JP4091539B2 - 燃焼機関の排気ガス用の微粒子フィルタ - Google Patents

Description

本発明は請求項１に記載された概念、すなわち燃焼機関、特にディーゼル燃料で動く燃焼機関の排気ガス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 １０７３８ Ｃ１によって知られており、フィルタバッグによって作用し、フィルタバッグは排気ガスから流れる焼結金属製のフィルタ面を有し、中央に凹みを設けている。連続したフィルタバッグは、中央の凹みに向いているバッグ開口部の領域でフィルタ本体に重なりあって相互に隣接している側壁の上方で結合しているため、フィルタの壁に沿って設けられていることが明らかである。フィルタの壁は分割溝を設けており、これにより互いに支えている。原則的に、空間上の構造、特に製造上の観点から上述の構造による微粒子フィルタは広範囲に結合している。

ダストフィルタについてはＤＥ ３６ ３７ ５１６ Ｃ１によって知られており、このダストフィルタはフィルタ本体についてはＶ字型のフィルタバッグによって作られており、先端の丸くなっているＶ字型の終端部は三角形の断面の場合にバッグ開口部を含めて束ねられたバッグ側によって形成されるＶ字型の切れ込みを有し、Ｖ字型の切れ込みの一つは先端の丸くなっているＶ字型の終端部と向かい合っており、Ｖ字型の終端部のその他は縦方向側に先端の丸くなっているＶ字型の終端部の頂点に延びている。使用される柔軟性のあるフィルタ材料を考慮してそれぞれのフィルタバッグの内側にガス透過性でフィルタ媒体の形状に従って支持材を組み込むのは、形状を維持するためである。

本発明の課題は、製造するための好適な前提条件にもかかわらず、少ない空間量でフィルタ本体を構成する場合の高いフィルタ性能を考慮して、最初に記載した形態による微粒子フィルタを作ることである。

フィルタ本体を構成するために極めて鋭角でＶ字型のフィルタバッグとともに作用する請求項１に記載の微粒子フィルタにより実現される場合には、これらのバッグ用の測定比率についてはフィルタ面に対する空間量の比率の有利となることが確実となり、しかも燃焼機関の微粒子フィルタ用に与えられる必要条件について特に考慮されるために、フィルタ面上で過給される微粒子、特に煤の微粒子の燃焼ならびに煤を燃焼した後に不可逆的にフィルタに残留するエンジンオイルダストの蓄積についても特に考慮される。

それぞれのＶ字型のフィルタバッグ及びこれら相互の割り当てについて、これ以外の構造上の実施形態において、本発明は更にフィルタバッグ及びこのフィルタバッグに割り当てられ制限されている反対空間の容積を本発明に基づく微粒子フィルタの作用条件に合わせる方法であるため、汚染、場合により燃焼残留物によって異なるフィルタ面の堆積能力についても構造上考慮され、例えば自動車に微粒子フィルタを配置することを条件としている様々な流れ方に関する条件についても同様である。

フィルタバッグとその反対空間との間の容積比率について考慮することにより、フィルタバッグの相互の間隔ならびに空間上のレイアウトや形状については本発明に基づいて変えることができ、この時フィルタバッグの形状を変えることによって構造上の負担をかけることなく側壁を変えたり縦方向の切れ込みを丸くしたりすることが可能となる。同時に改善された条件で溶接を行なうことができるように、特にフィルタバッグの側壁の周辺部分の形状は折り曲げて使用される。エッジの折り曲げ又は折り返しによる密集又はブリッジ形成は特に嵌め込みテープの形でスペーサを取り付けることによって接続することができ、溶接条件を改善するため及び／又はエッジの領域を補強するために丸くすることが効果的である。

それぞれのフィルタバッグについて効果的であるのは、フィルタ面に含まれる側壁ができる限り壁の薄い形状であり、以下ではスペーサと称される、支持するための折り返し及び／又はガスを供給するための折り返しをフィルタバッグのほっそりとした鋭角の形状を使用することであり、この折り返しを経由してフィルタバッグの内部に流れる割合への影響については、改善されるガスの供給ならびに相互に影響することの妨げについて意図した様々な流れ方に関する条件によって実現可能である。更に前記折り返しは特に触媒材料等の担体として使用され、温度ピークを調整するための熱緩衝装置の機能も折り返しに適している。スペーサは本発明に基づいてガス不透過性の物質により作られ、従ってフィルタ材料の形状によることなくガスがフィルタ媒体を通過するのを防ぐ。

スペーサについては、場合によってフィルタ内部のバッグにおいて流れ込む側で前側の鋭角の領域に還元剤を注入する方法についても効果的に実現することができる。スペーサを固定した別のパイプラインシステムをこうした目的に利用することもできる。

スペーサの構造については波形を付けた又は折り曲げた平坦な構造が特に効果的であり、同時にガス供給形状としても用いることができる。このガス供給形状は、金属板の溝及び波形構造による互い違いの成形によって濾過されたガスを混ぜ合わせることが可能となる形態によって本発明に基づいて相互に接続しているため、ガスの流れを調整することによる排気は流体工学的に最適化される。このような流れ方の実現については本発明に基づいてスペーサ板の特定の領域から引き出すことによっても実現され、この引き出しはフィルタバッグの中央にあるスペーサ板を固定することによってスペーサを取り付ける形式である。

更に本発明に基づいて効果的であるのは複数の層によって構成されるスペーサを使用することであり、特に直列接続による触媒反応させるために自由に使用できる表面が適切なプロセスにより触媒作用を行なうようにスペーサの表面をなるべく大きくすることが有効となる。スペーサは本発明に基づいて様々な耐熱性の物質、特に金属によって構成され、板又はスペーサを作るために使用することができる。

本発明によって実現されるフィルタ本体の構造に関する高い柔軟性は、微粒子フィルタの流入円錐又は流出円錐にまで入り込むこと及び空間全体の利用について改善することも可能であり、これらの領域では特に流れ込む側から煤の温度を低くする物質によるコーティングが効果的であり、これと同時に汚れたガス側と反対側の清浄なガス側において主に窒素酸化物還元に有効となる物質によるコーティングが問題となる。

フィルタバッグの形状は断面が比較的細長いＶ字型エレメントとして好適な方法により相互に組み込まれ、フィルタバッグの基本的な形状を変える必要なく更にフィルタ本体の様々な構造を可能にし、特に汚れたガスがフィルタバッグに隣接している反対空間に流れ込む場合にはフィルタバッグが更に温度変化する場合の有利な前提条件となり、フィルタバッグが本発明に基づくレイアウトによって流れ込む方向とは逆に広がり、切れ込んで延びるフィルタバッグのＶ字型構造により、フィルタバッグの周辺部及びフィルタバッグ全体で露出している長さを経由して調節しながら流れる。

特に本発明によるフィルタバッグは簡単な方法によってフィルタ本体に集約することができ、特にフィルタバッグにより形成されるフィルタ本体のエッジ側の周囲では止め輪が効果的であり、同時に個々のフィルタバッグならびにフィルタ本体を適切な支持材、特にケーシングで支持したり、汚れたガス側と清浄なガス側との間にあるバッグ開口部を含む平面を密閉したりするために止め具を使用することができる。特に本発明によってフィルタバッグを相互に流出側の領域の溶接ならびに場合により止め輪の溶接は液体金属を注入する方法によって行なわれ、フィルタ本体は場合により適切に加熱した後で金属溶液に浸漬する。

本発明におけるこれ以外の詳細説明及び特徴については、請求項ならびに以下の説明において明らかとなる。

図５の透視全体図で示した微粒子フィルタ１に関して、図１ではフィルタバッグ２の構造原理及び一方の終端にある中央の支持ピボット３ならびに他方の終端にある半径の内側にある止め輪４及び外側にある止め輪５として示した図５に記載の回転対称式の微粒子フィルタ１の構造用の終端側の固定部分についての構造原理を示しており、この時特に図６で明らかとなるのは、支持ピボット３及び内側にある止め輪４が中央の支持パイプ１８によって接続していることである。

このように接続することによって明らかであるのは中央部が補強されていることと密閉されていることであり、この時特に長所であるのは支持パイプ１８が終端側の接続部分、止め輪４、支持ピボット３と確実に接続していることである。確実な接続、特に止め輪４に対しては溶接による接続が行なわれるため、この止め輪は隣接する支持パイプ１８と共にフィルタバッグ２の半径の内側にある終端に対して正面側に隣接及び被覆しながら接続する。支持ピボット３は支持パイプ１８の中で軸方向に移動させることができ、フィルタバッグ２の角側７と半径の内側で溶接接続しているため、支持パイプ１８やフィルタバッグ２の膨張によって変形しないこと、及びこれによって更にフィルタバッグ２に生じる負荷を前提としている。

膨張するのを抑制するために支持パイプ１８にはフィルタバッグ２とほとんど同じ材料を使用するため、本発明によって効果的であるのは、支持パイプ１８が両方の終端に隣接する部分と例えば止め輪４や支持ピボット３と確実に接続し、例えば溶接接続によって接続することと、これにより特に安定した支持ユニットを作り出すことである。

前記支持ユニットは例えば組み立て式の支持ユニットとして使用することができ、この時支持ユニットはフィルタケーシングのように取り付け部を固定するためにも使用することができる。更に効果的なことは、止め輪４や支持ピボット３と同様に支持パイプ１８と隣接する終端側の部分には貫通孔が設けられ、軸方向に膨張材を入れることができることである。

フィルタバッグ２について図面により明らかであるのは焼結金属製であることであり、この時硬くて壁の薄い焼結金属板を製造するための原材料は場合により型押ししたり溝をつけたりすることによって補強される。本発明は焼結金属によるフィルタ面又はマットを形成することであり、例えば多孔板等の形で支持フレームに取り付けられ、この時変形しやすい焼結金属箔又はマットを取り付けることは前記支持フレームの領域にある担体に制限され、この担体にはフィルタ機能が付与されているため、例えばエッジや接続部の領域は空いたままである。支持フレームとして例えば伸長金網といった格子板が問題となり、この時焼結処理により焼結金属製のコーティングを塗布することについて伸長金網は本発明に基づく非常に効果的な解決策を導く。焼結金属は主に担体の開口部にのみ入り込む。格子板は伸長金網の形においても更に長所となるのは、例えば図１〜図４に記載の角側６及び７に閉じられた又は少なくとも開口部から空いた構造である角側の領域にフィルタバッグ２の側壁９及び１０を溶接接続するために有利になるような開口部であることである。コーティングを損傷することなく比較的鋭い折り曲げエッジのコーティングを実現することができるにもかかわらず、フィルタバッグの折り曲げエッジの部分において支持フレーム、特に格子板による特殊な構造であるのは、すでに行なわれた焼結金属コーティングについて危険を伴わずに角の鋭く折り曲げる工程を実施するためである。

図１〜図４はそれぞれフィルタバッグ２を幾何学的な図で示しており、この時断面が三角形である場合にフィルタバッグ２は四角形の基本的な形状である。実施例では基本的な形状が細長い長方形であるフィルタバッグ２の４つの角側６；７；１５；１６から正面側にある角側６及び７のうちの一つで、実施例では角側６はバッグ開口部８を有し、バッグ開口部はフィルタバッグ２の三角形の断面に対して半径の内側に細くなり、三角形の断面については高さ方向に鋭角にしだいに細くなり、角側６の面を決定するため、フィルタバッグ２の側壁９及び１０がバッグ開口部８の辺を形成し、この時図１及び図３で示したバッグ開口部８の領域において内張りによって嵌め込みテープ１１が設けられ、嵌め込みテープは側壁９及び１０の半径の外側にある領域に延びており、U字型の金具として突起部１２とともに三角形のバッグ開口部８はその幅（かぶせ板１７）の範囲内で広がる。好適な補強機能以外に―別に設けることのできる支持スポークであれば―前記嵌め込みテープ１１を―スペーサと同様に―使用することが効果的であるのは、周辺方向に相互に隣接するフィルタバッグ２の側壁９、１０の正面側の溶接、特に融接を軽減したり可能にしたりするためであり、この時突起部１２によって特に溶接による止め輪５の固定を実現することができる。

半径の外側にある止め輪５へのフィルタバッグ２の正しい固定を容易にしているのは、止め輪に放射状に歯状で三角形の突起１３が設けられ、これらの突起によって半径の外側にある周辺側にフィルタバッグ２を広げることによるものである。

フィルタバッグ２の半径の内側にある終端に向かって放射状に覆っている角側６の領域において内側にある止め輪４によってフィルタバッグ２は半径の内側に固定され、この時角側６は覆われた領域に含まれ、場合により適切な溝である場合には突起１３と同様に内側にある止め輪４に軸方向に歯状の突起１４が割り当てられており、この突起と隣接してフィルタバッグ２用の作動空間を形成する。このレイアウトと同様にフィルタバッグ２あるいはその側壁９及び１０はバッグ開口部８の領域において内側にある止め輪４と外側にある止め輪５との間に放射状にスポークを形成し、この時フィルタバッグ２の三角形の断面は側壁９及び１０を十分に補強することで厳しい温度条件下でのフィルタバッグ２の形状維持についても保証し、フィルタバッグには微粒子フィルタ、特に煤の燃焼によって作用する微粒子フィルタを取り付けている。

フィルタバッグ２の硬直に寄与しているのは、フィルタバッグ２が放射状に高さ方向に、すなわちフィルタ本体の回転対称の形状については内側にＶ字型にしだいに細くなり、この形状についてはバッグ開口部８から軸方向にＶ字型の円錐と重なりあっていることを特徴とする別の形状であるため、側壁９及び１０が半径の内側に向かって延長し、バッグ開口部８の反対側にある角側７と同様にフィルタバッグ２の角側１５にはＶ字型の切れ込みを形成し、この時放射状に内側では支持パイプ１８によって支持され、支持パイプは更に隣接するフィルタバッグ２同士を半径の内側で適切に支えている。

かぶせ板１７を経由して側壁９及び１０の間のブリッジとしてフィルタバッグ２に関して三角形で、側壁９及び１０を補強する接続部であることが明らかであるため、フィルタバッグ２に囲まれる中心部は空けておくことができ、排気ガスを通すために空いたままである。

かぶせ板１７について明らかであるのは、一つずつ側壁９及び１０とともに一つの基板から例えば折り曲げたり、特に折り畳んだりして形成することであり、この時かぶせ板１７が極めて鋭角の構造であることで基板はほぼ鋭角の断面を有し、この基板はほんの僅かな切断によって損失した場合でも面積の相当大きな基板又はローラ材料によって製造することができる。

多数の回転対称式のフィルタ本体を形成するフィルタバッグ２について図示した実施例では、相互に隣接しているおよそ５０個のフィルタバッグ２であるため、半径の外側へ開いたＶ字型の角度はおよそ７°であり、軸方向のバッグの長さについては実施例ではバッグのおよそ二倍の高さに相当し、軸方向にバッグ開口部８と反対側に開いているＶ字型の角度はおよそ３°〜４°である。バッグ開口部８の領域にあるＶ字型の背部の幅、すなわちバッグ開口部８の領域にあるかぶせ板１７の幅はフィルタバッグ２の高さ２４のおよそ八分の一であり、その長さについては図２に２３で示している。およそ６０個のフィルタバッグ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字型の角度はおよそ６°であり、バッグ開口部８の幅がフィルタバッグ２の高さ２４の六分の一から九分の一の間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、特にフィルタ本体の回転対称式の構造による微粒子フィルタについてであり、Ｖ字型のフィルタバッグ２については５ｍｍ〜１２ｍｍの、好ましくは６ｍｍ〜８ｍｍのＶ字型の背部の幅Bが特に好適である。特に解決策については、フィルタ本体が中心部に集まったＶ字型のフィルタバッグを備える場合及び５ｍｍ〜１２ｍｍ、特に６ｍｍ〜８ｍｍのＶ字型の背部の幅である場合に、フィルタ本体の直径に対するフィルタバッグの数は
０．２６×Ｄ＜ｎ＜０．５２×Ｄ
の範囲内であり、この時フィルタ本体の直径をＤで示し、フィルタバッグの数をｎで示している。

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２が相当の数である場合に軸方向にバッグ開口部８と反対側に開いているフィルタバッグのＶ字型の角度αについて更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°

フィルタバッグの長さ２３と同じＶ字型の長さＬに対するバッグ開口部８の範囲内におけるＶ字型の背部の幅Bの関係は効果的であり、これについて適用されるのは：
１０＜Ｌ／Ｂ＜８０，
特に１０＜Ｌ／Ｂ＜６０

フィルタ面Ｆの決定がフィルタを経由して最大限に流れる空気質量ｍとの関係で更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により費用の点で特に好適な結果が明らかとなる。

実際に特に有利な中間の領域は
２５０＜ｍ／Ｆ＜２７０
であり、これに関する実施例はフィルタ面が１．７ｍ^２の場合に最大空気質量が４５０ｋｇ／ｈで排気量がおよそ２リットルの過給された自動車‐ディーゼルエンジン用に設計されており、中心部に集まっているフィルタバッグを備えたフィルタ本体、特に断面が円形であるフィルタ本体についてはおよそ６０のフィルタバッグが連続する設計である：フィルタバッグの長さは２５０ｍｍ、Ｖ字型の背部の幅はおよそ７ｍｍ、高さはおよそ６０ｍｍである。

図２では角側６、７及び１５に沿ったエッジ部分のハッチングについて示しており、ここで側壁９、１０は長所として平面で、例えば抵抗溶接によって接続しているため、フィルタバッグ２の製造は十分に制御することができる。

バッグ開口部８と反対側の終端の部分においてフィルタバッグ２は中心部で支持ピボット３と接続しており、この時支持ピボット３はフィルタバッグ２の角側１５を囲む環状空間に固定され、図６で示しているように、半径の内側にある角側１５及びバッグ開口部８と反対側の角側７の間でフィルタバッグ２は支持ピボット３と溶接接続している。

図５において矢印１９で示したように、このようにして構成される中央軸２２に対して回転対称の微粒子フィルタ１は主にフィルタバッグ２の閉じられた終端と逆方向に正面が輪に流れ、流れる方向（矢印１９）にしだいに細くなるＶ字型空間２０―フィルタバッグ２の反対空間として―の間にある汚れたガスは隣接するフィルタバッグ２の間に流れ込み、側壁９、１０を経由して放射状にフィルタバッグ２の内部空間に流れ込み、バッグ開口部８を経由して流出側（矢印２１）に出る。フィルタバッグ２のＶ字型を微粒子フィルタ１と組み合わせることで発生するすきま空間を適切に洗浄することができる。

上述のように構成される微粒子フィルタ１は狭い構造空間における広いフィルタ面を提供し、図示していない排気ガス装置に一体化する構造によるフィルタケーシングにも適しており、この時微粒子フィルタ１の形状について有利な方法によって解決することができるのは、高価な費用によらずに特に濾過を行なう目的で微粒子フィルタ１を使用する場合である。

鈍角に形成されたＶ字型の終端部がバッグ開口部８に割り当てられており、側壁９、１０がＶ字型の面としてそれぞれバッグ開口部８と反対側のＶ字型の終端部及び終端部の間の一方に延びる角側１５にＶ字型切れ込みにおいてＶ字型のエッジとして広がっている焼結金属製のＶ字型のフィルタ面を有するフィルタバッグ２を備えたフィルタバッグ１の本発明に基づく構造は、側壁９、１０によってＶ字型の面として面積の大きな平坦なフィルタ面に基づいて、フィルタバッグ２の側壁とは別の例えば多孔板又は特に伸長金網の形での格子板といったその他の方法によって作られる支持フレームといった支持構造を形成するために割り当てられる柔軟性のある焼結金属マット又は焼結金属箔によってフィルタ面が形成される場合の形状についての特別な方法に適しているため、側壁９、１０が多層式の構造であり、長所として支持機能を重視しない考え方による焼結金属構造はフィルタ機能を持つ。

図７〜図１２では、本発明に基づくフィルタバッグについて図示しており、製造する観点（図８〜図１１）ならびにフィルタバッグの反対空間にフィルタバッグ２の様々な容積を実現させる観点において明らかであり、この時反対空間としてフィルタバッグ２上で隣接し反対方向に開いた相互に連続しているフィルタバッグ２の間にあるＶ字型空間２０（図５）が図示され、本発明によってこの反対空間に主に濾過されていない排気ガス―汚れたガス―が流れ込む。流れ込む方向については矢印１９で示している。ここで明らかであるのは、フィルタバッグ２の外側の面において濾過された微粒子が堆積していることであり、同時に図５の矢印２１で示したように、特に側壁を経由してフィルタバッグに入って濾過される排気ガスがバッグ開口部８を経由して流出する。

図７で示したフィルタバッグ２について図８〜図１０では、角側１５に割り当てられたフィルタバッグ２の縦断面を通る断面について図示しており、角側７に割り当てられた横断面も同じように図示している。フィルタバッグ２の側壁９、１０が角側１５を通って形成される縦断面に延びていることについて図８〜図１０では示しており、角側１５に割り当てられたエッジの領域において側壁９、１０を折り返し、この時図８及び図９のそれぞれの折り返し２５あるいは２６は二重折り返しとして図示され、折り曲げ、折り返し、巻き込み等によって行なわれる。場合により一回だけ又は図示したような二回の折り返し２５、２６が可能であり、この時折り返し２５、２６を経由して角側１５の領域において接続する側壁９、１０は折り返しによって密集する。本発明によって例えば優れた溶接が可能となることで圧縮することのできる密集した領域にはスペーサ２７として示したような挿入物が設けられており、この時スペーサ２７は例えば嵌め込み式のテープによって形成される。このテープは図９に記載の実施形態に基づいて折り返し２５、２６の間に設けられ、図１０では側壁１０についてのように、一回だけの折り返し２８の場合の実施形態について示し、この折り返しはスペーサ３０を通って行なわれている。反対側にある図示していない側壁についても同様の方法によって行なわれる。本発明によって図８及び図９に記載の実施形態と同様に角側１５の領域における側壁９又は１０の一方については角側７の領域においても同じように密集する。

折り返し２５、２６、２８及び／又はスペーサ２７、３０ならびにその寸法と同様に明らかであるのは、角側７及び１５に割り当てられた切れ込みに対して丸みあるいは広がりがあり、これらに応じてフィルタバッグ２の容積も大きくなっていることである。

フィルタバッグ２の容積とこれに付随するＶ字型の反対空間２０との間の比率を変えることは、フィルタを取り付ける際に隣接するフィルタバッグとの間隔を空けてフィルタバッグを配置することで本発明では実現し、バッグ開口部８の領域においてそれぞれ隣接しているフィルタバッグ２の同じ側面エッジは、バッグ開口部に割り当てられた側壁９、１０の空いているエッジと直接隣接していない。

図８〜図１０とは対照的にそれぞれのフィルタバッグ２についてそれぞれの側壁９、１０を外側に折り返すことによって図１１で示した適切なブリッジングが行なわれ、折り返しは図１１において３１及び３２で示し、図６に記載の図に隣接した図示されていないフィルタバッグ２についての側壁１０は線を引いて示しているだけである。折り返し３１あるいは３２はそれぞれ連続するフィルタバッグに割り当てることができ、折り返し３１あるいは３２及び／又は図１１に図示していないスペーサによってバッグ開口部８に割り当てられる平面の領域に連続するフィルタバッグを取り付けることについて考慮した好適で効果的な実施形態が明らかである。

始めに説明したフィルタバッグ２及び反対空間２０の容積比率に影響を及ぼす別の方法については、側壁９、１０について伸縮する過程について図７の矢印XIIからの平面図について記載した図１２で示す。

図１３は図５に記載の原則的な構造による微粒子フィルタ３３の正面側における平面図であり、図示した正面側にフィルタバッグ２のバッグ開口部８が割り当てられ、平面図によって明らかであるのは、フィルタバッグ２において支持するための折り返し及び／又はガスを供給するための折り返しがスペーサ３４の形で配置されていることである。

図１４及び図１５では図解（図１４）あるいは透視（図１５）により前記スペーサ３４の実施形態について示しており、スペーサは図１３で示したように波形形状の形で波の山によって交互に向かい合うフィルタバッグ２の側壁９、１０を支持している。フィルタバッグ２のＶ字型の断面と同様に明らかであるのは、切れ込みを形成するそれぞれのフィルタバッグ２の角側の方向にある波形形状の平らな面であり、平坦なスペーサ３４全体における縦方向の切れ込みについての縦方向のエッジ３６と横方向の切れ込みについての横方向のエッジ３７に相当する。この折り返しの正面側の平面図には波形の線３８及び３９を図示している。図１４及び図１５では更に、それぞれのフィルタバッグにおいて流れる方向４０についてはバッグ開口部８に折り返し３４の横方向のエッジ４１が割り当てられることについて示しており、縦方向の切れ込みに相当する縦方向のエッジ３６に向かって流れる方向４０について折り返しの波形形状によって形成される形状３５が容易に広がりながら延びるのは、側壁を経由して流れ込み、フィルタバッグを通過する排気ガス用にフィルタバッグの断面形状をできる限り利用するためである。

それぞれのフィルタバッグ２にスペーサ３４を嵌め込むのは、横方向の切れ込みあるいは縦方向の切れ込みと同じ角側７あるいは１５の領域においてであり、この時図９及び図１０で説明したスペーサとして折り返しを利用する。

考案されるガス供給機能においてスペーサ３４は例えば折り返し板によって主に閉じられた面に形成され、この時できる限り壁の薄い焼結面を形成する側壁９、１０用の支持機能用や排気ガス後処理に関する機能用のスペーサに割り当てることのできるのは、例えば触媒作用するコーティングである。更に折り返しは熱緩衝装置を形成し、温度分布の調整に寄与する。

図１から図５では閉じられた中心部を持つフィルタバッグにより構成される微粒子フィルタについて示しているのと同時に、図１６及び図１７ではフィルタ本体４３の縦方向に空いた中心部４４を持つ微粒子フィルタ４２の実施形態について示しており、中心部４４はここで図示していないフィルタバッグ２のバッグ開口部の領域で完結し、フィルタバッグ２はフィルタバッグのバッグ開口部の平面の領域で半径の外側にある止め輪４５及び半径の内側にある中央リング４６に嵌め込まれ、角側７により形成される横方向の切れ込みによって止め輪４５と中央リング４６との間でスポーク状に接続し、止め輪４５上では図示していないケーシングにあるフィルタ本体４３の固定が行なわれる。反対側の終端部ではフィルタバッグ２用に半径の外側での止め輪４７上における固定について意図され、例えば溶接によって止め輪はフィルタバッグをそれぞれ接続している。フィルタバッグ２は縦方向の切れ込みによって半径の内側で互いにぶつかり合いって互いに支え合っており、密閉接続する必要はなく、フィルタ面ができる限り均等に当たることを意図して放射状に流れることは側壁の内側の部分にも長所をもたらす。

止め輪４５に関してはフィルタバッグ２との接続について図１７で拡大して図示しており、止め輪４５は本発明によってフィルタバッグと溶接接続することができる。

Ｖ字型の本発明に基づくフィルタバッグとともに本発明では始めに述べた実施例で図示して説明した回転対称の形状とは異なるフィルタ本体についても実現することができる。例えば様々な高さのフィルタバッグによって楕円形のフィルタ本体を形成し、又は周辺部に嵌め込まれる円形でないフィルタ本体を形成することもできる。

こうした形態についての実施例について図１９に示しており、均等に広がる場合のＶ字型のフィルタバッグ２及び同じ平面に向いたバッグ開口部８は互いに逆方向に取り付けられているため、基本的な形状では直角のフィルタ本体４８が生じる。本発明によってこの直角のフィルタ本体にはフィルタバッグ２が互いに接続するためのカバー側及び底面側で重なりあう部分４９が割り当てられ、相並んで位置し、側壁の一方が直角のフィルタ本体４８のフィルタバッグ２に向かって位置しているフィルタバッグ５０が形成される。これにより更にフィルタ容積が得られ、実際に使用する微粒子フィルタの楕円形のケーシング５１に合わせている。前記の実施形態においても触媒作用するコーティングが設けられ、本発明によって明らかであるのは、煤の点火温度を下げること及び／又は窒素酸化物に還元すること及び／又はＮＯ_２の生成物を供給することである。汚れたガス側において効果的であるのは、触媒作用するコーティングが煤の点火温度の低下やＮＯ_２の生成を選択することであり、清浄なガス側では触媒作用による窒素酸化物の腐食について考慮することである。

バッグ開口部を含むフィルタバッグ５２の側面が同様の方法により三角形のバッグ断面が互いに反転するレイアウトである場合でのフィルタバッグの行形状のレイアウトであることについては、図解及び平面図により図２０で示しており、更に図示しているのは、複数の行５３、５４の層の場合にはそれぞれ互いに反転して配置されるフィルタバッグによって完全に不規則な周辺形状を形成することができることについてであり、例えば自動車のスペース上の理由により効果的である。

フィルタバッグ５６及び５７により構成されるフィルタ本体５５を備えた微粒子フィルタの追加的な実施例については本発明の別の実施形態で図１８に示しており、前記実施形態が特に直径の長い微粒子フィルタで明らかであるのは、半径の外側にある領域に高さが相当あるフィルタバッグの場合にフィルタ面とフィルタ容積との比率が適切でないことによってＶ字型の幅が特に大きくなることである。こうしたことを防ぐために、中心部５８と周辺部５９との間の高さを経由して広がるフィルタバッグ５６は半径の外側の領域にＶ字型の角度の面で設けられるため、連続するフィルタバッグ５６の間には半径の外側に開いたＶ字型が生じ、その中で半径の短いフィルタバッグ５７が配置される。

図２１は本発明に基づく微粒子フィルタ１の断面図であり、汚れたガス側の入口部分―流れる方向について矢印６０で示している―について示しており、この中では微粒子フィルタのケーシング６１に流入円錐６２が設けられている。本発明に基づくフィルタバッグ６４により構成されるフィルタ本体については６３で示しており、フィルタ本体は空間利用を最適化するために流入円錐６２にまで延長する。流入円錐６２の領域におけるフィルタ本体６３の段付き構造及びフィルタケーシング６１に対して設けられる間隔によってフィルタバッグ６４が基本的に均等に当たることが保証される。本発明による同様の実施形態は出口側についても効果的なものとなる。

図２２〜図２４は支持するための折り返し及び／又はガスを供給するための折り返しとして形成されるスペーサ６５、６６の様々な実施形態について示しており、スペーサ６５については平面の展開図を図２４に示している。これによって明らかであるのは、個々の層６７、６８が互いに交差して波形形状に広がることによって重なり合うため、フィルタバッグを経由して流れる清浄なガスについては激しい流れが発生することである。

図２２の実施例において三角形に折り畳む場合のスペーサ６５は外側の層６７を備えており、外側の層は内側の層のためのカバーとして形成され、これについては層６８を図示しており、層６７、６８を折り畳んで中に設置した二等辺三角形を形成し、フィルタバッグ６９の形状と同様に輪郭のみを示しており、すでに説明したように側壁９、１０やバッグ背面を形成するかぶせ板１７を有する。かぶせ板１７はスペーサの背面部分７０と一致し、この領域にはスペーサ層６７及び６８が例えば溶接によって接続しており、この領域で重なりあっている層の波形は、図で示したように、優れた溶接を行なえるように途切れている。本発明による貫通する波形形状もあり、それぞれの実施形態に左右されることなく効果的であるのは、かぶせ板１７の領域において背面部分７０のかぶせ板１７との適切な間隔によってガスが通過する面を空けておくことであり、例えば背面部分７０の耳の形をした形状７１を経由して外側にある層６７の辺７２、７３に移動できることである。図２２では外側にある層６７が辺７２、７３によって角側１５によって形成されるＶ字型の切れ込みの領域にまで引っ張られ、内側にある層６８についてはスペース上の理由で省略しており、同時に図２３では全く逆のレイアウト、すなわち角側１５の領域にまで延びる層７４についてについて示しており、同時に外側の層７５についてはスペース上の理由で省略している。それぞれのスペーサに嵌め込むことは、ここで示した実施例の場合でのそれぞれのスペーサについて角側７あるいは１５の一つ又は複数の領域においてフィルタバッグと接続することによって行なわれることであり、例えば側壁９、１０の溶接によって中間の層として角側と溶接接続することによって行なう。

図２５〜図２８ではフィルタバッグ７６に関するスペーサ７７の多層式の構造について示しており、図２６〜図２８では断面形状でＶ字型のフィルタバッグ７６の内側にある空間により段付けされた層７８、７９、８０について示しており、Ｖ字型の切れ込みに向かって平らに延びる波形形状については互いに交差しているため、フィルタバッグ７６を経由して流れるガスの激しい流れが発生する。個々の層７８〜８０は、図示されていないが、例えば溶接によって相互に接続することができ、このようにして構成されるスペーサ７７によって実現される清浄なガスの流れは特にスペーサ層７８〜８０の触媒作用するコーティングについて効果的であり、個々の層７８〜８０に対する様々なコーティング及び様々な材料を利用することについて問題となる。

図２９は更に図２６のＡ‐Ａ線で縦方向に切断した場合の図解による断面図であり、軸方向に連続している断面におけるスペーサ層の波形形状８２については波の山８３、８４が対称的な形状であり、適切な切れ目によってそれぞれの波形形状８２が横方向に延びることが可能となり、残りの切断面８５については図２９で示している。

上述の形態によるスペーサについては支持するための機能及び／又はガスを供給するための機能を有し、温度吸収およびこれによる温度の調整、特に温度ピークの低下を実現することができ、特に触媒作用するコーティングについては同じ作用温度を実現するために効果的であることが明らかである。
本発明ではここで図示していないスペーサを開放気泡の金属フォーム等によって本発明に基づいて形成することもできる。

回転対称構造の場合で相当多くのフィルタバッグを有する微粒子フィルタの支持部分に一つだけ割り当てられたフィルタバッグの場合のレイアウトについての透視図である。 図１に記載のフィルタバッグの拡大断面図である。 図２に記載の矢印IIIに相当するフィルタバッグの正面図である。 図２に記載の矢印IVに相当するフィルタバッグの正面図である。 図１に記載の図の構造に追加した微粒子フィルタの全体図である。 図１で示した微粒子フィルタの中央の接続部分についての拡大部分断面図である。 フィルタバッグの透視図である。 図７に記載のVIII‐VIII線において切断した、内側に折り返した側壁エッジの実施形態である。 図７に記載のVIII‐VIII線において切断した、内側に折り返した側壁エッジの実施形態である。 図７に記載のVIII‐VIII線において切断した、内側に折り返した側壁エッジの実施形態である。 図７に記載のXI‐XI線において切断した、外側に折り返した側壁エッジである。 図７の矢印XIIからの平面図である。 折り返しによって補強されたフィルタバッグを備えた微粒子フィルタの正面図である。 スペーサの形でフィルタバッグ用に設けた折り返しについての図である。 スペーサの形でフィルタバッグ用に設けた折り返しについての図である。 空いている中心部分のあるフィルタ本体についての図である。 空いている中心部分のあるフィルタ本体についての図である。 Ｖ字型面に分割した微粒子フィルタの基本構成図である。 微粒子フィルタ用にフィルタバッグを組み込んだレイアウトである。 本発明に基づくフィルタバッグの場合において不規則な周辺形状を持つ微粒子フィルタの形状についての図である。 微粒子フィルタ用にフィルタバッグにより構成されるフィルタ本体の形状で、微粒子フィルタのフィルタケーシングが流入円錐を有し、フィルタ本体が流入円錐に延びていることを示した図である。 本発明に基づいてバッグ開口部を設けたフィルタバッグの正面側にあるフィルタバッグについての図であり、フィルタバッグ用の折り返しとして設けたスペーサが様々な形状であることを示している。 本発明に基づいてバッグ開口部を設けたフィルタバッグの正面側にあるフィルタバッグについての図であり、フィルタバッグ用の折り返しとして設けたスペーサが様々な形状であることを示している。 図２２に記載された、多層式で、層については結合し折り曲げられたスペーサの展開図である。 嵌め込み式で多層式のスペーサを備えたフィルタバッグの別の図である。 スペーサの様々な層についての図である。 スペーサの様々な層についての図である。 スペーサの様々な層についての図である。 平坦で洗濯板のように波形のついてスペーサについては形状が波形に対して横方向に延長し切れ目をつけ、切れ目で分割された連続した断面については対称的な形状である。

Claims (7)

1. 燃焼機関用の微粒子フィルタ（１）であって、
   焼結金属板からなるフィルタバッグ（２）を備え、
   該フィルタバッグ（２）は、三角形断面を備えるＶ字形状に形成され、
   前記三角形断面は、側壁（９，１０）の挟角として鋭角に形成される角側（７，１５）を備え、
   前記角側（７，１５）のうち一方の角側（７）に対向する前記三角形断面の頂部は鈍角に形成され、
   該鈍角に形成された端部側には開口部（８）が形成され、
   前記角側（７，１５）のうち一方の角側（７）は、横方向に延設し、前記角側（７，１５）のうち他方の角側（１５）は、前記角側（７）と前記鈍角に形成された三角形断面の頂部との間で縦方向に延設し、
   前記フィルタバッグ（２）は、互いに隣接して配されることにより、該フィルタバッグ（２）の間には、前記フィルタバッグ（２）の内部空間と対称形状をなす空間（２０）が形成され、
   前記微粒子フィルタ（１）は、前記フィルタバッグ（２）の少なくとも一方の半径方向側端部において、２つの前記フィルタバッグ（２）の間隔を定めるとともに前記フィルタバッグ（２）の方向に延出する手段を備え、
   側壁において厚くなって構成されている少なくとも一つのエッジの部分において少なくとも一つのスペーサ（３０）をフィルタバッグ（２）に割り当てることを特徴とする微粒子フィルタ。
2. 側壁（９、１０）において厚くなって構成されている少なくとも一つのエッジの部分においてフィルタバッグ（２）が折り曲げた及び／又は折り畳んだ側壁部分（折り返し２５；２６；２８；３１；３２）を有することを特徴とする請求項１記載の微粒子フィルタ。
3. 前記フィルタバッグ（２）は、三角形断面を備えるＶ字形状に形成され、
   前記三角形断面は、側壁（９，１０）の挟角として鋭角に形成される角側（７，１５）を備え、前記角側のうち一方の角側（７）に対向する前記三角形断面の頂部は鈍角に形成され、
   前記角側（７，１５）のうち一方の角側（７）は、横方向に延設し、前記角側（７，１５）のうち他方の角側（１５）は、前記角側（７）と前記鈍角に形成された三角形断面の頂部との間で縦方向に延設し、
   前記フィルタバッグ（２）は、かぶせ板（１７）を備え、
   前記鈍角に形成された三角形断面の頂部におけるかぶせ板（１７）の幅Ｂに対する前記フィルタバッグ（２）の高さ寸法（２４）が５〜１２倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の微粒子フィルタ。
4. 前記鈍角に形成された三角形断面の頂部におけるかぶせ板（１７）の幅Ｂに対するフィルタバッグ（２）の高さ寸法（２４）が略８倍であることを特徴とする請求項３記載の微粒子フィルタ。
5. フィルタバッグ（２）がフィルタ本体（４３）の中心部にある軸の周囲に集まる接続部分に配置され、バッグ開口部（８）を形成する側壁（９、１０）の角側（６）においてフィルタバッグ（２）が厚くなっていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の排気ガス微粒子フィルタ。
6. 前記フィルタバッグ（２）が、スペーサ（３４）を備え、
   該スペーサ（３４）が、前記側壁（９，１０）を支持し、ガス体を案内し、温度を吸収することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の微粒子フィルタ。
7. 前記フィルタバッグ（２）の鋭角をなして横方向に延設する角側（７）が、止め具（４７）を介して、半径方向外側で固定されることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の微粒子フィルタ。

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