JP2009508047A - 内燃機関の排ガスから有害成分を除去するための装置 - Google Patents
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Abstract
内燃機関の排ガスから有害成分を除去するための、第1のケーシングを備える装置であって、前部領域において多数の相互連通した空隙を含む第1の構造物が前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に覆い、前記構造物の後に前記ケーシング内において任意の順序で、少なくとも1つの第1の金属酸化物を含む、および/または前記金属酸化物で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の相互連通した空隙を含む少なくとも1つの第2の構造物と、有害物質を変換または分解するための少なくとも1つの触媒を含む、および/または前記触媒で部分的にコーティングされた、多数の相互連通した空隙を含む少なくとも1つの第3の構造物と、少なくとも1つの第2の金属酸化物を含む、多数の相互連通した空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第4の構造物とが続き、前記第1のケーシングは、特に、多孔質の酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素からなるかまたは、特に、酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素でコーティングされているように構成した装置。
Description
本発明は内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガスから有害成分を除去するための装置に関する。
内燃機関排ガスからの有害成分の除去には、当然のことながら、ずっと以前から大きな関心が寄せられてきている。硫黄含有残滓、一酸化炭素、多環式芳香族化合物およびスス粒子は人間と環境に持続的な害を及ぼすことは周知の事実である。したがって、排ガス中の有害物質を減少させるための幾多の新規な方法および装置がすでに開発されてきた。最近の開発努力は特に、特にススが有機残滓、例えば炭化水素と結びつくことが知られているため、ディーゼルエンジンの排ガスから有害物質、例えばスス粒子をいっそう完全且つより効果的に取り除くことに向けられている。そのために、この間、多くの方法が供されている。
例えば、独国特許第699 06 586号明細書に記載のような排気リサイクルを利用して、窒素酸化物(NOx)の発生が減少させられる。この場合、一般に、排気リサイクル弁を経て排気マニホルドから排ガスが取り込まれて、給気(新気)に混入され、これによって燃焼温度が低下され、それに応じて、NOx成分が減少させられる。その際、酸素の割合が同じく減少するため、最適制御されなければ、一酸化炭素、未燃炭化水素およびススの比率が増加し得る。
SCRテクノロジー(選択的接触触媒還元法)では、窒素酸化物は適切な触媒によりアンモニアの存在下で窒素に還元される。アンモニアは触媒装置内で、水溶液の形で常に自動車に携行されて所要量が適量供給される尿素から得られる。尿素水溶液は例えば国際公開第96/36797号パンフレットから公知の方法により混合チャンバ内で圧縮空気と混合され、排ガスフロー中に配置された噴霧ノズルを経て排ガスフロー中に噴射される。SCR触媒は一般に以下のグループPt、Pd、Rh、Ir、Au、AgおよびRuのうちのいずれかの金属をベースとしている。SCR触媒の使用に関する詳細は特に独国特許第197 49 607号明細書にも記載されており、また独国出願公開第103 48 799号明細書ならびに独国出願公開第102 57 113号明細書に開示されている。
一般に、ディーゼル機関の排ガス装置内の温度は、フィルタ濾過されたスス粒子が適切な触媒表面に付着していても直ちに燃焼処理されるほど高くはない。フィルタの詰まりを回避すると共に排ガス中のスス成分の減少を図るため、捕集されたスス粒子は周期的に燃焼処理されなければならない。排ガス中の酸素でススを燃焼処理するために必要とされる温度はおおよそ500〜600℃である。一時的な温度上昇は、独国特許第100 20 170号明細書に記載されているように、添加剤例えばCer(セリウム)添加剤の噴射によって実施することができる。このようにしてスス成分を著しく減少させることができることは確かであるが、ただし、なお少なからぬ量の添加剤残滓がフィルタ系に常に残存してしまう。また、この種の不連続的再生は、不飽和もしくは未燃炭化水素が供給される酸化触媒を介在することにより、つまり後噴射によって実施することもできる(独国出願公開第103 21 105号明細書、参照)。添加剤または燃料供給によって温度を周期的に短時間にわたってスス燃焼処理温度に引上げる代わりに、独国出願公開第101 03 771号明細書は、スス粒子および炭化水素を酸化触媒の表面で捕集し、このようにして、温度を450℃に上昇させれば前記残滓を除去するのに十分であるようにすることを提案している。この温度は独国出願公開第101 03 771号明細書によれば外部加熱によって招来することができる。独国出願公開第197 48 561号明細書はこのための電気式発熱体を開示している。
粒子捕集フィルタの連続的再生は、独国出願公開第199 55 324号明細書および独国出願公開第103 21 105号明細書に記載されているように、いわゆるCRT法(continuous regeneration trap)によって行うことができる。それによれば、排気管内において粒子捕集フィルタに、排ガス中に含まれた酸化窒素NOを酸化して二酸化窒素に変える酸化触媒が前置され(上流に接続され)、この二酸化窒素はその後に一酸化炭素もしくはススの酸化に使用される。このテクノロジーの場合には、言うまでもなく、排出された排ガス中のNOx成分を低く抑えることが問題である。
適切なスス粒子捕集フィルタは、独国出願公開第103 48 799号明細書によれば、高温酸化物系セラミックスまたは炭化ケイ素から正規に製造される。
上述したように、排ガス浄化の問題は特に、除去さるべき成分間の非常に複雑な相互作用のせいで、未だ満足すべき解決を見ていない。例えば、一方で、有害物質例えば一酸化炭素、炭化水素およびスス等は酸化によって無害化されなければならない。他方、窒素酸化物は還元によってのみ除去することができる。加えて更に、ススが例えば500〜600℃の従来の燃焼温度で燃焼処理される場合には、排ガス装置に使用される材料は回復不能なダメージを蒙ってしまう。
それゆえ本発明の目的は、内燃機関から排出される有害物質を除去するための装置であって、従来の技術に付随する短所のない、特に、例えば添加剤または燃料の連続的もしくは周期的な供給を要することなく、フィルタ濾過されたスス粒子の連続的燃焼処理を可能にする前記装置を提供することである。
そのため、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排ガスから有害成分特にススを除去するための装置であって、少なくとも1つの入口と少なくとも1つの出口を有すると共に前部領域、中央領域および後部領域を内包する、排ガスの導通に適した第1のケーシングを備え、少なくとも1つの入口は特に前記前部領域に配置され、少なくとも1つの出口は特に前記後部領域に配置され、前記前部領域において多数の隣接した(相互連通する)空隙を含む少なくとも1つの第1の構造物が前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に、全面的に覆い、前記構造物の後に前記ケーシング内において任意の順序で特にそれぞれ直列に配置されて、少なくとも1つの第1の金属酸化物を含む、および/または前記金属酸化物で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した(相互連通する)空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に、全面的に覆う少なくとも1つの第2の構造物と、有害物質を変換もしくは分解するための少なくとも1つの触媒、特に酸化触媒を含む、および/または前記触媒で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した(相互連通する)空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に、全面的に覆う少なくとも1つの第3の構造物と、少なくとも1つの第2の金属酸化物を含む、および/または前記金属酸化物で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した(相互連通する)空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に、全面的に覆う少なくとも1つの第4の構造物とが続き、前記第1のケーシングは少なくとも区域ごとに、および/または前記ケーシングの内壁は少なくとも部分的に、特に、多孔質の酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素からなるか、または、特に、多孔質の酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素でコーティングされているように構成した前記装置が見出された。
好ましくは、前記第1のケーシング内には、前記入口から前記出口の方向に、この方向順序にて、少なくとも1つの第1の、少なくとも1つの第2の、少なくとも1つの第3の、そして少なくとも1つの第4の構造物が配置されている。
本発明による装置の前記第1のケーシングは好ましくは炭化ケイ素ケーシングであるかもしくは内壁が炭化ケイ素でコーティングされている。前記第1のケーシングの内壁の50%以上が炭化ケイ素でコーティングされていればすでに十分なことは確かであるが、ただし、好ましくは、内壁が完全にもしくはほぼ完全に炭化ケイ素でコーティングされているケーシングが使用される。前記第1のケーシングは損傷防止のため金属製の外側被覆を有していてよい。この外側金属被覆は好ましくは、特にコーティングされた亜鉛薄板または鋼特にCr/Ni鋼からなる。
本発明の趣旨の炭化ケイ素は特に炭素ファイバ強化された炭化ケイ素(C/SiC)も含むこととする。炭素ファイバ強化された炭化ケイ素は極めて優れた熱伝導率を有し、高い熱衝撃強さを特徴としている。また、密度および空隙率も必要に応じて製造時に調節することができる。この点に関する詳細は例えば独国出願公開第198 58 197号明細書に見いだされる。
本発明によって使用される炭化ケイ素は好ましくは、製造工程に添加することのできる、無機結合剤の添加剤特に粘土、ケイ酸ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または酸化アルミニウム、および/または特にカーボンブラック添加剤の形の有機結合剤の添加剤を含有する炭化ケイ素も含む。
適切な炭化ケイ素成形品は例えばスリップ(スラッジ(sludge)方式)から得られる。これは、例えば、炭化ケイ素の他に、好ましくは微粉砕された、有機結合剤例えばカーボンブラック、無機結合剤例えば粘土および場合により界面活性剤などの添加物を含む水性懸濁液である。適切な粘土結合剤は、例えば、カオリナイト、ハロイサイト、蛇紋石、白雲母、イライト、タルク、バーミキュライト、モンモリロナイト、バイデル石、スメクタイト、サポナイトおよびヘクトライトである。別法としてもしくはカーボンブラックにさらに加えて、有機結合剤としてさまざまな合成または半合成ポリマ例えばポリビニルアルコール、ポリビニルブチレート、セルロースまたはセルロース誘導体ならびに特に独国出願公開第44 00 131号明細書に記載されている類のデンプン製品も適切なものとして考慮に値する。この場合、炭化ケイ素成形品は特に、スラリー(スリップ)鋳込み、テープ(フィルム)キャスティング、ダイカストまたは押出しによって得ることができる。例えば、水性スラリー(スリップ)懸濁液は石膏型に注型され、懸濁水が石膏型によって吸収された後、石膏型から炭化ケイ素粗材が取り出されて焼結工程に付される。焼結プロセス温度にて、有機または無機結合剤は炭化ケイ素成形品の内部にしばしば、成形品をさらに補強する基本的に相互連通した構造を形成する。
前記第1のケーシングのコーティング材料もしくはケーシング材料は好ましくは基本的に特に開放気泡を具えている。
特に多孔質炭化ケイ素を含む前記ケーシング壁もしくは前記ケーシング内壁コーティングは付着の防止に貢献する。さらに、このようなケーシング壁は、観察される有利な流れ特性に共に貢献する。さらに、本発明による装置の製作にあたり、上述した第1のケーシング特に炭化ケイ素を含む前記ケーシングはほとんどまたはまったく熱膨張を示さず、したがって卓越した寸法精度を有する点が有用である。
前記ケーシングの前記前部領域に位置する前記第1の構造物には、好ましくは、ポーラスバーナ(多孔体内燃焼装置)技術から公知の類の材料および成形品が使用される。これは、ほとんどの場合に、所定の火炎ゾーンを形成させる空間的に相互連通した空隙を有する構造物である。加えて更に、これらのポーラスバーナ構造物によって、所望のフロープロファイルを広い範囲にわたって正確に設定することができる。この種の公知のポーラスバーナの実施形態は例えば米国特許第5,522,723号明細書、国際公開第95/01532号パンフレット、独国出願公開第199 39 951号明細書および独国特許第199 04 921号明細書に開示されて見いだされる。適切な多孔質ポーラスバーナ材料は、焼結工程に付された、ゆるく積み重ねられた粒状バルク材料からも得ることができる。これに関する事例については欧州公開第0 840 061号パンフレットおよび独国出願公開第2 211 297号明細書を参照されたい。この点で、同じく、焼結された金属粉末も考慮に値する。さらに、金属線編成組織も、例えば独国出願公開第10 2004 006 824号明細書および独国出願公開第198 04 267号明細書に開示されている類の例えば気泡セラミック、金属フォームまたは金属スポンジと同様に適当している。さらに、前記第1の構造物の多孔質材料は、独国特許第102 28 411号明細書に記載されているように、酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素セラミックをベースとすることができる。
好ましい1実施形態において前記第1の構造物は、金属線編成組織、特に炭化ケイ素系の開放気泡セラミックまたは特に開放気泡金属フォームからなり、これらは好ましくは、特にアルミニウム、チタン、ジルコニウム、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、バリウム、ハフニウムの酸化物および/または希土類金属の酸化物例えば酸化ランタンおよび酸化第二セリウムからなるいわゆるウォッシュコート・コーティングを含む。二酸化チタンおよび酸化アルミニウムならびにそれらの混合物はコーティング材料として特に好ましい。別法としてまたは更に加えてリン酸コーティングを行うことができる。
前記第1の構造物において、空隙もしくは気泡は一般に、粒子状排ガス成分、例えばスス粒子を前記第1のケーシングに流入させるのに十分なサイズを有する。空隙率は例えば5〜35、特に10〜25ppi(インチ当たり気泡)の範囲である。1実施形態において、前記第1の構造物の空隙率は約20ppiである。先述したように、前記ケーシングの前記前部領域つまり前記入口に続く領域に前記第1の構造物を取付けることにより、流入する排ガスが本発明による排ガス浄化装置を層状に貫流することが保証される。浄化結果を損なう横流れはもともと完全に阻止されている。また、このような理由から、スス粒子またはその他の有害物質が前記ケーシングの内壁または前記第1の構造物自体に付着することもない。
前記第2の構造物は好ましくは、開放気泡セラミック、ワイヤ編成組織または特に開放気泡金属フォームをベースとしている。該構造物は好適には同じく前記第1のケーシングの断面全体を覆い、したがって、内壁にまで達している。この第2の構造物に組み込まれて、例えばコーティングの形で、少なくとも1つの第1の金属酸化物が、場合により白金族のいずれかの金属例えばPt、Rh、Pd、Ir、OsおよびRuと組み合わされて存在している。適切な第1の金属酸化物は、酸化リチウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化第二セリウム、酸化マンガン、酸化ジルコン、酸化マグネシウム、バナジン酸リチウム、バナジン酸ナトリウム、バナジン酸カリウム、バナジン酸銀およびバナジン酸セリウム、バナジン酸化物/アルカリ金属酸化物・コンビネーションおよび過レニウム酸塩である。セリウム/ジルコン・混合酸化物も同じく適切である。前記第2の構造物は少なくとも1つのバナジン酸塩、特にバナジン酸銀および/またはバナジン酸カリウムを含み、および/または少なくとも1つのバナジン酸塩、特にバナジン酸銀および/またはバナジン酸カリウムでコーティングされているのが特に有利であることが判明した。バナジン酸カリウムは特に好ましい。この第2の構造物がスス除去に決定的に貢献することが明らかになった。
さらに別の好ましい実施形態において、前記第2の構造物のコーティングは前記第1の金属酸化物、特にバナジン酸カリウムの他に、金属硝酸塩例えばアルカリまたはアルカリ土類硝酸塩、例えば硝酸ナトリウム、硝酸リチウム、硝酸カリウム、硝酸バリウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウムおよび硝酸ストロンチウム、および/または水ガラス化合物例えばケイ酸ナトリウムおよびケイ酸カリウム特にソーダ水ガラスをベースとした化合物を含む。
特に好ましくは、前記コーティングの割合は、前記第2の構造物の総重量を基準にして、0.01〜10 重量%、好ましくは0.1〜5重量%である。
前記第2の構造物の空隙率は好ましくは5〜40ppiの範囲内、好ましくは10〜35ppiの範囲内である。適切な空隙率は例えば10〜20ppiの範囲内も同じである。1実施形態において、前記第2の構造物の空隙率は約20ppiである。
前記第1のケーシング内、特に前記第1のケーシングの前記中央領域に少なくとも2つの、特に互いに連続した、場合により中間スペースによって分離された、コーティングされた第2の構造物が配置されているのが特に有利であることが判明した。
第3の構造物も好ましくは、特に炭化ケイ素からなる開放気泡セラミック、ワイヤ編成組織ならびに特に開放気泡金属フォームの形で、前記第1のケーシングの断面全体に及ぶようにして設けられている。この構造物は、導通される排ガス成分を排ガス中になお含まれている酸素によって酸化することを促進する触媒を有する。前記第3の構造物が、パラジウム、ロジウムおよび/または銀からなる触媒を含み、および/またはパラジウム、ロジウムおよび/または銀からなる触媒でコーティングされている場合にも、特に優れた浄化効果が達成される。前記触媒がさらに加えて少なくとも微量の鉄、ニッケル、酸化鉄特にFe2O3およびFe3O4を含んでいれば、浄化結果をさらになお最適化することができる。酸化鉄は添加物として特に好適である。一酸化炭素、炭化水素またはその他の被酸化性有害成分の残滓は完全にまたはほぼ完全に前記内燃機関の排ガスから除去される。さらに別の1態様において、前記第3の構造物の前記コーティングもしくは前記触媒はさらに少なくとも1つの金属硝酸塩例えばアルカリまたはアルカリ土類硝酸塩例えば硝酸カリウム、および/または水ガラス化合物例えばケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムをベースとした化合物特にナトリウム水ガラスを含む。
前記第1の構造物と同様に、前記第3の構造物も好ましくはウォッシュコートで予備コーティングされる。適切なウォッシュコート・コーティングは、特に、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウムの酸化物、アルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物例えば酸化バリウムまたは酸化マグネシウム、および/またはランタノイドもしくは希土類金属の酸化物、例えば酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化イッテルビウム、酸化サマリウム、酸化ガドリニウムまたは酸化セリウムを含む。二酸化チタンもしくは二酸化アルミニウムはコーティング材料として特に好ましい。別法としてまたはさらに加えて、リン酸によるコーティングを行うことができる。
開放気泡タイプの前記第3の構造物は好ましくは6〜50ppi、特に20〜45ppiの気泡サイズを有する。適切な空隙率は例えば20〜40ppiの範囲も同じである。1実施形態において、前記第3の構造物の空隙率は約40ppiである。
例えば、排ガスを前記第1のケーシング内で前記第3の構造物まで導通させる際に未燃もしくは未酸化であったスス粒子または炭化水素は、遅くとも、好ましくは中間スペースによって前記第3の構造物から分離された第4の構造物において二酸化炭素に変換される。前記第4の構造物は好ましくは、金属線編成組織、特に炭化ケイ素ベースの開放気泡セラミック、または特に開放気泡金属フォームであり、好ましくは、前記第1、第2および第3の構造物と同様に、前記第1のケーシングの断面全体を覆っているが、ただし、前記第1、第2および第3の構造物とは異なり、好ましくは前記第1のケーシングの前部領域または中央領域ではなく、後部領域に収容されている。前記第4の構造物は少なくとも1つの第2の金属酸化物例えば酸化タングステン、酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコン、特にランタンを含有し、酸化バリウム、マグネシウム/アルミニウム・混合酸化物および/またはケイ素/アルミニウム・混合酸化物を有するかまたはそれらでコーティングされている。酸化アルミニウムは第2の金属酸化物として特に好ましい。特に好ましい1実施形態には、第2の金属酸化物特に酸化アルミニウムの他に、少なくとも1つの希土類金属酸化物例えば酸化イットリウム、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化ガドリニウム、酸化ランタン、酸化サマリウム、酸化イッテルビウムまたは酸化セリウムが存在している。好ましい希土類金属酸化物としての酸化セリウムの他に、好ましくは、別法としてまたはさらに加えて、酸化ランタンに依拠することも可能である。
さらに別の好ましい1実施形態において、前記第4の構造物中もしくは構造物上には、前記第2の金属酸化物特に酸化アルミニウムの他に、ゼオライトも、なかんずく少なくとも1つの希土類金属酸化物特に酸化セリウムとコンビネーションされて存在している。本発明による装置により、前記第3と第4の構造物との間で300〜450℃の範囲の温度を維持することは難なく可能である。この温度は本発明による装置の所与条件下で前記第4の構造物でススおよび/または炭化水素を分解するのに十分である。
前記第4の構造物の空隙率は例えば10〜65、特に15〜60ppiの範囲内にあってよい。1実施形態において、前記第4の構造物の空隙率は約50ppiである。
本発明による装置のさらに別の1態様において、前記第1のケーシング内に、該ケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に全面的に覆う、多数の相互連通した空隙を含む少なくとも1つのさらなる第5の構造物が存在している。この第5の構造物の本体は好ましくは前記第1〜第4の構造物と同様に構成され、特に開放気泡セラミック、金属線編成組織または特に開放気泡金属フォームの形で存在している。この第5の構造物は触媒としての白金および/またはロジウムを含み、および/または少なくとも部分的に該触媒によってコーティングされている。このコーティングはさらに、例えばウォッシュコートとしての予備コーティングの形であっても、二酸化チタン、酸化ジルコン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび/またはケイ酸アルミニウムを含むことができる。本例において、重要な成分として白金およびロジウムを含む混合触媒の使用が特に有効であることが判明した。この場合、特に、白金対ロジウムの重量比が10:1〜1:10の範囲内、特に6:1〜1.5:1の範囲内、特に好ましくは約4:1の範囲内に調整されれば、非常に満足すべき結果が得られる。前記第5の構造物は好ましくは前記第1と前記第2の構造物の間に取付けられている。好適には前記第5の構造物は前記第1の構造物に直接、つまり中間スペースを配置することなく、続いている。
本発明による装置のさらに別の態様において、前記第1のケーシング内に、該ケーシングの断面を少なくとも部分的に、特に全面的に覆う、多数の相互連通した空隙を含む少なくとも1つのさらなる第6の構造物が存在している。この第6の構造物は好ましくは金属線編成組織ならびに特に金属フォームである。別法として、この構造物は例えば気泡セラミックまたはその他の公知の支持体材料もしくは支持体構造物をベースとすることもできる。前記第6の構造物はいわゆるSCR触媒を含み、および/または該触媒で少なくとも部分的にコーティングされている。一般に装置中に溶液の形で存在する尿素から得られるアンモニアを還元剤として用いて排ガス中の窒素酸化物を窒素に還元するためのSCR触媒は当業者に知悉されている。これは例えば、例えば酸化アルミニウムまたは酸化チタン支持体上に好ましくは被着された、白金、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化銅、酸化マンガン、酸化クロムまたは酸化モリブデンである。これに関する事例については独国出願公壁開第102 57 113号明細書、欧州特許第0 376 025号明細書、欧州特許第0 385 164号明細書および欧州特許第1 321 641号明細書を参照されたい。前記第6の構造物は1実施形態において前記第4の構造物と共に共通の一体構造物として設けられていてよい。
前記第1〜第6の構造物が、例えばウォッシュコートの形の中間コーティングであれまたは最終コーティングであれ、コーティングされなければならない場合には、基本的に、現行のあらゆるコーティング法例えば電気化学もしくは湿式化学めっき法またはスパッタコーティング法に依拠することができる。好ましくは湿式化学めっき法が使用される。通例これには、例えば、前記それぞれの構造物が、前記コーティング成分を溶液、分散液または懸濁液の形で含む該浸漬浴中に、1回、好ましくは2回浸漬されれば十分である。
前記第1〜第6、特に前記第2〜第6の構造物は一般にいわゆるウォールスルーフィルタである。この種のウォールスルーフィルタは通例、多孔質の開放気泡濾壁を具えている。これらのフィルタ構造物において、粒子は特に付着現象によって主としてフィルタ壁の表面に付着残留するかまたは深層濾過によって濾壁の内部に残留する。
したがって、本発明によれば、前記第1、第2、第3、第4、第5および/または第6の構造物は開放孔(連続気泡)もしくは開放セル(開放気泡)タイプの気泡セラミック、開放孔(連続気泡)もしくは開放セル(開放気泡)タイプの金属フォーム、開放孔(連続気泡)もしくは開放セル(開放気泡)タイプの金属スポンジ、開放孔(連続気泡)もしくは開放セル(開放気泡)タイプの耐熱発泡プラスチック、ワイヤ編成組織および/または焼結されたバルク状(塊状)材料からなっていてよい。前記第1〜第6の構造物は通例、ガス状流体が相互連通した空隙もしくは開放気泡を流過し得るように形成されている。好ましくは、前記第1、第2、第3、第4、第5および/または第6の構造物は前記ケーシングの断面を全面的に覆っている。したがって、これらの構造物は前記ケーシング内に嵌め込まれており、好適な実施形態において前記ケーシングの内壁と直接に接触している。これらの構造物はさらに、ガスの一様な導通が保証されるように形成されている。
さらに別の1実施形態において、前記第1、第2および第3ならびに場合により第5および/または第6の構造物は一体の透過性体もしくは多孔体例えば金属線編成組織、気泡セラミックまたは特に金属フォームによって実現されていてよい。この場合、個々の前記構造物はこの種の一体構造体による例えば不連続のゾーン区間を形成している。別途1実施形態において、前記第1、第2、第3および第4ならびに場合により前記第5および/または第6の構造物は、例えば前述したように、一体の透過性体もしくは多孔体例えば金属線編成組織、気泡セラミックまたは特に金属フォームで実現されていてもよい。この一体構造物は例えば特に正確嵌め合いで前記第1のケーシング内に嵌め込まれていてよく、その際、特に入口および出口領域にスペースを設けることができる。特にこの一体構造物は前記第3と第4の構造物の間に少なくとも1つのスペースもしくは空洞を有していてもよい。前記第1のケーシング内部における前記第1〜第6の構造物の配置に関しては、独立した別々の前記構造物に関する記載を準用することができる。
連続気泡もしくは開放気泡タイプのセラミックは、コージエライト、ケイ酸セラミック、酸化アルミニウムセラミック、窒化アルミニウムセラミック、チタン酸アルミニウムセラミック、ガラスセラミック、酸化ジルコンセラミック、炭化ケイ素セラミックおよび窒化ケイ素セラミックである。適切な開放気泡セラミックは特に、酸化ジルコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ムライト(ケイ酸アルミニウム・マグネシウム)およびα−酸化アルミニウムからなるセラミックである。これらのセラミックならびにそれらの製造法は当業者には公知に属する。この点は金属フォームおよび金属スポンジについても同様である。
適切な金属フォームは好ましくは、クロム/ニッケル鋼またはフェロクロム/アルミニウム合金から形成される。窒化物ベースで製造された金属フォームは一般に適性が劣っている。
ワイヤ編成体用のワイヤ材料としては特にアルミニウム含有鋼が使用される。
オプショナルに、前記第1の構造物は、好ましくは金属線編成組織または金属フォームとして存在している場合には、前以て、好ましくはアルミニウム・クロム系特にアルミニウム・クロム・ニッケル系の半田材料でコーティングすることができる。
前記第1のケーシングの前記前部領域が前記中央領域に向かって拡大し、および/または前記後部領域が前記出口に向かって特に円錐状にテーパしていれば、流体工学的に特に有利である。これに関連して、同じく最適化された1実施形態において、前記第1の構造物の前記入口側の表面は前記第1のケーシングの内部の方向に向かって特に基本的に球状に湾曲させられているのが重要である。
本発明による装置の1実施形態において、前記第1、第2、第3および第4の構造物はそれぞれ互いに直接連続している。別法として、前記第1と第2の構造物の間に第1の中間スペースが、隣り合う前記第2の構造物の間に第2の中間スペースが、前記第2と第3の構造物の間に第3の中間スペースが、隣り合う前記第3の構造物の間に第4の中間スペースが、および/または前記第3と第4の構造物の間に第5の中間スペースがそれぞれ設けられていてよい。前記個々の構造物間の前記中間スペースは主として膨張スペースもしくは渦流スペースとして使用される。これに関連して、第5の中間スペースが設けられている場合には、特に満足すべき結果が得られることが判明した。この第5の中間スペースは特に、少なくとも部分的に前記第1のケーシングのテーパ区間、つまり前記第1のケーシングの前記中央領域から前記後部領域への移行部に配置されている。
この場合、前記第5の構造物は前記第1と前記第2の構造物の間に、特に前記第1の構造物に直接に連続して取付けられていてよい。1実施形態において、前記第1の構造物と前記第5の構造物の間、および/または前記第2の構造物と前記第5の構造物の間に、例えば前記装置の断面全体に及ぶ1つの中間スペースを設けることができる。また、別法として、前記第1と第5の構造物は一体の構造体として、つまり中間スペースなしで設けられているかまたは独立した別々の構造物として同じく中間スペースなしで配置されていてもよい。
さらに、本発明によれば、前記第6の構造物は入口から出口の方向に向かって前記第4の構造物の前および/または後に配置されている。
本発明によれば、さらに、特に、前記第4と第6の構造物の間に中間スペースを配置せず、特に、前記第4と前記第6の構造物が一体の構造物を形成するのも適切と考えられる。
さらに、隣り合う少なくとも2つの構造物の間に、特に、隣り合うすべての構造物の間に、特に隣接する構造物の断面の全体に及ぶ中間スペースが設けられているのが有利である。
さらになお、さらに別の1実施形態において、隣接する構造物間の平均間隔は、入口から出口の方向に向かう縦軸に沿って測定して、5mm〜50mmの範囲内、特に10mm〜40mmの範囲内にあるようにすることができる。
本発明のさらに別の1態様において、前記第1および/または第2および/または第3および/または第4および/または第5および/または第6の構造物の平均厚さは、入口から出口の方向に向かう縦軸に沿って測定して、5mm〜50mmの範囲内、特に10mm〜40mmの範囲内にある。
本発明による装置は、好適な1態様において、前記入口から前記第1の構造物までの距離が20mm〜100mmの範囲内、特に30mm〜80mmの範囲内にあり、および/または前記出口(12)に最も近い前記構造物から前記出口までの距離が20mm〜120mmの範囲内、特に30mm〜90mmの範囲内にあることも特徴としている。
内燃機関の排ガスから有害成分を除去するための本発明による装置のさらに別の好適な1態様において、前記第1および/または第2および/または第3および/または第4および/または第5および/または第6の構造物の平均厚さは約25mm〜35mm、好ましくは約30mmである。一般に、この場合、前記入口から前記入口に最も近い前記構造物までの平均距離は約50mm〜70mm、特に約60mmであれば十分である。さらになお、さらに別の1実施形態において、前記出口に最も近い前記構造物と前記出口との間の距離は約40mm〜90mm、特に50mm〜80mm、特に好ましくは60mm〜70mmに選択することができる。
好ましい1実施形態において、本発明による装置は、基本的に区間ごとに卵形または楕円形の断面構造を有する。好ましい1実施形態において、本発明による装置は、特に上述した構造物が設けられている領域において、前記入口から前記出口にまで及ぶこの装置の縦軸に対して横方向に、100mm〜400mm、好ましくは150mm〜300mm、特に好ましくは200mm〜250mmの範囲内で膨張し、その値は例えば約220mmである。上述した構造物の断面が卵形または楕円形であれば、装置は前記縦軸の方向に100mm〜400mm、好ましくは150mm〜300mm、特に好ましくは200mm〜250mmの範囲内で、例えば約220mm膨張し、および/または横軸の方向に50mm〜300mm、好ましくは70mm〜200mm、特に好ましくは90mm〜150mmの範囲内で、例えば約100mm膨張する。
本発明のさらに別の1態様において、本発明による装置はさらに、前記第1のケーシングを少なくとも部分的に内蔵した、特に金属製の第2のケーシングを備える。
その際、前記第1のケーシングの前記入口は前記第2のケーシングの外側にあり、前記第1のケーシングの前記出口は前記第2のケーシングの内側にあってよい。
好適には、前記第2のケーシングの内壁と前記第1のケーシングの外壁とは少なくとも部分的に離間している。
その際、好ましくは、少なくとも1つの、特に例えば金属製の支保手段の形の第1の継手(接続要素)が外側の前記第2のケーシングの内壁と内側の前記第1のケーシングの外壁との間に設けられていてよい。
好ましくは、加えて更に、前記第1の継手と前記第1のケーシングの外壁との間に、特に合成無機ファイバ例えば特に耐火セラミックファイバおよび/またはグラスファイバを含む少なくとも1つの層が設けられている。さらに、前記第1のケーシングの外壁と前記第2のケーシングの内壁との間に直接、特に合成無機ファイバ例えば耐火セラミックファイバおよび/またはグラスファイバを含む少なくとも1つの層からなる第2の継手も取付けられていてよい。
セラミックファイバを含む前記の層は、例えば、製織層、フリースまたはフェルト層、注型もしくは成形層、板、成形品または紙であってよい。本発明の趣旨のセラミックファイバは同じくロックウールファイバも含むこととする。ロックウールファイバもまたグラスウールファイバおよび鉱滓綿ファイバを含む。適切なセラミックファイバはリフラクトリ・セラミックファイバ(Refractory Ceramic Fibers)(RCF)の専門名称でも知られている。
特に好ましくは、セラミックファイバを含む前記の層はさらに加えて、粘土鉱物特に層状ケイ酸塩を含む。層状ケイ酸塩のうち、例えば、雲母、タルク、蛇紋石ならびに特にバーミキュライトが適している。前記の層は、好ましい1実施形態において、それぞれ30〜70重量%のセラミックファイバ特に耐火セラミックファイバおよび粘土鉱物特にバーミキュライトを含んでいてよい。加えて更に、有機および/または無機結合剤を含むこの種の層が特に有利であることが判明した。適切な製品は、例えばXPE(登録商標)エキスパンディングマット(Expanding mat)の名称で、ユニフラックス・ゲーエムベーハー社(Unifrax GmbH)、デュッセルドルフ、ドイツから商業的に入手可能である。
上述した継手は振動およびその他の機械負荷を良好に減衰させ、前記第1と第2のケーシング間の確実な結合に貢献する。上述したようなセラミックファイバを含む少なくとも1つの層は前記継手と前記第2のケーシングの内壁との間に付設もしくは取付けられていてもよいことは無論である。
この場合、1発展態様において、前記第2のケーシングの前記出口の前には、有害物質除去された排ガスが阻止されずに流出するのを妨げる少なくとも1つの抑制装置特に有孔プレートが配置されている。この抑制装置は好ましくは少なくとも部分的にグラファイトコーティングを有する。
有利には、前記有孔プレートの総導通面積は、浄化さるべき排ガスが前記ケーシング内に流入する前記第1のケーシングの前記入口の面積にほぼ等しい。
さらに別の1実施形態において、本発明による装置は排気リサイクルシステム(AGR)に組み込まれている。この場合、前記出口に続いて、特に濾過された排ガスの一部をエンジンに戻すための少なくとも1本の排気リサイクル管が設けられていてよい。このリサイクル管は例えば、バルブ装置を経て、新気吸気路と連結されていてよい。必要に応じ、AGR制御装置を介して調節された、リサイクル排気と新気との混合物が、エンジンの吸気口に供給されてもよい。
好適な1態様において、本発明による装置はさらに、少なくとも1つのラムダプローブ、少なくとも1つの第1の温度センサおよび/または圧力センサを前記第1のケーシングの前記入口の前方または近傍または前記前部領域に備え、かつ、少なくとも1つの第2の温度センサおよび/または圧力センサを前記第1または第2のケーシングの前記出口の近傍または外側または前記後部領域に備える。
新品車両において、内燃機関の排ガスから有害成分を除去するための本発明による装置によって、ユーロ5規格に基づく、一酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素+窒素酸化物、および粒子成分に関する限界値は容易に遵守することが可能である。走行距離が約240.000 kmの中古ディーゼル乗用車の場合にも、本発明による装置によって、RL 70/220/EWG(EC指令70/220)(テストサイクルMVEG)に準拠して、以下の測定値を達成することができた。HC 0.17 g/km、NOx 0.61 g/km、HC+NOx 0.78 g/km、CO 0.92 g/km、CO2 185.15 g/kmおよび粒子成分 0.035 g/km。
本発明は、本願請求項記載の特徴が実現される場合には、本発明による排ガス浄化装置にもはやスス残滓は沈着しないとの驚くべき知見を基礎としている。それどころかむしろスス粒子は不断に二酸化炭素に変換される。したがって、連続的な能動的再生が行われる。排ガス中のスス残滓が完全かつ連続的に除去されることにより、本発明による装置は入口と出口との間に150 mbar以上、好ましくは100 mbar以上の圧力差が決して生じないことを保証することから、エンジン性能への不適な反作用を排除することができる。本発明による装置によれば、例えば、入口と出口との間との圧力差を60 mbar以下にすること、例えば57 mbarにすることは難なく可能である。この場合、10〜15 l/secの範囲内、例えば約12 l/secの流量を容易に達成することができる。公知の粒子フィルタに頻繁に生ずる不適な圧力上昇は本発明による装置では生じない。したがって、それに起因する燃費増加も同じく排除されている。これには、コーティングされた支持体構造物の特定の配置ならびに特定のコーティング材料の使用と並んで、装置の前記前部領域に取付けられた“ポーラスバーナ”構造物も少なからず貢献する。というのも、分解さるべき生成物のかなりの濃度変動をもたらすと考えられる顕著な横流れを発生させることなく、前記構造物によって層流を生じさせて維持することができるからである。本発明による装置はさらに、重大な変更を要することなく、いかなる内燃機関にも使用することができ、例えば乗用車およびトラックの排ガス装置に組み込むことのできる、構造的に非常にシンプルな構成の点でも驚異的である。加えて更に、非常にコンパクトなケーシング形状により、本発明による装置は任意の排ガス装置に組み込むことが可能であり、したがって、追加装備する際にもまったく問題がない。さらに、本発明による装置によって温度勾配が生じ、これによって前記後部領域の温度が前記前部領域の温度より高いこともスス粒子の除去に有効である。また、本発明による装置の老化は非常に緩慢にしか進行しないため、その寿命は少なくとも従来の内燃機関のそれに相当すると共に本発明による粒子フィルタの交換は通例もはや不要であるとの点も有利である。特に多孔質炭化ケイ素からなるケーシングもしくは内部コーティングの使用は、最終的に、この材料が本使用例において適切な畜熱器を表しているとの利点を有する。したがって、エンジン低稼働相における交番負荷運転とそれに伴う低排ガス温度時にも、前以て蓄えられた熱エネルギが前記第1〜第6の構造物に供給可能であるため、なお、フィルタ濾過された粒子またはその他の残滓の受動的再生が常に連続的に可能である。
本発明のその他の特徴および利点は、概略的な図面を参照して例示的に本発明の好ましい実施形態を説明する以下の記載から判明する通りである。
図1は、前部領域、中央領域および後部領域4、6および8を有するケーシング2を含む、内燃機関から排出される排ガスから有害物質を除去するための本発明による装置1を示している。前部領域4には入口10が、後部領域8には出口12がそれぞれ配置されている。ケーシング2の前部領域4には、入口10に続いて、普通ポーラスバーナに使用される材料からなる第1の構造物14が配されている。入口10に連続する導入領域16自体はポーラスバーナ構造物14から除外されている。むしろ正確には、ポーラスバーナ構造物14の入口10側の表面18が導入領域16をほぼ半球状に包囲している。第1の構造物14のほとんどは本発明による装置1の前部領域4内に位置し、ケーシング2の内側断面全体を覆っている。前部領域と中央領域との間の移行領域においてケーシング直径は顕著に拡大している。ポーラスバーナ構造物14は装置1に流入する排ガスをできるだけ層流化することを保証して、横流れを除去することから、スス粒子はもはやケーシング1の内壁24に付着することはない。また、排ガス流中における有害物質の一様な分布も保証される。ポーラスバーナ構造物14には、第1の中間スペース22によって分離されて、ケーシング2の中央領域6の断面全体に及ぶ、バナジン酸カリウム・コーティングされた金属フォームからなる第2の構造物20が続いている。第2の構造物20に続いて、第2の中間スペース26によって分離されて、構造ならびにコーティングの点で第2の構造物20と基本的に同じもう一つの第2の構造物20’、つまり同じくバナジン酸カリウム・コーティングされた、装置1の中央領域6の断面全体に及ぶ金属フォームからなる構造物が配置されている。これらの第2の構造物20および20’は基本的に、排ガス中に含まれている窒素酸化物を還元によって無害の成分に変換するために使用される。中央領域6は、パラジウム/銀・触媒コーティングされて、一酸化炭素ならびに炭化水素の酸化に使用される、金属フォームをベースとした第3の構造物28によって基本的に閉じられている。第3の構造物28もまたケーシング2の断面全体に及び、また、第3の中間スペース30によって第2の構造物20’から切り離されているため、基本的に直接の接触は存在しない。ケーシング2の後部領域8には第4の構造物32が取付けられており、該構造物もまた、後部領域の断面全体に及ぶ、酸化アルミニウムと酸化第二セリウムとからなる混合物でコーティングされた金属フォームをベースとしている。図示実施形態において、第4の構造物32は第4の中間スペース34によって第3の構造物28から切り離されている。
ケーシング2の内壁24は図示実施形態において炭化ケイ素コーティングされている。
図2から、図1に関連して説明した排ガス浄化装置1の1発展態様を看取することができる。この実施形態1’において、図1に図示して前記説明した装置1はさらに別の第2のケーシング50によって包囲されている。この第2のケーシング50は前部領域4で第1のケーシング2と結合されている。装置1はその他の箇所では基本的に無接触で第2のケーシング50内に配置されている。したがって、第1のケーシング2の外壁と外側の第2のケーシング50の内壁52との間には少なくとも1つの第5の中間スペース54が存在している。自明のことながら、装置1は外側ケーシング50の内部において、例えば中央領域または好ましくは後部領域8で1点または複数の点で内壁52に支保されていてよい。外側ケーシング50は、基本的に装置1の出口12の正面に配置された出口56を有する。出口12と出口56との間には有孔プレート58が配置されている。したがって、出口12から流出する浄化済み排ガスは有孔プレート58によって自由な流出が妨げられ、流出面の大きさに応じて少なくとも部分的に、出口12の正面に位置する領域60において、装置1と外側の第2のケーシング50の内壁52との間にあるスペース54の方向へ転向される。このようにして、流出する浄化済み排ガスの温度を利用して、排ガス浄化装置1の作動温度をコンスタントに一定の高さに保つことを保証することができる。
図3から、基本的に図2に示した装置1’の1発展態様としての、本発明による装置のさらに別途の実施形態が判明する。排ガス浄化装置1はまたも外側ケーシング50内に内蔵されている。前部領域4にはポーラスバーナ材料からなる構造物14が位置している。これに続いて、図1において説明したような第2の構造物20が、第1の中間スペースを省いて、今や直接に連続して配置されている。次いで、中間スペース26が第2と第3の構造物20、28の間に位置している。第3の構造物28も図1において説明した構造物と同じである。第3の構造物28に直接に連続して、またも中間スペースを省いて、酸化アルミニウムと酸化第二セリウムでコーティングされた金属フォームからなる第4の構造物32が配置されている。第2と第3の構造物20、28は装置1の中央領域6に位置しているが、他方、第4の構造物32は基本的に装置1の後部領域8を完全に満たしている。外側の第2のケーシング50の内壁52と装置1の第1のケーシング2の壁面2との間には、出口12から流出する排ガスを収容するための中間スペース54が存在している。装置1は、この実施形態において、支保を向上させるため、中央領域と後部領域6もしくは8において、具体的には例えば金属製の該継手もしくは支保手段62、62’および64、64’を介して外側ケーシング50の内壁52と接触している。支保手段62、62’と第1のケーシング2の外壁との間には、特に結合の改善と容易化ならびに制振を目的として、セラミックファイバおよび場合により結合剤を含むファイバ層90が配置されている。入口10の近傍の前部領域2では、セラミックファイバおよび場合により結合剤を含むファイバ層が第1と第2のケーシング(2、50)間の第2の継手88として機能している。第2のケーシング50内には、装置1の出口12に続いて、該ケーシングの後部領域の断面全体に及ぶ有孔プレート58’が取付けられている。
図4は図1に示した装置1の1発展態様を示している。この発展態様は入口10ならびに出口12の領域に温度センサと圧力センサ80もしくは82を備える。加えて更に、入口10の前方には、流入する排ガスの酸素含有量を測定するラムダプローブ84が設けられている。これらのセンサで記録された値は評価ユニット86に転送されて、例えば内燃機関の最適運転のために使用される。
上記説明、図面ならびに請求項に開示された本発明の特徴は任意の組合わせにより、さまざまな実施形態による本発明の実現に不可欠なものとすることができる。
1、1’ 内燃機関の排ガスから有害成分を除去するための装置
2 第1のケーシング
4 第1のケーシングの前部領域
6 第1のケーシングの中央領域
8 第1のケーシングの後部領域
10 第1のケーシングの入口
12 第1のケーシングの出口
14 第1の構造物
16 前部領域4内において第1の構造物14から除外されている区域
18 第1の構造物14の入口側表面
20、20’ 第2の構造物
22 第1の中間スペース
24 第1のケーシング2の内壁
26 第2の中間スペース
28 第3の構造物
30 第3の中間スペース
32 第4の構造物
34 第5の中間スペース
50 第2のケーシング
52 第2のケーシングの内壁
54 第6の中間スペース
56 第2のケーシングの出口
58、58’ 抑制装置
60 出口12と抑制装置58との間の領域
62、62’ 後部支保手段(第1の継手)
64、64’ 中央支保手段(第1の継手)
80 温度センサ
82 圧力センサ
84 ラムダプローブ
86 評価ユニット
88 第2の継手
90 セラミックファイバを含むファイバ層
2 第1のケーシング
4 第1のケーシングの前部領域
6 第1のケーシングの中央領域
8 第1のケーシングの後部領域
10 第1のケーシングの入口
12 第1のケーシングの出口
14 第1の構造物
16 前部領域4内において第1の構造物14から除外されている区域
18 第1の構造物14の入口側表面
20、20’ 第2の構造物
22 第1の中間スペース
24 第1のケーシング2の内壁
26 第2の中間スペース
28 第3の構造物
30 第3の中間スペース
32 第4の構造物
34 第5の中間スペース
50 第2のケーシング
52 第2のケーシングの内壁
54 第6の中間スペース
56 第2のケーシングの出口
58、58’ 抑制装置
60 出口12と抑制装置58との間の領域
62、62’ 後部支保手段(第1の継手)
64、64’ 中央支保手段(第1の継手)
80 温度センサ
82 圧力センサ
84 ラムダプローブ
86 評価ユニット
88 第2の継手
90 セラミックファイバを含むファイバ層
Claims (37)
- 内燃機関、特にディーゼルエンジンの排ガスから有害成分、特にススを除去するための装置(1)であって、少なくとも1つの入口(10)と少なくとも1つの出口(12)を有すると共に前部領域、中央領域および後部領域(4、6、8)を内包する、排ガスの導通に適した第1のケーシング(2)を備え、少なくとも1つの入口(10)は前記前部領域(4)に配置され、少なくとも1つの出口(12)は前記後部領域(8)に配置され、前記前部領域(4)において多数の隣接した空隙を含む少なくとも1つの第1の構造物(14)が前記第1のケーシング(2)の断面を少なくとも部分的に覆い、前記構造物の後に前記ケーシング(2)内において任意の順序で、少なくとも1つの第1の金属酸化物を含む、および/または前記金属酸化物で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第2の構造物(20)と、有害物質を変換もしくは分解するための少なくとも1つの触媒を含む、および/または前記触媒で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した空隙を含む、前記第1のケーシング(2)の断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第3の構造物(28)と、少なくとも1つの第2の金属酸化物を含む、および/または前記金属酸化物で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した空隙を含む、前記第1のケーシング(2)の断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第4の構造物(32)とが続き、前記第1のケーシング(2)は少なくとも区域において、および/または前記ケーシング(2)の内壁(24)は少なくとも部分的に、特に、多孔質の酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素からなるかまたは、特に、多孔質の酸化アルミニウム、ムライト、コージエライト、窒化ケイ素、ティアライト、ステアタイト、ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または炭化ケイ素でコーティングされているように構成する装置(1)。
- 前記第1のケーシング(2)内には、前記入口(10)から前記出口(12)の方向に、この方向順序にて、少なくとも1つの第1の構造物(14)、少なくとも1つの第2の構造物(20)、少なくとも1つの第3の構造物(28)、そして少なくとも1つの第4の構造物(32)が配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記第1のケーシング(2)は少なくとも区域において、および/または前記ケーシング(2)の内壁(24)は少なくとも部分的に、特に、多孔質炭化ケイ素からなるかまたは、特に、多孔質炭化ケイ素でコーティングされていることを特徴とする、請求項1または2に記載の装置(1)。
- 前記第1のケーシング(2)の前記内壁(24)は50%以上が、特に基本的には完全に、多孔質炭化ケイ素からなるかまたは多孔質炭化ケイ素でコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記炭化ケイ素は炭素ファイバ強化された炭化ケイ素(C/SiC)を含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記炭化ケイ素は、無機結合剤の添加剤、特に粘土、ケイ酸ジルコン、二酸化ジルコンおよび/または酸化アルミニウム、および/または有機結合剤の添加剤、特にカーボンブラックを含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- さらに、白金および/またはロジウムを含む、および/または白金または/ロジウムで少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第5の構造物を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- さらに、少なくとも1つのSCR触媒を含む、および/または前記触媒で少なくとも部分的にコーティングされた、多数の隣接した空隙を含む、前記第1のケーシングの断面を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの第6の構造物を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第1、第2、第3、第4、第5および/または第6の構造物(14、20、28、32)は開放孔もしくは開放セルタイプの気泡セラミック、開放孔もしくは開放セルタイプの金属フォーム、開放孔もしくは開放セルタイプの金属スポンジ、開放孔もしくは開放セルタイプの耐熱発泡プラスチック、ワイヤ編成組織および/または焼結されたバルク状材料からなることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第1の構造物(14)は少なくとも部分的に酸化アルミニウムおよび/または酸化チタンでコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第2の構造物(20)は第1の金属酸化物として少なくとも1つのバナジン酸塩、特にバナジン酸カリウムおよび/またはバナジン酸銀を含み、および/または少なくとも1つのバナジン酸塩、特にバナジン酸カリウムおよび/またはバナジン酸銀でコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第2の構造物(20)は前記第1の金属酸化物の他に少なくとも1つの金属硝酸塩および/または少なくとも1つの水ガラス化合物を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第3の構造物(28)はパラジウム/銀・触媒を含み、および/またはパラジウム/銀・触媒でコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第3の構造物(28)の前記触媒は鉄、ニッケル、酸化鉄および/または酸化ニッケルを含み、および/または鉄、ニッケル、酸化鉄および/または酸化ニッケルでコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第4の構造物(32)は酸化アルミニウム、酸化セリウムおよび/またはゼオライトを含み、および/または酸化アルミニウム、酸化セリウムおよび/またはゼオライトでコーティングされていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第1のケーシング(2)の前記前部領域(4)は前記中央領域(6)に向かって拡大し、および/または前記後部領域(8)は前記出口(12)に向かって特に円錐状にテーパしていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- 前記第1の構造物(14)の前記入口(10)に対向する表面(18)は前記第1のケーシング(2)の内部の方向に向かって、特に実質的に球状に湾曲していることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1)。
- さらに、前記第1のケーシング(2)を少なくとも部分において内蔵し、特に前記前部領域または前記中央領域(4、6)に周回継手を備えた特に金属製の第2のケーシング(50)を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1’)。
- 前記第1のケーシング(2)の前記入口(10)は前記第2のケーシング(50’)の外側にあり、前記第1のケーシング(2)の前記出口(12)は前記第2のケーシング(50’)の内側にあることを特徴とする、請求項18に記載の装置(1’)。
- 請求項18または19において、
前記第2のケーシング(50)の前記内壁(52)と前記第1のケーシング(2)の前記外壁とは少なくとも部分的に離間していることを特徴とする、請求項18または19に記載の装置(1’)。 - さらに、外側の前記第2のケーシング(50)の前記内壁(52)と内側の前記第1のケーシング(2)の前記外壁との間に配置された特に支持軸受の形の少なくとも1つの第1の継手(62、62’、64、64’)を備える、請求項18〜20のいずれか一項に記載の装置(1’)。
- さらに、前記第1の継手(62、62’、64、64’)と前記第1のケーシング(2)の前記外壁との間に配置された、無機ファイバ、特にグラスファイバおよび/またはセラミックファイバを含む少なくとも1つの層、および/または前記第1の継手(62、62’、64、64’)と前記第2のケーシング(50)の前記内壁(52)との間に配置された、無機ファイバ、特にグラスファイバおよび/またはセラミックファイバを含む少なくとも1つの層、および/または前記第1のケーシングの前記外壁と前記第2のケーシングの前記内壁との間に配置された、無機ファイバ、特にグラスファイバおよび/またはセラミックファイバを含む少なくとも1つの層からなる少なくとも1つの第2の継手を備える、請求項21に記載の装置(1’)。
- セラミックファイバを含む前記の層はさらに加えて、少なくとも1つの粘土鉱物特に層状ケイ酸塩および/または少なくとも1つの有機および/または無機結合剤を有することを特徴とする、請求項22に記載の装置(1’)。
- 前記第2のケーシング(50)の前記出口(56)の前には、有害物質除去された排ガスが阻止されずに流出するのを妨げる少なくとも1つの抑制装置(58)、特に有孔プレートが配置されていることを特徴とする、請求項18〜23のいずれか一項に記載の装置(1’)。
- 前記抑制装置(58)は少なくとも部分的にグラファイトコーティングを有することを特徴とする、請求項24に記載の装置(1’)。
- さらに、前記第1のケーシングの前記入口の前方または近傍または前記前部領域に配置された少なくとも1つのラムダプローブ(84)、少なくとも1つの第1の温度センサ(80)および/または圧力センサ(82)と、前記第1または第2のケーシング(2、50)の前記出口(12)の近傍または外側または前記後部領域に配置された少なくとも1つの第2の温度センサ(80)および/または圧力センサ(82)とを備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 少なくとも2つの、特に互いに連続する、第2の構造物(20、20’)を備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 前記請求項のいずれか1項において、前記第1および第2の構造物(14,20)の間に第1の中間スペース(22)が、前記第2の構造物(20、20’)の間に第2の中間スペース(26)が、前記第2と第3の構造物(20、20’、28)の間に第3の中間スペース(30)が、隣り合う前記第3の構造物(20、20’、28)の間に第4の中間スペースが、および/または前記第3と第4の構造物(28、32)の間に第5の中間スペース(34)がそれぞれ存在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 前記第5の構造物は前記第1と前記第2の構造物の間に取付けられて、特に前記第1の構造物に直接連続していることを特徴とする、請求項7〜28のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 前記第6の構造物は入口から出口の方向に向かって前記第4の構造物の前および/または後に配置されていることを特徴とする、請求項8〜29のいずれか一項に記載の装置(1、1’)
- 前記第4と第6の構造物の間に中間スペースが存在せず、特に前記第4と前記第6の構造物とは一体の構造物を形成していることを特徴とする、請求項30に記載の装置(1、1’)。
- 隣り合う少なくとも2つの構造物の間に、特に、隣り合うすべての構造物の間に、特に隣接する構造物の断面の全体に及ぶ中間スペースが存在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 隣接する構造物間の平均間隔は、入口から出口の方向に向かう縦軸に沿って測定して、5mm〜50mmの範囲内、特に10mm〜40mmの範囲内にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 前記第1および/または第2および/または第3および/または第4および/または第5および/または第6の構造物の平均厚さは、入口から出口の方向に向かう縦軸に沿って測定して、5mm〜50mmの範囲内、特に10mm〜40mmの範囲内にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- 前記入口(10)から前記第1の構造物までの距離は20mm〜100mmの範囲内、特に30mm〜80mmの範囲内にあり、および/または前記出口(12)に最も近い構造物から前記出口(12)までの距離は20mm〜120mmの範囲内、特に30mm〜90mmの範囲内にあることを特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置(1、1’)。
- さらに、前記出口(12)に続く、特に濾過された排ガスの一部をエンジンに戻すための少なくとも1本の排気リサイクル管を備える装置(1、1’)。
- 船舶、乗用車、トラック、定置式燃焼パワーユニットおよびトラクタのそれぞれの内燃機関の排ガスの浄化のための、先行する請求項のいずれか一項に記載の前記装置の使用。
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