CN208416653U - 颗粒物过滤器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种颗粒物过滤器，包含一壳体、一挡板及一滤芯；壳体具有相对的一入口管路及一出口管路，于入口管路与出口管路之间具有一过滤部；挡板设置于过滤部内，挡板的相对两面分别朝向入口管路与出口管路；滤芯设置于挡板的两面的其中一面。

Description

颗粒物过滤器

技术领域

本实用新型涉及一种颗粒物过滤器，尤指一种用于过滤以汽油为燃料的发动机燃烧室中排出的固体颗粒物，可降低发动机压力损失、使发动机达最大输出功率、提高燃油经济性，以控制空气污染的颗粒物过滤器。

背景技术

以汽油为燃料的发动机，例如直喷发动机、电动发动机，普遍被应用于不同领域(包括汽车制造领域)。发动机于燃烧时会产生固体颗粒物，若不将该固体颗粒物去除，不仅会提高发动机压力损失、降低发动机输出功率及燃油经济性，同时会造成严重的空气污染。

相较于电喷发动机，由于直喷发动机的经济性及动力比佳，因此直喷发动机的使用越来越普遍，然而，直喷发动机存在的一项缺失在于所产生的固体颗粒物比电喷发动机多，视工作情况不同，所产生的颗粒物粒径也不同；例如，当发动机负荷较大时，会产生较大颗粒物；当怠速和较小负荷时，则容易产生细小颗粒物，例如PM2.5。

上述颗粒物排放问题，不仅导致发动机压力损失升高、降低发动机输出功率、降低燃油经济性，同时造成严重的空气污染。

实用新型内容

据此，如何能有一种可降低发动机压力损失、使发动机达最大输出功率、提高燃油经济性，以控制空气污染的颗粒物过滤器，是相关技术领域人士亟待解决的课题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种颗粒物过滤器，其特征是包含：

一壳体，具有相对的一入口管路及一出口管路，在该入口管路与该出口管路之间具有一过滤部；

一挡板，设置于该过滤部内，该挡板的相对两面分别朝向该入口管路与该出口管路；以及，

一滤芯，设置于该挡板的该两面的其中一面。

所述的颗粒物过滤器，其中：该滤芯设置于该挡板朝向该出口管路的一面。

所述的颗粒物过滤器，其中：滤芯朝向该出口管路的一端贴靠于该过滤部与该出口管路的连接处。

所述的颗粒物过滤器，其中：该滤芯设置于该挡板朝向该入口管路的一面。

所述的颗粒物过滤器，其中：滤芯朝向该出入口管路的一端贴靠于该过滤部与该入口管路的连接处。

所述的颗粒物过滤器，其中：该挡板具有一开口，在该过滤部内设有一阀门，凭借该阀门关闭或开放该开口，或调节该开口的大小。

所述的颗粒物过滤器，其中：该阀门耦接于一致动器，凭借该致动器调节该阀门移动于一关闭位置与一开放位置之间。

所述的颗粒物过滤器，其中：该出口管路设有一机载诊断装置，用以测量该出口管路中的气流中的颗粒物的浓度，并产生与该浓度值相对应的输出信号至一控制器。

所述的颗粒物过滤器，其中：该控制器耦接于该致动器，由该控制器根据该输出信号控制该致动器调节该阀门移动。

所述的颗粒物过滤器，其中：该机载诊断装置经由网络在线上测量该出口管路中的气流中的颗粒物的浓度。

所述的颗粒物过滤器，其中：该挡板为金属材质。

所述的颗粒物过滤器，其中：该入口管路与该出口管路分别具有一第一内径与一第二内径，该过滤部具有一第三内径，该第一内径与该第二内径都小于该第三内径。

所述的颗粒物过滤器，其中：该入口管路、该出口管路及该过滤部分别具有一第一长度、一第二长度及一第三长度，该第一长度、该第二长度及该第三长度相同或不同。

所述的颗粒物过滤器，其中：该壳体于该过滤部与该出口管路之间具有一锥部，该锥部的内径由该过滤部至该出口管路渐缩。

所述的颗粒物过滤器，其中：该锥部具有一第六长度，该第六长度涵盖于该第二长度内。

所述的颗粒物过滤器，其中：该第六长度为该第二长度的四分之一。

所述的颗粒物过滤器，其中：该锥部具有一阔端内径与一窄端内径，该阔端内径小于该第三内径，该窄端内径与该第二内径相同。

所述的颗粒物过滤器，其中：该阔端内径与该第六长度相同。

所述的颗粒物过滤器，其中：该挡板具有一第四外径，该滤芯具有一第五外径，该第四外径与该第五外径都小于该第三内径，且该第四外径与该第五外径都大于该第一内径及该第二内径。

所述的颗粒物过滤器，其中：该挡板具有一第四长度，该滤芯具有一第五长度，该第四长度与该第五长度的总和小于该第三长度。

所述的颗粒物过滤器，其中：该滤芯具有用以清除尾气中的煤烟和氮氧化物的催化剂涂层。

综上所述，本实用新型所提供的颗粒物过滤器，凭借图1所示实施例将发动机尾气注入如由内向外式滤芯内腔结构等大体积腔体以减少气体途经颗粒过滤器进气口扩张区域压力损失，以及，利用图2所示可减少颗粒过滤器出气口至下游排气管道间收缩区域气流压降损失的锥部设计，以及，利用图3所示通过阀门将部分尾气旁通导流至挡板开口以减少实际通过滤芯的气体流量从而降低压力损失的分流式设计，都可达成可降低发动机压力损失、使发动机达最大输出功率、提高燃油经济性，以控制空气污染等的功效，可有效延缓滤芯的炭黑及灰烬积累，从而显着延长颗粒过滤器的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型又一实施例的结构示意图。

图3为本实用新型另一实施例的结构示意图，且其阀门位于开放位置。

图4为图3实施例的阀门位于关闭位置时的结构示意图。

图5为本实用新型再一实施例的结构示意图。

图6为图5实施例的C-C剖面结构示意图。

图7为图1至图3实施例的压力损失曲线图。

附图标记说明：100、100A、100B-颗粒物过滤器；10、10A、10B-壳体；11、11A、11B-入口管路；12、12A、12B-出口管路；13、13A、13B-过滤部；14A-锥部；20、20A、20B-挡板；30、30A、30B-滤芯；21B-开口；40B-阀门；50B-致动器；60B-机载诊断装置；70B-控制器；90-未经过滤的尾气；91-过滤后的尾气；G1、G2、G3-曲线；L1-第一长度；L2-第二长度；L3-第三长度；L4-第四长度；L5-第五长度；L6-第六长度；R1-第一内径；R2-第二内径；R3-第三内径；R4-第四外径；R5-第五外径；R6-阔端内径；R7-窄端内径。

具体实施方式

请参阅图1所示实施例，其显示本实用新型的颗粒物过滤器100的纵剖面结构，必须说明的是，图1仅显示一半结构，另一半结构由于是以图示中心线对称，因此予以简化；同理，图2及图3的实施例都显示一半的纵剖面结构。

请参阅图1所示，颗粒过滤器100包含一壳体10、一挡板20及一滤芯30；壳体10具有相对的一入口管路11及一出口管路12，入口管路11用于接收从汽油机排出的未经过滤的尾气90，出口管路12用以提供过滤后的尾气91排出。于入口管路11与出口管路12之间具有一过滤部13；挡板20设置于过滤部13内，挡板20的相对两面分别朝向入口管路11与出口管路12；滤芯30设置于挡板20的两面的其中一面，由挡板20固定滤芯30；挡板20的材质不限，例如可采用金属材质。于本实施例中，滤芯30设置于挡板20朝向出口管路12的一面，也即，就尾气的流动方向而言，本实施例的挡板20位于滤芯30的上游。

就入口管路11、出口管路12及过滤部13的设计尺寸而言，入口管路11与出口管路12分别具有一第一内径R1与一第二内径R2，过滤部13具有一第三内径R3，第一内径R1与第二内径R2都小于第三内径R3；第一内径R1与第二内径R2可相同或不同。例如，第一内径R1与第二内径R2可为1英寸，第三内径R3可为4英寸；如前所述，图1仅显示一半的纵剖面结构，因此，若入口管路11、出口管路12及过滤部13都为圆形管路时，则第一内径R1、第二内径R2及第三内径R3都为半径尺寸。

就挡板20及滤芯30的设计尺寸而言，挡板20具有一第四外径R4，滤芯30具有一第五外径R5，第四外径R4与第五外径R5都小于第三内径R3，且第四外径R4与第五内径R5都大于第一内径R1及第二内径R2。

此外，入口管路11、出口管路12及过滤部13分别具有一第一长度L1、一第二长度L2及一第三长度L3，第一长度L1、第二长度L2及第三长度L3可相同或不同，例如，可都为10英寸。挡板20具有一第四长度L4，滤芯30具有一第五长度L5，第四长度L4与第五长度L5的总和小于第三长度L3。

请参阅图1所示，凭借上述尺寸设计，由入口管路11进入颗粒过滤器100的未经过滤的尾气90流向挡板20时，会转向挡板20的四周偏折，由挡板20外侧越过挡板20后，再由滤芯30外部流入并通过滤芯30，由滤芯30去除未经过滤的尾气90中的颗粒物后，过滤后的尾气91则由出口管路12排出颗粒过滤器100。滤芯30可具有催化剂涂层，用以清除未经过滤的尾气90中的煤烟和氮氧化物。

请参阅图2所示，颗粒过滤器100A包含一壳体10A、一挡板20A及一滤芯30A；壳体10A包括一入口管路11A、一出口管路12A及一过滤部13A；挡板20A设置于过滤部13A内，滤芯30A设置于挡板20A朝向入口管路11A的一面，也即，就尾气的流动方向而言，本实施例的挡板20A位于滤芯30A的下游。此外，壳体10A于过滤部13A与出口管路12A之间具有一锥部14A，锥部14A的内径由过滤部13A至出口管路12A渐缩。

入口管路11A、出口管路12A、过滤部13A、挡板20A与滤芯30A分别具有一第一内径R1、一第二内径R2、一第三内径R3、一第四外径R4与一第五外径R5，以及一第一长度L1、一第二长度L2、一第三长度L3、一第四长度L4与一第五长度L5；此外，锥部14A具有一阔端内径R6、一窄端内径R7与一第六长度L6，阔端内径R6小于第三内径R3，窄端内径R7与第二内径R2相同，第六长度L6涵盖于第二长度L2内，阔端内径R6与第六长度L6相同。

就入口管路11A、出口管路12A、过滤部13A与锥部14A的设计尺寸而言，例如，第一内径R1与第二内径R2可为1英寸，第三内径R3可为4英寸，阔端内径R6为2.5英寸，窄端内径R7为1英寸；第一长度L1、第二长度L2及第三长度L3可都为10英寸，第六长度L6可为该第二长度的四分之一，例如，2.5英寸。

如图2所示，由入口管路11A进入颗粒过滤器100A的未经过滤的尾气90先流入滤芯30A，过滤后的尾气91由挡板20A的四周绕过挡板20A后，经由出口管路12A排出颗粒过滤器100A。

相较于图1实施例，由于图1的尾气90先撞击挡板20，因此会产生较大的压力损失，而图2实施例的尾气90由于先流入滤芯30A，且具有锥部14A的设计，因此可大幅降低入口管路11A至出口管路12A之间的压力损失。

请参阅图3所示，本实施例是以图2的结构为基础衍生而出。颗粒过滤器100B包含一壳体10B、一挡板20B及一滤芯30B；壳体10B包括一入口管路11B、一出口管路12B及一过滤部13B；挡板20B设置于过滤部13B内，滤芯30B设置于挡板20B朝向入口管路11B的一面，壳体10B于过滤部13B与出口管路12B之间具有一锥部14B。

本实施例于挡板20B设有一开口21B，于过滤部13B内设有一阀门40B，阀门40B耦接于一致动器50B，阀门40B的形状可采用锥形或楔形。出口管路12B设有一机载诊断装置60B，用以经由网络于线上测量出口管路12B中的气流中的颗粒物的浓度，并产生与浓度值相对应的输出信号至一控制器70B，控制器70B耦接于致动器50B。控制器70B将输出信号与一设定的阈值进行比较，以判断输出信号显示颗粒物的浓度小于阈值，或输出信号显示颗粒物的浓度达到或超过阈值。

请参阅图3所示，如果控制器70B判断输出信号显示颗粒物的浓度小于阈值，则控制器70B控制致动器50B调节阀门40B位于图3所示的开放位置，当未经过滤的尾气90进入滤芯30B时，一部分过滤后的尾气91可由滤芯30B侧边流出滤芯30B，而另一部分过滤后的尾气91可由开口21B进入出口管路12B。此外，控制器70B可根据颗粒物的浓度调节阀门40B相对于开口21B的位置，以调节开口21B的大小，也即，可控制由开口21B进入出口管路12B的过滤后的尾气91的量。通过控制阀门40B的开启可降低入口管路11B和出口管路12B之间的压力损失。

请参阅图4所示，如果控制器70B判断输出信号显示颗粒物的浓度达到或超过阈值，则控制器70B控制致动器50B调节阀门40B位于关闭位置或调节开口的大小，如图4所示为阀门40B位于关闭位置，因此所有未经过滤的尾气90都会进入滤芯30B，过滤后的尾气91由滤芯30B的周围流出并绕过挡板20B后，再进入出口管路12B。

请参阅图3及图4所示，本实用新型利用可调节阀门40B位于开放位置或关闭位置或调节开口21B大小的特性，可适用于发动机开机的不同时期。例如，在发动机尚未预热的冷开机期间，则由于颗粒物排放量较高，因此控制阀门40B为关闭状态，如图4所示，此时，全部未经过滤的尾气90将通过滤芯30B，未经过滤的尾气90中大部分未完全燃烧的炭黑颗粒物将被有效捕集。然而，当发动机运转一段时间(例如一分钟)，发动机气缸充分加热后，由于喷射的燃料液滴在撞击汽缸壁时将立即变成燃料蒸气，此时颗粒物的排放会较冷开机时降低很多。因此，一旦发动机被充分预热，可能不需要使全部未经过滤的尾气90通过滤芯30B。此时，阀门40B可相应地处于开启位置。

必须说明的是，阀门40B可以采取任何合适的形式。合适的控制阀门40B可以包括电磁阀或其他合适的阀门设计，或如图3及图4所示的锥形塞子。致动器50B可以是电动机或其他可以实现阀门40B在开放和关闭状态间转换的合适装置。

请参阅图5及图6所示，本实施例是以图3的结构为基础衍生而出。颗粒过滤器100C包含一壳体10C、一挡板20C及一滤芯30C；壳体10C包括一入口管路11C、一出口管路12C及一过滤部13C；挡板20C设置于过滤部13C内，滤芯30C设置于挡板20C朝向入口管路11C的一面；于挡板20C设有一开口21C，于过滤部13C内设有一阀门40C，阀门40C耦接于一致动器50C。

本实施例的特征的一在于滤芯30C具有一通道31C与入口管路11C相连通。至于滤芯30C及通道31C的形状不限，例如可都呈扁平状。未经过滤的尾气90由入口管路11C流入颗粒过滤器100C后，可流入通道31C。

此外，于挡板20C设有一开口21C，于过滤部13C内设有一阀门40C，阀门40C耦接于一致动器50C。出口管路12C设有一机载诊断装置60C耦接一控制器70C，控制器70C耦接于致动器50C。

请参阅图5所示，如果控制器70C判断输出信号显示颗粒物的浓度小于阈值，则控制器70C控制致动器50C调节阀门40C位于图5所示的开放位置，当未经过滤的尾气90进入滤芯30C时，一部分过滤后的尾气91可由滤芯30C侧边流出滤芯30C，而另一部分过滤后的尾气91可由开口21C进入出口管路12C。控制器70C可根据颗粒物的浓度调节阀门40C相对于开口21C的位置，以调节开口21C的大小，也即，可控制由开口21C进入出口管路12C的过滤后的尾气91的量。通过控制阀门40C的开启可降低入口管路11C和出口管路12C之间的压力损失。

请参阅图6所示，如果控制器70C判断输出信号显示颗粒物的浓度达到或超过阈值，则控制器70C控制致动器50C调节阀门40C位于关闭位置或调节开口的大小，如图6所示为阀门40C位于关闭位置，因此所有未经过滤的尾气90都会进入滤芯30C，过滤后的尾气91由滤芯30C的周围流出并绕过挡板20C后，再进入出口管路12C。

请参阅图7所示，曲线G1、G2、G3分别标示出在不同尾气品质流量下，图1至图3所示三种不同设计构型的颗粒过滤器100、100A、100B分别在入口管路11、11A、11B、出口管路12、12A、12B之间的压力损失。曲线G1显示在质量流量(千克/小时)为600时，摄氏500度气流总阻力(帕斯卡)约为1.94X104，相较于曲线G1，曲线G2显示在质量流量(千克/小时)为600时，摄氏500度气流总阻力(帕斯卡)约为1.44X104，可使颗粒过滤器所致压力损失降低大约25％，而曲线G3显示在质量流量(千克/小时)为600时，摄氏500度气流总阻力(帕斯卡)约为0.66X104，可使压力损失降低超过65％。

综上所述，本实用新型所提供的颗粒物过滤器，凭借图1所示实施例将发动机尾气注入如由内向外式滤芯内腔结构等大体积腔体以减少气体途经颗粒过滤器进气口扩张区域压力损失，以及，利用图2所示可减少颗粒过滤器出气口至下游排气管道间收缩区域气流压降损失的锥部设计，以及，利用图3所示通过阀门将部分尾气旁通导流至挡板开口以减少实际通过滤芯的气体流量从而降低压力损失的分流式设计，都可达成可降低发动机压力损失、使发动机达最大输出功率、提高燃油经济性，以控制空气污染等的功效，可有效延缓滤芯的炭黑及灰烬积累，从而显着延长颗粒过滤器的使用寿命。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种颗粒物过滤器，其特征是包含：

一壳体，具有相对的一入口管路及一出口管路，在该入口管路与该出口管路之间具有一过滤部；

一挡板，设置于该过滤部内，该挡板的相对两面分别朝向该入口管路与该出口管路；以及，

一滤芯，设置于该挡板的该两面的其中一面。

2.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该滤芯设置于该挡板朝向该出口管路的一面。

3.根据权利要求2所述的颗粒物过滤器，其特征在于：滤芯朝向该出口管路的一端贴靠于该过滤部与该出口管路的连接处。

4.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该滤芯设置于该挡板朝向该入口管路的一面。

5.根据权利要求4所述的颗粒物过滤器，其特征在于：滤芯朝向该出入口管路的一端贴靠于该过滤部与该入口管路的连接处。

6.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该挡板具有一开口，在该过滤部内设有一阀门，凭借该阀门关闭或开放该开口，或调节该开口的大小。

7.根据权利要求6所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该阀门耦接于一致动器，凭借该致动器调节该阀门移动于一关闭位置与一开放位置之间。

8.根据权利要求7所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该出口管路设有一机载诊断装置，用以测量该出口管路中的气流中的颗粒物的浓度，并产生与该浓度值相对应的输出信号至一控制器。

9.根据权利要求8所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该控制器耦接于该致动器，由该控制器根据该输出信号控制该致动器调节该阀门移动。

10.根据权利要求8所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该机载诊断装置经由网络在线上测量该出口管路中的气流中的颗粒物的浓度。

11.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该挡板为金属材质。

12.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该入口管路与该出口管路分别具有一第一内径与一第二内径，该过滤部具有一第三内径，该第一内径与该第二内径都小于该第三内径。

13.根据权利要求12所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该入口管路、该出口管路及该过滤部分别具有一第一长度、一第二长度及一第三长度，该第一长度、该第二长度及该第三长度相同或不同。

14.根据权利要求13所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该壳体于该过滤部与该出口管路之间具有一锥部，该锥部的内径由该过滤部至该出口管路渐缩。

15.根据权利要求14所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该锥部具有一第六长度，该第六长度涵盖于该第二长度内。

16.根据权利要求15所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该第六长度为该第二长度的四分之一。

17.根据权利要求14所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该锥部具有一阔端内径与一窄端内径，该阔端内径小于该第三内径，该窄端内径与该第二内径相同。

18.根据权利要求17所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该阔端内径与该第六长度相同。

19.根据权利要求12所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该挡板具有一第四外径，该滤芯具有一第五外径，该第四外径与该第五外径都小于该第三内径，且该第四外径与该第五外径都大于该第一内径及该第二内径。

20.根据权利要求13所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该挡板具有一第四长度，该滤芯具有一第五长度，该第四长度与该第五长度的总和小于该第三长度。

21.根据权利要求1所述的颗粒物过滤器，其特征在于：该滤芯具有用以清除尾气中的煤烟和氮氧化物的催化剂涂层。