專利名稱：用于分離內燃機廢氣中所含顆粒的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于分離內燃機廢氣中所含顆粒的裝置，通常所述裝置也被 稱為柴油機顆粒過濾器。
背景技術：
用于這些應用的裝置主要使用陶瓷部件來實現(xiàn)分離的目的，該陶瓷部件 優(yōu)選使用碳化硅制成。不可否認，這些陶瓷材料非常適合在高溫下使用，但 材料本身具有一些實質性的缺點。這一方面涉及到由相對高的密度導致的自 身重量大，尤其是用在車輛上時會產生汽車的耗油量增加效應。此外，陶瓷 材料易碎并且在振動交替載荷作用下容易被損壞。
另一個缺點是由熱膨脹導致的，陶瓷材料的熱膨脹與通常用于殼體的金 屬材料的熱膨脹完全不同，而這種缺陷只能通過增加耗費和/或費用來彌補。
其他公知的解決方法還使用纖維結構。后者所需要的性能會增加制造成 本。例如，除了抗高溫性能，纖維結構還必須具有足夠的長期分離性能。然 而，沒有采取額外措施的情況下，這種纖維結構也不具有足夠高的強度。
另一種公知的可能性本質上是用于松散材料或單個顆粒的局部合成物 的顆粒的使用。在此，顆粒的固有強度也不能充分體現(xiàn)。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是以成本有效的方式改進對內燃機廢氣中所含顆粒 的分離。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過具有權利要求1的特征的裝置來實現(xiàn)的。 可以通過從屬權利要求中描述的特征來實現(xiàn)有利方面和進一步改進。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，含有顆粒的內燃機廢氣被導弓I穿過過濾介質。 所述過濾介質由通孔金屬泡沬制成，并由至少兩層這種泡沫連接而制成。每 層的厚度、孔隙率和/或平均孔徑都不同。例如，含有顆粒的廢氣流經(jīng)的第一 層具有比廢氣后續(xù)流經(jīng)的層更大的厚度、孔隙率和/或平均孔徑。如果過濾介 質由兩層以上的泡沫形成，則各層的厚度、孔隙率和/或平均孔徑沿著流動方 向逐漸減小。
所述含有顆粒的廢氣可以由至少一個進氣通道引入所述裝置，并在流經(jīng) 過濾介質后由至少一個出氣通道排出。
形成過濾介質的層的通孔金屬泡沬可以優(yōu)選地使用鎳、鐵或特別是含有 鉻的鎳合金或鐵合金制成，并且還可任選含有構成有利性能的合金元素的其 他合金制成。優(yōu)選使用這種鎳合金。
盡可能地，用三層(最多十層)這種通孔金屬泡沫形成過濾介質，以得 到良好的分離性能。所述層應盡可能地相互接觸，并盡可能地避免各層之間 出現(xiàn)空腔。為此，形成所述過濾介質的所述層可以相互連接于外部邊緣，該 外部邊緣可以不用作分離。這種連接限于完全相對的端面。
形成所述過濾介質的層應具有至少1.5mm的總厚度。 在這種連接方式中，含有顆粒的廢氣流經(jīng)的第一層應具有至少200 um 的平均孔徑。
所述第一層應至少占由各層形成的所述過濾介質的總層厚度的40%。 此后廢氣流經(jīng)的第二層的平均孔徑應至少比流經(jīng)的第一層的平均孔徑 小100 u m。
廢氣最后流經(jīng)的第三層的平均孔徑應依次至少比設置在其之前的層的 平均孔徑小100 um。
由所述層形成的所述過濾介質可以形成為具有平坦表面的板狀。
但是，所述過濾介質也可以形成為管狀并形成空心圓柱。在這種情況下，
其內部可以形成進氣通道或出氣通道?？梢酝ㄟ^相應的分隔壁來徑向向外或 向內地形成多個出氣通道或進氣通道。在這種實施方式中，不需要保持軸向 對稱。還可以選擇如正方形或矩形等不同的橫截面幾何形狀，從而考慮與所 需的安裝情況匹配，例如，用于機動車輛。
由多個層形成的過濾介質也可以繞縱向軸線巻繞成螺旋形狀。
所述過濾介質和進氣通道以及出氣通道可以制成U形，在這種情況下， 廢氣可以沿著U形流經(jīng)以這種方式制成的裝置，廢氣流動時，廢氣也連續(xù)地 從進氣通道經(jīng)過所述過濾介質流動至出氣通道。
含有顆粒的廢氣流入進氣通道的方向可以調整成與廢氣流經(jīng)的第一層 的表面平行?？梢噪S后關閉該進氣通道的相對設置的前側末端，從而使所有 廢氣必須流經(jīng)所述過濾介質，并在這種流經(jīng)過程之后，通過出氣通道無顆粒 地排放到周圍環(huán)境中。在這種連接中，沿著進氣通道的整個所述過濾介質的 長度和含有顆粒的廢氣流經(jīng)的相應的所述過濾介質表面可用于實現(xiàn)分離的 目的。本文中，無顆粒應該被理解成至少是遵循現(xiàn)行法令的規(guī)定。
沿著含有顆粒的廢氣流入進氣通道的方向減小進氣通道的自由橫截面 是有利的。因而在含有顆粒的廢氣流過所述進氣通道時，廢氣的流動速度將 隨著自由橫截面的減小而增加，這將使顆粒更好地分離。在這種連接中，可 以沿著廢氣流動的方向使進氣通道的自由橫截面連續(xù)減小。因此，在所述進 氣通道中的所述含有顆粒的廢氣，從進入所述進氣通道開始直到接近所述進 氣通道的相對設置的前側末端，其流速約增加了一倍。
這可以通過形成有一個或多個進氣通道的相應殼體結構來實現(xiàn)。但是， 也可以插入設置相應的分隔壁以實現(xiàn)這種效果。
另一種可能的方式包括沿著所述含有顆粒的廢氣的流入方向增大過濾 介質的總層厚度，以使自由橫截面得以減小，從而增加流速。在這種連接情 況下，只有所述含有顆粒的廢氣流經(jīng)的第一層可以在該方向上變得更厚。
但是，所述過濾介質也可以形成這種結構，即至少一層具有以漸變的形 式變化的孔隙率和/或平均孔徑?？紫堵屎?或平均孔徑應該在流入方向上從 前向后減小。
這種實施方式可以與前面解釋的那種具有一個或多個減小的橫截面的 進氣通道的實施方式相結合。
此外，可以在所述通孔金屬泡沫的表面上至少局部地設置涂層。例如， 僅沿含有顆粒的廢氣流經(jīng)的第一層的進氣通道方向在朝外的表面上涂覆涂層。
通過涂層，可以實現(xiàn)所述層的比表面的擴大和/或達到催化效果，這可 以增加對顆粒的分離性能或改善排放到周圍環(huán)境中的廢氣質量。 根據(jù)下述的實施例可以更詳細地闡述本發(fā)明。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施例的立體示意圖，其中，所述裝置
具有多個互相平行并平行于過濾介質排列的進氣通道和出氣通道； 圖2是根據(jù)實施例1的裝置的截面放大圖3顯示了一個實施例，其中每個單元(case)中具有兩個進氣通道和 兩個出氣通道以及兩個過濾介質；
圖4所示的實施例中包括兩個分開的進氣通道，含有顆粒的廢氣從所述 進氣通道流入且流經(jīng)兩個過濾介質，并由共同的出氣通道排放出去；
圖5顯示的是具有支撐結構的實施例；
圖6是一個實施例的示意圖，其中包括自由橫截面減小的進氣通道；以
及
圖7是一種具有漸變的孔隙率或平均孔徑的過濾介質的實施方式的示意圖。
具體實施例方式
圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實施例，其中，廢氣從連接管道引 入并被再次排放到周圍環(huán)境中。其間設置有有效部分，所述有效部分具有多
個進氣通道2和出氣通道3，每個進氣通道2和出氣通道3彼此被過濾介質 隔開。含有顆粒的廢氣可以從每個進氣通道流入，隨后流經(jīng)對應的各個過濾 介質1并從出氣通道3排出。所述進氣通道2和出氣通道3以及過濾介質1 彼此平行地排列設置并且它們整體具有正方形或矩形截面。所述進氣通道2 和出氣通道3的端面相互封閉，以將流經(jīng)所述過濾介質1并從出氣通道3流 出的廢氣排放出去。
圖1中過濾介質的結構的局部放大如圖2所示，所述過濾介質由三層 1.1、 1.2禾B1.3構成。層l.l、 1.2和1.3由包括鎳合金的通孔泡沫制成。
層1.1是沿著進氣通道2的方向首先被流經(jīng)的層，也就是含有顆粒的廢 氣首先流經(jīng)的層，該層1.1具有0.8mm的平均孔徑。
第二層1.2具有0.58mm的平均孔徑。沿著出氣通道3的方向排列設置 的過濾介質1的層1.3具有0.45mm的平均孔徑。
圖3顯示了一種可能的情況，其中每個單元具有兩個進氣通道2和兩個 出氣通道3，所述進氣通道2和出氣通道3相互之間被過濾介質1分隔開， 廢氣流經(jīng)所述過濾介質1以分離出顆粒。本文的敘述可以更清楚地說明廢氣 如何被導向流動以及如何將進氣通道2和出氣通道3的彼此相對設置的末端
端面以氣密的方式封閉。
圖4顯示了一個實施例，該實施例包括使含有顆粒的廢氣流入的兩個進 氣通道2，廢氣流經(jīng)每個單元內的過濾介質1，隨后將無顆粒的廢氣通過共 同的出氣通道3排放到周圍環(huán)境中。
圖5中示意地顯示了一種通過支撐結構4來增加穩(wěn)定性和/或強度的可 能的情況。這種支撐結構可以以牢固結合的方式連接在殼壁的過濾介質1上
或連接在進氣通道2或出氣通道3的壁上。這可以使用能夠形成支撐結構4 的網(wǎng)或金屬薄板來實現(xiàn)。在這種連接中，根據(jù)本發(fā)明的裝置的各個部件彼此 之間的間隔可以長期保持。但是，應在不會對廢氣的流動關系造成不利影響 的前提下設計支撐結構4的尺寸并裝配安置。
圖6中顯示了一個實施例，其中，進氣通道2的自由橫截面沿著含有顆 粒的廢氣的流入方向呈圓錐形逐漸變細。
因此，含有顆粒的廢氣在流經(jīng)所述進氣通道2時，流速從進入所述進氣 通道2開始增加，直到接近所述進氣通道2的相對設置的末端處。在前面末 端之前，以氣密方式封閉的所述進氣通道2的端面上短暫地產生了堰塞效應， 該處的流速又下降了。
這里通過附加的分隔壁5示意地表示出進氣通道2的自由橫截面尺寸的 減小。
圖7顯示了一個實施例，其中，選用了沿著含有顆粒的廢氣流入進氣通 道2的方向設計成漸變形狀的過濾介質1。在這種連接結構中，所述過濾介 質1上的孔隙率和平均孔徑的大小在該方向上減小，因此使得廢氣在朝所述 進氣通道2末端的方向上流經(jīng)所述過濾介質1的流動阻力增加。這可以使得 含有顆粒的廢氣在所述進氣通道2中的流動均勻化。
在這種實施方式中，所述過濾介質l中只有一個區(qū)域可以具有涂層，所 述涂層依次還能夠起到有效的催化作用。
權利要求
1. 一種用于分離內燃機廢氣中所含顆粒的裝置，其中，所述內燃機廢氣被引導流經(jīng)過濾介質，廢氣中的顆粒被吸收并阻擋在所述過濾介質中，其特征在于，所述過濾介質(1)由金屬通孔泡沫制成并具有至少兩層(1.1，1.2，1.3)，所述層(1.1，1.2，1.3)的厚度、孔隙率和/或平均孔徑的大小沿著廢氣通過所述過濾介質(1)的流經(jīng)方向減小。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述廢氣通過至少一個進 氣通道(2)，流經(jīng)所述過濾介質(1)，并通過至少一個出氣通道(3)排放 出去。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(1) 由鎳、鐵或它們的合金制成的通孔泡沫構成。
4. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(1) 由至多十層(1.1， 1.2， 1.3)構成。
5. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，含有顆粒的廢氣首 先流經(jīng)的層(1.1)具有至少200um的平均孔徑。
6. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，由所述多層(1.1， 1.2， 1.3)構成的過濾介質具有至少1.5mm的總厚度。
7. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(1) 被制成為板狀。
8. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(l) 被制成為管狀。
9. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(l) 被巻繞成螺旋形狀。
10. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(1 )、進氣通道(2)和出氣通道(3)被制成U形。
11. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，含有顆粒的廢氣 被引入具有流動方向的進氣通道(2)，所述流動方向設置成平行于廢氣首先 流經(jīng)的層(1.1)的表面。
12. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，含有顆粒的廢氣 從彼此隔開的進氣通道(2)進入，在流經(jīng)至少一個過濾介質(1)之后，從 共同的出氣通道(3)排放出去。
13. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，沿著含有顆粒的 廢氣的流動方向，所述進氣通道(2)的自由橫截面尺寸減小。
14. 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述進氣通道(2)的 自由橫截面的尺寸連續(xù)地減小。
15. 根據(jù)前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(l) 中至少一層(1.1， 1.2， 1.3)的孔隙率和/或平均孔徑的大小沿著含有顆粒的 廢氣流入進氣通道(2)的方向減小。
16. 根據(jù)權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述孔隙率和/或平均孔徑的大小以漸變的形式減小。
17. 根據(jù)上述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質的 總厚度和/或至少一層的厚度沿著含有顆粒的廢氣流入所述進氣通道的方向 增大。
18. 根據(jù)上述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(l) 的金屬通孔泡沬的表面上至少局部具有涂層。
19. 根據(jù)上述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述涂層增大了 比表面積和/或具有有效的催化作用。
20. 根據(jù)上述任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述過濾介質(l) 上裝配有支撐結構(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分離內燃機廢氣中所含顆粒的裝置，其中，廢氣被引導流經(jīng)過濾介質，顆粒被吸收并阻擋在所述過濾介質中。相對于傳統(tǒng)的顆粒過濾器，本發(fā)明可以以低成本高效率的方式提高所述分離效果。根據(jù)本發(fā)明，所述過濾裝置(1)由金屬通孔泡沫制成，并具有至少兩層(1.1，1.2，1.3)，在廢氣流經(jīng)所述過濾介質的方向上，所述各層具有彼此不同的厚度、孔隙率和/或孔徑。
文檔編號F01N13/02GK101384799SQ200780005992
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權日2006年2月20日
發(fā)明者A·伯姆, D·瑙曼, L·廷布格, S·薩貝里 申請人:淡水河谷英可公司