(57)【要約】内燃機関の排気ガスが貫流可能な、種々異なる流れ抵抗の各領域がある坦体を有する排気ガス後処理装置が提案されており、その際、坦体は、各流れ領域（４）を有しており、前記各流れ領域（４）は、相互に仕切られていて、各々境界装置部（２，１２，１４）によって境界付けられており、前記各流れ領域（４）は、各々少なくとも１つの、排気ガスが供給可能な流入開口（７）を有しており、前記境界装置部を種々異なって構成することにより、前記坦体の、内燃機関の排気ガスが貫流可能な各領域（１１，１３；１５，１６；２０，２１；５７，５８）内に種々異なる流れ抵抗が形成される。
2006502842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが貫流可能な、種々異なる流れ抵抗の各領域がある坦体を有する排気ガス後処理装置において、
坦体は、各流れ領域（４，４４）を有しており、前記各流れ領域（４，４４）は、相互に仕切られていて、各々境界装置部（２，１２，１４，４６）によって境界付けられており、前記各流れ領域（４，４４）は、各々少なくとも１つの、排気ガスが供給可能な流入開口（７）を有しており、前記境界装置部を種々異なって構成することにより、前記坦体の、内燃機関の排気ガスが貫流可能な各領域（１１，１３；１５，１６；２０，２１；５７，５８）内に種々異なる流れ抵抗が形成される
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
【請求項２】
各境界装置部は、排気ガスに対して透過性であり、前記排気ガス中に含まれている煤粒子を抑制することができる請求項１記載の排気ガス後処理装置。
【請求項３】
各境界装置部の透過率は可変である請求項２記載の排気ガス後処理装置。
【請求項４】
各境界装置部の種々異なった透過率は、少なくとも部分的に当該各境界装置部の相応に選択された厚みによって決められる請求項３記載の排気ガス後処理装置。
【請求項５】
各境界装置部は、各々１つの壁及び当該壁を少なくとも部分的に被覆する層（１２，１４，５３）を有しており、層の厚みは変えられる請求項１から４迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項６】
境界装置部の、流入開口部側の領域（１１；１５）内での、少なくとも１つの当該境界装置部の透過率は、前記流入開口部とは反対側の領域（１３；１６）内での、前記境界装置部の透過率とは異なっている請求項３又は４記載の排気ガス後処理装置。
【請求項７】
少なくとも２つの境界装置部の透過率は、相互に異なっている請求項３，４又は６記載の排気ガス後処理装置。
【請求項８】
各境界装置部は、少なくとも部分的に多孔性材料から構成されており、前記各境界装置部の種々異なった透過率は、少なくとも部分的に、相応に選択された、領域内での細孔密度及び／又は細孔の大きさによって決められる請求項２，３，４，６又は７記載の排気ガス後処理装置。
【請求項９】
少なくとも２つの境界装置部の透過率は、流入開口の近傍及び／又は流入開口から離隔した領域内で相互に異なっている請求項７記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１０】
流れ領域は、排気ガスの流れ方向に対して垂直方向の各横断面を有しており、各境界装置部は、各領域内での前記各横断面の各面積が相互に異なっているように種々異なって構成されている請求項１から９迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１１】
各流域間で種々異なる流れ抵抗は、連続的な移行部を成している請求項１から１０迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１２】
貫流可能な坦体は、排気ガス窒塞（Ａｂｇａｓｅｎｔｓｔｉｃｋｕｎｇ）のために酸化触媒コンバータ又は蓄積触媒コンバータ（３０）を形成する請求項１から１１迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１３】
貫流可能な坦体は、パティキュレートフィルタを形成する請求項１から１２迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１４】
各境界装置部は、セラミック壁によって形成されている請求項１から１３迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１５】
各境界装置部は、金属製編み部から形成されている請求項１から１４迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１６】
フィルタは、シンタリング金属フィルタである請求項１４記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１７】
各流れ領域は、相互に平行に設けられており、その結果、前記各流れ領域の各流入開口部は、坦体の一方の側に設けられている請求項１から１６迄の何れか1記載の排気ガス後処理装置。
【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排気ガス後処理装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許公開第３５３８１０７号公報から、流線（Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｌｉｎｉｅ）に沿って材質が種々異なった多孔質体を有する、排気ガス浄化用フィルタが公知である。
【０００３】
更に、ドイツ連邦共和国特許公開第３５２９６８４号公報からは、セラミックハニカム型フィルタ坦体が公知である。これは、壁面噴流（ウォールフロー）（Ｗａｎｄｓｔｒｏｍ）フィルタ方式に基づく。排気ガスによって一緒に運ばれた微粒子が、軸方向からエッジ部に流れ、閉じられた通路の終端で、セラミックマトリックスで析出される。この際、積層された排気ガスは、通路内の流れの圧力状況に相応してセラミック坦体、及び、セラミック坦体上のフィルタケーキの厚みを通過する。その際、坦体は触媒を用いてコーティングされており、そうすることによって、低い温度でも煤の酸化が可能となる。所定の作動期間後、そのようなフィルタの貫流時の圧力損失が明らかに上昇する。それから、セラミック坦体上に析出された煤の再生が、排気ガスの残留酸素との酸化により、又は、酸化剤、例えば、オゾン又は二酸化窒素の付与により行われる。その際、フィルタ上の煤が位置によって種々異なって燃焼されることがある。この際、特に、後ろ側の、つまり、流入領域とは反対側の領域内で、残留煤が集積される作動状態は臨界的である。比較的高い、フィルタケーキの密度によって、フィルタケーキ及び坦体を介しての全流れ抵抗は、前方領域内の流れ抵抗よりも大きくなる。その際、前方のフィルタ領域を通って有利に流れる。後ろ側のフィルタ領域内で煤の化学変換によって生じた熱は、もはや十分に排出することができない。殊に、後ろ側のフィルタ領域内に、非常に高い温度領域を伴って、局所的に加熱してしまう。セラミックマトリックス内に、坦体が破損するに至る程の過度な熱的な緊張力によって、強い温度勾配が形成されることがある。別の否定的な作用として、壁面噴流（ウォールフロー）フィルタ上の実効的な触媒コーティングが熱的に破壊されることがあり、そうすることによって、機能が明らかに損なわれる。
【０００４】
発明の利点
それに対して、独立請求項の特徴要件を有する本発明の装置は、再生中、貫流が僅かとなって、従って、高温が生じるゾーンが形成される危険性を最小にするようにフローのガイドを生成するフィルタ乃至触媒コンバータを提供することができるという利点を有している。装置がパティキュレートフィルタとして構成されている場合、フィルタの装荷（Ｂｅｌａｄｕｎｇ）の間、高い貫流領域内で増大するフィルタケーキの膨張によって透過率の初期の差異が部分的に補償される。更に、有利に、流れ抵抗での種々異なった勾配を形成する境界装置部（Ｂｅｇｒｅｎｚｕｎｇｓｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇｅｎ）の透過率を所期のように変化することによって、種々異なった方向の目標（Ｚｉｅｌｒｉｃｈｔｕｎｇｅｎ）を追求することができる。
【０００５】
従属請求項記載の要件により、独立請求項記載の有利な実施例が可能である。
【０００６】
特に有利には、境界装置部の透過率、乃至、流れ領域の流れ抵抗を、境界装置部の厚みを相応に選択することによって、排気ガスの貫流方向に調整するようにされる。この選択による変化は、簡単に、流入ガスの方向にも半径方向にも形成することができ、半径方向では、種々異なった流路が、坦体上での当該流路の位置に依存して、種々異なった透過率乃至種々異なった流れ抵抗を有する。
【０００７】
殊に有利には、フィルタ乃至触媒コンバータの横断面に亘って、触媒コンバータ及び／又はフィルタ容積体の流れ分布を改善したり、乃至、利便性を改善するために、透過率を半径方向に変えるとよい。この手段により、有利に、比較的僅かなコストで、外側領域内、即ち、フィルタの縁領域内で、フィルタが万一焼き切れる（作動不能状態になる）（Ｄｕｒｃｈｂｒｅｎｎｅｎ）のを阻止することができ、容積体の利便性を改善することができるようになる。そうすることによって、コスト上有利に、比較的僅かな温度強度を有する（例えば、シリコンカーバイドに比較したコーディエライト）フィルタ坦体を使用することもできる。
【０００８】
別の利点は、従属請求項及び以下の説明に記載した要件から分かる。
【０００９】
図面
本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。
その際、
図１は、流れ方向に検出された流れ抵抗を有する流れ領域があるフィルタを示し、図２は、排気ガスの流れ方向に連れて増大する流れ抵抗の実施例を示し、図３は、流れ抵抗が半径方向に変化するセラミック製ハイカムフィルタを示し、図４は、蓄積触媒コンバータの横断面図を示し、図５は、本発明の別の実施例を示す。
【００１０】
実施例の説明
図１には、シリコンカーバイドセラミック又はコーディエライト製の、貫流可能な坦体の部分領域１０が示されている。参照番号１が付けられた部分は、１例で示した、フィルタ室として構成された流れ領域４内に流入する排気ガスを示す。フィルタ室４は、流入開口部７の対向端部で、閉塞壁（Ｖｅｒｓｃｈｌｕｓｓｗａｎｄ）として構成された閉塞部９で境界付けられている。側方では、横断面が正方形に形成された全部で４面の流れ領域が、フィルタ壁２として構成された各々１つの境界装置部によって境界付けられる。フィルタ壁２は、フィルタ室４とは反対側の面上で、各々セラミック層１２で被覆されており、このセラミック層の厚みは、流入開口部７から閉塞領域９に向かうに連れて低減している。フィルタ壁２は、排気ガスを透過し（透過性）、その結果、排気ガスは、フィルタ壁２のむこう側の、部分的に示したフィルタ坦体を再度通過することができる（流出排気ガスを示す参照番号５で示した矢印を参照）。流入開口部７側の、フィルタ室４の領域は、この際、フィルタ壁を貫通する排気ガスの第１の流れ抵抗のある第１の領域を示し、閉塞領域９側の、フィルタ室４の領域は、領域１１の流れ抵抗よりも小さな流れ抵抗の第２の領域１３を示す。排気ガスによって貫流可能なフィルタ坦体は、この際、図示のフィルタ室に対して平行に配列されていて、図１に示された領域の直ぐ上及び直ぐ下の領域に続く多数のフィルタ室４から合成されている。
【００１１】
排気ガスは、公知のようにしてフィルタ坦体を通って流れ、その際、フィルタ壁に煤が堆積することがあり、排気ガスは、透過性のフィルタ壁２に浸透し、各々流れ領域を境界付けるフィルタ壁のむこう側で、貫流可能なフィルタ坦体から再び出て行く。付加的なスリット１２によって、フィルタ貫流が改善され、その際、流れ抵抗は、排気ガスの流れ方向に連れて低減する。そうすることによって、フィルタの後ろ側の領域は、閉塞領域９の近傍で更に一層改善して貫流される。これは、特に、パティキュレートフィルタの再生時に役立つ。と言うのは、さもないと、後ろ側の領域の劣悪な貫流個所で、熱排出がもはや行えず、その結果、熱応力が生起して、フィルタを損傷することがあるからである。フィルタ壁２上の層１２は、この際、フィルタ壁２を形成するセラミック坦体上に堆積される。従って、全流れ抵抗は、坦体の壁抵抗と付加的に堆積された層１２の流れ抵抗とから合成される。層厚の変化は、相応に選択されたコーティングプロセスによって調整することができる。
【００１２】
層１２は、択一的な実施例では、付加的に触媒作用するコンポーネントを含むウォッシュコート（Ｗａｓｈｃｏａｔ）にするとよい。このような、坦体物質上の酸化アルミニウム粒子の懸濁液でのウォッシュコートコーティングは、有効表面を、例えば、３オーダー迄も拡大することができる。このコーティングでは、貴金属、例えば、プラチナ及びパラジウム乃至これらの各コンポーネントの混合物を含むようにしてもよい。酸化セリウムも、このコーティング内に含むとよく、その際、酸化セリウムは、酸素の蓄積を促進する。簡単な実施例では、ウォッシュコート乃至層１２は、流れ領域乃至フィルタ室４の流入領域内でのみコーティングされ、例えば、セラミックモノリシスの最後のセンチメートルはコーティングしないままである。ウォッシュコートコーティング用の相応の僅かな浸漬深さでの浸漬技術の他に、前側に載置して行われるマスク技術を用いて加工してもよい。別の択一的な実施例では、層１２の堆積の代わりに、フィルタ壁２の壁材料の厚みが、閉塞部近傍で低減される。こうすることによって、同様に、流入開口近傍領域に対して相対的に壁面噴流抵抗が小さくなり、それにより、前述のように、流束に積極的に影響を及ぼされる。セラミックハニカムフィルタでの用途の他に、層堆積乃至壁切除の本発明の装置構成乃至本発明の方法は、焼結メタルフィルタ、酸化触媒コンバータ又はＮＯｘ蓄積触媒コンバータでも使用可能である。別の択一的な実施例では、層を堆積もせず、壁部材を切除もしない。フィルタ壁は、多孔質であり、この細孔の面密度乃至容積密度乃至平均的大きさは、前方のフィルタ領域内で、制御により、付加的な材料を導入することによって僅かに小さくすることができる。この材料は、この際、フィルタの作動条件に持ちこたえる必要があり、そのために、適切なセラミック又はプレカーサー（前駆物質）材料から構成する必要があり、この材料は、続いて、可鍛化又は燃焼によって固定される。別の手段では、気相から、セラミック又はプレカーサー（前駆物質）の粒子が、パティキュレートフィルタの表面上に、有利に、このフィルタの前の面内に堆積されるように析出される。それから、この坦体上に、この層が、相応の可鍛化又は燃焼処理で固定される。
【００１３】
図２は、セラミック製の択一的なハニカムフィルタの部分領域が示されており、この部分領域では、フィルタ壁２上に堆積された層１４は、排気ガスの流れ方向に連れて増大する厚みを有している。この際、図１に示された装置２と同様に、種々異なった流れ抵抗の領域１５及び１６が形成され、その際、この場合には、排気ガスの流れ抵抗は、閉塞領域９に向かうに連れて増大する。
【００１４】
このような、勾配層の形状の目的は、フィルタの後ろ側の領域内に煤が集積されるのを回避するためである。フィルタの入口での比較的僅かな流れ抵抗に基づいて、フローの大部分はこの領域内に流れ、その結果、この個所に煤の最大量が堆積される。しかし、フィルタの前側の領域内では、ＣＲＴ（”ＣＲＴ”＝”ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｔｒａｐ”）効果を利用して、問題なくフィルタが再生される。前側のフィルタ領域内の煤は、二酸化窒素によって酸化されることが屡々あり、先ず、熱による酸化の際に燃焼し、その結果、良好な貫流と共に、反応熱を対流により伝搬することができるようになる。
【００１５】
図３には、セラミックハニカムフィルタの横断面１７が示されている。横断面１７の上側には、１つの図面内に、流れ抵抗１９が半径Ｒに依存して示されている。フィルタ壁２の特性が（図１及び図２参照）、図に示された、流れ抵抗の半径方向の分布が、相互に平行に設けられた個別フィルタ室内に形成されるように選定されている。円筒状に構成されたフィルタ坦体は、この際、半径Ｒ０を有している。流れ抵抗は、フィルタ坦体の中央で最大であり、縁部に向かうに連れて低減する。その際、種々異なる流れ抵抗の２つの領域２０及び２１間を区別することができる。第１の領域２０は、フィルタ坦体の中央にあり、円筒状フィルタ坦体の対称軸から半径Ｒに至る迄達している。第２の領域２１は、半径Ｒからフィルタ坦体の外側縁部に至る迄達している。その際、流れ抵抗は、領域２１の流れ抵抗に較べた、領域２０内のフィルタ壁の相応の形状によって高められる。
【００１６】
半径方向に流れ抵抗を変化させることにより、フィルタを均一に貫流させることができるようになる。フィルタでは、フィルタの中間領域しか貫流されないという問題が起こることが屡々ある。ディーゼルパティキュレートフィルタでは、フィルタの外側領域内に比較的多量の煤が堆積するようになることがあり、その結果、この領域が良好に貫流されない場合に、過度に温度負荷が上昇することがある。フィルタの中間領域、つまり、領域２０内での流れ抵抗を高めることによって、フィルタの外側領域内にフローが多く移動するようになる。個別フィルタ通路の流れ抵抗での半径方向の勾配によっても、つまり、種々異なった流れ通路の種々異なって構成された透過率によって、フィルタ貫流の改善を達成することができる。
【００１７】
フィルタ又は触媒コンバータの真ん中での高い流れ抵抗の形成は、ディーゼルパティキュレートフィルタに限定されるのではなく、酸化触媒コンバータ又は例えばＮＯｘ蓄積触媒コンバータでも横断面に亘る流れ分布を改善することができ、触媒コンバータの容積を一層良好に利用することができるようになる。この点について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図４には、蓄積触媒コンバータ３０の横断面図が示されており、その際、簡単にするために、対象線３９の片側の、蓄積触媒コンバータの半部だけが示されている。排気ガス管路３１は、ディヒューザ３５を介して、蓄積触媒コンバータの領域につながっており、蓄積触媒コンバータは、流れ通路４４として構成された、相互に平行に形成された各流れ領域を備えており、各流れ領域は、ディヒューザ３５とは反対側の流入開口部７から始まって、流れ方向で見て反対側につながっているコンヒューザ３７に至る迄延在しており、コンヒューザ３７には、後続の排気ガス管路３２が接合されている。各流れ通路は、排気ガスの流れ方向に対して垂直方向に、例えば、正方形、円形又は円環状の横断面を有しており、円環状の横断面の場合、略示された図から分かるように、各流れ通路が、側面横断面の半部しか示されていない。流れ通路４４は、触媒コーティングされた通路壁４６として構成された境界装置部によって境界付けられており、この境界装置部は、図１〜３に示された、排気ガス用の構造とは異なり非透過に構成されている。参照番号４８で示された線は、流れ排気ガスの流線を示し、参照番号５０で渦巻線が示されている。
【００１９】
排気ガス管路３１から排気ガス管路３２に至る排気ガスの主流れ方向に対して垂直方向の流れ通路の横断面は、触媒コンバータの内部が、触媒コンバータの縁部領域内と同様に同じ大きさを有している。しかし、ディヒューザの領域内の流れスペースを拡張することによって、縁部に絶えず排気ガス渦巻５０が形成され、触媒コンバータの内部の流れ通路は、触媒コンバータの縁部領域内に渦巻線５０の後ろ側に位置している流れ通路よりも強く貫流される。
【００２０】
図５には、図４の装置に較べて変更した触媒コンバータ装置が示されている。同じ又は同様の構成部品は、図４と同じ参照番号が付けられており、もう一度説明することはしない。通路壁４６は、層５３で被覆されており、この層の厚みは、対称線３９の近傍の触媒コンバータの内側から始まって縁領域に向かうに連れて低減している。層の材料は、通路壁の材料と同じであり、触媒活性コーティングは、通路壁４６上の代わりに、通路壁上に堆積された層５３上に形成されている。流線５５は、排気ガスの流れ特性を示す。触媒コンバータの縁領域内には、破線で、低い流れ抵抗の第１の領域５７が示され、触媒コンバータの内側領域内には、高い流れ抵抗の第２の領域５８が示されている。コーティングは、マスク技術を用いて形成されており、その際、殊に、触媒コンバータの坦体の縁領域は、層が浸漬浴内でコーティングされる前に、端面上に被覆されている。極めて簡単な場合には、幾つかの通路壁は、触媒コンバータの内部でコーティングされ、通路壁は、触媒コンバータの縁領域内でコーティングされないままである。コーティングは、ウォッシュコート被覆製である。
【００２１】
（縁領域内の層のない領域に較べて）触媒コンバータ乃至層５３の縁領域内よりも触媒コンバータの中央部での厚い層５３により、縁領域に較べて、触媒コンバータの中央部内での流れ抵抗は高くなり、その結果、図４の装置構成に較べて、全流れ通路の流れを一層均一にすることができるようになる（領域５８内での流れ抵抗は、領域５７内での流れ抵抗よりも高い）。中央部から縁部に向かって低減する流れ抵抗によって、中央部に較べて縁領域内での排気ガスの流れは、コーティング５３なしの、通路の種々異なった流れが排気ガスにより傾向として補償されるように有利となる。
【００２２】
触媒コンバータは、択一的に、三元触媒コンバータとして又は触媒コンバータとして選択的な触媒還元用に構成してもよい。１変形実施例では、触媒コンバータ坦体を、当該坦体の内部での流れ通路が、縁領域内でよりも大きな流れ抵抗を有しているように製造するとよい。その際、坦体は、坦体がそれ自体で既に触媒活性材料を含まない場合には、触媒活性物質で極めて均一にコーティングする必要がある。別の択一的な実施例では、層５３は、触媒活性材料を含んでもよい。ウォッシュコートコーティングの他に、流れ通路内に均一な材料コーティングを達成することができる別の可能な各コーティング形式も適している。触媒コンバータ３０は、択一的な実施例では、非対称に構成してもよく、つまり、対称線３９を有する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】流れ方向に検出された流れ抵抗を有する流れ領域があるフィルタを示す
【図２】排気ガスの流れ方向に連れて増大する流れ抵抗の実施例を示す
【図３】流れ抵抗が半径方向に変化するセラミック製ハイカムフィルタを示す
【図４】蓄積触媒コンバータの横断面図を示す
【図５】本発明の別の実施例を示す
【図１】
2006502842.tif 000003
【図２】
2006502842.tif 000004
【図３】
2006502842.tif 000005
【図４】
2006502842.tif 000006
【図５】
2006502842.tif 000007
【国際調査報告】
2006502842.tif 000008
2006502842.tif 000009
2006502842.tif 000010
2006502842.tif 000011