JP2006525866A - 排ガス後処理装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関、特に自動車の自己着火式の内燃機関の排ガスを処理するための排ガス後処理装置および担持構造体ならびに相応する装置を製造するための方法が提案される。この場合、支持構造体が設けられており、排ガスが該支持構造体と排ガスの処理のために相互作用し得るようになっており、支持構造体（Ｆ；２６；３５）の表面に繊維から成る層（Ｓ；６０）が配置されている。該繊維層が排ガスと排ガス後処理装置の表面との接触を改善する。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の排ガス後処理装置もしくは請求項３０の上位概念部に記載の形式の、該排ガス後処理装置を製造するための方法に関する。

自動車の排ガスをＮＯｘ吸蔵触媒によって脱硝するか、もしくはパティキュレートフィルタによって脱煤することが知られている。部分的にこの場合、触媒層が使用され、これによりディーゼル酸化触媒中でのＣＯおよび炭化水素の酸化が改善され、かつディーゼルパティキュレートフィルタにおける煤再生が改善される。たとえば国際公開第０１／３６０９７号パンフレットに基づき、触媒層（活性材料、つまり触媒材料を含有する層）をしばしば、凹凸面に基づき表面を増大させる層、つまりいわゆる「ウォッシュコート」と共に基本構造体へ塗布することが知られている。このことは技術的には次のようにして実現することができる。第１のステップで触媒層のための担体全体が、ウォッシュコートから成る比較的厚い基層で覆われ、次いで第２のステップで活性材料から成る薄い層が上面に付与される。この技術の欠点は、特別な表面が提供されるにもかかわらず、構造体には相変わらず、多かれ少なかれ扁平な層が残る点にある。ウォッシュコートの使用可能な量も、背圧増大の理由で制限されている。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による排ガス後処理装置もしくは請求項２９の特徴部に記載の特徴を有する担持構造体もしくは請求項３０の特徴部に記載の特徴を有する排ガス後処理装置を製造するための本発明による方法には、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、繊維富含の表面層は大きな表面を備えた高多孔質の表面構造を可能にし、これにより本発明によれば、煤負荷時の排ガス背圧増大の低減により特に煤で負荷された焼結金属フィルタの圧力降下特性を改善し、良好な気体・固体接触を提供し、排ガスおよび煤の酸化のための改善された接触を可能にし、かつ特に焼結金属フィルタに組み込まれたディーゼル酸化触媒またはＮＯ_ｘ吸蔵触媒において、触媒被覆体のためのより大きな面を提供することが可能となる。最良の出力を得るためには、排ガスもしくは堆積された煤と、排ガス後処理装置もしくはフィルタまたは触媒との間の良好な接触が極めて重要となる。この接触は有利には、これらの有効面が担持構造体の基面に比べて該有効面の三次元の形成により増大されていることにより促進される。このことは全て、簡単に製造され得る装置を用いて保証される。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の排ガス後処理装置もしくは請求項２９に記載の担持構造体もしくは請求項３０に記載の、排ガス後処理装置を製造するための方法の有利な改良および改善が可能となる。排ガス後処理装置の形成時に焼結金属を使用することにより、極端な熱条件の場合でも頑丈でかつ長寿命の装置が保証され、特にデザインの選択自由度の点で汎用の製作方法、つまりセラミックボディの連続鋳造に基づき制限されているようなセラミック製の装置に比べて、このような装置の構造の自在な選択が保証される。

排ガス後処理装置が焼結金属の使用下にパティキュレートフィルタとして形成されると、この排ガス後処理装置は比較可能なセラミックフィルタよりも大きな寿命を有する。デザイン自由度に基づき、捕集された煤を燃焼除去するためにフィルタの再生が常時必要とされる場合に煤燃焼除去の開始が複数の個所で同時に行われるように、しかもセラミックフィルタの場合には通常そうであるようにフィルタの一方の側でのみ煤燃焼除去が行われるということのないようにフィルタ構造を選択することができる。これにより、バランスの良い熱負荷、ひいては寿命を高める熱負荷が得られる。特に、繊維から成る層によりアッシュ蓄え容積が増大されるという理由からも、高められた寿命の利点が生じる。アッシュは、パティキュレートフィルタの再生後もフィルタ内に残り、多数の再生サイクルにわたって溜まり、そして最終的にフィルタの「アッシュ死（Aschetod）」をもたらす残分の総和である。このアッシュ死を繊維層によって遅らせることができるので有利である。焼結金属フィルタの排ガス背圧は、深層濾過作用を有する繊維層と、焼結金属から成る表面フィルタとの組合せにおける相乗効果に基づき低減されるので有利である。深層濾過フィルタとして作用する繊維層は繊維層の貫通気孔を閉鎖するフィルタケークを形成しないので、既に年齢を重ねたパティキュレートフィルタもしくは通流濾過式の装置の場合でも極めて小さな排ガス背圧が保証されている。このことは、繊維層と焼結金属容積との間の、高い濾過効果を有する表面フィルタとして作用する境界層と組み合わされていると有利である。さらに、小さな層厚さにおいて、触媒材料の使用なしでも高活性の表面が与えられており、この表面は機械的に頑丈でかつ安定した装置もしくは支持構造体に組み込まれている。

これにより、焼結金属から成るポケットを備えた焼結金属パティキュレートフィルタの場合には、排ガス背圧を容易に増大させる恐れのある、特にドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３４５２号明細書に記載のフィルタの流出側の端部に位置する、互いに隣接したフィルタポケットの壁の間に存在する所定の最小間隔が下回られることなしにフィルタポケットを、互いにより密に隣接させて配置することができる。

特に部分的にのみ焼結金属で充填された開口を備えた金属格子体から成る、厚さ変動を有する焼結金属壁を備えた排ガス後処理装置が製造されると、焼結金属の材料節約と共に、よりコンパクトな配置も得られる。このような配置は隣接した焼結金属壁へ一層密に位置決めされ得ると同時に、煤フィルタもしくはパティキュレートフィルタの場合にアッシュにおけるいわゆるフィルタケークの成長時に、排ガス後処理装置の全寿命にわたって排ガス背圧を、許容可能なレベルに保持するために十分な空隙をも残す。さらに、濾過効果の損失を甘受する必要なしに排ガス背圧が一層低減される。

高い気孔率が選択されると、パティキュレートフィルタの場合には大きな気孔率を有する大容積の層により、煤の特にルーズな、より強力に反応性の沈殿物が生ぜしめられる。したがって、このような構成は特に煤の捕集およびルーズな蓄えのために有利に適している。

特に繊維の三次元の配置では、大きな活性表面が得られるので有利であり、選択的に触媒材料の塗布もしくは導入の際には高い触媒活性が得られ、ひいては大きな三次元の表面および良好な煤−触媒接触もしくは気体−触媒接触に基づいた排ガスの効果的な浄化が得られるので有利である。このことは比較的低いＮＯ_２−煤燃焼除去温度（バランスポイント温度；balance point temperature）、低い再生温度、短い再生時間、被着可能なウォッシュコートの容積の増大をもたらす（たとえば焼結金属フィルタ（ＳＭＦ）に組み込まれたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）および／またはＮＯ_ｘ吸蔵触媒コーティングの場合）。

ウォッシュコートは触媒活性材料と繊維構造体との間の付着を増幅させ、かつウォッシュコートで被覆された繊維の場合には活性繊維表面を再度増大させるので有利である。さらに、繊維の結合のためにウォッシュコートが使用されると、特別な結合材が不要となり、製造が簡単にかつ廉価となることも有利である。

粗い繊維の使用は大きな活性繊維表面をもたらすので有利である。

繊維層がフリースもしくは繊維マットとして被着されると、繊維構造体を支持構造体／フィルタとは別個に予め高多孔質の繊維マットとして製造し、その後に初めてフィルタ表面に被着させることができるので有利である。このことは、特に触媒活性材料での繊維層の被覆もしくは繊維層への触媒活性材料の添加の場合でも、簡単な技術的な実現およびハンドリング性をもたらす。なぜならば、繊維マットがフィルタの全重量の数分の一であるに過ぎず、したがって全フィルタ構造に比べて容易に運搬され得るからである。さらに、広い使用バリエーションが与えられている。繊維マット、ひいては焼結金属における繊維層は、ジオメトリ（幾何学的形状）、特に層厚さならびに化学的もしくはメゾスコピック（mesoskopisch）な組成に関して正確に予め調節されかつコントロールされ得る。さらに、繊維マットを備えた排ガス後処理装置は、沈降により形成された繊維層を備えた装置よりも高い構造的安定性を有している。適当な繊維の使用により、極めて大きな活性表面を備えた表面を形成することができる。繊維マットには特に焼結金属フィルタとは別個に触媒活性被覆体を装備させることができる。被覆は繊維のセラミック材料に対して行われ得る。セラミック材料の被覆体は金属製の担体の被覆体よりも簡単に反応され得る。セラミック繊維は化学的に、特に高い温度においてＳＭＦ基本材料よりも高い抵抗能力を有している。触媒被覆体は場所的に焼結金属フィルタとは分離されており、被覆溶液（「スラリ」）およびウォッシュコートは鋼表面に対して最小限の接触しか有しておらず、これにより腐食のような化学的な攻撃を回避することができる。この場合、ウォッシュコートまたはスラリにより焼結金属構造体を閉塞させることなしに、繊維、特にＮＯ_ｘ吸蔵触媒被覆体のための繊維の高いウォッシュコートローディングが可能となる。これにより、フィルタの背圧を小さく保持することができる。種々異なるポケットに対して種々に準備された繊維マットを使用することにより、フィルタ内部では、種々の被覆体組成を使用することができる。

１〜３μｍ、特に２〜３μｍの直径を有する繊維により、高い活性繊維表面が保証されると同時に、一層微細な繊維を使用した場合により生じる癌危険を回避することにより健康上の懸念も解消される。

波状の繊維層により、表面の一層の拡大、より高い煤蓄え容量、ひいては煤負荷による背圧増大の低減が生ぜしめられるので有利である。

排ガスフィルタもしくはパティキュレートフィルタおよび別の排ガス後処理装置の他に、支持構造体に被着された繊維層もしくは担持構造体それ自体も本発明により包含される。

図面
以下に、本発明による排ガス後処理装置の実施例を図面につき詳しく説明する。実施例中、ウォッシュコートは一部はすぐに使用できる状態の層を表し、一部は固有の層を製造するための材料を表している。図１には、本発明による担持構造体を備えた本発明による排ガスフィルタの一部の１実施例が示されている。図１は、縦断面図と斜視図とを組み合わせた図面で、支持構造体に支持されかつ支持構造体により保持されている三次元の担持構造体を備えた、触媒もしくは触媒被覆された排ガスフィルタの一部を概略的に示している。図２ａ、図２ｂおよび図２ｃは種々の支持構造体の構造を示しており、図３は支持構造体の択一的な別の構造を示しており、図４ａ、図４ｂおよび図４ｃは繊維被覆された支持構造体を示しており、図５ａおよび図５ｂは波状成形された表面を有する繊維被覆された支持構造体を示しており、図６ａ、図６ｂおよび図６ｃは繊維フリースを備えた支持構造体を示している。

実施例の説明
図１には、主として触媒被覆された（あるいはまた非触媒被覆された）、焼結金属主体の煤フィルタシステムに用いられる（あるいはまた別の煤フィルタシステムに用いられる）ウォッシュコートの特別な形成が示されている。主要な改善はウォッシュコート中での繊維、特に長繊維の高い含量（割合）が使用されることである。これらの繊維がフィルタ材料もしくは支持構造体に被着されるか、または積層されると、これらの繊維は、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さおよび５０％よりも多い気孔率の触媒材料のための高多孔性の三次元の担持構造体が形成されることを可能にする。したがって、支持構造体自体は、触媒活性材料のための担持構造体として働きかつこの材料を（その空間的姿勢で）安定化することのできるウォッシュコートの１つの薄い層（または複数の層）のための担体として働く。図１には、ディーゼルエンジンに用いられる触媒の一部である支持構造体Ｆが示されている。この支持構造体Ｆは金属製の複数の壁区分２を有しており、これらの壁区分２の間には、たとえば金属球体から形成された剛性的な層３が配置されている。この層３には三次元の担持構造体Ｓが支持されており、この担持構造体Ｓは支持構造体Ｆに、触媒の信頼性のよい作動のために必要となるように十分に強固に結合されている。担持構造体Ｓは繊維５を有している。これらの繊維５は、たとえばセラミックスから成っている。繊維５は、たとえば制限された長さを有する真っ直ぐな切片である。それぞれ個々の繊維５が縦断面で図示されている。個々の繊維５は三次元の不規則な状態で配置されている。繊維５はほとんど全てとりわけ表面積の増大の目的で被覆体、つまりいわゆる「ウォッシュコート」６で被覆されている。ウォッシュコート６は不規則的な外側輪郭を有していて、繊維５をその全周にわたって取り囲んでいる。図面には図示していないが、ウォッシュコートが繊維５の端部を覆っていてもよい。図面中、幾つかの繊維５はウォッシュコートなしに図示されている。このことは偶然的に生ぜしめられ得るが、しかし製造時に意図されていてもよい。ウォッシュコート６の外面は活性材料８、つまり触媒材料を担持している。この触媒材料は図面では極めて小さな個々の球によりシンボル化されて図示されている。これによって、活性材料８が必ずしも大面積にわたってまたは全面積にわたって全ての繊維を被覆している必要はなく、活性材料８が、多かれ少なかれ中断された層としてウォッシュコート６に被着されていれば十分となり得ることを表している。図１に示したように、個々の繊維５は図平面に対して直角な方向で見て一部は完全に下側に、一部は完全に上側に位置しており、一部は完全に下側から完全に上側にまで延びている。すなわち、個々の繊維５はこれらの繊維５により形成された空間を三次元に満たしていて、このときにフリース（英語では「non-woven fabric」＝不織布）の空間的な構造に類似した空間的な構造を形成している。すなわち、担持構造体Ｓの基面に比べて有効面の三次元の形成により増大されている有効面を備えた、内燃機関用の排ガスフィルタのための担持構造体Ｓが得られる。この場合、担持構造体Ｓは選択的に活性の（つまり触媒有効な）材料を有している。この場合、担持構造体Ｓは三次元に配置された繊維５を有している。繊維５はこれらの繊維５の間に開放気孔型の空隙を残しており、繊維５は互いに隣接し合う範囲で結合材によって互いに結合されている。

繊維５の相互結合は、製造後に強固となるウォッシュコート６または無機結合材料（結合材、上記参照）によって、繊維５の接触点の範囲で実施される。ただし、必ずしも繊維の全ての接触点または全ての隣接範囲が互いに固く結合されている必要はない。本実施例では、支持構造体Ｆの層３が極めて小さな金属球体から形成されており、これらの金属球体は焼結により互いに結合されていて、開放気孔型のガス透過性の空隙を残しているので、全体的には１つの焼結金属フィルタ（ＳＭＦ）が得られる。清浄化したい排ガスの流れ方向は図面で見て上方から下方へ向けられている。被着された活性材料を備えた担持層もしくは担持構造体Ｓは、本実施例ではディーゼル排ガスから煤を捕獲し、この煤を活性材料８の協働作用下に酸素（および／またはＮＯ_２）の存在でＣＯ_２へ変換する。使用に応じて、つまりウォッシュコートの種類に応じて、活性材料８はさらに窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を窒素および酸素に変換する。

本発明の別の実施例では、層３がガス非透過性に形成されており、排ガス流は図１で見て水平な方向に延びている。この場合には、支持構造体が通流基板として形成されている。すなわち、支持構造体Ｆは開放気孔性ではなく、つまり壁を貫通して延びる、ガスに対して透過性の気孔を有しておらず、せいぜいガス接触面を増大させるために表面で多孔質に形成されている。英語では「Flow-Through」配置と呼ばれるこのような装置、たとえば酸化触媒、特にディーゼル酸化触媒は、金属もしくは焼結金属の他に、炭化ケイ素またはコーディエライト（Cordierit）から製造されていてもよい。

担持層もしくは担持構造体Ｓの気孔率は、本実施例では少なくとも５０％、厳密に云えば約６０％である。担持層もしくは担持構造体Ｓの気孔率は特に５５〜６５％の範囲にあってよい（気孔率＝担持層の外側輪郭を仕切る輪郭により形成された体積に対する担持層の空隙の比率）。現在では、ＣＯ_２への変換を促進する煤の特に緩い堆積が困難となるという理由から、５０％よりも低い気孔率は望ましくないと推論される。もちろん、気孔率が小さくなればなるほど、当該配置の流れ抵抗は増大し、気孔率が６０％を大きく超えて増大すると、担持層の単位容積当たりの繊維および活性材料の割合が減少するので、それゆえに所望の作用が損なわれてしまう恐れがある。気孔率の上限値は約９５％である。

繊維５は１〜１０μｍの範囲の直径、上記実施例では約５μｍの太さを有している。３μｍを上回る太さの繊維を使用することが有利である。なぜならば、このような繊維は十分な熱機械的な強度を有していて、かつ十分に大きな活性表面を提供するからである。択一的な実施例では、１〜３μｍの直径、特に２〜３μｍの直径を有する繊維を使用することもできる。これにより、特に高い気孔率を有する構造体を形成することができる。使用される繊維は、触媒被覆体のための担体として特に内燃機関の排ガス後処理のために使用され得る性質を有している。

たとえば約１００μｍ〜３ｍｍの長さを有する個々の繊維の代わりに、本発明の別の実施例では、それよりも大きな長さの繊維を使用することもできる。その場合、このような繊維は担持構造体の三次元の形成物を形成するために、巻き付けられた配置、織られた配置、巻縮された配置または編組された配置で、つまり不規則的な配置あるいはまた規則的な配置で、設けられていてよい（無規則に配置された繊維を有する担持構造体）。織られた配置は、有利にはリネン織り（Leinenbindung）で製造されていてよい。織られた配置は複数の平行な繊維の第１の層を有しており、この第１の層の上には、９０゜だけずらされた長手方向を有する複数の繊維の平行な第２の層が配置されている。第２の層の繊維は第１の層の繊維とリネンクロス（Leinengewebe）の場合と同様に織られている（秩序原理による配置された繊維を有する担持構造体）。

担持構造体Ｓに含まれている繊維は、繊維重量１グラム当たり少なくとも１平方メートルの活性繊維表面を有している。粗い繊維の使用時では、有利には繊維重量１グラム当たり３０平方メートルの値を上回る活性繊維表面を得ることができる。

活性材料としては、煤触媒および／またはＮＯ_ｘ吸蔵触媒のために適したいずれの材料も挙げられる。本実施例では、貴金属を主体とした材料、たとえば白金を主体とした材料が活性材料として規定されている。煤およびＮＯ_ｘの変換時における上記作用に対して付加的に、活性材料８はＣＯからＣＯ_２への変換および排ガス中の炭化水素から水とＣＯ_２への変換をアシストする。

繊維の材料、セラミックスは、本実施例ではＡｌ_２Ｏ_３である。その代わりに、または混合物の形で、本発明の別の構成ではセラミックスのためにＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２を使用することもできる。ウォッシュコート６は上で挙げた同一の酸化物から形成されていてよく、前記酸化物のうちの１つまたは混合物であってよい。本実施例中では、同じくＡｌ_２Ｏ_３が規定されている。

使用される支持構造体Ｆは、排ガス後処理装置が「ウォールフロー型フィルタ（英語で「wall-flow filter」）、特にドイツ連邦共和国特許第１０３０１０３７号明細書に記載されているものと同様の、フィルタポケットを有する袋型焼結金属パティキュレートフィルタとして形成されている場合には、６μｍよりも大きな平均気孔直径を有していると有利である。この場合、支持構造体Ｆ中の気孔の全数における、１０μｍよりも上の気孔直径を有する気孔の占める割合は１０％よりも大きく、支持構造体Ｆの気孔率は３０％よりも上の値を有している。フィルタポケットを有する焼結金属パティキュレートフィルタでは、フィルタポケットの壁が少なくとも部分的にエキスパンデットメタル格子体と、このエキスパンデットメタル格子体の開口内に配置された焼結金属とから成っている（さらに下を参照）。このような焼結金属パティキュレートフィルタでは、平均気孔直径、１０μｍよりも大きな気孔を有する気孔の割合および気孔率に関する上記データは、開放気孔性の焼結金属により形成されるフィルタポケット壁の範囲に関するものである。択一的には、支持構造体Ｆが、相応する気孔寸法設定と全体積中に占める気孔割合とを有するウォールフロー型フィルタとして、たとえば炭化ケイ素フィルタまたはコーディエライトから製造されたフィルタとして形成されていてもよい。その場合、小さな排ガス背圧の利点が得られると同時に、高い濾過効果も得られる。

高い容積を占めるこの層の製造は、たとえば唯１回のステップまたは２回のステップを有する方法で行われ得る：唯１回の被覆ステップを有する方法のためには、高い含量の材料繊維と、小さな含量の材料粒子（バインダとして、別の機能の他に）、ウォッシュコート添加剤（特にＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２および／またはＡｌ_２Ｏ_３）および選択的に活性の化合物（触媒有効材料）を有する被覆混合物が使用される。ウォッシュコート材料は、たとえば主として酸化アルミニウムから成る材料粒子の使用を不要にすることができる。必要とされるか、または所望される場合には、繊維構造体が第１の層として積層され得る。これにより三次元の担持構造体が形成され、この担持構造体に材料粒子＋添加剤＋活性化合物が第２のステップで積層される。水（または別の適当な液体）中の上で挙げた酸化物もしくは使用されるバインダもしくは結合材の粒子の懸濁液中の繊維５のスラリを調製して、繊維および結合材を流動性の状態で被着させることができるようにすることにより、図面の三次元の担持層のための簡単な製造方法が得られる。この場合、支持構造体が懸濁液中に浸漬され、引き続き再び引き出される。考えられ得る別の手段は、フィルタ材料を通じてスラリを吸い通すことにより被着を行うことである。スラリの固形物含量は、繊維５に適当な厚さを有するウォッシュコート６が形成されかつ支持構造体上に、有利には０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚さの範囲にある所望の厚さの担持層が形成されるように調節される。乾燥（熱作用ありまたは熱作用なし）の後に、この層は個々の繊維の間に互いに接続された複数の空隙を有しており、これらの空隙はディーゼルエンジン排ガスによる担持層の通流を可能にする。乾燥されたウォッシュコート材料は支持構造体Ｆにおける担持層の強固な付着をも生ぜしめる。

択一的な製造方法では、担持構造体Ｓを製造するために繊維がまず支持構造体Ｆに被着され、そして別のステップでこれらの繊維に結合材が施与されて互いに結合される。

図２は、部分図ａで、エキスパンデットメタル製の焼結金属フィルタを製造するために使用され得るような自体公知のエキスパンデットメタル格子体の平面図を示している。このエキスパンデットメタル格子体は、複数の開口２１を取り囲む複数のステーを備えた扁平でかつ平坦な金属格子体２０である。このようなエキスパンデットメタルは、材料損失なしのずらされた切れ目を入れると同時に延伸変形により生じる、面内の複数の開口を備えた扁平な材料もしくは半製品である。こうして製造された材料のメッシュは部分図ａにも図示されているように、たいていは菱形であるが、しかし円形または正方形に形成されていてもよい。メッシュは編組も溶着もされていない。この材料は、その強固な内部結合を失うことなしに、またはその強固な内部結合が緩むことなしに、いかなる任意の寸法にも裁断され得る。部分図ｂに示した支持構造体Ｆまたは部分図ｃに示した択一的な別の支持構造体２６を製造するためには、約０．５〜約５平方ミリメートルの横断面を有する開口と、約０．１〜約１ミリメートルの幅を有するステーとを備えたこのようなエキスパンデットメタルを使用することができる。

部分図ｂは、図１から既知の支持構造体Ｆの周期的に続いた部分を長手方向で断面した側面図で示している。この支持構造体Ｆでは、金属製の壁区分２がエキスパンデットメタル格子体により形成され、剛性的な層３が、エキスパンデットメタルと共に焼結された金属粉末から形成される。この金属粉末はエキスパンデットメタル格子体の開口２１内に予め導入されている。図２ｂおよび図１には、この焼結された金属粉末が金属球体の形で図示されている。焼結金属から成る剛性的な層３はウォールフロー型フィルタの場合には、開放気孔性の構造と、エキスパンデットメタル格子体の厚さに相応して０．１〜０．８ｍｍ、特に約０．５ｍｍの厚さ２４とを有している。

択一的な実施例では、エキスパンデットメタル格子体の代わりに、金網を使用することもできる。別の択一的な実施例では、剛性的な層３がエキスパンデットメタル格子体よりも厚く形成されていて、かつ／またはエキスパンデットメタル格子体を覆っていてもよい。この場合、支持構造体の、剛性的な層がエキスパンデットメタル格子体を超えて突出している側は、あとでフィルタ材料としての使用時に流入側に配置される。

図２ｃは、同じくこのような支持構造体の一部を長手方向で断面した側面図で示している。図２ｃに示した択一的な支持構造体２６は、図２ｂに示した構造体と同様にして製造されるが、ただし図２ｂの場合とは異なり、エキスパンデットメタル格子体２の開口２１が焼結金属で完全には満たされていない。したがってエキスパンデットメタル格子体の開口２１はたしかに（焼結金属範囲３の開放気孔性の構造体を除いて）閉鎖されているが、しかしこれらのかつて開口だった範囲にはなお、焼結金属を有しない自由な高さ２５を有する凹部が出現し得る。この自由な高さ２５は０．５ｍｍのエキスパンデットメタル格子体の厚さ２４において、０．２〜０．４ｍｍの範囲にある。このような部分的にしか行われない充填は、焼結金属粉末での充填時にエキスパンデットメタル格子体を軟質の弾性的なローラまたは軟質のプランジャを介して案内して、エキスパンデットメタルの深さをある程度の部分だけ埋めることによって達成され得る。したがって、充填の間、焼結金属は調節可能な侵入度でエキスパンデットメタル格子体間隙に侵入することができる。

図３には、別の択一的な支持構造体３５の周期的に続く部分が示されている。この支持構造体３５では、エキスパンデットメタルから成る金属格子体２０の開口が、引き続き焼結される金属粉末で満たされているのではなく、エキスパンデットメタル格子体の片側に焼結金属シート３０が被着されている。この場合、焼結金属シート３０は特にプレスにより圧着されている。この焼結金属シート３０は塗布の時点でまだ「グリーンシート」、つまり焼結金属粉末と結合材との混合物から成る、まだ焼結されていない金属シートである。この金属シートは押出し成形または流込み成形により製造され得る。金属シートはエキスパンデットメタル格子体の厚さよりも小さな厚さを得る。機械的な圧力および熱作用下に、特に貼り合わせもしくはローラ塗布により、エキスパンデットメタル格子体に金属シートを塗布した後に、焼結が行われる。この焼結の際に焼結金属はエキスパンデットメタル格子体との解離不能な結合をも成立させる。焼結された金属シート３０は同じく開放気孔性の構造を有しており、支持構造体３５は、図２ｃに示した支持構造体の実施例と同様にエキスパンデットメタル格子体の各ステーの間に凹部を有している。

図４ａには、支持構造体Ｆに配置された繊維層から成る担持構造体Ｓの、図１から既知の流入側の部分が図示されている。図２ｂに示した、焼結金属で完全に満たされたエキスパンデットメタルの形の支持構造体Ｆは、上で説明したような厚さ２４を有しており、繊維層から成る担持構造体Ｓは０．０５〜２ｍｍの範囲の厚さ４２を有している（図１に対する説明参照）。たとえドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３４５２号明細書に記載の焼結金属フィルタとして形成された排ガス後処理装置のフィルタポケットの壁を形成する、構造体全体の厚さは、個別厚さ２４，４２の総和により与えられている。

繊維層の気孔率は、この繊維層が深層濾過フィルタ（Tiefenfilter）として機能するように設定され得る。このことは、互いに鎖状に結合された繊維により形成された三次元の網状体の「メッシュ」の目開きが極めて大きいことを意味する。このことは特に６０容量％よりも上の気孔率において云える。すなわち、粒子が繊維に「ドッキング」している場合でも、大きな目開きに基づき、その隣には、別の（煤）粒子が繊維層内の当該気孔を通過し得るためにまだ十分なスペースが残っている。しかし、繊維層の十分な厚さに基づき、粒子が十分な確率を持って繊維層通過時に剛性的な範囲３へ向かう軌道に沿って捕獲されることが保証されている。それに対して、剛性的な焼結金属範囲である層３はたしかに開放気孔性ではあるが、しかしより小径の気孔に基づき、表面フィルタとして作用する。なぜならば、これらの個々の気孔内に粒子が固着するやいなや、気孔が閉塞されるからである。

図４ｂには、基礎となるエキスパンデットメタル格子体の、半分の高さにまでしか充填されていない開口を備えた、図２ｃに示した択一的な支持構造体２６を使用した配置が示されている。最初の自由な高さ２５は繊維層Ｓで満たされている。この繊維構造体はエキスパンデットメタル格子体の内部に収納されていて、剛性的な層３とは反対の側でエキスパンデットメタル格子体を超えて突出していないか、またはエキスパンデットメタル格子体を少しだけ超えて突出している。構造体全体の厚さは主として、使用されたエキスパンデットメタル格子体の厚さ２４によってのみ与えられている。図４ｃには、基礎となるエキスパンデットメタル格子体の、半分の高さにまでしか充填されていない開口を備えた、図３に示した別の択一的な支持構造体３５を使用した配置が示されている。この場合、開口の充填は焼結金属シートの使用下に行われている。当該配置全体の厚さに関しては、図４ｂにつき説明したことと同じことが云える。

図４ｂおよび図４ｃに示した実施例では、エキスパンデットメタル格子体の間隙を焼結金属の形の剛性的な範囲で充填することが、格子体の全高にわたって行われるのではなく、片側である程度の高さにまで、たとえばエキスパンデットメタル格子体の高さもしくは厚さ２４の半分の高さにまでしか行われない。格子体に残った自由スペースは引き続き、反対の側から繊維構造体で満たされる。繊維構造体と焼結金属との組合せはエキスパンデットメタル格子体の内部に位置している。充填層の高さ（焼結金属と繊維構造体との総和）はエキスパンデットメタル格子体の高さに等しいか、またはエキスパンデットメタル格子体の高さよりもあまり大きくない。表面全体、つまり空隙だけでなくエキスパンデットメタル格子体のウェブをも、濾過繊維で被覆するために、繊維構造体による僅かな過剰高さが意図されていてよい。深層濾過フィルタとして働く繊維層と、焼結金属から成る表面フィルタとの組合せの濾過効果は、９０％よりも上にあり、寸法設定もしくは使用に応じて９９％を超える場合もある。％値はこの場合、濾別された容積流の割合を表している。図４ａに示した配置に比べて、当該配置の全厚さは減じられており、その結果、ウォールフロー型フィルタ式配置の場合での比較的小さな排ガス背圧が得られる。これにより、焼結金属から成るポケットを有する焼結金属製のパティキュレートフィルタの場合には、特に排ガス背圧を容易に増大させる恐れのある、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３４５２号明細書に記載のフィルタの流出側の端部における、互いに隣接したフィルタポケットの壁の間の所定の最小間隔が下回られることなしに、フィルタポケットを一層互いに密に隣接させて配置することができる。

図５には、排ガス後処理装置の別の実施例の部分図が示されている。部分図ａはエキスパンデットメタル格子体に設けられた、部分的にのみ焼結金属で充填された開口を有する択一的な支持構造体２６を長手方向で断面した側面図を示している。この場合、繊維層Ｓは焼結金属とは反対の側に波状成形された表面５１を有している。波形状の山部はエキスパンデットメタル格子体のウェブの上に位置しており、波形状の谷部はこれらのウェブの間の範囲に配置されている。波状の塗布により、繊維層Ｓの表面は平坦な塗布に比べて増大される。部分図ｂは、図３に示した別の択一的な支持構造体３５に被着された、波状成形された表面５１を備えた繊維層Ｓの相応する配置を示している。

図６には、さらに別の構成の３つの例をそれぞれ長手方向で断面した部分図で示している。部分図ｂに示した構造は、厚さ２４を有する、図２ｂに示した焼結金属で充填されたエキスパンデットメタル格子体から成る担持性の基本構造体もしくは支持構造体Ｆを有している。この基本構造体には、流入側で概略的に図示されたフリースもしくはセラミック繊維から成る繊維マット６０が被着されている。このフリースもしくは繊維マット６０は煤濾過および煤蓄えのために働く。このような自体公知の繊維フリースの基本材料はセラミック材料、たとえば酸化アルミニウムである。繊維マット６０の厚さ６５は（最終状態で、つまり支持構造体Ｆにおける固定後に）０．０５〜２ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍである。繊維構造体の気孔率は７０％を超えており、有利には８５％よりも上である。繊維マット６０の繊維の活性表面は１重量グラム当たり１平方メートルよりも上、有利には１重量グラム当たり３０平方メートルよりも上である。

支持構造体への繊維フリースの被着は、焼結金属を含有する支持構造体Ｆの焼結後に１回のプロセスステップで行われる。焼結金属表面への繊維マットの結合は、酸化アルミニウムゾル（アルミナゾル）または酸化ケイ素ゾル（シリカゾル）または両成分の混合物を主体とした無機バインダを使用し、かつ引き続き空気雰囲気中で３０〜６０分間、約５００〜８００℃で熱処理することにより行われる。この支持構造体が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３４５２号明細書に記載のフィルタポケットを形成するために使用されると、フリースの被着は、たとえばまだ未処理のエキスパンデットメタル−焼結金属壁に対して行われる。択一的には、フィルタの最終組付けの前に、既に成形されたフィルタポケットへフリースを塗布することができ、別の択一的な構成ではフィルタの最終組付けの前に、既に互いに溶着されたフィルタポケットへ塗布することができる。この場合、フリースは各フィルタポケットの間の流入側の間隙に導入され、この間隙内でポケット表面に塗布される。

部分図ｂに示した実施例では、繊維フリース６０が択一的に、図２ｃに示した部分充填された支持構造体２６へ被着されているので、図５ａに示した配置の場合と類似した形式で、繊維層の、流入する排ガスに面した側に波状成形された表面６１が形成されている。部分図ｃに示した実施例では、（選択的に触媒材料添加された）繊維フリース６０の波状成形された表面６１が、図３に示した、焼結金属シート３０を有する支持構造体３５の使用下に実現される。

本発明による担持構造体を備えた本発明による排ガスフィルタの一部の１実施例を、縦断面図と斜視図との組合せで示す図である。 支持構造体の１構造を示す図である。 支持構造体の別の構造を示す図である。 支持構造体のさらに別の構造を示す図である。 支持構造体の択一的な構造を示す図である。 繊維被覆された支持構造体の１構成を示す図である。 繊維被覆された支持構造体の別の構成を示す図である。 繊維被覆された支持構造体のさらに別の構成を示す図である。 波状成形された表面を備えた繊維被覆された支持構造体の１構成を示す図である。 波状成形された表面を備えた繊維被覆された支持構造体の別の構成を示す図である。 繊維フリースを備えた支持構造体の１構成を示す図である。 繊維フリースを備えた支持構造体の別の構成を示す図である。 繊維フリースを備えた支持構造体のさらに別の構成を示す図である。

Claims (30)

1. 内燃機関、特に自動車の自己着火式の内燃機関の排ガスを処理するための排ガス後処理装置であって、支持構造体が設けられており、排ガスが該支持構造体と排ガスの処理のために相互作用し得るようになっている形式のものにおいて、支持構造体（Ｆ；２６；３５）の表面に繊維から成る層（Ｓ；６０）が配置されていることを特徴とする排ガス後処理装置。
2. 支持構造体が少なくとも部分的に焼結金属から形成されている、請求項１記載の排ガス後処理装置。
3. 支持構造体が金属格子体（２０）、特にエキスパンデットメタル格子体または金網を有しており、該金属格子体または金網の開口（２１）が、金属から成る剛性的な範囲（３）で少なくとも部分的に閉鎖されている、請求項１または２記載の排ガス後処理装置。
4. 前記剛性的な範囲が、焼結された金属粉末または焼結された金属シート（３０）により形成されている、請求項３記載の排ガス後処理装置。
5. 前記剛性的な範囲が、開放気孔性の構造を有している、請求項３または４記載の排ガス後処理装置。
6. 前記剛性的な範囲（３）が、金属格子体の厚さよりも小さな高さを有していて、金属格子体の内部に、焼結金属を有しない自由な高さ（２５）が出現し得るようになっている、請求項３、４または５記載の排ガス後処理装置。
7. 繊維から成る層がエキスパンデットメタル格子体と面一に整合するか、またはエキスパンデットメタル格子体を超えて少しだけ突出するように、繊維から成る前記層が前記自由な高さ（２５）を埋めている、請求項６記載の排ガス後処理装置。
8. 繊維から成る層の、支持構造体とは反対の側の表面（５１；６１）が、周期的な形状、特に波形状を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
9. 波形状の谷部が前記剛性的な範囲（３）の範囲に配置されており、波形状の山部が金属格子体（２０）の範囲に配置されている、請求項３または８記載の排ガス後処理装置。
10. 繊維から成る層が、支持構造体の表面に被着されたフリース（６０）もしくは被着された繊維マットにより形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
11. 前記フリースもしくは繊維マット（６０）が、支持構造体（Ｆ；２６；３５）に結合材によって結合されており、しかも該結合が熱処理により形成されている、請求項１０記載の排ガス後処理装置。
12. 繊維から成る層（Ｓ；６０）が、約０．０５ｍｍ〜約２ｍｍ、特に約０．１ｍｍ〜約０．５の範囲の厚さを有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
13. 前記繊維が３μｍよりも大きな直径を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
14. 前記繊維が１〜１０μｍの直径を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
15. 前記繊維が１〜３μｍの直径、特に２〜３μｍの直径を有している、請求項１４記載の排ガス後処理装置。
16. 前記繊維が、特に該繊維の互いに隣接し合った範囲で結合材により互いに結合されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
17. 前記繊維が少なくとも部分的に結合材で被覆されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
18. 前記繊維の少なくとも一部が、互いの間に開放気孔性の間隙を残している、請求項１から１７までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
19. 前記繊維から成る層（Ｓ；６０）が、少なくとも５０％、特に少なくとも７０％の気孔率を有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
20. 前記繊維が三次元に配置されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
21. 前記繊維から成る層（Ｓ；６０）が、触媒活性材料のための担持構造体、特に気体・固体反応および／または固体・固体反応のために触媒活性となる材料のための担持構造体として働く、請求項１から２０までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
22. 触媒活性材料が、排ガス成分の酸化分解をアシストする、請求項２１記載の排ガス後処理装置。
23. 前記繊維から成る層が、結合材から成る範囲を介して支持構造体に結合されている、請求項１６記載の排ガス後処理装置。
24. 支持構造体がガス透過性であり、特に支持構造体が開放気孔性である、請求項１から２３までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
25. 当該排ガス後処理装置が、排ガス中に含まれている粒子、特に煤粒子を濾過するために設備されている、請求項１から２４までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
26. 結合材が、ウォッシュコートのために適した材料である、請求項１１、１６または２３記載の排ガス後処理装置。
27. 結合材が、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３から成る材料群からの少なくとも１種の材料を有している、請求項２６記載の排ガス後処理装置。
28. 前記繊維が、グラム繊維重量当たり１平方メートルよりも大きな活性繊維表面、特にグラム繊維重量当たり３０平方メートルよりも大きな活性繊維表面を有している、請求項１から２７までのいずれか１項記載の排ガス後処理装置。
29. 内燃機関、特に自動車の自己着火式の内燃機関の排ガスを処理するための担持構造体（Ｓ）であって、支持構造体（Ｆ）が設けられており、排ガスが該支持構造体と排ガスの処理のために相互作用し得るようになっている形式のものにおいて、支持構造体（Ｆ；２６；３５）の表面に当該担持構造体が被着されており、当該担持構造体が、繊維から成る層（Ｓ；６０）を有していることを特徴とする担持構造体。
30. 内燃機関、特に自動車の自己着火式の内燃機関の排ガスを処理するための排ガス後処理装置を製造するための方法であって、支持構造体（Ｆ；２６；３５）を準備し、該支持構造体（Ｆ；２６；３５）を、排ガスの処理のために排ガスと相互作用するために使用する形式の方法において、支持構造体（Ｆ；２６；３５）の表面に繊維から成る層（Ｓ；６０）を配置することを特徴とする、排ガス後処理装置を製造するための方法。

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