ES2266077T3 - Filtro de particulas para motores diesel. - Google Patents

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Abstract

Filtro de partículas para motores diesel, que comprende una carcasa o armazón metálicos (2) que definen una cavidad con un conducto de entrada (5) y un conducto de salida (7), y un cuerpo de filtrado (8, 9) realizado en espuma cerámica dispuesto en el paso de comunicación entre dicho conducto de entrada (5) y dicho conducto de salida (7), caracterizado porque dicho cuerpo de filtrado está realizado en una pluralidad de elementos separados (8; 9) realizados en espuma cerámica, que presentan una forma sustancialmente plana y alargada, y que están dispuestos en un eje longitudinal (2a) de la carcasa de manera que definan, en el interior de dicha carcasa (2), una cámara interior (B) dispuesta en la parte interior de la serie de elementos de filtrado (8, 9) y por lo menos una cámara exterior (A) dispuesta en la parte exterior de la serie, comunicándose dichas cámaras con dicho conducto de entrada (5) y con dicho conducto de salida (7) respectivamente, o viceversa, de manera que, durante el uso,el flujo de los gases de escape del motor que atraviesa dicha carcasa que pasa desde el conducto de entrada (5) hasta el conducto de salida (7) (o viceversa) se ve forzado a atravesar dichos elementos de filtrado (8, 9), adoptando así un componente de velocidad radial con respecto al eje longitudinal (2a) de la carcasa (2).

Description

Filtro de partículas para motores diesel.
La presente invención se refiere a filtros de partículas para motores diesel, del tipo que comprende un armazón o carcasa metálica que define una cavidad con un conducto de entrada y un conducto de salida, y un cuerpo de filtrado realizado en espuma cerámica que está dispuesto en el paso de comunicación entre dicho conducto de entrada y dicho conducto de salida.
Un dispositivo del tipo especificado anteriormente se describe e ilustra en la solicitud de patente internacional WO00/69542 a nombre del presente solicitante, publicada el 23 de noviembre de 2000. Dicha solicitud de patente se refiere a un procedimiento para obtener un cuerpo de filtrado para filtrar partículas de motores diesel, que está realizado en una espuma cerámica producida a partir de una suspensión (pasta) con una base de material cerámico, preparando una preforma de material polimérico expandido e impregnando dicha preforma con la pasta de polvo cerámico de tal manera que dicha pasta se distribuya de forma uniforme sobre la preforma y, a continuación, sometiendo el cuerpo obtenido de este modo a un ciclo de calor de sinterización, de modo que se pirolice el material polimérico y se obtenga un material cerámico de una porosidad elevada. Los polvos del material cerámico se seleccionan de entre polvo de mullita, polvo de aluminio, polvo de zirconia y mezclas de los mismos, que presenten un elevado grado de pureza, un tamaño de grano controlado y una superficie específica elevada.
En la forma de realización del filtro de partículas que se ilustra en la patente internacional mencionada anteriormente, se proporciona un armazón o carcasa metálicos, en cuyo interior se dispone una carcasa tubular que consiste en una plataforma cerámica en cuyo interior se disponen una serie de discos realizados en espuma cerámica que se obtienen según el proceso descrito anteriormente y que se disponen de forma perpendicular a la dirección del flujo de los gases de escape a través de la carcasa tubular.
Dicho filtro conocido adolece de la desventaja de que no se puede obtener una superficie de filtrado grande sin incrementar considerablemente las dimensiones generales del dispositivo.
Con vistas a superar dicha desventaja, sería deseable realizar un cuerpo de filtrado que presente una configuración tubular, dispuesto en el interior de la carcasa del filtro, de tal modo que el flujo de los gases de escape lo atraviese radialmente. Una geometría de este tipo permitiría un aumento considerable en la superficie de filtrado, incluso con incrementos relativamente pequeños en la longitud axial del cuerpo de filtrado. Sin embargo, las pruebas realizadas por el presente solicitante han demostrado que las espumas cerámicas del tipo en cuestión no se pueden formar fácilmente en un cuerpo tubular con una pared relativamente gruesa. Incluso si se solucionase este problema, los productos obtenidos de este modo presentarían propiedades mecánicas (sobre todo en términos de resistencia a las vibraciones) no apropiadas para su uso como filtros de partículas.
El objetivo de la presente invención es superar el problema indicado anteriormente proporcionando un filtro en el que se puedan utilizar espumas cerámicas del tipo que forman el objetivo de la solicitud de patente anterior a nombre del presente solicitante y que, al mismo tiempo, garanticen la posibilidad de obtener una superficie de filtrado grande con unas dimensiones del dispositivo relativamente pequeñas.
A tal efecto, el objeto de la invención es un filtro de partículas para motores diesel del tipo especificado al inicio de la presente descripción, caracterizado porque dicho cuerpo del filtro está realizado en una pluralidad de elementos separados realizados en espuma cerámica y que presentan una forma sustancialmente plana, que están dispuestos en un eje longitudinal de la carcasa de tal modo que se defina, en el interior de la carcasa, una cámara interior emplazada en la serie de elementos de filtrado y por lo menos una cámara exterior dispuesta en el exterior de la serie, comunicándose dichas cámaras respectivamente con el conducto de entrada y con el conducto de salida, o viceversa, de tal manera que, durante el uso, el flujo de los gases de escape del motor que atraviesa la carcasa que pasa del conducto de entrada al conducto de salida se ve forzado a atravesar dichos elementos de filtrado, adoptando de este modo un componente de velocidad radial con respecto al eje longitudinal de la carcasa. El flujo se puede dirigir, bien desde el exterior hacia el interior (para maximizar la superficie de filtrado de entrada), o bien desde el interior hacia el exterior.
Gracias a las características mencionadas se puede, por una parte, obtener una disposición que simule la de un cuerpo de filtrado tubular y, por otra parte, se puede formar cada uno de los elementos de filtrado como un elemento plano que presente una pared relativamente gruesa, sin ninguna dificultad tecnológica en la ejecución del proceso.
Obviamente, incluso a pesar de que el filtro según la invención resulte adecuado para su uso de un modo particularmente ventajoso empleando espumas cerámicas del tipo que forman el objeto de la solicitud de patente internacional mencionada, resulta evidente que un filtro provisto de la configuración referida anteriormente pero que utilice elementos de filtrado realizados en espumas cerámicas de un tipo diferente se encuentra igualmente comprendido dentro del alcance de la invención.
Gracias a las características indicadas, el dispositivo según la invención puede presentar una superficie de filtrado grande, a pesar de presentar unas dimensiones generales pequeñas.
En una forma de realización preferida, el filtro según la invención está provisto de dos series concéntricas de elementos de filtrado. En dicha forma de realización preferida, los elementos de cada serie son cuatro y están dispuestos de forma ortogonal en pares encarados entre sí, según los lados de un rectángulo. Preferentemente, los elementos de filtrado de dos lados adyacentes descansan a lo largo de sus bordes adyacentes sobre soportes radiales que se proyectan hacia la parte interior desde una pared cilíndrica dispuesta en la carcasa. Una vez más, preferentemente, la plataforma cerámica está dispuesta entre cada soporte radial y los elementos que descansan en los mismos.
Además, en la forma de realización preferida, dicha pared cilíndrica conectada por un extremo a una estructura en forma de campana provista de un cuello que define el conducto de entrada mencionado anteriormente (o el conducto de salida), estando dicha estructura cerrada en el lado opuesto por medio de un diafragma que presenta aberturas periféricas que fuerzan el flujo de gas a entrar (o a salir) de la carcasa para pasar al interior de la cámara exterior dispuesta en la parte exterior de los elementos de filtrado. El extremo opuesto de la pared cilíndrica está cerrado por medio de un diafragma que presenta un cuello central que define un conducto de salida (o de entrada) y que se comunica con la cámara dispuesta en el interior de la serie de elementos de filtrado. Como consecuencia, durante el uso, el flujo de gases de escape que entra en el dispositivo se ve forzado a pasar al interior de una cámara exterior dispuesta en la parte exterior de las dos series concéntricas de elementos de filtrado. Desde dicha cámara exterior, el flujo de gases de escape se ve forzado a pasar al interior de la cámara interior y a salir a través de la abertura central dispuesta en el extremo opuesto del dispositivo, atravesando así radialmente las dos series de elementos de filtrado. El flujo también se puede dirigir en la dirección opuesta, es decir, desde el interior hacia el exterior.
A partir de la descripción siguiente se pondrán de manifiesto otras características y ventajas de la presente invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, proporcionados únicamente a título de ejemplo no limitativo, en los que:
- la Figura 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización preferida de un filtro de partículas para motores diesel según la presente invención;
- la Figura 2 es una vista en sección transversal del dispositivo, por la línea II-II de la Figura 3;
- la Figura 3 es una vista en sección transversal del dispositivo, por la línea III-III de la Figura 2;
- la Figura 3A ilustra un detalle de la Figura 3 a una escala ampliada, en el que se puede apreciar un asiento para una posible junta tórica; y
- la Figura 4 es una vista en perspectiva parcialmente seccionada del dispositivo de las Figuras 1 a 3, en el que las flechas indican la dirección del flujo de los gases de escape a través del dispositivo (sin embargo, la dirección puede ser la inversa).
Haciendo referencia a los dibujos, el número de referencia 1 designa, en su conjunto, un filtro de partículas para motores diesel que comprende una carcasa metálica 2 realizada en acero. Dicha carcasa 2 comprende una pared cilíndrica 3 realizada con cuatro sectores atornillados de manera conjunta en posiciones correspondientes a los salientes longitudinales 3a.
En un extremo de la pared cilíndrica 3 se fija una estructura en forma de campana 4 que acaba en un cuello 5 que define un conducto de entrada (o de salida) para la entrada (o salida) de los gases de escape en (o de) el dispositivo. En el extremo opuesto, se cierra una pared cilíndrica 3 por medio de una pared en forma de disco 6 que presenta una abertura central definida por un cuello 7 que constituye el conducto de salida (o de entrada) para la salida (o entrada) de los gases de escape de (o en) el dispositivo.
Se disponen dos series concéntricas de elementos de filtrado 8, 9 en la cavidad del interior de la pared cilíndrica 3. Tal como se puede apreciar a partir de las Figuras 2, 3 y 4, cada uno de los elementos de filtrado 8, 9 presenta una conformación plana, y una pared relativamente gruesa. Los elementos de filtrado de cada serie se disponen con su dirección longitudinal paralela al eje longitudinal 2a de la carcasa y sobre dicho eje. Más exactamente, en el caso de la forma de realización específica que se ilustra en el presente documento, cada serie está provista de cuatro elementos de filtrado dispuestos de forma ortogonal entre sí y en pares encarados entre sí, de acuerdo con los lados de un rectángulo o un cuadrado. Obviamente, se pueden prever series realizadas con un número mayor de elementos de filtrado que, en una sección transversal del tipo ilustrado en la Figura 2, estarían dispuestos según los lados de un polígono regular provisto de un número de lados igual al número de elementos que conforman la serie.
Cada par de elementos de filtrado adyacentes de cada serie descansa sobre un soporte radial respectivo 10 que se proyecta radialmente hacia la parte interior desde la pared cilíndrica 3 de la carcasa 2. En la forma de realización concreta desarrollada por el presente solicitante, cada soporte radial 10 consiste en un cuerpo hueco realizado en chapa metálica.
Además, se dispone una plataforma cerámica 11 entre cada uno de los soportes radiales 10 y los elementos de filtrado 8, 9 en los que se apoya. En el punto de unión entre la pared cilíndrica 2 y la estructura en forma de campana 4, por un lado, y la pared en forma de disco 6 por el otro lado, se pueden disponer juntas tóricas y una plataforma cerámica con una forma adecuada para retener las espumas cerámicas en la dirección axial.
Tal como se puede apreciar claramente a partir de las Figuras 2, 3 y de la Figura 4, las dos series concéntricas de los elementos de filtrado 8, 9 definen, en el interior de la carcasa 2, cuatro cámaras A dispuestas en el exterior de las series, y una cámara B dispuesta en el interior de las series.
La estructura en forma de campana 4 está cerrada en su base opuesta al cuello 5 por una pared 12 que presenta cuatro cortes periféricos, ortogonales entre sí, que comunican el conducto de entrada 5 con las cámaras exteriores A, mientras que la pared 12 aisla el conducto 5 de la cámara interior B. Al contrario, esta última se comunica directamente con el conducto de salida (o de entrada) 7. Como consecuencia, tal como se puede apreciar claramente en las Figuras 3 y 4, el flujo de gases de escape que entra en el dispositivo se ve forzado a atravesar radialmente, primero la serie de los elementos de filtrado 8 y, después, la serie de los elementos de filtrado 9 para alcanzar la cámara interior B y la salida 7, o viceversa.
Además, tal como se puede apreciar claramente a partir de los dibujos, los elementos de filtrado 8, 9 de las dos series no se encuentran en contacto directo entre sí, sino que definen cámaras intermedias C.
Gracias a la disposición descrita anteriormente, el filtro según la invención puede garantizar una superficie de filtrado grande, con dimensiones generales extremadamente pequeñas. Al mismo tiempo, el filtro según la presente invención resulta adecuado para el uso de espumas cerámicas del tipo que forma el sujeto de la solicitud de patente internacional WO00/69542, sin ninguna desventaja en el proceso de fabricación correspondiente. Finalmente, la estructura del dispositivo es extremadamente simple, ya que está realizada con pocas partes y resulta sencilla de montar.
Obviamente, sin perjuicio del principio de la invención, los detalles de construcción y las formas de realización pueden variar ampliamente con respecto a lo que se ha descrito e ilustrado en la presente memoria únicamente a título de ejemplo, sin apartarse por ello del alcance de la presente invención.

Claims (8)

1. Filtro de partículas para motores diesel, que comprende una carcasa o armazón metálicos (2) que definen una cavidad con un conducto de entrada (5) y un conducto de salida (7), y un cuerpo de filtrado (8, 9) realizado en espuma cerámica dispuesto en el paso de comunicación entre dicho conducto de entrada (5) y dicho conducto de salida (7),
caracterizado porque dicho cuerpo de filtrado está realizado en una pluralidad de elementos separados (8; 9) realizados en espuma cerámica, que presentan una forma sustancialmente plana y alargada, y que están dispuestos en un eje longitudinal (2a) de la carcasa de manera que definan, en el interior de dicha carcasa (2), una cámara interior (B) dispuesta en la parte interior de la serie de elementos de filtrado (8, 9) y por lo menos una cámara exterior (A) dispuesta en la parte exterior de la serie, comunicándose dichas cámaras con dicho conducto de entrada (5) y con dicho conducto de salida (7) respectivamente, o viceversa, de manera que, durante el uso, el flujo de los gases de escape del motor que atraviesa dicha carcasa que pasa desde el conducto de entrada (5) hasta el conducto de salida (7) (o viceversa) se ve forzado a atravesar dichos elementos de filtrado (8, 9), adoptando así un componente de velocidad radial con respecto al eje longitudinal (2a) de la carcasa (2).
2. Filtro según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevén dos series concéntricas de elementos de filtrado (8, 9).
3. Filtro según la reivindicación 2, caracterizado porque los elementos de filtrado (8, 9) de cada serie son cuatro y están dispuestos de forma ortogonal entre sí y en pares encarados entre sí, de acuerdo con los lados de un rectángulo.
4. Filtro según la reivindicación 3, caracterizado porque los elementos de filtrado (8, 9) de dos lados adyacentes se apoyan a lo largo de sus bordes adyacentes en unos soportes radiales (10) que se proyectan hacia la parte interior desde una pared cilíndrica (3) de la carcasa (2).
5. Filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque se dispone una plataforma cerámica (11) entre cada soporte radial (10) y los elementos (8, 9) que se apoyan en el mismo.
6. Filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha pared cilíndrica (3) está conectada por un extremo a una estructura en forma de campana (4) provista de un cuello que define dicho conducto de entrada (5) (o conducto de salida), estando dicha estructura (4) cerrada en su extremo opuesto por medio de un diafragma (12) que presenta unas aberturas periféricas que fuerzan el flujo de gas que entra (o sale) de la carcasa (2) a pasar al interior de la cámara exterior (A) dispuesta en la parte exterior de los elementos de filtrado, estando el extremo opuesto de la pared cilíndrica (3) cerrado por medio de un diafragma (6) que presenta un cuello central (7) que define un conducto de salida (entrada) y que se comunica con la cámara interior (B) dispuesta en la parte interior de la serie de elementos de filtrado.
7. Filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque las series de elementos de filtrado (8, 9) definen, en su parte exterior, cuatro cámaras (A) que son independientes entre sí.
8. Filtro según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos adyacentes y encarados (8, 9) de las dos series definen entre sí cuatro cámaras intermedias (C) que son independientes entre sí.
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