專利名稱：排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于凈化內燃機排出的排氣的裝置，所述內燃機是例如柴油機、氣體 發動機、汽油發動機或燃氣輪發動機、或燃燒設備，例如燃燒爐和鍋爐，更具體涉及與在過 剩空氣狀態中正常運行的內燃機等設備的排氣通道連接的排氣凈化裝置，用于消除氮氧化 物。
背景技術：
從內燃機等設備排出的排氣中含有有害組分，例如氮氧化物、一氧化碳和碳氫化 合物。已經按照慣例開發了多種裝置，用以從排氣消除這些物質，從而凈化排氣。本發明開發的裝置是一種排氣凈化裝置，已經在一份專利(專利文獻1)中進行了 應用。圖5顯示專利文獻1的
圖1中所示的排氣凈化裝置。如圖5中所示，在申請人提出 的常規排氣凈化裝置中，為多個與內燃機等設備連接的分支排氣通道202a和202b中的每 一個提供了氮氧化物吸附材料204、吸附材料脫離單元203和燃燒裝置205。只將從內燃機 等設備排出的排氣供給一個分支排氣通道，如202a (或202b)，而沒有將其供給另一個分支 排氣通道，如202b(或202a)。另外，在供給排氣的分支排氣通道202a中，將氮氧化物吸附 在氮氧化物吸附材料204上，并予以消除，通過氮氧化物吸附材料204中包含的氧化反應催 化劑，將一氧化碳和碳氫化合物氧化成二氧化碳和水。另一方面，在停止供給排氣的分支排 氣通道202b中，通過吸附材料脫離單元203，使氮氧化物從氮氧化物吸附材料204脫離，通 過燃燒裝置205將脫離的氮氧化物還原成氮。換言之，在分支排氣通道202a中進行將氮氧 化物吸附到氮氧化物吸附材料204上的正常運行。同時，在另一個分支排氣通道202b中， 進行使氮氧化物從吸附材料脫離單元204脫離的再生運行。結果是，氮氧化物吸附材料204 的吸附能力得以維持。圖5中所示的排氣凈化裝置是不使用三效催化劑、氨、脲等物質的凈化裝置。三效 催化劑用作能同時分解氮氧化物、一氧化碳和碳氫化合物的催化劑，其在過剩空氣條件下 不能有效工作。對于使用氨等物質的凈化裝置，裝置本身非常復雜和昂貴。另外，對于作為 還原劑的氨等物質，維護成本是必需的，必須提供用于供給氨等物質的系統，從而發生許多 問題。在圖5所示的排氣凈化裝置中，已經解決了這些問題。圖5中所示的排氣凈化裝置 能從在過剩空氣條件下運行的內燃機或類似設備排出的排氣中消除有害組分(氮氧化物、 一氧化碳和碳氫化合物)，從而凈化排氣，并維持其凈化能力而不使該能力降低。引用列表專利文獻1 日本專利申請公開第2006-272115號發明概述技術問題在圖5所示的排氣凈化裝置中，將涉及消除有害組分的裝置(吸附劑、脫離單元 和燃燒裝置)設置在多個分支排氣通道的每一個中，用以維持氮氧化物吸附材料的吸附能 力。這種結構導致增大排氣凈化裝置的生產成本的問題。
本發明意在提供生產成本降低的排氣凈化裝置。解決方案本發明第一方面提供一種與內燃機或燃燒設備的發動機側的排氣通道連接的排 氣凈化裝置，其包括與發動機側的排氣通道連接的主排氣通道和分支排氣通道；能切斷 主排氣通道和分支排氣通道的排氣進口處的排氣的排氣關閉單元；設置在主排氣通道內的 氮氧化物吸附材料，用于臨時性地吸附過剩空氣氣氛中的氮氧化物，并用于在溫度升高的 氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離；設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排 氣上游側的吸附材料脫離單元，具有空氣供給單元，用于將從空氣供給單元供給的空氣氣 氛設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛；以及設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排 氣下游側的燃燒裝置，包括空氣供給單元、燃料供給單元和點火單元，其中對分支排氣通道 進行設計，從而將來自發動機側的排氣通道的排氣直接排出而不進行處理。優選本發明第一方面采用以下結構(a)和(b)。在結構(a)中，本發明第一方面提供的排氣凈化裝置還包括設置在主排氣通道內 的燃燒裝置的排氣下游側的過濾器元件，能夠捕捉排氣中所含的微粒物質。在結構(b)中，本發明第一方面提供的排氣凈化裝置還包括設置在氮氧化物吸附 材料的排氣上游側和主排氣通道內的吸附材料脫離單元的排氣下游側的硫氧化物吸附材 料，用于臨時性地吸附過剩空氣氣氛中的硫氧化物，并用于在溫度升高的氣氛或還原氣氛 中使吸附的硫氧化物脫離。本發明第二方面提供一種與內燃機或燃燒設備的發動機側的排氣通道連接的排 氣凈化裝置，其包括與發動側的排氣通道連接的主排氣通道和分支排氣通道；能切斷分 別在主排氣通道的排氣出口處和在分支排氣通道的排氣進口處的排氣的排氣關閉單元；設 置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料，用于臨時性地吸附過剩空氣氣氛中的氮氧化物， 并用于在溫度升高的氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離；設置在主排氣通道內的氮 氧化物吸附材料的排氣下游側的吸附材料脫離單元，具有空氣供給單元，用于將從空氣供 給單元供給的空氣氣氛相應于氮氧化物吸附材料設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛；設置 在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣上游側的硫氧化物吸附材料，能夠吸附硫氧化 物；設置在主排氣通道內的硫氧化物吸附材料的排氣上游側的燃燒裝置，包括空氣供給單 元、燃料供給單元和點火單元；設置在主排氣通道內的燃燒裝置的排氣上游側的過濾器元 件，能捕捉排氣中所含的微粒物質；以及用于進行正常運行和再生運行的控制器，其中分支 排氣通道經過設計，從而能將來自發動機側的排氣通道的排氣直接排出而不進行處理，在 進行正常運行時，控制器通過利用排氣關閉單元，打開主排氣通道的排氣出口并關閉分支 排氣通道的排氣進口，從而使排氣通過主排氣通道，在再生運行中，控制器通過利用排氣關 閉單元，關閉主排氣通道的排氣出口并打開分支排氣通道的排氣進口，操作吸附材料脫離 單元和燃燒裝置，使得借助排氣關閉單元和燃燒裝置的空氣供給單元產生的空氣流能夠以 與排氣流向相反的方向通過主排氣通道。本發明的有益效果根據本發明第一方面，由于提供了允許排氣直接通過的分支排氣通道，所以排氣 凈化裝置能切斷進入主排氣通道的排氣流動，而且能使氮氧化物從主排氣通道內的氮氧化 物吸附材料脫離。因此，排氣凈化裝置能維持吸附氮氧化物的能力，同時只在一個排氣通道(主排氣通道)中設置與氮氧化物的吸附、脫離和還原相關的氮氧化物吸附材料、吸附材料 脫離單元和燃燒裝置。結果是，提供了成本降低的排氣凈化裝置。另外，根據結構(a)，由于排氣凈化裝置包括過濾器元件，所以排氣凈化裝置能從 排氣消除微粒物質。而且，排氣凈化裝置能通過吸附材料脫離單元的運行維持過濾器元件 的捕捉能力。另外，根據結構(b)，由于排氣凈化裝置包括位于氮氧化物吸附材料的排氣上游側 的硫氧化物吸附材料，所以排氣凈化裝置能防止硫氧化物流進氮氧化物吸附材料中。而且， 排氣凈化裝置通過吸附材料脫離單元的運行能維持用于吸附硫氧化物的硫氧化物吸附材 料的吸附能力。而且，當硫氧化物脫離時，氮氧化物吸附材料也位于溫度升高的氣氛和還原 氣氛中，在這些氣氛中，硫氧化物不會附著于氮氧化物吸附材料上。換言之，防止氮氧化物 吸附材料因為硫氧化物毒化作用而性能劣化。根據本發明第二方面，由于提供了允許排氣直接通過的分支排氣通道，所以排氣 凈化裝置能切斷進入主排氣通道的排氣流動，而且能使氮氧化物從主排氣通道內的氮氧化 物吸附材料脫離。因此，排氣凈化裝置能維持吸附氮氧化物的能力，同時只在一個排氣通道 (主排氣通道)中設置與氮氧化物的吸附、脫離和還原相關的氮氧化物吸附材料、吸附材料 脫離單元和燃燒裝置。結果是，提供了成本降低的排氣凈化裝置。另外，由于排氣凈化裝置包括過濾器元件，所以排氣凈化裝置能從排氣消除微粒 物質。另外，排氣凈化裝置通過吸附材料脫離單元的運行能維持過濾器元件的捕捉能力。而且，由于排氣凈化裝置包括位于氮氧化物吸附材料的排氣上游側的硫氧化物吸 附材料，所以排氣凈化裝置能防止硫氧化物流進氮氧化物吸附材料中。而且，排氣凈化裝置 通過吸附材料脫離單元的運行能維持用于吸附硫氧化物的硫氧化物吸附材料的吸附能力。 尤其是，當吸附材料脫離單元運行時，形成流向排氣上游側的空氣流，由此硫氧化物不會流 進氮氧化物吸附材料中。換言之，防止氮氧化物吸附材料因為硫氧化物毒化作用而性能劣
化。
附圖簡要描述
圖1是顯示排氣凈化裝置(第一實施方式)的示意圖
圖2是顯示排氣凈化裝置(第二實施方式)的示意圖
圖3是顯示排氣凈化裝置(第三實施方式)的示意圖
圖4是顯示排氣凈化裝置(第四實施方式)的示意圖
圖5是顯示常規排氣凈化裝置的示意圖。
附圖標記列表
1排氣凈化裝置
2主排氣通道
2a排氣進口
2b排氣出口
3分支排氣通道
3a排氣進口
3b排氣出口
4A、4B關閉閥
5氮氧化物吸附材料6吸附材料脫離單元7燃燒裝置8過濾器元件9硫氧化物吸附材料10控制器61,71空氣噴嘴(空氣供給單元的一部分)62,72燃料噴嘴(燃料供給單元的一部分)63、73點火塞(點火單元)100發動機側的排氣通道IOOb 排氣出口發明詳述(第一實施方式)參見圖1，描述根據第一實施方式的排氣凈化裝置1。排氣凈化裝置1是與內燃機 或燃燒設備的發動機側的排氣通道100連接的裝置。內燃機或燃燒設備燃燒空氣和燃料的混合氣體，并產生排氣。排氣含有氮氧化物 (NOx)、作為未燃燒物質的一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)等。發動機側的排氣通道100 是為內燃機或燃燒設備提供的排氣通道。在內燃機或燃燒設備中產生的排氣從發動機側的 排氣通道100排出。圖1顯示發動機側的排氣通道100、主排氣通道2、分支排氣通道3和接點排氣通 道110，這些通道用作排氣通道。主排氣通道2和分支排氣通道3是為排氣凈化裝置1提供 的排氣通道。發動機側的排氣通道100的排氣出口 IOOb與主排氣通道2的排氣進口 2a和 分支排氣通道3的排氣進口 3a連接。主排氣通道2的排氣出口 2b和分支排氣通道3的排 氣出口 3b與接點排氣通道110的排氣進口 IlOa連接。這些排氣通道100、2、3和110是與 外部空氣隔斷的通道，例如由管道形成。接點排氣通道110可以是為排氣凈化裝置1提供 的排氣通道，或者可以是內燃機或燃燒設備的排氣通道。來自發動機側的通道100的排氣從主排氣通道2內的排氣進口 2a流向排氣出口 2b，并從分支排氣通道3內的排氣進口 3a流向排氣出口 3b。因此，將從主排氣通道2內的 排氣進口 2a到排氣出口 2b的方向定義為以下描述中的排氣方向F2。類似地，將從分支排 氣通道3內的排氣進口 3a到排氣出口 3b的方向定義為排氣方向F3。排氣凈化裝置1包括控制器(電子控制單元)10。控制器10控制為排氣凈化裝置 1提供的各種裝置(下文所述)。排氣凈化裝置1包括能切斷在主排氣通道2和分支排氣通道3的排氣進口 2a和 3a處的排氣的排氣關閉單元。更具體來說，分別在排氣進口 2a和3a提供氣體關閉閥4A和4B，作為排氣關閉單 元。關閉閥4A切斷排氣從發動機側的排氣通道100向主排氣通道2的流動，或者允許排氣 從發動機側的排氣通道100向主排氣通道2流動。類似地，關閉閥4B切斷排氣從發動機側 的排氣通道100向分支排氣通道3的流動，或者允許排氣從發動機側的排氣通道100向分 支排氣通道3流動。關閉閥4A和4B在切斷和允許流動之間的切換通過控制器10控制。排氣關閉單元可以由單獨一個在主排氣通道2和分支排氣通道3之間進行切換的轉向閥形 成，產生交替地與發動機側的排氣通道100連通的排氣流動通道。主排氣通道2的排氣進 口 2a和分支排氣通道3的進口 3a處都設置有這種轉向閥。排氣凈化裝置1包括氮氧化物吸附材料5、吸附材料脫離單元6、以及主排氣通道 2內的燃燒裝置7。吸附材料脫離單元6、氮氧化物吸附材料5和燃燒裝置7以這種順序按 排氣方向F2從上游側排列到下游側。氮氧化物吸附材料5是一種用于在過剩空氣氣氛中臨時性地吸附氮氧化物、并用 于在溫度升高的氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離的材料。本文中將過剩空氣狀態定義為其中空氣(氧氣)和燃料的混合氣體中的過剩空氣 比值(通過用供給的混合氣體的空氣_燃料比值除以理想的空氣_燃料比值獲得的數值) 大于1的狀態。另外，其中過剩空氣比值小于1的狀態是過剩燃料狀態。還原氣氛定義為 這樣一種狀態的氣體氣氛，其中發生燃燒(氧化-還原反應)時還原劑的量過剩，氧的量不 足。另外，氮氧化物按以下三種情況從氮氧化物吸附材料5脫離。在第一種脫離情況 中，將氮氧化物吸附材料5置于溫度升高的氣氛中。在第二種脫離情況中，將氮氧化物吸附 材料5置于還原氣氛中。在第三種脫離情況中，將氮氧化物吸附材料5置于溫度升高的氣 氛和還原氣氛中。氮氧化物吸附材料5還包含具有氧化作用的催化劑組分。吸附材料脫離單元6是這樣一種脫離單元，其具有空氣供給單元，用于將從空氣 供給單元供給的空氣氣氛設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛。在這種實施方式中，吸附材料脫離單元6是一種燃燒裝置。燃燒裝置包括空氣供 給單元、燃料供給單元和點火單元。而且，吸附材料脫離單元6在過剩燃料條件下進行燃燒 反應，并產生用作還原劑的未燃燒物質(一氧化碳和碳氫化合物)，從而通過燃燒反應的熱
量保持溫度升高。吸附材料脫離單元6的空氣供給單元包括空氣供給單元11、空氣量調節單元12和 空氣噴嘴61。空氣供給單元11將吸入外部空氣并將空氣供給空氣量調節單元12。空氣量 調節單元12調節供給的空氣(外部空氣)的量并將空氣供給空氣噴嘴61。空氣噴嘴61是 一種在主排氣通道2內的區A6中開放的噴嘴。將供給空氣噴嘴61的空氣注入主排氣通道 2中。控制器10控制空氣量調節單元12，從而調節準備供給空氣噴嘴61的空氣的量。吸附材料脫離單元6的燃料供給單元包括控制器10、燃料儲槽13、燃料量調節單 元14和燃料噴嘴62。燃料儲存在燃料儲槽13中。燃料量調節單元14調節準備從燃料儲 槽13供給的燃料的量并將燃料供給燃料噴嘴62。燃料噴嘴62是一種在主排氣通道2內的 區A6中開放的噴嘴。將區A6設置在氮氧化物吸附材料5的排氣上游側。將供給燃料噴嘴 62的燃料注入主排氣通道2中。而且，控制器10控制燃料量調節單元14，從而調節準備供 給燃料噴嘴62的燃料的量。吸附材料脫離單元6的點火單元是一種點火塞63。點火塞63是一種用于在主排 氣通道2內進行點火的裝置。從空氣噴嘴61注射的空氣與從燃料噴嘴62注射的燃料混合， 在主排氣通道2內的區A6中形成混合氣體。點火塞63點燃這種混合氣體導致燃燒。吸附材料脫離單元6是一種燃燒裝置，由此在吸附材料脫離單元6的排氣下游側產生溫度升高的氣氛和還原氣氛。溫度升高的氣氛通過混合氣體的燃燒熱量產生。還原氣 氛通過借助混合氣體燃燒產生的未燃燒物質(一氧化碳和碳氫化合物)產生。因此，吸附 材料脫離單元6具有空氣供給單元，用作一種將從空氣供給單元供給的空氣氣氛設定為溫 度升高的氣氛或還原氣氛的單元。事實上，吸附材料脫離單元6在主排氣通道2中的位置表示了空氣噴嘴61、燃料噴 嘴62和點火塞63的位置。在吸附材料脫離單元6中，空氣噴嘴61、燃料噴嘴62和點火塞 63是直接與主排氣通道2相關的部件。但是，吸附材料脫離單元6并不限于上述燃燒裝置。吸附材料脫離單元6應當只 包括空氣供給單元，并能提供溫度升高的氣氛或還原氣氛。當排氣進口 2a關閉時，要求通 過空氣供給單元將空氣吹進主排氣通道2內。燃燒裝置7包括空氣供給單元、燃料供給單元和點火塞73。燃燒裝置7在過剩空 氣條件下運行，將已經通過氮氧化物吸附材料5的未反應的還原劑(未燃燒物質)氧化，從 而消除還原劑。由于在燃燒裝置7產生的燃燒火焰中局部地存在過剩燃料燃燒區，所以氮 氧化物在這種過剩燃料燃燒區中被還原并消除。具體來說，在由燃燒裝置7產生的燃燒區 是所謂兩階段燃燒類型(其中由燃燒裝置7產生的燃燒區明顯分成過剩燃料燃燒區和過剩 空氣燃燒區)的情況中，有效獲得消除氮氧化物和未燃燒的物質的作用。而且，在氮氧化物 吸附材料5中所含的氧化反應催化劑組分是貴金屬如Pt、Rh和Pd的情況中，估計氮氧化 物吸附材料5還包含用于在還原氣氛中還原氮氧化物的還原反應催化劑組分。在這種情況 中，當氮氧化物從氮氧化物吸附材料5脫離時，大部分氮氧化物被還原并消除。因此，更有 效地獲得消除氮氧化物的作用。燃燒裝置7的空氣供給單元類似于吸附材料脫離單元6的空氣供給單元。燃燒裝 置7的空氣供給單元包括空氣供給單元11、空氣量調節單元12和空氣噴嘴71。換言之，用 燃燒裝置7的空氣供給單元中的空氣噴嘴71替換吸附材料脫離單元6的空氣供給單元中 的空氣噴嘴61。空氣噴嘴71在主排氣通道2內的區A7中開放。將區A7設置在氮氧化物 吸附材料5的排氣下游側。燃燒裝置7的燃料供給單元類似于吸附材料脫離單元6的燃料供給單元。燃燒裝 置7的燃料供給單元包括燃料儲槽13、燃料量調節單元14和燃料噴嘴72。換言之，用燃燒 裝置7的燃料供給單元中的燃料噴嘴72替換吸附材料脫離單元6的空氣供給單元中的燃 料噴嘴62。燃料噴嘴72在主排氣通道2內的區A7中開放。燃燒裝置7的點火單元也類似于吸附材料脫離單元6的點火單元。燃燒裝置7的 點火單元是用于在主排氣通道2內的區A7中進行點火的點火塞73。另一方面，沒有在排氣凈化裝置1的分支排氣通道3中提供排氣處理裝置。因此， 從發動機側的排氣通道100向分支排氣通道3供給的排氣直接從分支排氣通道3的排氣出 口 3b排出。(第一實施方式的操作)以下描述排氣凈化裝置1的操作。控制器10操作排氣凈化裝置1。當控制器10 操作排氣凈化裝置1時，進行正常運行和再生運行。在正常運行中，從內燃機或類似設備的發動機側的排氣通道100排出的排氣通過 主排氣通道2，排氣中所含的氮氧化物被吸附在氮氧化物吸附材料5上。在正常運行中，控制器10打開關閉閥4A并關閉關閉閥4B。這時，控制器10既不對吸附材料脫離單元6進行 操作，也不對燃燒裝置7進行操作。在再生運行中，借助正常運行吸附在氮氧化物吸附材料5上的氮氧化物從氮氧化 物吸附材料5脫離之后，氮氧化物被還原成氮，變得無害。在再生運行中，控制器10關閉關 閉閥4A并打開關閉閥4B。而且，控制器10操作吸附材料脫離單元6和燃燒裝置7。與排氣凈化裝置1連接的內燃機或類似設備的運行啟動時，控制器10啟動排氣凈 化裝置1的運行。這時，控制器10啟動正常運行。由于關閉閥4A打開，所以將排氣供給主 排氣通道2，并按排氣方向F2流進主排氣通道2中。另一方面，由于關閉閥4B關閉，所以排 氣沒有流進分支排氣通道3中。在正常運行中，排氣中所含的氮氧化物被吸附在氮氧化物吸附材料5上。由此從 排氣消除氮氧化物。而且，由于氮氧化物吸附材料5含有氧化反應催化組分，所以排氣中所 含的一氧化碳和碳氫化合物被氧化。由此將一氧化碳和碳氫化合物氧化成二氧化碳和水， 變得無害。由此從排氣消除二氧化碳和碳氫化合物。隨著氮氧化物吸附材料5吸附氮氧化物，氮氧化物吸附材料5的吸附能力降低。必 需使氮氧化物從氮氧化物吸附材料5脫離，來維持氮氧化物吸附材料5的吸附能力。控制器10進行正常運行直到氮氧化物吸附材料5上的氮氧化物吸附量達到預定 量或者進行預定的恒定時間。進行正常運行的時間定義為正常運行時間。正常運行啟動并進行了一段正常運行時間之后，控制器10中斷正常運行并啟動 再生運行。由于關閉閥4A是關閉的，所以排氣沒有流進主排氣通道2中。另一方面，由于 關閉閥4B是打開的，所以將排氣供給分支排氣通道3，并按排氣方向F3流進分支排氣通道 3中。在再生運行中，控制器10以過剩燃料條件操作吸附材料脫離單元6。通過吸附材 料脫離單元6的運行在區A6中產生燃料和空氣的混合氣體之后，燃燒這種混合氣體。通過 燃燒混合氣體產生的燃燒氣體含有作為未燃燒物質的一氧化碳和碳氫化合物。一氧化碳和 碳氫化合物用作氮氧化物的還原劑。另外，通過燃燒熱量升高燃燒氣體的溫度。由于空氣 從空氣噴嘴61注射，所以將燃燒氣體供給排氣下游側。結果是，借助燃燒氣體在氮氧化物 吸附材料5周圍產生還原氣氛和溫度升高的氣氛。由于氮氧化物吸附材料5位于還原氣氛和溫度升高的氣氛中，所以吸附在氮氧化 物吸附材料5上的氮氧化物從氮氧化物吸附材料5脫離。在氮氧化物吸附材料5由貴金屬 如Pt制造的情況中，脫離的氮氧化物被立刻還原成氮。在吸附材料脫離單元6運行時或運行之后，控制器10以過剩燃料條件操作燃燒裝 置7。通過燃燒裝置7的運行，在區A7中產生燃料和空氣的混合氣體，并燃燒這種混合氣 體。含有氮氧化物等組分的燃燒氣體通過區A7。含有氮氧化物等組分的燃燒氣體也在 區A7中燃燒。在區A7的過剩燃料燃燒區中，燃燒氣體中所含的氮氧化物等組分被還原成 氮，同時將燃料和未燃燒物質(一氧化碳和碳氫化合物)用作還原劑。另外，在區A7的過 剩空氣燃燒區中，通過燃燒反應將未燃燒物質氧化成二氧化碳和水。從主排氣通道2的排氣出口 2b排出已經進行了兩次燃燒的氣體。已經從這種氣 體消除了氮氧化物，還已經消除了一氧化碳和碳氫化合物，即未燃燒物質。換言之，從主排氣通道2排出已經消除了有害物質的氣體。控制器10進行再生運行直到氮氧化物吸附材料5上的氮氧化物吸附量變成零 (或者非常小的恒定值)或者進行了預定的恒定時間。將進行再生運行的時間定義為再生 運行時間。在再生運行中，控制器10使吸附材料脫離單元6和燃燒裝置7的運行繼續。借 助再生運行，從氮氧化物吸附材料5消除氮氧化物，使氮氧化物吸附材料5的吸附能力再 生。正常運行啟動并進行一段再生運行時間之后，控制器10中斷再生運行并重啟正常運 行。然后控制器10交替地重復正常運行和再生運行。在再生運行中，通過分支排氣通道3排出排氣。換言之，在再生運行中，從排氣凈 化裝置1排出排氣，不過排氣中所含的氮氧化物沒有消除。因此，對再生運行時間與正常運行時間的比值進行設定，使該比值較小。對正常運 行時間進行設定，使得在該設定時間內，氮氧化物吸附材料5能產生等于或大于恒定水平 的吸附能力。因此，即使排氣凈化裝置1的運行條件變化，正常運行時間的比例(正常運行 時間/(正常運行時間+再生運行時間))也不會降低。另一方面，將再生運行時間設定為 再生氮氧化物吸附材料5所要求的時間。可以通過改變吸附材料脫離單元6和燃燒裝置7 的運行條件(單位時間中燃料和空氣的設定注射量，等)降低氮氧化物吸附材料5的再生 速度。所以，通過使再生運行時間與正常運行時間的比值較小，可以使排氣中所含的氮氧化 物的降低速率保持較高。(第一實施方式的效果)根據第一實施方式的排氣凈化裝置1具有以下效果。由于提供了用于使排氣直接通過的分支排氣通道3，所以排氣凈化裝置1能夠切 斷進入主排氣通道2的排氣流動，并能夠使氮氧化物從主排氣通道2內的氮氧化物吸附材 料5脫離。因此，排氣凈化裝置1能維持吸附氮氧化物的能力，同時只在一個排氣通道(主 排氣通道2)中設置與氮氧化物的吸附、脫離和還原相關的氮氧化物吸附材料5、吸附材料 脫離單元6和燃燒裝置7。結果是，提供了成本降低的排氣凈化裝置。(第二實施方式)參見圖2，描述根據第二實施方式的排氣凈化裝置1。根據第二實施方式的排氣凈 化裝置1的結構中，還為根據第一實施方式的排氣凈化裝置1提供過濾器元件8。在主排氣通道2內的燃燒裝置7的排氣下游側設置過濾器元件8。過濾器元件8是一種能捕捉排氣中所含的微粒物質的元件。微粒物質定義為由于 燃料的不完全燃燒產生的碳、碳氫化合物、硝酸鹽等的顆粒。(第二實施方式的操作)以下描述與過濾器元件8相關的排氣凈化裝置1的運行。在第二實施方式中，除了正常運行和再生運行以外，當控制器10操作排氣凈化裝 置1時，進行過濾器再生運行和過濾器正常運行。在過濾器再生運行過程中，將過濾器元件8中捕捉的微粒物質氧化并消除。在過 濾器再生運行中，控制器10操作燃燒裝置7。當燃燒裝置7運行時，在區A7中和在區A7的 排氣下游側發生燃燒反應。通過這種燃燒反應，過濾器元件8中捕捉的微粒物質(碳)被 氧化并消除。即使在過濾器再生運行中，燃燒裝置7產生含有過剩空氣的混合氣體，并燃燒 這種混合氣體，將微粒物質氧化。
不進行過濾器再生運行時，進行過濾器正常運行。換言之，在過濾器正常運行中， 控制器10不對燃燒裝置7進行操作。控制器10進行過濾器正常運行，直到過濾器元件8中捕捉的微粒物質量達到預定 的量或進行預定的恒定時間。進行過濾器正常運行的時間定義為過濾器正常運行時間。通過提供用于測定捕捉量的檢測器，可以測定過濾器元件8中捕捉的微粒物質的 量。例如，提供用于檢測主排氣通道2內的壓力的壓力傳感器，作為檢測過濾器元件8的排 氣上游側和排氣下游側的捕捉量的檢測器。根據捕捉量，過濾器元件8的堵塞程度變化，使 得過濾器元件8的排氣上游側和排氣下游側之間的壓差變化。因此，可以根據壓差確定捕 捉量。在不同于正常運行和再生運行的時間進行過濾器再生運行和過濾器正常運行。由 于過濾器再生運行和再生運行都在過剩燃料條件下進行，所以過濾器再生運行和再生運行 可以在相同時間進行。(第二實施方式的效果)根據第二實施方式的排氣凈化裝置1還具有以下效果。由于排氣凈化裝置1包括過濾器元件8，所以排氣凈化裝置1可以從排氣消除微粒 物質。而且，通過吸附材料脫離單元6的運行，排氣凈化裝置1能維持過濾器元件8的捕捉 能力。(第三實施方式)參見圖3，描述根據第三實施方式的排氣凈化裝置1。根據第三實施方式的排氣凈 化裝置1的結構中，還為根據第二實施方式的排氣凈化裝置1提供了硫氧化物吸附材料9。在燃料中含硫的情況中，排氣中包含硫氧化物。使用硫氧化物吸附材料9消除排 氣中所含的硫氧化物。在氮氧化物吸附材料5的排氣上游側和主排氣通道2內的吸附材料脫離單元6的 排氣下游側設置硫氧化物吸附材料9。硫氧化物吸附材料9是一種用于臨時性地吸附過剩空氣氣氛中的硫氧化物并用 于使溫度升高的氣氛或還原氣氛中吸附的硫氧化物脫離的材料。硫氧化物吸附材料9的吸 附和脫離作用與氮氧化物吸附材料5的吸附和脫離作用類似。(第三實施方式的運行)以下描述與硫氧化物吸附材料9相關的排氣凈化裝置1的運行。在正常運行中，排氣中所含的氮氧化物被吸附在氮氧化物吸附材料5上。另外，排 氣中所含的硫氧化物被吸附在硫氧化物吸附材料9上。然后從排氣消除硫氧化物。在再生運行中，控制器10操作吸附材料脫離單元6。通過吸附材料脫離單元6的 運行，將燃燒氣體供給區A6的排氣下游側。借助燃燒氣體，在氮氧化物吸附材料5周圍產 生還原氣氛和溫度升高的氣氛，還在硫氧化物吸附材料9周圍產生還原氣氛和溫度升高的 氣氛。將硫氧化物吸附材料9置于還原氣氛或溫度升高的氣氛中時，使吸附在硫氧化物 吸附材料9上的硫氧化物從硫氧化物吸附材料9脫離。因此，在氮氧化物吸附材料5的再 生運行中，硫氧化物吸附材料9的吸附能力也得到再生。由于這時也將氮氧化物吸附材料 5置于溫度升高的氣氛或還原氣氛中，所以能防止硫氧化物吸附在氮氧化物吸附材料5上。
(第三實施方式的效果)根據第三實施方式的排氣凈化裝置1還具有以下效果。由于排氣凈化裝置1包括位于氮氧化物吸附材料5的排氣上游側的硫氧化物吸附 材料9，所以排氣凈化裝置1能防止硫氧化物流進氮氧化物吸附材料5中。而且，通過吸附 材料脫離單元6的運行，排氣凈化裝置能維持硫氧化物吸附材料9吸附硫氧化物的吸附能 力。而且，當硫氧化物脫離時，還將氮氧化物吸附材料5置于溫度升高的氣氛或還原氣氛 中，在這種氣氛中，硫氧化物不會與氮氧化物吸附材料5結合。換言之，防止氮氧化物吸附 材料5因為硫氧化物毒化作用而發生性能劣化。(第四實施方式)參見圖4，描述根據第四實施方式的排氣凈化裝置1。根據第四實施方式的排氣凈 化裝置1與根據第三實施方式的排氣凈化裝置1在部件組成方面是相同的，但是部件排列 方式不同。第一個區別在于排氣關閉單元的排列。第二個區別在于主排氣通道2內的氮氧 化物吸附材料5、吸附材料脫離單元6、燃燒裝置7、過濾器元件8和硫氧化物吸附材料9的 排列。而且，由于排列發生變化，所以控制器10的控制作用也發生變化。所以，第三個區別 在于控制器10的控制作用。在第四實施方式中，分別在主排氣通道2的排氣出口 2b處和分支排氣通道3的排 氣進口 3a處提供用作排氣關閉單元的關閉閥4A和4B。在第四實施方式中，過濾器元件8、燃燒裝置7、硫氧化物吸附材料9、氮氧化物吸 附材料5、吸附材料脫離單元6和關閉閥4A以這種順序按排氣方向F2(從排氣上游側到排 氣下游側)排列在主排氣通道2內。(第四實施方式的運行)以下描述根據第四實施方式的排氣凈化裝置1的運行。根據第四實施方式的排氣 凈化裝置1包括氮氧化物吸附材料5、硫氧化物吸附材料9和過濾器元件8。因此，根據第 四實施方式的控制器10重復地進行正常運行和再生運行，還重復地進行過濾器正常運行 和過濾器再生運行。具體來說，在第四實施方式中，在正常運行中，空氣流過主排氣通道2內的氮氧化 物吸附材料5和硫氧化物吸附材料9的方向與在再生運行中空氣流過的方向相反。另一方 面，在第一至第三實施方式中，在所有時間，空氣流過氮氧化物吸附材料5和硫氧化物吸附 材料9的方向都是相同的。在根據第四實施方式的正常運行中，氣流路徑與根據第一至第三實施方式的氣流 路徑類似。在正常運行中，控制器10打開關閉閥4A并關閉關閉閥4B。由于關閉閥4A是打 開的，所以來自發動機側的排氣通道100的排氣能以排氣方向F2流進主排氣通道2中，然 后排放至接點排氣通道110。另一方面，由于關閉閥4B是關閉的，所以排氣不會流進分支排 氣通道3中。在正常運行中，排氣按這種順序通過主排氣通道2內的過濾器元件8、硫氧化物吸 附材料9和氮氧化物吸附材料5。由此，通過硫氧化物吸附材料9消除排氣中所含的硫氧化 物。還通過過濾器元件8消除排氣中所含的微粒物質。而且，通過氮氧化物吸附材料5消 除排氣中所含的氮氧化物。在根據第四實施方式的再生運行中，氣流路徑不同于根據第一至第三實施方式的氣流路徑。在再生運行中，控制器10關閉關閉閥4A并打開關閉閥4B。由于這時關閉閥4B 是打開的，所以來自發動機側的排氣通道100的排氣按排氣方向F3流進分支排氣通道3 中，然后排放至接點排氣通道110。另一方面，關閉閥4A是關閉的，使用關閉閥4A打開和關 閉主排氣通道2的排氣出口 2b。主排氣通道2的排氣進口 2a是打開的。所以，運行吸附 材料脫離單元6或燃燒裝置7時，由于吸附材料脫離單元6和燃燒裝置7分別包括空氣供 給單元，所以形成方向FR的氣流，方向FR與主排氣通道2內的排氣方向F2 (排氣方向)相 反。因此，將吸附材料脫離單元6和燃燒裝置7中產生的氣體按相反方向FR通入主排氣通 道2中，與排氣出口 IOOb處的排氣合并。而且，將氣體按排氣方向F3通入分支排氣通道3 中，然后排放至接點排氣通道110。在再生運行中，使通過吸附材料脫離單元6在區A6中產生的燃燒氣體以這種順序 按相反方向FR通過主排氣通道2內的氮氧化物吸附材料5、硫氧化物吸附材料9、燃燒裝置 7和過濾器元件8。因此，使氮氧化物從氮氧化物吸附材料5脫離，通過燃燒裝置7被還原 成氮，變得無害。使硫氧化物從硫氧化物吸附材料9脫離。以這種方式，使氮氧化物吸附材 料5和硫氧化物吸附材料9再生。在過濾器再生運行中，將通過燃燒裝置7在區A7中產生的過剩空氣燃燒氣體按相 反方向FR通入主排氣通道2內，并通過過濾器元件8。結果是，使過濾器元件8中捕捉的微 粒物質燃燒，變得無害。以這種方式，使過濾器元件8再生。對再生運行時間與正常運行時間的比值進行設定，使得第四實施方式中的這種比 值與第一至第三實施方式中的比值一樣小。(第四實施方式的效果)根據第四實施方式的排氣凈化裝置1具有以下效果。由于提供了用于使排氣直接通過的分支排氣通道3，所以排氣凈化裝置1能切斷 排氣向主排氣通道2中的流動，能使氮氧化物從主排氣通道2內的氮氧化物吸附材料5脫 離。因此，排氣凈化裝置1能維持吸附氮氧化物的能力，同時只在一個排氣通道(主排氣通 道2)中設置與氮氧化物的吸附、脫離和還原相關的氮氧化物吸附材料5、吸附材料脫離單 元6和燃燒裝置7。結果是，提供成本降低的排氣凈化裝置。另外，由于排氣凈化裝置1包括過濾器元件8，所以排氣凈化裝置1能從排氣消除 微粒物質。而且，通過燃燒裝置7的運行，排氣凈化裝置1能維持過濾器元件8的捕捉能力。而且，由于排氣凈化裝置1包括位于氮氧化物吸附材料5的排氣上游側的硫氧化 物吸附材料9，所以排氣凈化裝置1能防止硫氧化物流進氮氧化物吸附材料5中。而且，通 過吸附材料脫離單元6的運行，排氣凈化裝置1能維持硫氧化物吸附材料9吸附硫氧化物 的吸附能力。具體來說，當吸附材料脫離單元6運行時，形成流向排氣上游側的空氣流(按 相反方向FR的燃燒氣體流動)，由此，硫氧化物不會流進氮氧化物吸附材料5中。換言之， 防止氮氧化物吸附材料5因為硫氧化物的毒化作用而發生性能劣化。工業應用性本發明能用于對從內燃機或燃燒設備排出的排氣進行凈化的裝置，所述內燃機是 例如柴油機、氣體發動機、汽油發動機或燃氣輪發動機，所述燃燒設備是例如燃燒爐和鍋 爐。
權利要求
一種排氣凈化裝置，該裝置與內燃機或燃燒設備的發動機側的排氣通道連接，該裝置包括主排氣通道和分支排氣通道，這些通道與發動機側的排氣通道連接；排氣關閉單元，該單元能夠在主排氣通道和分支排氣通道的排氣進口處關閉排氣；氮氧化物吸附材料，該材料設置在主排氣通道內，用于臨時性地在過剩空氣氣氛中吸附氮氧化物并用于在溫度升高的氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離；吸附材料脫離單元，該單元設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣上游側，該單元具有空氣供給單元，該單元用于將從空氣供給單元供給的空氣氣氛設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛；和燃燒裝置，該裝置設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣下游側，該裝置包括空氣供給單元、燃料供給單元和點火單元，其中對分支排氣通道進行設計，從而將來自發動機側的排氣通道的排氣不進行處理直接排出。
2.如權利要求1所述的排氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括過濾器元件，該 元件設置在主排氣通道內的燃燒裝置的排氣下游側，該元件能夠捕捉排氣中所含的微粒物 質。
3.如權利要求1或2所述的排氣凈化裝置，其特征在于，所述裝置還包括硫氧化物吸附 材料，該材料設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣上游側和吸附材料脫離單元 的排氣下游側，該材料用于臨時性地在過剩空氣氣氛中吸附硫氧化物并用于在溫度升高的 氣氛或還原氣氛中使吸附的硫氧化物脫離。
4.一種排氣凈化裝置，該裝置與內燃機或燃燒設備的發動機側的排氣通道連接，該裝 置包括主排氣通道和分支排氣通道，這些通道與發動機側的排氣通道連接； 排氣關閉單元，該單元能夠分別在主排氣通道的排氣出口處和分支排氣通道的排氣進 口處關閉排氣；氮氧化物吸附材料，該材料設置在主排氣通道內，用于臨時性地在過剩空氣氣氛中吸 附氮氧化物并用于在溫度升高的氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離；吸附材料脫離單元，該單元設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣下游側， 該單元具有空氣供給單元，該單元用于相應于氮氧化物吸附材料將從空氣供給單元供給的 空氣氣氛設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛；硫氧化物吸附材料，該材料設置在主排氣通道內的氮氧化物吸附材料的排氣上游側， 該材料能夠吸附硫氧化物；燃燒裝置，該裝置設置在主排氣通道內的硫氧化物吸附材料的排氣上游側，該裝置包 括空氣供給單元、燃料供給單元和點火單元；過濾器元件，該元件設置在主排氣通道內的燃燒裝置的排氣上游側，該元件能夠捕捉 排氣中所含的微粒物質；和控制器，該控制器用于進行正常運行和再生運行，其中對分支排氣通道進行設計，從而將來自發動機側的排氣通道的排氣不進行處理直接排出，在正常運行中，通過使用排氣關閉單元，控制器打開主排氣通道的排氣出口并關閉分 支排氣通道的排氣進口，使得排氣通過主排氣通道，和在再生運行中，通過使用排氣關閉單元，控制器關閉主排氣通道的排氣出口并打開分 支排氣通道的排氣進口，操作吸附材料脫離單元和燃燒裝置，使得借助排氣關閉單元和燃 燒裝置的空氣供給單元產生的空氣流能按與排氣流動方向相反的方向通過主排氣通道。
全文摘要
一種排氣凈化裝置(1)，其包括主排氣通道(2)和分支排氣通道(3)，這些通道與發動機側的排氣通道(100)連接；關閉閥(4A，4B)，這些閥安裝在主排氣通道(2)和分支排氣通道(3)的排氣進口(2a，3a)上，能關閉排氣；設置在主排氣通道(2)中的氮氧化物吸附材料(5)，用于臨時性地在過剩空氣氣氛中吸附氮氧化物并用于在溫度升高的氣氛或還原氣氛中使吸附的氮氧化物脫離；吸附材料脫離單元(6)，該單元位于氮氧化物吸附材料(5)的排氣上游側，該單元具有空氣噴嘴(61)，用于將從空氣噴嘴(61)供給的空氣設定為溫度升高的氣氛或還原氣氛；以及燃燒裝置(7)，該裝置位于氮氧化物吸附材料(5)的排氣下游側，該裝置由空氣噴嘴(71)、燃料噴嘴(72)和點火噴嘴(73)構成。來自發動機側的排氣通道(100)的排氣不經任何處理而直接從分支排氣通道(3)的排氣出口(3a)排出。
文檔編號B01D53/50GK101939515SQ20098010456
公開日2011年1月5日 申請日期2009年2月6日 優先權日2008年2月8日
發明者小野泰右 申請人:洋馬株式會社