專利名稱：用于過濾排氣微粒的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本公開大體上涉及一種排氣系統(tǒng)，具體涉及一種用于排氣系統(tǒng)的微粒過濾器。
用于柴油機(jī)和其它內(nèi)燃機(jī)的汽車排氣系統(tǒng)通常包括排氣子系統(tǒng)，其可限制隨廢氣一起排出的大部分微粒物質(zhì)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，這些物質(zhì)通常包括含碳成分和金屬成分。目前用于截留排氣微粒的過濾方法包括表層過濾和深層過濾方法。表層過濾依賴截留來作為微粒過濾機(jī)理，而深層過濾依賴沖擊來作為微粒過濾的主機(jī)理。采用表層過濾系統(tǒng)時(shí)，微粒沉積會(huì)阻塞流動(dòng)通道，導(dǎo)致較高的截留效率以及隨時(shí)間的壓降增加。采用深層過濾系統(tǒng)時(shí)，微粒沉積不會(huì)阻塞流動(dòng)通道，導(dǎo)致較低的截留效率以及隨時(shí)間的有限壓降變化?？紤]到現(xiàn)有微粒過濾器的配置，需要具有一種更先進(jìn)的微粒過濾器，其可在有限的空間內(nèi)操作，具有足夠的截留效率，并且可在隨時(shí)間的壓降特性方面以有限的變化進(jìn)行操作。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于具有廢氣流和名義流通面積的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器包括外殼和設(shè)于外殼內(nèi)的彼此平行的多個(gè)板，各板均具有構(gòu)造用來截留排氣微粒的多個(gè)孔口和多個(gè)微穴(micropocket)。
在另一實(shí)施例中，一種用于具有廢氣流和名義流通面積的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器包括外殼和多個(gè)板，各板均具有設(shè)置于外殼內(nèi)且構(gòu)造用來截留排氣微粒的多個(gè)孔口和多個(gè)微穴。這些板設(shè)置成彼此平行的板對(duì)，并使它們的微穴面向廢氣流。這些板在它們之間具有沿廢氣流的方向尺寸減小的間隙。各板的孔口與相鄰板的微穴成一直線，各孔口均由漏斗形表面所環(huán)繞，其中漏斗的底部面向廢氣流。各個(gè)板的孔口的總流通面積等于或大于排氣系統(tǒng)的名義流通面積。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于過濾排氣系統(tǒng)的廢氣流的微粒的方法包括在微粒過濾器的一端接收廢氣流；使廢氣流沖擊到板上；使一部分微粒聚集在板上的微穴處；使一部分廢氣流經(jīng)板上的孔口而流向后續(xù)的板；對(duì)所有板重復(fù)進(jìn)行沖擊、聚集和流通的處理；以及在微粒過濾器的另一端排出廢氣流。這些板設(shè)置成垂直于廢氣流，并且在它們之間具有間隙。各板的孔口與后續(xù)板的微穴成一直線。


參考示例性附圖，在附圖中類似的元件標(biāo)以類似的標(biāo)號(hào)圖1顯示了采用了本發(fā)明實(shí)施例的排氣系統(tǒng)；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微粒過濾器的立體圖；圖3顯示了用于圖2所示微粒過濾器中的過濾板配置的側(cè)剖視圖；圖4顯示了圖2和3所示過濾板的一部分的放大主視圖；圖5顯示了圖3所示過濾板的一部分的放大側(cè)視圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過濾板的另一配置的側(cè)剖視圖；圖7顯示了作為微穴形狀和流率的函數(shù)的過濾效率的放大示意圖；和圖8顯示了圖4所示過濾板配置的備選主視圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器。盡管這里所介紹的實(shí)施例將汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)描述為一種采用了微粒過濾器的柴油動(dòng)力裝置，然而可以理解，所公開的發(fā)明還可用于需要本文所公開的微粒過濾器的功能的其它柴油動(dòng)力裝置，例如以柴油為能源的發(fā)電機(jī)。盡管所公開的發(fā)明可很好地適合于過濾柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒副產(chǎn)物，然而它還可應(yīng)用于過濾汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒副產(chǎn)物。
在圖1中顯示了用于汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的示例性排氣系統(tǒng)100，其具有歧管式排氣管110、中間排氣管120、渦輪增壓排氣管130、渦輪增壓器140和微粒過濾器200，其中歧管式排氣管110在一端適當(dāng)?shù)剡B接到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的排氣歧管(未示出)上，以用于接受由標(biāo)號(hào)150大致標(biāo)示的廢氣流，渦輪增壓排氣管130連接到用于將經(jīng)調(diào)節(jié)的廢氣流排到大氣中的排氣尾管(未示出)上，渦輪增壓器140適當(dāng)?shù)剡B接在中間排氣管120和渦輪增壓排氣管130之間，而微粒過濾器200適當(dāng)?shù)剡B接在中間歧管式排氣管110和中間排氣管120之間，以用于截留存在于廢氣流150中的排氣微粒。廢氣流150從排氣歧管(未示出)流過歧管式排氣管110、微粒過濾器200、中間排氣管120、渦輪增壓器140、渦輪增壓排氣管130，然后進(jìn)入大氣中。排氣系統(tǒng)100具有等于或大于歧管式排氣管110的內(nèi)部截面流通面積的名義流通面積。
在圖1所示的實(shí)施例中，微粒過濾器200設(shè)在渦輪之前而非渦輪之后的位置。由于廢氣的溫度在渦輪之前的位置處更高(與渦輪之后的位置相比)，因此將微粒過濾器200設(shè)于渦輪之前的位置處有利于微粒過濾器200的回收利用。然而作為過濾裝置，微粒過濾器200既可設(shè)于渦輪之前的位置處，又可設(shè)于渦輪之后的位置處。
各微粒過濾器200均具有外殼210和多個(gè)板220，其中外殼210可以是任何適于此目的的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，而這些板220彼此平行地設(shè)置，并通過任何適于此目的的手段保持于外殼210內(nèi)，如圖2中最佳地顯示，多個(gè)板220構(gòu)成了用于截留排氣微粒的過濾件。各板225均具有多個(gè)孔口230和多個(gè)微穴240，如圖3中最佳地顯示，圖中以通過孔口230和微穴240的側(cè)剖視圖的形式顯示了板220。在圖4中顯示了板225的一部分的放大正視圖，其中顯示了分別為較小和較大的圓盤且彼此相間的孔口230和微穴240。圖8顯示了圖4所示板225的一種備選配置，其中孔口230顯示為較小的圓盤，環(huán)繞著孔口230的漏斗形表面235(將在下文中參考圖3來討論)顯示為較大的同心圓盤，漏斗形表面235之間的區(qū)域顯示為微穴240。微粒過濾器200的實(shí)施例包括孔口230的這樣一種配置，其中各個(gè)板220上的孔口230的總流通面積等于或大于排氣系統(tǒng)100的名義流通面積，從而可防止排氣系統(tǒng)100內(nèi)的過大壓降。
回過來參考圖3，各板225均由已知的成形手段形成，從而產(chǎn)生了新月形的微穴240，在微穴240的中間設(shè)有孔口230，各孔口230的周圍環(huán)繞有漏斗形表面235。漏斗形表面235例如可通過模壓工藝制成。微粒過濾器200的實(shí)施例具有面向廢氣流150的各漏斗形表面(漏斗)235的底部。這里所用的用語(yǔ)“面向廢氣流”是指某一部件面向廢氣流的局部流動(dòng)方向的定位。板220的漏斗235的底部面向廢氣流150的配置還會(huì)導(dǎo)致微穴240面向廢氣流150(如圖3所示)，也就是說，微穴240的新月形內(nèi)表面面向廢氣流150。
相繼板220上的孔口230和微穴240的配置使得在前的板即第一板226的孔口230設(shè)置成與后面的板即第二板227的微穴240成一直線，這可通過參考圖3和5來最清楚地看出，其中圖5顯示了圖3中一部分的放大側(cè)視圖，顯示了廢氣流150通過相繼板220中的孔口230的情況。如圖5所示，經(jīng)過第一板226的孔口230的廢氣流150流向第二板227的微穴240的中心，并且經(jīng)過第二板227的孔口230的廢氣流150流向第三板228的微穴240的中心。隨著廢氣流150流過微粒過濾器200，新月形微穴240以及孔口230和微穴240的從一個(gè)板220到下一板的偏置式配置導(dǎo)致了排氣微粒被截留于微穴240內(nèi)，只有較少污染流可流到下一板220。可以理解，這里所采用的用語(yǔ)“成一直線”并不是指第一板226的孔口230配置成可直接將廢氣流150引向第二板227的微穴240的中心，而是指從一個(gè)板220到下一板的其中廢氣流150流向后續(xù)板內(nèi)的微穴以實(shí)現(xiàn)截留排氣微粒的目的的大致流動(dòng)。
回過來參考圖2和3，微粒過濾器200的一個(gè)實(shí)施例具有這樣的板220的配置，其中開頭兩個(gè)相繼板220之間的間隙G1大于最后兩個(gè)相繼板220之間的間隙G2，并且各個(gè)相繼板220之間的間隙g的尺寸沿廢氣流150的方向減小。隨著廢氣流150流過微粒過濾器200，較大的微粒自然將先截留在微粒過濾器200前部處的微穴240中，而較小的微粒自然將進(jìn)一步流過微粒過濾器200。通過將各個(gè)相繼板220之間的間隙g設(shè)置成沿廢氣流150的方向減小，就可將較小的微粒截留在微粒過濾器200的端部處。
在圖6中顯示了微粒過濾器200的另一實(shí)施例，其顯示了板220的一種配置，其中板的方向交替設(shè)置，以產(chǎn)生具有第一板246和第二板247的板對(duì)245的配置。如圖6所示，第一板246的微穴240與廢氣流150的方向相反，而第二板247的微穴240則面向廢氣流150的方向，第一板246的孔口230設(shè)置成與第二板247的微穴240成一直線。這種板對(duì)245的配置延續(xù)到圖6所示微粒過濾器200內(nèi)的其余板220上。與上述間隙g類似，圖6所示實(shí)施例具有沿廢氣流方向減小的間隙h，進(jìn)而使得可更有效地過濾較小的微粒。在圖6中，間隙h是指第一板246的漏斗235的底部與第二板247的微穴240的底部之間的距離。如圖所示，第一板對(duì)245中的間隙H1大于最后板對(duì)245中的間隙H2。圖6所示的實(shí)施例提供了較大組裝密度的板220，進(jìn)而導(dǎo)致了單位廢氣流增量中的更大廢氣過濾。
在微粒過濾器200的一個(gè)實(shí)施例中，排氣微粒的過濾方法始于微粒過濾器200在微粒過濾器200的一端202處接收廢氣流150，廢氣流150然后在此處沖擊到多個(gè)板220中的板225上，各板220均具有多個(gè)孔口230和多個(gè)微穴240。板220設(shè)置成垂直于廢氣流150，即面向廢氣流，并且具有將它們間隔開的間隙g。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔間隙g的值沿廢氣流150的方向減小，因而使得能夠過濾小微粒，并且各個(gè)板220的每一微穴240均面向廢氣流150的方向。在另一實(shí)施例中，孔口230設(shè)置為具有漏斗形表面235的漏斗，各板220的每一漏斗的底部設(shè)置成面向廢氣流150的流動(dòng)流(flow stream)。
在廢氣流150沖擊到板225上之后，一部分排氣微粒被截留或聚集在微穴240處，一部分廢氣流150經(jīng)過孔口230而流向后續(xù)的板220。如上所述，為了促進(jìn)過濾，各板220的孔口230與各個(gè)后續(xù)板220的相關(guān)微穴240成一直線。
涉及廢氣流150沖擊在板220上、一部分排氣微粒聚集在微穴240處以及一部分廢氣流經(jīng)孔口230而流到后續(xù)板220上的過程會(huì)在微粒過濾器200內(nèi)的多個(gè)板220上持續(xù)。過濾后的廢氣流150在微粒過濾器200的另一端204處排出，并由中間排氣管120所接納。
在微粒過濾器200的另一實(shí)施例中，排氣微粒的過濾方法涉及到使廢氣流150沖擊到板220上，其中各個(gè)其它板的微穴240設(shè)置成面向廢氣流150的流動(dòng)流。在該實(shí)施例中，孔口230設(shè)置為具有漏斗形表面235的漏斗，其中各個(gè)其它板220的各漏斗底部面向廢氣流150的流動(dòng)流。如上所述，板220設(shè)置成垂直于廢氣流150，并且在它們之間具有間隔間隙h，該間隙h的值沿廢氣流150的方向減小，進(jìn)而使得能夠過濾小微粒。各個(gè)其它板220的孔口230的漏斗底部可使廢氣流150朝向各個(gè)后續(xù)板220的微穴240流動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，板220由具有鐵、鉻、鋁和釔的已知金屬基質(zhì)組合物制成，然后可涂布例如鉑的催化劑。催化式微粒截留可促進(jìn)沉積微粒內(nèi)的碳成分的低溫氧化。微粒沉積物(已知為灰)內(nèi)的金屬成分不能燃燒?？卓?30和間隙g及h的尺寸定制為可允許灰粒通過，灰粒的尺寸比沉積微粒更小。在一個(gè)實(shí)施例中，孔口230的直徑為約0.05厘米，間隙g和h的尺寸為約0.01厘米到約0.1厘米。圖7顯示了可用于微穴240的幾種形狀，包括圓形250、矩形260和新月形270。對(duì)于每一種形狀250，260，270而言，分別以陰影區(qū)域255，265，275來代表估算的過濾效率。如圖所示，所估算出的是，微穴240采用新月形270將可更有效率地截留或聚集燃燒粒子280。
盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化以及對(duì)其元件進(jìn)行等同替換。另外，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的前提下，可以進(jìn)行許多修改以適應(yīng)本發(fā)明內(nèi)容的具體情況或材料。因此可以理解，本發(fā)明并不限于所公開的為了實(shí)施該發(fā)明而構(gòu)思出的最佳方式的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，采用用語(yǔ)第一、第二等并不表示任何順序或重要性，而是采用這些用語(yǔ)第一、第二等來將元件彼此區(qū)分開。另外，用語(yǔ)“一個(gè)”的使用并不表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)所引用的元件。
權(quán)利要求
1.一種用于具有廢氣流和名義流通面積的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器，包括外殼；和設(shè)于所述外殼內(nèi)的彼此平行的多個(gè)板，所述多個(gè)板中的每一個(gè)均具有構(gòu)造用來截留排氣微粒的多個(gè)孔口和多個(gè)微穴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板中的每一個(gè)的所述多個(gè)孔口和所述多個(gè)微穴設(shè)置成彼此相間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)孔口被漏斗形表面環(huán)繞，所述多個(gè)板中的至少一個(gè)板的各漏斗的底部面向廢氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板包括第一板和第二板，其均具有面向廢氣流的所述多個(gè)微穴，所述第一板的所述多個(gè)孔口與所述第二板的所述多個(gè)微穴成一直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板形成有位于它們之間的多個(gè)間隙，所述多個(gè)間隙構(gòu)造成沿廢氣流的方向具有不均勻的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)間隙構(gòu)造成沿廢氣流的方向具有減小的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板中的每一個(gè)的所述多個(gè)孔口的總流通面積等于或大于所述排氣系統(tǒng)的名義流通面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板包括多個(gè)具有第一板和相鄰的第二板的板對(duì)，所述第一板具有與廢氣流反向的所述多個(gè)微穴，而所述第二板具有面向廢氣流的所述多個(gè)微穴，所述第一板的所述多個(gè)孔口與所述第二板的所述多個(gè)微穴成一直線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)板形成有位于它們之間的多個(gè)間隙，所述多個(gè)間隙構(gòu)造成沿廢氣流的方向具有不均勻的尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個(gè)間隙構(gòu)造成沿廢氣流的方向具有減小的尺寸。
11.一種用于具有廢氣流和名義流通面積的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器，包括外殼；和設(shè)于所述外殼內(nèi)的彼此平行的多個(gè)板，所述多個(gè)板中的每一個(gè)均具有構(gòu)造用來截留排氣微粒的多個(gè)孔口和多個(gè)微穴，所述多個(gè)孔口具有漏斗形狀，至少一個(gè)板的各漏斗的底部均面向廢氣流，所述多個(gè)板包括多個(gè)板對(duì)，其具有包括面向廢氣流的所述多個(gè)微穴的至少一個(gè)板，一個(gè)板的所述多個(gè)孔口與相鄰板的所述多個(gè)微穴成一直線，所述多個(gè)板形成有位于它們之間的多個(gè)間隙，所述多個(gè)間隙構(gòu)造成沿廢氣流的方向具有減小的尺寸，和所述多個(gè)板中的每一個(gè)的所述多個(gè)孔口的總流通面積等于或大于所述排氣系統(tǒng)的名義流通面積。
12.一種用于過濾排氣系統(tǒng)的廢氣流的微粒的方法，包括在微粒過濾器的一端接收廢氣流；使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，各所述板均具有多個(gè)孔口和多個(gè)微穴，所述多個(gè)板設(shè)置成垂直于廢氣流，并且在它們之間設(shè)有間隙；使一部分微粒聚集在所述板的多個(gè)微穴處；使一部分廢氣流經(jīng)過所述板的多個(gè)孔口而流向后續(xù)的板，所述板的多個(gè)孔口與所述后續(xù)板的微穴成一直線；對(duì)所述多個(gè)板重復(fù)進(jìn)行所述沖擊廢氣流、所述聚集一部分微粒以及所述使一部分廢氣流流通的步驟；和在所述微粒過濾器的另一端排出廢氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，各板的所述多個(gè)微穴構(gòu)造成面向廢氣流的流動(dòng)流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，其中所述多個(gè)板之間的間隙的值沿廢氣流的方向減小。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，其中所述多個(gè)孔口設(shè)置成漏斗，所述多個(gè)板中的每一個(gè)的各漏斗的底部面向廢氣流的流動(dòng)流。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，各個(gè)其它板的所述多個(gè)微穴構(gòu)造成面向廢氣流的流動(dòng)流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板中的板上，其中所述多個(gè)板之間的間隙的值沿廢氣流的方向減小。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述沖擊廢氣流還包括使廢氣流沖擊到多個(gè)板的板上，其中所述多個(gè)孔口設(shè)置成漏斗，各個(gè)其它板的各漏斗的底部面向廢氣流的流動(dòng)流。
全文摘要
一種用于具有廢氣流和名義流通面積的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器，包括外殼和設(shè)于外殼內(nèi)的彼此平行的多個(gè)板。各板均具有構(gòu)造用來截留排氣微粒的多個(gè)孔口和多個(gè)微穴。
文檔編號(hào)B01D46/10GK1780676SQ200480011771
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者鄭希偉 申請(qǐng)人:通用汽車公司