(57)【要約】  本発明は、内燃機関の排ガスを後処理するための排ガスシステム（１）であって、排ガスの流れ方向（２）で見て連続して配置された、排ガスを酸化させるための触媒（３）および／または窒素酸化物を蓄えるための触媒と、還元剤供給用の導入箇所（４）と、窒素酸化物を選択的に触媒還元するためのＳＣＲ触媒（６）と、パティキュレートフィルタとを備えており、パティキュレートフィルタ（７）は、流れ方向（２）で見てＳＣＲ触媒（６）の下流側に配置されており、流れ方向（２）で見てパティキュレートフィルタ（７）の下流側には、第２のＳＣＲ触媒（８）および／またはアンモニアスリップ触媒が配置されている、排ガスシステム（１）に関する。
2020516815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスを後処理するための排ガスシステム（１）であって、排ガスの流れ方向（２）で見て連続して配置された、排ガスを酸化させるための触媒（３）および／または窒素酸化物を蓄えるための触媒と、還元剤供給用の導入箇所（４）と、窒素酸化物を選択的に触媒還元するためのＳＣＲ触媒（６）と、パティキュレートフィルタとを備えた排ガスシステム（１）において、
前記パティキュレートフィルタ（７）は、前記流れ方向（２）で見て前記ＳＣＲ触媒（６）の下流側に配置されており、前記流れ方向（２）で見て前記パティキュレートフィルタ（７）の下流側には、第２のＳＣＲ触媒（８）および／またはアンモニアスリップ触媒が配置されていることを特徴とする、排ガスシステム（１）。
【請求項２】
前記流れ方向（２）で見て前記パティキュレートフィルタ（７）の上流側に配置された第１の前記ＳＣＲ触媒（６）は、電気的に加熱可能である、請求項１記載の排ガスシステム（１）。
【請求項３】
前記流れ方向（２）で見て前記第１のＳＣＲ触媒（６）は、前記流れ方向（２）に沿って最大８０ｍｍの延在長さを有しており、前記第１のＳＣＲ触媒（６）は、好適には５０ｍｍ未満の延在長さを有しており、特に好適には４０ｍｍ未満の延在長さを有している、請求項１または２記載の排ガスシステム（１）。
【請求項４】
前記流れ方向（２）で見て前記第１のＳＣＲ触媒（６）は、前記パティキュレートフィルタ（７）に対して、前記流れ方向（２）に沿って最大２０ｍｍ、好適には１０ｍｍ未満および特に好適には５ｍｍ未満の間隔をあけて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の排ガスシステム（１）。
【請求項５】
前記流れ方向（２）で見て前記第１のＳＣＲ触媒（６）と、前記流れ方向（２）で見て前記第２のＳＣＲ触媒（８）とは、前記パティキュレートフィルタ（７）と共にモジュールユニットとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガスシステム（１）。
【請求項６】
前記ＳＣＲ触媒（６，８）と前記パティキュレートフィルタ（７）とは、１つの共通のハニカムボデーにより形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガスシステム（１）。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタ（７）の前記ハニカムボデーは、前記流れ方向（２）で見て前記第１のＳＣＲ触媒（６）の前記ハニカムボデーと、前記流れ方向（２）で見て前記第２のＳＣＲ触媒（８）の前記ハニカムボデーとは異なるセル幾何学形状および／またはセル密度を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガスシステム（１）。
【請求項８】
前記流れ方向（２）で見て前記第１のＳＣＲ触媒（６）の前記ハニカムボデーのセル幾何学形状および／またはセル密度および／または前記ハニカムボデーの化学的に活性のコーティングおよび／または前記ハニカムボデーのコーティング量が、前記流れ方向（２）で見て前記第２のＳＣＲ触媒（８）の前記ハニカムボデーのセル幾何学形状および／またはセル密度および／または化学的に活性のコーティングと異なっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガスシステム（１）。
【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後処理するための排ガスシステムであって、排ガスの流れ方向で見て連続して配置された、排ガスを酸化させるための触媒および／または窒素酸化物を蓄えるための触媒と、還元剤供給用の導入箇所と、窒素酸化物を選択的に触媒還元するためのＳＣＲ触媒と、パティキュレートフィルタとを備えた排ガスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス後処理システムでは、排ガス中に含まれる有害物質の可能な限り効率的で包括的な変換および除去を保証するために、様々な形式の触媒が使用される。特に例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収して結合させる触媒が用いられる。さらに、窒素酸化物の、有害性の低い反応生成物への変換を生ぜしめる触媒も知られている。さらに、排ガスから特定の大きさのパティキュレートを除去するフィルタも知られている。
【０００３】
従来技術において周知の、内燃機関の排ガスを浄化するための装置における欠点は、排ガス系統内での個々の触媒の配置が最適ではなく、ひいては個々の触媒がその個々に応じた最適な効果を発揮しない点にある。特に、従来技術において周知の装置では、窒素酸化物を選択的に触媒還元するためのいわゆるＳＣＲ触媒が、パティキュレートフィルタの下流側に配置されていることが多い。その結果、ＳＣＲ触媒をその最適な作動点で作動させることができなくなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、本発明の課題は、個々の触媒の最適化された配置と、さらに最適化された構成とを有する、内燃機関の排ガスを後処理するための排ガスシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
排ガスシステムに関する上記の課題は、請求項１に記載の特徴を有する排ガスシステムによって解決される。
【０００６】
本発明の１つの実施例は、内燃機関の排ガスを後処理するための排ガスシステムであって、排ガスの流れ方向で見て連続して配置された、排ガスを酸化させるための触媒および／または窒素酸化物を蓄えるための触媒と、還元剤供給用の導入箇所と、窒素酸化物を選択的に触媒還元するためのＳＣＲ触媒と、パティキュレートフィルタとを備えており、パティキュレートフィルタは、流れ方向で見てＳＣＲ触媒の下流側に配置されており、流れ方向で見てパティキュレートフィルタの下流側には、第２のＳＣＲ触媒および／またはアンモニアスリップ触媒が配置されている、排ガスシステムに関する。
【０００７】
パティキュレートフィルタの上流側にＳＣＲ触媒を配置すると共に、パティキュレートフィルタの下流側にもＳＣＲ触媒を配置することにより、より良好に機能するユニットを提供することができる。特に、パティキュレートフィルタが通常有する大きな体積や、排ガスの十分な濾過を可能にするために必要とされるセル幾何学形状およびセル密度に基づき、パティキュレートフィルタの下流側のＳＣＲ触媒の作動条件は悪化する。
【０００８】
これは例えば、パティキュレートフィルタを通流した後の排ガスの温度が大幅に低下しており、これによりＳＣＲ触媒の効果がネガティブに損なわれることに起因する。さらに、パティキュレートフィルタによって大きな圧力損失が生じることがあり、この圧力損失により、排ガスは最早、最適な変換を保証するための、下流側に収容されたＳＣＲ触媒に対する十分に高い流速を有してはいない。例えば、パティキュレートフィルタの部分的なコーティングによる、パティキュレートフィルタ内へのＳＣＲ触媒の組込みは最適ではない。なぜなら、通常使用されるパティキュレートフィルタのハニカムボデーのセル密度およびセル幾何学形状は、ＳＣＲ触媒における排ガスの選択的な触媒還元にとって最適ではないからである。
【０００９】
上流側に収容されたＳＣＲ触媒により、排ガスの第１の後処理を実施することができ、特に、典型的には尿素水溶液により構成される、既に導入されて気化した還元剤を利用して、窒素酸化物を水と窒素とに変換することができる。
【００１０】
後続のパティキュレートフィルタにより、排ガス流の浄化が達成される。次いで、パティキュレートフィルタの下流側に接続されたＳＣＲ触媒が、まだ排ガス中に含まれている窒素酸化物を変換することができる。特に有利には、第２のＳＣＲ触媒はこのために、第１のＳＣＲ触媒とは異なるセル幾何学形状および／またはセル密度を有していてよく、かつ化学的に異なる活性コーティングをも有していてよい。これにより、例えば窒素酸化物の変換を、比較的低い温度および流速でも達成することができる。
【００１１】
特に有利なのは、流れ方向で見てパティキュレートフィルタの上流側に配置された第１のＳＣＲ触媒が、電気的に加熱可能な場合である。ＳＣＲ触媒の電気的な加熱は、排ガスを可能な限り迅速に所要の作動温度に加熱して、選択的な触媒還元を実施することができるようにするために有利である。
【００１２】
また、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒が、流れ方向に沿って最大８０ｍｍの延在長さを有している場合も有利であり、第１のＳＣＲ触媒は、好適には５０ｍｍ未満の延在長さを有しており、特に好適には４０ｍｍ未満の延在長さを有している。第１のＳＣＲ触媒の、パティキュレートフィルタまたは第２のＳＣＲ触媒に対して比較的短い延在長さは、後続のパティキュレートフィルタへの流れに極僅かにしか影響を及ぼさず、ひいてはパティキュレートフィルタにおける良好な除去結果を保持するために、有利である。
【００１３】
１つの好適な実施例は、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒がパティキュレートフィルタに対して、流れ方向に沿って最大２０ｍｍ、好適には１０ｍｍ未満および特に好適には５ｍｍ未満の間隔をあけて配置されていることを特徴とする。第１のＳＣＲ触媒およびパティキュレートフィルタに基づき生じる圧力損失をまとめることができるようにするために、可能な限り小さな間隔が有利である。これは、排ガスシステムの設計を容易にする。
【００１４】
また、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒と、流れ方向で見て第２のＳＣＲ触媒とが、パティキュレートフィルタと共にモジュールユニットとして形成されている場合も好適である。これは、取付けを容易にするために有利である。
【００１５】
さらに、各ＳＣＲ触媒とパティキュレートフィルタとが、１つの共通のハニカムボデーによって形成されていると有利である。これは、取り付けられる部材の数を可能な限り少なく保ち、これにより取付けを簡単にするために有利である。
【００１６】
さらに、パティキュレートフィルタのハニカムボデーが、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒のハニカムボデーと、流れ方向で見て第２のＳＣＲ触媒のハニカムボデーとは異なるセル幾何学形状および／またはセル密度を有していると有利である。これは、個々のコンポーネントをそれぞれの用途に最適に適合させると共に、個々のコンポーネントにわたり、全体としては可能な限り小さな圧力損失を達成するために、特に有利である。さらに、セル幾何学形状により、例えばフィルタ特性および速度分布に影響を及ぼすことができる。
【００１７】
また、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒のハニカムボデーのセル幾何学形状および／またはセル密度および／またはハニカムボデーの化学的に活性のコーティングおよび／またはハニカムボデーのコーティング量が、流れ方向で見て第２のＳＣＲ触媒のハニカムボデーのセル幾何学形状および／またはセル密度および／または化学的に活性のコーティングと異なっている場合も適切である。
【００１８】
これは、例えば第２のＳＣＲ触媒の領域において変化した流速にハニカムボデーを適合させることができるようにするために、特に有利である。また、第２のＳＣＲ触媒の領域では排ガス組成の変化も考慮せねばならない。なぜなら、第２のＳＣＲ触媒はパティキュレートフィルタの下流側に収容されているからである。これにより、例えば比較的高いセル密度または縮小されたセル横断面を用いることができ、この場合にハニカムボデー内に形成された流れ通路の閉塞の危険が生じることはない。また、コーティングも有利には、通常は比較的低いアンモニア・窒素酸化物濃度に適合させることができ、それでもなお、可能な限り包括的な、窒素酸化物の変換を生ぜしめることができる。
【００１９】
好適には、流れ方向で見て第１のＳＣＲ触媒のコーティング量は、流れ方向で見て第２のＳＣＲ触媒のコーティング量よりも多くなっている。
【００２０】
本発明の有利な改良は、各下位請求項および以下の図面の説明に記載されている。
【００２１】
以下、図面を参照して本発明を１つの実施例に基づき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】複数の触媒を備えた、例示的な排ガス系統の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、排ガスシステム１の排ガス系統の断面図が示されている。排ガスシステム１は、ケーシング内に配置されておりかつ排ガスが触媒を通流することができるように導管によって互いに接続された、複数の触媒を有している。
【００２４】
図１に示す実施例では、排ガスの流れ方向２で見てまず、排ガスを酸化させるための触媒３が配置されている。次に、例えば尿素水溶液等の還元剤を排ガス系統内へ導入することのできる導入箇所４が設けられている。この導入箇所４のすぐ隣には気化部材５が配置されており、気化部材５において還元剤を気化させ、次いでアンモニアとして、排ガス中の窒素酸化物と反応させることができる。
【００２５】
さらに下流側には第１のＳＣＲ触媒６が続いており、第１のＳＣＲ触媒６において、排ガス中の窒素酸化物が、アンモニアと、ＳＣＲ触媒６の化学的に活性のコーティングとに反応して、窒素および水を形成する。
【００２６】
第１のＳＣＲ触媒６の下流側には、排ガスの濾過に用いられるパティキュレートフィルタ７が接続されており、パティキュレートフィルタ７は、排ガスから特にすすパティキュレートを除去する。
【００２７】
パティキュレートフィルタ７には、第２のＳＣＲ触媒８が続いている。第２のＳＣＲ触媒８内では、化学的に見て第１のＳＣＲ触媒６内と同様の反応が行われる。
【００２８】
このような構成の利点は、排ガスがパティキュレートフィルタ内へ流入する前に、既に排ガス中の窒素酸化物の還元が行われている点にある。したがって、第１のＳＣＲ触媒内へ流入する排ガスはまだ、特に高い温度を有しており、流動区間の横断面にわたる排ガス分布もまだ、パティキュレートフィルタによってネガティブに損なわれてはいない。これにより、排ガス中の窒素酸化物の特に効果的な変換を行うことができる。大抵は大きな体積のパティキュレートフィルタは排ガスの温度を大幅に下げるので、下流側に収容されたＳＣＲ触媒内での化学反応は通常、最適には進行しない。第２のＳＣＲ触媒は実質的に、第１のＳＣＲ触媒内でまだ還元されていない窒素酸化物部分の還元に用いられる。
【００２９】
第２のＳＣＲ触媒に代えてまたは加えて、排ガス中の窒素酸化物を還元する際に変換されなかった余剰のアンモニア（ＮＨ３）を結合させることができる、アンモニアスリップ触媒が取り付けられてもよい。このようにして、例えばアンモニアが周辺環境に漏出し、臭気または環境汚染を招く恐れのある、排ガス中へのアンモニアの突破を回避することができる。
【００３０】
図１に示す実施例は、特に限定的な特徴を有しておらず、本発明の思想を明示するために用いられる。
【図１】
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【国際調査報告】
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