(57)【要約】本発明は、内燃機関用の粒子フィルタに使用され、かつ腐食又は組織成膜のような半導体技術のミクロ組織化方法を用いることによって好ましくは製造される、内部中空室を具備するフィルタ体に関する。フィルタ体用の導電性材料を選択することによって、一体化抵抗加熱が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の微粒子フィルタに使用するための内部空洞、例えば細孔又は通路を有するフィルタ体であって、
該フィルタ体が、半導体技術に使用されるミクロパターン化工程を用いて製造されることを特徴とするフィルタ体。
【請求項２】
前記使用されるミクロパターン化工程が、エッチング工程又はパターン成膜、あるいは前記２つの工程の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ体。
【請求項３】
前記フィルタ体が、異なる寸法の空洞を有する領域を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載のフィルタ体。
【請求項４】
前記空洞の寸法が流動方向で減少することを特徴とする請求項３に記載のフィルタ体。
【請求項５】
前記空洞の大きさが部分的に一定であるが、流動方向で減少することを特徴とする請求項４に記載のフィルタ体。
【請求項６】
前記空洞の寸法が流動方向で連続的に減少することを特徴とする請求項４に記載のフィルタ体。
【請求項７】
前記フィルタ体が、少なくとも部分的に導電性材料から形成され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体。
【請求項８】
前記フィルタ体が、異なる比導電率の領域を有することを特徴とする請求項７に記載のフィルタ体。
【請求項９】
前記フィルタ体が、少なくとも部分的にシリコン、ゲルマニウム、シリコン又はゲルマニウムの化合物、あるいはシリコン及びゲルマニウムの固溶体から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体。
【請求項１０】
前記フィルタ体が、少なくとも部分的に触媒活性コーティングを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルタ体。
【請求項１１】
前記フィルタ体が、少なくとも部分的に酸化物層を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフィルタ体。
【請求項１２】
少なくとも１つのガス入口と少なくとも１つのガス出口とを有するハウジングを有する自動車用の微粒子フィルタであって、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフィルタ体を含む微粒子フィルタ。
【請求項１３】
前記微粒子フィルタが、少なくとも１つの焼結材料製のフィルタ体をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の自動車用の微粒子フィルタ。
【請求項１４】
少なくとも１つのガス入口と少なくとも１つのガス出口とを有するハウジング付きの微粒子フィルタを有する車両であって、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフィルタ体を含む車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の微粒子フィルタ用のフィルタ体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヨーロッパにおいて自動車用の駆動システムとして使用されるディーゼルエンジンの数が大幅に増加してきた。しかし、これらのユニットの用途のさらなる拡大に対する主な障害の１つとして、放出物の問題が関心の焦点となっている。特に、肺に達することがあり、したがって健康に有害である微粒子の放出は、未だ十分に解決されていない課題を提起している。１０ｎｍ未満の大きさの微粒子が健康に有害である可能性は、このような微粒子が肺に達する能力の故に特に高い。
【０００３】
現在、外気に放出される微粒子の数及び最大直径を低減するために、様々な構想が追求されている。例えば、特許文献１は、フィルタ体として焼結体を有する微粒子フィルタを提案している。これらのフィルタ体は製造が容易であるが、それらの特性はそれらの細孔寸法に関して不満足であり、したがって、特に著しく小さな粒子の排気ガスからのフィルタ除去を十分に保証することは不可能である。
【０００４】
さらに、運転中に時間が経つにつれて、従来の微粒子フィルタ内の細孔は炭素微粒子でますます塞がれ、この結果、フィルタ内の流動抵抗が高くなり、一般的に炭素微粒子を約６００℃で燃焼してＣＯ２を形成することによってフィルタの再生が必要になる。現在のディーゼルユニットの排気ガス温度は一般にこのレベルに達しないので、フィルタ体を加熱しなければならないか、あるいは燃料又は添加剤をフィルタに添加することによって、燃焼温度を低減させなければならない。この目的に使用される典型的な方法及び装置は、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第３９４１６９８  Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４３２９５５８  Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許第６６１４２９  Ｂ１号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第８０６５５３  Ａ２号明細書
【特許文献５】独国特許発明第４１１７１４８  Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、有効な排気ガス浄化を保証し、同時に微粒子フィルタの再生を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１、１２及び１４に記載した特徴を有する装置によって達成される。従属請求項に記載した特徴は、本発明の有利な改良点を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
排気ガス流から著しく小さな炭素微粒子をフィルタ除去しなければならない場合、フィルタ体の正確なミクロパターン化が必要である。この場合、有効なろ過作用に適用される要件から、フィルタ体の空洞の形状、向き及び寸法を最適化することが特に望ましい。本発明によれば、このことは、フィルタ体をパターン化するために、半導体技術に使用される工程が使用されるという事実によって達成される。これらの工程を用いることにより、ナノメートル範囲でも明確なパターンの形成が可能になり、最近、これらの工程は工業的規模で使用されている。特定の要件を満たすフィルタ体の正確な設計により、直径１０ｎｍ未満の微粒子のフィルタ除去が可能である。
【０００９】
ミクロパターン化のために、半導体技術で公知のエッチング工程を使用することが有利である。特にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング又は陽極エッチングによって、優れた結果が達成される。半導体技術のミクロパターン化のために使用される公知のエッチング工程の概要は、例えば、ケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）、「マイクロ技術用のエッチング方法」（Ａｅｔｚｖｅｒｆａｈｒｅｎ  ｆｕｅｒ  ｄｉｅ  Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ）、ウィリー（Ｗｉｌｅｙ）−ＶＣＨ  １９９８年に記載されている。ウイスカの成膜も、適切な形態のミクロパターン化であることが証明されている。ウイスカは、一般に単結晶形態、あるいはせいぜい小数の結晶子から構成される繊維状結晶である。
【００１０】
フィルタ体の明確なミクロパターン化のために、上述の生産工程を選択することによって生じる設計のオプションを有利に使用できる。一例として、最適な微粒子フィルタ処理のために、フィルタ体の網、空洞又は細孔の寸法を最適化できる。
【００１１】
一方でフィルタシステム全体の流動抵抗を低レベルに保持し、他方でろ過作用を最適化するための明確な浄化ステージを形成するために、流動方向のフィルタ体の細孔寸法を低減することが特に有利である。
【００１２】
製造技術の観点で、一定の細孔寸法を有する個々の部分フィルタ体を製造し、次に、これらの部分フィルタ体を組み立ててフィルタ体全体を形成することが特に実用的であると思われる。さらに、この処置により、例えば保守目的のために、個々のフィルタ要素を必要ならば交換することが可能である。さらに、その都度既にミクロパターン化されている個々のウェハの積層体を焼結または接合することによって、フィルタ体全体用の部分フィルタ体それ自体を製造することが有利である。
【００１３】
流動方向に連続的に減少する細孔径を有する一体物として、フィルタ体を設計することも有利である。この場合にも、フィルタ体の内部形状を微粒子フィルタの要件に最適に適応させることができる。
【００１４】
微粒子フィルタを再生できることを保証するために、フィルタ体全体または一部分を導電性材料から製造するか、あるいはこの種類の材料をコーティングすることが推奨される。このことにより、別個の抵抗加熱手段を取り付ける必要性が省略される。
【００１５】
加熱電圧がフィルタ体に印加される場合、加熱電流はフィルタ体の全体またはその大きな領域を通して流れ、この結果、フィルタ体が加熱され、これによって完全に清浄にされる。フィルタの性能に悪影響を及ぼす炭素微粒子の局所的な蓄積は後に残らない。
【００１６】
フィルタも加熱可能であるため、再生は、フィルタ内に送られる排気ガスの入口温度と無関係である。このことにより、フィルタが排気システムに取り付けられる位置を利用可能空間の観点から最適に選択することが可能であり、同様に、加熱力をフィルタの現在の負荷状態に適応させることが可能である。
【００１７】
例えば、適切にドープされたシリコンを用いることによって、フィルタ材料の導電性を保証できる。ドーピング特性の選択によって、加熱時に最適な再生作用を達成するためにフィルタ体の電気的特性を最適化できる。特定の範囲で炭素微粒子に露出される領域の電気的特性は、加熱力がこれらの領域で最大であるように選択されることが特に有利であり、このことにより、最適な効果をなお達成しつつ加熱の電力消費が最小にされる。
【００１８】
シリコン、ゲルマニウム及びそれらの化合物又は固溶体は、それらの機械的、化学的及び電気的特性の故に、フィルタ体材料として使用することが推奨される。特に、シリコンは高温でも化学的に不活性であり、機械的に安定している。このことにより、多数の再生サイクルにわたるフィルタ体の長期の表面寿命が保証される。さらに、半導体技術には、上述の材料のミクロパターン化に関する広範囲の経験がある。当然、上述の工程によってミクロパターン化できる他の物質を使用することも可能である。
【００１９】
本発明のさらなる有利な構造は、白金族又は希土類族からの元素で完全に又は部分的に内部がコーティングされるフィルタ体にあり、これによって触媒効果が達成される。この結果、炭素微粒子が燃えてＣＯ２を形成する反応温度が低減され、酸化反応を開始するために必要とされる加熱力が少なくて済む。
【００２０】
シリコンフィルタ体を使用する場合、シリコンを制御して酸化させ、これによって、形成される石英層を用いることにより、存在するすべての燃焼生成物に対してシリコンを不活性にすることが適切であることも証明されている。
【００２１】
例えば、焼結シリコン粒子から低コストで製造できるフィルタ要素は、大きな炭素微粒子（＞１００ｎｍ）をフィルタ除去するための上流フィルタとして有利に使用できる。関連のフィルタ体の製造は米国特許第４，７６７，５８５号に記載されている。平均細孔寸法は、出発原料の粒子の大きさによって設定される。例えば電気めっきによって製造されるプラチナの触媒コーティングは、形状付けたフィルタ体を焼結した後に行われることが好ましい。フィルタ要素の直接加熱に必要な電気抵抗は、シリコン出発原料をドープすることによって、及び／又は電気めっきにより形成されたコーティング及び幾何学的形状によって設定される。
【００２２】
上述のフィルタ体は、微粒子フィルタを形成するために一体化することが容易である。一例として、既に車両内で使用されている従来の微粒子フィルタの寸法を有するハウジングにフィルタ体を容易に導入できるように、フィルタ体の形状を選択できる。したがって、さらなる構造的措置を車両で実施する必要なく、従来の装備の車両を改造できる。
【００２３】
さらに、上述のフィルタ体を新しい自動車に装備することも有利である。
【００２４】
図１は、内部空洞の寸法が異なる３つの部分フィルタ体を有する微粒子フィルタの縦断面図を示している。部分フィルタ体３は微粒子フィルタのハウジング１に積層して取り付けられる。このことは、保守作業のために個々の部分フィルタ体を交換できることを保証する。矢印２で示したガス流の方向の個々の部分フィルタ体の内部空洞の寸法の減少が、概略的に示されている。このことにより、フィルタ除去される微粒子の大きさが流動方向で減少し、またフィルタの端部の微細な孔又は通路が炭素微粒子によって時期尚早に遮断されないことが保証される。フィルタ体の直接加熱性を保証するために、ハウジングに通された電流端子４によって、フィルタ体が接触接続される。必要ならば、図示した微粒子フィルタは、電圧を電流端子に印加することによって簡単に加熱でき、これによって、炭素微粒子の酸化により再生してＣＯ２を形成でき、続いてこのＣＯ２がフィルタから気相に放出される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるフィルタ体を用いた微粒子フィルタの構造の一例を示す。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月28日(2004.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
内燃機関用の微粒子フィルタに使用するための内部空洞、例えば細孔又は通路を有するフィルタ体であって、
該フィルタ体が、積層したミクロパターン化されているウエハから少なくとも部分的に形成されることを特徴とするフィルタ体。
【国際調査報告】
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