CN104053486B - 具有不对称通道的用于废气微粒的陶瓷过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在不需要增加总过滤器体积并且不降低过滤器效率的情况下提供大于一的适宜的比例，允许对于最优的发动机性能调整过滤器设计。此外，本发明允许该比例上的增加，同时减小总过滤器体积，或换言之，对于给定比例提供更小的过滤器体积。此外，本发明保持相等的入口通道表面和出口通道表面面积，同时具有大于一的比例值。这些优点通过具有所述入口和出口通道的截面面积的独特几何形状实现，其中在本发明的每个实施方案中两个通道都具有相同的周界长度。本发明提供所述比例值的选择中的连续可变性，其不由所述几何形状或其他顾虑限制，从而更好地解决多种发动机的特殊需求，并且允许高烟灰容量和低压降需求之间最优平衡的细微调节。

Description

具有不对称通道的用于废气微粒的陶瓷过滤器
发明领域
本发明一般涉及壁流蜂窝式过滤器。特别是，过滤器涉及蜂窝式过滤器中改进的通道结构以在高烟灰或灰分负载下提供更低程度的压降而不增加过滤器的总体积。
发明背景
柴油发动机在它们的废气流中排放微粒物和典型的有毒发动机废气，并且其一部分是未燃烧的微粒物，如灰分和烟灰。所排放的微粒物对于环境和人体是有害的，并且因此已经制定了法规限制允许排放的微粒物的量。典型的发动机具有包括用于从废气流滤出微粒物的过滤装置的废气系统，以使得排放物符合环境法规。此外，为满足最近的燃料经济标准，汽车制造商必须减少燃料消耗，这因此需要汽车重量上的整体降低。因此，工程师争取减少包括过滤装置在内的汽车系统的重量和尺寸。为满足这些挑战，已经提出了柴油机微粒过滤器的多种系统。
典型的柴油机微粒过滤器由多孔陶瓷制成，其中该过滤器是壁流过滤器。壁流过滤器典型地具有薄多孔壁陶瓷蜂窝结构，其中互联的薄多孔壁限定流动通道，所述流动通道彼此相互平行地设置。通道纵向延伸通过结构并限定两个相反的开放端面。在垂直于壁的方向上，柴油机微粒过滤器一般表现为通道的栅格的一致的截面矩阵状几何形状。当入口和出口通道的截面面积相同时，如例如图1中所示，它通常以对称截面矩阵表现。在每个端面，交替的通道的末端以棋盘板图案堵塞或密封，如图1中的示例方式中所描绘的。图案在任一个端面反转以使得该结构的每个通道仅在一个端面封闭。
将废气排放物等通过过滤器结构的“入口”端面，在下文中称为“入口”通道引入至壁流蜂窝式过滤器，以使得废气排放物不能通过堵塞的或密封的通道的末端。在过滤器结构的入口侧堵塞/密封的通道是“出口”通道，在下文中称为“出口”通道。废气流从入口面末端，流动通过入口通道，并且从相反的末端，出口端面，通过出口通道排放净化的废气。通常，入口通道与通常是出口通道的邻接通道共享薄多孔壁，并且过滤通过在邻接的入口与出口通道之间一起共享的那些壁发生。所捕获的烟灰被收集在限定入口通道的内部的表面上和/或薄多孔壁的孔内。
目前的挑战之一因为随着积累在入口通道的壁上的捕获的烟灰的量增加，累积物的厚度干扰气体流动而出现。累积的烟灰的存在导致跨越过滤器的压降和对发动机的背压力上的增加，从而降低发动机的输出并增加其燃料消耗。当背压或压降超过其最大预定值时，需要过滤器的再生或置换。另一个挑战是，为了符合环境法规，需要更有效的或更大的过滤器，这增加车的重量和/或占据更大的空间，因此，使得难以符合有益于更轻的车的生产的燃料经济性规则。因此，对寻求满足这两个需求的解决方案存在需要。
目前，为解决这些问题中的一些已经进行了尝试，如提供保持适宜的流量并提供更高的烟灰储存容量的过滤器。例如美国专利4,276,071，美国专利申请公开2005/0,016,141和2005/0076627过滤器归因于不同的对称和不对称截面矩阵几何形状具有更高的过滤器表面面积。美国专利4,417,908和4,420,316通过采用不同的封堵图案提供更高的入口通道的过滤表面面积。美国专利4,643,749和7,247,184公开了归因于壁厚度的变化具有提高的通过入口通道的流量的过滤器结构。
对于提供足够的过滤效率同时最小化对燃料效率的损失的微粒壁流蜂窝式过滤器持续存在需求。过滤器通过如下降低燃料效率：增加发动机上的背压，从而需要额外的燃料用于再生，并且对交通工具增加另外的质量和尺寸。汽车制造商希望最小化压降和再生频率，同时平衡竞争需求以最小化填充尺寸和重量。每个应用都是独特的，因为不同的发动机技术和工作循环影响烟灰和灰分积累的速率，以及所需要过滤的废气的流量。特别是，对于在更高的烟灰和灰分负载下具有更低程度压降的壁流过滤器存在需要。汽车制造商需要其中可以选择过滤器几何形状以对于所选择的填充尺寸和所选择的最大可允许压降提供更长的再生频率的微粒壁流过滤器设计。此外，将更加适宜的是提供一种壁流过滤器，其蜂窝几何形状可以以相似的方式调节，并且可以选择过滤器的特定几何形状以对于给定的过滤器尺寸最优化压降性能与再生频率之间的连续关系。
发明内容
一个可能的实施方案包括：一种蜂窝式过滤器，所述蜂窝过滤器包括多个内壁，所述多个内壁限定多个入口通道和多个出口通道，其中：所有内壁设置在入口与出口通道之间，内壁限定入口通道的截面周界和出口通道的截面周界；入口通道的截面周界具有多边形的形状和入口通道周界长度；出口通道的每一个的截面周界具有多边形的形状和出口周界长度；出口通道具有形成两个相对的锐角的两对内壁；并且其中由入口通道的截面周界限定的入口通道的截面面积与由出口通道的截面周界限定的出口通道的截面面积的比例大于1.0。在一个实施方案中，入口通道的周界长度等于出口通道的周界长度。
在一个实施方案中，入口通道的截面周界具有在长度上相等的四条边和等于约90度的四个角。优选地，出口通道的截面周界的锐角小于90度并且大于约50度。在另一个实施方案中，本发明的蜂窝式过滤器包括其中所有内壁厚度实际上是基本上均匀地并且基本上相同的过滤器。
在另一个实施方案中，蜂窝式过滤器具有入口通道和出口通道，安排入口通道和出口通道以使得入口通道的所有内壁被邻接的出口通道一起共享；入口通道的截面面积与出口通道的截面面积的比例小于约2.0。本发明的另一个可能的实施方案包括所述蜂窝式过滤器，其中入口通道的表面面积与出口通道的表面面积的比例为约1.0。另一个可能的实施方案包括所述蜂窝式过滤器，其中入口通道的内壁的长度和出口通道的内壁的长度在纵向方向上从一个端面至另一个端面基本上具有相同的尺度。本文描述的蜂窝式过滤器的一个益处是可以减小尺寸(即长度、直径、截面面积，或它们的组合)而不牺牲烟灰储存容量。
在另一个实施方案中，本发明包括所述蜂窝式过滤器，其中将入口通道的体积定义为入口通道的截面面积乘以入口通道的内壁在纵向方向上的长度；将出口通道的体积定义为出口通道的截面面积乘以出口通道的内壁在纵向方向上的长度；将过滤器的相对总体积定义为V与Vmax的比例，其中(V)是由所有入口通道的体积和所有出口通道的体积的总和定义的总体积，(Vmax)具有所有入口通道的体积和所有出口通道的最大体积的总和的最大值；并且其中该比例小于1.0。
如本文所述的本发明可以在任何燃烧发动机中使用。本发明允许通过采用不对称截面矩阵几何形状对于最优发动机性能调整过滤器设计，使得入口通道的截面面积与出口通道的比例大于一。当该比例大于一时，它允许保持适宜的流量和低压降更长的时间期间。本发明提供大于一的比例而不需要增加总过滤器体积，并且不增加过滤器烟灰储存容量。此外，本发明允许增加该比例同时减小总过滤器体积，或者换言之，对于给定烟储存容量提供更小的过滤器体积。此外，本发明提供相等的入口通道表面和出口通道表面面积，同时具有大于一的比例值。这些益处通过具有入口和出口通道的截面面积的独特几何形状获得，其中两个通道在本发明的每个实施方案中具有相同的周界长度。本发明提供在比例值的选择中的连续可变性，其不由几何形状或其他顾虑限制，从而更好地解决多种发动机的特殊需求，并且允许高烟灰容量和低压降需求之间的最优平衡的精细调节。特别地，本发明可以在柴油发动机中使用并且它可以是可清洁的。微粒过滤器系统可以安装在用于固定或移动应用的任何燃烧发动机之中或之上。例如，微粒过滤器系统可以安装在使用化石燃料产生动力的汽车、卡车、轮船、重型机械、发电机，或任何其他发动机中。
附图简述
图1示例显示具有对称几何形状的壁流过滤器中的示例蜂窝通道结构的示意性透视图。
图2示例壁流过滤器的一个实施方案的示意性不完整透视图的示意图。
图3示例图2的示意性不完整截面图的示意图构造。
图4示例图3的放大的截断图。
图5示例显示壁流过滤器的矩阵几何形状的一个可能的构造的示例性示意截面图。
图6示例显示壁流过滤器的矩阵几何形状的另一个可能的构造的示例性示意截面图。
图7示例对应于不同的锐角值(数值结果总结在表1中)的入口通道的截面面积与出口通道的截面面积的比例计算的结果。
图8示例对应于不同的锐角值(数值结果总结在表1中)的相对过滤器体积的值的计算结果。
发明详述
本文给出的说明和示例意在使本领域技术人员知悉本发明，其原理，以及其实际应用。本领域技术人员可以以其多种形式适应和应用本发明，如可以最佳地适合于实际应用的需求的。如所给出的本发明的具体实施方案不意图是穷举性的或限制本发明。本发明的范围应当参考所附权利要求，以及与这些权利要求所赋予权利的等价物的完整范围一起确定。包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献的公开内容通过引用为了所有目的结合在此。
本发明预期提供一种改进的陶瓷壁流蜂窝式过滤器，其可用作柴油机微粒过滤器，具有提高的烟灰和灰分储存容量和相同的入口和出口通道表面面积，而不必须增加总过滤器体积并且不增加操作过程中的平均压降。在本发明的蜂窝式过滤器中，入口通道的有效流动面积大于出口通道的有效流动面积，从而以更高烟灰和灰分负载提供更低程度的压降。这表现在入口和出口通道的不对称截面矩阵结构中，如图5和6中所示。本发明的所有所提出的几何形状保持共同的益处，如使用几乎100％的壁面积作为流通过滤器表面并提供入口和出口通道的相等表面面积。同时，本发明还允许过滤器整体体积的减少而不影响烟灰储存容量或平均压降。
壁流过滤器可以具有最终所需的陶瓷体的形状和尺寸，以使得它可以作为壁流过滤器采用。壁流过滤器展现对于与两个相反的端面平行的所有平面一致的截面形状。截面形状可以是适合用于所需用途的任意形状，并且可以是不规则的，或者可以是任意已知形状的，如圆形、卵形或多边形。壁流过滤器或其片段包含蜂窝结构，所述蜂窝结构由多个内部薄多孔相交壁形成，所述多个内部薄多孔相交壁限定纵向并且相互平行延伸穿过在两个相反的端面之间的过滤器的主体的多个通道。在每个端面处，可以将交替的通道的末端以棋盘板图案堵塞或密封，如图1中所示。图案在每一个端面颠倒以使得该结构的每个通道仅在一个端面封闭。可以将通道的末端用任何填充剂材料并以与薄壁的材料并且与过滤器的操作相容的任何方式封闭、密封或堵塞。塞子可以是与蜂窝相同或不同的陶瓷，也可以简单地是收缩在一起以封闭通道的蜂窝的间壁。
壁流过滤器可以包括入口端面和出口端面。在壁流过滤器内，内部薄多孔壁允许将流体如废气排放物等通过入口端面引入，其流动通过入口通道，并且从出口端面通过出口通道排放，而不带有废气中含有的微粒物的至少一部分。将入口通道在过滤器结构的出口端面堵塞/密封，以使得流体不能通过所堵塞的入口通道的末端。不限制通道的数目。优选地，入口通道的数目可以设定为基本上等于过滤器中出口通道的数目。将出口通道在过滤器结构的相对侧如在入口端面上堵塞/密封。因此，流体穿过充当微粒过滤器的薄多孔壁。过滤器烟灰储存容量是过滤器可以保持同时仍提供最大可接受背压的微粒物的量。入口和出口通道可以包括一定长度。通道的长度通常是过滤器的相反的端面之间在纵向方向上的距离。入口和出口通道可以具有遍及过滤器的基本上相同的长度。壁流过滤器可以具有不特别受限的巢室密度。
内部薄壁是多孔的。内壁的孔隙率可以是可变的。孔隙率可以使得：实现流体中含有的微粒物的充分过滤，并且不危及过滤器的结构完整性。孔隙率可以使得：实现微粒物从流体如柴油机废气的充分过滤。内部薄多孔壁可以具有一定厚度。不特别限制内部薄多孔壁的厚度。内壁的厚度可以优选小于约1.0mm并且更优选小于约0.5mm。内壁的厚度可以优选大于约0.1mm并且再更优选大于0.15mm。优选地，内部薄多孔壁的厚度可以遍及过滤器是基本上均匀的，壁厚度优选展现约20百分比以下的标准偏差。内部薄多孔壁的面积可以限定入口和出口通道的内部表面。内部薄多孔壁可以形成角部。角部可以包括圆角或倒角。圆角可以具有一定半径。可以设定圆角的半径以使得壁的厚度可以遍及过滤器是均匀的。通常，每个入口通道可以具有四个相邻的入口通道并且每个出口通道可以具有四个相邻的出口通道，如图3中所示。在所有实施方案中，任何两个相邻的入口通道之间的接触点之间的角部的厚度可以基本上等于任意两个相邻的出口通道之间接触点之间的角部的厚度。优选地，任意两个相邻的入口通道的多边形截面的角部可以是这些通道之间的仅有接触点。优选地，任意两个相邻的出口通道的多边形截面的角部可以是这些通道之间的仅有接触点。优选地，所有入口通道可以与出口通道一起共享壁，除了在任意两个相邻的入口通道与任意两个相邻的出口通道之间的接触点之外。任意两个相邻的入口通道与任意两个相邻的出口通道的接触点可以是角部。在所有实施方案中，所有入口通道可以除了在接触点之外与出口通道一起共享壁。优选地，在所有实施方案中，壁区域的所有非接触部分对于过滤过程可以是有效的。在壁流过滤器中，将流体流通过入口通道引入并且强迫其流动通过出口通道，从而通过内部薄多孔壁，将微粒物留在壁之上或之内。通常，过滤主要通过在邻接的入口与出口通道之间一起共享的薄壁发生。因此，通常，当在入口与出口通道之间共享最大量的壁时，与其中一些入口薄多孔通道具有与其他入口通道共享的壁的过滤器比较，可以更加有效地利用内壁。因此，上面讨论的本发明的所有实施方案通过允许壁表面的完全利用而有利于高过滤效率。
壁流过滤器可以包括可以在垂直于壁的方向上形成截面周界的入口和出口通道。优选地，入口通道区域的周界长度可以等于出口通道区域的周界长度。因此，入口通道区域的周界长度与出口通道区域的周界长度的比例可以等于约1.0。入口通道的截面周界可以具有预定形状。出口通道的截面周界可以具有预定形状。入口和出口端面的截面周界可以显示由入口和出口通道的截面周界形状的重复构成的预定矩阵状几何形状。预定矩阵状几何形状可以遍及过滤器是一致的。入口通道的截面周界的形状可以不同于出口通道的截面周界的形状。优选地，入口和出口通道区域的截面几何形状可以具有多边形形状。优选地，多边形形状是四边形的。优选地，入口通道的多边形形状可以不同于出口通道的多边形形状。多边形形状可以包括角部。
入口通道的截面周界的多边形形状可以包括四条边和四个角。更优选地，入口通道的截面周界的多边形的四个角可以是相同的大小和以度计的量度。更优选地，入口通道的截面周界的多边形的四个角的每一个可以是约90度。优选地，入口通道的截面周界的多边形的相对的边可在长度上以是相等的。相对的边可以是平行的。优选地，入口通道的截面周界的多边形形状可以是矩形。更优选地，入口通道的截面周界的多边形形状可以是正方形。一般地，遍及过滤器，基本上所有入口通道具有统一的上述多边形形状。
出口通道的截面周界的多边形形状可以具有四条边和四个角。更优选地，出口通道的截面周界的多边形的两个相对的角可以具有相同的大小和以度计的量度，并且每个可以大于90度，并且另两个相对的角可以具有相同的大小和量度，并且每个可以小于90度。将小于90度的角在下文中称为“锐角”。更优选地，上面描述的锐角为约30度以上，40度以上，约50度以上，或约60度以上。优选地，该锐角小于90度，或约85度以下，并且约80度以下。优选地，入口和出口通道的周界长度可以与以度计的锐角量度无关。优选地，出口通道的截面周界的多边形的相对的边在长度上可以是相等的。出口通道的截面周界的多边形的相对的边可以彼此平行。更优选地，出口通道的截面周界的多边形形状可以是平行四边形。更优选地，出口通道的截面周界的多边形形状可以是菱形。
入口和出口通道可以具有由它们相应的截面周界限定的截面面积。入口和出口通道的截面面积可以限定入口通道区域与出口通道区域的截面面积的比例。入口通道的截面面积可以与以度计的锐角量度无关。出口通道的截面面积可以依赖于以度测量的锐角。入口通道的截面面积与出口通道的截面面积的比例优选可以大于约1.0，更优选约2.0以下，再更优选约1.6以下，甚至更优选约1.4以下，最优选约1.2以下。该比例的这些值产生入口通道更大的有效流动面积，其在烟灰和灰分负载过程中允许更低的压降更长时间期间。压降是上游与下游的流体压力之间的差值，该差值由过滤器和其上的微粒的存在导致。流量是单位时间通过具有收集在其上的微粒的过滤器的流体体积。因此，流量极大地由所收集的微粒的量影响。其中入口通道的面积大于出口通道的面积的过滤器结构提供以下益处：维持适宜的流量同时在烟灰和灰分积累过程中提供更低的压降更长时间期间。
入口和出口通道可以包括内表面面积。入口/出口通道的表面面积可以限定为入口/出口通道的截面周长与入口/出口通道的长度的乘积。入口通道的表面面积可以是遍及过滤器与出口通道的表面面积相等的。入口和出口通道的表面面积可以是在所有的实施方案中与以度计的锐角量度无关的。该构造具有保持足够大的烟灰储存容量的益处，所述烟灰储存容量是过滤器可以保持同时仍提供最大可接受压降的烟灰的量。在壁流过滤器中，基本上所有烟灰积累在限定入口通道内部的壁之上或之中。壁流过滤器典型地以两种基本模式捕获粒子：在循环的开始，粒子被捕获在入口通道的过滤器孔中，并且在较长的时间，粒子形成在其上捕获粒子的“饼”。最终，“饼”累积达到通过减少入口通道的有效流动面积干扰气体流动穿过入口通道的厚度。跨越过滤器的压降是由过滤器和在其上积累的烟灰的存在导致的在上游和下游的气体压力之间的差值，并且它还依赖于流量。提供入口和出口通道相等的表面面积的入口和出口通道的相等的周界也允许更长的过滤器运行时间，因为过滤器的烟灰储存容量足够高。入口和出口通道相同的表面面积的保持的另一个益处是，它提供更低的背压，即依赖于下游压力和压降的上游气体压力。越多烟灰积累在入口通道的表面，背压增加越多，从而增加燃烧发动机的燃料消耗。当背压超过预定值，需要过滤器的再生或替换。
壁流过滤器可以包括一定总体积。该总体积包括入口通道的体积和出口通道的体积，并且标记为V。出口通道的体积上的变化可以与出口通道的截面周界的锐角的值的变化相关。出口通道的体积可以具有最大值。当出口截面周界的所有角为约90度时，出口通道的体积可以具有最大值。壁流过滤器可以具有总体积的最大值。过滤器的总体积的最大值是入口通道的体积和出口通道的体积的最大值的总和。将壁流过滤器的总体积的最大值标记为Vmax。壁流过滤器可以包括相对总体积。壁流过滤器的相对总体积是入口和出口通道体积的总和(V)与入口和出口通道体积的总和的最大值(Vmax)的比例。壁流过滤器的相对总体积可以与出口通道的截面周界的锐角值相关。例如，随着出口通道的锐角的量度减小，出口通道的体积减小，并且作为结果，过滤器的总体积(V)也减小。因此，过滤器的相对总体积V/Vmax也减小。优选地，相对总过滤器体积可以小于1.0，约0.95以下，更优选约0.90以下。因此，该过滤器结构可以对于给定的烟灰储存容量提供更小的过滤器体积，因为入口和出口通道的表面面积可以在所有实施方案中与以度计的锐角量度无关。该过滤器结构可以提供改善的压降性能，例如大于约1.0的截面比例，同时减小总过滤器体积并保持相同的高过滤器储存容量。此外，壁流过滤器尺寸上的减小可以提供废气系统中的更多空间用于包括其他排放组件而不减少柴油机微粒过滤器的烟灰储存容量，不减少废气系统的效率，降低废气系统的系统成本，提供更小的包装空间，或它们的组合。
本教导通过提供更大的入口通道的有效流动面积并增加烟灰和灰分储存容量而改善或保持壁流过滤器的压降性能。此外，壁流过滤器可以容易地形成，以使得锐角可以具有上述范围内的角的任意量度。因此，出口通道的锐角的量度可以在小范围内改变，导致截面比例的适宜光滑变化，从而影响流量确定的程度。因此，比例值的选择上的连续可变性对应于可以调节用于多种发动机的特殊需要的压降性能的选择上的连续可变性。出口通道的锐角的量度上小的改变同样可以导致相对过滤器体积上的适宜的光滑变化，如上所述。出口通道的锐角的量度不由几何形状或其他考虑限制，允许低压降、再生频率以及更低的汽车重量需要之间最优平衡的细调。通常，本发明可以用于增加过滤器的储存容量，小型化过滤器的体积，增加过滤器再生之间的期间，或它们的组合。陶瓷部件可以在其中它可用于具有柴油机微粒过滤器和流动通道催化剂分支(催化转化器)的任何应用中使用。
对于锐角(Φ)的值的范围的计算结果的总结在表1中示出。
表1
F-锐角，以度计 入口与出口截面积的比例 相对体积
15 3.86 0.63
20 2.92 0.67
25 2.37 0.71
30 2.00 0.75
35 1.74 0.79
40 1.56 0.82
45 1.41 0.85
50 1.31 0.88
55 1.22 0.91
60 1.15 0.93
65 1.10 0.95
70 1.06 0.97
75 1.04 0.98
80 1.02 0.99
85 1.00 1.00
90 1.00 1.00
壁流蜂窝式过滤器可以通过任何适宜的方法如本领域中已知的那些形成，最通常的是包含陶瓷微粒和挤出添加剂、表面活性剂、有机粘合剂和液体的陶瓷塑料体的挤出，以制备大块塑料并粘接微粒。之后典型地将所挤出的蜂窝结构干燥去除载体液体，并且将有机添加剂如润滑剂、粘合剂、造孔剂和表面活性剂通过加热移除。进一步加热导致陶瓷微粒熔合或烧结在一起，或建立随后烧结在一起的新微粒。在莫来石的情况下，将陶瓷体在SiF4中加热以形成莫来石。这些方法由大量专利和公开文献描述，其中以下仅是少量代表性实例：美国专利号4,329,162；4,741,792；4,001,028；4,162,285；3,899,326；4,786,542；4,837,943和5,538,681，全部通过引用结合在此。
壁流过滤器的蜂窝结构的片段可以是任何可用的量、尺寸、排列和形状，如在陶瓷热交换器、催化剂和过滤器领域中已知的那些，其中实例由美国专利号4,304,585；4,335,783；4,642,210；4,953,627；5,914,187；6,669,751；和7,112,233；欧洲专利号1508355；1508356；1516659和日本专利公开号6-47620描述。壁的厚度可以是任何有用的厚度，如上述和美国专利号4329162中描述的那些。壁流过滤体还设置有光滑的外表面或表皮，其轮廓可以是圆形、椭圆形或四边形，但本发明不限于任何特定的表皮轮廓。
壁流过滤器可以是适合用于所指定使用以从废气流移除烟灰以使得离开废气系统的废气满足环境标准的任何尺寸。壁流过滤器的尺寸可以依赖于发动机的尺寸和限定的操作条件而变化。壁流过滤器可以具有一定直径。壁流过滤器的长度可以基于微粒过滤器的直径变化。例如，越长的壁流过滤器可以具有越小的直径，越短的微粒过滤器可以具有越大的直径，或它们的组合。壁流过滤器可以具有端面。端面面积可以是约1500cm2以下，约1200cm2以下，或约1000cm2以下。端面面积可以是约300cm2以上，约400cm2以上，或约500cm2以上。过滤器可以具有以升计的体积。过滤器的体积可以足够大以使得过滤器从废气流充分移除污染物。过滤器尺寸与发动机尺寸的比例可以是从废气流充分移除污泥物的任何比例。
壁流过滤器可以通过主动再生循环或被动再生循环再生。主动再生循环当将燃料(例如柴油机燃料)注入至废气系统中并且将燃料点燃以加热微粒过滤器中的烟灰以使得将烟灰转化为二氧化碳、一氧化碳或两者从而发生。被动系统在柴油发动机的运行过程中连续地发生。例如，随着氮氧化物(NOx)进入微粒过滤器，柴油机微粒过滤器中的烟灰可以由NO2氧化并将烟灰(例如碳)转化为二氧化碳、一氧化碳或两者。
图1示例传统的蜂窝壁流过滤器结构100，其具有入口端面102和出口端面104(不可见)的对称截面图，以及具有厚度107的多孔壁106的阵列的。入口通道108在出口端面104(不可见)处堵塞，并且出口通道110在入口端面102处堵塞。通道在入口端面102与出口端面104之间纵向延伸，并且限定对称截面矩阵状几何形状，其在该示例中具有棋盘板的图案。
图2示例在根据本发明的一个实施方案的壁流过滤器的主体内所取的示意性不完整透视图200的示例图。过滤器结构200的片段包括在端面212与端面216(不可见)之间彼此相互平行延伸并且限定多个入口通道220的多个出口通道224的多个壁210。与图1中所示的传统的蜂窝对称过滤器结构相反，图2示例显示入口通道220和出口通道224的截面周界的不同多边形形状即方形和菱形的不对称矩阵型几何形状的实例。
图3示例图2的示意性不完整截面图的示例图构造。该图示例没有塞子的端面212的末端视图，描绘了显示入口通道220和出口通道224的截面周界的不同的多边形形状即正方形和菱形的不对称矩阵几何形状的实例。阴影部分228和230显示入口和出口通道相应地具有四个相邻的入口和出口通道。每个出口通道224与四个入口通道220共享共同的壁，并且与四个出口通道224共享共同的角部。每个入口通道220与四个出口通道224共享共同的壁，并且与四个入口通道220共享共同的角部。该图示例入口通道仅与出口通道一起共享壁，除了在它们的接触点232之外，并且入口和出口通道两者的截面周界的所有边在长度236上相等。
图4示例图3的放大切出240，其显示入口截面通道面积204、入口周界长度260、出口通道截面面积206、出口周界长度270以及出口截面周界的锐角280。
图5示例显示根据这些教导的一个实施方案的壁流过滤器的矩阵几何形状的另一个可能的构造的示例性示意截面图。该图显示其中用于示例的目的锐角280为约60度的过滤器片段的实例。阴影区域表示入口通道204的截面区域，并且非阴影区域表示出口通道206的截面区域。
图6示例显示根据这些教导的一个实施方案的壁流过滤器的矩阵几何形状的另一个可能的构造的示例性示意截面图。该图显示其中用于示例的目的锐角280是约30度的过滤器片段的实例。阴影区域表示入口通道204的截面区域，并且非阴影区域表示出口通道206的截面区域。
图7示例入口通道的截面面积与出口通道的截面面积的比例的计算结果，并且作为以度表示的锐角的函数作图。将比例的值总结在表1中。
图8示例相对总过滤器体积的计算结果并且作为以度表示的锐角的函数作图。比例的值总结在表1中。如图7中所示，可以选择锐角以设定入口与出口通道截面面积的准确比例。这种无限的控制在任何现有技术中是不可能的。它允许人们通过选择入口与出口通道面积的任何适宜的比例为最优化性能调节过滤器设计。可以选择该比例以平衡用于灰分和烟灰储存的过滤器容量以及过滤器压降。可以对于每个独特的DPF应用确定并选择最优的比例。如图8中所示，相对总过滤器体积随着锐角减小而降低。显然的是，当可以小型化过滤器时烟储存容量保持相同，因为出口通道体积可以在不改变入口通道体积的情况下变化。本发明具有在现有技术中不可能的益处的组合，具体地允许设计入口与出口通道面积比例上的无限控制以便最优化烟灰和灰分储存的不对称通道设计，过滤器材料的完全利用(没有由邻接的入口通道共享的壁)，以及对于过滤器中每个入口和出口通道相等的周界。
如本文所使用的重量份参考具体所提及的组合物的100重量份。已经公开了本发明的示例实施方案。本领域技术人员认识到，修改落入本申请的教导范围内。以上申请中列举的任何数值包括从下限值以一个单位的增量至上限值的所有值，条件是在任何较低的值与任何较高的值之间存在至少2个单位的间隔。所列出的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合被认为是明确在表达在本申请中。除非另外提及，所有范围包括两个端点和在端点之间的所有数字。与范围一起使用的“约”或“大约”应用至范围的两个末端。因此，“约20至30”意图覆盖“约20至约30”，至少包括所指出的端点。描述组合的术语“基本上由...组成”应当包括所指出的要素、成分、组分或步骤，以及不实际上影响组合的基本的和新的特征的这些其他要素、成分、组分或步骤。在本文中描述要素、成分、组分或步骤的组合的术语“包含”或“包括”的使用也预期基本上由这些要素、成分、组分或步骤组成的实施方案。多个要素、成分、组分或步骤可以由单一集成的要素、成分、组分或步骤提供。备选地，单一集成的要素、成分、组合或步骤可以分割为分开的多个要素、成分、组分或步骤。描述要素、组成、组分或步骤的“一个”或“一种”的公开不意图排除另外的要素、成分、组分或步骤。

Claims (11)

1.一种蜂窝式过滤器，所述蜂窝式过滤器包括：
多个内壁，所述多个内壁限定多个入口通道和多个出口通道，其中所有所述内壁设置在所述入口与出口通道之间，其中所述内壁限定所述入口通道的截面周界和所述出口通道的截面周界；
所述入口通道的截面周界具有多边形的形状，其中所述截面周界具有入口周界长度；
所述出口通道的每一个的截面周界具有多边形的形状，其中两对内壁形成两个相对的锐角，其中截面面积具有出口周界长度，并且其中由所述入口通道的截面周界限定的入口通道的截面面积与由所述出口通道的截面周界限定的出口通道的截面面积的比例大于1.0，并且所述入口周界长度等于所述出口周界长度。
2.根据权利要求1所述的蜂窝式过滤器，其中所述入口通道和出口通道两者的所述截面周界的所有边在长度上相等。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中所述入口通道的截面周界具有在长度上相等的四条边和等于90度的四个角。
4.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中所述出口通道的截面周界具有在长度上相等的四条边。
5.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中所述出口通道的截面周界的锐角为50度以上。
6.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中所述出口通道的截面周界的锐角为55度至85度。
7.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中安排所述入口通道和所述出口通道以使得所述入口通道的所有内壁被邻接的出口通道一起共享。
8.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中所述入口通道的截面面积与所述出口通道的截面面积的比例小于2.0。
9.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中
将所述入口通道的表面面积定义为所述入口周界长度乘以所述入口通道的内壁在纵向方向上的长度；
将所述出口通道的表面面积定义为所述出口周界长度乘以所述出口通道的内壁在所述纵向方向上的长度；并且
所述入口通道的表面面积与所述出口通道的表面面积的比例为1.0。
10.根据权利要求1或2所述的蜂窝式过滤器，其中
将所述入口通道的体积定义为所述入口通道的截面面积乘以所述入口通道的内壁在纵向方向上的长度；
将所述出口通道的体积定义为所述出口通道的截面面积乘以所述出口通道的内壁在所述纵向方向上的长度；
将所述过滤器的相对总体积定义为V与Vmax的比例，其中
V是由所有所述入口通道的体积和所有所述出口通道的体积的总和定义的总体积，
Vmax具有所有所述入口通道的体积和所有所述出口通道的最大体积的总和的最大值；并且
其中V与Vmax的比例小于1.0。
11.根据权利要求10所述的蜂窝式过滤器，其中V与Vmax的比例为0.9以下。
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