JP2008508098A - 粒子状物質フィルタ用のフィルタプレート - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離するための粒子状物質フィルタ用のフィルタプレートに関する。このフィルタプレートは、焼結金属粉末で被覆されたガス透過性の支持材料で基本的に平面上に延在している表面領域を有する支持材料から作製される。本発明によれば、この表面領域（２）が、交互に設けられる線状の窪み（３）及び突起（４）を備えており、さらに、２つの連続する窪み（３）又は突起（４）の間に、該表面領域（２）の少なくとも平面部分（２ａ）が延在する。このフィルタプレートは、内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離するための粒子状物質フィルタを構成するのに用いることができる。

Description

本発明は、請求項１の前段に詳しく規定する種類のような、内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離する機能を有する粒子状物質フィルタ用のフィルタプレートに関する。本発明は、又、内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離する機能を有する粒子状物質フィルタにも関する。

排気ガスから不純物を分離するためのフィルタが特許文献１から知られる。このフィルタは、複数枚のフィルタプレートを備えたフィルタ本体を有する。このフィルタプレートは、焼結された金属粉末から構成され、隣り合う複数の流れのダクトを形成するように配置される。個々のフィルタプレートは波形形状に成形され、流れが縦方向又は軸方向に通過する。フィルタプレートのこの波形形状によって縦方向のダクトが形成されるが、このダクトは、相互に区画化されており、きわめて急速に灰によって閉塞されるので、フィルタの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、この方式で成形されるダクトにおいては非常に指向性が強い流れが生じるので、フィルタプレートの平面全体への分布が妨げられ、排気ガスの背圧が増大する結果が生じる。この既知のフィルタプレートのさらに別の欠点は、その剛性が低いことである。この低剛性によって、その取り扱いが部分的に著しく難しくなり、その耐久性に悪影響を及ぼす可能性がある。

別の粒子状物質フィルタが特許文献２に記載されている。この場合は、星形形状の複数のフィルタポケットが中心の穿孔部材の回りに配置される。このフィルタポケットは三角形の断面を有しており、排気ガス圧力によるフィルタポケットの変形を防止するための間隔形成要素がこのフィルタポケットに挿入される。しかし、スペーサとも呼称されるこの間隔形成要素は、粒子状物質フィルタ製造において付加的なコストを構成する追加的な部品である。さらに、間隔形成要素を設計する場合、間隔形成要素は排気ガスの背圧を増大する原因ともなり得るので、これが排気ガスの流れを妨げないことを確実に保証しなければならない。

独国特許出願公開第４２ ３４ ９３０ Ａ１号明細書 国際公開第０２／１０２４９４ Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、十分な程度の剛性を有すると共に、別のフィルタプレートと共に流入又は流出ダクトを形成する場合に、排気ガス圧力によって変形しない粒子状物質フィルタ用のフィルタプレートを製作することにある。さらに、このフィルタプレートの形状は、排気ガスの流れに対してできるだけ小さい抵抗のものでなければならない。

この目的は請求項１の特徴を有するフィルタプレートによって達成される。

本発明に従ってフィルタプレートに一体成形される線状の凹凸が、個々のフィルタプレートの剛性を改善する役割を果たし、その結果、このフィルタプレートは後続の加工段階において容易に取り扱うことが可能になり、圧力の下での変形傾向も低下する。粒子状物質フィルタを構成する場合に、本発明による２枚のフィルタプレートを合わせて接合して流入又は流出ダクト、あるいはフィルタポケットを形成すると、個々の凹凸がそれぞれ、接するフィルタプレートの凹凸上に支持され、その結果、個別ダクトの剛性も大幅に改善することができる。この場合、凹凸の形状が線状であることによって、公差が比較的緩くても、凹凸が、対応する交差点においてその対応する相手側に必ず当接することになり、それによって、２枚の接するフィルタプレートが互いの中に落ち込むことが防止され、従って当該フィルタプレートの一定の間隔が保証され、そのため排気ガスの流量が保証される。従来どおりの公差が維持されると、複数枚の本発明によるフィルタプレートから構成されるフィルタブロックにおいてきわめて高い精度を想定することが可能になり、このフィルタブロックの製造が著しく簡単になる。

少なくとも２つの連続する凹部又は凸部の間には、平面部分が延在するという事実の結果として、排気ガスの流れがフィルタプレートの全面に分布すること、従って流入及び流出ダクト内に分布することが常に確実になり、本発明によるフィルタプレートから構成した粒子状物質フィルタはきわめて低い排気ガス背圧しか生成しない。

さらに、本発明による線状の凹凸は、フィルタプレートの材料の中に僅かな延びしか生じさせないように形成することが可能である。この結果、基板材料の個々のメッシュは僅かに荷重を掛けられるだけで、フィルタの材料が成形工程によって損傷されることはない。

本発明の有利な実施形態において、線状の凹凸を表面領域上で波形形状に展開する方式を採用すると、フィルタプレートの非常に高度の剛性と、このフィルタプレートによって形成されるフィルタポケットを通過する非常に効率的かつ一様な流れとの両者が確実に実現される。

線状の凹凸が表面領域全面に連続的に延在していると、結果的に、接するフィルタプレートの凹凸の交差点が特に多数形成される。

内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離する粒子状物質フィルタであって、互いにほぼ平行に配置される複数枚のフィルタプレートを有する粒子状物質フィルタを請求項１１に規定している。

本発明のさらに有利な実施形態及び改良形態を残りの従属請求項に見出すことができる。次に図面に基づいて、本発明の実施例を原理的に説明する。

図１は、内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離する機能を有する粒子状物質フィルタを構成するのに用いられるフィルタプレート１を示す。粒子状物質フィルタの全体は図には示されていない。好ましくは内燃機関の排気装置の内部である使用箇所、及び、この種の粒子状物質フィルタの操作態様については、独国特許出願公開第４２ ３４ ９３０ Ａ１号明細書に記載されているので、以下の記述においてはこれについては詳しくは言及しない。

フィルタプレート１は、焼結された金属粉末で被覆されたガス透過性の基板材料から構成され、ほぼ平面に、特にこの場合図面の平面に延在している表面領域２を有している。図４に示すように、２枚のこのフィルタプレート１を互いに重ね合わせた時に、フィルタプレート１が相互に間隔を形成するために、フィルタプレート１の表面領域２に、線状の凹部３及び凸部４を交互に設ける。しかし、少なくとも２つの連続する凹部３又は凸部４の間には、表面領域２の平面部分２ａが常に残っている。この場合、凹凸はその見方によって、凹部３がフィルタプレート１の反対側では凸部４となり、逆も又そうであることを留意すべきである。

図１に示すフィルタプレート１の実施形態においては、線状の凹部３及び線状の凸部４は、波形の形状に構成され、全表面領域２の上に連続的に延在している。この例外は開口５の部分のみであり、フィルタプレート１の全周端部６に流入する排気ガスの流れが、この開口５を通してフィルタプレート１から排出される。強度及び流れに有利な形態に関して各寸法のフィルタプレート１に適した波形形状の凹部３及び凸部４の配置を得るために、この凹部３及び凸部４の振幅及びピッチを、例えば有限要素法（ＦＥＭ）によって計算することができる。これは、当然次に述べる別の実施形態にも当てはまる。

表面領域２の平面部分２ａに対する凹部３及び凸部４の相対的な配置を、図２及び３に一層明確に見ることができる。この図から、端部６は凹部３と同じ高さにあること、及び、表面領域２の平面部分２ａは、各凹部３と隣の凸部４との間に設けられることを見て取ることができる。単に別の点におけるフィルタプレート１の断面を示す図３においても同じことが言える。

図４は、個々のフィルタプレート１を互いに平行に重ね合わせることによって構成されるフィルタ本体７で、別の周知の（従って図示されていない）構成要素と共に粒子状物質フィルタを構成するフィルタ本体７の一部分を示す。これによって、フィルタポケットとも呼称される流入ダクト８及び流出ダクト９が交互に形成され、排気ガスの流れは流入ダクト８の１つから流出ダクト９の１つにフィルタプレート１を透過して流れるので、この部分において、粒子状物質、特にすすの微粒子が排気ガスの流れから分離される。排気ガスの流れがフィルタプレート１の間に流入し、同時にこの排気ガスが開口５を通してのみ排出されることを可能にするために、流出ダクト９は、フィルタプレート１の端部６において相互に結合されている。この結合は、溶接、例えばそれ自体周知のＴＩＧ溶接法によって有利に施工することができる。図４に示すフィルタプレート１は、図１、２及び３のフィルタプレートにほぼ等しいので、表面領域２の平面部分２ａが、各線状の凹部３と隣の線状の凸部４との間に延在している。流入ダクト８を形成する接するフィルタプレート１の凸部４と、流出ダクト９を形成するそのフィルタプレート１の凹部３とは、それぞれ、交差点１０において互いに接触していることを見て取ることができる。交差点１０が多数形成されることに関しては、接する２枚のフィルタプレート１が相互に鏡面対称となるように構成されると、特に適切であることが判明している。

これとは対照的に、図５によるフィルタ本体７においては、線状の凹部３が線状の凸部４に直接隣接している。それにも拘らず排気ガスの流れのフィルタプレート１の全面への十分な分布を可能にするために、表面領域２の平面部分２ａが、各線状の凹部３に隣接すると共に、各線状の凸部４にも隣接している。

図６は、フィルタプレート１の第２の実施形態を示す。このフィルタプレートの線状の凹部３及び凸部４は、表面領域２の全面に対角線状に延在している。図６による表現は、互いに重ね合わせた２枚のフィルタプレート１を示しているので、交差点１０は、２枚の接するフィルタプレート１の凹部３と２枚の接するフィルタプレート１の凸部４との間に形成される。２枚の接するフィルタプレート１の場合に、それぞれ、凹部３のみ又は凸部４のみが互いに交差する、あるいは相互に接触することも当然可能である。

フィルタプレート１の別の実施形態を図７に示す。この場合は、線状の凹部３及び線状の凸部４が、長手方向の端部６に平行な長手方向に、フィルタプレート１上に延在している。２枚のこのフィルタプレート１によって形成されるフィルタポケット内に流れのダクトが形成されるのを避けるために、線状の凹部３には複数の点状の凹部１１が設けられ、線状の凸部４には複数の点状の凸部１２が設けられ、これらが、接するフィルタプレート１との各交差点１０を形成する。この場合、２枚のフィルタプレート１の凹部３又は凸部４は、互いに平行になるように配置することも、あるいは互いに交差するように配置することも可能である。点状の凹部１１及び点状の凸部１２の形態は、図８による断面に明確に見ることができる。

図９によるフィルタプレート１の実施形態においては、線状の凹部３が、開口５の方向に星形形状に、かつ開口５の周囲に延びている。この方式においては、排気ガスの背圧とあらゆる乱流とを低減するために、流出ダクト９を通って流れる清浄空気の流れの排出用として、拡大された断面が設けられるべきである。この場合、流入ダクト８の断面はある量だけ低減される。これは、凹部３が、流出ダクト９に付属しており、流入ダクト８においては対応する凸部を構成することを意味している。凸部４は、フィルタプレート１の相互支持の原則的な効果を維持するために、それぞれ、凹部３に沿って設けられる。

流出ダクト９からの排気ガスの急速排出に関する同様の効果が、図１０に表現されるフィルタプレート１の実施形態によって実現される。この場合、フィルタプレート１の線状の凹部３は魚の骨の形状になっているので、流出ダクト９に透過流入する排気ガスの流れは、分岐を形成する個々の凹部を通り抜けて中央の凹部へ達し、そこから排出されることが可能になる。この場合も、凹部３には、それぞれ凸部４が付属する。この実施形態は、非常に長いフィルタプレート１に特に適している。

本発明によるフィルタプレートの第１の実施形態の平面図を示す。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示す。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図を示す。 フィルタ本体を形成するための図１の複数枚のフィルタプレートの配置を示す。 別の実施形態における複数枚のフィルタプレートの配置を示す。 本発明によるフィルタプレートの第２の実施形態の平面図を示す。 本発明によるフィルタプレートの第３の実施形態の平面図を示す。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図を示す。 本発明によるフィルタプレートの第４の実施形態の平面図を示す。 本発明によるフィルタプレートの第５の実施形態の平面図を示す。

Claims (13)

1. 内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離する機能を有する粒子状物質フィルタ用のフィルタプレートであって、焼結された金属粉末で被覆されたガス透過性の基板材料から構成され、ほぼ平面に延在する表面領域を有するフィルタプレートにおいて、
   該表面領域（２）に線状の凹部（３）及び凸部（４）が交互に設けられ、少なくとも２つの連続する凹部（３）又は凸部（４）の間に、該表面領域（２）の平面部分（２ａ）が形成されることを特徴とするフィルタプレート。
2. 前記線状の凹部（３）及び凸部（４）が、前記表面領域（２）の全面に波形の形状に延在することを特徴とする請求項１に記載のフィルタプレート。
3. 前記線状の凹部（３）及び凸部（４）が、前記表面領域（２）の全面に対角線状に延在することを特徴とする請求項１に記載のフィルタプレート。
4. 前記線状の凹部（３）及び凸部（４）が、前記表面領域（２）の全面に連続的に延在することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のフィルタプレート。
5. 前記線状の凹部（３）及び凸部（４）が、前記表面領域（２）の全面に星形形状に延在することを特徴とする請求項１に記載のフィルタプレート。
6. 前記線状の凹部（３）及び凸部（４）が、前記表面領域（２）の全面に魚の骨の形状に延在することを特徴とする請求項１に記載のフィルタプレート。
7. 前記表面領域（２）の端部（６）が、前記線状の凹部（３）又は凸部（４）と同じ高さにあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタプレート。
8. 前記線状の凹部（３）に付加的な点状の凹部（１１）が設けられ、前記線状の凸部（４）に付加的な点状の凸部（１２）が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタプレート。
9. 前記各線状の凹部（３）と、隣の線状の凸部（４）との間に前記表面領域（２）の平面部分（２ａ）が形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルタプレート。
10. 線状の凹部（３）が線状の凸部（４）に直接隣接し、前記表面領域（２）の平面部分（２ａ）が、該線状の凹部（３）及び該線状の凸部（４）の両者に隣接することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルタプレート。
11. 内燃機関の排気ガスの流れから粒子状物質を分離するための粒子状物質フィルタであって、排気ガス用の流入ダクト（８）及び流出ダクト（９）を交互に形成するように互いにほぼ平行に配置される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複数枚のフィルタプレート（１）を有する粒子状物質フィルタ。
12. ２枚の接するフィルタプレート（１）が、互いに鏡面対称となるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の粒子状物質フィルタ。
13. 前記流入ダクト（８）を形成する前記フィルタプレート（１）の凹部（３）が、前記流入ダクト（８）を形成する前記フィルタプレート（１）の凸部（４）よりも大きな面積を占めることを特徴とする請求項１２に記載の粒子状物質フィルタ。

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