KR20080089605A

KR20080089605A - 파티클 필터 장치

Info

Publication number: KR20080089605A
Application number: KR1020087018041A
Authority: KR
Inventors: 헤르베트 스티글바우어
Original assignee: 아르크-홀딩 아게
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-10-07
Also published as: EP1801372A1; US7900443B2; US20080245060A1; RU2008123153A; CN101365866A; EP1801372B1; CA2634779A1; US8621851B2; US20110138782A1; BRPI0620448A2; DE502006009201D1; ATE503917T1; BRPI0620448A8; JP2009520906A; CN101365866B

Abstract

흡입구와 배출구를 포함하고, 흡입구와 배출구 사이에 배기가스의 유로에 배열되는 적어도 하나의 파티클 필터(particle filter)가 구비되며, 배기가스가 라인으로 안내되고, 라인은 실질적으로 배출구 방향으로 배기가스가 안내되는 제1 섹션(section)과 또한 실질적으로 흡입구 방향으로 배기가스가 안내되는 제2 섹션을 포함하는, 특히 디젤 내연 엔진(diesel internal combustion engine)과 같은 내연 엔진의 배기가스의 여과를 위한 파티클 필터 장치(particle filter arrangement)에서, 라인은 또한 배기가스가 실질적으로 배출구 방향으로 안내되는 제3 섹션을 가진다는 점에서 필터의 전부하(full loading)를 방지하기에 충분히 높은 장치의 작동 온도가 특히 빠르게 발생한다.

파티클 필터 장치, 파티클 필터, 필터 단일체, 촉매 컨버터, 편향 분배 요소, 미립자 필터

Description

파티클 필터 장치 {PARTICULATE FILTER ASSEMBLY}

본 발명은 기본적으로 배기가스의 후처리 분야에 관련된다. 보다 정확하게는, 첫 번째 실시예에 따르면, 본 발명은 흡입구와 배출구, 흡입구와 배출구 사이에 배기가스의 유로에 배열되는 적어도 하나의 파티클 필터, 라인으로 안내되는 배기가스, 실질적으로 배출구 방향으로 배기가스가 안내되는 제1 섹션과 또한 실질적으로 흡입구 방향으로 배기가스가 안내되는 제2 섹션을 포함한 라인을 포함하는, 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 배기가스의 여과를 위한 파티클 필터 장치에 관련된다. 두 번째 실시예에 따르면, 본 발명은 특히 디젤 내연엔진과 같이 흡입구와 배출구, 흡입구와 배출구 사이의 배기가스의 유로에 제공되는 배기가스 유동의 방향을 변화시키기 위한 편향요소(deflecting element)를 포함하는 내연엔진의 배기가스의 여과를 위한 파티클 필터 장치에 관련된다. 세 번째 실시예에 따르면, 본 발명은 특히 디젤 내연 엔진과 같이 흡입구와 배출구를 포함하는 내연 엔진의 배기가스의 여과를 위한 파티클 필터 장치에 관련된다. 네 번째 실시예에 따르면, 본 발명은 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진에서 흡입구와 배출구를 포함하는 파티클 필터 장치에 의해 배기가스를 여과하는 방법에 관련된다.

내연 엔진 또는 산업 공정에 의해 발생되는 배기가스는 일반적으로 잠재적인 유해 성분, 예를 들면 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 그리고 특히 또한 예를 들어 미립자(particulate matter)와 같은 입자 성분을 포함한다. 이런 성분은 대기 중으로 방출되는 유해 물질의 양을 저감시키기 위하여 무해하거나 적어도 덜 유해한 성분으로 변환되어야 한다. 배기가스는 그러므로 전통적으로 촉매 처리(catalytic treatment) 및/또는 여과 과정을 거치게 된다.

또한 기본적으로 예를 들어 배기가스로부터의 SOx와 NOx와 같은 유해 성분을 제거하는 촉매 컨버터(catalytic converter)가 선행기술에 개시되어있다. 추가적으로, 촉매 컨버터는 또한 배기가스의 온도를 상승시키는 영향을 주고, 상승된 온도는 순차적으로 매연 입자를 붕괴(breakdown)시키는 데 도움을 줄 수 있다.

디젤엔진에서, 매연 입자(CO)가 특히 배기가스에 포함된다는 근본적인 문제가 있다. 이러한 배기가스를 제거하기 위해, 파티클 필터가 알려져 있다. 매연 입자는 특히 연료에 첨가물의 첨가에 의해 발생한다. 파티클 필터가 배기가스로부터 매연을 제거할 수 있지만, 그러나 너무 많은 매연 입자가 채워지면, 파티클 필터가 막히거나 최대용량으로 차는 문제가 발생한다. 그러나, 상대적으로 높은 온도(약 400도 이상)에서 CO는 붕괴되고, 최대용량으로 찬 필터는 이에 따라 이러한 온도에서 재생될 수 있다. 그러므로 특히 여과 전과 도중에 배기가스의 온도를 가능한 높게 하는 것과, 특히 또한 필터 내부의 온도를 가능한 높게 하는 것이 중요하고, 이 에 따라 발화 온도(ignition temperature)에 도달한다.

여기에서, 특히 총체적인 파티클 필터 장치과 파티클 필터 자체의 설치 공간을 가능한 작게 하는 것이 중요하고, 자연-발화(auto-ignition) 효과가 시작될 수 있도록 높은 온도에 가능한 빨리 도달하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 필터가 너무 빨리 막히고 예를 들어 자동차가 더 이상 동작하지 않기 때문이다. 특허 자동차를 하루에 단 몇 분만 운전하는 운전습관(아침에 짧은 거리를 롤을 사러 자동차를 운전하는"fetching rolls in the morning")을 가진 경우에, 필터가 항상 매연을 태워 없애기에 충분한 높은 온도가 되지 않고 매연 입자가 최대용량 이상 차게 될 수 있고, 얼마 뒤에는 모터가 더 이상 작동하지 않고 필터를 교체해야 한다. 얼마나 빨리 요구되는 온도에 도달하는지가 그러므로 또한 특히 중요하다. 이러한 문제는 선행기술에 개시되어 있고, 엔진(상응하는 차가운 촉매 컨버터와 함께)을 차가운 상태에서 시동 거는 것과, 디젤 엔진에서 배출되는 것과 같은 "차가운 배기가스"에 관련된다.

배기가스의 온도는 기본적으로 사용되는 자동차의 경우에서 디젤엔진 타입에 의존적이고, 물론 각각의 타입에도 의존적이다. 일반적으로, 자동차에서 배기가스의 온도는 약 150도에서 210도이다. 자연-흡입 엔진(naturally-aspirated engine)의 경우 배기가스의 온도는 약 280도이고, 터보차저(turbocharger)가 장착된 경우 350도이다. 필요한 파티클 필터의 전부하(full loading) 문제는 그러므로 자연-흡 입 엔진이나, 터보차저 엔진에 있어서 현저하게 덜 중요한 문제이고, 이는 배기가스의 배출 온도가 이미 상대적으로 높기 때문이다. 일반적인 디젤 엔진에서, 파티클 필터의 전부하나 막힘은 실제로 선행 기술이 충분히 해결하지 못한 중요한 문제이다.

본 발명은 그러므로 선행기술의 불리한 점을 피하고, 특히 필터의 전부하를 방지하기 위해 장치와 파티클 필터의 충분히 높은 온도를 빠르게 발생시키는 것과 같은 방법으로, 서문에서 상술한 것과 같은 타입의 파티클 필터 장치를 개선하기 위한 목적에 기초한다.

본 발명의 첫 번째 실시예에 따르면, 상기 목적은 서문에 상술된 타입의 파티클 필터 장치에 의해 달성되고, 파티클 필터 장치에서 라인은 배기가스가 실질적으로 배출구 방향으로 안내되는 제3 섹션을 포함한다.

배기가스는 바람직하게는 라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션을 순차적으로 통과하여 흐른다. 여기서, 라인의 제1, 제2, 그리고 제3 섹션은 상호 간에 직접 이어질 필요는 없고, 상응하는 삽입 섹션이 제공되는 것도 역시 가능하다. 이러한 전형적 실시예에 있어서, 라인의 오직 제1 섹션과, 그 다음 제2 섹션 그리고 최종적으로 제3 섹션이 이런 순서에 의해 가로질러진다. 이것은 배기가스가 첫 번째로 실질적으로 배출구의 방향으로 안내되고, 그 다음 실질적으로 흡입구의 방향으로 안내되고, 그리고 반대 방향으로 되돌아가고, 최종적으로 실질적으로 배출구의 방향으로 다시 안내된다는 것을 의미한다. 여기서, 바람직하게는 실질적으로 변형된 “Z”와 같이 배기가스 유로가 굽혀진다. 이는 도3의 종단면도의 상반과 하반에서 분명하게 볼 수 있다.

적어도 하나의 파티클 필터가 유익하게는 라인의 제1, 제2, 또는 제3 섹션에 배열된다. 여기서, 적어도 하나의 파티클 필터가 라인 섹션에 배열되는 것이 바람직하고, 라인 섹션에서 배기가스는 이미 온도가 상승되어있고, 온도가 충분히 높아 증가된 온도로 인해 필터의 전부하가 더 이상 불가능하거나 총 여과 과정이 현저하게 보다 효율적으로 된다.

배기가스의 후처리(aftertreatment) 결과를 보다 개선하기 위해, 다른 파티클 필터가 제1, 제2 또는 제3 섹션에 배열되는 것이 바람직하다. 다른 파티클 필터를 제공함으로 인해 여과의 효율성이 증가하고, 다른 파티클 필터는 또한 적어도 하나의 파티클 필터에서 다른 라인의 섹션에 배열되는 것이 바람직하다.

구조적인 실시예로부터, 그러나 또한 생산 비용을 저감하기 위해, 적어도 하나의 파티클 필터와 다른 파티클 필터가 일체형 필터(filter monolith)와 같이 일체로 구성되는 것이 바람직하다. 일체형 필터가 상호 연결되지 않은 상응하는 덕트(duct)를 배기가스의 안내를 위해 포함한다면, 일체형 필터의 배출구 측 및/또는 흡입구 측 단부에 제공되는 상응하는 씰(seal)에 의해 다른 라인 섹션들이 일체형 필터에서 또한 상호 분리되어 있다는 것을 확실히 할 수 있다.

배기가스의 유로의 방향이 실질적으로 역전되는 라인의 구역(region)이 제1과 제2 섹션의 사이와, 제2와 제3 섹션 사이에 제공되는 것이 또한 바람직하다. 촉매 컨버터는 유리하게는 적어도 하나의 구역에 배열된다. 특히 촉매 예비처리(pre-treatment)의 효과와 같은 촉매 컨버터의 실제적인 효과에 추가하여, 촉매 컨버터는 또한 배기가스 유동과 총체적인 장치의 온도를 상승시키며, 상승된 온도는 여과 과정과 필터의 전부하를 방지하는 데 도움을 준다. 배기가스 유동 유로의 상응하는 디자인에 의해, 유로에 하나 이상의 촉매 변화기를 삽입하는 것이 가능하다. 이는 배기가스가 촉매 컨버터를 통과한 후에도 장치 안에 아직 머무르는 방식으로 일어날 수 있고, 그리하여 상승된 온도는 총체적인 장치의 온도에 바람직한 긍정적인 영향을 미친다.

구조적인 실시예로부터, 라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션이 상호간에 동심으로(concentrically) 배열되는 것이 바람직하다. 여기서, 실제적으로 의미 있는 일실시예는 제1, 제2 그리고 제3 섹션중의 하나가 원기둥(cylinder) 모양을 가지고, 다른 두 개의 섹션은 환형 원기둥(annular cylinder)이나 파이프(pipe) 형상을 가진다는 점을 제공한다. 제1, 제2 그리고 제3 섹션 중 하나가 제1 파이프의 내부 공간측에 유리하게 형성되고, 그에 따라 실질적으로 원통형상(단면에서 원형)을 하게 된다. 다른 두 개의 섹션에서, 실질적으로 제1 파이프에 대하여 동심의 두 개의 다른 파이프들이 제공되고, 파이프들은 제1 파이프보다 큰 지름을 갖는다. 두 개의 다른 섹션들 중 하나는 그 다음 제1 파이프의 외면과 제2 파이프(제3 파이프보다 작은 지름을 갖는)의 내면의 사이의 공간에 형성되고, 두 개의 다른 섹션들 중 또 하나는 제2 파이프의 외면과 제3 파이프(제2 파이프보다 큰 지름을 갖는)의 내면의 사이의 공간에 형성된다. 다른 두 개의 섹션은 그러므로 단면에서 환형 형상을 이룬다. 그 결과 제1, 제2 그리고 제3의 라인 섹션의 디자인은, 이러한 목적을 위해 삽입되는 공간이 희생될 필요가 없기 때문에, 특히 컴팩트하게 되고, 세 개의 라인 섹션으로 구성된 장치는 총체적으로 원통형상을 하게 된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 다음과 같은 사항 : 매연 입자 필터의 밀봉(canning)과 여과 시스템이나 장치에서 배기가스의 재순환(recirculation), 특히 바람직하게는 여과 시스템이나 w장치가 이중 산소-재생(double oxy-regeneration) 촉매 컨버터와 바람직하게는 연기 가스의 이중 여과(double filtering)를 포함하거나 함께 제공된다.

특히 장치에서의 배기가스 유동 사이의 좋은 열 교환은, 라인의 제1과 제2 섹션 및/또는 제2와 제3 섹션 및/또는 제1과 제3 섹션이 공유되는 벽에 의하여 분리되는 것에 의해 제공된다.

파티클 필터 장치은 유리하게는, 흡입구에서 라인의 제1 섹션으로 지나가는 제1 배기가스 유동을 안내하고, 라인의 제2 섹션에서 제3 섹션으로 지나가는 제2 배기가스 유동을 편향시키는 편향 분배 요소(distributing and deflecting element)를 포함한다. 편향 분배 요소는 따라서 이중의 기능성을 가진다. 이는 바람직하게는 서로 다른 배기가스 유동이 혼합됨이 없이 상호간에 복수에 걸쳐 교차하는 별모양(star-shape)의 편향(deflection)에 의해 실현된다. 횡단(crossing) 또는 교차(intersecting)하는 배기가스 가이던스(guidance)는 특히 또한 사용되는 촉매 컨버터로부터 종속적으로 편향 분배 요소를 가열시키는 효과를 가지고, 이에 따라 또한 열교환 요소로 기능한다. 여기서, 매연 입자의 예비연소(pre-combustion)는 실제적으로 매연 입자가 파티클 필터 자체로 들어가기 전에 일어난다. 이는 장치의 공간적 요청을 상당히 줄여준다. 편향 기능성의 결과로서, 정화된 배기가스가 또한 다른 촉매 처리와 여과 기능을 실현하기 위해 파티클 필터로 다시 한 번 안내되도록 하는 것이 가능하다.

편향 분배 요소가 제1과 제2 배기가스 유동을 안내하기 위한 각각의 덕트와, 제2 배기가스 유동 덕트의 내벽을 형성하는 제1 배기가스 유동 덕트의 외벽의 적어도 일부분을 포함하는 것이 또한 바람직하다.

파티클 필터 장치은 유리하게는 흡입구로부터 배출구의 방향으로 적어도 다음과 같은 섹션들, 즉 배기가스를 위한 편향 분배 요소를 포함하는 제1 섹션; 적어도 하나의 파티클 필터를 포함하는 제2 섹션; 그리고 배기가스를 위한 편향 요소를 포함하는 제3 섹션을 포함한다. 이런 점에서, 총체적인 파티클 필터 장치은 제3 섹션이 편향 요소만을 포함하는 동안, 제1 섹션이 분배 그리고 또한 편향 기능을 하는 요소를 포함하는 점에서 비대칭이다.

라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션은 유리하게는 파티클 필터 장치의 제2 섹션에 배열된다.

파티클 필터 장치가 촉매 컨버터를 포함하는 것이 또한 바람직하고, 촉매 컨버터는 배기가스의 유동 방향에서 흡입구의 하류 및/또는 라인의 제1 섹션의 상류에 직접 배열된다.

여과 효율을 더욱 증가시키기 위해 파티클 필터 장치가 미립자 필터를 포함하는 것이 바람직하고, 미립자 필터는 배기가스의 유동 방향에서 배출구의 상류 및/또는 라인의 제3 섹션의 하류에 직접 배열된다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따르면, 상기 목적은 편향 요소가 촉매 컨버터를 포함한다는 점에서, 서문에 상술되었던 타입의 파티클 필터 장치에 의해 달성된다.

특히 바람직한 실제적인 구현은 편향 요소가 실질적으로 배기가스를 위한 U-형상의 덕트로서 구현된다는 점에서 제공되고, U-형상의 덕트에서 촉매 컨버터가 적어도 일부분에 배치된다. 이는 도1a와 2a 종단면도의 상반과 하반에서 분명히 볼 수 있다. 실질적으로 U형상의 덕트에 의해, 약 180도의 편향이, 즉 배기가스 유동 경로의 꺾임이 실현되고, 편향으로 인해 유동의 경로가 길어지는 반면 동시에 총체적인 구조가 작게 유지된다.

여기서, 촉매 컨버터가 철망(wire mesh)으로 형성되는 것이 또한 바람직하다.

본 발명의 세 번째 실시예에 따르면, 상기 목적은 실질적으로 장치에서 유동의 방향을 유지할 수 있도록 제1 배기가스 유동을 분배하고, 실질적으로 바람직하게는 약 180도의 각도로 반대방향으로 흐르는 제2 배기가스 유동을 편향시키는, 편향 분배 요소를 포함한다는 점에서 서문에 상술된 타입의 파티클 필터와, 두 개의 배기가스 유동이 혼합되지 않는 점에 의해 달성된다.

본 발명의 네 번째 실시예에 따르면, 상기 목적은 배기가스의 유동 방향이 약 180도의 각도로 적어도 두 번 이상을 흡입구와 배출구 사이에서 편향된다는 점에서 서문에 상술된 타입의 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 종속 청구항에 개시된다.

도1a는 본 발명에 따른 파티클 필터 장치의 첫 번째 전형적인 실시예를 설명하기 위한 종단면도를 나타낸다.

도1b는 첫 번째 전형적인 실시예에서 본 발명에 따른 파티클 필터의 보다 상세한 설명을 위한, 도1a의 부분을 확대한 세부의 종단면도를 나타낸다.

도1c는 첫 번째 전형적인 실시예에서 본 발명에 따른 파티클 필터 장치의 보다 상세한 설명을 위한, 도1a에 나타난 부분을 확대한 세부의 평면도를 나타낸다.

도2a는 본 발명에 따른 파티클 필터 장치의 두 번째 전형적인 실시예를 설명하기 위한 종단면도를 나타낸다.

도2b는 두 번째 전형적인 실시예에서 본 발명에 따른 파티클 필터의 보다 상세한 설명을 위한, 도2a의 부분을 확대한 세부의 종단면도를 나타낸다.

도2c는 두 번째 전형적인 실시예에서 본 발명에 따른 파티클 필터의 보다 상세한 설명을 위한, 도2b에 나타난 부분을 확대한 평면도를 나타낸다.

도3은 본 발명에 따른 파티클 필터 장치의 세 번째 전형적인 실시예를 설명하기 위한 종단면도를 나타낸다.

본발명, 다른 특징, 목적, 이점 그리고 그 자체의 가능한 적용은 가장 바람직한 전형적인 실시예의 기술을 기초로 아래에서 보다 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조번호는 동일하거나 상응하는 요소에 관련된다. 현재 기술된 사항에서, 배기가스의 “유동 방향”이라는 표현이 사용된다. 이러한 표현은 물론 배기가스의 평균 유동 방향을 의미하고, 당해 기술분야에서 숙련된 사람에게 배기가스의 개별 입자들은 평균 혹은 1차 유동 방향(도면에서 화살표로 표시)으로부터 입자들의 움직이는 방향의 관점에서 어긋날 수 있다는 것은 자명하다. “상류”와 “하류” 등의 표현은 주된 유동의 방향에 대해 상대적인 배열을 상술하기 위해 사용되고, 주된 유동의 방향은 일반적으로 흡입구에서 배출구 방향이다.

여기에서, 청구항에서 도면이 인용되는 것 또는 도민이 참조되는 것과는 특히 별개로, 여기서 도면에 기술 및/또는 도시된 모든 특징들은 그 자체로 또는 가능한 어떠한 형태의 조합도 본 발명의 권리범위에 속한다. 도면에서:

도2a는 본 발명에 따른 파티클 필터 장치의 두 번째 전형적인 실시예를 설명 하기 위한 종단면도를 나타낸다.

도1a에서 1c의 단면도에 관하여, 파티클 필터 장치의 첫 번째 전형적인 실시예는 그 자체의 구조와 기능에 관하여 아래에서 더욱 상세히 설명된다. 도1a는 매우 개략적인 도식에 있어서, 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 종단면을 나타낸다. 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)은 배기가스의 주된 유동 방향(흡입구에서 배출구에 이르는 방향 즉, 도1a와 2a의 좌측에서 우측)에 있어서, 흡입구 섹션(a), 필터 프리섹션(pre-section)(b), 전방 편향 섹션 혹은 제1 섹션(c) (도1a에 매우 개략적으로 표현), 필터 섹션 또는 제2 섹션(d), 후방 편향 섹션 또는 제3 섹션(e), 필터 포스트섹션(post-section)(f) 그리고 배출구 섹션(g)을 포함하고, 모든 구성들은 일반적인 하우징(2) 안에 형성된다. 파티클 필터 장치(10)은 흡입구 섹션(a)을 통하여, 예를 들어 자동차의 엔진(미도시)에 연결되고, 엔진으로부터 특히 매연입자가 포함된 배기가스가 라인(미도시)을 통과하여 파티클 필터 장치(10)의 흡입구 섹션(a)으로 공급된다. 파티클 필터 장치(10)은 배출구 섹션을 통하여 배기구(미도시)에 연결된다. 물론 또한 예를 들어 촉매 컨버터와 같은 다양한 다른 구성들이 엔진과 흡입구 섹션(a)의 사이에 제공되도록 할 수 있다. 마찬가지로 예를 들어 카뷰레터(carburetor)와 같은 다양한 다른 구성들이 파티클 필터(10)의 배출구 섹션(g)와 테일파이프(tail pipe)의 사이에 배열되는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)은 그러므로 배기 시스템 안으로 적절한 포인트에, 예를 들어 용접이나 플랜지(flange) 연결에 의해, 삽입되고 체결되며, 배기가스의 정화도(degree of purity)에 대해 요구되는 제한 값을 충족하거나, 그 아래의 값으로 하기 위해 배기가스를 정화하는 역할을 한다. 파티클 필터 장치(10)은 중심 종단축(미도시)에 대해 일반적으로 대칭으로 형성된다. 흡입구 섹션(a)은 외경이 D1인 단면을 가진다. 배기가스 유동의 방향에서 흡입구 섹션(a)의 하류에 직접 배치된 필터 프리섹션(b)은, 마찬가지로 바람직하게는 외경이 흡입구 섹션의 외경보다 다소 넓어진(D1'>D1) 튜브형상의(tubular) 단면을 가진다. 배기가스 유동의 방향에서 필터 프리섹션(b)에 접한 전방 편향 섹션(c)는 처음에 외경 D1에서 외경 D2로 넓어지고, 외경 D2는 섹션(c) 길이의 나머지를 따라 일정하다. 일정한 외경 D2을 가진 파티클 필터 장치(10)의 구역을 가로질러, 하우징(2)이 그 안에 단열재(3)를 포함한다. 필터 섹션(d), 후방 편향 섹션(e) 그리고 필터 포스트-섹션(f)는 일정한 외경 D2를 갖는다. 필터 포스트-섹션(f) 그리고 배출구 섹션(g) 사이에 단차가 형성되고, 배출구 섹션(g)은 다시 외경 D1을 갖게 된다. 전방 편향 섹션(c)의 내부 구조는 단지 분명히 하기 위해 도1a에 표시되고, 도1b와 1c에 보다 상세하게 도시된다. 전방 편향 섹션(c)는 흡입구 섹션(a)과 필터 프리-섹션(b)으로부터 상응하는 구역으로 통과하는 배기가스를 안내 또는 분배하는 기능을 가지고, 구역은 보다 정확하게는 필터 섹션(d)의 중심 방향에서 방사상으로 갈라진다. 또한, 전방 편향 섹션(c)은 반대방향으로, 즉 거꾸로, 흐르는 배기가스의 방향을, 말하자면(상기 배기가스가 새로이 이송되는 배기가스와 혼합됨 없이) 특정한 구역으로부터, 보다 정확하게는 필터 섹션(d)의 중심 구역으로부터 약 180도로 역전시키는 기능을 갖는다. 즉 배기가스가 흡입구 섹션(a)에서 배출구 섹션(g)으로의 주된 유동 방향으로 다시 흐르고, 가장 외측의 방사상 구역에 있으나 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션(d)으로 다시 안내되는 것과 같은 방법으로 상기된 배기가스를 편향시키는 기능을 말한다. 본 발명에 따른 파티클 필터(10)의 제1 섹션(c)의 상기된 기능성의 관점에서, 상기 제1 섹션(c)은 또한 전방 편향 분배 섹션(c)로 볼 수 있다. 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션 또는 제2 섹션(d)의 주요한 기능은 배기가스를 여과하는 것이다. 제3 또는 후방 편향 섹션(e)은 방사상으로 갈라진 환형 구역으로부터 필터 섹션(d)의 내측 원통형 구역으로 이송되는 배기가스 유동을 분배하도록 하고, 유동방향을 약 180도로 역전시킨다. 배기가스의 촉매 처리 또한 제3 섹션에서 일어난다. 필터 포스트-섹션(f)은, 특히 주된 유동 방향이 흡입구에서 배출구로 효과적으로 유지되고 있는 동안, 중심축에 대해 대략 수직으로 이어지는 가이드 섹션 안의 필터 포스트 섹션에서 배기가스를 위한 촉매 처리가 마찬가지로 제공되면서, 방사상의 바깥쪽 구역으로부터 필터 배출구 섹션(g)의 중심 구역으로 되돌아가도록 배기가스를 90도로 두 번 편향되도록 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 구조가 이제 더욱 상세히 설명된다. 외경 D1'의 필터 프리-섹션(b)에 배열된 촉매 컨버터(6)는 여과과정의 상류에 위치하기 때문에 또한 제1 전촉매(pre-catalytic) 컨버터가 될 수 있다. 필터 섹션(d)은 파티클 필터 장치(10)의 중심 종단축에서 실질적으로 대칭으로 형성되고, 중심축에서 외경 D2의 절반의 대략 1/3정도로 방사상 방향과, 섹션 c, d, e 그리고 f에 의해 형성되는 파티클 필터 장치(10) 부분의 길이의 대략 반 이상 종단 방향으로 연장되는 중심의 원통형 파티클 필터(4)를 포함한다. 원통형 파티클 필터(4)를 감싸며 환형의 파티클 필터(14)가 배열되고, 두 개의 파티클 필터(4, 14)는 공유되는 환형 벽(17)에 의해 분리된다. 두 개의 파티클 필터(4, 14)는 바람직하게는 실리콘 카바이드(SiC) 파티클 필터이다. 환형의 파티클 필터는 제2 필터 섹션(2)의 외경 D2 절반의 약 1/3에 상응하는 두께를 가진다. 여기서, 원통형의 파티클 필터(4)와 환형의 파티클 필터(14)의 바람직한 실제 구현은 바람직하게는 단일체(monolith)에 의해 이루어지고, 단일체는 여과를 위해 종단방향으로 연장되고 상호 연결되지 않은 덕트의 다양체(multiplicity)를 포함하며, 단일체는 두 개의 파티클 필터(4, 14)로 씰(seal)(15)에 의해 기능적으로 분리되고, 씰(15)은 필터(4, 14) 사이의 원형 가장자리에서 흡입구 섹션(a)방향을 향하여 바라보는 단부에 제공된다. 일반 벽(17)은 필터(4)의 가장 외측 덕트 외벽의 다양체 옆에 형성된다. 방사상 바깥쪽으로 형성된 파티클 필터(14)는 안쪽으로는 필터(14)의 씰 및/또는 단열재(19)가 안쪽에 형성되는 상기 외벽(18)과, 바깥쪽으로는 섹션 c, d, e 그리고 f로 된 구역의 하우징(2)의 내벽으로 구획되는 환형의 덕트이다. 배기가스 를 처리하는 어떤 요소도 상기 덕트에 배치되지 않는다. 상기 덕트는 주로 흡입구에서 배출구 방향으로 배기가스 유동을 수송하는 역할을 하기 때문이다. 필터 프리-섹션(b)과 필터 섹션(d)의 사이에 편향 섹션(c)이 형성되고, 전형적 실시예에 있어서, 편향섹션은 필터 프리-섹션(b)에서 환형의 제2 전촉매 컨버터(16)을 통과하여 외측 파티클 필터(14)를 지나는 배기가스를 편향시키기 위한 네 개의 덕트를 포함한다. 도1a에서 두 개의 덕트를 볼 수 있고, 두 개의 덕트는 내벽(7)과 외벽(9)에 의해 형성된다. 여기서, 제2 전촉매 컨버터(16)는 실질적으로 파티클 필터(14)와 내경이 동일하다. 여기서, 전촉매 컨버터(16)의 외경은 마찬가지로 실질적으로 파티클 필터(14)의 외경에 대응하고, 더 정확히는 파티클 필터(14)를 둘러싸서 배열된 벽(18)에 대응한다. 또한, 파티클 필터 장치은 제3 원통형의 (전)촉매 컨버터(26)를 배출구 방향을 향하는 필터 섹션(d)의 단부에 포함하고, 더 정확하게는 후방 편향 섹션(e)에 포함한다. (전)촉매 컨버터(26)의 외경은 대략 파티클 필터(14) 또는 벽(18)의 외경과 일치한다(그러므로 제2 전촉매 컨버터(16)의 외경에도 일치한다). 촉매 컨버터의 실제 기능에 추가하여, 상기 환형 촉매 컨버터는 배기가스 유동을 파티클 필터(14)의 바깥쪽으로부터 파티클 필터(4)의 중심으로 약 180도로 편향시키기 위해 사용된다. 본 발명에 따르면, 필터 섹션(d)의 배기가스는 파티클 필터 장치(10)안에서 다른 방향으로 안내된다. 보다 정확하게는, 파티클 필터 장치(10)에 라인이 형성되고, 라인은 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션(d)에 세 개의 섹션을 포함한다. 파티클 필터(14)에서, 상기 라인은 배기가스가 흡입구에서 배출구 방향(도면에서 왼쪽에서 오른쪽)으로 흐르는 상기 제1 (라인) 섹션(11) 을 포함한다. 또한, 파티클 필터(4)의 중심에서, 배기 라인은 배기가스가 실질적으로 배출구에서 흡입구 쪽의 방향으로 흐르는 제2 (라인) 섹션(12)를 포함한다. 가장 바깥쪽에서 라인은 제3 (라인) 섹션(13)을 포함하고, 제3 라인 섹션(13)은 바깥쪽에 방사상으로 제공되는 환형의 덕트에 대응하며, 제3 라인 섹션(13)에서 배기가스의 유동 방향이 다시 한 번 흡입구에서 배출구 방향으로 된다. 제1, 제2 그리고 제3 라인 섹션에서 상기 순서로 배기가스 유동이 가로지른다. 현재 적용예의 용어에 따라, 라인 섹션(11, 12, 13)의 전방과 후방 단부는 필터 섹션(d)의 단부와 일치한다. 후방 편향 섹션(e)의 하류에는 필터 포스트-섹션(f)이 제공되고, 필터 포스트-섹션(f)은 환형의 후촉매 컨버터(36)을 포함하며, 후촉매 컨버터(36)의 내경은 파티클 필터(14)의 내경과 일치하고, 외경은 제3 라인 섹션 또는 덕트(13)의 외경과 일치한다. 촉매 컨버터(36)가 실제 여과과정의 하류에 위치하기 때문에 상기 촉매 컨버터(36)은 후촉매 컨버터로 불린다. 후촉매 컨버터(36)와 그 내경을 따라 이어진 환형의 다공판(37)에 의해, 배기가스는 배출구 섹션(g) 안으로 안내되고, 배출구 섹션(g)에서 상기 배기가스가 중심축을 따라 파티클 필터 장치(10)의 중심에서 빠져나온다. 더 정확하게는, 배기가스는 후촉매 컨버터(36)로 들어감에 따라 약 90도로 편향되고, 후촉매 컨버터(36)에서 빠져 나옴에 따라 약 90도로 편향된다. 미립자 필터(미도시)는 후촉매 컨버터(36)의 하류에 선택적으로 배치될 수 있고, 미립자 필터는 필터 포스트-섹션(f)에 배치될 수 있으나, 또한 튜브형 배출구 섹션(g)에 배치될 수 있다.

흡입구 섹션(a)과 필터 프리-섹션(b)을 통하여 흐르고, 촉매 컨버터(6)에 의해 예비처리되는(pre-treated) 배기가스는, 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 편향 섹션(c)에 의해, 제2 전촉매 컨버터(16)를 통과하여 제1 라인 섹션(11) 안으로 분배되고, 제1 라인 섹션(11)에서 상기 배기가스는 파티클 필터(14)에 의해 여과된다. 제1 라인 섹션(11)을 통과하여 흐른 후에, 배기가스는 제1과 제2 라인 섹션(11, 12)의 배출구 측 단부까지 연장된, 촉매 컨버터(26)에 의해 촉매처리될 뿐만 아니라, 또한 180도 정도 편향되고, 따라서, 제1 라인 섹션(11)과 촉매 컨버터(26)를 통과하여 지나간 후에, 파티클 필터 장치(10)의 라인 섹션(12) 안의 배기가스는 촉매 컨버터(26)의 편향과 관련하여 흡입구 섹션(a) 방향으로 되돌아 흐르고, 메인 파티클 필터(4)에 의해 여과된다. 제2 라인 섹션(12)에서 되돌아 흐르는 배기가스는 그러므로 파티클 필터 장치(10)의 편향 섹션(c)으로 다시 한 번 지나가고, 편향 섹션(c)에서 상기 배기가스는, 특히 흡입구 섹션(a)으로부터 지나가는 배기가스 유동과 혼합되지 않는 방법으로, 180도 정도로 다시 한 번 편향된다. 여기서 제2 라인 섹션(12)으로부터 통과하는 배기가스 유동은 바깥쪽에서 방사상으로 배열된 제3 라인 섹션(13)으로 안내된다. 제3 라인 섹션(13)에서 배기가스는 흡입구에서 배출구를 향하는 방향으로 다시 한 번 흐른다. 제3 라인 섹션(13)을 통하여 지나간 후에, 배기가스는 배기관(tailpipe) 방향의 배출구 섹션(g)를 통과하여 빠져나오기 전에 후촉매 컨버터(36)에 의해 후처리(aftertreated)된다.

그러므로, 배기가스는 흡입구 섹션(a)를 통과하여 파티클 필터 장치(10) 안 으로 들어가고, 전촉매 컨버터(6, 16)에 의해 예비처리된다. 선행기술에 알려진 효과와 같이, 전촉매 컨버터(6, 16)는 먼저 배기가스 온도의 상승을 제공하고, 이후에 배기가스가 파티클 필터 장치(10)의 제1 라인 섹션(11)으로 들어감에 따라 온도가 증가된다. 상기 섹션에서 파티클 필터(14)는 매연과 관련하여 주로 배기가스를 여과하도록 한다. 서문에 설명된 바와 같이, 배기가스 온도증가의 결과로서 여과가 현저하게 더욱 효과적으로 된다. 제1 라인 섹션(11)을 지난 후에, 배기가스는 촉매 컨버터(26)에 의해 중심에 배열된(centrally-arranged) 제2 라인 섹션(12)으로, 유동 방향에 관하여 180도 편향된다. 여기서, 두 개의 라인 섹션(11, 12)의 후방 단부 측에 배치된 촉매 컨버터(26)는 유동 방향의 역전을 제공하고 제1 라인 섹션(11)으로부터 제2 라인 섹션(12)으로 유동을 안내하도록 할 뿐만 아니라, 촉매 컨버터(6, 16)에 상응하여 배기가스의 온도를 더욱 증가시키도록 한다. 제2 라인 섹션(12)에서 배기가스는 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션(d)으로부터 편향 섹션(c)으로 되돌아 흐른다. 파티클 필터 장치(10)에 있어서, 제2 라인 섹션(12)으로부터 이송된 충분히 여과된 배기가스는 이제, 흡입구 섹션(a)을 통과한 배기가스와 혼합됨이 없이 또 다른 유동 방향의 역전과 함께, 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션(d)의 최외곽 구역으로, 보다 정확하게는 배기가스 처리 수단이 더 이상 제공되지 않는 제3 라인 섹션(13)으로 안내된다. 후촉매 컨버터(36)을 통하여 흐른 후에, 배기가스는 배출구 방향으로 배출구 섹션(9)으로부터 빠져나온다. 도1a부터 1c에 도시된 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 첫 번째 전형적 실시예에 있어서, 배기가스가 약 180도로 두 번 굽혀지는(two-fold) 편향이 일어난다. 상기 두 번 굽혀지는 편향은 첫째로 배기가스가 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)로부터 빠져나옴에 따라, 흡입구 섹션(a)에서 배출구 섹션(g) 방향을 향하는, 최초의 유동 방향으로 다시 한번 흐른다는 점을 확실하게 한다. 배기가스의 가열은 특히 촉매 컨버커(6, 16, 26)에서 일어난다. 역류효과(counterflow effect)의 관점에서(제1, 제2 그리고 제3 라인 섹션(11, 12, 13)은 공유되는 벽을 통해 각각 상호간에 열접촉한다), 상대적으로 차가운 가스 유동의 가열은, 특히 제공된 촉매 컨버터에 의해 배열에서 이미 가열된 배기가스를 통해 일어난다. 특히 또한 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10)의 편향 섹션(c)에 제공되는 필터 섹션(d)으로부터, 보다 정확하게는 라인 섹션(12)으로부터, 빠져나오고 제2 필터 섹션(2)의 제3 라인 섹션(13)으로 다시 한 번 통과하는 배기가스 유동의 편향에 의해, 흡입구 섹션(a)으로부터 파티클 필터 장치(10)의 필터 섹션(d)의 제1 라인 섹션(11)으로 직접 흘러 들어가는 배기가스 유동은 이미 가열되어서, 현저하게 높은 온도를 갖게 되고, 파티클 필터(4, 14)의 전부하가 대부분 방지되며 전 여과 과정이 따라서 현저하게 보다 효율적이 된다. 총체적인 파티클 필터 장치(10)은 또한, 본 발명에 따른 디자인에 의해 현저하게 보다 짧은 시간에 상응하는 높은 온도에 도달한다. 실험에 의해, 파티클 필터(4, 14)에서 발생한 온도는 매연 입자가 사실상 완전한 폭연(deflagration)을 하기에 충분하다는 것이 밝혀졌다. 특히, 상당히 엔진의 타입에 의해 결정되는 각각의 출발 온도에 의존하여, 배기가스는 이미 파티클 필터(4, 14)로 흡입되기 전에 충분히 높아, 사실상 더 이상 매연 입자들이 배기가스에 포함되지 않게 되는 온도에 있다. 본 발명에 따라 획득되는 온도의 상승은 또 한 매우 높아서 미립자 필터가 생략될 수도 있다.

파티클 필터 장치(10)의 편향 섹션(c)의 내부 구조는 도1b와 1c에 기초하여 보다 상세히 설명된다. 이런 면에서, 보다 명쾌하게하기 위해 도1a에 도시된 다양한 구성들이 생략되었다는 점에 유의할 필요가 있다. 이는 특히 두 개의 전촉매 컨버터(6, 16)에 적용된다. 도1b와 1c의 비교로부터, 내벽(7)과 외벽(9)을 포함하는 네 개의 덕트 전체를 볼 수 있고, 특히 약 90도로 상호간에 갈라지게 하기 위해, 덕트는 중심축에 대하여 대칭으로 별 모양으로 배치되고, 덕트는 필터 프리-섹션(b)으로부터 전촉매 컨버터(16)가 배치된 환형 공간으로 이송된 배기가스를 이송한다. 또한, 도1b와 1c에서 파티클 필터(4)가 배치되는 제2 라인 섹션(12)으로부터 편향 섹션(c)으로 다시 들어가는 배기가스 유동이 약 180도로 상기 덕트에 대하여 갈라지도록 배열되고, 내벽(7)과 외벽(9)에 의해 형성되는 덕트 안으로 편향된다는 것과 필터 배열(d)의 방사상 바깥쪽의 제3 라인 섹션(13)으로 들어간다는 것을 볼 수 있다.

전방 유동(forward flow)과 배기가스의 재순환을 제공하는 덕트의 갈라지는 배열의 관점에서, 파티클 필터 장치(10)의 내부 파트(외부 하우징(2)을 제외하고)는 또한 "별(star)"로 불릴 수 있다. 전방 편향 섹션(c)은 따라서 편향과 분배의 기능성을 포함한다. 상기 전방 편향 섹션(c)은 첫째로 장치의 중심축 주위에 배열된 환형 구역(제1 라인 섹션(11)과 그 안에 배열된 파티클 필터(14)와 함께) 안으 로 접근하는 배기가스 유동을 분배하고 편향하도록(또는 방향을 바꾸도록) 한다. 또한, 편향 섹션(c)은 배기가스 유동을 분배하거나 또한 편향 또는 약 180도로 역전시키고, 배기가스 유동은 장치의 중심 구역으로부터(특히 제2 라인 섹션(12)과 그 안에 배열된 파티클 필터(4)로부터) 방사상의 외측 덕트와 그 안에 배기가스의 후처리를 제공하는 요소 없이 형성된 라인 섹션(13)으로 이송된다.

아래에서, 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10')의 두 번째 전형적 실시예가 도2a와 2c를 기초로 보다 상세히 설명된다. 도2a와 2c에 도시된 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10')의 두 번째 전형적 실시예는 일반적으로 도1a와 1c와 관련하여 이미 기술된 첫 번째 전형적 실시예와 유사하다. 따라서, 첫 번째 전형적 실시예에서 이미 기술된 것과 관련하여 차이점만을 아래에서 설명한다. 두 번째 전형적 실시예에 따른 파티클 필터 장치(10')은 필터 포스트-섹션(f)을 포함하지 않는다. 배출구 섹션(g')은 후방 편향 섹션(e')에 직접 연결된다. 파티클 필터 장치(10')의 촉매 컨버터(26')는, 1a에서의 파티클 필터 장치의 촉매 컨버터와 반대로, 환형 디자인으로 되고 파티클 필터 장치(10')의 중심축에 대하여 대칭으로 형성된다. 촉매 컨버터(26')의 내경은 D1과 일치하고, 환형의 촉매 컨버터(26')의 외경은 대략 파티클 필터(14')의 외경과 일치한다. 보다 정확하게는, 촉매 컨버터(26')의 외주를 따라 이어진 다공판(37')의 크기와 배열은 파티클 필터(14')의 외벽(18')에 일치한다. 촉매 컨버터(26')는 배출구 섹션(g')에 대해 상기 배출구 섹션(g')의 연장된 하우징 벽에 의해 밀봉된다. 이러한 목적을 위해 씰(15')의 반대편에 위치한 씰(25')은 또한 파티클 필터(4')의 외측면 단부에 제공된다. 상기 구조적인 차이는 첫 번째 전형적 실시예의 파티클 필터 장치(10)에 대해 두 번째 전형적 실시예의 파티클 필터 장치(10')에서의 배기가스의 다른 유동 프로파일(profile)을 제공한다. 배기가스 유동의 프로파일은 서문에 설명된 첫 번째 전형적 실시예에서와 같이 처음에 발생한다. 배기가스가 흡입구 섹션(a')과 필터 프리-섹션(b')로 들어간 후에, 배기가스는 촉매 컨버터(16')가 배치된 편향 요소(10')에 의해 제1 라인 섹션(11')으로 안내되고, 제1 라인 섹션(11')은 필터 섹션(d')의 부분을 형성하고, 여기에 파티클 필터(14')가 배치된다. 라인 섹션(11')으로부터 빠져나간 직후, 배기가스는 촉매 컨버터(26')로 들어가고, 그 다음 서문에 설명된 첫 번째 전형적 실시예에 반해, 외측에 방사상으로 제공된 환형 덕트로 편향된다. 상기 외측의 덕트에 있어서, 배기가스는 반대방향으로, 즉 화살표에 의해 표시된 배기가스 유동에 의해 도 2a부터 c에서 명시된 것과 같이 배출구에서 흡입구를 향해 흐른다. 필터 섹션(d') 구역의 외측 방사상 덕트 구역에 상응하는 제2 라인 섹션(12')은 따라서 이러한 실시예에서 바로 외측에 배치된다. 필터 섹션(d')으로부터 배기가스는 특히 필터 프리-섹션(b')으로부터 새로이 이송된 배기가스 유동과 함께 혼합되지 않고, 편향 섹션(c')으로 다시 한 번 들어간다. 배기가스 유동의 혼합이 일어나지 않는다고 하더라도, 특히 필터 프리-섹션(b')의 전촉매 컨버터(6')로부터 편향 섹션(c')으로 들어가는 배기가스 유동과 비교하여, 첫 번째 전형적 실시예에서와 마찬가지로, 필터 섹션(d')으로부터 이송된 배기가스가 촉매 컨버터(16', 26')를 통과한 결과로서 현저하게 높은 온도로 상승되기 때문에, 열교환 효과가 편향 섹션(c')에서 발생한다. 열교환은, 즉 촉매 컨버터(16')로 들어가는 배기가스 유동이나 또한 주위의 파트 또는 구성의 가열은, 또 다른 분리된 덕트의 공유되는 벽에 의해 이루어지고, 여과 과정을 보다 효율적으로 하며 특히 또한 필터의 전부하를 방지한다. 편향 요소(c')에 의해 배기가스 유동은 제2 라인 섹션(12')으로부터 제3 라인 섹션(13')으로 안내되고, 제3 라인 섹션은 이러한 실시예에 있어서 중심에 배치되고 파티클 필터(4')가 그 안에 위치한다. 배기가스 유동은 원하는 외측 방향으로, 다시 말하면 파티클 필터(4')로 들어가기 전에 미리, 흡입구에서 배출구를 향하는 방향으로 흐른다. 파티클 필터(4')를 통과한 후에, 배기가스는 배기 파이프를 통과하여 파티클 필터 장치(10')의 밖으로 빠져나가고, 배기 파이프는 외경 D1으로 섹션(e')과 섹션(g')을 가로질러 연장된다. 여기서, 파티클 필터 장치(10')과 관련하여, 파티클 필터 장치(10')은 후촉매 컨버터(36)의 생략이라는 점에서 더욱 컴팩트하고, 파티클 필터 장치(10')로부터 배출되는 배기가스 유동이 상대적으로 긴 시간을 배열에서 중심으로 안내되기 때문에 빠르게 가열할 수 있는 이점이 있고, 이는 총체적인 배열에서 생성되는 평형 온도에 긍정적인 영향을 미친다.

두 번째 전형적 실시예의 파티클 필터 장치(10')의 편향 요소(c')는 도2b와 2c의 개략도에 더욱 상세히 도시된다. 상기 구조는 기본적으로 도1b와 1c에서 이미 기술된 첫 번째 전형적 실시예의 파티클 필터 장치(10)의 편향요소(c)의 구조에 일치한다. 그러나 후자와 다른 점은 약 180도로 역전되는 배기가스 유동 방향에 있고, 두 번째 전형적 실시예에서 배기가스 유동은 외측 덕트에 형성된 라인 섹션(12')으로부터 중심 구역과 그 안에 배열된 라인 섹션(12')으로 편향된다. 이는 도2b와 2c에 상응하는 화살표의 도시로부터 또한 분명히 볼 수 있다. 구조적인 관점에서, 파티클 필터 장치(10, 10')의 두 개의 전형적 실시예는 단지 특히 후방 편향 요소(e')과 관련하여 배출구측 단부의 디자인과, 또한 특히 전방 편향 요소(c')와 관련하여, 흡입구측 단부에서 장치의 배기가스의 유동을 충분히 변경하는 방법으로 변경되는 배기가스 가이던스(guidance)와 다르지만, 실질적으로 구조적인 변경은 필요하지 않다.

본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10'')의 세 번째 전형적 실시예는 도3의 종단면도에 기초하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 현재 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10'')의 세 번째 전형적 실시예는, 상기 순서에 의한 배기가스 유동이 가로지르고 상호간에 동심으로 배열되는 세 개의 라인 섹션(11'', 12'', 13'')이 제공된다는 점에서, 처음 두 개의 전형적 실시예와 유사하다. 화살표로 도시된 배기가스 유동은 흡입구 섹션(a'')을 통하여 파티클 필터 장치(10'')로 들어간다. 촉매 컨버터(6'')는 필터 프리-섹션 또는 촉매 컨버터 섹션(b'')에 제공된다. 배기가스 유동은 실질적으로 흡입구 섹션(c'')과 파티클 필터(4'')가 배치된 필터 섹션(d'')으로 지나간다. 후방 편향 섹션(e'')에서 배기가스 유동은 제1 라인 섹션(11'')으로부터 제2 라인 섹션(12'')으로 약 180도로 외측으로 편향된다. 제3 라인 섹션(13'')으로 약 180도 외측으로의 배기가스 유동의 또 다른 편향은 섹션(c'')의 보다 외측 구역에서 이루어진다. 제3 라인 섹션(13'')을 통하여 흐른 후에, 배기가스는 필터 포스트-섹션(f'')으로 흐르고, 그 다음 배출구 섹션(g'')으로 흐른다. 본 발명에 따른 파티클 필터 장치(10'')의 세 번째 전형적 실시예의 특징은 섹션(c'')에 편향 분배 요소가 제공되지 않는다는 점에 있다. 이것은 특히 배기가스 유동이 흡입구 섹션(a'')으로부터 필터 섹션(d'')으로 방향이 바뀌지 않고 직접 통과한다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른, 배기가스 유동의 약 180도의 두 번의 편향은 후방 편향 섹션(e'')과 섹션(c'')의 외측 구역에서만 제공된다. 섹션(c'')에서의 편향 분배 요소의 생략에 의해, 엔진으로부터 지나가는 배기가스가, 처리과정에 의해 가열된 재순환되는 배기가스와 접근하는 상대적으로 차가운 배기가스가 혼합됨이 없는 관통유동(throughflow) 관점에서, 처음 두 개의 전형적 실시예에서 기술된 열교환 효과의 경우와 같이 더 이상 같은 정도로 가열될 수 없기 때문에, 파티클 필터 장치(10'')의 여과 용량이 상당히 줄어든다. 그러나, 세 번째 실시예는 현저하게 더욱 유리한 생산비용의 이점을 가진다. 외측으로 두 번 굽혀지는(two-fold) 편향(처음 두 개의 전형적 실시예에서 처럼 내측으로 굽혀짐이 전혀 없이)의 결과로서, 배기가스 유동과 그리고 또한 구조는 현저하게 단순화된다. 또한, 이러한 전형적 실시예는 역압(counterpressure)을 위한 제한 값(일반적으로 전부하(full load)에서 수 백 밀리바)이 회피된다는 점에서 유리하다. 상기된 본 발명의 다양성에서, 값의 초과는 엔진의 과열 또는 손상을 유발할 수 있는 상응하는 미리 정해진 최대 역압 값을, 사용된 엔진에 해당하는 간단한 방법으로 적용된 파티클 필터(4'')의 횡단과 종단의 길이의 이점에 의해 간단한 방법으로 설정할 수 있다.

본 발명은 바람직한 전형적 실시예에 기초하여 위에서 보다 상세히 설명되었다. 그러나 당해 기술분야에서 숙련된 사람에게, 본 발명이 기초한 개념으로부터 벗어나는 일이 없이 다른 변형과 수정을 할 수 있음은 자명할 것이다

본 발명에 따른 디자인의 특별한 이점은 말하자면 세 개의 섹션에 의해 발생되는 배기가스의 "꺾인" 유로에 의해 매우 컴팩트한, 긴 유로를 포함하는 파티클 필터 장치이 된다는 점에 있고, 이에 따라 장치 안에서 배기가스가 머무르는 시간이 비교적 길게 된다. 특히, 예를 들어 촉매 컨버터와 같이 배기가스의 온도를 상승시키는 요소들이, 이와 같은 요소들의 배열을 위한 상응하는 포인트를 또한 허용하는 긴 유로를 갖는 유동 매체의 유로에 배열된다면, 배기가스가 높은 온도에 도달하고, 높은 온도는 머무르는 시간이 길다는 점과 함께 총체적인 배열을 가져오는 평형 온도나 또한 이와 같은 평형 온도가 도달하는 속도에 동일하게 유리한 효과를 준다.

Claims

흡입구와 배출구를 포함하고, 흡입구와 배출구 사이의 배기가스의 유로에 배열되는 하나 이상의 파티클 필터(4; 4')가 구비되며, 배기가스가 라인에서 안내되고, 라인은 배기가스가 실질적으로 배출구 방향으로 안내되는 제1 섹션(11; 11'; 11'')과, 또한 배기가스가 실질적으로 흡입구 방향으로 안내되는 제2 섹션(12; 12'; 12'')을 포함하는, 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 배기가스를 여과하기 위한 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')로서, 라인은 또한 배기가스가 실질적으로 배출구 방향으로 안내되는 제3 섹션(13; 13'; 13'')을 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치.
제1항에 있어서,

배기가스는 라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13")을 순차적으로 통과하여 흐르는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 또는 제2항에 있어서,

하나 이상의 파티클 필터(4; 4')가 라인의 제1, 제2, 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13")에 배열되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

다른 파티클 필터(14)가 라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13")에 배열되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제3항 또는 제4항에 있어서,

하나 이상의 파티클 필터(4; 4')와 다른 파티클 필터(14)가 필터 단일체로서 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

배기가스의 유동 방향이 실질적으로 역전되는 라인의 구역이 제1과 제2 섹션(11, 12; 11', 12'; 11", 12")과 제2와 제3 섹션(12, 13; 12', 13'; 12", 13")의 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제6항에 있어서,

촉매 컨버터(36; 36')가 하나 이상의 구역에 배열되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13")은 실질적으로 상호간에 동심으로 배열되는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

제1, 제2 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13") 중의 하나의 섹션은 실질적으로 원통 형상이고, 다른 두 개의 섹션은 실질적으로 환형 원통 형상인 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

라인의 제1과 제2 섹션(11, 12; 11', 12'; 11", 12") 및/또는 제2와 제3 섹 션(12, 13; 12', 13'; 12", 13") 및/또는 제1과 제3 섹션(11, 13; 11', 13'; 11", 13")은 공유되는 벽(17, 18; 17', 18')에 의해 분리된 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

파티클 필터 장치(10; 10')은 흡입구에서 라인의 제1 섹션(11; 11')을 지나가는 제1 배기가스 유동을 안내하고, 라인의 제2 섹션(12; 12')으로부터 라인의 제3 섹션(13; 13')을 지나가는 제2 배기가스 유동을 편향시키는 편향 분배 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제11항에 있어서,

편향 분배 요소는 각각 제1과 제2 배기가스 유동을 안내하기 위한 덕트를 포함하고, 적어도 제1 배기가스 유동을 안내하는 덕트의 외벽 일부가 제2 배기 가스 유동을 안내하는 덕트의 내벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')은 실질적으로 중심축에 대해 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

파티클 필터 장치(10; 10')는 흡입구에서 배출구 방향으로 적어도, 배기가스를 위한 편향 분배요소를 포함하는 제1 섹션(c, c'), 하나 이상의 파티클 필터를 포함하는 제2 섹션(d, d'); 그리고 배기 가스를 위한 편향 요소를 포함하는 제3 섹션(e, e')을 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10')
제13항에 있어서,

라인의 제1, 제2 그리고 제3 섹션(11, 12, 13; 11', 12', 13'; 11", 12", 13")은 파티클 필터 장치(10; 10')의 제2 섹션(b, b')에 형성된 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

파티클 필터 장치(10; 10')은 흡입구의 하류 및/또는 라인의 제1 섹션의 상류에 배기가스의 유동 방향으로 직접 배열된 촉매 컨버터(6; 6'; 6")를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

파티클 필터 장치(10; 10')은 배출구의 상류 및/또는 라인의 제3 섹션의 하류에 배기가스의 유동 방향으로 직접 배열된 미립자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
흡입구와 배출구를 구비하고, 배기가스 유동의 방향을 바꾸기 위한 편향 요소가 흡입구와 배출구 사이의 배기가스의 유로에 제공되는 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 배기가스를 여과하기 위한 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')로서, 편향 요소는 촉매 컨버터(26; 26'; 36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제18항에 있어서,

편향 요소는 실질적으로 배기가스 유동을 위한 U형상의 덕트로서 구현되고, 촉매 컨버터(26; 26')가 U형상의 덕트의 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
제18항 또는 제19항에 있어서,

촉매 컨버터(36)는 철망으로 형성된 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
흡입구와 배출구를 포함하는 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 배기가스를 여과하기 위한 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')로서, 실질적으로 장치 내에서 배기가스 유동의 방향을 유지하기 위해 제1 배기 가스 유동을 분배하고, 실질적으로 반대방향으로 흐르는 제2 배기가스 유동을 소정각도로, 바람직하게는 약 180도의 각도로 편향시키며, 두 개의 배기가스가 혼합되지 않게 하는 편향 분배 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'').
흡입구와 배출구를 포함하는 파티클 필터 장치(10; 10'; 10'')에 의해 특히 디젤 내연 엔진과 같은 내연 엔진의 배기가스를 여과하는 방법으로, 배기가스의 유동 방향은 흡입구와 배출구 사이에서 약 180도로 두 번 이상 편향되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 여과하는 방법.