(57)【要約】本発明は、ガスフローを処理する方法に関する：本方法は、ガスフロー中の粒子を濾過するために適合されたガス処理ユニット（１８）を通してガスフローを誘導する工程、およびガス処理ユニット（１８）中でこの粒子を除去する工程を包含する。本発明は、ガスフローがガス処理ユニット（２１）を通過する際に、ガス処理ユニット（１８）の一部を形成する多くのダクト（２１）中に、またはこれと連絡して粒子を蓄積することによりガスフロー中の粒子を濾過する工程、ダクト（２１）に沿ったガスフローの温度を、この粒子の燃焼を提供する温度で制御する工程、およびダクト（２１）における燃焼により、ガス処理ユニット（１８）中の濾過された粒子を除去する工程を包含する点で特徴付けられる。本発明はまた、この方法を達成するためのデバイスに関する。本発明により、ガスフローの改善された処理が提供される。
2004510908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスフローの処理方法であって：
該ガスフロー中の粒子を濾過するのに適合されたガス処理ユニット（１８）を通して該ガスフローを誘導する工程、および
該ガス処理ユニット（１８）中で該粒子を除去する工程、
を包含し、該方法は、以下：
該ガスフローが該ガス処理ユニット（１８）を通過する際に、該ガス処理ユニット（１８）の一部を形成する多くのダクト（２１）中にまたは該ダクトと連絡して該ガスフロー中の粒子を蓄積することにより、該粒子を濾過する工程、
該ダクト（２１）に沿った該ガスフローの温度を、該粒子が燃焼する値で制御する工程、および
該ダクト（２１）中で燃焼させることにより、該ガス処理ユニット（１８）中の該濾過された粒子を除去する工程、
を包含する点で特徴付けられる、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、以下：
前記ガスフローの前記温度制御が、前記ダクト（２１）間での熱交換により達成され、ここで、該ダクト（２１）は、前記ガス処理ユニット（１８）のそれぞれ入口および出口に接続されており、その結果、該ガスフローは、該ガスフローの流入および流出の間の熱交換の際に達成される点で特徴付けられる、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、ここで、前記ガスフローが、燃焼エンジン（１）からの排気ガスのフローにより構成され、該ガスフローの前記温度制御が以下の手段の少なくとも１つにより達成される点で特徴付けられる、方法：
ｉ）上昇したガス温度が獲得されるよう、該エンジン（１）の投入時間および点火系統を制御する手段、
ｉｉ）該エンジン（１）の制御手段であって、該エンジンの排気ストロークの際にさらなる燃料の投入がなされる、手段、
ｉｉｉ）リッチオペレーションおよびリーンオペレーションの間で定期的に該エンジン（１）を制御する手段、
ｉｖ）該エンジン（１）のリッチオペレーションの際に外部供給源から該排気ガス処理ユニット（１８）に空気を投入する手段、
ｖ）シリンダーを別々に制御する手段であって、ここで、該エンジン（１）の１つまたはいくつかの該シリンダーからの該排気ガスがリッチ様式で操作され、残りのシリンダーがリーン様式または化学量論的様式において操作される、手段、
ｖｉ）該排気ガス処理ユニット（１８）に提供されるヒーター要素（３１）を通して熱を提供する手段、
ｖｉｉ）該エンジン（１）の後の排気ガス中に燃料を投入する手段、および
ｖｉｉｉ）該排気ガス処理ユニット（１８）中の未燃焼炭化水素を酸化する手段。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記濾過が、前記排気ガス処理ユニット（１８）における表面濾過により行なわれる点で特徴付けられる、方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記濾過が、前記排気ガス処理ユニット（１８）におけるディープ濾過により行なわれる点で特徴付けられる、方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記濾過が電気フィルターにより行なわれ、ここで、前記粒子の蓄積は、前記排気ガス処理ユニット（１８）中の接地要素上で起こる点で特徴付けられる、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法であって、前記濾過が、前記ガスの混合のための該ガスの乱流の際に行なわれる点で特徴付けられる、方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の方法であって、該方法が、前記ダクト（２１）における触媒性コーティングにより、前記ガスフローにおける望ましくない放出物を減少させる工程を包含する点で特徴付けられる、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、該方法が、前記触媒性コーティングにより、前記ガスフロー中のＮＯｘ化合物を減少させる工程を包含する点で特徴付けられる、方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、該方法が、前記排気ガス処理ユニット（１８）と連絡して提供される少なくとも１つの別々の温度センサにより、該排気ガス処理ユニット（１８）の温度に関する測定を決定する工程を包含し、ここで、該測定は、該温度の制御の際に用いられる点で特徴付けられる、方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、該方法が、
前もって規定され、そして前記排気ガス処理ユニット（１８）の温度と前記エンジン（１）の一般の操作状態との間の関係を規定する計算モデルにより、該排気ガス処理ユニット（１８）の温度に関する測定を決定する工程を包含し、ここで、該測定は、該温度の制御の際に用いられる点で特徴付けられる、方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の方法であって、前記ガスフローの温度の制御が、該ガスフローの組成の特定の制御により行なわれる点で特徴付けられる、方法
【請求項１３】
ガスフローを処理するためのデバイスであって、該ガスフロー中の粒子を濾過し、該粒子を除去するのに適合されたガス処理ユニット（１８）を備え、該ガス処理ユニット（１８）が、多くのダクト（２１）であって、該ガスフローが該ガス処理ユニット（１８）を通過する際に、該ダクト（２１）中の該粒子の蓄積により濾過するためのダクトを備える点、および該ガス処理ユニット（１８）が該ダクト（２１）に沿った該粒子の燃焼を提供する値で該ガスフローの温度を制御するよう適合されている点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載のデバイスであって、前記ダクト（２１）が、前記ガス処理ユニット（１８）のそれぞれ入口および出口に接続されており、その結果、前記ガスフローは、該ガスフローの流入および流出の間の熱交換の際に達成される点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１５】
請求項１３または１４のいずれかに記載のデバイスであって、前記排気ガス処理ユニット（１８）が、粒子の表面濾過に適合されている点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１６】
請求項１３または１４のいずれかに記載のデバイスであって、前記排気ガス処理ユニット（１８）が、粒子のディープ濾過のための構造を備える点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１７】
請求項１３または１４のいずれかに記載のデバイスであって、前記排気ガス処理ユニット（１８）が、前記粒子のイオン化のための電気的フィルター、および該粒子を除去するための該排気ガス処理ユニット（１８）中の接地要素を備える点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれかに記載のデバイスであって、前記ガス処理ユニット（１８）が前記ガスを混合するための乱流を生成するために適合されている点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれかに記載のデバイスであって、前記排気ガス処理ユニット（１８）が、前記ガスフロー中の望ましくない放出物を減少させるために前記ダクト（２１）中に触媒性コーティングを含む点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項２０】
請求項１３〜１９のいずれかに記載のデバイスであって、該デバイスが、前記排気ガス処理ユニット（１８）の温度を決定するための、該排気ガス処理ユニット（１８）に連絡して提供される少なくとも１つの温度センサを備える点で特徴付けられる、デバイス。
【請求項２１】
請求項１３〜２０のいずれかに記載のデバイスであって、前記排気ガス処理ユニット（１８）が、パッケージ（１９ｂ）中に折り畳まれるストリップ（１９ａ）を備え、それによって、前記ダクト（２１）が形成される点で特徴付けられる、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ガスフロー（流体流量）の処理のための方法に関する。この方法は、ガスフローにおいて粒子を濾過することに適合したガス処理ユニットを通じて、ガスフローを誘導する工程、およびこのガス処理ユニット中のこの粒子を排除する工程を包含する。本発明は、燃焼機関からの排気ガス中の粒子を分離および排除するために用いられることが特に意図される。本発明はまた、ガスフローのこのような処置を達成するためのデバイスに関する。
【０００２】
（発明の背景）
燃焼機関によって作動される乗り物の分野では一般に、この機関（エンジン）からの排気ガス中の有害な物質の低排出が要求されている。このような物質は主に、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って構成される。ガソリンエンジン（ｐｅｔｒｏｌ　ｅｎｇｉｎｅ）に関しては、排気ガスは通常、排気系の一部を形成し、そしてそれを通過してガスが誘導される、排気触媒の方法によって浄化される。いわゆる三元触媒（以前に公知）では、上述の有害な化合物のほとんどの部分が、公知の触媒反応の方法で排出される。最適な程度のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの浄化を提供するように、触媒の機能を最適化するために、この機関（エンジン）は、化学量論的な空気／燃料混合物（すなわちλ＝１である混合物）によって作動される、最も作動する条件におかれる。
【０００３】
さらに、燃焼機関の方法で作動される乗り物の分野では、エンジンの排気ガス中の、固体粒子の形態、特に炭素粒子の形態の有害な排出の低排出が要求されている。この要求は、例えば、ディーゼルエンジンに関して正当である。このような粒子を排除するためには、種々のタイプの炭素（カーボン）フィルターを利用することが以前から公知である。例えば、セラミックフィルターが今日利用されており、これは多孔性の壁面構造で構築されており、この方法によって排気ガス中の粒子が、壁面構造の孔に沈着され得る。
【０００４】
セラミックフィルターに関して不利である点の１つは、一定の間隔で再生しなければならないことである。すなわち、このフィルターに蓄積された粒子は、ある程度の使用後には、壁面構造から除去されなければならない。この場合、再生は適切には、特定の上昇した温度（普通は４００〜５００℃）でのこの粒子の燃焼の方法によって生じる。例えば、これは、特別な電気ヒーターの方法によって達成され得る。この対策の後、このフィルターは再度、粒子を蓄積するために利用され得る。
【０００５】
粒子フィルターの特別なタイプの１つは、いわゆる、「シティフィルター（ｃｉｔｙ　ｆｉｌｔｅｒ）」である。この方法では、粒子のそのような燃焼が生じ得るのに必要な温度が達成され得る。このタイプのフィルターは原理的には満足に機能するが、例えば、その構造のせいでこのフィルターは比較的高い圧力の低下を開示しているという、ある不利な点を有する。さらに、濾過能力が比較的小さい表面に沿った表面濾過に基づくという事実によって、このフィルターは、濾過能力が比較的低い。さらに、このようなフィルターをこえる圧力の減損は、経年的に増大する。これは、灰がこのフィルターを徐々に閉塞させるという事実に起因する。さらに、低い温度での作動の間、炭素が蓄積され得る。乗り物が引き続き負荷を増大する場合、自然な発火（燃焼）が生じ得る。ここでは、フィルターが永続的に障害されているという危険性が存在する。
【０００６】
また、粒子がフィルターユニット中に徐々に蓄積されるという事実に基づく、他のタイプのフィルターも存在する。この場合、フィルターは、ある程度の時間の使用後に交換される。
【０００７】
（発明の要旨）
本発明の目的は、特に燃焼機関と組み合わせた粒子濾過の形態での排気ガス浄化の間、ガスフロー（流体流量）の改善された処理を提供することであり、本本方法によって、上述の問題が効果的な様式で解決される。これは、最初に言及したような方法で達成される。この特徴的な特性は添付の請求の範囲の請求項１から明らかである。この目的はまた、最初に言及したようなデバイスの方法によって達成される。このデバイスの特徴的な特性は、添付の特許請求の範囲の請求項１２から明らかである。
【０００８】
本発明に従う方法は、ガスフローにおいて粒子を濾過することに適合したガス処理ユニットを通じて、ガスフローを誘導する工程、およびこのガス処理ユニット中のこの粒子を排除する工程を包含する。本発明は、ガス処理ユニットを通るガスフローの通過の間、ガス処理ユニットの一部を形成する多数のダクト中に、またはそのダクトと組み合わせて、この粒子を蓄積する方法によって、このガスフロー中の粒子を濾過する工程、この粒子の燃焼を提供する値まで、このダクトに沿うこのガスフローの温度を制御する工程、およびこのダクト中の燃焼の方法によってこのガス処理ユニットにおけるこの濾過された粒子を排除する工程、を包含するという点で特徴付けられる。本発明はまた、ガスフローのこのような処理を達成するためのデバイスに関する。
【０００９】
本発明は、粒子が、このガス処理ユニットにおける波型（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）に蓄積され、そしてこの粒子の燃焼が生じる位置に保持されるという事実に基づく。さらに、本発明は、熱交換機能を提供され、この方法によって十分に高い温度で粒子の燃焼が生じることが制御され、これが次にエネルギー節約様式を提供する。燃焼の間、ほとんど排他的に二酸化炭素が形成される。従って、本発明に従って、熱交換および粒子の濾過のための組み合わせた方法が提供される。
【００１０】
これに関して、用語「粒子」を用いて、主に炭素の形態の固体粒子の所望されない排出を記載する。炭素は普通、ディーゼルエンジンまたは余剰の酸素の操作に適合した相当するエンジンからの排気ガスの一部を形成する。
【００１１】
本発明の有利な実施形態は、添付の特許請求の範囲から明白である。
【００１２】
（参照される実施形態）
図１は、本発明に従う配列の概略図および簡略図である。好ましい実施形態に従って、本発明は、ディーゼルエンジンの形態で燃焼エンジン１と接続して配列される。しかし、本発明は、単にディーゼルエンジンと接続する利用に限定されず、例えば、少なくとも周期的に酸素の供給によって作動される他の型の燃焼エンジンと接続して、ガスフロー中の炭素粒子の除去が所望される全ての型の燃焼プロセスに利用され得る。本発明が利用され得るエンジン型の１つの例は、いわゆるＤＩエンジン（すなわち、直接注入されるオットーサイクルエンジン型のエンジン）（これは、特定の作動条件において、空気／燃料混合物中の酸素のエンジンへの大規模供給によって作動されるという点で特徴付けられる）である。例えば、ディーゼルエンジン型またはＤＩエンジン型の燃焼エンジンの作動の間、炭素および他の固体粒子を含む排気ガスが生成され、ここで、粒子を除去するために排気ガスの浄化の要求が存在する。
【００１３】
図１に従うディーゼルエンジン１は、空気入口２を通って流入する空気が提供される従来の様式である。さらに、エンジン１は、多数のシリンダー３および対応する数の燃料注入器４を備える。それぞれの注入器４は、対応する電気接続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、好ましくはコンピューターベースであり、そして公知の様式で燃料タンク７からの燃料を有する各注入器４への燃料供給を制御するように適応され、その結果、所定の瞬間ごとに調整される空気／燃料混合物は、エンジン１に提供される（すなわち、それぞれの注入器４を通る）。この点において、空気／燃料混合物のエンジン１への制御は、一般的な作動条件に調整される。
【００１４】
エンジン１の制御は、エンジン１および問題のビヒクルの作動状態を反映する種々のパラメーターに依存して、本質的に公知の様式で行われる。例えば、エンジンの制御は、一般的な程度のスロットル適用、エンジン速度、エンジンに提供される空気の量、ならびに、例えば、エンジンの冷却媒体および燃料の温度に依存して行われ得る。この目的のために、制御ユニット５は、多数の測定信号８と共に提供される。この測定信号８は、対応する数の検出器からの次期パラメーターに対応し、この検出器は、図１の参照番号９によって記号により示される。
【００１５】
例えば、一般的な負荷およびエンジン速度に依存するその燃料供給に関して、ディーゼルエンジンを制御するための方法は、それ自体以前から公知の様式で行われ、従って、本明細書中にさらに詳細に記載されない。しかし、燃料は、上記燃料タンク７から、そして第１の燃料ライン１１を通って燃料フィルター１０を通って、提供されることが述べられ得る。燃料を濾過した後、これは、第２の燃料ライン１３を通って燃料ポンプ１２にさらに誘導される。燃料ポンプ１２から、燃料は、対応するさらなる燃料ライン１４を通って各注入器３に供給される。この系はまた、それぞれの注入器３から未使用の燃料のためのリターンライン１５を備え、そして燃料タンク４に戻る。先行技術に従って、燃料ポンプ１２は、それぞれのシリンダー３中の注入および燃焼の間に必要とされる必要な燃料圧を生成するために使用される。
【００１６】
エンジン１の作動の間、その排気ガスは、分岐パイプ１６を通ってシリンダー３から誘導され、そして分岐パイプ１６に接続した排気パイプ１７にさらに誘導される。本発明に従って、ユニット１８は、排気ガス（この場合、エンジン１からの排気ガスの形態で）の処理のために排気パイプ１７に沿ってさらに下流に備えられる。この排気ガス処理ユニット１８の構築および機能は、図２、３、および４を参照して以下に詳細に説明される。排気ガス処理ユニット１８から、排気ガスは、図１の矢印によって概略的に示されるように、周囲の大気中にさらに誘導される。
【００１７】
特に、図２から明らかなように、排気ガス処理ユニット１８は、金属のストリップ１９ａを含み、これは、適切な方法（例えば、プレスまたは回転）によって、ストリップ１９ａの長軸方向について所定の角度で伸長する波型２０と共に形成される。この角度は、０〜９０°に達し得、そして適切には、３０°〜６０°の間である。ストリップ１９ａは、ジグザグ形態で繰り返し折り畳まれ、その結果、これは、ストリップパッケージ１９ｂを形成する。この様式で、上記波型２０がストリップパッケージ１９ｂ中の隣接する層中で互いに対して交差するように走る配列が、形成される。さらに、波型２０は、スペーサーとして機能し、これによって、いくつかのダクトまたはスリット２１（特に図４を参照のこと）が形成される。これらは、お互いに離れていて、これを通ってガスフロー（従って、この場合では、エンジン１からの排気ガスのフロー）が流れることが意図される。
【００１８】
ダクト２１におけるフローパターンは、ダクトが絶えず混合され、そしてダクト２１の壁と十分に接触しているような種類のフローパターンである。さらに、図２に示されるように、波型２０は、ストリップの折り畳みを容易にするために、ストリップ１９ａに対して正しい角度で走る折り畳みノッチ２２、２３と置換されるように、規則的な間隔で中断され得る。
【００１９】
さらに、ストリップ１９ａは、断熱外部容器２４中に含まれる（断熱材は図に示されていない）。上記外部容器２４は、本質的に長方形であり、２つの端部壁２４ａ、２４ｂ、２つの側壁２４ｃ、２４ｄ、下部壁２４ｅ、および上部壁２４ｆを備える。ストリップパッケージは、２つの側面２５、２６に対してシールされ、これらは、ストリップパッケージを通るガスフローのフローの方向と並行に配列される。しかし、このストリップパッケージの端部は、シールされていないが、特に図３から明らかなように、２つのリターンチャンバ２７、２８中の端部においてシールされている。
【００２０】
さらに、外部容器２４は、流入するガスの接続のためのスリーブ２９を備える入口、および流出するガスの接続のためのさらなるスリーブ３０を備える出口を備える。ストリップの折り畳みによって、パッケージの側面からストリップパッケージ１９ｂの１つの側面上の全てのダクトへの接続が、簡単な様式で生じる。これは、２つのノズル１９、３０が、ストリップのそれぞれの側面に接続されているという事実に起因する。外部容器２４の入口および出口は、それぞれ、好ましくは、それぞれの側壁２４ｃ、２４ｄ上の本質的に中央に位置する。これは、入口および出口が、それぞれ、それぞれの端部壁２４ａ、２４ｂから本質的に同じ距離離れて位置するという事実に対応する。ガスフローを、半分の速度のみを有する２つのフローに分けることによって、圧力減少は、かなり減少する。
【００２１】
本発明に従って、ストリップパッケージ１９ｂは、排気ガスから、主に炭素形態の粒子を濾過および除去するために利用され、この排気ガスは、エンジン１から排出され、排気パイプ１７を介して排気ガス処理ユニット１８に導かれる（図１を参照のこと）。より具体的には、ストリップパッケージ１９ｂは、この排気ガス中の粒子が、上記の波型２０に蓄積されるような様式で形成され、この波型２０は、この様式では、この粒子をガスフローから分離し得るような分離要素として機能する。本発明は、波型が粒子を回収するために利用され、この粒子は十分に長い時間にわたって波型２０に沿って配置されたままであり、その結果、最終的には燃焼されるという事実に基づく。ストリップパッケージ１９ｂ上の粒子のこの蓄積は、粒子が排気ガスストリームから外れて、その代わりにストリップパッケージ１９ｂの表面、すなわち波型２０に沿って付着する傾向を示すように、新たな移動方向に排気ガスが繰り返し再接続されるという事実によって起きる。排気ガス処理ユニット１８のこの蓄積機能は、一方では、粒子が、その比較的高い密度に起因して、ガスよりも直線的な様式で移動する傾向を有するという事実により、そして他方では、表面または壁に近づく粒子が、表面または壁に付着するという事実による。後者は、例えば、電気的力およびいわゆるファンデルワールス力によって起きる。さらに、波型が引き起こす乱流は、ガスが一定して混合されるようにし、その結果、全ての粒子が最終的には壁に近づく。
【００２２】
さらに、以下の詳細な記載に従って、上昇した温度（通常約４００〜５００℃）が、エンジン１の作動中にストリップパッケージ１９ｂにおいて生じ得る。これは、排気ガスの組成の特別の制御（これは、次いで、例えば、炭化水素化合物を排気フローに注入することによってか、またはエンジン１の特別の制御によって起き得る）か、あるいは特別のヒーター要素によってかもしくはストリップパッケージ１９ｂの熱交換機能によってか（またはこれらの手段の組み合わせによって）のいずれかによって起き得る。全体として、これは、波型２０に蓄積された粒子が、温度が十分に高い場合に、連続的にかまたは断続的にかのいずれかで燃焼されることをもたらす。燃焼の間、粒子は、この方法で除去されるが、二酸化炭素が形成される。
【００２３】
蓄積された粒子が燃焼する間に、排気ガス中に過剰の酸素が必要であることが注目され得る。従って、本発明は、過剰の酸素（すなわち、λ＞１）を用いる作動のために適合されるエンジンを利用し得るが、平衡の酸素（λ＝１）または不足した酸素（λ＝１）を用いる作動に適合されるエンジンもまた利用する。後者の場合、炭素および他の粒子の燃焼は、過剰の酸素を用いて、断続的な機会の間、適切に起き得る。
【００２４】
本発明は、問題のガスフローから炭素粒子を濾過および分離するための種々の方法を利用し得る。炭素分離のための方法のいくつかの例は、以下に記載される。第一の実施形態に従って、本発明は、表面濾過型の濾過プロセスを提供するために利用され得、ここで、粒子は、ストリップパッケージ１９ｂの表面上の場合は、被覆または層として蓄積される。これを提供するために、好ましくは多孔質の触媒被覆または壁（適切には、ガラス繊維マットまたは類似の形態で（示さず））が、ストリップパッケージ１９ｂの折り畳みの間に配置され得る。このマットは、ストリップパッケージ１９ｂの全体にわたって提供され得るか、またはこのストリップパッケージ１９ｂの選択された特定の部分で提供され得る。好ましくは、このマットは、ストリップパッケージ１９ｂの表面の間に（すなわち、ストリップパッケージ１９ｂの表面に接触せずに）、ガスフローがこのマットを通過させられるように提供される（図４を参照のこと）。例えば、このマットがそれぞれのリターンチャンバ２７、２８の近くに配置される場合、以下の詳細な記載に従って、適切なエンジン制御によって温度を制御することが可能である。この様式で、粒子の燃焼は、制御され得る。ストリップパッケージ１９ｂが、粒子を吸着し得る繊維布、網、またはいくつかの類似の多孔性被覆で提供される場合、類似の機能が得られる。
【００２５】
上記のマットを利用する基本的な原理は、ガスフロー中に存在する粒子がマットに蓄積され、そして維持されて、その結果、粒子が燃焼され得ることである。この実施形態の改変に従って、このマットは、濾過効率を改善する触媒材料から形成され得る。
【００２６】
粒子を分離する代替の様式は、多孔体を有する排気ガス処理ユニット１８を提供し、これは、適切な材料（例えば、泡、セラミック、または砂床）のものであり得、そして容器２４内の適切な場所に配置され得る。粒子が被覆または層に蓄積される場合（この場合、上記の説明に従って、表面濾過と称される）の濾過方法とは対照的に、このような型の濾過は、ディープ濾過（ｄｅｅｐ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）型のものである。
【００２７】
本発明に従う排気ガス処理ユニット１８において粒子を分離する１つのさらなる様式は、電気的フィルターの原理を使用することであり、これは、比較的小さい粒子、より正確には１μｍ未満のオーダーの粒子の濾過のために特に適切である。電気的フィルターは、特別のイオン化ユニット（図面には示されない）の利用に基づき、この場合、このイオン化ユニットは、例えば、ストリップパッケージ１９ｂの前（すなわち、上流）で、排気ガス処理ユニット１８と接続して適切に提供される。このイオン化ユニット自体は、以前に公知であり、そしてガスのイオン化によってガスを通過させる際に、粒子を荷電するために利用される。次いで、この荷電した粒子は、外されて、接地したプレート上に蓄積され得る。この場合、本発明の適切な形態に従って、この接地されたプレートは、実際のストリップパッケージ１９ｂによって構成され、この末端は、アース接点（ｇｒｏｕｎｄ　ｐｏｉｎｔ）に接続される（示さず）。しかし、本発明のこの改変は、ストリップパッケージ１９ｂの上流に配置されるイオン化ユニットに限定されない。代替の配置（例えば、上記のリターンチャンバ２７、２８の一方における）もまた、このようなイオン化ユニットに適切な配置であり得る。リターンチャンバ２７、２８の一方（または両方）におけるガスのイオン化に関する利点は、この方法における炭素粒子の大部分が、それぞれのリターンチャンバの近くに外れることであり、ここの温度が、粒子の燃焼に好ましい。イオン化ユニットをストリップパッケージ１９ｂの前に配置することによって、１つだけの小さいイオン化ユニットが必要であるが、イオン化が２つのリターンチャンバ２７、２８で起きる場合は、２つのこのようなユニットが必要である。
【００２８】
濾過を容易にするために、小さな粒子から大きな粒子への凝集が生じ得る。これは、排気ガス処理ユニット１８において乱流を使用することによって起こる。これは、分離ユニットにおける波型が引き起こす気流の乱流によって起こる。粒子は互いに衝突し、そして壁に衝突し、これによって電気が伝達される。このように、誘引性の電場が形成される。これらの大きな粒子は、続いて、上記の方法の１つによって濾過される。
【００２９】
上記のように、本発明の基本原理は、ストリップパッケージ１９ｂによって分離された粒子もまた、排気ガス処理ユニット１８で排除され得ることである。好ましくは、これは、ストリップパッケージ１９ｂ内の燃焼によって生じる。この場合、基本原理は、本発明がこのようなエンジン１の制御と共に使用され、粒子の燃焼のために十分に高い温度が、排気ガス中で、従ってストリップパッケージ１９ｂ内でもまた生成されることである。このため、廃棄ガスの正確な温度制御の要求が存在する。このために、本発明の基本原理は、一般的な気流の温度の調節は、排気ガス処理ユニット１８の可動部分の温度が粒子の燃焼が起こり得る所定の温度限界より上であるように、起こることである。熱交換機能に関して、排気ガス処理ユニット１８の種々の部品が、通常、種々の温度を有することが確立され得る。より正確には、それぞれのリターンチャンバおよびその付近の温度は、通常、排気ガス処理ユニット１８（ここでガスが入るかまたは排出される）の部品よりも高い。燃焼が起こる温度限界は、通常、４００〜５００℃である。排気ガス処理ユニット１８の温度の上昇を達成するために、排気ガスのエネルギー含量の結果として生じる発熱反応が使用される。さらに、この温度の上昇は、適切なエンジン制御（ここで、制御ユニット５がこの制御のために使用される）によって、排気ガスにおけるエネルギー含量の変化の結果として得られ得る。より正確には、これは、例えば、それぞれのシリンダーにおける注入および点火の時間の変更によって、またはエンジンの排気行程の間に燃料をさらに注入することによって、達成され得る。温度の上昇を提供するさらなる様式は、エンジンのリッチオペレーション（ｒｉｃｈ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）の間に、空気を、外部供給源（図示せず）から排気ガス処理ユニット１８に注入することによるものである。温度の上昇を提供するさらなる様式は、シリンダーを別々に制御することによるものであり、ここで１つまたはいくつかのシリンダー３からの排気ガスは、リッチ様式で作動され、一方、残りのシリンダーは、リーン様式で作動される。これは、強力な発熱反応および熱放出を生じ得る。
【００３０】
粒子の燃焼は、ストリップパッケージ１９ｂが、あるタイプの酸化触媒、または所定のガス成分（例えば、排気ガス中の炭化水素化合物の形態）の触媒的酸化を提供するある他の適切なタイプの触媒でコーティングされる場合に、促進される。このように、このような炭化水素化合物の存在は、多量の未燃焼の炭化水素が排気ガス中で生成するように、エンジンを制御することによって、影響を受け得る。排気ガス処理ユニット１８におけるこれらの炭化水素の酸化によって、排気ガス処理ユニットの温度の劇的な増加が得られ、これは次いで、効率的な粒子の燃焼を生じる。
【００３１】
本発明がディーゼルエンジンにおいて使用される場合、リッチ様式でエンジンを作動することは、必ずしも適切ではない。その代わり、このような場合、温度の上昇は、エンジンの後ろの排気ガスに燃料を直接注入することによって、またはエンジンの排気行程と共に注入することによって得られ得る。１つのこの様な場合において、燃料（またはある他の還元剤）は、排気ガス処理ユニット１８の前（例えば、リターンチャンバ２７、２８の１つ）、および入口チャンバとリターンチャンバ２７、２８との間（またはリターンチャンバとそれらの出口との間）の排気ガス処理ユニット１８の両方に直接供給され得る。
【００３２】
排気ガスを加熱するためにどの方法を使用するかにかかわらず、本発明は、エンジン１は、十分に高い温度がストリップパッケージ１９ｂにおいて生成し、これが次いで、粒子（これは波型２０に蓄積されている）の燃焼を生じるように作動され得るという事実に基づくことが確率され得る。この点について、ストリップパッケージ１９ｂは、熱交換器として機能し、ここで排気ガスフローが、流入フローと流出フローとの間の熱交換の間に生じる。本発明に従う熱交換は、十分な高温はエネルギーの比較的小さい消費を伴って得られ得るという事実に基づく。このように、この温度は、燃焼反応が起こるレベルを超える。より正確には、熱交換は、排気ガスが排気ガス処理ユニット１８に誘導される前に、この排気ガスが有する温度よりも高い排気ガス温度を提供するために、使用され得る。さらに、本発明は、粒子が、粒子の燃焼が４００〜５００℃のオーダーの温度で生じるのに十分に長い時間の間、排気ガス処理ユニット１８内に蓄積および保持されるという事実に基づく。
【００３３】
気流の温度を上昇させるさらなる可能な様式は、外的に付与された熱によるものである。図２および３に示されるものによると、これは、例えば、特定のヒーター要素３１によって引き起こされ得る。この場合、このようなヒーター要素３１は、リターンチャンバ２７、２８の各々１つに適切に設けられる。このヒーター要素３１は、電気的加熱コンダクタ（これは別個の電圧源（図示せず）への接続の間に熱を生成するように適合される）から形成される。特に、ヒーター要素３１によるリターンチャンバにおける熱の比較的小さな供給でさえ、温度の効果的な上昇を生じることが注意され得る。従って、比較的小さな熱の供給によって、濾去された炭素粒子を燃焼するのに十分な温度の上昇が得られる。
【００３４】
本発明は、上記のヒーター要素と共に使用することに限定されない。あるいは、熱は、ガスバーナもしくはオイルバーナ、または外部燃料注入によって、外的に供給されるが、これは図面に示されない。さらなる代替物によると、加熱機能は、外部供給源からの熱風（またはいくつかの他の適切なガス）の供給（図示せず）によって提供され得る。
【００３５】
さらに、本発明は、熱の外的供給と共に使用することに限定されない。従って、このような供給源は、原則的に、十分な高温がいずれの外的な熱の供給なしに生成され得る用途について除外され得る。
【００３６】
従って、本発明が、排気ガスの組成を適切な様式で制御することによって、すなわち、排気ガスフローにおける種々の物質またはガス成分の濃度を選択することによって、上昇した温度が発生するような様式で配置され得ることが、確立され得る。この上昇した温度は次に、燃焼による粒子の排除のために必要な温度の上昇を生じる。上述のように、このことは、その目的に適合させたエンジン制御（これは次に、例えば、排気ガスフローにおける所定のレベルの炭化水素化合物の発生のために利用され得る）によってか、排気ガスへの直接の、例えば炭化水素化合物の注入によってか、または排気ガスへの空気の注入によって、提供され得る。あるいは、上述されたことによれば、本発明はまた、温度の上昇が、外部から供給される熱によって得られるような様式で配置され得る。
【００３７】
エンジン１の作動中に、排気ガスは、排気ガス処理ユニット１８を通して供給される。この場合、排気ガスは、入口２９（図２および３を参照のこと）を通して案内され、そして２つの部分フロー３５、３６（図３を参照のこと）に分割される。これらのフロー３５、３６は、ストリップパッケージ１９ｂの片側の管を通して、それぞれのリターンチャンバ２７、２８の方向に案内される。最初、供給された排気ガスは、比較的冷たいが、上記で説明したことによれば、粒子の燃焼が起こり得る反応温度に徐々に加熱される。熱い排気ガスが排気ガス処理ユニット１８の出口３０の方へと案内されると同時に、さらなる排気ガスがその入口２９を通って入る。この場合、熱は、流出ガスフローから流入するガスフローへと伝達される。流出ガスフローと流入ガスフローとの間の十分な熱交換によって、これらのフローの局所温度が互いに近くになるように影響を受け得る。この理由により、リターンチャンバ２７、２８におけるほんの少量のさらなる熱の供給が、例えば、ガスフローの温度を上昇させるために必要とされる。排気ガス処理ユニット１８においてガスフローが正しい温度まで熱処理されると同時に、このガスフローは、フィルターから構成される波型２０にわたって案内され、ここで、これらの粒子が蓄積し、そして最終的に、上昇した温度の結果として燃焼する。
【００３８】
本発明は、効果的な熱交換機能を開示し、この機能は次に、排気ガス処理ユニットの温度の調節を容易にするために利用され、このユニットは次に、最適に機能する排気ガスにおける粒子の燃焼を生じる。特に、本発明は、ガスフローが、低い熱の燃焼で、特定の温度における粒子の濾過および排除のために処理され得ることを提供する。ガスフローの加熱の間、特定の量の熱（所定のガス容量に対して）が消費され、これは後に、新たな流入ガス容量を加熱するために回収され得る。このことは、従来の加熱システム（これは例えば、別個のヒーター要素（例えば、電気タイプ）に基づく）よりかなり低い燃焼エネルギーを必要とする熱交換効果を生じる。
【００３９】
触媒材料のコーティングを含む、本発明の実施形態において、ストリップパッケージ１９ｂは、三元触媒に対応する機能を提供する触媒材料でコーティングされるような様式で、形成され得る。すなわち、これは、エンジン１からの排気ガスにおける酸化窒素化合物、一酸化炭素化合物および炭化水素化合物の形態の所望でない化合物の触媒的排除のために利用される。触媒材料の薄いコーティングで表面をコーティングするための技術は、以前に公知である（例えば、従来の車触媒の製造の場合）。さらに、ストリップパッケージ１９ｂは、ＮＯｘ低減コーティング（すなわち、窒素酸化物の吸着に対応する機能を提供するコーティング（ＮＯｘ吸着剤とも呼ばれる））を備え得る。以前に公知であったことによれば、ＮＯｘ吸着剤は、公知の様式で、エンジン１の排気ガスにおけるＮＯｘ化合物の低減のために利用され得る。
【００４０】
従って、排気ガス処理ユニット１８は、粒子フィルターとして利用され、そしてまた、ＮＯｘ低減材料（従って、いわゆるＮＯｘ吸着剤を構成する）、および適切であれば、従来の三元触媒の機能を提供する材料の両方を含む、一体化構成要素を構築し得る。この様式で、ＮＯｘ化合物および炭化水素、ならびに粒子に対する組み合わせ効果が提供される。ＮＯｘの低減は、上記三元触媒によって、そしてわずかな場合において、ＮＯｘ吸着剤によって、化学量論的な状況で提供される。
【００４１】
本発明は、三元触媒およびＮＯｘ吸着剤として同時に機能するような一体化ユニットとしての上記設計に限定されず、排気ガス処理ユニットが、例えばＮＯｘ吸着材料を備え、そして三元触媒の形態の別個のユニットに接続されるという事実にもまた、基づき得る。さらなる代替によれば、排気ガス処理ユニットは、ＮＯｘ吸着剤も三元触媒もなしで形成され得、ここで、この場合におけるこれらの機能の両方は、エンジンの排気パイプに沿った別個のユニットによって、提供され得る。例えば、既存の自動車においてどれだけの空間が利用され得るかに依存して、特定の設計のいずれも、本願において選択される。設計の選択を決定する他の要因は、受容可能な加熱効果、圧力の損失および熱の損失に対する要求、ならびに製造および費用に関する要因である。
【００４２】
代替の実施形態によれば、エンジン１は、三元型の前触媒（図示せず）に接続され得る。適切には、前触媒は、比較的低い酸素貯蔵能力を有し、そして排気ガス処理ユニット１８の上流に、そして好ましくは、排気マニホルド１６の比較的近くに提供される。この場合、このような前触媒は、エンジン１のコールドスタートの間の急速な加熱のために特に適合される。すなわち、その結果、その触媒コーティングが、急速に活性になる。このことは、排気ガスにおけるＨＣ化合物、ＣＯ化合物およびＮＯｘ化合物のかなりの排除を、特に、低い空回りフローの間に提供する。流れている排気ガスが前触媒によって急速に加熱され得るという事実に起因して、比較的急速な加熱がまた、引き続く排気ガス処理ユニット１８に対しても提供される。すなわち、排気ガス処理ユニット１８が、ストリップパッケージ１９ｂによって分離された有害粒子を燃焼し得る温度に加熱されるまでに経過する時間が、比較的短い。このことは、特にコールドスタートの間の、エンジン１に対する効率的な排気精製を生じる。
【００４３】
いくつかの場合において、例えば、排気ガス処理ユニット１８における材料を、いくつかの作動状態の間に発生し得る高すぎる温度から保護するために、このユニットの冷却が問題になり得る。そうであれば、温度は、多数の様式で（例えば、外部冷却によって）低下され得る。より正確には、このことは、例えば水または空気を供給することによって、実施され得、これらの水または空気は、この場合、排気ガス処理ユニット１８を通して供給される。このことは、図面には示されていない。さらなる様式は、冷却フランジを、排気ガス処理ユニット１８において利用することである（図示せず）。この場合、上記冷却フランジは、バイメタルによって制御され得、これによって、制御ユニット５を利用する必要なく、温度制御のために利用され得る系が生じる。
【００４４】
排気ガス処理ユニット１８中の温度を低下させるさらなる可能性は、例えば、空気ポンプ（示さず）から、リターンチャンバ２４へと、冷えた空気を供給することである。本発明に従って得られる熱交換の効果に起因して、供給される空気がほんの少量でも、排気ガス処理ユニット１８を通じるガスフローの、かなりの温度低下を生じる。
【００４５】
供給される冷えた空気は、圧縮されなくてもよいし、圧縮されてもよい。１つの解決手段に従って、供給される空気は、（好ましくは、ターボアグレゲート（ｔｕｒｂｏ−ａｇｇｒｅｇａｔｅ）（示さず）の一部を形成する圧縮器（示さず）の後にある）エンジンの吸気管から得られる圧縮された空気により、構成され得る。あるいは、冷えた空気は、（ターボアグレゲートの前にある）エンジンの排気マニホルドから導出され、そして（例えば、適切な形態の後処理により）冷却される排気ガスにより、構成され得る。
【００４６】
外部冷却のための主要な原理は、質量交換を本質的に伴わずに、リターンチャンバ２７、２８それぞれから熱を奪い去ることである。空気噴射の間に、存在する熱は、「希釈され」、そしてフローへの冷えたガスの供給により、温度が低下する。両方の場合、熱交換の原理は、交換を高める（ｓｔｅｐ−ｕｐ　ｅｘｃｈａｎｇｅ）ように働き、そして温度に関してかなり強められた効果を生じる。
【００４７】
上記のものの組み合わせにより、ガスフローの温度の有効な制御が得られ、その結果、このガスフローは、通常の操作条件に最適に調整されている値に制御および調整され得る。これは、詳細には、排気ガス処理ユニット１８の設計が、流れているガスと排気ガス処理ユニット１８内の壁との間の満足な接触によって、満足な熱伝達および触媒効果を提供する、という事実により達成される。
【００４８】
本発明の温度制御を容易にするために、本発明は、排気ガス処理ユニット１８と接続して提供される温度センサ（示さず）を含み得る。この場合、このような温度センサは、電気的接続を介して制御ユニット５に接続され、そして排気ガス処理ユニット１８の通常の温度に対応する測定値を伝達し得る。この場合、この測定値は、同様に上で説明されている方法に従って、排気ガス処理ユニット１８の温度の増加および温度の低下の、それぞれの制御の間に利用され得る。この様式において、排気ガスフローの温度の正確な制御が提供される。これは、それぞれのリターンチャンバ２７、２８内の温度に関する情報を利用するのに特に適しているが、排気ガス処理ユニット１８の他の部分における温度に関する情報もまた重要であり得る。このような場合、１を超える温度センサが、対応する数の点において温度を測定するために利用され得る。
【００４９】
しかし、本発明は、このような個別の温度センサを備えるシステムの型にのみに制限されず、本発明は、満足な精度で様々な操作条件の間の排気ガス処理ユニット１８の温度を予想する、計算モデルを有するプログラムを、制御ユニット５に含めることによっても実現されることを強調する。
【００５０】
本発明は、炭素粒子および類似の粒子の凝固を防ぐように（すなわち、長い間の使用の後でさえ、高度なろ過を提供するように）形成され得る。これは、種々のパラメーター（例えば、排気ガス処理ユニット１８の幾何学的設計、すなわち、その長さ、幅、および高さ）の最適化により得られ得る。さらに、波型２０の形態および波高−ならびに２つの隣接する波型の間の距離は、このような凝固を防ぐように調整され得る。これに関して、エンジン１の制御もまた、最適化され得る。
【００５１】
さらに、本発明は、最低可能圧力損失を提供するように最適化され得る。これは、排気ガス処理ユニット１８の幾何学的構造（すなわち、その長さ、幅、および高さ）の調整により得られ得る。
【００５２】
本発明は、上記の実施形態および図面に示される実施形態に制限されず、添付の特許請求の範囲の範囲内で改変され得る。例えば、ストリップ１９ａは、薄い金属のプレートまたは薄い金属箔により（例えば、錆びない鋼により）作製され得る。この金属プレートまたは金属箔は、上記の触媒材料で被覆され得る。あるいは、ストリップ１９ａは、セラミック材料から構成され得、この場合、これは、触媒材料で含浸または被覆されている。さらに、この材料は、薄いシートまたは類似の要素の形態で代替的に作製され得、この場合、これらは、パッケージ内に配置され、引き続いて、上記のストリップパッケージ１９ａが形成されるように、縁に沿って互いに結合される。
【００５３】
排気ガス処理ユニット１８が、三元触媒およびＮＯｘ吸着体の機能をそれぞれ備える材料を含む場合、これらの材料は、種々の様式で配置され得る。例えば、この材料は、排気ガス処理ユニット１８に沿った様々な領域に配置され得る。例えば、排気ガス処理ユニット１８の入口部分は、三元触媒として機能し得、一方、排気ガス処理ユニット１８の内部の部分は、ＮＯｘ吸収体として機能する。この場合、適切な設計により、上記の前触媒３２はまた排除され得る。
【００５４】
排気ガス処理ユニット１８の入口と出口は、それぞれ、上に説明したものに従って配置され得る（すなわち、本質的に、それぞれの側壁２４ｃ、２４ｄ上の中心に配置される）。あるいは、入口および出口を、それぞれの側壁に沿って、いずれかの方向にずらして配置することも可能である。例えば、この位置ずれは、入口がストリップパッケージの一端にちょうど置かれる距離のような位置ずれであり得る。この場合、１つのリターンチャンバのみが利用される。
【００５５】
本発明は、ディーゼルエンジンのみに関連する利用に制限されず、原則的には、少なくとも定期的に過剰の酸素により作動されるエンジンからの排気ガス中に、例えば、炭素の形態の粒子が存在する、全ての型の燃焼プロセスに適用され得る。
【００５６】
一般に、本発明は、自動車に関連する利用に制限されず、ガスフロー中の粒子をろ過する必要性がある、他の関連物に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
本発明を、好ましい実施形態に関する言及、および添付の図面に対する言及を伴ってさらに記載している。
【図１】
図１は、本発明が利用され得る、エンジンの整列の簡易かつ主要な図である。
【図２】
図２は、本発明に従って利用される、特別な排気ガス処理ユニットを構築する様式を示す。
【図３】
図３は、図２に比べてわずかに拡大した、上記の排気ガス処理ユニットを示す。
【図４】
図４は、上記の排気ガス処理ユニットの詳細図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004510908.tif 000037
2004510908.tif 000038
2004510908.tif 000039