けなければならない。この場合、排ガスフラップを介して、吸蔵触媒およびバイパス導管へのその都度の流入を調節することができる。
【００１５】
比較的短い再生時間中の連続的な排ガスの浄化を保証するために、バイパス導管に、または平行な導管に別の触媒を接続するのが有利である。この別の触媒は、吸蔵触媒または公知のＤＥＮＯＸ触媒であってよい。別の吸蔵触媒が使用される場合には、この吸蔵触媒は、再生中に排ガス部分流を戻すための所定の戻し導管を介して設けられている。
【００１６】
しかしながら、２つの吸蔵触媒から成るツインシステムでは、両吸蔵触媒が排ガスフラップを介して接続される１つの戻し導管しか設けないことが有利である。このような排ガスフラップの位置に応じて排ガスの一部分を、両吸蔵触媒のうちの一方に戻すことができる。このような配置により、１つの戻し導管と、場合によっては設けられる別の構成部分、即ち還元剤のための１つの調量装置、１つのフィードポンプ、及び／又は１つの触媒ミキサなどを設けなくてすむ。再生のために１つの共通の排ガス戻し導管を使用することは、連続的な排ガス浄化を保証するために、２つの吸蔵触媒の同時の再生はいずれにせよ回避されるので有利である。
【００１７】
本発明の排ガス浄化システムは、連続的な吸蔵触媒のためにも使用できる。この吸蔵触媒は、回転する孔付きスクリーンと協動する。この孔付きスクリーンを介して、還元剤が排ガス流内に案内される。孔付きスクリーンは、吸蔵触媒の全横断面を擦過し、これにより完全な１回転後に再生位相が行われる。
【００１８】
本発明の排ガス浄化装置においてこのような連続的な吸蔵触媒を使用するために、流出する排ガスの部分が、再生位相中に孔付きスクリーンに戻され、この孔付きスクリーンによって還元剤が調量供給される。この場合、吸蔵触媒を軸線を中心として、横断面全体が、孔付きスクリーンが回転した場合のように擦過されるように回転すると有利である。さらに有利には、戻し導管が、還元剤が、吸蔵触媒の入口側に付与される部分流に配置されている。
【００１９】
吸蔵触媒および戻し導管ならびに場合によっては別の平行に接続された導管の下流側で、酸化触媒を排ガス導管に設けるのが有利である。酸化触媒は、排ガス流中の燃焼されない炭化水素成分の酸化によって、ＨＣ流出およびＣＯ流出を防止する。
【００２０】
さらに有利には、触媒ミキサを、還元剤の供給の個所の下流側で排ガス流中に設ける。この還元剤はこれにより分解され良好に混合される。
【００２１】
触媒の始動温度に迅速に達するために、特に、暖機運転位相では、触媒温度をあげるために、還元剤（燃料）を排ガス流中に調量して供給することができる。
【００２２】
本発明は外部的な再生原理から出発しているので、再生位相中にエンジン側に絞りフラップは不要であり、かつ、エンジン制御に直接に作用する必要ははない。
【００２３】
本発明によれば、還元剤および燃料の過剰消費が極めて減じられた状態で、吸蔵触媒の再生が可能である。
【００２４】
図面
次に、添付の図面により示された実施例につき本発明を詳しく説明する。
【００２５】
図１には、本発明による排ガス浄化装置の第１の実施例が示されており、
図２には、本発明による排ガス浄化装置の別の実施例（ツインシステム）が示されており、
図３には、本発明による排ガス浄化装置のために使用することができる連続的に作業する吸蔵触媒が概略的に示されており、
図４には、図３の連続的な吸蔵触媒の正面図が示されている。
【００２６】
実施例の説明
図１には、本発明による排ガス浄化装置の第１の実施例が概略的に示されている。内燃機関・ディーゼルエンジン（図示せず）から出る排ガスは触媒により浄化される。この排ガスは主として、窒素と二酸化炭素と水とから成っており、僅かな部分は有害物質から成っている。この有害物質には、一酸化炭素、未燃焼の炭化水素、窒素、微粒子（煤）が数えられる。酸化触媒により、完全には燃焼されていない成分、ＣＯとＨＣ（炭化水素）が二酸化炭素と水となるように酸化される。存在する窒素は還元触媒によって取り除かれる。このために従来のアクティブなＤＥＮＯＸ触媒コンバータ及び／又は吸蔵触媒が使用される。この吸蔵触媒は、所定の時間にわたって（約２分まで）酸化窒素を吸収することができ、比較的短い時間（数秒）で再生しなければならない。このような再生においては、酸化窒素が窒素に還元され、再び排ガス流に加えられる。このような還元プロセスには、空気過剰率λ＜１の酸素の少ない環境（リッチな混合気）が必要である。このために、吸蔵触媒へと流れる排ガスに還元剤が調量供給される。還元剤としてはしばしば燃料が使用される。
【００２７】
再生中に吸蔵触媒に供給される排ガスにおける酸素含量を減じると同時に供給された還元剤・燃料を節約するために、図１に示した本発明による排ガス浄化装置が適している。この排ガス浄化装置は、還元剤を供給するための供給装置２と、供給された還元剤を混合し、分解するための後置された触媒ミキサ１２とを備えた吸蔵触媒１から成っている。戻し導管３を介して本発明によれば、吸蔵触媒１を通過した排ガス流の一部が排ガス流の入口側に戻される。戻し導管３には、排ガスフィードポンプ４が設けられている。排ガスフラップ６は、一方では吸蔵触媒への排ガスの供給を制御し、他方では、この吸蔵触媒に対して平行に延びるバイパス導管５への排ガスの供給を制御する。このような装置には酸化触媒１１が後置されている。
【００２８】
通常の状態では、吸蔵触媒１は、バイパス導管５が排ガスフラップ６により閉鎖された状態で蓄積される。吸蔵触媒１の再生のために、排ガスフラップ６が、部分流しか触媒に達しないように調節される。排ガス部分流の最良の調節のために排ガスフラップははＥＤＣによって、運転条件または運転点に応じて調節される。調量システム２によって、還元剤、この場合ディーゼル燃料が排ガス中に噴射される。後置された触媒ミキサ１２は、還元剤を排ガスと混合し、第１の分解と酸化プロセスとを導入する。
【００２９】
戻し導管３内の排ガスポンプ４により、吸蔵触媒１における排ガス戻し案内が行われ、これにより再生中の排ガスにおける酸素含量が減じられる。排ガスフィードポンプ４には逆止弁が設けられていて、これにより吸蔵触媒１の蓄積中に短絡流が吸蔵触媒１の近傍を流れ、戻し導管３を介して発生することはない。
【００３０】
図示したシステムでは、排ガスの主流の再生中には、バイパス導管５を通って吸蔵触媒１の側方を通過する。後置された酸化触媒１１によりＨＣの流出が防止される。
【００３１】
本発明による排ガス浄化装置の別の実施例が図２に示されている。ここには、平行に配置された２つの吸蔵触媒１，７からなるツインシステムが示されている。一方の吸蔵触媒１，７に蓄積されている間に、第２の吸蔵触媒７，１が、排ガスの部分流において再生を行う。この場合、吸蔵触媒１，７の平行な蓄積が可能である。この場合、両触媒の蓄積状態は異なっているべきである。図１の構成部分に相当する構成部分には同じ符号を付与する。
【００３２】
両吸蔵触媒１，７は、排ガス部分流を戻すために１つの共通の戻し導管３を有している。この戻し導管３内には（図１と同様に）付加的な構成部分として調量絞りシステム２と、触媒ミキサ１２と、排ガスポンプ４とが設けられている。排ガスプラップ６は、吸蔵触媒１および吸蔵触媒７への排ガス供給流を制御する。この実施例でも、両触媒には１つの酸化触媒１１が後置されている。
【００３３】
図１の実施例によれば、再生中に、排ガス戻し案内は専ら、放出されるべき吸蔵触媒において行われる。２つの別の排ガスプラップ８，９によって、戻し導管３は、その都度、再生させるべき各吸蔵触媒１，７に配属される。これにより２つの吸蔵触媒１，７のためには１つの調量システム２と、１つの触媒ミキサ１２と１つの排ガスフィードポンプ４しか必要としない。
【００３４】
ツインシステムの利点はさらに、再生位相の間のバイパス流がないことにある。これにより連続的な排ガスの浄化が可能である。
【００３５】
原則的には、個々の吸蔵触媒１，７に、還元剤供給装置を有した固有の排ガス戻し路を設けることも可能である。これにより、２つの排ガスフラップ８，９も省くことができる。
【００３６】
図３には、還元剤（ＨＣ）を供給するための供給装置２を備えた連続的に作動する吸蔵触媒１０が示されている。これは図４に正面図でも、吸蔵触媒１０の横断面が示されている。供給装置２は主として、孔付きスクリーン１３から成っていて、この孔付きスクリーン１３は、回転可能に配置されているので、吸蔵触媒１０の全横断面を擦過することができる。孔付きスクリーン１３への還元剤の供給は、回転軸線に対して同心的な導管を介して行われる。
【００３７】
矢印１４は、排ガスの流入方向を示している。孔付きスクリーン１３から流出する還元剤は、排ガス流によって捕捉され、吸蔵触媒１０の内部を通って案内される。ここには還元雰囲気（λ＜１）が形成され、これにより吸蔵された酸化窒素が窒素に還元され、容積流ＶＲとして吸蔵触媒１０を通過する。孔付きスクリーン１３によってカバーされていない領域を通って排ガスは、吸蔵触媒１０の内部に流れ、これにより吸蔵触媒１０には酸化窒素が蓄積される。孔付きスクリーン１３の回転速度に応じた吸蔵時間後に、再生位相が行われる。酸化窒素が浄化された排ガス流は、容積流ＶＳとして吸蔵触媒１０を通過する。
【００３８】
連続的に作業するこのような形式の吸蔵触媒において本発明を履行するためには、排ガス流、特に排ガス流ＶＲの一部が孔付きスクリーン１３に戻される。戻し案内導管と孔付きスクリーン１３とを固定的に保持するために、孔付きスクリーン１３の代わりに有利には吸蔵触媒が長手方向軸線を中心として回転される。
【００３９】
上記の実施例は、吸蔵触媒における本発明の使用の可能性を明らかにしている。本発明は、内燃機関の制御装置に影響を与える必要はなしに、吸蔵触媒を有した触媒コンバータにおいて燃料の過剰消費を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による排ガス浄化装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】
本発明による排ガス浄化装置の別の実施例（ツインシステム）を示す図である。
【図３】
本発明による排ガス浄化装置のために使用することができる連続的に作業する吸蔵触媒を概略的に示す図である。
【図４】
図３の連続的な吸蔵触媒の正面図である。
【国際公開パンフレット】
2004511711.tif 000003
2004511711.tif 000004
2004511711.tif 000005
2004511711.tif 000006
2004511711.tif 000007
2004511711.tif 000008
2004511711.tif 000009
2004511711.tif 000010
2004511711.tif 000011
2004511711.tif 000012
2004511711.tif 000013
2004511711.tif 000014
2004511711.tif 000015
2004511711.tif 000016
2004511711.tif 000017
2004511711.tif 000018
2004511711.tif 000019
2004511711.tif 000020
2004511711.tif 000021
2004511711.tif 000022
2004511711.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月30日(2002.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
酸化窒素吸蔵体を有した触媒装置を有した排ガス浄化装置であって、酸化窒素吸蔵体を通過した排ガス流の少なくとも一部を、酸化窒素吸蔵体の入口側に戻し案内するための戻し導管が設けられている形式のものにおいて、
酸化窒素吸蔵体が、吸蔵触媒（１，１０）として酸化窒素を還元するように形成されていて、還元剤を吸蔵触媒（１，１０）の入口側に供給するための供給装置（２）が設けられており、該供給装置がエンジンの後方に配置されていて、戻し導管が、吸蔵触媒を通過した排ガスの少なくとも一部を、供給装置の上流側で吸蔵触媒に戻すことができることを特徴とする、排ガス浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
排ガスを浄化するための方法であって、排ガスを窒素吸蔵体を有する触媒コンバータに案内し、酸化窒素吸蔵体を通過した排ガス流の少なくとも一部を、酸化窒素吸蔵体（１，１０）の入口側に戻すことができる形式のものにおいて、
酸化窒素吸蔵体が、吸蔵触媒（１，１０）として酸化窒素を還元するように形成されており、吸蔵触媒の再生のために、吸蔵触媒（１，１０）の入口側に還元剤を供給することができ、還元剤の供給はエンジンの後方で行い、吸蔵触媒を通過した排ガス流の少なくとも一部を、還元剤の供給部の上流側に戻すことを特徴とする、排ガスを浄化するための方法。
【国際調査報告】
2004511711.tif 000024
2004511711.tif 000025
2004511711.tif 000026
2004511711.tif 000027
2004511711.tif 000028
2004511711.tif 000029