專利名稱：內(nèi)燃機排放氣體的過濾結(jié)構(gòu)體及相關(guān)聯(lián)的排氣管線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機排放氣體的過濾結(jié)構(gòu)體，該類型的結(jié)構(gòu)體包括
—至少第一和第二過濾構(gòu)件，這些過濾構(gòu)件大致平行于所述結(jié)構(gòu)體的一縱軸線地延伸在一引入?yún)^(qū)域和一排出區(qū)域之間，所述引入?yún)^(qū)域用于將氣體引入所述結(jié)構(gòu)體中而所述排出區(qū)域用于將氣體從所述結(jié)構(gòu)體排出；以及
—一連接件，其連接所述過濾構(gòu)件。
這類結(jié)構(gòu)體特別用于機動車柴油機的排放氣體去污裝置。這些裝置包括一條排氣管線，該排氣管線串聯(lián)地包括一催化凈化構(gòu)件和一顆粒過濾器。催化凈化構(gòu)件適合于處理氣相污染排放物，而顆粒過濾器適合于吸附發(fā)動機排出的炭黑顆粒。
背景技術(shù)：
在上述類型的已知結(jié)構(gòu)體中(例如參見FR 2 816 002)，過濾構(gòu)件包括一組具有平行軸線的相鄰管道，這些管道被有孔隙的過濾壁隔開。這些管道延伸在一引入表面與一排出表面之間。另外，這些管道在它們的一端或另一端被封堵，以便限定向引入表面開放的輸入室以及向排出表面開放的輸出室。
這些結(jié)構(gòu)體按一系列的過濾和再生階段運行。在過濾階段時，發(fā)動機排放的炭黑顆粒沉積在輸入室的壁上。穿過過濾器的壓力損失逐漸增加。該壓力損失超過一預(yù)先確定的值時，則進行一再生階段。
在再生階段，主要由碳組成的炭黑顆粒(particule de suie)在輸入室的壁上被燃燒，以使所述結(jié)構(gòu)體恢復(fù)它的最初特性。
炭黑顆粒不是以均勻的方式聚集在過濾構(gòu)件上。因此，炭黑優(yōu)先在過濾結(jié)構(gòu)體的中央并朝排放氣體排放表面聚集。
為使炭黑點火燃燒，點火器位于排氣管線中，靠近過濾構(gòu)件的引入表面。因此，燃燒在過濾器前部和中央開始，然后向后部擴散。
這類結(jié)構(gòu)體不能完全令人滿意。實際上，在有些情況下，由于過濾構(gòu)件中上游表面附近的炭黑含量低，點火燃燒很困難。另外，當燃燒到達排放表面時，由于炭黑含量高，該表面附近的溫度急劇增加。因此再生階段很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種內(nèi)燃機的排放氣體過濾結(jié)構(gòu)體，在這種結(jié)構(gòu)體中再生階段的控制很方便。
為此，本發(fā)明的目的是一種上述類型的過濾結(jié)構(gòu)體，其特征在于，所述連接件包括至少一下游部分，所述下游部分具有的每單位長度熱慣量(masse thermique)大于所述連接件的一上游部分的每單位長度熱慣量。
術(shù)語“熱慣量”意指對于給定體積的材料，該材料的平均熱容量(capacité calorifique)與該給定體積中材料質(zhì)量的乘積。
過濾結(jié)構(gòu)體可以包括以下特征中的一個或多個，這些特征可以單獨考慮，也可以是所有可能的技術(shù)組合[15]—所述連接件具有的每單位長度熱慣量在所述引入?yún)^(qū)域與所述排出區(qū)域之間沿所述連接件基本持續(xù)遞增；[16]—所述連接件沿所述縱軸線具有多個部分，所述每個部分具有的每單位長度熱慣量是基本恒定的；[17]—所述連接件的下游部分具有的平均厚度大于所述連接件的上游部分的平均厚度；[18]—所述連接件的厚度沿所述縱軸線是基本恒定的；[19]—所述連接件的下游部分具有的密度大于所述連接件的上游部分的密度；[20]—所述連接件的下游部分具有的孔隙度小于所述連接件的上游部分的孔隙度； —所述第一和第二過濾構(gòu)件中的至少之一包括至少一下游區(qū)域，所述下游區(qū)域具有的每單位長度熱慣量大于所述過濾構(gòu)件的一上游區(qū)域的每單位長度熱慣量；[22]—該結(jié)構(gòu)體具有一周邊區(qū)域，該周邊區(qū)域具有的每單位體積熱慣量低于所述結(jié)構(gòu)體的一中央?yún)^(qū)域的每單位體積熱慣量；以及[23]—所述過濾構(gòu)件分別具有第一和第二表面，所述第一和第二表面相互面對，并且通過所述連接件相互間連接，所述第一表面包括[24]—至少一個與所述連接件強附著的區(qū)域，所述區(qū)域大致位于所述第二表面的一與所述連接件弱附著或無附著的區(qū)域的對面；和[25]—至少一個與所述連接件弱附著或無附著的區(qū)域，所述區(qū)域大致位于所述第二表面的一與所述連接件強附著的區(qū)域的對面。
另外，本發(fā)明的目的是一機動車排氣管線，其特征在于，該排氣管線包括一如上定義的結(jié)構(gòu)體。


現(xiàn)在參照以下附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中[28]—圖1是符合本發(fā)明的第一過濾器的透視圖；[29]—圖2是沿圖1過濾器的平面II-II的局部剖面圖；[30]—圖3是符合本發(fā)明的第二過濾器的與圖2類似的圖；[31]—圖4是符合本發(fā)明的第三過濾器的與圖1類似的圖；以及[32]—圖5是符合本發(fā)明的第一過濾器的一變型的與圖2類似的圖。
具體實施例方式圖1所示的顆粒過濾器11位于一機動車柴油機的排氣管線13中，該排氣管線被局部地示出。
該排氣管線13延長到顆粒過濾器11的端部以外，并形成一排放氣體流動通道14。
顆粒過濾器11沿一排放氣體流動縱軸線X-X’延伸在一長度L上，并且它包括多個長度為L的并置過濾單元(bloc de filtration)15，這些過濾單元通過位于過濾單元15的相鄰表面之間的連接件17彼此連接。該過濾器另外包括再生點火部件18。
每個過濾單元15的形狀基本為平行于軸線X-X’地延伸的正平行六面體。
如圖2所示——該圖中示出兩個過濾單元15A、15B，每個過濾單元15A、15B包括一多孔隙過濾結(jié)構(gòu)體19、一待過濾排放氣體引入表面21、一已過濾排放氣體排出表面23、和工作側(cè)表面24(對于一般的過濾單元有四個側(cè)表面)。
表面21和23為平坦的，并且與軸線X-X’基本垂直。
多孔隙過濾結(jié)構(gòu)體19由一種由整體結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的過濾材料特別是陶瓷(堇青石、碳化硅等)制成。
該結(jié)構(gòu)體19具有一足夠允許排放氣體通過的孔隙度。但是，正如本領(lǐng)域已經(jīng)知道的，所選擇的孔隙直徑要足夠小，以便保證吸附炭黑顆粒。
多孔隙結(jié)構(gòu)體19包括一組相鄰的管道，這些管道的軸線與軸線X-X’基本平行。這些管道被多孔隙過濾壁25間隔開。在圖1所示的例子中，這些壁25的厚度恒定，并且從引入表面21到排出表面23在過濾結(jié)構(gòu)體19中縱向地延伸。
管道分布成第一組輸入管道27和第二組輸出管道29。輸入管道27和輸出管道29頭尾相接地布置。
輸入管道27在過濾單元15A、15B的排出表面23處被封堵，并且在它們的另一端是開放的。
相反，輸出管道29在過濾單元15A、15B的引入表面21處被封堵，并且通向它的排出表面23。
在圖1所示的例子中，輸入管道27和輸出管道29的截面在它們的整個長度上是恒定的。
一方面過濾單元15的引入表面21以及另一方面它們的排出表面23基本上是共面的，并且分別形成一將氣體引到過濾器11中的引入表面和一將氣體排到過濾器11之外的排出表面。
如圖1所示，所述過濾單元的與另一過濾單元相面對的側(cè)表面24是平坦的。與排氣管線13相面對的側(cè)表面31具有相適配的形狀，以便保證與該排氣管線13的柱形內(nèi)壁的接觸。
連接件17位于過濾單元15的平坦表面24之間。該連接件17例如是基于陶瓷水泥(ciment céramique)制成，這種陶瓷水泥一般由二氧化硅(silice)和/或碳化硅和/或氮化鋁構(gòu)成。這種水泥焙燒后的彈性模量約為5000MPa。過濾單元15因此通過連接件17相互間固定在一起。
在圖2所示的例子中，連接件17具有的厚度沿軸線X-X’持續(xù)遞增。該厚度在引入表面21的平面中的一厚度e1與排出表面23的平面中的一厚度e2之間線性地增加。
厚度e1例如在0.5mm到1mm之間，且厚度e2例如在2mm到5mm之間。
另外，連接件17具有一沿過濾器11均勻的結(jié)構(gòu)體。
如圖2所示，連接件17的上、下游部分41、43分別延伸在一平面P的兩側(cè)，該平面P相對于過濾器11呈橫向的，并位于過濾單元15A、15B的引入表面21與排出表面23之間。另外，這些上游和下游部分41、43分別被引入表面21的平面和排出表面23的平面所限定。
下游部分43的沿軸線X-X’的每單位長度熱慣量大于上游部分41的每單位長度熱慣量。
參照圖1，再生點火部件(moyens d′amorcage de larégénération)18包括點火器51，這些點火器在上游表面21附近突起于所述排放氣體流動通道14中。
這些點火器51例如為專利申請FR 2 816 002中描述的類型。
現(xiàn)在描述符合本發(fā)明的第一過濾器11的運行。
在過濾階段(圖1)時，帶有顆粒的排放氣體通過排氣管線13被引至過濾單元15的輸入表面21。然后，如圖2中的箭頭指出的，這些帶有顆粒的排放氣體進入到輸入管道27中，并穿過多孔隙結(jié)構(gòu)體19的壁25。在穿過壁25時，炭黑沉積在輸入管27的壁25上。這些炭黑優(yōu)先在顆粒過濾器11的中央并朝過濾單元15的排出表面23(圖中右側(cè))沉積。
過濾后的排放氣體通過排出管道29排出，并被引向排出管線13的出口。
當機動車行駛約500km時，穿過過濾器11的壓力損失明顯增加。因此要實施一再生階段。
該再生階段時，點火器51被啟動，從而在引入表面21附近排放氣體的溫度增加。當這些氣體達到足夠的溫度時，它們在位于引入表面21附近的過濾器上游區(qū)域71中點燃過濾單元15中的炭黑。
由于上游區(qū)域71中的每單位長度熱慣量低，該區(qū)域中的溫度因而迅速上升到一能夠使炭黑燃燒的范圍，盡管該區(qū)域71中的炭黑含量低。
然后，燃燒向排出表面23擴散。由于在過濾器11的下游區(qū)域73中的炭黑含量很高，因而在該區(qū)域73中，這些炭黑燃燒產(chǎn)生的熱功率很高。
但是，該下游區(qū)域73的溫度增加受到連接件17的下游部分43中的高的每單位長度熱慣量的限制。
因此，在再生階段時，符合本發(fā)明的過濾器11便于在引入表面21附近使炭黑點火燃燒，并且在該燃燒到達排出表面23附近時限制該燃燒的失控(emballement)。因此便于在該過濾器11中控制再生階段。
在圖3所示的符合本發(fā)明的第二過濾器101中，連接件17沿軸線X-X’具有一恒定的厚度。
連接件17沿軸線X-X’且從上游到下游包括多個部分103、105、107，每個部分103、105、107具有一恒定的密度。連接件17的部分103、105、107的密度沿過濾器增大，從而下游部分107的每單位長度熱慣量大于中間部分105的每單位長度熱慣量，而中間部分105的每單位長度熱慣量又大于上游部分103的每單位長度熱慣量。
因此，下游部分107的密度例如在2到3之間，中間部件105的密度例如在1.5到2.5之間，且上游部分103的密度例如在1到1.5之間。
在該過濾器101的第一變型中，連接件17沿軸線X-X’從上游到下游包括多個部分103、105、107，每個部分具有一恒定的孔隙度。
所述部分103、105、107的孔隙度沿過濾器101減小，從而下游部分107的每單位長度熱慣量大于中間部分105的每單位長度熱慣量，中間部分105的每單位長度熱慣量大于上游部分103的每單位長度熱慣量。
因此，上游部分103的孔隙度例如在45％到50％之間，中間部分105的孔隙度例如在40％到45％之間，下游部分107的孔隙度例如在35％到40％之間。
在該過濾器101的第二變型中，連接件的孔隙度和/或密度沿連接件17持續(xù)變化，從而每單位長度熱慣量也沿連接件17持續(xù)變化。
在該過濾器101的第三變型中，過濾單元15A、15B的壁本身的孔隙度也沿軸線X-X’遞減。因此單元15A、15B有一下游區(qū)域111，所述下游區(qū)域沿過濾器101的每單位長度熱慣量大于一上游區(qū)域113的每單位長度熱慣量。因此，過濾單元15A、15B的每單位長度熱慣量沿過濾器101增加。
在圖4所示且不同于圖1所示過濾器11的過濾器201中，周邊過濾單元15D在至少一橫向平面中具有的每單位體積熱慣量小于位于過濾器201中央的過濾單元15C的每單位體積熱慣量。
因此，炭黑含量相對更高的中央?yún)^(qū)域203具有的每單位體積熱慣量大于炭黑含量相對更低的周邊區(qū)域205的每單位體積熱慣量。
另外，和圖1中的過濾器11一樣，連接件17包括一下游部分，該下游部分的每單位長度熱慣量大于該連接件17的一上游部分的每單位長度熱慣量。
由于剛才描述的本發(fā)明，可以獲得一過濾結(jié)構(gòu)體，在該過濾結(jié)構(gòu)體中，再生階段的實施和控制都很方便。實際上，所述結(jié)構(gòu)體的熱慣量與炭黑在該結(jié)構(gòu)體中的分布相適應(yīng)，從而碳黑聚集多的區(qū)域具有的熱慣量大于炭黑聚集少的區(qū)域中的熱慣量。
特別是，熱慣量在該結(jié)構(gòu)體中的這種分布有利于在引入表面附近點火燃燒炭黑，并且在再生階段限制排出表面附近溫度的增加。
圖5所示的過濾器301不同于圖1和2所示的過濾器11在于以以下特征。
第一和第二過濾單元15A和15B互相面對的對應(yīng)側(cè)表面24A和24B每一個包括至少一個與連接件17緊密連接的區(qū)域303，和至少一個區(qū)域305，所述區(qū)域305在制造過濾器301時被覆有一防粘層。該防粘層例如以紙、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、石墨或氮化硼為基礎(chǔ)形成。
因此，每個區(qū)域303構(gòu)成一與連接件17強附著的區(qū)域，后文稱之為“強附著區(qū)”，而每個區(qū)域305構(gòu)成一與連接件17弱附著或無附著的區(qū)域，后文稱之為“弱附著或無附著區(qū)”。
在強附著區(qū)303中連接件17與側(cè)表面24之間的附著度，比弱附著或無附著區(qū)305中連接件17和側(cè)表面24之間的附著度高至少十倍，該弱附著度介于0到50MPa之間。
在圖5所示的例子中，第一過濾單元15A的側(cè)表面24A從引入表面21朝排出表面23相繼地包括一第一強附著區(qū)303A、一弱附著或無附著區(qū)305A、和一第二強附著區(qū)303C。
第一表面24A的每個強附著區(qū)303A、303C大致布置在第二表面24B的弱附著或無附著區(qū)305B、305D的對面。同樣，第一表面24A的每個弱附著或無附著區(qū)305A大致布置于第二表面24B的一強附著區(qū)303B的對面。
該變型也可用在圖3所示的過濾器201中。
權(quán)利要求
1.內(nèi)燃機排放氣體的過濾結(jié)構(gòu)體(11；101；201；301)，該類型的結(jié)構(gòu)體包括—至少第一和第二過濾構(gòu)件(15A、15B)，這些過濾構(gòu)件大致平行于所述結(jié)構(gòu)體(11；101；201；301)的一縱軸線(X-X’)地延伸在一引入?yún)^(qū)域(21)和一排出區(qū)域(23)之間，所述引入?yún)^(qū)域用于將氣體引入所述結(jié)構(gòu)體中而所述排出區(qū)域用于將氣體從所述結(jié)構(gòu)體排出；以及—一連接件(17)，其連接所述過濾構(gòu)件(15A、15B)；其特征在于，所述連接件(17)包括至少一下游部分(43；107)，所述下游部分具有的每單位長度熱慣量大于所述連接件(17)的一上游部分(41；103)的每單位長度熱慣量。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體(11；201；301)，其特征在于，所述連接件(17)具有的每單位長度熱慣量在所述引入?yún)^(qū)域(21)與所述排出區(qū)域(23)之間沿所述連接件(17)基本持續(xù)遞增。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)體(101)，其特征在于，所述連接件(17)沿所述縱軸線(X-X’)具有多個部分(103、105、107)，所述每個部分具有的每單位長度熱慣量是基本恒定的。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(11；301)，其特征在于，所述連接件(17)的下游部分(43)具有的平均厚度大于所述連接件(17)的上游部分(41)的平均厚度。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(101)，其特征在于，所述連接件(17)的厚度沿所述縱軸線(X-X’)是基本恒定的。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(101)，其特征在于，所述連接件(17)的下游部分(107)具有的密度大于所述連接件(17)的上游部分(103)的密度。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(101)，其特征在于，所述連接件(17)的下游部分(107)具有的孔隙度小于所述連接件(17)的上游部分(103)的孔隙度。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(101)，其特征在于，所述第一和第二過濾構(gòu)件(15A、15B)中的至少之一包括至少一下游區(qū)域(111)，所述下游區(qū)域具有的每單位長度熱慣量大于所述過濾構(gòu)件(15A、15B)的一上游區(qū)域(113)的每單位長度熱慣量。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(201)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)體具有一周邊區(qū)域(205)，該周邊區(qū)域具有的每單位體積熱慣量低于所述結(jié)構(gòu)體(201)的一中央?yún)^(qū)域(203)的每單位體積熱慣量。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(301)，其特征在于，所述過濾構(gòu)件(15A、15B)分別具有第一和第二表面(24A、24B)，所述第一和第二表面相互面對，并且通過所述連接件(17)相互間連接，所述第一表面(24A)包括—至少一個與所述連接件(17)強附著的區(qū)域(303A、303C)，所述區(qū)域大致位于所述第二表面(24B)的一與所述連接件(17)弱附著或無附著的區(qū)域(305B、305D)的對面；和—至少一個與所述連接件(17)弱附著或無附著的區(qū)域(305A)，所述區(qū)域大致位于所述第二表面(24B)的一與所述連接件(17)強附著的區(qū)域(303B)的對面。
11.機動車排氣管線(13)，其特征在于，該排氣管線包括一如上述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)體(11；101；201；301)。
全文摘要
該結(jié)構(gòu)體(11)包括第一和第二過濾構(gòu)件(15A、15B)，這些過濾構(gòu)件平行于所述結(jié)構(gòu)體(11)的一縱軸線(X－X’)地延伸在一引入?yún)^(qū)域(21)和一排出區(qū)域(23)之間，所述引入?yún)^(qū)域(21)用于將氣體引入所述結(jié)構(gòu)體(11)中而所述排出區(qū)域(23)用于將氣體從所述結(jié)構(gòu)體排出；以及一連接件(17)，其連接所述過濾構(gòu)件(15A、15B)。所述連接件(17)包括至少一下游部分(43)，所述下游部分具有的每單位長度熱慣量大于所述連接件(17)的一上游部分(41)的每單位長度熱慣量。本發(fā)明尤其應(yīng)用于機動車柴油機排放氣體用的顆粒過濾器。
文檔編號F01N3/022GK101040104SQ200580034458
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者S·巴爾東, A·布里奧, V·格萊茲 申請人:圣戈班歐洲設(shè)計研究中心