CN1968732A - 柴油机废气过滤器 - Google Patents

Abstract

柴油机废气过滤系统，用于这类系统的陶瓷蜂窝状壁流式废气过滤器，其中所述过滤器包括轴中心化的过滤器部分，该部分与沿该部分向外径向设置的外围过滤器部分相比具有较高的热容量和/或气流阻力，因而过滤器对过滤器再生中的过热现象引起的热损害的耐受性提高。

Description

柴油机废气过滤器

                        发明背景

本发明涉及用于除去柴油机废气流中微粒物质的过滤器，更具体地涉及在柴油机废气系统中遭遇的条件下对热冲击及其它损害的耐受性得到提高的、具有蜂窝状构造的多孔陶瓷柴油机废弃过滤器。

陶瓷蜂窝体微粒过滤器或分离器(traps)已经被证实对于除去柴油机废气的碳烟灰非常有效。这类过滤器一般设计成所谓的壁流式结构，这样，在迫使废气通过那些将过滤器进气道阵列与相邻散布的过滤器出气道的阵列分隔的多孔陶瓷壁时，使烟灰被捕获在蜂窝状过滤器体的多孔通道壁上，而将烟灰从柴油机废气流中分离。可以将壁流式过滤器设计为几乎使烟灰得到完全的过滤，而不明显阻碍废气流。

在按照所述方式使用这种过滤器的正常过程中，一层烟灰聚集在过滤器进气道的表面上。由于该烟灰层的存在而导致的壁渗透性的降低，提高了过滤器上的压降，因而提高了柴油机废气系统中的反压。这导致柴油机运行更剧烈，对柴油机的工作效率造成不利的影响。

这种烟灰引起的压降定期地升高到一个点，到了这个点就必须对过滤器进行再生处理。再生通常涉及将过滤器加热到促使碳烟灰层发生燃烧并通过氧化反应除去。理想地，这种再生操作在受控制的机器操作条件下完成，涉及烟灰沉积物在数分钟的一段时间内缓慢燃烧。在该再生过程中，过滤器中的温度可以从约400-600℃升高到最大值约800-1000℃。

但是，在某些境况中，也会发生所谓的“不受控制的再生”，其中烟灰燃烧是在机器在低废气流和相对富氧条件下空置运行阶段的同时或者就在该阶段之前开始的。在这种情况下，烟灰燃烧的过程中可能产生巨大的温度梯度，远高于1000℃的温度峰值，这可能使过滤器遭到热冲击并出现破裂，甚至会熔化过滤器。

除了捕获碳烟灰外，过滤器还截留住废气携带的金属氧化物“灰粉”颗粒。这些颗粒是不易燃的，因此在再生过程中无法除去。如果不受控制的再生过程中的温度足够高，则所述灰粉会烧结到过滤器上，和/或与过滤器发生反应，使得过滤器局部熔化。

鉴于这些境况，开发能够更好地管理再生循环并提高这些陶瓷废气过滤器对热再生损害的耐受性的过滤器装置和过滤器控制系统，仍然是柴油机废气系统工程学努力的主要焦点。

                        发明内容

本发明提供能够显著提高因不受控制的过滤器再生和其它不利的使用条件而引起的热冲击损害的耐受性的陶瓷壁流式过滤器装置。本发明还提供通过使用此类过滤器装置得以对柴油机废气排放进行控制的改进方法。

本发明的过滤器特别适宜于解决由于沿过滤器直径方向发生的高辐射温度梯度引起的过滤器破裂和其它损害的问题。虽然有些取决于所使用的具体废气系统装置，但是已发现在纵向过滤器轴心上或在轴心附近的过滤器体积内，通常达到明显较高的运行和再生温度，该轴心即为过滤器中与蜂窝状结构的进气道和出气道平行的中心轴。因为过滤器的外围部分通常比过滤器的轴心部分冷却得更好，所以从过滤器中心轴到过滤器外表面的径向温度梯度可能是非常大且成问题的。

依据本发明，可以通过过滤器装置的一个或一组特征来降低这类过滤器内产生的径向温度梯度的幅度。在一种方法中，提高过滤器轴心部分相对于过滤器外围部分的热容量。例如，可通过提高过滤器轴心部分内通道壁的厚度和/或改变该通道壁的组成来实现上述操作。第二种方法是改变过滤器的通道壁，以减少通过过滤器轴心部分的废气流。降低过滤器轴心部分的壁孔隙率或提高壁厚度之类的措施对于此目的是有效的。这些措施的结果是与在类似条件下运行的设计相似的常规过滤器中存在的烟灰量相比，减少了上述轴心部分中可燃烧烟灰的数量，并相应地提高了过滤器外围部分中烟灰的数量。

在过滤器装置中包括这些特征之一或是两个特征都包括，可以明显地降低不受控制的过滤器再生中的温度峰值。另外，不受控制的再生过程中径向温度梯度变小。因此，这些过滤器在正常及不利的运行条件下抵抗热损害如破裂、灰粉烧结和熔化的能力一般更强。

因此，在第一方面，本发明包括一种陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其常规地包含一平行通道阵列，该阵列被与从过滤器的气体进口端到气体出口端的气体流动方向的中心轴平行的多孔通道壁分隔。该通道阵列包括多个在气体出口端封闭的进气道，进气道与多个在气体进口端封闭的出气道被多孔通道壁隔开，使得进入进气道的废气在从过滤器出口排出之前必须先通过通道壁进入出气道，这样气流中存在的烟灰和其它微粒就被捕获在通道壁上或通道壁内。

为了提高热耐久性的需要，将本发明过滤器进气道和出气道中轴心组的通道壁制造得与进气道和出气道中位于轴心组通道附近的外围组的通道壁不同。更特别地，进气道和出气道的轴心组将包括热容量和/或气流阻力比外围通道组内的通道壁更高的通道壁。

在第二个方面，本发明包括利用如上所述的陶瓷壁流式微粒过滤器除去柴油机废气流中的微粒的废气系统。该系统首先包括一个外壳，用于使过滤器与柴油机废气隔开但通过合适长度的废气管道与所述废气总管相连。外壳一般包括整体形成的或永久连接的进口锥体，用于在外壳整个直径上、在过滤器进口端的上方分配进入外壳中的废气流。

安装在外壳内的是如上所述的改进陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，该过滤器被设置为其进口端接近进口锥体，其出口端位于沿废气流流动方向的进口端的下游。因此与从过滤器进口到过滤器出口的过滤器中心轴平行的过滤器的进气道和出气道，将与废气流流过外壳的方向平行。

为了提高废气系统的性能和耐久性，过滤器包括位于过滤器中心轴上或中心轴附近的轴心组的进气道和出气道，它们至少在物理性质上与过滤器的其它进气道和出气道不同。具体而言，轴心组通道的通道壁比相对于过滤器中心轴来说位于轴心组通道外部的外围通道的通道壁的热容量和/或气流耐受性更高。轴心组通道的较高热容量和/或较高气流阻力能够有效地降低与过滤器再生相关的烟灰燃烧过程中产生的过滤器内的热梯度，从而明显提高废气系统的工作寿命。

                        附图说明

在下文中将结合附图进一步描述本发明，其中：

图1和1a示意性地说明了依据本发明提供的废气过滤器和外壳的第一

实施方式，

图2和2a示意性地说明了依据本发明提供的废气过滤器和外壳的另一个实施方式，

图3示意性地说明了依据本发明提供的废气过滤器的又一个实施方式，

图4示意性地说明了依据本发明提供的废气过滤器的再一个实施方式。

                        详细说明

一种在轴心组通道的通道壁内同时得到较高热容量和较高气流阻力的过滤器装置的方法是相对于外围通道组提高轴心通道组的通道壁厚度。壁厚增加可以向过滤器中往往达到比外围过滤器部分更高的再生温度的轴心部分填加材料，由此提高轴向热容量，降低峰值轴向温度。

此外，增加壁厚还可以有提高壁的气流阻力的额外效果，由此使废气流平衡离开轴心通道组向外围通道迁移。这种迁移使得相对于现有技术的过滤器中发生的烟灰燃烧来说，在过滤器轴心部分中积累的烟灰相对减少。而且，结果是沿过滤器轴心部分所达到的峰值再生温度得到降低。

附图中的图1是示意性的说明，不是按真实的比例或按比率尺画的，图1显示了一个用弹性垫11支撑在外壳12中的柴油机过滤器10的截面正视图，外壳通过进口锥体14与废气管道16连接。如图1所示，位于过滤器纵轴10a附近的轴心组通道20包括通道壁20a，通道壁20a的厚度大于位于过滤器10外围附近的外围组通道22的通道壁22a的厚度。

在过滤器10运行的过程中，箭头8所示的包含微粒污染物(例如由运转中的柴油机(未示出)产生的碳微粒)的柴油机废气通过废气管道16被传送到进口锥体14和外壳12中，被锥体14分配到过滤器10的整个面上。然后，进来的气体通过敞开的过滤器进气道如通道24-即通道组20和22中那些上端敞开、下端用通道塞如塞子26封闭的通道-进入过滤器10。

由于受塞子26阻挡，废气被迫通过通道壁20a和22a进入过滤器出气道，即通道组20和22中那些上端被塞住、下端敞开的通道，如通道28。在从这些出气道排出后，经过过滤器的废气随后汇集起来，并如箭头8a所示从外壳12的底部排出。

图1a是过滤器10沿图1中1a-1a线的示意性俯视图，稍微有些放大。图1a中的虚线30表示轴心通道组20和外围通道组22的大致界面。

在图1和1a所示的具体情况中，过滤器10的整个壁结构由常规的多孔陶瓷材料组成。因此，轴心通道组20中的加厚的壁结构的热容量比外围通道组22中的壁结构的热容量高。另外，加厚的通道壁20a与通道壁22a相比，对废气的渗透性差一些，减少了废气流过这些壁以及碳微粒在这些壁上的聚集。因此，通常发生在过滤器轴10a上及其附近的过滤器10的峰值再生温度比通道壁平均厚度相同的现有技术的过滤器要低，因为现有技术的过滤器的所有通道壁具有相同的气体渗透性和热容量。

当然，提高通道壁厚度仅仅是提高轴心通道组的通道壁热容量和/或气流阻力的方法之一；用于调节轴心组通道性质的其它方法也是可以采用的。例如，用于制造过滤器的蜂窝状结构的轴心部分可以用与形成过滤器外围部分的组合物不同的陶瓷组合物形成。因此，用于形成轴心部分的材料可以比用于形成外围部分的材料具有更高的热容量和/或较低的孔隙率。

通道涂层法也可以用于此目的。因此，可以选择性地将涂料施涂到轴新组的进气道和出气道的通道壁表面上，涂料可以由能提高这些表面的热容量和/或降低其气体渗透性的陶瓷材料形成。这类涂料在组成上可与通道壁的组成不同，或者相同。或者，设计用于改变壁渗透性的附加处理可以选择是施加于轴心通道组或是外围通道组，这类处理包括化学处理以提高或降低壁孔隙率和/或热处理以降低这种孔隙率。

从图1和1a的研究中可以明显看出，在本发明的实施方式中，过滤器的通道密度(与过滤器轴垂直的平面内每单位过滤器截面面积中通道的数目)在轴心通道组和外围通道组中完全相同。如果这是设计方面的限制，则如图中所示减少轴心通道组中进气道和出气道的尺寸以提高通道壁的厚度是提高轴心热容量且减少轴心气流的直接方法。

另一种也是基于通道密度均一的过滤器设计的方法涉及使用类似于图1所示的壁加厚型过滤器装置，但是在该方法中，通道壁加厚是选择性的。在这些实施方式中，通过选择性地只减小轴心通道组中出气道的尺寸而总体上保持轴心通道组中进气道的尺寸不变来实现壁的加厚。因此，轴心通道组的平均出气道截面面积总体上小于外围组的平均出气道截面面积。

通常，轴心通道组的平均进气道截面面积基本上与外围通道组的平均进气道截面面积相等。但是，通过相对于轴心通道组中进气道的尺寸提高外围通道组中进气道的尺寸可以实现相同的功能。该方法实现了使外围通道组的壁相对于轴心通道组变薄的目的，相对于轴心过滤器部分的气流和烟灰聚集提高了过滤器中外围部分的气流和微粒烟灰聚集。因此，该流动模式也降低了过滤器再生过程中过滤器内发生的径向温度梯度。

附图中图2和2a包括一种壁流式过滤器的示意性侧视图和部分俯视图，在该壁流式过滤中通过选择性地减少轴心组通道中出气单元的尺寸实现了轴心组进气道和出气道的壁加厚。图2和2a中的元件和元件标记与图1和1a中相应的元件和元件标记相匹配。

从图2a中可以明显看出，位于该过滤器中轴心通道组20内部和外部的进气道24基本上全部具有相同的截面面积。但是，位于轴心通道组30内的出气道26a与位于轴心组外的出气道26相比截面面积减小。正是因为这种截面面积的减小，产生了过滤器的通道壁20a和通道壁20之间在轴心壁厚度上的差异。

在本发明的又一个实施方式中，通过选择性地增加轴心组内过滤器的通道密度而提高轴心组进气道和出气道的热容量。该方法无论是单独使用，还是与上述壁加厚方法或其它热容量控制方法组合使用，都可以提高过滤器轴心部分中的通道壁材料的体积，从而提高过滤器沿过滤器轴的热容量。

附图的图3中说明了该设计形式的过滤器的俯视示意图。如图3所示，大致用界面30圈出的轴心通道组20中的通道密度大于外围通道组22中的通道密度。因此，只要通道组20和22中的通道壁厚度基本相同，轴心通道组的质量、该组的热容量就比外围通道组的质量和热容量高。

下文中将参考本发明的实施例及实施方式对其做进一步描述，这些实施例及实施方式是说明性而非限制性的。

实施例1-壁加厚的过滤器

首先将用于陶瓷蜂窝体的常规可塑化批料与高岭土、滑石和氧化铝配混，这些组分以适用于在干燥和烧制后培育出一种蜂窝体形式的堇青石晶体相的比例提供。该批料还包括甲基纤维素暂时粘合剂、硬脂酸酯润滑剂和水，这些组分的比例足以使该批料具有良好的成塑性质。

将如此提供的批料通过常规设计的钢制蜂窝状模具挤出，其中塑化的混合物通过位于模具进口面上的输送孔阵列被转移到模具中。然后使该批料进入到模具中在模具出料面上敞开的相交排出狭缝中，用于使批料形成相交的蜂窝状壁结构，该结构是作为直径约15厘米(6英寸)、大致为圆柱形的蜂窝状挤出体从排出面挤出的，其中由壁形成的蜂窝状通道或单元与挤出的方向和挤出体的圆柱轴平行。阵列中的狭缝的起始缝宽约为0.3毫米(0.012英寸)，间隔排列，产生通道为正方形的圆柱体蜂窝体，在随后的烧制之后，该蜂窝体在与蜂窝体挤出轴垂直的面内的通道密度为31通道/平方厘米(200通道/平方英寸)。

为了挤出具有本发明的改进壁结构的蜂窝体，该挤出模具的出料狭缝阵列在进行挤出作业之前先进行改进，以提高模具出料面的中心部分中出狭缝的宽度。加宽这些狭缝部分的方法是如美国专利第6570119中所揭示的放电加工(EDM)方法，该专利通过参考结合于此。将包括向外延伸的刀片阵列的EDM电极选择性地作用于模出料面的中心部，以便于仅仅加宽该中心部范围内的狭缝段。出料面的外围部范围中的狭缝不进行加工。经过这样加工的出料空间中心部分中的狭缝的宽度约为0.508毫米(0.020英寸)。

作为该狭缝加宽的自然结果，所有被挤出模具中心部分中加宽的狭缝所形成和划界的所谓“销(pins)”的尺寸减小。这样在通过模具产生的蜂窝状挤出体的截面的中心部分中产生较小的进气道和出气道截面以及加厚的壁结构。

将从如此提供的蜂窝状挤出体上切割下来的各个部分进行干燥、烧制，使各部分转化为堇青石蜂窝体。然后用生产陶瓷壁流式过滤器的常规方法将所选择的蜂窝体部分按照棋盘形图案进行一个隔一个的填塞。常规组成的可流动陶瓷接合剂用来在进入面上填塞过滤器的出气道、在排出面上填塞过滤器的进气道。这样提供的接合剂塞通过干燥和烧制进行固化，并形成成品壁流式过滤器。

计算结果表明，通过改变壁流式过滤器中心部分中通道的尺寸和通道的壁厚度可以明显提高该部分中的热容量和气流阻力。因此，由于壁的加厚，[中心蜂窝体部分][各通道]的热容量被提高了约56％。同时，由于壁的加厚以及进气道和出气道尺寸的减少，通过过滤器中心部分的气流阻力提高了约40％。因此，沿该蜂窝状过滤器的轴的峰值再生温度明显下降。

实施例2-选择性壁加厚的壁流式过滤器

如实施例1中所述，将含有高岭土、滑石、氧化铝、暂时粘合剂、润滑剂和水的用于陶瓷蜂窝体的可塑化批料进行配混。然后将如此提供的批料通过总体上如同实施例1中所述的钢制蜂窝状模具进行挤出，产生适用于转化为壁流式过滤器的圆柱形蜂窝状挤出体。该蜂窝状模具的出料狭缝阵列中的狭缝的外围狭缝宽度也约为0.3毫米(0.012英寸)，间隔排列，产生通道为正方形的圆柱体蜂窝体，在随后的烧制之后，该蜂窝体的通道密度为31通道/平方厘米(200通道/平方英寸)。

为了挤出具有本发明的改进壁结构的蜂窝体，该挤出模具的出料狭缝阵列在挤出之前也先进行选择性的改进，以提高模具出料面的中心部分中排出狭缝的宽度。如实施例1中所述，加宽这些狭缝部分的方法是如美国专利第6570119中所揭示的放电加工(EDM)方法，其中将包括向外延伸的刀片阵列的EDM电极选择性地作用于模出料面的中心部分。

但是，依据本实施例，通过只对诸狭缝所限定的销阵列中的销一个隔一个地进行材料加工而选择性地加宽EDM狭缝，因而只有这些销的尺寸得到减小。阵列中其它的销不进行加工，所以保持它们原始的尺寸。

该加工方法的结果是得到用于产生如附图中图2和2a所示的蜂窝状截面的改进狭缝阵列，其中蜂窝体中心部分中只有一半的通道，例如图2a中的通道26a的截面减小。该加工处理后，模具出料面的中心部分中狭缝段的宽度约为0.508毫米(0.020英寸)。

将从通过该模具产生的蜂窝状挤出体上切割下来的各个部分进行干燥、烧制，使各部分转化为堇青石蜂窝体。然后选择一些蜂窝体部分如实施例1中所述按照棋盘形图案进行一个隔一个的填塞。常规组成的可流动陶瓷接合剂用来在进入面上填塞过滤器的出气道、在排除面上填塞过滤器的进气道。在进入面上被填塞的出气道是所有那些通过上述挤出模具的选择性EDM加工产生的截面得到减小的通道。在填塞处理后，这样提供的接合剂塞通过干燥和烧制进行固化，并形成成品壁流式过滤器。

同样，计算结果表明，通过改变壁流式过滤器中心部分中通道的尺寸和通道的壁厚度可以明显提高该部分中的热容量和气流阻力。因此，由于壁的加厚和出气道尺寸的减小，中心蜂窝体部分的热容量被提高了约56％，通过过滤器中心部分的气流阻力提高了约40％。但是，该设计的一个特别优点是过滤器中心部分中对来自柴油机废气流的微粒物质进行捕获的进气道体的容积没有减少。因此没有造成过滤器微粒储存容量的减小。

实施例3-具有插入式核芯段的壁流式过滤器

如实施例1中所述，将含有高岭土、滑石、氧化铝、暂时粘合剂、润滑剂和水的用于陶瓷蜂窝体的可塑化批料进行配混。然后将如此提供的批料通过总体上如实施例1中所述的钢制蜂窝状模具进行挤出，产生适用于转化为壁流式过滤器的直径约为15厘米(6英寸)的圆柱形蜂窝状挤出体。该蜂窝状模具的出料狭缝阵列中的狭缝的宽度约为0.3毫米(0.012英寸)，间隔排列，产生通道为正方形的蜂窝体，在随后的烧制之后，该蜂窝体的通道密度为31通道/平方厘米(200通道/平方英寸)。

将从通过该模具产生的蜂窝状挤出体上切割下来的各个部分进行干燥、烧制，使各部分转化为具有均一通道壁厚度和通道截面的堇青石蜂窝体。接着，在各个经过烧制的蜂窝体上钻孔，形成直径约为5厘米(2英寸)、形状和位置接近于附图3中虚线30界定的中心蜂窝体部分的圆柱形核芯段，从而产生在圆柱体轴上有大的圆柱形开孔的圆柱形蜂窝体。

为了用这些钻了孔的蜂窝体形状之一提供一个复合陶瓷蜂窝体，将尺寸和形状上与所述圆柱形开口相对应的圆柱形蜂窝体部插入到钻了孔的形状体中，并用可加热固定的陶瓷接合剂粘结就绪。为此目的所选择的圆柱形蜂窝状部分的通道密度约为31通道/平方厘米(200通道/平方英寸)，通道壁厚度约为0.4毫米(0.016英寸)。它由碳化硅形成，这是一种非氧化物陶瓷材料，这种材料在600℃至1100℃之间的体相热容量约为1.96焦/立方厘米/℃，该热容量比报导的多晶堇青石的热容量约高24％。如美国专利第5914187号中所述的一种由硅酸铝纤维、粉末状的碳化硅、硅溶胶、甲基纤维素暂时粘合剂和水组成的顺应性(compliant)可热固的陶瓷接合剂适用于此目的。

在碳化硅核芯段粘结后，如实施例1中所述将复合蜂窝体按照棋盘图案进行填塞，在进入面上填塞过滤器的出气道、在排出面上填塞过滤器的进气道。常规组成的可流动陶瓷接合剂适用于此目的。

在填塞接合剂干燥和固定后，得到一种复合壁流式过滤器，其中经过粘结的过滤器核芯段的轴心组的进气道和出气道的热容量比围绕着该核芯段的外围组进气道和出气道的热容量高得多。因此，与仅由堇青石组成的整体式过滤器相比，该复合过滤器在再生循环过程中沿过滤器轴的峰值温度明显下降。因此，该复合过滤器可以经受多次过滤器再生而不出现破裂。

尽管如上述实施例3所述的复合过滤器可以表现出可接受的热耐久性，但是核芯和外围的陶瓷材料之间明显不同的热膨胀性质使两个过滤器段之间的顺应性粘结接头处产生明显的张力。因此，该接头仍然是导致过滤器故障的潜在因素。以下实施例4中描述了另一种解决了此问题的复合过滤器。

实施例4-复合过滤器装置

选择如实施例3所述的经过烧制和钻孔的堇青石陶瓷蜂窝状形状体用于进一步处理。向该形状体的中心开口中插入与该中心开口在尺寸和形状上相匹配的圆柱形堇青石蜂窝状核芯元件。选择用于此插入操作的堇青石核芯段的通道壁厚度与钻了孔的蜂窝状形状体的通道壁厚度接近，但是具有更高的蜂窝体截面的通道密度，约为46.5通道/平方厘米(约为300通道/平方英寸)。

用与在上述实施例1-3中用于填塞通道的接合剂组合物匹配的常规组成的可流动陶瓷接合剂将所述核芯段粘结就绪。其后，经过粘结且钻了孔的形状体和蜂窝体核芯的进气道和出气道按照上述实施例1中所述的棋盘形图案进行填塞。

如此样实施的陶瓷接合剂的干燥和固定产生出完全由堇青石组成的复合壁流式过滤器。但是，陶瓷核心元件由于其通道密度较高而具有较高的体密度。因此，核芯段的热容量比钻了孔的过滤器外围的热容量大约高20％，而该核芯段由于其通道尺寸减小而表现出气流阻力的提高(压降提高了约5％)。虽然区别并不大，但是热容量和气流阻力方面的这一差值足以显著降低复合蜂窝体中再生破裂的发生率。而且，因为堇青石核芯段与外围堇青石蜂窝体的热膨胀性质基本匹配，所以能够完全避免复合结构中膨胀不匹配方面的问题。

尽管前述的实施例说明了包含着过滤器性质从核芯到外围的的阶跃变化的过滤器设计，但是，显而易见的是，性质上多个阶跃变化，或者甚至是非常平滑的渐变也会有效地提高这类蜂窝体中核芯部分相对于外围部分的平均热容量或气流阻力。例如，通过使壁厚度随着从中心到外部之间的距离成线性地变化，而将过滤器设计为从中心通道到外部通道具有连续变化的壁性质，例如从中心的0.024英寸变到外围的0.016英寸。

附图中图4示意性地说明了基于壁厚度渐变的过滤器的截面设计。如图4的过滤器截面所示，蜂窝体进气道24和出气道26的壁厚从该蜂窝体截面的外围部分向其中心方向连续增加。因此，该设计中虚线30界定的过滤器中心部分的平均通道壁厚度和热容量比该截面中外围部分的平均壁厚度要高。

更佳地，过滤器的壁厚度的变化可以与不受控制的再生过程中所产生的过滤器温度的变化成正比。如此，过滤器可以在尺寸相同的壁厚均一的测试过滤器中观察到最高不受控制再生温度之处具有最大的壁厚(例如，0.024英寸)，而在观察到的这种温度最低之处具有最小的壁厚(例如，0.016英寸)。所有其它壁厚度则在厚度上与在均一过滤器的该特定壁位置处观察到的不受控制再生温度成比例。作为这种设计的一个具体离子，如果在均一过滤器中观察到的最大再生温度是1000℃，观察到的最小温度是600℃，则过滤器中再生温度为800℃的壁将保持为0.020英寸厚，而温度为900℃的壁的厚度将增加到0.022英寸。

同样的概念可以延伸到整个过滤器，事实上适用于过滤器的轴向和径向。而且，对任何具体过滤器设计迭代变化可按以下方式进行：首先在第一代调整了厚度的装置中进行不受控制再生过程，然后在第二代和之后的若干代设计中再对壁厚进行调整，以进一步降低温度梯度和过滤器的总质量。

所有本发明的过滤器装置的另一个共有的重要优点是具有比现有技术过滤器提供更为均一和完全的再生过程的潜质。这主要是由于本发明过滤器的外部部分的再生温度比在壁厚均一的过滤器中安全达到的再生温度高。

已经知道，可以设计壁厚足够(例如，厚度等于或大于0.020英尺)的过滤器，以安全渡过不受控制的再生过程，尽管存在大温度梯度，但是这类过滤器在外围烟灰浓度和再生温度较低时不能完全再生。另一方面，总质量相同的例如外部壁厚为0.016英寸、内部壁厚为0.024英寸的过滤器与均一的过滤器相比，由于更为均一的烟灰再分配和外围质量的减少，而表现出更高的外围温度。因此，过滤器整个直径上的烟灰燃烧一般更为均一和完全。

虽然上述实施例是本发明具体实施方式的说明，但是应该认识到通过使用所附权利要求范围内的其它材料、设计和步骤可以在过滤器效率和性能方面实现类似的优点。

Claims (10)

1.一种陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其包括被与从过滤器的气体进口端到气体出口端的气体流动方向的过滤器中心轴平行的多孔通道壁分隔的平行通道阵列，

(i)所述阵列包括多个在气体出口端封闭的进气道，所述进气道与多个在气体进口端封闭的出气道被所述多孔通道壁隔开，从而提供来自进气道的气流通过通道壁进入出气道的路径，

(ii)沿过滤器中心轴设置的轴心组进气道和出气道的通道壁与设置在该第一组通道外围的外围组进气道和出气道的通道壁相比，具有(a)较高的热容量和(b)较高的气流阻力中的至少一种性质。

2.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道的通道壁的平均厚度比外围组进气单元和出气单元的通道壁的平均厚度大。

3.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道的通道壁的气流阻力比外围组进气道和出气道的通道壁的气流阻力高。

4.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道由成分不同于、且热容量高于形成外围组进气道和通气道的材料的多孔陶瓷材料形成。

5.如权利要求2所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道的通道密度基本上等于外围组进气道和出气道的通道密度，而轴心组中平均出气道截面面积小于外围组中平均出气道截面面积。

6.如权利要求5所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组中平均进气道截面面积基本上等于外围组中平均进气道截面面积。

7.如权利要求2所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组的通道密度基本上等于外围组的通道密度，而外围组中平均进气道截面面积大于轴心组中平均进气道截面面积。

8.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道的体密度大于外围组进气道和出气道的体密度。

9.如权利要求8所述的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其特征在于，所述轴心组进气道和出气道的通道密度大于外围组进气道和出气道的通道密度。

10.一种除去柴油机废气流中微粒的废气系统，其包括：

一个过滤器外壳，与柴油机废气总管隔开但又通过一定长度的废气管道与之相连，所述过滤器外壳包括用于在位于外壳中的过滤器进口端的上方分配来自所述管道的废气的进口锥体，和

设置在所述外壳内的陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，所述过滤器包括被与从过滤器进气道到出气道的过滤器中心轴平行的多孔通道壁隔开的平行的进气道和出气道阵列，所述进口端在近进口锥体处，所述出口端在沿废气流流过外壳的方向的进气端的下游，其中沿过滤器中心轴设置的轴心组进气道和出气道的通道壁与位于该第一组通道外围的外围组进气道和出气道的通道壁相比具有以下特征中的至少一个：

(i)较高的热容量，和

(ii)较高的气流阻力。

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