(57)【要約】本発明はフィルタ複合体並びにその製造方法に関する。このフィルタ複合体は、流体が貫流し、少なくとも１つの縁部領域（３）を備え、少なくとも部分的に多孔性材料から成る少なくとも１つの覆い層（２）と、繊維組織から成る少なくとも１つの繊維層（４）とを有する。本発明のフィルタ複合体は、少なくとも１つの覆い層（２）が繊維層（４）を取り囲む被覆（３１）を形成し、その結果繊維層（４）が消失しないように、少なくとも１つの覆い層（２）の内部に配置されたことを特徴とする。このフィルタ複合体（１）は、特に自動車用内燃機関の排気ガス流を浄化するために用いるフィルタ体の製造を可能にする。
2005507315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの縁部領域（３）を備え少なくとも部分的に多孔性材料から成る少なくとも１つの覆い層（２）と、繊維組織から成る少なくとも１つの繊維層（４）とを有し流体が貫流できるフィルタ複合体（１）において、少なくとも１つの覆い層（２）が、繊維層（４）を取り囲む被覆（３１）を形成し、もって繊維層（４）を、これが消失することのないように少なくとも１つの覆い層（２）の内部に配置したことを特徴とする複合体。
【請求項２】
被覆（３１）が覆い層（２）で形成されているフィルタ複合体（１）において、覆い層（２）が少なくとも１つの縁部領域（３）とその反対側に位置する変形領域（３２）とを有し、該覆い層（２）が少なくとも１つの縁部領域（３）において自己接合技術で結合されたことを特徴とする請求項１記載の複合体。
【請求項３】
少なくとも２つの覆い層（２）が被覆（３１）を形成するフィルタ複合体（１）において、覆い層（２）が少なくとも１つの縁部領域（３）で接合技術により結合され、互いに結合された両覆い層（２）間に、繊維層（４）が消失しないように配置されたことを特徴とする請求項１記載の複合体。
【請求項４】
少なくとも１つの覆い層（２）が、少なくとも１つの縁部領域（３）において、残りの領域に比べて小さな多孔率を有し、特にそこは多孔性でないことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の複合体。
【請求項５】
少なくとも１つの覆い層（２）が、０．０４ｍｍ、特に０．０３ｍｍ、更には０．０２ｍｍ以下の厚さ（５）の金属箔であることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の複合体。
【請求項６】
フィルタ複合体（１）が７０％以上、特に９０％以上の平均多孔率を有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の複合体。
【請求項７】
少なくとも１つの縁部領域（３）が、覆い層（２）の縁（６）から３〜１５ｍｍの縁部幅（７）にわたって延び、前記縁部領域（３）が、少なくとも両側縁（６）に配置されたことを特徴とする請求項２から６の１つに記載の複合体。
【請求項８】
接合技術的結合が半田（８）によって実施されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の複合体。
【請求項９】
繊維層（４）が第１長さ（９）と第１幅（１０）とを有し、少なくとも１つの覆い層（２）が第２長さ（１１）と第２幅（１２）とを有し、前記第１長さ（９）および／又は第１幅（１０）が、第２長さ（１１）および／又は第２幅（１２）より小さいことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の複合体。
【請求項１０】
繊維層（４）が、０．０１〜１ｍｍの膨らみ厚（１３）を有することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の複合体。
【請求項１１】
少なくとも１つの覆い層（２）が、少なくとも１つの流れ案内面（１５）を有することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の複合体。
【請求項１２】
内燃機関（１７）の排気ガス流を浄化するためのフィルタ体（１６）において、請求項１から１１の１つに記載の少なくとも１つのフィルタ複合体（１）が、特にハニカム構造に基づく通路（１９）を形成すべく、少なくとも部分的にハウジング（１８）内に配置され、前記通路（１９）が、少なくとも部分的に狭められたことを特徴とするフィルタ体。
【請求項１３】
少なくとも１つの覆い層（２）が、少なくとも部分的に、通路（１９）を境界づける組織（２１）を有することを特徴とする請求項１２記載のフィルタ体。
【請求項１４】
請求項１から１１の１つに記載のフィルタ複合体（１）の製造方法において、少なくとも１つの覆い層（２）をその少なくとも１つの縁部領域（３）を除いて多孔性に加工し、覆い層（２）上に繊維層（４）を配置し、少なくとも１つの覆い層（２）で被覆（３１）を形成し、繊維層（４）を少なくとも１つの覆い層（２）間に消失しないように固定すべく、少なくとも１つの縁部領域（３）に接合技術的結合部を形成する工程を含むことを特徴とするフィルタ複合体（１）の製造方法。
【請求項１５】
被覆（３１）の形成を、覆い層（２）の変形、特に覆い層（２）の曲げ、折り曲げ、又は折り重ねにより行うことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
被覆（３１）の形成を２つの覆い層（２）により行い、少なくとも１つの繊維層（４）を両覆い層（２）間に、覆い層（２）の縁部領域（３）が少なくとも部分的に直に重なり合うように配置することを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
覆い層（２）上に繊維層（４）を配置する前に、少なくとも１つの覆い層（２）に組織（２１）を設けることを特徴とする請求項１４から１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
被覆（３１）を形成するために２つの覆い層（２）を利用し、２つの覆い層（２）への組織（２１）の設置を時間的に順々に行い、その都度、異なった組織（２１）を発生させることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
接合技術的結合を溶接によって実施することを特徴とする請求項１４から１８の１つに記載の方法。
【請求項２０】
接合技術的結合を半田付けにより実施することを特徴とする請求項１４から１８の１つに記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの覆い層（２）が少なくとも１つの縁部領域（３）の外に、半田止め（２３）を備えることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が貫流できるフィルタ複合体および本発明に基づくフィルタ複合体で構成された、内燃機関の排気ガス流を浄化するためのフィルタ体に関する。本発明は、フィルタ複合体の製造方法にも関する。
【０００２】
ドイツでの新車登録を調べると、２０００年に新規に登録された全自動車の約３分の１がディーゼルエンジンを有する。この比率を他国と比較すると、例えばフランスやオーストリアにおけるよりもかなり高い。ディーゼル自動車について関心が増した原因は、例えば非常に低い燃料消費、比較的安価なディーゼル燃料価格にあり、更にそのような自動車の改善された走行特性にもある。また環境汚染問題についても、ディーゼル車は、ガソリン車に比べてＣＯ2の放出量がかなり少なく、極めて魅力的である。もっとも、燃焼時に発生する煤粒子の分量がガソリン車に比べて非常に多いことも認識せねばならない。
【０００３】
特にディーゼルエンジンからの排気ガスの浄化を考察すると、排気ガス内の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）は、公知のようにして、それらが例えば触媒活性表面と接触することで酸化される。尤も、酸素富化条件下での窒素酸化物（ＮＯx）の還元は困難である。例えばオットーエンジンで採用されている三元触媒コンバータは、所望の効果を発揮しない。そのため、選択触媒還元法（ＳＣＲ：selective catalytic reduction）が開発された。更に、ＮＯx吸収体が一酸化窒素の減少のために実験的に利用された。
【０００４】
粒子又は長鎖式炭化水素が人の健康に害を与えるか否かの議論は、既に非常に長い期間にわたって行われているが、未だに、最終的な結論に至っていない。それと別に、かかる放出物が或る許容範囲を越えて大気に放出されないようにする努力が払われている。その限りでは、従来公知の法的ガイドラインを将来においても厳守すべく、実際に如何なるフィルタ効率が必要であるかが問題である。ドイツ連邦共和国で市販中の車両における現在の排気ガスの動向を調べると、１９９９年にＥＵ  ＩＩＩ基準に基づいて認可された通常の乗用車は、それらに少なくとも約３０〜４０％の効率を有するフィルタを装備することで、ＥＵ  ＩＶ基準に基づく要件も遵守可能と推定できる。
【０００５】
粒子放出物を減少すべく、セラミック基材で構成された粒子捕集器が知られている。それは、浄化すべき排気ガスが粒子捕集器に流入するよう、多数の通路を持つ。その互いに隣接する通路は、互い違いに閉じられ、これによって、排気ガスは入口側において通路に流入し、セラミック壁を貫通して、隣の通路を経て出口側から排出される。かかるフィルタは、発生する粒子寸法の全域にわたり約９５％の捕集効率を示す。
【０００６】
付加剤および特別な被膜との化学的相互作用に加えて、自動車の排気装置におけるフィルタの確実な再生が、今なお問題となっている。貫流すべき通路壁に微粒子が集積すればする程、圧力損失が増大し、その圧力損失がエンジン出力に不利に作用するので、粒子捕集器の再生が必要である。その再生処理は、煤粒子を気体成分に変換すべく、粒子捕集器内に収集した粒子の瞬時の加熱過程を含んでいる。しかし、粒子捕集器の大きな熱的負荷は、その寿命に不利に作用する。
【０００７】
この不連続的で熱的に大きく消耗する再生処理を回避すべく、フィルタの連続再生装置（ＣＲＴ：continuous regeneration trap）が開発された。該装置では、粒子は２００℃より高温で早くも、ＮＯ2による酸化で燃焼する。その際に必要なＮＯ2は、通常粒子捕集器の上流に配置された酸化触媒コンバータで発生される。しかしこの場合、ディーゼル燃料自動車への利用に関し、排気ガス内に存在する一酸化窒素（ＮＯ）の量が、所望の二酸化窒素（ＮＯ2）に変換するには足りないという問題がある。そのため、従来の排気装置では、粒子捕集器の連続再生を行えると保証できない。
【０００８】
未変換粒子の他に、油や付加剤残留物も粒子捕集器に付着することを考慮する必要があり、粒子捕集器は簡単に再生できない。このため、公知のフィルタは規則的な時間間隔で交換および／又は洗浄せねばならない。平板状としたフィルタ装置は、フィルタからそれらの成分を分離する振動を加えることで、その問題を解決する試みがなされている。尤もこれによっても粒子の未再生分の一部がそれ以上に処理されずに、大気に直に達する。
【０００９】
最小反応温度と比滞留時間に加えて、粒子をＮＯ2で連続再生すべく十分な酸化窒素を供給せねばならない。一酸化窒素（ＮＯ）と粒子の動的放出についての試験結果から、排気ガス内に一酸化窒素が全く又はほんの僅かしか存在しないときに粒子が放出され、またその逆も言えることが明らかになった。その結果、実際に連続再生されるフィルタは、補償器或いは貯蔵器として機能せねばならない。かくして、両反応相手が所定の時点でフィルタ内に必要量で留まることを保証できる。更に、フィルタは、低温始動直後に早くもできるだけ高い温度に曝し得るようにすべく、できるだけ内燃機関の近くに配置せねばならない。必要な二酸化窒素を用意するため、フィルタに酸化触媒コンバータを前置接続せねばならない。このコンバータは、一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を変換し、特に一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に変換する。この酸化触媒コンバータとフィルタから成る装置をエンジン近傍に配置する場合、その配置位置は、ディーゼル自動車の燃焼室における過給圧力を高めるべく通常利用される排気駆動式過給機の前の位置が特に適する。
【００１０】
この基本的な考えを考察するとき、自動車工業での実際の採用に対し、かかるフィルタを、その位置および極めて大きな熱的・動的負荷の下で満足するフィルタ効率を有するように、どのように構成するかが問題となる。特にフィルタに対する新構想を必要とする空間的事情を考慮せねばならない。フィルタ内の未変換の粒子の長い滞在時間、従って高い効率を保証すべく、自動車の下部に配置される旧式フィルタは、前面に非常に大きな容積を有するが、エンジン近くに配置する場合には、十分な場所や空間は利用できない。
【００１１】
このために、用語「開放フィルタ装置」で知られた新構想が開発された。この開放フィルタ装置は、フィルタ通路の構造的な互い違いの閉鎖が不要という特徴を持つ。その際、通路壁が少なくとも部分的に多孔性又は超多孔性材料で構成され、開放フィルタの流路が転向用又は案内用構造を有することが提案されている。該組込み物は、流れからその中に含まれる粒子が多孔性又は超多孔性材料から成る領域に向けて転向するように作用する。その場合、粒子が迎撃および／又は衝撃で多孔性の通路壁に付着して留まることが、新たに明らかになった。これらの作用を一度に発生すべく、流れる排気ガスの流れ分布形状における圧力差が重要である。転向にて追加的に局所的な負圧又は過圧状態が生じ、該状態に伴う上記圧力差を補償すべく多孔性の壁を通る流れが生じ、濾過効果が発生する。
【００１２】
粒子捕集器は、公知の閉鎖形濾過装置やフィルタ装置と異なり、流れ盲溝を備えない故に開放形である。従ってこの特性は、そのような粒子フィルタの特色化にも役立ち、この結果、例えばパラメータ「流れ自由度」が説明に適用される。即ち、２０％の「流れ自由度」は、横断面を考慮して、面積の約２０％が見通せることを意味する。通路密度が約９３個／ｃｍ2で、流れ開口直径が０．８ｍｍの粒子フィルタの場合、その流れ自由度は０．１ｍｍ2以上の面積に相当する。
【００１３】
本発明の課題は、そのような開放フィルタ装置の実現に関し、連続再生の枠内での採用とそれに伴う要件に対し、特に良好に適用されるフィルタ材料を提供することにある。そのため、フィルタ装置は乗用車の排気装置における極めて高温の排気ガスの脈動的噴出に起因する大きな熱的、動的な負荷に耐えねばならない。更に、排気装置において粒子を著しく減少するために適用される相応したフィルタ体を提供する。加えて、そのフィルタ材料の製造方法を提供する。
【００１４】
これら課題は、請求項１に記載の特徴を持つフィルタ複合体、請求項１２に記載の特徴を持つ内燃機関の排気ガス流を浄化するためのフィルタ体および請求項１４に記載の特徴を持つフィルタ複合体の製造方法により解決される。本発明の有利な実施態様をそれらの従属請求項に示し、その特徴事項は、個々に又は任意の意味ある組合せで生じる。
【００１５】
本発明に基づくフィルタ複合体は、流体が貫流でき、少なくとも部分的に多孔性又は超多孔性材料から成る少なくとも１つの覆い層と、繊維組織から成る少なくとも１つの繊維層とを備える。覆い層は更に、少なくとも１つの縁部領域を含む。フィルタ複合体は、少なくとも１つの覆い層が、繊維層を取り囲む被覆を形成し、その結果繊維層が消失することのないように、少なくとも１つの覆い層の内部に配置されることを特徴とする。ここで被覆とは、少なくとも１つの覆い層の配置を意味し、その場合、少なくとも１つの覆い層が少なくとも部分的に繊維層の縁も越えて延び、特に繊維層を完全に取り囲む。この結果被覆は繊維層の全周にわたり少なくとも部分的に形成される。覆い層が繊維層の境界部の周りをこのように囲い込んでいる結果、少なくとも一方向における繊維層と覆い層との相対運動が、かみ合い結合で阻止される。
【００１６】
かかるフィルタ複合体は、特に該フィルタ複合体のエンジン近くの配置に関して価値がある複数の利点を持つ。少なくとも１つの覆い層は、発生する圧力衝撃やピーク温度から内側に位置する繊維層を保護する保護被覆を形成する。繊維層は覆い層に比べて、繊維から成るかなり緩い材料複合体である。そのため、用語「繊維組織」には、複合体や編物等の形で考え得る全ての配置構造が含まれる。材料についても、例えばセラミック繊維、金属繊維、焼結材料等の多くの材料が考えられる。繊維層はこれを保護する覆い層の存在により強度について左程考慮する必要がないので、その繊維層は非常に高い多孔率にできる。そのため、繊維層内に特に大きな自由空間、空孔等を形成できる。これは、特に少なくとも１つの覆い層がテープ状又はフィルム状に構成され、即ち大きな接触設置面を提供することで支援される。その結果、例えばフィルタ層の形状安定性を保つべく従来採用されていた公知の金網よりかなり緩く詰め込んだ繊維材料が採用できる。
【００１７】
かかるサンドイッチ構造物は、従来のフィルタ材料では、両側に夫々支持構造物（特に金網）が配置され、該サンドイッチが続いて所望の形状に湾曲ないし変形するよう形成されていた。このサンドイッチ構造物は排気ガス流中に、フィルタ材料の境界部又は端面が保護されずに脈動する排気ガス流に曝されるように配置されていた。このため、その端面部に分離現象が生じた。繊維材料を長期間にわたり金網間に固定可能とすべく、そのサンドイッチ構造物を高圧で圧縮せねばならなかった。その結果、それにより生ずる小さな空孔や自由空間に粒子が集合し、フィルタ材料の効率がかなり悪化する。これは本発明に基づくフィルタ複合体では、少なくとも１つの覆い層が繊維層の縁を囲い込み、繊維層を内部に直接消失しないように配置しているので、簡単に防止できる。
【００１８】
他の実施態様では、繊維層を保護する被覆は覆い層で形成され、該覆い層は、少なくとも１つの縁部領域とその反対側に位置する変形領域とを有し、前記覆い層は少なくとも１つの縁部領域において自己接合技術で結合されている。その結果、覆い層は、この層が繊維層を一度囲い込んで配置できる寸法を有している。その場合、覆い層は繊維層の境界部近くで変形（曲げ、折り重ね等）され、反対側の縁部領域で、例えば半田付け又は溶接されている。内燃機関の排気装置へのこのフィルタ複合体の配置は、好適にはフィルタ複合体に流入する排気ガスが接合技術的結合部を備えた縁部領域又は変形領域に衝突するようになされる。従って、ここではかみ合い結合のバリヤが生じ、排気ガスの流れ方向に見て繊維層と覆い層とのずれや相対運動は起きない。フィルタ複合体は、それに対し垂直の方向には比較的小さな力しか作用しないので、囲い込みなしでも済む。むしろこれは、例えば覆い層と繊維層の異なる熱膨張挙動の補償を保証する。
【００１９】
或いは被覆を少なくとも２つの覆い層で形成し、該層を少なくとも１つの縁部領域で接合技術的に結合し、互いに結合した両覆い層間に、繊維層が消失しないよう配置できる。従ってここでは、繊維層を少なくとも２つの覆い層間に配置したサンドイッチ構造が生じる。被覆は、外側に配置した覆い層が夫々繊維層を越えて重なり合う縁部領域を有し、これら縁部領域が互いに結合技術的に結合（半田付け、溶接、焼結、接着）されることで生ずる。その際、縁部領域は夫々覆い層の両側縁の近くに位置する。たとえこの関係において、接合技術的結合部付きの縁部領域を繊維層付き領域の外側に配置することが優れていても、場合により、一方の覆い層を延長して形成することも意味があり、この結果、覆い層が繊維層を囲い込み、繊維層の範囲で他方の覆い層に結合される。かかる保護被覆の形成は、同様に、繊維層が消失しないように内部に配置することに貢献する。
【００２０】
他の実施態様では、少なくとも１つの覆い層は、少なくとも１つの縁部領域で、残りの領域に比べて小さな多孔率を有し、特にそこは多孔性を有していない。これは、覆い層が排気ガスに対し少なくとも２つの異なる透過率を有することを意味する。覆い層が繊維層との接触範囲で孔、穴、開口、貫通路等に基づく非常に大きな透過率又は多孔率を有している一方で、覆い層の縁部領域は、好適には流体が透過できない材料から成っている。これは、特に接合技術的結合部を形成するために利用される補助剤、特に半田や溶接材料にも適用される。即ち、相互に接続すべき覆い層の永続的な結合は、排気装置に存在しているように、高い腐食環境においても保証される。
【００２１】
他の実施態様では、少なくとも１つの覆い層は、厚さが０．０４ｍｍ、特に０．０３ｍｍ、更には０．０２ｍｍ以下の金属箔である。覆い層の金属箔による形成は特別な利点を有する。即ち、例えば覆い層の排気ガスと接触する表面から繊維材料への迅速な熱伝達が可能となり、ここでも、捕捉および／又は付着した粒子の（例えば内燃機関の始動後における）迅速な再生も可能となる。更に、上述の厚さにより、金属箔が極めて小さな表面比熱容量しか持たないことを保証し、従ってここでも、煤粒子を再生するために必要な最低温度への急速な到達やエンジン始動性能が支援される。更に、そのような金属箔に対する材料の特別な選択に関し、触媒担体としてエンジン近くに配置された金属ハニカム体の開発の枠内で既に得られている特性が根拠になる。
【００２２】
有利な実施態様では、フィルタ複合体は７０％、特に９０％以上の平均多孔率を持つ。該多孔率は、本質的に、実際の多孔性領域に関係し、即ち多孔率が減少した縁部領域は含まない。勿論、繊維層は、通常、７０％又は９０％よりかなり高い多孔率を有するが、繊維層を境界づける覆い層に基づいて、或る程度の減少が起る。覆い層の多孔率は、例えば貫通路や開口等の大きさおよび／又は数によって規定される。即ち、例えば覆い層に（例えば直径２〜６ｍｍの範囲の）比較的大きな開口を設けることが考えられ、その場合、単位面積当たりの数は非常に少なくなる。フィルタ複合体における圧力差は従属的な役割しか果たさず、従って、単位面積当たり多数のそのような開口をかなり小さな寸法（明らかに１ｍｍ以下）に形成できる。所望の多孔率を生じさせる夫々の形状は、多数のパラメータに関係し、ここでは例えば、排気ガスの組成（粒子寸法、圧力変動等）、利用する繊維材料および／又は覆い層の強度特性が挙げられる。
【００２３】
他の実施態様において、少なくとも１つの縁部領域は、覆い層の縁から、３〜１５ｍｍの縁部幅にわたって延び、該領域は、好適には、少なくとも両側縁に配置される。その縁部幅は、隣接する覆い層の永続的な結合を保証する。その領域は、特に公知の半田付け法又は例えばロールシーム溶接法に合わされている。なおそのために、繊維材料の完全な囲い込みや包み込みができ、その場合、覆い層の縁に沿って完全に循環して延びる、半田付けや溶接結合が行われる。
【００２４】
上述したように、接合技術的結合を半田で実施すると特に有利である。半田は、金属箔から成る触媒担体の製造の際に既に、特に耐食性と耐熱性の結合部を形成すべく利用されている。尤も、場合により別の公知の溶接法、焼結技術又は接着技術も利用できる。
【００２５】
実施態様において、繊維層は第１長さと第１幅とを有し、少なくとも１つの覆い層は第２長さと第２幅とを有し、その第１長さおよび／又は第１幅は、第２長さおよび／又は第２幅より小さい。これは、覆い層と繊維層を同心的に配置した場合、覆い層が少なくとも部分的に繊維層の縁を越えて延びることを意味する。これによって、重なり合い部分が生じ、これは、接合技術的結合（縁部領域）の形成に対し有利に関与する。
【００２６】
ここで、繊維層が０．０１〜１ｍｍの膨らみ厚を有することを提案する。該繊維層は、８５％を越える比多孔率を持つと好ましい。０．００８〜０．０１５ｍｍの直径を持つ繊維での試験により、フィルタ作用について非常に満足できる結果が得られた。
【００２７】
かかるフィルタ複合体を所謂開放フィルタと組み合わせ、流れ転向を支援するために、少なくとも１つの覆い層が、少なくとも１つの流れ案内面を有することを提案する。それは、覆い層が完全に平らではなく、その表面に、流れを転向するための表面を用意する組織やミクロ組織を有することを意味する。即ち、例えば排気ガスの流れ方向に対し直角な組織が有利であり、ここでは、場合により数ｍｍ（２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下）の組織高さで十分である。この流れ案内面は、流れ方向に的確に影響を与える働きをし、これによって、フィルタ効率が全体として向上する。
【００２８】
本発明の他の観点に応じ、内燃機関の排気ガス流を浄化すべく用いるフィルタ体を提案する。該フィルタ体は上述した少なくとも１つのフィルタ複合体を有し、この複合体は、特にハニカム構造を持つ通路が生ずるよう少なくとも部分的にハウジング内に配置され、その際、通路が、好適には少なくとも部分的に狭められる。これは、提案するフィルタ複合体が互い違いに閉じられた通路を備えるフィルタ装置への採用に適し、かつ２０％、特に４０％以上の見通し率を持つ開放フィルタ体の製造に用いられることを意味する。
【００２９】
開放フィルタ体に関し、これを例えば波形薄板と平形フィルタ複合体とから構成することができる。その波形薄板と平形フィルタ複合体は、まず互い違いに重ね合わされ、続いて一緒に絡み合わされおよび／又は巻回される。この薄板は、フィルタ体を貫流する排気ガスを少なくとも部分的に多孔性のフィルタ複合体に向けて転向させる転向組織を持つ。従って、フィルタ複合体は少なくとも部分的に排気ガスで貫流され、その際に特に、粒度２０〜２００ｎｍの粒子が除去される。この転向装置により、部分ガス流がどんな頻度でフィルタ複合体・材料から成る壁を貫通して流れるかに応じて、フィルタ体の軸方向貫流時増大したフィルタ効果が向上する。
【００３０】
フィルタ体の他の実施態様では、少なくとも１つの覆い層が、少なくとも部分的に、通路を境界づける組織を備える。これは、換言すれば、組織が通路の流れ開口断面を規定することを意味する。覆い層や繊維層が共通してそのような組織を備えるとよく、ここでは特に波形を推奨する。
【００３１】
上述した本発明によるフィルタ複合体の製造方法は、本発明の他の観点に基づき、少なくとも１つの覆い層をその少なくとも１つの縁部領域を除いて多孔性に加工し、覆い層上に繊維層を配置し、少なくとも１つの覆い層で被覆を形成し、繊維層を少なくとも１つの覆い層間に消失しないように固定すべく、少なくとも１つの縁部領域に接合技術的結合部を形成する工程を含む。
【００３２】
覆い層の多孔化は、例えば覆い層の材料を製造する際に実行できる。しかし流体が通過できない材料に、後で孔、開口、貫通路等を設けることで、多孔性を与えてもよい。その祭、特に切断技術（切断、打抜き、穿孔等）、エッチング又は特にレーザによる熱処理が採用される。繊維層を形成するために、編物、織物又は繊維のような材料から成る形状物を形成する既に公知の全ての技術が採用できる。
【００３３】
本発明に基づく方法の他の実施態様では、被覆は、覆い層の変形、特に覆い層の変形領域での曲げ、折り曲げや折り重ねで形成できる。この工程は、特に唯一の覆い層しか持たない本発明に基づくフィルタ複合体の製造のために適する。それは、覆い層の変形領域において互いに隣接して配置された部分が補助的に接合技術的に結合されている場合、覆い層の高い熱的・動的負荷に関しての採用に有利である。こうすることで、覆い層が曲げの範囲で一度破れても、繊維層が消失しないように配置することを保証できる。
【００３４】
更に、被覆の形成を２つの覆い層で行い、その際、少なくとも１つの繊維層を両覆い層間に、その層の縁部領域が少なくとも部分的に直に重なり合うように配置することを提案する。これは、覆い層の互いに隣接する縁部領域間に繊維材料を配置せず、この縁部領域の接合技術的結合部が繊維層の損傷を生じさせないことを意味する。更に、縁部領域における接合技術的結合部が、内燃機関の排気装置における高腐食条件に、非常に長期にわたって耐えることを保証できる。
【００３５】
本発明による方法の実施態様では、覆い層上に繊維層を配置する前に、少なくとも１つの覆い層に組織を設ける。フィルタ複合体が被覆を形成するために２つの覆い層を有するとき、２つの覆い層への組織の設置を時間的に順次行い、その都度、異なった組織を発生させると有利である。これは、例えばフィルタ体の横断面にわたり異なる通路密度の形成を可能にし、この結果、その通路断面形状ないし通路密度を排気ガス流の流れ分布形状に的確に適合させ得る。
【００３６】
或いは覆い層相互の接合技術的結合の形成に関して、接合技術的な結合を、溶接過程又は半田付け過程によって実施することを提案する。これは特に有利な実施態様であり、事情によっては、焼結過程又は接着過程による接合技術的な結合も考えられる。
【００３７】
本発明に基づく方法の他の実施態様では、少なくとも１つの覆い層がその少なくとも１つの縁部領域の外に、半田止めを備える。半田止めとして、周知の油、ラッカー、ワックス、セラミック層等が設けられる。それは、繊維層が配置された被覆の内部範囲に半田が侵入することを防止する。これによって、一方では半田が繊維層の多孔性を減少しないように貢献し、他方では半田付けに対して計算された量の半田を、実際に接合すべき個所に供給することを保証する。
【００３８】
以下、フィルタ複合体やフィルタ体の特に有利で特に優れた実施例を示す図を参照し、本発明を詳細に説明する。更に、これら図は本発明に基づく方法を明瞭にするためにも使われる。なお、本発明は図に示された実施例に限定されるものではない。
【００３９】
図１は、２つの覆い層２を備えた本発明に基づくフィルタ複合体１の実施例を概略的に斜視図で示す。層２は少なくとも部分的に多孔性材料からなり（点模様範囲参照）、夫々両側に縁部領域３を備える。更に、フィルタ複合体１は繊維組織から成る繊維層４を持つ。２つの覆い層２は繊維層４を包囲する被覆３１を形成し、このため繊維層４は２つの覆い層２間の内部に消失しないように配置されている。両覆い層２は縁部領域３において縁６の近くで互いに接合技術的に、特に半田付け又は溶接されている（結合部２２）。
【００４０】
繊維層４は第１長さ９と第１幅１０を持つ。覆い層２は第２長さ１１と第２幅１２を有し、これらは、図示の実施例では同じ大きさ（同じ長さ、同じ幅）である。原理的には、フィルタ複合体１を形成すべく利用する覆い層２の第２長さ１１と第２幅１２は、寸法的に異ならせてもよい。更に、覆い層２が繊維層４の第１長さ９より長い第２長さ１１を有しても差し支えない。従って、覆い層２は、縁部領域３が互いに接するように、長さ的に繊維層４を越えている。これは永続的な結合部２２の形成を支援する。
【００４１】
図２は、フィルタ複合体１の異なる実施例を断面図で示す。このフィルタ複合体１は被覆３１を形成する唯一の覆い層２を備える。この層２は、少なくとも１つの縁部領域３とその反対側に位置する変形領域３２とを有し、前記覆い層２は縁部領域３において自己接合技術的に結合されている。ここでは接合技術的結合は半田８により保証され、その際縁部領域３の外に、熱処理中に半田８が繊維層４の近くに達するのを防ぐ半田止め２３が設けられている。図示の実施例では、変形領域３２内に半田８が設けられ、ここにも場合によっては、半田止め２３が設けられる。縁部領域３は覆い層２の縁６から、好適には３〜１５ｍｍの縁部幅７にわたって延びている。
【００４２】
材料厚さに関し、図２を参照して説明する。覆い層２は例えば金属箔であり、０．０４ｍｍ以下の厚さ５を持つ。更に、繊維層４は図から明らかなように膨らみ厚１３を有している。この膨らみ厚１３は、好適には０．０１〜１ｍｍの範囲にある。
【００４３】
図２からまた、流れ案内面１５を設けた覆い層２が解る。この流れ案内面１５は特にミクロ組織として形成されている。図示の実施例では、そのミクロ組織又は流れ案内面で２つの機能が満たされる。即ち、一方で（縁部領域３から変形領域３２迄、又はその逆に流れる）排気ガスが転向ないし乱され、この結果、部分ガス流が、隣接する多孔性の壁、特に本発明に基づくフィルタ複合体に向けて転向され、又はその中に浸透する。更に、このミクロ組織により、内側に位置する繊維層４について締付け作用も生じる。これはフィルタ複合体１の安定性を向上する。またこれは、追加的に加えた締付け力が繊維層４の考え得る分離現象を十分に防止するので、覆い層２の多孔率を高めることを可能にする。
【００４４】
図３は、本発明に基づくフィルタ体の実施例を示す。フィルタ体１６は隔壁１４で構成され、隔壁１４間に少なくとも１つのフィルタ複合体１が配置されている。ここではフィルタ複合体１は隔壁１４と同様に断面図で示され、両側の覆い層２は、繊維層４を取り囲む被覆３１（図示せず）を形成している。図示の実施例では、フィルタ複合体１は、平滑な隔壁１４を相互に間隔を隔て、通路１９を形成する機能を満たす組織２１を持つ。通路１９は、フィルタ複合体１のその組織２１により定まる断面開口を有している。
【００４５】
図４は、図３の部分ＩＶを拡大して詳細に示す。繊維層４は覆い層２で境界づけられている。覆い層２は口径２５の多数の開口２４を持つ。口径２５は用途に応じて大きく変化でき、好適には２〜６ｍｍの範囲にある。しかし事情によっては、この開口を１ｍｍ以下又は０．１ｍｍ以下の口径で形成することも考えられる。同様に非常に単純化して示すように、繊維層４は、編物や織物等の形で配置された多数の繊維３３を含んでいる。或いはこれは金属繊維、焼結材料又は金網でもよい。図示の実施例において、繊維層４に、補助的な要素又は成分が組み入れられ、特に、付着した煤粒子等の浄化を低温（例えば２００〜３００℃）で早くも支援する触媒３４が組み入れられている。
【００４６】
図５は、内燃機関１７における排気装置２７の構造を概略的に示す。この内燃機関１７は、好適にはディーゼルエンジンである。排気装置２７は、排気ガスの流れ方向３５に順に、上流側に配置された酸化触媒４０と、本発明に基づくフィルタ体１６と、排気駆動式過給機３９と、もう１つの触媒コンバータ２９とを有する。その各構成要素は、別個のハウジング内、又は互いに部分的に一緒に１つのハウジング内に配置され、排気管２８を経て互いに接続されている。既に序文で説明したように、フィルタ体１６をできるだけ内燃機関１７の近傍に配置すると有利である。特にそのため、内燃機関１７からの距離２６は０．７ｍ、特に３０ｃｍ以下の値が適する。個々の構成要素をそのように配置した場合、まず酸化触媒コンバータ４０により、十分な量の二酸化窒素が供給され、酸化触媒コンバータ４０は、その直後に接続されたフィルタ体１６において、付着した煤粒子の連続再生を保証する。後置接続する触媒コンバータ２９は、例えば異なる熱容量の部分領域を持つハイブリッドコンバータとしても形成できる。該コンバータは、それが流れ方向に熱容量を増加するよう設計せねばならない。
【００４７】
図６は、本発明に基づくフィルタ体１６の異なった実施例を、概略的に斜視図で示す。この場合、フィルタ体１６は更に隔壁１４を有し、該隔壁１４間に、本発明に基づくフィルタ複合体１を配置している。図示の実施例では、フィルタ複合体１は、２つの覆い層２と該両覆い層２間に配置された繊維層４で形成され、その縁部領域での接合技術的結合部は、断面図のために見えない。ここでは隔壁１４に組織が設けられ、他方で、フィルタ複合体１は平滑な表面を有している。隔壁１４の組織によって、排気ガスが流れ方向３５に貫流できる通路１９が生じている。ここで隔壁１４は、形成された通路１９を流れる排気ガス流の特性に合わせるべく、異なる組織高さ３０を有している。
【００４８】
ここに示す実施例は、本質的に、開放フィルタを用いている。該フィルタは、少なくとも２０％の流れ自由度を持つことを特徴とする。ここで流れ自由度とは、夫々任意の横断面において、面積の少なくとも２０％が見通せる、即ち転向面３７等の組込み物が存在しないことを意味する。換言すれば、組込み物が全て略同じ組込み位置を有し、互いに一直線に並べて配置されている限り、そのような粒子フィルタの端面図において、少なくとも部分的に通路を通して見通せることを意味する。これは、少なくとも部分的に組織化された薄板層から成るハニカム体の場合に典型的に生ずる。しかし流れ自由度は、互いに一直線になっていない組込み物に対し、実際に部分的にそのようなハニカム体を通して見通せる必要がないことを意味する。隔壁１４は、排気ガス流のフィルタ複合体１への転向を保証する貫通路３６と転向面３７を備える。そこで圧力差が発生し、この圧力差に伴い、部分ガス流がフィルタ複合体１を透過し、繊維層４内に煤粒子等の付着や堆積が起る。
【００４９】
図７は、本発明に基づくフィルタ体の幾分異なる実施例を示す。ここでも、通路１９は隔壁１４の相応した組織で形成されている。更に図示の実施例では、隔壁１４は通路１９の全断面を閉鎖する転向面３７を有している。その結果、排気ガスの流れ方向３５が、粒子を含む排気ガスがフィルタ複合体１を貫通して流れるように影響される。この形態は主に、圧力損失が問題でない用途に適用される。自動車用排気装置の場合、現在の知識に応じて、狭まっているだけで閉じていない通路１９を備えた開放フィルタが優れている。排気ガスが通過すべき転向面３７の数やフィルタ複合体１の貫流に関係して、最終的に、図６に示すような開放フィルタ体１６でも、排気ガス流全体が濾過され、浄化される。
【００５０】
図８は、ハニカム体の形にスパイラル状に巻回してハウジング１８内に配置したフィルタ複合体１と隔壁１４とを備えたフィルタ体１６の実施例を、概略的に斜視図で示す。隔壁１４は組織２１を有し、この結果排気ガスが流れ方向３５に貫流できる通路１９を形成している。排気ガスはフィルタ体１６の中に端面２０を経て流入し、開放フィルタの場合に流れ方向の転向によって、内部において流れ経路を増大する。その流れ経路は、好適には、軸線３８の方向における通路１９の距離より長い。
【００５１】
ここで述べたフィルタ複合体又はそれによって構成されたフィルタ体は、特に自動車用排気装置におけるエンジン近傍への組込みに適している。提案するフィルタ複合体は、繊維層が少なくとも１つの覆い層で形成された保護被覆により少なくとも部分的にかみ合い結合で取り囲まれている故、燃焼室近くで生ずる大きな圧力衝撃や７００℃迄の高温、それどころか一時的な１０００℃迄の高温に耐えられる。この結果、繊維層が短時間の後に分離現象を起こすのを避けられる。提案する方法は、非常に単純であり、自動車工業にとって普通であるような大量生産に関しても、技術的に大きな問題なしに、工程的に安全に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】フィルタ複合体の第１実施例の概略斜視図。
【図２】フィルタ複合体の異なった実施例の断面図。
【図３】本発明に基づくフィルタ体の実施例の断面図。
【図４】図３における詳細部分図。
【図５】排気装置の概略構成図。
【図６】フィルタ体の異なった実施例の詳細の概略斜視図。
【図７】フィルタ体の異なった実施例の概略斜視図。
【図８】フィルタ体の更に異なった実施例の概略斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
１  フィルタ複合体、２  覆い層、３  縁部領域、４  繊維層、６  縁、８  半田、１４  隔壁、１５  流れ案内面、１６  フィルタ体、１７  内燃機関、１８  ハウジング、１９  通路、２０  端面、２１  組織、２２  結合部、２３  半田止め、２４  開口、２７  排気装置、２８  排気管、２９、４０  触媒コンバータ、３１  被覆、３２  変形領域、３３  繊維、３４  触媒、３６  貫通路、３７  転向面、３９  過給機
【国際公開パンフレット】
2005507315.tif 000003
2005507315.tif 000004
2005507315.tif 000005
2005507315.tif 000006
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2005507315.tif 000008
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【国際調査報告】
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2005507315.tif 000037
2005507315.tif 000038
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