JP2007517645A - 金属繊維層を含む粒子フィルタ - Google Patents

Abstract

ケース（２）および少なくとも１つの金属繊維層（４）を有する少なくとも１つの本体（３）から成り、前記金属繊維層（４）が、空間的に分離された多数の流れ経路（５）が本体（３）を通過して形成されるように配置され、各流れ経路（５）が各々少なくとも一箇所に流れ阻止体（６）を有する粒子フィルタ（１）に関し、少なくとも１つの金属繊維層（４）が、４００〜１２００Ｊ／Ｋｍ²の面積当たり熱容量を有することを特徴とする。これによって、粒子フィルタの特に大きな粒子蓄積容量および再生能力が得られる。

Description

本発明は、ケースと本体とを備え、該本体が少なくとも１つの金属繊維層で形成された粒子フィルタに関する。繊維層は、本体内の各々少なくとも一箇所に流れ阻止体を有する複数の流れ経路が本体を貫通して形成されるように配置されている。

例えば自動車の内燃機関（オットーエンジン、ディーゼルエンジン等）の排気装置に採用される粒子フィルタは、基本的に、「開放」系と「閉鎖」系に分けられる。「開放」系は、通常自由に貫流できる複数の流れ経路を有し、流れ経路を境界づける壁に向けた粒子の運動を生じさせる鎮静域および／又は渦流域を備えている。同時にそのようにして、排気ガス内に存在する粒子を流れ経路の壁ないし排気ガス自体を介して用意された反応相手と接触させ、もって粒子の無害成分への転換を行う確率を高めるようにしている。そのような「開放」系は、例えば独国実用新案第２０１１７８７３号明細書或いは国際公開第０３／０３８２４８号パンフレットで知られている。

「閉鎖」系における粒子フィルタは、通常、排気ガス部分流が流れ経路の壁を少なくとも１回通過するように、互い違いに閉じられた複数の流れ経路を有している。そのため、流れ経路の入口ないし出口に公知のシール要素ないし流れ阻止体を置き、又は該要素を流れ経路の内部に設けることも知られている。流れ経路の壁は、例えば主にセラミックスの性質を持つ多孔性材料で形成されている。

また、フィルタ材料が金属繊維層である「閉鎖」系も公知である。この装置は、例えば欧州特許出願公開第０７６４４５５号明細書に開示されている。そこに記載された、排気ガスから煤粒子を除去するためのフィルタの場合、金属繊維層がハウジング内に、排気ガス流が金属繊維層を一回通過するように設けられている。金属繊維層の主に軸方向貫流が行われる平面的配置ないし波形配置の他に、繊維層の円筒形又は星形配置も記載され、その場合、排気ガス流は中央に導入され、反対側に位置する閉鎖蓋のために、半径方向外側に転向されて金属繊維層を貫通する。

特に「閉鎖」系における粒子フィルタを用意する際、化学的転換に必要な反応相手が十分に用意されないとき、多孔性壁ないし繊維層から成る壁に、粒子（通常の概念として自動車排気ガス内の多量の固形物、特に煤および灰）が付着する虞がある。これは流れ経路の壁の抵抗を増大させる。その結果、例えば動圧が増大し、同時に内燃機関の出力が低下する。従って一般に、粒子フィルタからその中に付着した粒子を除去する必要があり、これは一般に「再生」と呼ばれる。

再生のための多くの熱的プロセスが知られ、排気ガスや粒子フィルタの温度が目的に応じ、例えば粒子が燃焼又は酸化される温度、例えば８００℃以上の温度迄増大される。かかる熱的再生は、特に粒子フィルタ自体の一部であるか、粒子フィルタに結合された加熱要素により開始される。また、排気ガス流内に場合によって意図的に引き起こした触媒反応で、再燃焼を起すこともできる。そのため、添加剤としてアンモニアや燃料も採用される。粒子フィルタのこの不連続的な熱的再生の他に、連続的な方法も公知である。

そのような連続的な方法は、通常所謂ＣＲＴ（Continuous regeneration trap）方式と呼ばれている。その場合、排気ガスはまず酸化触媒を経て、続いて煤フィルタを経て導かれる。該酸化触媒は、排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化する機能を果たす。二酸化窒素（ＮＯ₂）の増量は、後置接続された粒子フィルタにおいて酸化還元反応が進行するという利点を有し、その際、炭素（Ｃ）が二酸化炭素（ＣＯ₂）に酸化され、二酸化窒素（ＮＯ₂）が窒素（Ｎ₂）に還元される。その結果、特に一般に粒子に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）および長鎖炭化水素（ＨＣ）が、２００〜４５０℃の温度範囲で既に殆ど完全に転換される。しかしこのＣＲＴ方式の場合、上述した酸化還元装置を傷めないよう、殆ど硫黄を含まないディーゼル燃料（硫黄含有量１０ｐｐｍ以下）しか利用できないことに注意せねばならない。排気ガスに含まれる一酸化窒素や、それに由来する二酸化窒素を補足すべく、酸化触媒の上流でアンモニアを追加添加すると一層有利である。

更に、粒子フィルタの効率ないし濾過作用は、フィルタ壁の用意された表面積ないし小穴等によって表される。その際、粒子を濾過すべく、常にできるだけ大きな面積を用意する必要がある。同時に、自動車の内燃機関の排気装置における高い熱的、動的負荷に耐えねばならない。この際、特に粒子フィルタの構成要素の異なった熱膨張挙動を考慮せねばならない。また、連続利用を保証すべく粒子フィルタは再生可能でなければならない。

本発明の課題は、上述の目的を満足する粒子フィルタを提供することにある。また、できるだけ大きなフィルタ面を用意し、頻繁な再生に耐えるようにすることにある。更にまた、粒子フィルタが、内部での場合により瞬間的で局所的に限られたかなり高いピーク温度に耐えるようにし、もって反復再生に関し長い寿命を保証可能とすることにある。

この課題は請求項１記載の特徴を有する粒子フィルタにより解決される。他の有利な実施態様は従属請求項に示す。なお、そこに記載した特徴事項は、相互に並びに明細書全体の詳細説明と組み合わせることもでき、その際、本発明の一層有利な実施態様が生ずる。

本発明に基づく粒子フィルタは、ケースおよび少なくとも１つの金属繊維層を有する少なくとも１つの本体からなる。この繊維層は、空間的に分離された多数の流れ経路が本体を通過して形成されるように配置され、各流れ経路は、各々少なくとも一箇所に流れ阻止体を備える。粒子フィルタは、少なくとも１つの金属繊維層が４００〜１２００Ｊ／Ｋｍ²の面積当たり熱容量を有することを特徴としている。

金属繊維層が耐熱耐食性材料からなり、特に鉄基又は鋼基の繊維を含み、金属繊維層がアルミニウム成分とクロム成分も含むと望ましい。金属繊維層の材料として、特にアルミニウム成分、クロム成分並びに場合によっては例えばイットリウム等の希土類成分を含む鉄基の材料から成る繊維が利用できる。アルミニウム含有量は少なくとも４．５％、特に５．５％以上であるとよい。クロム含有量は、好適には１８〜２１％である。

繊維は織物、フリース、編物又は他の方式で相互に配向される。繊維自体間の結合部は同様に耐熱性および耐食性をもって形成され、特に繊維は互いに焼結される。

本体を形成すべく、少なくとも１つの金属繊維層を、積層、巻回、絡み合わせ或いは他の方式で配置するとよい。本体は１つの金属繊維層だけで形成できるが、場合によっては種々に形成した複数の金属繊維層を結合繊維ベルトの形に結合しおよび／又はかかる多数の繊維層を利用してもよい。

その場合、少なくとも１つの金属繊維層は少なくとも部分的に流れ経路を境界づけ、流れ経路の少なくとも壁又は壁部分となる。流れ経路は、互いに平行に配置し、特にその全長にわたり互いに分離するとよい。ここで分離とは、必ずしも隣接する流れ経路間でガス交換ができないことを意味せず、むしろ、流れ経路のハニカム状配置を意味する。

これら各流れ経路が、只一箇所に流れ阻止体を備えるとよい。その箇所として、基本的には流れ経路の入口又は出口断面を選択できる。それに代えて又はそれと組み合わせて、流れ経路の内部、即ち入口断面と出口断面の間に流れ阻止体を設けることもできる。流れ阻止体は、これが流体流の貫流に対し流れ経路の境界部としての、フィルタ層を形成する繊維層に比べて大きな抵抗となるように形成するとよい。従ってこれは、流れ阻止体を金属繊維層に比べて大きな比容積密度で形成し、特に非通気性にすることも意味する。

本体を、少なくとも１つの金属繊維層から多数の通路を用意するよう形成すると、粒子フィルタの再生が場合により問題となる。繊維層の部分箇所における繊維層相互の緻密状態ないし場合によってその中に蓄えられた煤量が、再生の際に煤の転換時に局所的に限られた極端な温度ピークを生じさせる。これは繊維層の構造を破壊し、特に繊維層の構成部品を溶融しおよび／又は繊維間の結合を壊してしまう。繊維層の構成要素が所謂「ホットスポット」により溶融し、このため場合により粒子フィルタの他の部分箇所が閉塞したり或いは粒子フィルタに後置接続された排気処理装置の構成要素が壊れたりするのを防止すべく、本発明に基づき、少なくとも１つの金属繊維層が、約４００〜１２００Ｊ／Ｋｍ²（ジュール／ケルビン×平方メータ）の面積当たり熱容量を有するようにする。該面積当たり熱容量は室温における値である。少なくとも１つの金属繊維層が、７５０Ｊ／Ｋｍ²より大きく、１０００Ｊ／Ｋｍ²より大きな面積当たり熱容量を有するとよい。多数の通路や流れ経路を有する粒子フィルタの場合、金属繊維層が、例えば粒子フィルタの内箇所置の冷却し難い箇所でも自動車の内燃機関の排気装置で生ずる熱的交番負荷に耐え、かつ所謂「ホットスポット」にも連続して耐える、上述の面積当たり熱容量の提供が妨げられることが明らかになっている。

粒子フィルタの他の実施態様に基づき、繊維層は少なくとも１つの区域において以下の少なくとも１つのパラメータを持つ。即ち、
ａ）繊維直径 ２０〜９０μｍ
ｂ）繊維間隔 ５〜３００μｍ
ｃ）層厚 ０．２〜１．５ｍｍ
ｄ）層の面積当たりの重量 ２５０〜２０００ｇ／ｍ²
ｅ）層多孔率 ３０〜９０％
ｆ）層表面積１ｍ²当たり繊維表面積 ９〜１５ｍ²
ｇ）個別繊維長 ５〜１００μｍ

なおここで、少なくとも１つの「区域」とは、繊維層の全長、幅或いは空間的広がりを含めて意味するが、例えば繊維層の軸方向および／又は半径方向における部分箇所を意味することもある。場合により繊維層がそのような複数の区域を有することも目的に適い、その場合、区域はいつでも同じに形成する必要はなく、寸法を例えば内燃機関の排気装置における条件に可変的に合わせることができる。

「繊維直径」とは繊維層の繊維の平均直径を意味する。この平均値は個々の繊維の全直径の平均から生ずるだけでなく、好適には、繊維直径は、少なくとも１つの区域における繊維層の全繊維における特性値を表す。好適には、繊維直径は４０〜７０μｍ（０．０４〜０．０７ｍｍ）である。

「繊維間隔」とは特に繊維層の隣接する繊維の間隔を意味し、ここでは明らかに、最大相対間隔を意味する。繊維距離は特に通気性や繊維層の密度を表すパラメータとなる。好適には繊維間隔は２０〜３００μｍ（０．０２〜０．３ｍｍ）である。

「層厚」とは、特に排気ガスの貫流方向における少なくとも１つの金属繊維層の厚さを意味する。好適には層厚は０．３〜０．５ｍｍである。

単位面積当たりの金属繊維層の重量を表す「層面積重量」は、好適には７５０〜１５００ｇ／ｍ²である。

層多孔率は、好適には４５〜６０％である。

ここでは「繊維表面」とは、個々の繊維が互いに形成する表面を意味する。これに対して、「層表面」とは、金属繊維層自体の表面（外被）を意味する。

「個別繊維長」とは、主に少なくとも１つの金属繊維層の製造に採用される繊維の長さを意味する。個別繊維長は、１０〜３０μｍ（０．０１〜０．０３ｍｍ）であるとよい。

また、少なくとも１つの繊維層が本体内に、以下の少なくとも１つのパラメータが存在するように配置された粒子フィルタの形成も提案する。
ａ）比層表面積 ０．１５〜２．０ｍ²／リットル
ｂ）層間隔 ０．５〜１０ｍｍ

ここで、「比層表面積」とは、粒子フィルタの容積１リットル（１ｌ）内に存在する層表面積を意味する。これによって、所定のフィルタ容積に対する大きさとして適用される特性量が与えられる。粒子フィルタを構成するために平形および波形の金属繊維層を採用する場合、異なった比層表面積範囲が好まれる。即ち、例えば平形層だけが金属繊維層から成っている場合、０．１５〜１．０ｍ²／リットルの比層表面積が有利である。波形層だけが金属繊維層からなる場合、比層表面積は０．２５〜１．０ｍ²／リットルになる。波形層並びに平形層が金属繊維層からなる場合、比層表面積は好適には０．４〜２．０ｍ²／リットルである。ディーゼル車での採用に関しては、特に０．５〜０．９ｍ²／リットルの比層表面積を有する粒子フィルタが好ましい。

「層間隔」とは、互いに隣接して配置された区域ないし繊維層自体の間隔を意味する。該層間隔は、隣接する繊維層の最大間隔の範囲に存在する距離を表す。層間隔の値は、特に排気ガス流が流入ないし流出する層表面間で測定する。この値は、粒子フィルタの軸方向長ないし流れ経路の長さにわたって変化してもよい。

粒子フィルタの他の実施態様では、本体は、少なくとも部分的に隣接して配置された繊維層箇所を間隔を隔てる少なくとも１つの支持構造物を備える。従って、この支持構造物は少なくとも部分箇所にわたり、互いに隣接して配置された繊維層箇所の直接接触を防止する働きをする。特にこの支持構造物は、通路又は流れ経路を形成すべく用いる。支持構造物は別個の繊維層間並びに個々の繊維層の屈曲部間や湾曲部間にも配置できる。支持構造物は金属から成り、形成された流れ経路の全長にわたり延びているとよい。また、支持構造物の材料として、繊維に関連して上述したように、鉄・アルミニウム・クロムから成る材料が有利である。

この関係で、特に少なくとも１つの支持構造物が以下の少なくとも１つの構成要素、即ち格子網、薄板、ワイヤ、エキスパンデットメタルを個々に或いは併せて有するとよい。ここで格子網とは、ワイヤ織物、ワイヤ編物、ワイヤもつれ層等を意味する。これは、好適には、開口や突破口等で通気性を備えて形成される。また、これら開口や切欠き開口等に別のフィルタ材料を置いてもよい。この例は、特に支持構造物をエキスパンデットメタルとして形成した場合に当てはまる。また、フィルタ層間や繊維層間に、特別に形成した薄板を敷いてもよい。該薄板は、ガス流が通過できないが、必要な場合には開口或いは流れバッフル面を有してもよい。繊維層箇所間に、特別に形成したワイヤを配置することもできる。そのワイヤは、例えば組織化され、或いは平らでもよい。そのようなワイヤは、流れ経路の入口範囲或いは出口範囲に置くとよい。また、そのような複数のワイヤをワイヤ束の形にし、繊維層箇所間に置くこともできる。

粒子フィルタの他の実施態様では、本体の構成要素は、少なくとも部分的に相互におよび／又はケースに接合技術的に結合される。本体の構成要素とは、特に繊維層および支持構造物を意味する。接合技術的結合部は、以下の箇所に配置するとよい。即ち、排気ガスが流入する側ないし排気ガスが流出する側における粒子フィルタの端面、支持構造物の最大組織近く、繊維層と支持構造物との接触箇所、２つの繊維層間である。接合技術的結合は、好適には拡散結合、溶接結合および／又はろう付け結合である。構成要素とケースとの結合に関し、繊維層および／又は支持構造物の全端部をケースに、各々上述したような接合技術的結合にて結合する。

更に、少なくとも１つの流れ阻止体が少なくとも１つの支持構造物の一部であり、該構造物が少なくとも１つの流れ経路を少なくとも一箇所で閉鎖しているとよい。これは、支持構造物を例えば折り曲げて羽根や鍔部等を形成し、かくして隣接する少なくとも１つの繊維層に直接密着させることを意味する。そのため、流れ阻止体を本質的に気密に形成するとよく、その結果少なくとも自動車の排気装置で生ずるような条件下において、ガス流はその流れ阻止体を透過できない。支持構造物は、隣接する金属繊維層の縁の周りを取り囲む薄板として形成するとよい。

他の実施態様では、少なくとも１つの流れ阻止体は、少なくとも１つの繊維層の経過に少なくとも部分的に合った形状を有し、少なくとも本体の入口側面或いは出口側面の近くで流れ経路の部分を閉鎖する。この場合、流れ阻止体を別個の部品として形成し、該部品は流れ経路の少なくとも一部を閉鎖するように配置する。ここで述べた粒子フィルタの実施態様は、繊維層を積層、絡み合わせ或いは巻回で配置することを前提としている。即ち、繊維層端面はスパイラル状、直線状、Ｓ状又は類似の形状の経過を描く。繊維層がその表面にぴったり合う流れ経路を少なくとも部分的に境界づけているので、個々の繊維層の近くに存在する流れ経路は、個々の流れ阻止体で閉じられる。そのため、流れ阻止体は本質的に少なくとも１つの繊維層の経路に沿って延びる。ここでは「閉鎖」系の粒子フィルタを対象としているので、互い違いに閉鎖された通路ないし流れ経路は、各々第１の数の流れ阻止体が入口側面で相応した数の流れ経路を閉鎖し、第２の数の流れ阻止体が出口側面で残りの流れ経路を閉鎖することにより生じる。流れ阻止体として、ワイヤないし紐状の本質的に気密の形成物が有利である。

この関連において特に、少なくとも１つの流れ阻止体は、粒子フィルタを再生するための装置を有しおよび／又は温度や排気ガス流の成分の少なくとも１つのパラメータを検出するために適用されると有利である。粒子フィルタの上述した実施態様の場合、流れ阻止体は流れ経路を密封する機能の外に、追加的な機能、即ち例えば粒子フィルタの再生開始機能や測定値の検出機能を有する。粒子フィルタの再生に関し、流れ阻止体は例えば加熱線として形成される。加熱線に電流を流し、その抵抗熱で、粒子フィルタでの熱的再生に必要な熱を発生させる。また、流れ阻止体自体をセンサ等として形成してもよい。この場合、流れ阻止体を、例えば温度センサ、或いは排気ガス流のガス成分、例えば酸素、窒素酸化物、炭化水素等を検出するセンサとして用いる。

粒子フィルタの他の実施態様では、本体は、内燃機関のシリンダ室１．０リットル当たり０．５〜３．０リットルの総容積を持つ。ここで総容積とは、金属繊維層、支持構造物、流れ阻止体等および流れ経路を含む空間を含めた本体の容積を意味する。通常本体の総容積は、本体の入口側面および出口側面によって、並びにケースの内側面によって境界づけられている。好適な総容積の範囲は、シリンダ室１．０リットル当たり１．０〜１．５リットルである。ここでシリンダ室とは、内燃機関において全体として有用な燃焼室を意味し、この燃焼室は、通常内燃機関の大きさを表示するためにも使用される。

更にまた、本体を多数の通路を備えたハニカム体として形成し、本体の横断面毎の通路密度を１６〜６２ｃｐｓｃ（ｃｍ²当たり１６〜６２個）としてもよい。なおここではもう一度、通路が少なくとも１つの繊維層の表面並びに場合によっては少なくとも１つの支持構造物の表面によって境界づけられることに言及しておく。通路密度は “ｃｐｓｃ”で表され、“cells per square centimeter”を意味する。

粒子フィルタの発展形態では、本体は多数の繊維層を有し、該繊維層は、流れ阻止体とポケットを形成すべく両側に位置する入口側面および出口側面で互い違いに結合される。繊維層間に各々最低高さと最大高さを有する支持構造物が設けられ、該構造物は互いに隣接するポケットにおいて向きを互い違いにして配置される。換言すれば、支持構造物は繊維層間に広がる流れ経路を形成し、その最大高さを持つ支持構造物が存在する流れ経路は、最低高さを持つ支持構造物が存在する流れ経路に隣接する。流れ阻止体は、支持構造物が最低高さを有し、即ち隣接した繊維層ができるだけ密に相対位置している本体の箇所の近くに位置するとよい。かかる支持構造物の設置は、粒子フィルタの仮想断面を考えた際、Ｖ状ポケットを形成し、Ｖの開きは入口又は出口側面に互い違いに向いている。かかる粒子フィルタの形成は、特にその際に発生する動圧並びに繊維層と支持構造物の単純な接合技術的結合に関して有利である。なお補完的に、個々の支持構造物だけでなく、同形に形成した多数（可変）の支持構造物を含む支持構造物群を互い違いに配置してもよい。

また、本体が、軸線の方向において異なった機能や組合せ機能の区域を有するとよい。該区域は、粒子フィルタの排気ガス流が連続して貫流する箇所となり、各々、排気ガスに含まれる成分に異なる作用が加わる。かかる機能の例は、灰除去、煤除去、酸化、加熱、排気ガス成分の蓄積、排気ガス流の脱水等である。これら区域で、金属繊維層と支持構造物および／又は流れ阻止体とは、それらの機能に合わせて形成され、特に他の区域とは異なるパラメータで形成される。また、例えばかかる粒子フィルタに、流れ経路内に存在する部分ガス流の混合を生じさせる区域を設けてもよい。そのため、場合により部分ガス流の混合を達成すべく、追加的な流れ阻止体および／又は開口を流れ経路の壁に設け得る。

即ち、粒子フィルタの他の好適な実施態様では、本体が互いに整列した流れ阻止体により規定された少なくとも１つの内箇所置の境界部を有する。それに伴い、例えば種々の区域での金属繊維層の異なる形成により、各々排気ガス流全体との接触が保証されるという利点がある。この目的に沿い、そのような区域の下流側端に、この区域での繊維層の貫流を強いる流れ阻止体による境界部を設け得る。この流れ阻止体は、好適には、支持構造物の一部および／又は金属繊維層自体の一部である。流れ阻止体が上述した区域の境界部を形成する場合、該区域が本質的に１つの平面内に配置されていると有利である。

粒子フィルタの他の実施態様では、本体は、これを取り囲む少なくとも１つのスリーブを経てケースに結合される。材料や材料厚等に関し、異なる構成要素で形成した粒子フィルタでは、熱膨張挙動が内燃機関の排気装置の耐久性に関し常に重要な役割を果たす。更に粒子フィルタは再生中に極端な熱衝撃負荷を受ける。ここでは、一方で非常に薄く形成された支持構造物が存在し、他方でそれに対し幾分厚いが僅かな気密性の金属繊維層と、例えば厚さ１ｍｍ以上の中実の金属が存在している。これら全ての構成要素は異なる熱容量を有し、粒子フィルタの加熱ないし冷却時に異なった熱膨張挙動を生ずる。それでも構成要素の接合技術的結合を保証せねばならないため、接合技術部に大きな熱応力が生じ、該熱応力は、場合により構成要素の破損や構成要素間の接合部の破損を生じさせる。

これを防止する上で、本体の周りに配置され、片側面（内周面）が本体に結合され、反対側面（外周面）が非常に細長いベルト状箇所でケースに結合されたスリーブが適する。好適には、そのスリーブは同心的に配置され、本体の円周面の小さな箇所にわたってしか延びていない。これは、本体がその円周面の大部分にわたってスリーブに固く結合されておらず、即ちスリーブと無関係に膨張、収縮できることを意味する。この結果、本体に対して、軸および半径方向での最大の熱膨張性が保証される。またスリーブは、円周方向における異なった膨張性を可能にすべく、円周方向に組織化して形成されている。この種スリーブは、例えば国際公開第０３／００８７７４号パンフレットで知られ、そこに記載の説明はここでも補完的に使用する。この場合、スリーブないし粒子フィルタは、排気ガスが本体を迂回して流れることを防止すべく、追加的にシール手段を備える。このシール手段はスリーブ自体の一部でよいが、シール手段を別の箇所に、好適には本体とスリーブとの間に配置してもよい。

他の実施態様で、本体は少なくとも部分的に被覆を備える。被覆は機能に関し種々の性質を持つことができ、繊維、支持構造物および／又は粒子フィルタの他の構成要素に設けられる。好適には例えば、ウォッシュコート（ゼオライト）１リットル当たり４０〜１２０グラム［ｇ／リットル］の白金・酸化物層が設けられ、その貴金属添加量は立方ｃｍ当たり０．０００７〜０．００３５グラム［ｇ／ｃｍ³］である。他の好適な被覆として、粒子フィルタは少なくとも部分的に窒素酸化物吸収被覆を有し、その際０．０００７〜０．００３５グラム［ｇ／ｃｍ³］の貴金属添加で形成された１５０〜３００ｇ／リットルのウォッシュコートが設けられる。

粒子フィルタの他の実施態様では、流れ阻止体を本体の入口側面或いは出口側面の近くに配置し、複数の繊維層間に支持構造物を設けた粒子フィルタにおいて、少なくとも１つの繊維層に、少なくとも１つの流れ阻止体および／又は支持構造物との接合技術的結合部を形成すべく結合区域を設ける。これは、特に金属被覆層が隣接する構成要素に対するろう付け結合可能なように形成することを意味する。このために、例えば繊維層における空洞に対する充填物質並びに金属繊維層自体における繊維の特別な圧縮が適する。この結合区域の圧縮は、例えば繊維層を部分箇所で折り曲げて圧縮することで達成できる。

この関係で、結合区域が、残りの箇所と異なったパラメータを持つ繊維層の部分や付加的な個別構成要素を有すると特に有利である。これは、例えば上述のパラメータ（繊維直径、平均繊維間隔、層厚、層面積重量、層多孔率、個別繊維長等）の１つを、ここでは繊維材料のろう付け性が得られるように変更することを意味する。また、例えばこの結合箇所を、追加的に付加された、特にろう付け可能な、例えば薄板部分等の個別構成要素により形成してもよい。

以下図を参照し、本発明並びにその技術分野を詳細に説明する。図は本発明の特に有利な実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。

図１は、ケース２と本体３とを有する粒子フィルタ１の第１実施例を斜視図で概略的に示す。本体３は、ここでは２つの巻回点４５を中心としてＳ状に曲げて配置された多数の金属繊維層４からなっている。本体３はハニカム体２７として形成され、多数の通路２８を有する。該通路２８は本体３の入口側面１９から出口側面２０迄本質的に平行に延びている。その流れ方向４８を矢印で示す。入口側面１９の箇所に、本質的に金属繊維層４の配置のＳ状経過にならって延びる複数の流れ阻止体６を示している。これら流れ阻止体６は、入口側面１９において半分の通路２８を閉鎖し、出口側面２０において残りの半分の通路２８を同様に流れ阻止体６（図示せず）によって閉じている。

ここでは円筒管として形成したケース２は、本体３から両側面１９、２０で突出している。入口側面１９の近くに添加装置２１があり、この添加装置２１は、例えばアンモニアや炭化水素含有燃料に対する噴射ノズルとして形成されている。

ハニカム体２７とハウジングないしケース２との接合技術的結合は、本体３の円周に設けたスリーブ３６を介して行われる。このスリーブ３６は波形ベルトとして形成され、ハニカム体２７の長さ４９より短い幅５０を有している。スリーブ３６は、一方では、（内周面が）ハニカム体２７の全薄板端４７に結合され、他方では、反対側（外周面）がケース２に結合されている。このようにして特に、半径５１の方向において異なった熱膨張挙動に対する補償が行われる。

図２は、金属繊維層４間に支持構造物１４によって形成されたポケット３０を備えた粒子フィルタの実施例を示す。半径５１の方向に、金属繊維層４と支持構造物１４を互い違いに配置している。繊維層４の区域７と、波板として形成された支持構造物１４とが一緒に流れ経路５を境界づけている。支持構造物１４はその片側端面に非常に大きな波形組織を有し、他方で支持構造物１４は反対側端面に非常に小さな振幅波形を形成している。支持構造物１４の小さな振幅波形の近くに、流れ経路５を閉鎖する流れ阻止体６を設けている。支持構造物１４は、ここでは断面図において金属繊維層４が１つ置きに本質的に互いに平行に延びるよう、互い違いに配置している。しかしこれは、隣のポケット３０内の支持構造物１４が一様に形成されていないときには当てはまらない。排気ガス流を、例えば流れ経路５ないし通路２８を経て粒子フィルタの内部領域に導き、反対側端面から流出させるようにすべく、流れ阻止体６ないし流れ阻止体として形成したワイヤ１７によって、金属繊維層４を少なくとも１回強制的に通過させる。

図３は、金属繊維層４とここでは薄板１６として形成した支持構造物の積層体を詳細に示す。ここに図示する繊維層４は１ｍｍ以下の層厚を持つ。また、繊維層４間に配置した波形薄板１６で流れ経路５を形成し、該経路５で流れ方向４８に沿った排気ガスの流入を可能にしている。流れ経路５内に、流れ経路５に流入する部分ガス流を隣接して配置した繊維層４に向けて強制的に転向させ、これを通過させる流れ阻止体６を形成している。部分ガス流は、隣接する通路ないし流れ経路５に導かれ、かくして、流れ方向４８において再び粒子フィルタから流出する。流れ阻止体６は薄板１６の屈曲部ないしバッフル面４１として形成している。一部の通路を閉鎖すべく、繊維層４は結合区域３８を有し、この結合区域３８は、上記の例で圧縮繊維層４として形成し、下に示す例で個別構成要素３９（例えば金属箔）として形成している。更に、隣接する結合区域３８間に、ここでは別個の部品例えばシーリングコードである流れ阻止体６を形成している。

図４は、図３の金属繊維層４の特徴を明瞭にすべく、部分箇所を詳細に示す。この図から、繊維層４を表すための上述した一連のパラメータ、特に繊維直径８、繊維間隔９、繊維表面１１、層表面１２並びに個別繊維長１３が解る。繊維間の隙間には空気および／又は少なくとも部分的に添加材料が充填される。該添加材料は例えば被覆剤を含む。

図５は、本発明による粒子フィルタ１の異なる実施例を半部断面図で示す。本体３は多数の金属繊維層４を有し、該金属繊維層４は入口側面１９と出口側面２０で互い違いに流れ阻止体６ないし加熱線２２およびワイヤ１７で閉じられている。この場合、シーリングワイヤ１７が熱的再生を行うための加熱線２２を形成するだけでなく、追加的にケース２と本体３の間に本体３の円周に再生用の別の加熱線２２が存在する。繊維層４は流れ阻止体６と共に、ポケット３０状をなす流れ経路５を形成している。該ポケット３０内に各々支持構造物１４が設けられ、これら支持構造物１４は最低高さ３１と最大高さ３２を有し、隣接するポケット３０内に互い違いに配置されている。ここでは支持構造物は格子１５ないしエキスパンデットメタル（網目板）１８として形成されている。

本体３は軸線３３の方向に前置（上流）セグメント３４を有し、該セグメント３４は、例えば酸化作用を持つ被覆３７（図６）を備える。被覆繊維層４を排気ガス流が少なくとも１回通過するのを保証すべく、本体３は、支持構造物１４に形成された流れ阻止体６で形成された内部位置の境界部３５を有している。

加えて粒子フィルタ１は、その機能性を監視する測定センサ２３を備えている。測定センサ２３で得られた情報は、例えば再生を開始させる評価装置４０に伝えられる。

図６は、粒子フィルタ１の入口又は出口側面近傍の流れ阻止体６を詳細に示す。金属繊維層４は支持構造物１４より長く形成され、従って金属繊維層４は支持構造物１４から突出し、相互に接触している。繊維層４は、結合区域３８で相互の接合技術的結合を保証するよう形成している。ここでは、互いに隣接して配置した２つの繊維層４を、ロールシーム溶接法で互いに結合し、かくして流れ阻止体６を形成することを略示している。

図７は内燃機関、特に乗用車用ディーゼルエンジンの排気装置を概略的に示す。即ちシリンダ室２５に特徴がある内燃機関２６を示す。シリンダ室２５で生じた排気ガスは排気管４３を経て流れ方向４８に大気に向けて流れる。排気ガスに含まれる有害物質を転換すべく、排気ガスはまず酸化触媒４２に、次いでシリンダ室２５に合わされた総容積２４を有する本発明に基づく粒子フィルタ１に、そして最後に三元触媒コンバータ４４に導かれる。この結果、例えば粒子フィルタ１の連続再生も実施可能である。

ここで述べた粒子フィルタは、上記の技術的問題と要求に対する有利な解決策となる。金属繊維の採用で、粒子フィルタを採用目的に容易に合わせて製造でき、また金属繊維層の所定の熱伝導率と比熱容量は、時折所謂「ホットスポット」を発生する再生をかなり頻繁に実施するときも、自動車の排気装置内での連続利用を可能にする。

本発明に基づく粒子フィルタの概略斜視図。 繊維層および支持構造物の詳細斜視図。 支持構造物と繊維層との間の流れ経路の詳細斜視図。 金属繊維層の詳細図。 本発明に基づく粒子フィルタの異なった実施例の半部断面図。 流れ阻止体を形成する際の金属繊維層および支持構造物の配置の詳細図。 自動車内燃機関の排気装置の概略構成図。

符号の説明

１ 粒子フィルタ、２ ケース、３ 本体、４ 繊維層、５ 流れ経路、６ 流れ阻止体、 ７ 区域、８ 繊維直径、９ 繊維間隔、１０ 層厚、１１ 繊維表面、１２ 層表面、１３ 個別繊維長、１４ 支持構造物、１５ 格子、１６ 薄板、１７ ワイヤ、１８ エキスパンデットメタル、１９ 入口側面、２０ 出口側面、２１ 添加装置、２２ 加熱線、２３ 測定センサ、２４ 粒子フィルタ総容積、２５ シリンダ室、２６ 内燃機関、２７ ハニカム体、２８ 通路、２９ 横断面、３０ ポケット、３１ 最低高さ、３２ 最大高さ、３３ 軸線、３４ セグメント、３５ 境界部、３６ スリーブ、３７ 被覆、３８ 結合区域、３９ 個別構成要素、４０ 評価装置、４１ バッフル面、４２ 酸化触媒、４３ 排気管、４４ 三方触媒コンバータ、４５ 巻回点、４６ シール手段、４７ 薄板端、４８ 流れ方向、４９ 本体長さ、５０ スリーブ幅、５１ 半径

Claims (18)

1. ケース（２）および少なくとも１つの金属繊維層（４）を有する少なくとも１つの本体（３）から成り、前記金属繊維層（４）が、空間的に分離された多数の流れ経路（５）が本体（３）を通過して形成されるように配置され、各流れ経路（５）が各々少なくとも一箇所に流れ阻止体（６）を有している粒子フィルタ（１）において、
   少なくとも１つの金属繊維層（４）が、４００〜１２００Ｊ／Ｋｍ²の面積当たり熱容量を有することを特徴とする粒子フィルタ。
2. 繊維層（４）が少なくとも１つの区域（７）において以下の少なくとも１つのパラメータを有することを特徴とする請求項１記載の粒子フィルタ。
   ａ）繊維直径（８） ２０〜９０μｍ
   ｂ）繊維間隔（９） ５〜３００μｍ
   ｃ）層厚 ０．２〜１．５ｍｍ
   ｄ）層面積重量 ２５０〜２０００ｇ／ｍ²
   ｅ）層多孔率 ３０〜９０％
   ｆ）層表面積（１２）１ｍ²当たり繊維表面積（１１） ９〜１５ｍ²
   ｇ）個別繊維長（１３） ５〜１００μｍ
3. 少なくとも繊維層（４）が本体（３）内に、以下の少なくとも１つのパラメータが存在するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の粒子フィルタ。
   ａ）比層表面積（１２） ０．１５〜２．０ｍ²／リットル
   ｂ）層間隔（３９） ０．５〜１０ｍｍ
4. 本体（３）が、少なくとも部分的に隣接して配置された繊維層箇所を互いに間隔を隔てる少なくとも１つの支持構造物（１４）を有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の粒子フィルタ。
5. 少なくとも１つの支持構造物（１４）が、以下の構成要素を少なくとも１つ或いは併せて有することを特徴とする請求項４記載の粒子フィルタ。
   格子網（１５）
   薄板（１６）
   ワイヤ（１７）
   エキスパンデットメタル（１８）
6. 本体（３）の構成要素が、少なくとも箇所的に相互におよび／又はケース（２）に接合技術的に結合されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の粒子フィルタ。
7. 少なくとも１つの流れ阻止体（６）が少なくとも１つの支持構造物（４）の一部であり、該支持構造物（４）が少なくとも１つの流れ経路（５）を少なくとも一箇所で閉鎖することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の粒子フィルタ。
8. 少なくとも１つの流れ阻止体（６）が、少なくとも１つの繊維層（４）の経過に少なくとも部分的にぴったり合った形状を有し、本体（３）の少なくとも入口側面（１９）或いは出口側面（２０）の近くで流れ経路（５）の部分を閉鎖することを特徴とする請求項１から７の１つに記載の粒子フィルタ。
9. 少なくとも１つの流れ阻止体（６）が、粒子フィルタを再生するための装置（２１、２２、２３）を有しおよび／又は温度や排気ガス流の成分の少なくとも１つのパラメータを検出するために適用されることを特徴とする請求項８記載の粒子フィルタ。
10. 本体（３）が、内燃機関（２６）のシリンダ室（２５）１．０リットル当たり０．５〜３．０リットルの総容積（２４）を有することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の粒子フィルタ。
11. 本体（３）が多数の通路（２８）を備えたハニカム体（２７）として形成され、本体（３）の横断面（２９）ごとの通路密度が１６〜６２ｃｐｓｃ（ｃｍ²当たり１６〜６２個）であることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の粒子フィルタ。
12. 本体（３）が多数の繊維層（４）を有し、該繊維層（４）が、流れ阻止体（６）およびポケット（３０）を形成すべく、両側に位置する入口側面（１９）および出口側面（２０）で交互に互いに結合され、繊維層（４）間に各々最低高さ（３１）と最大高さ（３２）を有する支持構造物（１４）が設けられ、該支持構造物（１４）が互いに隣接するポケット（３０）において向きを互い違いにして配置されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の粒子フィルタ。
13. 本体（３）が、軸線（３３）の方向において異なった機能ないし複合された機能の区域（３４）を有することを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の粒子フィルタ。
14. 本体（３）が、互いに整列された流れ阻止体（６）によって規定された少なくとも１つの内箇所置の境界部（３５）を有することを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の粒子フィルタ。
15. 本体（３）が、該本体（３）を取り囲む少なくとも１つのスリーブ（３６）を経てケース（２）に結合されたことを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の粒子フィルタ。
16. 本体（３）に、少なくとも部分的に被覆（３７）が設けられたことを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の粒子フィルタ。
17. 流れ阻止体（６）が本体（３）の入口側面（１９）或いは出口側面（２０）の近くに配置され、複数の繊維層（４）間に支持構造物（１４）が設けられた粒子フィルタ（１）において、少なくとも１つの繊維層（４）が、少なくとも１つの流れ阻止体（６）および／又は支持構造物（１４）との接合技術的結合部を形成すべく、結合区域（３８）を有することを特徴とする請求項１から１６の１つに記載の粒子フィルタ。
18. 結合区域（３８）が、残りの箇所と異なるパラメータを持つ繊維層（４）の区域又は付加された個別構成要素（３９）であることを特徴とする請求項１７記載の粒子フィルタ。

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