(57)【要約】  本発明は、内燃エンジンからの排気ガスの後処理のための濾材に関する。排気ガス中に含有されている粒子の分離に加え、必要ならば、濾材を用いて後の触媒処理もまた実施されうる。本発明の目的は、排気ガスの後処理のために改善された性質を有し、その熱的性質がそれにより改善されている濾材を利用できるようにすることにある。本発明による濾材は開口細孔材料を用いて形成されてなる。それは、一つの側でシールされている入口チャンネルおよび正反対の側でシールされている出口チャンネルを有する。ついで処理されるべき排気ガスは、入口チャンネルに流入し、開口細孔金属材料を用いて形成された分離壁を通って、隣接して配置された出口チャンネルに流入し、濾材を通して出口チャンネルから流出する。入口および出口チャンネルの内部の自由断面は入口および出口チャンネルへのまたはからの流入および流出の方向で変化する。それによって、入口および出口チャンネルを相互に分離している分離壁の厚みは、排気ガスが流れて通る領域で一定に維持されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンからの排気ガスの後処理のための濾材において、開口細孔材料と、１つの側でシールされている入口チャンネルと、正反対の側でシールされている出口チャンネルとで形成されてなり、それによって後処理されるべき排気ガスが前記入口チャンネルに流入し、開口細孔金属材料で形成された分離壁を通って隣接して配置された前記出口チャンネルに流入し、前記濾材から前記出口チャンネルを通って流出するように形成されてなる濾材であって、
前記入口および出口チャンネル（２、３）の内部の自由断面が、前記入口および出口チャンネル（２、３）へのまたはからの流入および流出の方向に変化し、前記入口および出口チャンネル（２、３）を相互に分離する前記分離壁（４）の壁の厚みが、排気ガスが流れて通る領域において一定に維持されてなることを特徴とする、濾材。
【請求項２】
前記濾材が、相互に一体的に連結され、かつ排気筒を形成する板状濾材から形成されてなり、前記入口および出口チャンネル（２、３）ならびに分離壁（４）が、前記板状濾材の中に構成された開口の手段によって構成されてなることを特徴とする、請求項１に記載の濾材。
【請求項３】
前記入口および出口チャンネル（２、３）の自由断面が、円形、正方形、長方形、または多角形の幾何学的形状または円形の環の部分の形に構成されてなることを特徴とする、請求項１または２に記載の濾材。
【請求項４】
前記入口および出口チャンネル（２、３）が、切頂円錐またはピラミッドの形状に構成されてなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項５】
前記板状濾材が、相互に焼結されてなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項６】
ガス気密板状濾材が、両末端側に配置され、そこで入口チャンネル（２）用の濾材開口が、１つの末端側上に構成されてなり、出口チャンネル（３）用の開口が、他の末端側上に構成されてなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項７】
前記分離壁（４）の表面が、触媒的に有効なコーティングおよび／または触媒的に有効な材料を備えてなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項８】
相互に連結された２つの領域（Ａ、Ｂ）を有する濾材（１）が形成され、前記領域が、入口チャンネル（２）、中間チャンネル（５）、および出口チャンネル（３）が存在する一連の配置を形成し、入口チャンネル（２）を通って入る排気ガスが、分離壁（４）を通って中間チャンネル（５）に流入し、更なる分離壁（４）を通って出口チャンネル（３）に流入することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項９】
排気ガスが流れて通る領域の分離壁（４）が、一定の空隙率、細孔径、および密度を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項１０】
排気ガスが流れて通る濾材（１）の領域が、ガス気密ハウジングによって囲まれ、より少ない空隙率がその外側領域に存在するかまたは細孔がこの領域で閉じていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の濾材。
【請求項１１】
前記濾材（１）が、開口細孔金属材料で形成されてなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の濾材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンからの排気ガスの後処理のための濾材に関する。排気ガス中に含有される粒子の分離に加え、必要ならば、濾材を用いて後の触媒処理が実施されうる。
【背景技術】
【０００２】
これまで、多種多様な形状の、種々の材料でできた粒子フィルターおよび触媒が用いられている。周知の通り、例えば、再生または触媒的有効性のために特定の最低温度が要求される。これらは、部分的に達成されるか、あるいは熱い排気ガスの内燃エンジン（冷えた状態での始動、部分的負荷、または近距離運転）の運転中の遅延を伴ってのみ達成され、従って、その効果は時期的に制限された仕方で達成されるか、あるいは、沈着した炭素によって空隙率が低減されるので圧力の増加がもたらされる。これに対抗するために補助的加熱などの異なった手段が採用された。しかし、結果的に、コストと複雑性が増加した。
【０００３】
金属性開口細孔発泡体から形成された濾過材を用いることはＤＥ１０２００６００９１６４Ａ１から知られている。排気ガスが側方浸透流方向に流入する濾過材は、少なくとも２層および低減した厚みで形成されてなることが意図されており、その層中に平均的な空隙率および／または平均的な細孔径が存在することが意図される。
【０００４】
この周知の装置の例において、排気ガス用の入口および出口チャンネルが存在し、濾過材によって相互に分離されている。一つの実施形態において、入口チャンネルは排気ガスの流れ方向で低減する自由断面を有するように意図されており、その結果、狭い領域におけるおよび入口チャンネルのガス気密型末端における流れている排気ガスの偏向が促進されることが意図され、それによって、濾過材を通って流れる排気ガスの改善された流速が達成されうる。
【０００５】
しかしながら、排気ガスが流れて通る多層濾過材は、多層構造のために、全体の容量を通して一定の性質を有せず、これは浸透性のみならず、電気的および特に熱パラメーターにも該当する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排気ガスが流れて通る多層濾過材は、多層構造のために、全体の容量を通して一定の性質を有せず、これは浸透性のみならず、電気的および特に熱パラメーターにも該当する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、排気ガスの後処理のために改善された性質を有し、その熱的性質がそれにより改善されている濾材を利用できるようにすることにある。
【０００８】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する濾材を用いて達成される。有利な実施形態および発展は従属項に記載の特徴を用いて達成されうる。
【０００９】
本発明による濾材の場合、排気ガス用の入口および出口チャンネルが存在し、該チャンネルはそれぞれ正反対の側でシールされ、それによって、入口チャンネルに流入する排気ガスは分離壁を通ってそれぞれ隣接する出口チャンネルに流入し、そこから更に外部環境の方向に流れる。少なくとも、分離壁は開口細孔材料から形成されてなる。入口チャンネルに流入する排気ガス用の入口開口は、それによって濾材の末端側において排気ガスの主な流れ方向に位置し、出口開口は出口チャンネルにおいて反対に位置する末端側に形成されてなる。
【００１０】
入口チャンネルおよび出口チャンネルは、変化する自由断面を有するが、それらを分離する分離壁は、排気ガスが流れて通る領域において一定の壁の厚みを有することが意図されている。この領域の分離壁は、好ましくは完全に均一な形状、すなわち、一定の平均の空隙率、平均の細孔径、および厚みを有すること、ならびに同じ材料から形成されてなることが意図されている。
【００１１】
これは、流れ挙動に対して有利なだけでなく、それによって同一の熱的性質が提供される。一定の熱伝導率の結果、熱橋および放熱板を用いなくてよく、排気ガスが流れて通る分離壁の全体の容量中でより短時間内のより均一な加熱が達成されうる。
【００１２】
金属合金がその材料として好ましく用いられ、特に鉄またはニッケル合金が用いられうる。
【００１３】
特に好ましくは、本発明による濾材は、相互に一体的に連結された板状要素を用いて形成されてなる。これらの板状要素は、開口細孔金属材料から排気ガスが流れて通る領域に少なくとも形成されてなる。板状要素で形成された排気筒内で入口および出口チャンネルを形成する開口は、個々の板状要素中に構成されてなる。
【００１４】
開口は、個々の板状要素中に構成されてなる。しかし、自由断面は１つの板状要素から隣接した板状要素に変化し、それによって、入口および出口チャンネルの自由断面の変化が達成されうる。
【００１５】
板状要素は、例えば、それ自身周知のＳｃｈｗａｒｚｗａｌｄ法に類似した方法により製造されうる。開口は、個々の板状要素からレーザービームを用いて切断できる。更に、１つの板状要素から隣接して配置された板状要素へのチャンネルの連続的な遷移を達成するために、非垂直な切断端が、それによって形成されうる。
【００１６】
このように調製された板状要素はついで予め定められた順序で１つずつ積み上げられ、続いて熱処理中に相互に一体的に連結される。好ましくは、それによって焼結が行われ、相互に接触している板状要素の表面に、板状要素の生産に用いられる材料の焼結可能な粉末がそれによって適用されうる。熱処理の間、相互に連結される板状および積み上げ要素は一緒に加圧されうる。
【００１７】
入口および出口チャンネルの自由断面は、最も変化した幾何学的形状および寸法を有しうる。その結果、異なる内燃エンジンへの適合およびそれぞれの排気ガス容量流れへの適合が行われうる。自由断面は、円形、正方形、三角形、長方形、または多角形でありえる。しかし、それらは、円形の環の部分の形も有しうる。
【００１８】
１つの濾材上の入口および出口チャンネルが同じ幾何学的形状および可能ならば同じ寸法を有することは有利でありうる（ここで、主な流れ方向において見た自由断面の寸法は、それぞれ逆の方法で変化する）。もしも入口チャンネルの自由断面が、それらの入口開口から始まって閉じた末端側まで減少すると、出口チャンネルの自由断面が、それらの閉じた末端側から始まってそれらの出口開口まで増加しなければならない。
【００１９】
これは、特に入口および出口チャンネルが切頂円錐またはピラミッドの形状に構成されてなる場合である。
【００２０】
入口および出口チャンネルのガス気密は、この目的に適しており、かつ排気ガスの主な流れの方向に相対的に両末端側の上に配置される板状要素を用いて達成される。それぞれの金属でできた無細孔板状要素は、この目的に用いられうる。しかし、実質的に空隙率がより少ないまたは閉じた細孔構造を有する板状要素を用いる可能性もある。これは、一体的連結を構成するために用いられる熱処理においてまたは追加の熱処理とともにも達成されうる。存在する細孔は、浸透手段によってまたは適した金属粉末を用いて少なくとも広範に閉じられうる。
【００２１】
しかし、このガス気密は、この目的に適しており、かつその中に排気ガスの流入および流出のための対応する開口が構成されてなるハウジングを用いても達成されうる。これは、カバー領域において（すなわち、そこには排気ガス用の入口および出口開口が配置されていない）、浸透によってまたは金属粉末を用いてすでに説明した熱処理の手段によっても達成されうる。従って、十分により少ない空隙率がそこに存在しうるか、または細孔が完全に閉じられうる。
【００２２】
排気ガスの後の触媒処理のために、分離壁の表面は、触媒的に有効なコーティングおよび／または触媒的に有効な材料を備えうる。これは、その内側の細孔領域においてもまた可能であり、および可能でなければならない。解決策自体は周知であり、適した材料はこれまでに再分類されている。
【００２３】
分離壁の厚みは、少なくとも排気ガスが流れて通る領域に１．０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の厚みを有さねばならない。しかし、排気ガスが流れて通る入口および出口チャンネルの領域の壁の厚みの小さな偏差は、分離壁を通って流れる容量がほぼ一定に維持されれば、許容されうる。
【００２４】
本発明によれば、１つの実施形態において、中間チャンネルが濾材上に更に存在してもよく、該中間チャンネルはチャンバーを形成でき、それによって排気ガスは分離壁を通って入口チャンネルから中間チャンネルに流出でき、そこから更なる分離壁を通って出口チャンネルに流出できる。このような実施形態は、相互に連結されている２つの領域で形成されている連続配列の型で製造できる。例えば、板状要素を有する２つのこのような領域はこの目的のために用いられ、その場合のガス気密型でシールされた一方に開口を有するチャンネルは、切頂円錐またはピラミッドの形状に構成されてなる。互いに反対向きに、これらはついで他の上に配置され、丁度個々の板状要素のように、相互に連結される。それによって、中間チャンネルは濾材を通る排気ガスの主な流れ方向において最初増加し、ついで減少する自由断面を有する。この場合においても分離壁は一定の壁の厚みを有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による濾材は、排気ガスの後処理のそれぞれの要求に具体的に適合されうる。したがって、濾過効率および／または触媒効率は影響されうる。それによって、生産コストは顕著に低減されうる。なぜならば、後の触媒処理の場合において、触媒工程の間の効率を低下させずに、触媒的に有効な材料（特に貴金属）の使用を減らすことができるからである。
【００２６】
次に本発明を、実施例を参照してより詳細に説明する。
【００２７】
それに関して以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は濾材の一例を示す断面図である。
【図２】図２は濾材の他の例を示す断面図である。
【図３】図３は濾材の他の例を示す断面図である。
【図４】図４は濾材の平面図である。
【図５】図５は濾材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
相互に一体的に連結された板状濾材を用いて形成された本発明による濾材の３例を図１から３に示す。板状濾材は開口細孔金属材料から形成され、熱処理によって相互に焼結される。図１および２に示した例において、このような２５個の板状濾材がある。これらはすべて同じ密度、空隙率、および細孔径を有する。金属材料は、少なくとも分離壁４の部分において、触媒的に有効なコーティングまたは触媒的に有効な材料（例えば、ドーピングによる）を備えうる。
【００３０】
開口はレーザー切断によって板状濾材の中に形成されてなる。図３に示した例においても同様に、入口チャンネル２および出口チャンネル３は、それぞれの板状濾材中の開口および中間チャンネル５も用いて構成されてなる。
【００３１】
排気ガスが流れて通りうる自由断面は、入口チャンネル２および出口チャンネル３において変化することが説明の中でも明らかになる。分離壁４の壁の厚みは、入口および出口チャンネルの全体の長さにわたり２．７５ｍｍで一定に維持されている。
【００３２】
板状濾材は３ｍｍの一定の厚みを有する。
【００３３】
図１に示した濾材１の例において、開口は、入口および出口チャンネルの２つの側に均一な円錐漸減が生じるように構成されてなる。開口上の末端は、この目的のためにある角度で傾くように構成されてなる。他の例において、入口および出口チャンネルのいくつかは、図４中の説明から推測されうるように、円柱濾材１上のそれらの自由断面を用いて円形の環の部分として構成されてなる。断面線Ａ−Ａはそこに示した平面図からも推測され、該断面線は図１から３の断面図に対応している。
【００３４】
図２に示した例において、入口および出口チャンネルの分離壁４は、それぞれのチャンネルの方向に凸状に湾曲している（これは、濾材１の半径上に配置された領域に少なくとも該当する）。この表示した形状と対照的に、凹曲面も可能である。
【００３５】
図３は、相互に連結された２つの領域ＡおよびＢで形成された濾材１の一例を示す。排気ガスは、ここで入口チャンネル２の入口開口に入りうる。それは、ついで入口チャンネル２、分離壁４を通り中間チャンネル５に流入し、そこから再び分離壁４を通り出口チャンネル３に流入する。
【００３６】
この例において、領域ＡおよびＢは、開口を有さない板状濾材で分離され、それにより開口を有さない板状濾材が中間チャンネル５中に追加の分離壁を形成しうる。これは中間チャンネル５のこの部分に矢印で示されている。
【００３７】
排気ガスが分離壁４を通って流れる時、まず排気ガス中に含有されている粒子の分離、ついで後の触媒処理が実施されうる。
【００３８】
明確にするために、説明における分離壁４の参照番号の数が制限されており、外部ハウジングの表示が免除されている。
【００３９】
図５は、斜視図を用いて、入口チャンネル２の配置および幾何学的形状を有する濾材１の可能な実施形態を明確にすることを意図する。出口チャンネル３の出口開口を有する側（ここでは図示せず）は、したがって相補的形状を有しうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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