CN1198047C - 微粒过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗损坏的微粒过滤器，且无须借助于燃烧就能从该微粒过滤器中清除灰分，并简化了为完成拼接而进行的无纺布焊接操作，且通过使将迭层体易于插入到耐热壳体中，来改善其可操作性，且在微粒过滤器被诸如黑烟等颗粒物质堵塞的条件下，使执行翻新过程的次数最少。该微粒过滤器(1)包括一个由耐热金属制成的轴芯7；一个迭层体(3)，它是通过将均由耐热金属制成的无纺布(11)和波纹板(13)叠层在一起形成的，并将该迭层体卷在轴芯上，以及一个金属壳体(5)，在该壳体中装入了所说迭层体(3)。

Description

微粒过滤器

技术领域

本发明涉及一种用于净化柴油机等尾气中所含颗粒物质(下文如无特别说明，该物质将简称为PMs)的微粒过滤器，其中该颗粒物质的典型代表为黑烟，其也被称为悬浮颗粒物。

背景技术

柴油机具有很好的经济性，而在另一方面，却非常需要对其尾气中的PMs进行净化。现有技术中实现此目的方案是在柴油机的排气系统中设置一个微粒过滤器，这样就不会将PMs排入到大气中(可参见日本专利申请公开文件平9-262414)。

这种微粒过滤器主要包括N层(N为2或大于2的偶数)由耐热金属纤维组成的无纺布以及与无纺布数目相同的耐热金属板，其中的无纺布具有过滤的功能，而金属板的横向宽度则略小于无纺布的宽度，其垂直断面呈波纹状，因而通常被称为波纹板。

下面是关于制造这种微粒过滤器方法的简要描述。

通过将波纹板和无纺布在同一方向上交替叠跺在一起，而形成一个长条的矩形多层元件，然后将该元件卷成圆柱状的筒体(下文将长条矩形多层元件制成的圆筒形体称为“多层圆筒体”)。

需要指出的是：该多层圆筒体能保持其圆柱形要归功于波纹板的刚性。也就是说，其中的波纹板在该多层圆筒体中起到了骨架元件的作用。

然后，该多层圆筒体形成封接部分和非封接部分，封接部分是通过将相邻无纺布的前缘在径向方向上焊接在一起而形成的，而非封接部分则使类似地相邻的无纺布的前缘之间保持开通，这些封接部分和非封接部分是交替设置的。

更详细地讲，该多层圆筒体是由封接部分和非封接部分交替构成的，其中在封接部分，位于两层无纺布之间的波纹板被封在其中，且从圆筒体一端来看是观察不到的，而在非封接部分，由于结构是开通的，波纹板是可以看到的。然后，再在圆筒体的另一端也形成封接部分和非封接部分交替布置的结构。但是，在圆筒体两相对端，封接部分和非封接部分的位置是不对应的。

也就是说，对于在多层圆筒体一端形成了封接部分的一对相邻无纺布，它们在圆筒体的另一端则是不封接的。而对于在多层圆筒体一端形成了非封接部分的另一对相邻无纺布，它们在圆筒体的另一端则是封接的。

结果是：在多层圆筒体中就螺旋状地形成了多层这样的部分(该部分在下文中称为“叠层部分”)：波纹板插入到由无纺布围成的、一端封闭另一端开口的空间中。然后，将这样构成的多层圆筒体插入到耐热的金属壳体中，该金属壳体的直径大致上与排气管的内径相同，且其两端是开口的。多层圆筒体的外周表面与耐热金属壳体的内表面在适当的部位处被焊接到一起，由此将多层圆筒体固定到内热金属壳体上。这样就形成了该微粒过滤器。需要说明的是：该微粒过滤器被设计成即使在最大的程度上，多层圆筒体和耐热金属容器之间也不会出现间隙，以此来确保其抗振动的耐久性。

通过将排气管装入到各排气管之间的接头部分而将该微粒过滤器连接到排气管上。(？)

另外，内装了多层圆筒体的耐热金属壳体被设置成在该壳体中没有任何的间隙，从而废气不会产生任何泄漏地流过多层圆筒体。因而可以这样讲：尽管多层圆筒体的外径略小于耐热金属壳体的内径，但直径基本上是相同的。

连接到排气管上的、这样结构的微粒过滤器与排气管同轴。

然后，在微粒过滤器被连接到排气管种的状态下，流经排气管的废气冲向该微粒过滤器，并从排气流动上游方向的无纺布非封接部分进入到叠层部分中，之后流向排气管的下游。该叠层部分的下游端被焊接而密封，且在此部位处，无纺布的纤维之间极其微小的间隙也被密闭了。相应地，无路可去的尾气从下游封接的叠层部分中流向与该叠层部分相邻的另一个叠层部分中，该叠层部分在下游侧是非封接的。这样，PMs在无纺布上的微小间隙之间就被过滤掉了，由此净化了尾气中的PMs。

已经除去了PMs的尾气流入到另一个叠层部分中，之后，由于该另一叠层部分的非封接部分设置在下游端，且是开通的，所以尾气排入到大气中。

在另一方面，当由该微粒过滤器过滤出的PMs量很多，多到在金属纤维的无纺布层中造成阻塞时，排气阻力就会升高，导致废气的流动不通畅。此外，也不能再清除PMs了。

事实既然如此，过滤出来的PMs可通过利用尾气余热或电加热器加热等措施定期进行燃烧来除去。这样来防止出现阻塞。该过程与微粒过滤器净化PMs的过程相逆，用来消除阻塞物。该过程被称作对微粒过滤器的再回收翻新利用。

顺便提及，根据日本专利申请公开文件平9-262414中公开的现有技术，那种由无纺布和波纹板构成的长条矩形元件要被卷成一卷，且该长条矩形元件由于是卷形构造而需要对其滚卷的起始部分进行略微的弯曲。因而，作为长条矩形元件滚卷起始部分的弯曲部分中就会出现过大的应力，结果导致在该部分上易于出现裂纹和折皱，尽管这些缺陷都是很细微的。

此外，在形成所说的多层圆筒体时，尽管波纹板可以满足在径向方向上的强度要求，但在轴向方向上，无纺布和波纹板的固定却只是利用它们之间由接触而产生的摩擦阻力来实现的，而其中的接触摩擦也只是当长条矩形多层元件是这样设置时才产生的：通过将无纺布和波纹板简单地叠层在一起来使它们卷成滚。因而，如果作用在轴向方向上的排气压力急剧变化，无纺布和波纹板之间就可能发生搓移。如果它们之间发生了搓移，则多层圆筒体中由波纹板实现的刚性就降低了，一般认为这样会在多层圆筒体上造成裂纹和损伤。

之后，如上述那样，该微粒过滤器是与排气管同轴的，且多层圆筒体的外周部分被焊接到耐热金属壳体上。

在另一方面，在排气管中，排气流速度最大(也即是最大压力)的部分是排气管的轴芯部位，且该轴芯最易受排气脉冲的影响，其中的排气脉冲也就是排气管中的压力波动。

因而，当微粒过滤器被使用了较长时间后，多层圆筒体的中央部分就会由于受压力作用而向下游方向顶出，从而向外突出，变形成塔形螺旋弹簧的形状。之后，如果作用的推顶力大于多层圆筒体的刚性，该微粒过滤器就会发生破裂。

此外，如果该微粒过滤器已被使用了很长的一段时间，就需要考虑多层圆筒体下游侧封接部分的焊接点是否会由于压力波动的影响而脱开，其中的压力波动是由废气热量和排气脉冲造成的。结果是，封接部分发生开焊，那么这样的话就与尾气直接无阻碍地流过微粒过滤器的情况没有多大区别。这样，无纺布清除Pms的效率大大降低，微粒过滤器的过滤效能就会降低。

此外，尾气中含有所谓的灰分，这些灰分对人体的影响近乎是无害的，灰分的主要成分是钙硫的三氧化物(石灰质)，也就是机油中的可燃成分。灰分同时还是一种可粘到微粒过滤器上的物质。因而，如果在微粒过滤器上有灰分粘着，就会进一步加大排气阻力。这样，如果在微粒过滤器上有灰分粘着，就需要将灰分清除掉。

其中被认为可行的清除方法是燃烧，其中的燃烧可利用尾气的热量以及其它的热量。在黑烟是典型PM的情况中，黑烟在被加热到600摄氏度左右时就会燃烧。但是，灰分的燃烧条件却必须要超过1000摄氏度。此外，如果在排气系统中加热到了1000摄氏度，尽管这时灰分可以被燃烧了，但对于排气系统中的各个结构件却会造成热损坏，这些结构例如为微粒过滤器本身、催化转换器等。

因而，一个很重要的课题就是如何清除微粒过滤器中的灰分。

本申请的发明人在对微粒过滤器进行了多次反复实验、研究后发现：灰分在无纺布表面上的粘着率取决于构成无纺布的金属纤维的种类。

此外，本发明人还发现了一种特定的无纺布，其能显著减低灰分的沉积量，甚至是在低于1000摄氏度(该温度被认为是灰分的可燃温度)的条件下，例如，即使在黑烟可燃温度的600摄氏度左右的条件下。

此外，本发明人弄清了灰分不会在这种特定无纺布上沉积的原因，并发现了以黑烟为代表的PM和灰分渗透到无纺布的纤维中。

此外，还证明了这种特定无纺布的孔隙比(无纺布所具有孔隙的体积与无纺布单位容量之比)、线直径以及金属纤维的厚度落入一特定范围内。

此外，本发明人解释清楚了：为什么当孔隙比、线直径以及厚度这三个指标中的至少孔隙比和线直径在特定的范围中时灰分就难以在这种无纺布上沉积的原因。

更进一步，由于对无纺布进行焊接来实现封接的操作只是在非常细微的部分上进行的，所以还需要该操作过程能尽可能地简化。

此外，所说耐热壳体一般装在内燃机的排气管中，因而该壳体的外部构造为圆筒形状。当与圆筒形的耐热壳体形状类似的多层圆筒体插入到该壳体中时，如果耐热壳体内径的尺寸与多层圆筒体的外径尺寸非常接近时，就会产生这两个部件装配困难的问题。

另外，希望能有一种技术，其能减少微粒过滤器翻新循环过程的次数。

此外，一般认为：由于微粒过滤器所在的排气管与微粒过滤器的结构元件在热膨胀方面具有差异，从而会产生热应力，这会导致微粒过滤器的工作寿命缩短。

在此条件下，本发明的目的是设计一种技术方案，其例如可防止对微粒过滤器的损坏、无须燃烧地从微粒过滤器中清除灰分、简化无纺布的封接焊接操作、通过便于多层圆筒体插入到耐热壳体中来改善可操作性、减少当黑烟等颗粒物质聚集在微粒过滤器中时执行翻新步骤的次数、以及提高微粒过滤器的寿命。

本发明内容

为了实现上述目的，本发明的微粒过滤器采用了如下的设计。

(1)一种根据本发明的微粒过滤器包括一个由耐热金属制成的轴芯；一个多层体，它是通过将轴芯和一个多层元件卷在一起制成的，在其中的多层元件中，均由耐热金属制成的一层无纺布和一层波纹板被叠层在一起；以及一个耐热壳体，在该壳体中装入了所说的多层体。

在这里，其中的“无纺布”是这样一种织物：其不采用纱线连接的形式，而是由机械、化学和热加工的纤维层构成的，并将这些纤维层用粘接剂以及纤维自身的融接力结合起来。

此外，由于该微粒过滤器要被安装在内燃机的排气系统中，所说“耐热壳体”可耐受废气的高温，并具有一个进气口和一个排气口，废气经进气口流入到过滤器中。此外，耐热金属壳体的直径最好与发动机排气管的内径基本相同。

根据本发明，当制造多层圆筒体时，多层元件被卷绕到所说的轴芯上。因而，当开始将多层元件的前缘卷到轴芯上时，由于存在轴芯，多层元件前缘所要形成的弯曲度(曲率)要比在未设置轴芯状态下开始卷绕前缘时的曲率更大。因而，就不易在多层元件的卷绕起始部分(即前缘部分)产生微裂纹和折皱，其中的起始部分也就是多层元件上、当用多层元件包绕轴芯时，与轴芯的外周面接触的那一部分。因而，可提高多层圆筒体中心部分的耐久性。

(2)在上述第(1)项技术方案的情况中，所说多层体采用了圆筒的形状，其两个侧端是由用来密闭无纺布前缘的封接部分与相邻的非封接部分交替构成的，其中的非封接部分在轴向上是开通的，以及，在形成封接部分和非封接部分之后，就形成了一个袋状的叠层部分，其一端封闭，而另一端开口。

(3)在上述第(1)项或第(2)项技术方案的情况中，该微粒过滤器最好还包括轴芯防动装置，用来防止轴芯在耐热壳体中轴向串动。

在此情况下，例如当该微粒过滤器被安装到发动机排气系统中时，即使多层圆筒体中包卷着轴芯的环周部分(多层圆筒体的中心部分)受到由废气脉冲等原因引起的压力作用、并被推顶向下游方向时，所说的轴芯防动装置也能阻止轴芯的运动。相应地，轴芯就不会从耐热壳体中突出，这样多层圆筒体就既不会变形也不会开裂。因而该微粒过滤器不会发生损坏。

(4)在上述第(3)项技术方案的情况中，所说的轴芯防动装置最好是一个连接元件，用来将耐热壳体与多层圆筒体的轴芯固定地连接起来。

采用这样的设计，当该微粒过滤器被安装到发动机的排气系统中时，即使多层圆筒体的中心部分受压力作用而顶向下游方向时，连接元件就成为防止轴芯运动的阻挡物，其中的压力是由废气脉冲等原因引起的。相应地，轴芯不会从耐热壳体中突出，这样多层圆筒体就既不会变形也不会开裂。因而就防止了微粒过滤器受到损坏。

(5)在上述第(4)项技术方案的情况中，所说的耐热壳体最好是两端开通的容器，所说连接元件被安装到该耐热壳体一端的开口上，且该连接元件包括一个环圈部分，其正对耐热壳体一端的开口边沿；其还包括一个与多层圆筒体的轴芯正对的轴套部分；以及支臂部分，其将环圈部分连接到轴套部分上，并与多层圆筒体中除轴芯之外的其它部分正对。

在此情况下，连接元件被连接到两端开口的耐热壳体一端的开孔上，其中该耐热壳体中装入了多层圆筒体。在该连接元件中，轴套部分与多层圆筒体的轴芯相对，并通过支臂部分与环圈部分固接。因而，即使轴芯受到由废气脉冲等原因引起的压力作用而被向下游方向顶推，轴芯也被卡顶在轴套部分上。轴套部分通过支臂部分固定到环圈部分上—即轴芯被该连接元件的部件所阻挡而不能移动，这样，整个多层圆筒体以及其中心部位的轴芯都不能突出到耐热壳体之外。所说微粒过滤器相应地就不会发生损坏。

另外，连接元件中支臂部分的数目并无限制，只要其能将轴套部分固定到环圈部分上就可以了。但是，如果支臂部分的数目太多，则支臂部分就会阻碍废气的流动，使得排气阻力加大。根据本发明人的进行的实验结果，支臂部分为四件左右是较为理想的。

(6)在上述第(5)项技术方案的情况中，所说轴套部分最好包括一个接合部分，其将轴套部分接合到轴芯上。采用这样的设计，轴套部分就不易和轴芯脱开，这样就可以可靠地抑制轴芯的突顶。

需要说明的是：用来将轴套部分连接到轴芯上的接合部分可以采用多种结构，但例如可采用将轴套部分固定到轴芯上的固定装置作为示例。

(7)在上述第(5)项或第(6)项技术方案的情况中，所说的支臂部分最好是直线形的。

此处，所说的直线形最好是一个中心对正轴套部分的十字形状。

(8)在上述第(5)项或第(6)项技术方案的情况中，所说支臂部分的优选形状还可以是曲线形。

所说的曲线形最好是中心对正轴套部分的S形状。

在此，对上述直线形支臂部分与曲线形支臂部分进行比较。

直线型支臂部分的长度要比曲线型支臂部分的长度短，因而，直线型支臂部分与多层圆筒体正对的面积比率要小一些。这样，可以认为对废气流动的阻挡较少，使得排气阻力降低。相应地，排气能得以平稳地流动，但是，用来限制多层圆筒体从耐热壳体中突出的作用力却降低了。

在采用S型曲线支臂部分的情况中，每个连接环圈部分与轴套部分的支臂部分的长度都大于直线型支臂部分的长度。因而，曲线型支臂与多层圆筒体正对的面积比率增加了，这样就提高了支臂部分对废气流过多层圆筒体通流能力的抑流程度。因而，排气阻力相应地增加了。因而，排气的流动就变得不平稳了。但在这样的情况下，却增大了抑制多层圆筒体从耐热壳体中突出的作用力。此外，曲线型支臂部分相比于直线支臂部分，热膨胀时的尺寸变化容差更大，从而具有了更大的适用性。

因而，直线型支臂部分和曲线型支臂部分都各有自己的优点和缺点。但无论采用那种形状的支臂部分，限制轴芯运动的轴套部分都被支臂部分固定了，这样轴套部分的强度就提高了。此外，抑制多层圆筒体上面对轴套的中心部分突出到耐热壳体之外的作用力也增大了。

(9)在上述第(6)项技术方案的情况下，该微粒过滤器被安装在一个内燃机的排气系统中，其用作一个净化器，主要用来清除废气中的颗粒物质，所说轴芯具有一个孔洞，该孔洞的两端是开口的，并具有一个隔断壁，用来将该孔洞隔断成两部分，当该微粒过滤器被安装到发动机排气系统中时，该隔断壁将所说孔洞隔成一个上游侧孔洞和一个下游侧孔洞，其中的上游侧孔洞开口向排气系统的上游方向，但其下游方向却是封闭的，下游侧孔洞开口向下游方向，但其上游侧却是封闭的，所说接合部分作为一个装配杆，装配到下游侧的孔洞中，该装配杆的纵向主干长度被设置成略大于下游侧孔洞的纵向长度，该装配杆和轴芯都是由单独的元件构成的，这些单独的元件具有不同的弹性，且由于装配杆和下游侧孔洞的纵向尺寸不同，所以当装配杆与下游侧孔洞装配到一起时，在耐热壳体和连接元件之间就形成了间隙。

此处，“装配杆的纵向主干长度”是指装配杆上从连接元件的轴套部分突伸向轴芯上游侧的纵向长度。

根据本发明，装配杆的纵向尺寸被设计成略大于下游侧孔洞的尺寸，且装配杆和轴芯都是由单个的元件构成的，这些单个的元件具有不同的弹性。当装配杆装配到下游侧孔洞中时，由于装配杆和下游侧孔洞的纵向尺寸不同，所以在耐热壳体和连接元件之间就形成了间隙。因而，例如：如果由外力作用产生的周期振动传递到了该微粒过滤器上，则轴芯易于很大程度地承受该振动的影响，装配到下游侧孔洞中的装配杆也会在由于它们弹性不同而在所说间隙中振荡，其中的周期振动也即是由压力波动产生的振动，而压力波动例如是由排气脉冲造成的。

于是，带有轴芯的多层圆筒体也开始振荡，因而，如果此时在多层圆筒体上粘着了灰分，则灰分会被震落下来，这样就解决了无纺布的阻塞问题。相应地，就可以不用燃烧的方法就能将灰分从微粒过滤器中清理出去。

(10)在上述第(9)项技术方案的情况中，最好是在所说间隙中插置一个片状的弹性元件。

此处，“弹性元件”例如可以是一个垫片，其例如是由陶瓷纤维构成的。另外，该优选弹性元件的形状是与所说连接元件相符合的。

于是，由于在间隙中插置了这种垫片，从而就可以衰减当连接元件由于振动而撞顶在耐热壳体上时发出的冲击噪音。另外，还可以通过适当地选择构成垫片的材料来进一步地吸收冲击噪音，且能进一步防止过滤器的阻塞，其中的垫片材料并不仅限于陶瓷纤维。

(11)在第(3)项技术方案的情况中，当要安装到内燃机的排气系统中时，最好是：在轴芯上制出一个孔洞，其在轴向上开口向上游侧，并延伸向下游侧；且穿轴芯的周壁制出一个通孔，其将所说孔洞与贴轴芯的多层元件连通；这样就在轴芯上形成了轴芯防动装置。

在此情况下，废气从开口端流入到轴芯中的孔洞中，并经所说通孔而流出向贴轴芯的多层元件，其中的开口端是通过将轴芯的上游端制成开口的来形成的。流向多层元件的排气从各个相邻的袋状叠层部分排入到环境大气中，其中的袋状叠层部分由无纺布包围、并由设置在下游位置的非封闭部分构成。

因而，废气通过轴芯上的通孔流出到贴轴芯的多层元件—即最靠近轴芯的袋状叠层部分中。通过这样进行排气，轴芯将相应地不易受到外力的作用，其中外力例如为将其顶向废气下游侧的压力。相应地，可防止轴芯顶出到耐热壳体之外。因而，就不会出现由于多层圆筒体的变形和开裂而造成微粒过滤器损坏的情况。

(12)在第(11)项技术方案的情况中，所说通孔最好是一个斜孔，其在轴芯中是在倾斜的方向上制出的，该倾斜方向是从发动机排气系统的上游侧延伸向其下游侧，且其上游侧开口位于孔洞的那一侧，而其下游侧开口则位于卷绕到轴芯上的多层元件的那一侧。

相比于所说通孔与轴芯的中心轴线成直角的情况，采用这样的布置，从上游发动机排气系统流向轴芯的废气能更平稳地流过所说通孔。

也就是说，废气更容易通过轴芯上的通孔流出到贴轴芯的多层元件中，也就是流到最靠近轴芯的袋状叠层部分中。对于这样进行排气，轴芯将相应地不易于受到外力的作用，其中外力例如为将其顶向废气下游侧的压力。因而，作用在轴芯上的应力可相应获得降低。从而，就可能降低将带有轴芯的多层圆筒体的中心部分顶向下游位置的压力，这样就可进一步防止对微粒过滤器的损坏。

(13)根据本发明的微粒过滤器包括一个由耐热金属制成的轴芯；一个被制成圆筒状的多层体，其是通过将轴芯和一个多层元件卷在一起而形成的，在其中的多层元件中，均由耐热金属制成的无纺布和波纹板被叠放在一起；以及一个耐热壳体，该壳体中装入了多层圆筒体体，其中：当安装到内燃机的排气系统中时，轴芯上制出了一个孔洞，其开口向下游方向，并在轴向上延伸向上游方向，并在轴芯的周壁上制出了一个通孔，该通孔将所说孔洞和贴轴芯的多层元件接通。

在此情况下，轴芯的周壁上具有所说的通孔，其将孔洞与贴所说轴芯的多层元件连通，这样流入到多层圆筒体中的废气就包括经所说通孔从轴芯外部流入到孔洞中的废气。因而，流入到多层圆筒体的废气量就由于有部分废气流入到孔洞中而减少了，因而相应地，在多层圆筒体中由多层元件构成的部位处的废气压力也降低了。

因而，作用在多层圆筒体无纺布上的压力就降低了，甚至由于这一原因，可确保封接部分的焊接点不会发生开焊。相应地，这可以有效地防止微粒过滤器发生损坏。

需要说明的是，读者可能会产生这样的疑问：经所说通孔流入到轴芯孔洞中的废气是否会以这样的状态排入到大气中：没有利用无纺布对PMs进行充分的过滤。但卷在轴芯上的多层元件也同时覆盖了所说通孔。这样，当废气流过所说通孔后会流经无纺布—即多层元件的构成元件。所以，没有必要担心从通孔经轴芯上的孔洞排入到大气中的废气中所含的PMs未经过净化。

(14)在第(13)项技术方案的情况中，所说通孔最好是一个斜孔，其是在轴芯中以倾斜的方向上制出的，该倾斜方向是从发动机排气系统的上游侧延伸向其下游侧，且其上游侧开口被布置在孔洞的那一侧，而其下游侧开口位于卷绕到轴芯上的多层元件的那一侧。

相比于所说通孔与轴芯的中心轴线成直角的情况，在此情况下，从多层元件流向轴芯的废气能更平稳地流过所说通孔，并进入到孔洞中。也就是说在由多层元件形成多层圆筒体位置处的排气压力能进一步降低。相应地，结果是可允许更多的废气经通孔排入到大气中，这样，作用在封接部分上的载荷能进一步地降低。从而，这样能有效地防止微粒过滤器发生损坏。

(15)在第(11)项到第(14)项技术方案的情况中，轴芯直径与多层圆筒体的直径比最好是在15％到27％之间。

如果轴芯的直径落入此区间内，对于上述第(11)和第(12)项技术方案的情况，本发明人进行的实验证明：作用在轴芯上的推顶力能有效地降低。

另外，如果轴芯的直径落入该区间中，在上述第(13)和第(14)项技术方案的情况中，本发明人的实验证明作用在无纺布上的压力被降低了。

(16)根据本发明的一种微粒过滤器，其包括一个由耐热金属制成的轴芯；一个被制成圆筒状的多层体，其是通过将轴芯和一个多层元件卷在一起而形成的，在其中的多层元件中，由耐热金属制成的无纺布和波纹板被叠垛在一起；以及一个耐热壳体，该壳体中装入了多层圆筒体，在其中的多层元件中，波纹板被布置在无纺布表面上，该无纺布在宽度方向上折叠成双层，这样就具有了折叠的形状，波纹板布置在折叠表面之间的部位处。

根据本发明的微粒过滤器的构造是这样的：卷在耐热轴芯上的多层元件形成了所说的多层圆筒体，该多层元件具有分别布置在无纺布一面和无纺布折叠表面之间位置处的波纹板，其中的无纺布在宽度方向上折成两层而形成折叠的形状。因而，只要将该多层元件卷成滚，就能在此阶段形成一端均为非封闭状态的结构。而在其另一端，无纺布上的折皱部分却已基本处于封接状态，其中的折皱部分也就是对应折叠无纺布两相对表面之间边界线的部分。因而，可相应地取消制造封接部分所必须的焊接工作。需要说明的是：折叠的无纺布被卷成滚，从而基本上在封接部分之间的部分就是非封接部分。

所以，只需要在卷成滚的多层元件的一端上执行用于形成封接部分的焊接操作，这样就可有效地提高生产效率。需要说明的是：此处的“折皱”并不仅限于对无纺布进行折叠时形成的明显折纹，该“折皱”的范畴还包括当将无纺布回折时，没有明显的折纹形成时、具有一定宽度的端头部分。

(17)在上述第(16)项技术方案的情况中，该微粒过滤器最好被安装在内燃机排气系统中用作一个净化器，主要用来清除废气中所含的颗粒物质，其还以这样的状态安装到发动机的排气系统中：折叠无纺布的折皱朝向发动机排气系统的下游方向。

在此情形下，如上所述，折皱部分无需进行焊接封接。因而，该折皱部分并不是像普通的无纺布那样，通过焊接的方法将原来单片的相邻无纺布连接成一体而制成的。因而，即使由于排气热量而产生了压力波动、且排气脉冲作用到了折皱部分上，该折皱部分也不会开裂。这样，就可以防止PM净化率显著降低。

(18)在第(17)项技术方案的情况中，通过在多层元件的一端上、在径向方向上交替地形成封接部分和开口的非封接部分来形成一端封闭、而另一端开口的袋状叠层部分，其中的封接部分将相邻无纺布的前缘封接起来。

(19)在上述第(1)到第(18)项技术方案的任一情况中，该微粒过滤器最好是安装到内燃机的排气系统中，其用作一个净化器，主要用来清除废气中所含的颗粒物质，且在此情况中，在一个较窄的流道的下游端制出了一个可允许废气通过的绕流孔，其中较窄的流道是指比该微粒过滤器中、流通废气的其它流道都要窄的一条流道。

此处，“微粒过滤器中、流通废气的流道”不仅包括多层圆筒体中由无纺布包围的孔隙，还包括在多层圆筒体和耐热壳体之间形成的最外面的孔隙。其中多层圆筒体中的孔隙也就是在一端封闭、另一端开口的袋状叠层部分中的孔隙。位于最外面的孔隙通常要比多层圆筒体中由无纺布围成的孔隙要窄。这是因为如果在多层圆筒体的内表面和耐热壳体外表面之间的形成的孔隙很大的话，多层圆筒体就很容易由于振动而撞到耐热壳体上，上述的技术方案就是为了防止这样的冲撞。另外，如果采用这样的结构，多层圆筒体的容积还可以被制得尽可能地大，PM清除区被加大，使得对PMs进行清除时的排气阻力减小。

流体首先是流到一个宽阔的区域，然后才会流向狭窄的区域。也就是说，对于废气流过微粒过滤器的情况，废气是不会流过狭窄流道的，除非在这样的状态下：开始时，灰分和PMs就在宽阔流道中形成了堵塞，使得废气不能再从该宽阔流道中流过。因而，如果设置了绕流孔，则即使发生了堵塞，废气也可以经该绕流孔直接流动，这样就不会导致微粒过滤器的损坏，其中：废气可经所说的绕流孔直接流到用于通流废气的狭窄流道的下游侧。

但是，会产生这样的问题：由于主流道变窄，即使在流过的废气流量很小的情况下，废气也只是从所说的窄流道中流过。因而，在废气开始从绕流孔通过之前，对微粒过滤器进行循环翻新是很重要的。

(20)在第(19)项技术方案的情况中，所说窄流道最好用多孔材料填塞，其中的多孔材料的最大孔隙比也能满足将颗粒物质过滤掉的要求。

采用这样的设计，废气可容易地流过窄流道，且除此之外，还至少可以过滤掉PMs。

(21)根据本发明的一种微粒过滤器，其包括一个由耐热金属制成的轴芯；一个被制成锥台状的多层体，其是通过将轴芯和一个多层元件卷在一起而形成的，其中的多层元件是由耐热金属制成的无纺布和波纹板叠垛在一起形成的；以及一个锥台状的耐热壳体，该壳体中装入了多层体。

其中的耐热壳体一般被布置在内燃机排气管中，因而其外部构造要采用圆筒形的。但由于采用了这样的构造，在将多层圆筒体插入到圆柱形的耐热壳体中时是困难的。但根据本发明的微粒过滤器中的多层元件采用了锥台的形状，因而该多层元件的前缘不易与耐热壳体接触。这样的好处是多层体易于插入到耐热壳体中。

(22)在第(21)项技术方案的情况中，锥台形多层体的两端是由在径向方向上交替布置的封接部分与开口的非封接部分构成的，其中的封接部分用来密封相邻无纺布的前缘。用这样的封接部分和非封接部分就形成了一个袋状的叠层部分，其一端封闭、而另一端开口，其倾斜的壁面从封闭端向开口端扩开，形成了扇面的形状，且与叠层部分中倾斜壁的扇形构造对应，所设置的波纹板也呈现扇面形状。

在另一方面，在该微粒过滤器被用来过滤PMs的情况下，如果多层体采用了圆筒的形状，则相对而言，PMs在袋状叠层部分中趋于聚集在废气流动方向的下游侧，这样在该部位就容易发生无纺布的阻塞。因而，如果在袋状叠层部分中、该易于发生阻塞的部位处的应力有了不寻常的增加，就会在该袋状叠层部分的后缘处产生超过结构刚度的应力，导致该后缘发生诸如开裂等形式的损坏。

但在根据本发明的微粒过滤器中，袋状叠层部分后缘要被其前缘更大(宽阔)，因而具有更大的刚性。这样，袋状叠层部分下游端的刚度得以加大。因为这个原因，即使当在下游端过滤PMs时，袋状叠层部分下游端的压力升高了，但由于该部分确保了高刚性，所以也不存在高压部分发生破裂和损坏的可能性。

此外，该袋状叠层部分具有扇形倾斜壁，这样，以偏斜的方向冲撞到该倾斜壁上的废气流动力被分解出两个分力，其中的一个垂直于袋状叠层部分的厚度方向(垂直分力)；另一个分力平行于袋状叠层部分的壁面(平行分力)。

在另一方面，当多层体采用上述的圆筒形状时，在袋状叠层部分的纵向上进入的废气会冲到袋状叠层部分的后缘上，且PMs是由无纺布逐步过滤掉的。但尤其是在形成袋状叠层部分的无纺布的前缘部分(下游侧)，几乎不清除PMs。

与此相反，根据上述本发明的微粒过滤器设计，袋状叠层部分具有扇状的倾斜壁面，从而使得冲到无纺布前缘上的废气流动力F被分解成垂直分力和平行分力。在垂直分力的作用下，废气流向无纺布上的各个区域。这样，就可能在整个无纺布范围内，实现对PMs过滤的基本均匀化。因而，就可以更高效地防止袋状叠层部分后缘处集中发生阻塞。

如果在袋状叠层部分的某一部位处(例如在袋状叠层部分的后缘处)集中地发生了阻塞，则每次都必须要执行微粒过滤器的循环翻新。但根据本发明的微粒过滤器却能在无纺布的整个范围内基本均匀地过滤PMs，相应地，用来对微粒过滤器执行翻新过程的频度就可减小。

如上所述，用来解决微粒过滤器在PM净化方面故障的方法是通过定期燃烧，这样就可以除去过滤出的PMs，该方法利用废气余热或用电热器等装置进行加热，由此来防止阻塞。因而，可以理解：执行翻新过程的频率降低能降低燃油消耗，有效地减小动力消耗量。

在这一点上，该微粒过滤器要被安装到排气系统中，在此情况中，可采用如下的结构。

(23)在第(22)项技术方案的情况中，微粒过滤器以这样的状态连接到排气系统中：该状态下，锥台形多层体的大径部分位于排气系统的下游侧。采用这样的结构，在最外面的无纺布上由排气压力作用而产生的应力就变成了压应力。与此相反，当其被连接到上游侧时，作用在无纺布上的应力就成为了拉应力。从本发明人进行的实验可以看出：无纺布的抗压强度要大于其抗拉强度，且证明了上述的前一种结构提高了抗排气压力的能力。

(24)在第(2)到第(12)、第(19)、(20)以及第(23)项的技术方案中的任一情况下，最好是将多层具有不同孔隙比的无纺布叠压成一体，而形成一层具有多层结构的无纺布，所说的多层体是由该无纺布与波纹板组成的，且采用了多层结构的无纺布相对于作为多层圆筒体构造元件的袋状叠层部分，其各单层无纺布的孔隙率是这样设计的：从布置在废气进口一侧位置的单层无纺布、向布置在废气出口一侧的无纺布是逐渐减小的。

在本发明的微粒过滤器中，孔隙率不是均匀一致的，而是从废气进入侧的无纺布向废气排出侧的无纺布逐渐减小的。颗粒尺寸相对较大的PM被具有大孔隙率的无纺布过滤掉，而颗粒尺寸较小的PM由小孔隙比的无纺布过滤掉。颗粒尺寸中等的PM由孔隙由中等的无纺布过滤掉。因而，PMs是在整个无纺布上均匀地过滤掉的，而不会聚集在无纺布的某一部分上。

(25)在第(1)到第(24)项技术方案中的任一情况中，无纺布最好是这样制成的：构成该无纺布的金属纤维的线直径被设定在10到50微米之间，且定义为无纺布所含孔隙与其单位体积容量之比的孔隙比被设定为50％到85％区间中的任一数值。

从本发明人进行的实验可以看出：当线直径和孔隙比落入上述区间中时，灰分很难发生沉积，且使得所生成的灰分可渗透到金属纤维中，如果孔隙比要逐步地变化，则该孔隙比最好是被设定在如下的区间中。

(26)在第(24)项技术方案的情况中，孔隙比的逐步变化区间是从80％到60％。

(27)在第(25)项和第(26)项技术方案的情况中，无纺布的厚度最好是在0.2到1.0毫米范围内。

在此情况下，无论无纺布是多层结构还是单层结构，用在多层元件中的无纺布的厚度都在上述的范围中。

(28)在第(2)项到第(24)项、第(18)到第(21)项、以及第(25)项技术方案中任一的情况中，最好是用具有不同孔隙比的两层无纺布叠压成一层具有双层结构的无纺布，多层体是由该无纺布和波纹板组成的，且采用了双层结构的无纺布相对于作为多层圆筒体构造元件的袋状叠层部分，是这样设计的：布置在废气进口一侧的无纺布的孔隙比要大于布置在废气出口一侧的无纺布的孔隙比。

同样，在此情况下，与第(24)项技术方案中的方法相同，其中的PMs可在无纺布的整个范围内均匀地过滤掉，而不会在无纺布的某一部分发生聚集。

(29)在第(28)项技术方案的情况中，布置在废气进气侧和排气侧的无纺布的孔隙比最好分别被设定为80％和60％，本发明人进行的实验证明：如果孔隙比在该范围内，PMs的净化效率很高。

(30)在第(2)到第(12)项、第(18)项到第(20)项、以及第(24)项的技术方案中的任一情况中，无纺布最好是采用整体的分层结构，该结构中的孔隙比是逐步变化的，所说多层体是由该无纺布和波纹板组成的，且无纺布相对于作为多层圆筒体构造元件的袋状叠层部分，是这样设计的：无纺布的孔隙比从废气进口一侧向废气出口一侧逐渐减小。

在此情况下，结构并不是这样的：具有不同孔隙比的多层无纺布被一体层压成一层无纺布，而是孔隙比在同一层无纺布中变化的。这样，其效果并不仅限于上述第(24)项技术方案中所具有的效果，还具有这样的效果：不需要将多层的单层无纺布合并成一层无纺布，相应地可提高生产效率。

(31)在第(30)项技术方案的情况中，孔隙比最好是在80％到60％的区间内逐渐减小。如果孔隙比在该范围内，本发明人的实验表明对PMs的净化效率很高。

(32)在第(1)项到第(31)项技术方案的情况中，其中，在安装了多层体的耐热壳体一端的开口边沿上设置了一个支撑元件，用来在耐热壳体中支撑多层体。

此处，该支撑元件并不是设计成：通过将多层体固定到耐热壳体上来使其不可活动。该支撑元件上采用了这样的设计来解决无纺布的阻塞问题：通过某种方式来震落粘在多层体上的灰分，其中的震动方式例如是通过脉冲产生的振动使多层体振荡。这样，该支撑元件例如可采用如下的设计。

(33)在上述的第(32)项技术方案的情况中，支撑元件最好包括一个压紧件，用来以这样的状态支撑着多层体的外周边缘：其外周边缘夹层在耐热壳体和压紧件自身之间。

(34)在第(1)项到第(33)项技术方案的情况中，微粒过滤器最好是安装在一个废气集流管中。

(35)在第(1)项到第(31)项技术方案的情况中，该微粒过滤器被安装排气管中，且在排气管和多层圆筒体之间设置了隔热空间。形成在排气管和多层圆筒体之间的该隔热空间的尺寸是由排气管内径和耐热壳体外径的差确定的。

在此情况下，该隔热空间用来限制热应力的产生，其中的热应力是在燃烧PMs时，由于多层圆筒体和排气管的热膨胀不同而产生的，其中的多层圆筒体在燃烧时温度升高，而排气管却暴露向外界。另外，多层圆筒体的外周被隔热空间包围着，由此增强了当燃烧PMs时的隔热能力，这样就可高效地燃烧PMs。

(36)在上述的第(35)项技术方案的情况中，多层圆筒体被插入到由耐热金属制成的圆筒元件中，且在圆筒元件和耐热壳体之间形成了一个隔热空间。也就是说，在此情况下，在多层圆筒体和耐热壳体之间、以及耐热壳体和排气管之间都设置了隔热空间。

在圆筒元件和耐热壳体之间的隔热空间的尺寸是由圆筒元件内径和耐热壳体外径之差的大小确定的。这样，最好在圆筒元件和耐热壳体间的隔热空间的下游端形成密封，这样废气就不会直接排入到大气中。

另外，圆筒元件最好是足够厚，以支撑多层圆筒体，而其吸热量要尽可能地小。本发明人进行的实验表明：其厚度最好是在0.2到2毫米之间。

(37)在上述第(36)技术方案的情况中，在隔热空间中插入一个增强元件能更为有效。该增强元件被插入到隔热空间中，由于其能在轴向方向上支撑多层圆筒体，由此提高了多层圆筒体的稳定性，同时还提高了对振动的耐受性。

此外，该增强元件最好是由三维多孔金属元件、丝网元件、金属无纺布、波纹板、长条矩形金属片、以及冲孔金属构成的，且这些材料的材料剩余率均为30％或更少，从而不损害隔热空间的隔热性能。

此外，通过均衡了增强材料、圆筒元件、和多层圆筒体的单位体积吸热量，可以进一步地限制抑制热应力的产生，并提高耐久性。

(38)在上述第(1)项到第(37)项技术方案的情况中，多层体最好是通过将无纺布和波纹板接合起来制成的，其中的无纺布和波纹板都作为其构造元件。也就是说，最好是将长条的矩形多层元件在轴芯上卷成滚，其中的多层元件是由波纹板和无纺布组成的，之后通过将波纹板和无纺布间的接触部分接合起来就可以制成该多层元件。

通过将接触部分接合起来就可以防止在轴向方向上的搓移。此外，也不易于发生搓移，因而就可以防止多层圆筒体的刚性降低。相应地，在多层圆筒体上就即不会出现开裂，也不会发生损坏。

(39)在第(38)项技术方案的情况中，无纺布和波纹板是用弥散连接的方法连接起来的。

此处，“弥散连接”是指要进行连接的两层金属—即无纺布和波纹板被叠压在一起，并在加压状态下加热到合适的温度固定起来，这样来进行的接合。当通过这种弥散连接的方法来进行接合时，如果波纹板和无纺布的原料质基本是相同的，则这些材料可通过弥散现象而混匀在一起。使得由于波纹板和无纺布之间热膨胀差异而造成的应力降低，因而可提高耐久性。

(40)在第(5)项技术方案的情况中，所说的支臂部分最好是这样形成的：当所说连接元件被连接到耐热壳体一端部的开口上时，该支臂部分面对由多层圆筒体的多层元件构成的部分。

当排放废气时，轴向压力不仅作用在作为多层圆筒体结构元件之一的轴芯上，还作用到多层圆筒体的无纺布和波纹板上，使得无纺布或波纹板有可能顶出到耐热壳体之外。可通过采用这样的结构来防止无纺布和/或波纹板的轴向搓移：诸如多层圆筒体上多层元件部件(即无纺布和/或波纹板)等的元件面向支臂部分(并由其支撑)。

波纹板的轴向长度一般要小于无纺布。因而，当波纹板由支臂部分支撑时，支臂部分需要采用某种形式，以使得波纹板可与该支臂接触。通过将波纹板支撑在支臂部分上，使得波纹板不能向排气一侧滑动。这样，不存在无纺布未进行支撑的部分。因而就可以防止多层圆筒体的刚度降低。

另外，增加了无纺布和/或波纹板受支撑部位的个数，这样在轴向方向上产生的应力就可以被分散掉，微粒过滤器的耐久性就获得了提高。

(41)在第(1)项技术方案的情况中，用来使相邻无纺布的前缘密封的封接部分与非封接部分最好是在多层元件的两端上、在径向方向上交替设置的。且无纺布和波纹板以这样的状态固接：波纹板的一个轴向端部被夹层在形成封接部分的无纺布之间。

在此情况下，如果无纺布和波纹板是通过焊接等方法固接成这样的状态：波纹板的轴向端部被夹在形成封接部分的无纺布之间，则作用在无纺布上的多层体轴向应力可由波纹板承受。因而，可提高多层圆筒体的刚度，还可以防止多层圆筒体受排气压力的作用而向下游方向搓移而顶出。此外，波纹板承受了由排气压力产生的、并作用到无纺布上的应力，因而可避免在下游侧的封接部分的焊接处开焊。

(42)在第(1)项到第(41)项技术方案的情况中，轴芯最好具有一个接合部分，其是通过焊接到无纺布上而进行局部固定，且在该接合部分上，轴芯单位面积上的金属量与无纺布单位体积内的金属量基本相同。

采用这样的设计，轴芯接合部分的热膨胀系数与无纺布上和该接合部分相接触部分的热膨胀系数相同。甚至在轴芯的接合部分、以及无纺布上与该接合部分相接触部分承受废气的热量、并发生变形的情况下，这些变形量的变形是相同的。因而，就可以抑制在该接合部分处产生热应力，并提高接合部分的耐久性—更重要的是，可提高微粒过滤器的耐久性。

为了实现上述的要求，如果轴芯的厚度是很大的，微粒过滤器的尺寸也会加大。反过来，如果厚度太薄，轴芯的刚度就会降低，所以，轴芯的厚度最好是在0.1到0.3毫米之间。

附图简要描述

图1中局部剖开的轴测视图表示了根据本发明第一实施例的微粒过滤器；

图2的放大视图表示了主要部分，其中某些部分作了改动；

图3的正视图表示了根据本发明的环圈元件；

图4的侧视图表示了图3中所示的环圈元件；

图5的正视图表示了本发明的另一种环圈元件；

图6是图5所示环圈元件的侧视图；

图7是本发明第一实施例的微粒过滤器的改型例，图中表示的是从微粒过滤器上去掉环圈元件后的状态；

图8的局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第二实施例的微粒过滤器；

图9是图8的垂直剖面图；

图10中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第三实施例的微粒过滤器；

图11的放大视图表示了对图10中某些部分的改型；

图12中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第四实施例的微粒过滤器；

图13的放大视图表示了图12中的主要部分；

图14的视图表示了用扫描电镜(SEM)对本发明无纺布在沉积了颗粒物质前的成像状态；

图15是图14的局部放大视图；

图16的视图表示了灰分渗透到根据本发明的无纺布中时的状态；

图17的视图表示了用扫描电镜(SEM)对对比实例1中的无纺布发生颗粒物质沉积前的成像；

图18是图17的局部放大视图；

图19的示意图表示了烟灰和灰分等PMs沉积到对比实例1中的无纺布上的状态；

图20中用扫描电镜拍摄的的照片表示了对比实例1中的无纺布在沉积前的状态；

图21的放大视图表示了灰分沉积到根据本发明的无纺布上的状态，该状态是用SEM拍摄的；

图22的图表表示了一个对照表，该表格是关于对比实例1中的无纺布和根据本发明的无纺布(采取了本发明措施)上的沉积量比较；

图23的图表表示了在城市工况和高速工况时的具体运行区间；

图24中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第五实施例的微粒过滤器；

图25的放大视图表示了图24中的主要部分；

图26的图线表示了第五实施例中的微粒过滤器的效果；

图27的示意图表示了无纺布孔隙比的变化情况；

图28中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第六实施例的微粒过滤器；

图29的放大视图表示了构成锥台形多层体的无纺布的主要部分；

图30中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第七实施例的微粒过滤器；

图31的放大视图表示了图30中主要部分；

图32中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第八实施例的微粒过滤器；

图33中局部剖去的轴测视图表示了根据本发明第九实施例的微粒过滤器；

图34的放大视图表示了图33中主要部分。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。

[第一实施例]

下面将参照图1到图7对本发明的一个实施例进行详细的描述。

图1是一个局部剖去的轴测视图，图中表示了一个微粒过滤器1。

该微粒过滤器1被安装在诸如柴油机的排气系统中，其归类为一个主要用来过滤PM的净化器，其中的PM典型物质是黑烟，黑烟构成了废气中所含有的颗粒物质。

其基本结构是一个具有过滤功能的多层圆筒体3和一个两端的开口的金属壳体5，多层圆筒体插入到该壳体中，其中的壳体具有耐热性能，且两元件的适当部位被焊接在一起，而形成一个整合体(在附图中部分结构已被剖去)。

这样，在根据第一实施例的微粒过滤器1中，如所公知的那样，该多层圆筒体3是由一由耐热金属制成的长条无纺布11和波纹板13a、13b组成的，其中的两块波纹板也都是由耐热金属制成的，波纹板的宽度略小于无纺布，且其垂直截面为波纹面。该多层圆筒体的构造是这样的：使得无纺布11和波纹板13a、13b在相同的方向上叠垛成一个长条多层元件(图中未示出)，且该长条多层元件被卷到一个由耐热金属制成的圆筒形轴芯7上。此外，该长条多层元件是这样卷在轴芯7上的：使得当多层圆筒体3形成时，无纺布11是多层圆筒体3的外周表面。

此外，该微粒过滤器1包括一个连接元件，其固定到金属壳体5一端的开孔上，以将金属壳体5和轴芯7固接起来。需要说明的是；在本说明书中，为了解释上的便利，一个环形的元件9被称为环圈元件9。

对于多层圆筒体3的形成而言，开始时，根据本发明的长条多层元件在卷到轴芯7上之前，先由无纺布11和波纹板13a、13b制出，其中无纺布11被折成双折的长条状，而波纹板13a、13b都布置在双折无纺布的一个表面11a上，并层压、焊接，其中的表面11a在两叠层表面11b之间的区域中。应当说明的是：为了便于描述，波纹板13a、13b被统称为波纹板13。

该多层圆筒体最好是通过将作为其结构元件的无纺布11和波纹板13相互接合起来而制成的。也就是说，由无纺布11和波纹板13组成的长条多层元件被卷在轴芯7上，之后再将无纺布11和波纹板13之间的接触部位接合起来，这样就形成了多层圆筒体3。

然后，该长条多层元件被卷到轴芯7上。这时，当从一端对卷在轴芯7上的该长条多层元件进行观察时，可以看到：无须通过焊接，封接部分17与可看到波纹板13的非封接部分19是处于交替的多层螺旋状态，在此状态中，位于无纺布11层中间的波纹板13被无纺布封闭而不可见。

这时，其中的一个叠层具有一个由无纺布包围的空间区域—即一个一端开口、另一端封闭的空间，在其中的这一层，通过事先将无纺布折成双折而形成了一个封接部分17—即L1部分，该L1部分可被定义为一个袋状的叠层部分(该部分在下文中将称为“袋状叠层部分”)，在该叠层部分的空间中容纳了波纹板13。在另一方面，在该袋状叠层部分L1相邻的两侧，有两个袋状叠层部分L2，对于这两个叠层部分，它们中的空间尽管也是被无纺布包围了，但它们的两端都是开口的，并在其中容纳了波纹板13(但是在图1和图2所示的状态中，由于该多层圆筒体3已被插入到了金属壳体5之中了，两袋状叠层部分L2的一端通过焊接而封闭了)。

需要说明的是：袋状叠层部分L1、L2是螺旋多层的，层数取决于长条多层元件的长度。

这样，在不进行焊接时，在多层圆筒体3轴向方向的两端上就分别形成了封接部分17和非封接部分19，且这样的构造完全是由于上述那样、无纺布以双折的形式进行卷缠而形成的。但最靠近轴芯7的袋状叠层部分L1′是一个这样的部分：其是通过将无纺布11的一端17a焊接到轴芯7上而形成的(应当注意，为了便于解释，该袋状叠层部分L1′中的波纹板也用与袋状叠层部分L1中的波纹板相同，用相同的标号13b指代，此外，为便于解释，无纺布在轴芯7上的焊接部分用数字标号15指代)。

此外，轴芯7接合部分15单位体积内的金属量要绝对等于或基本等于无纺布11的单位体积内的金属量(需要说明的是“金属量基本等于”意味着差异不对下文技术效果造成任何影响)。

采用这样的设计，接合部分15的热膨胀系数就与无纺布11上端头17a处的热膨胀系数相同，端头17a作为其与接合部分15相接触的部位。甚至在这样的情况下：通过接合部分15而接触在一起的接合部分15与无纺布11的一端头17a受到废气的加热而变形时，接合部分15和一端头17a也能产生相同程度的变形。这样，就可以抑制接合部分产生热应力，从而就可以提高接合部分15—更重要的是微粒过滤器的耐久性。

为了满足上述的要求，如果轴芯7的厚度是很大的，微粒过滤器的尺寸就会加大。反过来，如果厚度太薄，轴芯7的刚度就会降低，所以，轴芯的厚度最好是在0.1到0.3毫米之间。

因而，在此阶段上—即只是通过将长条多层元件卷在轴芯7上而制成多层圆筒体3的阶段，在该阶段上，其还没有装入到金属壳体7中，这样就处于这样的状态：在多层圆筒体3的另一端上没有任何的封接部分。

但是，如现有技术中那样，还需要在该另一端上制出封接部分17和非封接部分19。因而，在该另一端上也交替地制出封接部分17和非封接部分19。在另一端上的封接部分17是用焊接的方法实现的(参见图1和图2)。

这时，如现有技术中的情形那样，对于其一端密封的袋状叠层部分L1，其另一端却没有进行密封。而对于其一端没有进行密封的袋状叠层部分L2，如上所述，在其另一端由焊接进行了密封。

另外，构成无纺布11的耐热金属纤维、以及构成波纹板13的耐热金属可采用诸如铁-铬-铝、镍-铬-铝等合金。连接无纺布11和波纹板13的方法还可以采用除焊接之外的钎焊、弥散连接等方法。

在用钎焊进行连接的情况下，其中的钎焊材料最好是用具有耐热性能的镍基材料。

所说的弥散连接是指两种金属(即无纺布和波纹板)被垛叠在一起，并进行加压，处于受压状态下的这两件金属被加热到适当的温度，从而就能接合起来。在用上述的弥散连接方法进行接合的条件下，如果无纺布的原材料与波纹板的原材料基本相同，则这两种材料就可通过弥散现象均匀地混接起来，且减弱了由于无纺布和波纹板热膨胀性能的不同而产生的热应力，这样就可以提高耐久性。

在用弥散连接方法进行接合的情况下，如果无纺布11和波纹板13的材质是相同的，就可以确保接合部分的耐热性。

另外，可通过弥散现象将材料融接的方法来进一步提高耐热性能。需要说明的是，可以在焊接或钎焊之后执行扩散接合，这样获得的接合部分具有更高的刚性。

扩散接合通常需要在高达1200摄氏度或更高的温度下发生扩散反应，但是，如果通过采用无纺布11和波纹板材料之外的另一种材料作为扩散物质，则就可以加快扩散反应的速度，且可在1000度到1150℃的范围内进行弥散连接。

此外，在发生扩散反应时，通过在无纺布和波纹板13上施加一个压力，可获得更为均一的弥散连接。

具体来讲，在无纺布11和波纹板13被卷成滚的状态下，相比于用来制造无纺布11和波纹板13的金属，覆盖了线材或条带的外周面具有较小的热膨胀系数，其中的线材或条带是由诸如钼、铝镍钴合金、氧化铝等制成的。在此状态下，当在高温下进行扩散反应时，整个多层圆筒体在径向方向上均匀地受压，这样就获得更为均一的扩散接合。

另外，如果无纺布11和波纹板13之间的接触区域在受压时发生了改变，就会使刚性溃散。因而，波纹板的波纹高度被设定在0.7毫米到1.5毫米之间，且波纹板的厚度被设定在0.05到0.2毫米之间，由此实现了更均一的扩散。

此时，如果无纺布11和波纹板13的原料中至少包括铁或镍，且如果连接层所要用的原料至少包括铬、铁-铬系合金或镍-铬系合金，就可以获得更高的耐热性，其中的连接层形成于它们之间的接合部分。

轴芯7具有一个两端开口的孔洞21，且一个隔断壁将该孔洞隔成两段。这样，当微粒过滤器1以这样的方式进行安装时：多层圆筒体3中的折叠无纺布的折皱部分朝向发动机排气系统的下游侧，被隔断壁23隔开的孔洞21的一半形成了一个上游端的孔洞21a，其开口向发动机排气流道的上游端，但其下游端则是封闭的，孔洞21的另一半形成一个开口向发动机排气流道下游侧的下游孔洞21b，其上游端则是封闭的。此处所用的“折皱”一词并不仅限于通过折叠无纺布所形成的明显的折纹，而且包括当回折时，没有折纹产生，但产生的具有一定宽度的端部的端部区域。

此外，轴芯7上的周壁8上制出了两个或多个通孔，经过该通孔，上游侧孔洞21a可通向贴轴芯7的多层元件。

再参见图1，图中的通孔25是一个与周壁8正交的孔眼，但也可以如图2所示那样，与周壁倾斜地开孔。在此情况下，如图2所示，通孔25在轴芯7中是从发动机排气流道的上游方向斜向延伸而制出的。通孔25的上游侧开口25a位于上游侧孔洞21a的那一端，而其下游侧开口25b则以这样的状态面朝向无纺布11：该开口25b位于贴轴芯7的多层元件的侧边，确切地说：该开口是在作为多层元件结构元件的无纺布11侧面上。

金属壳体5的构造是这样的：使得该金属壳体的内腔装入了多层圆筒体3时，不会在金属壳体5中形成这样的间隙：当废气流过该微粒过滤器1时，其最大可能尺寸也能使废气是经具有过滤功效的多层圆筒体3流动而不会泄漏到金属壳体5外面。因而，金属壳体5的内径要与多层圆筒体3的外径基本相同。

但事实上，结果却是在多层圆筒体3的外表面和金属壳体5的内表面之间形成了一个空间部分，该空间部分作为微粒过滤器中的一个流道，废气基本上是从该流道进入到多层圆筒体3中的，图中该流道用数字标号26指代(见图1和图2)。

另外，该微粒过滤器1是这样进行连接的：使得其在接头部分2′处被固定到排气管中，其中的接头部分2′位于内燃机各排气管之间，从而被固定在各排气管2之间。这样，在金属壳体5的一端上制出了一个外伸的法兰件27，该法兰件由排气管的接头部分2′固定，这样就将微粒过滤器1固定到了排气管中(见图1)。

如图3和图4所示，该环圈元件9包括一个面向法兰件27的环圈部分29、一个面向多层圆筒体3轴芯7的轴套部分31、以及四个连接环圈部分29和轴套31的支臂33，其中的法兰件27当环圈元件9连接到金属壳体5上时是作为金属壳体5的开口端缘，而支臂33则面向多层圆筒体3中卷在轴芯7上的多层元件部位，但不正对轴芯7。

另外，轴套31上一体地制出了一个装配杆35，其作为一个接合部分，用来将轴套31连接到轴芯7下游端的孔洞21b处，这样就使得装配杆35延伸向轴芯7的上游端。装配杆35的主干长度与下游端孔洞21b的纵向尺寸相同。

从图3可以看出，支臂33例如可采用直线断面形状，或如图5所示那样采用双S型的曲线形状(如图5中双箭头S线所示)。

另外，如果多层圆筒体3的轴芯7的直径被设定成这样的比值：其为多层圆筒体3的直径的15％到27％，本发明人进行的实验表明：这样能使作用在轴芯7上的推顶力降低。

下面，将对该微粒过滤器1的组装过程进行解释。

该微粒过滤器3被插入到金属壳体5中，之后，金属壳体5的内表面被与多层多层圆筒体3的外周表面焊接起来，由此将多层圆筒体固定到金属壳体5中。最后，将环圈元件9的装配杆35装配到轴芯7的下游孔洞21b中，由此将金属壳体5和多层圆筒体3制成一个组合体。

此时，就构成了微粒过滤器1，其中：环圈元件9的环圈部分29面对金属壳体5的法兰件27，且四个支臂33面向多层圆筒体3上除轴芯7之外的其它部分。

需要说明的是：图中用数字标号80指代的是一个形成在排气管2和多层圆筒体3之间的空间。从发动机排出的废气，尽管是经过微粒过滤器1排入到大气中的，但在其通向外界的路径上，会停留在排气管2和多层圆筒体3之间的空间80中，由此使该空间80成为了一个隔热空间。因而，下文将把该空间80叫作隔热空间80。该隔热空间60的下游端被法兰27封住，这样就不会使废气直接排放到大气中。

该隔热空间80的尺寸是由金属壳体5的外径与排气管2的内径的差值决定的。

下面，将对第一实施例中的这样构成的微粒过滤器1的工作过程和效果进行解释。

当该微粒过滤器1被连接到排气管2的接头部分2′上时，在微粒过滤器1中，环圈部分9防止了插入到多层圆筒体3中的轴芯7发生轴向运动。

这时，由于轴套31的装配杆35装配到了多层圆筒体3轴芯7的下游端孔洞21b中，环圈部分9很难脱落，且轴套部分31通过四个支臂33固接到环圈部分29上。因而，当微粒过滤器1被安装到内燃机的排气系统中时，即使存在由于排气脉冲引起的压力作用，而推顶轴芯向下游方向，轴芯在金属壳体5中的运动也被环圈部分9的轴套31和四个支臂33挡住了。因而，并不会发生在中央部位带有轴芯的整个多层圆筒体3从金属壳体5中顶出的情况。因而，该环圈部分9也被称为一个轴芯防动装置。

换言之，当环圈元件9被连接到金属壳体5的一侧开口上时，支臂33的设计是这样的：使得支臂33面向多层圆筒体3中由多层元件构成的部分。因而，当排放废气时，轴向压力就作用在多层圆筒体3的、作为其结构元件的无纺布11、波纹板13、以及轴芯7上，该压力会导致无纺布和/或波纹板13可能从金属壳体5中顶出。

但是，在本发明的结构中，由支臂33面对(支撑着)多层圆筒体3中由多层元件(即无纺布11和/或波纹板13)形成的部分。因而就可以防止无纺布11和/或波纹板13发生轴向搓移。

波纹板13的轴向长度通常要小于无纺布11的长度。因而，如果波纹板要由支臂33进行支撑，支臂33就需要采取一定的构造，以实现与支臂33的接触。通过将波纹板支撑在支臂33上，而使波纹板13不会滑向排气方向，因而就使整个无纺布11获得了支撑。因此，可防止多层圆筒体3的刚度降低。

另外，支撑无纺布11和/或波纹板13的部分增多了，因而可以将轴向方向上的应力散布开，以此来改善微粒过滤器的耐久性。

需要说明的是，下文是对直线支臂33和曲线支臂33的比较。

直线支臂33的长度要比曲线支臂33短，因而与多层圆筒体面对的面积率就小。因而，就可以说直线支臂33对废气的流动阻力相应也小，使得排气阻力降低。相应地，就可以使废气获得平稳的流动，但是，直线支臂却降低了抑制多层圆筒体从金属壳体5中顶出的强度。

对于曲线支臂33，如果支臂33被设计成S型的曲线，用来将环圈部分连接到轴套上的支臂33的长度要大于直线支臂33的长度。因而支臂33与多层圆筒体面对的面积占用率就加大了，导致支臂33对流过多层圆筒体的废气的阻挡作用增加。这样，相应于上述的阻挡加大，排气阻力增加。这将导致排气的流动不平稳。但是，这却能提高抑制多层圆筒体从金属壳体5中顶出的强度。此外，在曲线支臂的情况中，对由于热膨胀而产生的尺寸变化容限要比在直线支臂的情况中大，因而具有更良好的适用性。

因而，直线支臂和曲线支臂33都各具有自己的优点和缺点，但是，无论是采用直线形、还是采用曲线形，用来限制轴芯活动的轴套都是用支臂固定的，使得轴套的刚度提高，且限制多层圆筒体与该轴套正对的中央部位向下游方向顶出到金属壳体5之外的强度提高了。

此外，在微粒过滤器1被安装在发动机排气系统中的情况下，轴芯7具有一个位于上游侧的上游端孔洞21a，其上游端是开口的，而下游端是封闭的，并在该轴芯7的周壁8上制出了一个通孔25。

因此，废气流入到轴芯7的上游侧孔洞21a中。此时，入流的废气流过通孔25，而通入贴轴芯的多层元件中—即最靠近轴芯7的袋状叠层部分中(如图1中的箭头a所示)。相应地，在轴芯7上作用的外力小于作用在轴芯7上将其顶向废气下游侧的压力。因而，就不会出现轴芯7从金属壳体5中顶出的情况。相应地，轴芯7具有上游侧孔洞21a和通孔25，由此可以说：轴芯7被设置了所说的轴芯防动装置。换言之，制在轴芯7上的上游侧孔洞21a和通孔25也可被看作是轴芯防动装置。

因而，如图7所示，即使微粒过滤器1中不设置环圈部分9，也可以说微粒过滤器1具有轴芯防动装置。

包括图7中所示的微粒过滤器，本发明的微粒过滤器1采用了轴芯7，因而，在将长条多层元件的前缘卷到轴芯7上的开始时候，长条多层元件能被卷成这样的状态：将多层元件的前缘进行弯卷所需的弯曲程度要低于在没有轴芯时的情况，对于其中的长条多层元件，其是由无纺布和波纹板叠在一起形成的。

因而，就不易在多层元件的弯卷开始部分(其也就是上述的前缘部分)处产生微裂纹和褶皱，换言之，该部分也就是当用多层元件形成多层圆筒体3时，多层元件上与轴芯周面的相接触部分。因而，可提高多层圆筒体中心部分的耐久性。

此外，在该微粒过滤器1中，即使当多层圆筒体3的中心部分受到由排气脉冲等引起的压力作用，并被推顶向排气的下游侧，也可以通过上述的各种轴芯防动装置来抑制轴芯7的运动。相应地，轴芯7并不会从金属壳体5中突出，这样多层圆筒体就既不会变形，也不会破裂。因而，微粒过滤器1不会损坏。

另外，通过折叠无纺布11形成的折叠部分即为封接部分，而无需进行焊接。因此，该封接部分17的形成并不是如现有技术中实例那样，通过焊接的方法将原来分开的相邻无纺布焊接成一体而实现的，因而，即使由于废气余热和脉冲等原因产生的压力波动作用在封接部分17上，该封接部分也不会开口。因而，就不会出现由于密封破裂而使PM净化率显著降低的情况。

另外，在包括无纺布褶皱部位的各部分处(换句话讲，在折叠无纺布各层中相互正对的表面之间的边界处)也不需要进行焊接密封。因此，可相应地提高生产效率。

此外，上游端孔洞21a最好是尽可能地浅。这是因为：采用这样的设计，进入到孔洞21a的废气量会变小，因而也不易于受到压力作用的影响。

另外，如图2所示，通孔25可以被制成斜孔，其斜开在周壁8上，其从轴芯7的发动机排气流道上游端延伸向下游端。在此情况下，上游端开口25a位于上游侧孔洞21a那一侧，而其下游侧开口25b则面向无纺布11，在此状态下，该开口25b位于贴轴芯7的多层元件的那一侧，确切地讲，其位于作为多层元件结构元件的无纺布的那一侧。因而，从上游的发动机排气系统流向轴芯的废气就可以比该通孔与轴芯7的中心轴线正交的情况更平稳地流过通孔25。

也就是说，废气更易于流过轴芯7的通孔25，而流到由贴轴芯7的多层元件形成的、且最靠近轴芯的袋状叠层部分L1′中，因而相应地，就可以进一步地降低外力，该外力例如是将轴芯7顶向排气下游侧的压力。由于这一原因，可相应地减小轴芯7中的应力。因此，将带有轴芯7的多层圆筒体的中央部分顶向下游侧的压力就被降低了，从而可防止微粒过滤器1发生损坏。

这样，下文是关于现有技术和本发明第一实施例在耐久性和耐热性方面的比较结果。

在现有的结构中，当燃烧PMs时，在多层圆筒体3中，无纺布产生的热应力与温度分布的相对数值为200℃时8N/平方毫米。与此相反，根据本发明的第一实施例，由于具有隔热空间80，热应力为100℃时4N/平方毫米。从第一实施例可以了解到，达到上述数值最好足以防止热量散发到大气中，并可抑制热应力。

另外，隔热空间80使得对热应力的抑制成为了可能，其中的热应力是当燃烧PMs时，由于多层圆筒体3和排气管2的热膨胀不同而引起的，其中的多层圆筒体的温度升高，而排气管却暴露在大气环境中。

另外，由于多层圆筒体3的外周是由隔热空间80包围着，因而就增强了燃烧PMs时的储热能力，由此能以更高的效率对PMs进行燃烧。

另外，波纹板13与无纺布11相接触的部位是接合起来的，由此就可以防止多层圆筒体3的轴向搓移。此外，该搓移也是很难发生的。因而可防止多层圆筒体3的刚性降低。相应地，在多层圆筒体3中既不会发生开裂，也不会发生损坏。

[第二实施例]

下面将参照图8和图9对第二实施例进行描述。

下文是关于第二实施例的微粒过滤器1A与第一实施例中的微粒过滤器1(见图1到图7)区别之处。当该微粒过滤器1A被安装到内燃机的排气系统中时，其装配杆35和环圈元件9被制成单独的元件，且装配杆35的主干长度要略大与轴芯7下游侧孔洞21b的纵向尺寸。这样，装配杆35和轴芯7是由具有不同弹性的单独元件构成的，当装配杆装配到下游侧孔洞21b中时，就由于装配杆35和下游侧孔洞21b的纵向长度不同，而在金属壳体5和环圈元件9之间形成了一个间隙37。在该间隙37中设置了一板状的弹性元件39(例如是由陶瓷纤维构成的垫片)，该弹性元件的平板构造与环圈元件9基本一致。应当注意的是，在图9中，为了表明间隙37的存在，特意将所存在的间隙描述得很显著，但事实上，该间隙要小得多，如图8中所示那样，是不会用眼观察到的。

因而，与第一实施例中的微粒过滤器相同的那些部件将用相同的标号指代，并略去对它们的重复描述。需要说明的是：装配杆35的弹性要高于轴芯7的弹性。

第二实施例中的、这样构造的微粒过滤器1A除了第一实施例中的微粒过滤器1所具有的技术效果之外，还具有如下的技术效果。

例如，如果有周期性的振动传递到微粒过滤器1A，则由于轴芯7的弹性与装配到其中的装配杆35不同，轴芯7更易受到间隙37中振动的影响，其中的周期振动是由外力引起的，即由排气脉冲引发的压力波动造成的振动。

这样，安装着轴芯7的多层圆筒体3也会在金属壳体5中发生振动。这样，如果有灰分沉积在多层圆筒体3的无纺布11上，作为多层圆筒体3结构元件的无纺布阻塞问题就可以通过将灰分震落而解决。因而，就可以从微粒过滤器1A中除去不可燃的灰分。

另外，由于装配杆35在高温条件下发生热膨胀而造成的多层圆筒体应力也可以被释放掉，由此还抑制了多层圆筒体3的结构破坏。

此外，在间隙37中设置了垫片类的板状弹性元件，这样就可以吸收金属壳体5由于振动而撞到环圈元件9上时产生的冲击声响。此外，该板状弹性元件39的材料并不仅限于陶瓷纤维，其可以选择任何适当的材料，且在吸收冲击声响的同时能进一步防止发生阻塞。

[第三实施例]

下面将参照图10和图11对第三实施例进行描述。

第三实施例的微粒过滤器1B与第二实施例中的微粒过滤器1A(见图8和图9)区别之处在于：既没有设置环圈元件9也没有设置相关的弹性元件39；所设置的轴芯7B的构造于上述的轴芯7不同；且位于多层圆筒体一端的密封也是不同的。因而，下面的描述将集中在这些区别点上，而与第二实施例相同的那些部件将用相同的标号指代，并略去对它们的重复描述。

首先，轴芯7B包括一个下游端开口、但上游端封闭的孔洞21B，该孔洞在轴向方向上延伸，且没有任何隔断壁，并穿过轴芯7B的周壁8B制出了一个通孔25B，其连通了孔洞21B和贴轴芯的多层元件。此外，如图10所示，其上游端面40是封闭的，并为平面状。

此外，与第二实施例中的多层圆筒体3端部的封接部分对应的、第三实施例中的多层圆筒体3B端部的封接部分17b并不是通过将无纺布折成双折来形成的。

也就是说，第三实施例中的多层圆筒体3B基本上包括两片或更多偶数片的无纺布11，该圆筒体如同现有技术那样，包括长条多层元件，并具有类似的过滤功效，多层圆筒体还包括与无纺布11片数相同的波纹板13。在每对无纺布11的端部都通过焊接的方法连接起来。

由于结构关系是这样的，所以轴芯7B的外表面上由无纺布11遮盖。

另外，如图10中所示，与通孔25B对应的孔是以直角开在周壁8B上。但如图11所示，通孔25B可以是一个斜开在周壁8B上的斜孔。也就是说，通孔25B是从发动机排气流道的上游侧斜向延伸向下游侧的。该通孔25B的上游侧开口25a位于沿轴芯7B的多层元件的那一侧，确切地说是位于作为多层元件结构元件的无纺布的那一侧，而其下游侧开口25b则位于孔洞21B那一侧。

第三实施例中这样构成的微粒过滤器1B具有基本与第二实施例中的微粒过滤器1A(见图8和图9)相同的技术效果，除了下面这些由与第二实施例的微粒过滤器1A不同的结构所导致的技术效果。

轴芯7B的周壁具有将孔洞21B与沿轴芯的多层元件连通的通孔25B，因而，流入到多层圆筒体3B的废气的一定比例会从轴芯的外侧经通孔25B流到到孔洞21B中(如图10中的箭头所示)。因而，流经多层圆筒体3B的废气量就相应地减少了，这样，相应地，作用在多层圆筒体3B上由多层元件构成部位上的废气压力也就降低了。

因而，在多层圆筒体3下游处的、通过焊接所形成的封接部分17B的焊点就不易脱开。相应地，就不会出现封接部分17B的焊接点开焊的问题。因而，可有效地防止微粒过滤器1B的损坏。

顺便提及，人们可能会产生这样的疑问：经通孔25B进入到轴芯7B通孔21B中的废气会不会未经无纺布完全过滤掉PM就排入到了大气中。但由于卷在轴芯7B上的多层元件也覆盖了通孔25B。因而，当废气流过通孔25B时，其就经过了作为多层圆筒体结构元件3B的无纺布11，因而，就没有必要怀疑废气中所含的PMs经通孔25B、以及轴芯7B的孔洞21B未经过滤地排放到大气中。

此外，如果通孔25B被制成了斜孔，则从多层元件流向轴芯7B的废气就能比通孔25B与轴芯7B轴线成直角的情况更平稳地经通孔25B流入到孔洞21B中。也就是说，能进一步降低多层圆筒体3中由多层元件构成部分所受的废气压力。结果是：可有更大的废气量经通孔25B排入到大气中，因而，就能进一步降低对封接部分17B的要求。相应地，这可以更有效地防止微粒过滤器1B的损坏。

[第四实施例]

下面将参照图12和图13对第四实施例进行描述。

下文是关于第四实施例的微粒过滤器1C与第一实施例中的微粒过滤器1(见图1到图7)区别之处。该实施例中设置了一个绕流孔43，废气经该绕流孔可直接流到一条流道的下游侧，其中的这条流道要比其它使废气穿过微粒过滤器1C中的流道窄，更具体来讲，使废气直接流到一个孔隙26的下游端，该孔隙是在多层圆筒体3的外表面和金属壳体5的内表面之间形成的，且该孔隙26中填塞了多孔材料45，该多孔材料例如为无纺布，其最大孔隙比也可以滤去PMs。因而，与第一实施例中的微粒过滤器1相同的部件将用相同的标号指代，且略去对它们的重复描述。应当注意：也可以不设置多孔材料。

但这样就存在一个问题，可以设想：该狭窄流道尽管由于其窄细而流过的废气量很小，但还是让废气直接进行了排放。因而，重要的是：在废气开始发生从绕流孔流动之前，就应当对微粒过滤器进行翻新。

第四实施例中这样构成的微粒过滤器1A除了第一实施例中微粒过滤器1所具有的技术效果之外，还具有如下的技术效果。

也就是说，上述的作为狭窄流道的孔隙26中塞满了多孔材料45，因而，至少是黑烟等PMs就可以被过滤掉，而不会让废气轻易地直接排出。采用这样的设计：在多层圆筒体3的外表面和金属壳体5内表面之间的孔隙26是比微粒过滤器1C中其它流道细的窄流道，是用来防止多层圆筒体3由于振动而撞击到金属壳体5上，这是因为，如果在多层圆筒体3外表面和金属壳体5内表面之间的孔隙26很大的话，就很容易发生撞击。另外，还因为，在采用这样结构的情况下，多层圆筒体3的体积能尽可能地大，这样就增大了对PMs的过滤区，并降低了过滤Pms时的排气阻力。

(其它)

此外，用于微粒过滤器的无纺布1具有如下的各项数据，且这些指标对上述所有的实施例都是相同的。

下面将参照图14到图16对无纺布11进行描述。

图14和图15为用SEM(扫描电镜)拍摄的照片，表示了无纺布11的表面，图中所示的状态为还未发生灰分沉积时的状态。此外，图15的放大倍数要大于图14的放大倍数。

在该无纺布11中，构成无纺布11的金属纤维60的线直径被设定在10到50微米之间，此外，定义为无纺布11中所含孔隙体积与无纺布单位体积之比的孔隙比被设定在50％到85％之间的任何数值，且其厚度在0.2到1.0毫米之间。

这样，本发明人发现：在采用上述指标的无纺布的情况下，灰分沉积量可显著降低，甚至是在认为是黑烟可燃温度的600℃左右的条件下，而该温度远小于据认为是灰分可燃温度为1000℃的条件。

此外，本发明人找到了灰分和黑烟都不在无纺布11上沉积的原因，并发现灰分和黑烟(图16中的黑点)渗透到无纺布11的纤维中。图中的符号P1和P2代表在将该微粒过滤器安装到发动机排气系统的情况下上游侧压力和下游侧压力，并发现了有这样的关系式P1＞P2。上游侧压力P1大于下游侧压力P2原因可能由于排气脉冲因素的影响。

在图17和图18所示用SEM拍摄的的状态中，与上述的无纺布11相反，无纺布11′(对比实例)未采用上述的指标，并分别与图14和图15对应。

此外，在图19的示意图所示的状态中，以黑烟为代表的PM49和灰分50沉积在无纺布11′上。图19中的箭头指示了废气相对于无纺布11′的流动方向。图中还表示了这样的状态：在对比实例1中，PM49和灰分50以图中的顺序沉积。图中的符号P1和P2所代表的意义与图15相同。

另外，本发明人弄清了如下事实的原因：至少当孔隙比、线直径、和厚度三项指标中的孔隙比和线直径落入上述的范围内，灰分就难于在无纺布上沉积。

该原因将在下文给出。

图20和图21是由SEM拍摄的放大照片，在所示的状态中，分别在无纺布11′和无纺布11上发生了灰分沉积。

参见图20，在图中多条直线51随机延伸的状态中，例如黑烟等的PM49和灰分50就粘附到了无纺布11′的金属纤维上了。

与此相反，图21表示了根据本发明采取了相应措施的无纺布11。可以理解，图21中随意延伸的直线51A表示了例如是黑烟的PM49和灰分粘着到无纺布的金属纤维上。

从图20的对比实例中的无纺布11′与图21中所示的采取了防范措施的无纺布11的对比可以看出：在作为防范措施的无纺布11的进行纤维上沉积了更少的黑烟和灰分。因而，在图21中可清楚地看出金属纤维的原来形状，而与此相反，在图20中，由于沉积了大量的黑烟和灰分，金属纤维的原始形状是不清楚的了。

对比实例1中的无纺布11′与采取了防范措施的无纺布11在黑烟和灰分沉积方面的差异是很明显的，但是，在解释其原因之前，先对灰分等如何沉积到金属纤维上的原理进行解释。

如果废气垂直地撞到金属纤维上，就在金属纤维的两侧交替地产生了旋转方向相反的涡流，从而就发生了所谓的卡曼涡街现象。这时，由于受卡曼涡街效应的影响，金属纤维的后部就会成为极低的低压态，接近于真空。因而，在此后部，灰分和黑烟就不易被吹走，这样就出现了一个易于沉积灰分和黑烟的环境。

随之，灰分和黑烟就逐渐地沉积，并最终连成了桥状，且如果灰分等进一步沉积到该桥体上，金属纤维就会如图20所示那样，失去其原有形状。

但是，在采用图21中所示的、具有上述指标的无纺布11的情况中，很难形成由于灰分等堆积而构成的所谓桥体。另外，如果孔隙比很高，甚至在成形了桥体的条件下，桥体也成为细长的，从而强度很脆弱。因而，灰分等难于沉积。

此外，灰分在金属纤维的表面上是物理沉积，且沉积物的尺寸与金属纤维间的间隙相比是很小的。相应地，当受到强烈的压力作用时(上文的压力P1)，灰分和黑烟就如图16所示那样，渗透到金属纤维之间的间隙中了，因而就不容易如图19那样，发生沉积。其中的强烈压力是由排气上游侧传来的排气脉冲引起的剧烈冲击造成的。

此外，在灰分和黑烟渗透到金属纤维间的间隙的情况下，在发生沉积时，也更难使沉积物变为桥形，因而，排气阻力就变小了。因而，可相应地减低作用在金属纤维上的载荷，这样就使封接部分17B更结实。

此条件下，渗透到无纺布中的黑烟可被加热到600℃左右时发生燃烧，而在此温度条件下不可燃的灰分当受到排气脉冲的冲击力作用时，会从无纺布11的金属纤维间的间隙中脱落出。其中的灰分就其本质而言，为石灰质，因而即使排放到大气中，也不会产生什么问题。

本发明人经过不懈的努力，首次弄清了这样的现象：当将采用了防范措施的无纺布11的微粒过滤器用在发动机排气系统中时，灰分等不会沉积到金属纤维上，而是渗透到金属纤维之间。

根据本发明的、采用了上述研究结果基础上的无纺布11的微粒过滤器能更高效地防止多层圆筒体发生堵塞。

此外，图22中的表格了对比实例1与具有上述指标的无纺布的对比，表中表示了灰分等在各个无纺布上的沉积率。从表格可以看出，对于同样的发动机，在城市工况和高速工况条件下，改进类型的无纺布上的沉积率都要约低20％。

图23中的示图具体化了城市工况和高速工况时的运行区间。图23直观地显示了当在城市工况时，发动机扭矩在0到70Nm之间，转速在零到2000rpm之间。而在高速工况时，扭矩在0到140Nm之间，转速在1600rpm到2000rpm之间。

[第五实施例]

下面将参照图24和图25对第五实施例进行描述。

第五实施例的微粒过滤器1D与第三实施例中的微粒过滤器1B(见图10和图11)的区别之处在于：由多层具有不同孔隙比的无纺布11叠压成一体，而形成一具有多层结构的无纺布单层11A。这样，多层体3B是由该无纺布11A和波纹板13组成的。相对于作为多层体3B的结构部分的袋状叠层部分L2，多层结构的无纺布是这样构成的：各单层无纺布11的孔隙比从布置在废气进入侧的那一层、到布置在废气排出侧的那一层，是依次逐渐地减小的。也就是说，该无纺布11A采用了复合多层结构，在结构中，孔隙比是逐渐变化的。这样，孔隙比的逐步变化是在80％到60％的范围内。

但根据第五实施例，是用两层具有不同孔隙比的无纺布11合并成一片双层结构的无纺布11A。多层体3B是由无纺布11A和波纹板13构成的。相对于作为多层体3B结构部分的袋状叠层部分L2，该双层结构的无纺布是这样构成的：布置在废气进入侧的那一单层无纺布11的孔隙比要高于布置在废气排出侧的那一层无纺布。在此情况下，布置在废气进入侧的那一单层无纺布11的孔隙比和布置在废气排出侧的那一层无纺布的孔隙比分别为80％和60％。

因而，与第三实施例中的微粒过滤器1B相同的部件将用相同的符号标识，且略去重复的解释。但为了是区别点更为显著，标记符号集中标记在不同的部件上，而其它相同的部件则尽可能地少标，以满足要求为准。此外，基于同样的宗旨，下文对第六和第七实施例的描述也采用这样的方式：只对最少的部件做必须的标记。

第五实施例中这样构造的微粒过滤器1D除了第三实施例中的微粒过滤器1B所具有的技术效果之外，还具有如下的技术效果。在该微粒过滤器1D中，两层或多层无纺布(每层均为单层结构)被叠并成一具有多层结构的无纺布，其中各单层无纺布的孔隙比是在80％到60％的范围内逐步变化的。因而，该微粒过滤器1D能分散地过滤PM，而不是在一点处过滤PMs。

为了更具体地进行描述，安装该微粒过滤器1D的设计，无纺布11A的孔隙比并不是固定的，而是从排气进入侧向废气排出侧逐渐减小的。因而，颗粒尺寸相对较大的PM是被孔隙比较大的无纺布11过滤掉的，而颗粒较小的PM则可透过孔隙比大的无纺布11，但却不能滤过孔隙比小的无纺布。此时，颗粒中等的PM也不能被孔隙比大的无纺布11过滤掉，而是被孔隙比中等的无纺布11过滤掉的。相应地，PM是对应于其颗粒尺寸分布，被分散地过滤掉的。因而，就不会发生PM集中在无纺布的某一区域进行过滤的现象，使得桥体很难形成。因而，采用了这种构造无纺布的微粒过滤器应用到排气管2中之后，还可以降低压力损失。

图26的图线表示了第五实施例所产生的效果。

在图26中，纵坐标代表压力损失，横坐标代表时间。另外，参见图26，实线I代表了第五实施例中的微粒过滤器1D被安装到发动机排气系统中时，压力损失随时间的变化，而图中的点划线II表示了现有的微粒过滤器被安装到发动机排气系统中时压力损失随时间的变化。图中的虚线代表了这两个微粒过滤器在起始状态时的压力损失值，而双点划线代表的数值是判断是否需要执行翻新过程的翻新过程执行判断线。其意味着：当图线I和II到达该翻新过程执行线时，就需要执行翻新过程。

从图26可以看出，由于图线II的斜率大于图线I的斜率，从而经过同样的时间后，第五实施例的压力损失更小，因而需要执行翻新过程的频度就降低了。

另外，图线II表示：只执行一次翻新过程是不能将压力损失水平降低到起始时的程度，因而必须要执行多次翻新过程，或者加大每次翻新过程的执行时间。但与此相反，对于在第五实施例中的微粒过滤器1D，在图线II已经到达要进行翻新过程的时间时，其仍然不需要执行翻新过程。但如果在此刻执行翻新过程，可以理解：只要执行一次翻新过程，就可以简单地将压力损失将降低到起始的状态。此处，假设无论对于微粒过滤器1D和现有的微粒过滤器，每次翻新过程的处理能力都是相同的。

如上所述，翻新过程是利用废气的余热或电热器的热量，通过定期进行燃烧来清除过滤出的PMs，以消除微粒过滤器在净化PM方面的障碍，来防止出现阻塞。因而，执行翻新过程的频度降低能改善燃料消耗，并有效地降低动力消耗量。

在无纺布11A采用双层结构的情况下，颗粒尺寸相对较大的PM是由孔隙比较大的无纺布11过滤的，而颗粒尺寸中等或较小的PMs是由小孔隙比的无纺布11过滤的。

另外，如图27所示，无纺布也可被制成单层结构的无纺布11A′，在该无纺布11中，其孔隙比是从废气进入侧部分向废气排出侧部分逐渐减小。在此情况下，孔隙比的逐渐变化最好被设定成从袋状叠层部分废气进入侧的80％逐渐变到废气排出侧的60％(图中的箭头A指示了孔隙比的变化)。

在此情况下，并不是这样设计的：用多层孔隙比不同的无纺布层合在一起，而形成一层无纺布，而是这样的设计，在一层无纺布中的孔隙比就是变化的。因而很自然，其与采用多层结构的无纺布情况具有基本相同的技术效果，且再不需要将多层无纺布叠垛在一起，因而可提高生产效率。需要说明的是：孔隙比被设定成从袋状叠层部分废气进入侧的80％逐渐变到废气排出侧的60％的设计也适用于其它的实施例。

随便提及，上述给出的孔隙比数值(80％到60％)当然只是一个示例值。简言之，只要数值范围能实现上述第五实施例的效果就可以了。但当孔隙比在80％到60％的区间中时，本发明人进行了实验，并确信其净化PMs的效率是很高的。

[第六实施例]

下面，将参照图28和图29对第六实施例进行描述。

第六实施例中的微粒过滤器1E与第三实施例中的微粒过滤器1B(见图10和图11)的最大区别点在于：多层体被制成一个锥台形。需要说明的是：此处所用的轴芯并不是第三实施例中的轴芯7B，但与第一实施例中的轴芯7(见图1到图7)相同。

因而，用相同的数字标号指代与第三实施例的微粒过滤器1B相同的部件、以及对应于第一实施例的轴芯的轴芯，并略去对它们的重复描述。

第六实施例中的微粒过滤器1E包括由耐热金属制成的轴芯7、一个多层体3E、以及一个金属壳体5，其中的多层体3E采用了锥台状，其构造是用多层元件来包卷轴芯7，在多层元件中，都是由耐热金属制成的无纺布11E和波纹板13E被层叠在一起，多层体3E装入到金属壳体中。然后，在锥台形多层体3E的两端，在径向方向上，交替地制出封接部分17E和开口的非封接部分19E，其中的封接部分是用来封接相邻无纺布11E的前缘。通过制出这些封接部分7E和非封接部分19E，就形成了多个袋状叠层部分L3，每个叠层部分都是一端封口、另一端开口，并包括一个斜面60，其从封口端向开口端形成了一个扇形。在该袋状叠层部分L3中，波纹板13E也布置成扇形。

然后，在锥台形多层体3E的大径部分位于作为排气系统结构元件的排气管2下游侧的状态下，将该微粒过滤器1E装到排气管2中。

接着，下面将解释这种构造的微粒过滤器1E的技术效果。

随便提及，如果象上述的其它实施例那样多层元件是圆筒形状，则当微粒过滤器过滤PM时，PMs就更趋于聚集叠层部分中的废气流动方向下游侧部分(后缘)，导致无纺布易于在此部位发生阻塞。因而，袋状叠层部分中的后缘处易于产生阻塞，如果在该部位的应力就会变大，在该后缘处产生的应力会超过其刚度，导致在后缘部分产生开裂等损坏。

但在根据第六实施例的微粒过滤器1E中，袋状叠层部分L3中的波纹板13的后缘要大于(在宽度方向)其前缘，因而具有更大的刚性。这样，袋状叠层部分L3的下游侧(后缘)就具有高强度。因而，即使当在下游侧过滤PMs时，在袋状叠层部分L3后缘的压力升高，由于确保了该后缘部分的强度提高，随意不可能在后缘部分出现开裂和损坏。

也就是说，如果微粒过滤器1E以这样的状态连接在排气系统中：锥台形多层体3E的大径部分位于排气系统的下游，则由于排气的压力，作用在多层体3E最外层无纺布11E上的应力就变成了压应力。与此相反，如果大径端连接在上游侧，则作用在无纺布11E上的应力就是拉应力。从本发明人进行的实验可以发现：无纺布的抗压强度要大于抗拉强度，因而上述的结构能增强抵抗排气压力的能力。

另外，袋状叠层部分具有扇形的斜面60，因而，如图29所示，斜向冲撞到斜面60上的废气流动力F就被分解成垂直于袋状叠层部分L3厚度方向的分力F1(垂直分力)、以及平行于袋状叠层部分表面的分力(平行分力)F2。

在另一方面，如上所述，如果多层体是圆筒形的，则平行于袋状叠层部分纵向方向流入的废气则主要是撞到袋状叠层部分的后缘上，且PM是由无纺布11逐渐过滤的，但在构成袋状叠层部分的各个部分中，除了无纺布11后缘部分，在其它部分几乎不进行过滤(尤其是上游侧)。

但与此相反，在第六实施例的微粒过滤器1E中，袋状叠层部分L3包括扇形的斜面60，因而撞击到无纺布11E上废气流动力F就被分解成垂直分力F1和平行分力F2，且废气通过垂直分力F1的冲击作用而流过无纺布11E。因而，可在整个无纺布11E范围内，基本均匀地过滤PMs，由此就高效地防止了在袋状叠层部分L3的后缘处产生阻塞。

如果在诸如袋状叠层部分后缘的某一部位集中地发生阻塞，就必须要增加微粒过滤器的翻新过程次数。但如上所述，第六实施例中的微粒过滤器1E能在整个无纺布11E范围内基本均匀地过滤PMs，因而就可以如图26中第五实施例的图线所示，减小对微粒过滤器1E执行翻新过程的频率。

需要说明的是，无纺布11E可这样构成：如第五实施例中的无纺布11A那样，用多层具有不同孔隙比的无纺布11合并成一层具有多层结构的无纺布；还可以如图27所示的单层结构无纺布那样，在该无纺布11中，其孔隙比从废气进入侧向废气排出侧逐渐减小。例如可采用这样的设计：孔隙比的逐渐变化被设定成从废气进入侧的80％变为废气排出侧的60％。

[第七实施例]

下面将参照图30和图31对第七实施例进行描述。

第七实施例的微粒过滤器1F与上述第二实施例的微粒过滤器1A的区别在于：在耐热壳体的一端的开口边缘处设置了一个用来支撑多层体3的支撑元件70，该元件作为板状弹性元件39的替代物。这样，与第二实施例中的微粒过滤器1A的相同的部件将用相同的数字标记，且略去对它们的重复描述。

支撑元件70包括一个用来支撑无纺布11的夹紧件72，其与多层体3的外周边缘对应而位于最外侧，这样就使无纺布11夹层在一个沟槽74和该夹紧件72之间，其中的沟槽74断面为凹面形。

需要说明的是，支撑元件70并不仅限于第七实施例中的示例的那样，设置该元件的目的并不是为了将多层体3不可移动地固定到金属壳体5上，而是为了能通过对多层体3进行振动而震落粘到多层体3上的灰分，以解决无纺布11的阻塞问题，其中的振动是利用脉冲等产生的。因而，很自然：只要能实现上述的技术效果，任何类型的支撑元件都是可以的。

因而，如同第二实施例中的微粒过滤器1A(见图8和图9)的情况，按照第七实施例中这样构成的微粒过滤器1F，当传来排气脉冲产生的压力波动造成振动(其可看作是由外力造成的周期振动)时，带有轴芯7的多层圆筒体3就会在金属壳体5中振动，因而，如果在多层圆筒体3的无纺布11上沉积了灰分，则灰质就会被震落，这样就消除了作为多层圆筒体3中的结构元件的无纺布11的阻塞。这样，就可以从微粒过滤器1F中除去不可燃的灰分。

另外，还可以在上述的其它实施例中应用该支撑元件70。

[第八实施例]

下面将参照凸32对本发明的第八实施例进行描述

第八实施例中的微粒过滤器1G与第三实施例中的微粒过滤器1B的区别之处在于：为了形成一个单独的隔热空间，而不是在金属壳体5的内周侧形成一个隔热空间，多层圆筒体3B被插入到金属壳体5中，且由耐热金属指出的多层元件82被宽松地安装到金属壳体5当中，且在该单独的隔热空间中插入了一个增强元件86。上述的区别之处包括与该单独的隔热空间有关的其它一些部分。

该隔热空间用符号80a指代。另外，该隔热空间80a的下游侧由密封件84封闭，这样废气就不会之间排放到大气中。需要说明的是：密封件84还具有将多层元件82与金属壳体5连接的功能。

因而，下面的讨论将集中在这些区别部件上，且与第三实施例相同的部件将用相同的标号指代，并略去对它们的重复介绍。

该隔热空间的尺寸是由多层圆筒体82的外径和金属壳体5的内径的差值决定的。因而，该微粒过滤器1G的隔热空间为两层结构，包括隔热空间80和80a。也就是说，该微粒过滤器1G既具有形成在多层圆筒体和耐热壳体之间的隔热空间80a，还具有在排气管和耐热壳体之间的隔热空间80。

另外，该圆筒元件82的厚度要足以支撑多层圆筒体3B。同时，还希望其热容量要尽可能地小。且根据本发明人进行的实验，其厚度最好是在0.2毫米到2毫米之间。

下面是关于现有技术和本发明第八实施例在耐久性和耐热性方面的对比结果。对于第一实施例中描述的微粒过滤器，当燃烧PMs时，在多层圆筒体中，无纺布产生的热应力对温度分布的数值为在100℃时4N/mm2，而在第八实施例中，由于采用了双重的隔热空间80和80a，该数值为温差100℃、应力4N/mm2。

因而，只要采用上述的数值，第八实施例在防止向大气发散废热和抑制热应力方面性能更优。

另外，该增强元件86最好是由多孔三维金属元件、线网、金属无纺布、波纹板、长条矩形金属片、或冲孔金属构成的，其中的这些材料上的材料剩余率均为30％或更小，以不破坏隔热空间的隔热性能。

由于在隔热空间80a中插入了增强元件86，在无纺布中产生热应力与温度分布差的数值为50℃、应力2N/mm2，另外，根据振动耐久性实验，在该实验中，在700℃时施加的载荷为50G左右，获得了很优秀的振动耐久性结果：甚至当该载荷被重复加载1亿次后，也未观察到任何损坏。

也就是说，可通过在隔热空间80a中插入增强元件来在轴向方向上支撑多层圆筒体3B，由此增加了多层圆筒体的稳定性，并提高了其抗振动的耐久性。

另外，通过使增强元件86、圆筒元件82和多层圆筒体3B的单位体积热容量相同，而抑制了热应力的产生，因而可进一步提高耐久性。

[第九实施例]

下面将参照图33和图34对第九实施例进行描述

第九实施例的微粒过滤器1H与上述第三实施例的微粒过滤器1B的区别在于：通过将波纹板13的一端14夹在无纺布的端部之间、并在此状态下焊接成一体来形成封接部分17B′。

因而，下面的讨论将只集中在该区别之处，与第三实施例中相同的部件将用相同的数字标记，且略去对它们的重复描述。

也就是说，第三实施例中的封接部分17B只是将相邻的一对无纺布11的端部焊接到一起形成的。而如图34所示，封接部分17B′则是通过将波纹板13的轴向端部夹在无纺布11之间、并在此状态下焊接成一体而形成的。

如果是以这样的方式进行组合，则波纹板13就会承受无纺布11产生的轴向应力，因而，就可以提高多层圆筒体3B的刚性，并防止多层圆筒体在废气压力作用下，搓移向下游方向而顶出。此外，波纹板承受了由排气压力产生而作用在无纺布11上的应力，因而，可防止下游端封接部分的焊接点开焊。需要说明的是：为了便于进行焊接，很自然的，需要将焊接到无纺布11上的轴向端部14制成没有波纹的平板。

顺便提及，被制成平板的轴向端部14可具有多个凹槽(图中未示出)，这些凹槽是在多层元件的卷绕方向上、以适当的间隔事先制出的，且它们在轴向方向上延伸，由此保证了平板形式的轴向端部14不会对波纹板造成妨碍，甚至当波纹板13被卷到轴芯7上的条件下。

另外，波纹板13尽管原来就是带有波纹的，但也制出了凹槽，这样，就具有了这样的优点：可通过所说的挤压，而很容易将波纹板13的轴向端部14压平。

[改型示例]

另外，尽管图中未示出，但在一端开口、另一端封闭的圆筒形金属壳体的一端上制出了多个通孔，且所说多层圆筒体插入到该壳体中，这样就构成了所说的微粒过滤器。当该微粒过滤器被安装到发动机排气流道中时，该微粒过滤器的安装应当是使圆筒壳体的封闭端朝向发动机排气流道的下游方向。

在此情况中，甚至当微粒过滤器的多层圆筒体中心部分受排气脉冲引起的压力推顶向下游侧，且封闭端成为了一个阻挡物，这样就防止了轴芯的运动。因而，多层圆筒体就既不会从圆筒形壳体中突出，也不会发生变形而破裂，并防止了对微粒过滤器的损坏。

另外，其封闭端尽管是封闭的，但还制有多个通孔，因而不会淤阻排气。

需要指出的是：在此情况中，封闭端还作为一个轴芯防动装置。

上述的微粒过滤器可被分类成单个型和组合型，其中的单个型是指在对应于发动机的每个汽缸、在作为排气集流管的排气歧管的每根支管中都设置一个微粒过滤器；而组合型微粒过滤器要比单个型的大，其布置在内燃机排气管2中催化转化器(图中未示出)的上游的邻近位置。而具体要选择那一种类型的微粒过滤器、或决定是否同时使用单个型和组合型微粒过滤器时，要与发动机的排气量相适应、并根据发动机所安装的车辆的类型和应用条件来决定。

需要说明的是：使用单个型微粒过滤器还包括这样的情况：各个微粒过滤器通过一条连接管而相通；以及使微粒过滤器不通过连接管进行互通的情况。同时，在此情况下，该微粒过滤器最好是根据需要适当地使用。

另外，上述各个实施例中举例说明的无纺布和轴芯采用了多种不同的形式，但它们的形式并不仅限于各个实施例中的各种组合，还可以适当地将不同实施例中的无纺布和轴芯组合在一起。

如上所述，根据本发明的微粒过滤器例如具有如下的技术效果：

#该微粒过滤器不会发生损坏；

#可无须燃烧就从微粒过滤器中清除灰分；

#可简化形成无纺布封接部分的焊接工作；

#通过便于将多层体插入到耐热壳体中，而改善其可操作性；

#在诸如黑烟等PMs聚集在微粒过滤器中的条件下，可减少执行翻新过程的次数；

#可提高微粒过滤器的耐久性。

工业应用

如上所述，根据本发明的微粒过滤器被用在例如柴油机的排气系统中，并适于净化废气中的以黑烟为代表的颗粒物质，其中的黑烟被归类为悬浮颗粒物。

Claims (26)

1.一种微粒过滤器，其包括：

一个由耐热金属制成的轴芯；

一个多层体，它是通过将轴芯和一个多层元件卷在一起制成的，在其中的多层元件中，均由耐热金属制成的一层无纺布和一层波纹板被叠层在一起；以及

一个耐热壳体，在该壳体中装入了所说的多层体；和

轴芯防动装置，用来防止轴芯在耐热壳体中轴向串动。

2.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：所说多层体采用了圆筒的形状，其两个侧端是由用来密闭无纺布前缘的相邻的封接部分与非封接部分交替构成的，其中的非封接部分在径向上是开口的；以及，

在形成封接部分和非封接部分之后，就形成了一个袋状的叠层部分，其一端封闭，而另一端开口。

3.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：所说的轴芯防动装置是一个连接元件，用来将耐热壳体与多层体的轴芯固定地连接起来。

4.根据权利要求3所述的微粒过滤器，其特征在于：所说耐热壳体是一个两侧端开口的容器；以及

所说连接元件被安装到该耐热壳体一端的开口上，且该连接元件包括一个环圈部分，其正对耐热壳体一侧端的开口边沿；其还包括一个与多层体的轴芯正对的轴套部分；以及支臂部分，其将环圈部分连接到轴套部分上，并与多层体中除轴芯之外的其它部分正对。

5.根据权利要求4所述的微粒过滤器，其特征在于：所说轴套部分包括一个接合部分，其将轴套部分接合到轴芯上。

6.根据权利要求4所述的微粒过滤器，其特征在于：所说的支臂部分是直线形的。

7.根据权利要求4所述的微粒过滤器，其特征在于：所说支臂部分是曲线形的。

8.根据权利要求5所述的微粒过滤器，其特征在于：所说微粒过滤器被安装在一个内燃机的排气系统中，其用作一个净化器，主要用来清除废气中的颗粒物质；

所说轴芯具有一个孔洞，该孔洞的两侧端是开口的，并具有一个隔断壁，用来将该孔洞隔断成两部分；

当所说微粒过滤器被安装到发动机排气系统中时，该隔断壁将所说孔洞隔成一个上游侧孔洞和一个下游侧孔洞，其中的上游侧孔洞开口向排气系统的上游方向，但排气系统下游方向却是封闭的，下游侧孔洞开口向下游方向，但其上游侧却是封闭的；

所说接合部分作为一个装配杆，装配到下游侧的孔洞中，该装配杆的纵向主干长度被设置成略大于下游侧孔洞的纵向长度；

所说装配杆和轴芯都是由单独的元件构成的，这些单独的元件具有不同的弹性；以及

由于装配杆和下游侧孔洞的纵向尺寸不同，所以当装配杆与下游侧孔洞装配到一起时，在耐热壳体和连接元件之间就形成了间隙。

9.根据权利要求8所述的微粒过滤器，其特征在于：在所说间隙中插置一个片状的弹性元件。

10.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：所述微粒过滤器用于内燃机的排气系统中，并且所说轴芯上制出了一个孔洞，其在轴向上开口向上游侧，并延伸向下游侧；且穿轴芯的周壁制出一个通孔，其将所说孔洞与沿轴芯的多层元件连通；以及

这样就在轴芯上形成了轴芯防动装置。

11.根据权利要求10所述的微粒过滤器，其特征在于：所说通孔是一个斜孔，其在轴芯中是在倾斜的方向上制出的，该倾斜方向是从发动机排气系统的上游侧延伸向排气系统下游侧；以及

通孔上游侧开口位于孔洞的那一侧，而通孔下游侧开口则位于卷绕到轴芯上的多层元件的那一侧。

12.根据权利要求1所述的微粒过滤器，

其特征在于：当安装到内燃机的排气系统中时，轴芯上制出了一个孔洞，其开口向轴芯下游方向，并在轴向上延伸向上游方向，并在轴芯的周壁上制出了一个通孔，该通孔将所说孔洞和沿轴芯的多层元件接通。

13.根据权利要求12所述的微粒过滤器，其特征在于：所说通孔是一个斜孔，其是在轴芯中以倾斜的方向上制出的，该倾斜方向是从发动机排气系统的上游侧延伸向发动机排气系统下游侧；以及

通孔上游侧开口被布置在卷绕到轴芯上的多层元件的那一侧，而通孔下游侧开口位于孔洞的那一侧。

14.根据上述权利要求10所述的微粒过滤器，其特征在于：所说轴芯直径与多层体的直径比是在15％到27％之间。

15.根据权利要求1所述的微粒过滤器，

其特征在于：在所说多层元件中，波纹板被布置在无纺布一个表面上，该无纺布在宽度方向上折叠成双层，这样就具有了折叠的形状，波纹板布置在折叠表面之间的部位处。

16.根据权利要求15所述的微粒过滤器，其特征在于：所说微粒过滤器被安装在内燃机排气系统中用作一个净化器，主要用来清除废气中所含的颗粒物质，其还以这样的状态安装到发动机的排气系统中：折叠无纺布的折皱朝向发动机排气系统的下游方向。

17.根据权利要求16所述的微粒过滤器，其特征在于：通过在多层元件的一端上、在径向方向上交替地形成封接部分和开口的非封接部分来形成一端封闭、而另一端开口的袋状叠层部分，其中的封接部分将相邻无纺布的前缘封接起来。

18根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：所说微粒过滤器安装到内燃机的排气系统中，其用作一个净化器，主要用来清除废气中所含的颗粒物质；以及

在一个较窄的流道的下游端制出了一个可允许废气通过的绕流孔，其中较窄的流道是指比该微粒过滤器中、流通废气的其它流道都要窄的一条流道。

19.根据权利要求18所述的微粒过滤器，其特征在于：所说窄流道用多孔材料填塞，其中的多孔材料的孔隙比能将颗粒物质过滤掉。

20.根据权利要求1的微粒过滤器，其特征在于：

多层体被制成锥台状。

21.根据权利要求20所述的微粒过滤器，其特征在于：所说锥台形多层体的两端是由在径向方向上交替布置的封接部分与开口的非封接部分构成的，其中的封接部分用来密封相邻无纺布的前缘；

用所说封接部分和非封接部分就形成了一个袋状的叠层部分，其一端封闭、而另一端开口，其倾斜的壁面从封闭端向开口端扩开，形成了扇面的形状；以及

与叠层部分中的扇形倾斜面对应，所设置的波纹板也呈现扇面形状。

22.根据权利要求21所述的微粒过滤器，其特征在于：所说微粒过滤器以这样的状态连接到排气系统中：该状态下，锥台形多层体的大直径部分位于排气系统的下游侧。

23.根据权利要求4所述的微粒过滤器，其特征在于：所说支臂部分是这样形成的：当所说连接元件被连接到耐热壳体一端部的开口上时，该支臂部分面对由多层体的多层元件构成的部分。

24.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：用来使相邻无纺布的前缘密封的封接部分与开口的非封接部分是在多层元件的两端上在径向方向上交替设置的；以及

无纺布和波纹板以这样的状态固接：波纹板的一个轴向端部被夹层在形成封接部分的无纺布之间。

25.根据权利要求24所述的微粒过滤器，其特征在于：所说波纹板的轴向端部被制成平板形状，并在所说多层元件上沿卷绕方向以适当的间隔制出了多个凹槽，凹槽在轴向方向上延伸。

26.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于：所说轴芯具有一个接合部分，其是通过焊接到无纺布上而进行局部固定的；以及

在所说接合部分上，轴芯单位面积上的金属量与无纺布单位体积内的金属量基本相同。

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