(57)【要約】  少なくとも排ガスを流れ方向（２）で流通させ得る排気管路（１）と、排気管路（１）内への還元剤（４）用供給部（３）と、供給すべき還元剤（４）を調量する調節ユニット（５）と、流れ方向（２）で供給部（３）の下流側に位置決めされる支持体（６）とを含み、該支持体が、還元剤（４）と排ガスの少なくとも１成分とで化学反応を引き起こす手段を含み、支持体（６）が少なくとも１つの金属製本体（７）を備えて構成されており、この本体が少なくとも部分的に還元剤（４）用貯蔵能力を有する被覆（８）を含む排ガス処理装置に関する。更に、特に固体として存在する還元剤（４）を調量して用意するための２つの方法を提供する。本発明の方法と装置は、還元剤を節約して取り扱い、それにも係らず、排ガス中に含まれる窒素酸化物のほぼ１００％転換を保証できる。【選択図】      図１
2008536048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス処理装置であって、少なくとも、
排ガスを流れ方向（２）で流通させることのできる排気管路（１）と、
排気管路（１）内への還元剤（４）用供給部（３）と、
供給されるべき還元剤（４）を調量するための調節ユニット（５）と、
流れ方向（２）で供給部（３）の下流側に位置決めされる支持体（６）とを含み、この支持体が、還元剤（４）と排ガスの少なくとも１成分とで化学反応を引き起こすための手段とを含むものにおいて、
支持体（６）が少なくとも１つの金属製本体（７）を備えて構成されており、該本体が少なくとも部分的に還元剤（４）用蓄積能力を有する被覆（８）を含むことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
被覆（８）が、二酸化チタン、三酸化タングステン、三酸化モリブデン、五酸化バナジウム、二酸化ケイ素、三酸化硫黄、ゼオライトのうち少なくとも１成分を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
被覆（８）の厚さ（９）が、０．０１〜０．０３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
本体（７）が、ガス不透過性であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
【請求項５】
支持体（６）の領域で利用可能な窒素酸化物の量を算定するための手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
触媒要素（１０）が流れ方向（２）で、白金を含む層（１１）を有する支持体（６）の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
固体としての還元剤（４）用の容器（１２）および移送機構（１３）を有することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
還元剤（４）の調量を点検するための手段を備えることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
分配器（１４）が、流れ方向（２）で支持体（６）の上流側に配置されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
内燃機関（１５）の排気管路（１）中の排ガスを処理するための方法であって、少なくとも以下の段階を含む方法。
ａ）排ガス中の窒素酸化物の量を算定する段階、
ｂ）排気管路（１）中に蓄積された還元剤（４）の貯蔵量（４１）を考慮して排気管路（１）に供給すべき還元剤（４）の調量（４４）を算定する段階および
ｃ）還元剤（４）の調量（４４）を供給する段階。
【請求項１１】
少なくとも段階ｃ）を断続的に行う請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも段階ｃ）を、段階ａ）で算定した量の窒素酸化物が最小値（４７）を上まわって初めて実行する請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも段階ｃ）を内燃機関（１５）が負荷運転中であるときに初めて実行する請求項１０から１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
内燃機関（１５）の排気管路（１）中の排ガスを処理するための方法であって、少なくとも以下の段階を含む方法。
ｘ）排気管路（１）に供給されるべき還元剤（４）の一定調量（４４）を用意する段階、
ｙ）排気管路（１）中に蓄積された還元剤（４）の貯蔵量（４１）を算定する段階および
ｚ）貯蔵量（４１）が限界値（４２）を下まわると還元剤（４）の調量（４４）を供給する段階。
【請求項１５】
限界値を、以下のパラメータの少なくとも１つに依存して算定する請求項１４記載の方法。
排ガス中に存在する窒素酸化物の量、
内燃機関（１５）の運転状態、
排ガスの温度および
排ガス中に存在する酸素量。
【請求項１６】
還元剤（４）を同じ調量（４４）の固体として用意する請求項１０から１５の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを処理するための装置と、調量して用意した還元剤によって排ガスを処理する方法に関する。この装置と方法は、特に自動車分野で利用される。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で発生する排ガスの組成は、内燃機関の運転や種類に決定的に左右される。自動車排ガスの浄化又は解毒に関して問題を生ずるのは、特に希薄運転の内燃エンジン、つまり酸素割合の高い排ガスを有する内燃エンジンである。その排ガスは通常の有害物質である一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯX）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）および粒子状物質（ＰＭ）の他に１５容量％迄の高い割合の酸素を含んでおり、排ガスは全体として酸化作用する。それ故に、化学量論的に運転する内燃機関用に一般的な例えば３元触媒による排ガス浄化法は効果的に応用できない。特に、酸化性排ガス雰囲気中で窒素酸化物を窒素（Ｎ2）に転換することは極めて困難である。希薄運転する内燃機関の排ガス中の窒素酸化物の主成分は一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）であり、一酸化窒素が最大割合を占める。内燃機関の運転条件に応じて総窒素酸化物に占める一酸化窒素の割合は６０〜９５容量％である。
【０００３】
酸化性排ガス中の窒素酸化物を減らすため、既に以前から選択接触還元（ＳＣＲ＝selective catalytic reduction）法が知られている。そこでは排ガスに還元剤としてアンモニアを添加し、次にこのガス混合物を選択接触還元用触媒（ＳＣＲ触媒）に通す。ＳＣＲ触媒で、窒素酸化物はアンモニアで選択的に窒素と水に転換される。この方法は今日、発電所排ガスの浄化において大規模に利用されている。
【０００４】
窒素酸化物のＳＣＲ処理はしばしば少なくとも２つの段階で行われ、第１段階ではアンモニア前駆体からアンモニアを生成する。これは、例えばアンモニアの前駆体として尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）を水（Ｈ2Ｏ）で加水分解してアンモニア（ＮＨ3）と二酸化炭素（ＣＯ2）にすることで行える。選択的に又は累積的にアンモニア前駆体の加熱分解を行うこともできる。次に第２段階では本来の選択接触還元、例えば一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ2）を尿素（ＮＨ3）で窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に転換する。選択的アンモニア前駆体は、例えばシアヌール酸とカルバミン酸アンモニアである。
【０００５】
排ガスに還元剤を添加する必要があるため、ＳＣＲ法は自動車用に利用するには比較的支出を要する。そこで、ＳＣＲ法の選択案としてＮＯX蓄積技術が開発された。この場合排ガスに含まれた窒素酸化物を硝酸塩の形で窒素酸化物蓄積触媒に一時蓄積する。蓄積触媒の蓄積能力が尽きた後、蓄積触媒を再生せねばならない。このため内燃機関を空気−燃料濃厚混合物で短時間運転する。即ち、燃焼用空気で完全に燃焼できるよりも多くの燃料を空気−燃料混合物に供給する。排ガス中になお未燃焼炭化水素が含まれている結果、蓄積された硝酸塩は窒素酸化物へと分解され、還元剤としての炭化水素で窒素と水とに転換されることになる。
【０００６】
ＳＣＲ法に関して付記すれば、アンモニアは有毒であり、それ故に取扱い時に厳しい安全規則を義務付けられている。このため、アンモニアを遊離する物質の態様で還元剤を用意することも既に提案された。その際１つの可能性は、好適な周囲条件にてアンモニアと二酸化炭素とに分解する尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）を使用することである。尿素の分解は特に高温で起きる。
【０００７】
更に、還元剤を固体として貯蔵し又は排ガスに供給することも公知である。しかしその際には、還元剤の調量は用意された還元剤の大きさ又は粉砕機構の能力に左右されると言う問題がある。そのことから、窒素酸化物の還元用に必要な規模の範囲内で還元剤を供給することが既に技術的に困難で支出を要する。
【０００８】
更に、自動車内燃機関の排気系統中で選択接触反応する構成部品は少なくとも部分的に多孔質壁構造で形成されており、該壁構造は供給された還元剤をほぼ任意かつ制御不能な量だけ吸収する。このため、還元剤の過剰な消費量が定例的に確認される結果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この点から出発して本発明の課題は、上記先行技術に関して述べた諸欠点と技術的問題を少なくとも部分的に和らげることである。特に、選択接触反応を効率的に実施するための、還元剤の消費量減少を可能とする排ガス処理装置を提供する。更に、内燃機関の運転様式を考慮し、化学量論的需要を満足すべく排気系統中で還元剤を極力厳密に用意することが可能な方法を提供する。ここでも還元剤消費量が極力少なくなるように努める。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載の装置と請求項１０に記載の方法とより解決される。その他の有利な諸構成は、上記請求項に従属する請求項に示す。請求項に個々に列挙した特徴は技術的に有意義な任意の方法で互いに組合せることができ、本発明の他の諸構成をもたらす。補足的に、明細書に詳しく述べた特徴およびパラメータに遡ることもできる。
【００１１】
ここに述べる排ガス処理装置は、少なくとも、
排ガスを流れ方向で流通させることのできる排気管路と、
排気管路内への還元剤用供給部と、
供給されるべき還元剤を調量するための調節ユニットと、
流れ方向で供給部の下流側に位置決めされる支持体とを含み、この支持体が、還元剤と排ガスの少なくとも１成分とで化学反応を引き起こすための手段を含む。
【００１２】
本発明に係る装置は、支持体が少なくとも１つの金属製本体を備えて構成され、この本体が少なくとも部分的に還元剤用蓄積能力を有する被覆を含むことを特徴としている。
【００１３】
排気管路は、浄化すべき排ガスを通常どおり内燃機関から周囲に迄案内する。排気管路は単列又は多列で構成し得る。内燃機関で生じた排ガスの一部のみを流通させる分岐路、迂回路又はバイパス付きで排気管路を形成してもよい。この排ガス部分は、再び主排気管路に供給し得る。
【００１４】
還元剤の供給に関して付記すれば、排気管路に導入すべき還元剤の凝集状態を考慮して供給法を選択せねばならない。例えばノズル、嵌め管又は類似の、主にやはり閉鎖可能な供給システムが利用可能である。
【００１５】
調節ユニットは通常複数の機能を有する。一方で調節ユニットは、供給すべき還元剤の調量、即ち定量算定に利用できる。しかし、調節ユニットは、例えば還元剤を供給する頻度を変更することもできる。更に、調節ユニットは供給部を閉鎖又は開放するための機械的構成部品を備えてもよい。調節ユニットの一部は、内燃機関又はエンジン制御装置の動作パラメータ、又は例えば排ガスに関する情報を提供するセンサにも依存して調量に影響を及ぼすコンピュータプログラム又はそのために適した計算機システムとなし得る。
【００１６】
支持体に関し、特にハニカム体を説明する。ハニカム体は、実質上互いに平行に配置された多数の通路を有し、該通路を排ガスが流れ方向に流通可能とされている。これら通路は好ましくは完全には閉鎖されてはいない。支持体は大きな表面積を持ち、排ガスおよび還元剤にとって一種の反応空間として役立つ。そこで、還元剤と少なくとも１つの排ガス成分との化学反応が生じ、ここでは特に窒素酸化物の選択接触還元を意図している。しかしこの機能の他に、特に還元剤が窒素酸化物の選択接触還元以外にも適しているなら、少なくとも１つの他の化学反応をそこで起こすこともできる。
【００１７】
ところでここでは、支持体が少なくとも１つの金属製本体を備えて構成され、限定された被覆をこの本体が備えることを提案する。この被覆は、特に限定された比較的小さな還元剤蓄積能力を提供するように選択する。開放気孔材料、即ち特に選択接触還元に適した材料（のみ）からなる支持体を含む公知システムからこうして解放される。かかる開放気孔構造は、供給した還元剤に対し、蓄積空間が未制御に充填され、従ってこのような還元剤供給の調節を考慮して排気系統内で利用可能な還元剤に関して確実な情報を得ることが不可能な程の大きな蓄積空間を提供する。しかし還元剤が場合によっては調量添加されるので一定の蓄積能力は必要であり、このため排ガス中に常に還元剤の濃度ピークが存在する。排ガス装置内での濃度ピークを「平滑」にすべく、金属製本体は還元剤蓄積能力のある被覆を有する。そのような装置は還元剤の特別適切厳密な調節又は調量を可能とし、そのような排ガス装置の運転中還元剤消費量をごく僅かなものに抑制できる。なお、本体の材料に関して、鉄の他に高い割合のクロム又はニッケルを含む耐熱耐食性金属薄板を利用すると望ましい。
【００１８】
装置の他の構成によれば、被覆は二酸化チタン（ＴｉＯ2）、三酸化タングステン（ＷＯ3）、三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、三酸化硫黄（ＳＯ3）、ゼオライトのうち少なくとも１成分を含む。ゼオライトについては、この場合、特に遷移金属と置換された、例えば脱アルミニウムＹゼオライト、モルデン沸石、珪酸塩又はＺＳＭ−５等の耐酸性ゼオライトを使用できる。これら触媒の動作温度は概ね３００〜５００℃の範囲内にある。ここに挙げた被覆成分は個々におよび／又は互いに組合せて、特に還元剤（例えば尿素、アンモニア）と排ガス成分（例えば窒素酸化物）との選択接触反応を促す。
【００１９】
これに関連し、被覆の厚さが０．０１〜０．０３ｍｍの範囲内であると特別好ましい。ここに記載した範囲は、一方で窒素酸化物の転換に十分な還元剤が存在するように、還元剤の間欠的調量添加を一定程度補償することを保証する。しかし他方で、供給すべき還元剤の厳密な調量調節が可能であるように、還元剤貯蔵量が一定の限界値を上まわらないようになし得る。厚さは、特に内燃機関を考慮して選択できる。それは、内燃機関が排ガスの組成、従って転換すべき窒素酸化物の割合を決定するからである。それ故、ディーゼルエンジンを考慮し、排気量又は出力に適合した量の被覆をエンジンが有すると特別好ましい。内燃機関の排気量１リットル当り被覆の量が１００〜２５０ｇの範囲内、特に排気量１リットル当り被覆の量が１５０〜２００ｇの範囲内であるとよい。
【００２０】
装置の他の構成によれば、本体はガス不透過性である。即ち換言すれば、本体自体は排ガス又は還元剤の成分の蓄積部でない。しかしながら、基体が排ガスの流通可能な通路又は通路を結ぶ出入口を備えていないことが、基体を多孔質又は開放気孔材料から形成してはならないことを意味している訳では無い。
【００２１】
支持体の領域で利用可能な窒素酸化物の量を算定するための手段を備えると特別有利である。その際、特にセンサおよび／又は検出器が適している。これらは、排ガス中で伴送される窒素酸化物および／又は支持体領域で付着又は沈積した窒素酸化物についての情報を提供する。これらの情報を前提に、還元剤の如何なる需要が存在し又は被覆内に一時蓄積された還元剤の如何なる量がいまや消費されるのかの計算を行うことができる。
【００２２】
更に、触媒要素を流れ方向で、白金を含む層を持つ支持体の下流側に配置するとよい。支持体は特に「過剰な」還元剤の除去に役立つ。過剰の還元剤は支持体領域での需要が少なくおよび／又は支持体の蓄積能力が限定されているために、なお排ガスにより伴送される。還元剤がこの触媒要素又は触媒として有効な白金と接触すると還元剤は別の物質に変換され、該物質は場合によっては後続の排ガス処理ユニットにおいて更に転換させ得る。ここでなお説明する方法で特別厳密な調量が可能となる事実に鑑み、過剰に供給される還元剤の量がごく僅かなので、このような触媒要素はごく小容積に構成し得る。
【００２３】
他の構成によれば、装置が固体としての還元剤用の容器および移送機構を有する。これらの構成部品は好ましくは固体尿素の貯蔵と輸送とに適している。
【００２４】
容器又はタンクは、例えば乗用車を考慮してトランクルームの窪み内、例えば予備車輪が保管されている個所に設け得る。固体尿素は比較的圧力に敏感であり、分与分が極力簡単に容器から取出し可能でなければならないので、容器の充填高さは１００〜５００ｍｍの範囲内で優先的に選択すべきである。その際、流出円錐体を備えた実質サイロに類似した構造体が有利である。更に、過剰の還元剤又はまだ供給管路中にあって長時間必要とされない還元剤を再び供給すべく、調節ユニットに向かう供給管路の他に調節ユニットから容器に向かう戻り管路も容器に設け得る。持続的に好ましくは容器内で１パスカル以下の総圧力、０．１パスカル以下の水分圧が保証されている。乗用車の走行中に現れる運動又は振動の結果、固体還元剤が容器内壁での摩擦によって粉砕されることを防止すべく、容器は好ましくは内部被覆を備え、該内部被覆は平滑であり、従って摩擦が少ないので固体尿素−分与分の容易な滑動を可能とする。乗用車での応用を考慮して、少なくとも３００００ｋｍの運転にその充填物が間に合う容器容積を設けることができ、充填レベルは表示器又は充填レベル監視部を介して点検可能である。尿素又はアンモニアの取扱いにおける安全規則を考慮してタンクは気密に構成せねばならず、そのことから、容器の実際の充填も計算可能となし得る。
【００２５】
移送機構は基本的に機械装置、電気機械装置、空気圧装置又はそれらの組合せ体を操作する。移送率は１時間当り還元剤０．１〜３ｋｇとするとよい。直径１〜５ｍｍ範囲内の固体が輸送可能でなければならない。移送中、還元剤の分与分が破壊又は粉砕されないように保証せねばならない。主に、移送機構はスパイラル管、一種のスクリューコンベヤ、コンベヤベルト、コンベヤチェーン、圧縮空気システムを備えて構成され、圧縮空気システムは好ましくは整備不要である。
【００２６】
それに加えて移送機構は移送管路を含み、該管路は場合によっては供給管路および／又は戻り管路で構成できる。通常の周囲条件のとき、固体還元剤が通常固体凝集状態を迅速に停止して気体状態に移行する事実に鑑み、断熱移送管路が望ましい。この移送管路の内径は１〜１０ｍｍにするとよい。移送管路の推移が直線的でない場合、５〜１００ｍｍの曲げ半径を上又は下に超えてはならない。ここでも、移送管路の内部領域に摩擦低減被覆を設けるとよい。容器の前記位置に鑑み、還元剤が調節ユニットに達する前に、移送管路は３〜４ｍの距離を橋絡する。還元剤の単数又は複数の分与分は同時に、好ましくは毎秒最大１００の分与分の頻度で移送することができる。長い停止時間を考慮して、移送管路を空にする手段を設けるとよい。
【００２７】
他の構成では、装置は還元剤の調量を点検する手段を備える。これは、例えば容器から移送機構に移行する領域又は移送機構自体で既に調量を行うことが基本的に可能であることを意味する。その際、例えば調節ユニットは調量を点検する手段を含む。その際同様に種々のセンサと、特殊に成形され所要の調量に調整された分与容積を用意し得る。
【００２８】
なお、装置に分配器を設け、該分配器を流れ方向で支持体の上流側に配置し得る。入口の下流側に配置する分配器は、供給された調量の還元剤を排ガス流中に均一に分配する役目を持つ。更に分配器は触媒機能を備えてもよく、ここでは例えば供給した尿素の加水分解を行い、アンモニアを生成する。加水分解被覆の他に、分配器は特別に構造化した表面を備えることができ、該表面は衝突時に固体還元剤の多数の粒子への粉砕を保証する。更に、一方で排気管路の横断面にわたり還元剤の均一な分布を可能とし、他方で排ガス用流れ抵抗を低減する孔を設け得る。この種の分配器はハニカム構造、多孔板、篩又は格子として、類似の形態で用意できる。場合により、分配器を特に電気で加熱とするとよい。
【００２９】
以下、分配器の特別好ましい変更実施形態を説明する。
【００３０】
分配器は多数の孔を備えた衝突面として形成されている。孔の直径は０．５〜１ｍｍであり、従って還元剤の球状をなす固体の直径の半分以下である。衝突面は尖端を有する表面を備えており、これらの表面は平均高さが０．２〜１ｍｍである。分配器は電気的に加熱され、分配器の温度は変更可能である。このため、分配器が複数の層を有し、これらの層が個別に、場合によっては異なる熱出力で加熱できると有利である。
【００３１】
本発明に係る装置は、好適には自動車、特にディーゼルエンジンを動力源とする乗用車又はトラックの一部である。本発明に係る装置は、例えば発電所の固定内燃エンジンの排気経路中に設置することもできる。
【００３２】
本発明は、他の態様として内燃機関の排気管路中の排ガスを処理する方法を提供し、この方法は少なくとも以下の段階を含むことを特徴とする。
ａ）排ガス中の窒素酸化物の量を算定する段階、
ｂ）排気管路中に蓄積された還元剤の貯蔵量を考慮して排気管路に供給すべき還元剤の調量を算定する段階、および
ｃ）還元剤の調量を供給する段階。
【００３３】
特に前記装置は本方法を実施するのに適している。段階ａ）による排ガス中の窒素酸化物の量の算定は計算、又は測定値検出により実行できる。計算は、例えば内燃機関の運転様式に基づきエンジン制御装置と記憶された経験値とを頼りに窒素酸化物生成に関して行える。選択的に又は累積的に、排気センサにより排ガスの窒素含有量を算出してもよい。
【００３４】
段階ｂ）で、供給すべき還元剤の量を、蓄積された還元剤貯蔵量を考慮して算定する。その際、特に選択接触反応のため用意した被覆中に堆積した還元剤貯蔵量を考慮する。例えば排ガス中の特定窒素酸化物含有量の結果、窒素酸化物の完全転換のための具体的需要を計算すると、実質的に貯蔵量の還元剤を超えてなお必要とされる割合の還元剤のみをなお調量として用意し供給する。こうして還元剤消費量を著しく減らすことができる。
【００３５】
この方法は、少なくとも段階ｃ）を断続的に行うと特に好ましい。これは、還元剤の添加を一定時間間隔又は可変時間間隔で間欠的に行うことを意味する。所定の調量で還元剤を供給する頻度は内燃機関の運転と還元剤の利用可能な分与分とに左右される。例えば２〜３ｍｍの範囲内の直径を持つ固体還元剤を供給する場合、内燃機関の全負荷時約１３０〜４０回／秒の範囲内の頻度、アイドリング時５０回／秒以下の範囲内の頻度を実現できる。しかし調量を特別厳密に調節すると著しく低い、特に１０回／秒以下の頻度を実現でき、これは機器技術的支出のかなりの低減を果たせる。
【００３６】
本方法の有利な１構成では、少なくとも段階ｃ）は段階ａ）で算定した量の窒素酸化物が最小値を上まわって初めて実行する。更に、少なくとも段階ｃ）は内燃機関が負荷運転中であるときに初めて実行するようになし得る。こうして排気系統、特に前記支持体が一定の還元剤蓄積能力を有することが反映される。窒素酸化物量がごく僅かである場合、還元剤貯蔵量は差し当たり使い切ってよい。内燃機関が例えばアイドリング又は惰性運転中なら、同様のことが当て嵌まる。段階ｃ）の他に、段階ｂ）もこの時間の間中止できる。
【００３７】
本発明の更に他の態様は、内燃機関の排気管路中の排ガスを処理する方法であって、少なくとも以下の段階を含む。即ち、
ｘ）排気管路に供給されるべき還元剤の一定調量を用意する段階、
ｙ）排気管路中に蓄積された還元剤貯蔵量を算定する段階、および
ｚ）貯蔵量が限界値を下まわると還元剤の調量を供給する段階。
【００３８】
この方法の実施のためにも、本発明の前記装置を有効に利用できる。この方法では、例えば同じ大きさの所定分与分で還元剤が利用可能なので、一定した調量の還元剤のみを供給できる。その際本発明では、排気管路又は支持体内に蓄積した還元剤貯蔵量も供給時に考慮する。こうして、同様に還元剤供給量を大幅に節約する運転方式が可能である。
【００３９】
その際も、排ガス中の特定量の窒素酸化物が最小値に達していないか内燃機関が負荷運転中でない限り、少なくとも段階ｚ）、場合によっては段階ｙ）も中止できる。
【００４０】
限界値を、以下のパラメータの少なくとも１つに依存して算定するとよい。即ち、
排ガス中に存在する窒素酸化物の量、
内燃機関の運転状態、
排ガスの温度、および
排ガス中に存在する酸素量。
【００４１】
更に、本発明に係る両方法に関し、還元剤を同じ調量の固体として用意するとよい。固体を実質的に、尿素を含む球の態様で用意すると好ましい。尿素は好適には疎水性外被を備え、２〜３ｍｍの直径が適当である。疎水性外被の厚さは、有利には２〜３０μｍの範囲内である。外被は複数の層で形成してもよい。外被又はその層の少なくとも１つが、特にホルムアルデヒド又は長鎖炭化水素、例えばドデカンや例えばパラフィン等のワックスも含み得る。外被は内容物質を表示すべく信号色を含むとよい。貯蔵および輸送用に比較的堅い外被を持つこの固体の供給を考慮して、固体が例えば分配器への衝突時に多数の粒子に容易に細分されるよう、外被に少なくとも１つの目標破断個所を備えると好ましい。目標破断個所は外被厚さ低減部、即ち窪みとして形成でき、外被の少なくとも１つの層に延設し得る。状況によっては、固体の外被に複数のマイクロカプセルを用意してもよく、かくして、外被の破裂時、排ガス流中への分布に関しても好ましい結果が生じる。
【００４２】
前記方法も、自動車、特にディーゼルエンジン作動式乗用車又はトラック又は相応する固定内燃機関の排気系統の運転に適している。
【００４３】
以下、本発明と技術的範囲を図に基づいて詳しく説明するが、これらは本発明を制限するものでない。何らか別のことが明確に指摘されるのでない限り、図は略図であり、実際の寸法比を具体的に説明するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、特にディーゼルエンジン作動式自動車の排ガス処理装置の構造を略示する。内燃機関１５で生じた排ガスが排気管路１を流れ方向２へ流通する。ここに示す排気管路１は分岐３７を有し、生じた排ガスの一部はこの分岐で還元剤４供給部３の脇を案内され、最終的に再び単路排気管路１に合流する。還元剤４は容器１２内に貯蔵され、移送機構１３で供給部３に移送される。供給すべき還元剤４の所望の調量を調節すべく、調節ユニット５を設けている。還元剤４は供給部３を介して排ガスに添加され、引き続き流れ方向２で供給部３の下流側に位置決めされる支持体６へと流れる。支持体６は窒素酸化物の選択接触還元を引き起こす手段を有する。流れ方向２に見て支持体６の下流側に他の排ガス処理構成部品３６を配置している。排ガス処理構成部品３６の位置は、多くの配置位置の１例にすぎない。排ガス処理構成部品３６としては、例えば触媒コンバータ、混合要素、フィルタ、粒子トラップ、吸着器等が挙げられる。なお、例えば排ガス中に存在する還元剤４の残留物を転換する触媒要素１０を排気管路１中に設けてもよい。
【００４５】
図２は装置の他の構成を示し、殊に還元剤供給部の領域が強調している。実質球状の固体として存在する還元剤４は容器１２内に貯蔵している。好ましくは尿素である還元剤４の放出は、やはり閉鎖可能な弁１６で行う。弁１６として利用できるのは、必要なら少なくとも開位置と閉位置に切換え可能なスライダ又は類似の部材である。移送機構１３がここでは駆動装置１９で実現され、該装置は少なくとも供給管路１７を介して調節ユニット５に至る迄の還元剤の輸送を保証する。駆動装置としては、特に機械システム又は空気圧システムが適する。空気圧システムは、供給管路１７を実質空に保つべく、個々の還元剤固体の輸送を可能とする利点を有する。しかし、例えば機械システム又は電気機械システムを利用すると、少なくとも時々供給管路全体に還元剤４を充填することができる。この場合、調節ユニット５を介して還元剤４を具体的に調量後、供給管路１７中にある還元剤４の少なくとも一部を戻り管路１８を介して再び容器１２に供給するとよい。これは、特に固体としての還元剤の疲れ強さに悪影響を及ぼす周囲条件が供給管路１７および／又は戻り管路１８中に支配的であるとき実行すべきであろう。
【００４６】
調節ユニット５による還元剤４の調量は、本発明に係る方法で実行可能である。調節ユニット５は、例えばエンジン制御装置２２のデータ又はセンサ２３の測定値から内燃機関１５に関する情報を引き出す。
【００４７】
還元剤４は、調節ユニット５から出発し、供給部３へと運ばれ、更に供給部３から出て排気管路１に進入する。この際、還元剤４は流れ方向２に流れる排ガス量によって伴送され、図示した分配器１４へと飛ばされる。還元剤４は好ましくは固体として排気管路に導入されるが、ここで破線の飛跡２９で示すように、還元剤を事前に反応器内で、例えば昇華又は溶融、又は溶媒、特に水又は炭化水素に溶解することで、別の凝集状態（液体および／又は気体）に変換してもよい。第１加熱機構２１を備えた反応器２０内で、例えば尿素をアンモニアに分解し、次にアンモニアを還元剤として排気管路１に供給し得る。
【００４８】
図３により、還元剤４の供給部を更に具体的に説明する。還元剤４は一定した調量４４と約２〜２．５ｍｍの平均直径２４とで存在し、調節ユニット５および供給部３を介して排気管路１に添加される。排気管路１に進入時に還元剤４は流れ方向２に動く排ガス流によって捕捉され、分配器１４に向かって飛ばされ、還元剤４は多数の粒子２８に細分される。粒子は排気管路１内の支配的条件、特に排ガス温度の結果として溶解する。
【００４９】
図示した変更実施形態では、分配器１４を漏斗の態様で図示しているが、それは必ずしも必要ではない。分配器１５は鋭利な縁に構造化された表面２７を有し、該表面は有利には供給された尿素を加水分解するための（図示しない）被覆を備えている。それに加えて分配器１４は０．５〜１ｍｍの平均直径２５を持つ多数の孔２６を有する。分配器１４は電気的に加熱でき、このため第２加熱機構３０を備えている。
【００５０】
図４は特に小形なＳＣＲユニットの変更実施形態を具体的に示す。共通のハウジング３２内に、流れ方向で前後に見て、篩として形成した分配器１４、支持体６および触媒要素１０が配置されている。支持体６が金属製本体７を有し、この本体は還元剤用蓄積能力を有する被覆８を備えている。金属製本体７として、ここに例示するハニカム体は少なくとも部分的に構造化した金属箔３５を含む。少なくとも１つの平滑な金属箔と１つの波形金属箔３５は、軸線４９の方向に排ガスが流通可能な通路３１が生ずるように互いに捩じられ又は巻かれている。従って通路３１が金属箔３５で限定され、金属箔３５は選択接触反応を促し又は触媒作用する所定厚９の被覆８で被覆されている。隣接する通路３１内で排ガスを交換するために出入口３３が設けられており、これらの出入口は金属箔３５の押込み加工又は打抜き加工によって形成されている。
【００５１】
触媒要素１０は多数の流路３４を有し、該流路は軸線４９と実質平行に延びている。触媒要素１０は金属製ハニカム体として形成されている。流路３４は層１１又は被覆８、特に例えばウォッシュコートからなるセラミック被覆を備え、その内部又は表面に、希に支持体６から進出する過剰の還元剤４を転換すべく、白金又は別の貴金属を配置している。
【００５２】
図示のユニットが、内部でプラズマを発生可能であるとなお好ましい。これは、特に窒素酸化物の転換時に更に有益である。プラズマ発生ユニットは電圧源４８と接続される。
【００５３】
図５は、排気量３リットルのディーゼルエンジンを備えた乗用車の特性線図を例示的に示す。出力曲線３８と排ガス質量流量曲線３９と窒素酸化物排出曲線４０をエンジン回転数（横座標）に関して示す。出力曲線３８によれば出力は、例えば２０ｋＷから１２０ｋＷ迄変化する。かかる出力曲線３８の場合、破線で概略示した排ガス質量流量曲線３９がエンジンによって概ね生成される。下側に示す窒素酸化物排出曲線４０は、出力印加時に選択接触反応によってその都度転換されるべき排ガス質量流量の割合を具体的に示す。具体的な説明のため、ここでも本発明に係る方法で、場合により顧慮する最小値４７を書き込んである。ここに示した特性線図では、還元剤の所要量が０．０１４〜０．１４４ｋｇ／ｈの範囲内であり、窒素酸化物全体の消去から出発した（１００％転換率）。
【００５４】
図６は、概略的に一方で窒素酸化物の極力完全な転換用の還元剤需要と、他方で本発明により説明した方法に従い実際に用意した還元剤を具体的に示す。線図の上側に還元剤需要４３を例示し、これは内燃機関の特性線図から生じる。その下に、実際に用意した還元剤を具体的に示しており、排ガス中に添加する還元剤（添加量４６として表示）と排気管路中に蓄積された還元剤（貯蔵量４１として表示）とに関する区分が判別される。
【００５５】
図の左側に、還元剤需要４３に関する第１ピーク５０がある。本発明の方法によれば、例えば大量の窒素酸化物が排ガス中に存在し、第１時点４５．１には不十分な還元剤が利用可能であり、この時点４５．１で還元剤の追加調量が必要なことが認識されており、そのことは添加量４６に関するグラフの急上昇によって認識可能である。強化されて始まる選択接触反応と排ガス中の高い割合の窒素酸化物との故に、時点４５．１の右横の図から認識できるように、用意した還元剤の利用可能な量が減少する。新たな還元剤がもはや供給されないので、この量が更に減少し、最後には貯蔵量４１も減少する。時点４５．２で還元剤貯蔵量４１が限界値４２に達し、本発明に従い還元剤の更なる追加調量が始まる。還元剤需要４３に関する第２ピーク５０が存在することが直ちに認識され、時点４５．３に還元剤供給が再度行われる。下側の図から解るように、追加調量の時点４５．１、４５．２、４５．３に概ね同じ調量４４の還元剤が添加され、ここに述べる方法では還元剤が同じ調量の固体として供給される。第２ピーク５０後に続く時間では還元剤の需要が殆どなく、内燃機関は、例えばアイドリング又は惰性運転中である。排ガス中の窒素酸化物が微量なので添加量４６又は貯蔵量４１は比較的ゆっくりと減少する。しかし最後にはやはり貯蔵量４１に関する限界値４２に達し、時点４５．４に還元剤供給が再度始まる。
【００５６】
ここに述べた本発明に係る方法、又は本発明により述べられた方法を実施するのに特に適した本発明に係る装置は、還元剤を節約して取り扱う結果を生じ、それにも係らず、排ガス中に含まれた窒素酸化物のほぼ１００％転換を保証できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る装置の第１変更実施形態の構造を概略示す。
【図２】本発明に係る装置の第２変更実施形態の構造を概略示す。
【図３】還元剤供給部を有する排気管路の領域を概略示す。
【図４】選択接触反応用支持体の変更実施形態を概略示す。
【図５】内燃機関の負荷挙動又は排ガス挙動を具体的に説明する線図である。
【図６】本発明に係る方法の１構成による還元剤供給曲線を概略示す。
【符号の説明】
【００５８】
１  排気管路、２  流れ方向、３  供給部、４  還元剤、５  調節ユニット、６  支持体、７  本体、８  被覆、９  厚さ、１０  触媒要素、１１  層、１２  容器、１３  移送機構、１４  分配器、１５  内燃機関、１６  弁、１７  供給管路、１８  戻り管路、１９  駆動装置、２０  反応器、２１、３０  加熱機構、２２  エンジン制御装置、２３  センサ、２４、２５  直径、２６  孔、２７  表面、２８  粒子、２９  飛跡、３１  通路、３２  ハウジング、３３  出入口、３４  流路、３５  金属箔、３６  排ガス処理構成部品、３７  分岐、３８  出力曲線、３９  排ガス質量流量曲線、４０  窒素酸化物排出曲線、４１  貯蔵量、４２  限界値、４３  還元剤需要、４４  調量、４５  時点（４５．１、４５．２、４５．３、４５．４）、４６  添加量、４７  最小値、４８  電圧源、４９  軸線、５０  ピーク
【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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【国際調査報告】
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