CN101970819B - 排气气体净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种排气气体净化装置,其包括:多个分岔排气通路(2、3);合流排气通路(110);关闭阀(4),该关闭阀(4)切换排气气体向各分岔排气通路(2、3)的流入和阻断;氮氧化物吸附材(5),该氮氧化物吸附材(5)在空气过剩气氛中临时吸收氮氧化物,并使该吸附后的氮氧化物在还原气氛中脱离,用还原气氛还原氮氧化物从而生成氨;第一燃烧装置(6),该第一燃烧装置(6)配置于氮氧化物吸附材(5)的排气上游侧,具有空气供应元件,并且将从该空气供应元件供应得到的空气制成还原气氛;以及选择性还原催化剂(19),该选择性还原催化剂(19)设于合流排气通路(110)内,将氨作为还原剂对氮氧化物进行选择性还原。

Description

排气气体净化装置
技术领域
本发明涉及一种对柴油机、煤气机、汽油机或燃气轮机等内燃机的、或是焚烧炉或锅炉等燃烧设备的排气气体进行净化的装置,尤其涉及与以空气过剩状态进行通常运转的内燃机等的排气通路连接以除去氮氧化物的排气气体净化装置。 
背景技术
在从内燃机等排放出的排气气体中,含有作为有害成分的氮氧化物、一氧化碳和烃等。为了从排气气体中除去这些物质,以往开发出各种对排气气体进行净化的装置。 
本申请人开发出一种排气气体净化装置、并已提出申请(专利文献1)。图7公开了专利文献1的图1所记载的排气气体净化装置。如图7所示,在本申请人提出的以往的排气气体净化装置中,在与内燃机等连接的多个分岔排气通路202a、202b上分别设有氮氧化物吸附材204、第一燃烧装置(吸附物质脱离元件)203、以及第二燃烧装置205。来自内燃机等的排气气体只被供应至一部分的分岔排气通路202a(或202b),而不被供应至另外的分岔排气通路202b(或202a)。此外,在被供应排气气体的分岔排气通路202a中,氮氧化物被氮氧化物吸附材204吸附而被除去,并且利用氮氧化物吸附材204所具有的氧化催化剂,使一氧化碳和烃被氧化成二氧化碳和水。另一方面,在被阻断排气气体供应的分岔排气通路202b中,利用第一燃烧装置203使氮氧化物从氮氧化物吸附材204中脱离,通过第二燃烧装置205使所脱离的氮氧化物还原成氮。也就是说,在一部分的分岔排气通路202a中,进行使氮氧化物吸附至氮氧化物吸附材204中的通常运转,同时在其他的分岔排气通路202b中,进行使氮氧化物从吸附材204中脱离的再生运转,藉此来实现氮氧化物吸附材204的吸附能力的维持。 
如图7所示的排气气体净化装置是不采用三元催化剂、或氨、尿素等的净化装置。三元催化剂是能同时分解氮氧化物、一氧化碳和烃的催化剂,但在空气过剩环境下无法有效发挥作用。由于采用氨等的净化装置的装置本身非常复杂且昂贵、还需要作为还原剂的氨等的维持费和氨等的供应机制的保养,因而问题很多。图7所示的排气气体净化装置解决了上述问题。图7所示的排气气体净化装置对从空气过剩条件下运转的内燃机等中排放出的排气气体除去有害成分(氮氧化物、一氧化碳、烃)而净化,而且还能维持净化装置的净化能力不降低。 
专利文献1:日本专利特开2006-272115号公报 
发明的公开 
发明所要解决的技术问题 
如图7所示的排气气体净化装置那样,通过使排气气体中的氮氧化物吸附到氮氧化物吸附材上,从而会在进行排气气体的净化时,出现如下问题。若因吸附量增大而使氮氧化物吸附材的吸附性能降低,则排气气体中无法除去的氮氧化物的量增加。也就是说,氮氧化物向大气中的排放量增大。尤其是,当排气气体的温度低时,由于氮氧化物吸附材的吸附性能进一步降低,因此,向大气中的排放量进一步增大。当然,若增加再生运转的执行频度,则能防止氮氧化物吸附材的吸附性能的降低。然而,此时,会产生引起再生运转所需的能量(燃烧装置205、204中所需的燃料的量)增大这样的其他问题。 
本发明的目的在于在通过使排气气体中的氮氧化物吸附到氮氧化物吸附材上以加以除去的结构的排气气体净化装置中,即使氮氧化物吸附材的吸附性能降低,也能防止氮氧化物向大气中的排放量增大。 
解决技术问题所采用的技术方案 
本申请的第一发明是一种排气气体净化装置,其与内燃机或燃烧设备的发动机侧排气通路连接,其特征在于,包括: 
多个分岔排气通路,这些分岔排气通路与上述发动机侧排气通路连接; 
合流排气通路,该合流排气通路使上述各分岔排气通路在该各分岔排气通路的排气下游侧合流; 
排气气体阻断元件,该排气气体阻断元件打开或关闭上述各分岔排气通路的排气入口,从而切换排气气体从上述发动机侧排气通路向上述各分岔排气通路的流入和阻断; 
氮氧化物吸附材,该氮氧化物吸附材被设在上述各分岔排气通路内,在空气过剩气氛中暂时吸附氮氧化物,并使该吸附后的氮氧化物在还原气氛中脱离; 
还原气氛产生元件,该还原气氛产生元件在上述各分岔排气通路内配置于上述氮氧化物吸附材的排气上游侧,具有空气供应元件,并且将从该空气供应元件供应得到的空气制成还原气氛;以及 
选择性还原催化剂,该选择性还原催化剂设于上述合流排气通路内,并将氨作为还原剂对氮氧化物进行选择性还原。 
较为理想的是,上述第一发明采用如下(a)~(g)的结构。 
(a)上述还原气氛产生元件是由空气供应元件、燃料供应元件和点火元件构成的第一燃烧装置。 
(b)作为上述氮氧化物吸附材的成分,包含Pt、Pd、Rh中的至少一种。 
(c)还包括氧化催化剂,该氧化催化剂在上述合流排气通路内配置于上述选择性还原催化剂的排气下游侧。 
(d)还包括第二燃烧装置,该第二燃烧装置在上述合流排气通路内配置于上述选择性还原催化剂的排气下游侧。 
上述第二燃烧装置由空气供应元件、燃料供应元件和点火元件构成。 
(e)在(d)中,还包括过滤构件,该过滤构件在上述合流排气通路内配置于上述第二燃烧装置的排气下游侧,且可对排气气体中的粒状物质加以捕获。 
(f)上述氮氧化物吸附材被调整成排气气体的整个温度区域内的规定温度以上的高温区域中的吸附性能比其他区域中的吸附性能高。 
上述选择性还原催化剂被调整成排气气体的整个温度区域内的比上述规定温度低的低温区域中的净化性能比其他区域中的净化性能高。 
(g)还包括控制装置,该控制装置将上述排气气体阻断元件和上述各还原气氛产生元件控制成使一个上述还原气氛产生元件工作的再生运转的实施期间为另一个上述分岔排气通路中的通常运转期间的最终阶段。 
发明效果 
根据本申请的第一发明, 
能将没有被氮氧化物吸附材5吸附的氮氧化物无害化,从而防止向大气中的氮氧化物的排放量增大。 
而且,根据结构(a), 
还原气氛产生元件除了还原气氛之外还能提供升温气氛。此外,通过调整空气流量和燃料流量,能产生各种各样条件下的还原气氛和升温气氛。尤其是,通过燃料过剩条件下的部分氧化反应,还原气氛产生元件能提供一氧化碳或烃等还原剂,从而有效地脱离和还原处理氮氧化物。 
而且,根据结构(b), 
通过氮氧化物吸附材的催化剂作用,使氮氧化物有效地还原成氨。 
而且,根据结构(c), 
能防止氨和不完全燃烧产物被排放至大气中。因此,即使还原气氛过量产生也没有问题,因而能有效地实施氮氧化物吸附材的再生(氮氧化物的脱离)。 
而且,根据结构(d), 
能防止氨和不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)被排放至大气中。因此,即使还原气氛过量产生也没有问题,因而能有效地实施氮氧化物吸附材的再生(氮氧化物的脱离)。而且,与氧化催化剂相比,具有不会发生因继续使用而引起的性能变差和因温度依赖性而引起的性能降低这样的优点。 
而且,根据结构(e), 
能将粒状物质从排气气体中除去。此外,通过第二燃烧装置的工作,能维持过滤构件的捕获能力。 
而且,根据结构(f), 
无论排气气体的温度为高温区域和低温区域中的任意一个,氮氧化物均会以无害的状态的从排气气体净化装置中排出。 
而且,根据结构(g), 
当在没有被氮氧化物吸附材5吸附而经过的氮氧化物的量最多时,对选择性还原催化剂19供应氨,从而使向大气中排放出的氮氧化物的排放量进一步得以降低。 
附图说明
图1是排气气体净化装置的示意图(第一实施方式)。 
图2是表示各分岔排气通路中的通常运转和再生运转的时间表的图。 
图3是表示氮氧化物吸附材的吸附性能的温度变化的图表和选择性还原催化剂的活性的温度变化的图表的图。 
图4是排气气体净化装置的示意图(第二实施方式)。 
图5是排气气体净化装置的示意图(第三实施方式)。 
图6是排气气体净化装置的示意图(第四实施方式)。 
图7是以往的排气气体净化装置的示意图。 
(符号说明) 
1排气气体净化装置 
2、3分岔排气通路 
2a、3a排气入口 
2b、3b排气出口 
4关闭阀 
5氮氧化物吸附材 
6第一燃烧装置(还原气氛产生元件) 
7第二燃烧装置 
8过滤构件 
10控制装置 
19选择性还原催化剂 
20氧化催化剂 
61、71空气喷嘴(空气供应元件的一部分) 
62、72燃料喷嘴(燃料供应元件的一部分) 
63、73火花塞(点火装置) 
100发动机侧排气通路 
110合流排气通路 
具体实施方式
[第一实施方式的结构] 
采用图1对第一实施方式的排气气体净化装置1进行说明。排气气体净化装置1是与内燃机或燃烧设备的发动机侧排气通路100连接的装置。 
内燃机或燃烧设备使空气和燃料的混合气体燃烧,从而生成排气气体。排气气体中含有氮氧化物(NOX)、作为不完全燃烧产物的一氧化碳(CO)、烃(HC)等。由内燃机或燃烧设备生成的排气气体被从发动机侧排气通路100中排出。 
图1示出了作为排气气体的通路的发动机侧排气通路100、多个(在本实施方式中为两个)分岔排气通路2、3、以及合流排气通路110。分岔排气通路2、3和合流排气通路110是排气气体净化装置1所包括的排气通路。发动机侧排气通路100的排气出口100b与分岔排气通路2、3的排气入口2a、3a连接。分岔排气通路2、3的排气出口2b、3b与合流排气通路110的排气入口110a连接。这些排气通路100、2、3、100是与外部气体阻断的通路,例如,由管道构成。 
来自发动机侧排气通路100的排气气体在经由分岔排气通路2或分岔排气通路3而流入合流排气通路110之后,被排向大气中。以下,排气气体流过分岔排气通路2、3和合流排气通路110的方向分别定义为排气方向F2、F3、F110。 
排气气体净化装置1包括控制装置(电子控制单元)10。控制装置10对 排气气体净化装置1所包括的各装置(在后叙述)进行控制。 
排气气体净化装置1包括排气气体阻断元件,该排气气体阻断元件关闭分岔排气通路2、3的排气入口2a、3a从而可切换排气气体从发动机侧排气通路100向各分岔排气通路2、3的流入和阻断。 
作为排气气体阻断元件,具体而言,在发动机侧排气通路100与分岔排气通路2、3的合流部设有气体的关闭阀4。关闭阀4使排气气体从发动机侧排气通路100的排气出口100b流入分岔排气通路2、3的排气入口2a、3a、或阻断排气气体从发动机侧排气通路100的排气出口100b流入分岔排气通路2、3的排气入口2a、3a。关闭阀4的流入与阻断的切换是通过控制装置10的控制来进行的。另外,排气气体阻断元件也可以是在各分岔排气通路2、3上分别设有的切换阀的组。此时,各切换阀分别设置于分岔排气通路2的排气入口2a和分岔排气通路3的排气入口3a。 
排气气体净化装置1在分岔排气通路2、3内分别包括氮氧化物吸附材5和还原气氛产生元件(第一燃烧装置6)。先是第一燃烧装置6、再是氮氧化物吸附材5沿排气方向F2、F3依次配置。此外,排气气体净化装置1在合流排气通路110内包括选择性还原催化剂19。 
由于氮氧化物催化剂5所含的成分,因此,氮氧化物吸附材5具有以下作用。氮氧化物吸附材5在空气过剩气氛中暂时吸附氮氧化物,并使该吸附后的氮氧化物在还原气氛下脱离。氮氧化物吸附材5在还原气氛中还原氮氧化物从而生成氨。 
在此,空气过剩是指在空气(氧气)和燃料的混合气体中,空气过剩率(所供应的混合气体的空气燃料比除以理想空气燃料比的值)大于1的状态。此外,空气过剩率小于1的状态为燃料过剩的状态。还原气氛是指在发生燃烧(氧化还原反应)时处于还原剂过剩而氧气不足的状态的气体。 
作为氮氧化物吸附材5的成分,能采用Pt、Rh、Pd等贵金属。这些金属起到具有氧化作用的催化剂成分的作用,因而具有还原氮氧化物的作用。 
含有Pt、Ph、Pd等的氮氧化物吸附材5在还原气氛中将氮氧化物还原成中间产物的氨或最终产物的氮(氮分子)。产物的不同是因温度条件的不 同而引起。当在规定温度Tp以上的高温环境下,生成较多的氮,当在比规定温度Tp低的低温环境下,生成较多氨。 
还原气氛产生元件是具有空气供应元件且将从该空气供应元件供应的空气制成还原气氛的脱离元件。 
在本实施方式中,还原气氛产生元件是燃烧装置(第一燃烧装置6)。第一燃烧装置6由空气供应元件、燃烧供应元件以及点火元件构成。此外,第一燃烧装置6通过在燃料过剩条件下发生燃烧反应,从而产生作为还原剂的不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)。 
第一燃烧装置6的空气供应元件包括空气供应装置11、空气量调整装置12以及空气喷嘴61。空气供应装置11取入外部气体以供应至空气量调节装置12。空气量调整装置12在对所供给得到的空气(外部气体)调整空气量之后供应至空气喷嘴61。空气喷嘴61是朝分岔排气通路2、3内的第一燃烧区域A1开口的喷嘴。供应至空气喷嘴61的空气被喷射至分岔排气通路2、3内。在此,控制装置10对空气量调整装置12进行控制从而调整被供应至空气喷嘴61的空气量。 
第一燃烧装置6的燃料供应元件包括控制装置10、燃料箱13、燃料量调整装置14以及燃料喷嘴62。在燃料箱13中储有燃料。燃料量调整装置14在将从燃料箱13供应的燃料在调整燃料量之后供应至燃料喷嘴62。燃料喷嘴62是朝分岔排气通路2、3内的第一燃烧区域A1开口的喷嘴。第一燃烧区域A1位于氮氧化物吸附材5的排气上游侧。供应至燃料喷嘴62的燃料被喷射至分岔排气通路2、3内。此外,控制装置10对燃料量调整装置14进行控制从而调整被供应至燃料喷嘴62的燃料量。 
第一燃烧装置6的点火元件为火花塞63。火花塞63是在分岔排气通路2、3内进行点火的装置。在此,利用从空气喷嘴61喷射出的空气和从燃料喷嘴62喷射出的燃料在分岔排气通路2、3内的第一燃烧区域A1中生成混合气体。火花塞63将该混合气体点火后使其燃烧。 
第一燃烧区域A1的范围通过如下所述加以确定。第一燃烧区域A1是指各分岔排气通路2、3内的区域中的发生第一燃烧装置6的燃烧反应的区 域。第一燃烧区域A1的范围为沿排气方向F2、F3从空气喷嘴61至氮氧化物吸附材5的前方(排气上游侧)的位置的范围。另外,第一燃烧区域A1所及范围由从空气喷嘴61喷射出的空气流的速度、空气过剩率等来确定。 
第一燃烧装置6通过在第一燃烧区域A1中使燃料过剩的第一混合气体(燃料与空气的混合气体)燃烧,从而在第一燃烧装置6的排气下游侧产生还原气氛。在燃烧燃料过剩的第一混合气体而生成的第一燃烧后气体中含有不完全燃烧产物(一氧化碳、烃)。因此,产生还原气氛。此外,第一燃烧后气体因燃烧反应的热而被加温。因此,通过调整第一燃烧装置6与氮氧化物吸附材5的距离、第一混合气体的燃料量,从而在第一燃烧装置6的排气下游侧除了还原气氛之外还能产生升温气氛。通过在升温气氛中加上还原气氛,从而使氮氧化物从氮氧化物吸附材5中进一步有效地脱离。 
另外,分岔排气通路2、3中的第一燃烧装置6的位置正确说来是指空气喷嘴61、燃烧喷嘴62以及火花塞63的位置。空气喷嘴61、燃烧喷嘴62以及火花塞63是在第一燃烧装置6中与分岔排气通路2、3直接相关的要件。 
另外,还原气氛产生元件不限定于上述第一燃烧装置6。还原气氛产生元件包括空气供应元件,只要能提供还原气氛即可。在此,在关闭排气入口2a时,为了在分岔排气通路2内通风而需要空气供应元件。 
选择性还原催化剂19设置在合流排气通路110内,是包含以氨作为还原剂而选择性还原氮氧化物的催化剂的材料。若对选择性还原剂19供应同时含有氨和氮氧化物的气体,则使氨与氮氧化物发生化学反应,从而生成氮(氮分子)和水。 
[第一实施方式的工作] 
接着,对排气气体净化装置1的工作进行说明。在此,控制装置10使排气气体净化装置1工作。控制装置10对各分岔排气通路2、3实施通常运转或再生运转。 
通常运转是将从内燃机等发动机侧排气通路100排放出的排气气体经过分岔排气通路2、3使该排气气体所含的氮氧化物吸附在氮氧化物吸附材 5中这样的运转的意思。在此,将分岔排气通路2、3中的任意一个或全部作为通常运转的对象。控制装置10切换关闭阀4以使作为再生运转的对象的分岔排气通路与发动机侧排气通路100连通。在分岔排气通路的数量为两个的本实施方式中,存在以下三种情况。即、使发动机侧排气通路100与分岔排气通路2连通的情况,使发动机侧排气通路100与分岔排气通路3连通的情况以及使发动机侧排气通路100与分岔排气通路2及分岔排气通路3连通的情况。控制装置10在作为通常运转的对象的分岔排气通路内不使第一燃烧装置6工作。 
再生运转是在将经通常运转而吸附至分岔排气通路2、3内的氮氧化物吸附材5的氮氧化物从氮氧化物吸附材5中脱离之后,还原成氮而使其无害的运转的意思。在此,分岔排气通路2、3中的任意一个和合流排气通路110为再生运转的对象。在排气气体净化装置1的工作中,为了控制成在至少一个分岔排气通路中进行通常运转,因此,无法同时在全部的分岔排气通路进行再生运转。控制装置10切换关闭阀4以使作为再生运转的对象的分岔排气通路与发动机侧排气通路100的连通阻断。控制装置10在作为再生运转的对象的分岔排气通路内使第一燃烧装置6工作。 
若与排气气体净化装置1连接的内燃机等的工作开始,则相应地,控制装置10使排气气体净化装置1的工作开始。控制装置10伴随排气气体净化装置1的工作在各分岔排气通路2、3中实施通常运转或再生运转。 
在通常运转中,排气气体所含的氮氧化物被吸附到氮氧化物吸附材5中。由此,排气气体除去了氮氧化物。此外,由于氮氧化物吸附材5具有氧化催化剂成分,因此,排气气体所含的一氧化碳和烃被氧化。一氧化碳和烃被氧化成二氧化碳和水,从而变得无害。由此,排气气体除去了一氧化碳和烃。 
除去了氮氧化物的排气气体被送向合流排气通路110。 
随着在氮氧化物吸附材5中吸附有氮氧化物,氮氧化物吸附材5的吸附能力降低。为了维持氮氧化物吸附材5的吸附能力,需要使氮氧化物从氮氧化物吸附材5中脱离。因此,当在分岔排气通路中进行一定时间的通 常运转之后,中止通常运转而进行再生运转,此后,再开始通常运转。 
此外,由于氮氧化物吸附材5包括具有氧化作用的催化剂成分,因此,即使在排气气体中含有不完全燃烧产物(一氧化碳和烃),也会氧化该不完全燃烧产物而使其无害。 
在再生运转中,控制装置10在燃料过剩条件下使第一燃烧装置6工作。通过第一燃烧装置6的工作,在第一燃烧区域A1中燃烧第一混合气体从而产生第一燃烧后气体,第一燃烧后气体被送向氮氧化物吸附材5。第一燃烧后气体为还原气氛。 
此时,由于氮氧化物吸附材5被置于还原气氛,因此,吸附至氮氧化物吸附材5中的氮氧化物从氮氧化物吸附材5中脱离。 
此外,由于氮氧化物吸附材5含有Pt等贵金属,因此,从氮氧化物吸附材5中脱离的氮氧化物立即被还原成氮或氨。当氮氧化物吸附材5的温度比规定温度Tp低时,会生成较多的氨。 
在此,氮氧化物吸附材5的温度大致是由排气气体的温度来加以确定的。这是因为下述理由。第一,由于再生运转的执行时间(再生运转时间WR)比通常运转的实施时间(通常运转时间WN)小,因此,氮氧化物吸附材5的温度会因排气气体的温度而受到很大的影响。第二,在再生运转的对象的分岔排气通路中虽没有流入排气气体,但由于经过有加温后的第一燃烧后气体,因此,在再生运转中,氮氧化物吸附材5也不会被冷却至常温。基于以上的理由,在再生运转中,氮氧化物吸附材5可大致保持在内燃机等的排气气体的温度。 
还原反应的产物(氮或氨)与第一燃烧后气体混合,进而被送向合流排气通路110。 
图2示出了各分岔排气通路2、3中的通常运转和再生运转的时间表。在各分岔排气通路2、3中,通常运转和再生运转是周期性反复执行的。通常运转的连续执行时间为通常运转时间WN,再生运转的连续执行时间为再生运转时间WR。此外,通常运转在分岔排气通路2、3两方中会在时间轴上部分重叠。相反,再生运转在分岔排气通路2、3两方中不同时执行。 
控制装置10在工作开始时刻T0(排气气体净化装置1开始工作的时间点)在分岔排气通路2中开始再生运转,在分岔排气通路3中开始通常运转。也就是说,控制装置10对关闭阀4进行控制从而阻断发动机侧排气通路100与分岔排气通路2的连通且使发动机排气通路100与分岔排气通路3连通。因此,排气气体流入分岔排气通路3中。除此之外,控制装置10在再生运转的对象的分岔排气通路2内使第一燃烧装置6工作。 
在分岔排气通路2中,从工作开始时刻T0开始至T1为止执行再生运转,从时刻T1开始至时刻T4为止执行通常运转,从时刻T4开始至时刻T5为止执行再生运转。从时刻T0开始至时刻T1为止的时间宽度和从时刻T4开始至时刻T6为止的时间宽度为再生运转时间WR。此外,从时刻T1开始至时刻T4为止的时间宽度为通常运转时间WN。 
在分岔排气通路3中,从工作开始时刻T0开始至T2为止执行通常运转,从时刻T2开始至时刻T3为止执行再生运转,从时刻T3开始至时刻T6为止执行通常运转。从时刻T3开始至时刻T6为止的时间宽度为通常运转时间WN。从时刻T2开始至时刻T3为止的时间宽度为再生运转时间WR。另外,对于工作开始时刻T0后的第一次的通常运转而言,通常运转的时间宽度为比通常的通常运转时间WN短的时间。这是由于,由于各分岔排气通路2、3中的通常运转与再生运转的切换所需的时间,因此,在分岔排气通路3中的再生运转结束后,无法立即在分岔排气通路2中执行再生运转。 
如时刻T1~时刻T2那样,当在分岔排气通路2、3两者中均实施通常运转的情况下,在合流排气通路110中,从两个分岔排气通路2、3中流入除去了氮氧化物后的排气气体。此外,将来自两个分岔排气通路2、3的排气气体合流,进而被排向大气中。 
如时刻T2~T3和时刻T4~T5那样,当在分岔排气通路2、3的一方实施通常运转而在分岔排气通路2、3的另一方实施再生运转的情况下,在合流排气通路110中,流入排气气体和含氮或氨的第一燃烧后气体。在此,当在不同的分岔排气通路2、3之间同时执行通常运转和再生运转时,对于执行通常运转的分岔排气通路而言,氮氧化物依然残留在排气气体中。 
排气气体净化装置1被控制成使残留有氮氧化物的排气气体和含作为氮氧化物的还原剂的氨的气体(第一燃烧后气体)同时流入合流排气通路110。此外,通过使在再生运转中产生的氨与在通常运转中排放出的氮氧化物发生化学反应,从而使氮氧化物和氨两者均无害。以下,对上述内容进行详细说明。 
在再生运转中,当氮氧化物吸附材5处于上述高温环境时,从氮氧化物吸附材5中脱离的氮氧化物多数被还原成氮。此外,当氮氧化物吸附材5处于上述低温环境时,从氮氧化物吸附材5中脱离的氮氧化物多数被还原成氨。 
氮氧化物吸附材5的吸附性能依赖于温度条件。当氮氧化物吸附材5处于上述高温环境时,氮氧化物吸附材5的吸附性能被较高地维持。此外,当氮氧化物吸附材5处于上述低温环境时,会使氮氧化物吸附材5的吸附性能降低。 
当氮氧化物吸附材5处于高温环境时,在再生运转中氨的产生少,在通常运转中也不会发生氮氧化物的吸附泄漏。在此,设定通常运转时间WN的时间宽度和氮氧化物吸附材5的吸附性能及还原性能(将氮氧化物还原成氨或氮的性能)以发挥这种作用。氮氧化物吸附材5的吸附性能随吸附量增大而降低,但在吸附性能降低到一定阈值之前结束通常运转并转移至再生运转,则能抑制吸附泄漏。也就是说,若将通常运转时间WN的时间宽度设定得较短,相应地就能使吸附性能被较高地维持。因此,除去了氮氧化物后的排气气体和不含氨的第一燃烧后气体被送向合流排气通路110。然后,这些经无害过的气体被排向大气中。 
相反,当氮氧化物吸附材5处于低温环境时,在再生运转中产生氨,在通常运转中会发生氮氧化物的吸附泄漏。在此,设定通常运转时间WN的时间宽度和氮氧化物吸附材5的吸附性能及还原性能(将氮氧化物还原成氨或氮的性能)以发挥这种作用。因此,残留有氮氧化物的排气气体和含氨的第一燃烧后气体被送向合流排气通路110。 
残留有氮氧化物的排气气体和含氨的第一燃烧后气体在合流侧排气通 路110的排气入口110a合流。合流后的气体(以下称为合流后气体)经过选择性还原催化剂19。通过选择性还原催化剂19,合流后气体中的氮氧化物被还原且合流后气体中的氨被氧化,从而生成氮和水。由此,使氮氧化物和氨一起无害,经无害后的合流后气体被排向大气中。 
[再生运转的实施时期] 
如图2所示,为了使氮氧化物与氨的反应有效进行,一个分岔排气通路中的再生运转的实施期间与另一个分岔排气通路中的通常运转的最后阶段相对应。在此,由于随着通常运转的实施时间增加,氮氧化物吸附材5的吸附量增大,因此,在通常运转时间WN的最后阶段,排气气体中的氮氧化物的残留量最大。这样,在防止氮氧化物向大气中的排放这点上,较为理想的是,使一方的分岔排气通路2中的通常运转时间WN的结束时刻(时刻T4)与另一方的分岔排气通路3中的再生运转的结束时刻(时刻T3)一致。然而,由于运转的切换所需的时间,因此,在通常运转时间WN的结束时刻与再生运转的结束时刻之间设有稍许偏差。 
[氮氧化物吸附材的吸附性能和选择性还原催化剂的净化性能高的温度区域的调整] 
此外,为了使氮氧化物与氨的反应有效进行,氮氧化物吸附材5的吸附性能和选择性还原催化剂19的净化性能得以提高的温度区域被如下所述进行调整。 
图3示出了氮氧化物吸附材5的吸附性能的温度变化的图表A(实线)、选择性还原催化剂19的活性的温度变化的图表R(虚线)、以及排气气体的整个温度区域B。整个温度区域B表示当被从内燃机等排放出的排气气体到达分岔排气通路2、3内时该排气气体的温度所能取得的范围。 
氮氧化物吸附材5的吸附性能(吸附的活性)被调整成在整个温度范围B内的规定温度Tp以上的高温区域中得以提高。此外,选择性还原催化剂19的净化性能(还原反应的活性)被调整成在整个温度范围B内的比规定温度Tp低的低温区域中得以提高。如上所述,规定温度Tp是通过使氮氧化物吸附材还原氮,作为是较多地生成中间产物的氨、还是较多地生成最终 产物氮的大概基准的温度。 
利用图表A和图表R可以理解以下内容。在实施再生运转的通常运转的最终阶段,当排气气体的温度处于低温区域时,氮氧化物吸附材5的吸附性能与处于高温区域时相比相对较低。因此,相对而言,氮氧化物不易被吸附到氮氧化物吸附材5上,因而提高了排气气体中所含的氮氧化物的浓度。此外,当排气气体的温度处于低温区域时,氮氧化物会被氮氧化物吸附材5还原成氨。相反,当排气气体的温度处于低温区域时,选择性还原催化剂19的净化性能与处于高温区域相比相对较高。因此,相对而言,氮氧化物被还原成氨的量进一步增大。也就是说,与排气气体中所含的氮氧化物的量多的情况相对应,用选择性还原催化剂19进行的氮氧化物的还原反应会进一步多地产生。 
在实施再生运转的通常运转的最终阶段,当排气气体的温度处于高温区域时,氮氧化物吸附材5的吸附性能与处于高温区域时相比相对较高。因此,相对而言,氮氧化物容易被吸附到氮氧化物吸附材5上,因而在排气气体中几乎不含有氮氧化物。此外,当排气气体的温度处于高温区域时,氮氧化物会被氮氧化物吸附材5更多地还原成氮。相反,当排气气体的温度处于高温区域时,选择性还原催化剂19的净化性能与处于低温区域相比相对较低。因此,相对而言,氮氧化物被还原成氨的量进一步减少。也就是说,与不易发生用选择性还原催化剂19进行氮氧化物的还原反应相对应,会使排气气体中所含的氮氧化物的量变少。 
因此,无论排气气体的温度为高温区域和低温区域中的任意一个,氮氧化物均会以无害的状态的从排气气体净化装置1中排出。 
[第一实施方式的效果] 
第一实施方式的排气气体净化装置1发挥如下所述的效果。 
排气气体净化装置1为上述结构。因此,若以对于至少一个分岔排气通路2(或3)打开排气入口2a(或3a)、且对于至少一个分岔排气通路3(或2)关闭排气入口3a(或2a)的方式使还原气氛产生元件(第一燃烧装置6)工作,则经过打开了的分岔排气通路2(或3)的排气气体中所含的氮氧化物将 在关闭了的分岔排气通路3(或2)中生成的氨作为还原剂被合流排气通路110的选择性还原催化剂19还原。 
因此,能将没有被氮氧化物吸附材5吸附的氮氧化物无害化,从而防止向大气中的氮氧化物的排放量增大。 
还原气氛产生元件作为第一燃烧装置6。因此,还原气氛产生元件除了还原气氛之外还能提供升温气氛。此外,通过调整空气流量和燃料流量,能产生各种各样条件下的还原气氛和升温气氛。尤其是,通过燃料过剩条件下的部分氧化反应,还原气氛产生元件能提供一氧化碳和烃等还原剂,从而有效地脱离和还原处理氮氧化物。 
作为氮氧化物吸附材的成分,包含Pt、Pd、Rh中的至少一种。因此,通过氮氧化物吸附材5的催化剂作用,使氮氧化物被有效地还原成氨。 
氮氧化物吸附材5的吸附性能和选择性还原催化剂19的净化性能被调整成在上述这样的温度区域中得以提高。因此,无论排气气体的温度为高温区域和低温区域中的任意一个,氮氧化物均会以无害的状态的从排气气体净化装置1中排出。 
再生运转的实施时间被设定为通常运转的最终阶段。因此,当在没有被氮氧化物吸附材5吸附而经过的氮氧化物的量最多时,对选择性还原催化剂19供应氨,从而使向大气中排放出的氮氧化物的排放量进一步得以降低。 
[第二实施方式的结构] 
采用图4对第二实施方式的排气气体净化装置1进行说明。第二实施方式的排气气体净化装置1是在第一实施方式的排气气体净化装置1的基础上还包括氧化催化剂20。 
氧化催化剂20是在合流排气通路100内配置于选择性还原催化剂19的排气下游侧的含氧化催化剂的材料。当含氨和不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)的气体经过氧化催化剂20时,气体中的氨和不完全燃烧产物被氧化,从而变得无害。 
[第二实施方式的效果] 
第二实施方式的排气气体净化装置1还发挥如下所述的效果。 
在选择性还原催化剂19的排气下游侧设有氧化催化剂20。因此,能防止氨和不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)被排放至大气中。因此,即使还原气氛过量产生也没有问题,因而能有效地实施氮氧化物吸附材5的再生(氮氧化物的脱离)。 
[第三实施方式的结构] 
采用图5对第三实施方式的排气气体净化装置1进行说明。第三实施方式的排气气体净化装置1是在第一实施方式的排气气体净化装置1的基础上还包括第二燃烧装置7。 
第二燃烧装置7在合流排气通路110内配置于选择性还原催化剂19的排气下游侧。 
第二燃烧装置7由空气供应元件、燃烧供应元件以及点火元件构成。第二燃烧装置7通过使燃烧反应在空气过剩条件下发生,从而对经过合流排气通路110的气体中所含的氨和不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)进行氧化从而使其无害。 
第二燃烧装置7的空气供应元件与第一燃烧装置6的空气供应元件相同。第二燃烧装置7的空气供应元件包括空气供应装置11、空气量调整装置12以及空气喷嘴71。也就是说,在第二燃烧装置7的空气供应元件中,将第一燃烧装置6的空气供应元件的空气喷嘴61换成空气喷嘴71。另外,空气喷嘴71朝分岔排气通路2、3内的第二燃烧区域A2开口。 
第二燃烧装置7的燃料供应元件与第一燃烧装置6的燃料供应元件相同。第二燃烧装置7的燃料供应元件包括燃料箱13、燃料量调整装置14以及燃料喷嘴72。也就是说,在第二燃烧装置7的燃料供应元件中,将第一燃烧装置6的燃料供应元件的燃料喷嘴62换成燃料喷嘴72。另外,燃料喷嘴62朝分岔排气通路2、3内的第二燃烧区域A2开口。 
第二燃烧装置7的点火元件也与第一燃烧装置6的点火元件相同。第二燃烧装置7的点火元件是火花塞73,其是在分岔排气通路2、3内的第二燃烧区域A2中进行点火的装置。 
第二燃烧区域A2的范围通过如下所述加以确定。第二燃烧区域A2是指合流排气通路110内的区域中的发生第二燃烧装置7的燃烧反应的区域。第二燃烧区域A2的范围是从第二燃烧装置7到排气下游侧的规定位置为止的范围。另外,第二燃烧区域A2所及的范围由从空气喷嘴71喷射出的空气流的速度和点火时期相对于燃料和空气的供应开始时期的延迟时间的多少等来加以确定的。 
另外,合流排气通路110中的第二燃烧装置7的位置正确说来是指空气喷嘴71、燃烧喷嘴72以及火花塞73的位置。空气喷嘴71、燃烧喷嘴72以及火花塞73是在第二燃烧装置7中与合流排气通路110直接相关的要件。 
[第三实施方式的工作] 
接着,对在第三实施方式的排气气体净化装置1的工作中与第二燃烧装置7相关的工作进行说明。除了与第二燃烧装置7相关的工作之外,第三实施方式的工作与第一实施方式的工作相同。 
当在任一分岔排气通路中实施再生运转时,控制装置10使第二燃烧装置7工作。相反,当在全部分岔排气通路中均没有实施再生运转时,控制装置10不会使第二燃烧装置7工作。 
[第三实施方式的效果] 
第三实施方式的排气气体净化装置1还发挥如下所述的效果。 
在选择性还原催化剂19的排气下游侧设有第二燃烧装置7。因此,能防止氨和不完全燃烧产物(一氧化碳和烃)被排放至大气中。因此,即使还原气氛过量产生也没有问题,因而能有效地实施氮氧化物吸附材的再生(氮氧化物的脱离)。而且,与氧化催化剂相比,具有不会发生因继续使用而引起的性能变差和因温度依赖性而引起的性能降低这样的优点。 
[第四实施方式的结构] 
采用图6对第四实施方式的排气气体净化装置1进行说明。第四实施方式的排气气体净化装置1是在第三实施方式的排气气体净化装置1的基础上还包括过滤构件8。 
过滤构件8在合流排气通路110内配置于第二燃烧装置7的排气下游 侧。 
过滤构件8是可以捕获排气气体中所含的粒状物质的构件。粒状物质是由燃料的不完全燃烧而产生的由碳、烃等构成的微粒。 
[第四实施方式的工作] 
接着,对在排气气体净化装置1的工作中与过滤构件8相关的部分进行说明。除了与过滤构件8相关的工作之外,第四实施方式的工作与第三实施方式的工作相同。 
控制装置10在与氮氧化物相关的再生运转中使第二燃烧装置7工作。第二燃烧装置7不仅起到氧化氨和不完全燃烧产物的元件的作用,还起到对过滤构件8进行再生的元件的作用。 
若使第二燃烧装置7工作,则会在第二燃烧区域A2中产生空气过剩的燃烧反应。通过这种燃烧反应,对被过滤构件8捕获的粒状物质进行氧化并加以除去。另外,除了与氮氧化物相关的再生运转之外,还可以是以对过滤构件8进行再生为目的来使第二燃烧装置7工作的结构。 
[第四实施方式的效果] 
第四实施方式的排气气体净化装置1还发挥如下所述的效果。 
排气气体净化装置1包括过滤构件8。因此,能将粒状物质从排气气体中除去。此外,通过第二燃烧装置7的工作,能维持过滤构件8的捕获能力。 
[过滤构件的变形例] 
在过滤构件8的成分中,也可以含有贵金属Pt、Rh、Pd中的任意一个。此外,在第三实施方式中,也可以配置有在成分中含贵金属Pt、Rh、Pd中的任意一个的过滤构件8以代替氧化催化剂20。在此,贵金属Pt、Rh、Pd起到氧化催化剂的作用。 
工业上的可利用性 
本发明能应用于对柴油机、煤气机、汽油机或燃气轮机等内燃机的、或是焚烧炉和锅炉等燃烧设备的排气气体进行净化的装置。 

Claims (7)

1.一种排气气体净化装置,其与内燃机或燃烧设备的发动机侧排气通路连接,其特征在于,包括: 
多个分岔排气通路,这些分岔排气通路与所述发动机侧排气通路连接; 
合流排气通路,该合流排气通路使所述各分岔排气通路在该各分岔排气通路的排气下游侧合流; 
排气气体阻断元件,该排气气体阻断元件打开或关闭所述各分岔排气通路的排气入口,从而在允许排气气体从所述发动机侧排气通路流入所述各分岔排气通路的状态和阻断排气气体从所述发动机侧排气通路流入所述各分岔排气通路的状态之间切换; 
氮氧化物吸附材,该氮氧化物吸附材被设在所述各分岔排气通路内,在空气过剩气氛中暂时吸附氮氧化物,并使该吸附后的氮氧化物在还原气氛中脱离; 
还原气氛产生元件,该还原气氛产生元件在所述各分岔排气通路内配置于所述氮氧化物吸附材的排气上游侧,具有空气供应元件,并且将从该空气供应元件供应来的空气制成还原气氛;以及 
选择性还原催化剂,该选择性还原催化剂设于所述合流排气通路内,并将氨作为还原剂对氮氧化物进行选择性还原;其中 
所述氮氧化物吸附材被调整成排气气体的整个温度区域内的规定温度以上的高温区域中的吸附性能比其他区域中的吸附性能高,
所述选择性还原催化剂被调整成排气气体的整个温度区域内的比所述规定温度低的低温区域中的净化性能比其他区域中的净化性能高。 
2.如权利要求1所述的排气气体净化装置,其特征在于,所述还原气氛产生元件是由空气供应元件、燃料供应元件和点火元件构成的第一燃烧装置。 
3.如权利要求1或2所述的排气气体净化装置,其特征在于,作为所述氮氧化物吸附材的成分,包含Pt、Pd、Rh中的至少一种。 
4.如权利要求1或2所述的排气气体净化装置,其特征在于,还包括氧化催化剂,该氧化催化剂在所述合流排气通路内配置于所述选择性还原催化剂的排气下游侧。 
5.如权利要求1或2所述的排气气体净化装置,其特征在于, 
还包括第二燃烧装置,该第二燃烧装置在所述合流排气通路内配置于所述选择性还原催化剂的排气下游侧,
所述第二燃烧装置由空气供应元件、燃料供应元件和点火元件构成。 
6.如权利要求5所述的排气气体净化装置,其特征在于,还包括过滤构件,该过滤构件在所述合流排气通路内配置于所述第二燃烧装置的排气下游侧,且可对排气气体中的粒状物质加以捕获。 
7.如权利要求1或2所述的排气气体净化装置,其特征在于,还包括控制装置,该控制装置将所述排气气体阻断元件和所述各还原气氛产生元件控制成使一个所述还原气氛产生元件工作的再生运转的实施期间为另一个所述分岔排气通路中的通常运转期间的最终阶段。 
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