(57)【要約】内燃機関（１９）の排ガス（６）を処理する本発明の方法は、少なくとも２つのモジュール（３、４、５、１７）が排ガス処理のために構成され、１つ以上のモジュール（３、４、５、１７、２２）が少なくとも排ガス（６）の一部によって貫流されるように、排ガス流を少なくとも部分的に内燃機関（１９）の負荷状態に依存して方向転換可能であることに依拠している。本発明による方法と装置（１）は、大容量の内燃機関（１９）の排ガスシステムをも、アイドリング時および基本的に非常に低い排ガス質量流量の際にも排ガス（６）の転換と処理が個々のモジュール（５、３、４、１７）で行われるように構成し、作動させることが可能という利点がある。個々のモジュール（３、４、５、１７）は、内燃機関（１９）の様々な負荷点に合わせて適合化されていてよい。
2009504982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１９）の排ガス（６）を処理する方法において、少なくとも２つのモジュール（３、４、５、１７、２２）を排ガス処理のために設け、１つ以上の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）を排ガス（６）の少なくとも一部が貫流するように、排ガス流を少なくとも部分的に前記内燃機関（１９）の負荷状態に応じて方向転換させることを特徴とする方法。
【請求項２】
各々の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）で、該モジュールを貫流する排ガス（６）の粒子濃度の低減を行う請求項１記載の方法。
【請求項３】
粒子濃度の前記低減を開放型の粒子フィルタで行う請求項２記載の方法。
【請求項４】
排ガス（６）の方向転換を、
４．１）前記モジュール（３、４、５、１７、２２）にとっての排ガスの再生能力、および
４．２）前記モジュール（３、４、５、１７、２２）の再生の必要性、
の各量のうち少なくとも１つに依存して行う請求項３記載の方法。
【請求項５】
アイドリング負荷状態のときに、平均して全ての前記モジュール（３、４、５、１７、２２）を同一の通算排ガス流が貫流するように排ガスを方向転換させる請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
貫流される前記モジュール（３、４、５、１７、２２）の数を、
６．１）排ガス温度、および
６．２）排ガス質量流量、
の各量の内少なくとも１つに伴い単調増加させる請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
内燃機関（１９）と接続可能な排ガス配管（２）と、前記排ガス配管（２）と接続可能な排ガス処理のための少なくとも２つのモジュール（３、４、５、１７、２２）とを含み内燃機関（１９）の排ガス（６）を処理する装置（１）において、
少なくとも１つの前記モジュール（３、４、５、１７、２２）に付属する少なくとも１つの接続手段（８、９、１８）が形成され、前記接続手段によって前記モジュール（３、４、５、１７、２２）は排ガス（６）の少なくとも一部が前記モジュール（３、４、５、１７、２２）を通流可能なように前記排ガス配管（２）と接続されたことを特徴とする装置。
【請求項８】
各々の前記接続手段（８、９、１８）が、前記モジュール（３、４、５、１７、２２）が単独で貫流可能であるように構成された請求項７記載の装置。
【請求項９】
各々の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）が、該モジュール（３、４、５、１７、２２）を貫流する排ガスの粒子濃度の低減するように構成された請求項７又は８記載の装置。
【請求項１０】
各々の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）が少なくとも１つの粒子フィルタを含む請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記粒子フィルタが開放型である請求項１１記載の装置。
【請求項１２】
前記接続手段（８、９、１８）が少なくとも１つのフラップを含む請求項７から１１の１つに記載の装置。
【請求項１３】
前記接続手段（８、９、１８）が、付属の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）が排ガス（６）によって貫流可能であるときに、少なくとも１つの別の前記モジュール（３、４、５、１７、２２）を排ガス流から切り離すように構成された請求項７から１２の１つに記載の装置。
【請求項１４】
請求項７から１３の１つに記載の装置を含むレール走行車両。
【請求項１５】
請求項７から１３の１つに記載の装置を含む船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、内燃機関の排ガスを処理する方法および装置である。本発明の特別に好ましい利用分野は、特に機関車や船舶などの大容量の内燃機関、特にディーゼル機関の排ガスを処理するための用途である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガスは不所望の物質を含み、排ガスに占めるその割合は、多くの国で、法律に定められた限界値を下回っていなくてはならない。これには、排ガス中の粒子の濃度も対象となり、多くの国で一定の値を上回ってはならない。しかし、特に大容量の内燃機関の場合、特にアイドリング条件の下では限界値の遵守が部分的に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上を前提とする本発明の課題は、大容量の内燃機関においても不所望の物質の放出を確実に減らすことができる方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、独立請求項の構成要件を備える方法と装置によって解決され、従属請求項は好ましい発展例を対象としている。
【０００５】
内燃機関の排ガスを処理する本発明の方法は、少なくとも２つのモジュールが排ガス処理のために構成され、１つ以上のモジュールが少なくとも排ガスの一部によって貫流されるように、排ガス流を少なくとも部分的に内燃機関の負荷状態に依存して方向転換可能であることに依拠している。
【０００６】
排ガス処理とは、ここでは、特に排ガスの少なくとも１つの成分の濃度の低減を意味する。ここで排ガス処理とは、排ガスの粒子割合の低減をも意味する。内燃機関の負荷状態は、特に排ガス温度、排ガス質量流量、有害物質濃度および／又は平均排ガス速度等の量に影響を及ぼす。排気量の大きい内燃機関、特に、例えば機関車のような列車の動力車、例えば船舶および／又はボートおよび据置型の動作形態で使用される相応のディーゼル機関等では、しばしば非常に少ない負荷点しか生じず、例えばアイドリング負荷点、部分負荷点および全負荷点しか生じない。そこで、モジュールの相応の構成と相応の手順遂行により、これらの負荷点に合わせて正確に適合化した排ガス処理を行うことができる。例えばモジュールは全てアイドリング時の排ガス状況に合わせて適合化され、それによってアイドリング条件下での排ガスの処理に適したアイドリングモジュールとして構成されていてよい。接続手段の相応の制御もしくは調節により、少なくとも２つのモジュールへ実質的に均等に通算排ガス流が作用するように、排ガスを方向転換させ得る。通算排ガス流とは、特に、相応のモジュールが貫流される時間を通じて加算および／又は積分された排ガス流を意味し、特に排ガス質量流量又は排ガス容積流量を意味する。このことは、実質的に均等なモジュールの貫流につながる。特に、各々のモジュールが排ガス中の粒子の含有率を低減するために少なくとも１つの粒子フィルタを含む場合、均等な蓄積および場合により均等に変化していく圧力損失が実現されるという利点がある。
【０００７】
第１のモジュールは、単独で、又は他のモジュールと共に、部分負荷点での排ガス状況に合わせて適合化すべく構成でき、それに対し第２のモジュールは、他のモジュールおよび第１のモジュールとの協働で、全負荷点での排ガス状況に合わせて適合化すべく構成できる。このようにして、モジュール形式の構造および排ガスの相応の方向転換を、様々な負荷点における排ガスの最善の転換にその都度つなげることができる。
【０００８】
１つのモジュールは、排ガスにとって貫流可能なキャビティ例えば通路を含む、少なくとも１つのハニカム体を含むのが通常である。ハニカム体は、特に、セラミックおよび／又は金属のハニカム体を含んでよい。セラミックのハニカム体は射出成形されたモノリスとして製造することができ、それに対して金属のハニカム体は、少なくとも部分的に構造化された少なくとも１つの層を含んでいてよく、この層は、特に、排ガスにとって貫流可能なキャビティが生じるように変形されている。このような変形とは、特に、少なくとも１つの金属層からなる少なくとも１つの積層体の巻き付け或いは捻りを意味している。この場合、少なくとも部分的に構造化された層の構造と共にキャビティを形成する、実質的に平滑な層も利用することができる。ハニカム体は、流体にとって部分的に貫流可能な壁部も含んでよい。ハニカム体は、粒子フィルタを形成もしくは含むことができる。
【０００９】
排ガス処理の効率は、相応のモジュールを通る流動条件に多大な程度左右される。例えば特に、モジュール内で層流ができるだけ生じず、むしろできる限り乱流が生じるのが好ましい。このようにして、触媒活性のあるコーティングを有するのが通常であるハニカム体のキャビティの壁部と、排ガスの僅かな割合だけが接触することにつながる層状の周辺流を、有効に回避することができる。このことは特に、開放型の粒子フィルタがモジュールに含まれている場合に重要である。なぜならその効率は、相応の乱流に大きく左右されるからである。但し、大容量の内燃機関では、相応の排ガスシステムの寸法が大きいのが通例であり、かつアイドリング時のこのような機械のアイドリング回転数が低いため、低い流動速度を惹起する非常に僅かな排ガス質量流量しか存在していない。このことは、モジュールを貫流する際の流れの比較的低いレイノルズ数、そしてこれに伴い低い乱流度につながる可能性がある。この点で本発明の方法は、排ガス処理のためのモジュールの、いわば全体として利用できる貫流可能な面積が低減され、そのため流動速度とレイノルズ数が高まることで、レイノルズ数の上昇につなげることができる。
【００１０】
例えば、相応の排ガスシステムが、排ガス中の粒子濃度を低減するための４つのモジュールを含むことが可能である。アイドリングのとき、この設備は接続手段の相応の制御によって、４つの可能なモジュールのうち１つだけが排ガスによってその都度貫流されるように稼動される。それにより、最大限利用できる反応面積もしくはフィルタ面積も減るものの、このことは、流動速度の上昇およびこれに伴う流れのレイノルズ数の上昇につながるという、特別に大きい利点がある。一方、少ない反応面積および／又はフィルタ面積はデメリットではない。なぜならアイドリング条件のとき、特に粒子割合は、モジュールの相応のフィルタ面積もしくは反応面積が十分な転換もしくは濾過のために十分である程度に低いからである。このようにして、大容量の内燃機関におけるアイドリング時にも、排ガスの処理を効率的な仕方で行うことができる。このことが好ましい理由は、他ならぬ大容量の内燃機関では、例えば次の操車プロセスを待機する際の入れ替え機関車の場合や、例えば港湾で電力供給のためにのみ利用される船舶用機関の場合などに、比較的長いアイドリング段階又は低負荷段階が存在するからである。
【００１１】
例えば負荷が増すにつれて、即ち、例えば内燃機関の回転数が増すにつれて、しだいに他のモジュールも排ガスによって貫流可能なように切り替えることができる。回転数が高くなると、通常、平均の排ガス速度が高くなると共に排ガス質量流量も増えるので、その場合には、十分に広い反応面積もしくはフィルタ面積を提供するために、複数のモジュールを貫流させるのが好ましい。
【００１２】
本発明による方法の１つの好ましい発展例では、各々のモジュールで該モジュールを貫流する排ガスの粒子濃度の少なくとも低減が行われる。
【００１３】
そのため、特に各モジュールに粒子フィルタを設けるとよい。更に別の部品を追加することができ、かつ好ましくは、例えば粒子フィルタの上流に、特に一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて粒子中に含まれる炭素の酸化剤としての役目をする二酸化窒素（ＮＯ2）にする相応の酸化触媒装置が、ハニカム体に構成されていてよい。このような粒子フィルタは、連続的に再生される粒子フィルタ（ＣＲＴ、連続再生トラップ）と呼ばれる。
【００１４】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、粒子濃度の低減は開放型の粒子フィルタで行われる。
【００１５】
開放型の粒子フィルタとは、粒子フィルタを貫流する排ガスが粒子フィルタの壁部を貫流しなくてもよい粒子フィルタを意味している。これとは異なり、閉鎖型の粒子フィルタでは多数の通路が構成され、そのうち一部が入口側で開いていて出口側で閉じ、それに対して他の一部は、入口側で閉じていて出口側で開いている。それにより、排ガス流は粒子フィルタの多孔性の壁部を貫流するように強いられ、入口側で開いた通路から出口側で開いた通路へと到達する。この場合、壁部を貫流するときに排ガス中に含まれる粒子の濾過が行われる。開放型のフィルタはバイパスフローフィルタと解することもでき、例えば交互に閉鎖された通路を持つディーゼル粒子フィルタなどによるメインフローの濾過が行われるのでなく、バイパスフローの濾過だけが行われる。
【００１６】
このように開放型の粒子フィルタは、本来の意味では詰まることがあり得ない。理論上は、フィルタ面としての役目をする多孔性の壁部に粒子が堆積し、そのために粒子の濾過が行われなくなるという可能性があるものの、その場合には、濾過されていない排ガスが妨げられることなく粒子フィルタを貫流できるのに対して、フィルタ面が詰まった閉鎖型のフィルタは非常に高い背圧を生成し、最終的には、排ガスが粒子フィルタを貫流できなくなるという結果につながる。その意味で、開放型の粒子フィルタはバリアフリーの粒子フィルタと解することもできる。
【００１７】
開放型の粒子フィルタでは、特に、実質的に平滑な層と少なくとも部分的に波形の層とで粒子フィルタが構成されているのが好ましい。特にこの場合、実質的に平滑な層は少なくとも部分領域で、流体にとって貫流可能な特に多孔性の材料から構成されていてよく、それに対して少なくとも部分的に波形の層は、例えば薄い鋼板から構成されていてよく、或いは薄い鋼板シート又は薄い金属シートから構成されていてよい。波形の層は、フィルタ領域へ向かうように排ガスの方向転換を惹起する誘導構造を有するのが好ましい。このような誘導構造又はこれに類似する誘導構造の構成に関しては、通路内での排ガスの速度の上方を引き起すのが好ましく、それによって特に、開いた通路に残ってフィルタ面のそばを流れる、もしくはこれに沿って流れる排ガスの割合が、通路へ入るときの排ガスの速度に比べて明らかに高い速度を有することになる。実験が示すところでは、この「バイパス」排ガス流又は「副流」排ガス流の速度が増すにつれて、フィルタ面もしくは粒子トラップの析出率を高めることができた。
【００１８】
特に、各モジュールにそれぞれ含まれている開放型の粒子フィルタでは、本発明の方法が有利である。なぜならその場合、特に大容量の内燃機関のアイドリング回転数が低いときでも、それにもかかわらず粒子の効果的な析出もしくは成分の転換が行われる程度に、モジュール内の流れが粒子フィルタを貫流するときに高いレイノルズ数を有することが保証されるからである。
【００１９】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、排ガスの方向転換は次の量のうちの少なくとも１つに依存して行われる。
４．１）モジュールにとっての排ガスの再生能力、および、
４．２）モジュールの再生の必要性。
【００２０】
排ガスの方向転換とは、ここでは接続手段による方向転換を意味している。粒子フィルタの再生は、特に、粒子フィルタに蓄積された粒子の酸化を含む。このことは、一方では、例えば二酸化窒素などの酸化剤を準備することによって行うことができるが、代替的又は追加的に、例えばそれ以上になると粒子の酸化が優先的に進行する限界温度以上まで粒子フィルタの温度を上げる、追加の加熱措置によっても可能である。そして、モジュールを貫流するときに高い再生が起こることにつなげることができる一定の温度を排ガスが有するときに、４．１）に記載された排ガスの再生能力という表現を用いることができる。他方、４．２）のモジュールの再生の必要性とは、例えば粒子フィルタの場合、それ以上になったときはモジュールの再生が好ましい限界値を、蓄積した粒子量が超えていることを表している。このことは、特に粒子フィルタの場合、該粒子フィルタを介しての圧力損失の上昇として顕在化することがある。
【００２１】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、アイドリング負荷状態のときに排ガス流は、平均して実質的に全てのモジュールが実質的に同一の通算排ガス流によって貫流されるように方向転換される。
【００２２】
通算排ガス流とは、ここでは、各モジュールが貫流される貫流時間を通しての排ガス流の、特に排ガス質量流量又は排ガス容積流量の、合算および／又は時間積分を意味する。つまり通算排ガス流は、特に、排ガス質量流量に着目したときには質量、又は排ガス容積流量に着目したときには容積を表す。このとき特に最大５分間、最大１０分間或いは１時間以上の貫流時間さえ可能であり、本発明に含まれる。この場合、１つのモジュールにおける流動速度が、特にモジュールの少なくとも一部であるハニカム体の通路における流動速度が、１分あたり１０〜２５ｍの範囲内に収まる手順遂行が原則として好ましい。
【００２３】
本発明による方法の更に別の好ましい実施形態では、貫流されるモジュールの数は次の量のうち少なくとも１つと共に単調増加する。
６．１）排ガス温度、および
６．２）排ガス質量流量。
【００２４】
特に排ガス質量流量への依存性が好ましい理由は、そのようにしないと、例えば特に全負荷のときも含めた比較的高い負荷状態のときに１つのモジュールしか貫流されていないと、１つだけのモジュールの貫流は排ガス処理の効率にとってマイナスになり得るからである。特に、各々のモジュールが開放型の粒子フィルタを含む場合、内燃機関の全負荷状態になるまでに全てのモジュールが排ガスにより貫流されると好ましい。特に全負荷状態の間に、相応の粒子フィルタの再生も行うことができる。
【００２５】
本発明の更に別の態様では、内燃機関と接続可能な排ガス配管と、排ガス配管と接続可能な排ガス処理のための少なくとも２つのモジュールとを含む、内燃機関の排ガスを処理する装置が提案され、少なくとも１つのモジュールに付属する少なくとも１つの接続手段が構成され、この接続手段によって該モジュールは、排ガスの少なくとも一部が該モジュールを通って流れることができるように、排ガス配管と接続可能である。
【００２６】
各モジュールは、特に相応の触媒作用のあるコーティングおよび／又は粒子濾過のために適したハニカム体を含む。接続手段とは、特に、流体にとって貫流可能なモジュールとの接続を成立可能又は切断可能である構成部品を意味する。このような接続手段は、閉じた状態ではモジュールに向かう貫流開口部を閉じ、開いた状態ではこれを解放することができる、相応に構成したフラップであると好ましい。特に、様々に異なる接続手段を、各々排ガスの一部だけが付属のモジュールを通って流通できるように、或いは排ガス全体が付属のモジュールを通って流れることができるように構成できる。特に後者の選択肢では、異なる接続手段が協働する。
【００２７】
本発明による装置の好ましい実施形態では、接続手段は各々のモジュールが単独で貫流可能であるように構成されている。
【００２８】
かくして本発明の装置は、特にアイドリング動作のときに個々のモジュールが均等に排ガスによって貫流され、均等に利用されるように作動させ得る。特にモジュールが粒子フィルタを含む場合、かくして、各モジュールの各粒子フィルタの実質的に均等な堆積を実現できる。このことは、各モジュールを介しての実質的に均等な圧力損失につながる。
【００２９】
本発明による装置の更に別の好ましい実施形態では、各々のモジュールは該モジュールを貫流する排ガスの粒子濃度の少なくとも低減を惹起する。
【００３０】
このとき各々のモジュールは、特に好ましくは開放型であり、少なくとも１つの粒子フィルタを含むのが好ましい。開放型の粒子フィルタの定義については、上に行った説明ならびに国際公開第０２／００３２６号パンフレットの参照により、同文献の開示内容を、粒子フィルタの構成に関して本発明に組み込む。
【００３１】
本発明による装置の更に別の好ましい実施形態では、接続手段は少なくとも１つのフラップを含む。
【００３２】
フラップは、一方では簡単に製造できる接続手段であり、モジュールへの接続を効果的に成立させたり断絶させたりできる。しかもフラップは容易に制御でき、排ガスシステムでの使用時に安定的で長期耐久性があることが判明している。
【００３３】
本発明による装置の更に別の実施形態では、接続手段は、付属のモジュールを排ガスが貫流可能であるときに、少なくとも１つの別のモジュールを排ガス流から切り離すように構成されている。
【００３４】
このことは特に、次の３種類の可能な位置を有するフラップによって具体化できる。
１）モジュールとの接続部が閉じられる第１の位置、
２）モジュールとの接続部が開かれると共に排ガス配管が封鎖され、それによってモジュールとの接続部で全ての排ガスが該モジュールを通って流れる第２の位置、および
３．）モジュールと排ガス配管がいずれも自由に貫流可能である第３の位置。
【００３５】
このようなフラップによって、特に、全てのモジュールが個別に貫流可能である本発明の装置を具体化できる。
【００３６】
更に本発明は、本発明による装置を含み、又は本発明による方法が実施されるレール走行車両、好ましくはレール動力車、特別に好ましくは機関車を提案する。
【００３７】
更に本発明による装置を含み、又は本発明による方法を実施する船舶を提案する。
【００３８】
本発明の方法と装置は、ディーゼル機関の排ガスシステムで具体化すると特に好適である。レール走行車両および船舶もディーゼル機関を有するとよい。更に、本発明の装置と方法を据置型の内燃機関、特にディーゼル内燃機関に適用できる。
【００３９】
本発明の方法について開示する利点と詳細事項は、本発明の装置へも同様に転用可能かつ適用可能である。同様のことは、本発明の装置について開示する詳細事項や利点についても当てはまり、これらは本発明の方法へも同様に転用かつ適用可能である。本発明による装置は、特に本発明による方法を実施するのに適している。
【００４０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明について詳しく説明するが、本発明は、ここに示す詳細事項や利点に限定ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、排ガス６を処理する本発明の装置１の第１の実施形態を模式的に示す。この装置は、排ガス配管２と、第１のモジュール３と、第２のモジュール４とを排ガス処理のために含む。更にアイドリングモジュール５を備える。図示しない内燃機関が排ガス６を放出し、これが排ガス配管２を貫流方向７へ貫流する。排ガス処理のための第１のモジュール３に、第１の接続手段８が付属している。該手段８は、この第１の実施形態では旋回可能なフラップを含み、該フラップによりモジュール３は、排ガス６の少なくとも一部がこのモジュール２を通って流れるよう、排ガス配管２と接続されている。これに準じて、排ガス処理のための第２のモジュール４に付属する第２の接続手段９が設けられている。
【００４２】
アイドリングモジュール５には接続手段は付属していない。第１の接続手段８と第２の接続手段９が第１のモジュール３と第２のモジュール４の貫流を阻止する第１の位置にある際にも、このアイドリングモジュール５を排ガス６が貫流するからである。特に、例えば機関車、船やボートなどの船舶並びに据置型の設備等の大容量の内燃機関については、アイドリング段階のときの排ガス状況に合わせてアイドリングモジュール５を設置するのが好ましい。例えば入れ替え機関車の場合、内燃機関は作動時間の大部分でアイドリングしているので、アイドリング条件に合わせた適合化が有意義である。その上大容量の内燃機関は、非常に低いアイドリング回転数と非常に低い流動速度およびこれに伴う低いレイノルズ数をアイドリング時に持つ。そのため、アイドリング時にも排ガス６がアイドリングモジュール５だけでなく排ガス処理のための第１のモジュール３および第２のモジュール４も貫流してしまうと、全てのモジュール３、４、５の排ガス流が非常に低いレイノルズ数を持つという結果につながる。このことは、どちらかというと層流につながるが、それは、排ガス処理のためのモジュールでは望ましくないのが普通である。
【００４３】
例えばモジュール３、４、５が開放型の粒子フィルタを含む場合、該粒子フィルタを通る層流は望ましくない。図２は、この種開放型の粒子フィルタの一部を模式的に示す。このような開放型の粒子フィルタは、例えば波形の金属層１０と実質的に平滑な層１１とからなっている。実質的に平滑な層１１は、流体が少なくとも部分的に貫流可能な材料で構成され、例えば焼結された多孔性材料や、多孔性の繊維材料等で構成されている。
【００４４】
このとき波形の金属層は、案内羽根１３を形成する貫通部１２を有する。実質的に平滑な層１１と波形の金属層１０は、排ガス６が貫流可能な通路１４を形成している。排ガス６は図示の如き流動線を描く。貫通部１２と案内羽根１３により、排ガス６はほぼ平滑な層１１を貫流する。その際、排ガス６中の粒子１５は、ほぼ平滑な層１１に沈積する。
【００４５】
モジュール３、４、５は、図３に断面図として模式的に示す如き、少なくとも１つのハニカム体１６を含み得る。ハニカム体１６は、波形の金属層１０とほぼ平滑な層１１とからなる。これらの層が積み重ねられて３つの積層体となり、次いで、通路１４が形成されるよう、これらの積層体が捻られる。粒子フィルタの他、それ以外の種類のハニカム体も構成できる。例えば触媒活性のあるコーティングを支持しおよび／又は金属シートだけで形成されたハニカム体１６を構成可能である。特にこの触媒活性のあるコーティングは、触媒活性のある粒子を含んだウォッシュコートを含み得る。特にモジュール３、４、５が酸化触媒装置を含み、その触媒活性のある中心部が少なくとも一酸化窒素から二酸化窒素への酸化を触媒し、この酸化触媒装置の下流に相応の開放型の粒子フィルタを含むのも好ましい。こうすれば、生成した二酸化窒素を、粒子フィルタの再生即ち粒子１５の酸化に利用できる。実質的に平滑な層１１と波形の層１０は何れも薄い金属シートで構成できる。案内羽根１３と貫通部は省略でき、それは、特にハニカム体１６を粒子フィルタとしてではなく、触媒作用のあるコーティングの担体としてのみ利用する場合である。
【００４６】
図４は、本発明による排ガス処理のための装置１の第２の実施形態を模式的に示す。この装置１は、排ガス配管２と、第１のモジュール３と、第２のモジュール４と、第３のモジュール１７と、第４のモジュール３３とを排ガス処理のために含む。アイドリングモジュールはここでは設けていない。更に、各モジュール３、４、１７に付属する第１の接続手段８と、第２の接続手段９と、第３の接続手段１８とを設けている。即ち接続手段８、９、１７の数は、モジュール３、４、１７、２２の数よりも１つだけ少ない。接続手段８、９、１７は、各モジュール３、４、１７、２２が単独で貫流可能なように構成している。かくして、内燃機関１９から放出される排ガスを、内燃機関１９の負荷状態に応じ、排ガス処理のための１つ以上のモジュール３、４、１７、２２を少なくとも排ガスの一部が貫流するように、接続手段８、９、１８によって方向転換させ得るという利点がある。
【００４７】
特に、本発明による装置１の第２の実施形態では、アイドリング時、平均して全てのモジュール３、４、１７、２２をほぼ同一の通算排ガス流が貫流するよう、排ガス流を方向転換させ得る。その結果、アイドリング時に実質的に全てのモジュール３、４、１７、２２がほぼ均等に作用を受ける。
【００４８】
図５は、内燃機関１９の排ガスを処理するための本発明による装置１の第２の実施形態の、更に別の縦断面図を模式的に示す。各モジュール３、４、１７、２２は、ここでは複数のハニカム体１６を含む。各ハニカム体１６は各々異なる帯域を含み得る。以下、第４のモジュール２２のハニカム体１６を例にとり、この点につき詳しく説明する。第４のモジュール２２の各ハニカム体１６は、酸化触媒帯域２０と粒子フィルタ帯域２１を含む。これら帯域２０、２１は、排ガスがまず酸化触媒帯域２０を貫流してから粒子フィルタ帯域２１を貫流するように配置されている。他のモジュール３、４、１７には、該モジュール３、４、５、１７に加わる各負荷状態に合わせて適合化されるように構成した触媒帯域を更に図示している。これは特に、更に別の酸化触媒帯域２０、窒素酸化物を転換させるための帯域および通常の三元触媒帯域であってよい。以上の列挙は一例であり、これ以外の触媒帯域も可能であり、本発明に属する。モジュール３、４、１７、２２毎の複数の帯域２０、２１に代えて、複数の相応のハニカム体１６を相前後して設けてもよい。
【００４９】
特に、排ガスを処理する装置は、接続手段８、９、１８によって生ずる排ガスの方向転換が、排ガス６の再生能力とモジュール５、３、４、１７、２２の再生の必要性に依存して行われるように作動させ得る。即ち、排ガスが粒子フィルタ帯域２１を再生させるのに必要な一定のパラメータを満たしていれば、例えばある限界温度を超えていれば、その排ガスは再生の必要性があるモジュール３、４、１７、２２へと的確に誘導される。このことは特に、各モジュール５、３、４、１７、２２の接続に加えて、他のモジュールの貫流を阻止できるように構成された接続手段８、９、１８で行い得る。酸化触媒帯域２０と粒子フィルタ帯域２１は、順次貫流可能な個々のハニカム体１６としても形成できる。
【００５０】
図６は、本発明による装置１の一部を模式的に示す。ここでは、排ガス処理のための第１のモジュール３に付属する接続手段８は第１の位置をとり、そのため内燃機関１９の排ガス６は第１のモジュール３を通って流れるのではなく、そのそばを通過して流れる。
【００５１】
図７は、接続手段８が第２の位置をとった、本発明による装置の同じ一部分を模式的に示す。この位置に応じ排ガス配管２が閉じられ、内燃機関１９の排ガス６はモジュール３を経て流れる。第１モジュール３の上流に更に別のモジュールが存在するか否かに応じ、内燃機関の排ガス６全体が第１のモジュール３を経て流れるか、排ガス６の相応の割合だけが流れる。この割合は、排ガスシステムの貫流可能な部分での圧力損失に応じ定まる。
【００５２】
図８は、第３の位置にある接続手段８を模式的に示す。ここでは第１のモジュール３への入口は開いており、排ガス６の一部がモジュール３を経て貫流し得る。しかし排ガス６の別の一部は、引き続き排ガス配管２を経て貫流する。排ガス配管２とモジュール３を貫流する部分流の配分は、各貫流すべき部分領域２、３での圧力損失に応じ決まる。
【００５３】
図６から図８に示す、又はこれに類似する、接続手段８、９、１８の構成は、各モジュールが個別に排ガスによって貫流可能である手順遂行を可能にするという利点がある。このことは、特にアイドリング動作時に、各モジュール３、４、１７、２２へ特に実質的に等しい通算排ガス流を供給できるという利点があることを意味する。
【００５４】
本発明による方法と装置１は、大容量の内燃機関１９の排ガスシステムをも、アイドリング時および基本的に非常に低い排ガス質量流量の際にも排ガス６の転換と処理を個々のモジュール５、３、４、１７、２２で行うように構成できるという利点がある。個々のモジュールは、内燃機関１９の様々な負荷点に合わせて適合化される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による装置の第１の実施形態を模式的に示す。
【図２】本発明による装置の１つのモジュールの一部を模式的に示す。
【図３】本発明による装置の１つのモジュールを模式的に示す端面側の図。
【図４】本発明による装置の第２の実施形態を模式的に示す第１の縦断面図。
【図５】本発明による装置の第２の実施形態を示す第２の縦断面図。
【図６】本発明による装置の一部を第１の位置にある接続手段と共に示す図。
【図７】本発明による装置の一部を第２の位置にある接続手段と共に示す図。
【図８】本発明による装置の一部を第３の位置にある接続手段と共に示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１  内燃機関の排ガスを処理する装置、２  排ガス配管、３、４、１７、２２  排ガス処理のためのモジュール、５  アイドリングモジュール、６  排ガス、７  貫流方向、８、９、１８  接続手段、１０  波形の金属層、１１  実質的に平滑な層、１２  貫通部、１３  案内羽根、１４  通路、１５  粒子、１６  ハニカム体、１９  内燃機関、２０  酸化触媒帯域、２１  粒子フィルタ帯域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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