(57)【要約】【課題】内燃エンジンの動作条件によらずに排気気体の浄化処理を実現するように排気気体を必要な温度にする簡単で経済的な装置を提供する。【解決手段】内燃エンジン（１０）の排気ライン（２０）を循環している排気気体の温度を制御する方法であって、排気ライン（２０）は、排気気体に含まれている汚染物質を処理する汚染物質処理手段（３０）と、汚染物質処理手段（３０）を通して流れる排気気体を冷却または加熱する熱交換手段（３２）と、を有しており、流体循環用の閉じた回路（３４）の蒸発器（３８）を熱交換手段（３２）として使用することを特徴とする、排気気体の温度を制御する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン（１０）の排気ライン（２０）を循環している排気気体の温度を制御する方法であって、前記排気ライン（２０）は、前記排気気体に含まれている汚染物質を処理する汚染物質処理手段（３０）と、前記汚染物質処理手段（３０）を通して流れる前記排気気体を冷却または加熱する熱交換手段（３２）と、を有しており、前記熱交換手段（３２）として、流体循環用の閉じた回路（３４）の蒸発器（３８）を使用することを特徴とする方法。
【請求項２】
高温の流体が前記排気気体を加熱するように前記高温の流体を前記蒸発器に供給することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回路に接続された流体貯蔵手段（５６）に収容されている高温の流体を使用することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記貯蔵手段（５６）をバイパスライン（５４）によって前記蒸発器（３８）に接続することを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
内燃エンジン（１０）の排気ライン（２０）を循環している排気気体の温度を制御する装置であって、前記排気ライン（２０）は、前記排気気体に含まれている汚染物質を処理する汚染物質処理手段（３０）と、前記汚染物質処理手段を通して流れる前記排気気体を冷却または加熱する可逆熱交換手段（３２）と、を有しており、前記可逆熱交換手段（３２）は、流体循環用の閉じた回路（３４）の蒸発器（３８）であることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記回路（３４）は高温の流体用の貯蔵タンク（５６）を有している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記タンクは断熱タンクである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記タンク（５６）は流体加熱手段を有している、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記回路（３４）は、前記流体を前記タンクから前記蒸発器（３８）へ流すことができるようにするバイパスライン（５４）を有している、請求項５から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記バイパスライン（５４）は絞り手段（６２）を支持している、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記汚染物質処理手段は選択還元触媒（３０）を有している、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン、特にディーゼル型式の内燃エンジンからの排気気体に含まれている汚染物質を処理する手段を通して流れる排気気体の温度を制御する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーロ６などの環境標準に準拠し、これらの標準の厳格化に対応するために、排気気体に含まれているこれらの汚染物質、特に窒素酸化物（ＮＯとＮＯ２）、より一般的にはＮＯｘと呼ばれる汚染物質は、大気中に排出される前に処理されなければならない。
【０００３】
そのため、一般に知られているように、汚染物質処理装置は乗り物の排気ラインに設置されている。
【０００４】
排気ラインは、排気マニフォールドから、排気気体の排気ラインに沿った循環の方向に、排気気体に含まれている未燃焼炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）とを酸化によって処理することを目的としている３重効果触媒と呼ばれる三元触媒と、ＮＯｘを処理するＳＣＲ（選択還元）触媒と、を有している。
【０００５】
このＳＣＲ触媒は還元剤の作用によってＮＯｘを窒素に選択的に還元できるようにしている。触媒の上流に通常噴射されるこの還元剤は、炭化水素、水素、一酸化炭素、アンモニア、または尿素などの分解によってアンモニアを発生する化合物、とすることができる。
【０００６】
そのような装置について発生する問題は、ＳＣＲ触媒は３００℃から５００℃の範囲の動作温度を有していることである。
【０００７】
排気気体の温度を常に細かく制御することは不可能であるが、それは排気気体の温度がエンジンの動作点に大きく依存しているからである。したがって、特に高いエンジン負荷において、排気気体の温度が５００℃をはるかに超えることがある。この高温は、一方では、触媒がそのＮＯｘ還元機能を発揮できなくし、他方では、この触媒の成分物質と触媒が有している複数の触媒相との少なくとも一方の劣化につながることがある。
【０００８】
排気気体がＳＣＲ触媒に進入する前に排気気体を冷却するために熱交換手段を排気ラインのＳＣＲ触媒の上流に配置することが公知である。
【０００９】
そのため、エンジン冷却流体が流れている冷却器が排気ラインに配置されている。この冷却器によって排気気体に含まれている熱を吸収し、それによってこの気体の温度が触媒の動作温度の範囲の上限値を超えないように気体の温度を制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記技術には、排気気体によって加熱される冷却流体の温度が上昇するという課題がある。この流体は、インタークーラを通してエンジンと当該エンジンの他の補器の冷却にも使用されるため、インタークーラの容量を増加させる必要がある。インタークーラのための空間が制限されている場合、この冷却流体を必要な温度にするためにインタークーラを追加する必要がある。これは、コストを非常に高くし、エンジンの冷却回路を複雑にする結果につながる。
【００１１】
さらに、排気気体の温度が触媒の円滑な動作を実現するために必要な温度よりも低い場合、特にエンジンの始動時または停止後には、ＮＯｘを含んでいる排気気体は触媒によって処理されず、汚染物質と共に大気中に排出される。
【００１２】
本発明の目的は、内燃エンジンの動作条件によらずに排気気体の浄化処理を実現するように、排気気体を必要な温度にする簡単で経済的な装置によって前述の課題を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、内燃エンジンの排気ラインを循環している排気気体の温度を制御する方法であって、排気ラインが、排気気体に含まれている汚染物質を処理する手段と、汚染物質処理手段を通して流れる排気気体を冷却または加熱する熱交換手段と、を有している方法に関する。
【００１４】
本方法は、高温の流体が排気気体を加熱するように高温の流体を蒸発器に供給することを含んでいてもよい。
【００１５】
本方法は、回路に接続された流体貯蔵手段に収容されている高温の流体を使用することを含んでいてもよい。
【００１６】
本方法は、貯蔵手段がバイパスラインによって蒸発器に接続されるようになっていてもよい。
【００１７】
本発明は、内燃エンジンの排気ラインを循環している排気気体の温度を制御する装置であって、排気ラインは、排気気体に含まれている汚染物質を処理する手段と、汚染物質処理手段を通して流れる排気気体を冷却または加熱する可逆熱交換手段と、を有しており、可逆熱交換手段は流体循環用の閉じた回路の蒸発器である装置にも関する。
【００１８】
回路は流体貯蔵タンクを有していてもよい。
【００１９】
タンクは断熱タンクであってもよい。
【００２０】
タンクは流体加熱手段を有していてもよい。
【００２１】
回路は、流体がタンクから蒸発器に流入できるようにするバイパスラインを有していてもよい。
【００２２】
バイパスラインは絞り手段を備えていてもよい。
【００２３】
可逆熱交換手段は、少なくとも１つの熱電対（thermo pile）を有していてもよい。
【００２４】
この熱電対は、排気気体を加熱するときに電力を当該熱電対に供給する蓄電池に接続されていてもよい。
【００２５】
汚染物質処理手段は、選択還元触媒を有していてもよい。
【００２６】
本発明のその他の特徴と利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例による以降の説明を読むことで明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】内燃エンジンからの排気気体の温度を制御する本発明の装置を示す図である。
【図２】図１の装置の一部のより詳細な図である。
【図３】図１に示す装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示すように、内燃エンジン１０、特にディーゼル型式の内燃エンジン１０は、少なくとも１つのシリンダ１２と、吸気マニフォールド１４と、排気ライン２０の入口１８へ送る前にシリンダ１２内での燃料混合気の燃焼に起因する排気気体を集めることができるようにする排気マニフォールド１６と、を有している。
【００２９】
図１において、排気ライン２０は、排気気体の循環の方向において排気ライン２０の入口１８から出口（矢印２２で表している。）へ向けて、排気気体の入口１８のできるだけ近くに配置されている三元酸化触媒２４と、それに続いて、ＳＣＲ触媒３０の入口面２８に対向して配置されている還元剤、ここでは尿素用の噴射器２６と、を有している。この排気ライン２０は、ＳＣＲ触媒３０の入口面２８と対向してＳＣＲ触媒３０の近くに収容されている排気気体の温度検出器３１も有している。この検出器３１に、内燃エンジンが通常備えている計算機を組み合わせることにより、ＳＣＲ触媒３０に進入する排気気体の温度を知ることができる。
【００３０】
図１から解るように、ＳＣＲ触媒３０の入口面２８に到達する排気気体の温度を制御するように、２つの触媒２４、３０の間に可逆熱交換器３２が設けられている。この熱交換器３２は三元触媒より下流で温度検出器３１の上流に配置されていることが好ましい。
【００３１】
この熱交換器３２は、排気気体の温度がＳＣＲ触媒３０の通常の動作範囲、通常約３００℃から約５００℃の間となるように、排気気体を冷却したり加熱したりできる。
【００３２】
より具体的には、図２に示すように、この熱交換３２は、流体循環用の閉回路３４、より具体的にはランキンサイクル形の回路の一部を構成している。
【００３３】
回路３４は、回路３４内を時計回り（矢印Ａ）に循環している作動流体、本明細書では水を循環および圧縮させる手段３６を有している。圧縮器と呼ばれる当該手段３６は、この水を圧縮でき、電気モータ（不図示）などの任意の公知の手段によって回転駆動されることが好ましい。
【００３４】
回路３４は、圧縮器３６の後に、圧縮された蒸気の状態で流出する圧縮された水が横切る熱交換手段３８、ここでは蒸発器を有している。
【００３５】
この蒸発器３８は、２つの触媒２４，３０の間に挟まれた排気ライン２０の一部分４０、好ましくは噴射器２６および検出器３１より上流の排気ライン２０の一部分４０を循環している排気気体を冷却または加熱できるように配置されている。
【００３６】
当業者は、排気気体を使用して可能な最適な熱交換を実現するように、蒸発器３８を排気ラインの一部分４０に直接的または間接的に接続する任意の可能な構成を考えても良い。
【００３７】
回路３４は、蒸発器３８の後に、蒸発器３８から高圧に圧縮された蒸気を受け取る膨脹器４２を有しており、蒸気はそこから低圧力の膨脹した蒸気の状態で流れる。
【００３８】
膨脹器４２は、たとえば、ロータが蒸気によって回転駆動される膨脹タービンとすることができる。このロータは、回収されたメカニカルエネルギーを、例えば電気エネルギーのような他のエネルギーに変換できるようにする装置、例えば発電機などに接続されていることが好ましい。
【００３９】
回路３４は、膨脹した低圧蒸気を膨脹器４２から受け取る冷却交換器４４、つまり凝縮器も有しており、蒸気は凝縮器４４の出口で液体の水に変化している。凝縮器４４は、たとえば図１において、雰囲気温度にある外部の空気であることが有利な冷却流体が吹き抜ける。
【００４０】
作動流体が複数の矢印で示している方向に液体または気体の状態で循環するように、流体循環ラインによって、回路３４のさまざまな要素を連続して接続することができる。より正確には、回路３４は、圧縮器３６と蒸発器３８との間のライン４６、蒸発器３８と膨脹器４２との間のライン４８、膨脹器４２と凝縮器４４との間のライン５０、および凝縮器４４と圧縮器３６との間のライン５２を有している。
【００４１】
さらに回路３４は、蒸発器３８と膨脹器４２との間のライン４８上を起点として、凝縮器４４と圧縮器３６との間のライン５２上を終点とするバイパスライン５４を有している。さらに、断熱タンク５６が、蒸発器３８とバイパスライン５４の起点との間のライン４８上で終わっている接続ライン５８によって、ライン４８に接続されていることが好ましい。バイパスライン５４および接続ライン５８とは、それぞれ、弁６０および６２のように、ライン５４，５８内で流体の循環を制御できるようにする絞り手段を有している。
【００４２】
ライン５４と５８および弁６０と６２を伴うタンク５６は、一部分４０内を循環している排気気体を加熱するために蒸発器３８の冷却器機能を熱発生機能に切り換えるように、この蒸発器３８に対して熱交換の可逆性を実現させる。
【００４３】
エンジンが動作しているときに、（検出器３１に付属している）計算機は、ＳＣＲ触媒３０の円滑な動作を実現するために、排気気体の温度が高すぎる（約５００℃を超えている）か不十分である（約３００℃未満）かを評価することができる。
【００４４】
温度が高すぎる場合、回路３４は、排気ライン２０の一部分４０を循環している気体と蒸発器３８との間の熱交換を実現しながら、この部分４０を循環している排気気体を冷却するように始動する。
【００４５】
より正確には、弁６０，６２がライン５４，５８に対して閉じた状態にあって、水は圧縮器３６の影響下で回路を図に対して時計回り（矢印Ａ）に循環する。圧縮器３６を離れた圧縮された水はライン４６内を循環して、蒸発器３８にたどり着く。それから、この圧縮された水は、排気気体に含まれており蒸発器３８に伝導した熱を集めながら、蒸発器３８を通して流れる。この熱の作用の元で、気体の温度は低下し、水は加熱され、したがって水は高温の圧縮された蒸気の状態で蒸発器３８を離れる。それから蒸気はエネルギーを膨脹器４２に伝達させながら膨脹器４２を通して流れる。ライン５０を通して膨脹器４２を離れた膨脹した蒸気は、凝縮器４４を通して流れ、凝縮器４４を液体の水の状態で離れる。この液体の水は、圧縮するための圧縮器３６までライン５２を通して運ばれる。
【００４６】
したがって、回路３４は、ＳＣＲ触媒３０の入口面２８に到達する排気気体の温度が触媒３０の動作に必要な温度にある間、動作状態のままである。
【００４７】
回路３４が停止する直前に、蒸発器３８を離れた蒸気が、高温に維持された断熱貯蔵タンク５６に供給されるように、接続ライン５８の弁６０が開いている位置に切り換えられる。
【００４８】
それから、この弁６０は、タンク５６が蒸気で満たされるとすぐに閉じた位置に設定される。
【００４９】
逆に、排気気体の温度がＳＣＲ触媒３０の動作に不十分な場合、特にエンジンの始動時には、弁６０，６２はライン５８，５４に対して開いている位置に設定され、圧縮器３６が始動する。
【００５０】
この構成において、タンク５６内に収容されている高温の蒸気がタンク５６から接続ライン５８と通して排出され、ライン４８に供給される。圧縮器３６の影響の元で、この蒸気は、図１の矢印Ａ’に示すように時計回りに循環する。
【００５１】
このように、蒸気は、ライン４８の一部を循環し、蒸気が圧縮器の入口に到達する前にバイパスライン５４を循環する。この蒸気は、圧縮器３６を離れて蒸発器３８に流入する。したがって、蒸発器３８は、排気気体に含まれている熱を集めるという初期の機能を反転させる。より正確には、蒸発器３８は、蒸気に含まれている熱を、排気ライン２０の一部分４０を循環している排気気体に与える熱発生器になる。これによって、気体を熱交換で加熱することができる。これにより、気体を急速に加熱し、ＳＣＲ触媒の動作に対して適切な排気気体の温度を得るために必要な時間を著しく短縮することができる。
【００５２】
これらのラインの閉じている位置において、蒸気が凝縮器４４に流入できないように、追加の弁６４（図１に点線で示している）を、ライン５０または５２上に設けることが好ましい。
【００５３】
もちろん、この追加の弁６４は、回路３４が排気気体の冷却に使用される状態においては、ライン５０または５２に対して開いた位置にある。
【００５４】
このように、閉回路３４の単純なレイアウトによって、同じ蒸発器３８を使用して排気気体を冷却したり、加熱したりすることができる。
【００５５】
もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、断熱タンク５６の代わりに、加熱抵抗、バーナーなどの、流体を加熱する手段を備えたタンクを使用することができる。
【００５６】
図３は、ＳＣＲ触媒３０の入口面２８に到達する排気気体の温度を制御するように、２つの触媒２４，３０の間に設けられた可逆熱交換装置３２の変形例を示している。
【００５７】
この装置３２は三元触媒２４とＳＣＲ触媒３０との間の排気ライン２０の一部分４０上に配置されている１つまたは一連の熱電対６６を有している。
【００５８】
一般に、この熱電対６０によって、排気気体に含まれている熱エネルギーを回収し、特にゼーベック効果によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能である。それから熱エネルギーは２つの導体７０を通して蓄電池６８に貯蔵される。
【００５９】
もちろん、図１に示しているように、当業者は、排気気体を使用して可能な最適な熱交換を実現するように、この熱電対６０を排気ラインの一部分４０に直接的または間接的に接続する全ての可能な構成を考慮しても良い。
【００６０】
排気気体の温度が高すぎる（約５００℃を超える）場合、熱電対は、この気体に含まれている熱を集めることによって、ライン２０の一部分４０を循環している気体と熱電対６０との間の熱交換を実現するように作動する。そのため、排気気体は冷却され、熱電対６０は、排気気体流に含まれている熱エネルギーを、蓄電池６８に保存するための電気エネルギーに変えるように熱エネルギーを集める。
【００６１】
いったん排気気体の温度が安定すると、熱電対６０の動作を停止することができる。
【００６２】
逆に、排気気体の温度がＳＣＲ触媒３０を動作させるのに必要な最小の閾値よりも低い場合、蓄電池６８によって熱電対６６に電力が供給される。
【００６３】
この電力供給は、熱電対６６を加熱する効果がある。それから熱電対６６は、その熱を、排気ライン２０の一部分４０を循環している排気気体に伝達する。
【００６４】
同様に、排気気体の温度が所望の値に到達すると、排気気体の加熱を停止するように熱電対６６への電力の供給が停止される。
【００６５】
熱電対６６の熱交換の可逆性のおかげで、排気気体の温度がＳＣＲ触媒３０の通常の動作範囲にあるように、排気気体を冷却または加熱することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  内燃エンジン
１２  シリンダ
１４  吸気マニフォールド
１６  排気マニフォールド
１８  排気ラインの入口
２０  排気ライン
２２  排気ラインの出口
２４  三元酸化触媒
２６  噴射器
２８  ＳＣＲ触媒の入口面
３０  ＳＣＲ触媒（汚染物質処理手段）
３１  排気気体の温度検出器
３２  熱交換器
３４  流体循環用の閉回路
３６  圧縮器
３８  蒸発器（熱交換手段）
４０  蒸発器が配置されている排気ラインの部分
４２  膨脹器
４４  凝縮器
４６、４８、５０、５２  回路のライン
５４  バイパスライン
５６  タンク（流体貯蔵手段）
５８  接続ライン
６０，６２  弁（絞り手段）
６４  追加の弁
６６  熱電対
６８  蓄電池
７０  導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012122482.tif 000005