JP2004028088A - 電気ヒータを備えた粒子フィルタ並びにそのような粒子フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】沈着した粒子の燃焼を低温且つ低電力消費において許容するフィルタとその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の１つの実施例によれば、カーボンブラック・フィルタ（２３）が設けられ得る。それは、沈着したカーボンブラックを燃焼させるヒータ（１７）を有する。粒子フィルタ（２３）は、数個のフィルタ表面（１２）を有するものであり、それらのフィルタ表面は、フィルタ表面の小さな部分をカバーする触媒コーティング（２１）を担持する。触媒コーティング（２１）は、着火温度よりも低い温度でのカーボンブラックの酸化をもたらすようにして構築される。燃焼は、ヒータ（１７）によって開始される。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沈着した粒子を燃焼させる電気ヒータを備えた粒子フィルタに関するだけでなく、それに対応するそのような粒子フィルタの製造方法にも関する。粒子フィルタは、通常、粒子が沈着するフィルタ表面またはフィルタ要素を有する。本発明は、好適には、ディーゼルエンジンにおいて使用され得るようなカーボンブラック・フィルタ用として使用される。
【０００２】
【関連の技術】
粒子フィルタの場合には、概して、フィルタ要素がフィルタ処理された粒子によって詰まってしまうという問題が生じる。この問題は、特に、ディーゼルフィルタの場合に重大である。詰まったフィルタは、そのフィルタ作用を喪失し、それと同時に、排気ガスの除去が損なわれるのであり、それは、排気ガスの動圧を増大させ、申し分のない様式では機能しないディーゼルエンジンをもたらす可能性がある。
【０００３】
粒子フィルタが、数個のフィルタ要素を有して、それらの間に、ディスク形状のフォイル状加熱要素が配置されるということが提案されてきた。それらの加熱要素を使用すれば、フィルタは、間隔を空けて或いは連続的に、特にはカーボンブラックを免れて燃焼されることが可能である。しかしながら、その燃焼方法のためには約７００℃の温度に達することが必要であるという問題が生じる。これは、第１に、フィルタに対して危険なほどに熱負荷を掛けるものであり、第２に、電力消費が大量である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述の技術の問題を回避することが可能であり、特には沈着した粒子の燃焼を低温且つ低電力消費において許容するフィルタとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の特徴を有する粒子フィルタによって解決される。本発明の有益且つ好適な展開は、更なる請求項の主題事項を形成するものであり、以下で更に詳細に説明される。明示して引用される故に、それらのすべての請求項の表現は、本件明細書の内容の一部として組み込まれるものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によれば、粒子フィルタは、その表面領域の一部において触媒活性コーティングを担持するフィルタ表面またはフィルタ要素を有する。このコーティングは、粒子の酸化すなわち燃焼のためのものとして適している。前記粒子は、特にはカーボンブラックであり、或いは、概ね、内燃機関における燃料の燃焼の間に発生する粒子である。
【０００７】
これは、フィルタ要素上に沈着したカーボンブラックを触媒作用によってもたらされる低温で燃焼させることを可能にする。フィルタ要素の表面領域の一部の縮小だけでなく、その結果として、フィルタ作用の低下もまた存在する。触媒サポートを備えたフィルタ上においてカーボンブラックを燃焼させる方法は、先行技術から周知であり、ここで更に詳細に説明される必要はない。そのような触媒活性コーティングの結果として、カーボンブラックの着火温度は、７００℃以上から、例えば５２０℃から５４０℃である５００℃を幾分か越える温度まで引き下げることが可能である。
【０００８】
そのコーティングは、幾つかの異なった様式において形成されることが可能である。それは、好適には、コーティングとしてフィルタ要素に対して直接に貼付される。それは、特に有益には、永続的に接着する形態において貼付されることが可能である。特に、本発明の１つの可能性に従えば、フィルタ要素の表面の一部がコーティングされる。そのコーティングは、好適には、粘着的な表面領域をカバーする。
【０００９】
触媒作用と既存のフィルタ作用の間における有益な比率を達成するために、その触媒コーティングは、フィルタ要素の表面の３０％までをカバーすることが可能である。好適には、その割合は、小さめであり、特には約１５％である。
【００１０】
触媒作用材料のためには、数多くの材料が使用され得るものである。そのコーティングは、好適には、プラチナまたはパラジウムを包含する。何故なら、これらが、非常に優れた触媒作用を有するからである。これらの２つの材料のうちの少なくとも一方の混合物によってコーティングを形成することもまた可能である。
【００１１】
その触媒作用に関しては、触媒活性コーティングの表面領域すなわち表面作用が、特に重要である。その結果として、コーティングの厚さは、比較的薄く形成されることが可能であり、重量と高価な材料との両方が節約される。実行可能なコーティングの厚さは、１μｍから５０μｍの間のマイクロメートル領域内にあり、好適には、２μｍから８μｍの間にあり、例えば４μｍである。
【００１２】
本発明の１つの好適な展開において、そのコーティングは、電気ヒータに対して空間的に近接して配置される。その結果として、加熱装置と触媒サポートの二重の作用によって、少なくとも１つの領域内において、カーボンブラックの燃焼を開始させることが可能である。これは、触媒コーティングを何も有するものではないフィルタ要素の領域の表面燃焼の様式において伝播することが可能である。一旦、発熱方法がカーボンブラックの燃焼によって開始されてしまうと、その近傍におけるカーボンブラックもまた燃焼されるのである。特に好適な様式において、触媒活性コーティングは、ヒータに最も近いフィルタ要素の領域内に位置する。
【００１３】
触媒コーティングの形状は、ヒータの形状に対応し或いは類似する。好適には、ヒータは、直線的であり、コーティングの拡がりすなわち配置は、ヒータの形状に基づくのである。好適な様式では、それは、完全に或いは部分的に直線的な形状を準えている。表面作用を向上させるために、コーティングは、ヒータよりも僅かに幅広であることが可能である。
【００１４】
１つの好適な粒子フィルタは、粒子フィルタの総計表面積を大きく増大させる数個のフィルタ要素を有することが可能である。各々のフィルタ要素は、少なくとも１つの触媒活性コーティングを有する。
【００１５】
特に好適な様式では、フィルタ要素は、それぞれに、２つの表面を有し、特殊な事例では、それ以上の表面を有するものであり、それらは、例えばディスク形状であることが可能である。フィルタ要素の各々の表面は、非常に好都合であるようにして、それ自身の触媒コーティングを有する。その結果、フィルタ要素の各々の個別的な表面に関して、カーボンブラックの燃焼が触媒によって支援され得るのである。
【００１６】
更に、蛇腹状の様式で折り畳まれた数個のフィルタ表面を有する粒子フィルタを形成することもまた可能である。フィルタは、伸長されることが可能であり、円筒形であることも可能である。
【００１７】
本発明は、請求項９の特徴を有する粒子フィルタの製造方法をカバーするものでもある。本発明によれば、触媒活性コーティングは、対応する表面形状に従って厚膜ペーストとしてフィルタ要素に対して塗布され、塗布の後、コーティングが焼き付けられる。
【００１８】
フィルタ要素表面に対して厚膜ペーストを塗布する方法は、好適には、一方では噴霧方法であり、他方ではシルクスクリーン印刷である。厚膜ペーストは、好適には、いわゆる樹脂含有ペーストである。しかしながら、その他の厚膜ペーストが使用されることもまた可能である。
【００１９】
本発明の好適な展開に関するこれらの特徴およびその他の特徴は、各請求項、発明の詳細な説明および図面から推測され得るものであり、それらの個別的な特徴は、単独で或いは副次的な組合せの形態を採って、本発明の実施例において更にはその他の分野においても実行されることが可能であり、本明細書において保護が請求されている有益且つ独立して保護可能な構造を提示することも可能である。
【００２０】
【実施例】
本発明の実施例は、図１に関連して、以下、説明される。
【００２１】
図１は、実質的に図式的な様式において、ディスクの形態を採るフィルタ要素１１を示している。より詳細に言えば、フィルタ要素は、円形フィルタ表面１２と内側領域１３とを備えた一種の円形ディスクである。フィルタ要素１１は、陰影線形態で示された接合ポイント１５をも有する。前記接合ポイント１５によって、２つのフィルタ要素１１は、接合されることが可能であり、二重ディスクを形成する。代替的におよび／または補足的に、接合ポイント１５は、２つのフィルタ要素の間におけるスペーサとして機能することも可能である。そのようなフィルタ要素１１は、例えば、上述のような様式に従って二重ディスクとして構築されることが可能である。
【００２２】
ヒータ１７は、フィルタ表面１２を横切るものであり、理解を容易にするために、それは、ここではフィルタ要素１１の右側領域に関してのみ示されている。それは、通常、フィルタ表面１２の全体を横切って、その範囲を越えて通ることになる。この特殊な事例では、ヒータ１７は、取付けプラグすなわちコネクタ１９を備えた曲折形状の加熱コイル１８を有するものであり、例えば細い管状ヒータとして製造されることが可能である。そのようなヒータは、ＤＥ　１０１　２７２２３号で開示されているものであり、更なる特殊な細部に関しては、前記特　許出願が明示して参照される。
【００２３】
図示された実施例では、ヒータ１７は、各々の四分円の中に設けられている。当然ながら、所定のその他の形状または形態においてヒータを構築することも可能である。例えば、平坦なヒータフォイルを備えた平坦なヒータを有することが可能である。
【００２４】
フィルタ表面１２は、点線形態で示された触媒コーティング２１を担持する。数個の異なった触媒コーティング構造が示されている。
【００２５】
２１ａは、格子の様式において構築された触媒コーティングを示している。これは、そのような触媒コーティング２１ａによって全フィルタ表面１２の比較的有効なカバーを許容する。
【００２６】
２１ｂは、加熱コイル１８の経路を正確に辿る触媒コーティングである。それは、加熱コイル１８或いはフィルタ表面１２上におけるその突起よりも僅かに幅広である。これは、触媒コーティングが所定の特殊な形状によってヒータを正確に準えることが可能であることを示すものとして意図されている。
【００２７】
２１ｃは、個別的なスポットまたはスポット状の領域という形態を採る触媒コーティングを示している。理解され得るように、それらは、加熱コイル１８の道筋に従って配置される。しかしながら、ヒータの道筋から独立して、それらをフィルタ表面の全体にわたって多かれ少なかれ一様な様式で配分することもまた、構想され得ることである。
【００２８】
２１ｄは、それぞれにフィルタ表面１２をスポークの様式で略放射状且つ直角に横切る触媒コーティングに関するものである。それらの経路は、触媒コーティング２１ｂに類似している。しかしながら、それらは、ヒータの道筋から独立して、スポーク状の配置を有することもまた可能である。
【００２９】
２１ｅは、線パターンの様式でフィルタ表面１２をカバーする触媒コーティングである。それらの道筋すなわち配置もまた、ヒータの形状から独立して選択されることが可能である。
【００３０】
図示された触媒コーティング２１の配分に関しては、特に加熱コイル１８を使用するときには、構造２１ｂ，２１ｃおよび２１ｄが好適であると考慮される。
【００３１】
前述のように、それらをヒータ１７の非常に近くに構築することが可能であり、その結果として、カーボンブラック着火温度が比較的迅速に到達されることを保証することもまた可能である。
【００３２】
当然ながら、触媒コーティング２１の経路は、より狭く形成されることも可能である。しかしながら、これは、第１に、その応用方法に依存するものであり、第２に、図１が図式的な性質のものであるので、それらは、表現を容易にするために幾分か幅広に示されている。
【００３３】
結果として、本発明の実施例に従えば、沈着したカーボンブラックを燃焼させるヒータを有するカーボンブラック・フィルタが獲得され得るのである。その粒子フィルタは、数個のフィルタ表面を有する。それらのフィルタ表面は、フィルタ表面の小さな部分をカバーする触媒コーティングを担持する。それらの触媒コーティングは、着火温度よりも低い温度でのカーボンブラックの酸化をもたらすように作用する。燃焼は、そのヒータによって開始されるのである。
【００３４】
カーボンブラック・フィルタは、沈着したカーボンブラックを燃焼させるヒータを有するようにして、設けられることが可能である。その粒子フィルタは、数個のフィルタ表面を有するものであり、それらが、フィルタ表面の小さな部分をカバーする触媒コーティングを担持する。それらの触媒コーティングは、カーボンブラックの着火温度よりも低い温度でのカーボンブラックの酸化をもたらすようにして構築される。燃焼は、そのヒータによって開始されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】曲折形状のヒータと様々に構築される平坦な触媒コーティングとを備えたディスク形状のフィルタ要素を示す、平面図である。
【符号の説明】
１１　フィルタ要素
１２　フィルタ表面
１３　内側領域
１５　接合ポイント
１７　ヒータ
１８　加熱コイル
１９　コネクタ
２１　触媒コーティング

Claims (10)

1. 粒子フィルタ上に沈着した粒子を燃焼させるヒータを備えた粒子フィルタであって、粒子フィルタが少なくとも１つのフィルタ表面を有し、フィルタ表面の一部が触媒活性コーティングを有し、触媒活性コーティングがカーボンブラック又はその類似物のような粒子を低温で酸化させるために適したものであることを特徴とする、粒子フィルタ。
2. 請求項１に記載の粒子フィルタであって、触媒活性コーティングを備えたフィルタ表面の一部がフィルタ要素上に配置され、フィルタ要素がフィルタ表面を含むことを特徴とする、粒子フィルタ。
3. 請求項１に記載の粒子フィルタであって、コーティングがフィルタ表面の１％から３０％の間を覆うことを特徴とする、粒子フィルタ。
4. 請求項１に記載の粒子フィルタであって、コーティングがプラチナまたはパラジウムを包含することを特徴とする、粒子フィルタ。
5. 請求項１に記載の粒子フィルタであって、コーティングがヒータに対して空間的に近接しているものであり、ヒータに最も近いフィルタ表面ポイントに設けられることを特徴とする、粒子フィルタ。
6. 請求項１に記載の粒子フィルタであって、粒子フィルタが数個のフィルタ表面を備えた数個のフィルタ要素を包含し、各々のフィルタ要素が少なくとも１つの触媒活性コーティングを有することを特徴とする、粒子フィルタ。
7. 請求項６に記載の粒子フィルタであって、フィルタ要素がそれぞれに少なくとも２つ以上のフィルタ表面を有し、フィルタ要素の数個のフィルタ表面の各々がそれ自身の触媒活性コーティングを有することを特徴とする、粒子フィルタ。
8. 請求項１に記載の粒子フィルタの製造方法であって、触媒活性コーティングがそれに対応する開始材料からフィルタのフィルタ表面に対して厚膜ペーストの形態で塗布され、厚膜ペーストが帯状に塗布されて、その後、焼き付けられることを特徴とする、粒子フィルタの製造方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、厚膜ペーストが噴霧またはスクリーン印刷によってフィルタ表面に対して塗布されることを特徴とする、製造方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、厚膜ペーストが樹脂含有ペーストであることを特徴とする、製造方法。

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