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CN1813120A - 微粒捕集器的再生 - Google Patents

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CN1813120A
CN1813120A CNA200480017830XA CN200480017830A CN1813120A CN 1813120 A CN1813120 A CN 1813120A CN A200480017830X A CNA200480017830X A CN A200480017830XA CN 200480017830 A CN200480017830 A CN 200480017830A CN 1813120 A CN1813120 A CN 1813120A
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CN
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exhaust gas
catalytic converter
gas apparatus
flow
reducing agent
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CNA200480017830XA
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English (en)
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W·莫斯
R·布吕科
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Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种用于净化气流(2)中的有害物质(3)的废气设备(1)，沿气流(2)通过所述废气设备(1)的流动方向(4)至少包括用于输入还原剂的结构、一第一催化转化器(5)和一微粒捕集器(8)。根据本发明，在所述第一催化转化器(5)和微粒捕集器(8)之间设置至少一个另外的废气净化组件和/或至少0.5米的距离，并且直接在所述微粒捕集器(8)的前面设置一混合器(6)和一第二催化转化器(7)。本发明还涉及一种用于再生布置在废气设备(1)内的微粒捕集器(8)的方法，其中，(只)在涡流增压机(6)的上游将还原剂(23)导入废气设备(1)，以进行微粒捕集器(8)的再生过程。

Description

微粒捕集器的再生
技术领域
本发明涉及一种用于净化气流中的有害物质的废气处理设备，所述废气处理设备具有一个微粒捕集器，所述捕集器能在使用还原剂的情况下不连续地再生。此外，还涉及一种用于再生微粒捕集器的方法。
背景技术
由于在汽车制造中对废气系统提出越来越高要求的法律规定，废气系统在过去不断地得到发展。在此过程中，使用了很多可实现废气系统中不同的功能的组件。对此例如已知起动催化器和预涡轮增压催化器(Vorturbo-Katalysator)，所述催化器具有特别小的体积，由此可以在内燃机冷起动后快速地达到催化转换所要求的起动温度。此外还已知可电加热的催化器，这种催化器同样可以实现改善的废气系统的冷起动性能。所谓的吸附器在内燃机的废气系统中的任务是，在一定时间段内吸附包含在废气中的有害物质，其中最好存储所述有害物质，直至连接在后面的催化器达到其运行温度。特别是在柴油发动机的废气系统中，此外还使用微粒捕集器或者微粒过滤器，所述微粒捕集器或者微粒过滤器捕获废气中含有的炭黑微粒和/或其它的固体污染物。所捕获的微粒积聚物原则上可以连续或不连续地被转化，例如通过向其供给高热能。
为了还原废气中的微粒排放物，特别是在柴油发动机中已知一种由一种陶瓷基体构成的微粒捕集器。所述微粒捕集器具有通道，从而待净化的废气能流入微粒捕集器中。相邻的通道交替地关闭，从而废气在入口侧流入通道，穿过至少一个陶瓷壁，并通过相邻的通道在出口侧重新被排出。这种类型的微粒捕集器作为“关闭式”微粒过滤器是已知的。所述微粒捕集器在所出现的微粒尺寸的整个范围上可达到约95％的效率。
由未公开的德国专利申请DE10153283可获知另一种类型的微粒捕集器，这种微粒捕集器可承受高的热负荷并具有明显较低的压力损失。该文献中描述了一种被称为“开放式”过滤系统的微粒捕集器。在这种开放式的系统中，放弃了对过滤器通道进行交替的关闭。通道壁至少部分地由多孔或高度多孔的材料组成。所述开放式过滤器的流通道具有转向或导向结构，所述结构可将废气连同其中所含的微粒导向由多孔或高度多孔材料构成的区域。这里如果一微粒过滤器基本上能够被微粒完全地通过，并且甚至远大于本来要滤出的微粒的微粒也可完全通过，则将其称为开放的。由此在运行期间这种过滤器在出现微粒聚集时就不会发生堵塞。测量微粒过滤器的开放度的一种适当的方法例如是检测能够流过这种过滤器的球状微粒的最大直径。在现有的应用场合中，特别是当直径大于或等于0.1mm的球形微粒，尤其是直径大于0.2mm的球形微粒还能通过时，则过滤器是开放的。
与所使用的微粒捕集器的类型无关，必须确保汽车废气系统中的微粒过滤器的可靠的和尽可能的完全的再生。这种微粒捕集器的再生是必须的，因为微粒的不断增多的积聚会在可通流的通道壁中导致一种持续增加的压力损失，这种压力损失会对发动机功率产生负面的影响。这种再生主要包括对微粒捕集器或者其中积聚的微粒的短时间的加热，以使炭黑微粒转化成气态成份。
以前例如通过欧姆电阻加热装置对这种微粒捕集器进行直接加热。还已知利用单独的燃烧器转化积聚的炭黑微粒。后面的用于再生微粒过滤器的装置的特征在于，在这种微粒捕集器的上游供给还原剂，所述还原剂最终能使积存在微粒捕集器中的炭黑微粒进行化学转化。这里，主要分成两种不同的系统：非连续的和连续的再生。
用于连续再生过滤器的系统被称为CRT(连续再生过滤器)，并在US4,902,487有所说明。在这种系统中微粒在高于200℃的温度下，借助通过与二氧化氮(NO2)接触而发生的氧化反应而被转化。为此所需的二氧化氮通常通过布置在过滤器上游的氧化催化器来产生。但这里特别是考虑到在使用柴油燃料的机动车辆中的应用，会出现这样的问题，即，在废气中只存在不足量的能够被转化成希望的二氧化氮的一氧化氮(NO)。因此目前为止还不能确保对废气系统中的微粒捕集器进行连续的再生。因此，通常更多地是还将尿素等还原剂供应至废气系统，所述还原剂使过滤器可以连续再生。这种系统的缺点是高额的技术成本，以及这种机动车辆中必须同时携带分开的消耗装置和运行装置的事实。
对于微粒捕集器非连续的再生，已知在微粒捕集器的前面连接一个氧化催化器，向该氧化催化器供给不饱和的或未燃烧的碳氢化合物(HC)。在不饱和的碳氢化合物与氧化催化器的接触时发生放热特别强烈的反应，这种反应使废气的温度显著提高。这里温度要达到使微粒捕集器中积聚的微粒聚集物可发生转化的范围。这里温度通常必须达到600℃以上。其中还原剂的供给可单独进行，但是还已知，可将来自内燃机的未燃烧的燃料部分直接供给到废气管道中，以使其到达氧化催化器。
开头所述的希望，即，在内燃机冷起动后就立即对废气进行催化转化，可通过使用起动催化器来实现，所述起动催化器的特征在于，具有小的体积(例如，小于该内燃机排量的20％)并且位置靠近发动机。这里会产生这样的技术问题，即无法供给应该使位于上游的、与起动催化器明显隔开布置的微粒捕集器进行再生的不饱和碳氢化合物。这种起还原剂作用的动力燃料会到达到起动催化器并且导致放热反应。由于微粒捕集器离起动催化器很远地布置，或者附加的用于废气净化的组件布置在起动催化器与微粒捕集器之间，在微料捕集器中就无法实现所需的温度升高。
发明内容
因此本发明的目的是，消除所述的技术问题，特别是提供一种废气系统以及一种用于再生微粒捕集器的方法，从而即使在起动催化器和微粒捕集器之间存在较大废气要行进的距离，或者在起动催化器和微粒捕集器之间布置有用于转化确定废气成份的温度敏感的组件，也能够确保微粒捕集器的非连续再生。此外这种废气设备还应具有简单的结构并且再生也可简单地进行。
所述目的通过具有权利要求1的特征的废气设备以及具有权利要求11的特征的微粒捕集器再生方法来实现。其它有利的结构形式在各从属权利要求中说明。其中这里所示的改进方案还可以接任意合理的方式相互组合。
用于净化带有有害物质的气流的废气设备沿气流穿过废气设备的流动方向上至少包括用于供给还原剂的结构、第一催化转化器和微粒捕集器，其中在第一催化转化器和微粒捕集器之间设置至少一个另外的废气净化组件和/或至少0.5米的距离。按照本发明，一混合器和一第二催化转化器直接安装在微粒捕集器的前面。
为了说明这里所使用的概念，其含意将在下面单独给予详细的解释。“气流的流动方向”是指气流从内燃机出发朝排气管或出口进入大气所具有的方向。此处是指主气流方向，即，尤其是对局部的紊流等不予考虑。各装置沿穿过废气设备的流动方向布置是指，气流首先与用于供给还原剂的结构接触，然后与第一催化转化器接触，最后与微粒捕集器接触。其中保持不变的是，气流在所述各组件之间与废气设备的其它组件发生接触，例如其它的吸附器，废气管道等。此外还需要指出，“至少”设置所列出的装置，还包括，所述装置可以多次地、直接或间接地进行前后顺序布置。
“催化转化器”是指多个已知的用于催化活性材料的载体。其中所述载体主要由金属和/或陶瓷制成。对于金属催化剂载体，已知将至少部分形成结构的薄板这样地相互卷绕，以便形成流体可通流的通道。还已知通过挤出制造的金属载体。此外还已知其蜂窝形状同样是通过挤出工艺和烧结工艺获得的陶瓷载体。这种蜂窝形状已证明是特别有利的，因为这样可提供特别大的表面，它能造成与气流的紧密接触。
术语“微粒捕集器”的意思是，既指常规的具有交替关闭的通道的过滤系统，也指上述“开放式”的过滤系统。
术语“废气净化组件”是大量不同的用于废气处理的组件的上位概念，特别是指蜂窝体，水分离器(Wasserfalle)，加热元件，消音器，吸附器，存储部等。
第一催化转化器和微粒捕集器之间的“距离”特别是指它们之间沿着气流的流动路径的距离。这就是说，为此要确定沿着废气管道以最短的路径连接着第一催化转化器和微粒捕集器的距离。
在本公开的意义上，“混合器”描述这样一种装置，它使分气流产生涡流或者显著的流动转向。尤其是被转向的分气流的比例在50％、特别地80％以上，优选在95％以上。这里特别有利的是，部分废气气流不是基本上相互平行地偏转，而是至少部分地相互朝向移动，以发生混合。这里以在DE19938840中所述的混合元件作为这种类型混合元件的示例。当然也可以使用所有其它的已知混合器，只要它们满足前述标准。
对于第二催化转化器需要指出，这里它也是一种废气处理组件，与针对第一反应器中所述的废气处理组件一样。但第二催化转化器没有设计成起动催化器，也就是说，它不是位于发动机附近。
利用根据本发明的废气设备，如下面针对所述方法详细说明的那样，可以使用燃料作为再生微粒捕集器的还原剂，其中燃料通过第一催化转化器而基本上没有发生完全的放热反应。然后通过混合器这样来制备燃料-气体-混合物，以在第二催化换化器内发生希望的放热反应，所述反应可产生再生微粒捕集器所必需的升温。本发明的一个主要方面是，在废气气流的一个局部中或者在分体积流中以浓缩的状态引导再生所必需的燃料通过第一催化转化器，从而对于所携带燃料的大部分没有提供足够的催化转化所必需的氧。因此只在高燃料含量的分气流的边缘区域出现催化剂促进的反应，而附加喷入的燃料的大部分在未转化的情况下通过第一催化转化器。
现在混合器使富含燃料的分气流与其余的废气相互混合，特别是对于柴油发动机，所述废气特别稀薄，即氧气含量大。通过这种混合过程，高燃料含量的分气流发生溶解，从而燃料精细分散地与废气流一起流向位于下游的微粒捕集器。在这种情况下，混合的废气流在流向第二催化转化器的途中是否流经其它(不起氧化作用的)废气净化组件，并不起重要作用。最终混合的废气流到达也具有催化活性表面的第二催化转化器，现在发生废气-燃料-分散物的转化。
因为第二催化转化器直接地(或者说紧接地，即其间没有布置其它的废气净化部件)连接在微粒捕集器的前面，由于放热反应而产生的升温直接传导至微粒捕集器。现在这保证微粒捕集器的完全再生。同时，特别有利的是，将第二催化转化器与微粒捕集器相互布置成使废气可将尽量多的能量传递给微粒捕集器。这能够例如通过使催化转化器与微粒只具有一个小的距离来保证，所述距离尤其是小于10cm，特别是小于5cm，并优选小于2cm。这里所述距离描述了废气从第二催化转化器流出后到进入微粒捕集器行进长度。如果第二催化转化器与微粒捕集器之间的废气管道是绝热的，或者不具有任何附加的构件，如活门、导流板、探测器等，或弯曲段，则是特别有利的。
根据本发明的另一个实施形式，所述混合器是涡流增加器。特别是在新的按直接喷射原理工作的柴油发动机中，用于对吸入空气进行压缩的废气-涡流增压机的应用已经得到了验证。这种用于吸入空气的压缩机通过流过涡流增压器的废气来运行。在废气流过涡流增压机时，废气会经历强烈的涡旋，因此，涡流增压机完全满足上述针对混合器所述的标准，也就是说，例如，现在在第一催化转化器后面可只连接一涡流增压器，而第二催化转化器和微粒捕集器又连接在涡流增压器的后面。特别是对于废气净化组件和涡流增压器的这种布置，下面所述的方法是有利的，因为所述方法防止了通过优选设计成起动催化器的第一催化转化器在废气中形成高温，从而会损坏直接连接在后面的涡流增压器。因此可以导入具有涡流增压器可承受温度的废气，并随后借助第二催化转化器将废气加热到可保证微粒捕集器的再生的温度。
根据所述废气设备的另一个实施形式，用于输入还原剂的结构包括至少一个用于向汽车内燃机的燃烧室提供燃料的喷射嘴。这尤其意味着，将仅一个或者多个确定用于向内燃机供给燃料的喷射嘴用于提供用于微粒捕集器的再生还原剂。换句话说，至少一个喷射嘴向内燃机汽缸中喷射燃料，所述燃料基本上未燃烧地从汽缸中出来，经过第一催化转化器(也许还有涡流增压机)，并最终才通过与第二催化器的接触而发生用于燃料转化的放热反应。这样，可以实现特别简单的废气设备的结构，最终放弃使用用于导入还原剂的附加的管道或喷嘴等。
此外建议，这样布置所述喷射嘴，以可将燃料导入进内燃机的排气管。这里本领域的技术人员很清楚，必要时必须为此采用其它的结构。这里必须考虑到，所述喷射嘴通常这样定向，以确保内燃机汽缸中的燃料-空气-混合物的极好的压缩和燃烧性能。为保证燃料能到达排气管，在一些情况下要求在预定位置设置活塞或阀。
例如为了获得一个易于补充装备的废气系统的实施形式，同时这种实施形式不要求对汽缸或燃烧室进行改变，建议在内燃机和/或废气设备的排气通道内或上设置至少一个单独的输入管道。这意味着，例如从燃料供给部到发动机设置附加的管道，并在燃烧室或发动机汽缸与第一催化转化器之间向废气流供给燃料。这里应该注意，这会使得产生一种燃料浓度特别高的较狭窄地限定的分气流。这样可以保证排出放热反应所必要的氧气，同时高燃料含量的分气流流过第一催化转化器以及一些情况下还流过后面的组件而不发生明显的化学转化。
根据另一种实施形式建议，用于输入还原剂的结构与一还原剂存储部以及一控制单元相连，从而可以实现间歇性地输入还原剂。对于还原剂存储部，可以设置单独的容器和存储空间，但这里所述存储部也可以直接就是燃料箱。所述控制单元承担的任务是，在所述喷射嘴和其它喷嘴工作时，根据需要调节或控制开启时间和所存在的压力。这尤其要根据内燃机的汽缸的活塞位置或排气门位置来进行。
此外，第一催化转化器具有可促使气流中包含的至少一种有害物质发生氧化的第一接触面是有利的。就是说，特别是利用第一催化转化器将不饱和的碳氢化合物转化成了危害较小的成分。特别因为对于这种情况公众总是存在特别的兴趣，所以建议，第二催化转化器也具有可促使包含在气流中的至少一种有害物质发生氧化的第二接触面。这里在一些情况下可以使第一催化转化器和第二催化转化器在接触面上或内具有相同的催化活性材料。这里出人意料的是，利用这里建议的装置或下面所述的方法可确保，一方面还原剂通过相同的涂层，可是另一方面，由于废气明显的升温而通过放热反应被转化。
再根据废气设备的另一种实施形式，第二催化转化器和微粒捕集器构成一个结构单元。这尤其意味着，第二催化转化器和微粒捕集器不仅同过环绕着它们的废气管道相连接。这样例如可将第二催化转化器和微粒捕集器布置在一个共同的套管中，所述套管与废气管道相接触。但是第二催化转化器和微粒捕集器也可以不仅通过周边相连接，而且在一些情况下在端面上也产生接触，例如通过销、薄板等。另外，对于结构单元的情况例如也可以设置一沿周向作用的隔热部，从而在第二催化转化器中所产生的放热能量几乎完全传递给微粒捕集器。
根据所述废气设备的另一种有利的实施形式，第二催化转化器和微粒捕集器一起形成一流体可穿流的体部，所述体部在流动方向上首先具有一催化活性涂层，然后具有用于积聚微粒的结构。就是说，例如，第二催化转化器和微粒捕集器用同一种载体制成。换句话说，例如通常由陶瓷材料和金属板制成的通道壁，沿流动方向在第二催化转化器和微粒捕集器共同的总长度上延伸。这样不必对载体进行划分。然而在所述体部的部分段中或在通道壁中可以设置凹陷部，变形部，材料堆积部或等，从而所述体部的段可以与催化转化器和微粒捕集器的相应功能相匹配。原则上载体或所述体部的所述段可以(只或附加地)通过不同的涂层来区分。这里，也可能存在形成第二催化转化器的段与形成微粒捕集器的段的重叠区。
根据本发明的一个另一方面，提出了一种用于再生布置在废气设备中的微粒捕集器的方法，其中，所述废气设备(在气流的流动方向上)包括至少一个第一催化转化器，一个涡流增压器，一个第二催化转化器和所述微粒捕集器。这里在涡流增压机的上游将还原剂导入所述废气设备，以进行微粒捕集器的再生过程。为此还原剂浓缩地输入废气设备的一个分气流，从而在流过第一催化转化器时，不发生或只发生很弱的放热反应。现在引导所述仍然具有高燃料含量的分气流通过涡流增压器，此时与来自内燃机其它汽缸的废气分气流发生特别强烈的混合。因为来自于其它汽缸的分气流主要上是特别稀薄(富氧)的混合物，所以此时仍具有高燃料比例的分气流氧气的浓度会提高。在所述分气流随后到达氧化催化器的时，这会导致发生希望的放热反应。此时所释放的热能被用于燃尽积存在后面的微粒捕集器中的炭黑微粒。由此可以防止流动路径(废气通过微粒捕集器经过的路径)堵塞，这种堵塞会导致微粒捕集器的流动阻力上升。由此产生的微粒捕集器上的废气流的压力降低，会对发动机功率产生负面影响，而在这里所述的方法中可以可靠地避免这种负面影响。
这里，还原剂输入间歇地进行是特别有利的。特别是当通过至少一个喷射嘴进行还原剂的输入时，情况就是这样，其中将燃料导入汽车内燃机的燃烧室中。在此特别是指柴油发动机。
根据所述方法的另一有利的实施方案，向燃烧室中进行燃料的后续喷射，从而燃料的未燃烧的分体积流可进入内燃机的排气管道。在这个意义上，后续的意思是，在汽缸中的活塞的工作循环中，喷射嘴在两个不同的时刻喷射燃料。在第一时刻，将自燃或燃烧所需要量的燃料喷射到汽缸的燃烧室中，使其压缩并燃烧。在活塞向上运动的期间，将在燃烧过程中所产生的废气通过打开的排气门排出到排气管道，并进一步进入废气管。在这个时刻，即特别是在燃烧室中的燃烧完成以后，通过喷射嘴将可预先规定或可计算的量的燃料(或其它的还原剂)导入燃烧室内，所述燃料与被排出的废气分气流一起或在其之后经过该排气管道或废气管流动。
对于具有多个分别具有一个燃烧室的汽缸的内燃机，交替地向汽缸内喷射还原剂是特别有利的。一方面这包括，向各汽缸前后顺序的分别进行一次还原剂喷射，然而，也有可能是，跳过几个单独的汽缸，由各喷射嘴多次前后顺序进行还原剂喷射和/或不采用对于汽缸来说固定的交替方式进行喷射。特别当根据所测得的反映内燃机或废气设备的运行状态的测量值向相应的汽缸中进行喷射时，会采用后一种方式进行喷射。由此，一方面保证在还原剂喷射后总是使在一些情况下还存留在一单独的汽缸内的残余燃料再次燃烧。这样就在所有的汽缸中都存在均匀的燃烧。
根据所述方法的另一种方案，根据测得和/或计算出的描述微粒捕集器的功能性的参数确定还原剂的喷射的起动时刻。这意味着，设有监控微粒捕集器的功能性的装置(传感器，探头等等)。这里，用适当的测量值来说明微粒捕集器的压力下降、微粒捕集器中的温度、从微粒捕集器中出来后的废气中的至少一种有害物质的浓度等。例如，如果压力下降达到规定的界限值，则可以将其用作起动再生循环的指标。这里，在一些情况下还要考虑到近发动机所喷射的燃料到达微粒捕集器所需要的持续时间。这必须这样进行，以在微粒捕集器例如对发动机功率造成可察觉的负面影响之前，使微粒捕集器升温。
根据所述方法的另一种设计方案，根据所测得和/或计算出的参数来选择还原剂的喷射位置，所述参数描述在废气设备的一个部分区域中气流的温度特征。这例如是指，多个汽缸的喷射嘴是根据气流或废气设备和/或内燃机的特定的温度来进行选择的。例如，如果存留在汽缸中的残余燃料量后续地在下次燃烧中导致升高的热负荷，则在达到规定的极限温度时，只通过其它的喷射嘴进行还原剂喷射可能是有利的。在一些情况下，也可以通过根据喷射位置对废气管中的气流路径的设计，使废气净化组件上各自不同的区域受到加强的入流，从而在所述区域中废气的流温度尤其是表现为热负荷。当然这里也可以设想进行调整以保证废气处理组件的功能性。
附图说明
下面还参照附图作详细说明本发明。这里应该说明，所述附图示意性地示出特别优选的实施例，然而本发明并不限于此。
其中：
图1示意性示出废气设备的结构；
图2示意性示出直喷式柴油内燃机的结构；
图3示意性示出还原剂的后续喷射；
图4示出第一催化转化器的一个实施例；
图5示出由第二催化转化器和微粒捕集器组成的结构单元的实施例；和
图6示意性示出如图5中所示的微粒捕集器的细部透视图。
具体实施方式
图1示意性示出用于净化气流2中的有害物质3的废气设备1的透视图。沿气流2流动方向4，所述废气设备1包括至少一个第一催化转化器5，一个混合器6，一个第二催化转化器7和一个微粒捕集器8。此外还设有用于输入还原剂的装置，所述装置只布置在混合器6的上游。这里在内燃机12(优选是用于乘用车的柴油发动机)中，将燃料10喷射到各汽缸24的燃烧室11中。所述燃料10与高度压缩的吸入空气一起燃烧，并接着通过过废气管26排入周围环境。
直接的在内燃机12的附近，尤其是在小于70cm的距离处，设置多个第一催化转化器5，其中在废气歧管的一个管内分别集成一个第一催化转化器5。在所示实施形式中，通过一单独的输入管14在设计成涡流增压器的混合器6的上游将还原剂23输送给废气流。还原剂23流过混合器6或者说涡流增压器，接下来到达第二催化转化器7。所述第二催化转化器7设计成锥形的并布置在废气管26的扩展部内。直接与该第二催化转化器相接并以一定的距离44设置一个微粒捕集器8，所述距离优选小于5cm。在微粒捕集器后面连接一已知结构形式的三元催化器27。第一催化转化器5与微粒捕集器8之间的间距43至少为0.5米，优选甚至超过1米。在此，这种用43表示的箭头应该理解为只是示意性的，事实上的间距43通过从第一催化转化器5的出口到微粒捕集器8的入口的气流2流动路径来确定。
图2示意性并明显不按比例地示出燃烧室11，并示出例如所述燃烧室在直喷式柴油内燃机中的应用。汽缸24包括一个活塞32，其中汽缸24和活塞32至少部分地限定也称为汽缸排量的燃烧室11。此外在内燃机12的机体中布置有一个喷射嘴9，它与一燃料存储部15同时也与一控制单元16相连接。该喷射嘴9的任务是，根据需要将预先限定或预先确定量的燃料10喷射到燃烧室11中，随后利用高度压缩的吸入空气点燃所述燃料。燃料-空气混合物的点燃使该气体混合物膨胀，通过所述膨胀向下排压活塞32。燃烧之后，气门33向上移动，并且燃烧室11内的废气通过排气管道13沿流动方向4排出。在所示的形式中，排气门33是关闭的，因此喷射嘴9精细分散地喷射出实际燃烧或发出功率所需量的燃料10。
图3示意性并以局部视图示出了燃料作为还原剂的后续喷射。还示意性示出限定燃烧室1的1汽缸24和活塞32。在这里所示的瞬时状态下，气门33位于废气流可从燃烧室11出发流入排气管道13的位置。这是通过活塞32向上移动而实现的。现在通过喷射嘴9向该燃烧室喷入还原微粒捕集器所需要的希望量的燃料。尽可能这样将所述燃料10导入废气通道13，以形成一种“富含层”。这里优选是指具有特别高的碳氢化合物浓度的分体积流25。在所述分体积气流中非常缺氧，这是一种在柴油废气中由于不足的燃烧而通常不会存在的状态。在图3中放大的局部中示意性示出，气流2或者说废气流包含有害物质3以及微粒22，它们沿流动方向4通过排气管道13向前流动。在所示的有害物质3和微粒22积聚的部分区域中为催化反应提供较高浓度的氧，而在分体积流25中几乎没有氧分子或者氧分子的比例明显低于50％，优选低于30％。这保证了，所述分体积流25通过第一催化转化器5而不会在其中引起强烈的放热反应，这种放热反应可能会对布置在下游的涡流增压器造成损坏。
图4示意性地以透视图示出第一催化换化器5的一种实施形式，其中示出该催化转化器用于废气歧管的管中所出现的情况。第一催化转化器5包括一个外壳31，在所述外壳中这样布置多个薄板28，以形成气流2可流过的通道29。由此尽管体积较小，但仍形成了较大的第一接触面17。所述薄板28部分地形成(表面)结构，并布置成形成基本上相互平行延伸的通道。首先堆叠平滑和形成波纹的薄板28，然后对其进行S形(或者渐开线形)的卷绕并将其安装外壳31中，由此在外壳31的内部形成一种蜂窝体。为了将薄板28固定在外壳31上或者为了将薄板28相互固定，主要采用钎焊技术。
图5示意性地以透视图示出共同形成结构单元19的第二催化转化器7和微粒捕集器8的一个实施例。所述结构单元19的特征也在于，所述第二催化转化器7和微粒捕集器8共同布置在一套管34中。在所述变型方案中，第二催化转化器7和微粒8通过一体部20形成，所述体部包括多个薄板28，所述薄板至少部分地形成结构，以形成流体可流过的通道29。这例如还意味着，原则上可采用专门设计的金属蜂窝体作为这种结构单元19，所述蜂窝体的一般结构形式是已知的。
金属蜂窝体主要分为两种结构形式。一种DE 29 02 776 A1示出其典型示例的以前的结构形式螺旋形的结构形式，其中主要是一平滑的和一形成波纹的板层相互堆叠并螺旋形地卷绕，如在图5中所示的那样。在另一种结构形式中，蜂窝体多个交替布置的平滑和形成波纹或形成不同波纹的板层构成，其中，所述板层首先形成一个或多个相互缠绕的堆叠。这里所有板层的端部位于外部并可与外壳或套管相连接，由此形成大量可提高蜂窝体的耐久性的连接部。在EP0245737B1或WO90/03220中说明了这种结构形式的典型例子。长期以来，还已知给薄板设置附加的结构，以控制流动和/或实现各流动通道之间的横向混合。这种设计方案的典型示例有WO91/01178、WO91/01807和WO90/08249。最后，还存在锥形结构形式的蜂窝体，必要时还具有用于控制流动其它附加结构。例如在WO97/49905中说明了这种蜂窝体。此外还已知，在蜂窝体中留出用于探测器的凹口，尤其是用来安装λ探测器。在DE8816154 U1中说明了其示例。
在图5中左侧示出的气体入口侧，所述体部20具有催化活性涂层21。催化活性涂层21与部分地由催化涂层21形成的第二接触面18相结合来确保还原剂物质的有效转化，其中会产生热能，所述热能可明显提高整个体部20或者说位于其中的废气的温度，例如升高到高于600℃的温度。这里所示的薄板28具有在0.02至0.11mm范围内的厚度35。
图6示出微粒捕集器8的结构形式，其中该微粒捕集器例如与图5所示的结构单元19中的微粒捕集器一样。这里薄板称为波纹层36，因为所述波纹层36具有用于捕获废气流中的固体成份的附加结构。但是原则上薄板29同时也可以是波纹层36。在图6中箭头表示流动方向4并且指明含有微粒22的废气可经过的流动路径。至少在体部20具有微粒捕集器8的部分区域中，直接与波纹层36相邻地布置一纤维层37，所述纤维层具有用于接纳微粒22的孔隙38。波纹层36形成多个通道29，所述通道使得废气可以自由穿流过所述微粒捕集器20(原理：“开放式过滤器”)。为了控制流动，波纹层36具有至少部分地由开口39限定的导向面40。通过开口39使相邻的通道29相互连通，从而相邻的通道29中的分气流可进行交换。所述导板40形成稳定位置41和涡流位置42，所述位置保证一方面将微粒22导向纤维层37，另一方面使微粒可在部分区域内积聚，直至进行再生。
这里所说明的装置或这里所述的方法使得可以借助简单的手段利用燃料来实现微粒过滤器的再生，即使在到微粒捕集器或者到直接位于微粒捕集器前面的氧化催化器的流动路径上设有其它的构件或废气净化组件。特别与具有废气-涡流增压器的废气设备相结合，所述方法特别有效。
参考标号表
  12345678910111213141516171819202122   废气设备气流有害物质气流方向第一催化转化器混合器第二催化转化器微粒捕集器喷射嘴燃料燃烧室内燃机排气管道输入管还原剂存储部控制单元第一接触面第二接触面结构单元体部层微粒   23242526272829303132333435363738394041424344   还原剂汽缸部分体积气流废气管三元催化器薄板通道凸出部壳体活塞阀套管厚度波形层纤维层孔开口导板稳定位置涡流位置间距距离

Claims (17)

1.用于净化含有有害物质(3)的气流(2)的废气设备(1)，所述废气设备沿气流(2)通过所述废气设备(1)的流动方向(4)至少包括用于输入还原剂的结构、一第一催化转化器(5)和一微粒捕集器(8)，其中，在所述第一催化转化器(5)和微粒捕集器(8)之间设置至少一个另外的废气净化组件和/或至少0.5米的距离，其特征在于，直接在所述微粒捕集器(8)的前面设置一混合器(6)和一第二催化转化器(7)。
2.根据权利要求(1)所述的废气设备(1)，其特征在于，所述混合器(6)是涡流增加器。
3.根据权利要求1或2所述的废气设备(1)，其特征在于，用于供给还原剂的结构是至少一个用于在汽车内燃机(12)的燃烧室(11)中提供燃料(10)的喷射嘴(9)。
4.根据权利要求3所述的废气设备(1)，其特征在于，所述喷射嘴(9)布置成可将燃料(10)导入内燃机(12)的排气管道(13)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的废气设备(1)，其特征在于，将至少一个单独的输入管(14)设置到内燃机(12)和/或废气设备(1)的排气管道(13)之中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的废气设备(1)，其特征在于，用于输入还原剂的装置与一还原剂存储部(15)以及一控制单元(16)相连接，从而可以进行间歇性的还原剂输入。
7.根据上述权利要求中任一项所述的废气设备(1)，其特征在于，第一催化转化器(5)具有促进至少一种包含在气流(2)中的有害物质(3)氧化的第一接触面(17)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的废气设备(1)，其特征在于，第二催化转化器(7)具有促进至少一种包含在气流(2)中的有害物质(3)氧化的第二接触面(18)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的废气设备(1)，其特征在于，第二催化转化器(7)和微粒捕集器(8)形成一个结构单元(9)。
10.根据权利要求9所述的废气设备(1)，其特征在于，第二催化转化器(7)和微粒捕集器(8)由一个流体可穿流的体部(20)形成，所述体部在流动方向(4)上首先具有一催化活性涂层(21)，然后具有用于积聚微粒(22)的结构。
11.用于再生微粒捕集器(8)的方法，所述微粒捕集器布置在废气设备(1)中，其中，所述废气设备(1)在气流(2)的流动方向(4)上包括至少一个第一催化转化器(5)，一个涡流增压器，一个第二催化转化器(7)和所述微粒捕集器(8)，在所述方法中，在涡流增压器的上游将还原剂(23)导入废气设备(1)，以进行微粒捕集器(8)的再生过程。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还原剂的输入是间歇进行的。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过至少一个喷射嘴(9)进行还原剂的输入，其中将燃料(10)导入汽车内燃机(12)的燃烧室(11)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将燃料(10)的后续喷射到燃烧室(11)中，以使燃料(10)未燃烧的分体积流(25)进入内燃机(12)的排气管道(13)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中内燃机(12)具有多个分别具有一个燃烧室(23)的汽缸(24)，其特征在于，交替地向汽缸(24)内进行还原剂的喷射。
16.根据权利要求11到15中任一项所述的方法，其特征在于，还原剂喷射的起动时刻根据测得的和/或计算的描述微粒捕集器(8)的功能性的参数进行确定。
17.根据权利要求11到16中任一项所述的方法，其特征在于，根据测得的和/或计算的描述在废气设备(1)的一个部分区域内的气流(2)的温度的参数来选择还原剂的喷射位置。
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