(57)【要約】希薄混合気で作動する内燃機関、特に自動車に使用されるディーゼルエンジンからの排気ガスを浄化するための排気ガス浄化ユニットが開示される。微粒子フィルタ（３）とＳＣＲ触媒コンバータ（４）は、排気管路内に直列に前後に配置され、またそれらに還元剤供給部が装備される。アンモニア（１０）は、ＳＣＲ触媒コンバータの入力側で、還元剤供給部を用いて内燃機関からの排気ガス内に導入（８）することが可能である。本発明によれば、排気ガス浄化ユニットは、内燃機関からの排気ガスを濃縮するための水素発生器を備え、これによって水素が発生される。
2004532374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは希薄燃焼モードで作動される内燃機関、特に自動車に使用されるディーゼルエンジンからの排気ガスを浄化する排気ガス浄化ユニットであって、微粒子フィルタ（３）およびＳＣＲ触媒コンバータ（４）が流動方向に連続して配列される排気管（２）を有し、かつ還元剤供給部を有し、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（４）の入口側で前記還元剤供給部によりアンモニアを前記内燃機関の前記排気ガスに添加することが可能である排気ガス浄化ユニットにおいて、
前記還元剤供給部は、水素発生ユニット（１４）が発生させる水素により前記内燃機関（１）からの排気ガスを濃縮する前記水素発生ユニットを含むことを特徴とする排気ガス浄化ユニット。
【請求項２】
前記水素発生ユニット（１４）は、前記内燃機関（１）を作動させるために使用される燃料を改質するための改質器として設計されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項３】
前記還元剤供給部は、前記内燃機関（１）からの排気ガスに添加することができるアンモニアを発生させるアンモニア発生ユニット（１５）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項４】
前記アンモニア発生ユニット（１５）は、窒素変換アンモニア発生ユニットであることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項５】
窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ（５）が、前記微粒子フィルタ（３）の上流の前記排気管（２）に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項６】
酸化触媒コンバータ（６）が、前記微粒子フィルタ（３）の上流の前記排気管（２）に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項７】
前記微粒子フィルタ（３）は、触媒コーティングされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項８】
前記水素発生ユニット（１４）によって発生されるガスを、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（４）の入口側で、および／または前記微粒子フィルタ（３）の入口側で、または前記窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ（５）の入口側で、前記内燃機関（１）からの排気ガスに添加できることを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化ユニット。
【請求項９】
前記水素発生ユニット（１４）によって発生されるガスを、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（４）の入口側で、および／または前記酸素触媒コンバータ（６）の入口側で、前記内燃機関（１）からの排気ガスに添加できることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載された特徴を有する、好ましくは希薄混合気燃焼モードで作動される内燃機関からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この形式の排気ガス浄化ユニットは、例えば、特許文献１から公知である。対応する排気ガス浄化設備は、Ｄｅ−ＮＯｘまたはＳＣＲ（ＳＣＲ＝選択触媒還元）触媒コンバータの装置を含む。これらのＳＣＲ触媒コンバータは選択還元反応に触媒作用を及ぼし、この反応において、窒素酸化物は酸化性条件下で還元され、排気管内に導入されるアンモニアまたはアンモニアを放出する還元剤の助けにより無害な窒素を形成する。特許文献１は、還元剤としてアンモニアを使用し、さらに凝縮された排気ガス成分を除去するための微粒子フィルタを上流に接続することを提案している。これらおよび同様の設備は、酸素含有排気ガスから窒素酸化物のガス状の汚染物質を除去し、触媒活性は、一般的に、２００℃〜４５０℃の温度範囲で有効である。
【０００３】
法定の排気ガス限度値はさらに低減されるので、窒素酸化物レベルの低減に加えて、例えば一酸化炭素、炭化水素のような他の有害な排気ガス成分レベルの有効な低下を、特に比較的低い排気ガス温度で達成しなければならない。
【０００４】
【特許文献１】
独国特許出願公開第４０  ３２  ０８５  Ａ１号明細書
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９９  ０９  ９３３  Ａ１号明細書
【特許文献３】
独国特許発明第１９９  ２２  ９６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、広範囲の温度で汚染物質の有効な除去を可能にする排気ガス浄化ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載された特徴を有する排気ガス浄化ユニットによって達成される。
【０００７】
本発明によるこの排気ガス浄化ユニットは、それが水素発生ユニットを含むという事実によって区別される。この水素発生ユニットによって発生される水素は、要求に応じて排気ガスユニットに添加される。ＳＣＲ触媒コンバータとして公知のものは、排気ガス浄化ユニットにおいて微粒子フィルタの下流に配置される。ＳＣＲ触媒コンバータは、五酸化バナジウムをベースとする触媒コーティングを有することが多く、このコーティングは、酸化性条件下における窒素酸化物レベルの選択還元にほとんどもっぱら適応している。しかし、１つまたは複数の貴金属を含有する触媒コーティングを有するＳＣＲ触媒コンバータが、一般的である。例えば酸化反応のような他の反応は、この形式のＳＣＲ触媒コンバータによっても促進される。本発明による排気ガス浄化ユニットには、対応するＳＣＲ触媒コンバータを使用することが好ましい。
【０００８】
水素の酸化作用は、特に容易に、すなわち比較的低温においてさえも触媒反応に預かる。この場合、使用する酸化剤は窒素酸化物でもよく、これらの一部は還元されて水素の酸化中に窒素を形成する。したがって、酸化性排気ガスに水素を添加することにより、比較的低い排気ガス温度でも窒素酸化物レベルが有効に低減され得る。より高い排気ガス温度では、ＳＣＲ触媒コンバータに還元剤アンモニアを用いる選択還元によって、窒素酸化物レベルを低減することができる。これによって、有利に、広範囲の温度にわたって窒素酸化物レベルを低減することが可能である。
【０００９】
水素発生ユニットによって発生されるガスを排気ガスに添加するさらなる利点は、対応する触媒コンバータまたは排気ガスのより急速な加熱により得られ、このより急速な加熱は、特に触媒反応に預かることが容易な水素の発熱性酸化の結果、達成される。このことにより、例えば、ＳＣＲ作用に関してＳＣＲ触媒コンバータの加熱を促進させることが可能である。
【００１０】
当業者によく知られている任意の所望の装置を水素発生ユニットとして使用してもよい。例として、水電解槽またはメタノール改質器が自動車用途に適切であるかもしれない。別個に水素発生ユニットを使用すると、水素含有ガスが燃焼技術手段によって内燃機関の燃焼室内で発生される方法と比較して柔軟性が向上する。柔軟性の向上は、第一に、水素含有ガスをエンジン作動とは無関係の時間に使用できるという事実、第二に、必要ならば、水素含有ガスを異なる位置の排気管にゆっくりと添加できるという事実にある。一時的な貯蔵部が水素発生ユニットの下流に接続されるならば、システムの柔軟性をさらに向上することができる。次に、この貯蔵部に一時的に貯蔵される水素含有ガス混合気は、大きな需要があるとき、比較的大量に排気ガスに添加することができる。したがって、水素発生ユニットは、一時的な貯蔵部が使用されない場合よりもその大きさを小さく製造することができる。
【００１１】
請求項２に記載されているような好ましい実施形態では、水素発生ユニットは改質器として設計され、いずれにしろ内燃機関の作動のために送られる燃料が使用される。改質器内の改質プロセスは、やや化学量論的な空気添加によって、純粋に熱的な観点においても触媒的にも支援することができる。一般的に形成されるガスの水素含有量は、触媒シフトプロセスの後処理をすることによってさらに高めることができる。それ自体公知のこれらのシフトプロセスにおいて、一酸化炭素は蒸気と反応し、二酸化炭素と水素とを形成し、その結果、排出ガスの一酸化炭素含有量が相応して下がり、水素含有量が相応して増加する。
【００１２】
請求項３に記載されているような本発明の構造では、還元剤供給部は、内燃機関からの排気ガスに添加できるアンモニアを発生するためのアンモニア発生ユニットを有する。これによって、特に、自動車に対し問題を提起するガスまたは液状のアンモニアを送給する必要性が回避される。特許文献２および特許文献３は、例えば、燃焼源の内部または外部に発生される窒素酸化物の還元によってアンモニアが供給される方法を開示しているが、これは、排気管内に組み込まれた触媒コンバータ内の還元条件下で行われるので、内燃機関は少なくとも時々は濃厚条件下で作動しなければならず、これはディーゼルエンジンの場合に特に困難をもたらす。
【００１３】
対照的に、請求項４に記載されているような本発明の特に有利な構造では、アンモニア発生ユニットは窒素変換アンモニア発生ユニットとして設計される。この趣旨において、窒素変換という用語は、アンモニア発生ユニットが元素の窒素を用いてアンモニアを発生することを意味すると理解すべきである。アンモニアを発生するために使用される窒素は、周囲の空気からまたは内燃機関からの排気ガスから容易に採取することができる。したがって、アンモニアの発生は、一方で、内燃機関によって発生される窒素酸化物と有利に無関係あるいは内燃機関作動モードと実質的に無関係であり、他方、アンモニアまたはアンモニア放出材料を自動車に搭載して送給する必要性を回避することが可能である。
【００１４】
窒素変換アンモニア発生ユニットを有する本発明による排気ガス浄化ユニットでは、このユニットには、一方で、水素発生ユニットからの水素含有ガスが、他方で、空気または排気管内の任意の所望の位置から除去される排気ガス部分流が供給される。このため、実施例によれば、第１の合成ステップでは、窒素酸化物は、供給される大気の窒素から、あるいはプラズマ法のような本来公知の方法によってあるいは電気アークによって供給される酸素含有排気ガス内の窒素から発生される。好ましくは触媒によって増強される次の方法において、第１の合成ステージで発生される窒素酸化物は、水素含有ガスが添加されると還元されてアンモニアを形成する。
【００１５】
請求項５による本発明のさらに有利な構造では、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータは微粒子フィルタの上流の排気管に配置される。本発明のこの構造により、排気管内の適切な構成を前提として、特に、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータと微粒子フィルタとＳＣＲ触媒コンバータとの間の温度低下を利用することによって、広範囲の温度にわたって排気ガス浄化を達成することが可能である。特に、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータが有効である温度範囲が、高いエンジン負荷の場合、したがって排気ガスの温度が上昇する場合から逸脱するならば、窒素酸化物除去機能は、さらに下流に配置され、したがってより低い温度にあるＳＣＲ触媒コンバータによって実施することができる。
【００１６】
請求項６に記載されているような本発明による排気ガス浄化ユニットの他の特に有利な実施形態では、酸化触媒コンバータは、微粒子フィルタの上流の排気管に配置される。この構成も、水素含有ガスまたはアンモニア含有ガスの発生に鑑みて、非常に広範囲の温度で排気ガス浄化を可能にするために有利に適切である。
【００１７】
請求項７に記載されているような本発明の別の構造は、微粒子フィルタが触媒コーティングされることを特徴とする。これは、第一に、微粒子フィルタの上に付着した酸化可能な固体または不揮発性成分の酸化を促進する。第二に、微粒子フィルタのコーティングは、低い排気ガス温度で行われる、水素による窒素酸化物の選択還元を同時に促進することができる。コーティングされた微粒子フィルタは酸化触媒特性を有するので、微粒子の除去と同時に、酸化可能であって有害なガス状の性質を有する成分を排気ガスから除去することがさらに有利に可能である。
【００１８】
請求項８に記載されているような本発明の別の構造では、水素発生ユニットによって発生されるガスは、ＳＣＲ触媒コンバータの入口側で、および／または微粒子フィルタの入口側で、または窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの入口側で、内燃機関からの排気ガスに添加され得る。
【００１９】
直ちに水素が酸化されるために、水素含有ガスは、排気管に配置された貴金属含有の窒素酸化物貯蔵触媒コンバータまたはＳＣＲ触媒コンバータの入口側で、若しくは対応する構成要素の迅速な加熱が望まれる場合、触媒コーティングされた微粒子フィルタの入口側で、酸化性排気ガスに添加される。加熱は、この構成要素における水素の発熱性酸化による放熱により行われる。水素含有ガスのさらに有利な用途は、貴金属含有の触媒コンバータにおいて、または触媒コーティングされた微粒子フィルタにおいて、特に低い排気ガス温度（約８０℃〜２００℃）で行われる水素を用いた窒素酸化物の選択還元にある。例として、低い排気ガス温度で、窒素酸化物レベルは、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの入口側で水素含有ガスの添加によって還元される。水素による窒素酸化物の還元は、貴金属含有の窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの触媒中心で行われる。直ちに酸化可能な水素含有ガスを添加することにより、発熱性酸化プロセスによって窒素酸化物貯蔵触媒コンバータがさらに加熱される。窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの温度が、交互希薄／濃厚モードで窒素酸化物を除去するための作動温度に達したとき、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの入口側において水素含有ガスの添加を終了することができ、そして、内燃機関を純粋な希薄燃焼モードから交互希薄／濃厚モードに切り換えることができる。次に、窒素酸化物レベルは、内燃機関が希薄燃焼モードにあるときに、公知の方法で窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ内に窒素酸化物を貯蔵すること、および、内燃機関が濃厚モードにあるときに、貯蔵された窒素酸化物を還元することを交互に行うことによって低減される。したがって、全体的に、窒素酸化物レベルは、約８０℃〜約４００℃の広範囲の温度内で窒素酸化物貯蔵触媒コンバータによって低減することができる。
【００２０】
必要ならば、水素含有ガスを、ＳＣＲ触媒コンバータの入口側でも添加でき、この場合も、窒素酸化物レベルが選択還元され、かつ作動温度へ直ちに加熱される低温で利用することができる。したがって、上述の位置において水素含有ガスを任意に添加することにより、排気ガス浄化ユニット全体の最適な排気ガス浄化作用が得られる。
【００２１】
請求項９に記載されているような本発明の別の構造では、水素発生ユニットによって発生される水素含有ガスを、ＳＣＲ触媒コンバータの入口側で、および／または酸化触媒コンバータの入口側で、内燃機関からの排気ガスに添加できる。低い排気ガス温度で、酸化触媒コンバータの入口側において、直ちに酸化可能な水素含有ガスの添加により、酸化触媒コンバータの酸化触媒作用のための作動温度に、酸化触媒コンバータの温度を急速に加熱することができる。これにより、例えば、エンジンが加熱されつつあるとき、酸化可能な有害な成分（一酸化炭素、炭化水素）の排気ガスからの有効な除去を非常に迅速に達成することができる。同時に、貴金属含有の酸化触媒コンバータにおいて低温で行われる窒素酸化物の選択還元によって、窒素酸化物レベルの有効な低減を達成することができる。水素発生ユニットによって発生される水素含有ガスをＳＣＲ触媒コンバータの入口側で添加することにより、ＳＣＲ触媒コンバータの温度が、ＳＣＲ作用のための作動温度に迅速に達することも可能になる。貴金属含有ＳＣＲ触媒コンバータの場合、この触媒コンバータにおいて添加される水素の助けにより、窒素酸化物レベルを好ましくは低温で低減することも可能である。
【００２２】
以下の記載により、図面および関連する実施例を参照してより詳細に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１によれば、一例として４気筒構造である内燃機関１によって放出される排気ガスは、排気管２を介して微粒子フィルタ３に、次にＳＣＲ触媒コンバータ４に送られる。ＳＣＲ触媒コンバータは貴金属を含有することが好ましい。この型式のＳＣＲ触媒コンバータには、典型的に、白金族からの貴金属を含有するゼオライトコーティングが設けられる。
【００２４】
さらに、水素発生ユニットおよびアンモニア発生ユニット（図示せず）それぞれによって供給されるガスを添加点７、８を介して排気管２に添加できる添加管路９、１０は、図１に示した排気ガス浄化ユニットの実施形態にも設けられている。この場合、水素発生ユニットによって発生されるガスは、両方の添加管路９、１０または両方の添加点７、８を介して排気ガスに添加できる。アンモニア発生ユニットによって発生されるガスは、添加管路１０を介して、または添加点８を介してのみ排気ガスに添加される。
【００２５】
例えば本発明の操作を制御するための電子制御ユニットのような、内燃機関１および排気ガス浄化ユニット全体を制御するための本発明に関連しない構成要素、ガスの添加を制御するための水素発生ユニットおよび／またはアンモニア発生ユニット等、および排気管内の温度センサおよびラムダセンサ等は、明瞭なため図面には含まれていない。
【００２６】
好ましい模範的な実施形態では、微粒子フィルタ３には、触媒酸化の効果を有し、かつ、一般的に白金族からの貴金属を含有するコーティングが設けられる。この例では、少なくとも時々、添加管路９と添加点７とを介して、水素発生ユニットによってあるいはその下流に接続された一時的な貯蔵部によって、水素含有ガスが低い排気ガス温度（微粒子フィルタ３の入口側で約８０℃〜２００℃）で排気ガスに添加される。次に、微粒子フィルタ３で直ちに行われる酸化可能な水素含有ガスの発熱性酸化により、微粒子フィルタが加熱され、この結果、微粒子フィルタの温度は、例えば炭化水素のようなさらに酸化可能な排気ガス成分が酸化するために、急速に作動温度に達する。同時に、これらの温度において、内燃機関１からの排気ガス内に含まれる窒素酸化物の選択還元が、添加された還元剤の水素により、微粒子フィルタ３内で行われる。しかし、この反応は、一般的には比較的狭い温度範囲に限定される。微粒子フィルタ３の加熱が増し、一方で、炭化水素が酸化するための微粒子フィルタの作動温度が達成され、他方で、窒素酸化物レベルを還元するのに最適な温度範囲を超えた場合、添加点７を介した水素含有ガスの添加が終了される。
【００２７】
この時点で、排気管２内の微粒子フィルタ３の下流に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ４の温度が、アンモニアを使用する窒素酸化物レベルを選択還元するための作動温度に達しなかった場合、水素含有ガスが、添加管路１０と添加点８とを介して少なくとも時々は添加される。この結果、ＳＣＲ触媒コンバータの加熱が促進される。さらに、還元剤の水素を使用する窒素酸化物レベルの選択還元が、この触媒コンバータで行われる。ＳＣＲ触媒コンバータ４の温度が相応して上昇した場合、水素含有ガスの添加を終了し、そして、窒素酸化物レベルを還元する作用を維持するために、アンモニア発生ユニットからのアンモニアを添加管路１０と添加点８とを介して排気ガスに添加することが可能である。
【００２８】
添加すべき対応する還元剤の適切な量および添加位置の選択は、いずれにしろ現在の内燃機関に存在する電子制御ユニットで有利に決定される。この場合、上述のように、排気ガスの温度を評価基準として使用することが好ましい。内燃機関の一般的な動作点に基づく特性グラフによって還元剤の添加を制御することも可能である。
【００２９】
図２は、本発明による排気ガス浄化ユニットの別の実施例を示している。これに関連して、図１に示した特徴部分に対応する特徴部分には、同一の参照符号が付与される。
【００３０】
図１に示した実施形態の追加の特徴部分として、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５が、触媒コーティングされた微粒子フィルタ３の上流の排気管２に配置される。この例では、水素含有ガスの添加点７は、この触媒コンバータ（窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ）５の入口側に設けられる。
【００３１】
窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５は一般的に白金族からの貴金属を含むので、この触媒コンバータ（窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ）５も、還元剤の水素の助けにより低い排気ガス温度で窒素酸化物を還元できる特性を有する。しかし、主に、すなわち約２００℃〜約４５０℃の窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５の温度で、内燃機関１からの排気ガス内の窒素酸化物レベルは、公知の方法である交互希薄／濃厚作動モードによって低減される。温度が上述の範囲より下方にある場合、水素含有ガスは、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５の入口側で排気ガスに添加される。この結果、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータのより迅速な加熱が行われる。触媒コンバータ（窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ）５の温度が上昇したとき、添加点７を介して水素含有ガスの添加が終了され、また内燃機関１を純粋な希薄燃焼モードから交互希薄／濃厚作動モードに切り換えることができる。したがって、一方で、窒素酸化物レベルの還元作用が保持され、他方で、一酸化炭素および炭化水素のような酸化可能なガス状汚染物質が酸化され、内燃機関１の交互希薄／濃厚作動モードの希薄燃焼段階中に、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５内で無害にされる。
【００３２】
補助手段として、交互希薄／濃厚作動モードの希薄燃焼段階中に、ＳＣＲ触媒コンバータ４の入口側の添加管路１０と添加点８とを介して、アンモニア発生ユニットからアンモニアを排気ガスに添加できる。これにより、例えば、窒素酸化物が漏れた場合、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５を通過した窒素酸化物をＳＣＲ触媒コンバータ４内で無害にすることが可能である。したがって、内燃機関１は、かなり長時間経済的な希薄燃焼モードで作動することができる。ＳＣＲ触媒コンバータの温度が、アンモニアを使用した窒素酸化物レベルの最適な還元に必要とされる温度に達しなかった場合、この場合も、水素発生ユニットからの水素含有ガスを時々添加することによって、ＳＣＲ触媒コンバータ４の迅速な加熱を達成することができる。
【００３３】
図２に示した本発明の構造の別の利点は、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータの温度範囲を有効に超過した場合、約４５０℃で、排気管２内のさらに下流に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ４がなお活動状態にあることである。窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５とＳＣＲ触媒コンバータ４との間に空間的に距離があるために、約１００℃の温度低下が、比較的高い排気ガス温度にあるこれらの触媒コンバータ５、４の間に存在する。アンモニアを使用する窒素酸化物レベルの選択還元は、ＳＣＲ触媒コンバータ４において最高約４５０℃で一般的に行われるので、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ５の入口側で排気ガス温度が約４００℃を超える場合、内燃機関１は、交互希薄／濃厚作動モードから純粋な希薄燃焼モードに切り換えられ、窒素酸化物レベルはＳＣＲ触媒コンバータ４のみによって還元される。このようにして、内燃機関１からの排気ガス内の窒素酸化物レベルの非常に有効な低減を、非常に広範囲の温度で実施することができる。
【００３４】
図３に示した本発明による排気ガス浄化ユニットの別の実施例は、酸化触媒コンバータ６が微粒子フィルタ３の上流の排気管２に配置されるという事実が、図２に示した実施例と異なる。この場合、水素含有ガス用の添加点７は、この触媒コンバータ６の入口側に設けられる。さらに、この模範的な実施形態では微粒子フィルタ３はコーティングされていない。図１および／または図２に示した特徴部分に対応する特徴部分には、同一の参照符号が付与される。図１および／または図２に示した模範的な実施形態と同様に、水素発生ユニットによって発生された水素含有ガスが、添加管路９および添加点７、並びに添加管路１０および添加点８の両方を介して排気ガスに添加され得る。
【００３５】
酸化触媒コンバータ６の入口側の約８０℃〜約２００℃の低い排気ガス温度で、水素発生ユニットからのおよび／または水素発生ユニットの下流に接続された一時的な貯蔵部からの水素含有ガスが、添加管路９と添加点７とを介して、少なくとも時々は排気ガスに添加される。次に酸化触媒コンバータ６で直ちに行われる酸化可能な水素含有ガスの発熱性酸化により、酸化触媒コンバータが加熱され、この結果、酸化触媒コンバータの温度は、例えば炭化水素のようなさらに酸化可能な排気ガス成分の酸化に必要とされる作動温度に急速に達する。同時に、これらの温度において、内燃機関１からの排気ガス内に含まれる窒素酸化物の選択還元が、添加された還元剤の水素により、酸化触媒コンバータ３内で行われる。酸素触媒コンバータ６の加熱が増し、一方で、炭化水素が酸化されるために必要な酸素触媒コンバータの作動温度が達成され、他方で、窒素酸化物レベルを還元させるのに最適な温度範囲を超えた場合、添加点７を介した水素含有ガスの添加が終了される。
【００３６】
この時点で、排気管２内の微粒子フィルタ３の下流に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ４の温度が、アンモニアを使用する窒素酸化物レベルを選択還元するための作動温度に達していなかった場合、水素含有ガスが添加管路１０と添加点８とを介して少なくとも時々は添加される。これにより、ＳＣＲ触媒コンバータの加熱が促進される。さらに、還元剤の水素を使用する窒素酸化物レベルの選択還元が、今やこの触媒コンバータでも行われる。ＳＣＲ触媒コンバータ４の温度がそれに応じて上昇した場合、水素含有ガスの添加を終了し、そして、窒素酸化物レベルを還元する作用を維持するために、アンモニア発生ユニットからのアンモニアを添加管路１０と添加点８とを介して排気ガスに添加することができる。
【００３７】
図４は、概略的なブロック図であり、水素発生ユニット１４およびアンモニア発生ユニット１５のシステム構成の模範的な実施形態、並びに関連する基盤設備を示している。この実施形態では、図１〜図３に示した特徴部分は同一の参照符号を用いて示している。制御ラインと電力供給ライン、並びに例えば燃料またはガスを供給するポンプのような本発明に関連しない構成要素は、明瞭なため図面に含まれていない。
【００３８】
水素発生ユニット１４は、触媒改質器（改質器）として設計されることが好ましく、燃料供給管路１１と空気供給管路１２とを介して燃料と空気が供給される。使用燃料は、内燃機関１を作動するために自動車で利用可能な燃料であることが好ましい。供給された燃料は、水素発生ユニット１４内に供給された空気を用いる触媒改質プロセス（改質プロセス）において、必要なときに水素含有ガスに変換され、管路９１を介して一時的な貯蔵部１８に送られる。そこから、発生された水素含有ガスは、四方弁として設計された切換え点２０によって、管路９３を介してアンモニア発生ユニット１５に選択的に送ることができる、および／または管路９２を介して放出される、または内燃機関１から添加管路９を介して排気ガスに添加される。管路９２は添加管路１０に開放されており、その部分で排気管２に導かれる。
【００３９】
アンモニア発生ユニット１５は、アンモニア含有ガスを発生するために必要な時に使用される。本明細書に示した好ましい模範的な実施形態では、窒素酸化物発生器１６、一時的な貯蔵部１９、および窒素酸化物還元ユニット１７が含まれる。空気または内燃機関１の排気管２から除去される酸素含有排気ガスの部分的な流れは、供給管路１３を介して窒素酸化物発生器１６に送られる。窒素酸化物発生器における窒素酸化物の発生は、電気アークの助けにより実施することが好ましいが、上記目的のために、例えばプラズマ法を利用することが可能である。発生される窒素酸化物含有ガスは、一時的な貯蔵部１９の下流に一時的に貯蔵することができ、そこから窒素酸化物還元ユニット１７に添加され得る。窒素酸化物還元ユニット１７において、供給された窒素酸化物が還元され、管路９３を介して供給された水素含有ガスの助けによりアンモニアを形成する。それ自体は公知の方法である連続又は不連続に実施し得る触媒プロセスは、上記の目的に合致することが好ましい。一例として、還元剤の水素の助けにより、上記の目的に合致する任意の触媒コンバータで、アンモニアを形成するための窒素酸化物の連続反応を実施することができる。標準的な三元触媒コンバータと同様の触媒コーティングを有する触媒コンバータは、上記の目的に特に合致する。アンモニアが不連続的に発生するために、窒素酸化物還元ユニット１７は、好ましくは窒素酸化物貯蔵触媒コンバータを含み、この下流にアンモニア発生触媒コンバータを接続することが可能である。十分な量の窒素酸化物が窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ内に貯蔵された後、貯蔵された窒素酸化物は、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータから放出され、かつ還元され、公知の方法で管路９３から水素含有ガスを導入することによってアンモニアを形成する。次に、このようにして発生されたアンモニアは、内燃機関１から添加管路１０を介して排気ガスに添加される。アンモニアの添加を時間の経過と共に適切に分割するために、窒素酸化物還元ユニット１７の出口側に一時的な貯蔵部１９を直接配置することも有効であり得る。
【００４０】
したがって、記載した水素発生ユニット１４およびアンモニア発生ユニット１５の模範的な実施形態、およびこれらのユニット間の相互作用は、必要に応じて添加管路９、１０と添加点７、８とを介して、内燃機関１からの排気ガスに水素含有ガスまたはアンモニア含有ガスを添加することを有利に可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】排気管内に微粒子フィルタ及びＳＣＲ触媒コンバータ、並びに水素含有ガスおよびアンモニア含有ガスの添加点を有する排気ガス浄化ユニットを備える内燃機関の概略的なブロック図である。
【図２】図１に示したような排気ガス浄化ユニットを有する内燃機関の概略的なブロック図であるが、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータは排気管内の微粒子フィルタの上流に配置されている。
【図３】図１に示したような排気ガス浄化ユニットを有する内燃機関の概略的なブロック図であるが、酸素触媒コンバータは排気管内の微粒子フィルタの上流に配置されている。
【図４】水素発生ユニットおよびアンモニア発生ユニットのシステム構成の概略ブロック図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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