(57)【要約】本発明は、流入側４から流出側５まで流れ方向３に流れが通過することのできる排ガス処理コンポーネント２を備え、流れ方向３において流出側５の下流には、排ガス処理デバイス１内に還元剤を計量して供給するための計量装置６が設けられる、排ガス処理デバイス１に関する。計量装置６は、流れ方向３に対して少なくとも部分的に反対に走る計量・供給方向を有する。排ガス処理コンポーネント２の流出側５には、多孔質層８が少なくとも部分的に広がり、計量装置６と排ガス処理コンポーネント２との間には、注入された還元剤１０が多孔質層８に達するように選択された間隔９がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入側（４）から流出側（５）まで流れ方向（３）に流れが通過することのできる排ガス処理コンポーネント（２）を備える排ガス処理デバイス（１）であり、前記流れ方向（３）において前記流出側（５）の下流には、当該排ガス処理デバイス（１）内に還元剤を計量して供給するための計量装置（６）が設けられ、前記計量装置（６）は、前記流れ方向（３）に対して少なくとも部分的に反対に走る計量・供給方向を有する、排ガス処理デバイス（１）であって、前記排ガス処理コンポーネント（２）の前記流出側（５）には、多孔質層（８）が少なくとも部分的に広がり、前記計量装置（６）と前記排ガス処理コンポーネント（２）との間には、注入された還元剤（１０）が前記多孔質層（８）に達するように選択された間隔（９）があることを特徴とする、排ガス処理デバイス（１）。
【請求項２】
前記多孔質層（８）は、前記流出側（５）と少なくとも部分的に平行に配置される、請求項１に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項３】
前記多孔質層（８）は、金属織物または金属フリースを含む、請求項１または２に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項４】
前記多孔質層（８）は、前記排ガス処理コンポーネント（２）上の支持構造物（１３）によって支持される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項５】
前記多孔質層（８）は、平面から逸脱していて、かつ還元剤のための前記計量装置（６）のスプレーパターン（１５）に適した形（１４）を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項６】
前記多孔質層（８）の形（１４）は、前記排ガス処理コンポーネント（２）に向かって少なくとも１つの窪み（２０）を形成する、請求項５に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項７】
前記多孔質層（８）は、少なくとも部分的にチタンワイヤでできている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス処理デバイス（１）。
【請求項８】
内燃機関（１２）および、前記内燃機関（１２）からの排ガスを掃除する請求項１〜７のいずれか１項に記載の排ガス処理デバイス（１）を備える自動車両（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤のための計量装置を備えた排ガス処理デバイスに関する。計量装置を有するこの種の排ガス処理デバイスは、自動車両の（可動性の）内燃機関からの排ガスを掃除するために近年ますます用いられてきた。
【背景技術】
【０００２】
排ガス処理デバイスにおいて内燃機関の排ガス中に還元剤を計量して供給することによって、しばしば、排ガスの特に完全なおよび有効なクリーニングは、達成されることができる。還元剤のこの種の計量・供給を用いる１つの方法は、例えば、排ガス中の亜酸化窒素合成物が減少する選択接触還元（ＳＣＲ）である。選択接触還元の方法は、化学量論的混合気に関して燃焼のための空気の過剰があるリーンバーン内燃機関に特に適している。この種の内燃機関からの排ガスは、亜酸化窒素合成物の特に高い比率を有する。選択接触還元の進行中に、排ガス中の亜酸化窒素成分は、還元剤として例えばアンモニアを用いて減少する。充分な温度で、亜酸化窒素合成物はアンモニアと共に、無害な成分（例えば水および窒素）に減少する。
【０００３】
アンモニアを排ガスシステムへ供給するために、これは通常、自動車両に直接格納されず、前駆体の形でタンク内に設けられる。これは、還元剤前駆体または還元剤前駆体溶液と呼ばれる。アンモニアを得ることのできるこの種の還元剤前駆体溶液は、例えば尿素−水溶液である。自動車セクター用に、例えば商品名ＡｄＢｌｕｅの下で商業的に利用可能な３２．５％の尿素−水溶液が、用いられる。この種の還元剤前駆体は、例えば、排ガスシステムの排ガスフローの内側で、または排ガスの外側の反応器において、熱的におよび／または触媒を使用して還元剤に変換されることができる。
【０００４】
還元剤を排ガスシステム内に計量して供給するために、それはまた、排ガス処理デバイス内に液体状態で注入される。排ガスの熱は、還元剤を蒸発させて、同時にそれを変換する。これを効果的にかつ確実に達成するために、還元剤は、超微細な液滴の形で排ガスフロー中に存在して、できるだけ微細に分配される必要がある。還元剤の大きい液滴が十分に急速に蒸発しないことは、通常、課題である。
【０００５】
加えて、注入された還元剤が排ガス処理デバイスの冷えた表面と接触しないことは、確実でなければならない。他の一般の課題は、還元剤がこの種の冷えた表面で凝縮して、特定の状況の下で望ましくない堆積物を形成することである。
【０００６】
先行技術（例えば特許文献１）は、注入された還元剤が置かれて、完全に蒸発する排ガス管内に配置される捕獲媒体を開示する。この捕獲媒体は、排ガス管の冷たい外壁から熱的に分離される。ここで、捕獲媒体は、相当な技術的複雑さをともなってのみ取り付けられることができて、かなりの範囲まで振動にさらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／１２７４４９  Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この先行技術から始まって、本発明の目的は、還元剤のための計量装置を有する改良された排ガス処理デバイスを提供することである。先行技術から示される課題は、少なくとも部分的に軽減される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的は、請求項１の特徴による排ガス処理デバイスによって達成される。排ガス処理デバイスのさらに有利な実施形態は、従属請求項において与えられる。請求項において個々に挙げられる特徴は、いかなる任意の、技術的に賢明な方法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が示される記述からの説明的なケースによって補充されてよい。
【００１０】
本発明は、流入側から流出側まで流れ方向に流れが通過することのできる排ガス処理コンポーネントを備え、流れ方向において流出側の下流には、排ガス処理デバイス内に還元剤を計量して供給するための計量装置が設けられ、計量装置は、流れ方向に対して少なくとも部分的に反対に走る計量・供給方向を有する、排ガス処理デバイスであって、排ガス処理コンポーネントの流出側には、多孔質層が少なくとも部分的に広がり、計量装置と排ガス処理コンポーネントとの間には、注入された還元剤が多孔質層に達するように選択された間隔があることを特徴とする、排ガス処理デバイス、に関する。
【００１１】
排ガス処理コンポーネントは、例えば酸化触媒または粒子フィルタでありえる。これは、特に波形および滑らかな金属層でできた少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された層によって包まれることができるか、巻かれることができるか、または積み上げられることができる金属キャリア構造で生産されることができる。排ガスを掃除するコンポーネントはまた、セラミック（特に押出加工されたキャリア）でもありえる。
【００１２】
排ガスを掃除するコンポーネントは、チャネルの壁によって互いに切り離される流入側から流出側まで延びる複数のチャネルを有することが好ましい。排ガス処理コンポーネントの範囲内で異なるチャネルを通る排ガスフローが混合されえるように、チャネルの壁は、領域において中断されることがありえる。排ガスを掃除するコンポーネントは、モノリスとしておよび／またはハニカム体として好ましくは設計される。
【００１３】
排ガス処理デバイスを通る流れ方向は、内燃機関から始まり、本発明による排ガス処理デバイスを有する完全な排ガス処理システムを通って、排ガスシステムからの出口まで走る。
【００１４】
計量装置は、例えば、還元剤を注入するためのインジェクタでありえる。この種のインジェクタは、好ましくは液体還元剤を加圧して排ガス処理デバイスに吹き付ける。計量・供給方向（換言すれば、還元剤が供給されるジェットの方向）は、排ガス処理デバイスにおいて還元剤のできるだけ微細な分配を保証するように設計される。計量装置によって発生する還元剤の個々の液滴は、できるだけ小さい。好ましくは、計量装置によって発生する還元剤の液滴は、２００μｍ未満の、好ましくは１００μｍ未満の平均直径を有する。強い排ガスフロー中でさえ多孔質層に向けて還元剤の液滴の目標とされる供給を保証するために、平均直径が５０μｍ未満でないことは、さらに好ましい。
【００１５】
排ガス処理コンポーネントの流出側は、多孔質層によって少なくとも部分的に広がる。これは、多孔質層が流出側を少なくとも部分的にカバーすることを特に意味する。排ガス処理コンポーネントから現れる排ガスは、したがって、排ガス処理デバイスへの流れ方向においてさらに流れるために、多孔質層を少なくとも部分的に通過しなければならない。本発明によるデバイスの好ましい実施形態において、流出側は、多孔質層によって完全に広がるかまたはカバーされる。次いで、排ガス処理コンポーネントを通って流れる排ガスは、多孔質層も完全に通過しなければならない。
【００１６】
該当する場合、多孔質層はまた、複合層すなわち、特に一緒に接続されるいくつかの層から成るものとして設計されることもできる。層は、例えば有孔率および／または形の堅さに関して異なって設計されることができる。また、すべての層が互いに（完全に）カバーすることが好ましい場合、複合層はまた、複合層のうちの少なくとも一部分が他の部分よりも多くの層を含むという点で、形成されることもできる。
【００１７】
排ガス処理コンポーネントと計量装置との間の間隔は、排ガス処理デバイスの作動中に供給される還元剤が多孔質層に達するように選択される。好ましくは、すべての注入された還元剤は、多孔質層に達する。間隔は、したがって、排ガスフロー速度および注入された還元剤の速度、または排ガスおよび注入された還元剤の特性に依存する。間隔は、したがって、低排ガスフロー速度のために増加することができ、そして逆の場合も同じである（当業者が自動車両のための従来の排ガス検査を用いる単純な実験から容易に作り出すことのできる設計）。架橋可能な距離にとって重要である注入された還元剤の特性は、供給される還元剤の液滴のサイズである。小さい液滴は、排ガスフローにおける摩擦によって急速に遅くなり、排ガスの流れ方向に対して短い断面または距離を進むことができるだけである。より大きい液滴は、それらの大きい慣性のせいで、よりゆっくり減速して、したがって、排ガスの流れ方向に対してより長い断面または距離を進むことができる。間隔は、好ましくは５０ｍｍ未満、特に３０ｍｍ未満、そして特に好ましくは２０ｍｍ未満である。したがって、排ガスを掃除するコンポーネントから出現した後、排ガスの層流プロフィール内に還元剤を計量して供給することは、特に達成されることができる。
【００１８】
本発明によるデバイスは、正しい位置に供給するのに適した排ガス処理デバイスのゾーンにおいて排ガスとの接触のための還元剤の貯蔵を可能にする。さらに、排ガスフローへの還元剤の具体的な適用は、したがって、例えば、流れる排ガス（排ガス流量および／または排ガス温度など）の空間分布に適する多量の還元剤によって可能である。したがって、排ガス処理コンポーネントを離れた排ガスフローの（ローカルな）部分の多孔質層への具体的な配分によって、それがより目標とされる方法で効果的に使われるので、計量して供給される還元剤の可能性は、より経済的に開かれる。
【００１９】
本発明による排ガス処理デバイスのさらに有利な実施形態において、多孔質層は、流出側と少なくとも部分的に平行に配置される。流出側に対する多孔質層の（特に完全に）平行した配置は、流出側での、特にまた流出側の下流の層流領域においての、多孔質層の特にスペースをとらずかつ単純な位置決めを可能にする。同時に、この種の配置は、排ガス処理コンポーネントから多孔質層への迅速な熱伝達を可能にする。（触媒的に能動的な）排ガス処理コンポーネントは、通常、多孔質層を（直接におよび／または排ガスフローを介して）加熱することができる温度ソースを構成する。その結果、多孔質層に到達した還元剤は、特定の効率によって熱的に変換されることが可能である。
【００２０】
さらに、多孔質層が金属織物（ｍｅｔａｌ  ｆａｂｒｉｃ）または金属フリース（ｍｅｔａｌ  ｆｌｅｅｃｅ）を含む場合、本発明によるデバイスは有利である。この種のフリースは、正確に定義された熱特性によって、および定義された流動抵抗によって、設計されることができる。流動抵抗および熱特性は、フリースまたは織物の個々の金属フィラメントの材料の選択によって、フィラメントの厚みの選択によって、および／またはフリースまたは織物の密度および厚みによって、決められることができる。該当する場合、織物は、支持機能（のみ）を達成することができて、フリースは主に、還元剤を一時的に貯蔵することができる。（ワイヤフィラメントの正規構造を有する）織物および（ワイヤフィラメントの混沌としたまたは確率的構造を有する）フリースはまた、多孔質層の複合形を作成するために一緒に用いることもできる。
【００２１】
本発明による排ガス処理デバイスの好ましい実施形態において、金属フリースは、電気的に加熱されることができる。フリースまたは織物のための材料は、適切な接触を介してフリースまたは織物が電流によって加熱されることができるように、特に導電性である。接触は、別々に、または、排ガス処理コンポーネントを介して設けられることができる。
【００２２】
多孔質層が少なくとも部分的にチタンワイヤでできている場合、本発明による排ガス処理デバイスは、さらに有利である。酸化媒体がある場合、酸化チタン層は、チタンワイヤ上に形成される。内燃機関からの排ガスは、この種の酸化媒体である。酸化チタン層は、還元剤前駆体溶液の還元剤またはアンモニアへの変換を促進する。酸化チタン層は、多孔質層への処理の前でさえチタンワイヤ上に発生することができる。
【００２３】
多孔質層が排ガス処理コンポーネント上の支持構造物によって支持される場合、本発明による排ガス処理デバイスは、さらに有利である。全く特に好ましくは、ここでは、多孔質層は、排ガス処理コンポーネントのみと接触する。この種の支持構造物については、定義された距離は、排ガス処理コンポーネントの流出側と多孔質層との間に設定されることができる。支持構造物は、例えば、排ガス処理コンポーネントのチャネル内に部分的に達する支持ピンの形で設計されることができる。さらに、支持リングは、排ガス処理コンポーネントの周辺を通じて設けられることができて、少なくとも１つの多孔質層のためのクランプフレームを形成することができる。この種の支持構造物は、排ガス処理コンポーネントから多孔質層に熱エネルギーを輸送することができる定義された熱伝導度（例えば、金属材料の）によって、好ましくは設計される。
【００２４】
したがって、多孔質層は、排ガス処理デバイスにおいて中央に特に経済的に配置されることができて、同時に、排ガス管の外壁に対する熱ブリッジは、回避されることができる。多孔質層が排ガス処理コンポーネントに取り付けられるので、多孔質層から排ガス処理デバイスの（より冷たい）外壁または外側パイプへの熱の流れは、不可能であるかまたは少なくとも実質的に妨げられる。好ましくは、多孔質層は、排ガス処理デバイスの外壁と直接接触しない。また、多孔質層は、排ガス処理コンポーネントの流出側だけに取り付けられることが好ましい。
【００２５】
多孔質金属層が、平面から逸脱していて、かつ還元剤のための計量装置のスプレーパターンに適した形を有する場合、本発明による排ガス処理デバイスは、さらに有利である。
【００２６】
計量装置のスプレーパターンは、特に、計量装置から現れる還元剤の液滴分布、計量・供給方向、流れ速度および／または流れ方向によって決定される。多孔質層の形は、何よりも、多孔質層によって形成される領域の形状を意味する。これは、したがって、特に湾曲していることもありえる（部分的に、例えば凸状におよび／または凹状に）。形をスプレーパターンに適応させるために、計量装置から現れる還元剤が計量装置からの出口方向にかかわりなく多孔質層まで実質的に同じ距離をカバーするように、形は、例えば湾曲していることがありえる。
【００２７】
いかなる任意の計量・供給方向にとっても、計量装置のスプレー円錐の領域において計量装置から多孔質層までの距離が、最大４０％、好ましくは最大２０％、そして特に好ましくは最大で１０％異なるように、例えば、形は、選択されることができる。
【００２８】
スプレーパターンに対する形の適合において、排ガスフローによって供給される還元剤の偏向は、考慮されることもできる。５ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓの排ガス速度の変化において、いずれの場合も少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％、そして特に好ましくは少なくとも９０％の還元剤が多孔質層に到達するように、例えば、形は、選択されることができる。好ましくはこのために、多孔質層の形は、計量装置に向いた方向において湾曲して設計される。
【００２９】
多孔質層の形が排ガス処理コンポーネントに向かって少なくとも１つの窪みを形成することは、さらに好ましい。換言すれば、これは、多孔質層の一部が還元剤の接触領域の周辺で一種のカラー部分または突部を形成するように、形が少なくとも１つの窪みを作り出すことを特に意味する。カラー部分または突部は、単にそれを例えば蹄鉄、液滴、円または同様の仕方で入れるために、多孔質層上に湾曲を形成することができる。通常、１つの計量装置の提供に正確に１つの窪みが設けられるように、窪みの数を計量装置の数に適応させることは、適切である。
【００３０】
さらに、計量装置が、それが流出側から始まって流れ方向に延びる理論的なシリンダの外側に位置するように配置される場合、それは有利である。計量装置は、したがって、排ガス処理デバイスを通る排ガスの主流れ方向から横にオフセットされて、したがって、排ガス処理デバイスを通る排ガスフローを妨げない。特に多孔質層の形が、上記したように、計量装置のスプレーパターンに適合している場合、流出側上の多孔質層は、しかしながら、還元剤が排ガス処理デバイスに供給されるときに、還元剤のための適切なターゲット領域を作り出すことができる。
【００３１】
尿素が還元剤として用いられる場合、明らかに、多孔質層は、還元剤の変換のためのコーティング（例えば加水分解コーティング）を有することが可能である。
【００３２】
さらに、本発明によれば、内燃機関および、内燃機関からの排ガスを掃除する本発明による排ガス処理デバイスを備える自動車両は、提供される。
【００３３】
本発明はまた、流出側上の少なくとも１つの多孔質層を有して設計される排ガス処理コンポーネントに関する。特に、これは、排ガスが流入側から流出側まで流れ方向において流れることができる排ガス処理コンポーネントを意味する。排ガス処理コンポーネントの流出側は、多孔質層によって少なくとも部分的に広がる。多孔質層の設計および／または排ガス処理コンポーネント上のその固定に関して、ここでは、上記の説明および好ましい実施形態が完全に参照される。これは、特に、還元剤のための計量装置のスプレーパターンに適している多孔質層の形、および／または多孔質層の構造に関する特徴に関する。加えて、特にこの種の排ガス処理コンポーネントの使用は、特に自動車両において、特に排ガス処理デバイスにおける液体還元剤（特に尿素）のための捕獲エレメントとして提案される。
【００３４】
本発明および技術的な環境は、図を参照して下でさらに詳細に説明される。図は、特に好ましい実施形態を例示するが、しかしながら本発明はそれに制限されない。図および特に表されるサイズ比率は、単に概略的であると特に指摘される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明による排ガス処理デバイスを示す。
【図２】図２は、本発明による排ガス処理デバイスを備える自動車両を示す。
【図３】図３は、本発明による排ガス処理コンポーネントのための多孔質層の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明による排ガス処理デバイス１を示す。本発明による排ガス処理デバイス１は、流入側４から流出側５まで流れ方向３に排ガスが流れることのできる排ガス処理コンポーネント２を備える。流れ方向３の流出側５の下流には、流出側５から間隔９を有する計量装置６が設けられる。流出側５には、多孔質層８が設けられる。計量装置６は、流れ方向３に対して少なくとも部分的に反対に向く計量・供給方向７を有し、排ガス処理デバイス１に還元剤１０を供給する。計量装置６は、それ自体が流れ方向３に対して角度をもって配置されることができる。しかしながら、計量装置６は、排ガスをもたらすラインに対して垂直に配置されて、傾斜した計量・供給方向７（例えば、計量装置の延長軸に対して少なくとも１０°または少なくとも１５°の角度でさえ）を達成する統合された流れ偏向手段を有することもまた、例えば可能である。
【００３７】
多孔質層８は、排ガス処理コンポーネント２の流出側５の支持構造物１３によって支持される。多孔質層８は、計量装置６のスプレーパターン１５に適した形１４を有する。計量装置６は、排ガスが主に流れる排ガス処理デバイス１の領域から部分的に突出して形成される。特に、計量装置６は、排ガス処理コンポーネント２の流出側５から始まって流れ方向３に延びる理論的なシリンダ１６の外側に配置される。その結果、計量装置６からの付加的な流動抵抗は、回避されることができる。計量装置６から多孔質層８のいかなる任意の位置までの距離１８も実質的に一定であるように、形１４は、計量装置６のスプレーパターン１５に適している。多孔質層８は、計量装置６から実質的に一定の距離で好ましくは計量装置６から延びる円錐を横切る。
【００３８】
還元剤１０の凝縮が外側パイプ１７で起こらないように、計量装置によって供給される還元剤１０は、排ガス処理デバイス１（または排ガス管）の外側パイプ１７（または外壁）に達しないことが好ましい。外側パイプ１７は、作動中、外側の温度のために比較的低温である。
【００３９】
図２は、内燃機関１２および、内燃機関１２からの排ガスを掃除するように設計される本発明１による排ガス処理デバイスを備える自動車両１１を示す。
【００４０】
図３は、本発明による排ガス処理コンポーネントのための多孔質層８の実施形態を示す。多孔質層８は、図の間に示す矢印により各々折り畳まれる３つの異なる図においてここで示される。多孔質層８は、窪み２０を囲み、そして１点で開口２１を有する周辺突部１９を有する。開口２１は、それが還元剤のための計量装置６の最も近くに位置するように配置されることが好ましい。多孔質層８の形１４は、したがって、計量装置６のスプレーパターン１５に適している。突部１９は、計量装置６のスプレーパターン１５または多孔質層８上の還元剤の接触領域を実質的に囲む。
【符号の説明】
【００４１】
１…排ガス処理デバイス
２…排ガス処理コンポーネント
３…流れ方向
４…流入側
５…流出側
６…計量装置
７…計量・供給方向
８…多孔質層
９…間隔
１０…還元剤
１１…自動車両
１２…内燃機関
１３…支持構造物
１４…形
１５…スプレーパターン
１６…理論的なシリンダ
１７…外側パイプ
１８…距離
１９…突部
２０…窪み
２１…開口
【図１】
2013531762.tif 000003
【図２】
2013531762.tif 000004
【図３】
2013531762.tif 000005
【国際調査報告】
2013531762.tif 000006
2013531762.tif 000007
2013531762.tif 000008
2013531762.tif 000009
2013531762.tif 000010
2013531762.tif 000011