为了净化内燃机、例如柴油内燃机的废气而使用废气净化装置，它将在废气中的颗粒、尤其炭黑颗粒过虑出以及将废气脱氮，由此降低携带的氧化氮。对于脱氮，在很多情况下进行对氧化氮的选择性的催化还原。为此，需要还原剂。通常使用氨气作为还原剂。还原剂和/或还原剂的前驱体，通常在水中溶解的尿素，通常沿废气的流动方向在SCR催化器的上游被喷射入废气流中。喷射入废气流中的尿素在废气中液压和/或热力分解，以便释放用作还原剂的氨气，因此能够将该氨气用于氧化氮的希望的SCR催化。根据这两个净化级(颗粒过滤器和SCR催化器)的优选的布置，SCR催化器在废气的流动方向上位于包括颗粒过滤器的第一净化级的下游。在两个净化级之间存在用于输入还原剂或该还原剂的前驱体的喷射装置。
在内燃机运行时在颗粒过滤器上和/或内积聚的炭黑在时间上相隔地被去除。为此，炭黑氧化要么被主动触发、要么被动运行。对于被动的过滤器再生需要NO2，以便充分地降低炭黑氧化温度。对于为了再生而需要NO2的再生过程，在颗粒过滤器上游将氧化催化器接入废气线路。该氧化催化器同时用于降低在废气流中携带的碳氢化合物和降低携带的一氧化碳的目的。在这种设计方案中，这种氧化催化器的设计是特别优选的，以便由它可提供足够的NO2，以便在废气流中的NO：NO2的比例在SCR催化器的入口处在1:2至2:1之间。这种NO：NO2比例有利于SCR催化，并且即使在较低的温度下SCR催化也有充分的转换率。
在这种废气净化装置中，为了满足严格的废气标准，通常使用设计为全过滤器的壁流过滤器。这样的颗粒过滤器能够配设有氧化催化层。但是，为了满足对在废气流中以及在流动方向上在(其上积聚有再吸收No2的炭黑颗粒的)颗粒过滤器之后、为希望的改善的SCR催化确定的NO：NO2比例，需要在颗粒过滤器之前连接单独的或附加的氧化催化器。因此为了实现废气装置设备，如前面所示，在流动方向上需要三个相继连接的设备：氧化催化器、颗粒过滤器和SCR过滤器。在颗粒过滤器之后和SCR催化器之前连接有还原剂喷射装置。可以理解到，为了实现这种废气净化设备必须存在相应的结构空间。这正好在使用这种废气净化装置时为了净化不稳定应用的柴油发动机的废气偶尔会造成困难。此外，所述类型的废气净化装置也需要用于对废气净化标准不那么严格的情况。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，建议一种废气净化装置，借助该废气净化装置同样能够实现对携带的炭黑颗粒的还原，例如实现有效的脱氮，这种脱氮，若期望，原则上也能够用较少数量的单独设备来实现。
所述技术问题根据本发明通过一种开头所述类型的废气净化装置所解决，其中，第一净化级的颗粒过滤器是设计为壁流过滤器和配设氧化催化层的部分过滤器。
在这种废气净化装置中，氧化催化器的基质是设计为壁流过滤器的部分过滤器。这种部分过滤器具有氧化催化层。通常，整个颗粒部分过滤器都配设氧化催化层。在这种配属于第一净化级的设备中，通常的氧化催化器和颗粒过滤器具有一致的优点。令人感兴趣的是，如果设计为壁流的颗粒部分过滤器配设有氧化催化层，在相同的基质体积下与颗粒全过滤器相比，在炭黑负载时设计为壁流的颗粒部分过滤器能够产生比氧化催化层的颗粒全过滤器更多的NO2。因此，通过单独的设备、即前面所述的设计为颗粒部分过滤器的用于后接的、为了使废气脱氮的SCR催化的氧化催化器能够提供在废气流中的NO：NO2比例，以便该比例有助于在SCR催化器上的NOx还原，并且由此即使在较低的温度下也能够以希望的较高的转换率进行。因此，在废气净化系统的这种设计中，仍只需要两个设备和在这两个设备之间的还原剂喷射装置。
此外，在这种设计方案中会利用，在大量的应用中颗粒排放量比NOx排放极限值更宽松地被调节。
对于第一净化级的颗粒过滤器描述的设计方案同样可以应用在第二净化级的催化器上。因此，在优选的设计方案中设置，脱氮催化器的基质是设计为壁流过滤器的颗粒部分过滤器。这种系统的功能性与之前描述的系统相相应，其中，颗粒排放量通过两个颗粒部分过滤器的串联连接在相同的名义上的沉淀率下自然比只具有一个颗粒部分过滤器的系统要少。
作为颗粒部分过滤器的氧化催化器的被要求保护的设计方案还能够在废气净化系统中与设计为全过滤器的SCR催化器一起被使用。即使在这种设计方案中，使用氧化催化的颗粒部分过滤器是合理的，因为由此后接的、用作为SCR催化器的颗粒全过滤器在它的过滤功能方面降低负载并且因此在它的SCR催化功能方面得到支持。根据通过前接的颗粒部分过滤器减轻炭黑积聚，通常更不常需要再生设计为全过滤器的SCR过滤器。因此，这种脱氮设备在颗粒部分过滤器的基础上设计的氧化催化器前置的情况下在基质体积方面可以设计得更小并且由此尤其构造得更短。
如果不限制用于安装废气净化装置的结构空间，则存在这种可能性，在废气的流动方向上分别相继地连接多个设计为氧化催化器的颗粒部分过滤器和/或多个设计为颗粒部分过滤器的SCR催化器。如果相继连接了多个SCR催化器，则原则上在每个SCR催化器之前都能够设有用于输入还原剂和/或还原剂的前驱体的喷射装置。当然优选的是这样的结构设计，其中用于输入还原剂到废气中的喷射装置对于所有的SCR催化器来说位于第一SCR催化器的上游。在这种结构设计中，根据所存在的全部SCR催化体积，向废气流中喷入还原剂和/或还原剂的前驱体，以便有充分的还原剂用于第二SCR催化器和同样地其余每个在第一SCR催化器下游的SCR催化器。这意味着，在第一SCR催化器之前喷入还原剂的量为，使得一个或多个第一SCR催化器被过度喷射。
如果作为脱氮催化器在第二净化级中设置构造在颗粒部分过滤器的基质上的SCR催化器，则它建议，将基质分区地、催化涂层。在这种设计方案中，在一个实施例中设置具有水解涂层的设置在流入侧的入口区域，而一个或多个后置的区域具有SCR催化层。这种水解层的目的是，释放通常作为还原剂前驱体被喷入废气流中的尿素，用于在较短的流动路径上释放作为还原剂所需的NH3。这种流动路径由于废气的较小的必要流动路径在这种废气净化设备的长度方面节省了结构空间。同时，在颗粒部分过滤器上的水解催化器构造为基质的背景下可将炭黑从废气中去除。
根据优选的实施例，作为用于一个或多个颗粒部分过滤器的基质使用这种具有高孔隙率、尤其高于50％孔隙率。这种高孔隙率、优选大约在60％至70％之间，有利地设有相对大的平均孔尺寸，即在15μm至30μm之间。根据有利的改进方案，孔尺寸力争不超过25μm。能够由碳化硅材料制成的这种基质由于这种高孔隙率而特别适用于，从统一孔隙率的基质出发通过施加一个或多个表面放大的层、尤其根据载体涂料(Washcoat)的类型调整基质的多孔分区性。在此建议，调整载体涂料，使得基质的孔隙率在涂层过程中降低大约5％至10％。在此，完全能够规定，在第一步骤中全部用载体涂料为基质涂层，以便随后在下面的步骤中构造与随后设置的统一的孔隙率相比、具有降低的孔隙率的多孔区域。
在这种颗粒过滤器中，基质和因此包围过滤通道的过滤壁在废气的流动方向上通过基质优选至少具有两个相继布置的具有不同孔隙率的区域。配备具有不同孔隙率的区域的基质的设计方案决定了，在这些区域中能够调整穿过过滤壁的废气的不同的流通关系。由此实现，基质的在流出侧安置的端部区域比在该区域上游安置的炭黑积聚主区域具有更低的孔隙率。在这种端部区域中的较低的孔隙率决定了，携带炭黑的废气由于较低的流动阻力更多地通过一个或多个上游布置的具有较高孔隙率的区域，并且因此被携带的炭黑颗粒根据最有利的在这个或这些区域中的流动路径而沉淀在流入侧的过滤壁上。以这种方式能够有效地避免在再生时通过对出口侧的端部区域的不希望的过渡加热而损坏颗粒过滤器。
在设计为部分过滤器的、具有前述的孔隙率和优选的孔尺寸的颗粒壁流过滤器中，在基质的设计中已带来由基质制造的颗粒部分过滤器的特性。结果是，得到过滤壁的、与具有较低的孔隙率的基质相比更低阻力的流通性。因此，这种类型的、在设计为具有通道结构的壁流过滤器中的部分过滤器具有明显更长的长度
因此，旁通-流通通行性的自由的横截面能够相比于之前已知的、设计为壁流过滤器的颗粒过滤器尺寸设计得更小。结果是，这种设计在相同的基质体积下会促使沉淀率的效率改进。同时，通过基质的明显更高的孔隙率会相对于之前已知的基质明显地降低它的重量。
这种颗粒部分过滤器的沉淀率还通过过滤通道密度确定。这种还被称为孔密度的特征优选大约在100cpsi至350cpsi之间，尤其大约在180cpsi至225cpsi之间(cpsi：每平方英寸地单元)。特别有效的颗粒过滤器在考虑已知的前述设计标准下具有大约200cpsi。
因此，能够考虑用于基质的用途的过滤通道密度。如果过滤通道密度较低，则可显示，流动速率通过过滤壁相对较高并且由此在这种颗粒部分过滤器的设计中减少希望的深度过滤并因此降低了沉积率。此外，旁通-流通性的横截面相对较大。在较高的孔密度下，旁通-流通性的横截面相对较小。此外显示出，在过滤壁中的深度过滤随后只更多地次要地进行，这会导致单单在表面上快速积聚炭黑。
在这样设计的颗粒部分过滤器中，由于希望的深度过滤效果，过滤壁尤其还用于过滤出在废气流中携带的颗粒。壁厚特别适宜地在0.3mm至0.7mm之间、尤其大约在0.4mm，以便满足对这种部分过滤器的要求。
下面结合根据所示附图的实施例来阐述本发明。附图为：
图1是由两个催化涂层的、设计为壁流过滤器的颗粒过滤器构成的废气净化设备，和
图2是另一个废气净化设备的示意图。
图1示出废气净化设备1，该废气净化设备1包括两个净化级2、3。净化级2、3在例如用粗体箭头标示的废气流动方向上相继地联接。净化级2、3安装在一个共同的壳体4中。在所示的实施例中，净化级3由基质5组成，该基质5由高孔隙率的碳化硅材料制成。基质5具有多个相互平行延伸的、被过滤壁包围的过滤通道。颗粒过滤器设计为部分过滤器，因此在本实施例中第一数量的过滤通道在流出侧被封闭，而第二数量的通道未被封闭并且由此形成旁通-流通通行性。碳化硅材料的孔隙率(利用该碳化硅材料制造基质5)在所示的实施例中大约是65％。图1以纵剖面图示出被过滤壁包围的过滤通道6。过滤通道6在流出侧被封闭体7封闭，该封闭体7形成相对过滤通道6的栓塞。因此，由基质5构成的颗粒过滤器是颗粒部分过滤器。
在所示的实施例中，首先装入封闭塞7和所有其它的、与封闭塞一起相应地在流出侧封闭过滤通道的栓塞，然后在基质的纵向尺寸上配置多个多孔区域。在图1所示的实施例中设有三个多孔区域P1，P2，P3。它们在废气通过基质5的流动方向上、例如通过粗体箭头所示，前后相继地布置。在基质5形成之后能够通过相应的降低原始孔隙率来调整这三个多孔区域P1，P2，P3。出于这种目的，在第一步骤中，基质5整体上借助载体涂料而进行涂层。在这个过程中并且即使在之后的涂层过程中，未构造封闭塞4也会起到有益的作用。因此，在基质5浸入载体涂料溶液和从载体涂料溶液中取出后能够特别有利地进行涂层。相同情况下，随后的用于干燥所施加的载体涂料的吹气是有利的。设置的载体涂料是已知的载体涂料、它通常用作用于催化的涂层的支承体。但是，对于基质5首要地利用被涂覆的载体涂料的表面增大特性，用来降低孔隙率。通过这种第一载体涂料-涂层过程可以调整在中间的多孔区域P2的孔隙率。与原始孔隙率相比，在中间的多孔区域P2的孔隙率大约下降7％。在之后的步骤中，在端部区域(多孔区域P3)中通过第二载体涂料-涂层过程，孔隙率再次下降大约7％。同样地，在图1中通过多孔区域P1所示的起始区域中相同地通过第二载体涂料-涂层过程将孔隙率相对于在多孔区域P2中的孔隙率降低。为此，仍设置同样的载体涂料，从而在多孔区域P1，P3中的基质5具有大约51％的孔隙率并且在多孔区域P2中的基质5具有大约58％的孔隙率。这对于基质5的流通性意味着，由于不同的孔隙率而使废气优选流过多孔区域P2。
在所示的实施例中，在多孔区域P2和P3中的载体涂料配备有可选地降低NOx的催化涂层。这意味着，颗粒过滤器的基质5除了它的过滤功能外在区域P2和P3中根据SCR催化器的种类在氨气作为还原剂的情况下工作。在多孔区域P1中的载体涂料配备有起到水解作用的涂层。该载体涂料同于加速在废气携带的细小的尿素滴液中的水解，以便由废气和纯尿素滴液分解出用于SCR催化器的作为还原剂所需的NH3。因此，颗粒部分过滤器的基质5除了它自身的过滤功能外还分担有SCR催化器的功能。可以理解到，对于SCR催化器在基质的上游将尿素喷入废气流中。
之前所述的基质5的多孔分区性会导致，在废气中携带的炭黑在端侧被封闭塞7封闭的过滤通道6中积累至在多孔区域P2内的最大值。其原因是，与多孔区域P1和P3相比，由更大的孔隙率决定的更小的流通阻力。在图1中，示意性示出过滤通道6的典型的炭黑负载图。可以很明显地看出，在具有多孔区域P3的端部区域中，炭黑负载朝向封闭体7的方向降低。同时，在所示的实施例中，为了降低区域P3相对于区域P2的孔隙率，通过附加的载体涂料-涂层在多孔区域P3中引入额外质量。在多孔区域P3中的更小的炭黑负载和通过载体涂料-涂层引入的附加质量保护多孔区域P3(基质5的端部区域)免于在基质5再生(其中积聚的炭黑被氧化)时不希望的过热。如果携带尿素的废气遇到基质5，则尿素作为还原剂-前驱体在多孔区域P1的表面上发生水解反应，以便释放出可被携带的NH3。同时，炭黑通过出现的过滤效果贮存在多孔区域P1中。由于在多孔区域P2中的较小的流动阻力，大多数炭黑量聚集在多孔区域P2中。这尤其在积聚的炭黑的厚度方面适用。因为多孔区域P2在基质5的纵向尺寸方面是最长的区域，并且大约占基质5的长度的70％，所以这会导致大多数炭黑量积聚在这个多孔区域P2中。同时，随着炭黑的积聚，由于最后在多孔区域P1的水解催化器上释放的NH3将携带的NOx在多孔区域P2和P3中的催化的表面上还原。
净化级2也构造在设计为颗粒部分过滤器的基质8上。基质8是与被描述的基质5类似的基质。与基质5的区别在于，基质8只具有两个多孔区域P4，P5。多孔区域P4，P5与基质5的多孔区域P2，P3相一致。因此，在基质8中在多孔区域P5中的孔隙率相对于在多孔区域P4中的孔隙率减小。总体上，基质8的载体涂料-涂层配设有氧化催化的涂层。该涂层用于从废气流中去除碳氢化合物以及一氧化碳，并且用于将携带的NO生成NO2。关于基质8的出口侧希望得到具有NO：NO2的比例为1：2至2:1的废气流。这种NO：NO2-比例有助于在基质5中的SCR催化。同样地，和基质5一样，被还原的多孔区域P5在基质8中被保护使其在发生再生时免于受到过热。
在两个净化级2、3的两个基质8、5之间存在喷射装置9，用于输入作为还原剂-前驱体的水溶液形式的尿素。通过喷射装置9喷洒液态的尿素，该尿素最后在击中水解-催化的涂层时在净化级3的基质5的多孔区域P1中分解。
借助联接在柴油内燃机、尤其移动设备、例如车辆的柴油内燃机的废气线路中的废气净化设备，能够实现有效的炭黑排放降低以及自身对充分脱氨的严厉要求。在前面所述的这种废气净化设备中特别有利的是，这种废气净化设备在废气的流通方向上只需要相对较少的构造空间。
可以理解到，在没有设计为部分过滤器的净化级的分区设计方案下也能够实现本发明。尽管如此，出于上述原因具有至少一个在其孔隙率方面降低的端部区域的设计方案是优选的。
图2示出另一个废气净化设备1.1，它在所使用的净化级方面与在图1中所描述的实施例相一致。图2的实施例与图1的实施例的区别在于，用于脱氨而设置的净化级3.1，用来更好地利用在两个沿废气的流动方向相继连接的基质5.1,5.2中的结构空间。基质5.1的构造与图1所示的废气净化装置1的基质5一样，而基质5.2设计为没有有助于水解的涂层。此外，基质5.2包括基质5的多孔区域P2和P3。在多孔区域P2和P3的纵向延伸方面，基质5.1,5.2比基质5更短。通过将需要用于脱氨的基质体积分为两个基质5.1,5.2，能够使得基质5.1和5.2成角度地或者相互平行地布置。
在图2所示的实施例中，在废气的流动方向上在基质5.1的入口之前设有喷射装置9.1。如此控制对作为还原剂-前驱体的尿素的输入，使得对于有待进行的NOx还原在两个相继连接的SCR催化器上喷射充足量的还原剂-前驱体。在通过基质5.1构成的SCR催化器方面这种设计意味着，在两个基质5.1,5.2作为SCR催化器的期望的运行时通过喷射装置9.1喷射比在用于NOx还原的基质5.1上所使用的尿素更多的尿素。因此，基质5.1的SCR催化器在输入还原剂方面被过度喷射。具有与图2的实施例中的基质5.1,5.2相同的功能的单个基质的相继连接也能够被用来通过输入还原剂控制后续联接的第二(或者每个另外的)SCR催化器的运行。如果有待被转换的NOx量很低，例如在内燃机运行时没有或者只具有较低的负荷，有时对于希望的SCR催化器只使用第一基质5.1也是足够的。在这种情况下，只在废气线路中引入足以在基质5.1上的脱氨的量的还原剂。就此而言，在废气净化设备1.1的这种方法方案中第二基质5.2构成脱氨储备物，当在废气中携带的NOx量相应较高或相应高时，通过输入相应较高剂量的还原剂使该脱氨储备物投入运行。
废气净化设备1.1的SCR功能性在两个基质5.1,5.2上的分配还具有这样的优点，由于基质5.1较小的质量相比于较大体积的基质能够很快地达到它的运行温度。因此，在发动机启动后的较短时间内就已经进行了具有较快的转化速率的脱氨。
在关于图2所描述的实施例的备选的设计方案中，基质5.2未设计为颗粒部分过滤器。而是这种基质设计为没有过滤功能的SCR催化器或者具有全过滤功能的SCR催化器。
当在这个设计方案的范围内给出孔尺寸时，通常这指的是平均的孔尺寸。在此，该孔尺寸的带宽优选具有最大70％的标准偏差。
所述的废气净化设备的两个净化级能够由一个或多个、相继联接的过滤基质构成。由多个单独基质组成的结构，如根据图2所示的实施例所描述的结构并且其中基质5.1,5.2自身能够通过多个单个基质提供，由于在废气的流动方向上这种基质的仅相对较短的长度对于再生来说是合理的，因为有效地避免了热损伤。同样地，这也相应地适用于在实施例中所描述的基质8或8.1。在这种结构设计中，其中多于一个基质构成净化级，单个基质相互级联地布置。在这种级联式的结构设计中适宜的是，每个单个基质具有在端部区域有更低的孔隙率的区域，如在实施例中所描述的那样。
在单个的过滤基质之间能够设有产生湍流的构件，例如设计为湍流格栅(Turbulenzgitter)。
此外，在前面所述的设计中有利的是，设计为壁流过滤器的颗粒部分过滤器作为用于有待施加在其上的催化涂层的基质、由于与全过滤器相比相对较高的孔隙率和相对较大的孔尺寸具有用于施加载体涂料并且由此用于催化涂层的非常大的可实现的表面。最后，由于这种部分过滤器的结构设计保证了，孔体积体被催化涂层。因此，通过这种基质在紧凑的空间中提供相对于纯催化器设计的表面特别大的催化表面。
在实施例中，根据柴油内燃机、例如柴油发动机的废气的净化描述了废气净化设计。同样地，这种设计也适用于汽油发动机的废气的净化。
所述的废气净化设备还能够指多通道废气净化设备或者多通道催化器。
根据结构实施例描述了本发明。只要不脱离权利要求的保护范围，对于本领域技术人员还能够想到众多其它的改进本发明的可能性。
附图标记列表
1,1.1废气净化设备
2,2.1净化级
3,3.1净化级
4壳体
5,5.1,5.2基质
6过滤通道
7封闭体
8,8.1基质
9,9.1喷射装置
P1-P5多孔区域