(57)【要約】  特に自動車の燃焼エンジンの場合にエンジンの近くで用いられるための排気ガス後処理ユニット（１）であって、材料が通って実質的に自由に流れ得る少なくとも１つの逆流領域（６）に囲まれる触媒変換器（３）を含むハウジング（２）を含み、触媒変換器（３）は、第１の面（１４）と、第２の面（１６）と、流体が流入方向（１５）に通って流れ得る中空の空間（１０）とを含み、さらに、少なくとも１つの触媒変換器（３）の第１の面（１４）は少なくとも１つのガスフィードライン（１３）に接続され、少なくとも１つのガス除去ライン（２５）が実質的に気密の態様で少なくとも１つの逆流領域（６）に接続され、さらに、少なくとも１つのフロー偏向手段（１７）が触媒変換器（３）からハウジング（２）の逆流領域（６）への流体の偏向（２０）を実現し、材料は逆流領域（６）を通って実質的に自由に流れ得る、排気ガス後処理ユニット（１）。  本発明による排気ガス後処理ユニット（１）は、従来の排気ガス後処理ユニットと比較して、小型の構成と、向上された始動特性と、より低い熱交番応力とによって特徴付けられる。
2007506893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車の燃焼エンジンの場合にエンジンの近くで用いられるための排気ガス後処理ユニット（１）であって、材料が通って実質的に自由に流れ得る少なくとも１つの逆流領域（６）に囲まれる触媒変換器（３）を含むハウジング（２）を含み、触媒変換器（３）は、第１の面（１４）と、第２の面（１６）と、流体が流入方向（１５）に通って流れ得る中空の空間（１０）とを含み、さらに、少なくとも１つの触媒変換器（３）の第１の面（１４）は少なくとも１つのガスフィードライン（１３）に接続され、少なくとも１つのガス除去ライン（２５）は実質的に気密の態様で少なくとも１つの逆流領域（６）に接続され、さらに、少なくとも１つのフロー偏向手段（１７）は、触媒変換器（３）からハウジング（２）の逆流領域（６）への流体の偏向（２０）を実現し、材料は逆流領域（６）を通って実質的に自由に流れ得る、排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項２】
ガスフィードライン（１３）およびガス除去ライン（２５）は触媒変換器（３）の第１の面（１４）の領域に構築されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項３】
ハウジング（２）はマニホルドとして構築されることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項４】
ハウジング（２）はコレクタとして構築されることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項５】
ガス除去ライン（２５）および／またはガスフィードライン（１３）はターボチャージャに接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項６】
ハウジング（２）および少なくとも１つの触媒変換器（３）は同心に、好ましくは同軸に構築されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項７】
少なくとも１つの逆流領域（６）は少なくとも１つの触媒変換器（３）の外部に構築されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項８】
少なくとも１つの触媒変換器（３）の中空の空間（１０）は、各場合に、材料が通って流れ得る第１の断面を有し、材料が通って流れ得る第２の断面を有する内部領域が、触媒変換器（３）内で逆流領域（６）として構築されることを特徴とし、第２の断面は第１の断面よりも著しく大きい、請求項１から６のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項９】
材料が通って流れ得る逆流領域（６）の第２の断面は、材料が通って流れ得る、触媒変換器（３）の第１の断面の合計に実質的に等しいサイズであることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１０】
ハウジング（２）は第１の長さ（Ｌ１）を有し、触媒変換器（３）は第２の長さ（Ｌ２）を有し、ハウジング（２）の第１の長さ（Ｌ１）と触媒変換器（３）の第２の長さ（Ｌ２）とは実質的に同一であることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１１】
ハウジング（２）は直径（Ｄ）を有し、ハウジング（２）の第１の長さ（Ｌ１）と直径（Ｄ）との商は、０．３以上１．５以下、好ましくは０．３以上１以下、特に好ましくは約０．５であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１２】
逆流領域（６）の圧力損失は、流入領域（１１）の圧力損失以下であるか、特に第１の長さ（Ｌ１）とフィードライン（３１）の直径（３２）に対応する直径とを有するパイプの圧力損失以下であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１３】
少なくとも１つのガスフィードライン（１３）は第１の長手軸（２７）を有し、少なくとも１つのガス除去ライン（２５）は第２の長手軸（２８）を有し、触媒変換器（３）の第１の面（１４）を含む平面に対する第１（２７）および第２の長手軸（２８）の投影は、６０°（度）より大きい角度を囲むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１４】
ガスフィードライン（１３）と少なくとも１つの触媒変換器（３）の第１の面（１４）とは、押し嵌め形状で互いに接続されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１５】
触媒変換器（３）はセラミックで構築されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１６】
触媒変換器（３）は押出成形されたことを特徴とする、請求項１から１５のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１７】
触媒変換器（３）は少なくとも１つの金属層（８，９）から構築されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１８】
触媒変換器（３）は、
ａ）  少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層（９）または、少なくとも１つの実質的に平滑で（８）少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層（９）を巻上げるステップ、または、
ｂ）  実質的に平滑で（８）少なくとも部分的に構造化された複数の金属層（９）を積重ね（stack）、かつ続いて複数のスタックを巻上げるステップで構築されることを特徴とする、請求項１６に記載の排気ガス後処理ユニット（１）。
【請求項１９】
排気ガス後処理ユニット（１）、特に請求項１から１８のいずれかに記載の排気ガス後処理ユニット（１）における、特に自動車の燃焼エンジンの排気ガスなどの排気ガス後処理のためのプロセスであって、
ａ）  流入領域（１１）を通る流入方向（１５）の流れ、およびこの流入領域（１５）における排気ガスの少なくとも一部の触媒変換と、
ｂ）  流入方向（１１）から逆流方向（２１）への排気ガスの流れの方向の偏向（２０）と、
ｃ）  逆流方向（２１）における、材料が通って実質的に自由に流れ得る逆流領域（６）を通る流れのステップとを含む、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆流ハウジングを有する排気ガス後処理ユニットおよび排気ガス後処理のための対応するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車交通量が一貫して増大しているため、世界中の多くの国々で、自動車排気ガスの汚染負荷が超えてはならない法定制限が採用されてきた。これらの制限は定常的に下げられるので、これらの制限に一致するよう排気ガス中の汚染物質を変換するための出費は増大せざるを得ない。このコンテキストにおいて、排気ガスの有毒内容物が無害な内容物に変換される、排気ガスの触媒変換が受入れられている。このような触媒変換は可能な限り大きい反応面を要するが、触媒変換に用いられる構成要素が大きすぎて、自動車において便利に利用可能な空間を超えてはならない。触媒支持体としてのハニカム体は、この点に関して解決策を示す。ハニカム体はたとえばチャネルなどの中空の空間を有し、排気ガスがその上を、またはその中を流れ得る。触媒変換のための大きな反応面は中空の空間を隔てる壁を構築することにより与えられることができ、かつ、たとえば貴金属触媒などの触媒を含む層、たとえばウォッシュコート層が与えられることができる。
【０００３】
このようなハニカム体は、または触媒変換器も、たとえばセラミック材料、金属層、または押出成形された構成要素などから構築され得る。とりわけ２つの典型的な金属製ハニカム体の構造形状が区別される。ＤＥ  ２９  ０２  ７７９  Ａ１が典型的な例を示す初期の構造形状は、実質的に平滑のシートメタル層と波型のシートメタル層とが互いの上に重ねられ、螺旋状に巻付けられる螺旋構造形状である。別の構造形状において、ハニカム体は、平滑なシートメタル層と波型のシートメタル層とが、または異なる波型のシートメタル層が交互に配列された、複数のシートメタル層から構築され、シートメタル層は最初に互いに絡み合う１つ以上のスタック（stack）を形成する。この構築において、すべてのシートメタル層の終端部は外部に置かれてハウジングまたはケーシングパイプに接続されることができ、その結果多くの接続がなされてハニカム体の安定性を増大する。これらの構造形状の典型的な例は、ＥＰ  ０  ２４５  ７３７  Ｂ１またはＷＯ９０／０３２２０に記載される。流れに影響を与え、および／または個々のフローチャネル間に横方向の混合を達成するために、シートメタル層に追加的構造を備えることも長年知られてきた。このような設計の典型的な例は、ＷＯ９１／０１１７８，ＷＯ９１／０１８０７およびＷＯ９０／０８２４９である。最後に、これも流れに影響を与えるためのさらなる追加的構造を任意で有する、円錐構造形状のハニカム体も存在する。このようなハニカム体は、たとえばＷＯ９７／４９９０５に記載される。さらに、ハニカム体において、特にラムダプローブを収容するために、センサ用に凹部を開いたままにすることも公知である。この例がＤＥ  ８８  １６  １５４Ｕ１に記載される。内側から外向きに径方向の流体の流れを可能にするハニカム体がさらに知られる。これらの例がＷＯ９６／０９８９３に記載され、そのハニカム体は、中央チャネルから外向きに円弧状に伸びるチャネルを形成するマクロ構造を有する、互いに隣接して位置するディスクから形成される。材料が内側から外向きに径方向に流れるハニカム体を構築することがさらに可能であることが、ＷＯ９８／５７０５０に記載される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触媒変換の可能な限り最高の変換率および素早い始動を達成するために、可能な限り高温の排気ガスでハニカム体を充填することが有利である。なぜなら、このようなコールド
スタートにおいては、触媒変換がそこから進行する始動温度に比較的速く達するからである。これは、触媒変換器を可能な限りエンジンの近くに設置することにより達成され得る。しかしながら、エンジンに近い領域に正確に触媒変換器を構築するために利用可能な空間は、しばしば非常に限定されたものでしかない。一方で、エンジンの近くに設置することは、形成される温度勾配と高拍動性のガス流とのために、触媒変換器に高い熱応力をもたらす。この局面から、本発明の目的は、排気ガス後処理が小型の態様で実行されることができ、素早い始動特性が確実となり、同時に排気ガス後処理ユニットの寿命が長くなるような、排気ガス後処理ユニットおよび排気ガス後処理のためのプロセスを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を備えた排気ガス後処理ユニットと、請求項１８の特徴を備えた排気ガス後処理のためのプロセスとによって達成される。さらなる有利な発展および設計は、各従属請求項の主題である。
【０００６】
本発明による排気ガス後処理ユニットは、自動車の燃焼エンジンの場合にエンジンの近くで用いられるのに特に好適であり、材料が実質的に自由にそこを通って流れ得る少なくとも１つの逆流領域に囲まれる触媒変換器を含むハウジングを含み、触媒変換器（３）は、第１の面（１４）と、第２の面（１６）と、流体が流入方向（１５）に通って流れ得る中空の空間（１０）とを含み、さらに、少なくとも１つの触媒変換器の第１の面は少なくとも１つのガスフィードラインに接続され、少なくとも１つのガス除去ラインが実質的に気密の態様で少なくとも１つの逆流領域に接続され、さらに、少なくとも１つのフロー偏向手段が触媒変換器からハウジングの逆流領域への流体の偏向を実現し、材料は逆流領域を通って実質的に自由に流れ得る。
【０００７】
ここで、材料が通って実質的に自由に流れ得る逆流領域は、特に、逆流領域がハニカム構造として構築されておらず、すなわち逆流領域は、材料が通って流れ得るようなチャネルまたは中空の空間に実質的に分割されないことを意味することが理解される。特に、ハウジング内でケーシングパイプにハニカム構造を含む触媒変換器を固定するための固定手段は適切な場合には例外となるが、材料が逆流領域を通って完全に自由に流れ得ることが可能であって本発明の部分を形成する。円筒状ハウジング内の円筒状内部触媒変換器の場合、この逆流領域は、触媒変換器のケーシングパイプとハウジングの内壁との間に環状円筒状間隙として構築される。流れの方向の偏向により、本発明による排気ガス後処理ユニットは、たとえばエンジンの近傍にあるポケットホールが排気ガス後処理ユニットを収容するのに用いられ得るという利点を有するが、従来の設計の触媒変換器の場合には、すなわち流れの方向の偏向なしには、それらを用いることは可能ではなかった。原則として触媒変換器は発熱を伴って進行するので、排気ガスは触媒変換の開始後または始動後、加熱される。これは従来の触媒変換器においては触媒変換器に厳しい温度勾配をもたらす。本発明による排気ガス後処理ユニットにおいては、変換された排気ガス流はその流れの方向において偏向され、材料が通って軸方向に流れ得る触媒変換器において反転されて、ハウジングの逆流領域に逆流してくるが、このハウジングは触媒変換器をも含み、この触媒変換器が均一に加熱されて、そのため温度勾配が回避されてこのように触媒変換器の寿命が増大される。高温排気ガスの支援によって触媒変換器を熱することはさらに、コールドスタート段階における触媒変換器の触媒変換をより素早く始動させることに繋がり、そのため逆流ハウジングのない従来の排気ガス後処理ユニットと比較して、著しく加速された始動特性を導く。
【０００８】
本発明による排気ガス後処理ユニットの有利な設計によれば、ガスフィードラインおよびガス除去ラインは触媒変換器の第１の面の領域に構築される。
【０００９】
ガスフィードラインおよびガス除去ラインを触媒変換器の一方の側面かつハウジングの一方の側面にのみ構築することは、本発明による排気ガス後処理ユニットの、場所を取らない設計を可能にする。特に、ガスフィードラインおよびガス除去ラインは、平行、特に同軸には構築されない。排気ガスが通って実質的に径方向に流れる触媒変換器においては、排気ガスの偏向は触媒変換器から出る際に起こる一方で、材料が通って軸方向に流れる触媒においては、ガス流の偏向はガス流の反転、すなわち実質的に１８０°（度）の偏向を示す。
【００１０】
排気ガス後処理ユニットの有利な設計によれば、ハウジングはマニホルドとして構築される。排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計は、ハウジングをコレクタとして構築することに向けられる。ハウジングをマニホルドとして構築すること、およびコレクタとして構築することの両方において、排気ガス後処理ユニットを可能な限りエンジンの近くに採用することが可能である。
【００１１】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、ガス除去ラインおよび／またはガスフィードラインはターボチャージャに接続される。
【００１２】
ターボチャージャはエンジンをブーストするよう機能し、すなわち燃焼エンジンの性能を高める方法であって、特にディーゼルエンジンとの関連において用いられる。ブースト中、エンジン燃焼プロセスに要する空気はパワーエンジンによって圧縮され、そのため燃焼エンジンの作動サイクルごとに大量の空気がシリンダまたは燃焼チャンバに入る。このために、たとえば排気ガスエネルギを利用するターボチャージャによってコンプレッサが駆動される。このコンテキストにおけるエンジンとの結合は機械的ではなく純粋に熱的に進行し、自動車構造では主に動的ブーストの原理が用いられる。このようなターボチャージャの上流に排気ガス後処理ユニットを配列することで、ユニットに含まれる触媒変換器の動作温度に極めて素早く達することを確実にする。なぜならこの態様では、排気ガスからの、ターボチャージャの構成要素との接触による熱の除去が回避されるからである。
【００１３】
しかしながら、ターボチャージャの配列は、フィードラインに直接接続されるか、または直接その上流に置かれることがそれぞれ特に好ましい。この設計において、フィードラインに円錐を備えることが特に有利であり、円錐はハニカム体の第１の面に排気ガスを直接導く。この円錐は、少なくとも２０°、特に少なくとも３０°、特に好ましくは少なくとも４０°の開き角度を有利に有する。有利には、非常に短い管状のフィードライン部分だけがターボチャージャに向かって円錐の上流に同時にあるか、またはフィードラインは全くないが、円錐は任意でターボチャージャに直接接続される。しかしながら、たとえばカップ型構成要素を伴って排気ガスのための十分大きな逆流領域を利用可能にするために管状フィードライン部分が与えられる場合、この部分は２０ｍｍ（ミリメートル）を超えてはならず、特に１０ｍｍまたは８ｍｍよりさえも長くてはならない。明らかにこのような設計により、ターボチャージャによって生成される排気ガス流はハニカム体に向う有効な流れに用いられる。ターボチャージャは一種の渦巻き流を生成し、それが有利に維持される結果、均一に混合された排気ガス流の集中的な接触をもたらす。
【００１４】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、ハウジングおよび少なくとも１つの触媒変換器は同心に、好ましくは同軸に構築される。触媒変換器およびハウジングの同心または同軸の構造は、排気ガス後処理ユニットが特に単純な態様で構築されることを有利に可能し、そのため特に、円筒状に設計された従来の触媒変換器それ自体が用いられ得る。同軸構造によって、排気ガス後処理ユニットの単純な構造を提供すると同時に、有利なことに逆流領域において圧力損失が低くてすむ。さらに、触媒変換器およびハウジングの同心または同軸の構造は、フロー偏向手段の構築を簡単にする。ハウジングおよび触媒変換器が実質的に円筒状のジオメトリを有し、排気ガスが触媒変換器を
通って軸方向に流れる場合、フロー偏向手段は、可能な限り小さい内径を有する円環面を伴って形成されることにより特に単純な態様で構築され、内径は理想的な場合にはゼロである。排気ガスが触媒変換器を通って実質的に径方向に流れる場合、ハウジング自体がフロー偏向手段を形成し、径方向の流れの方向から逆流方向への排気ガスの偏向を確実にする。
【００１５】
排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、少なくとも１つの逆流領域は少なくとも１つの触媒変換器の外部に構築される。少なくとも１つの触媒変換器の外部に逆流領域を構築することは、触媒変換器の素早い始動特性と、温度勾配の形成を防止して触媒変換器を均一に加熱することと、触媒変換器およびハウジングの両方の単純な構造的設計とを確実にする。なぜなら、セラミック製または金属製のハニカム構造、任意で押出成形されたハニカム構造を有する従来の触媒変換器が、ハウジング内に採用され得るからである。逆流領域における圧力損失が著しく増大することなく、たとえば触媒変換器からハウジングの方向へ外向きに径方向に向いた薄いバーなどの有利な態様で、触媒変換器を保持手段によって固定することができる。他の保持手段がさらに可能であって本発明の部分を形成し、特にガスフィードラインのみを用いて触媒変換器を固定することも有利である。
【００１６】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、少なくとも１つの触媒変換器の中空の空間は、材料が通って流れ得る第１の断面をそれぞれ有し、材料が通って流れ得る第２の断面を有する内部領域が、触媒変換器内で逆流領域として構築される。この場合、材料が通って流れ得る第２の断面は、材料が通って流れ得る第１の断面よりも著しく大きい。これはたとえば、中空の円筒形状の触媒変換器を用いることを可能にし、その断面は環状であって、中空の空間を通って材料が流れることができ、第１の断面を通って材料が流れ得る。
【００１７】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、材料が通って流れ得る逆流領域の第２の断面は、材料が通って流れ得る、触媒変換器の第１の断面の合計に実質的に等しいサイズを有する。これは、流れの偏向中、圧力損失を有利に防止する。しかしながら、逆流領域における流れを遅くし、コールドスタート段階において触媒変換器への熱移動を増大するために、材料が通って流れ得る第２の断面を、材料が通って流れ得る第１の断面の合計よりも大きく構築することが同様に有利である。
【００１８】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、ハウジングは第１の長さＬ１を有し、触媒変換器は第２の長さＬ２を有し、ハウジングの第１の長さと触媒変換器の第２の長さとは実質的に同一である。触媒変換器をハウジングの長さと同一の長さに構築することにより、ハウジング内での触媒変換器の保持が単純な態様で可能となり、フロー偏向手段ならびにガス除去ラインおよびガスフィードラインの両方の単純な構築が可能となる。
【００１９】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、ハウジングは直径Ｄを有し、ハウジングの第１の長さＬ１と直径Ｄとの商は、０．３以上１．５以下、好ましくは０．３以上１以下、特に好ましくは約０．５である。すなわち、下記の式がハウジングの第１の長さＬ１および直径Ｄに当てはまる。
【００２０】
０．３≦Ｌ１／Ｄ≦１．５
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、逆流領域の圧力損失は流入領域の圧力損失以下であり、特に第１の長さとフィードラインの直径に対応する直径とを有するパイプの圧力損失以下である。
【００２１】
排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、少なくとも１つのガスフィードラインは第１の長手軸を有し、少なくとも１つのガス除去ラインは第２の長手軸を有し、触媒変換器の第１の面を含む平面に対する第１および第２の長手軸の投影は、６０°（度）より大きい角度を囲む。ガス除去ラインとガスフィードラインとの間のこのような一群の角度は、エンジンの近くに設置する際、たとえば非常に狭いポケットホールなど最小の中空の自由空間さえ有利に利用可能にする。
【００２２】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、ガスフィードラインと少なくとも１つの触媒変換器の第１の面とは、押し嵌め形状で互いに接続される。ガスフィードラインと第１の面との押し嵌め形状の接続の構築は、実質的に気密の接続の構築を有利に可能にし、同時に、単純な溶接接続の場合には容易に接続の切断に繋がり得る、異なる熱膨張が可能になる。したがって、ガスフィードラインと少なくとも１つの触媒変換器の第１の面との間の実質的に気密の接続は、熱膨張特性が異なる場合においてさえ、有利な態様で確実にされ得る。
【００２３】
本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる有利な設計によれば、触媒変換器はセラミックで構築される。触媒変換器を押出成形された構成要素として構築することもまた有利である。さらなる有利な設計によれば、触媒変換器は少なくとも１つの金属層からも構築され得る。この関連において、触媒変換器が以下のステップにより構築されることが特に有利である。
【００２４】
ａ）  少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層、または、少なくとも１つの実質的に平滑で少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層を巻上げるステップ、または、
ｂ）  実質的に平滑で少なくとも部分的に構造化された複数の金属層を積上げ、かつ続いて複数のスタックを巻上げるステップである。
【００２５】
これにより、スタックがＳ形状またはインボリュート形状に絡め合わされた、螺旋ハニカム体および金属製ハニカム体の両方の構築が可能となる。特に、金属製触媒変換器の場合、中空の空間の拡張に対して横向きに、または中空の空間の拡張に対して長手方向に構築された構造を有するこれらの、金属層の孔、またはさらに少なくとも１つの金属層の一部を、少なくとも部分的に流体に浸透可能な材料で構築することが可能であって、本発明の部分を形成する。
【００２６】
本発明のさらなる局面によれば、排気ガス後処理ユニット、好ましくは本発明による排気ガス後処理ユニットにおける、特に自動車の燃焼エンジンの排気ガスなどの排気ガス後処理のためのプロセスが提案される。本発明によるプロセスは下記のステップを含む。
【００２７】
ａ）  流入領域を通る流入方向の流れ、およびこの流入領域における排気ガスの少なくとも一部の触媒変換と、
ｂ）  流入方向から逆流方向への排気ガスの流れの方向の偏向と、
ｃ）  逆流方向における、材料が通って実質的に自由に流れ得る逆流領域を通る流れとである。
【００２８】
本発明による排気ガス後処理ユニットのための上述の利点および詳細は、本発明による排気ガス後処理のためのプロセスに同じ態様で適用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のさらなる利点および詳細は、下記に図面の助けをもってさらに詳細に説明されるが、本発明はそこに示される実施例に限定されない。
【００３０】
図１は、本発明による排気ガス後処理ユニット１の第１の実施例の長手の断面図を示す。排気ガス後処理ユニット１は、触媒変換器として機能するハニカム体３を有するハウジング２を有する。ハニカム体３はケーシングパイプ４に囲まれ、保持手段５でハウジング２に固定される。これらの保持手段５は主にバーとして構築され、材料が通って自由に流れ得る逆流領域６の断面のサイズを実質的に低減しない。材料が通って自由に流れ得る断面は、逆流領域にハニカム構造が構築されないことを特に意味する。ハニカム体３はセラミック製としても金属製のハニカム体３としても構築され得る。金属製ハニカム体の例は図２に示され得る。フィードライン１３は円錐３５を備え、円錐はハニカム体３の第１の面１４に排気ガスを直接導く。この円錐３５は少なくとも２０°の開き角度３３を有する。非常に短い管状のフィードライン部分がターボチャージャ（示されない）に向かって円錐３５の上流にあり、この部分はの長さ３４は２０ｍｍ（ミリメートル）を超えない。
【００３１】
図２はケーシングパイプ４を有するハニカム体３を示す。ハニカム構造７はこのケーシングパイプ４に固定される。この構造は金属層８，９から構築される。ハニカム構造７の構築のために、実質的に平滑な金属層８および少なくとも部分的に構造化された金属層９が交互に積重ねられ（stack）され、いくつかのスタックは同じ方向に互いに結合される。簡略にするために、少なくとも部分的に構造化された金属層９は部分領域にのみ描かれる。実質的に平滑な金属製層８および少なくとも部分的に構造化された金属層９はチャネル１０を形成する。
【００３２】
厚さが８０μｍ未満、好ましくは４０μｍ未満、特に好ましくは２５μｍ未満のシートメタル層が金属層として用いられ得る。また実質的に平滑な金属層８および／または少なくとも部分的に構造化された金属層９も同様に、たとえば金属焼結した不織布などの、少なくとも部分的に流体が通って流れ得る材料から、少なくとも部分的に構築されることが可能である。あらゆる種類の孔および／または構造を、実質的に平滑な金属層８および／または少なくとも部分的に構造化された金属層９に導入することがさらに可能であって、本発明の部分を形成する。特にいくつかのチャネル１０を閉じることも可能である。少なくとも部分的に構造化された金属層９の構造的に繰返される長さよりも大きい寸法を有する孔の導入もまた可能であって、本発明の部分を形成する。
【００３３】
図１は、本発明による排気ガス後処理ユニット１のハウジング２が２つの流れ領域を有することを示す。ハニカム体３のチャネル１０が流入領域１１を形成する一方で、ケーシングパイプ４とハウジング２の壁との間のハウジングの領域は逆流領域６を形成する。ハニカム体３は触媒変換器として機能し、すなわち、白金またはロジウムなどの貴金属触媒粒子を含む、たとえばウォッシュコートなどの、触媒として活性なコーティングを通常備える。本実施例において、排気ガスはハニカム体３を通って軸方向に流れる。ハニカム体３を通って流れる排気ガス流は、ハニカム体３において少なくとも部分的に触媒的に変換される。対照的に、逆流領域６を通って流れる排気ガス流は触媒的に変換されない。
【００３４】
チャネル１０の各々は材料が通って流れ得る第１の断面を有する一方で、逆流領域６は材料が通って流れ得る第２の断面を有する。材料が通って自由に流れ得ることは、材料が通って流れ得る逆流領域６の第２の断面が、材料が通って流れ得る、チャネル１０の第１の断面よりも著しく大きいことを意味する。
【００３５】
ガス後処理ユニット１の動作中、排気ガス流１２がガスフィードライン１３を介して排気ガス後処理ユニット１に導入される。ガスフィードライン１３は、ハニカム体の第１の面１４の領域において実質的に気密の態様でハニカム体３のケーシングパイプ４に接続され、そのためガスフィードライン１３と流入領域１１との間に実質的に気密の接続がある。したがって、排気流１２は実質的に完全にハニカム体３に入る。排気ガス流１２はこの
ハニカム体３を通って流入方向１５に流れる。この間、排気ガス流１２の少なくとも一部に少なくとも部分的な変換が起こる。排気ガス流１２は第２の面１６を通ってハニカム体３を出る。第２の面１６の領域に隣接するのは、流入方向（１５）にあるフロー偏向手段１７である。フロー偏向手段１７は実質的に気密の態様でハウジング２に接続される。フロー偏向手段１７は窪み１８および円環形状の隆起部１９を有する。最も高い隆起部は各場合に、逆流領域６の中央に対向してハニカム体３の軸方向にあり、一方で窪み１８は円筒状ハニカム体３の中央に対向してその軸方向にある。フロー偏向手段１７の他の構成もまた可能であって、本発明の部分を形成する。フロー偏向手段１７は、流入方向１５から逆流方向２１への排気ガス流１２の偏向２０を導く。この場合において、これは排気ガス流の反転でさえあり、すなわち実質的に１８０°の偏向である。この間、排気ガス流１２は流入領域１１から逆流領域６へ偏向される。フロー偏向手段１７は任意で断熱部２２を有してもよい。
【００３６】
収集手段２３がさらにハウジング２に接続される。接続は設計において実質的に気密である。収集手段２３は、カップ型構成要素２４およびガス除去ライン２５を含む。少なくとも部分的に転換されたガス流は、ガス除去ライン２５を通って排気ガス後処理ユニット１を出る。動作中、排気ガス流１２はガスフィードライン１３を通ってハニカム体３に流れる。排気ガス流１２の少なくとも一部の少なくとも部分的な触媒変換がここで起こる。ハニカム体３を流入方向１５に通って流れた後、流れの方向においてフロー偏向手段１７で偏向２０が起こる。排気ガス流１２は次に逆流領域６を通って逆流方向２１で流れる。実質的に分割されないフローチャンバである逆流領域６では、触媒変換は起こらない。ハニカム体３における触媒変換は通常発熱を伴って起こるので、逆流領域６を通って流れるガス流は、流入してくる排気ガス流１２と比べて通常加熱されている。したがって、逆流領域６を通って流れるガス流はハニカム体３を加熱するのに有利に用いられる。発熱反応がまだ始動していないのでハニカム体３におけるガス流の加熱が起こらないコールドスタート段階においても、排気ガス流の再循環はハニカム体３を加熱するのに有利に用いられ得る。なぜなら、燃焼エンジンのコールドスタートにおいては温度の上昇が急速に達成され、触媒変換器３の触媒変換の始動温度よりは低いが、ハニカム体３の環境の周囲温度を上回るからである。これはハニカム体３における触媒反応の始動時間が著しく短いことに繋がる。フロー偏向手段１７の任意の断熱部２２もまた熱損失を防止し、そのためハニカム体３の始動特性を向上させる。さらに、高温排気ガスの逆流は、従来の排気ガス後処理ユニットと比較して、ハニカム体に作られる温度勾配がより低いことを意味する。その結果ハニカム体の寿命が向上される。
【００３７】
ガスフィードライン１３とケーシングパイプ４との間の接続には押し嵌めが有利に用いられ得る。これは２つの構成要素の熱膨張が異なる場合においてさえ気密の接続を可能にする。
【００３８】
逆流原理、特にガスフィードライン１３とガス除去ライン２５とが両方ともハニカム体３の第１の面１４の領域に構築されることから、自動車のエンジン空間領域における、たとえばポケットホールなどの小さい自由空間でさえ利用することが可能である。このように排気ガス後処理ユニット１は可能な限りエンジンの近くに設置され得る。この手段によって排気ガスがより素早く高温になり、そのためこれによってもハニカム体３の始動特性が向上される。ガスフィードライン１３は第１の長手軸２７を有する。ガス除去ライン２５は第２の長手軸２８を有する。排気ガス後処理ユニット１の可能な限り場所を取らないような設置を可能にするために、第１の長手軸２７および第２の長手軸２８の、第１の面１４を含む平面に対する投影角度が６０度より大きいと有利である。
【００３９】
本発明によるハニカム体３において、逆流領域６の圧力損失は、流入領域１１の圧力損失以下である。ここで逆流領域６の圧力損失は、第１の長さＬ１とフィードライン３１の
直径３２に対応する直径とを有するパイプの圧力損失以下であることが好ましい。
【００４０】
図３は、ハニカム体３が挿入された本発明によるハウジング２を示す。ハニカム体３はハウジング２に同軸に構築される。ハニカム体３のケーシングパイプ４は保持手段５を介してハウジング２に接続される。明確にするために示されないが、ハニカム体３のチャネル１０は流入領域１１を形成す一方で、ハウジング壁とケーシングパイプ４との間のハウジング領域は逆流領域６を形成する。ハウジング２は第１の長さＬ１および直径Ｄを有する。ハニカム体３は第２の長さＬ２を有する。本実施例において、第１の長さＬ１は第２の長さＬ２と同一である。本発明による排気ガス後処理ユニットにおいて、いわゆるパンケーキ型が好ましく、すなわち、Ｌ１／Ｄの比には、式０．３≦Ｌ１／Ｄ≦１が好ましくは当てはまる。ここでＬ１／Ｄの比は約０．５であることが特に好ましい。しかしながら、Ｌ１／Ｄの他の比もまた可能であって、本発明の部分を形成する。
【００４１】
図４は、本発明による排気ガス後処理ユニット１のさらなる実施例の図を示す。この場合、４つのガスフィードライン１３を通して排気ガスが充填された４つのハニカム体３が、排気ガス後処理ユニット１のハウジング２に固定される。ガス除去ライン２５がさらに構築され、そのため本発明による排気ガス後処理ユニットのこの実施例はコレクタとして利用され得る。たとえばマルチレーンの排気ガスユニットが実現できるようにするために、１つのガス除去ライン２５の代わりに２つ以上のガス除去ライン２５を構築することも同様に可能であって本発明の部分を形成する。したがってカップ型構成要素２４は互いに接続される。流入領域１１から特定の逆流領域６に向かっての有効な偏向２０がこの実施例においても生じるよう、フロー偏向手段１７が構築される。またこの場合において、フロー偏向手段１７は窪み１８および隆起部１９を伴って構築され、窪み１８は各場合においてハニカム体３に対して中央に構築される。
【００４２】
図５は、図４に示される実施例の線Ｖ−Ｖに沿った断面図を示す。この断面は、ハウジングに固定された４つのハニカム体３を有するハウジング２を示す。この断面において、ケーシングパイプ４は流入領域１１と逆流領域６との間に境界を形成する。
【００４３】
図６は、本発明による排気ガス後処理ユニット１のさらなる実施例を示し、実施例は、材料が通って径方向に流れ得るハニカム体３を有する。先行技術で知られるように、これはマクロ構造（示されない）を有するディスク２９によって構築され、ディスクは、中央の流れ領域３０から逆流領域６へ円弧状の形状で続くチャネル１０を形成する。変換される排気ガス流１２はガスフィードライン１３を通って軸方向に流れ、第１の面１４を通って中央の流れ領域３０に流れる。ハニカム体３の第２の面１６が閉じている結果として、ガス流は、矢印で示されるように径方向のフローチャネル１０に対して偏向される。したがって、チャネル１０で形成される流入領域１１の流入方向１５は、内側から外向きに径方向に方向付けられる。ガスがチャネル１０から出た後、ハウジング２はフロー偏向手段１７として機能し、逆流領域６におけるガス流の逆流方向２１への偏向を実現する。材料が軸方向に通って流れることができ、たとえば実質的に１８０°の偏向が起こるハニカム体とは対照的に、材料が径方向に通って流れるハニカム体３においては、ガス流は約９０°で偏向される。
【００４４】
排気ガスは、逆流領域６からカップ型構成要素２４に流れる。変換されたガス流２６は、そこからガス除去ライン２５を通って排気ガス後処理ユニット１を出る。この実施例においても、ガスフィードライン１３とガス除去ライン２５とはハニカム体の第１の面１４の領域にある。
【００４５】
本発明による排気ガス後処理ユニット１において、排気ガスの少なくとも部分的な触媒変換は、排気ガス後処理ユニット１を収容するための非常に限られた自由空間においてさ
え有利に起り得る。これはハウジング２の逆流原理に基づいて可能である。本発明による排気ガス後処理ユニット１は、従来の排気ガス後処理ユニットと比較して、向上された始動特性とより低い熱交番応力（thermal alternating stress）とによって、さらに区別される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による排気ガス後処理ユニットを通る長手の断面図である。
【図２】ハニカム体の図である。
【図３】ハニカム体が設置されたハウジングの図である。
【図４】本発明による排気ガス後処理ユニットのさらなる実施例の図である。
【図５】排気ガス後処理ユニットの第２の実施例を通る断面図である。
【図６】本発明による排気ガス後処理ユニットの第３の実施例を通る断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  排気ガス後処理ユニット
２  ハウジング
３  ハニカム体
４  ケーシングパイプ
５  保持手段
６  逆流領域
７  ハニカム構造
８  実質的に平滑な金属層
９  少なくとも部分的に構造化された金属層
１０  チャネル
１１  流入領域
１２  排気ガス流
１３  ガスフィードライン
１４  第１の面
１５  流入方向
１６  第２の面
１７  フロー偏向手段
１８  窪み
１９  隆起部
２０  偏向
２１  逆流方向
２２  断熱部
２３  収集手段
２４  カップ型構成要素
２５  ガス除去ライン
２６  変換されたガス流
２７  第１の長手軸
２８  第２の長手軸
２９  ディスク
３０  中央の流れ領域
３１  フィードライン
３２  フィードラインの直径
３３  開き角度
３４  フィードラインの長さ
３５  円錐
Ｄ  直径
Ｌ１  ハウジングの第１の長さ
Ｌ２  ハニカム体の第２の長さ
【図１】
2007506893.tif 000003
【図２】
2007506893.tif 000004
【図３】
2007506893.tif 000005
【図４】
2007506893.tif 000006
【図５】
2007506893.tif 000007
【図６】
2007506893.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
これにより、スタックがＳ形状またはインボリュート形状に絡め合わされた、螺旋ハニカム体および金属製ハニカム体の両方の構築が可能となる。特に、金属製触媒変換器の場合、本発明によれば、中空の空間の拡張に対して横向きに、または中空の空間の拡張に対して長手方向に構築された構造を与え、金属層に孔を与えるか、または、少なくとも部分的に流体に浸透可能な材料で金属層の少なくとも一部を形成することが有利である。
【国際調査報告】
2007506893.tif 000009
2007506893.tif 000010
2007506893.tif 000011
2007506893.tif 000012