(57)【要約】    直列に接続した触媒マフラー（３）と、内燃エンジン（２）から排出される排出ガス流によって連続して横切られる反粒子フィルター（４）とを有し、上記反粒子フィルター（４）が、排出ガスが実質的に冷却される前に、内燃エンジン（２）からの熱い排出ガスによって横切られるように触媒マフラー（３）の上流に配置されている、内燃エンジン（２）によって排出される排出ガスを浄化するためのシステム。
2009515083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した触媒マフラー（３）と、内燃エンジン（２）から排出される排出ガス流によって連続して横切られる反粒子フィルター（４）とを有する、内燃エンジン（２）によって排出される排出ガスを浄化するシステムにおいて、
上記ガス流の方向に関連して、上記反粒子フィルター（４）は、排出ガスが実質的に冷却される前に、内燃エンジン（２）から出る熱い排出ガスが横切るように触媒マフラー（３）の上流に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記反粒子フィルター（４）が、微粒子物質の連続した燃焼を可能にする平均動作温度まで排出ガスによって加熱されるように内燃エンジンに近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記反粒子フィルター（４）が、６００℃を越える平均動作温度まで排出ガスによって加熱されるように内燃エンジンに近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
内燃エンジン（２）のそれぞれのシリンダーから共通の合流点（１１）へ排出される排出ガスを個々に運ぶ排気集合管（１０）の組立体を有し、反粒子フィルター（４）が、上記共通の合流点（１１）の直ぐ下流に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
エンジン（２）のそれぞれのシリンダーから共通の合流点（１１）へ排出される排出ガスを個々に運ぶ排気集合管（１０）の組立体を有し、反粒子フィルター（４）が、排気集合管（１０）のそれぞれに沿って個々に配置される分離フィルター（４０）の組立体を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
上記反粒子フィルター（４）が、セラミック物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記反粒子フィルター（４）が、金属物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃エンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排出ガスを浄化するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排出ガスに含まれている汚染物質は主に、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び通常微粒子として知られている固体炭素粒子から成っていることが知られている。
【０００３】
未燃焼炭化水素及び窒素酸化物を低減するために、ディーゼルエンジンの浄化システムは一般的には触媒マフラーを有し、触媒マフラーは、それらの物質を空気中に放出する前に、エンジンの排出ガスが通り、そして、窒素酸化物を減少しかつ未燃焼炭化水素を酸化させるために必要な化学反応を引き起こす触媒を備えている。
【０００４】
詳細には、触媒マフラーは、排出ガスによって連続して横切られる一連の活性構成要素を備え、一連の活性構成要素には、酸化予備触媒、触媒並びにマフラーが含まれている。
【０００５】
微粒子物質を減少させるために、浄化システムは、酸化予備触媒と触媒の間で、触媒マフラーの内部に配置される適切な反粒子フィルターを備えており、それは微粒子物質を保持し、気体相を通過させる有孔性物質でできている。最も広く普及している反粒子フィルターは、現在セラミック物質、典型的には炭化ケイ素でできているが、しかし、また例えば焼結金属製の金属フィルターも公知である。
【０００６】
使用において、反粒子フィルターは通常非常に速く目詰まりし、そのために周期的に再生操作を受け、フィルターは、捕捉された炭素粒子を燃焼させてろ過壁から取り除けるように高温に晒される。
【０００７】
現在反粒子フィルターに使用される通常の動作温度は、およそ３００℃であり、このような温度では動作温度を６００℃以上に上昇させて行われる微粒子物質の燃焼を保証するには不十分である。
【０００８】
従って、上記再生操作は、酸素と容易に燃焼できるガスとの適切な混合物を反粒子フィルター内に導入することで達成され、おそらくは触媒に覆われているろ過壁に接触して、自然発生的に燃焼する。
【０００９】
特に、上記再生混合物は、適切な注入装置によって直接的に、或いはエンジン供給系の空燃比を適切に調整することによって間接的に導入され得る。
【００１０】
公知の反粒子フィルターの欠点は、それらのろ過壁の多くの領域が、再生混合物を燃焼させるのに必要な温度に到達しないということである。このため、燃焼は、それらのろ過壁の幾つかの最高温の点だけで起こり、ろ過壁から蓄積された微粒子から完全に除去できず、その結果システム効率の損失が生じる。
【００１１】
このような現象は、実質的には２つの原因に起因している。第一には、通常の動作中、反粒子フィルターは、一般的には不均一な仕方で、排気ガスによって加熱され、それらの構成物質の熱伝導率が低くければ低いほど温度差が大きくなるということである。
【００１２】
第二には、排気ガス通過中、排気ガスに含まれる炭素粒子は、相互に凝集し、反粒子フィルターのろ過壁に不均一に蓄積されるということである。この事実は、すべての蓄積された微粒子にではなく、再生混合物の燃焼のための条件が存在するでもなく、最も大きな目詰まり領域の範囲だけが効率的に燃焼され得るということを意味している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、単純で合理的で且つ低コストの解決策の範疇で上記の欠点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、直列に接続した触媒マフラーと、内燃エンジンから排出される排出ガス流によって連続して横切られる反粒子フィルターとを有する、内燃エンジンによって排出される排出ガスを浄化するシステムによって達成される。
【００１５】
本発明によれば、反粒子フィルターは、排出ガスが実質的に冷却される前に、内燃エンジンから出る熱い排出ガスが横切るように触媒マフラーの上流に配置される。
【００１６】
このような構成によれば、反粒子フィルターは公知技術におけるものよりも、さらに高い平均動作温度まで加熱され、そうすることで相対的なろ過壁の全領域を、再生混合物の最低燃焼温度に到達させることが可能である。このようにして、再生過程は、反粒子フィルター全体に影響を与え、したがって有効寿命は効果的に増長される。
【００１７】
好ましくは、反粒子フィルターは、６００℃を越える平均動作温度に到達するように、エンジンに近接して配置され、それによって蓄積した粒子の燃焼は、特定の再生混合物を導入する必要なしに、通常のシステム動作中に連続して行われ得る。
【００１８】
本発明によれば、反粒子フィルターは、６００−８００℃程度の温度に耐える場合には任意の公知の多孔質物質で構成できるが、しかし、好ましくはセラミック又は金属物質のフィルターが使用される。
【００１９】
特に、金属物質は、より高い機械的な強度、より高い最大蓄積容量及び熱応力に対する高い耐久性を持っている。またそれにより、材料の高い伝導率のために高再生率と、非常に均一な加熱とを保証する薄壁のフィルターを構成できるようになる。
【００２０】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明を限定しない例としてなされた以下の説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
システム１は複数の排気集合管１０を有し、複数の排気集合管１０の各々は、燃焼により発生した排出ガスを共通合流点１１に運ぶために、ディーゼルエンジン２のシリンダーのそれぞれに接続している。共通合流点１１から排気導管１２が排出ガス流を大気に通じた出口１３へ導くように伸長している。
【００２２】
システム１の基本設計は、純粋に指標となるものであり、また本発明の範囲を逸脱することなく、上記システム１が搭載されるエンジン２の形態及び／又は車両の形態に応じて非常に異なることが有り得る。
【００２３】
普通の触媒マフラー３は、ディーゼルエンジン２からの排出ガスの流れが通る排気導管１２に沿って配置され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減及び未燃焼炭化水素（ＨＣ）の酸化を促す適切な触媒を収容している。
【００２４】
本発明によれば、反粒子フィルター４は、流れ方向に関して、上記の触媒マフラー３の上流において適切なケーシング内に収容されて配置され、大気中への放出を阻止するために、排出ガスに混ざって運ばれる微粒子物質を保留できるようにしている。
【００２５】
好ましくは、上記反粒子フィルター４は、金属材料例えば焼結金属で構成される。しかし、反粒子フィルター４はまた目的のために適した任意の多孔質物質例えばセラミック物質で構成されてもよい。
【００２６】
動作中、反粒子フィルター４は、排気導管１２の全長に亘って実質的に流れることによって、実質的に冷却される前に、エンジン２から直接発生する熱い排出ガスによって横切られる。
【００２７】
このようにして、相当な加熱を受けて、相対的なろ過壁の領域の各々が、再生操作中に行われる再生混合物の自然燃焼のための最低温度に実質的に到達できるようにしている。
【００２８】
実際、この加熱の程度は、反粒子フィルター４を通る排出ガスの温度を決定するので、反粒子フィルター４とエンジン２の間の距離、すなわちそれらを相互に接続する導管の全長によって変化する。
【００２９】
好ましくは、反粒子フィルター４は、少なくとも６００℃を越える平均動作温度まで加熱されるように、エンジン２に近接して配置される。
【００３０】
このような構成によれば、エンジン２によって排出される普通の排出ガスの自然燃焼のための必要な条件は、特定の再生混合物を導入することなく、動作段階の各々で連続した再生を可能にするために、反粒子フィルター４の内部で回復され得る。
【００３１】
上記温度レベルを達成するいくつかの可能な構成は、以下に検討される。
【００３２】
図１に示された実施形態によれば、反粒子フィルター４は、排気集合管１０が合流する点１１の直ぐ下流で、好ましくは、もし存在するならば任意のターボコンプレッサータービンの上流で、排気導管１２に沿って配置される。
【００３３】
図２に示された実施形態によれば、反粒子フィルター４は、エンジン２のシリンダーの数と同数で、より寸法の小さい複数のフィルター４０に分割され、各フィルター４０は合流点１１の上流で、排気集合管１０のそれぞれに沿って配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】自動車のディーゼルエンジンによって排出される排出ガスを浄化する本発明によるシステムの概略図。
【図２】図１のシステムの別の実施形態の概略図。
【図１】
2009515083.tif 000003
【図２】
2009515083.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン（２）によって排出される排出ガスを浄化するシステムであって、少なくとも触媒マフラー（３）と、内燃エンジン（２）から排出される排出ガス流によって連続して横切られる少なくとも反粒子フィルター（４）とを有し、上記ガス流の方向に対して、反粒子フィルター（４）が、排出ガスの実質的に冷却される前に、内燃エンジン（２）から出る熱い排出ガスの横切るように触媒マフラー（３）の上流に配置され、また、内燃エンジン（２）のそれぞれのシリンダーからの排出ガスを個々に運ぶ排気集合管（１０）の組立体を有し、各排気集合管（１０）が各排気集合管（１０）に沿って個々に配置した別個の反粒子フィルター（４０）を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
上記反粒子フィルター（４０）が、微粒子物質の連続した燃焼を可能にする平均動作温度まで排出ガスによって加熱されるように内燃エンジンに近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記反粒子フィルター（４０）が、６００℃を越える平均動作温度まで排出ガスによって加熱されるように内燃エンジンに近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
内燃エンジン（２）のそれぞれのシリンダーから共通の合流点（１１）へ排出される排出ガスを個々に運ぶ排気集合管（１０）の組立体を有し、反粒子フィルター（４０）が、上記共通の合流点（１１）の上流に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
上記反粒子フィルター（４０）がセラミック物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
上記反粒子フィルター（４０）が金属物質から成ることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃エンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排出ガスを浄化するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排出ガスに含まれている汚染物質は主に、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び通常微粒子として知られている固体炭素粒子から成っていることが知られている。
【０００３】
未燃焼炭化水素及び窒素酸化物を低減するために、ディーゼルエンジンの浄化システムは一般的には触媒マフラーを有し、触媒マフラーは、それらの物質を空気中に放出する前に、エンジンの排出ガスが通り、そして、窒素酸化物を減少しかつ未燃焼炭化水素を酸化させるために必要な化学反応を引き起こす触媒を備えている。
【０００４】
詳細には、触媒マフラーは、排出ガスによって連続して横切られる一連の活性構成要素を備え、一連の活性構成要素には、酸化予備触媒、触媒並びにマフラーが含まれている。
【０００５】
微粒子物質を減少させるために、浄化システムは、酸化予備触媒と触媒の間で、触媒マフラーの内部に配置される適切な反粒子フィルターを備えており、それは微粒子物質を保持し、気体相を通過させる有孔性物質でできている。最も広く普及している反粒子フィルターは、現在セラミック物質、典型的には炭化ケイ素でできているが、しかし、また例えば焼結金属製の金属フィルターも公知である。
【０００６】
使用において、反粒子フィルターは通常非常に速く目詰まりし、そのために周期的に再生操作を受け、フィルターは、捕捉された炭素粒子を燃焼させてろ過壁から取り除けるように高温に晒される。
【０００７】
現在反粒子フィルターに使用される通常の動作温度は、およそ３００℃であり、このような温度では動作温度を６００℃以上に上昇させて行われる微粒子物質の燃焼を保証するには不十分である。
【０００８】
従って、上記再生操作は、酸素と容易に燃焼できるガスとの適切な混合物を反粒子フィルター内に導入することで達成され、おそらくは触媒に覆われているろ過壁に接触して、自然発生的に燃焼する。
【０００９】
特に、上記再生混合物は、適切な注入装置によって直接的に、或いはエンジン供給系の空燃比を適切に調整することによって間接的に導入され得る。
【００１０】
公知の反粒子フィルターの欠点は、それらのろ過壁の多くの領域が、再生混合物を燃焼させるのに必要な温度に到達しないということである。このため、燃焼は、それらのろ過壁の幾つかの最高温の点だけで起こり、ろ過壁から蓄積された微粒子から完全に除去できず、その結果システム効率の損失が生じる。
【００１１】
このような現象は、実質的には２つの原因に起因している。第一には、通常の動作中、反粒子フィルターは、一般的には不均一な仕方で、排気ガスによって加熱され、それらの構成物質の熱伝導率が低くければ低いほど温度差が大きくなるということである。
【００１２】
第二には、排気ガス通過中、排気ガスに含まれる炭素粒子は、相互に凝集し、反粒子フィルターのろ過壁に不均一に蓄積されるということである。この事実は、すべての蓄積された微粒子にではなく、再生混合物の燃焼のための条件が存在するでもなく、最も大きな目詰まり領域の範囲だけが効率的に燃焼され得るということを意味している。
【００１３】
ドイツ国特許第ＤＥ１０３２３３８５号は、内燃モーター車両における排出ガスろ過装置を開示しており、反粒子フィルターは、排出ガスの高温の流れと交差するようにして、触媒装置に対して上流でしかもにモーターの近くに取り付けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、単純で合理的で且つ低コストの解決策の範疇で上記の欠点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、直列に接続した触媒マフラーと、内燃エンジンから排出される排出ガス流によって連続して横切られる反粒子フィルターとを有する、内燃エンジンによって排出される排出ガスを浄化するシステムによって達成される。
【００１６】
本発明によれば、反粒子フィルターは、排出ガスが実質的に冷却される前に、内燃エンジンから出る熱い排出ガスが横切るように触媒マフラーの上流に配置される。
【００１７】
このような構成によれば、反粒子フィルターは公知技術におけるものよりも、さらに高い平均動作温度まで加熱され、そうすることで相対的なろ過壁の全領域を、再生混合物の最低燃焼温度に到達させることが可能である。このようにして、再生過程は、反粒子フィルター全体に影響を与え、したがって有効寿命は効果的に増長される。
【００１８】
好ましくは、反粒子フィルターは、６００℃を越える平均動作温度に到達するように、エンジンに近接して配置され、それによって蓄積した粒子の燃焼は、特定の再生混合物を導入する必要なしに、通常のシステム動作中に連続して行われ得る。
【００１９】
本発明によれば、反粒子フィルターは、６００−８００℃程度の温度に耐える場合には任意の公知の多孔質物質で構成できるが、しかし、好ましくはセラミック又は金属物質のフィルターが使用される。
【００２０】
特に、金属物質は、より高い機械的な強度、より高い最大蓄積容量及び熱応力に対する高い耐久性を持っている。またそれにより、材料の高い伝導率のために高再生率と、非常に均一な加熱とを保証する薄壁のフィルターを構成できるようになる。
【００２１】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明を限定しない例としてなされた以下の説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
システム１は複数の排気集合管１０を有し、複数の排気集合管１０の各々は、燃焼により発生した排出ガスを共通合流点１１に運ぶために、ディーゼルエンジン２のシリンダーのそれぞれに接続している。共通合流点１１から排気導管１２が排出ガス流を大気に通じた出口１３へ導くように伸長している。
【００２３】
システム１の基本設計は、純粋に指標となるものであり、また本発明の範囲を逸脱することなく、上記システム１が搭載されるエンジン２の形態及び／又は車両の形態に応じて非常に異なることが有り得る。
【００２４】
普通の触媒マフラー３は、ディーゼルエンジン２からの排出ガスの流れが通る排気導管１２に沿って配置され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減及び未燃焼炭化水素（ＨＣ）の酸化を促す適切な触媒を収容している。
【００２５】
本発明によれば、反粒子フィルター４は、流れ方向に関して、上記の触媒マフラー３の上流において適切なケーシング内に収容されて配置され、大気中への放出を阻止するために、排出ガスに混ざって運ばれる微粒子物質を保留できるようにしている。
【００２６】
好ましくは、上記反粒子フィルター４は、金属材料例えば焼結金属で構成される。しかし、反粒子フィルター４はまた目的のために適した任意の多孔質物質例えばセラミック物質で構成されてもよい。
【００２７】
動作中、反粒子フィルター４は、排気導管１２の全長に亘って実質的に流れることによって、実質的に冷却される前に、エンジン２から直接発生する熱い排出ガスによって横切られる。
【００２８】
このようにして、相当な加熱を受けて、相対的なろ過壁の領域の各々が、再生操作中に行われる再生混合物の自然燃焼のための最低温度に実質的に到達できるようにしている。
【００２９】
実際、この加熱の程度は、反粒子フィルター４を通る排出ガスの温度を決定するので、反粒子フィルター４とエンジン２の間の距離、すなわちそれらを相互に接続する導管の全長によって変化する。
【００３０】
好ましくは、反粒子フィルター４は、少なくとも６００℃を越える平均動作温度まで加熱されるように、エンジン２に近接して配置される。
【００３１】
このような構成によれば、エンジン２によって排出される普通の排出ガスの自然燃焼のための必要な条件は、特定の再生混合物を導入することなく、動作段階の各々で連続した再生を可能にするために、反粒子フィルター４の内部で回復され得る。
【００３２】
上記温度レベルを達成するいくつかの可能な構成は、以下に検討される。
【００３３】
図１に示された実施形態によれば、反粒子フィルター４は、排気集合管１０が合流する点１１の直ぐ下流で、好ましくは、もし存在するならば任意のターボコンプレッサータービンの上流で、排気導管１２に沿って配置される。
【００３４】
図２に示された実施形態によれば、反粒子フィルター４は、エンジン２のシリンダーの数と同数で、より寸法の小さい複数のフィルター４０に分割され、各フィルター４０は合流点１１の上流で、排気集合管１０のそれぞれに沿って配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】自動車のディーゼルエンジンによって排出される排出ガスを浄化する本発明によるシステムの概略図。
【図２】図１のシステムの別の実施形態の概略図。
【国際調査報告】
2009515083.tif 000005
2009515083.tif 000006