JP2009508047A

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

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Publication number: JP2009508047A
Application number: JP2008530325A
Authority: JP
Inventors: ヴェンツェル、ローター; ニブリク、ベルンハルト
Original assignee: ヴェンツェル、ローター
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2009-02-26
Also published as: DE102005044494B3; US20090208393A1; WO2007031074A1; EP1929134A1

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６９９０６５８６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１９７４９６０７号明細書にも記載されており、また独国出願公開第１０３４８７９９号明細書ならびに独国出願公開第１０２５７１１３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１００２０１７０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１０３２１１０５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１０１０３７７１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１０１０３７７１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１９７４８５６１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１９９５５３２４号明細書および独国出願公開第１０３２１１０５号明細書に記載されているように、いわゆるＣＲＴ法（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｒａｐ）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１０３４８７９９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１９８５８１９７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４４００１３１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１９９３９９５１号明細書および独国特許第１９９０４９２１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０８４００６１号パンフレットおよび独国出願公開第２２１１２９７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１０２００４００６８２４号明細書および独国出願公開第１９８０４２６７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１０２２８４１１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Ｆｅ_２Ｏ_３およびＦｅ_３Ｏ_４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１０２５７１１３号明細書、欧州特許第０３７６０２５号明細書、欧州特許第０３８５１６４号明細書および欧州特許第１３２１６４１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（ＲｅｆｒａｃｔｏｒｙＣｅｒａｍｉｃＦｉｂｅｒｓ）（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（Ｅｘｐａｎｄｉｎｇｍａｔ）の名称で、ユニフラックス・ゲーエムベーハー社（ＵｎｉｆｒａｘＧｍｂＨ）、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２４０．０００ｋｍ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、ＲＬ７０／２２０／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。ＨＣ０．１７ｇ／ｋｍ、ＮＯｘ０．６１ｇ／ｋｍ、ＨＣ＋ＮＯｘ０．７８ｇ／ｋｍ、ＣＯ０．９２ｇ／ｋｍ、ＣＯ_２１８５．１５ｇ／ｋｍおよび粒子成分０．０３５ｇ／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１５０ｍｂａｒ以上、好ましくは１００ｍｂａｒ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６０ｍｂａｒ以下にすること、例えば５７ｍｂａｒにすることは難なく可能である。この場合、１０〜１５ｌ／ｓｅｃの範囲内、例えば約１２ｌ／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。

本発明による装置の概略的な断面図である。本発明による装置の別の実施形態の概略的な断面図である。本発明による装置のさらに別の実施形態の概略的な断面図である。本発明による装置のさらに別の実施形態の概略的な断面図である。

符号の説明

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

Claims

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。