JP2005502823A - 排出ガス後処理の方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は内燃機関、特にディーゼル内燃機関の排出ガスを後処理する方法および装置に関する。本発明により提案されることは、酸化剤を準備する装置と、排出ガス後処理ユニットとが設けられており、温度フィーラが、排出ガス後処理ユニット（１０）内へ流入前の排出ガスの温度を測定するために設けられており、かつ酸化剤を準備する装置（２０）が、酸化剤の化学的な組成を温度に関連して変えることができるように調整されていることである。このように排出ガス後処理を進行することで、エネルギ効率のよい、排出ガスの浄化が保証される。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１もしくは請求項１０の上位概念部に記載された、内燃機関の排出ガスの後処理の方法もしくは装置に関する。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６８３１号明細書に基づいて既に公知のそのような装置では、排出ガス経路内においてパティキュレートフィルタの手前にプラズマ反応器が配置されているが、このプラズマ反応器は例えばエンジンの運転状態とは無関係に常に同じように運転される。
【０００２】
発明の利点
これに対して、請求項１もしくは請求項１０の特徴部に記載された特徴を備えた、本発明による方法もしくは本発明による装置は、エネルギ効率のよい排出ガス後処理を保障し得る利点を有している。
【０００３】
煤燃焼を、排出ガス温度に応じて異なる酸化剤を用いて実施することと、低温時においてのみ高いエネルギで準備されればよくて、しかも低温時においても効果的なオゾンを使用することとは特に有利である。
【０００４】
別の利点は、従属請求項および説明の中で挙げた別の特徴により生じる。
【０００５】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【０００６】
図１には排出ガス管路３０が示されており、この排出ガス管路３０内に、パティキュレートフィルタとして構成された排出ガス後処理ユニット１０が配置されている。ディーゼル内燃機関から排出された排出ガス１１がパティキュレートフィルタ内に到達し得る前に、排出ガスは、プラズマ反応器として構成された酸化反応器２０を通流しなければならない。パティキュレートフィルタの下流で、清浄化された排出ガス１００は、（例えば図示していない消音器を通流した後で）排出ガス経路から出て、自由空間に到達する。パティキュレートフィルタの直接的な上流および下流に、排出ガス管路内に突入した圧力フィーラ４２，４４、もしくは圧力センサが取り付けられており、これらの圧力フィーラは制御装置５０と信号技術的に、例えば電気的に接続されている。酸化反応器の上流には、温度フィーラ４０、もしくは温度センサが排出ガス管路３０内に突入しており、温度フィーラ４０も同じく制御装置と接続されている。最終的にはプラズマ反応器も制御装置と電気的に接続されている。測定フィーラもしくは酸化反応器のための給電は詳細には図示されていない。酸化反応器は非熱プラズマ（ｎｉｃｈｔ−ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅｓ Ｐｌａｓｍａ）を、流入した排出ガス１１内に、例えば２つの電極間における誘電妨害型の放電（ｄｉｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈ ｂｅｈｉｎｄｅｒｔｅ ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ Ｅｎｔｌａｄｕｎｇ）を用いて発生させる。電極のエネルギ供給は制御装置５０を介して制御されることができる。
【０００７】
パティキュレートフィルタの負荷状態は制御装置により、例えば両圧力フィーラの圧力信号を評価することによって、つまり差圧を検出することによって検出され得る。パティキュレートフィルタの負荷状態が、制御装置内に保存された所定の値を上回った場合、制御装置は、排出ガス構成分から酸化剤を生成するために、適当な、例えば高周波の電気的な交流電圧を、プラズマ反応器の電極に印加する。酸化剤はパティキュレートフィルタ内で煤を焼却させ、ひいてはパティキュレートフィルタを再生させる。負荷状態が、第１の値より下の第２の値を下回ると、プラズマ反応器は再び遮断される。プラズマ反応器が接続された状態において供給される電気的なエネルギは、高エネルギの電子の準備と、ＵＶ光線の発生とをもたらし、これがラジカルの生成を促す。この場合、供給される電力に応じて、主として一酸化窒素分子が二酸化窒素に酸化されるか、または（より高い電力時には）付加的に、排出ガス内に残っている残留酸素がオゾンに酸化される。制御装置は、再生を必要とする場合に電力が排出ガス温度に関連して調節されるように構成されている。排出ガス温度が２５０℃の温度閾値より低い場合、有利には２００℃より低い場合、比較的高い電力が、付加的に比較的大きな量のオゾンを生成するために選択される一方で、排出ガス温度が２００℃より高い場合、有利には２５０℃より高い場合、再生は十分な速さで酸化剤としての二酸化窒素により進行するので、プラズマ反応器にとって比較的低い出力段階で十分であって、この出力段階では主として二酸化窒素が生成され、オゾンは全く生成されない。排出ガス温度が１５０〜２５０℃の間の範囲にある場合、両出力段階の間で補間法が実施され得る。オゾンを生成するために、典型的にはオゾン１グラム当たり１０〜１５ワット時の電気的なエネルギ量が必要であるので、オゾンを用いて煤酸化を行うために、典型的には排出ガス１リットル当たり１〜３００ジュール、特に排出ガス１リットル当たり１０〜５０ジュールの間で、電気的なエネルギ消費が生じる。この大きな開き幅は、内燃機関の型式と設計との強い関連性により説明がつく。さらに加えて、排出ガスが低温域にある場合に同時に並行して進行する一酸化窒素から二酸化窒素への転換は、排出ガス１リットル当たり２〜２００ジュール、特に５〜５０ジュールの所要エネルギにより行われる。既に述べたように、２００℃、特に２５０℃からは、二酸化窒素による煤の酸化が始まるので、最後に挙げたエネルギ量のみが必要になるに過ぎない。それゆえ、この切換えによって消費は相当な程度、典型的には少なくとも３０％減じられる。
【０００８】
択一的な実施形態では、温度フィーラ４０は酸化反応器とパティキュレートフィルタとの間に配置されていてもよい。択一的には、別の測定方法も可能であるし、またモデル補助された温度の予測も、制御装置内に保存されたエンジン特性マップを介して可能である。別の択一的な実施形態では、プラズマ反応器が持続的に運転されてもよい。この場合、排出ガス背圧を検出する必要はなく、圧力フィーラを省くことができる。択一的に圧力フィーラは、プラズマ反応器を持続的に運転する場合に、フィルタ目詰まりのような異常な運転状態を検出するために使用されることができる。プラズマ反応器の両出力段階間における滑らかな移行に対して択一的に、切換点を例えば２００℃の排出ガス温度に設定することもでき、この排出ガス温度で飛躍的に両出力段階間で切り換えられる。別の実施形態では、２００℃より高い場合に窒素酸化物変換に切り換えられるが、２５０℃、特に３００℃を上回ると、付加的に酸化触媒が存在する場合には、プラズマを全く使用しなくてよい。それというのは、触媒を用いた窒素酸化物変換はエネルギ面で、プラズマ法を用いた場合よりも有利であるからである。さらに択一的には、パティキュレートフィルタの詰まり具合の検出を、差圧測定を介して行う代わりに、唯一の圧力センサを介した背圧測定を用いて行ってもよい。さらに、詰まり具合を、パティキュレートフィルタ前に配置された煤センサを用いて測定し、その煤信号の時間的な積分を求めることができる。同じく、煤生成に関する、制御装置内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。
【０００９】
図２に示したグラフには、使用された両方の酸化剤、つまりオゾンおよび二酸化窒素の効力が、排出ガス温度Ｔ（摂氏）に関して煤酸化率Ｒ（任意の単位）を示すことにより表示されている。曲線１１０はオゾンの率を示しており、曲線１２０は二酸化窒素の率を示している。
【００１０】
両曲線は極めて単調に右肩上がりの曲線を描いており、このグラフにおいて、二酸化窒素による煤酸化はオゾンによる場合に比べて、より高い排出ガス温度において初めて顕著に開始する。酸化剤としてのオゾンにより、曲線１１０に示したように、フィルタ再生は１５０℃より低い排出ガス温度で可能である。２５０℃より高い温度では、プラズマ反応器にとって比較的低い出力段階が選択されることができ、この出力段階では主として二酸化窒素のみが酸化剤として生成されることができる。
【００１１】
図３には、第１のステップ１５０と次のステップ１７０とを有する、排出ガスを後処理する方法が、経過表の形で示されている。
【００１２】
まず最初に方法ステップ１５０において、排出ガス内に含まれる一酸化窒素分子および／または酸素分子の酸化により、酸化剤が生ぜしめられる。この際に、上述した形で、排出ガスの温度に関連して、主として二酸化窒素が生成されるか、または付加的にオゾンも比較的に大量に生成される。次のステップ１７０において、酸化剤を用いた排出ガスの後処理、例えばパティキュレートフィルタの再生が、該パティキュレートフィルタ内に捕集された煤を燃焼することにより実施される。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、排出ガス温度が例えば２００℃より低い場合、特に１５０℃より低い場合において、排出ガス内に存在する炭化水素を酸化させる形で行われる後処理を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
排出ガス後処理の装置を示す図である。
【図２】
酸化剤であるオゾンおよび二酸化窒素の効力を示す表である。
【図３】
排出ガスを後処理する方法の経過表である。

Claims (10)

1. 第１のステップで少なくとも一時的に酸化剤を準備し、次のステップで排出ガスの後処理を実施する、内燃機関、特にディーゼル内燃機関の排出ガスを後処理する方法において、排出ガスの温度を後処理前に測定し、酸化剤の化学的な組成を温度に関連して変化させる（１５０）ことを特徴とする、排出ガス後処理の方法。
2. 酸化剤としてオゾンおよび／または二酸化窒素を使用する、請求項１記載の方法。
3. 酸化剤を排出ガスから生ぜしめる、請求項１または２記載の方法。
4. ある温度閾値より低い場合には主としてオゾンを準備する、請求項２または３記載の方法。
5. 酸化剤をプラズマ内で生ぜしめる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. プラズマとして非熱プラズマを使用する、請求項５記載の方法。
7. 後処理が、煤微粒子の除去および／または炭化水素の酸化を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記温度閾値が約２００℃である、請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. パティキュレートフィルタを使用し、該パティキュレートフィルタの詰まり具合を測定し、さらに、パティキュレートフィルタ内に捕集された煤微粒子の燃焼を一時的に導入するために、詰まり具合に関連して酸化剤を準備する、請求項７または８記載の方法。
10. 内燃機関、特にディーゼル内燃機関の排出ガスを後処理する装置であって、酸化剤を準備する装置と、排出ガス後処理ユニットとが設けられている形式のものにおいて、排出ガス後処理ユニット（１０）内へ流入前の排出ガスの温度を測定する手段、特に温度を測定する温度フィーラが設けられており、かつ酸化剤を準備する装置（２０）が、酸化剤の化学的な組成を温度に関連して変えることができるように調整されていることを特徴とする、排出ガス後処理の装置。