CN107152325A - 用于排气装置的颗粒过滤器及制造颗粒过滤器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排气装置、尤其是机动车的排气装置的颗粒过滤器(1)，具有含有排气入口和排气出口的壳体(2)和布置在壳体中(2)的多孔的过滤体(3)，其中过滤体(3)具有封闭的侧面(4)和大量流动技术上平行延伸的流动通道(5)。在此提出，过滤体(3)以其纵向中心轴线(6)为参照是锥状的，其中流动通道(5)具有分别平行于过滤体(3)的纵向中心轴线(6)延伸的纵向中心轴线(15)。本发明还涉及一种制造颗粒过滤器(1)的方法。

Description

用于排气装置的颗粒过滤器及制造颗粒过滤器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于排气装置的颗粒过滤器，尤其是用于机动车的排气装置的颗粒过滤器，该颗粒过滤器具有包括排气入口和排气出口的壳体和布置在壳体中的多孔的过滤体，其中该过滤体配备有封闭的侧面并具有大量/多个在流动技术方面平行延伸的流动通道。本发明还涉及一种用于制造颗粒过滤器的方法。
背景技术
排气装置可以由产生排气的设备、例如内燃机或类似物所配备。排气装置的作用是将排气从产生排气的设备向着例如外部环境输送。排气装置具有至少一个排气净化装置，即颗粒过滤器。其起到从流过排气装置的排气中去除颗粒、例如碳烟颗粒的作用。除了颗粒过滤器外，在排气装置中当然还设有至少一个另外的排气净化装置，例如催化(转化)器和/或另一颗粒过滤器。流过排气装置的排气、尤其是全部的排气都被输送给颗粒过滤器。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于排气装置的颗粒过滤器，其相对于已知的颗粒过滤器具有如下优势，尤其是在功效增加的同时更好地利用了结构空间。
该目的根据本发明由具有权利要求1的特征的颗粒过滤器实现。在此提出，过滤体以其纵向中心轴线为参照是锥状的，其中流动通道分别具有与过滤体的纵向中心轴线平行延伸的纵向中心轴线。
颗粒过滤器具有壳体以及过滤体，该过滤体布置在壳体中。壳体优选尤其是在以过滤体的纵向中心轴线为参照的周向方向上完全包围过滤体。壳体具有排气入口和排气出口。排气入口在此例如具有排气入口连接端，排气出口具有排气出口连接端，相应排气管路优选通过这些连接端连接到排气入口和排气出口上。
过滤体优选由多孔的材料、例如由陶瓷制成。例如使用碳化硅(SiC)、堇青石或类似材料。过滤体优选由所述材料通过挤出制成。在挤出成型时还可以在过滤体中形成流动技术方面平行延伸的流动通道。通过流动通道的至少一部分，排气入口与排气出口流动连接。在过滤体中形成了大量流动通道。
在此优选规定，例如通过关闭流动通道中的至少一个，强迫排气转换所流经的流动通道。如果排气流入到封闭的流动通道中，则排气必须穿过多孔的过滤体溢流到流动通道中的另一流动通道中，通过该另一流动通道然后能够向排气出口流去。
过滤体配备有封闭的侧面，该侧面是流体密封的，即不允许排气通过。可以例如在挤出过程中或者通过在挤出后进行的加工步骤形成该侧面。例如，通过对多孔的过滤体涂层产生侧表面。
过滤体具有纵向中心轴线，其从过滤体的入口侧延伸至过滤体的出口侧。过滤体以该纵向中心轴线为参照被设计为锥形的，因此该过滤体也就具有回转式截头圆锥的形状。过滤体具有侧面，其将两个端侧的面相互连接。这两个端面可以被称作是底面和顶面。这两个面之一位于过滤体的入口侧，另一个面位于过滤体的出口侧。这两个面优选彼此平行地布置。为实现锥形的形状，这两个面具有不同的面积。这两个面优选相对于纵向中心轴线对中心地布置。
尽管过滤体形状为锥形，仍旧规定：流动通道分别平行于过滤体的纵向中心轴线延伸。换句话说，流动通道具有各自的与过滤体的纵向中心轴线平行地延伸的纵向中心轴线。而这意味着，由于过滤体的形状是锥形的，所以并非所有的流动通道都在以过滤体的纵向中心轴线为参照的轴向方向上完全穿过过滤体。
因此会发生如下情况：流动通道中的至少一个或一些流动通道至少部分或者甚至完全地被侧面阻挡，因此其中流动的排气不能完全流过过滤体。而排气由于侧面对流动通道的限制而被迫朝流动通道中的另一流动通道的方向穿过多孔的过滤体。由此实现了颗粒过滤器的优秀的净化效果。过滤体的锥形的形状还使得能够以特别节省空间且能够灵活布置的方式设计颗粒过滤器。
本发明的改进方案提出，在过滤体的朝向排气入口的入口侧上以及朝向排气出口的出口侧上至少局部利用所置入的封闭塞/堵头分别封闭流动通道中的多个。所述封闭塞或各封闭塞在轴向方向上分别仅在过滤体的一部分上延伸。例如，封闭塞在轴向方向上的延伸尺度与过滤体在轴向方向上的纵向延伸尺度的比例最多为5％，最多为2.5％，最多为1％，最多为0.5％或者最多为0.1％。
封闭塞被设计成流动技术方面完全封闭封闭塞所在的相应的流动通道。封闭塞可以或者在过滤体的入口侧、或者在过滤体的出口侧布置在流动通道中。相应地或者阻止了在排气入口上所提供的排气流入相应流动通道中，或者阻止排气向排气出口的方向从流动通道中流出。在流动通道中存在的排气相应则必须再朝着另一流动通道的方向、尤其是朝着一直延伸到出口侧并在该出口侧上未封闭的流动通道的方向流过多孔的过滤体。优选的，无论在入口侧还是在出口侧上都分别借助于一个这种封闭塞封闭流动通道中的多个。
本发明的另一优选的实施方案规定，过滤体在入口侧具有比在出口侧更大的横截面，从而流动通道中的仅一部分一直延伸至出口侧。前面已经指出，由于过滤体形状为锥形，所以不是所有的流动通道都能够完全穿过过滤体。现在提出，过滤体在入口侧具有截头圆锥的底面，在出口侧具有截头圆锥的顶面，其中底面大于顶面，尤其是具有更大的表面积。
也就是说，流动通道的一部分以过滤体的入口侧为起点，但并不一直延伸至出口侧，而是此前就被侧面限制或封闭。相应地，只有流动通道的另一部分一直延伸至出口侧，尤其是从入口侧出发延伸至出口侧。这些流动通道优选在轴向方向上各自具有保持不变的横截面。
在本发明的另一实施方案的范围内提出，在入口侧封闭那些在出口侧出来且未被封闭的流动通道。在出口侧优选封闭那些在轴向方向上完全穿过过滤体、也就是从入口侧出发一直延伸至出口侧的流动通道，即使在此局部也有流动通道中的一部分的通流横截面由于侧面的原因而在出口侧的方向上减小。在此提出，流动通道中的至少一部分在入口侧被封闭，这些流动通道在出口侧出来，也就是在轴向方向上延伸穿过整个过滤体并且此外在出口侧未被封闭，也就是在出口侧未配备有封闭塞。
当然，可以在入口侧封闭这些流动通道的仅一部分。但这特别优选适用于所有合乎上面所述情况的流动通道。从入口侧出发穿过整个过滤体一直延伸至出口侧的所有流动通道因而分别或者在入口侧、或者在出口侧被封闭，尤其是借助于根据上述实施方式的封闭塞封闭。
在本发明的另一实施方式的范围内可以提出，过滤体通过紧贴在侧面上的保持元件支承在壳体的锥形的内壁上。在所述颗粒过滤器范围内，无论是过滤体还是壳体的内壁都是锥形的。由此得出，整个壳体、尤其是壳体的外侧都能够是锥形的。在以过滤体的纵向中心轴线为参照的纵向剖面上看，侧面优选平行于内壁。也就是说，在过滤体直直地布置在壳体中的情况下，过滤体在其整个轴向延伸中在相同的周部位置上始终具有至壳体内壁的相同的距离。
在过滤体或其侧面与壳体的内壁之间设置有保持元件。该保持元件优选在周向方向上连续地包围过滤体。保持元件优选是流体密封的并且不仅密封地贴靠在侧面上而且也密封地贴靠在内壁上，使得排气不能够在侧面和内壁之间从排气入口流至排气出口，也就是不能够从过滤体旁边流过。
本发明的另一优选实施方案提出，保持元件是弹性的。保持元件因而允许过滤体在壳体中向至少一个方向移位。例如，保持元件允许过滤体在壳体中在以过滤体的纵向中心轴线为参照的轴向方向和/或径向方向上移位。在过滤体在壳体中移位时，保持元件弹性变形。相应地，这使得向过滤体上施加旨在使过滤体移位到其初始位置的复原力。
本发明的一种改进方案提出，过滤体在轴向方向上以游隙布置在壳体中。过滤体优选在轴向方向上仅利用保持元件安置在壳体中。但由于保持元件是弹性的，所以在保持元件变形的情况下，过滤体能够在轴向方向上被移位。过滤体为此在至少一个位置上尤其是在轴向方向上仅通过保持元件安置在壳体上。
在本发明的另一种实施方式的范围中可以提出，过滤体在壳体中的游隙由至少一个末端挡块限定。为了阻止过滤体的过度移位、尤其是在轴向方向上的过度移位，设有末端挡块。末端挡块优选位于过滤体的包括入口侧的那侧上。由于无论是过滤体还是壳体的内壁都是锥形的，所以过滤体原本就只能在有限程度内向其出口侧或向排气出口方向移位，这是因为通过这种移位使得保持元件出现压缩，这种压缩不能够是无限制的。但替代或附加于此，所述末端挡块或者说另一末端挡块当然可以位于过滤体的包括出口侧的那侧上。
最后，在本发明的一种特别优选的实施方式的范围中提出，流动通道中的第一流动通道具有与流动通道中的第二流动通道的横截面不同的横截面。就此而言，流动通道中的一些流动通道设置为第一流动通道，而流动通道中的另一些流动通道设置为第二流动通道。下面为了简便将流动通道中的第一流动通道称作第一流动通道，将流动通道中的第二流动通道称作第二流动通道。
第一流动通道和第二流动通道要具有彼此不同的横截面。因而第一流动通道优选全都具有相同的横截面、即第一横截面，而第二流动通道同样具有相同的横截面、即第二横截面。第一横截面与第二横截面不同。横截面优选理解为流动通道在过滤体的入口侧的横截面，这是因为由于侧面或过滤体形状是锥形的原因，所以对于流动通道中的一些而言在向着出口侧的方向上会产生横截面的减小。因而对流动通道中的每个分别考虑在轴向方向上存在的最大横截面。
可以提出，第一流动通道具有比第二流动通道更小的横截面。例如，第一流动通道的横截面与第二流动通道的横截面的比例为最多90％，最多80％，最多75％，最多70％，最多60％，或最多50％。
最后提出，第一流动通道延伸至出口侧，第二流动通道在入口侧和出口侧之间终止。例如将所有在轴向方向上完全穿过过滤体的流动通道，也就是所有从入口侧出发延伸至出口侧的流动通道用作是第一流动通道。那些在轴向方向上由侧面界定的、从而从入口侧出发向出口侧方向仅部分穿过过滤体的流动通道被用作是第二流动通道。
在颗粒过滤器的这类实施方案中，在排气质量流较小时，排气优选流过第一流动通道，经由过滤体产生的压力损失对于第一流动通道而言比对于第二流动通道小。因而能够在排气质量流较小的情况下，在过滤效果非常好的同时实现颗粒过滤器的非常小的压力损失。相反，在排气质量流较大时，排气也流入第二排气通道中。由于第二排气通道在轴向方向上不是贯通的，所以流入其中的排气被迫流过多孔的过滤体。
在此会发生的情况是，来自排气通道的排气溢流到其它在轴向方向上同样未完全穿过过滤体或者在出口侧被封闭塞封闭的流动通道中。相应地，排气必须再次流过过滤体，由此在高排气质量流的情况下提高了过滤效果。总而言之，所述颗粒过滤器也就在较小的空气质量流情况下实现了小的压力损失，在较大的排气质量流的情况下自动提高了过滤效果。
本发明还涉及一种用于制造排气装置的颗粒过滤器、尤其是根据上述实施形式的颗粒过滤器的方法，其中，颗粒过滤器具有含有排气入口或排气出口的壳体和布置在壳体中的多孔的过滤体，其中过滤体具有封闭的侧面和大量流动技术上平行延伸的流动通道。在此提出，过滤体以纵向中心轴线为参照被设计为锥形，其中流动通道分别具有平行于过滤体的纵向中心轴线延伸的纵向中心轴线。
对于颗粒过滤器的这类实施方案的优点以及在其制造过程中的这类方法过程已经加以了说明。无论是所述方法还是所述颗粒过滤器都能够根据上述实施方式加以改进，对此参考上述实施方式。
附图说明
下面借助附图中所示实施例详述本发明，但这并不对本发明进行限制。附图示出：
图1示出排气装置的颗粒过滤器的纵向剖面示图，以及
图2示出颗粒过滤器的横截面。
具体实施方式
图1示出排气装置的颗粒过滤器1的纵向剖面示图。颗粒过滤器1具有壳体2，其在此仅被局部示出。在壳体2中布置有过滤体3，其由多孔的材料构成。过滤体3具有封闭的侧面4，其例如被实现为涂层形式和/或通过相应地加工过滤体3而实现。在过滤体3中形成了大量流动技术上平行延伸的流动通道5，对此仅示例性示出其中若干。可以看出，过滤体3以其纵向中心轴线6为参照是锥状的，其中过滤体在端侧具有两个面7和8，这两个面通过侧面4相互连接。还能够看出，面7在以纵向中心轴线6为参照的径向上具有比面8更大的尺寸，因而面7的表面积也就大于面8的表面积。
面7位于过滤体3的入口侧9，面8位于过滤体3的出口侧10。颗粒过滤器1或过滤体3在箭头11方向上被排气流过或涌入。无论是在入口侧9还是在出口侧10都分别借助于置入的封闭塞12在流动技术上密封封闭流动通道5中的多个。这对入口侧9而言意味着，排气不能流入到相应的流动通道5中。相反如果在出口侧10封闭流动通道5，则排气不能够经此从过滤体3中流出。优选排气通道5中的每个、尤其是在轴向方向上完全穿过过滤体3的流动通道5中的每个都或者在其入口侧9、或者在出口侧10被这种封闭塞封闭。
相应地出现例如根据箭头13的对过滤体3的通流。箭头13示例性地表示，排气虽然在入口侧9流入到未被封闭的流动通道5之一中，但在出口侧9却不再能够从该流动通道流出，因为该流动通道在此处被封闭了。相应地，排气必须穿过多孔的过滤体3溢流到在出口侧10处打开的流动通道5中。通过穿过过滤体3的这种溢流或穿流净化了排气，尤其是至少部分清除了颗粒。
上面已经说明，过滤体3在入口侧9比在出口侧10更大。相应地存在如下流动通道5，其在过滤体3的入口侧9处开始，但却在轴向方向上并不完全穿过过滤体3，因为它此前被侧面4封闭了。这些流动通道5优选在入口侧9始终不被封闭。在此流入这些流动通道5中的排气必须至少一次、部分甚至多次地穿流过多孔的过滤体3，以便到达位于在出口侧10未被封闭的流动通道5中。以此方式实现了特别高的过滤效果。排气的就此情况的流动路径由箭头14表示。
流动通道5基本上直直地延伸穿过过滤体3。这些通道在此至少局部具有各自的纵向中心轴线15，对此仅为流动通道5的一部分加以示出。对于流动通道15的至少一些而言，纵向中心轴线15在流动通道5的相应轴向延伸的至少一部分的范围上都分别平行于过滤体3的纵向中心轴线6延伸。纵向中心轴线15因而垂直于入口侧9和/或出口侧10。
过滤体3借助于保持元件16安置在壳体2中。在此，保持元件16一方面贴靠在侧面4上，另一方面贴靠在壳体2的锥形的内壁17上。相应地，过滤体3通过保持元件16支承在壳体2的内壁17上。保持元件16被设计为弹性的，例如设置为纤维垫的形式。保持元件16优选是流体密封的并且无论在侧表面4上还是在内壁17上都是流体密封地贴靠，使得排气不能够穿过侧表面4和内壁17之间而从过滤体3旁边流过。
过滤体3以轴向游隙布置在壳体中2。该游隙在此在过滤体3的至少一侧、尤其是在入口侧9利用末端挡块18限制，该末端挡块在此例如以支承环或支承栅的形式设置。颗粒过滤器1的这种实施方案具有的优点是，随着排气质量流的增加，排气向过滤体3施加的力变大，该力向着排气流动方向、即在排气流动方向上挤压过滤体。该力将过滤体3从末端挡块18处挤走并压向保持元件16。质量流越大，排气向过滤体3上施加的力就越大，从而质量流越大，过滤体3也就从末端挡块18处越远地移位。
但是，排气造成的力越大，保持元件16向过滤体3上施加的旨在使过滤体3移位到其初始位置的复原力就越大。但与之相关的还有保持元件16与侧面4以及内壁17之间的密封效果。因而密封效果随着排气质量流增加而升高。由于过滤体3为锥形，斜向的侧面4产生平缓引导排气的效果，从而颗粒过滤器1与已知的颗粒过滤器1相比明显减少了压力损失。
图2示出了颗粒过滤器1的示意性的横截面图。可看到过滤体3的入口侧9和出口侧10。明确的是，相应的面7和8分别是圆形的。入口侧9在此具有直径d1，出口侧10具有直径d2。在排气质量流较小时，排气在入口侧9向那些在轴向方向上完全穿过过滤体3的流动通道5集中，因为这些流动通道具有最小的流动阻力。但流动质量流越大，则有越多的排气进入那些在轴向方向上仅部分穿过过滤体3的流动通道5。对此已在前面加以说明。
现在提出，流通通道5被划分为第一流动通道和第二流动通道，其中第一流动通道彼此间具有相同的横截面，第二流动通道彼此间具有相同的横截面。但同时第一流动通道的横截面区别于、尤其是小于第二流动通道的横截面。优选将那些在轴向方向上完全穿过过滤体3的流动通道5用作是第一流动通道。而第二流动通道则是那些在轴向方向上仅部分穿过过滤体3的流动通道。

Claims (10)

1.一种用于排气装置、尤其是机动车的排气装置的颗粒过滤器(1)，具有含有排气入口和排气出口的壳体(2)和布置在壳体中(2)的多孔的过滤体(3)，其中过滤体(3)具有封闭的侧面(4)和大量流动技术上平行延伸的流动通道(5)，其特征在于，过滤体(3)以其纵向中心轴线(6)为参照是锥状的，其中流动通道(5)具有分别平行于过滤体(3)的纵向中心轴线(6)延伸的纵向中心轴线(15)。
2.根据权利要求1所述的颗粒过滤器，其特征在于，在过滤体(3)的朝向排气入口的入口侧(9)上以及朝向排气出口的出口侧(10)上分别至少局部利用置入的封闭塞(12)封闭流动通道(5)中的多个。
3.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，过滤体(3)在入口侧(9)具有比在出口侧(10)更大的横截面，使得流动通道(5)的仅一部分一直延伸至出口侧(10)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，在入口侧(9)封闭那些在出口侧(10)出来且未被封闭的流动通道(5)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，过滤体(3)通过紧贴在侧面(4)上的保持元件(16)支承在壳体(2)的锥形的内壁(17)上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，保持元件(16)是弹性的。
7.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，过滤体(3)以在轴向方向上具有游隙的方式布置在壳体(2)中。
8.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，过滤体(3)在壳体(2)中的游隙由至少一个末端挡块(18)限定。
9.根据上述权利要求中任一项所述的颗粒过滤器，其特征在于，流动通道中的第一流动通道各自具有与流动通道(5)中的第二流动通道的横截面不同的横截面。
10.一种用于制造排气装置的颗粒过滤器(1)、尤其是根据上述权利要求中一项或多项所述的颗粒过滤器的方法，其中颗粒过滤器(1)具有含有排气入口或排气出口的壳体(2)和布置在壳体(2)中的多孔的过滤体(3)，其中过滤体(3)具有封闭的侧面(4)和大量流动技术上平行延伸的流动通道(5)，其特征在于，过滤体(3)被设计为以纵向中心轴线(6)为参照呈锥形，其中流动通道(5)分别具有平行于过滤体(3)的纵向中心轴线(6)延伸的纵向中心轴线(15)。
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