CN211273970U - 分层式滤芯及其发动机微粒捕集器 - Google Patents

Abstract

一种分层式滤芯及其发动机微粒捕集器，其分层式滤芯由至少两层滤芯芯体自内向外按照其捕集效率逐层提高的顺序同轴设置而成，整体呈贯设有中空内孔的柱体，且具有径向过滤孔道。本实用新型结合多类不同材质滤芯优点，在提高颗粒捕集效率的前提下，有效降低排气背压，可用于柴油机及汽油机上；且本实用新型中分层式滤芯设置为整体呈贯设有中空内孔的柱体，满足径向过滤方式，与纯圆柱滤芯的轴向过滤方式相比拥有更大的接触面积，可以有效提高颗粒物捕集效率。

Description

分层式滤芯及其发动机微粒捕集器

技术领域

本实用新型涉及发动机尾气净化技术领域，尤其涉及一种分层式滤芯及其发动机微粒捕集器。

背景技术

微粒捕集器是发动机排气系统中用来进行颗粒物过滤的主要设备，可以有效降低颗粒污染物的排放，降低汽车尾气对于大气环境的污染。

发动机排气系统的一个重要参数就是排气背压，随着排气背压的增大，尾气的流动阻力也会增大，导致尾气排出过程中消耗功率增加，发动机的燃烧效率、动力性以及燃油经济性都会有一定的下降。

微粒捕集器的工作原理决定了其一定会导致排气背压增加。因此，应优先选择排气背压低的微粒捕集器作为排气系统的一部分，以优化整车性能。

通过相关实验数据得知，相较于传统的堇青石壁流式微粒捕集器滤芯，由于金属泡沫材质滤芯较大的平均孔径以及孔隙率，其可以有效降低发动机的排气背压，增加燃烧效率、动力性以及降低燃油经济性等，缺点是对于颗粒物的捕集效率相对下降。

衡量发动机微粒捕集器性能的一项重要指标就是颗粒物捕集效率，大量实践数据表明，传统的堇青石壁流式微粒捕集器滤芯由于其极小的多孔介质孔径以及较低的渗透率，可以取得优良的颗粒物捕集效率，但是其缺点在于会大幅提高发动机排气背压，导致整车性能下降。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的是设计一种分层式滤芯及其发动机微粒捕集器，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为达到上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供了一种分层式滤芯，所述分层式滤芯由至少两层滤芯芯体自内向外按照其捕集效率逐层提高的顺序同轴设置而成，整体呈贯设有中空内孔的柱体，且具有径向过滤孔道。

作为本实用新型的另一个方面，本实用新型提出了一种发动机微粒捕集器，包括：

所述分层式滤芯，具有中空内孔，以作为进气道；

壳体，内置有所述分层式滤芯，在所述壳体和分层式滤芯外周面之间形成排气道；

进气滤芯固定挡板，设置于所述分层式滤芯的一端，所述进气滤芯固定挡板设置有与所述进气道相对应的进气孔；以及

排气滤芯固定挡板，设置于所述分层式滤芯的另一端，所述排气滤芯固定挡板设置有与所述排气道相对应的排气孔。

基于上述技术方案，本实用新型的分层式滤芯及其发动机微粒捕集器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)集合了多层滤芯芯体径向过滤的优点，并合理设计其相对位置关系；

在内层放置捕集效率低的滤芯芯体，利用其较大的平均孔径以及孔隙率，可以对发动机尾气进行初步的颗粒物捕集，并且可以有效降低排气背压，可以有效提高发动机的燃烧效率、动力性，降低燃油消耗率，增加燃油经济性；

在外层放置捕集效率高的滤芯芯体，由于其较低的平均孔径以及渗透率，可以对发动机尾气中剩余的颗粒物进行进一步的过滤，达到较为优良的颗粒物捕集效率。

(2)本实用新型中分层式滤芯设置为整体呈贯设有中空内孔的柱体，满足径向过滤方式。其与纯圆柱滤芯的轴向过滤方式相比拥有更大的接触面积，可以有效提高颗粒物捕集效率。

(3)本实用新型中的堇青石壁流式滤芯具有径向分布的扇环形过滤通道，不同于传统的轴向道分布，以适应径向过滤方式。

(4)本实用新型的微粒捕集器外壳壳体与气道端盖之间可拆卸连接，可以方便进行拆卸以进行滤芯的更换、清理、安装等工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例发动机微粒捕集器爆炸示意图；

图2是本实用新型实施例发动机微粒捕集器剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例堇青石壁流式滤芯孔道径向截面示意图；

图4是本实用新型实施例卡箍快装连接示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

1、第一滤芯芯体；2、第二滤芯芯体；3、壳体；301、进气道；302、排气道；303、第一环形连接部；4、进气滤芯固定挡板；401、进气孔；5、排气滤芯固定挡板；501、排气孔；6、气道端盖；601、第二环形连接部；602、管式连接部；603、渐变径段；7、卡箍。

具体实施方式

发动机排气按顺序依次通过进气道、分层式滤芯的滤芯芯体和排气道进行颗粒物捕集。本实用新型相较于单纯堇青石材质壁流式滤芯可有效降低排气压降，提高燃油经济性；相较于单纯金属泡沫材质滤芯可有效提高颗粒物捕集效率，是为一种结合多类不同材质滤芯优点的发动机微粒捕集器，可用于柴油机及汽油机上。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

根据本实用新型的一些实施例，提供了一种分层式滤芯，由至少两层滤芯芯体自内到外按照其捕集效率逐层提高的顺序同轴设置而成，整体呈贯设有中空内孔的柱体，且具有径向过滤孔道。采用径向过滤的方式，提高了过滤截留面积。这里的捕集效率是指关于颗粒物质量、数量的捕集效率，捕集效率越高则被过滤的颗粒物质量或数量越高。

具体地，分层式滤芯可以是中空圆柱体，但并不局限于此，也可以是其他如中空四方柱体等具有规则或不规则截面的柱体，只是过滤时容易产生压力损失，过滤效果不如中空圆柱体。

具体地，每层滤芯芯体的壁厚为20-30mm，以保证充足的过滤面积。

具体地，如图1和图2所示，分层式滤芯的中空内孔为进气道301。其进气道301内径设计与发动机排气管内径相同，为40-100mm。

具体地，分层式滤芯包括2-3层滤芯芯体由内到外按照其捕集效率逐级提高的顺序同轴设置。层数太多会导致每层变薄，加大生成难度，且层数太少有可能会降低过滤效果，因此优选2-3层。

在一优选实施例中，如图1和图2所示，分层式滤芯包括两层滤芯芯体，分别为内层的第一滤芯芯体1和外层的第二滤芯芯体2；优选的，第一滤芯芯体1的过滤孔径为0.1-0.8mm；第二滤芯芯体2的过滤孔径为0.02-0.05mm。

具体地，第一滤芯芯体1包括金属泡沫材质滤芯芯体、泡沫陶瓷滤芯芯体或者烧结金属丝滤芯芯体，具有平均孔径较大、孔隙率大等特点；第二滤芯芯体2包括壁流式滤芯芯体；优选的，第二滤芯芯体2包括堇青石壁流式滤芯芯体或者碳化硅壁流式滤芯芯体，具有平均孔径小、渗透率小等特点。

如图3所示，其壁流式滤芯芯体，具有径向分布的扇环形过滤通道；端面为开孔和闭孔孔道依次相邻，其径向布置的过滤通道截面形状并非传统的矩形，而是扇环形，以适应径向过滤的方式。容易理解，通过在前述的多种材质中选用不同过滤孔径的滤芯芯体，可以组成三层以上滤芯芯体，并不局限于两层滤芯芯体。具体地，相邻两层滤芯芯体之间插接，过盈配合。

根据本实用新型的一些实施例，如图1和图2所示，还提供了一种发动机微粒捕集器，包括上述的分层式滤芯，具有能作为进气道301的中空内孔，还包括：

壳体3，内置有该分层式滤芯，在壳体3和分层式滤芯外周面之间形成排气道302；

进气滤芯固定挡板4，设置于分层式滤芯的一端，其上设置有与进气道301相对应的进气孔401；以及

排气滤芯固定挡板5，设置于分层式滤芯的另一端，其上设置有与排气道302相对应的排气孔501。

其中，壳体3可以为圆筒形，但并不局限于此，还可采用其他形状如方筒形等。

具体地，如图1和图2所示，分层式滤芯在壳体3内轴向上通过进气滤芯固定挡板4和排气滤芯固定挡板5加以固定，其中金属泡沫材质滤芯与进气滤芯固定挡板4和排气滤芯固定挡板5的连接处均采取过盈配合，防止发动机尾气在进气道301中发生径向窜漏。

具体地，如图1和图2所示，所述壳体3的两端分别设置有第一环形连接部303；发送机微粒捕集器还设置有气道端盖6，其包括：第二环形连接部601，与第一环形连接部303卡固连接；管式连接部602，与一外接管道连接，其中，管式连接部602和第二环形连接部601之间通过一渐变径段603相连接。

具体地，如图1和图2所示，渐变径段603设置为圆锥型，在渐变径段603小内径端连接管式连接部602，在渐变径段603大内径端外壁设置第二环形连接部601，第二环形连接部601与第一环形连接部303通过卡箍7等方式卡同连接。

更具体地，如图4所示，卡箍7将第一环形连接部303、进气滤芯固定挡板4、第二环形连接部601卡固连接；且另外一个卡箍7将相对一侧的第一环形连接部303、排气滤芯固定挡板、第二环形连接部601卡固连接。

优选的，还在壳体3与气道端盖6之间的连接位置处设置垫片，防止过滤气体的外泄。

如图4所示，卡箍7包括但不限于后续所述结构：卡箍7包括两个拼接为整圆的半圆形卡箍体，两个卡箍体的内环壁上设置环形的卡槽，其卡槽将拼接的第一环形连接部303和第二环形连接部601进行卡套。

具体地，两个卡箍体一端铰接，两个卡箍体的自由端分别设置连接耳，一个连接耳上铰接锁紧螺栓，另外一个连接耳上设置卡固孔，锁紧螺栓通过锁紧于卡固孔内进行圆周方向的紧固。

具体地，如图2所示，进气滤芯固定挡板4的进气孔401的孔径与进气道301的孔径相同。

具体地，如图2所示，排气滤芯固定挡板5的排气孔501为弧形，排气孔501的内边沿与分层式滤芯的外壁相齐，其排气孔501的外边沿与壳体3内壁相齐。以防发生气体窜漏。其排气孔501沿排气滤芯固定挡板的圆周等间隔设置4个。

排气道302沿径向的宽度为不小于10mm，排气道302沿径向的宽度越大，越有利于排气；但受限于工程实际应用，应由实际情况决定排气道302沿径向的具体宽度；但排气道302体积设计不小于进气道301体积。

进气滤芯固定挡板4与排气滤芯固定挡板5之间距离应保证与分层式滤芯的轴向形成过盈配合，以压紧滤芯组防止未过滤气体的窜漏。

以下通过具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步说明。

实施例1

针对东风朝阳朝柴4102-CE4M型柴油发动机，其发动机排气道302直径为60mm，其排量为3.865L。

分层式滤芯包括内层的金属泡沫材质的第一滤芯芯体1和外层的堇青石材质壁流式的第二滤芯芯体2；其中第一滤芯芯体1的过滤孔径为0.3mm，第二滤芯芯体2的过滤孔径为0.02mm；两层滤芯壁厚分别为25mm，共50mm厚，长度为350mm；

分层式滤芯总过滤体积为6L；进气道301内径为60mm；排气道302沿径向宽度为10mm。

安装方法：

将第一滤芯芯体1嵌套于第二滤芯芯体2内部，实现过盈配合。将进气滤芯固定挡板4与排气滤芯固定挡板5分别安装于壳体3的两侧，然后利用卡箍7将气道端盖6与壳体3卡固连接，完成安装。

使用方法：

气体首先从靠近进气滤芯固定挡板4一侧的气道端盖6内进入，然后通过进气孔401进入到分层式滤芯的进气道301内，由径向经过第一滤芯芯体1进行初步颗粒物捕集，然后径向经过第二滤芯芯体2进行剩余颗粒物捕集，随后进入到排气道302中，通过排气滤芯固定挡板5的排气孔501排出，完成发动机尾气颗粒物的过滤捕集。

性能评价：

分层式滤芯的长度仅为传统实心圆柱滤芯的0.2倍左右，可以降低排气背压，但由于滤芯长度的缩短，进而过滤长度缩短，会降低捕集效率；但是本实用新型将分层式滤芯设计成空心圆柱状，与传统的实心圆柱轴向过滤滤芯相比，排气气流的初始接触面积加大了4倍左右，通过加大接触面积进一步加大捕集效率；综合上述效果，采用分层式滤芯的发动机微粒捕集器，其颗粒物质量及数量捕集效率要高于采用传统实心圆柱滤芯的发动机微粒捕集器。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种发动机微粒捕集器，其特征在于，包括：

分层式滤芯，所述分层式滤芯由至少两层滤芯芯体自内向外按照其捕集效率逐层提高的顺序同轴设置而成，整体呈贯通的中空内孔的柱体，且具有径向过滤孔道；其中，所述中空内孔，以作为进气道；

壳体，内置有所述分层式滤芯，在所述壳体和分层式滤芯外周面之间形成排气道；

进气滤芯固定挡板，设置于所述分层式滤芯的一端，所述进气滤芯固定挡板设置有与所述进气道相对应的进气孔；以及

排气滤芯固定挡板，设置于所述分层式滤芯的另一端，所述排气滤芯固定挡板设置有与所述排气道相对应的排气孔。

2.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，每层滤芯芯体的壁厚为20-30mm。

3.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述分层式滤芯的中空内孔的内径为40-100mm。

4.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述分层式滤芯包括两层滤芯芯体，分别为内层的第一滤芯芯体和外层的第二滤芯芯体。

5.根据权利要求4所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述第一滤芯芯体的过滤孔径为0.1-0.8mm；所述第二滤芯芯体的过滤孔径为0.02-0.05mm。

6.根据权利要求4所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，

所述第一滤芯芯体为金属泡沫材质滤芯芯体、泡沫陶瓷滤芯芯体或者烧结金属丝滤芯芯体；

所述第二滤芯芯体为壁流式滤芯芯体，具有径向分布的扇环形过滤通道。

7.根据权利要求6所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述第二滤芯芯体为堇青石壁流式滤芯芯体或者碳化硅壁流式滤芯芯体。

8.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述发动机微粒捕集器还包括两个气道端盖，分别可拆卸连接于所述壳体的两端。

9.根据权利要求8所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，

所述壳体的两端分别设置有第一环形连接部；

所述气道端盖包括：

第二环形连接部，与所述第一环形连接部卡固连接；

管式连接部，与一外接管道连接；

其中，所述管式连接部和第二环形连接部之间通过一渐变径段相连接。

10.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述进气滤芯固定挡板的进气孔的孔径与进气道内径相同。

11.根据权利要求10所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述排气滤芯固定挡板的排气孔为弧形，其内边沿与分层式滤芯的外壁相齐，其排气孔的外边沿与壳体内壁相齐。

12.根据权利要求1所述的发动机微粒捕集器，其特征在于，所述排气道沿径向的宽度为不小于10mm。

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