JP2000352305A - 還元剤添加による窒素酸化物還元を伴う排気ガス浄化装置 - Google Patents

還元剤添加による窒素酸化物還元を伴う排気ガス浄化装置

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JP2000352305A JP2000146040A JP2000146040A JP2000352305A JP 2000352305 A JP2000352305 A JP 2000352305A JP 2000146040 A JP2000146040 A JP 2000146040A JP 2000146040 A JP2000146040 A JP 2000146040A JP 2000352305 A JP2000352305 A JP 2000352305A
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exhaust
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Christian Goerigk
ゲーリック クリスチャン
Stefan Wessels
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Audi AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Audi AG
Dr Ing HCF Porsche AG
Volkswagen AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒素酸化物の還元を目的として、有利な方法
でしかも比較的低コストで還元剤を蒸気として排気ガス
流に添加可能な排気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 排気装置（２）中に案内される排気ガス
流（６）を浄化するための排気ガス浄化装置において、
前記排気装置中に導入される蒸気形態の還元剤の関与に
より、排気ガス内に含まれる窒素酸化物を還元する窒素
酸化物還元触媒コンバータ（３）と、前記コンバータの
上流において排気装置中に配置された気化装置（５、５
ａ、５ｂ）を有し還元剤または還元剤前駆体を排気ガス
流に計量添加するための還元剤計量装置（４、５）とを
含み、前記気化装置（５、５ａ、５ｂ）が、その熱源と
して、供給装置（４）により供給された還元剤がその上
に加圧下で方向付けられる加熱可能なデフレクター面
（５ａ、５ｂ）またはマイクロ波発生装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気装置中に配置
されており、前記排気装置中に導入される蒸気形態の還
元剤の関与により、排気ガス内に含まれる窒素酸化物を
還元するための窒素酸化物還元触媒コンバータと、前記
窒素酸化物還元触媒コンバータの上流において排気装置
中に配置された気化装置を有し還元剤または還元剤前駆
体を排気ガス流に計量添加するための還元剤計量装置と
を含み、排気装置中に案内される排気ガス流を浄化する
ための排気ガス浄化装置に関する。この種の排気ガス浄
化装置は、例えば自動車両の内燃機関に使用され、排気
ガス中に含まれるいずれの窒素酸化物の浄化も、いわゆ
るＳＣＲ（選択的触媒還元）方法を用いて可能にする。
この方法において、窒素酸化物は、排気ガス流に添加さ
れる適当な還元剤の関与により、適当な還元触媒コンバ
ータ中で化学的に還元される。蒸気または気体形態のア
ンモニアは、しばしば還元剤として使用され、好ましく
は排気ガス流中に溶液として導入される尿素の気化とそ
れに続く熱分解及び加水分解により生成される。
【０００２】
【従来の技術】この種の排気ガス浄化装置は、ＷＯ９７
／３６６７６公報に開示されている。この装置におい
て、液体尿素溶液は、排気パイプ壁上に配置されている
電気的に加熱可能な計量装置において気化され、その尿
素は加水分解され、排気ガス流中に注入される。下流の
混合装置は、注入された還元剤と排気ガスの混合を促進
させる。
【０００３】ＥＰ０,５５５,７４６Ｂ１特許に記載され
ているような種類の排気ガス浄化装置において、メタル
ハニカム気化装置が提供されているが、それは、排気ガ
スにより加熱され、注入された尿素溶液のための加水分
解触媒コンバータ及び流れ混合装置として同時に機能す
る。排気装置のメタルハニカム気化装置本体の下流にお
いて、上流側の窒素酸化物還元触媒コンバータと下流側
の酸化触媒コンバータとを含む多重部分からなる触媒コ
ンバータ装置が配置されている。
【０００４】ＥＰ０,６１５,７７７Ｂ１特許に記載の排
気ガス浄化装置において、尿素は固形粒子の形態で排気
ガス流中に注入され、次いでそれが加水分解触媒コンバ
ータに送給され、そこから窒素酸化物還元触媒コンバー
タと下流の酸化触媒コンバータに送給されるようになっ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒素酸化物
の還元を目的として、有利な方法でしかも比較的低コス
トに、還元剤を蒸気として排気ガス流に添加することが
できる、上記の種類の排気ガス浄化装置を提供すること
を技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の特徴を有する排気ガス浄化装置を提供することによ
り、この課題を解決するものである。この装置におい
て、窒素酸化物還元触媒コンバータの上流において排気
装置内に配置された気化装置は、熱源として、供給装置
により提供された還元剤がその上に加圧下で方向付けら
れる加熱可能なデフレクター面、またはマイクロ波発生
装置を含む。この方法により、第一に、還元剤の充分な
気化を達成することが可能になり、第二に、気化装置を
提供するコストが比較的低くなることを見出した。
【０００７】請求項２に記載の排気ガス浄化装置におい
て、気化装置のために与えられた熱源は、排気ガス流の
方向に対して平行に配置され排気ガス流を実質的に中断
させないようなバッフル板であり、そのため、気化装置
を通過しても著しい排気ガス圧の低下が起こらない。こ
のバッフル板は、排気パイプの内側に表面と表面が接触
するように配置されるか、または排気パイプの内部に配
置されることができる。加熱は、例えば連結された電気
的加熱装置によって特別な使用に適した従来の方法によ
り行うことができる。
【０００８】請求項３に記載の排気ガス浄化装置におい
て、気化装置のために与えられる熱源は、排気装置の分
流分岐ライン中に位置する加熱可能なバッフル板であ
り、その分岐ラインは、排気装置の主流セクションから
分岐し、分岐点の下流において、このセクションに戻る
ような開口を有する。
【０００９】請求項４に記載の排気ガス浄化装置は、少
なくとも２つの触媒コンバータ段を有しており、これら
は互いに前後が結合されており、異なるアンモニア貯蔵
特性を有し、その少なくとも１つは窒素酸化物還元触媒
コンバータを形成している。ある場合においては、この
処置が、窒素酸化物の最大限可能な還元を行うために有
利であり、そして特別の応用例に応じて、上流段を下流
段よりもアンモニア貯蔵能力を高くまたは低くすること
ができることを見出した。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好都合な具体例
を、添付の図面を参照しながら、説明する。図１は、内
燃機関１を模式的に示す図であり、それは、例えば自動
車両において使用され、そして、エンジン排気ガスの浄
化、特にその中に含まれ得る窒素酸化物を除去するため
の、連結された排気ガス浄化装置を有する。これらは特
に、内燃機関をリーンモードで運転したときに生成され
るものである。排気ガス中の窒素酸化物を浄化するため
に、この排気ガス浄化装置は、内燃機関１の排気装置２
内に配置された窒素酸化物還元触媒コンバータ３を含
む。このコンバータは、一段または多段設計にすること
ができ、例えば、図１には、上流段３ａ及び下流段３ｂ
を有する２段設計のものが示されている。この２つの触
媒コンバータ段３ａ及び３ｂのアンモニア貯蔵能力は異
なることが好ましく、その場合、必要により、上流の触
媒コンバータ段３ａは、下流の触媒コンバータ段３ｂよ
りも、アンモニア貯蔵能力が高く又は低くされる。
【００１１】さらに、窒素酸化物還元触媒コンバータ３
の上流には、排気ガス浄化装置が、排気装置２におい
て、供給装置４と気化装置５を含む還元剤計量装置を有
している。例えば固形または液体尿素のような還元剤ま
たはその前駆体が、供給装置４により、外部から、単一
部分からなる排気装置２内に注入されるが、そこには、
個々のエンジンシリンダーから排出され集められた排気
ガス流６が案内されるようになっている。気化装置５
は、排気装置２の計量点の下流に位置しており、その熱
源として、マイクロ波発生装置を有しているが、それは
標準型のものであるため、本明細書においてこれ以上の
説明は加えない。前記マイクロ波発生装置により発生さ
れるマイクロ波照射の作用により、注入された尿素は気
化装置５中で加水分解され、気体状のアンモニアと二酸
化炭素を生成する。この加水分解反応を促進するため
に、気化装置５は適当な加水分解触媒を含むことができ
る。
【００１２】気化装置５及び窒素酸化物還元触媒コンバ
ータ３間の排気装置セクションには、標準設計の気体混
合装置７があり、気化装置５において気化された還元剤
は、それにより、浄化対象の排気ガスと均質的に混合さ
れる。さらに、必要な場合には、気体混合装置７は、そ
れが尿素加水分解触媒コンバータとして追加的に機能
し、及び／又は窒素酸化物還元機能を有するように設計
されることができる。ついで、それに続く窒素酸化物還
元触媒コンバータ３において、排気ガスに含まれる窒素
酸化物の完全選択的化学還元を行って窒素を生成するこ
とが、気体状の還元剤の関与により行われる。
【００１３】必要に応じて、酸化触媒コンバータまたは
三元触媒コンバータのような排気ガス浄化機能を有する
その他の触媒コンバータを、独立した触媒コンバータ本
体として、または共通の触媒コンバータ装置内において
前記窒素酸化物還元触媒コンバータ３と一体化されたも
のとして、窒素酸化物還元触媒コンバータ３の上流また
は下流に連続的に配置することもできる。
【００１４】図２は、図１の排気ガス浄化装置の変形例
を示すものであるが、簡略化のために、図１において使
用した部品と機能的に同じ部品に関しては、同じ参照番
号を付し、この限りにおいて、図１に関する上記説明を
参照することができるものとする。図２に示す排気ガス
浄化装置は、図１の装置におけるマイクロ波気化装置の
代わりに、通常の方法（よって、これ以上の詳しい説明
は行わない）、例えば電気的方法により加熱される加熱
可能なバッフル板５ａからなるバッフル板気化装置を有
する。
【００１５】気化バッフル板５ａは、対応する排気パイ
プにより形成される単一部分からなる排気装置２の内部
に、パイプ壁から距離を隔てて、その排気パイプセクシ
ョンの長手方向の軸に平行に配置されている。したがっ
て、この板の平面は、その周りを流れる排気ガス流６の
流れの主方向に対して平行になっており、そのため、狭
い方の側部が排気パイプの流れの断面に与える影響は最
小となる。
【００１６】注入装置または注入ノズルとして設計さ
れ、排気パイプ内の連結された開口内に装着される還元
剤供給装置４は、バッフル板５ａの衝撃側部の向かい側
に、それから距離を隔てて配置されている。この供給装
置４を介して、溶解された尿素のような還元剤または還
元剤前駆体が、それに面する加熱されたバッフル板５ａ
のその側部上に、加圧下で噴霧され、その結果、排気ガ
ス流６中で気化する。下流の気体混合装置７は、気化し
た還元剤または還元剤前駆体と排気ガスとの充分な混合
を確実にする。さらに、必要により、気体混合装置７
は、蒸気形態の排気ガスに計量注入された還元剤前駆体
を、所望の還元剤に転化する追加の機能、例えば、尿素
蒸気を加水分解によって気体状のアンモニアに転化する
機能を有することもできる。さらに、所望により、バッ
フル板５ａに、例えば尿素をアンモニアに転化するため
の加水分解触媒のような触媒的に活性なコーティングを
与えることもできる。また、図１に示される装置に関し
て上記したものと同様の有利な特性及び可能な変更が、
図２に示される装置にも応用される。
【００１７】図３は、図２の排気ガス浄化装置の変形例
であり、図２に示す装置における排気ガス流中に配置さ
れたバッフル板気化装置５ａの代わりに、加熱可能なバ
ッフル板５ｂとして設計された気化装置が、排気装置２
の分流分岐ライン２ａ中に配置されている。流出点８に
おいて、分流分岐ライン２ａは、排気装置２の排気装置
主流セクション２ｂから分岐しており、下流の流入点９
において、排気装置主流セクション２ｂに戻るような開
口を有している。従って、この領域において、排気ガス
流は、排気装置主流セクション２ｂに残る主排気ガス流
６ｂと、分流分岐ライン２ａを介して流れ、排気ガスを
少なく含む部分排気ガス流６ａとに分割される。
【００１８】分流分岐ライン２ａにおいて、加熱可能な
バッフル板５ｂが、連結されたパイプの壁上に配置され
ており、その一方で、注入ノズルとして設計された還元
剤供給装置４が、そのパイプの反対の壁領域の開口中に
固定されている。注入ノズル４は、このように、加熱可
能なバッフル板５ｂと向かい合い、それとは距離を隔て
て配置されており、操作時に、バッフル板５ｂに面する
高温側部上に、供給された還元剤または還元剤前駆体を
加圧下で噴霧する。その結果、還元剤または還元剤前駆
体は、気化され、部分排気ガス流６ａに連行され、次い
で、バッフル板気化装置５ｂを迂回して流れる主排気ガ
ス流６ｂと一緒になる。下流の気体混合装置７におい
て、気化された還元剤または還元剤の前駆体は、排気パ
イプの全断面上で、排気ガスと均質に混合され、そし
て、操作時には、還元剤前駆体が含まれる場合には、同
時に所望の還元剤に転化され、次いで下流の窒素酸化物
還元触媒コンバータ３における窒素酸化物の還元に利用
される。また、図１及び２に示した装置を参照して上記
したものと同様の特性、利点及び可能な変更が、図３の
装置にも応用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関と、マイクロ波発生気化装置を有する
連結された排気ガス浄化装置との模式的ブロック図であ
る。
【図２】排気ガス浄化装置が、排気ガス主流中に置かれ
たバッフル板気化装置を有すること以外は、図１と同様
の図である。
【図３】排気ガス浄化装置が、分流分岐ライン中に配置
されたバッフル板気化装置を有すること以外は、図１と
同様の図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 排気装置 ３ 窒素酸化物還元触媒コンバータ ４ 供給装置 ５ 気化装置 ５ａ バッフル板 ５ｂ バッフル板 ６ 排気ガス流 ６ａ 部分排気ガス流 ６ｂ 主排気ガス流 ７ 気体混合装置 ８ 流出点 ９ 流入点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ａ １０１Ｂ (71)出願人 500050413 Ｅｐｐｌｅｓｔｒａｓｓｅ 225 Ｓｔｕ ｔｔｇａｒｔ Ｇｅｒｍａｎｙ (71)出願人 500224564 ドクトア インジェニエーア ハー．ツェ ー．エフ．ポルシェ アクツィエンゲゼル シャフト Ｄｒ．Ｉｎｇ．ｈ．ｃ．Ｆ．Ｐｏｒｓｃｈ ｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆ ｔ ドイツ国 シュトゥットガルト ポルシェ シュトラーセ 42 Ｐｏｒｓｃｈｅｓｔｒａｓｓｅ 42，Ｓｔ ｕｔｔｇａｒｔ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (71)出願人 500224575 フォルクスヴァーゲン アクツィエンゲゼ ルシャフト Ｖｏｌｋｓｗａｇｅｎ Ａｋｔｉｅｎｇｅ ｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ドイツ国 ヴォルフスブルク（番地なし) Ｗｏｌｆｓｂｕｒｇ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａ ｎｄ (71)出願人 500224586 アウディ アクツィエンゲゼルシャフト Ａｕｄｉ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃ ｈａｆｔ ドイツ国 インゴルシュタット（番地な し) Ｉｎｇｏｌｓｔａｄｔ Ｄｅｕｔｓｃｈｌ ａｎｄ (71)出願人 500224597 バイエリッシェ モトレンヴェルケ アク ツィエンゲゼルシャフト Ｂａｙｅｒｉｓｃｈｅ Ｍｏｔｏｒｅｎｗ ｅｒｋｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃ ｈａｆｔ ドイツ国 ミュンヘン ペトゥーエルリン ク 130 Ｐｅｔｕｅｌｒｉｎｇ 130，Ｍｕｅｎｃ ｈｅｎ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者 クリスチャン ゲーリック ドイツ国 ヘミンゲン オイゲン−ボルツ −シュトラーセ 11 (72)発明者 シュテファン ヴェッセルズ ドイツ国 ヴァイスザッハ−フラヒト ザ イテンシュトラーセ 29

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気装置中に配置されており、前記排気
    装置中に導入される蒸気形態の還元剤の関与により、排
    気ガス内に含まれる窒素酸化物を還元するための窒素酸
    化物還元触媒コンバータ（３）と、 前記窒素酸化物還元触媒コンバータの上流において排気
    装置中に配置された気化装置（５、５ａ、５ｂ）を有し
    還元剤または還元剤前駆体を排気ガス流に計量添加する
    ための還元剤計量装置（４、５）とを含み、 特に自動車両の内燃機関に用いられる、排気装置（２）
    中に案内される排気ガス流（６）を浄化するための排気
    ガス浄化装置であって、 前記気化装置（５、５ａ、５ｂ）は、その熱源として、
    供給装置（４）により供給される還元剤がその上に加圧
    下で方向付けられる加熱可能なデフレクター面（５ａ、
    ５ｂ）、またはマイクロ波発生装置を有していることを
    特徴とする排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 加熱可能なデフレクター面がバッフル板
    （５ａ、５ｂ）によって形成されており、前記バッフル
    板が、排気ガス流の方向に対して平行に配置され、排気
    装置（２）のパイプ（２ａ）の内側に表面と表面が接触
    するように支持されているかまたは前記パイプの内部に
    配置されていることを特徴とする請求項１記載の排気ガ
    ス浄化装置。
  3. 【請求項３】 加熱可能なバッフル板（５ｂ）が排気装
    置（２）の分流分岐ライン（２ａ）内に配置されてお
    り、前記ラインが、排気装置の主流セクション（２ｂ）
    から分岐しており、分岐点（８）の下流においてこのセ
    クションに戻るような開口を有していることを特徴とす
    る請求項２記載の排気ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 互いに前後に連続して結合され、異なる
    還元剤貯蔵能力を有する２つの触媒コンバータ段（３
    ａ、３ｂ）を含み、そのうちの少なくとも１つが窒素酸
    化物還元触媒コンバータを形成していることを特徴とす
    る請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
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