(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータークラフト（１５）のための排気浄化装置（１）であって、少なくとも、微粒子フィルタ（２）またはＳＣＲ触媒コンバータ（３）および、前記微粒子フィルタ（２）または前記ＳＣＲ触媒コンバータ（３）の上流側に配置されて、冷却媒体（１７）として海水（１６）を用いて作動される熱交換器（４）を備え、前記熱交換器（４）は、排ガス入口側（５）および排ガス出口側（６）を有し、前記排ガス入口側（５）で排ガス（７）の３００〜５５０℃の温度範囲において、前記排ガス入口側（５）と排ガス出口側（６）との間の前記排ガス（７）の体積流量（８）を少なくとも３０％減少するのに適しており、
（ａ）前記微粒子フィルタ（２）および／または前記ＳＣＲ触媒コンバータ（３）の少なくとも１つの排ガス圧力差（２０）の現在の値を決定し、そして、
（ｂ）前記排ガス圧力差（２０）の現在の値が限界値（２１）よりも大きい場合、次いで、
（ｃ）前記熱交換器（４）によって排ガス温度（１９）を低下させることにより体積流量（８）を減少させる、
排気浄化装置（１）。
【請求項２】
前記熱交換器（４）は、調節されることができておよび／またはバイパス（９）を備える、請求項１に記載の排気浄化装置（１）。
【請求項３】
少なくとも前記微粒子フィルタ（２）または前記ＳＣＲ触媒コンバータ（３）は、前記熱交換器（４）の前記排ガス入口側（５）における前記排ガス（７）のための第２の流路の断面（１１）よりも少なくとも３０％小さい排ガス（７）のための最大の第１の流路の断面（１０）を有する、請求項１または２に記載の排気浄化装置（１）。
【請求項４】
ウォータークラフト（１５）のための排気浄化装置（１）を作動する方法であって、前記排気浄化装置（１）は、少なくとも１つの微粒子フィルタ（２）または１つのＳＣＲ触媒コンバータ（３）を有する少なくとも１つの排気ライン（１２）、および前記微粒子フィルタ（２）または前記ＳＣＲ触媒コンバータ（３）の上流側に配置される熱交換器（４）を備え、前記熱交換器（４）は、冷却媒体（１７）として海水（１６）を用いて作動され、少なくとも、
（ａ）前記微粒子フィルタ（２）および／または前記ＳＣＲ触媒コンバータ（３）の少なくとも１つの排ガス圧力差（２０）の現在の値を決定するステップ、そして、
（ｂ）前記排ガス圧力差（２０）の現在の値が限界値（２１）よりも大きい場合、次いで、
（ｃ）前記熱交換器（４）によって排ガス温度（１９）を低下させることにより体積流量（８）を減少するステップ、
を有する方法。
【請求項５】
前記（ｂ）が満たされない場合、前記熱交換器（４）の前記冷却媒体（１７）は、前記熱交換器（４）のバイパス（９）を介して通過する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置（１）およびコントローラ（１４）を備え、前記コントローラ（１４）は、請求項４または５に記載の方法を実施するのに適している、ウォータークラフト（１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータークラフトのための排気浄化装置に、および排気浄化装置を作動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
概して、ウォータークラフトは、大容量の内燃機関および対応する設計の排気系統を有する。ウォータークラフト上の内燃機関または駆動装置からの許容される排出物に関するこれまでよりも厳しい指令のせいで、ウォータークラフトのためにさえ、複雑な排気浄化装置は、多くの場合必要とされる。排ガスの高いスループット（体積流量／質量流量）のせいで、対応する大容量の排気浄化装置も設けられなければならず、これらは、対応して高コストでありえる。適切な排気浄化装置（例えば酸化触媒コンバータ、貯蔵要素、微粒子フィルタ、ＳＣＲシステム（加水分解触媒コンバータおよびＳＣＲ触媒コンバータ））は、一方で、大容量を与えられなければならず、他方で、排ガス中の汚染物質が適切な仕方で変換されることを可能にするために、大量のコーティングを備えていなければならない。この場合、目下必要なこれらの排ガス処理装置（ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ）の外形寸法はまた、それらがウォータークラフトにおいて相当な大きさの設置空間を占めて、したがって、設計段階でさえ適切な考慮を与えられなければならないか、または後で統合されなければならず、そしてそれは困難をともなってのみ可能であるので、批判的に考慮されなければならない。同時に、設置空間のこのさらなる要求は、相当な出費を生じる。そしてこれは、同様に、ウォータークラフトの生産において考慮に入れられなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これを出発点として、先行技術に関連して記載される技術的課題を少なくとも部分的に解決することは、本明細書に示される本発明の目的である。特に、意図は、一方で、コンパクトな構造を許容して、他方で、効率的な排気浄化（ｅｘｈａｕｓｔ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を許容する排気浄化装置を特定することである。さらに、それは、低コストでの製造にとって、そして改造にとって適していなければならない。意図は、さらに、ウォータークラフトのための排気浄化装置を作動する対応する方法を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの目的は、請求項１の特徴による排気浄化装置によって、そして請求項４の特徴による排気浄化装置を作動する方法によって、達成される。本発明による排気浄化装置（ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｄｅｖｉｃｅ）の、本発明による方法の、そしてウォータークラフトにおける対応する配置または対応する使用の有利な実施形態は、従属請求項において特定される。従属請求項において個々に提示される特徴は、いかなる技術的に意味のある仕方でも組み合わされることができて、本発明のさらなる実施形態を生じることができる点に留意する必要がある。記載は、特に図に関連して、本発明をさらに説明して、本発明の補助的な実施形態を与える。
【０００５】
ウォータークラフトのための本発明による排気浄化装置は、少なくとも１つの微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータおよび熱交換器を備える。熱交換器は、微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータの上流側に配置され、排ガス入口側および排ガス出口側を有して、冷却媒体として海水によって作動される。熱交換器は、排ガス入口側で排ガスの３００〜５５０℃の、特に４００〜５５０℃の温度範囲において、排ガス入口側と排ガス出口側との間の排ガスの体積流量を少なくとも３０％減少するのに適している。
【０００６】
排気浄化装置は、特に、少なくとも１５００ｋｇ／ｈの最大排ガス質量流量に適している。
【０００７】
特に、排気管は、熱交換器の上流側で、７５ｍｍ〜４００ｍｍの、特に７５ｍｍ〜２００ｍｍの内径を有する。特に、熱交換器は、５０ｋＷ〜１０００ｋＷの、特に約７５０ｋＷまでの冷却能力を有する。それは、好ましくは０．０５ｍ３〜１．０ｍ３の、特に好ましくは０．０５ｍ３〜０．５ｍ３の（設置空間）を有する。熱交換器は、管状熱交換器としてまたは平板熱交換器として好ましくは具体化される。
【０００８】
微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの上流側に熱交換器を配置するせいで、排ガスの体積流量の減少は、排ガスの冷却を通じて達成される。したがって、下流側の微粒子フィルタおよび／または下流側のＳＣＲ触媒コンバータは、より小さい体積流量のために設計されることができる。したがって、ここでは、小容量の微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータを使用することが可能になる。そしてそれは、特に、対応するより少ない量のコーティング材料を必要とする。その結果、微粒子フィルタおよびＳＣＲ触媒コンバータのための生産コストは、より低く、そして、ウォータークラフトにおいて前記コンポーネントの配置のために必要な設置空間は、より小さい。
【０００９】
本発明の他の重要な利点は、微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの両端間の圧力降下が（要求による適切な場合）このようにして調節され得るかまたは減少され得るということである。微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータを通って排ガスが流れるので、背圧は、内燃機関の方向に大きくなる。そしてそれは、そこでの燃焼プロセスを損なうことができて、それ故、出力損失に至ることもできる。冷却そして、それ故、圧力降下の減少は、これらの効果を回避する。
【００１０】
排気浄化装置の特に有利な展開によれば、熱交換器は、熱交換器の排ガス入口側と排ガス出口側との間の排ガスの温度を、熱交換器の入口での排ガス温度４００〜５５０℃から始まって、熱交換器の出口側の排ガス温度で、最高２００℃まで、好ましくは最高１５０℃まで、そして特に好ましくは最高１００℃まで低下させる。したがって、特に、熱交換器は、排ガス温度の低下が２００℃〜約３５０℃だけあり得るというような仕方で設計される。４５％以上の、好ましくは６０％以上の排ガスに関する体積流量の減少は、したがって、達成されることができる。微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの排ガス入口側と排ガス出口側との間の背圧または差圧は、それに応じて、約４０〜９０％減少することができる。
【００１１】
有利な展開によれば、熱交換器は、調節されることができておよび／またはバイパスを備える。熱交換器の調節は、特に、電子的におよび／または油圧的に制御されるバルブによって達成され、したがって、熱交換器を通る海水の体積流量は、それに応じて調節されることができる。加えてまたはそれに代えて、バイパス（熱交換器の冷却部をバイパスする）は、設けられることができる。したがって、熱交換器を通る、またはバイパスを通る体積流量だけは、適切な仕方で適合される一方、一様な量の海水は、熱交換器回路に連続的に送給されることができる。
【００１２】
特に、熱交換器の調節は、微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの触媒反応またはいくらかの他の反応のために必要とされる温度が届くことを確実にする。特に、熱交換器の冷却能力を適切に減少することにより、微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの再生の時間を決定することは、さらに可能である。この場合、最高温度が行き過ぎないことが好適なオプションとして可能であり、したがって、適切な高性能コーティングが微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータのために使用されることを可能にする。最高４５０℃の排ガス温度で用いることのできる酸化バナジウム・コーティングは、ここで好ましくは使用される。特に、これはＳＣＲ触媒コンバータのコーティングとして高性能を有し、したがって、体積流量の減少および、ＳＣＲ触媒コンバータの寸法の減少によるＳＣＲ触媒コンバータの利用可能な表面積の対応する減少が、ＳＣＲ触媒コンバータにおける汚染物質の十分な変換を許容し続けることを確実にする。
【００１３】
排気浄化装置の他の展開によれば、少なくとも微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータは、熱交換器の排ガス入口側における排ガスのための第２の流路の断面よりも少なくとも３０％小さい排ガスのための最大の第１の流路の断面を有する。
【００１４】
初めて、本発明は、微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの上流側で体積流量の選択的かつ調節された減少を提案する。したがって、熱交換器の下流側に配置される排気浄化装置の流路のための断面積を著しく減少させることを可能にする。流路のための断面積のこの著しい減少はまた、必要な設置空間を減少させて、これらの排気浄化装置の生産コストを著しく低下させる。特に、ＳＣＲ触媒コンバータの高価なコーティングは、したがって、著しくより多くの有利な仕方で設けられることができ、そして、ウォータークラフトからの排ガスの非常に効率的な浄化を許容すると同時に、投資額を低下させる。特に、体積流量が熱交換器において好ましくは連続的に低下するので、熱交換器自体は、排ガス入口側よりも排ガス出口側の流路のためのより小さい断面積を有することができる。
【００１５】
本発明は、ウォータークラフトのための排気浄化装置を作動する方法にさらに関し、排気浄化装置は、少なくとも１つの微粒子フィルタまたは１つのＳＣＲ触媒コンバータを有する少なくとも１つの排気ライン、および微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータの上流側に配置される熱交換器を備える。熱交換器は、冷却媒体として海水を用いて作動される。方法は、以下のステップを少なくとも有する。
（ａ）微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの少なくとも１つの排ガス温度および／または１つの排ガス圧力差を決定するステップ、そして、
（ｂ）排ガス温度または排ガス圧力差が限界値よりも大きい場合、次いで、
（ｃ）熱交換器によって排ガス温度を低下させることにより体積流量を減少するステップ。
【００１６】
排気浄化装置に関してなされる記述が本発明による方法に等しく適用されることができて、その逆もまた同様である点に、明確に留意される。１つ以上の微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータのほかにさらなる排気浄化装置があるかどうかは、ここでは重要でない。
【００１７】
排ガス温度は、算出によっておよび／または排気ラインの１つ以上の位置での適切なセンサによって決定されることができる。排ガス温度は、好ましくは熱交換器の上流側で決定される。しかしながら、さらなる位置または他の位置、例えば、熱交換器と微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータとの間でも、可能である。微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの排ガス圧力差は、同様に、算出によっておよび／または排気ライン自体におけるセンサによって決定される。排ガス圧力差は、微粒子フィルタのおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの排ガス入口側と排ガス出口側とのそれぞれの排ガス圧力の違いから算出によって得られる。算出により微粒子フィルタの、またはＳＣＲ触媒コンバータの下流側の圧力を決定することができてもよいので、ＳＣＲ触媒コンバータへの、または微粒子フィルタへの入口よりも手前の圧力を測定することによって、特に、これは達成される。
【００１８】
特定される限界値は、例えば最大排ガス温度を示し、そして、排気浄化装置への考えられる損傷および／または、排気系統のおよび／または内燃機関の有効性／効率に対する不必要な影響を意味する。特に、限界値は、微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータが設計される最大の可能な体積流量を特徴づける排ガス圧力差を示す。熱交換器によって排ガス温度を低下させることにより、排気ラインの体積流量は、それに応じて減少する。したがって、排ガス温度および／または排ガス圧力差を、示される限界値以下まで低下させる。
【００１９】
方法の有利な展開によれば、ステップ（ｂ）が満たされない場合、熱交換器の冷却媒体は、熱交換器のバイパスを介して通過する。そして、排ガス温度および体積流量がさらに低下しないことを確実にする。特に、これは、排ガス温度の許容できない低下を防止する。したがって、必要な最小限の反応温度が維持されるので、さもなければ生じない排気浄化装置の汚染物質の変換を確実にし続ける。
【００２０】
本発明は、特に、本発明による少なくとも１つの排気浄化装置およびコントローラを備えるウォータークラフトに関し、コントローラは、本発明による方法を実施するのに適している。
【００２１】
非常に特に好適なオプションとして、熱交換器は、駆動装置の近くに配置される排気ラインの一部である。この種の排気ラインの一部は、例えば、マニホルドとも呼ばれる。非常に特に好適なオプションとして、排気ラインのこの部分は、冷却される。熱交換器は、したがって、このようにして形成される。したがって、特に、排気ラインのこの部分の周辺に冷却媒体の流れがある。これは、例えば、排気ラインの周辺に冷却ジャケットを形成することによって達成される。
【００２２】
本出願の主題がウォータークラフトに関して主に記述されている場合でさえ、本発明は、他の乗り物に（個々に）適用されることもできる。自動車（車、トラック）は、例として本明細書に同様に述べられてよい。
【００２３】
したがって、乗り物のための排気浄化装置であって、少なくとも、微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータおよび、微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータの上流側に配置されて、冷却媒体（１７）を用いて作動される熱交換器を備え、熱交換器は、排ガス入口側および排ガス出口側を有し、排ガス入口側で排ガスの３００〜５５０℃の温度範囲において、排ガス入口側と排ガス出口側との間の排ガスの体積流量を少なくとも３０％減少するのに適している、排気浄化装置もまた、提案される。
【００２４】
したがって、以下の方法は、先行技術に勝って有利でもよい。乗り物のための排気浄化装置を作動する方法であって、排気浄化装置は、少なくとも１つの微粒子フィルタまたは１つのＳＣＲ触媒コンバータを有する少なくとも１つの排気ライン、および微粒子フィルタまたはＳＣＲ触媒コンバータの上流側に配置される熱交換器を備え、熱交換器は、冷却媒体を用いて作動され、少なくとも、
（ａ）微粒子フィルタおよび／またはＳＣＲ触媒コンバータの少なくとも１つの排ガス温度および／または１つの排ガス圧力差を決定するステップ、そして、
（ｂ）排ガス温度または排ガス圧力差が限界値よりも大きい場合、次いで、
（ｃ）熱交換器によって排ガス温度を低下させることにより体積流量（８）を減少するステップ、
を有する方法。
【００２５】
乗り物上の使用の場合、例えば、別々の冷却媒体回路を使用することおよび／または、駆動装置の冷却媒体回路が同様に使用されることは、可能である。特に、水は、したがって、冷却媒体として考慮されてよい。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態に関しては、熱交換器および／または排気浄化装置（特に従属請求項と言われる請求項における）の場合の技術的な変形例に関して本明細書に記載されるように、これが明確に除外されるかまたは当業者がそれが不可能であることを容易に知ることができない限り、上記の配置および方法と直ちに結合されることができる。
【００２７】
本発明および技術的な文脈は、図を参照して以下でさらに詳細に説明される。図は、特に好適な実施形態を示す。しかし、本発明は、それに制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、排気浄化装置を有するウォータークラフトを示す。
【図２】図２は、第１実施形態による排気浄化装置を示す。
【図３】図３は、第２実施形態による排気浄化装置を示す。
【図４】図４は、方法の説明図を示す。
【図５】図５は、第３実施形態による排気浄化装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、駆動装置２２および駆動装置２２に接続された排気ライン１２を有するウォータークラフト１５を概略的に示す。排気ライン１２は、排ガス７を排気浄化装置１に向かって運ぶ。そしてそれは、熱交換器４および、熱交換器の下流側に、微粒子フィルタ２およびＳＣＲ触媒コンバータ３を有する。熱交換器４は、冷却回路を備える。そしてそれは、冷却媒体１７として海水１６を用いて作動される。海水熱交換器の使用は、特に有利である。なぜなら、前記熱交換器は、「開いた」回路として具体化されることができ、新しい（冷たい）海水が連続的に送り込まれて、加熱された海水が（排気ラインを介して）海水中へと放出されることができるからである。さらに、この海水がウォータークラフトのさらなるコンポーネント（例えば内燃機関）を冷却するために使用されることも、可能である。排気浄化装置１は、コントローラ１４をさらに備える。そしてそれは、排気ラインおよび熱交換器４の対応するセンサに接続される。
【００３０】
図２は、排気浄化装置１の第１実施形態を示す。これは、排気ライン１２を備える。そしてそこには、排ガス入口側５および排ガス出口側６を有する熱交換器４が配置される。ＳＣＲ触媒コンバータ３または微粒子フィルタ２は、熱交換器４の下流側に配置される。排ガス７は、熱交換器４の方向に排気ライン１２を通って流れる。排ガス７は、熱交換器４の上流側で体積流量８を有する。そして排ガス温度１９は、この場合、排気ライン１２中へと突出する（図式的に示す）センサによって検出される。熱交換器４は、熱交換器４の冷却能力を調節するための調節装置１３を備える。そしてそれは、冷却媒体１７として海水１６を用いて作動され、加えてバイパス９を有する。熱交換器４を通る流れのせいで、排ガス７の体積流量８は、減少する。このため、熱交換器４の下流側に配置されるＳＣＲ触媒コンバータ３または微粒子フィルタ２を通る体積流量８は、熱交換器４の排ガス入口側５を通って流入する体積流量８未満である。排ガス圧力差２０は、ＳＣＲ触媒コンバータ３または微粒子フィルタ２で決定される。
【００３１】
図３は、排気浄化装置１の第２実施形態を示す。ここでもまた、排気ライン１２が示される。そしてそこには、熱交換器４および、熱交換器４の下流側に、微粒子フィルタ２および／またはＳＣＲ触媒コンバータ３が配置される。熱交換器４の下流側において、排気ライン１２は、縮径部を有する。その結果、排気ライン１２は、熱交換器４の下流の流路のための減少した断面積を有する。したがって、微粒子フィルタ２の、またはＳＣＲ触媒コンバータ３の第１の断面１０は、熱交換器４の排ガス入口側５の第２の断面１１よりも小さい。すでに上で示されるように、熱交換器４は、冷却能力を調節するための調節装置１３を備える。海水１６が、ここでの冷却媒体１７として使用される。調節装置１３は、バイパス９をさらに備え、したがって、それに応じて排ガス７の冷却を調節することができる。熱交換器４を通る排ガス７の体積流量８は、対応する調節装置１３によって減少される。その結果、減少した体積流量８だけが、熱交換器４の下流側で微粒子フィルタ２またはＳＣＲ触媒コンバータ３に作用する（ｉｍｐｉｎｇｅ）。ここで、排ガス温度１９を測定するためのセンサは、熱交換器４とＳＣＲ触媒コンバータ３または微粒子フィルタ２との間に配置される。排ガス圧力差２０は、微粒子フィルタ２またはＳＣＲ触媒コンバータ３の両端で決定される。
【００３２】
図４は、方法の説明図を示す。上の線図において、排ガス圧力差２０は、縦軸上にプロットされ、時間１８は、横軸上にプロットされる。この線図は、ＳＣＲ触媒コンバータ３または微粒子フィルタ２の両端の排ガス圧力差２０のプロフィール２３を示す（方法のステップ（ａ））。排ガス圧力差２０のこのプロフィール２３が限界値２１を行き過ぎる場合（方法のステップ（ｂ））、熱交換器の冷却能力は、それに応じて増加する（方法のステップ（ｃ））。下の線図において、体積流量８は、横軸上にプロットされる時間１８に対して縦軸上に対応する仕方でプロットされる。下の線図は、体積流量８のプロフィール２３を示す。ここでは、熱交換器４の下流側の体積流量８が示される。熱交換器４の冷却能力の増加のせいで、限界値２１が排ガス圧力差２０によって行き過ぎられるときに、体積流量８はそれに応じて減少し、その結果、排ガス圧力差２０も、対応する仕方で低下する。
【００３３】
図５は、駆動装置２２（例えば車両の駆動装置）上の排気浄化装置１を示す。熱交換器４は、駆動装置２２（「マニホルド」）の近くで排気ライン１２の一部に配置される。ここで、熱交換器４は、排気ラインの周りに一種の冷却ジャケットを形成する。
【符号の説明】
【００３４】
１…排気浄化装置
２…微粒子フィルタ
３…ＳＣＲ触媒コンバータ
４…熱交換器
５…排ガス入口側
６…排ガス出口側
７…排ガス
８…体積流量
９…バイパス
１０…第１の断面
１１…第２の断面
１２…排気ライン
１３…調節装置
１４…コントローラ
１５…ウォータークラフト
１６…海水
１７…冷却媒体
１８…時間
１９…排ガス温度
２０…排ガス圧力差
２１…限界値
２２…駆動装置
２３…プロフィール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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