(57)【要約】  特に内燃機関の燃焼排ガスの後処理装置であって、排ガス成分を低減させるための装置（１２）と、排ガスを案内するための排ガス管（１０）と、排ガス管（１０）上または排ガス管（１０）内に設けられた、排ガス成分を検出するためのセンサ（１４）とを有しており、排ガス成分を検出するためのセンサ（１４）は、排ガス流の流れ方向で見て排ガス成分を低減させるための装置（１２）の下流側に配置されており、排ガス管（１０）は、排ガス成分を低減させるための装置（１２）と排ガス成分を検出するためのセンサ（１４）との間に、排ガス流を均質化するための手段（１６）を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス後処理装置、特に内燃機関の燃焼排ガスの後処理装置であって、排ガス成分を低減させるための装置と、排ガスを案内するための排ガス管と、該排ガス管上または該排ガス管内に設けられた、排ガス成分を検出するためのセンサとを有しており、排ガス成分を検出するための該センサが、排ガスの流れ方向で見て、排ガス成分を低減させるための前記装置の下流側に配置されている形式のものにおいて、
前記排ガス管（１０）は、排ガス成分を低減させるための前記装置（１２）と、排ガス成分を検出するための前記センサ（１４）との間に、排ガス流を均質化するための均質化手段（１６）を有していることを特徴とする、排ガス後処理装置。
【請求項２】
前記均質化手段（１６）は、排ガス成分を低減させるための前記装置（１２）と、排ガス成分を検出するための前記センサ（１４）とによって制限された、特に前記排ガス管（１０）の真っ直ぐな区分から成っており、前記排ガス管（１０）の前記区分は、前記排ガス管（１０）の直径の概ね５倍から１０倍の長さを有していることを特徴とする、請求項１記載の排ガス後処理装置。
【請求項３】
前記均質化手段（１６）は、前記排ガス管（１０）の１区分から成っており、該区分は、前記排ガス管（１０）の、該区分に隣接した区分に対して拡張された直径を有していることを特徴とする、請求項１または２記載の排ガス後処理装置。
【請求項４】
前記排ガス管（１０）は、少なくとも排ガスの流入側で管状の領域を有しており、該領域は、拡張された直径を有する前記区分へ突出しており、該区分に排ガスを供給することを特徴とする、請求項３記載の排ガス後処理装置。
【請求項５】
前記均質化手段（１６）は、排気エルボまたは消音器から成っていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
【請求項６】
前記均質化手段（１６）は、前記排ガス管（１０）内に設けられた案内薄板（１８）から成っており、該案内薄板（１８）は、特に排ガスの前記流れ方向（１３）に対して傾斜して配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
【請求項７】
排ガス成分を測定するための前記センサ（１４）は、抵抗型のパティキュレートセンサとして形成されており、該パティキュレートセンサは、少なくとも２つの測定電極を有しており、該測定電極を介して、該測定電極間に存在するセンシング材料の電気抵抗および／またはセンシング材料上に存在するパティキュレートの電気抵抗が特定できるようになっていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
【請求項８】
排ガス成分を特定するための前記センサ（１４）は、セラミックガスセンサとして形成されており、該セラミックガスセンサは、測定電極を有しており、該測定電極を介して、ガス状の排ガス成分の濃度が電気化学式に特定できるようになっていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
【請求項９】
エネルギー形成に関する固定設備の排ガスを浄化するために、請求項１から８までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の、排ガス後処理装置および排ガス後処理装置を使用する方法に関する。
【０００２】
背景技術
可燃性で、特に炭素を含有するパティキュレートを含んだ排ガスの浄化は、ますます重要性を増している。このような混合ガスを浄化するためには、一般的にセラミックのフィルタシステムが用いられる。このようなシステムを最適化するための課題は、主に濾過（多くのパティキュレートフィルタは９９％以上の分離を実現している）自体ではなく、むしろフィルタの、持続的で、かつ効果的な使用にあり、この場合、特にフィルタにおける漏れを早期に認識するよう望まれている。このために、煤濃度を検出するためのセンサが用いられる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４００７０３８号明細書から排ガス後処理装置が公知であり、前掲明細書においては、浄化されるべき排ガスのパティキュレート濃度を検出するためのセンサが組み込まれている。このセンサは、排ガス後処理装置のフィルタスペースに配置されていて、相互間隔を有する２つの測定電極を有しており、これらの測定電極は、電気抵抗もしくは電気抵抗に相当する電気インピーダンスを検出する機能を有している。提案された排ガス後処理装置の欠点によれば、排ガス後処理装置の、局部的に生じる故障を、いかなる場合にも確実に検知できるわけではなく、したがって浄化されていない排ガスが排ガス後処理装置から認識されずに漏出している可能性が存在する。
【０００４】
本発明の課題および利点
したがって本発明の課題は、排ガス後処理装置を改良して、機能性を簡単に検査できるものを提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有する排ガス後処理装置によって、好適に解決される。
【０００６】
この構成は、特に、たとえばフィルタ装置として形成された、排ガス成分を低減させるための装置と、排ガスを案内する排ガス管内で排ガス成分を検出するためのセンサとを空間的に分離することに基づいており、この場合、排ガス成分を低減させるための装置と、排ガス成分を検出するためのセンサとの間に、排ガス流を均質化するための手段が設けられている。このようにして、有利には、排ガス成分を検出するためのセンサは、常に排ガスと接触し、排ガスの混合および均質化が実現される。したがって、フィルタ装置内の故障がどの箇所で生じるかとは無関係に、そのような故障を確実に検知することができる。
【０００７】
本発明による排ガス後処理装置の別の有利な形態は、従属請求項から明らかである。
【０００８】
したがって、特に有利には、排ガス成分を低減させるための装置と排ガス成分を検出するためのセンサとの間に、排ガス管の、排ガス成分を低減させるための装置と排ガス成分を検出するためのセンサとによって制限された、特に真っ直ぐな区分として構成された均質化手段が配置されており、この場合、排ガス管のこの区分は、排ガス管の直径の５倍から１０倍の長さを有している。この構成によって、浄化されるべき排ガスの十分な均質化が簡単に達成される。
【０００９】
選択的な有利な形態によれば、均質化手段は、排ガス管の１区分から成っており、この区分は、排ガス管のこの区分に隣接した区分に対して拡張された直径を有している。この場合排ガス管は、少なくとも排ガスの流入側で管状の領域を有しており、この領域は、拡張された直径を有する区分へ突出していて、この区分に排ガスを供給する。このことは、フィルタ装置と排ガス成分を検出するためのセンサとの間に位置する均質化手段の、特に簡単に実現でき、しかも効果的な形態を成している。
【００１０】
本発明の特に有利な形態によれば、排気エルボ、排気マニホールドまたは消音器が均質化手段として用いられる。というのもこれらの構成部材は、排ガス管に標準的に設けられているからである。
【００１１】
本発明による排ガス後処理装置は特に、内燃機関の排ガス後処理、ならびにエネルギー形成に関する固定設備の排ガスの浄化に適している。
【００１２】
以下に、図面および図面に関連する記述に基づいて本発明を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】第１実施例に基づく排ガス後処理装置を概略的に示した図である。
【図１ｂ】図１に示した排ガス後処理装置をＡ―Ａ線に沿って示した断面図である。
【図２ａ】第２実施例に基づく排ガス後処理装置を概略的に示した図である。
【図２ｂ】図２ａに示した排ガス後処理装置の選択的な実施例を示した図である。
【００１４】
実施例の説明
図１ａおよび図１ｂには、本発明の第１実施例の構造原理を示した。ここでは符号１０で排ガス管を示しており、排ガス管１０は、たとえば円形の横断面を有している。排ガス管１０内には、排ガス成分を低減させるための装置が、排ガス管１０を通過する排ガスからパティキュレートを捕集するためのフィルタ装置１２として組み込まれている。この場合フィルタ装置１２は、セラミック体または燒結金属体をベースとするパティキュレートフィルタとして形成することができ、場合によっては、フィルタ装置１２は、触媒活性物質を有していてもよい。
【００１５】
さらに排ガスの流れ方向１３で見てフィルタ装置１２に後置して、排ガス成分を検出するためのセンサ１４が、排ガス管１０に位置決めされている。このセンサ１４は、たとえば排ガス中に存在するパティキュレートの濃度を検出するか、またはガス状の排ガス成分の濃度を検出する機能を有している。センサ１４によって、フィルタ装置１２の機能性を検査することが可能である。たとえばフィルタ装置１２に漏れが生じる場合、排ガス中に連行されたパティキュレートは、開口を通過して、センサ１４によって検出される。したがってセンサ１４は、パティキュレートセンサとして形成することができる。
【００１６】
さらにフィルタ装置１２内に存在する触媒活性層の機能性の管理も、このために適したセンサ１４によって可能である。したがってこのような触媒活性層は、通常、比較的低い排ガス温度でフィルタ装置１２内に堆積したパティキュレートの燃焼を実現するように作用する。このような燃焼の際には、一酸化炭素および二酸化炭素などの付加的なガス状の排ガス成分が放出され、センサ１４によって検出することができる。この場合センサ１４は、セラミックガスセンサとして形成される。さらにセンサ１４として、パティキュレート濃度だけでなくガス状の排ガス成分の濃度も検出できるコンビネーションセンサを使用することも考えられる。
【００１７】
たとえばフィルタ装置１２における漏れを、フィルタ装置１２内部での発生箇所とは無関係に効果的に検出できるように、排ガス管１０は、追加的に、排ガス管１０内で案内された排ガスの均質化手段１６を、排ガスの流れ方向１３で見てフィルタ装置１２とセンサ１４との間に有している。この場合均質化手段１６は、フィルタ装置１２とセンサ１４との間において、排ガス管１０内で案内された排ガス流の集中的な混合および均質化に役立つ。このようにすると、たとえば、パティキュレートがフィルタ装置１２を通過した箇所とは無関係に、フィルタ装置１２を通過するパティキュレートをセンサ１４によって検出できる構成を達成することができる。
【００１８】
この極めて簡単な実施例において、均質化手段１６は、排ガス管１０の、フィルタ装置１２とセンサ１４との間に配置された区分に設けることができ、場合によってはフィルタ装置１２とセンサ１４とによって制限することができる。この場合排ガス管１０のこの区分は、特に、概ね真っ直ぐに形成されていて、かつ排ガス管１０の直径の約５倍から１０倍の長さを有している。このようにしてフィルタ装置１２から流出する排ガス流の十分な均質化が保証される。さらにセンサ１４が、フィルタ装置１２から大きすぎる間隔で配置されていることによってセンサ１４の測定精度が損なわれるという事態が避けられる。なぜならセンサ１４は、比較的遅い作動時点で初めて、いわゆる露点を越えるからである。この場合センサ１４の露点とは、センサ１４の、センサ箇所にもはや水滴が生じることのない、特に排ガス温度および水蒸気分圧のようなセンサ１４の作動条件を意味する。
【００１９】
排ガス管１０の、均質化手段１６として作用する区分が追加的に案内薄板１８（案内薄板１８は、排ガス管１０内で案内される排ガス流に対して突出していて、有利には排ガスの流れ方向に傾斜している）を備えている場合、均質化手段１６の均質化作用をさらに改善することができる。このようにして案内薄板１８に衝突して流れる排ガスは、接線方向または半径方向に変向される。排ガス管１０内に案内薄板１８が存在する場合、排ガス管１０の、均質化手段１６として作用する区分は、上記の長さよりも短く設けてもよい。排ガス管１０内への、案内薄板１８の組付に対して選択的に、排ガス管１０内でフィルタ装置１２とセンサ１４との間に設けられたエルボ、マニホールドまたは消音器を均質化手段１６として使用することもできる。
【００２０】
図２ａには、本発明の別の実施例を示した。この場合図１ａおよび図１ｂと同一の符号は、同一の構成部材を表した。
【００２１】
図２ａに示した排ガス後処理装置の場合、フィルタ装置１２とセンサ１４との間に、均質化手段１６として、排ガス管１０の、排ガス管１０に比べて拡張された内径を有する、特に円筒形に形成された管区分が設けられている。このようにしても、排ガス管１０内で案内される排ガス流の効果的な混合および均質化が達成される。このことは、特に排ガス管１０の、拡張された直径を有する領域に不感域が形成される場合に当てはまる。このことは、たとえば排ガス管１０の管拡径部が比較的短い管長さにわたって形成されることによって実現される。このために排ガス管１０と、排ガス管１０の拡張された直径を有する領域とは、排ガスの流れ方向１３に対して概ね垂直に配置された開口絞り２０によって相互結合することができる。
【００２２】
図２ｂには、図２ａに示した排ガス後処理装置の選択的な実施例を示した。この場合排ガス管１０は、均質化手段１６の流入側で均質化手段１６の中へ延びているので、排ガス管１０は、均質化手段１６内に突出している。
【００２３】
さらに図１ａ、図１ｂおよび図２ａ、図２ｂに示した排ガス後処理装置の特徴を組み合わせることもできる。したがって、特に案内薄板の配置構造、もしくは排ガス管１０の、拡張された直径を有する区分における構成部材、たとえばエルボ、マニホールドまたは消音器の配置構造が有利である。
【００２４】
排ガス成分を検出するためのセンサ１４として、特にセラミックセンサエレメントをベースとしたセンサが適している。センサ１４がパティキュレートセンサとして形成されている場合、センサ１４は、電気的に絶縁性の材料、たとえば酸化アルミニウムから成る層構造を有している。センサエレメントの大きな面に、たとえば測定電極が取り付けられており、この測定電極は、センサエレメントの感応領域を成していて、測定電極の間に存在する表面材料の電気抵抗もしくは導電率を特定する機能を有している。
【００２５】
選択的に、排ガス成分を低減させるための装置は、ガス状の排ガス成分を変換するための触媒、たとえば三元触媒または酸化触媒であってもよい。この場合センサ１４は、有利には排ガスのガス状の成分を検出するためのセンサとして形成されており、酸素、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物またはアンモニアを電気化学式に検出するための適切なセラミックセンサエレメントをベースとして形成されている。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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