JPH1122452A - 熱交換器を用いて排気ガス中に存在する窒素酸化物類を除去するための方法およびアセンブリー - Google Patents

熱交換器を用いて排気ガス中に存在する窒素酸化物類を除去するための方法およびアセンブリー

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JPH1122452A
JPH1122452A JP10168535A JP16853598A JPH1122452A JP H1122452 A JPH1122452 A JP H1122452A JP 10168535 A JP10168535 A JP 10168535A JP 16853598 A JP16853598 A JP 16853598A JP H1122452 A JPH1122452 A JP H1122452A
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Brigitte Martin
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃エンジンからの排気ガス中の窒素酸化物
類を効率的に除去するための方法およびアセンブリーを
提供する。 【解決手段】 本発明は、内燃エンジン(1)の排気ガス
中に存在する窒素酸化物類を除去するための方法および
アセンブリーに関する。そのアセンブリーは、エンジン
からの排気ライン(2)の一部であり、窒素酸化物類転化
手段(3)、および転化手段(3)の上流に位置するバイパス
ライン(5)中に存在し、前記排気ガスの冷却を意図した
熱交換器(4)を含んでなり、上記転化手段は、主排気ラ
イン(2)中に配された幾つかの触媒(3)を含み、その幾つ
かの触媒は、窒素酸化物類の転化率が特定の境界値(C
min)より低い別々の温度範囲を有し、上記触媒の少な
くとも一つが活性である温度で前記排気ガスが触媒(3)
に到達するように前記バイパスライン(5)と主排気ライ
ン(2)との間の気体の流れを制御するために、少なくと
も一つの弁(6)を、バイパスライン(5)の入り口に配す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃エンジン、特
に希薄混合気燃焼ディーゼルおよび火花点火エンジンの
排気領域において排出される気体の処理に関する。
【0002】そのようなエンジンは、除去しなければな
らない特定数の汚染物質を放出し、その除去は、基準が
ますます厳しくなってきているので、より効率的に行わ
なければならない。
【0003】環境に最も有害な効果を有する最も多くの
汚染物質の例は窒素酸化物類である。
【0004】
【従来の技術】このタイプの汚染物質を、窒素酸化物類
の転化を意図した触媒[脱NOx(脱NOx)触媒と呼ぶ]に
排気ガスを通すことにより除去することが良く知られて
いる。所定の温度範囲で活性であり、一部が異なる組
成、すなわち異なる活性範囲を有する既知の複数の触媒
を、触媒マフラー内に置くことができる。したがって、
触媒成分の作用の範囲が拡大する。しかしながら、これ
に関連して、排気ガスが、触媒レベルにおいて、窒素酸
化物類の転化が充分である温度範囲内にない場合に問題
が生じる。
【0005】より正確には、第1の触媒が第1の温度範
囲において活性であり第2の触媒が第2の温度範囲にお
いて活性であり、これらの範囲が、窒素酸化物類の転化
率が低い、前述の二つの温度範囲の間のおよびそれ以上
の温度範囲が存在するようなものである場合、問題が生
じる。
【0006】実例として、白金/アルミナまたは白金/
ゼオライト型の触媒が低温で用いられる。
【0007】「高温」触媒と呼ばれる触媒は、通常、30
0℃〜500℃で活性である。これらは、例えば、銅/ゼオ
ライト型触媒である。
【0008】もちろん、これら二つの範囲の間、すなわ
ち250℃と300℃との間において、窒素酸化物類の転化を
効率的に行うことはできないことは明白である。200℃
より低温および500℃より高温では、問題は同じであ
る。
【0009】本発明は、このタイプの問題を解決させる
ものである。
【0010】一般的に、本発明は、NOx転化率が充分で
ない温度範囲が存在するような触媒を排気ラインが含む
場合に、実行することができる。
【0011】例えば、転化率を最適化し触媒老化を制限
するために、全ての排気ガスを加熱または冷却すること
のできる熱交換器を含んでなる、ドイツ特許4,414,904
に記載のような排気ラインも知られている。
【0012】ドイツ特許4,410,022は、触媒温度を制御
するために、触媒の上流に直列に設けられた交換器も含
む排気ラインを記載している。
【0013】米国特許3,716,344は、上流に配された必
要なときに冷却するための手段およびフィンが備えられ
た転化触媒を記載している。
【0014】これら既知の技術的解決手段により、後者
が効率的に転化を行うことができ触媒の老化を制限する
ことができるように、触媒に達する気体の温度を制御す
ることができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このタ
イプの解決手段は、そのようなシステムにおいて排気ガ
スが触媒を通過する前に熱交換器を通って流れるので、
気体の温度を精密に制御することはできない。
【0016】本発明は、特に、どの触媒も活性でない特
定の排気ガス温度範囲における転化の不存在に係わる問
題に対処するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
の独創的な方法を以下に記載する。
【0018】すなわち、本発明は、内燃エンジンの排気
ガス中に存在する窒素酸化物類を除去するための、内燃
エンジンからの排気ラインの一部であるアセンブリーで
あって、窒素酸化物類の転化手段、および転化手段の上
流に位置するバイパスライン中に存在し、前記排気ガス
の冷却を意図した熱交換器を含んでなるアセンブリーで
ある。
【0019】本発明によれば、前記転化手段が、主排気
ライン中に配された幾つかの触媒を含み、その触媒は、
窒素酸化物類の転化率が特定の境界値(Cmin)より低い
別々の温度範囲を有する。さらに、前記触媒の少なくと
も一つが活性である温度で前記排気ガスが触媒に到達す
るように前記バイパスラインと主排気ラインとの間の気
体の流れを制御するために、少なくとも一つの弁が、バ
イパスラインの入り口に配置される。
【0020】さらに、本発明のアセンブリーは、特に前
記流通制御弁の制御を意図した計算および制御手段を含
むことができる。
【0021】その上、本発明のアセンブリーは、少なく
とも、前記転化触媒の上流のバイパスラインの出口に配
された第1の温度センサーをも含み、そのセンサーは計
算および制御手段に測定値を送るものである。
【0022】特に、本発明のアセンブリーは、窒素酸化
物類転化触媒の上流に配された炭化水素注入手段も含
み、その手段は計算および制御手段に接続されるととも
に計算および制御手段により制御されるものである。
【0023】本発明は、また、内燃エンジンの排気ガス
中に存在する窒素酸化物類を除去する方法であって、窒
素酸化物類を接触転化すること、および接触転化領域の
上流の、主ラインを迂回するライン中に配された熱交換
器によりその転化前に気体の少なくとも一部を冷却する
ことを含んでなる方法をも対象とする。
【0024】本発明によれば、転化を少なくとも二つの
一致しない温度範囲で行うことができるとともに、転化
手段の少なくとも一つが活性である温度範囲の一つにお
いて転化が起こり得るように接触転化係数が予め定めら
れた値(Cmin)を下回るときにのみ転化が起こるように
気体の冷却を制御する。
【0025】本発明の方法は、排気ガス温度を細かく管
理することにより、脱NOx触媒の効率を増大させること
ができる。
【0026】気体の温度は、好ましくは、触媒の上流
の、バイパスラインの出口において測定する。
【0027】さらに、冷却は、バイパスラインの出口に
おいて測定される前記気体の温度の関数として制御す
る。
【0028】炭化水素を接触転化領域の上流で注入し、
その注入を、バイパスラインの出口における気体の温度
の関数として制御することが有利である。
【0029】本発明の範囲から離れることなく、エンジ
ンの駆動に係わる他のパラメーター、例えば、エンジン
の出口における気体の温度、気体の流量、エンジントル
クの関数として冷却を制御することができる。
【0030】本発明は、希薄混合気燃焼ディーゼルまた
は火花点火エンジンにおいて好ましく用いられるが、こ
れらに限定されない。
【0031】本発明の他の特徴、利点および詳細は、添
付の図面を参照しつつ以下の記載を読むことにより明ら
かとなるが、これらの例に限定されるものではない。
【0032】
【発明の実施の態様】図1は、本発明の窒素酸化物類除
去アセンブリーを形成する主な構成要素を示している。
【0033】エンジン1が主排気ライン2と共に概略的
に示され、排気ライン2で本発明が実施される。
【0034】酸化性環境中での窒素酸化物類削減が困難
であるので希薄混合気燃焼ディーゼルまたは火花点火エ
ンジンが高度に適している。
【0035】当該分野で知られているように、通常脱NO
x触媒と呼ばれる一種またはそれ以上の窒素酸化物類転
化触媒3が排気ライン2上に置かれる。この構成によれ
ば、各触媒が特定の排気ガス温度範囲において作用す
る。
【0036】本発明によれば、主排気ライン2を迂回す
る少なくとも一つのライン5が設けられ、少なくとも一
つの熱交換器4がライン5中に置かれる。
【0037】バイパスライン5は、脱NOx触媒3の直ぐ
上流の主ライン2に開口する。
【0038】さらに、絞り手段6が、上流側の、主ライ
ン2およびバイパスライン5の交差点に設けられる。弁
6は、脱NOx触媒3中に開口している主ライン2と、交
換器4が備えられたバイパスライン5との間の気体の流
通を制御することを意図している。
【0039】脱NOx触媒の入り口における気体の温度
が、触媒が充分に活性でない、すなわち特定の転化境界
値Cminを下回るような温度である場合、手段4は、バイ
パスライン5に流入する気体を冷却させることができ
る。そして、排気ガスの冷却により、以下に詳細に説明
するように転化率がCminを上回る領域に戻ることが可能
になる。
【0040】さらに、少なくとも第1の温度センサー8
を主排気ライン2上に設けることができる。
【0041】前記センサー8は、好ましくは、転化触媒
3の上流に置かれる。
【0042】それは、マイクロプロセッサー9のような
制御および/または計算手段に接続される。
【0043】受け入れられた情報および貯蔵値により、
コンピューター9は幾つかの要素に作用する。図1中の
矢印の実線は、コンピューター9により受け入れられる
情報を表す。前記コンピューター9が、スピード、圧力
等のような、エンジン1の駆動に関するデータをも利用
することに注目することができる。
【0044】図1中の点線は、特定の要素に対するコン
ピューター9の制御作用を表す。すなわち、コンピュー
ター9は、主ライン2とバイパスライン5との間の流動
制御弁6に作用する。
【0045】本発明の範囲から離れることなく、特定量
の炭化水素を主ライン2に注入することを意図した手段
11を制御することができる。
【0046】前記アセンブリーの操作を、図2を参照し
て以下に説明する。
【0047】図2のグラフにおいて、3のような触媒の
NOx転化係数(C)は、前記触媒3の直ぐ上流での気体の
温度の関数として得られる。
【0048】この例によれば、異なる形態の二つの触媒
が用いられる:一方は曲線Aを与える、すなわちT1とT2
との間でかなり活性である。これは、低温で反応させる
触媒である。
【0049】第2の触媒は、曲線Bに従って反応する、
すなわち、T2よりも高いT3とT4との間の温度の気体に対
するものである。
【0050】これらのT1、T2、T3およびT4の値は、最少
転化係数Cminに対応する。
【0051】触媒マフラー3を流通する排気ガスの温度
水準がT2、T3の範囲にある場合、またはT4より高い場
合、触媒を流通する気体の温度を低下させるために排気
ガスの全てまたは一部が熱交換器4を通過する。熱交換
器4へ送られる気体フラクションは、一つの形態の最大
転化温度に近い二つの流れの混合温度を得るように定め
られる。
【0052】触媒3の水準の気体の温度を永続的に受け
るコンピューター9は、弁6をそれに応じて作動させ
る。
【0053】さらに、脱NOx触媒3へのNOx低減の効果
は、温度、GHSV(触媒の体積に対する、触媒を流通する
気体の体積流量の比)およびHC/NOx比のような特定の
パラメーターに依存する。エンジンの燃焼から生じる非
燃焼炭化水素の量が充分でない場合、最適NOx低減条件
を得るように、さらなる炭化水素注入を行うことができ
る。コンピューター9により制御される手段11が、この
タイプの注入を可能にする。
【0054】内燃エンジンにおいて、本発明の範囲から
離れることのない幾つかの注入領域が考えられる:注入
炭化水素の全部または一部が非燃焼炭化水素として排気
領域に達するように、取り込み弁の上流、これら炭化水
素の全部または一部が非燃焼炭化水素として排気領域に
達するように、主注入の前後における燃焼チャンバー
内、図1に示されるように脱NOx触媒の上流の排気ライ
ン。
【0055】本発明は、希薄混合気燃焼ディーゼルまた
は火花点火エンジンにおいて好ましく用いることができ
るが、これらに限定されるわけではない。
【0056】
【発明の効果】本発明によれば、内燃エンジンからの排
気ガス中の窒素酸化物類を効率よく除去することが可能
であり、排気ガス温度を細かく管理することにより脱NO
x触媒の効率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の主な構成要素を示す図である。
【図2】図2は、上流で測定した排気ガス温度の関数と
しての脱NOx触媒の転化係数を示す曲線のグラフであ
る。 1:内燃エンジン 2:排気ライン 3:窒素酸化物類転化手段、触媒 4:熱交換器 5:バイパスライン 6:弁 8:センサー 9:制御手段 11:炭化水素注入手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリジット マルタン フランス国 69230 サン ジェイニ ラ バル シュマン ド ピューテット 63

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物類転化手段(3)、および転化
    手段(3)の上流に位置するバイパスライン(5)中に存在
    し、前記排気ガスの冷却を意図した熱交換器(4)からな
    る内燃エンジン(1)の排気ガス中に存在する窒素酸化物
    類を除去するための、内燃エンジンからの排気ライン
    (2)の一部であるアセンブリーであって、前記転化手段
    が、主排気ライン(2)中に配された幾つかの触媒(3)を含
    み、その幾つかの触媒は、窒素酸化物類の転化率が特定
    の境界値(Cmin)より低い別々の温度範囲を有すると共
    に、前記触媒の少なくとも一つが活性である温度で前記
    排気ガスが触媒(3)に到達するように前記バイパスライ
    ン(5)と主排気ライン(2)との間の気体の流れを制御する
    ために、少なくとも一つの弁(6)が、バイパスライン(5)
    の入り口に配置されることを特徴とするアセンブリー。
  2. 【請求項2】 さらに、特に前記弁(6)の制御を意図し
    た計算および制御手段(9)を含む請求項1に記載のアセ
    ンブリー。
  3. 【請求項3】 さらに、少なくとも、前記転化触媒(3)
    の上流のバイパスライン(5)の出口に配された第1の温度
    センサー(8)を含み、そのセンサー(8)は計算および制御
    手段(9)に測定値を送るものである請求項1または2に
    記載のアセンブリー。
  4. 【請求項4】 さらに、前記触媒の上流に配された炭化
    水素注入手段(11)を含み、その手段は計算および制御手
    段(9)に接続されるとともに計算および制御手段(9)によ
    り制御されるものである請求項2または3に記載のアセ
    ンブリー。
  5. 【請求項5】 窒素酸化物類を接触転化することおよ
    び、接触転化領域(3)の上流の、主ライン(2)を迂回する
    バイパスライン(5)中に配された熱交換器(4)によりその
    転化前に気体の少なくとも一部を冷却することからな
    る、内燃エンジン(1)の排気ガス中に存在する窒素酸化
    物類を除去する方法であって、転化を少なくとも二つの
    一致しない温度範囲で行うことができるとともに、転化
    手段の少なくとも一つが活性である温度範囲の一つにお
    いて転化が起こり得るように接触転化係数が予め定めら
    れた値(Cmin)を下回るときのみに転化が起こるように
    気体の冷却を制御することを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】 接触転化領域の上流の、バイパスライン
    の出口において気体の温度を測定する請求項5に記載の
    方法。
  7. 【請求項7】 バイパスラインの出口において測定され
    る前記気体の温度の関数として冷却を制御する請求項6
    に記載の方法。
  8. 【請求項8】 エンジンの出口において測定される気体
    の温度、気体の流量、エンジントルク等の関数として冷
    却を制御する請求項5〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 炭化水素を接触転化領域の上流で注入
    し、その注入を、バイパスラインの出口における気体の
    温度の関数として制御する請求項5〜8のいずれかに記
    載の方法。
  10. 【請求項10】 ディーゼルまたは希薄混合気燃焼火花
    点火エンジンにおける、請求項1〜4のいずれかに記載
    のアセンブリーおよび請求項5〜9のいずれかに記載の
    方法の使用。
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