CN101072929B - 过滤结构体及相关的排放管线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及过滤结构体，该过滤结构体包括第一和第二过滤部件(15A，15B)，所述过滤部件相应地具有彼此面对面布置的一第一和一第二侧表面(24A，24B)。连接所述表面(24A，24B)的一接合部(17)延伸在所述表面(24A，24B)之间；所述第一侧表面(24A)在其上游一半(36A)包括一弱附着于或零附着于所述接合部(17)的第一区域(35C)，所述第一区域在上游由一强附着于所述接合部(17)的上游区域(33A)纵向地加以限定。所述强附着上游区域(33A)在上游由一弱附着于或零附着于所述接合部(17)的第二区域(35A)纵向地加以限定。本发明应用于发动机排放气体用的微粒过滤器。

Description

过滤结构体及相关的排放管线
技术领域
本发明涉及过滤结构体，尤其是用于内燃机排放气体的微粒过滤器，其包括：
-至少第一和第二过滤部件，每个所述过滤部件具有一气体进入表面和一气体排放表面，所述气体进入表面和气体排放表面由至少两个侧表面彼此连接，所述第一和第二过滤部件相应地具有彼此面对面布置的一第一和一第二侧表面；以及
-一连接所述表面的接合部，其延伸在所述表面之间；
所述第一侧表面在其上游一半包括一弱附着于或零附着于所述接合部的第一区域，所述第一区域在上游由一强附着于所述接合部的上游区域纵向地加以限定；
所述第一表面的每个弱附着于或零附着于所述接合部的区域基本面对着所述第二表面的一强附着于所述接合部的区域，并且，所述第一表面的每个强附着于所述接合部的区域基本上面对着所述第二表面的一弱附着于或零附着于所述接合部的区域。
这类结构体尤其用于内燃机排放气体的消除污染装置中。这些装置具有一排放箱(potd′échappement)，该排放箱包括串联的一催化净化部件和一微粒过滤器。催化净化部件适于处理污染环境的气相排放物质，而微粒过滤器适于截留发动机排出的烟灰微粒。
背景技术
在前述类型的一公知结构体(FR-A-2853256)中，过滤部件包括一套具有平行轴线的、由多孔过滤壁分开的相邻导道。这些导道延伸在待过滤排放气体的进入表面和已过滤排放气体的排放表面之间。此外，这些导道在其一端或另一端被封闭，以限定在进入表面上敞开的输入室和在排放表面上敞开的输出室。
这些结构体按一系列的过滤阶段和再生阶段运行。在过滤阶段时，发动机排出的烟灰微粒沉积在输入室的壁上。穿过微粒过滤器的压力损失逐渐增大。超过该压力损失的一预定值，就进行一再生阶段。
在再生阶段时，基本上由碳组成的烟灰微粒借助于辅助加热装置在输入室的壁上燃烧，以使所述结构体恢复其初始性能。
但是，烟灰在微粒过滤器中的燃烧并不均匀。燃烧在微粒过滤器的上游和中部开始，然后扩散。在再生阶段时，温度梯度在微粒过滤器中出现。
过滤结构体中的温度梯度产生不同幅度的局部膨胀，并因而在不同的过滤部件中和/或在它们之间产生纵向的和横向的应力。
这些大的热机械应力是过滤部件内和/或这些过滤部件之间的接合部中出现裂纹的源由。
为了限制出现这些裂纹的危险，前述的专利申请FR-A-2853256提出：在第一和第二表面上形成弱附着于或零附着于接合部的区域，尤其是通过在该区域内涂覆一防附着覆层。这些区域的存在可减轻接合部内的热机械应力，并且如果这些应力过大，所述区域的存在则可引导接合部中可能存在的裂纹沿这些区域扩散。
弱附着于或零附着于接合部的区域的布置，还可在接合部出现裂纹时，抵抗着排放气体施加在过滤部件的进入表面上的压力而保持过滤部件。
发明内容
本发明的主要目的是在微粒过滤器安装在排放管线内的安装工序时，抵抗着施加在微粒过滤器的一个或多个构件上的压力而更好地保持过滤部件，或者在使用微粒过滤器时，抵抗着排放气体的压力而更好地保持过滤部件。
为此，本发明涉及一前述类型的过滤结构体，其特征在于，所述强附着上游区域在上游由一弱附着于或零附着于所述接合部的第二区域纵向地加以限定。
根据本发明的过滤结构体可具有一个或多个以下的特征，这些特征可单独地采用或根据所有技术上可能的组合采用：
-所述弱附着于或零附着于所述接合部的第二区域一直延伸到所述进入表面；
-所述强附着于所述接合部的上游区域的最大长度小于或基本等于相邻的所述弱附着于或零附着于所述接合部的区域的最小长度；
-所述上游区域的最大长度小于所述第一过滤部件全长的五分之一；
-所述第一和第二侧表面之一在其下游一半包括一强附着于所述接合部的下游区域，该下游区域在上游和在下游由相应的弱附着于或零附着于所述接合部的区域加以限定；
-在下游相邻于所述下游区域的所述弱附着于或零附着于所述接合部的区域一直延伸到所述排放表面；
-所述强附着于所述接合部的下游区域的最大长度小于或基本等于相邻的所述弱附着于或零附着于所述接合部的区域的最小长度；
-所述下游区域在所述第一表面上延伸；
-所述第一和第二侧表面之一在所述上游区域和所述下游区域之间包括：至少一个强附着于所述接合部的中间区域；以及一些弱附着于或零附着于所述接合部的相邻区域，这些相邻区域相应地位于所述中间区域的上游和下游；以及
-下游区域、上游区域和中间区域的长度基本上相同。
本发明还涉及一排放管线，其特征在于，它包括一如上所述的结构体。
附图说明
现在参照附图描述本发明的实施例，附图如下：
-图1是根据本发明的一第一过滤结构体的透视图；
-图2是图1所示的过滤结构体的局部透视分解图；
-图3是图2所示过滤部件的两个相互面对的表面的平面图；
-图4是沿图1中的纵向平面IV-IV的局部剖面图，其示出所述过滤结构体经过多个再生周期之后的第一过滤结构体；
-图5类似于图3，示出根据本发明的一第二过滤结构体；
-图6类似于图4，示出根据本发明的第二过滤结构体；
-图7类似于图3，示出本发明的一第三过滤结构体；以及
-图8类似于图4，示出本发明的第三过滤结构体。
具体实施方式
图1所示的微粒过滤器11布置在局部示出的机动车狄塞尔发动机的一气体排放管线13中。
该排放管线13延伸超过微粒过滤器11的端部，且限定一排放气体流动通道。
微粒过滤器11沿一纵向的排放气体流动方向X-X′延伸。它包括多个由接合部17彼此连接的过滤组件15。
每个过滤组件15基本上呈沿纵向方向X-X′伸长的长方体形状。
用语“过滤组件”广义上是指这样一种组件：其具有一进入表面、一排放表面和至少两个使进入表面与排放表面相连接的侧表面(在所示的实施例中，为四个侧表面)。
如图2所示，每个过滤组件15A、15B具有一多孔过滤结构体19、一待过滤排放气体的进入表面21、一已过滤排放气体的排放表面23以及四个侧表面24。
多孔过滤结构体19采用由一整块结构组成的一过滤材料制成，尤其是由陶瓷(堇青石、碳化硅等)制成。
该结构体19具有足以使排放气体通过的多孔性。但是，如同本领域公知的那样，微孔的直径选择成小得足以确保截留住(介于5微米至100微米之间的)烟灰微粒。
多孔结构体19具有一组其轴线平行于纵向方向X-X′的相邻导道。这些导道由多孔过滤壁25分开。在图2所示的实施例中，这些壁25的厚度恒定，且在过滤结构体19中从进入表面21纵向地延伸到排放表面23。
导道按一第一组输入导道27和一第二组输出导道29的方式分布。输入导道27和输出导道29头尾相接地进行布置。
输入导道27在过滤组件15A、15B的排放表面23处被封闭，且在其另一端部敞开。
相反地，输出导道29在过滤组件15A、15B的进入表面21处被封闭，且沿其排放表面23开通。
在图1所示的实施例中，输入导道27和输出导道29的截面沿它们的整个长度恒定不变。
如图2所示，面对面的组件15A和15B的侧表面24A和24B是平坦的。
如图2和3所示，一过滤组件面对另一组件的每个平坦表面24A、24B包括至少一区域33和至少一区域35，所述区域33牢固地连接于接合部17，而所述区域35在制造结构体19时被覆盖有一防附着覆层。该覆层例如基于纸、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、石墨或氮化硼。
接合部17和过滤组件15强附着于接合部的区域33中的平坦表面24之间的附着力，比所述弱附着于或零附着于接合部17的区域35的附着力高至少10倍。弱附着于或零附着于接合部17的区域35的附着力为0MPa至50MPa。
在下文中，“强附着区域”指的是强附着于接合部17的一区域33，而“弱附着区域”指的是弱附着于或零附着于接合部17的一区域35。
区域33和区域35在过滤组件15的平坦表面24上的布置示于图2和3。
第一过滤组件15A的第一表面24A在其位于一横向中平面P上游的上游一半36A，包括一强附着上游区域33A，该上游区域在下游即附图的右部由一在平面P两侧延伸的一弱附着第一区域35C加以限定。
此外，上游区域33A在上游即附图的左部由一弱附着第二区域35A加以限定，所述弱附着第二区域一直延伸到进入表面21和第一表面24A的公共棱37。
另外，第一表面24A在其下游一半36B包括一强附着下游区域33E，该强附着下游区域在上游由所述弱附着第一区域35C加以限定，而在下游由一弱附着第三区域35G加以限定，所述弱附着第三区域延伸到排放表面23和第一表面24A的公共棱39。
强附着区域33和弱附着区域35基本上呈矩形的形状，且它们在第一表面24A的整个宽度上横向地延伸。
在下文中，长度取平行于所述纵向方向X-X′。
上游区域33A的长度基本上小于第一过滤组件15A全长的四分之一。在所示的实施例中，上游区域33A的长度与组件15A全长之比为0.10至0.15。
在该实施例中，上游区域33A的长度小于弱附着第一区域35C的长度，且基本上等于弱附着第二区域35A的长度。
因此，上游区域33A的下游边缘41和棱37之间的距离小于组件15A全长的一半。因此，上游区域33A位于进入表面21附近。
弱附着第一区域35C的全长大于组件15A全长的一半，从而上游区域33A的下游边缘41和下游区域33E的上游边缘43之间的距离大于组件15A全长的一半。
下游区域33E的长度基本上等于上游区域33A的长度，且基本上等于弱附着第三区域35G的长度。
第一表面24A的每个强附着区域33A、33E基本布置在第二表面24B上的一形状基本相同的弱附着区域35B、35F的对面。
此外，第一表面24A的每个弱附着区域35A、35C、35G位于第二表面24B上的一形状基本相同的强附着区域33B、33D、33H的对面。
现在来描述根据本发明的第一过滤结构体的工作情况。
在一过滤阶段时(图1)，载有微粒的排放气体由排放管线13引导到过滤组件15的输入表面21。如图2上箭头所示，所述气体然后进入输入导道27，并穿过多孔结构体19的壁25。进行该穿过时，烟灰沉积在输入导道27的壁25上。优选地，这些烟灰沉积在微粒过滤器11的中央轴线的区域内，且朝向过滤组件15的排放表面23(图右部)。
已过滤的排放气体经排放导道29排出，且被导引向排放箱的出口。
在车辆行驶约500千米时，穿过微粒过滤器11的压力损失大增。因此要进行一再生阶段。
在该阶段，烟灰由于微粒过滤器11的温度升高而发生氧化。这种氧化是放热的，且在微粒过滤器中间及其上游开始进行。因此，这在上游部分和下游部分之间、以及在微粒过滤器的周边和中央之间导致一温度梯度。
此外，过滤组件15和接合部17在温度作用下膨胀。这种膨胀的局部幅度取决于温度。
在温度梯度的作用下，膨胀幅度的这些变化产生极大的热机械应力。弱附着区域35的存在则可减轻所述应力，且避免在过滤组件15中或在接合部17中产生裂纹。
此外如图4所示，对于所述结构体来说，如果热机械应力过大，则接合部17可能纵向地产生裂纹。但是，弱附着区域35和强附着区域33布置成：在优先区域(zones privilégiées)内产生裂纹。
因此，如图4所示，裂纹在接合部17中的扩散沿着过滤组件15的平坦表面24上的弱附着区域35、且在这些区域之间被横向地导引。
因此，即使接合部17完全龟裂，所述接合部面对着上游区域33A的部分51A形成一个与第一组件15A相连接的平行六面体形的上游凸起。此外，所述接合部的相应地布置于弱附着区域35A和35C对面的部分53A和53B仍保持连接于第二组件15B。这些部分53A和53B限定一个接纳所述凸起51A的凹形上游缺口55A。
因此，即使接合部17完全龟裂，上游凸起51A和上游缺口55A之间的配合抵抗着(àl’encontre de)排放气体施加在进入表面21上的压力，而阻止组件15A和15B朝下游的移动。
上游凸起51A和上游缺口55A在进入表面21附近延伸在所述组件15A、15B的热应力较小的上游部分对面。因此，即使所述过滤组件15A、15B承受强大热应力的下游部分被损坏，这些组件15A、15B的保持也得到有效确保。
另外，面对着第一表面24A的下游区域33E的接合部部分51B，形成一个与第一组件15A相连接的下游凸起。下游凸起51B与一下游凹形缺口55B相配合，所述下游凹形缺口55B由接合部部分53B、53C加以限定，所述接合部部分53B、53C在弱附着区域35C和35G对面延伸，所述部分53B和53C保持连接于第二表面24B。
因此，如果组件15A、15B的下游部分未损坏，下游凸起51B和下游缺口55B之间的配合也有助于保持组件15A和15B。
图5和图6所示的微粒过滤器11与图5所示的微粒过滤器的不同之处在于以下的特征。
第一表面24A包括一强附着中间区域33J，该中间区域基本上位于第一表面24A的一半长度处。
该区域33J的长度基本上等于上游区域33A和下游区域33E的长度。另外，区域33J的长度小于相邻的弱附着区域35C和35K的长度。
在工作过程中，如果接合部17产生裂纹，则面对着中间区域33J的接合部部分51C形成一中间凸起。该凸起51C与一凹形中间缺口55C相配合，所述凹形中间缺口55C由接合部部分53B和53D加以限定，所述接合部部分53B和53D连接于第二表面24B，且相应地面对着与中间区域33J相邻的弱附着区域35C、35K。
图7和图8上所示的微粒过滤器11与图5和6上所示的微粒过滤器的不同之处在于，上游区域33A的长度与弱附着第二区域35C的长度之比大于0.6。在该实施例中，所述比率基本上等于0.75。
作为变型，强附着下游区域33E——其长度基本等于上游区域33A——在第二表面24B上延伸。

Claims (18)

1.过滤结构体(11)，其包括：
-至少第一和第二过滤部件(15A，15B)，每个所述过滤部件(15A，15B)具有一气体进入表面(21)和一气体排放表面(23)，所述气体进入表面和气体排放表面由至少两个侧表面(24)彼此连接，所述第一和第二过滤部件(15A，15B)相应地具有彼此面对面布置的一第一和一第二侧表面(24A，24B)；以及
-一连接所述表面(24A，24B)的接合部(17)，其延伸在所述表面(24A，24B)之间；
所述第一侧表面(24A)在其上游一半(36A)包括一弱附着于或零附着于所述接合部(17)的第一区域(35C)，所述第一区域在上游由一强附着于所述接合部(17)的上游区域(33A)纵向地加以限定；
所述第一表面(24A)的每个弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35)基本面对着所述第二表面(24B)的一强附着于所述接合部(17)的区域(33)，并且，所述第一表面(24A)的每个强附着于所述接合部(17)的区域(33)基本上面对着所述第二表面(24B)的一弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35)；
其特征在于，所述强附着上游区域(33A)在上游由一弱附着于或零附着于所述接合部(17)的第二区域(35A)纵向地加以限定。
2.根据权利要求1所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述弱附着于或零附着于所述接合部(17)的第二区域(35A)一直延伸到所述进入表面(21)。
3.根据权利要求1或2所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述强附着于所述接合部(17)的上游区域(33A)的最大长度小于或基本等于相邻的所述弱附着于或零附着于所述接合部的区域(35A，35C)的最小长度。
4.根据权利要求1或2所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述上游区域(33A)的最大长度小于所述第一过滤部件(15A)全长的五分之一。
5.根据权利要求1所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述第一和第二侧表面(24A，24B)之一在其下游一半(36B)包括一强附着于所述接合部(17)的下游区域(33E)，该下游区域在上游和在下游由相应的弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35C；35K，35G)加以限定。
6.根据权利要求5所述的过滤结构体(11)，其特征在于，在下游相邻于所述下游区域(33E)的所述弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35G)一直延伸到所述排放表面(23)。
7.根据权利要求5所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述强附着于所述接合部(17)的下游区域(33E)的最大长度小于或基本等于相邻的所述弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35C；35K，35G)的最小长度。
8.根据权利要求5或6所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述下游区域(33E)在所述第一表面(24A)上延伸。
9.根据权利要求5或6所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述第一和第二侧表面(24A，24B)之一在所述上游区域(33A)和所述下游区域(33E)之间包括：至少一个强附着于所述接合部(17)的中间区域(33J)；以及弱附着于或零附着于所述接合部(17)的相邻区域(35C，35K)，这些相邻区域相应地位于所述中间区域(33J)的上游和下游。
10.根据权利要求9所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述下游区域(33E)、所述上游区域(33A)和所述中间区域(33J)的长度基本上相同。
11.根据权利要求2所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述第一和第二侧表面(24A，24B)之一在其下游一半(36B)包括一强附着于所述接合部(17)的下游区域(33E)，该下游区域在上游和在下游由相应的弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35C；35K，35G)加以限定。
12.根据权利要求11所述的过滤结构体(11)，其特征在于，在下游相邻于所述下游区域(33E)的所述弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35G)一直延伸到所述排放表面(23)。
13.根据权利要求11或12所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述强附着于所述接合部(17)的下游区域(33E)的最大长度小于或基本等于相邻的所述弱附着于或零附着于所述接合部(17)的区域(35C；35K，35G)的最小长度。
14.根据权利要求11或12所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述下游区域(33E)在所述第一表面(24A)上延伸。
15.根据权利要求11或12所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述第一和第二侧表面(24A，24B)之一在所述上游区域(33A)和所述下游区域(33E)之间包括：至少一个强附着于所述接合部(17)的中间区域(33J)；以及弱附着于或零附着于所述接合部(17)的相邻区域(35C，35K)，这些相邻区域相应地位于所述中间区域(33J)的上游和下游。
16.根据权利要求15所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述下游区域(33E)、所述上游区域(33A)和所述中间区域(33J)的长度基本上相同。
17.根据权利要求1所述的过滤结构体(11)，其特征在于，所述过滤结构体是内燃机排放气体用的微粒过滤器。
18.排放管线(13)，其特征在于，它包括根据权利要求1、2、5中任一项所述的一过滤结构体(11)。
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