[发明专利]具有可变通道几何形状的颗粒物过滤器以及制造此种过滤器的方法

说明书

本发明涉及一种颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器用于收集来自内燃机的废气的颗粒物物质，且该颗粒物过滤器具有沿着通道的整个长度演变的通道几何形状，以使得：通道的横截面的周长从通道(370)的开口端部(310)持续地减小，直至减小到通道的参考横截面(350)为止，然后从参考横截面持续地增大，直至增大到通道的闭合端部(360)为止，以及通道的横截面的表面积从通道的开口端部单调地减小，直到闭合端部为止。这些闭合端部对于过滤器的入口通道和出口通道来说分别位于过滤器的主体中、出口表面和入口表面附近。

技术领域

本发明处于处理来自燃烧发动机的废气的领域，具体地说用于减少由发动机产生的污染物的颗粒物过滤器的领域。

背景技术

如今，对于柴油车辆和其他柴油驱动机器，污染物排放的监管限制越来越严格，特别是就颗粒物排放而言。因此，柴油车辆通常装配有颗粒物过滤器，以符合与污染物排放相关的标准。然而，颗粒物过滤器的使用并不局限于柴油车辆，预计将来此类颗粒物过滤器将越来越频繁地集成到汽油车辆的排气管线中。

用在内燃机的排气管线中的颗粒物过滤器可保留存在于废气中的颗粒物，并且由此防止这些颗粒物排放到大气中。颗粒物主要是烟尘颗粒物(碳化合物)。这些颗粒物还可包括源自发动机磨损或包含在润滑剂及其添加剂中或燃料中的无机化合物。这些无机化合物形成灰烬，该灰烬残留在过滤器中并因此在发动机的寿命期间积聚。在一些情形中，过滤器还可包括催化剂成分，用于处理以气态形式存在于废气中的诸如未燃烧的碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)或一氧化碳(CO)之类的某些污染物排放物，以将这些污染物排放物转化为危害较小的气体。该过滤器通常必须定期再生，以消除在过滤阶段期间积累的颗粒物，从而维持该过滤器的所有过滤能力。再生操作包括燃烧烟尘颗粒物：通常，过滤器的温度通常通过增大通过的废气的浓度数值(但不会是达到1的浓度数值)而升高至大约450℃至600℃，且获得这些相同气体的氧化组分以实现对保留在该过滤器中的颗粒物的燃烧。因此，该颗粒物过滤器应能够承受高的热应力和机械应力，抵抗由于废气引起的腐蚀，承受与车辆运动相关联的冲击和振动，且通常应尽可能紧凑。

如图1A中所示，该颗粒物过滤器通常由具有蜂窝型结构的陶瓷基底构成，该陶瓷基底通常通过将呈颗粒物(通常由陶瓷制成)形式的材料所形成的糊状物挤出而形成，这种材料对于此种类型的制造具有足够的塑性。过滤器1的基底由相邻通道2、3的组件构成，这些通道在用于废气的入口表面4和出口表面5之间延伸，且这些通道以蜂窝的方式设置成彼此平行并且由共用的壁6彼此分开。轴线X表示废气的主要流动轴线。这些通道以细长的方式沿着该轴线延伸。这些通道在它们的其中一个端部处由插塞7闭合，以使得进入仅仅在入口表面处保留打开的通道的废气(由箭头指示)受迫通过与仅仅在出口表面5处保留打开的相邻通道共用的多孔壁6，以便再次通过该出口表面离开。图1B是根据标准结构的该示例的颗粒物过滤器1的入口4的示意正视图。相同通道具有正方形的截面，并排设置，以在过滤器的入口表面4上形成网格图案。这些通道中的一些被堵塞(插塞由阴影指示)，而另一些打开，以形成棋盘图案。在入口表面处具有开口的通道在它们于出口表面处的另一端部处被堵塞，且由此形成被称为入口通道2的通道，废气通过这些入口通道进入过滤器，以经由多孔壁而通过相邻的通道离开，这些相邻通道在入口表面处被堵塞而在过滤器的出口表面处打开且这些相邻通道称为出口通道3，这些多孔壁将入口通道与相邻的出口通道分开。将相邻通道分开的壁的厚度并未在图1B中指示。

因此，通道在它们端部中的一个或另一个处的此种闭合确保废气必须通过将这些通道分开的多孔壁，以保证对包含在废气中的颗粒物进行过滤的功能。

然而，这些结构中插塞的存在具有若干问题。首先，这些插塞限制通道的可用面积，因为插入到通道中的插塞与通道的过滤隔板的一部分表面相接触，于是，该部分不再能够执行其过滤废气的功能。其次，可能存在插塞破裂的风险，从而导致过滤器的效率急剧下降。随后，在过滤器的入口表面处的插塞有助于在操作期间在过滤器中产生压降，因为这些插塞将流线急剧地转向入口通道，从而产生粘性摩擦。此种压降在过滤器的使用期间具有若干有害的后果，尤其是导致发动机的效率退化。