(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄空気／燃料混合物によって動作するために適合された燃焼エンジン（１）の排気ガスフローにおけるガス成分を還元し、該エンジン（１）からの該排気ガスフローの輸送のための排気パイプ（２１）を含むデバイスであって、
該デバイスは、該排気パイプ（２１）に沿って配置された分離ユニット（２２）を含み、
該分離ユニット（２２）は、該排気ガスフロー内の他のガス成分よりも前に、ガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、壁構造（３２）を通過する該ガス成分の選択的通過によって該排気ガスフローから該ガス成分の分離を付与する材料の壁構造（３２）を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記分離ユニット（２２）は、還元剤の供給のための吸気口（２７）を有し、供給された還元剤は前記壁構造（３２）によって前記排気ガスフローから分離され、該分離ユニット（２２）は、該還元剤の供給によって該ガス成分の触媒還元を付与することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記分離ユニット（２２）の吸気口（２７）は、コンジット（２８）を介して、前記エンジン（１）の一部を形成するタンク（７）に接続され、該エンジン（１）の常用燃料に対して意図され、前記還元剤は、該燃料から得られることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記分離ユニット（２２）の吸気口（２７）は、コンジットを介して前記還元剤のための分離タンクに接続されることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記還元剤が、前記分離ユニット（２２）を通過し、前記排気ガスフローに関連して基本的に向流に供給されることを特徴とする、請求項２〜４のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記分離ユニット（２２）は、該分離ユニット（２２）から排気されるガス成分と反応しない任意の還元剤を供給しおよび前記エンジン（１）の空気吸気口（２）へ戻すために、コンジット（３１）を介して、該エンジン（１）の空気吸気口（２）に接続された排気口（３０）を含むことを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
前記吸気口（２７）は、前記還元剤のためのキャリアガスとして新鮮な空気を供給するため、さらなるコンジット（２８ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記分離ユニット（２２）は、前記排気ガスフローからの分離の後、前記エンジン（１）の空気吸気口（２）に前記ガス成分を戻すために、コンジット（３１）を介して前記エンジン（１）の空気吸気口（２）に接続される排気口（３０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記吸気口（２７）は、前記ガス成分のためのキャリアガスとして新鮮な空気を供給するため、さらなるコンジット（２８ｂ）に接続されることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ガス成分は、前記排気ガスフローにおいて窒素の酸化物（ＮＯｘ化合物）によって構成されることを特徴とする、請求項１〜９のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
希薄空気／ガス混合物によって動作するために適合された燃焼エンジン（１）からの第１のガス成分を還元し、該エンジン（１）からの排気ガスフローの輸送のための排気パイプ（２１）を含むデバイスであって、
該デバイスは、該排気パイプ（２１）に沿って配置された分離ユニット（２２）を含み、
該分離ユニット（２２）は、該排気ガスフローにおける他のガス成分よりも前に、第２のガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、壁構造（３２）を通過する第２のガス成分の選択的な通過によって該排気ガスフローから該第２のガス成分の分離を付与する材料の壁構造（３２）を含み、該分離ユニット（２２）は、該排気ガスフローからの分離の後で該エンジン（１）の空気吸気口（２）に該第２のガス成分を戻すために、コンジット（３１）を介して該エンジン（１）の空気吸気口（２）に接続される排気口（３０）を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
前記第２のガス成分は水によって構成されることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１のガス成分は、前記排気ガスフローにおいて窒素の酸化物（ＮＯｘ化合物）によって構成されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記エンジン（１）は、該エンジン（１）に供給された空気の圧縮のために、排気ガスで動作するタービン（３７）およびコンプレッサ（３８）を有するターボアグリゲート（３６）に接続して設けられ、
前記コンジット（３１）は、該コンプレッサ（３８）の上流点に接続されることを特徴とする、請求項１１〜１３のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記エンジン（１）の機能は、制御ユニット（５）によって制御可能であり、
該制御ユニット（５）は、該エンジン（１）の希薄動作の間に、前記還元剤の実質的に連続的な供給に適合されることを特徴とする、請求項１〜１４のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
ＮＯｘセンサ（２５）は、前記排気ガスフローにおけるＮＯｘ化合物の量の検出のために前記制御ユニット（５）に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記制御ユニット（５）は、前記ＮＯｘ化合物の量に応じて、前記還元剤の供給に適合されることを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ＮＯｘセンサ（２５）は、前記ＮＯｘ化合物の還元による作用の分析中に利用されることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記エンジン（１）は、希薄燃焼型のエンジンであることを特徴とする、請求項１〜１８のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項２０】
前記エンジンは、ディーゼルエンジン型であることを特徴とする、請求項１〜１８のうちのいずれかに記載のデバイス。
【請求項２１】
分離ユニット（２２）は、壁構造（３２）を有し、該壁構造（３２）は、排気ガスフローにおいて他のガス成分の前に、ガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、該排気ガスフローから壁構造（３２）を通過するガス成分の選択的な通過を提供する材料を含むことを特徴とする、排気ガスフローにおけるガス成分を還元する分離ユニット（２２）。
【請求項２２】
希薄空気／燃料の混合によって動作するために適合され、エンジン（１）から分離ユニット（２２）へ排気ガスフローを供給する工程を含む、該燃焼エンジン（１）の該排気ガスフローにおけるガス成分を還元する方法であって、
該方法は、該排気ガスフロー中の他のガス成分の前に、ガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、壁構造（３２）を通過する該ガス成分の選択的な通過を提供する材料を有する壁構造（３２）の該排気ガスフローからの該ガス成分の分離を包含することを特徴とする、方法。
【請求項２３】
前記分離ユニット（２２）の吸気口（２７）への還元剤の供給と、
該還元剤によって前記ガス成分の触媒による還元と、
を包含することを特徴とする方法であって、
該供給される還元剤は、前記壁構造（３２）によって前記排気ガスフローから分離される、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記還元剤の供給は、前記エンジン（１）の一部を形成し、該エンジン（１）の常用燃料を目的として意図される、タンク（７）から生じ、該還元剤は該燃料から生じることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記還元剤は、前記排気ガスフローに関連して基本的に向流を、分離ユニット（２２）に供給されることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガス成分と反応しない還元剤は、前記分離ユニット（２２）から外へ供給され、前記エンジン（１）の空気吸気口（２）に戻されることを特徴とする、請求項２３〜２５のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記還元剤は、該還元剤に対するキャリアガスとしての外気中に供給する工程を含んでいることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記還元剤は、前記エンジン（１）の効率の良い希薄動作中に基本的に途切れることなく分離ユニット（２２）に供給されることを特徴とする、請求項２３〜２７のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記還元剤は、コンジット（３１）を介して前記エンジン（１）の空気吸気口（２）へ前記ガス成分を戻すことを含んでいることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記還元剤は、前記ガス成分に対するキャリアガスとしての外気中に供給する工程を含んでいることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガス成分は、前記排気ガスフローにおける窒素酸化物（ＮＯｘ化合物）によって構成され、前記排気ガスフロー中の該ＮＯｘ化合物の量の検出を含む、請求項２３〜３０のうちのいずれかにに記載の方法。
【請求項３２】
前記還元剤の供給は、検出されたＮＯｘ化合物の量に依存して生じることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記方法は、前記ＮＯｘ化合物の還元による作用の分析を含む、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
希薄空気／燃料の混合によって動作するために適合され、燃焼エンジン（１）から分離ユニット（２２）へ排気ガスフローを供給する工程を含む、該燃焼エンジン（１）からの第１のガス成分を還元する方法であって、
該方法は、
該排気ガスフロー中の他のガス成分の前に、第２のガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、第２のガス成分の選択的な通路を提供する材料を含む壁構造（３２）の該排気ガスフローから壁構造（３２）を通過する該第２のガス成分の分離と、
該エンジン（１）の空気吸気口（２）に該第２のガス成分を戻すことと、
を包含することを特徴とする、方法。
【請求項３５】
前記排気ガスフロー中の他のガス成分の前に、第２のガス成分の分子サイズおよび分子の形状に基づいて、該第１のガス成分および該第２のガス成分の選択的な通路を提供する材料を含む壁構造（３２）の中の排気ガスフローから前記壁構造（３２）を通過する前記第１のガス成分および前記第２のガス成分を分離すること、および
前記エンジン（１）の空気吸気口（２）に該第１のガス成分および該第２のガス成分を戻すこと、
を包含することを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、燃焼エンジンの排気ガスフロー中のガス成分を還元するデバイスに関する。このエンジンは、希薄空気／燃料混合気により動作するように適合され、このエンジンからの排気ガスフローを運搬するための排気パイプを備える。本発明は、特に、この排気ガスフロー内の有害な排気を還元することを意図する。本発明は、さらに、ガス成分をこのように還元する方法、およびこのような還元において利用されることが意図される分離ユニットに関する。
【０００２】
（本発明の背景）
燃焼エンジンにより動作される車両分野において、エンジンからの排気ガス中の有害物質の低排出が一般に要求される。この物質は、主に、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素化合物（ＨＣ）、および一酸化炭素（ＣＯ）の形態の汚染物質により構成される。従来のガソリンエンジンに関して、排気ガスは、排気システムの一部をなし、これを通って排気ガスが誘導される排気触媒を用いて浄化される。公知の、いわゆる３元触媒において、上述の有害化合物の大部分は、公知の触媒反応により除去される。触媒の機能を最適化し、これがＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する最適度を提供するように、エンジンは、化学量論的な空気／燃料混合気、すなわち、λ＝１である混合気により最高動作条件で動作される。
【０００３】
さらに、今日の車両分野において、エンジンの燃費量を最大限可能な程度に低減することが一般に要求される。この目的のために、過去数年において、エンジンのシリンダ内に新しいタイプの燃焼室を有するエンジンが開発された。これは、特に、ますます希薄化する混合気（すなわち、λ＝１）によりエンジンを動作できるようにするためである。通常「希薄燃焼」エンジン（あるいは「ＤＩエンジン」）、すなわち直接噴射オットーサイクルエンジンと呼ばれる、このようなエンジンにおいて、エンジン内のそれぞれの燃焼室は、供給された多量の燃料がそれぞれの点火プラグに集中され得るように構成される。この動作モードは、一般に「階層化（ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ）」動作と呼ばれ、この動作モードは、低トルクまたは中高トルクおよびエンジンのエンジン速度での連続動作中、超希薄混合気、より厳密には、約λ＝３までの混合気による動作を提供する。このように、このタイプのエンジンでは、燃費量の相当な節約が得られる。エンジンは、さらに、さらなる「均一」動作モードで、主に化学論理的混合（λ＝１）または比較的濃厚な混合気（λ＜１）を用いて動作され得る。この動作モードは、通常、比較的高いトルク、およびエンジンのエンジン速度を伴う駆動状態において用いられる。
【０００４】
階層化動作中、希薄排気ガス混合気は、３元触媒を通って流れる。これは、λ＝１の場合に関連する酸素の余剰を有する排気ガス混合気に対応する。この結果として、排気ガス中のＮＯｘ化合物を還元するために３元触媒が利用され得ない（３元触媒が、化学両論的混合における最適浄化容量用に構成されているという事実のため）。この場合、従って、ＮＯｘ化合物を還元する他のデバイス、および方法の必要が生じる。この必要は、さらに、例えば、ディーゼルエンジンに関する場合等、酸素の余剰を用いて動作され、そこで動作中にＮＯｘ化合物が生成される、他のタイプのエンジンとの関連で生じる。従って、この場合、ＮＯｘ化合物を還元する他のデバイスおよび方法が要求される。この要求は、さらに、例えば、ディーゼルエンジンに関してそうであるように、余剰酸素を用いて動作され、動作中にＮＯｘ化合物が生成されるような、他のタイプのエンジンとの関連で生じる。
【０００５】
「希薄燃焼エンジン」からのＮＯｘ化合物の還元を提供するために、エンジンには窒素酸化物吸着体（ＮＯｘ吸着体、または「ＮＯｘトラップ」とも呼ばれる）が設けられ得る。この吸着体は、それ自体公知の、燃焼エンジンからの排気ガス中のＮＯｘ化合物を吸着するデバイスである。ＮＯｘ吸着体は、従来の３元触媒の補足物として利用され得、３元触媒の分離ユニットの上流部分、または３元触媒の一体部分として、すなわち、３元触媒の触媒材料とともに利用され得る。
【０００６】
ＮＯｘ吸着体は、エンジンが希薄空気／燃料混合気を用いて動作される場合、これが排気ガス中のＮＯｘ化合物を吸収（吸着）し、特定の期間の間、エンジンが濃厚混合気を用いて動作される場合、ＮＯｘを放出（脱着）するように構成される。さらに、ＮＯｘ吸着体は、ＮＯｘ化合物だけを特定の限度まで吸着することができるという特性を有する。すなわち、この吸着体は、最終的に「満たされ」、従って吸着の限度に達する。この状態で、ＮＯｘ吸着体は再生されなければならない。すなわち、ＮＯｘ吸着体は、脱着して、蓄積されたＮＯｘ化合物を放出するように促されなければならない。この場合、従来の３元触媒がＮＯｘ吸着体の下流に設けられる場合、または、代替的に、３元触媒がＮＯｘ吸着体の一体部分として形成される場合、後者が点火温度に達したならば、脱着されたＮＯｘ化合物は３元触媒を用いて除去され得る。
【０００７】
従来技術によると、ＮＯｘ吸着体を通って流れる排気ガス混合気は、特定の期間の間、すなわち約数秒間、比較的濃厚に生成されるという事実により、ＮＯｘ吸着体が再生され得る。実際には、この期間の間、エンジンは、上述の均一な動作モードで動作され、従って、エンジンは、比較的濃厚な空気／燃料混合気を用いて動作される。この「濃厚律動（ｒｉｃｈ  ｐｕｌｓｅ）」により、ＣＯおよびＨ２分子の余剰が生成される。この余剰は還元剤として機能し、その結果、以下の式により、ＮＯｘと反応する。
【０００８】
ＮＯｘ＋Ｒ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
ここで、Ｒは適切な還元剤を模式的に示す。このように、排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物の大部分は、窒素、二酸化炭素および水の分子に変換することにより除去され得る。その後、エンジンは、再び、希薄動作にリセットされ得る。この希薄動作により、ＮＯｘ吸着体は、新たな再生が必要になるまで続く特定の期間の間、ＮＯｘ化合物を吸着する。
【０００９】
従って、上述されたことにより、ＮＯｘ化合物は、エンジンの固有の燃料から取得された還元剤を用いて還元される。すなわち、この還元剤は、エンジンが濃厚状態において動作される短期間の間に生成される。さらに、従来技術によると、ＮＯｘの再生が必要か否かに依存して、および他の点でエンジンの動作モードに依存して、例えば、スロットルの適切な度合いの適用およびエンジン速度に依存して、燃焼エンジンを均一モードと階層化動作との間で切り換えるための、適切な計画を用いて制御ユニットが利用される。
【００１０】
ＮＯｘ吸着体の再生に関する上述のイベントの経過は、原則として、十分に機能するが、特定の不利な点を有する。例えば、ＮＯｘ吸着体を再生するための濃厚排気ガス混合気を用いてエンジンを動作することが必要であるという事実は、エンジンの動作モード、特に、濃厚動作と希薄動作との間の切り換えに関して、正確に制御されることを必要とするということが留意され得る。さらに、再生により、燃料の余剰が濃厚律動中のエンジンに供給される。その結果、エンジンの燃費が負に影響されることになる。
【００１１】
還元剤の供給によるＮＯｘの再生する従来技術に関するさらなる不利な点は、還元剤の大部分が、排気ガスフロー中に存在する酸素分子と反応することである。従って、排気ガスフロー中のＨＣ分子、Ｈ２分子またはＣＯ分子は、排気ガス中の酸素分子と大規模に反応するのではなく、排気ガス中の合物と反応し得、無害なＮ２を形成する。これは、プロセスの効率を損なう。
【００１２】
ＮＯｘ化合物を還元する、別の公知の方法は、還元剤をアンモニア／尿素の形態で、適切なガスフローに供給することである（いわゆるＳＣＲ技術）。この方法に関する不利な点は、これがアンモニア／尿素の貯蔵および供給に関して特定の配置を必要とし、この技術を用いるＮＯｘ還元は、特定の温度間隔の範囲内で、より厳密には、約３００〜５００℃でのみ可能なことである。
【００１３】
エンジン排気ガス中のＮＯｘ化合物を還元する、さらなる公知の方法は、いわゆるＥＧＲシステム（排気ガス再循環）を利用することであり、エンジンからの排気ガスの特定の量がエンジンの吸気口に戻される。
【００１４】
エンジン排気ガス中のＮＯｘ化合物を還元する、さらなる公知の方法は、２つの異なった大きさの空孔を有するゼオライト構造（いわゆる「二重空孔径（ｄｕａｌ  ｐｏｒｅ  ｓｉｚｅ）」技術）を利用することである。この場合、例えば、ゼオライト構造を通過するガスフロー中のＮＯ分子は、小さいほうの空孔内でＮＯ２分子に変換され、その後、ＮＯ２分子は、大きいほうの空孔内で、例えば、ＨＣ化合物等の還元剤と反応する。この場合、前に述べた反応によりＮ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏが形成される。
【００１５】
例えば、銀原子が供給された、アルミニウムの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）に基づくシステム等、他のＨＣベースのシステムもＮＯｘ還元のために利用され得る。このような構造において、ＨＣ化合物は、ＮＯｘ化合物を含むガスフローが、この構造を通過することが許可されるのと同時に供給され得る。これは、ガスフロー中のＮＯｘ化合物を低減する。
【００１６】
（発明の要旨）
本発明の１つの目的は、燃焼エンジンの排気ガスフロー中のガス成分、特にＮＯｘ化合物の還元を改善することであり、これにより、上述の問題および不利な点が除去される。この目的は、その典型的な特徴が添付の請求項１から明らかなデバイス、およびその典型的な特徴が請求項１１から明らかなデバイスにより達成される。この目的は、さらに、その典型的な特徴が添付の請求項２１から明らかな分離ユニットにより達成される。この目的は、さらに、その典型的な機能が添付の請求項２２から明らかな方法、およびその典型的な特徴が添付の請求項３４から明らかな方法により達成される。
【００１７】
第１の実施形態によれば、本発明は、燃焼エンジンの排気ガスフロー中のガス成分を還元するデバイスに関する。このデバイスは、希薄空気／燃料混合気により動作するように適合され、エンジンからの排気ガスを運搬するための排気パイプを備える。このデバイスは、排気パイプに沿って配置される分離ユニットを備え、この分離ユニットは、排気ガスフローからのガス成分が選択的に通過し、その後で排気ガスフロー中の他のガス成分が通過することにより、排気ガスフローからガス成分を分離する材料の壁構造を備える。
【００１８】
本発明の第１の実施形態によれば、還元剤は、好適には、例えば、ＮＯｘ化合物等の、適切なガス成分の触媒還元のために供給される。壁構造を用いると、排気ガスフローからの適切なガス成分が選択的に通過し、その後で、排気ガスフロー中の他のガス成分が流出する。この場合、ガス成分は、それが壁構造を通過した後（または通過中）に、触媒的に還元剤と反応する。このように、いくつもの利点が得られる。第１に、この壁構造は、当該のエンジンの希薄動作中に、ＮＯｘ化合物の還元が連続的に起こり得るのと同時に、自動車の固有の燃料が還元剤として用いられることを可能にすることが留意され得る。
【００１９】
さらに、上述の壁構造と関連して、上述の還元に触媒反応が提供される。これは、還元剤が排気ガスフロー中のＮＯｘ分子と主に反応する（酸素分子と反応することにより廃棄されるのではない）ことを意味する。このように、酸素との反応が抑制されることは利点である。
【００２０】
実施形態の特定の１つの利点は、排気ガスフロー中の任意のガス成分と反応しなかった還元剤がエンジン内に導かれて戻され得るという事実と関連する。この目的のために、分離ユニットは、エンジンの吸気口と接続された排気口を供える。これは、燃費（例えば、ＮＯｘ化合物を還元するための還元剤の消費）に正の影響を与える。
【００２１】
還元剤と反応することなく、壁構造を通過するＮＯｘ化合物の特定の量が、さらに、エンジンの取り入れ口側に戻され得る。
【００２２】
本発明の第２の実施形態によれば、分離ユニットに還元剤は供給されない。その代わりに、本発明は、この場合、分離ユニットにおける分離の後、ガス成分をエンジンの吸気口に戻すために利用される。このように、戻されたガス成分が周辺の大気中に発散されるのを防ぐ。
【００２３】
第３の実施形態によれば、本発明は、希薄空気／燃料混合気により動作するように適合された燃焼エンジンの排気ガスフロー中の第１のガス成分を還元するデバイスに関する。このデバイスは、エンジンから排気ガスフローを運搬する排気パイプを備える。このデバイスは、この排気パイプに沿って配置される分離ユニットを備え、分離ユニットは、ある材料の壁構造を備え、この壁構造を用いて、第２のガス成分が選択的に通過し、その後、排気ガス中の他のガス成分が通過することにより、排気ガスフローから第２のガス化合物が分離される。この分離ユニットは、コンジットを介してエンジンの吸気口と接続された排気口を備え、第２のガス化合物は、排気ガスフローから分離された後、この吸気口に戻される。
【００２４】
本発明の第３の実施形態によれば、水の形態の成分は、排気ガスフローから分離され得、エンジンの取入れ口側に戻され得る。これは、エンジン内に形成されるＮＯｘ化合物の量を還元させることに貢献する。このように、本発明は、壁構造において排気ガスから分離された水を戻す「選択的ＥＧＲ機能」を提供する。この配置に関する１つの利点は、ＮＯｘ化合物を低減するために、エンジンに余分な水が供給される必要がなく、代わりに、エンジンから出た、排気ガスフロー中に存在する量の水が利用される。
【００２５】
本発明の第４の実施形態によれば、本発明は、ターボアグリゲートを含むタイプの燃焼エンジンとの関連で利用され得る。特に、（上述の分離ユニットを用いて排気ガスから分離された）水がターボアグリゲートの１部を形成するコンプレッサの点上流（ｐｏｉｎｔ  ｕｐｓｔｒｅａｍ）に戻され、この水は中間冷却器により冷却されるという事実により、エンジンからのＮＯｘ化合物の放出がさらに低減され得る。
【００２６】
本発明は、以下において、好適な実施形態および添付の図面を参照して、さらに説明される。
【００２７】
（好適な実施形態）
図１は、本発明による構成の模式図を示す。好適な実施形態によれば、本発明は、「希薄燃焼」タイプ（ＤＩエンジンとも呼ばれる）、すなわち直接噴射オットーサイクルエンジンタイプの燃焼エンジン１と接続して配置され、ここで、燃料のエンジン１への噴射は、エンジン１への異なった空気および燃料供給、ならびに、燃料の噴射、および空気／燃料混合気の点火の期間が異なる、少なくとも２つの動作モード用に適合される。より厳密には、エンジン１は、好適には、「階層化」動作モードで設定され得るように適合される。ここで、供給される燃料は、エンジンのそれぞれの燃焼室内で圧縮され、特定の所定の動作のケースの間のエンジンは、約λ＝３の非常に希薄な空気／燃料混合気により動作され得る。階層化動作モードは、燃料がエンジン１に噴射され、燃料が部分的に（すなわち、不均一に）空気と混合されるという事実に基づき、ここで、混合された燃料と空気の小さな「雲」が形成される。この部分的混合気を取り囲んで、実質的に、清潔な空気が存在する。このように、約λ＝３の非常に希薄な混合気の点火が行われ得る。
【００２８】
λ＝１である場合と比較して、この場合、３倍の量の空気が、同量の燃料とともに供給される。このようなエンジンを用いて、λ＝１である理論混合物により動作されるエンジンと比較して、かなりの燃料が節約される。さらに、エンジン１は、好適には、特定の動作のケースの間に「均一」動作モードでエンジン１の比較的高いトルクおよびエンジン速度に設定され得、理論混合物または比較的濃厚な混合物は、エンジン１に供給される。この場合、この混合物（階層化動作モードの場合とは逆に）は、実質的に、燃焼室内に均一に分散される。
【００２９】
本発明は、単に「希薄燃焼」エンジンと接続して利用されることに限定されず、他の接続で、例えば、ディーゼルエンジン、および理論混合との関連で、酸素の余剰により動作され得、ＮＯｘ化合物を還元する需要がある、他のエンジンのタイプと接続して用いられてもよい。しかしながら、以下において、本発明は、ガソリンにより駆動されることが意図される「希薄燃焼」エンジンに関して説明される。
【００３０】
エンジン１に、従来の方法で、吸気口２を介して流入する空気が供給される。さらに、エンジン１に複数の（例えば４個の）シリンダ３、および対応する数の燃料噴射器４が設けられる。それぞれの噴射器４は、電気接続６を介して中央制御ユニット５に接続される。制御ユニット５は、好適には、コンピュータベースであり、公知の方法で、燃料タンク７からの燃料の各噴射器４への燃料供給を制御するように適合される。従って、一定の時間毎に適合される空気／燃料混合気がエンジン１に供給される。燃料は、燃料タンク７からコンジットを介して、それぞれの噴射器４に供給される。さらに、燃料をそれぞれの噴射器４に供給するために、燃料タンク７と接続された燃料ポンプ９が設けられる。燃料ポンプ９は、制御ユニット５により制御可能であり、この目的のために、さらなる電気接続１０を介して燃料ポンプ９に接続される。本実施形態によるエンジン１は、「多点」噴射タイプにより形成される。ここで、公知の方法で、エンジンへの正しい量の燃料が、制御ユニット５を用いる制御により、それぞれの噴射器４に個別に供給され得る。
【００３１】
図面に示されるエンジン１は４シリンダータイプである。しかしながら、図１は、本発明によるエンジンシステムの主設計を示すに過ぎず、種々の数のシリンダおよび種々のシリンダ構成を有するエンジンにおいて利用され得ることに留意されたい。
【００３２】
エンジン１の動作中、制御ユニット５は、通常、空気／燃料混合気を制御するように適合されるので、この混合気は、一定の時間毎に、一般的な（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ）動作モードに適合される。エンジン１の制御は、実質的に公知の方法で、エンジン１の動作モードおよび当該車両を反映する種々のパラメータに依存して行われる。例えば、エンジンの制御は、適切な度合いのスロットルアプリケーション、エンジン速度、エンジンに噴射される空気の量、および排気ガス中の酸素濃度に依存して行われ得る。この目的のために、エンジン１に、例えば、車両の加速ペダル（図示せず）用の位置指示計１１、エンジン１のエンジン速度を検出するエンジン速度指示計１２、およびエンジン１に供給された空気の量を検出する流量計１３が設けられる。これらすべては、対応する電気接続１４、１５および１６それぞれを介して制御ユニット５に接続される。さらに、システムは、ガススロットル１７を備える。このガススロットルは、好適には、電気的に制御可能であり、このため、制御可能な移動モータ１８が設けられ、このモータを用いて、ガススロットル１７が特定の所望の位置にセットされ得、従って、適切な動作モードに依存して、適切な量の空気がエンジン１の中に供給される。従って、移動モータ１８は、さらなる接続１９を介して制御ユニット５に接続される。
【００３３】
エンジン１の動作中、このエンジンの排気ガスは、分岐パイプ２０を介してシリンダ３から導き出され、さらに、分岐パイプ２０に接続される排気パイプ２１に導かれる。特定の分離ユニット２２は、排気パイプ２１に沿ってさらに下流に設けられる。後述されることによって、分離ユニット２２は、排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物を低減する間に利用されるように適合される。排気ガスフローは、エンジン１から、排気パイプ２１および分離ユニット２２を通り、その後、さらに、大気中へ導き出される。
【００３４】
さらに、本発明による配置は、排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサ２３を含む。好適には、センサ２３は、線形ラムダプローブ（Ｌａｍｂｄａ  ｐｒｏｂｅ）タイプであり（しかしながら、代替的にバイナリプローブにより構成されてもよい）、電気的接続２４を介して制御ユニット５に接続される。好適には、センサ２３は、排気パイプ２１の中、分離ユニット２２の上流に設けられる。それ自体、公知の方法で、センサ２３は、排気ガス中の酸素濃度に対応する信号を生成するために利用される。この信号は、接続２４を介して制御ユニット５に供給され、エンジン１への空気／燃料混合気を制御するために利用される。
【００３５】
さらに、実施形態によれば、ＮＯｘセンサ２５、すなわち、排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物の濃度を決定するために利用される表示器が設けられる。この目的のために、ＮＯｘセンサ２５は、排気パイプ２１の中、分離ユニット２２の下流に設けられ、さらなる電気的接続２６を介して制御ユニット５に接続される。詳細に後述されることにより、排気ガス中のＮＯｘ化合物の濃度を連続的に検出ことにより、制御ユニット５における還元剤の量を制御する可能性、すなわちＮＯｘ化合物のある一定の還元を連続的に制御する可能性が提供される。さらに、ＮＯｘセンサ２５により、ＮＯｘ還元による作用を突き止め、システムの部分を形成する部品の機能を制御する可能性が提供される。
【００３６】
図１に示されることの代替手段として、ＮＯｘセンサは、分離ユニット２２の上流に提供され得る。さらに、この場合、センサは、吸気口に供給されるべき還元剤の量を制御するために利用され得る。さらなる代替手段により、２つのＮＯｘセンサが利用され得、この場合、分離ユニット２２の正面および後に構成される。このように、分離ユニット２２における変化の度合いを決定し、分離ユニット２２の機能を制御するすばらしい機会が提供される。
【００３７】
本発明の構造および機能が、ここで、詳細に説明される。エンジン１の階層化動作中に、希薄排気ガス混合気（すなわち、λ＝１）が生成され、排気パイプ２１を通って流れ、分離ユニット２２に到達する。これは、排気ガス中の酸素の大量の余剰に対応し、最初に説明されたことによれば、これはエンジン１により生成されるＮＯｘ化合物が３元触媒により除去されることを不可能にする。その代わりに、エンジン１からの排気ガス中のＮＯｘ化合物を還元するために、本発明による分離ユニット２２に吸気口２７が設けられる。これを通って、還元剤が分離ユニット２２の中に供給され得る。本実施形態によれば、この還元剤は、エンジン１から放出された排気ガスフローから別々に供給される。より厳密には、還元剤は、車両固有の燃料から取得され、この場合、例えば、種々のＨＣ化合物により構成される。この目的のために、吸気口２７は、燃料タンク７からの燃料を供給するためのコンジット２８と接続される。さらに、コンジット２８に沿って、燃料を分離ユニット２２内の還元剤として適切な形態に処理するために適合された特定の変換ユニット２９が設けられる。より厳密には、変換ユニット２９は、燃料を液体から気体の形態に変換するための蒸発デバイスを備え得る。この気体燃料は、次に、還元剤の形態で分離ユニット２２に供給される。あるいは、変換ユニット２９は、燃料を分離ユニット２２内の適切な還元剤に触媒改質するための改質器を備え得る。さらに、変換ユニットは、例えば、分離ユニットに供給される還元剤の圧力を調整するためのポンプ、および分離ユニット２２への還元剤のフローを制御するバルブ等の形態で、さらなる（図示せず）構成部品を適切に備え得る。この場合、このようなさらなる構成部品は、上述の制御ユニット５への接続（図示せず）を介して適切に制御可能である。
【００３８】
本実施形態によるエンジン１が「希薄燃焼」エンジンであるという事実のために、燃料は、ガソリンにより構成される。しかしながら、本発明は、このタイプの燃料に限定されず、例えば、ディーゼルエンジンにおいて利用されてもよい。さらに、還元剤は、アルコール、メタノール、水素ガス、エタノールまたは純炭化水素（式ＣｘＨｙによる）等の他の物質により構成され得る。このような場合、還元剤は、当該の還元剤用に特に意図される分離タンク（図１に図示せず）から分離ユニット２２に供給される。
【００３９】
以後説明するものによると、還元剤が分離ユニット２２（ここで、排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物が排除される）において排気ガスフローと反応するように、本発明は構成される。反応しなかった還元剤の量は、分離ユニット２２内の排気口３０、および分離ユニット２２をエンジン１の吸気口２に接続するさらなるコンジット３１を介して燃料タンク７に導かれる。このように、残った未使用のすべての存在し得る還元剤が、失われる代わりにエンジン１に返される限り、本発明による利点が得られる。還元剤とＮＯｘ化合物が還元した排気ガスフローとの反応は、図２から詳細に明らかである。図２は、分離ユニット２２の内部を拡大し、そして一部が破断面である断面図である。分離ユニット２２は、相互から分離した複数の内壁３２が設けられ、かつ、排気ガスフローが分離ユニット２２を通り、そして大気中に出ることが可能なように延長部を有するように構成される。好適には、壁３２は、分離ユニット２２の実質的に長手方向である延長部を有するように構成される。壁３２は、複数の分離した、長手方向のダクト３３ａ、３３ｂを規定する。当該還元剤が１つおきにあるダクト３３ｂに沿って導かれ、還元剤が導かれるダクト３３ｂ間に配置されたダクト３３ａに沿って、排気ガスフローが導かれるように、ダクト３３ａ、３３ｂを設ける。この点に関して、還元剤および排気ガスフローは、相互に対して実質的に対向する方向に導かれる。
【００４０】
タンク７から分離ユニット２２の吸気口２７への燃料の運搬をさらに促進するために、キャリアガスを変換装置２９に供給してもよいし、あるいは、コンジット２８に直接供給してもよい。周囲大気から変換装置２９へのこのような接続を、図１で破線および参照符号２８ｂを用いて示す。あるいは、接続は、分離ユニット２２に続くコンジット２８に直接、接続し得る。実施形態による分離ユニット２２がコンジット３１を介してエンジン１の吸気口２に接続されているため、吸気口２と分離ユニット２２との間には圧力差がある。この圧力差により十分な動作圧力が得られ、この動作圧力により、キャリアガスが燃料と共に分離ユニット２２に効果的な様態で運ばれる。
【００４１】
本発明のさらなる代替によれば、排気口３０を省いてもよい。このような場合、ＮＯｘ化合物との反応の間に消費されると推定される還元剤の量のみが分離ユニット２２に供給されるように制御される。
【００４２】
したがって、図２の矢印３４が示す方向によって、関連の還元剤が、分離ユニット２２内の１つおきにあるダクトに沿って導かれる。この場合、さらなる矢印３５が示すように、排気ガスがエンジン１から中間ダクトに沿って導かれる。したがって、本発明によれば、排気ガスおよび還元剤は別個のダクトに沿って分離ユニット２２内に導かれる。
【００４３】
図面から明らかであるものによれば、還元剤は排気ガスフローに対して向流となるように、分離ユニット２２内に適切に導かれる。しかし、本発明はこれに限定されない。あるいは、還元剤は、排気ガスと実質的に同じ方向に沿って（すなわち、排気ガスの流れる方向に対して現行の向きまたは逆向きで）分離ユニット中に導かれ得る。好適には、この場合、ＮＯｘ化合物の最低濃度が、還元剤の最大濃度に合うように、還元剤は向流する様態で分離ユニット２２内に導かれる。
【００４４】
好適な実施形態によれば、壁３２は、実質的に平面で、かつ、分離ユニット２２の長手方向の延長部と平行である板となるように構成されている。しかし、本発明はこのような設計に限定されないが、壁は、例えば、複数の同心パイプによって規定され得る。これらのパイプの間には、上述のダクトに対応する隔たりが規定される。さらなる代替は、分離ユニットをハニカム構造で押出しモノリスの形態に設計する。この構造において、排気ガスフローおよび還元剤は１つおきにあるダクトに供給される。第４の別の実施形態は、断面図で見た場合、実質的に「Ｓ」のように折り畳まれたディスクとして分離ユニットを設計する。
【００４５】
第１の実施形態を実現するためにどの代替を選択したかとは無関係に、この実施形態は、排気ガスおよび還元剤がダクト３３ａ、３３ｂに沿って分離ユニット２２中に供給される点に基づいていると言い得る。ダクト３３ａ、３３ｂは、相互から分離し、かつ、壁構造を共に構成する複数の壁３２の両側に設けられている。フローに関して最適、かつ、正しい様態でエンジン１からの排気ガスフローを制御し、これにより、還元剤および排気ガスフローがそれぞれ、各壁３２のいずれかの側面中に導かれ得るように壁３２を設計する。
【００４６】
本発明によれば、壁３２は、各ダクト３３ａ、３３ｂに沿って導かれる種々のガス成分が壁３２中に拡散（すなわち、浸透）される点に関して、選択的な吸着能力を有する材料からなる。好適には、壁３２はゼオライトの材料からなる。ゼオライトの材料は、それ自体以前より公知のタイプの材料であり、これらのガス成分中の分子サイズおよび分子の形状に関する差異に依存して、例えば、混合気中の種々のガス成分を分離するために用いられ得る分子構造を含むという特性を有する。具体的には、ゼオライトは、上述の選択的機能が提供される寸法の「空孔」または「ダクト」が形成された結晶構造を含む。
【００４７】
本発明によれば、適切なゼオライト材料を用いると、各壁３２を介した排気ガスフロー中を酸素が通ることを相当防ぎつつ、ＮＯｘ化合物が通ることを可能にし得る。ゼオライト材料によりさらに、各壁３２を介して還元剤が流れることが可能になる。好適な実施形態によれば、ゼオライト材料の分子構造が、窒素酸化物が比較的高い拡散速度で通り、一方、他のガス成分（例えば、酸素）が比較的低い拡散速度で通ることが可能であるようにダクトの直径が約５オングストローム（１オングストローム＝１０−１０ｍ）のサイズであるゼオライト材料が用いられる。このようなゼオライト材料の一例はＺＳＭ−５である。しかし、本発明はこの材料に限定されない。したがって、実施形態によれば、サイズに応じて分子の分離が提供される。壁構造を介した運搬は分圧差によって維持される。キャリアガスを適切に用いると、壁構造を通過した分子を運搬し得る。ゼオライトは、本発明による種々のサイズおよび形状の分子を分離するために用いられ得る材料の一例にすぎない。適切な材料の別の例はいわゆるＳＡＰＯ（シリコン、アルミニウム、リンおよび酸素）である。
【００４８】
図２を参照すると、還元剤が分離ユニット２２の吸気口から（図２からは明らかでない）各壁３２の側面のうちの一方に沿って供給され、一方、排気ガスが排気パイプ２１から、対応する壁３２の他方の側面に沿って供給されるものを本発明が提供する点に留意されたい。この場合、壁３２は膜構造を構成する。この膜構造は、その材料特性によって、還元剤が導かれるダクト３３ａの方向で、高い拡散速度で排気ガスフロー中をガス成分が通ることを可能にするように適合される。対応する様態で、壁３２により、排気ガスフローが導かれるダクト３３ｂの方向で、高い拡散速度で排気ガスフロー中を還元剤が通ることが可能になる。一方、各壁３２を介した排気ガスフローからの酸素の拡散が相当制限されるようになる。これは、酸素の拡散速度が相当低いことに対応する。酸素が各壁３２を通過する速度をこのような遅延は、壁３２がゼオライト材料からなり、ダクト３３ａからの還元剤のガス運搬、およびダクト３３ｂからの排気ガスフローのガス運搬が、ゼオライトの空孔構造を通るようにすることによって提供される。本発明によれば、Ｎ２およびＯ２などの無極性ガス成分の運搬速度を遅くし、一方、極性ガス成分の運搬速度を速くするように壁構造３２の極性を修正することによって、拡散能力に相当影響を与え得る。例えば、ゼオライトの構造において、アルミニウム（Ａｌ）をシリコン（Ｓｉ）に交換することによって極性に影響を与え得る。シリコンは四価であり、アルミニウムは三価である。この場合、シリコンは対イオン（例えば、Ｎａ＋またはＨ＋）を必要とする。あるいは、対イオンは銀（Ａｇ＋）によって構成され得る。さらに、ゼオライト中のＳｉ／Ａｌの関係を変更し得る。さらに、小さい空孔を有し、空孔が約５オングストローム以下である空孔構造を有するゼオライトを適切に用いる。
【００４９】
したがって、壁３２によって規定される膜構造は、酸素と還元剤との競合反応と比べて、ＮＯｘ化合物と還元剤との反応の選択性を向上させる。このように、排気ガスフロー中の酸素分子と反応させることによって、還元剤を不必要に浪費しない限り、利点が得られる。
【００５０】
壁構造３２で生じる反応を図３により詳細に示す。図３は、図２でも示した断面図Ａをさらに拡大した図である。したがって、図３において、各壁３２中のＮＯｘ化合物の還元を略図で示す。本発明の基本原理は、壁３２が、排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物と還元剤との反応の触媒としても機能する点である。この場合、触媒反応は各壁３２の表面層に対して、すなわち、対応する還元剤用のダクト３３ｂの内方へと向けられた各壁３２の表面層において実質的に起こる。図３において、表面層は参照符号３２ｂを用いて示す。各壁３２を介して導かれるＮＯｘ化合物および各ダクト３３ｂに沿って導かれる還元剤は表面層３２ｂ上に吸着される。各排気ガスダクト３３ａ中の酸素の、壁３２を通る運搬速度が低くなるように、上述の様態で材料を選択するため、（例えば）酸素が浸透する前にＮＯｘ化合物が選択的に浸透する。このように、酸素は表面層３２ｂ中の反応に関与しない。還元剤の壁３２を通る運搬速度も低いため、還元剤は非常に短い距離３２の内方へと拡散し、表面層３２ｂ中のＮＯｘ化合物と反応する。膜内で用いられる反応は、
ＮＯｘ＋Ｒ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
という関係に従う。但し、Ｒは当該還元剤であり、例えば、エンジン１の燃料中のＨＣ化合物によって構成される。適切な還元剤の他の例は、水素ガス（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）およびアンモニア（ＮＨ３）である。したがって、ＮＯｘ化合物が還元剤と反応して、無害な分子の窒素、二酸化炭素および水を形成することが証明され得る。
【００５１】
触媒反応が触媒作用を有する壁構造の表面層中で起こる、上述したのとは別の代替として、触媒作用は、壁構造上に施された別個の触媒コーティングによって提供され得る。したがって、この代替の溶液（図面には図示せず）中において、この作用のために別個の表面層を用いる。
【００５２】
図１を再度参照すると、残っている可能性があるすべての存在し得る還元剤（すなわち、排気ガスフロー中のすべてのガス成分と反応しなかった還元剤）は、コンジット３１を介してエンジンの取入れ口側に導かれることが示される。還元剤は、分離ユニット２２中に行き渡っている圧力に対して負である吸気口２内で行き渡っている圧力によって運搬される。上述のキャリアガスコンジット２８ｂを用いる場合に、このプロセスが促進される。あるいは、ポンプデバイス（図示せず）を用いると、還元剤を吸い込み、次いで、車のシリンダー中に残りの空気および燃料と共に還元剤を供給し得る。
【００５３】
１つの可能性のある解決策によれば、大気中に直接、すなわち、エンジン１に返さずに、残りの還元剤を導くことも可能である。
【００５４】
制御装置５は、ＮＯｘセンサ２５からの信号によって、または、一般的な動作条件（エンジン１の関連負荷、エンジン速度および温度に関する）がいかにＮＯｘ化合物を生成するかを記述した、格納されたテーブルを制御装置５に供給することによって、分離ユニット２２に供給される還元剤の量を制御するために用いられ得る。テーブルを制御装置５に供給する場合、別個のＮＯｘセンサは必要ない。
【００５５】
さらに、制御装置５は、好適には、ＮＯｘセンサ２５を用いて、還元剤のフローに対する分離ユニット２２の後の排気ガスフロー中のＮＯｘ化合物の量を検出することによって、いかに効果的にＮＯｘの還元が還元剤の特定のフローに関連しているかを計算するように適合される。好適には、この場合、供給された還元剤の量により、広がっているＮＯｘの還元が調整され得る。したがって、排気ガス中のＮＯｘ化合物の濃度を継続的に検出する制御装置５を用いることによって、供給された還元剤の量を調整する可能性が提供される。
【００５６】
さらに、ＮＯｘセンサ２５によって、ＮＯｘの還元に関する機能を診断する可能性が提供される。この場合、これは、ＮＯｘ化合物の関連した濃度を測定し、かつ、エンジン１の種々の動作状態の間に特定の所定の制限値を比較する制御装置５を用いることによって行われる。制限値が満たされない場合、不可欠な成分のうちの１つに関して、所定のタイプのエラーがあることが証明され得る。このような場合、例えば、ＮＯｘの還元が正常に機能していないことを車両の運転手に警告する警告灯の形態で、所定の表示の形態を生成するために、制御装置５を用いてもよい。
【００５７】
実質的に継続的で希薄動作の関連エンジン１の場合、従来のガソリンエンジンに対して燃費が約１０〜１５％下がるという計算が示された。この燃費の見込みから、約１％の装置が消え、これは、上述の還元剤を提供するために必要である。したがって、以前より公知のエンジン構成に対して、９〜１４％の燃費の純益が提供される。さらに、本発明がディーゼルエンジンと共に用いられた場合、従来のガソリンエンジンに対して燃料の節約が約３０％下がることが証明されている。
【００５８】
ディーゼルエンジンからの排気ガスの温度が通常、ガソリンエンジンの排気ガスの温度より低く、ＮＯｘ化合物を還元させる本発明による方法は、排気ガスの温度が相当低い間に特に効果的であることが証明されているため、偶然にも、本発明はディーゼルエンジンで用いられることに特に適している。
【００５９】
以下において、本発明の第２の実施形態を図４を参照して説明する。図４は、実質的に図１に対応するが、還元剤のいかなる供給も含まない。さらに、図１にも明らかであるコンポーネントに対しては、同じ参照符号を図４において用いることに留意されたい。
【００６０】
図４から明らかであるところによれば、上述の実施形態に対応する様態で（すなわち、コンジット３１を介して）、分離ユニット２２はエンジン１の吸気口２に接続される。しかし、（コンジット３１がエンジン１にすべての存在し得る未使用の還元剤を返すために用いられる）図１による実施形態とは異なり、図４による実施形態におけるコンジット３１は、分離ユニット２２によってエンジンの排気ガスから分離されたＮＯｘ化合物を返すために用いられる。この場合、分離ユニット２２が排気ガス中の他のガス成分より前に、ＮＯｘ化合物を選択的に通す材料からできた壁構造を含む限り、ＮＯｘ化合物の分離は、図２および図３に関して上で説明した様態に対応する様態で行われる。したがって、図４による実施形態において、還元剤は供給されないが、排気ガス中のＮＯｘ化合物は分離ユニット２２中の排気ガスから分離され、そして周囲大気に放出される代わりに、コンジット３１を介してエンジン１に返される。
【００６１】
さらに、コンジット２８ｂは好適には、キャリアガス用、好適には、周囲大気からの空気用に用いられる。これは、この場合、分離ユニット２２中に供給される。この場合、キャリアガスは、分離ユニット２２によって分離されたＮＯｘ化合物を、リターンコンジット３１を介してエンジン１に導く。
【００６２】
本発明の第３の実施形態によれば、図４に示す構成に実質的に対応する構成が用いられている。この第３の実施形態においても、還元剤はまったく供給されない。さらに、この第３の実施形態による分離ユニットは、エンジンからおよび分離ユニット２２を介して流れ出す排気ガス中に水の選択的通路を提供する材料でできた壁構造が設けられる。これを目的として、壁構造中の材料は好適には、ＺＳＭ−５によって構成され得るが、他の材料も可能である。
【００６３】
燃焼エンジンに水を供給すると、エンジン中のＮＯｘ化合物の生成が還元することは、それ自体以前より公知である。特定の量の水が分離ユニット中の排気ガスフローから分離され、続いて、水を返すことが意図されたリターンコンジット３１を介して、エンジン１の空気吸気口２に返される限り、この原理はこの第３の実施形態において用いられる。
【００６４】
本発明の第４の実施形態を図５に示す。図５は、エンジンシステムをやや簡略化した主な図であり、これは、上述したものに実質的に対応するが、エンジン１を意図している。エンジン１は、それ自体以前より公知のターボアグリゲート３６が設けられており、次いで、排気ガスによって動作されるタービン３７、および流入する空気を圧縮するコンプレッサ３８を含む。これを目的として、タービン３７およびコンプレッサ３８を公知の様態で、共通軸３９上に配置する。コンプレッサ３８はタービン３７によって動作され、次いで、タービン３７はエンジン１から流れる排気ガスによって動作される。さらに、システムは、いわゆる「インタークーラー」４０を含む。インタークーラー４０によって、コンプレッサ３８を介してエンジン１に供給される空気が冷却され得る。
【００６５】
図５から明らかであるところによれば、エンジン１は、その排気パイプ２１を介して、上述の対応するタイプの分離ユニット２２に接続される。エンジン１からの排気ガスは、排気ガスタービン３７を介して、そしてさらに分離ユニット２２に供給される。上述した様態で、分離ユニット２２は、流れる排気ガスから特定の排気ガス成分（この場合、水）を分離するように適合される。実施形態によれば、分離ユニット２２をエンジン１の吸気口２に接続するコンジット３１を介して、ターボアグリゲート３６のコンプレッサ３８の上流点にこの水が返される。このように、水が排気ガスから分離され得、エンジン１の取入れ口に返され得る。これは、エンジン内で形成されるＮＯｘ化合物の量が還元することにつながる。あるいは、コンプレッサ３８の下流点にも水を返し得る。
【００６６】
したがって、従来のＥＧＲシステムとは対照的に、「選択的なＥＧＲ機能」が本発明によって提供される。本発明において余分な水を加える必要はない。代わりに、排気ガス中に存在する量の水が用いられる。
【００６７】
排気ガスフローから返される水は、気体または液体のいずれかであり得る。液体の場合、上述の冷却デバイス４０によって向上した機能を提供する。冷却デバイス４０は、この場合、水を冷却するために用いられて、次いで、水はエンジン１に返される。エンジン１におけるＮＯｘ化合物の生成が原則的に還元し、吸気口２に返される水の量が多くなることが証明され得る。特に、水が飽和した後には、飽和していない場合に比べてＮＯｘ生成の還元が多くなることが証明され得る。
【００６８】
本発明は、上述し、かつ、図面に示す実施形態に限定されない。本発明は、上掲の特許請求の範囲の範囲内で変化し得る。例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンの両方、または排気ガス中の余分な酸素によって動作されるエンジン内で、ＮＯｘ化合物が還元することが望ましい他の用途において本発明を用い得る。原則的に、ガスフロー中の特定のガス成分（例えば、一酸化炭素（ＣＯ））が還元することが望ましい他の接続部にも本発明を適用し得る。
【００６９】
本発明は、公知のタイプのＮＯｘ吸着剤に代わり得る。特に、本発明が定期的に（ＮＯｘ吸着剤の再生用の）リッチなオペレーションをもはや必要としないため、これは有利な結果をもたらす。
【００７０】
図４を参照して上述したのとは別の代替によれば、本発明を用いて、エンジンの吸気口にＮＯｘ化合物および水を結合して返し得る。上述したタイプと実質的に同じタイプの壁構造を有するが、ＮＯｘ化合物および水の両方の選択的通路が提供される様態で設計された分離ユニットを用いることによって、これを提供し得る。壁構造中の適切に選択された材料特性（例えば、材料および空孔サイズに関して）によってこれを実現し得る。例えば、異なる壁において異なる空孔サイズを有するＺＳＭ−５のタイプの材料は、ＮＯｘ化合物および水を同時に選択的に分離するために用いられ得る。この場合、このような分離、およびエンジンの吸気口へＮＯｘ化合物および水を続いて返すことによって、エンジン中のＮＯｘ化合物の生成が還元される。
【００７１】
さらに、本発明による分離ユニット２２は、別個の三元タイプの触媒と組み合わされ得る。あるいは、分離ユニット２２を、例えば、粒子フィルター、酸化触媒または尿素ベースの後処理装置と組み合わしてもよい。
【００７２】
さらに、例えば、キャリアガスコンジット２８ｂに沿って配置されている所定の形態のコンプレッサデバイス（図１および図４参照）を本発明に追加して、分離された排気ガス成分を返すために用いられるキャリアガスの圧力を増加させ得る。これは、種々のエンジンタイプで用いるように本発明を調整することに適してい得る。
【００７３】
さらに、供給されたキャリアガス用のデバイスを調節する所定の形態のデバイスを本発明に追加し得る。例えば、この場合、キャリアガスコンジット２８ｂに沿って配置され得る、それ自体以前より公知の調節バルブによって、これを実現し得る。この場合、このようなバルブは、適切に制御装置５に電気的に接続され、かつ制御装置５によって制御可能である（図１および図４参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、第１の実施形態による、本発明が利用され得る配置を示す主線図である。
【図２】  図２は、本発明による、分離ユニットの拡大された詳細図である。
【図３】  図３は、本発明による、分離ユニットの１部の、拡大されたさらなる詳細図である。
【図４】  図４は、主に図１に対応するが、本発明の第２の実施形態による構成を示す主線図である。
【図５】  図５は、本発明の第４の実施形態による配置を示す。
【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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