[发明专利]设计成具有通道结构的壁流式过滤器的微粒过滤器

说明书

本发明涉及一种设计成具有通道结构的壁流式过滤器的微粒过滤器，用于分离在内燃机废气中携带的微粒、尤其炭黑微粒，该微粒过滤器具有配备多个由过滤器壁围成的过滤器通道的基底，并且具有至少一条支路，该支路用于提供从基底流入侧到流出侧的流通性或流通路径，而不必流经过滤器壁。

为减少内燃机、例如柴油发动机的排放，在这种内燃机的废气线路中接入微粒过滤器。该微粒过滤器用于分离在内燃机废气中携带的微粒、尤其炭黑微粒。在此，人们通常努力，尽可能完全地抑制炭黑微粒排放，因此在许多情况下微粒过滤器设计成整体过滤器(Vollfilter)。这种整体过滤器是壁流式过滤器，也就是说：待过滤的介质(此处为携带微粒，即炭黑微粒的废气)必须流经过滤器壁的过滤器，以便从基底的流入侧到达流出侧(净化侧)上。这种微粒过滤器的基底包括多个相互平行延伸的、被过滤器壁包围的过滤器通道。广泛使用陶瓷材料作为材料。在本过滤器中，过滤器通道根据蜂窝的类型分别通过过滤器壁相互分离并且交替地在流入侧或流出侧封闭。微粒整体过滤器也已知由烧结金属材料制成。

这种微粒过滤器设计成，使得通过它即使在炭黑积累越来越多时废气背压或废气回压也不会升高太大。因为这个原因所以要求，这种基底在炭黑足够多地载入时进行再生。在这种再生过程中，积累的炭黑被氧化，从而也反应为被控制的炭黑氧化皮(Ruβabbrand)。这种再生可以被动地并因此在达到一定的炭黑温度时自动地或主动控制地进行。在被动再生时，给积累在流入侧上的炭黑输入NO₂，由此能够实现在更低的温度时炭黑的氧化。为了满足前述要求，将这种微粒过滤器或其基底设计成，使得它们具有相对较小的一般仅在5μm至15μm之间的孔径和不大于50％的孔隙度。此外，设计基底，以便基于未加载的基底，将过滤过程尽可能迅速地调节为表面过滤。在至少很大程度地发生表面过滤之前，处于过滤器壁中的孔必须已添加一些炭黑，由此，有效的孔隙度相对基底的孔隙度再次减小。在深度过滤的持续时间以内，通过这种过滤器仍然不能实现期望的大于98％的分离度。因此，人们努力，将这种微粒过滤器设计成，使得该微粒过滤器快速地进入其表面过滤状态。

对于一些应用，不要求完全地减少炭黑排放。在这些应用中，有时足够的是，内燃机的炭黑排放量减少了50％或仅20％至25％。

为此目的，开发所谓的部分过滤器。部分过滤器具有以期望的量级的最大额定分离度。这意味着，这种过滤器可以截获内燃机废气中携带的微粒，尤其是炭黑微粒的与分离度相应的份额。部分过滤器可以设计成壁流式过滤器。在这种情况下，采用用于整体过滤器的基底并且该基底通过不同的措施构造一条或多条、一般许多的支路通道。支路通道提供从基底的流入侧向流出侧的流通性或流通路径，而废气不必流经过滤器壁。通过将在流出侧被封闭的过滤通道与一个或多个流出侧开口的过滤器通道连接来设置这种支路。可通行支路的可流经的横截面设计用于一定份额的废气流未过滤地流经它。根据可通行支路的可流经的横截面确定可通过这种部分过滤器实现的分离度。

除了这种设计成壁流式过滤器的微粒部分过滤器也已知这种微滤部分过滤器，其中，过滤仅通过从过滤器壁旁边流过的废气的壁沉积(Wandablagerungen)实现。一般，这种过滤器壁配有例如金属毛毡或类似类型的捕获结构。

即使通过这些已知的过滤器类型可以实现具有不同分离度的部分过滤器，也会期望改善这种设计为壁流式过滤器的部分过滤器的构造。此外期望的是，可以减小这种过滤器的重量或其基底的重量。恰好在汽车结构中人们努力的目标是，尽可能节省重量。

因此基于这些讨论的现有技术，本发明所要解决的技术问题是，建议一种设计成壁流式过滤器的微粒过滤器作为部分过滤器，该部分过滤器不仅允许它具有更大的设计自由度，而且还优选具有更小的重量。

该技术问题按本发明通过开头所述的、按本发明类型的微粒过滤器解决，其中，基底的过滤器壁具有在约55％到约75％之间的孔隙度以及在约20μm到35μm之间的孔径。