(57)【要約】  本発明は、フィルタエレメント（１８）、特に内燃機関（１０）の排ガスをろ過するためのフィルタエレメント（１８）であって、通流方向（２０）で見て入口側で開放され、出口側で閉鎖された流入通路（２８）と、通流方向（２０）で見て入口側で閉鎖され、出口側で開放された流出通路（３０）とを備え、流入通路（２８）および流出通路（３０）が、フィルタ壁（３２）により画定されている形式のものに関する。本発明により、フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）のフィルタ壁（３２）の少なくとも一部の経過が、フィルタエレメント（１８）の、少なくとも部分的に湾曲した外面（３６）の経過に適合されているようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタエレメント（１８）、特に内燃機関（１０）の排ガスをろ過するためのフィルタエレメント（１８）であって、通流方向（２０）で見て入口側で開放され、出口側で閉鎖された流入通路（２８）と、通流方向（２０）で見て入口側で閉鎖され、出口側で開放された流出通路（３０）とを備え、流入通路（２８）および流出通路（３０）が、フィルタ壁（３２）により画定されている形式のものにおいて、フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）のフィルタ壁（３２）の少なくとも一部の経過が、フィルタエレメント（１８）の、少なくとも部分的に湾曲した外面（３６）の経過に適合されていることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
フィルタエレメント（１８）が、略円筒状または略卵形線状の横断面を有する、請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
フィルタエレメント（１８）が、横断面で見て直線状に延びる区分と曲線状に延びる区分とにより交互に画定されている外面（３６）を有する、請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
フィルタ壁（３２）が、湾曲した外面（３６）に隣接した領域で、互いに同心的に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
フィルタ壁（６８）の一部が半径方向で延在する、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
フィルタエレメント（１８）の外面（３６）に直接隣接した一列の流入通路（２８）および流出通路（３０）のフィルタ壁が、外面（３６）の経過に適合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項７】
互いに隣接した複数の列の流入通路（２８）および流出通路（３０）のフィルタ壁（３２）が、外面（３６）の経過に適合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項８】
フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）が、外面（３６）から、フィルタエレメント（１８）の最大の直径の０．１倍〜０．４倍まで延在する、請求項１から７までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項９】
外側の領域（４６）が、フィルタエレメント（１８）の、横断面で見て全体として多角形の内側の領域（５６）と境界を接している、請求項１から８までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１０】
内側の領域（５６）が、全体として略四角形の横断面を有する、請求項９記載のフィルタエレメント。
【請求項１１】
内側の領域（５６）が、フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）に対する境界（５８〜６４）で、外側に膨らんでいる、請求項９または１０記載のフィルタエレメント。
【請求項１２】
内側の領域（５６）に設けられたフィルタ壁（７０）が、このフィルタ壁（７０）により画定される流入通路（２８）および流出通路（３０）が、少なくともほぼ正方形の横断面を有するように配置されている、請求項９から１１までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１３】
外側の領域（４６）がセグメント（３８〜４４）に分割されており、セグメント（３８〜４４）間のセグメント境界（４８〜５４）が半径方向で延びる、請求項１から１２までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１４】
セグメント境界（４８〜５４）が、フィルタエレメント（１８）の外面（３６）から、フィルタエレメント（１８）の内側の領域（５６）の角隅領域（６６）まで延在する、請求項１３記載のフィルタエレメント。
【請求項１５】
角隅領域（６６）で、セグメント境界（４８）を形成する１つのフィルタ壁（６８）と、２つの別のフィルタ壁（７０）とが互いに交わり、それぞれ２つのフィルタ壁（６８，７０）の間に１００°〜１４０°、特に１１０°〜１３０°、殊に１２０°の角度が形成されている、請求項１４記載のフィルタエレメント。
【請求項１６】
セグメント境界（４８）に隣接し、周方向で互いに隣接した２つの通路（２８ａ，２８ｂ）が、１つの共通の流入通路（２８ｃ）にまとめられており、周方向に対して横断方向で前記流入通路（２８ｃ）に隣接した２つの通路（３０ａ，３０ｂ）が、１つの共通の流出通路（３０ｃ）にまとめられている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載のフィルタエレメント（１８）を備えるパティキュレートフィルタ。
【請求項１８】
請求項１から１６までのいずれか１項記載のフィルタエレメント（１８）を備える、特にパティキュレートフィルタ（１６）を備える排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式のフィルタエレメント、特に内燃機関の排ガスをろ過するためのフィルタエレメントに関する。すなわち本発明は、フィルタエレメント、特に内燃機関の排ガスをろ過するためのフィルタエレメントであって、通流方向で見て入口側で開放され、出口側で閉鎖された流入通路と、通流方向で見て入口側で閉鎖され、出口側で開放された流出通路とを備え、流入通路および流出通路が、フィルタ壁により画定されている形式のものに関する。さらに本発明は、フィルタエレメントを備えるパティキュレートフィルタおよび排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
浄化すべき排ガスは、流入通路と流出通路との間に配置された多孔質のフィルタ壁を通流する。このとき、時の経過と共に、フィルタ壁の上流側の表面には、すす粒子が堆積する。これらのすす粒子は、フィルタ壁の透過性を低下させ、その結果として、ガス流がフィルタ壁を通過する際に発生する圧力降下を増大させる。それに応じて「排ガス背圧」が増加する。排ガス背圧が所定の値を超過すると、分離したすす粒子を燃焼することによりフィルタが再生される。このために、フィルタエレメントを通して案内される排ガスの温度が高められる。この温度上昇は、例えば付加的な燃料を噴射することにより行われる。
【０００３】
フィルタエレメントの再生中、フィルタエレメント内の温度分布は、フィルタエレメントの内部で最大の温度が発生し、フィルタエレメントの外側の縁部領域では、遥かに低い温度が発生するようになっている。このような温度分布は、局所的に異なる熱膨張に至り、フィルタエレメント内に高い機械的な応力を発生させる場合がある。この応力は、最悪の場合、フィルタエレメントのき裂形成に至らしめかねない。
【０００４】
発明の開示
本発明の課題は、上記き裂形成を回避または少なくとも抑制し得るフィルタエレメントを提供することである。
【０００５】
本発明の基礎となる課題は、冒頭で述べた形式のフィルタエレメントにおいて、フィルタエレメントの外側の領域のフィルタ壁の少なくとも一部の経過が、フィルタエレメントの、少なくとも部分的に湾曲した外面の経過に適合されていることにより解決される。
【０００６】
有利な効果
フィルタ壁の本発明によるジオメトリにより、フィルタエレメントの外側の領域におけるより高い応力が、材料がこの領域で損傷を受けることなく受容され得るようになる。フィルタエレメントの外側の領域に発生する引張り応力は、この領域に配置された流入通路および流出通路のフィルタ壁の少なくとも一部の経過が、湾曲した外面の経過に適合されていると、最良に受容され得る。これに対して従来慣用のフィルタエレメントでは、流入通路および流出通路が、外側の領域でもチェス盤状に互いにずらされているので、流入通路および流出通路の略正方形の基本形状は、外面で切断されている。これらの不均等に成形された、外側に位置する流入通路および流出通路は、き裂形成を促進する材料弱化領域を形成する。
【０００７】
本発明によるフィルタエレメントは、略円筒状または略卵形線状の横断面を有することができる。この場合、フィルタの外面全体は、湾曲した経過を有している。しかし、フィルタエレメントが、横断面で見て直線状に延びる区分と曲線状に延びる区分とにより交互に画定されている外面を有するようにしてもよい。このような横断面は、横断面で見て多角形、例えば三角形または正方形の基本形状を有する。この多角形の辺は、直線状に延びる区分を形成し、これらの区分の間（基本形状の角隅領域）に、曲線状に延びる区分が設けられている。
【０００８】
前記横断面にとって、フィルタ壁が、湾曲した外面に隣接した領域で、互いに同心的に配置されていると有利である。フィルタ壁の一部が半径方向で延在すると、こうして、互いに同心的に配置されたフィルタ壁および半径方向で延在するフィルタ壁により、横断面が若干正方形または長方形の基本形状から逸脱した流入通路および流出通路が形成され得る。
【０００９】
フィルタエレメントの外面に直接隣接した一列の流入通路および流出通路のフィルタ壁が、外面の経過に適合されていると、この領域におけるフィルタエレメントの再生時の特に高い引張り応力が良好に受容され得る。これにより、この特に危険度の高い領域でクラックが発生し、比較的危険度の低い領域にまで波及することが回避され得る。このことは特に、互いに隣接した複数の列の流入通路および流出通路のフィルタ壁が、外面の経過に適合されていると、特に良好に回避され得る。これにより、流入通路および流出通路の、最も外側に配置された列と、これに対して相対的に内側に位置する列との間の急激なジオメトリ変化も回避され得る。
【００１０】
フィルタエレメントの外側の領域、すなわちフィルタ壁の経過が外面の経過に適合されている領域は、外面から、フィルタエレメントの最大の直径の０．１倍〜０．４倍まで延在することができる。
【００１１】
外側の領域が、フィルタエレメントの、横断面で見て全体として多角形の内側の領域と境界を接していると、特に有利である。この多角形の領域は、特に、内側の領域が、全体として略四角形の横断面を有すると、流入通路および流出通路に従来慣用のジオメトリを設けることを許可する。
【００１２】
内側の領域は正確に正方形または長方形に形成されていることができる。しかし、内側の領域が、フィルタエレメントの外側の領域に対する境界で、外側に膨らんでいると有利である。その結果、内側の領域と外側の領域との間の移行部の領域に、ソフトなジオメトリ変化が達成される。全体として、こうして、「Ｏグリッド（Ｏ−Ｇｒｉｄ）」という概念でも呼ばれるジオメトリが形成され得る。このジオメトリは、円筒状または卵形線状のフィルタエレメントの、全体として円形または卵形線の横断面が、横断面で見て四角形の通路で満たされており、その際に個々の通路の横断面が正方形または長方形の形状から強く逸脱し得ないことを特徴とする。
【００１３】
前記Ｏグリッドジオメトリは、外側の領域がセグメントに分割されており、セグメント間のセグメント境界が半径方向で延びることを付随する場合がある。セグメント境界は、フィルタエレメントの外面から、フィルタエレメントの内側の領域の角隅領域まで延在することができる。こうして、フィルタエレメントの横断面は、外側の領域のセグメントと、内側の領域とに分割される。これにより形成されるジオメトリ設定に基づき、それぞれ横断面で見て四角形の流入通路および流出通路の特に均等な分布が達成され得る。
【００１４】
外側の領域および内側の領域の個々のセグメント間の移行部の領域において、可及的に高い機械的な強度を達成することができるように、フィルタエレメントの内側の領域の角隅領域で、セグメント境界を形成する１つのフィルタ壁と、２つの別のフィルタ壁とが互いに交わり、それぞれ２つのフィルタ壁の間に１００°〜１４０°、特に１１０°〜１３０°、殊に１２０°の角度が形成されていることが提案される。その際、前記２つの別のフィルタ壁は同時に、内側に位置する領域と、それぞれこれに対して隣接する外側のセグメントとの間の境界を形成する。
【００１５】
流入通路および流出通路の従来慣用のチェス盤状の配置では、それぞれ１つの流入通路が４つの流出通路に隣接し、１つの流出通路が４つの流入通路に隣接している。このような幾何学的な関係をフィルタエレメントの内側の領域の角隅領域でも達成することができるように、セグメント境界に隣接し、周方向で互いに隣接した２つの通路が、１つの共通の流入通路にまとめられており、周方向に対して横断方向で前記流入通路に隣接した２つの通路が、１つの共通の流出通路にまとめられていることが提案される。
【００１６】
本発明のその他の利点および有利な形態は、図面、明細書および特許請求の範囲から見て取れる。図面、明細書および特許請求の範囲に記載したすべての特徴は、単独でも、互いに任意に組み合わされても、発明の特徴をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】排ガス浄化装置およびフィルタエレメントを備える内燃機関の概略図である。
【図２】フィルタエレメントの縦断面図である。
【図３】フィルタエレメントの概略的な横断面図である。
【図４】第１の実施の形態によるフィルタエレメントの詳細な横断面図である。
【図５】第２の実施の形態によるフィルタエレメントの詳細な横断面図である。
【００１８】
発明の有利な実施の形態
図１で、内燃機関は符号１０を有している。排ガスは、排ガス管１２を介して排ガス浄化装置１４に供給される。排ガス浄化装置１４は、パティキュレートフィルタ１６を有しており、パティキュレートフィルタ１６は、排ガス管１２に流入した排ガスからすす粒子をろ過捕集する。すす粒子のろ過捕集は、法規を遵守するために、特にディーゼル内燃機関において必要である。
【００１９】
パティキュレートフィルタ１６は、全体として略円筒形のフィルタエレメント１８を有する。
【００２０】
図２には、フィルタエレメント１８が縦断面図で示されている。フィルタエレメント１８は、例えばコーディエライト等のセラミック材料から押出し成形された成形体として製作され得る。
【００２１】
フィルタエレメント１８は、矢印２０の方向で内燃機関１０の排ガスにより貫流される。図２で、ろ過すべき排ガスの流入面は符号２２を有し、ろ過された排ガスの流出面は符号２４を有する。
【００２２】
フィルタエレメント１８の長手方向軸線２６に対して平行に、複数の流入通路２８および流出通路３０が延びている。流入通路２８は流入面２２で開放され、流出面２４で閉鎖されている。これに対して、流出通路３０は流出面２４で開放され、流入面２２で閉鎖されている。
【００２３】
つまり、浄化されていない排ガスの流動経路は、流入通路２８の１つに流入した後、流入通路２８からフィルタ壁３２を介して流出通路３０の１つに流出するようになっている。この流動経路は矢印３４により例示されている。
【００２４】
図３には、フィルタエレメント１８が概略的に横断面図で示されている。円筒状の外面３６の内側に、４つの半径方向外側のセグメント３８，４０，４２，４４が配置されている。これらのセグメント３８，４０，４２，４４は、全体としてフィルタエレメント１８の半径方向外側の領域４６を形成し、半径方向で延びるセグメント境界４８，５０，５２，５４で互いに接している。
【００２５】
さらにフィルタエレメント１８は、横断面で見て正方形の内側の領域５６を有する。この領域５６は、境界５８，６０，６２，６４の内側を延在する。この境界５８，６０，６２，６４間には、角隅領域６６が形成されている。角隅領域６６には、セグメント境界４８，５０，５２，５４が合流している。
【００２６】
図３が、フィルタエレメント１８の横断面の簡単化された概略的な形態を示しているのに対して、図４は、この基本形状を基礎とする、流入通路２８および流出通路３０の最適化された分布を示している。図４からは、フィルタエレメント１８の半径方向外側の領域４６内に配置された流入通路２８および流出通路３０がそれぞれ、互いに略同心的なフィルタ壁３２と、略半径方向で延びるフィルタ壁６８とにより画定されていることが認識できる。さらに図４からは、半径方向外側の領域４６に、通路２８，３０の互いに同心的な複数の列が配置されていることが認識できる。選択された実施の形態では、半径方向外側の領域４６は、半径方向で、フィルタエレメント１８の半径の半分を若干超えて延在している。
【００２７】
図４の右手には、図３にも暗示した角隅領域６６が詳細に示されている。この詳細図からは、内側の領域５６の境界５８，６４と、セグメント３８と４４と間のセグメント境界４８とが集合していることが認識できる。境界５８，６４およびセグメント境界４８は、それぞれフィルタ壁６８または７０により形成されている。
【００２８】
図４には、流入通路２８がそれぞれ×印で示されている。それぞれ流入通路２８に対してずらされて、流出通路３０は配置されている。図４からは、各流入通路２８がそれぞれ４つの流出通路３０に、または各流出通路３０がそれぞれ４つの流入通路２８に隣接していることが認識できる。しかしこのことは、セグメント境界４８またはフィルタ壁６８に隣接した領域には当てはまらない。この領域では、それぞれ２つの流入通路２８ａ，２８ｂおよび２つの流出通路３０ａ，３０ｂが互いに隣接している。
【００２９】
セグメント境界４８，５０，５２，５４の領域でも流入通路２８，３０の均等な分布を達成することができるように、以下に述べるジオメトリが提案される。図５に破線の水平線（符号なし）の下に示した部分は、図４に示したジオメトリに相当する。図５に水平線の上に示した部分は、図４に対して変更されたジオメトリを有する。セグメント境界４８の領域で、流入通路２８ａ，２８ｂは、１つの共通の流入通路２８ｃにまとめられている。同様に流出通路３０ａ，３０ｂも、１つの共通の流出通路３０ｃにまとめられている。こうして、フィルタエレメント１８の全横断面にわたって、それぞれ１つの流入通路２８がそれぞれ４つの流出通路３０に、またはそれぞれ１つの流出通路３０がそれぞれ４つの流入通路２８に隣接配置されている構造が形成され得る。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月23日(2009.3.23)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタエレメント（１８）、特に内燃機関（１０）の排ガスをろ過するためのフィルタエレメント（１８）であって、通流方向（２０）で見て入口側で開放され、出口側で閉鎖された流入通路（２８）と、通流方向（２０）で見て入口側で閉鎖され、出口側で開放された流出通路（３０）とを備え、流入通路（２８）および流出通路（３０）が、フィルタ壁（３２）により画定されている形式のものにおいて、フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）のフィルタ壁（３２）の少なくとも一部の経過が、フィルタエレメント（１８）の、少なくとも部分的に湾曲した外面（３６）の経過に適合されており、外側の領域（４６）が、フィルタエレメント（１８）の、横断面で見て全体として多角形の内側の領域（５６）と境界を接しており、かつ内側の領域（５６）が、フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）に対する境界（５８〜６４）で、外側に膨らんでいることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
フィルタエレメント（１８）が、略円筒状または略卵形線状の横断面を有する、請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
フィルタエレメント（１８）が、横断面で見て直線状に延びる区分と曲線状に延びる区分とにより交互に画定されている外面（３６）を有する、請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
フィルタ壁（３２）が、湾曲した外面（３６）に隣接した領域で、互いに同心的に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
フィルタ壁（６８）の一部が半径方向で延在する、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
フィルタエレメント（１８）の外面（３６）に直接隣接した一列の流入通路（２８）および流出通路（３０）のフィルタ壁が、外面（３６）の経過に適合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項７】
互いに隣接した複数の列の流入通路（２８）および流出通路（３０）のフィルタ壁（３２）が、外面（３６）の経過に適合されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項８】
フィルタエレメント（１８）の外側の領域（４６）が、外面（３６）から、フィルタエレメント（１８）の最大の直径の０．１倍〜０．４倍まで延在する、請求項１から７までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項９】
内側の領域（５６）が、全体として略四角形の横断面を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１０】
内側の領域（５６）に設けられたフィルタ壁（７０）が、このフィルタ壁（７０）により画定される流入通路（２８）および流出通路（３０）が、少なくともほぼ正方形の横断面を有するように配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１１】
外側の領域（４６）がセグメント（３８〜４４）に分割されており、セグメント（３８〜４４）間のセグメント境界（４８〜５４）が半径方向で延びる、請求項１から１０までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１２】
セグメント境界（４８〜５４）が、フィルタエレメント（１８）の外面（３６）から、フィルタエレメント（１８）の内側の領域（５６）の角隅領域（６６）まで延在する、請求項１１記載のフィルタエレメント。
【請求項１３】
角隅領域（６６）で、セグメント境界（４８）を形成する１つのフィルタ壁（６８）と、２つの別のフィルタ壁（７０）とが互いに交わり、それぞれ２つのフィルタ壁（６８，７０）の間に１００°〜１４０°、特に１１０°〜１３０°、殊に１２０°の角度が形成されている、請求項１２記載のフィルタエレメント。
【請求項１４】
セグメント境界（４８）に隣接し、周方向で互いに隣接した２つの通路（２８ａ，２８ｂ）が、１つの共通の流入通路（２８ｃ）にまとめられており、周方向に対して横断方向で前記流入通路（２８ｃ）に隣接した２つの通路（３０ａ，３０ｂ）が、１つの共通の流出通路（３０ｃ）にまとめられている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント（１８）を備えるパティキュレートフィルタ。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント（１８）を備える、特にパティキュレートフィルタ（１６）を備える排ガス浄化装置。
【国際調査報告】
2010504458.tif 000008
2010504458.tif 000009
2010504458.tif 000010
2010504458.tif 000011
2010504458.tif 000012
2010504458.tif 000013