[发明专利]一种折叠型滤芯的颗粒物捕集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种折叠型滤芯的颗粒物捕集器，特别涉及一种应用于缸内直喷汽油机，对压降和可靠性有严格要求的尾气颗粒物捕集装置，属于机动车尾气后处理技术领域。

背景技术

汽油车缸内直喷技术在提升燃油经济性方面有着明显的优势，但同时缸内直喷技术也存在一些负面效应，其在低负荷、冷启动和工况转换的状况下排气颗粒物的质量浓度和数量浓度都高于其它进气方式的汽油机。研究表明：缸内直喷汽油车（Gasoline Direct Injection，GDI）固体颗粒物的排放浓度甚至比安装颗粒物捕集器的柴油车高两个数量级；GDI汽油车排放颗粒物已超过京V规定的缸内直喷汽油车4.5mg/km的排放标准。面对日益严格的排放标准，研究缸内直喷汽油车颗粒物排放控制原理及装置具有重要意义。

三效催化净化器（Three Way Catalysts，TWC）作为一种后处理技术装置用于处理排气中的碳氢化合物和一氧化碳以及氮氧化物，但TWC一般不具备对颗粒物的净化功能，因此，一种解决办法是在TWC后面加装排气颗粒物捕集器（Gasoline Particulate Filter，GPF），对缸内直喷汽油车排气的颗粒物进行过滤。

目前已经开发出了壁流式GPF产品，壁流式GPF拥有间隔封堵孔道的结构，过滤材料采用堇青石、碳化硅等陶瓷过滤材料。但陶瓷材料机械强度低、不耐冲击，而金属纤维毡有比陶瓷材料更好的强度、韧性和导热性，使用寿命也更长；并且金属纤维毡具有壁薄、孔隙率大和较高的过滤精度等特点。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有技术中，陶瓷过滤材料属性的不足，一体化成型结构造成的性能浪费的缺陷，公开一种折叠型滤芯的颗粒物捕集器。

实现本发明的技术方案如下：一种折叠型滤芯的颗粒物捕集器，包括入口段、滤芯段和出口段；三部分通过螺栓连接，密封件封装隔绝排气泄漏。

入口段是颗粒物捕集器的进口，由入口管和扩张连接管组成；入口管是一段圆筒形管道，扩张连接管为方管结构，入口管连接扩张连接管的一端；扩张连接管的另一端连接壳体。入口管和扩张连接管采用不锈钢材料，它们之间的连接采用焊接结构。

出口段颗粒物捕集器的出气口，由出口管和收缩连接管组成；出口管是一段圆筒形管道，收缩连接管为方管结构，出口管连接收缩连接管的一端；收缩连接管的另一端连接壳体。出口管和收缩连接管采用不锈钢材料，它们之间的连接采用焊接结构。

所述滤芯段是颗粒物捕集器的核心，由顶板、底板、折叠滤芯和插板组成；顶板、底板和四块插板构成颗粒物捕集器的方形壳体；侧面前后各两块插板将滤芯夹住固定在壳体内，折叠滤芯通过支撑板穿插固定，顶板和底板盖住支撑板的空隙部分，通过支撑板边缘的榫卯连接固定，顶板、底板和四块插板对滤芯封装，形成的外层壳体起到支撑和保护滤芯的作用，连接位置处都添加密封石棉件。折叠滤芯设计为折叠三角形结构，大大增加了捕集颗粒物的面积，插板为梳状结构，插板的梳槽与滤芯的折边相吻合。

所述滤芯前端设计成三角形结构以减小气体流动的局部压力损失，多层折叠可增大的气体接触的总过滤面积；滤芯高度h为100~300mm，滤芯长度l为100~400mm，滤芯宽度d为100~200 mm，滤芯层数n为5~30层，层间距b为5~60mm，每层夹角θ为2arccot(2l/b)，每层过滤层有2个过滤面，总过滤经2n个过滤面，总过滤面积为2n个过滤面的面积之和。

根据实际工况条件，可以调整滤芯层数达到与实际工况相匹配的过滤面积要求。

排气从颗粒物捕集器的入口管流入，经过扩张管到达滤芯，气体通过滤芯过滤后在收缩管收缩，然后从颗粒物捕集器的出口管排出。

本发明中滤芯采用的金属纤维毡材料，折叠型的滤芯结构使排气自然通过金属纤维毡微孔孔道流过，气体流过微孔时，大于微孔直径的颗粒物通过筛滤方式被过滤，小于微孔直径的颗粒物通过吸附等方式停留在过滤介质微孔内部。