CN108590822A - 一种蜂窝陶瓷增强结构 - Google Patents

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宋锡滨
崔明山
张兵
吴书全
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
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Abstract

本发明涉及蜂窝陶瓷直通载体技术领域，公开了一种蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，包括：进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面，进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面均设有与外侧壁夹角为20°‑70°的第一区域格子，第一区域格子设有倒角，进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面还设有与外侧壁夹角为0°‑20°和70°‑90°的第二区域格子，第一区域格子的孔壁比第二区域格子的孔壁厚1％‑80％。本发明在斜角区域进行增强，增加壁厚和增设倒角，既能保证增强效果，又能保证良好的抗热震性能和较小的背压。

Description

一种蜂窝陶瓷增强结构
技术领域
本发明涉及蜂窝陶瓷直通载体技术领域，特别是涉及一种蜂窝陶瓷增强结构。
背景技术
为满足越来越严格的尾气排放法规需求，蜂窝陶瓷直通载体的产品逐渐向薄壁及高气孔率发展。其中，薄壁化可带来许多性能上的好处，如降低压降，减少冷启动时间等。通用直通载体的壁厚，已从20 多年前的6mil(1mil＝25.4微米)，降低到4mil或3mil，乃至2mil。由于壁厚的降低，蜂窝陶瓷的强度受到了很大的影响。由于强度的降低，在产品生产，催化剂涂覆，以及封装过程中，会造成缺陷，严重的会造成开裂，从而造成产品损耗。这些缺陷，主要产生于靠近皮肤的区域，因此，增强这些区域是解决问题的关键。
为解决这一潜在的问题，我们有必要对蜂窝陶瓷直通载体的结构进行加固，以适应于薄壁高气孔率的应用。从理论上，蜂窝陶瓷的结构强度因子(MIF)由以下的公式(1)决定：
MIF＝t2/L(L-t) (1)
其中，t是孔壁的厚度，L是孔的间隔。
为使得强度增加及应力减少，通常在孔的角处加入倒角，若倒角的半径为R,则公式(1)演变成(2)
MIF＝t2/L(L-t-2R) (2)
若蜂窝陶瓷直通载体强度不够，在材料封装时易造成开裂问题。根据实验结果，在皮肤附近的壁增厚及加入倒角结构，可有效地提高直通载体的力学强度。但是，增强结构的主要难题是平衡增强效果与其它性能。若增强过多，则抗热震性能降低及背压增大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种蜂窝陶瓷增强结构，解决现有技术中蜂窝陶瓷直通载体因强度不够所导致的开裂问题以及增强过多所导致的抗热震性能降低及背压增大的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，包括：进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面，所述进口蜂窝陶瓷面和所述出口蜂窝陶瓷面均设有与外侧壁夹角为20°-70°的第一区域格子，所述第一区域格子设有倒角，所述进口蜂窝陶瓷面和所述出口蜂窝陶瓷面还设有与外侧壁夹角为0°-20°和70°-90°的第二区域格子，所述第一区域格子的孔壁比所述第二区域格子的孔壁厚 1％-80％。
其中，所述第一区域格子的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第十个孔。
其中，所述第一区域格子的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第六个孔。
其中，所述第一区域格子的孔壁比所述第二区域格子的孔壁厚 5-50％。
其中，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子的孔壁比前一孔的孔壁增厚1％-80％。
其中，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子的孔壁比前一孔的孔壁增厚5-50％。
其中，最内侧的所述第一区域格子的倒角为半径0.01mm-0.1mm。
其中，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子的倒角半径比前一孔的倒角半径增加0.01mm-0.1mm，且最外侧的所述第一区域格子的倒角半径不大于0.3mm。
其中，所述第一区域格子与外侧壁的夹角为45°。
其中，其特征在于，所述第二区域格子与邻近的所述第一区域格子的孔壁厚差小于30％，所述第二区域格子设有倒角，并小于所述第一区域格子的倒角。
(三)有益效果
本发明提供的一种蜂窝陶瓷增强结构，在斜角区域进行增强，增加壁厚和增设倒角，既能保证增强效果，又能保证良好的抗热震性能和较小的背压。
附图说明
图1为本发明一种蜂窝陶瓷增强结构的结构图；
图2为本发明一种蜂窝陶瓷增强结构的第一区域格子细节图。
图中，1、第一区域格子；2、第二区域格子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图2所示，本发明公开一种蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，包括：进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面，进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面均设有与外侧壁夹角为20°-70°的第一区域格子1，第一区域格子1设有倒角，进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面还设有与外侧壁夹角为0°-20°和70°-90°的第二区域格子2，第一区域格子1的孔壁比第二区域格子2的孔壁厚1％-80％。
具体的，从靠近中心的几个孔起，逐渐增厚，并逐渐加大倒角的大小，可保证增强的效果，又可避免其它不利的影响。但由实验得出，整个增强结构对抗热震性能有很大的影响：抗热震性能随着增强结构的使用而降低。由于热应力与结构模量成正比，当过于强化时，造成热应力的增加。对于蜂窝陶瓷来说，由于方孔的结构，使得结构模量与取向有关。在孔的0和90度方向(平角和直角区域)，由于壁是垂直于皮肤，所以结构模量最大，此为最强方向；而在45度方向(斜角区域)，由于壁是斜交与皮肤，所以结构模量最小，此为最弱方向。
因此，根据上述发现，本发明在与外侧壁夹角20°-70°(斜角区域)的第一区域格子1进行加强，而在20°-70°的第二区域格子 2不进行加强或小幅度加强。具体的，第一区域格子1增加孔壁厚度并增设倒角，而第二区域格子2则只增加壁厚或增加壁厚并增设小倒角。这样的设计既能保证增强效果，又能保证良好的抗热震性能和较小的背压。
其中，第一区域格子1的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第十个孔。优选地，第一区域格子1的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第六个孔。即第一区域格子1的范围为与外侧壁夹角为20°-70°的最外侧的六个孔，即本发明的增强区域。优选地，第一区域格子1与外侧壁的夹角为45°。
其中，第一区域格子1的孔壁比第二区域格子2的孔壁厚5-50％。
如图2所示，在增强区域内，沿中心至外侧的顺序，每个第一区域格子1的孔壁比前一孔的孔壁增厚1％-80％。优选地，沿中心至外侧的顺序，每个第一区域格子1的孔壁比前一孔的孔壁增厚5-50％。即在增强范围内，从靠近中心的几个孔起，越处于外侧的孔壁越厚。
其中，最内侧的第一区域格子1的倒角为半径0.01mm-0.1mm。
其中，沿中心至外侧的顺序，每个第一区域格子1的倒角半径比前一孔的倒角半径增加0.01mm-0.1mm，且最外侧的第一区域格子1 的倒角半径不大于0.3mm。即在增强范围内，从靠近中心的几个孔起，越处于外侧的孔圆角越大。
其中，第二区域格子2与邻近的第一区域格子1的孔壁厚差小于 30％，第二区域格子2设有倒角，并小于第一区域格子1的倒角，在 0°-20°和70°-90°区域内，不会过度增强而影响抗热震性能。例如在第二区域格子2和第一区域格子1接近的位置上，限制孔壁厚差小于30％，这样泥料流动性比较均匀，不会造成挤出变形的后果。
本发明提供的一种蜂窝陶瓷增强结构，在斜角区域进行增强，增加壁厚和增设倒角，既能保证增强效果，又能保证良好的抗热震性能和较小的背压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，包括：进口蜂窝陶瓷面和出口蜂窝陶瓷面，所述进口蜂窝陶瓷面和所述出口蜂窝陶瓷面均设有与外侧壁夹角为20°-70°的第一区域格子(1)，所述第一区域格子(1)设有倒角，所述进口蜂窝陶瓷面和所述出口蜂窝陶瓷面还设有与外侧壁夹角为0°-20°和70°-90°的第二区域格子(2)，所述第一区域格子(1)的孔壁比所述第二区域格子(2)的孔壁厚1％-80％。
2.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，所述第一区域格子(1)的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第十个孔。
3.如权利要求2所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，所述第一区域格子(1)的范围为从最外侧的孔至靠近外侧的第六个孔。
4.如权利要求3所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，所述第一区域格子(1)的孔壁比所述第二区域格子(2)的孔壁厚5-50％。
5.如权利要求4所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子(1)的孔壁比前一孔的孔壁增厚1％-80％。
6.如权利要求5所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子(1)的孔壁比前一孔的孔壁增厚5-50％。
7.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，最内侧的所述第一区域格子(1)的倒角为半径0.01mm-0.1mm。
8.如权利要求7所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，沿中心至外侧的顺序，每个所述第一区域格子(1)的倒角半径比前一孔的倒角半径增加0.01mm-0.1mm，且最外侧的所述第一区域格子(1)的倒角半径不大于0.3mm。
9.如权利要求1所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，所述第一区域格子(1)与外侧壁的夹角为45°。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的蜂窝陶瓷增强结构，其特征在于，所述第二区域格子(2)与邻近的所述第一区域格子(1)的孔壁厚差小于30％，所述第二区域格子(2)设有倒角，并小于所述第一区域格子(1)的倒角。
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