(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス中に存在する粒子のろ過のためのフィルタブロックであって、
(a) 排気ガスの取入れ用の開口(19e) を上流側にそれぞれ有する複数の取入チャネル(13e) と、排出用の開口(19s) を下流側にそれぞれ有する複数の排出チャネル(13s) とを備え、各取入チャネル(13e) は下流側で閉じられ且つ各排出チャネル(13s) は上流側に閉じられた端部を有し、複数の取入チャネル(13e) および複数の排出チャネル(13s) は、上流側から見たときに、複数の取入チャネル(13e) の開口(19e) と複数の排出チャネル(13s) の上流側の閉じられた端部とが市松模様(図３）をなすように配設されており、さらに、複数の取入チャネル(13e) および複数の排出チャネル(13s) は、上流側から見たときに前記市松模様の外周に沿って非ろ過ゾーンを備える周縁チャネルと、非ろ過ゾーンを備えない内部チャネルとに、分類でき、
(b) 内部チャネルである第１のチャネルおよび周縁チャネルである第２のチャネルは、Ｆp／ＰpとＦi／Ｐiとが異なり且つ０．９×Ｏi／Ｆi ＜ Ｏp／Ｆp ＜１．１×Ｏi／Ｆi であるよう構成され、ここで、前記第１のチャネルの内部空間を囲む側壁は壁面積Ｐiを有してろ過ゾーン面積Ｆiを含み、且つ、前記第２のチャネルの内部空間を囲む側壁は壁面積Ｐpを有してろ過ゾーン面積Ｆpを含み、そして、取入チャネル(13e) の側壁のろ過ゾーン面積は、当該取入チャネル(13e) の側壁のうち、当該取入チャネル(13e) の開口(19e) から流入した排気ガスの横断する部分であり、排出チャネル(13s) の側壁のろ過ゾーン面積は、当該排出チャネル(13s) の側壁のうち、当該排出チャネル(13s) の開口(19s) から流出する排気ガスの横断する部分であり、
上記におけるＯiは 前記第１のチャネルの開口の面積であり、Ｏp は 前記第２のチャネルの開口の面積であり、そして、Ｆi がＦp に比べて、等しいか、大きいか、小さいかに応じて、前記Ｏiは 前記Ｏpに対して、等しいか、大きいか、小さい、
ことを特徴とする、フィルタブロック。
【請求項２】
Ｏi／Ｆi ＝ Ｏp／Ｆp
である、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタブロック。
【請求項３】
前記第１のチャネルと前記第２のチャネルとは隣接している、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタブロック。
【請求項４】
取入チャネルのみ、または排出チャネルのみを備え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フィルタブロック。
【請求項５】
前記第１のチャネルとして前記内部チャネルの何れでも選択でき、前記第２のチャネルとして前記周縁チャネルの何れでも選択できる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタブロック。
【請求項６】
前記チャネルがほぼ平行で、互いに隣接しており、前記した比Ｏp／Ｏiが、０．２から０．７５の間である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタブロック。
【請求項７】
前記比Ｏp／Ｏiが、０．２から０．３の間である、ことを特徴とする請求項６に記載のフィルタブロック。
【請求項８】
前記第２のチャネルがコーナチャネル(27')である請求項６または７に記載のフィルタブロック。
【請求項９】
前記比Ｏp／Ｏiが、０．４から０．６の間であり、好ましくは０．５に等しいことを特徴とする請求項６に記載のフィルタブロック。
【請求項１０】
前記第２のチャネルが側部チャネル(27'')である請求項６または７に記載のフィルタブロック。
【請求項１１】
前記内部チャネルにおける取入および／または排出チャネルの断面積が、前記チャネルの方向に対して垂直な平面内で同一である、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ブロック。
【請求項１２】
前記内部チャネルの断面積は、取入チャネルであるか、排出チャネルであるかに応じて異なる、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のフィルタブロック。
【請求項１３】
前記チャネルは直方体である、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のフィルタブロック。
【請求項１４】
前記コーナチャネルは正方形の断面を有する、ことを特徴とする請求項８に記載のフィルタブロック。
【請求項１５】
前記請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つのフィルタブロックを備えることを特徴とする粒子フィルタに適したフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にディーゼルタイプの内燃機関の排気ガス内に存在する粒子のろ過のために使用される、フィルタブロックと、複数のフィルタブロックのアセンブリによって形成されたフィルタ本体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、空気中に解放される前、排気ガスは、当技術分野で公知である図１、２に示されているような粒子フィルタを用いて浄化されていた。
【０００３】
粒子フィルタ１が、図２に示されている切断平面Ｂ−Ｂに沿って横方向断面で図１に示されており、図２では、図１に示されている切断平面Ａ−Ａに沿って長手方向断面で示されている。
【０００４】
粒子フィルタ１は、従来、金属製ハウジング５内に挿入され、排気ガスを、上流側７から下流側９へ横断させる少なくとも１つのフィルタ本体３を備える。
【０００５】
フィルタ本体３は一般に、従来通りセラミック（コージライト、炭化ケイ素）から作成された孔開きのハニカム構造から成る複数のフィルタブロック１１ａ〜１１ｉを備える。ハニカム構造はセラミックセメントのシール１２を用いて接合することによって互いに組み立てられている。シール１２は、ほぼ気密性であり、従来通り約１ｍｍの厚さである。セラミックセメントは、一般にシリカおよび／または炭化ケイ素および／または窒化アルミニウムから成る。
【０００６】
このようにして形成されたアセンブリが、次に、例えば曲線状または卵型の所望の断面に機械加工される。図１、２に示されているフィルタ本体３は、軸Ｃ−Ｃを有する円筒形の形状を有する。
【０００７】
フィルタブロックの中では、内部フィルタブロック１１ｉと外部フィルタブロック１１ａ〜１１ｈの間で区別がされている。内部フィルタブロック１１ｉとは違って、外部フィルタブロック１１ａ〜１１ｈは、ハウジング５と隣接している。従来通り、排気ガスに対して気密である材料１２’が、外部フィルタブロック１１ａ〜１１ｈとハウジング５の間に配置されている。
【０００８】
従来では、フィルタブロック１１ａ〜１１ｉは、長さＬ、幅ｌ、高さｈを有するほぼ直方体状である。これは、互いに隣接し、同じ正方形断面を有する複数の真直ぐな平行チャネル１３を備える。チャネル１３の内部空間１４は、開口１９において外見上終わっている側壁１７によって仕切られ、開口１９の反対側の端部がプラグ２０によって遮蔽されている。
【０００９】
２つのタイプのチャネルが区別されている。取入チャネル１３ｅは、下流側９のプラグ２０ｅと、上流側７の開口１９ｅを備える。排出チャネル１３ｓは、上流側７のプラグ２０ｓと下流側９の開口１９ｓを備える。
【００１０】
取入チャネル１３ｅと排出チャネル１３ｓは、フィルタブロックの幅ｌと高さｈ内に、交互に配置されている。
【００１１】
図２に示すように、排気ガス流（矢印Ｆ）が、取入チャネル１３ｅの開口１９ｅを介してフィルタ本体３内に入り、これらの取入チャネルの内部空間から隣接する排出チャネル１３ｓの内部空間に移動して到達し、その開口１９ｓを介して外部へ逃げる。側壁１７の「ろ過ゾーン」という表現は、排出ガスによって交差（横断）される側壁１７の部分領域のことである。
【００１２】
フィルタブロックを通るガスの各通路は、主にろ過ゾーンを通るガスの通過による圧力降下を伴う。この圧力降下を最小化することが望ましい。
【００１３】
フィルタに入る同じガス流速に対しては、チャネルのろ過ゾーンが拡張すれば、圧力降下は一般に低くなる。実際、大きなろ過ゾーンは、取入チャネルに対しては、ガスの通過のために使用可能である大きな面積を意味し、取入チャネルと同様に排出チャネルに対しては、一般に大きな断面積は、チャネル内をガスが流れる間、圧力降下を制限する。しかし、サイズ、重量、コストの要求を考慮した折衷案が必要である。したがって、この折衷案を最適化するために、その用途で許容可能な圧力降下に応じたフィルタが適応される。
【００１４】
本願出願人によって提出された特許出願ＦＲ  ０１０４６８６もまた、異なるチャネル密度を有し、フィルタ本体の様々な点での圧力降下を平衡化させるのに適している中央部分と周縁部分を備えるフィルタ本体を提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
これらの改良にもかかわらず、サイズの要求に対応しながらフィルタを通る圧力降下のさらなる減少を許す解決法の恒久的な必要性が存在する。
【００１６】
本発明の目的は、ガスによるフィルタの横断を結果として生じる圧力降下を制限するのに適したフィルタブロックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、排気ガス通過チャネルのグループを備え、前記チャネルのそれぞれが、ろ過ゾーンを備える壁によって仕切られ、前記チャネル・グループが、ろ過ゾーン面積Ｆと壁面積Ｐの間の比Ｆ／Ｐが異なる少なくとも２つのチャネルを含む、内燃機関の排気ガス中に存在する粒子のろ過のためのフィルタブロックを用いて達成される。本発明によるフィルタブロックは、前記チャネル・グループのチャネルが、そのろ過ゾーンの面積Ｆが大きいほど、大きい面積Ｏの開口を有する。
【００１８】
説明の残りの部分でより詳細に示されるように、ろ過のために使用される壁の面積の関数としてチャネルの開口を設け、特にそのＦ／Ｐ比が１とは異なる周縁パネルの開口を用いることで、チャネル内とそれに隣接する複数のチャネル内のガスの速度を一様にし、それによって、フィルタを通るガスの流れを容易にする。その有利な結果は低い圧力降下である。
【００１９】
本発明の他の好ましい特徴によると、
前記グループの各チャネルが、
（Ｉ）０．９＊Ｒthreshold＜Ｏ／Ｆ＜１．１＊Ｒthresholdであるように、好ましくは
（ＩＩ）Ｏ／Ｆ＝Ｒthreshold
であるようにされている。ここで、Ｒthresholdは、前記フィルタブロックの意図された用途に応じて例えば決定されるしきい値である。
【００２０】
前記グループは、互いの近くを終点とするチャネルのみを備える、または取入チャネルのみを備える、または前記ガスの排出チャネルのみを備える、または前記フィルタブロックのすべてのチャネルをさらに備える。
【００２１】
前記フィルタブロックの前記チャネルはほぼ平行で、互いに隣接しており、それぞれ前記フィルタブロックの外部に露出している非ろ過ゾーンを備えるかどうかに応じて「周縁」チャネルと、「内部」チャネルとして分類可能であり、周縁チャネルの開口の面積Ｏpの、それに隣接する内部チャネルの開口の面積Ｏiに対するＯp／Ｏi比が、０．２から０．７５の間である。２つのチャネルは、それらが、おそらく共通の縁部の形態の側壁の共通部分を備えるとき「隣接する」と呼ばれる。後者の場合、共通の側壁部分は、接触線に限定される。好ましくは、前記周縁チャネルがコーナチャネルである、すなわち、前記フィルタブロックの長手方向縁部に沿って延びるとき、比Ｏp／Ｏiが、０．２から０．３の間であり、好ましくは０．２５に等しい。好ましくは、前記周縁チャネルが横方向周縁チャネルであるとき、比Ｏp／Ｏiが、０．４から０．６の間であり、好ましくは０．５に等しい。
【００２２】
前記取入および／または排出チャネルの断面積が、前記チャネルの方向に対して垂直な平面内で、チャネルが取入チャネルであるか排出チャネルであるかどうかに応じてすべて同一であるか、または異なる。
【００２３】
本発明はさらに、粒子フィルタのために意図された、少なくとも１つの本発明によるフィルタを備えるフィルタ本体に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本明細書に添付された図面を参照にして与えられる以下の説明は、本発明の利点をより良く理解し、認識することを可能にするであろう。
【００２５】
限定されないこれらの図面では、様々な構成要素（壁、シール、フィルタブロック、プラグ）は、必ずしも同じスケールで示されているわけではない。同一の符号が、同一のまたは類似の要素を示すために様々な図面で使用されている。
【００２６】
図１および２は導入部で説明されており、我々はここで図３を参照する。
【００２７】
排出チャネル１３ｓのプラグ２０ｓは、クロスハッチングで示されている。
【００２８】
内部チャネル２５と周縁チャネル２７が区別されている。
【００２９】
内部チャネル２５は、正方形の横断面を有する、すなわち、チャネルの方向Ｃ−Ｃに対して垂直な平面内で、断面の各側辺が長さＬpを有する。内部チャネル２５は、面積Ｏi を有する開口で終わっている。（取入または排出チャネルである）内部チャネル２５を囲む側壁１７i の４つの側辺２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、それぞれ排出チャネルまたは取入チャネルと隣接している。側壁１７i のろ過ゾーンの面積Ｆi は、４つの側辺２５ａ〜２５ｄに対応して形成されており、したがって、この側壁の面積Ｐi とほぼ等しい。すなわち、Ｆｉ／Ｐｉ≒１（Ｆｉ／Ｐｉ比はほぼ１である）。
【００３０】
周縁チャネル２７は、ブロックの外部と隣接した少なくとも１つの側辺を備える。周縁チャネル２７の中で、コーナチャネル２７’と側部チャネル２７”とが区別されている。コーナチャネル２７’は、フィルタブロックの長手方向縁部２９に沿って延びている。側部チャネル２７”は、コーナチャネル２７’とは違い、フィルタブロックの単一の外部側面３１に沿って配置されている。コーナ２７’と側部２７”の周縁チャネルは、それぞれ面積Ｏp’およびＯp”を有する開口で外見上終わっている。
【００３１】
コーナチャネル２７’は、各側辺が長さｌpを有する正方形断面を有する。側部チャネル２７”は、短辺の長さがｌpに等しく、長辺の長さがＬpに等しい矩形断面を有する。
【００３２】
コーナチャネル２７’と側部チャネル２７”の側壁は、それぞれ面積Ｐp’＝Ｌ４ｌpおよびＰp”＝Ｌ（２ｌp＋２Ｌp）を有する。これらは、フィルタブロックの外部と隣接している２つの側面２７a’、２７b’と１つの側面２７a”をそれぞれ備え、他の側面２７c’、２７d’と２７b”、２７c”、２７d”はそれぞれ、他のチャネルと隣接している。
【００３３】
導入部で説明したように、フィルタブロック１１ａ〜１１ｉは、ろ過される排気ガスに対してほぼ気密であるセメントシール１２によって互いに接合されている。ハウジング５と隣接するフィルタ本体３の外部フィルタブロック１１ａ〜１１ｈの周縁チャネル２７は、排気ガスに対して気密である材料１２’によって外部から隔離されている。
【００３４】
シール１２または気密材料１２'と接触している、一方の外部側辺２７ａ'、２７ｂ'、および他の２７ａ"は、このため、ろ過されるガスの通過を防止し、それぞれチャネル２７'、２７"の側壁の非ろ過ゾーンである。したがって、チャネル２７'、２７"の側壁のろ過ゾーンはそれぞれ、側辺２７ｃ'，２７ｄ'と、側辺２７ｂ"，２７ｃ"，２７ｄ"によって形成された面積Ｆp'およびＦp"を有し、したがって、Ｆp'＝Ｌ×２ｌpおよびＦp"＝Ｌ×（Ｌp＋２ｌp）となる。
【００３５】
ろ過ゾーン面積Ｆと壁面積Ｐの間の各Ｆ／Ｐ比が異なる少なくとも２つのチャネルを備えるチャネルのグループ、例えば、内部チャネル２５、コーナ周縁チャネル２７’と側部周縁チャネル２７”を備えるチャネルのグループを考慮する。
Ｆp’／Ｐp’≠Ｆp”／Ｐp”≠Ｆi／Ｐi
【００３６】
本発明によると、チャネルのグループのチャネルは、そのチャネルのろ過ゾーンの面積Ｆが大きいほど、その面積Ｏが大きい開口を有する。Ｆp’＜Ｆp”＜Ｆiであるため、したがって、我々はＯp’＜Ｏp”＜Ｏiを得る。
【００３７】
好ましくは、前記グループの各チャネルは
（Ｉ）０．９＊Ｒthreshold＜Ｏ／Ｆ＜１．１＊Ｒthreshold、
ここで、Ｒthresholdは、しきい値である。好ましくはさらに、
（ＩＩ）Ｏ／Ｆ＝Ｒthreshold
であるように適合されている。
【００３８】
したがって、本発明の好ましい実施形態では、Ｒthreshold＝Ｏp’／Ｆp’＝Ｏp”／Ｆp”＝Ｏi’／Ｆi’である。言い換えれば、Ｒthreshold＝ｌpｌp／（Ｌ２ｌp）＝ｌpＬp／（Ｌ（Ｌp＋２ｌp））＝ＬpＬp／（Ｌ４Ｌp）であり、ｌp＝０．５Ｌpとなる。
【００３９】
このため、Ｏp’＝ｌpｌp＝０．２５ＬpＬp＝０．２５Ｏi、およびＯp”＝Ｌpｌp＝０．５ＬpＬp＝０．５Ｏiである。
【００４０】
本発明によると、比Ｏp’／Ｏiは、好ましくは０．２から０．３の間であり、好ましくはほぼ０．２５に等しく、比Ｏp”／Ｏiは、好ましくは０．４から０．６の間であり、好ましくはほぼ０．５に等しい。
【００４１】
ろ過されるガスの流れは、図１、２、３で示したフィルタブロックの上流側７にほぼ一様な速度で到着すると仮定される。
【００４２】
従来技術（図１、２）によるフィルタブロックのチャネルの断面積は、内部チャネル２５を介して出入りするガスの通過中、サイズと圧力降下の折衷を最適化するように構成されている。言い換えれば、内部チャネル２５、特にそれらの開口は、ガスのろ過中の圧力降下が、許容可能な限界圧力降下よりも小さいがそれに近いように適合されている。
【００４３】
従来技術によると、取入と排出周縁チャネルは一般に、取入内部チャネルの開口と同一であるが、ろ過ゾーンの面積がそれよりも小さい開口を有する。したがって、取入周縁チャネルのろ過ゾーンは、周縁チャネルの開口に到達するすべてのガスをろ過するのに十分ではなく、それによって、それらの開口の上流が圧力超過になり、したがって有害な圧力降下を生じさせる。また、内部チャネルよりも少ないろ過されたガスを受ける外側周縁チャネルは、大きすぎるサイズの開口を有していた。
【００４４】
本発明によると、側壁の全領域をカバーしていないろ過ゾーンが、内部チャネルのろ過ゾーンと比較してそれ自体減少されるという事実を考慮して、周縁チャネルの開口の面積が減少されている。
【００４５】
チャネルに出入りするガスの流速がそのチャネルの開口の面積にほぼ比例し、その開口の面積をチャネルのろ過ゾーンとして適応することで、本発明は、様々なチャネル内での流速を一様にする。したがってフィルタによって生じる圧力降下は減少される。
【００４６】
周縁チャネルの開口の調節は、追加の内部チャネルを追加することによって利用されることができる体積のゲインを結果として生じさせる。等しいサイズでは、本発明によるフィルタブロックは、従来技術のフィルタブロックによって生じる圧力降下よりも低い圧力降下を発生させる。同一の圧力降下では、本発明によるフィルタブロックは、従来技術のフィルタブロックよりもコンパクトである。
【００４７】
一般に、入ってくるガス流は一様ではなく、特に、入ってくるガスの圧力は、フィルタブロック内の関連するチャネルの位置に応じて、およびフィルタ本体内のチャネルの位置に応じて様々である。
【００４８】
したがって、この状況では、ほぼ同一の組成および／または圧力で到達するガス流によって開口が交差されるチャネルに限定されるチャネルのグループのみに式（Ｉ）、（ＩＩ）のみを適用することが望ましい。好ましくは、チャネルのグループはこのため、互いの近くを終点とするチャネルに制限される。
【００４９】
好ましくは、周縁チャネルのＯp／Ｆpの比は、
（ＩＩＩ）０．９＊Ｏi’／Ｆi’＜Ｏp／Ｆp＜１．１＊Ｏi’／Ｆi’
ここで、Ｏi’は、周縁チャネルと隣接する内部チャネルの開口の面積を示す。Ｆi’は、前記内部チャネルのろ過ゾーンの面積である。好ましくは、前記隣接する内部チャネルは、前記周縁チャネルと同じタイプのチャネルである。
【００５０】
明らかに、本発明は、図面を準備されたそれに限定されない、上記で説明され、図示された実施形態に限定されない。
【００５１】
したがって、本発明はさらに、巨大なフィルタ本体に関する。フィルタブロックは何の形状を有してもよい。
【００５２】
チャネルの断面は、正方形形状に限定されない。内部チャネルの断面は、排出チャネルの断面と異なってよい。周縁チャネルの断面の全体的な形状はさらに、内部チャネルの断面の形状と異なってもよい。チャネルの横方向断面は、このチャネルに沿って周期的に変化しても、変化しなくてもよい。
【００５３】
最後に、チャネルの開口もまた、平面状でなくてもよい、またはチャネルの軸に対して垂直でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図２に示す切断平面Ｂ−Ｂに沿った横方向断面で、従来技術の粒子フィルタを示す図である。
【図２】図１に示す切断平面Ａ−Ａに沿った長手方向断面で、従来技術の粒子フィルタを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるフィルタブロックの上流側７を示す図である。
【図１】
0004504360.tif 000002
【図２】
0004504360.tif 000003
【図３】
0004504360.tif 000004