作为排气气体净化对象的物质有氮氧化物、一氧化碳、未燃的烃类及烟灰 等粒状物，以往开发了各种净化这些物质的装置。
作为用于减少氮氧化物(NOx)的装置，已经实用化的有在排气通道中设置 作为还原剂使用了氨或尿素的还原催化剂、选择性地还原氮氧化物的脱硝装置 等。此外，对于比较小型的燃气发动机或汽车用汽油发动机，开发了能够同时 分解氮氧化物、一氧化碳(CO)及未燃的烃类(HC)这三者的三元催化剂，有利于 排气气体的有效净化。
但是，已经明确前述三元催化剂在理论空燃比或与该值接近的范围内运转 时能够有效地发挥作用，但在除此以外的条件下，特别是对于空气(氧)过剩的 排气气体并不能够有效地发挥作用。为了解决这一问题，在空气过剩状态下运 转的燃气或汽油发动机中已经实用化的方法有在前述空气(氧)过剩条件下运 转时暂时将氮氧化物吸附于吸附材料中，然后在燃料过剩条件下进行运转，籍 此释放·还原前述吸附的氮氧化物的氮氧化物吸附催化方法。
但是，确认该氮氧化物吸附催化方法中，来自燃料中的硫成分的排气中的 硫氧化物(SOx)会使催化剂中毒，导致氮氧化物的净化能力急剧减弱，因此， 目前仅将该方法用于使用低硫燃料的发动机。另外，也开发了以下结构的净化 装置(专利文献1)，即，在氮氧化物净化塔内利用吸附材料吸附氮氧化物、在 该氮氧化物净化塔内进行燃烧、籍此还原被吸附于吸附材料中的氮氧化物、同 时释放硫氧化物等。但由于是在内藏吸附材料的净化塔内进行燃烧的结构，所 以事实上吸附材料的耐久性存在问题。
此外，除去烟灰等粒状物的手段已经实用化的有电除尘器和DPF。该DPF 是利用滤器通过物理原理捕获粒状物、再利用电加热器等燃烧除去前述捕获的 粒状物。最近，还开发了使具有氧化作用的催化剂成分负载于微粒滤器、能够 连续地除去粒状物的DPF。
专利文献1：日本专利特开2003-27927号公报
发明的揭示
如上所述，前述三元催化剂在空气过剩条件下运转的内燃机或燃烧设备中 无法发挥催化功能、在小型燃气发动机或汽车用汽油发动机中已实用化的前述 氮氧化物吸附催化方法，在含硫氧化物及粒状物的排气中很难有效地发挥其净 化功能。
大部分工业用内燃机或燃烧设备及船舶用内燃机都是在空气过剩条件下 运转的，由于使用了含硫成分的燃料，所以排气气体中包含大量的硫氧化物和 粒状物，希望开发出在这种排气气体中性能也可充分发挥的排气气体净化装 置。
此外，使用氨或尿素等选择性地还原氮氧化物的脱硝装置适用于比较大型 的工业用内燃机或燃烧设备，但该装置本身尺寸较大，造价非常昂贵，作为还 原剂的氨或尿素的维持费也较高。另外，未消耗的氨被释放入大气中的可能性 也较大。
本发明的目的是提供能够除去主要在空气过剩条件下运转的内燃机或燃 烧设备的排气气体中的氮氧化物、烟灰等粒状物、一氧化碳及未燃的烃类，且 不会使其净化功能降低可维持的排气气体净化装置。此外，本发明的目的是减 少以往的因硫氧化物的中毒而导致的催化剂的劣化，即使是含较多硫成分的燃 料其性能也可充分发挥。
为了完成前述课题，本申请的基本发明1是在被设置于内燃机或燃烧设备 的排气通道的排气气体净化装置中，在排气通道内具备暂时吸附氮氧化物、通 过升温或利用还原气氛将该吸附的氮氧化物脱离的氮氧化物吸附材料，和该氮 氧化物吸附材料相比被配置于排气上游侧的将排气升温或将排气转化为还原 气氛的吸附物质脱离装置，以及和前述氮氧化物吸附材料相比被配置于排气下 游侧的由燃料供给单元和点火单元构成的燃烧装置。
发明2是发明1的排气气体净化装置中，前述燃烧装置具有利用由前述燃 料供给单元供给的燃料和来自前述氮氧化物吸附材料的排气气体、在燃 料过剩的条件下进行燃烧的燃料过浓燃烧区域，以及位于该燃料过浓燃 烧区域的排气下游侧、同时利用来自前述燃料过浓燃烧区域的排气气体 和来自空气供给单元的空气、在空气过剩条件下进行燃烧的燃料贫燃区 域。
发明3是发明1或2的排气气体净化装置中，前述排气通道分为多个 分支排气通道，在各分支排气通道的排气入口设置可阻断排气气体的排气 气体阻断单元；在各分支排气通道内分别具备前述氮氧化物吸附材料，和 前述氮氧化物吸附材料相比被配置于排气上游侧的、具有空气供给单元并 将由该空气供给单元供给的空气升温或转化为还原气氛的吸附物质脱离装 置，以及和前述氮氧化物吸附材料相比被配置于排气下游侧的前述燃烧装 置。
作为前述吸附物质脱离装置可采用各种构成的装置，本申请采用了由升温 单元和还原剂供给单元构成的吸附物质脱离装置，由发热电阻体构成的吸附物 质脱离装置，由吸附物质脱离用燃料供给单元构成的吸附物质脱离装置，由吸 附物质脱离用燃料供给单元和与该吸附物质脱离用燃料供给单元相比被配置 于排气下游侧的具有氧化作用的催化剂构成的吸附物质脱离装置，或者由吸附 物质脱离用空气供给单元、吸附物质脱离用燃料供给单元和吸附物质脱离用点 火单元构成的脱离用燃烧装置。
为了捕获粒状物，可在氮氧化物吸附材料的排气上游侧设置粒状物捕获用 微粒滤器，或者将氮氧化物吸附材料本身的形状形成为可捕获粒状物的物理形 状。前述微粒滤器可以是仅具有捕获粒状物的功能的结构，也可采用包含具有 氧化作用的催化剂、可连续地氧化粒状物的结构的滤器。此外，作为氮氧化物 吸附材料本身的具体形状，例如可采用形成为沿排气的流动方向一个接一个交 替地堵塞载体的蜂窝口的结构的形状(填塞型或壁流型)，籍此能够有效地除去 粒子。
即使排气气体中含有硫氧化物，为了使氮氧化物吸附材料的性能充分发 挥，可在氮氧化物吸附材料的排气上游侧配置硫氧化物吸附材料。
在带增压器的内燃机中，也可将为了形成前述燃料贫燃区域而使用的燃烧 装置的空气供给单元连接于增压器的压缩机的出口部分，利用来自增压器的压 缩空气。
作为前述吸附物质脱离装置设置吸附物质脱离用燃烧装置时，可使吸附物 质脱离用燃烧装置及/或在吸附材料下游侧配置的燃烧装置具备火焰维持单 元。该火焰维持单元是通过部分阻断排气气体的流动来减慢排气气体的流速、 进一步形成逆流区域(涡流区域)来维持火焰的单元。也可用回旋叶片等使排气 气体回旋，籍此形成排气气体的循环区域。此外，供给少量的空气、使高氧浓 度区域在燃料供给单元的附近形成也是有效的手段。
连接排气通道的内燃机为压缩点火式时，通过控制直接向内燃机的筒内喷 射燃料的燃料喷射阀，可将其作为吸附物质脱离装置使用。例如，通过在发动 机膨胀冲程或排气冲程中喷射二次燃料或者使喷射时间延迟，可使排气气体的 温度上升，进一步供给CO或HC，籍此使氮氧化物吸附材料的氮氧化物脱离。 此外，在空气过剩条件下运转的汽油发动机及燃气发动机中，也可通过暂时地 燃料过剩运转来使排气温度上升，并形成还原气氛，籍此使NOx脱离。
此外，在燃烧装置的燃料贫燃区域的排气下游侧配置热交换器，将该热交 换器与前述吸附物质脱离装置的空气供给单元连接，在前述热交换器中，与来 自燃料贫燃区域的排气气体进行热交换而升温的高温空气可用于前述吸附物 质脱离装置的空气供给单元。
在排气通道分支为多个分支排气通道时也可以是如下所述的构成，即，在 各分支排气通道的前述燃料贫燃区域的排气下游侧分别设置具有开关阀的大 气开放部，将各分支排气通道的与大气开放部相比位于排气下游侧的部分与合 流排气通道合流，同时在该合流部设置将各分支排气通道选择性地连接于下游 侧排气通道的出口侧切换阀，正常运转时，关闭开关阀将分支排气通道的排气 气体排出至下游侧排气通道，在吸附物质脱离装置(升温单元等)和燃烧装置工 作时，打开开关阀，将分支排气通道的排气气体释放至大气。
前述各排气气体净化装置的控制方法也是本发明的特征之一，发明2或3 记载的排气气体净化装置的控制方法中，在前述氮氧化物吸附材料的排气上游 侧设置温度检测单元，在前述氮氧化物吸附材料的排气下游侧配置检测氮氧化 物吸附材料的吸附量的吸附量检测单元，利用前述吸附量检测单元检测正常运 转时的氮氧化物吸附材料的吸附量，在吸附量达到规定量时，在使前述吸附物 质脱离装置工作的同时使燃烧装置也工作或者使其延迟工作，在燃料过浓燃烧 区域中，将来自氮氧化物吸附材料的排气气体和由燃料供给单元供给的燃料构 成的混合气控制为燃料过剩的状态，在燃料贫燃区域中，将来自氮氧化物 吸附材料的排气气体和由燃烧装置的空气供给单元供给的空气构成的混合气 控制为空气过剩的状态，如果利用前述吸附量检测单元测出处于氮氧化物吸附 材料的吸附物全部脱离的状态，则停止前述吸附物质脱离装置和燃烧装置的工 作，回复到正常运转状态。
前述控制方法中，正常运转时包含于排气气体的氮氧化物被氮氧化物吸附 材料吸附，一氧化碳及烃类等未燃成分被包含于氮氧化物吸附材料的具有氧化 作用的催化剂成分氧化，实现无害化。包含粒状物时，将氮氧化物吸附材料的 形状形成为适合于捕获粒状物的形状，籍此捕获粒状物净化排气。如果氮氧化 物吸附材料的氮氧化物吸附量达到规定量(例如饱和量)，则利用升温单元等氮 氧化物脱离单元使氮氧化物吸附材料升温，使氮氧化物脱离，在排气下游的燃 料过浓燃烧区域还原除去，此外，在排气下游的燃料贫燃区域氧化除去由内燃 机或燃烧设备排出的一氧化碳及烃类或粒状物等。另外，前述捕获的粒状物可 在升温氮氧化物吸附材料时燃烧除去。在排气气体中含有硫氧化物的情况下， 使氮氧化物吸附材料的材质为难吸附硫氧化物的材质，或是即使吸附也可通过 将吸附材料升温至硫氧化物脱离温度或根据需要形成还原气氛而使硫氧化物 脱离，实现氮氧化物吸附材料的再生。
具有多个分支排气通道的排气气体净化装置的控制方法中，各分支排气通 道中，在前述氮氧化物吸附材料的排气上游侧配置温度检测单元，在前述氮氧 化物吸附材料的排气下游侧配置吸附量检测单元，使来自内燃机或燃烧设备的 排气气体流入至少1个分支排气通道，利用前述吸附量检测单元检测正常运转 时的氮氧化物吸附材料的吸附量，在吸附量达到规定量时，利用排气气体阻断 单元阻断排气气体流入前述分支排气通道，在使前述吸附物质脱离装置工作的 同时使燃烧装置也工作或者使其提早或延迟工作，在前述分支排气通道内的燃 料过浓燃烧区域中，将来自内燃机等的排气气体和由燃烧装置的燃料供给单元 供给的燃料构成的混合气控制为燃料过剩的状态，在燃料贫燃区域中，将来自 燃料过浓燃烧区域的排气气体和由燃烧装置的空气供给单元供给的空气构成 的混合气控制为空气过剩的状态，如果利用前述吸附量检测单元测出氮氧化物 吸附材料的吸附物全部处于脱离状态，则停止前述吸附物质脱离装置和燃烧装 置的工作，回复到正常运转状态，为了不同时进行全部分支排气通道的排气气 体阻断，可在每个分支排气通道进行前述控制操作。
前述分支排气通道型排气气体净化装置的控制方法中，在各分支排气通道 交替或依次进行正常运转和再生运转。例如，具有2个分支排气通道的情况下， 首先使内燃机或燃烧设备的排气气体流入1个分支排气通道，如果氮氧化物吸 附材料对氮氧化物的吸附量达到规定量(例如饱和量)，则在阻断该分支排气通 道的同时将另1个分支排气通道与内燃机连接，使排气气体流入。即，利用另 1个分支排气通道继续正常运转状态，前述的1个分支排气通道则进行再生运 转。
此外，在排气气体净化装置的控制方法中，在前述氮氧化物吸附材料的排 气上游侧配置温度检测单元及压力检测单元，在前述氮氧化物吸附材料的排气 下游侧配置吸附量检测单元，利用压力检测单元检测正常运转时的氮氧化物吸 附材料的排气上游侧的排气气体压力的同时，利用前述吸附量检测单元检测氮 氧化物吸附材料的吸附量，捕获的粒状物增多、排气通道的排气气体压力达到 规定值或吸附量达到规定量的任一情况下，无论哪种情况先出现均使前述吸附 物质脱离装置工作，同时使燃烧装置工作或使其提早或延迟工作。另外，在氮 氧化物吸附材料的上游侧配置微粒滤器或SOx吸附材料时，将压力检测单元配 置于微粒滤器或SOx吸附材料的上游侧。
首先，对本发明的基本工作原理进行说明，在正常运转过程中使吸附物质 脱离装置及燃烧装置停止工作，从内燃机等排出的排气气体中的氮氧化物被氮 氧化物吸附材料吸附。排气气体中的烃类及一氧化碳等未燃成分被包含于氮氧 化物吸附材料的具有氧化作用的催化剂氧化，实现无害化。如果氮氧化物吸附 材料的吸附量达到规定量(例如饱和量)，则使吸附物质脱离装置及燃烧装置工 作，在使氮氧化物从氮氧化物吸附材料脱离的同时将其送入燃烧装置，例如， 在燃烧装置的燃烧火焰内的局部燃料过浓燃烧区域还原除去。再生运转中，在 燃烧装置的过浓燃烧区域外氧化除去排气气体中的烃类及一氧化碳或粒状物。 此外，在排气气体中含有硫氧化物的情况下，使氮氧化物吸附材料的材质为难 吸附硫氧化物的材质，或是即使吸附也可利用吸附物质脱离装置使吸附材料升 温至硫氧化物脱离温度或使其形成还原气氛而使硫氧化物脱离，防止吸附材料 中毒。具有上述基本工作原理的本发明显现下述效果。
(1)特别是以空气过剩条件运转的内燃机或燃烧设备可在正常运转中，利 用氮氧化物吸附材料有效地吸附排气气体中的氮氧化物，在再生运转中利用燃 烧装置燃烧除去并排出该氮氧化物，此外，可防止硫氧化物造成的氮氧化物吸 附材料的中毒，能够使净化能力得到持续。
(2)通过在前述燃烧装置内的排气上游侧形成燃料过浓燃烧区域，在排气 下游侧形成燃料贫燃区域，可使从前述氮氧化物吸附材料脱离的氮氧化物无泄 漏地通过前述燃料过浓燃烧区域，从而提高氮氧化物的还原除去率。
(3)如果形成将排气通道分支为2个或2个以上的分支排气通道、在各分 支排气通道内从上游侧开始依次配置与前述单一的排气通道结构同样的吸附 物质脱离装置、氮氧化物吸附材料及燃烧装置的构成，则可使来自内燃机等的 排气气体流入至少1个分支排气通道，剩余的分支排气通道阻断排气气体，进 行再生运转。籍此能够阻断排气气体流入再生运转状态下的分支排气通道，所 以能够不考虑内燃机或燃烧设备的排气气体量而自由地设定进入再生运转状 态的分支排气通道内的空气量。因此，能够将独立于正常运转状态的分支排气 通道的再生运转状态的分支排气通道的空气量设定得较少，且可将为使氮氧化 物从氮氧化物吸附材料脱离而消耗的能量(燃料流量)和供给燃烧装置的燃料 流量设定得较少，实现燃料成本的节约。
(4)如果作为吸附物质脱离装置具备升温单元和还原剂供给单元，则通过 还原剂的投入，能够有效地进行氮氧化物及硫氧化物从氮氧化物吸附材料的脱 离。
(5)如果作为吸附物质脱离装置例如具备电加热器等发热电阻体，则可切 实且迅速地升温。
(6)如果作为吸附物质脱离装置具备吸附物质脱离用燃料供给单元，则供 给的燃料起到还原剂的作用，且可利用在包含于氮氧化物吸附材料的具有氧化 作用的催化剂上被氧化时释放的热量。
(7)如果作为吸附物质脱离装置具备吸附物质脱离用燃料供给单元和与该 吸附物质脱离用燃料供给单元相比在排气下游侧配置的具有氧化作用的催化 剂，则可在包含于氮氧化物吸附材料的具有氧化作用的催化剂上被氧化时放 热，并可将该热量用于脱离。
(8)如果作为吸附物质脱离装置具备由吸附物质脱离用空气供给单元、吸 附物质脱离用燃料供给单元及吸附物质脱离用点火单元构成的脱离用燃烧装 置，则瞬间可升温至更高的温度，且通过调节空气流量和燃料流量可灵活地应 对各种条件。
(9)如果在氮氧化物吸附材料的排气上游配置微粒滤器，则由于在流入氮 氧化物吸附材料前排气气体中的粒状物就被除去，所以氮氧化物吸附材料的氮 氧化物吸附率不会受到粒状物的影响，可很好地吸附氮氧化物。另外，如果微 粒滤器对粒状物的捕获量达到饱和状态，则背压上升，但在氮氧化物吸附材料 的氮氧化物的吸附量达到饱和状态进行再生运转时，可利用吸附物质脱离装置 的温度上升燃烧除去粒状物，籍此实现微粒滤器的再生。
(10)通过将氮氧化物吸附材料本身的形状形成为可捕获粒状物的物理形 状，可除去粒状物，并能够确保净化装置的小型化。
(11)如果在氮氧化物吸附材料的排气上游侧配置硫氧化物吸附材料，则硫 氧化物及氮氧化物分别被硫氧化物吸附材料和氮氧化物吸附材料吸附，可分别 有效地实现吸附。另外，在氮氧化物吸附材料的吸附量达到饱和状态进行再生 运转时，由于同时将硫氧化物吸附材料升温，所以硫氧化物可脱离并再生。
(12)作为用于形成前述燃料贫燃区域的空气供给单元，无需独立设置该空 气供给单元而是利用来自增压器的压缩空气的一部分，这样能够实现装置的小 型化。
(13)如果依次配置供给空气的空气供给单元和具有氧化功能的催化剂来 替代形成于前述燃料过浓燃烧区域的排气下游侧的燃料贫燃区域，则即使处于 较低的温度状态下，也能够很好地氧化除去未燃烃类及一氧化碳，从而有利于 装置的小型化。
(14)如果在前述吸附物质脱离装置的排气上游侧配置排气气体冷却单元， 并同时设置温度传感器，则能够将流入氮氧化物吸附材料的排气气体的温度控 制在可最大限度发挥氮氧化物吸附材料的吸附能力的温度，在内燃机及燃烧设 备的任一运转状态下都能够很好地除去。此外，籍此能够应对具有各种活性温 度带的吸附材料。
(15)如果作为前述吸附物质脱离装置具备带火焰维持单元的氮氧化物脱 离用燃烧装置，则即使对于残存氧浓度低的排气气体，也可使其稳定地燃烧。
(16)压缩点火式内燃机中，通过在发动机膨胀冲程或排气冲程中喷射二次 燃料，可使排气气体的温度上升，如果进一步使其大量包含一氧化碳或烃类等 还原成分，则无需新设置特别的吸附物质脱离装置，就可使氮氧化物脱离，从 而实现排气气体净化装置的简单化。
(17)压缩点火式内燃机中，通过延迟燃料喷射时间，可使排气气体温度上 升，进一步通过增加CO或HC等还原成分，则无需新设置特别的吸附物质脱离 装置，就可使氮氧化物脱离，从而实现排气气体净化装置的简单化。
(18)通过在前述燃料贫燃区域的排气下游侧配置热交换器、利用该热交换 器吸收来自燃料贫燃区域的高温排气气体，并将该热量用于吸附物质脱离装 置，则无需在吸附材料的排气上游特别设置升温单元等，这样可实现排气气体 净化装置的小型化。另外，可提高燃料过浓燃烧区域的火焰温度，并可提高氮 氧化物的还原率。
(19)被配置于分支为多个的排气通道内的排气气体净化装置中，如果将各 分支排气通道形成为可选择性地向大气开放的结构，则在再生运转中，例如与 氮氧化物一起被氮氧化物吸附材料吸附的硫氧化物脱离，通过向大气开放而释 放，另一方面，在正常运转时，例如由于硫氧化物被氮氧化物吸附材料吸附除 去，所以硫氧化物不会排出。因此，用废气锅炉等排热回收排气气体时，利用 正常运转时的排气气体，无需考虑酸对废气锅炉的腐蚀就可进行热回收直至达 到较低温度，使热回收率大幅提高。顺便说一下，如果将含硫氧化物的排气气 体用于废热锅炉等，则在温度降至规定温度以下时会出现腐蚀，所以无法进行 热回收直至达到较低温度，热回收率劣化。
(20)利用氮氧化物吸附材料吸附氮氧化物、且捕获粒状物的构成中，在粒 状物的捕获量大于氮氧化物的吸附量的情况下，如果以氮氧化物的吸附量为基 准进行再生运转，则可能无法有效地除去有害成分，但通过在氮氧化物吸附材 料的排气上游配置压力检测单元并在排气下游侧配置吸附量检测单元，由压力 检测单元获知压力是否达到规定值或以上或吸附量是否达到规定量(例如饱和 量)时，无论哪种情况先出现均进行再生运转，则能够有效地除去有害物质， 也能够将吸附材料的性能劣化防患于未然。
附图的简单说明
图1为表示本发明的实施方式1的简单示意图。
图2为表示本发明的实施方式2的简单示意图。
图3为表示本发明的实施方式3的简单示意图。
图4为表示本发明的实施方式4的简单示意图。
图5为表示本发明的实施方式5的简单示意图。
图6为表示本发明的实施方式6的简单示意图。
图7为表示本发明的实施方式7的简单示意图。
图8为表示本发明的实施方式8的简单示意图。
图9为表示本发明的实施方式9的简单示意图。
图10为表示本发明的实施方式10的简单示意图。
图11为表示本发明的实施方式11的简单示意图。
图12为表示本发明的实施方式12的简单示意图。
图13为表示本发明的实施方式13的简单示意图。
图14为表示本发明的实施方式14的简单示意图。
图15为表示本发明的实施方式15的简单示意图。
图16表示配置于分支型排气通道的排气气体净化装置中的各分支排气通 道互相的运转状态的时间关系。
符号说明：1为内燃机，2为排气通道，2a、2b为分支排气通道，2c为下 游侧排气通道，3为吸附物质脱离装置，4为NOx吸附材料，5为燃烧装置，6 为燃料喷嘴(燃料供给单元)，7为点火装置(点火单元)，10为燃料量调节装置， 11为燃料箱，12为ECU(电子控制单元)，15为空气供给单元，16为空气量调 节装置，17为供气装置，20为切换阀，31为燃料喷嘴(燃料供给单元)，32为 点火装置，33为空气供给单元，35为氧化催化剂，40为微粒滤器，42为SOx 吸附材料，47为氧化催化剂，50为热交换器，51为空气供给单元，52为火焰 维持单元，55为热交换器，58为出口侧切换阀，60为大气开放通道，61为大 气开放用开关阀，80为吸附量检测传感器(吸附量检测单元)，81为压力传感 器(压力检测单元)，82为温度传感器(温度检测单元)，X1为燃料过浓燃烧区 域，X2为燃料贫燃区域。
实施发明的最佳方式
[发明的实施方式1]
图1为本发明的实施方式1，表示设置于单一的排气通道的排气气体净化 装置的基本构成，在内燃机1或燃烧设备的单一的排气通道2中配设了本发明 的排气气体净化装置。内燃机1包括柴油发动机、燃气发动机、汽油发动机或 燃气轮机等，燃烧设备包括工业用锅炉等。在排气通道2内从排气上游侧开始 沿排气流向以一定间隔依次配置吸附物质脱离装置3、氮氧化物吸附材料(以下 称为“NOx吸附材料”)4及燃烧装置5。
燃烧装置5具备作为燃料供给单元的燃料喷嘴6和作为点火单元的点火装 置7，燃料喷嘴6通过燃料量调节装置10与燃料箱11连接，利用电子控制单 元(以下称为“ECU”)12控制燃料的供给量及供给时间。燃烧装置5除了具备 燃料喷嘴6和点火装置7之外，还可根据需要具备空气供给装置。利用燃烧装 置5形成的扩散火焰即使整体空燃比处于空气过剩状态，也可以局部地形成燃 料过浓燃烧区域X1。即，在点火装置7及燃料喷嘴6的喷口附近形成局部的燃 料过浓燃烧区域X1，在其周围形成燃料贫燃区域X2。
NOx吸附材料4在空气过剩气氛下可特别有效地吸附氮氧化物(以下称为 “NOx”)，且具有在升温至规定温度时或在还原气氛中脱离前述吸附的NOx的 性质。该实施方式中，NOx吸附材料4含有具有氧化作用的催化剂，在氧化一 氧化碳(以下称为“CO”)或烃类(以下称为“HC”)等未燃成分的同时，将氮氧 化物吸附材料4本身的形状形成为适合于捕获粒状物的形状。
作为吸附物质脱离装置3，例如采用将排气气体的温度升至规定温度或以 上的升温单元，但也可采用将排气气体转化为还原气氛的单元。此外，还可形 成在升温单元中加入了还原剂供给单元的构成，这样能够有效地进行NOx和SOx 的吸附和脱离。作为前述升温单元，例如可采用电加热器这样的发热电阻体， 籍此能够更迅速切实地升温。另外，作为吸附物质脱离装置3的其它例子，还 可具备燃料供给单元，这种情况下，供给的燃料起到还原剂的作用，利用在含 于NOx吸附材料4的具有氧化作用的催化剂上被氧化时释放的热量来脱离NOx。
图1所示的构造中，在内燃机1的正常运转时，停止吸附物质脱离装置(升 温单元)3及燃烧装置5的工作，因此，从内燃机1被排出至排气通道2内的排 气气体直接到达NOx吸附材料4，NOx被吸附。同时可利用包含于NOx吸附材 料4的氧化催化剂氧化CO或HC等未燃成分，实现无害化。此外，如果将氮氧 化物吸附材料4的形状形成为适合于捕获粒状物的形状，则NOx吸附材料4也 可通过物理方式捕获粒状物。
在NOx吸附材料4的吸附量达到规定量(例如饱和量)时，启动吸附物质脱 离装置3，在氮氧化物吸附材料4的上游侧将排气气体的温度升至规定温度或 以上的同时，启动燃烧装置5，进行再生运转。进行该再生运转时，利用在吸 附物质脱离装置3升温的排气气体将NOx吸附材料4的温度升至规定温度或以 上，籍此使被NOx吸附材料4吸附的NOx脱离，到达排气下游侧的燃烧装置5， 在燃烧火焰内的局部燃料过浓燃烧区域X1中被还原除去。此外，被NOx吸附 材料4捕获的粒状物通过NOx吸附材料4的升温被燃烧除去。另外，再生运转 时从内燃机1及燃料过浓燃烧区域被排出的CO或HC及粒状物在燃烧装置5的 燃料贫燃区域X2被燃烧除去。在排气气体中含有SOx时，使NOx吸附材料4 的材质是难以吸附SOx的材质，或者是即使吸附了也可通过将NOx吸附材料4 升温至SOx脱离温度、根据需要形成还原气氛而使其从NOx吸附材料4脱离。 籍此防止NOx吸附材料4的中毒。
[发明的实施方式2]
图2为本发明的实施方式2，其基本构成为前述图1所示的在单一型排气 通道中设置的排气气体净化装置，燃烧装置5与前述图1相同，具备燃料喷嘴 6和点火装置7，同时在燃料喷嘴6的排气下游侧具备空气供给单元15，籍此 在空气供给单元15的排气上游侧形成燃料过浓燃烧区域X1，在空气供给单元 15的下游侧形成燃料贫燃区域X2。前述两区域X1及X2分别覆盖排气通道2 的整个流通截面而形成，因此，通过燃烧装置5内的排气气体必须依次通过燃 料过浓燃烧区域X1和燃料贫燃区域X2。
空气供给单元15通过空气量调节装置16与空气供给源7连接，空气量调 节装置16利用ECU12控制空气的供给、停止及其供给量。其它的结构与图1 相同，对与图1相同的零部件及部分付与相同的符号。
基本工作原理与图1相同，但燃烧装置5的工作情况有所不同。即，在再 生运转中，从NOx吸附材料4脱离并达到燃烧装置5的排气气体首先通过燃料 过浓燃烧区域X1，籍此NOx被还原除去，然后通过燃料贫燃区域X2，籍此从 内燃机1及燃料过浓燃烧区域排出的CO或HC及粒状物被燃烧除去。前述图1 的构成中，在局部形成的燃料过浓燃烧区域X1中还原NOx，但在图2所示的实 施方式中，由于是覆盖整个排气通道截面形成燃料过浓燃烧区域X1x，所以NOx 无泄漏地通过燃料过浓燃烧区域X1被还原，其还原除去率有所提高。
[发明的实施方式3]
图3为本发明的实施方式3，表示设置于排气通道2被分支为多个的分支 型排气通道的排气气体净化装置的基本构成，内燃机1或燃烧设备的排气通道 2例如分支为第1和第2这2个分支排气通道2a、2b，在上游侧的分支部配置 切换阀20，在下游侧端部再次合流，与下游侧排气通道2c连接。通过前述切 换阀20的切换，能够将来自内燃机1的排气气体选择性地排出至分支排气通 道2a、2b的一方。
各分支排气通道2a、2b内分别配置了与图1同样的NOx吸附材料4，与图 2同样，在各NOx吸附材料4的排气下游配置了由燃料喷嘴6、点火装置7及 空气供给单元15构成的燃烧装置5，在燃烧装置5的工作状态下，在空气供给 单元15的排气上游侧和下游侧形成燃料过浓燃烧区域X1和燃料贫燃区域X2。
吸附物质脱离装置3由吸附物质脱离用燃料喷嘴(燃烧嘴)31、吸附物质脱 离用点火装置32及吸附物质脱离用空气供给单元33构成。吸附物质脱离用燃 料喷嘴31与前述燃料量调节装置10连接，吸附物质脱离用空气供给单元33 与前述空气量调节装置16连接。其它结构与图2的结构相同，对相同的零部 件及部分付与同样的符号。
内燃机1运转时，利用切换阀20转换排气气体流路，籍此将2个分支排 气通道2a、2b的一方用作为内燃机1的排气气体的排出流路。图3的状态中， 切换阀20转换到第2分支排气通道2b，将第2分支排气通道2b用作为排气气 体的流路，将第1分支排气通道2a用于再生运转。
图3的状态下，在正常运转状态的第2分支排气通道2b内，燃烧装置5 及吸附物质脱离装置3停止工作，排气气体中的NOx被NOx吸附材料4吸附。 另一方面，再生运转状态的第1分支排气通道2a内，使燃烧装置5和吸附物 质脱离装置3工作，利用吸附物质脱离装置3通过空气供给单元33供给的空 气使燃料喷嘴31供给的燃料燃烧，籍此将高温的排气气体供至NOx吸附材料4， 将NOx从NOx吸附材料4脱离，在燃烧装置5的燃料过浓燃烧区域X1还原除 去NOx。
如图3所示，来自内燃机1的排气气体被阻断，再生运转状态的第1分支 排气通道2a呈独立于正常运转状态的第2分支排气通道2b进行工作的状态， 利用来自吸附物质脱离装置3的燃料供给及空气供给进行再生运转，因此可不 考虑来自内燃机1的排气气体量而设定吸附物质脱离用及燃烧装置用空气量， 能够节约来自前述吸附物质脱离装置3的燃料供给量及燃料装置5中燃料供给 量。
如果第2分支排气通道2b的NOx吸附材料4的NOx吸附量达到规定量(例 如饱和量)，则切换阀20转换到第1分支排气通道2a侧，停止第1分支排气 通道2a内的燃烧装置5及吸附物质脱离装置3的工作，另一方面，使第2分 支排气通道2b的燃烧装置5及吸附物质脱离装置3处于工作状态。即，在第1 分支排气通道2a内进行正常运转，同时在第2分支排气通道2b内进行再生运 转。
如上所述，分支型排气通道的排气气体净化装置中，可利用1个分支排气 通道进行内燃机1的正常运转，同时能够进行剩余的分支排气通道的再生运转， 无需特别地确保再生运转时间。
[发明的实施方式4]
图4为本发明的实施方式4，其基本构成是图3所示的设置于分支型排气 通道的排气气体净化装置，作为吸附物质脱离装置3，具备燃料喷嘴31、空气 供给单元33和氧化催化剂35。其它结构与图3相同，对相同的零部件及部分 付与相同的符号。
工作原理也基本与前述图3的情况相同，但由吸附物质脱离装置3的燃料 喷嘴31供给的燃料通过在氧化催化剂35上被氧化而释放热量，利用该热量来 完成NOx吸附材料4中的NOx的脱离。
[发明的实施方式5]
图5为本发明的实施方式5，其基本构成是前述图1所示的设置于单一型 排气通道的排气气体净化装置，燃烧装置5与前述图2相同，具备燃料喷嘴6 和点火装置7及空气供给单元15，在空气供给单元15的排气上游侧形成燃料 过浓燃烧区域X1，在空气供给单元15的排气下游侧形成燃料贫燃区域X2。此 外，吸附物质脱离装置3具备燃料喷嘴31和点火装置32。其它结构与图1及 图2的结构相同，对相同的零部件及部分付与相同的符号。
工作原理基本与图1和图2相同，但由于吸附物质脱离装置3采用了燃烧 的方式，所以可在瞬间将排气气体的温度升至高温，另外，通过调节吸附物质 脱离装置3的燃料供给量和空气供给量，可灵活地适应于各种条件。
[发明的实施方式6]
图6为本发明的实施方式6，其基本构成是前述图3所示的设置于分支型 排气通道的排气气体净化装置，除了该基本构成之外，在各分支排气通道2a、 2b中，于吸附物质脱离装置(燃烧装置)3和吸附材料4之间分别配置有微粒滤 器40。其它结构与图3的结构相同，对相同的零部件及部分付与相同的符号。
工作原理基本与前述图3的情况相同，但通过在NOx吸附材料4的上游侧 配置微粒滤器40，能够使正常运转时(作为排气流路使用时)利用微粒滤器40 除去了粒状物的排气气体流入NOx吸附材料4，可防止NOx吸附材料4的NOx 吸附率的下降。
正常运转时，粒状物的吸附量达到饱和状态，背压上升，或者NOx吸附量 达到规定量(例如饱和量)，则切换为再生运转，在通过吸附物质脱离装置3的 燃烧燃烧除去粒状物，使微粒滤器40再生的同时，将NOx从NOx吸附材料4 脱离，实现NOx吸附材料4的再生。
此外，作为微粒滤器40，只要是具有仅能捕获粒状物的功能的滤器即可， 但其中也可含有具有氧化作用的催化剂，因此该滤器还可具备连续氧化粒状物 的功能。
[发明的实施方式7]
图7为本发明的实施方式7，形成在前述图6所示的设置于分支型排气通 道的排气气体净化装置中还追加了SOx吸附材料42的结构。SOx吸附材料42 在各分支排气通道2a、2b内被分别配置于微粒滤器40和NOx吸附材料4之间。 其它结构与图6(以及图3)的结构相同，对相同的零部件和部分付与相同的符 号。即使将SOx吸附材料42配置在微粒滤器40的上游侧，也能够毫无问题地 运转。
工作原理与前述图6的情况基本相同，但在正常运转时，NOx和SOx分别 有效地被吸附，能够防止NOx吸附材料4的NOx的吸附率的下降。
正常运转时被SOx吸附材料42吸附的SOx，在再生运转时利用吸附物质脱 离装置3的燃烧热脱离，籍此实现SOx吸附材料42的再生。
[发明的实施方式8]
图8为本发明的实施方式8，其基本构成是前述图3所示的设置于分支型 排气通道的排气气体净化装置，该基本构成中，在燃烧装置5的空气供给单元 15的下游侧配置氧化催化剂47来替代燃料贫燃区域的形成。其它结构与图3 的结构相同，对相同的零部件及部分付与相同的符号。
通过配置氧化催化剂47来替代燃料贫燃区域，即使在较低的温度下，也 能够氧化除去HC或CO等未燃成分。
[发明的实施方式9]
图9为本发明的实施方式9，其基本构成是前述图3所示的设置于分支型 排气通道的排气气体净化装置，除了该基本构成之外，在切换阀20的上游侧 配置有排气气体冷却单元50和温度传感器50a。温度传感器50a与ECU12连接， 输入测得的温度。其它结构与图3的结构相同，对相同的零部件及部分付与相 同的符号。
正常运转中，测定流入NOx吸附材料4的排气气体温度，控制排气气体冷 却单元50，将流入NOx吸附材料4的排气气体的温度控制在可有效地发挥NOx 吸附材料4的吸附能力的范围内。
[发明的实施方式10]
图10为本发明的实施方式10，其基本构成是前述图1所示的设置于单一 型排气通道的排气气体净化装置，燃烧装置5除了与前述图1同样具备燃料喷 嘴6和点火装置7之外，同时与图2同样地还在燃料喷嘴6的排气下游侧具备 空气供给单元15，籍此在空气供给单元15的排气上游侧形成燃料过浓燃烧区 域X1，在空气供给单元15的排气下游侧形成燃料贫燃区域X2。另外，吸附物 质脱离装置3与前述图5同样，在具备燃料喷嘴31及点火装置32的同时具备 空气供给单元51及火焰维持单元52。其它结构与图1、图2及图5的结构相 同，对相同的零部件及部分付与同样的符号。
再生运转中，利用前述火焰维持单元52部分阻断来自排气上游侧的排气 气体的流动，使其流速变慢，或者形成逆流的区域(涡流)，维持来自燃料喷嘴 31的火焰。
如前所述，通过维持火焰，例如即使在内燃机的排气气体的残存氧浓度较 低这样的条件下，也能够使排气气体稳定地燃烧，可确保NOx的脱离效果。
火焰维持单元52也可以是配置回旋叶片、使排气气体回旋、形成排气气 体的循环区域的构成。此外，还可以是利用图10的空气供给单元51、向燃料 喷嘴31的前端部近旁供给少量的空气、在燃料喷嘴31的前端部形成高氧浓度 区域的构成。
[发明的实施方式11]
图11为本发明的实施方式11，其基本构成是前述图3所示的设置于分支 型排气通道的排气气体净化装置，该基本构成中，吸附物质脱离装置3仅具备 空气供给单元33，另一方面，在燃烧装置5的贫燃区域X2的下游侧分别配置 热交换器55，将该热交换器55与前述吸附物质脱离装置3的空气供给单元33 连接。其它结构与图3的结构相同，对相同的零部件及部分付与相同的符号。
即，利用热交换器55进行在燃烧装置5的贫燃区域X2升温的排气气体和 来自空气量调节装置16的空气的热交换，通过吸附物质脱离装置3的空气供 给单元33将达到高温的空气供至分支排气通道2a(或2b)的排气上游端部，籍 此在再生运转时将NOx从NOx吸附材料4中脱离。
利用上述结构，吸附物质脱离装置3无需点火装置及燃料喷嘴，可实现小 型化。此外，燃料过浓燃烧区域X1中的火焰温度有所提高，NOx还原率也得到 提高。
[发明的实施方式12]
图12为本发明实施方式12，其基本构成是前述图3所示的设置于分支型 排气通道的排气气体净化装置，除了该基本构成之外，还在分支排气通道2a、 2b的排气下游侧集合部配置出口侧切换阀58，在各燃烧装置5的下游侧均分 支形成各大气开放通道(大气开放部)60，在各大气通道60分别设置有开关阀 61。比出口侧切换阀58更下游的排气通道2c例如与废气锅炉63连接，可利 用排气气体的废热。其它结构与图3的结构相同，对相同的零部件及部分付与 相同的符号。NOx吸附材料4采用同时能够充分吸收SOx的材料。
图12所示的状态是2个切换阀20、58转换至第2分支排气通道2b侧、 将第1分支排气通道2a的大气开放通道60打开、将第2分支排气通道2b的 大气开放通道60关闭的状态，为了进行再生运转，第1分支排气通道2a的燃 烧装置5及吸附物质脱离装置3处于工作状态，第2分支排气通道2b的燃烧 装置5及吸附物质脱离装置3作为来自内燃机1的排气气体流路处于非工作状 态。
图12的状态下，采用含硫成分的燃料使内燃机运转时，在再生运转状态 的第1分支排气通道2a中，由于SOx与在前一次运转时被NOx吸附材料4吸 附的NOx一起脱离，所以如果直接用于废气锅炉63，则有中毒的可能性，因此， 将其从大气开放通道60排出至大气，而不用于废气锅炉63。另一方面，正常 运转状态的第2分支排气通道2b中，由于SOx也被NOx吸附材料4吸附，所 以比NOx吸附材料4更下游的排气气体中几乎不含SOx，可将该排气气体用于 废气锅炉63。因此，不用担心废气锅炉63会被SOx产生的酸等腐蚀，可进行 来自排气气体的热回收直至较低温度，使热回收率有大幅提高。
[发明的实施方式13]
图13为本发明的实施方式13，它是前述图12所示的设置于分支型排气通 道的排气气体净化装置的变形例，形成在排气下游侧集合部的出口侧切换阀58 以可切换的状态设置了与前述废气锅炉63连接的排气通道2c及与大气连通的 大气通道70的结构，以此替代图12所示的在各分支排气通道2a、2b分别形 成大气开放通道60的结构。即，第1、第2分支排气通道2a、2b中，与内燃 机1连通的正常运转侧的分支排气通道(图13中第2分支排气通道2b)与废气 锅炉63连接，再生运转侧的分支排气通道(图13中第1分支排气通道2a)与大 气通道70连通。该构造与图12所示的在各分支排气通道2a、2b分别具备大 气开放通道60和开关阀61的构造相比，可实现结构的简化。工作原理与前述 图12的情况相同。
[发明的实施方式14]
图14为本发明的实施方式14，所示的构成为：其基本构成是前述图1的 设置于单一型排气通道的排气气体净化装置，在该单一排气通道型基本构成中 配置各种传感器，可进行适当的控制。因此，对与图1相同的零部件及部分付 与相同的符号。该图14中，在NOx吸附材料4的下游侧配置吸附量检测(推定) 传感器80，在NOx吸附材料4的上游侧配置温度传感器82，各传感器80、82 与ECU12连接，将测得的各值输入ECU12，利用该输入值进行以下的控制操作。
正常运转时，如前所述，利用NOx吸附材料4吸附排气气体中的NOx，CO 或HC等未燃成分例如被包含于NOx吸附材料4的具有氧化作用的催化剂成分 氧化，可实现无害化。利用吸附量检测传感器80测定NOx吸附量，如果达到 规定(例如饱和)的吸附量，则通过来自ECU12的指令使吸附物质脱离装置3工 作，例如使NOx吸附材料4升温，使NOx脱离，在下游的燃料装置5的燃料过 浓燃烧区域X1还原除去。
此外，从内燃机1或燃烧设备排出的CO或HC或者在燃料过浓燃烧区域X1 生成的CO或HC或粒状物，在形成于燃烧装置5的燃料过浓燃烧区域X1的外 侧的燃料贫燃区域X2被氧化除去。
另外，在NOx吸附材料4的形状形成为适合于粒状物的捕获的形状时，在 正常运转中粒状物被NOx吸附材料4捕获，在再生运转中，如前所述，通过使 NOx吸附材料4升温，可燃烧除去粒状物。
此外，排气气体中含有SOx的情况下，虽然SOx的一部分被NOx吸附材料 4吸附，但在再生运转时，使NOx吸附材料4升温直至SOx脱离温度或者形成 还原气氛，使SOx脱离，从而使NOx吸附材料4再生。如果NOx吸附材料4本 身由难吸附SOx的材料制成，这样也可防止NOx吸附材料4的中毒。
[发明的实施方式15]
图15为本发明的实施方式15，它的构成为：其基本构成是前述图3所示 的设置于分支型排气通道的排气气体净化装置，在该基本构成中配置了测定各 处温度或压力的传感器以进行适当的控制。例如，在NOx吸附材料4的下游侧 配置吸附量推定传感器80，在NOx吸附材料4的上游侧配置压力传感器81及 温度传感器82的例子。各传感器80、81、82与ECU12连接，将测得的各值输 入ECU12。
将2个分支排气通道2a、2b中的1个通道作为来自内燃机1的排气气体 的流路，用于正常运转，同时将另1个用于再生运转。如图15所示，将切换 阀20转换至第2分支排气通道2b侧，将内燃机1的排气气体流入第2分支排 气通道2b，同时在第1分支排气通道2a中，使吸附物质脱离装置3及燃烧装 置5工作。
正常运转的第2分支排气通道2b中，吸附物质脱离装置3及燃烧装置5 停止工作，排气气体中的NOx被NOx吸附材料4吸附。此外，CO或HC等未燃 成分例如被包含于NOx吸附材料4的具有氧化作用的催化剂成分氧化，可实现 无害化。另一方面，在第1分支排气通道2a中，通过使吸附物质脱离装置3 的工作，例如使NOx吸附材料升温，使NOx从NOx吸附材料4脱离，在排气下 游的燃烧装置5的燃料过浓燃烧区域X1还原除去。
采用了前述第2分支排气通道2b的正常运转中，利用吸附量检测传感器 80测定该第2分支排气通道2b中的NOx吸附量，如果达到规定(例如饱和)的 吸附量，则通过来自ECU12的指令将切换阀20转换至第1分支排气通道2a侧， 同时使第2分支排气通道2b的吸附物质脱离装置3及燃烧装置5工作，将第2 分支排气通道2b形成为再生运转状态。与此同时，在第1分支排气通道2a流 入来自内燃机1的排气气体，形成正常运转状态。此外，前述正常运转中，在 NOx吸附材料4的粒状物捕获量比NOx的吸附量先达到饱和状态时，用压力检 测传感器81检测粒状物的饱和情况，将切换阀20转换至第1分支排气通道2a 侧。籍此可防止压力下降造成的NOx吸附性能的下降。
图16表示图15的排气气体净化装置的控制情况的时间关系，在第1分支 排气通道2a和第2分支排气通道2b的一方被用于正常运转吸附NOx时，另一 方正进行着再生运转。此外，图16所示的关系适用于图3等所有设置于分支 型排气通道的排气气体净化装置。
[发明的其它实施方式]
(1)内燃机本身为贫燃用内燃机，例如在具备增压器的情况下，可将增压 器的压缩机的空气用于图2～图15的各空气供给单元。
(2)作为NOx吸附材料，可采用在微粒滤器的壁使用了NOx吸附材料的构 成。
(3)设置于单一型排气通道的排气气体净化装置也可形成通过内燃机的直 喷用燃烧喷射阀的控制、将排气气体的温度升温、籍此提高NOx吸附材料的温 度使NOx脱离的构成，以此替代图1及图2所示的在排气通道2内特别配置吸 附物质脱离装置3的构成。例如，通过在发动机膨胀冲程或排气冲程中喷射二 次燃料或者使燃料喷射时间延迟，提高排气气体的温度，籍此使NOx吸附材料 升温。
(4)如图3等所示，将本发明用于分支型排气通道时，也可在分支为3个 或3个以上的分支排气通道中使用本发明。这种情况下，在1个分支排气通道 用于正常运转时，剩余的分支排气通道可再生，另外，在1个排气通道进行再 生运转时，剩余的全部分支排气通道也可与内燃机等连接。
产业上利用的可能性
本发明被用作为柴油发动机、燃气发动机、汽油发动机或燃气轮机等各种 内燃机或工业用锅炉等燃烧设备的排气气体净化装置，特别适用于在贫燃状态 下运转的内燃机等排气气体中大量含有NOx的内燃机。此外，同样也适用于含 SOx的工业用柴油发动机等，还适用于对排气气体的热量进行再利用的情况， 可减少SOx导致的中毒，有效地回收废热。