(57)【要約】  本発明に係る排出ガス精製装置は、粒子分離器（１０１）と、酸化窒素を選択還元するためのＳＣＲ触媒（１０２）と、酸化窒素を還元するための選択還元剤としてアンモニアを生成するためのアンモニア発生器（１０３）とを含み、粒子分離器（１０１）が主排出ガス経路（１０４）中に構成され、アンモニア発生器（１０３）が第１副経路（１０５）中に構成され、第１副経路（１０５）が合流部で主排出ガス経路（１０４）に通じ、この合流部はアンモニア発生器（１０３）内で生成されるアンモニア含有ガス流がＳＣＲ触媒を流通できるように構成されている。本発明の方法と装置は、内燃機関（１００）の排出ガス中に含まれた粒子および酸化窒素の割合を同時に減少させ、エネルギー消費量は少なく、同時に装置全体はコンパクトに構成されたユニットとして形成できる。【選択図】図１０
2008542609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガス精製装置であって、
粒子分離器（１０１）と、
酸化窒素を選択還元するためのＳＣＲ触媒（１０２）と、
酸化窒素を還元するための選択還元剤としてアンモニアを生成するためのアンモニア発生器（１０３）とを含み、
粒子分離器（１０１）が主排出ガス経路（１０４）中に形成され、アンモニア発生器（１０３）が第１副経路（１０５）中に形成され、第１副経路（１０５）が合流部で主排出ガス経路（１０４）に通じ、この合流部はアンモニア発生器（１０３）内で生成されるアンモニア含有ガス流がＳＣＲ触媒（１０２）を流通できるように形成された装置。
【請求項２】
第１副経路（１０５）が第１合流部（１０６）で主排出ガス経路に通じ、この合流部はアンモニア発生器（１０３）内で生成したアンモニア含有ガス流が粒子分離器（１０１）も流通できるように構成された請求項１記載の装置。
【請求項３】
粒子分離器（１０１）が粒子分離器（１０１）を再生するための再生機能を有する請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
再生機能が、下記措置の少なくとも１つによって生じるように粒子分離器（１０１）が構成されおよび／又はそのための手段（１１６、１１７、１２４）が設けられた請求項３記載の装置。
１０．１）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の上流側で二酸化窒素を提供する、
１０．２）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の温度を限界温度以上に高める、
１０．３）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の上流側で酸化剤を提供する、及び
１０．４）放電によって再生する。
【請求項５】
沿面放電によって再生するための手段（１１６）が設けられた請求項４記載の装置。
【請求項６】
粒子分離器（１０１）が粒子分離器（１０１）内に第１電界を生成するための手段（１３５）を含み、この第１電界によって、
１２．１）粒子の凝集、及び
１２．２）粒子の分離
の少なくとも１つが果たされる請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
粒子分離器（１０１）が粒子分離器（１０１）内に第２電界を生成する手段（１１６）を含み、この第２電界によって再生のための沿面放電が生成される請求項の１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
アンモニア発生器（１０３）がプラズマ発生器（５、１１４）を含む請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
アンモニア発生器（１０３）が、
１５．１）アンモニア、及び
１５．２）アンモニア前駆体
の少なくとも１つを一時的に蓄積する少なくとも１つの蓄積要素（１１５、１３１、１３２）を含む請求項１から８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
成分１５．２）が一酸化窒素を含む請求項９記載の装置。
【請求項１１】
第１副経路（１０５）が、
２４．１）排出ガス、
２４．２）少なくとも酸素と窒素とを含むガス、及び
２４．３）空気
の少なくとも１つを流通させる請求項１から１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
酸化触媒（１０８、１１７）が、
２６．１）粒子分離器（１０１）の上流側、
２６．２）アンモニア発生器（１０３）の下流側およびＳＣＲ触媒（１０２）の上流側、及び
２６．３）ＳＣＲ触媒（１０２）の下流側
の少なくとも１箇所に設けられた請求項１から１１の１つに記載の装置。
【請求項１３】
１つの第１流れ領域（３）と少なくとも１つの第２流れ領域（２）とを含み、これらの流れ領域が互いに並列に流通可能であり、第１流れ領域（３）が主排出ガス経路（１０４）の少なくとも一部であり、第１流れ領域（３）と第２流れ領域（２）が、第１流れ領域（３）から前記少なくとも１つの第２流れ領域（２）への入熱を行えるように構成された請求項１から１２の１つに記載の装置。
【請求項１４】
第２流れ領域（２）中に、
３１．１）少なくとも１つのプラズマ発生器（５、１１４）、
３１．２）少なくとも１つの改質器（１１１）、及び
３１．３）少なくとも１つの反応器（１３３）
の少なくとも１つが設けられた請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
粒子分離器（１０１）によって排出ガス中の粒子を少なくとも部分的に分離し、排出ガス中の酸化窒素をＳＣＲ触媒（１０２）において少なくとも部分的に還元し、粒子の分離を主排出ガス経路（１０４）中で行い、第１副経路（１０５）中でアンモニアを生成し、該アンモニアを還元剤としてＳＣＲ触媒（１０２）に供給する排出ガス精製方法。
【請求項１６】
第１副経路（１０５）と主排出ガス経路（１０４）を、第１副経路（１０５）において生成するアンモニア含有ガス流が、粒子分離器（１０１）を流通するように一緒にする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
粒子分離器（１０１）内で少なくとも１つの電界を形成し、この電界を、
５８．１）粒子の凝集、
５８．２）粒子の分離、及び
５８．３）粒子分離器（１０１）の再生
の少なくとも１つのために用いる請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
粒子分離器（１０１）が粒子分離器（１０１）を再生するための再生機能を有する請求項１５乃至１７の１つに記載の方法。
【請求項１９】
再生機能が、
６０．１）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の上流側で二酸化窒素を提供する、
６０．２）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の温度を限界温度以上に高める、
６０．３）粒子分離器（１０１）の少なくとも一部の上流側で酸化剤を提供する、及び
６０．４）放電によって再生する
の少なくとも１つに依拠する請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
６０．４）による再生機能が沿面放電を含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
アンモニア（ＮＨ3）を、プラズマで支援して一酸化窒素を生成し、引き続きアンモニアに還元することで生成する請求項１５乃至２０の１つに記載の方法。
【請求項２２】
プラズマ発生器を、窒素と酸素を含有する第１作動ガスで作動させる請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
アンモニア（ＮＨ3）をアンモニア発生器（１０３）で生成し、アンモニア発生器（１０３）が少なくとも１つの蓄積要素（１３１、１３２）を含み、該蓄積要素内に酸化窒素（ＮＯX）が可逆的に蓄積可能である請求項１５乃至２２の１つに記載の方法。
【請求項２４】
アンモニア生成量を、排出ガス中のＮＯX濃度および／又はアンモニア濃度に依存して調節および／又は制御する請求項１５乃至２３の１つに記載の方法。
【請求項２５】
排出ガスのＮＯX含有量および／又はアンモニア含有量を検出器で検出する請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
ＮＯX濃度を内燃機関（２０、１００）の作動データから判定する請求項２４又は２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、内燃機関の排出ガスを処理するための、特にこの排出ガスの酸化窒素含有量および粒子含有量を減らすための方法および装置である。好ましくは、本発明は自動車において使用される。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関が産み出す排出ガスは、内燃機関の種類、排出ガス量および作動状態に応じて組成が異なる。これら排出ガスは、例えば発電所における固定用でも、例えば自動車、ボート又は航空機における移動用でも、多くの国で定められた限界値を守らねばならず、これら限界値は徐々に益々厳しくなる。これら限界値は、しばしば排出ガス精製又は排出ガス再処理によってのみ遵守できる。数多くの排出ガス成分について限界値を守らねばならない故、比較的複雑な排出ガス再処理装置と方法が必要である。そのため、排出ガス浄化要素が多数となり、それらの作動は、例えば特にディーゼルエンジンの排出ガス中の酸化窒素と粒子の濃度におけるように、別の排出ガス成分の濃度に夫々影響することがある。
【０００３】
酸化窒素の還元に関し公知の方法は、酸化窒素の選択触媒還元（ＳＣＲ、selective catalytic reduction）を利用する。そこで用いる、例えばアンモニア（ＮＨ3）等の選択還元剤は、相応に構成された触媒で酸化窒素の選択触媒還元を生じる。特に移動用にアンモニアを直接蓄積することは問題が多く、例えば尿素、イソシアン酸、シアヌール酸等のアンモニア前駆体の蓄積又はカルバミン酸アンモニアの蓄積もしばしば提案された。特に水溶液中での尿素の蓄積は市場発売態勢に迄開発された。これらシステムは、アンモニア前駆体用に付加的貯蔵容器が不可欠であるという欠点を有する。これは、特に移動用では特に乗用車での組付け空間が狭いので不利であり、それに加えてアンモニア前駆体を充填するための大面積のシステムを必要とする。と言うのも、アンモニア前駆体なしでは酸化窒素の分解は全く起きず、貯蔵容器が空であると分解はもはや不可能だからである。
【０００４】
更に、アンモニアをオンボードで生成できるシステムが提案された。例えば独国特許出願公開第１０２５８１８５号明細書はプラズマの支援下に一酸化窒素を形成し、引き続きこの一酸化窒素を、水素含有ガス流でアンモニアへ還元することで空中窒素からアンモニアを生成する方法を開示する。このシステムは、専ら酸化窒素について検討され、その他の排出ガス成分について検討されない点で不充分なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのことから出発して本発明の課題は、内燃機関排出ガス中の酸化窒素と粒子の同時の減少を可能とし、その際、他の作動物質の携行が不要であり、両成分の濃度を低減可能な装置と方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を有する装置と請求項１５の特徴を有する方法とによって解決される。有利な諸構成は各従属請求項に示す。
【０００７】
本発明に係る排出ガス精製装置は、
粒子分離器と、
酸化窒素を選択還元するためのＳＣＲ触媒と、
酸化窒素を還元する選択還元剤としてのアンモニアを生成するためのアンモニア発生器とを含み、
粒子分離器が主排出ガス経路中に形成され、アンモニア発生器が第１副経路中に形成され、第１副経路が合流部で主排出ガス経路に通じ、該合流部はアンモニア発生器内で生成するアンモニア含有ガス流がＳＣＲ触媒を流通できるように構成されている。
【０００８】
粒子分離器にもアンモニア含有ガス流を流通させるとよい。第１副経路中にアンモニア発生器を設けることは、特に、排出ガス管路のバイパス中にアンモニア発生器を設け得ることを意味する。他方で、生成したアンモニア（ＮＨ3）を排出ガス管路中に供給できるが、排出ガスはアンモニア発生器内又はそこへと案内しないように、第１副経路を排出ガス管路と結合することも可能である。ここで粒子とは、特に炭素含有粒子又は純炭素からなる粒子も意味する。
【０００９】
粒子分離器とＳＣＲ触媒とアンモニア発生器は各々少なくとも１つのハニカム体を含み得る。ハニカム体とは、排出ガス等の流体にとって少なくとも貫流可能な空洞を有する大きな壁表面を備えた物体を意味する。ハニカム体は、例えばセラミック材料の押出により作製できる。更に、ハニカム体を金属層から形成してもよい。これらの層は、例えば少なくとも部分的に構造化された層を含むことができ、構造化層は、場合によっては単数又は複数の実質上平滑な層と共に、螺旋状に巻かれる。別の実施例のハニカム体は、積層した金属層を含む。単数又は複数の積層体は、同一又は逆方向に捩じられる。１つの積層体は少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された層と、場合によっては少なくとも１つの実質上平滑な層とを含み得る。少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された層と、場合によっては少なくとも１つの実質平滑な金属層との捩じられていない１つの積層体を含むハニカム体も可能であり、これも本発明において利用可能である。
【００１０】
金属層とは、特に薄板、不織布、焼結多孔質金属層、金網層又はこれらの要素の少なくとも２つの組合せ体を意味する。少なくとも部分的に構造化された層とは、巻付け、積層又は捩り後に、空洞を形成する構造体を少なくとも部分領域に有する層を意味する。特にこれらの構造体は、波状に形成し得る。実質平滑な層とは、平滑でありかつ場合によっては微細構造体を有する層である。微細構造体は、少なくとも部分的に構造化された層の構造化振幅よりも著しく小さい構造化振幅を有する構造体である。
【００１１】
粒子分離器は、特に開放型又は密閉型になし得る。密閉型粒子分離器では、排出ガスの流通時に排出ガスが粒子分離器の少なくとも１つの壁を通過するように構成する。これを達成すべく、例えば粒子分離器を多孔質壁により分離した多数の通路を設けて形成し、これら通路を、ハニカム体のガス流入側正面とガス流出側正面とで交互に閉鎖し、ガス流入側で開放しかつガス流出側で閉鎖した正面を有する第１群の空洞と、ガス流入側で閉鎖しかつガス流出側で開放した正面を有する第２群の空洞を設ける。
【００１２】
粒子分離器は開放型粒子フィルタを含み得る。該フィルタは、粒子、しかも本来濾別すべき粒子よりかなり大きな粒子も、基本的に完全に通過させるとき開放型と呼べる。従って、このようなフィルタは作動中粒子の凝集時にも閉塞することがない。粒子フィルタの開放度を測定する好適な方法は、例えば球状粒子が如何なる粒径に至る迄このフィルタをなお流れ得るかの試験である。本応用事例では、粒径０．１ｍｍ以上の球、有利には粒径０．２ｍｍ以上の球をなお流し通せるとき、このフィルタを特に開放型と呼ぶ。
【００１３】
粒子分離器は、特に金属発泡体および／又はセラミック発泡体から構成できる。粒子分離器は、規則的、不規則的又は無秩序に成形された空洞を有してもよい。
【００１４】
ＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ被覆を備えたハニカム体を含む。この被覆は、特に二酸化チタン（アナタース）を担持したバナジウム／タングステン混合酸化物又は金属交換ゼオライト、特にＸ型、Ｙ型、ＺＳＭ‐５型又はＺＳＭ‐１１型のもの、好ましくは鉄交換ゼオライトを含む。搭載アンモニア発生器を構成すると、通常尿素の加水分解に必要な加水分解触媒を省略できる利点がある。
【００１５】
本発明に係る装置は、特に接続時および作動時に諸利点を提供する。互いに混合した２つの危険な排出ガス成分を同時に減少させる単一の装置を利用できる。特に本発明に係る装置は、酸化窒素割合も粒子割合も同様に減少するように制御できる。本発明に係る装置は所謂「ブラックボックス」と見做すことができ、排出ガスシステムの利用者が、システム設計者も、このボックスに組込まれた要素の詳細な機能様式に心を煩わされる必要がなく、排出ガスシステムおよび電源部に接続を行えば足りる。
【００１６】
粒子分離器がアンモニア含有ガス流も流通させる合流部を形成するとよい。アンモニアは粒子分離器の再生時に有利である。
【００１７】
粒子分離器が交互に閉鎖された通路を含み、該通路が少なくとも部分的に流体の流通可能な壁体によって相互に分離されているとよい。
【００１８】
粒子分離器は、壁体内を排出ガスが流れ得るように構成するとよい。構成に応じ、特に開放型粒子分離器の場合、排出ガスは一部が壁体内を流れ、又は全てが壁体内を流れる。かかる場合、特に交互に閉鎖した通路を有する密閉型フィルタを設け得る。壁体は、セラミックおよび／又は金属で構成するとよい。
【００１９】
粒子分離器は、好適には、少なくとも部分的に金属担体を含む。該金属担体は、例えば上記の如く金属ハニカム体として形成できる。別の例はセラミック担体であり、例えば粒子を静電凝集および／又は分離する電極として、金属構造体をこの担体内に埋封する。
【００２０】
少なくとも部分的金属担体は、少なくとも１つの金属層を含み得る。その際、ＳＣＲ触媒、アンモニア発生器および／又は粒子分離器が、少なくとも１つの金属層を含むハニカム体を備えるとよい。更に、少なくとも１つの金属層を含む他の担持体を形成できる。
【００２１】
粒子分離器は、好ましくは、金属埋封物を有するセラミックフィルタ要素を含む。
【００２２】
特にセラミックフィルタ要素は、特に相応する「急速製造」法を用い、層状に形成できる。ここで層状構造とは、特にまず単数又は複数の原料から本体の第１層を形成し、次にこの第１層の少なくとも部分領域を固化し、次にこの固化した層に単数又は複数の原料からなる他の層を被着することを意味する。次に前記他の層を、やはり少なくとも部分領域が固化し、次に更に上記の如くに、フィルタ要素を仕上げるまで処理する。
【００２３】
一方の原料は後でセラミック壁を形成し、他の原料は後で金属埋封物を形成することができる。固化は、例えばレーザ光の照射に伴う短時間の温度上昇に依拠し得る。空間選択的および／又は不均一な加熱および／又は空間選択的および／又は不均一な原料の塗布により、壁体で分離された空洞を生成でき、空洞は、例えば微細構造化壁体を有することもできる。更に、複数の原料を利用することで性質の異なる領域を有する壁体を形成することができ、壁体は例えば異なる領域に異なる多孔度を有し、又は異なる電気伝導率も有する。こうして、金属埋封物の構成に基づいて仕上げ後にフィルタ要素内に流れ分布を設定し、こうしてフィルタ要素内で静電凝集および／又は分離の場合にいかなる領域でいかなる程度に分離を行うかを設定することも可能となる。形成するのに有利に利用可能なのは特に、「選択レーザ焼結」、「三次元印刷」、「溶着成形」技術である。
【００２４】
好ましい構成の粒子分離器は、流体が少なくとも貫流可能な空洞を有し、該空洞は壁体によって少なくとも部分的に相互に分離されている。
【００２５】
貫流可能な空洞とは、例えば末端側で閉鎖された通路を意味する。特に、空洞は流通可能となし得る。更に、通路よりも大きな空洞を形成すると望ましい。そのような空洞は、排出ガスの混合向上に利用できる利点を持つ。
【００２６】
壁体は下記性質の少なくとも１つを有すると望ましい。
８．１）壁体が少なくとも部分的に被覆を有する、及び
８．２）壁体が少なくとも１つの触媒活性成分を含む。
【００２７】
粒子分離器又はフィルタ要素は、ここに開示する他の全てのハニカム体と同様に、８．１）の被覆を有し得る。被覆は、特にセラミックおよび／又はウォッシュコートおよび／又はゼオライトを含み得る。８．２）によれば、粒子分離器の壁体は、ここに開示する他の全てのハニカム体の壁体と同様に、触媒活性成分を含み得る。これら成分は８．１）により構成された被覆、又は壁体の内部および／又は表面に直接添加し得る。後者が好ましいのは、これら壁体がセラミック材料を含むときである。触媒活性成分は、例えば貴金属錯体の態様の貴金属を含み得る。複数の貴金属を触媒活性成分内に含めておくとよい。
【００２８】
粒子分離器は、一方の正面の領域、より好ましくは流れ入口側正面領域に、酸化促進触媒活性成分を含み得る。この成分は、特に一酸化窒素から二酸化窒素への酸化を促進し、該二酸化窒素はＣＲＴ（Continuous Regeneration Trap、連続再生トラップ）原理に従って作動する粒子分離器の連続的再生時に必要である。更に、ＣＲＴ再生反応を促進する触媒活性成分を粒子分離器上に形成し得る。かかる被覆は、粒子分離器全体に形成するとよい。酸化促進被覆は、例えば炭化水素の酸化も促進し、この酸化は粒子分離器の加温をもたらす。炭化水素を粒子分離器に持ち込み得るのは、例えば内燃機関が短時間、例えば内燃機関の１つのシリンダにおいて１サイクルで、燃料割合を高めて、即ちリッチで作動されるためである。そのことから、炭化水素が粒子分離器に達し、そこで酸化する。
【００２９】
本発明に係る装置の他の有利な１構成では、粒子分離器は粒子分離器を再生するための再生機能を有する。これに関連して再生機能は、下記の少なくとも１つにより生ずる。
１０．１）粒子分離器の少なくとも一部の上流側で二酸化窒素を提供する、
１０．２）粒子分離器の少なくとも一部の温度を限界温度以上に高める、
１０．３）粒子分離器の少なくとも一部の上流側で酸化剤を提供する、及び
１０．４）放電によって再生する。
【００３０】
方法１０．１）〜１０．４）の１つを粒子分離器の一部に適用すると、相応する措置が場合によっては粒子分離器自体の一部において（事例１０．１）、１０．３）で）、又は粒子分離器の一部（１０．２）において行える。再生機能とは、埋封および／又は堆積した粒子の再生、即ち粒子分離器からの粒子の除去に対する粒子分離器の適性を意味する。この再生機能は特に熱的および／又は化学的に構成できる。粒子分離器が熱的再生機能を有する場合、粒子の炭素酸化が行われる温度を超えて粒子分離器の加熱を、好ましくは排出ガス中の残留酸素割合でも、もたらすことのできる手段を設けることができる。粒子分離器は、そのような酸化を促進する触媒活性材料を含み得る。熱的再生は、排出ガス温度の上昇および／又は付加的加熱機構により達成できる。
【００３１】
粒子分離器が化学的再生機能を有する場合、化学反応により粒子の分解を達成し得る。これは例えば炭素を二酸化窒素と反応させ、一酸化窒素と二酸化炭素に変換することで達成できる。再生機能の他の可能性はＣＲＴ法にあり、そこで構成される手段は、粒子分離器内で排出ガス中の十分に大きな二酸化窒素濃度を極力連続的に保証し、こうして炭素粒子を連続的に分解する。放電に依拠した再生機能は、例えば沿面放電を利用する。
【００３２】
本発明に係る装置の他の有利な１構成によれば、粒子分離器が粒子分離器内に電界を生成するための手段を含み、この手段によって下記機能の少なくとも１つを果たす。
１２．１）粒子の凝集、及び
１２．２）粒子の分離。
【００３３】
粒子の凝集とは、ここでは特に複数の小さな粒子を蓄積して大きな粒子とすることを意味する。粒子の分離とは、特にフィルタ上への粒子の堆積である。
【００３４】
微細粉塵、即ち例えば粒径１０μｍ以下の粒子は、人間の肺組織にこれらの粒子が吸収されるため望ましくない排出ガス成分である。粒子の平均粒径が大きければ大きい程、これら粒子が肺組織に吸収される確率は一層小さくなる。それ故、例えば粒子分離器への機械的作用によって小さな粒子の後での遊離をなおかつ生じ得る粒子分離と並んで、粒子を一層大きな粒子へと凝集させるべく努め、こうして排出ガス中の微細粉塵の割合を下げ、もはや肺組織に吸収され得ないような粒子平均粒径を極力達成するとよい。
【００３５】
そのような凝集は、電界の印加によっても達成できる。この電界は、例えば粒子分離器が接地極と正電位の極とを有し、特に粒子分離器の通路長手軸線又は流通方向を横切る電界を生じることで生成できる。粒子分離器が粒子を凝集および分離するための多数の電界を含むよう、この電界を形成する複数の極を互いに平行に配置してもよい。電界は、特に直流電圧によって形成するが、交流電圧、特に周波数１０Ｈｚ以下の低周波交流電圧で形成することもでき、これも本発明に含まれる。
【００３６】
カーボンブラック粒子の分極に伴いカーボンブラック粒子は一方の極へと引っ張られ、そこに堆積する。電極は粒子分離器の壁と結合でき、特に壁の一部として又は壁自体として形成できる。その際、粒子分離器を金属発泡体で形成するとよく、粒子分離器は好適には少なくとも２つの部材を含み、該部材は特に逆同一に構成される。排出ガスを流通させる多数の空洞を形成する金属発泡体から粒子分離器を構成すると特に好ましい。
【００３７】
粒子分離器が、粒子分離器内に第２電界を生成する手段を含み、この第２電界によって粒子分離器を再生する沿面放電を生成するとよい。
【００３８】
本願で開示する粒子分離器の細部は、残りの装置要素なしに単独ででも実現できる。
【００３９】
本発明装置の他の好適な１構成例では、アンモニア発生器がプラズマ発生器を含む。
【００４０】
このプラズマ発生器は、特に独国特許出願公開第１０２５８１８５号明細書に述べられたものであり、その開示内容は特にプラズマ発生器の動作パラメータ、電極の構成および作動ガスの添加に関して本願の開示内容に採り入れるものとする。プラズマ発生器は、好適には、作動ガスを短時間で２５００Ｋ超の温度に加熱すべく作動する。プラズマ発生器は、窒素と酸素含有ガスを作動ガスとして作動する。プラズマ発生器の作動パラメータはプラズマ内で経過する反応の反応平衡をずらし、一酸化窒素が生成するように選択するとよい。この一酸化窒素は、次に相応に構成され、特にハニカム体に被着した還元触媒を介して、例えば還元剤として水素および／又は炭化水素を添加しつつアンモニアに還元できる。作動ガスとして利用できるのは特に空気、排出ガス又は空気富化排出ガスである。
【００４１】
その際、下記成分の少なくとも１つを一時的に蓄積するための少なくとも１つの蓄積要素を含むアンモニア発生器を構成するのが好ましい。
１５．１）アンモニア、及び
１５．２）アンモニア前駆体。
【００４２】
アンモニア前駆体とは、例えば加熱分解、熱分解および／又は加水分解でアンモニアを遊離する物質、又は他の出発材料と反応してアンモニアになる物質を意味する。その際、成分１５．２）が一酸化窒素を含むとよい。それは、特にプラズマ発生器を含むアンモニア発生器と協動して一酸化窒素をアンモニアへ還元すべく、比較的僅かな燃料超過消費量で比較的高いアンモニア収量を達成できるからである。蓄積された成分１５．１）および／又は１５．２）は、特に排出ガス中に現れる極めて大きなＮＯX濃度用の緩衝剤としても利用でき、そこでは大量のアンモニアが必要となる。更に、蓄積要素は、上述の如く一酸化窒素の断続的蓄積と放出にも利用できる。一酸化窒素の他に、更に例えば尿素、イソシアン酸、シアヌール酸又はカルバミン酸アンモニウムもアンモニア前駆体である。
【００４３】
その際更に、蓄積要素が収着、特に化学収着および／又は物理収着によって少なくとも１つの成分を一時的に蓄積するのが好ましい。
【００４４】
ここで、物理収着が特に物理的相互作用に基づく蓄積であるのに対して、化学収着は化学的結合に伴う吸着を含む。物理収着は特に第１限界温度以下の低い温度で起きるのに対し、アンモニア前駆体の脱着はこの第１限界温度より上で起きる。相応にずれた反応均衡が一定の温度を必要とするので、化学収着は第２限界温度よりかなり上で起きる。蓄積要素の相応する選択、例えば蓄積要素の相応に形成した被覆により、第１限界温度と第２限界温度は、他の温度範囲にわたり一酸化窒素の吸着が可能となるように選択できる。
【００４５】
例えば排出ガスを貫流させる表面から更に離間した被覆領域がむしろ物理収着に適するのに対し、排出ガスを貫流させる被覆表面に近い領域がむしろ化学収着に適するように、ハニカム体の被覆を相応して形成できる。
【００４６】
例えばアンモニア発生器が少なくとも２つの蓄積要素を有し、その内の１つに一酸化窒素が充填される一方、別の蓄積要素がそこに蓄積した一酸化窒素を少なくとも部分的に放出し、それをアンモニアへと還元できるようになし得る。特にここでは、極力酸素の少ない水素含有ガス流中への一酸化窒素の放出を行える。この結果、所要の水素割合が減少する。それは、水素は一般にまず酸素と反応するからである。プラズマ発生器の作動ガスが少なくとも空気を含む場合、プラズマ発生器の流出時に作動ガスの酸素割合はいまなお比較的高く、例えば１８％乃至１９％の範囲内である。ところで、一酸化窒素の準備を行う低酸素の水素含有ガスを利用する場合、水素需要は、作動ガスを水素含有ガスと直接混合する場合よりもはるかに少ない。
【００４７】
水素含有ガスは、特に炭化水素の部分酸化によって生成する分解ガス又は合成ガスとなし得る。特に、内燃機関の作動に利用する燃料は、分解ガス又は合成ガスの出発材料としても利用できる。所要の水素割合が減少するので、従来のシステムと比較して燃料超過消費量も減少する。プラズマ発生器は、２つのガス経路で断続的に作動させることができ、ガス経路は各々一酸化窒素を一時的に蓄積するための蓄積要素および場合によっては一酸化窒素をアンモニアへ還元するための還元ユニットを含む。一酸化窒素をアンモニアへ還元するための還元ユニットは、場合によっては一緒に両方のガス経路から装入できる。更に、例えば相応する蓄積還元被覆を有するハニカム体を形成すれば、蓄積要素と還元ユニットを単一の部材内に形成できる。
【００４８】
分解ガスおよび／又は合成ガスの生成は相応に構成した改質器又は反応器内で、好ましくは第２副経路内で行える。その際、炭化水素の部分酸化により分解ガスおよび／又は合成ガスを生成するとよい。第２副経路は、特に前記少なくとも１つの蓄積要素を分解ガスおよび／又は合成ガスが流通できるように、前記少なくとも１つの蓄積要素の上流側で第１副経路に通じるように形成する。
【００４９】
アンモニア発生器が更に選択的又は追加的に含み得る手段は、ガス流中の一酸化窒素を富化し、例えばこの手段内で酸化窒素（ＮＯX）を含有したガス流を、ＮＯXにおけるＮＯの相対割合を高められた第１ガス流と、ＮＯXにおけるＮＯ2の相対割合を高められた第２ガス流とに分離する。これは例えば相応する膜によって可能である。
【００５０】
他の可能性は、二酸化窒素ではなく一酸化窒素のみを選択的に蓄積可能な蓄積要素である。これは相応に構成した分子篩、特にゼオライトによって達成できる。かかる蓄積要素は、その際、一定量の一酸化窒素が蓄積されるまで排出ガスを流通させる。次に例えば物理的および／又は化学的プロセス変量を変更することで、この蓄積要素に一時的に蓄積された一酸化窒素を溶出させ、水素含有ガス流内に放出することができ、それを受けてやはり相応する触媒によってアンモニアへの還元が促進される。
【００５１】
一酸化窒素を排出ガスから直接富化し又は蓄積する上記機能は、主排出ガス流中でも、特に粒子フィルタ又はＳＣＲ触媒を構成することなしに達成できる。
【００５２】
アンモニア発生器は、一酸化窒素をアンモニアへ還元する還元剤の供給手段を含むとよい。該手段は、還元剤貯蔵容器および／又は還元剤を形成する反応器および／又は改質器と結合可能であると好ましい。更に、還元剤が下記物質の少なくとも１つを含むとよい。
１９．１）炭化水素、及び
１９．２）水素。
【００５３】
還元装置の表面又は内部で還元剤１９．１）および／又は１９．２）により酸化窒素、好ましくは一酸化窒素の還元を行えるように第１還元装置を構成するとよい。特に、結合した態様で酸化窒素との反応、例えば亜硝酸塩基又は硝酸塩基の態様で存在する化学吸収した酸化窒素との反応を行い得る。
【００５４】
特に、還元剤を供給および／又は生成する手段が構成されている。これら手段は、特に炭化水素を部分酸化するための改質器および／又は反応器を含む。還元剤供給手段は、好ましくは還元剤を別のガスと混合するのに適した混合器を含む。その際、これは能動的混合器および／又は受動的混合器とすることができる。
【００５５】
本発明に係る装置の他の有利な１構成によれば、第１副経路が、下記ガスの少なくとも１つを流通させる。
２４．１）排出ガス、
２４．２）少なくとも酸素と窒素とを含むガス、及び
２４．３）空気。
【００５６】
その際、本発明によればガス２４．１）、２４．２）および２４．３）は任意の混合比となし得る。特に第１副経路は、排出ガスが高い酸素割合を有するとき、例えば内燃機関がディーゼルエンジンである場合、純排出ガスを流通させるとよい。更に、第１副経路には純空気を流通させ得る。特にプラズマ発生器がアンモニア発生器に含まれている場合、ガス２４．１）、２４．２）および／又は２４．３）を補足して水素含有ガスを副経路に流通させ、こうして一酸化窒素のアンモニアへの還元が達成されるように第１副経路を形成するとよい。第１副経路は、好適には、ガス２４．１）、２４．２）および／又は２４．３）の比が互いに調整可能および／又は変更可能であるように形成されている。
【００５７】
本発明に係る装置の他の有利な１構成では、粒子分離器が粒子分離器内に電界を生成する手段を含み、アンモニア発生器がプラズマ発生器を含み、粒子分離器の電界を生成および調節しかつプラズマ発生器を駆動する少なくとも１つの制御機構を含んでいる。
【００５８】
特に、粒子分離器用にもプラズマ発生器用にも単一の制御機構を形成すると、両方の要素の作動条件を互いに最適に適合できるので有利である。特に、粒子割合、粒子粒径分布および／又は酸化窒素含有量を等しく減少又は変更できる作動方法を共通の制御機構により実行できる。こうして更に、上記パラメータの調整又は選択可能な減少又は変更の他に、極力僅かなエネルギーおよび／又は燃料超過消費量が同時に達成される方法を実行できる。このため制御機構を、相応するセンサ、例えば温度センサ、ラムダプローブ、ガス分圧センサ等と接続できる。
【００５９】
電界生成手段は、特に粒子分離器内の電極と、粒子分離器内の電極に電気的に接続可能な電圧源とを含む。粒子分離器内に電界を生成する手段も、プラズマ発生器も、制御しかつ場合により電気エネルギーを供給すべく単一の制御機構を構成すると好ましい。特にコールドスタート時、粒子分離器内に電界を生成する手段にまず電気エネルギーを供給し、次に、設定可能な時間後にプラズマ発生器も電気エネルギーを供給するようになし得る。これに伴う利点は、粒子を基本的に凝集および／又は分離する一方、酸化窒素の分解はＳＣＲ触媒がその最低作動温度（「ライトオフ」温度）に達して初めて起きることにある。ＳＣＲ触媒は、この作動温度に一定時間後に初めて達する。
【００６０】
本願で述べるアンモニア発生器および第１副経路は、単独でも、即ち本発明に係る装置の残りの要素なしでも実現できる利点を持つ。
【００６１】
本発明に係る装置の他の１構成によれば、酸化触媒が、下記箇所の少なくとも１箇所に形成される。
２６．１）粒子分離器の上流側、
２６．２）アンモニア発生器の下流側およびＳＣＲ触媒の上流側、及び
２６．３）ＳＣＲ触媒の下流側。
【００６２】
２６．１）の個所で、酸化触媒は、特に一酸化窒素の二酸化窒素への酸化を促進し、従って粒子分離器用再生機能を提供する。２６．３）の個所で酸化触媒は、例えばアンモニアおよび／又は炭化水素の通過を効果的に妨げる遮断触媒として利用できる。２６．２）の個所で酸化触媒は、粒子分離器から進出するガスを含有する酸素の消費に利用できる利点がある。特に利用する触媒活性物質の種類と濃度に関し、酸化触媒の被覆は２６．１）、２６．２）、２６．３）の個所で異なってよく、各々促進すべき反応に適合させ得る。
【００６３】
本発明に係る装置の他の有利な１構成では、本装置は１つの第１流れ領域と少なくとも１つの第２流れ領域とを含み、これら流れ領域が実質互いに並列に流通可能であり、第１流れ領域が主排出ガス経路の少なくとも一部であり、第１流れ領域と第２流れ領域が、第１流れ領域から前記少なくとも１つの第２流れ領域への入熱を行えるように構成できる。
【００６４】
流れ領域が同軸および／又は同心であるとよい。更に、第２流れ領域中に、下記要素の少なくとも１つを形成すると好ましい。
３１．１）少なくとも１つのプラズマ発生器、
３１．２）少なくとも１つの改質器、及び
３１．３）少なくとも１つの反応器。
【００６５】
第１の第２流れ領域にプラズマ発生器を形成し、第２の第２流れ領域に改質器又は反応器を形成し、改質器又は反応器で特に炭化水素の部分酸化により水素を発生するとよい。前記第１流れ領域と前記少なくとも１つの第２流れ領域とを少なくとも１つの隔壁によって相互に分離した構成が好ましい。
【００６６】
特に第１流れ領域が隔壁の第１側にあるのに対し、第２流れ領域は隔壁の第２側に形成し得る。隔壁は単層又は多層に形成できる。特に、２つの通常の管の平面的素材結合により両方の流れ領域を構成するとよく、管は場合によりなお変形させ得る。第１流れ領域と第２流れ領域の同軸構成の他に、これら領域の同心配置も本発明に係る。
【００６７】
本発明の装置では、排出ガスの第一部分流を第１流れ領域、第２排出ガス部分流を第２流れ領域で案内できる。要素３１．１）、３１．２）および／又は３１．３）を第１流れ領域にのみ形成しているので、流れ領域内の排出ガス流又はガス部分流のみがプラズマ処理を施され又は排出ガス流又はガス部分流中でのみ炭化水素の部分酸化が起きることは、例えば大きな設計支出なしに保証できる。特にプラズマ発生器はごくコンパクトに自動車排気装置に一体化できる。プラズマ発生器は、特に排出ガスがプラズマ発生器内でガス放電によって２０００ｋ超の温度、好ましくは２８００ｋ超の温度にさえ加熱するように形成している。排出ガス中にも、場合によって供給可能な空気中にも存在する分子窒素と酸素は、作動時、高エネルギー電子を使った非熱的なプラズマ誘発衝撃プロセスにより電子励起され、解離されてイオン化される。好ましくは、電子励起された分子、ラジカルおよびイオンと、プラズマにより加熱された排出ガスとの反応により酸化窒素が形成される。印加温度が高いので一酸化窒素（ＮＯ）が形成される利点がある。それは、これら温度において反応均衡は二酸化窒素よりも一酸化窒素の形成を優先するからである。このための反応時間は１０ｍ秒以下の範囲内である。
【００６８】
作動時、プラズマ発生器により一酸化窒素濃度を高め得る。更に、この一酸化窒素をアンモニアへ還元するとよい。プラズマ発生器は、例えば独国特許出願公開第１０２５８１８５号明細書に開示の如くでき、その内容はプラズマ発生器の構造および作動に関して本願の開示内容に完全に一緒に採り入れるものとする。
【００６９】
本装置はプラズマ発生器の領域に好適な接続部を有し、該接続部でプラズマ発生器を相応する電源部と制御部とに接続できる。相応する絶縁部および類似物は本発明により構成しておける。
【００７０】
プラズマ発生器が作動し、排出ガスがガス放電によって例えば２８００ｋ以上の高温度に短時間で局所加熱されると、分子窒素（Ｎ2）の存在下に、一方でプラズマにより形成される酸素ラジカルと反応して一酸化窒素と窒素が生じ、他方でこの窒素原子が分子酸素（Ｏ2）と反応して一酸化窒素および酸素ラジカルを生じる。比較的高温におけるその他の反応はむしろ副次的であり、プラズマ発生器の利用と相応する作動とにより一酸化窒素の高い収率を達成できる。
【００７１】
少なくとも１つの第２流れ領域を、上記箇所の少なくとも１箇所に形成するとよい。
３２．１）蓄積要素の上流側、
３２．２）改質器又は反応器の上流側、及び
３２．３）プラズマ発生器の上流側。
【００７２】
蓄積要素、改質器又は反応器および／又はプラズマ発生器の各作動ガスへの入熱が可能であり、こうしてこれらの要素、従ってシステム全体を作動させるエネルギーを減らし得る。特に、第１流れ領域を流通できる排出ガスの熱は蓄積要素、改質器又は反応器および／又はプラズマ発生器を加熱するのに使用できる。特に個所３２．１）に形成すると、蓄積要素で収着が起きる場合に有利である。
【００７３】
軸線方向の優先的流れ方向においてプラズマ発生器の上流側で、特に酸素および／又は窒素を含むガスを供給するためのガス供給手段を形成するとよい。
【００７４】
ガス供給手段は第１流れ領域にも、排出ガス処理ユニットのうち流れ領域がまだ相互に分離されていない部分にも、形成できる。そのような領域は、例えば上流側で、隔壁がそこにまだ形成されていないときに形成できる。
【００７５】
酸素を含むガスとして、例えば周囲空気を供給できる。その利点として、更に一酸化窒素を形成するのに同様に利用できる分子窒素をシステムに供給できる。その際、例えば圧縮機を介して空気を加圧下に供給することが基本的に可能である。
【００７６】
少なくとも軸線方向の優先的流れ方向において、第１、第２流れ領域の下流側に共通の第３流れ領域を形成するとよい。この第３流れ領域で、隔壁により形成した両方のガス流を、各流れ領域の流通後に再び一緒に流し、そこで特に混合できる。この領域で、プラズマ発生器の作動時に第２流れ領域で一酸化窒素が生じ、一酸化窒素を富化した総排出ガス流を形成できる。この総排出ガス流は、両方の流れ領域を流れる両方の部分排出ガス流を含む。両方のガス流の合流前に、例えば触媒担持体上の相応する触媒を、例えばプラズマ発生器の下流側で第１流れ領域に設けることで、一酸化窒素のアンモニアへの還元を行うことも同様に可能である。
【００７７】
軸線方向の優先的流れ方向において、プラズマ発生器の下流側に、酸素を還元するための第１還元触媒被覆を備えた第１ハニカム構造体を設けるとよい。
【００７８】
第１ハニカム構造体は、特に排出ガス流から残余酸素を取り除くべく利用できる。この残余酸素含有量は、ガス供給手段を経て空気を供給する場合特に高いことがある。第１還元触媒被覆として利用できるのは、特にウォッシュコート等の特にセラミック被覆材料であり、例えば白金および／又はパラジウムを含む貴金属含有成分がこの被覆材料に持ち込まれる。
【００７９】
軸線方向の優先的流れ方向においてプラズマ発生器の下流側に、酸化窒素をアンモニアへ還元する第２還元触媒被覆を備えた第２ハニカム構造体が形成するとよい。第２還元触媒被覆は、特に白金および／又はパラジウムを活性成分として含み、特にこの被覆では僅かなロジウムが存在するだけである。ロジウムは実質存在しない方がよい。
【００８０】
こうして両方の流れ領域はコンパクトな搭載アンモニア発生器を可能とし、この発生器は、特に移動用として内燃機関の排気系統で利用できる。生成したアンモニアは、下流側で酸化窒素の選択触媒還元（ＳＣＲ、selective catalytic reduction）プロセスで還元剤として利用できる。特に移動用の場合、溶液又は固体としての還元剤、例えばアンモニア前駆体（例えば尿素、カルバミン酸アンモニウム、イソシアン酸、シアヌール酸等）用にタンクを設ける必要がなくなる。
【００８１】
第２ハニカム構造体の第２還元触媒被覆を形成することで、アンモニアの代わりに、例えばイソシアン酸やシアヌール酸等の別の還元剤を生成する別の反応も促進できる。かかる還元剤と相応の第２還元触媒被覆も可能であり、本発明に含まれる。第２還元触媒被覆は、例えば白金等、触媒として特に貴金属を含む。第２還元触媒被覆は、特に二酸化チタン（アナタース）を担持するバナジウム／タングステン混合酸化物を含み、又は金属交換ゼオライト、特にＸ型、Ｙ型、ＺＳＭ‐５型又はＺＳＭ‐１１型のゼオライトも含む。
【００８２】
還元剤を供給するための還元剤供給手段を流れ方向においてプラズマ発生器と第２ハニカム構造体との間に設けるとよい。特になお存在する酸素を還元すべく第１ハニカム構造体を形成する場合、還元剤供給手段は、第１ハニカム構造体と第２ハニカム構造体との間に形成するとよい。
【００８３】
一酸化窒素をアンモニアに還元するための還元剤として、特に炭化水素が好ましい。炭化水素は内燃機関の作動物質から簡単に獲得できる。例えば内燃機関の作動物質、特にディーゼル燃料は、還元剤供給手段を介して第２ハニカム構造体の直前で排出ガス流に噴射可能である。特に還元剤供給手段は噴射ノズルとして形成できる。還元剤供給手段は、特に極力均一な還元剤濃度が流れ横断面にわたり生ずるように構成する。特に、還元剤を小滴の態様で噴霧すると良いことを確認した。
【００８４】
共通の流れ領域内に混合器、特に混合構造体を形成すると望ましい。
【００８５】
混合構造体は、例えば個々の通路間に開口部を有するハニカム構造体で形成でき、これら開口部を通して排出ガスを、少なくとも部分的に流れ方向を実質横切って流し得る。この結果排出ガス流を完全混合できる。その際、通路間にある穴へ排出ガス流を誘導する誘導構造体を通路壁内に形成すると特に好ましい。
【００８６】
ＳＣＲ触媒被覆を備えた第３ハニカム構造体を、流れ方向において第２ハニカム構造体の下流側に形成するとよい。
【００８７】
このＳＣＲ触媒被覆は、酸化窒素の選択接触還元を促進する触媒を含む被覆である。ＳＣＲ触媒被覆は、特に二酸化チタン（アナタース）を担持するバナジウム／タングステン混合酸化物を含み、又は金属交換ゼオライト、特にＸ型、Ｙ型、ＺＳＭ‐５型又はＺＳＭ‐１１型のゼオライトも含む。
【００８８】
第２ハニカム構造体内で生ずるアンモニアのため、作動時、酸化窒素の分子窒素への選択接触還元が生じる。この結果、内燃機関の酸化窒素排出量を効果的に低減できる。
【００８９】
これに関連して、還元剤を一時的に蓄積する手段を、第２ハニカム構造体と第３ハニカム構造体との間に形成すると特に好ましい。
【００９０】
その際これは、特に先行するプロセス工程で生ずる還元剤の一時的な蓄積手段、特にアンモニアの一時的なに蓄積手段である。しかし、例えばイソシアン酸又はシアヌール酸等の別の還元剤も相応に蓄積できる。
【００９１】
一時的蓄積手段を形成すると、一定量の還元剤の備蓄が可能となり、この備蓄は、ごく迅速に大幅に上昇した濃度の酸化窒素の還元に利用できる。還元剤生成システムの考えられる慣性をここで排除すべく、一時的蓄積手段内に一定量の還元剤を用意するとよい。特にこれらの手段は、特に特定のゼオライト、例えばＡ型、Ｘ型、Ｙ型又はＺＳＭ‐５型のゼオライトで被覆された被覆ハニカム構造体となし得る。
【００９２】
その際、一方で排出ガス中の酸化窒素濃度を直接又は間接的に決定する調節回路を形成すると特に望ましく、この調節回路は、更に一時的蓄積手段内に沈積した還元剤の量を検出する。その際、特にプラズマ発生器内での一酸化窒素の生成は、例えばプラズマ発生器の入切、電流の強さおよび／又は周波数の変更を、又は例えば酸素状ガスの供給又は量変更によるガス組成の変更を介して調節できる。その際、調節部が一定の方法で、先を見越して、将来の時点での内燃機関排出ガス中の窒素酸化物含有量を推定すると特によい。これは、例えば蓄積モジュールによる酸化窒素濃度と区分との他に、窒素濃度の上昇とを観察することで行える。将来の酸化窒素濃度を推定し、もって所要の還元剤量の推測も実行することは簡単に行える。この推測に相応して次に酸化窒素の生成を行い、それに続いてアンモニアの生成を行うことができる。
【００９３】
これに関連し、第１流れ領域に流入する排出ガス部分流割合の確定を可能にする流れ誘導手段を、流れ方向において共通壁の上流側で、第１流れ領域と第２流れ領域との間に形成すると特に好ましい。
【００９４】
第１、第２流れ領域への排出ガス流の分配は、基本的に隔壁の構成自体により行う。この状況のとき幾何学的第１排出ガス部分流は第１流れ領域を流れ、幾何学的第２排出ガス部分流は第２流れ領域を流れる。第１流れ領域を流通する第１排出ガス部分流を幾何学的第１排出ガス部分流よりも多く又は少なくせねばならないことが、結合に応じて必要となり得る。例えばごく微量の質量流れを第１流れ領域内に誘導し、比較的大量の質量流を第２流れ領域内に誘導するとよい。そのような場合に、例えばプラズマ発生器又は改質器／反応器の所要スペースの故に幾何学的第１排出ガス部分流が所要の排出ガス部分流よりも多いとき、第１流れ領域に流入する排出ガス部分流を減少させる壁の前側流入領域に手段を構成することが必要となることがある。この壁は例えばこの領域における狭隘部とすることができ、又は排出ガス部分流割合を可変とする可動フラップとすることもできる。実質的に全質量流を第２流れ領域内に誘導する流れ誘導手段を構成することも好ましい。そのような場合、プラズマ発生器に供給される作動ガスは、酸素の他に十分に窒素を含有していなければならない。ここでは、例えば空気を作動ガスとして利用できる。
【００９５】
流れ誘導手段の構成と無関係に、第１流れ領域は入口側も実質閉鎖構成となし得る。これは、特に第１流れ領域に排出ガスが実質流入不能なことを意味する。その際、プラズマ発生器用作動ガス、例えば空気を第１流れ領域に流入させ、排出ガスが、作動ガスを共通壁との接触により加熱するよう、第１流れ領域を構成すると好ましい。
【００９６】
改質器／反応器および／又はプラズマ発生器の作動ガスを予熱するとよい。これは電気抵抗ヒータ又は排出ガスからの入熱で行える。更に、化学又は物理収着時に脱離温度を上回ると、少なくとも１つの蓄積要素に流入するガスを空気添加で冷却すると好ましい。
【００９７】
本願で述べた第１、第２流れ領域の実施は、残りの装置構成と無関係に、即ち単独でも実現でき、この形態も本発明に係る。
【００９８】
混合器は下記個所の少なくとも１箇所に形成するとよい。
３９．１）主経路への第１副経路の合流部、
３９．２）粒子分離器の上流側、及び
３９．３）第１副経路への第２副経路の合流部。
【００９９】
前記少なくとも１つの混合器は、能動的混合器および／又は受動的混合器として形成できる。受動的混合器は、例えば上記の混合構造体を含む。更に、粒子分離器も受動的混合器、即ちそこを流通するガス流の特に横方向混合を引き起こす混合器を含み得る。能動的混合器とは、特にタービン又はターボ過給機である。更に、混合器は渦流混合器としても形成できる。
【０１００】
ガス流、例えばアンモニア含有ガス流と主排出ガス流との混合は、能動的混合器、例えばターボ過給機によって行うとよい。又被混合ガス流を接線方向で混合できる。更に、第１繰返し長の通路と繰返し長より大きな孔又は洞とを持つ、例えばハニカム体を有する混合器を形成することができる。更に、通路壁体は、ガス流を隣接通路へ誘導する構造体と誘導構造体の繰返し長よりはるかに小さな寸法の開口部を有し得る。
【０１０１】
更に、アンモニア含有ガス流を粒子分離器内にも通すとよい。特にアンモニア含有ガス流は、粒子フィルタの再生に有効に寄与する。この場合、粒子分離器はアンモニア含有ガス流と主排出ガス流との完全混合を引き起こせる利点がある。その際、第１副経路が粒子分離器とＳＣＲ触媒の上流側で主排出ガス経路に通じる装置構成を選択し得る。
【０１０２】
第１副経路に流入する排出ガス割合又はガス流割合を調整可能な流れ管路手段を構成した装置構成も好ましい。該流れ管路手段は、絞り弁および／又は弁を含み得る。
【０１０３】
コールドスタート段階での一酸化窒素の富化は、プラズマ発生器の下流側に形成した前記少なくとも１つの蓄積要素を、酸化窒素の収着が可能な動作状態で初めて行うとよい。これが該当するのは、特に約２００℃以上の温度での化学収着蓄積要素においてである。
【０１０４】
基本的に複数の蓄積要素を並べて配置でき、付加的に下流側に、酸化窒素、好ましくは一酸化窒素のアンモニアへの還元を促進する還元装置を配置できる。例えば一方が物理収着、他方が化学収着に基づく２つの蓄積要素を形成でき、これも本発明に含まれる。
【０１０５】
ＳＣＲ触媒がライトオフ温度（“light-off-Temperature”）以上の動作温度に達して初めてアンモニアを供給すると良い。この触媒は、好適にはアンモニアを蓄積可能な被覆を有する。蓄積されたアンモニアは排出ガス中に現れる酸化窒素ピークを軽減するための緩衝剤として利用できる。
【０１０６】
作動時、化学収着に基づき蓄積要素の前又は内部で正の熱伝達が起きて蓄積要素を限界温度より上で保持するよう本方法を実施できる。この限界温度以上で相応する反応がかなりの規模で進む。本方法は、作動時の物理収着に基づき蓄積要素の前又は内部で負の熱伝達が起き、この蓄積要素をその脱離温度以下に保つように実施できる。
【０１０７】
プラズマ発生器に、作動ガスの少なくとも一部として空気を供給する送風機又は圧縮機等の空気供給手段を設けるとよい。
【０１０８】
例えば少なくとも１つの検出器の入力データ、又はエンジンマネジメントからの入力データに基づき、システムの別の個所のデータを計算する計算機支援モデルでガス流の温度および／又は濃度監視を行うとよい。
【０１０９】
ＳＣＲ触媒と粒子分離器が１つのユニットを形成する装置構成がよい。その際、同じ表面が粒子の分離および／又は凝集にもＳＣＲプロセスの触媒にも利用可能なら特によい。
【０１１０】
粒子分離器とＳＣＲ触媒を結合して１つのユニットとすると、本発明に係るコンパクトな装置が形成できる。１つの表面を粒子分離にもＳＣＲ触媒作用にも利用することで、なお一層コンパクトなユニット構成が可能となる。
【０１１１】
更に、特にＳＣＲ触媒の被覆を相応に構成することで、第１量の還元剤、好ましくはアンモニアを蓄積可能なＳＣＲ触媒を構成すると好ましい。
【０１１２】
更に、少なくとも１つのタービンを主排出ガス経路中に形成し、タービンの上流側で主排出ガス経路から第１副経路を分岐する本発明に係る装置の構成が好ましい。その際、タービンの下流側で第１副経路が主経路に通じると特によい。タービンで発生する圧力勾配は、例えばリード弁で、第１副経路に流入するガス量の調量に利用できる利点がある。ここでタービンとは、特にターボ過給機を意味する。２つ以上の、特に直列式のターボ過給機をシステム内に形成すると、合流を他のターボ過給機の前後で実行可能となる。
【０１１３】
更に、第１副経路および／又は第２副経路に流入するガス量を調節する手段を設けるとよい。この手段は、特にリード弁および／又は可動フラップを含む。第１副経路中に形成したアンモニア発生器の作動条件を適合させかつ調整できる。
【０１１４】
更に、少なくとも部分的に排気再循環管路から取出すことのできる作動ガスを、改質器および／又は反応器に備えると好ましい。
【０１１５】
更に、全装置要素、特にアンモニア発生器、粒子分離器およびＳＣＲ触媒を共通のハウジング内に設けた装置が好ましい。この結果、排気装置への簡単な接続が可能となる。従って装置は「ブラックボックス」として、特に排気装置を追加装備すべく利用できる。
【０１１６】
本発明に係る他の態様で提案する排出ガス精製方法では、排出ガス中にある粒子を粒子分離器によって少なくとも部分的に分離し、排出ガス中の酸化窒素をＳＣＲ触媒において少なくとも部分的に還元し、粒子の分離を主排出ガス経路中で行い、第１副経路中でアンモニアを生成し、このアンモニアを還元剤としてＳＣＲ触媒に供給する。
【０１１７】
その際、室温時に気体状の少なくとも１つの出発材料から、第１副経路内でアンモニアを生成するとよい。更に、室温時に気体状の窒素源からアンモニアを生成するとよい。特に空気および／又は排出ガスが窒素源として利用できる。
【０１１８】
本発明に係る方法の有利な１構成では、第１副経路と主排出ガス経路を、第１副経路で生成したアンモニア含有ガス流が粒子分離器を流通するように一緒にする。
【０１１９】
本発明に係る方法の他の有利な１構成によれば、粒子分離器内で少なくとも１つの電界を形成し、この電界により下記機能の少なくとも１つを果たす。
５８．１）粒子の凝集、
５８．２）粒子の分離、及び
５８．３）粒子分離器の再生。
【０１２０】
５８．１）での凝集とは、複数の粒子が堆積して一つの粒子になることであり、大きな平均粒径の粒子が生じる。この堆積は、特に直流電圧又は低周波交流電圧を印加することで実行可能である。５８．２）の意味での分離とは、排出ガス流からの粒子の除去を意味する。５８．３）での再生とは、電界による粒子の除去を意味する。
【０１２１】
本発明に係る方法の他の有利な１構成では、粒子分離器が粒子分離器を再生するための再生機能を有する。その際、再生機能が下記メカニズムの少なくとも１つに依拠していると特別好ましい。
６０．１）粒子分離器の少なくとも一部の上流側で二酸化窒素を提供する、
６０．２）粒子分離器の温度を限界温度以上に高める、
６０．３）粒子分離器の少なくとも一部の上流側で酸化剤を提供する、及び
６０．４）放電によって再生する。
【０１２２】
粒子分離器の再生とは、特に分離した粒子の粒子分離器からの除去を意味する。再生機能とは、沈積および／又は堆積した粒子の再生、即ち粒子分離器からの粒子の除去に対する粒子分離器の適性である。この再生機能は特に熱的および／又は化学的に構成できる。
【０１２３】
粒子分離器が６０．２）による熱的再生機能を有する場合、排出ガス中の残余酸素割合ででも、粒子の炭素の酸化が起きる温度を越えて粒子分離器の加温を引き起こし得る手段を設けるとよい。粒子分離器は、この酸化を触媒する触媒活性材料を含み得る。熱的再生は、排出ガス温度を高めおよび／又は付加的加熱機構を設けることで達成できる。
【０１２４】
粒子分離器が６０．１）および／又は６０．３）による化学的再生機能を有する場合、化学反応によって粒子の分解を達成する可能性がある。これは、例えば二酸化窒素と炭素を一酸化窒素と二酸化炭素へと反応させることで達成できる。他の再生機能は、排出ガス中の十分に高い二酸化窒素濃度を粒子分離器内で極力連続的に保証し、こうして炭素粒子を連続的に分解させる手段を備えたＣＲＴ法にある。６０．４）による放電に依拠した再生機能は例えば沿面放電に基づいている。
【０１２５】
本発明に係る方法の他の有利な１構成では、アンモニアを、プラズマで支援して一酸化窒素を生成し、引き続きアンモニアへ還元することで生成する。
【０１２６】
プラズマによる一酸化窒素の生成に関しては、独国特許出願公開第１０２５８１８５号明細書を引用し、その開示を本願明細書の開示に採り入れるものとする。
【０１２７】
その際、プラズマ発生器を、少なくとも窒素と酸素とを含む第１作動ガスで作動させるとよい。ここでは特に空気および／又は排出ガスが作動ガスとして利用できる。
【０１２８】
更に、アンモニア発生器が少なくとも１つの蓄積要素を含み、該要素内に酸化窒素が可逆的に蓄積可能であるとよい。
【０１２９】
酸化窒素の可逆的蓄積により、プラズマ発生器と結合可能な２つのガス経路を設け、各一方のガス経路に酸化窒素を蓄積し、他方のガス経路で酸化窒素を遊離させ、次に酸化窒素をアンモニアへと還元することができる。酸化窒素を亜硝酸塩および／又は硝酸塩として化学収着する蓄積還元被覆を備えたハニカム体を含む蓄積要素が好ましい。
【０１３０】
更に、少なくとも２つの蓄積要素を形成し、少なくとも１つの蓄積要素内で酸化窒素を沈積させる一方、蓄積した酸化窒素を少なくとも１つの蓄積要素から溶出させるようにした方法が好ましい。これに関連して、更に各蓄積要素内で交互に酸化窒素を沈積させ、溶出させるような方法が好ましい。
【０１３１】
酸化窒素の蓄積が物理収着および／又は化学収着に依拠した方法構成が好ましい。
【０１３２】
更に、酸化窒素の沈積および溶出が少なくとも１つの物理的および／又は化学的プロセス変量に依存して起きる方法が好ましい。これに関連して、特別好ましくは、前記少なくとも１つのプロセス変量が下記変量の少なくとも１つを含む。
６９．１）排出ガスの温度、
６９．２）蓄積要素の温度、及び
６９．３）蓄積要素を流通するガスの成分濃度。
【０１３３】
これに関連して特別好ましい方法では、６９．３）によるプロセス変量が下記物質の少なくとも１つの濃度を含む。
７０．１）水素、及び
７０．２）炭化水素。
【０１３４】
その際、物質７０．１）の提供は、改質器および／又は反応器により行うとよく、特に炭化水素の部分酸化によって生成させる。その際改質器および／又は反応器を第２副経路中に形成するとよい。
【０１３５】
第２副経路が蓄積要素の上流側で第１副経路に通じると特によい。第２副経路を、特に改質器および／又は反応器の上流側で、特に排出ガスの廃熱で加熱すると好ましい。改質器および／又は反応器の直接的加熱も可能であり、本発明に含まれる。排出ガスの廃熱による加熱と並んで、又はそれを補足して、例えば電気抵抗ヒータによる付加的加熱を行える。第２副経路は炭化水素と、場合によっては空気を作動ガスとして装入できる。
【０１３６】
物理収着に基づく第１限界温度より実質低い温度で酸化窒素の蓄積を行うとよい。
【０１３７】
更に、化学収着に基づく第２限界温度より高い温度で酸化窒素の蓄積を行うとよい。
【０１３８】
これに関連して、好ましくは、
７６．１）蓄積要素はその表面又は内部で酸化窒素の可逆的蓄積が実質的に物理収着および化学収着によって起きるよう構成されており、又は
７６．２）少なくとも２つの蓄積要素が構成されており、それらのうち少なくとも１つの蓄積要素の表面又は内部で酸化窒素の可逆的蓄積が実質的に物理収着によって起き、少なくとも１つの別の蓄積要素の表面又は内部で酸化窒素の可逆的蓄積が実質的に化学収着によって起き、
前記少なくとも１つの蓄積要素は第１限界温度が第２限界温度よりも実質高いように設計されている。
【０１３９】
可能性７６．１）では、ハニカム体が相応する被覆を含むことができ、この被覆は物理収着のための、例えばゼオライト又は類似の分子篩を含み、このゼオライトは選択的に又は累加的に化学収着が起きるように相応に構成される。
【０１４０】
好ましい方法では更に、
前記少なくとも１つの蓄積要素に蓄積温度が存在し、
少なくとも１つの改質器に改質器温度が存在し、
排出ガス中に排出ガス温度が存在し、
排出ガスから下記要素の少なくとも１つへと正の熱伝達、又は下記要素の少なくとも１つからの負の熱伝達を行うことができ、
７７．１）少なくとも１つの蓄積要素、又は
７７．２）少なくとも１つの改質器又は反応器、
熱伝達が下記条件の少なくとも１つを満たし、
７７．１．ａ）主として物理収着の起きる蓄積要素への又はそこからの熱伝達は、蓄積温度が第１限界温度より実質下に留まるように調節および／又は制御され、
７７．１．ｂ）主として化学収着の起きる蓄積要素への又はそこからの熱伝達は、蓄積温度が第２限界温度より実質的に上で、そしてそれより上では酸化窒素の脱離が起きる第３限界温度以下に留まるように調節および／又は制御され、又は
７７．２．ａ）反応器への又はそこからの熱伝達は、反応器が水素含有ガスを生成する範囲内に反応器温度があるように調節および／又は制御される。
【０１４１】
本方法の好ましい１構成では、少なくとも部分的に化学収着に基づく少なくとも１つの蓄積要素の蓄積温度が第２限界温度より上であるとき、プラズマ発生器による一酸化窒素の富化が行われる。
【０１４２】
好ましい方法では、更にプラズマ発生器用第１作動ガスの質量流量は、部分的に化学収着に依拠した蓄積要素の蓄積温度が第２限界温度より下のときは、設定可能な第１値に実質一致し、そして蓄積温度が第２限界温度よりも上のときは、設定可能な第１値よりも大きい設定可能な第２値より上にある。
【０１４３】
上記温度を、少なくとも部分的に計算機支援モデルを介して判定する方法が基本的に好ましい。
【０１４４】
これに関連し、特に検出器を介して少なくとも１つの温度を検出することも特に好ましい。
【０１４５】
本発明に係る方法の他の有利な１構成では、アンモニア生産を排出ガス中のＮＯX濃度および／又はアンモニア濃度に依存して調節および／又は制御する。これに関連し、排出ガスのＮＯX含有量および／又はアンモニア含有量を検出器で検出すると特に好ましい。
【０１４６】
その際、特に排出ガスのＮＯXおよび／又はアンモニア含有量の間接的判定も行え、検出器を介して排出ガス中の別の濃度を検出し、次にこれからＮＯX濃度および／又はアンモニア濃度が得られる。更に、排気系統中に複数の検出器を形成してもよい。
【０１４７】
本発明に係る方法の他の有利な１構成では、ＮＯX濃度を内燃機関の作動データから判定する。
【０１４８】
特に、エンジン特性図から排出ガス中のＮＯX濃度を推定できる。測定値に基づきＮＯX濃度値を適合し得る効果がある。
【０１４９】
主排出ガス経路中に少なくとも１つのタービンを形成し、タービンの上流側で第１副経路を主排出ガス経路から分岐するプロセス管理が特に好ましい。更に、タービンの下流側で、第１副経路を主排出ガス経路に連通させるとよい。
【０１５０】
その場合、タービンによって発生する圧力勾配を、第１副経路内の作動ガス流の調節に利用できる利点がある。特に、作動ガス流を調節する手段、例えばリード弁又は類似物を設けることができる。
【０１５１】
第１および／又は第２副経路内を流れるガス量は、リード弁および／又は可動フラップによって調節および／又は制御すると望ましい。
【０１５２】
少なくとも部分的に排気再循環管路から取出すことのできる作動ガスを、改質器および／又は反応器に装入する構成が好ましい。
【０１５３】
特に、排気再循環管路は相応する流れ誘導手段を介して第２副経路と結合可能とすることができ、この副経路中に改質器および／又は反応器を設け得る。この流れ誘導手段を介して、ガス質量流量を第２副経路によって制御および／又は調節するとよい。
【０１５４】
予熱すべき作動ガスを改質器および／又は反応器および／又はプラズマ発生器に装入することも特に好ましい。
【０１５５】
予熱は、特に電気加熱および／又は排出ガスの廃熱を利用することで行える。
【０１５６】
本発明に係る装置について開示した細部は、本発明に係る方法にも同様にあてはめることができる。特に、粒子分離器、アンモニア発生器、ＳＣＲ触媒、ハニカム体等の利用される要素の説明は、本発明に係る方法に直接あてはめることができる。
【０１５７】
以下、添付図に基づいて本発明が説明するが、本発明は図示実施例に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１５８】
図１が略縦断面図で示す第１実施例の排出ガス処理ユニット１は、本発明に係る装置の一部とすることができるが、しかしこのユニットは、本発明に係る装置の残りの要素なしでも実現できる。排出ガス処理ユニット１は第１流れ領域３と第２流れ領域２とを含み、流れ領域は実質互いに並列に流通可能であり、かつ隔壁４により相互に分離されている。第２流れ領域２中にプラズマ発生器５を形成している。第２流れ領域２は第１副経路１０５の一部、第１流れ領域３は主排出ガス経路１０４の一部である。反応器１３３および／又は改質器１１１を備えた選択的又は累加的第２流れ領域２を構成した場合、第２流れ領域２は第２副経路１１０の一部となし得る。
【０１５９】
本例では、第２流れ領域２中に形成したプラズマ発生器５を、特に独国特許出願公開第１０２５８１８５号明細書に示された様式に従って形成している。プラズマ発生器は、第１電極６と第２電極７とを含む。第２電極７は、プラズマ通路８の周りに漏斗状に形成している。直流又は交流の高電圧を電極６、７に印加すると、プラズマ通路８内にプラズマが生じる。短時間で２５００ｋ超のガス温度をもたらすこのプラズマにより、窒素と酸素から一酸化窒素への増加された変換が起きる。給電は接続部９を介して行われる。
【０１６０】
図２に略示する第２実施例の排出ガス処理ユニット１は、第１流れ領域３と第２流れ領域２とを含み、特に、本発明に係る排出ガス処理装置の一部を構成している。この排出ガス処理ユニット１を内燃機関１００の排気系統中で利用する場合、排出ガス処理ユニット１を排出ガス流１０が流れ方向１１に流通する。流れ領域２、３を分離する隔壁４によって、第１排出ガス部分流１２と第２排出ガス部分流１３とへの排出ガス流１０の分配が行われる。第２流れ領域２内を流れる第１排出ガス部分流１２中で、プラズマ発生器５により一酸化窒素の富化が行われる。プラズマ発生器５内での富化前に、ガス供給手段１４によって酸素と、場合によっては窒素を含むガスが供給される。このガスは特に空気であってよい。酸素含有ガスと共通壁４との接触に伴い、共通壁４の反対側を流れる排出ガスにより酸素含有ガスの予熱が起こる。排出ガスも空気も十分に窒素（Ｎ2）を含有し、この窒素は酸化窒素（ＮＯX）、好ましくは一酸化窒素（ＮＯ）への酸化に利用できる。第１排出ガス部分流１２を一酸化窒素で富化後、第２実施例の排出ガス処理ユニット１において、第１還元触媒被覆を有する第１ハニカム構造体１５内で、第１排出ガス部分流１２内になお含まれている酸素の還元が行われる。第１ハニカム構造体１５は排出ガス用流れ方向１１で流通可能であり、特に第１ハニカム構造体１５を貫通する、相応した空洞又は通路を有する。第１ハニカム構造体１５は、ここに開示する別の全てのハニカム構造体と全く同様に、特にセラミックモノリスとして、又は少なくとも部分的に構造化した金属層から構成しておくことができる。流れ方向１１で第１ハニカム構造体１５の下流側に、第２ハニカム構造体１６を形成している。第２ハニカム構造体１６は、一酸化窒素をアンモニアへと還元するための第２還元触媒被覆を有する。それと共に、流れ方向１１で第２ハニカム構造体１６の下流側にアンモニア含有第１排出ガス流１２が存在する。
【０１６１】
流れ方向１１で下流側にある隔壁４の末端によって、この末端の下流側に共通の第３流れ領域１７が生じ、該領域内で第１排出ガス部分流１２と第２排出ガス部分流１３が合流する。流れ方向１１で第２ハニカム構造体１６の上流側に還元剤供給手段１８が形成されている。この還元剤供給手段１８によって、第２ハニカム構造体１６内で一酸化窒素からアンモニアへの還元に必要な還元剤を供給できる。還元剤として、特に炭化水素、例えば内燃機関の燃料を供給できる。
【０１６２】
図３は排気系統１９を略示している。内燃機関２０の排出ガス流１０が排気系統１９を流通する。隔壁４が第１流れ領域３を第２流れ領域２から分離する。ここで第１排出ガス部分流１２と第２排出ガス部分流１３とへの排出ガス流１０の分配が起こり、排出ガス部分流は第２流れ領域２および第１流れ領域３を流通する。第１排出ガス部分流１２がプラズマ発生器５を通過し、該発生器内で第１排出ガス部分流１２内の一酸化窒素が富化される。プラズマ発生器５から流出後、第１排出ガス部分流１２が第２ハニカム構造体１６を流通し、該構造体内で一酸化窒素からアンモニアへの還元が行われる。このため還元剤供給手段１８を経て炭化水素含有又は水素含有還元剤、特に内燃機関の燃料が添加される。第１流れ領域３から進出後、いまやアンモニアを含有した第１排出ガス部分流１２は共通の第３流れ領域１７において、第１流れ領域３を通過した第２排出ガス部分流１３と混合される。両方の排出ガス部分流１２、１３の混合は混合構造体２１により促進され、この混合構造体内で両方の排出ガス部分流１２、１３の完全混合が生じる。一方で流れ方向１１に対し実質垂直に横方向流れを起こすことができ、かつ横方向流れを強制し又は促す誘導構造体が形成されるように、混合構造体２１を相応する金属箔で構成できる。
【０１６３】
混合構造体２１から流出後、排出ガス流は次に第３ハニカム構造体２２に流入する。該第３ハニカム構造体２２は、還元剤のアンモニアで酸化窒素の選択接触還元を触媒する第３還元触媒被覆を備えている。従って、第３ハニカム構造体２２は浄化された排出ガス流２３を流出させ、その酸化窒素含有量は排出ガス流１０の酸化窒素含有量と比較して少なくとも著しく減少している。
【０１６４】
図４は排気系統の第２実施例を略縦断面図で示す。排気系統１９の第２流れ領域２中にまずプラズマ発生器５が形成されている。流れ方向１１で下流側、プラズマ発生器５の背後に、排出ガス部分流中に場合によってなお存在する残余酸素を還元する第１ハニカム構造体１５が形成されている。更に下流側に構成された第２ハニカム構造体１６で、プラズマ発生器５内で生成した一酸化窒素のアンモニアへの還元が行われる。更に下流側に、還元剤を一時的に蓄積する手段２４が形成されている。還元剤は、特に第２ハニカム構造体１６内で形成したアンモニアであってよい。還元剤を一時的に蓄積する手段２４は、還元剤過剰の時間内に還元剤の一部を沈積させ、後に必要な場合にこれを再び遊離させることを可能とする。これは例えば化学収着又は物理収着に基づくプロセスで実行でき、このプロセスは必要な場合に給熱によって再び逆転させることができる。
【０１６５】
プラズマ発生器５が制御手段２５と接続されており、この制御手段を介してプラズマ発生器は給電される。更に、排気系統１９が流れ誘導手段２６を有し、該手段は流れ方向１１で第１流れ領域２と第２流れ領域３との間の隔壁４の上流側に形成されている。これら流れ誘導手段２６は、ここで開示する別の全ての流れ誘導手段および流れ管路手段と同様に、例えば管路板として構成でき、又は第１流れ領域２と第２流れ領域３とへの排出ガス部分流の分配変更を作動中に可能とする揺動可能なフラップとしても構成できる。流れ誘導手段２６の可動性を矢印で示す。
【０１６６】
図５は、第１流れ領域３と第２流れ領域２が既に形成されている領域における排出ガス処理ユニット１を略横断面で示す。流れ領域は隔壁４で分離されている。こうして、特に第２流れ領域２を流通する比較的冷たいガスを、第１流れ領域３を流通する比較的温かいガスで加温できる。その際、第２流れ領域２内のプラズマ発生器５用作動ガスは、内燃機関２０の第１流れ領域３を流通する排出ガスにより加温するとよい。本発明に係る排出ガス処理ユニット１は、特に、例えばＤ形に変形した２つの管からなる所謂「二重Ｄ管」を含むこともでき、これら管は場合によっては共通の管状外管内で保持される。
【０１６７】
好ましくは、第２流れ領域２を流通する排出ガス流又はガス質量流は第１流れ領域３を流通する排出ガス質量流と比較して少ない。
【０１６８】
この排出ガス処理ユニット１は、プラズマ発生器５のコンパクトな構造を可能とし、該プラズマ発生器は、排出ガス処理ユニットを流通するガスの単に１つの部分流中で作動する。プラズマ発生器５を備えた排出ガス処理ユニット１は、内燃機関２０の酸化窒素排出量を減らすシステム又は方法の枠内で、排気系統１９において利用すると特に好ましい。プラズマ発生器５のコンパクトな構造の故に、このプラズマ発生器は例えば自動車、特に乗用車、トラック等の移動システムの排気系統１９内で利用するのに特に適している。
【０１６９】
図１乃至図５および本発明の相応する別の個所に述べた排出ガス処理ユニットは、排出ガス再処理装置の残りの部分なしに単独でも実現することができる。
【０１７０】
図６は、内燃機関１００の排出ガスを精製するための本発明に係る装置の第１実施例を略示する。この装置は粒子分離器１０１と酸化窒素（ＮＯX）を選択接触還元すべくＳＣＲ触媒１０２とアンモニア発生器１０３とを含み、搭載アンモニア発生器内で生成したアンモニアは、酸化窒素を選択接触還元する選択還元剤としてＳＣＲ触媒内で利用される。本発明によれば粒子分離器１０１は主排出ガス経路１０４中に、アンモニア発生器１０３は第１副経路１０５中に各々形成されている。第１副経路１０５は合流部１０６で主排出ガス経路１０４に通じている。第１実施例で合流部１０６は、ＳＣＲ触媒１０２の上流側に形成されている。
【０１７１】
アンモニア発生器１０３用の少なくとも１つの作動ガスを提供するための手段１０７はアンモニア発生器１０３の上流側に形成されている。該手段１０７は、アンモニア発生器１０３内に設けてもよい。手段１０７は特に下記手段の少なくとも１つを含む。
ａ）窒素含有作動ガス流を提供するための手段、
ｂ）水素含有還元剤流を提供するための手段、及び
ｃ）酸素含有作動ガス流を提供するための手段。
【０１７２】
手段ａ）、ｃ）用に、排出ガス、空気および／又は再循環排出ガスを供給する手段を形成することができる。手段ｂ）は、炭化水素含有出発材料から部分酸化によって水素含有作動ガスを生成する改質器を含むことができる。
【０１７３】
ＳＣＲ触媒１０２の下流側に第１酸化触媒１０８を設け、ＳＣＲ触媒１０２を万一突破したアンモニア又は炭化水素をこの酸化触媒で酸化し、従って周囲に流出させないようになし得る。
【０１７４】
図７は内燃機関１００の排出ガスを精製するための本発明に係る装置の第２実施例を略示する。主排出ガス経路１０４中に粒子分離器１０１、ＳＣＲ触媒１０２、そしてＳＣＲ触媒１０２の下流側でこれと結合して第１酸化触媒１０８を設けている。ＳＣＲ触媒１０２と第１酸化触媒１０８は、特に単一のハニカム体上に構成できる。
【０１７５】
第１副経路１０５中に、プラズマ発生器１１４を含むアンモニア発生器１０３を形成している。このプラズマ発生器は、圧縮機１０９を介して作動ガスとしての空気を供給される。更に、第２実施例で形成した第２副経路１１０が改質器１１１を含む。該改質器が燃料タンク１１２と結合されており、この燃料タンクから改質器１１１に炭化水素が供給される。更に改質器１１１は酸素含有ガス、例えば空気又は排気再循環管路から取出された排出ガスを供給される。改質器１１１内で炭化水素の部分酸化が起き、こうして水素含有合成ガス流および／又は分解ガス流が発生し、このガス流は第２合流部１１３を介して第１副経路１０５に供給できる。
【０１７６】
プラズマ発生器１１４が酸化窒素含有ガス流、好ましくは一酸化窒素含有ガス流を生成し、このガス流は蓄積／還元要素１１５内に一時的に蓄積される。ここでは、硝酸塩および／又は亜硝酸塩の態様の酸化窒素を蓄積する化学収着が好ましい。ここで亜硝酸塩および硝酸塩は水素によってアンモニアへと反応できる。蓄積／還元要素１１５が次に進出させるアンモニア含有ガス流はまず粒子分離器１０１を流通し、それに続いてＳＣＲ触媒１０２を流通する。ＳＣＲ触媒１０２内でアンモニアは酸化窒素を選択還元するための還元剤として働き、粒子分離器１０１内でアンモニアは粒子フィルタ再生用の抑制剤として利用できる。
【０１７７】
図８は本発明に係る装置の一部を略示する。主排出ガス経路１０４中に粒子分離器１０１を形成している。該分離器は粒子分離器１０１の再生機能としての沿面放電生成手段１１６を含む。
【０１７８】
図９は本発明に係る装置の一部を略示する。主排出ガス経路１０４中に粒子分離器１０１を形成している。上流側、即ち内燃機関１００の方向で第２酸化触媒１１７が構成されている。この酸化触媒は、粒子分離器１０１の熱的再生手段としても化学的再生手段としても利用できる。化学的再生機能１０．１）および／又は１０．３）の場合、第２酸化触媒１１７は一酸化窒素から二酸化窒素への酸化に利用でき、この二酸化窒素は、特にＣＲＴ法の枠内で粒子分離器の再生剤として利用できる。粒子分離器１０１の熱的再生機能１０．２）の場合、供給管路１１８を通して炭化水素を第２酸化触媒１１７上に被着させ、炭化水素をそこで分解し、炭化水素の発熱酸化に基づき、粒子分離器１０１を流通するガス流の加熱を行える。第２酸化触媒１１７は、特に粒子分離器１０１の一部となし得る。粒子分離器１０１は、特に選択的又は付加的抵抗ヒータを装備しても、例えば内燃機関１００に向き合うそのガス流入側領域に、加熱可能なディスクを含んでもよい。
【０１７９】
図１０は、内燃機関１００の排出ガスを精製するための本発明に係る装置の第３実施例を略示する。排気系統が主排出ガス経路１０４と第２副経路１１０とを含み、該副経路はターボ過給機１１９の上流側で主排出ガス経路１０４から分岐している。第２副経路１１０中に改質器１１１を設けている。第２副経路１１０は分岐部１２０で主経路１０４から分岐している。分岐部１２０をターボ過給機１１９の上流側に設けているのに対し、第２合流部１１３はターボ過給機１１９の下流側に設けている。
【０１８０】
更に第１副経路１０５が形成されており、プラズマ発生器１１４を含むアンモニア発生器１０３がこの副経路中に設けられている。プラズマ発生器１１４用作動ガス１２１として、ここでは空気および／又は排出ガスを利用し、作動ガス１２１は排出ガスおよび／又は空気を含み得る。作動ガス１２１は、特に内燃機関排出ガスの廃熱および／又は電気抵抗ヒータ１２２により加熱できる。
【０１８１】
作動時、プラズマ発生器１１４は作動ガス１２１からの窒素と酸素を酸化窒素、好ましくは一酸化窒素へと変換する。プラズマ発生器１２１は、極力大きな一酸化窒素収率を達成すべく作動される。その際、酸化窒素含有ガス流は蓄積／還元要素１１５内に通され、その中で酸化窒素、好ましくは一酸化窒素が化学収着され、亜硝酸塩および／又は硝酸塩として蓄積される。
【０１８２】
改質器１１１内で生成した水素含有ガスが蓄積／還元要素１１５を流通すると、亜硝酸塩および／又は硝酸塩のアンモニアへの還元が起きる。それに伴い発生するアンモニア含有ガス流は、次にＳＣＲ触媒１０２に通り、そこで酸化窒素用選択還元剤として利用される。ＳＣＲ触媒１０２は上記の如くハニカム体を含むとよい。
【０１８３】
主排出ガス経路１０４中に設けた第２酸化触媒１１７内、で好ましくは一酸化窒素から二酸化窒素への酸化が促進される。この二酸化窒素（ＮＯ2）は、次に粒子内に含有された炭素（Ｃ）を二酸化炭素（ＣＯ２）へと変換し、それ自体一酸化窒素（ＮＯ）へと還元される。これにより、粒子分離器１０１の再生を行うことができる。
【０１８４】
粒子分離器１０１は、有利なことに、少なくとも１つのフィルタ要素１２３の他に、少なくとも１つのフィルタ要素１２３と協動する第２プラズマ発生器１２４を含む。このプラズマ発生器は、沿面放電がフィルタ要素の再生を引き起こすように構成されかつ作動される。プラズマ発生器の構成および作動に関し、独国特許第１００５７８６２号明細書を引き合いに出し、その限りでその開示内容は本発明の開示内容に取り入れる。
【０１８５】
更に構成されている制御ユニット１２５は電圧源１２６と接続可能である。この制御ユニット１２５はプラズマ発生器１１４と第２プラズマ発生器１２４を一緒に制御する。その際、エンジン制御装置１２７からのデータを考慮する。特に、エンジン制御装置１２７のデータ、好ましくはエンジン特性図に基づき、排出ガス中のＮＯX濃度を判定できる。
【０１８６】
前記少なくとも１つのフィルタ要素１２３、第２酸化触媒１１７、ＳＣＲ触媒１０２、改質器１１１、蓄積／還元ユニット１１５、アンモニア発生器１０３および／又は粒子分離器１０１は、少なくとも１つのハニカム体を含み得る。装置要素は、共通のハウジング１２８内に設けるとよい。
【０１８７】
図１１に示すアンモニア発生器１０３は、第１副経路１０５中に形成されている。このアンモニア発生器が含むプラズマ発生器１１４内で、窒素および酸素を含有する出発材料混合物から酸化窒素、好ましくは一酸化窒素が生成される。こうして生成した一酸化窒素含有ガス流は、第１ガス経路１２９又は第２ガス経路１３０に誘導される。第１ガス経路１２９は第１蓄積／還元要素１３１を含み、第２ガス経路１３０は第２蓄積／還元要素１３２を含む。プラズマ発生器１１４の排出ガスを流通させるガス経路１２９、１３０において相応する蓄積／還元要素１３１、１３２上で酸化窒素の化学収着が起きる。蓄積は亜硝酸塩および／又は硝酸塩として行われる。反応器１３３によって提供される水素含有ガス流の導通により、各他方のガス経路１３０、１２９において各亜硝酸塩および／又は硝酸塩基のアンモニアへの還元および同時に変換が行われる。この結果生じたアンモニア含有ガス流は、下流側に設けられたＳＣＲ触媒１０２内で酸化窒素を還元するための選択還元剤として利用すべく、主排出ガス経路１０４内に誘導される。反応器１３３は特に改質器を含みおよび／又は炭化水素の部分酸化により水素を生成することができる。
【０１８８】
各１つの蓄積／還元要素１３１、１３２が充填されかつ並行して各他方の蓄積／還元要素１３１、１３２が排出されるプラズマ発生器１１４の断続的動作によって、蓄積／還元要素１３１、１３２の排出時に既存の酸素割合を極力僅かに抑えることができ、所要量の水素は減少する。その場合、水素と酸素との間での水素を消費する反応が起きるのではなく、主として希望する硝酸塩／亜硝酸塩のアンモニアへの還元が起きる。ガス流は弁１３４を介して相応に誘導できる。
【０１８９】
図１２に示す構成では、粒子分離器１０１が少なくとも２つの要素１３６を含み、これら要素は第１電界を生成する手段１３５と結合可能である。第１電界により粒子の凝集および／又は分離を行える。
【０１９０】
本発明に係る方法と装置は、内燃機関１００の排出ガス中に含まれた粒子および酸化窒素（ＮＯX）の割合を同時に減少させることができ、この還元用のエネルギー消費量は少なく、同時に装置全体はコンパクトに構成されたユニットとして実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】本発明に係る装置の一部としての排出ガス処理ユニットの第１実施例を略縦断面図で示す。
【図２】本発明に係る装置の一部としての排出ガス処理ユニットの第２実施例を略縦断面図で示す。
【図３】排気系統の第１実施例を概略示す。
【図４】排気系統の第２実施例を概略示す。
【図５】本発明に係る装置の一部としての排出ガス処理ユニットを略横断面で示す。
【図６】本発明に係る装置の第１実施例を概略示す。
【図７】本発明に係る装置の第２実施例を概略示す。
【図８】粒子分離器の第１例を概略示す。
【図９】粒子分離器の第２例を概略示す。
【図１０】本発明に係る装置の第３実施例を概略示す。
【図１１】アンモニア発生器の１例を概略示す。
【図１２】粒子分離器の１例を概略示す。
【符号の説明】
【０１９２】
１  排出ガス処理ユニット、２  第２流れ領域、３  第１流れ領域、４  共通壁、５  プラズマ発生器、６  第１電極、７  第２電極、８  プラズマ通路、９  接続部、１０  排出ガス流、１１  流れ方向、１２  第１排出ガス部分流、１３  第２排出ガス部分流、１４  ガス供給手段、１５  第１ハニカム構造体、１６  第２ハニカム構造体、１７  第３流れ領域、１８  還元剤供給手段、１９  排気系統、２０  内燃機関、２１  混合構造体、２２  第３ハニカム構造体、２３  浄化された排出ガス流、２４  還元剤を一時的に蓄積するための手段、２５  制御手段、２６  流れ誘導手段、１００  内燃機関、１０１  粒子分離器、１０２  ＳＣＲ触媒、１０３  アンモニア発生器、１０４  主排出ガス経路、１０５  第１副経路、１０６  合流部、１０７  少なくとも１つの作動ガスを提供するための手段、１０８  第１酸化触媒、１０９  圧縮機、１１０  第２副経路、１１１  改質器、１１２  燃料タンク、１１３  第２合流部、１１４  プラズマ発生器、１１５  蓄積／還元要素、１１６  沿面放電生成手段、１１７  第２酸化触媒、１１８  供給管路、１１９  ターボ過給機、１２０  分岐部、１２１  作動ガス、１２２  抵抗ヒータ、１２３  フィルタ要素、１２４  第２プラズマ発生器、１２５  制御ユニット、１２６  電圧源、１２７  エンジン制御装置、１２８  ハウジング、１２９  第１ガス経路、１３０  第２ガス経路、１３１  第１蓄積／還元要素、１３２  第２蓄積／還元要素、１３３  反応器、１３４  弁、１３５  第１電界生成手段
【図１】
2008542609.tif 000003
【図２】
2008542609.tif 000004
【図３】
2008542609.tif 000005
【図４】
2008542609.tif 000006
【図５】
2008542609.tif 000007
【図６】
2008542609.tif 000008
【図７】
2008542609.tif 000009
【図８】
2008542609.tif 000010
【図９】
2008542609.tif 000011
【図１０】
2008542609.tif 000012
【図１１】
2008542609.tif 000013
【図１２】
2008542609.tif 000014
【国際調査報告】
2008542609.tif 000015
2008542609.tif 000016
2008542609.tif 000017
2008542609.tif 000018
2008542609.tif 000019
2008542609.tif 000020