ES2275238T3 - Bloque para la filtracion de particulas contenidas en los gases de escape de un motor de combustion interna. - Google Patents

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Abstract

Cuerpo filtrante destinado en particular a la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, estando formado dicho cuerpo filtrante por encolado de bloques filtrantes por medio de una junta (17), caracterizado porque una superficie exterior (16) de un primero de dichos bloques (11), en frente de un segundo de dichos bloques y en contacto con dicha junta (17), comprende por lo menos una irregularidad (30a, 30b) de tipo resalte y/o hueco.

Description

Bloque para la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna.
La invención se refiere a un cuerpo formado mediante el ensamblado de una pluralidad de bloques, utilizados en particular para la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, en particular de tipo diesel.
Clásicamente, antes de ser evacuados al aire libre, los gases de escape se pueden purificar por medio de un filtro de partículas tal como el que se ha representado en las figuras 1 y 2, conocido en el anterior estado de la técnica, tal como según el documento EP 1 142 613 A.
Un filtro de partículas 1 está representado en la figura 1 en sección transversal según el plano de sección B-B representado en la figura 2, y en la figura 2 en sección longitudinal según el plano de sección
A-A representado en la figura 1.
El filtro de partículas 1 comprende clásicamente por lo menos un cuerpo filtrante 3, insertado en una envolvente metálica 5. El cuerpo filtrante 3 resulta del ensamblado y del mecanizado de una pluralidad de bloques 11, referenciados 11a a 11i, producidos por extrusión de un material cerámico (cordierita, carburo de silicio, ...) de manera que forma unas estructuras porosas en nido de abeja.
Antes del ensamblado y del mecanizado, un bloque 11 (véase la figura 3) presenta clásicamente la forma de un paralelepípedo rectangular que se extiende según un eje D-D entre dos caras corriente arriba 12 y corriente abajo 13 sustancialmente cuadradas sobre las que desembocan una pluralidad de canales 14 de sección cuadrada, rectilíneos, paralelos al eje D-D.
El conjunto de las caras exteriores 15 de los canales localizados en la periferia del bloque 11, o "canales periféricos" 13p, forma una superficie exterior 16 del bloque 11 (véase la figura 3). Debido a la sección transversal sustancialmente cuadrada del bloque 11, la superficie exterior 16 comprende cuatro caras 16a a 16d, perpendiculares dos a dos.
Después de la extrusión, los bloques 11 están alternativamente taponados en la cara corriente arriba (canales de salida 14s) o en la cara corriente abajo (canales de entrada 14e), tal como es perfectamente conocido.
Los bloques 11a a 11i se ensamblan entonces entre ellos por encolado por medio de juntas 17 de cemento cerámico constituido generalmente por silicio y/o por carburo de silicio y/o por nitruro de aluminio. El ensamblado constituido de este modo puede ser mecanizado a continuación para adoptar, por ejemplo, una sección redonda. De ello resulta un cuerpo filtrante 3 cilíndrico de eje C-C, que puede ser insertado en la envolvente 5, estando una junta periférica 18, estanca a los gases de escape dispuesta, entre los bloques filtrantes exteriores 11a a 11h y la envolvente 5.
Tal como indican las flechas representadas en la figura 2, el flujo F de los gases de escape entra en el cuerpo filtrante 3 por unos canales de entrada 14e, atraviesa unas paredes filtrantes 20 de estos canales para llegar a los canales de salida 14s, escapándose después hacia el exterior.
Después de un cierto tiempo de utilización, las partículas, u "hollín", acumulado en los canales de entrada 14e del cuerpo filtrante 3 alteran las prestaciones del motor. Por esta razón, el cuerpo filtrante 3 debe ser regenerado regularmente, por ejemplo cada 500 kilómetros. La regeneración o "descolmatado", consiste en oxidar los hollines calentándolos hasta una temperatura que permita su inflamación.
Durante las fases de regeneración, los gases de escape transportan corriente abajo toda la energía calorífica liberada por la combustión de los hollines. Además, como los hollines no se depositan uniformemente en los diferentes canales, las zonas de combustión no están repartidas uniformemente en el cuerpo filtrante 3. Finalmente, las zonas periféricas del cuerpo filtrante 3 están refrigeradas, a través de la envolvente metálica 5, por el aire circundante.
De ello resulta que la temperatura difiere según las zonas del cuerpo filtrante 3 y no varía uniformemente. La falta de homogeneidad de las temperaturas en el seno del cuerpo filtrante 3 y las diferencias de naturaleza de los materiales utilizados para los bloques filtrantes 11a al 11i por una parte y para las juntas 17 por otra parte, generan unas tensiones locales de gran amplitud que pueden llevar a unas roturas o a unas fisuras locales. En particular, las tensiones locales en las intercaras entre los bloques 11a a 11h y la envolvente 5, y entre los bloques 11a a 11i y las juntas 17, pueden provocar un desprendimiento de los bloques 11a a 11i disminuyendo de este modo la vida útil del filtro de partículas 1.
El objetivo de la invención es proporcionar un nuevo cuerpo filtrante adecuado para disminuir este riesgo de desprendimiento.
Este objetivo se alcanza por medio de un cuerpo filtrante destinado en particular a la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, estando dicho cuerpo filtrante formado mediante el encolado de bloques filtrantes por medio de una junta, remarcable porque una superficie exterior de un primer de dichos bloques, frente a un segundo de dichos bloques y en contacto con dicha junta, comprende por lo menos una irregularidad de tipo resalte y/o hueco.
Tal como se observará con mayor detalle en la continuación de la descripción, la presencia de irregularidades en la superficie exterior de un bloque favorece la adhesión de las juntas 17 y limita por lo tanto el riesgo de desprendimiento en caso de grandes tensiones termo-mecánicas.
Según otras características preferidas de la invención,
-
dicha irregularidad se extiende según el eje longitudinal de dicho bloque en toda la longitud de dicho primer bloque, lo que, ventajosamente, permite su formación durante la extrusión;
-
dicha irregularidad es un hueco en una cara exterior de un canal de salida de dichos gases de escape dispuesto en la periferia de dicho primer bloque;
-
dicha irregularidad es un hueco practicado en el espesor de una pared exterior de un canal dispuesto en la periferia de dicho primer bloque filtrante, lo que permite, ventajosamente, una disminución de la cantidad de material necesaria para fabricar el bloque;
-
dicha irregularidad es un resalte en una cara exterior de un canal de entrada de dichos gases dispuesto en la periferia de dicho primer bloque filtrante, lo que permite, ventajosamente, aumentar el volumen interior de estos canales de entrada y por lo tanto su capacidad de almacenamiento de los hollines;
-
la anchura de dicha irregularidad, medida en un plano transversal de dicho primer bloque es sustancialmente igual a la anchura de dicha cara exterior de dicho canal;
-
dicha superficie exterior comprende una pluralidad de dichas irregularidades regularmente espaciadas entre sí;
-
en sección transversal, por lo menos una parte de dicha superficie exterior de dicho primer bloque presenta una forma sinusoidal;
-
dicha irregularidad está conformada de manera que se pueda alojar en una irregularidad de forma complementaria de dicho segundo bloque;
-
dicha irregularidad es un hueco practicado en el espesor de una pared exterior de un canal dispuesto en la periferia de dicho primer bloque.
La descripción siguiente, realizada haciendo referencia a los dibujos adjuntos, permitirá comprender y apreciar mejor las ventajas de la invención. En estos dibujos:
- la figura 1 representa un filtro de partículas según la técnica anterior, en sección transversal según el plano de sección transversal B-B representado en la figura 2;
- la figura 2 representa el mismo filtro de partículas, según el plano de sección longitudinal A-A representado en la figura 1;
- la figura 3 representa en perspectiva un bloque que se puede utilizar para fabricar un cuerpo filtrante según la invención;
- las figuras 4 y 5 representan en sección transversal según el plano P representado en la figura 3, los detalles del bloque representado en la figura 3;
- las figuras 6 y 7 representan en sección transversal los detalles de bloques según diferentes variantes de la invención.
En estas figuras, no limitativas, los diferentes elementos no están representados necesariamente a la misma escala. Se han utilizado unas referencias idénticas en las diferentes figuras para designar los elementos idénticos o similares.
Habiéndose descrito las figuras 1 y 2 en el preámbulo, se hará referencia a la figura 3, también descrita parcialmente más arriba.
Según la invención, las primera y segunda caras 16a y 16b de la superficie exterior 16 del bloque filtrante 11 comprenden de unas primera y segunda irregularidades 30a y 30b, respectivamente, que se extienden según el eje longitudinal D-D del bloque 11. Preferentemente, las irregularidades 30a y 30b presentan una longitud "L" igual a la del bloque 11 y se extienden, desde la cara corriente arriba 12 hasta la cara corriente abajo 13, sobre unas caras exteriores 32a y 32b de canales periféricos 14a y 14b,
respectivamente.
Las irregularidades 30a y 30b, representadas en sección en las figuras 4 y 5, respectivamente, son un resalte y una ranura, respectivamente. La anchura "I" de estas irregularidades es sustancialmente la de las caras exteriores 32a y 32b de los canales periféricos 14a y 14b, respectivamente. Las irregularidades 30a y 30b están dispuestas en la perpendicular de un único canal 14a y 14b respectivamente.
La altura "h" de las irregularidades 30a y 30b puede ser cualquiera. Preferentemente, la altura "h" es inferior al espesor local de las paredes exteriores 34a y 34b de los canales periféricos 30a y 30b en las caras exteriores 32a y 32b en las que se extienden respectivamente las irregularidades 30a y30b.
Preferentemente, el espesor "e" de las paredes exteriores de los canales periféricos que forman el resalte 30a y/o la ranura 30b es sustancialmente constante y sustancialmente igual al espesor "e" de las paredes exteriores de los canales periféricos adyacentes.
Preferentemente, el espesor "e" nunca es nulo, es decir que la irregularidad no crea una abertura lateral del o de los canales periféricos sobre los que está practicada.
El resalte 30a se presenta entonces como una deformación hacia el exterior de la pared exterior 34a del canal 14a (véase la figura 4). Resulta ventajosamente para el canal 14a un aumento del volumen interior útil.
Después de cada regeneración, las cenizas se acumulan en los canales de entrada, lo que limita su rendimiento posterior y limita la duración de la utilización del bloque filtrante antes de la siguiente regeneración. Por lo tanto, es preferible, para prolongar la vida útil del filtro, que el canal 14a sea un canal de entrada, es decir un canal por el que se introducen en el bloque filtrante 11 los gases a filtrar.
Preferentemente, la ranura 30b se extiende sobre un canal 14b de salida (véase la figura 15). De este modo se evita, ventajosamente, una pérdida de volumen de un canal de entrada.
Además, la disminución del volumen de un canal de salida periférico permite adaptarlo a los volúmenes de gas filtrado retirados que admite. En efecto, un canal de salida periférico no admite gas filtrado por su o sus cara(s) en contacto con las juntas 17. Admite por lo tanto un volumen de gas menor que los canales dispuestos en el interior del bloque filtrante, o "canales interiores", cuyas cuatro caras son filtrantes. La ranura 30b tal como se ha representado en la figura 5 provoca una reducción de la sección del canal de salida periférico 14b y permite ventajosamente una homogeneización, entre los diferentes canales de salida, de las relaciones entre la sección de un canal y el volumen de los gases que es susceptible de admitir. Se facilita la fluencia del flujo gaseoso a través del bloque filtrante y se reduce la pérdida de carga.
Para mejorar aún más la adherencia de la junta 17 sobre la superficie exterior 16 del bloque 11, las superficies exteriores del resalte 30a y/o de la ranura 30b pueden presentar a su vez unas micro-rugosidades 36a y 36b, respectivamente.
Tal como se ha representado en la figura 6, una ranura 30b' aún puede resultar de una disminución local del espesor "e" de una pared exterior 34b' de un canal 14b'. Ventajosamente, se reduce la cantidad de material necesario para fabricar el bloque filtrante 11. Además, este modo de realización permite practicar unas ranuras en los canales de entrada 14a' sin disminución del volumen interior de estos canales.
El número de irregularidades 30a y 30b no está limitado. En un modo de realización de la invención, unos resaltes 30a y las ranuras 30b se suceden alternativamente sobre la anchura de por lo menos una cara 16a-16d de la superficie exterior 16 del bloque 11, que recubre preferentemente unos canales de entrada y de salida sucesivos, respectivamente. Preferentemente, las ranuras 30b y los resaltes 30a longitudinales están regularmente separados entre sí.
La transición entre los resaltes y ranuras puede ser progresiva, sin ángulos prominentes. Por ejemplo, en sección transversal, la superficie exterior 16 del bloque puede presentar, por lo menos localmente, una forma sinusoidal como se ha representado en la figura 7. Preferentemente, el espesor "e" de las paredes exteriores 34 de los canales periféricos es sustancialmente constante.
El resalte 30a o la ranura 30b también pueden estar dispuestos a caballo sobre dos canales, siendo preferible esta disposición para reforzar la coherencia mecánica del bloque 11.
Preferentemente, la forma, las dimensiones y el número de las irregularidades 30a y 30b se determinan en función del soporte, es decir de las juntas 17, con el que están destinadas a solidarizarse. La forma, las dimensiones y el número de las irregularidades 30a y 30b pueden depender, en particular, de la naturaleza y/o del espesor de las juntas 17, de la posición de las irregularidades en las superficie exterior 16 del bloque 11 y/o de la posición del bloque 11 en el seno del cuerpo filtrante 3. No todas las caras 16a-16d de un mismo bloque filtrante 11 están necesariamente provistas de las mismas irregularidades.
Preferentemente sin embargo, la anchura "I" de las irregularidades es inferior o igual, preferentemente sustancialmente igual, a la de los canales sobre los que se extienden.
Ni la anchura "I", ni la longitud "L", ni el espesor "e", ni la orientación de una irregularidad es limitativa. Por ejemplo, según la invención, las superficie exterior 16 del bloque filtrante 11 puede presentar unas estrías diagonales, según una o varias direcciones, unos orificios, unas muescas, etc. La anchura, el espesor o la orientación también pueden variar el largo de una misma irregularidad.
En una variante de la invención no representada, dos bloques destinados a ser ensamblados con aposición de dos caras respectivas una contra la otra presentan, sobre dichas caras, unas irregularidades que presentan unas formas complementarias, dispuestas de manera que se pueden alojar unas en las otras.
Las irregularidades que se extienden longitudinalmente se pueden fabricar durante la extrusión del bloque 11 por medio de una hilera adaptada, según técnicas conocidas por el experto en la materia. También es posible practicar las irregularidades en la superficie del bloque 11 sólidas "esculpiendo" la superficie exterior 16 del bloque 11 y/o fijando en ella unos burletes 30a de material mediante encolado, soldadura o cualquier otra técnica conocida. El material de los burletes 30a añadidos puede ser idéntico o diferente del material que constituye el bloque 11.
Evidentemente, la presenta invención no está limitada a los modos de realización descritos y representados más arriba, proporcionados a título ilustrativo y no limitativo.
La junta 17 interpuesta entre las superficies exteriores respectivas de dos bloques, una frente a la otra, puede ser continua o discontinua, con tal de que asegure la solidarización de estos bloques.
El bloque filtrante 11 podría presentar una forma cualquiera.
La sección transversal de los canales 14 no se limita a la forma cuadrada. La sección de los canales de entrada también podría ser diferente a la forma de los canales de salida. La sección transversal de una canal podría evolucionar asimismo, periódicamente o no, a lo largo de este canal.

Claims (9)

1. Cuerpo filtrante destinado en particular a la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, estando formado dicho cuerpo filtrante por encolado de bloques filtrantes por medio de una junta (17), caracterizado porque una superficie exterior (16) de un primero de dichos bloques (11), en frente de un segundo de dichos bloques y en contacto con dicha junta (17), comprende por lo menos una irregularidad (30a, 30b) de tipo resalte y/o hueco.
2. Cuerpo filtrante según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha irregularidad (30a, 30b) se extiende según el eje longitudinal (D-D) de dicho primer bloque (11) en toda la longitud de dicho primer bloque (11).
3. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha irregularidad (30a, 30b) es un hueco (30b) soportado por una cara exterior (32b) de una canal de salida (14b) de dichos gases dispuesto en la periferia de dicho primer bloque (11).
4. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha irregularidad (30a, 30b) es un resalte (30a) soportado por una cara exterior (32a) de una canal de entrada (14a) de dichos gases dispuesto en la periferia de dicho
primer bloque (11).
5. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque la anchura (I) de dicha irregularidad (30a, 30b), medida en un plano transversal (P) de dicho primer bloque (11), es sustancialmente igual a la anchura de dicha cara exterior (32a, 32b) de dicho canal (14a, 14b).
6. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha superficie exterior (16) comprende una pluralidad de dichas irregularidades (30a, 30b) regularmente separadas entre sí.
7. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos una parte de dicha superficie exterior (16) de dicho primer bloque (11) presenta, en sección transversal, una forma sinusoidal.
8. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha irregularidad (30a, 30b) está conformada de manera que se puede alojar en una irregularidad (30a, 30b) de forma complementaria de dicho segundo bloque.
9. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha irregularidad (30a, 30b) es un hueco (30b') practicado en el espesor de una pared exterior (34b') de un canal (14b') dispuesto en la periferia de dicho primer bloque (11).
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