JP2005520098A - 煤の燃焼により作用するディーゼルエンジン用の微粒子フィルタ - Google Patents

Abstract

本発明は煤の燃焼により作動する粒子フィルターに関する。粒子フィルターは、焼結金属製の粒子表面からなる。堆積した煤は、選択された領域で、電気熱源を用いて点火され、煤の燃焼は煤層において火炎伝播により生じる。

Description

本発明は、請求項１に記載された概念、煤の燃焼により作用するディーゼルエンジン用の微粒子フィルタに関する。

上述の形態による微粒子フィルタはＤＥ １９８ １０ ７３８ Ｃ１によって知られており、平坦で外周に沿って閉じられたフィルタバッグにより作用し、このフィルタバッグはバッグ平面に垂直に相互に重なりあって中央のバッグ開口部の周辺部において相互に結合しフィルタ本体を形成している。該フィルタ本体は中央で、汚れたガスを、バッグ開口部を通って流し、バッグの間にあるバッグ平面に向けて燃焼装置の温かいガスを排気するため、バッグの間にある暖かいガス及び清浄なガスが混合し、バッグはバッグの壁の外側から温められ、これによって煤を燃焼するのに十分な温度に到達する。

こうした形態による微粒子フィルタは実際に使用されて機能的な必要条件を満たし、構造上の形状については燃焼装置を使用するため高価でしかも空間の割合が多くなるため、乗用車の排気ガス装置における使用に限定される。

これ以外に知られている、煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ（ＥＰ ０ ６５０ ５５１ Ｂ１）では、焼結金属製のフィルタ本体を電気的に加熱することによって作用し、煤の分離が行なわれる。流入側あるいは汚れたガス側にあるフィルタ本体に放出電極があり、微粒子あるいは集塊の過給を実現し、フィルタ面における微粒子の分離が機械的であるのと同時に静電的に行なわれるのは、フィルタ本体が集塵電極として作用するためである。負荷されたフィルタを再生するためにフィルタ本体を通って電流が一時的に流れ、フィルタ本体が抵抗素子として点火温度にまで加熱される。

ディーゼルエンジン用の電気的な加熱によって煤の燃焼により作用するこれ以外の微粒子フィルタについては、フィルタ本体に関しては焼結金属製のフィルタ面を有しており（ＤＥ １９５ ２０ １４６ Ｃ１、ＥＰ ０ ８４９ ４４４ Ａ２）、その他の方法によるフィルタ本体（ＥＰ ０ ８３７ ２２８ Ａ２）、セラミック製、特にハニカムフィルタの形状であるフィルタ本体（ＤＥ ３６ ０８ ８０１、ＥＰ ０ ４８５ ９７４ Ｂ１）といった多数のものが知られている。これらの場合では、排気ガスの汚れたガス側の開口部の領域において部分的に電気的な加熱が吸入ダクトに設置された抵抗加熱ワイヤによって、ダクトの最初の部分において煤から点火された後で火炎面がダクトの終端方向にさらに燃焼し、燃焼が汚れたガス側から清浄なガス方向に通り抜けて広がるようにするという目的で行なわれる。電気的な加熱によって促進する煤の燃焼によることなく化学的な反応を必要とする媒体を部分的に重ねあわせたり嵌め込んだりする場合、排気ガスの温度を上昇させるための内部エンジン方式及び／又は煤の燃焼を促進させるためのエンジン作動方式を利用することも可能となる。

本発明の課題は、煤を燃焼させることによる微粒子の分離及び煤の燃焼による再生に利用でき、さらに最低限度に抑えられたエネルギー消費量、高い燃焼率によって好適で経済的な生産上の前提条件となることが焼結金属製のフィルタ面の長所となるように、ディーゼルエンジン用で煤の燃焼により作用する微粒子フィルタを形成することである。

このことは請求項１を特徴とする本発明に基づいて実現され、わずか一部、特に焼結金属製のフィルタ面のわずか一部のみで作用する電気的な加熱であり、しかも清浄なガス側からの無接触による加熱作用によるものであるため、煤を燃焼させるために最善となる前提条件、特に追加的な措置が必要となり、清浄なガス側において温度を上昇させるためにエンジン又はその他の形態又は熱の発生とともにその他の例えば化学的な媒体による燃焼を促進するために直接作用し、これにより場合によってさらに必要となるのは、電気的な加熱によって誘発される燃焼に基づいて煤のコーティングを燃焼させる際に作用することである。レイアウトにおける空間の必要量の柔軟性及び故障のない長時間運転ならびに電気的な運転安全性の保証に関しては特に無接触による電気的な加熱による構造上の前提条件も改善される。加熱源に左右されない製造方法、場合により組み立て式の構造が可能であるためにさらに形状の自由及びフィルタ本体の費用に影響を及ぼし、とりわけフィルタ面の煤を燃焼させる際に熱による急激な負担及びフィルタ面における電気的な加熱源や構造上の形状への影響を軽減することができる。

本発明によって提案される解決策が少ない費用で熱エネルギー必要量の軽減を可能にし、さらに効率良く使用するために特に合理的な方法をより日常的にして煤の燃焼を促進する方法を開始させることであるのは、加熱源の形状及び格納についての熱の発生を無接触によって行なうためであり、例えば絶縁といった必要となる安全措置についても長所をもたらすためである。

本発明の実施形態において、無接触による作用について加熱源は特に少なくとも一つの照射加熱装置、場合によっては少なくとも一つのレーザー放射装置によって形成される。両方の場合において、直接フィルタ面に侵入することなく僅かなエネルギー量で必要となる大量に、安全に燃焼させるのに必要となる、平面に特有となる熱を発生させることが可能となり、場合によっては従来の照射加熱装置と組み合わせてリフレクタを使用することができる。リフレクタの作用を除いて適切なシールドが好適であることが明らかであるのは、誘導機能又は傍受機能による放射領域におけるフィルタ面の煤の堆積物に影響を及ぼすことによってさらにフィルタ本体に接触することなく燃焼のための前提条件及び安全な煤の燃焼を改善させるためである。

本発明に基づく解決策は、様々な構造のフィルタ本体において好適に嵌め込むことであり、開口部断面に関してはＶ字型のフィルタバッグが共通となる平面に向いた構造であるため、清浄なガスはＶ字型に切れ込んだフィルタ終端部に向かって流れ込み、焼結金属製のフィルタ面を有するフィルタバッグはほぼ針状に清浄なガスに対置し、フィルタ面に沿ってくさびバッグと接している反対空間に流れ、この空間に引っ掛かってフィルタ面を通りその都度フィルタバッグ開口部の方向へ流れることが特にフィルタ本体について効果的であることが明らかである。

特にＶ字型フィルタバッグが効果的であるものとして明らかであるのは、Ｖ字型フィルタバッグの正面側の開口部における三角形の断面では辺により形成される側面が三角形の断面の縦方向だけでなく高さ方向に切れ込みながらまとまり、大きなフィルタ面の場合にはフィルタ本体も規則的な周囲の形状とまとまっていることであり、円形の形状又は楕円形の形状である場合には不規則な形状を作り出すことができる。特に上述の円形又は楕円形、又はこれらの形状に近似した形状の場合には、本発明に基づく形態についての非常に有利な前提条件となる。

特に好適な実施形態は前記焼結金属−微粒子フィルタ用であり、その清浄なガス側のバッグ開口部―共通となる平面に向いている―はフィルタバッグの正面にある三角形の断面に設けられ、フィルタバッグがＶ字型に共通の中心部の方向又はＶ字型に縦方向に、すなわち汚れたガス側に軸方向に広がっており、バッグの平面に向かって延びている領域では汚れたガス側に電気的に無接触により加熱されるのは複数のフィルタバッグを含むフィルタ本体の部分に熱の発生が集中する場合及び少なくとも一つのフィルタバッグに当たっている場合である。無接触による作用は特に加熱源の照射によって特にフィルタバッグの中心から外側にある縦方向の部分について行なわれ、フィルタバッグの当該側面と同様に正面の間で縦方向に広がる三角形の背面においても加熱され、背面を加熱することによって提示される特に好適な解決策は、特にフィルタ本体に割り当てられるレイアウトに適した加熱エレメントについてである。

スペース上の理由ならびに相互に向かい合ったフィルタ面において同時に作用させる理由によって加熱エレメントのレイアウトが効果的であるのは、これらの加熱エレメントが連続するフィルタバッグの間にある、汚れたガス側の反対空間に食い込んでいることである。

考案された無接触による作用に関して特に効果的であるのは、面積の小さな点火区域を限定することであり、しかも２０〜１００ｋＷ／ｍ^２、特に６０ｋＷ／ｍ^２の範囲における特殊な熱の発生の場合に、点火区域の面はむしろ、当たっている縦方向の領域において当たっているフィルタバッグの背面領域の面とほぼ一致する。このことがフィルタ面全体に関して意味しているのは、０．８〜１．６ｋＷ／ｍ^２の範囲における特殊な熱の発生である。面積の小さな点火面への熱エネルギーの集中と、煤の堆積物に基づいて煤を含んだフィルタ面の大部分を少なくとも除去する煤の燃焼による、しかも煤の層における火炎伝播による短い、特に数分の加熱時間とを組み合わせた方法により安全な燃焼を保証するために本発明に基づく微粒子フィルタ全体について明らかであるのは、追加的に外部からの加熱により発生する熱エネルギーを軽減して乗用車の電気システムの効率を良くするための解決策である。

特にバッグ開口部の平面に延びるフィルタバッグの長さの部分の領域に熱の発生が集中することによって、意外なことに面積の小さな点火面から発生する燃焼だけでなく、流れる方向と反対に発生する領域から煤の層における火炎伝播による煤の燃焼が非常に効率的に行なわれることが好適であることが明らかである。

特にフィルタの周辺部に割り当てられ、本発明に基づく方法により複数の加熱源をフィルタ本体あるいはフィルタバッグにおいて作用するように設けることができることと、本発明に基づく解決策によって加熱源を、時間をずらしたり活性化させたりするのと同時に時間で制御することとをフィルタ面についての本発明の範囲内で特に考慮し、本発明によって実現できるのは特に優れた効率により行なわれるエネルギーの利用が必要となるフィルタ面の最小化を実現することであり、Ｖ字型フィルタとしての形態は特に適切な前提条件を示し、むしろ制御及び／又は供給される加熱源によらない利用によって使用上の安全性は高くなる。

さらに寄与しているのは、空いているフィルタ表面の場合すなわち煤を使用しない場合に全負荷及びエンジン回転数によりあらかじめ設定した最大背圧を超えないことを通常のフィルタ設計が考慮して行なっていることである。最大限に許容される排気ガスの背圧を考慮する際にこの範囲におけるフィルタ面は、特に燃焼機関においてエンジン回転数に比べて軽減される回転数の場合には常に必要となるわけではない。空いているフィルタ面が（例えばおよそ５０％）軽減され、エンジン回転数に対する回転数が（例えばおよそ８５〜９０％）軽減される時、ある一定の煤の堆積物を残りの煤の堆積物として受け入れることのできるのは、予め設定された最大背圧（例えば２００ｍｂａｒ）についての基本設計において全負荷及びエンジン回転数の場合に排気ガスの背圧（例えばおよそ８００ｍｂａｒ）の限られた上昇のみが期待されるためである。

これにより時間的ならびにフィルタ面に関し、再生目的で比較的大きな領域を自由に使用することができ、とりわけ乗用車の場合には、起こりうる道路走行におけるエンジン回転数での全負荷による走行状態について法律違反となる。本発明に基づいて様々なフィルタ領域に割り当てられた加熱源の操作が時間をずらして行なわれることによって燃焼がむしろ時間をずらして開始されるため、作動中に全てのフィルタ本体用に異なる煤を使用すること、中央で許容される煤を使用することについて受け入れることができ、火炎伝播による煤の燃焼が徐々に行なわれることについても考慮され、さらに微粒子フィルタにおける上限の限界温度を維持するために有利となる。

許容される残りの煤の堆積物を考慮しながら点火及び燃焼を行なうことが効果的であることが明らかであり、本発明に基づいて十分であるのは最大およそ７５％までを自由に使用する時、すなわち構造上設けられたフィルタ面を空けておく時である。

走行状態に基づくエンジン動作に重複する作用によって実現する場合に、必要となる外部の熱の発生を軽減するための別の方法は本発明の範囲内で煤の燃焼及びエンジン作動方法を相互に調整することによって可能となり、例えば噴射量等が適切に増大する場合である。特に好適であることが明らかであるのは、煤の燃焼とエンジン作動との間で相互動作するために走行状態と走行特性との共有について考慮していることである。期間を超えて更新記録され、連続又は断続に適応した自動車毎の運転者の走行特性が考慮される場合、それぞれの走行区間における特殊性についても考慮される。煤の燃焼を行なうことは特定の時点において通常必要ではなく、比較的長い時間間隔で自由に行なうことができるため、これらの方法により煤の燃焼を必要とし、特に時間によって効果的に作動時に一体化することが可能となる。

総じて多くの方法が明らかであり、本発明の範囲内でさらに煤の燃焼を行なう際に考慮され、必要となる熱の発生を最小限にしたり煤の燃焼を改善するために利用される。例えばλ‐センサーにより記録される又は記録することのできる排気ガス中の酸素濃度に基づく作動、ギヤ操作に対する適切な作用によるエンジン回転数への影響、排気ガス再循環装置の利用、例えば給気によって過給されたエンジンにおいて分岐することのできる二次空気の供給等についてもここに含まれる。

本発明におけるその他の詳細及び特長については請求項により明らかとなる。さらに本発明について実施例に従いより詳細に説明する。

図１の配置図では、燃焼機関としてディーゼルエンジン１を示しており、駆動系統にはギヤユニット２が配置され、排気ガス系統３を有し、排気ガスパイプ４には煤燃焼フィルタとして作用する微粒子フィルタ５が配置されている。さらにコントロールユニット６を示しており、制御及び計算ユニットとして開発され、矢印で示すようにディーゼルエンジン１、ギヤユニット２、微粒子フィルタ５の側から検知される測定信号及び制御信号はここで図示していない自動車のディーゼルエンジン１用、ギヤユニット２用、微粒子フィルタ５用及びここで図示していないエレメント用の制御信号に変換され、これらの側から入力側にコントロールユニット６と接続することができる。コントロールユニット６に送られる信号は矢印７で示し、コントロールユニット６から発生する信号は矢印８で示している。コントロールユニット６から検知される信号に含まれるのは、出力側から読み取られる回転数信号９である。ディーゼルエンジン１、ギヤユニット２、微粒子フィルタ５に図示された駆動ユニットには特に排気ガス系統３にあるもう一つの排気ガスターボチャージャを構造上組み込むことができ、例えばスタータユニットもスタータ発電ユニットという形で発電装置側から自動車の走行条件に基づいて駆動させるのは、特に例えばブレーキ操作においてブレーキエネルギーを電気エネルギーに変換するためであり、この電気エネルギーは図示した本発明に基づく解決策の範囲内で微粒子フィルタの電気的な加熱によって追加負荷として大量に必要となる。関連する微粒子フィルタの電気接続部については＋／−の記号で示している。

コントロールユニット６についてはさらに、自動車毎の運転者の走行特性に特有の走行データ、場合により特に経路案内システム及び交通管理システムに関しては道路形状及び交通の流れについて記載したデータを処理して制御信号に変換し、例えば特殊なギヤ変換プログラム用の制御信号だけでなく、エンジン作動を制御するプログラムを調整しながら煤を燃焼させるための微粒子フィルタの操作も同様である。このようにして例えば制御量を測定し、変換することが可能となり、発生する期間によって把握される走行状態を考慮しながら煤の燃焼を制御する。

煤の燃焼により作用する焼結金属製の微粒子フィルタとして本発明の範囲内で主に焼結金属フィルタを備えており、そのフィルタ本体１０（図２）はフィルタバッグ１１による構造であり、三角形の形状の場合に少なくとも一つの、好ましくは二つの切れ込みが延びており、垂直に向かい合って位置しており、相互に接続しているフィルタバッグ１１のエッジに組み込まれている。図２に図示していないフィルタ本体１０に組み込まれたフィルタケーシングはフィルタ本体１０が実施例において周辺側の枠１２により支持されており、フィルタ本体は汚れたガス側からの流れ（矢印１３）及び清浄なガス側からの流れ（矢印１４）に関して分割面、特に汚れたガス側と清浄なガス側との間に組み込まれた分割面の領域にあり、この分割面の領域にはフィルタバッグ１１のバッグ開口部１５があるのは、図３において明らかである。フィルタ本体１０が多数のフィルタバッグ１１による構造であり、図示した回転対称形状であるのと同時に楕円形でもあり、周辺部については部分的に取り付けられたフィルタ本体形状を実現しており、フィルタバッグ１１の異なる大きさについての最新の実施例である。

フィルタバッグ１１は主に貫通した開口部を備えた支持構造であり、例えば主に伸長金網製であり、多孔質で金属製のフィルタ面を焼結する。この時に効果的であることが明らかであるのは、特に支持構造の面、特に例えば引張金網の接合面が衝撃の加わる面として加熱源を形成する照射加熱装置用に設けられているため、これらの面が反射面となり、この領域において煤のコーティングがとりわけ徹底的に加熱される。場合によっては例えば粗くした表面構造の場合にもとりわけ徹底的に加熱されるため、‘焼きなまし点’が形成され、これにより煤の燃焼を進展させる。

図示した実施例ではフィルタ本体１０があり、相互に隣接しているおよそ５０個のフィルタバッグ１１による構造であるため、回転対称構造については半径方向に外側へ開いたＶ字型の角度α―図３を参照―の角度はおよそ７°である。軸方向のバッグの長さについてはＬで示し、実施例ではフィルタバッグ１１あるいはフィルタバッグのバッグ開口部１５のおよそ二倍の高さＨに相当する。さらに明らかであるのは、バッグ開口部１５と反対側に開いているＶ字型の角度βの角度がおよそ３°〜４°であることである。バッグ開口部１５の領域にあるＶ字型の背部の幅Ｂ及びバッグ開口部１５の領域にあるフィルタバッグ１１の後壁１７の幅はフィルタバッグ１１の高さＨのおよそ八分の一である。およそ６０個のフィルタバッグ１１を備えたフィルタ本体については半径方向に外側へ開いたＶ字型の角度αの角度はおよそ６°であり、フィルタバッグ１１のＶ字型の背部の幅Ｂがバッグ開口部１５の領域においてフィルタバッグ１１の高さＨの六分の一から八分の一である場合の設計が効果的であることは明らかである。

本発明の範囲内で特に形態において効果的であることが明らかであるのは、煤の燃焼により作用する微粒子フィルタであり、この場合にフィルタバッグ１１が中心部に集まり、回転対称又は楕円形状に近似しており、Ｖ字型のフィルタバッグ１１は５ｍｍ〜１２ｍｍの、好ましくは６ｍｍ〜８ｍｍのＶ字型の背部の幅Ｂを有する。特に寸法については、フィルタ本体１０はＶ字型の背部の幅が５ｍｍ〜１２ｍｍ、特に６ｍｍ〜８ｍｍのフィルタバッグ１１により仕上げられ、フィルタ本体１０のｍｍ単位での直径Ｄに対するフィルタバッグ１１の数ｎは
０．２６×Ｄ＜ｎ＜０．５２×Ｄ
の範囲内である。

ここで図示していない丸くない外周部のフィルタ本体についても同様の方法が適用されるのは、円形断面あるいは環形断面を持つフィルタ本体については同じ大きさのフィルタ面のそれぞれのフィルタ面に相当するものとしてフィルタバッグが集まることを前提とした小さな中心部分により固定される時であるため、Ｖ字型のフィルタバッグの本発明に基づく利用の範囲内で実験及びテストの費用が高価になることなくフィルタ本体の様々な形状構成を作成することができる。

特にフィルタバッグ１１の相当な数である場合にバッグ開口部１５と反対側に開いているＶ字型の角度βについてさらに効果的であることが明らかであり、これについて適用されるのが：１°＜α＜４．５°、
また特にＶ字型のフィルタバッグに関し、フィルタバッグの長さＬに対するフィルタバッグ開口部１５の範囲内におけるＶ字型の背部の幅Ｂでは以下の関係が成り立つ：
１０＜Ｌ／Ｂ＜８０，
特に１０＜Ｌ／Ｂ＜６０

フィルタ面の総面積Ｆの決定がフィルタ本体１０を経由して最大限に流れる空気質量ｍとの関係でさらに効果的であることが明らかであり、これについて適用されるのが：
２００＜ｍ／Ｆ＜３５０，
この時、空気質量ｍの単位はｋｇ／ｈであり、フィルタ面Ｆの単位はｍ^２である。

このようにして最適化されたフィルタ本体１０により費用の点で特に好適な結果が明らかとなり、この時実際に特に有利な中間の領域は
２５０＜ｍ／Ｆ＜２７０
である。

このようにして作られた微粒子フィルタにより、およそ２０００ｃｍ^３の排気量、４５０ｋｇ／ｈの最大空気質量、１．７ｍ^２のフィルタ面を備えた過給された自動車‐ディーゼルエンジンについて特に効果的であることが明らかであり、この時およそ６０個のフィルタバッグ１１が設けられ、その長さＬは２５０ｍｍであり、Ｖ字型の背部の幅Ｂはおよそ７ｍｍであり、高さＨはおよそ６０ｍｍである。

図２及び図３に記載の実施例では、フィルタバッグ１１はフィルタ本体１０と結合し、フィルタ本体は密閉式の中心部を有するため、汚れたガス側からは軸方向にのみ放射状に外側から流れる。

本発明によって例えば汚れたガス側と清浄なガス側との間の分割面にあるフィルタバッグを支持する場合では放射状に内側及び外側に、汚れたガス側を支持する場合では放射状に外側のみに開いた中心部を備えた形態もあるため、フィルタバッグ１１が放射状に内側でまとめられるにもかかわらず、放射状に内側にある中心部の領域からある一定の流れが生じる。

図２及び図３によりフィルタバッグ１１のすでに詳細に説明した形態についても明らかであることは、このフィルタバッグが三角形のバッグ開口部１５を含む正面側と向かい合ってＶ字型に切れ込んだ正面側１８にまとめられることと、同様に後壁１７に向かい合っている縦方向側もＶ字型の切れ込みを形成して側壁２０がまとめられていることである。側壁２０についての図では、フィルタバッグ１１は長方形である。

図４〜図１１では配置図についてそれぞれ示しており、図４、図６、図８、図１０ではそれぞれ側壁２０についての図であり、フィルタバッグ１１の開口部の平面に向かって延びる長さの部分について示している。この長さの部分と同じフィルタバッグ１１の長さ領域については図２において矢印２１で示している。フィルタバッグ１１の長さの部分はフィルタバッグの半分の長さＬとほぼ同じであるか、あるいはフィルタバッグ１１の半分の長さＬよりも短い。

図５、図７、図９、図１１は、並置する二つのフィルタバッグ１１についての平面図及び特に無接触により側壁２０あるいは後壁１７に作用する加熱エレメント２２の状態を拡大してそれぞれ示しており、図４及び図５に記載の加熱パイプ２３、特に平坦な加熱パイプ２３の実施例についてである。図示されている通り、加熱パイプ２３は微粒子フィルタ５のケーシング２４において保持されているため、ケーシング２４の外側からエネルギー供給は配線２５で示したように行なわれる。加熱パイプ２３は並置するフィルタバッグ１１と接している反対空間２６に突出しており、この反対空間はフィルタバッグ１１のＶ字型と同じであり、反対方向にすなわち汚れたガス側からの流れ―矢印１３―と反対に広がって主にフィルタバッグ１１の高さＨの放射状に外側の部分を経由してフィルタ本体１０の軸２７に対して放射状に延びており、図示されている通り、フィルタバッグの長さＬについてはバッグ開口部１５の平面に張り出している部分領域２３、特にバッグ開口部１５の平面の近くに加熱エレメント２２は配置される。

同様の形態については図６及び図７においても示しており、ここでは加熱エレメント２２として加熱蛇管２８が備えられ、これ以外については図４及び図５で説明したのと同じ構造である。

図８及び図９では加熱エレメント２２の別の形態について示しており、加熱エレメントは平型照射装置２９の形式で設けられ、密閉された反対空間２６においてフィルタバッグ１１の縦方向に向かって延長し、便宜上ここでは配線３０による放射状のエネルギー供給も意図され、場合によっては適切に放射状に固定される。本発明の範囲内で縦方向に延長する固定が行なわれることについては、図示していない。

図８及び図９に記載の図に便宜上含まれるのは放射状の照射装置３１としての加熱源２２の形態であり、照射装置は平型照射装置２９とは対照的に反対空間２６にあるあるいは反対空間に埋め込まれているのではなく、フィルタ本体１０に対して周辺部側に、特にフィルタバッグ１１の後壁１７に向かい合って配置され、後壁１７は主に照射される面を形成し、ここで示したそれぞれのフィルタバッグ１１の長さＬに関するレイアウトは煤を燃焼するための加熱が特にフィルタバッグ１５に延びるフィルタ本体１０の長さ領域において行なわれることについて示す場合にのみ用いる。

周辺部側から適切に当たることについては、フィルタバッグ１１の後壁の領域に割り当てられてこの後壁と向かい合ってこのフィルタバッグに設置された加熱源２２について図１０に示しており、この加熱源２２はこの場合にパイプ形状の照射装置３３によって形成されており、図８及び図９の照射装置３１の形状とは対照的に、点形状の加熱源として作られており、レーザーによる点形状の加熱源に概ね類似している。図８及び図９と同様に図１０及び図１１にも図示している。それぞれのフィルタバッグ１１に対して周辺部側にある照射装置３１あるいは３３は主にそれぞれの照射をまとめるためにリフレクタ３４を割り当てるのは、同時にケーシング２４を保護するためでもあり、場合によりここで図示していない形態においてもフィルタバッグ１１に流れる、汚れたガス用の伝導体として、この伝導体の形状は煤の微粒子が直接当たる加熱源２２を保護するのと同様に、それぞれの加熱源２２の照射領域においてフィルタバッグに煤が溜まることを考慮することにも重点をおいている。

本発明に基づく解決策におけるそれぞれの加熱源２２は長くてもおよそ３分間という短い時間で適切に作動し、その後煤の層において焼きなまし面又は火炎面の進展によって煤はさらに燃焼する。適切な点火条件と同様に火炎が伝達されることによって可能な限り継続的に燃焼することについて考慮し、その都度目標設定した領域を把握するとともに本発明の範囲内で好適であることが明らかであるのは、すでに説明したように、点火時間あるいは燃焼時間に合わせるために点火及び／又は燃焼に必要となる方法であり、特に前記方法による燃焼は最終的に調整することができる。さらに燃焼に必要となる方法は、例えばすでに説明した内部エンジン方式による汚れたガスの加熱又は追加で空気の供給による酸素含有量の増大といったことを組み合わせることができる。同様の方法によってそれぞれの燃焼工程を遅くしたり終了させたりすることと反対の方向に制御することも可能であり、これに関する個々の方法の組み合わせについては請求項ならびに一部は個別に上述の説明において記載されており、可能性があるものであり、効果的なものである。

フィルタ面全体における照射全体の当たる面の部分は本発明に基づいて０．５％〜３０％であり、特にフィルタ面全体では０．５％〜１０％であるため、電気的な加熱をもたらす煤の燃焼に利用するエネルギーは少ないエネルギー消費量による相当高い出力密度とともにフィルタ面の小さな部分から極小の部分にかけて影響を及ぼす。これにより特に明らかであるのは、本発明に基づいて長所となるフィルタバッグ１１の一部分の後壁１７が照射される面として利用され、この場合に照射することによって当たる平面の部分は０．１％〜１０％にすぎず、特にフィルタ本体１０における全てのフィルタバッグ１１の後壁１７によって形成される周辺部側のフィルタ面については４％までである。

出力側に配置されたギヤを備えたディーゼルエンジン及び排気ガス系統に位置し煤の燃焼により作用する微粒子フィルタならびにコントロールユニットについての配置図で、本図においてエンジン及び上述のユニットは機能的に接続している。 煤の燃焼により作用する微粒子フィルタのフィルタ本体の透視図であり、微粒子フィルタのフィルタ本体は焼結金属製のフィルタ面を備えたフィルタバッグによる構造である。 一つのフィルタバッグのみを図示した図２に記載のフィルタ本体の断面図。 側面からの外観図において図２及び図３に記載のＶ字型フィルタの加熱エレメントからフィルタバッグまでの関係について図示する。 平面図において図２及び図３に記載のＶ字型フィルタの加熱エレメントからフィルタバッグまでの関係について図示する。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図４と同様の図である。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図５と同様の図である。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図４と同様の図である。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図５と同様の図である。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図４と同様の図である。 Ｖ字型バッグに割り当てられた加熱エレメントの別の形状及びレイアウトについての図５と同様の図である。

Claims (36)

1. フィルタ面に堆積する煤が、わずかなフィルタ面で加熱源（２２）の汚れたガス側からの無接触による作用によって点火される電気的な加熱源（２２）として形成されることと、この点火領域から煤の燃焼がフィルタ面上において煤の層で火炎伝播することによって行なわれることを特徴とする、流入側の汚れたガス側と流出側の清潔なガス側との間にあるフィルタ面が焼結金属製であり、別の加熱源（２２）で加熱することにより実施される煤の燃焼により作用するディーゼルエンジン（１）用の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ（５）。
2. 加熱源（２２）が少なくとも一つの照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
3. 照射加熱装置（２２）がレーザーとして形成されることを特徴とする、請求項２に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
4. 照射加熱装置（３１；３３）にリフレクタ（３４）が割り当てられていることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
5. 照射加熱装置及び／又はその照射の当たるフィルタ面が特に割り当てられたカバーにより形成される風が当らない領域にあることを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
6. 照射されるフィルタ面によって好ましく煤が堆積する面を形成することを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
7. 照射されるフィルタ本体のフィルタ面が焼きなまし面又は反射面を形成することを特徴とする、請求項２から請求項６のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
8. フィルタ本体（１０）がＶ字型のフィルタバッグ（１１）による構造であり、フィルタバッグの平面全体は開口部断面に向いて平面に向かって縦方向に広がり、少なくとも一つの加熱エレメント（２２）、特に照射加熱装置（２３；２８；２４；３１；３３）が割り当てられていることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
9. 三角形の正面側に割り当てられたバッグ開口部（１５）の場合に、Ｖ字型のフィルタバッグ（１１）がバッグ開口部（１５）と向かい合った正面側ならびに正面側の間で延長する縦方向のエッジの一方に向かって次第に細くなることを特徴とする、請求項８に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
10. 加熱源（２２）として複数のフィルタバッグ（１１）を囲むフィルタ本体（１０）の少なくとも一つの領域に割り当てられ、特にフィルタバッグ（１１）の一つに設置された少なくとも一つの照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）が設けられていることを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
11. フィルタ本体（１０）の周辺部に相互に離れている複数の加熱領域が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
12. フィルタバッグ（１１）が共通の中心部に集まり、一つの／複数の照射加熱装置（３１；３３）がフィルタ本体（１９）に対して周辺部側に配置されることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
13. 一つの／複数の照射加熱装置（３１；３３）がフィルタ本体（１０）の外周部に割り当てられた三角形の後壁（１７）に一つの／複数のフィルタバッグ（１１）を配置することを特徴とする、請求項９から請求項１２のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
14. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８；２９）がフィルタバッグ（１１）の間に埋め込み配置されていることを特徴とする、請求項９〜請求項１２のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
15. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８）がフィルタバッグ（１１）の縦方向の広がりに対して横方向にこれらのフィルタバッグの間に突出していることを特徴とする、請求項１４に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
16. 一つの／複数の照射加熱装置（２９）が縦方向にフィルタバッグの間に埋めこまれていることを特徴とする、請求項１４に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
17. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）がフィルタ本体（１０）のバッグ面に延長する長さの部分（２１）の領域に配置されることを特徴とする、請求項８から請求項１６のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
18. フィルタ本体（１０）に作用し、加熱源（２２）による熱の発生が特殊な熱の発生Ｐ_ｓｐｅｚである時に照射される面に関して
    ２０≦Ｐ_ｓｐｅｚ≦１００ＫＷ／ｍ^２
    であることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つ又は複数の請求項に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
19. 少なくとも一つの照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）によって形成される一つの／複数の加熱源（２２）から照射全体の当たる面の部分が０．５％〜３０％であり、特にフィルタ面全体では０．５％〜１０％であることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
20. 一つの／複数の加熱源（２２）全体から照射される面の部分が０．１％〜１０％であり、特にフィルタ本体（１０）におけるフィルタバッグ（１１）の後壁（１７）によって形成される周辺部側のフィルタ面については４％までであることを特徴とする、請求項１８又は請求項１９のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
21. フィルタ本体（１０）の異なる領域に割り当てられた照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）が交互に作動することを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
22. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）が時限式で作動可能であることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
23. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）がフィルタ面の煤の堆積物に基づいて、特に背圧に基づいて作動可能であることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
24. 一つの／複数の照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）が微粒子フィルタ（５）における温度及び／又は温度経過に基づいて作動可能であることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
25. 少なくとも一つの照射加熱装置（２３；２８；２９；３１；３３）によって形成される加熱源（２２）が排気ガスの酸素濃度に基づいて制御されることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
26. エンジン回転数は加熱源（２２）の始動及び／又は運転に合わせられることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
27. 排気ガスを再生する際に作用するエンジンの場合に加熱源（２２）の始動及び／又は運転に合わせて排気ガスの再生量を減らすことを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つの請求項に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
28. 加熱源（２２）の始動及び／又は運転に合わせて排気ガスに二次空気を供給することを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
29. 過給されたエンジンの場合に二次空気が少なくとも部分的に給気から分岐していることを特徴とする、請求項２８に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
30. 二次空気が圧縮空気タンクに取り出され及び／又はポンプ、特に排気ガス噴射ポンプによって送られることを特徴とする、請求項２８又は請求項２９に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
31. 排気ガスの温度を上昇させるための内部エンジン方式を加熱源（２２）の始動及び／又は運転に合わせることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つ又は複数の請求項に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
32. エンジン回転数及び全負荷の場合に予め設定された排気ガス背圧に対して設計された燃焼機関の排気ガス装置及びこの上に設計された微粒子フィルタのフィルタ面における微粒子フィルタの使用に関して、中間から上にかけての回転数領域における煤の燃焼についてはフィルタ面の７５％まで検知されることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つ又は複数の請求項に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
33. 煤の燃焼がその都度予め設定された領域について時間をずらして実施されることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つに記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
34. 煤の燃焼によって把握される面の部分がフィルタ面のおよそ半分に相当することを特徴とする、請求項３２又は請求項３３に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
35. 自動車の微粒子フィルタに使用する場合に煤の燃焼に使用される面の部分の大きさについて、自動車の運転者の走行特性を考慮していることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つ又は複数の請求項、特に請求項３２〜請求項３４に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
36. 煤の燃焼に使用される面の部分の大きさについて、先行する期間によって把握される走行状態を考慮していることを特徴とする、前記複数請求項のいずれか一つ又は複数の請求項、特に請求項３２〜請求項３５に記載の煤の燃焼により作用する微粒子フィルタ。
    
    

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