RU2446291C2

RU2446291C2 - Неполнопоточный фильтр с повышенной эффективностью

Info

Publication number: RU2446291C2
Application number: RU2008151515/06A
Authority: RU
Inventors: Кайт АЛЬТХЁФЕР (DE); Кайт АЛЬТХЁФЕР
Original assignee: Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх; Тойота Мотор Корпорейшн
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2012-03-27
Also published as: US8066787B2; EP2027372A1; JP5010679B2; ES2360308T3; JP2009538727A; RU2008151515A; KR101095329B1; TWI364491B; CN101460718B; WO2007140932A1; CN101460718A; EP2027372B1; PL2027372T3; KR20090056937A; DE502007006377D1; DE102006026324A1; US20090139190A1; TW200809077A

Abstract

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов. Неполнопоточный фильтр имеет множество каналов (2), образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем (3) и по меньшей мере одним фильтрующим слоем (4). В фильтре предусмотрены выступающие внутрь по меньшей мере множества каналов (2) направляющие лопатки (5) и выполненные в образующем стенку слое (3) проходы (6), ведущие в другой канал (2) и имеющие сужающееся поперечное сечение (7), сужающаяся часть (8) которого ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки (5). Использование изобретения обеспечивает более равномерное использование фильтрующего слоя, повышается вероятность прохождения всего потока отработавших газов через фильтрующий слой. 6 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к неполнопоточному фильтру, который имеет множество каналов, образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем и по меньшей мере одним фильтрующим слоем. Подобный так называемый неполнопоточный фильтр (или фильтр с перепуском части потока, нем. "Nebenstromfilter") следует отличать от фильтра с попеременно закрытыми, т.е. с попеременно выполненными глухими, с его противоположных сторон каналами. Особой областью применения такого неполнопоточного фильтра является обработка отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателей транспортных средств.

Неполнопоточный фильтр известен, например, из публикации DE 20117873, в которой он описан как "открытый" (или "безнапорный") фильтр, образованный профилированной фольгой и гладким фильтрующим слоем. В фольге выполнено множество потоконаправляющих или отклоняющих профильных элементов в виде своего рода лопаток определенной высоты, каждая из которых образует по проходу со входом в лопатку и выходом из лопатки, при этом вход в лопатку и выход из лопатки расположены под углом друг к другу. Особенность описанного в указанной публикации фильтра состоит в том, что высота лопаток составляет от 100 до 60% от высоты профильной структуры профилированной фольги, а свободная проходимость потока через такой фильтр при этом составляет по меньшей мере 20%. Указание на свободную проходимость потока свидетельствует о том, что речь в данном случае идет не о фильтре закрытого типа, а о фильтре, в котором возможно образование побочного или бокового потока. Касательно конструктивного исполнения лопаток в этой публикации говорится далее, что их предпочтительно выполнять с чередованием и с однонаправленной ориентацией. Выражение "с чередованием" означает при этом, что лопатки расположены на соседних экстремумах профильной структуры профилированной фольги и попеременно выступают с разных ее сторон. Выражение же "с однонаправленной ориентацией" в данном контексте означает, что все проходные отверстия, образованные лопатками, обращены в осевом направлении фильтра в одну и ту же сторону.

В WO 2005/099867 А1 описана усовершенствованная конструкция фильтра подобного типа, в котором косо расположенные направляющие лопатки должны повышать эффективность набегания газового потока на лопатки. Благодаря этому удается прежде всего уменьшить потерю давления на фильтре при прохождении через него потока ОГ, образующихся при работе нестационарных силовых установок с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Рассмотренные выше фильтры уже позволяют добиться значительной эффективности по превращению содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные и одновременно с этим характеризуются меньшей потерей давления на них. Тем не менее подобный неполнопоточный фильтр требует дальнейшего повышения его эффективности именно с учетом будущих стандартов на токсичность ОГ. При этом одновременно должно сохраняться преимущество таких фильтров перед фильтровальными системами закрытого типа, состоящее в меньшей потере на них давления.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать неполнопоточный фильтр, который позволил бы по меньшей мере частично решить технические проблемы, рассмотренные выше при описании уровня техники, соответственно до минимума снизить их остроту. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке неполнопоточного фильтра, который позволял бы повысить эффективность превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные за счет более эффективного задерживания содержащихся в потоке ОГ твердых частиц и при необходимости их окисления. Одновременно с этим такой неполнопоточный фильтр должен оставаться рентабельным в изготовлении и при этом должен обладать способностью длительно выдерживать даже высокие термические и динамические нагрузки, характерные для систем выпуска ОГ, образующихся при работе нестационарных ДВС.

Указанные задачи решаются с помощью неполнопоточного фильтра, заявленного в п.1, соответственно в п.3 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении неполнопоточного фильтра, соответственно области его применения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. При этом следует отметить, что представленные по отдельности в формуле изобретения признаки могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут тем самым образовывать другие варианты осуществления изобретения.

Предлагаемый в изобретении неполнопоточный фильтр имеет множество каналов, образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем и по меньшей мере одним фильтрующим слоем. В по меньшей мере множестве каналов предусмотрены выступающие внутрь них направляющие лопатки, а в образующем стенку слое выполнены проходы, ведущие в другой канал. Проходы имеют при этом сужающееся поперечное сечение. Подобный неполнопоточный фильтр отличается тем, что сужающаяся часть поперечного сечения прохода ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки.

Под неполнопоточным прежде всего подразумевается фильтр, через который обрабатываемый газовый поток может (теоретически) проходить насквозь по некоторому пути, не проходя при этом через фильтрующий слой. В соответствии с этим принцип работы неполнопоточного фильтра концептуально отличается от принципа работы классического "закрытого" фильтра, каналы в котором полностью закрыты с одной своей стороны, из-за чего весь поток ОГ должен принудительно проходить через пористую стенку. Основная же идея, из которой исходят при разработке неполнопоточного фильтра, состоит, например, в том, что такой фильтр в принципе имеет отдельные каналы, которые, однако, могут сообщаться друг с другом, соответственно между которыми возможен газообмен. Для обеспечения подобной возможности в неполнопоточном фильтре выполняют проходы, ведущие в соседние каналы. Такие проходы обычно выполняют в образующем стенку слое, в котором их можно выполнять путем его пробивки и/или деформации.

Профилированный образующий стенку слой выполняют преимущественно из газонепроницаемого материала, например металла или керамики, а предпочтительно выполнять его из металла. При выполнении такого образующего стенку слоя из металла речь в предпочтительном варианте идет о по меньшей мере частично гофрированной фольге. В качестве фильтрующего слоя предпочтительно использовать проволочный мат (например, волокнистый нетканый материал из тонких проволочек или иной аналогичный материал), который предпочтительно изготавливать из того же или при определенных условиях из аналогичного материала, что и образующий стенку слой. При изготовлении фильтра с конструкцией, отличной от спиральной (т.е. фильтра, у которого образующие его слои не свернуты в рулон со спиральной, если смотреть в его поперечном сечении, навивкой), обычно несколько образующих стенки слоев и несколько фильтрующих слоев располагают друг относительно друга таким образом, что совместно они образуют по множеству каналов. Затем такие образующие стенки слои и фильтрующие слои совместно свертывают, соответственно скручивают таким образом, чтобы получить неполнопоточный фильтр с требуемым поперечным сечением, позволяющим поместить его в соответствующий кожух или корпус.

Внутри каналов предусматривают выступающие в них направляющие лопатки, которые образуют препятствия для потока ОГ и перед которыми в результате создается динамический (скоростной) напор. Создание такого динамического напора приводит к тому, что значительная часть движущегося по каналу газового потока принудительно проходит через фильтрующий слой. Подобный динамический напор исчезает тогда, когда газовый поток получает возможность перехода через соответствующий проход в канал, в котором преобладает меньшее давление.

При создании изобретения было установлено, что форма, соответственно ориентация прохода оказывают значительное влияние на эффективность нейтрализации ОГ. Поэтому согласно изобретению проходы предлагается выполнять с сужающимся поперечным сечением, сужающаяся часть которого ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки. Иными словами, сужающаяся часть поперечного сечения прохода ориентирована в направлении той направляющей лопатки, которая вблизи от этого прохода создает динамический напор. Обычно проходы имеют протяженность вдоль каналов в несколько миллиметров. В фильтрах известных до настоящего времени конструкций наибольшее поперечное сечение прохода всегда было обращено к направляющей лопатке. Подобное выполнение прохода приводило к резкому падению давления, из-за чего в той зоне фильтрующего слоя, которая перекрывает соседний участок канала, твердые частицы не скапливались в сколько-нибудь значительных количествах. Благодаря же обратной ориентации проходов таким образом, что их поперечное сечение увеличивается, для задерживания твердых частиц удается задействовать еще и фильтрующий слой на его смежном с направляющими лопатками участке. Результаты первых испытаний свидетельствуют о том, что при этом уже обеспечивается повышение эффективности примерно на 10%. Тем самым обеспечивается более равномерное использование фильтрующего слоя, а также дополнительно снижается вероятность прохождения одного частичного потока ОГ насквозь через неполнопоточный фильтр без по меньшей мере однократного прохождения через фильтрующий слой.

В этом отношении предпочтительно, чтобы сужающееся поперечное сечение прохода имело площадь в пределах от 0,8 до 18 мм². Наиболее же предпочтительно, чтобы сужающееся поперечное сечение прохода имело площадь в пределах от 1 до 7 мм² при высоте канала в пределах от 1 до 2,5 мм. Очевидно, что при такой сравнительно большой площади поперечного сечения в процессе работы неполнопоточного фильтра исключается всякая возможность закупоривания проходов прежде всего загрязнениями и/или твердыми частицами. Тем самым обеспечивается длительное сохранение неполнопоточным фильтром своих свойств касательно малой потери на нем давления даже в неблагоприятных рабочих условиях.

Еще одним объектом настоящего изобретения является неполнопоточный фильтр, который имеет множество расположенных рядом друг с другом каналов, образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем и по меньшей мере одним фильтрующим слоем. При этом в по меньшей мере множестве каналов предусмотрены направляющие лопатки, каждая из которых имеет переднюю поверхность. Такой неполнопоточный фильтр отличается тем, что в соседних каналах расположены смещенные друг относительно друга направляющие лопатки с однонаправленной ориентацией их передних поверхностей.

Подобный неполнопоточный фильтр является прежде всего разновидностью описанного выше неполнопоточного фильтра, проходы которого имеют поперечное сечение с сужающейся частью. Поэтому в отношении образующего стенку слоя и фильтрующего слоя, а также каналов и расположения направляющих лопаток справедливы приведенные выше пояснения.

Неполнопоточный фильтр, являющийся вторым объектом изобретения, дополнительно характеризуется наличием у направляющих лопаток передних поверхностей. Передняя поверхность направляющей лопатки расположена в основном под наклоном к каналу, соответственно к его оси. В данном случае непосредственно расположенные со смещением друг относительно друга направляющие лопатки, под которыми в предпочтительном варианте имеются в виду все направляющие лопатки неполнопоточного фильтра, предлагается выполнять с однонаправленной ориентацией их передних поверхностей. Сказанное также означает, например, что передние поверхности направляющих лопаток расположены в основном под одним и тем же углом наклона к основному направлению потока ОГ. При этом передние поверхности всех направляющих лопаток не обязательно должны располагаться под одним и тем же углом наклона к основному направлению потока ОГ, однако должны быть соответствующим образом ориентированы относительно основного направления потока ОГ. Сказанное означает также, что направляющие лопатки имеют упорядоченное расположение, при котором поток ОГ, набегающий на рассматриваемую направляющую лопатку, набегает на наиболее далеко выступающую в канал часть ее передней поверхности (на "вершину лопатки"), а поток ОГ, набегающий на соседнюю направляющую лопатку, сначала набегает на ее расположенную вблизи образующего стенку слоя часть (на "основание лопатки"), или наоборот (так называемое "чередующееся расположение направляющих лопаток"). При подобном расположении направляющих лопаток с однонаправленной ориентацией их передних поверхностей образованные направляющими лопатками проходы имеют сужающееся поперечное сечение, сужающаяся часть которого ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки. Тем самым при таком конкретном расположении направляющих лопаток достигаются вышеописанные положительные эффекты касательно поддержания динамического напора перед подобной направляющей лопаткой.

В одном из предпочтительных вариантов проходы образованы расположенными в соседнем канале направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, при этом смещенные друг относительно друга направляющие лопатки расположены в соседних экстремумах образующего стенку слоя. Сказанное означает, что (например, при наличии у образующего стенку слоя регулярного или периодического гофрированного профиля) расположенные со смещением друг относительно друга направляющие лопатки выполнены на возвышении гофра и в соседней впадине между гофрами. При этом такие направляющие лопатки в предпочтительном варианте выступают во взаимно противоположные стороны, т.е. расположенные во впадине между гофрами направляющие лопатки выступают вверх, а расположенные на возвышении гофра направляющие лопатки выступают вниз. При продавливании гофрированного слоя на этом участке для выполнения направляющих лопаток образуются проходы, поперечное сечение которых имеет сужающуюся часть. В этом отношении предпочтительно выполнять направляющие лопатки в соседних экстремумах образующего стенку слоя в основном симметрично относительно соответствующего канала, что, однако, не является строго обязательным условием.

В еще одном варианте выполнения неполнопоточного фильтра, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, передние поверхности направляющих лопаток расположены под углом к оси канала, составляющим не более 45°. Наиболее предпочтительно при этом располагать передние поверхности направляющих лопаток под углом к оси канала, составляющим от 5 до 20° при высоте канала не более, например, 2,5 мм. Указанный угол характеризует прежде всего наклон передней поверхности направляющей лопатки к направлению прохождения потока ОГ через неполнопоточный фильтр.

В еще одном варианте выполнения неполнопоточного фильтра, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, передние поверхности направляющих лопаток предлагается выполнять длиной в пределах от 3 до 8 мм. Наиболее предпочтительно при этом выполнять передние поверхности направляющих лопаток длиной в пределах от 4 до 6 мм.

При этом очевидно, что при выборе угла наклона и длины передних поверхностей направляющих лопаток необходимо учитывать высоту, соответственно длину профильной структуры образующего стенку слоя. Обычно следует исходить из того, что высота гофра, соответственно высота канала составляют от 1 до 5 мм, прежде всего от 1 до 2,5 мм. В соответствии с этим при проектировании неполнопоточного фильтра в предпочтительном варианте должно быть исключено перекрытие направляющей лопаткой всего поперечного сечения канала, однако с учетом формы направляющей лопатки она может также выступать в канал на величину, равную всей высоте гофра.

В следующем варианте выполнения неполнопоточного фильтра, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, передние поверхности направляющих лопаток выполнены высотой, составляющей от 50 до 100% от высоты соответствующего канала. Предпочтительно при этом выполнять передние поверхности направляющих лопаток высотой, составляющей от 70 до 100% от высоты соответствующего канала.

В неполнопоточном фильтре, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, соседние направляющие лопатки предпочтительно далее располагать со смещением друг относительно друга в направлении оси канала, составляющим по меньшей мере 10 мм. Указанное смещение при этом в основном характеризует также отдельный участок перед подобной направляющей лопаткой, на котором поддерживается требуемый динамический напор, благодаря которому обеспечивается прохождение через фильтрующий слой максимально возможной части движущегося вдоль этого участка потока ОГ. Наиболее же предпочтительно располагать соседние направляющие лопатки со смещением друг относительно друга в направлении оси канала, составляющим от 10 до 20 мм. При большей величине указанного смещения в одном канале можно, как очевидно, разместить меньшее количество направляющих лопаток, что при определенных условиях вновь может привести к снижению эффективности неполнопоточного фильтра.

В еще одном варианте выполнения неполнопоточного фильтра предлагается далее предусматривать в одном канале по меньшей мере 6 направляющих лопаток. Наиболее же предпочтительно предусматривать в одном канале по меньшей мере 10 или даже 14 направляющих лопаток. Наличие достаточно большого количества направляющих лопаток в одном канале позволяет существенно повысить вероятность того, что движущийся вдоль фильтрующего слоя поток ОГ при первой же возможности принудительно отклонится в сторону фильтрующего слоя и пройдет через него.

В еще одном варианте выполнения неполнопоточного фильтра профилированный образующий стенку слой представляет собой фольгу, а фильтрующий слой представляет собой мат из металлической проволоки. В отношении фольги следует отметить, что она в предпочтительном варианте представляет собой фольгу из жаропрочного и коррозионно-стойкого материала, который в качестве легирующих элементов содержит прежде всего хром и алюминий. Проволочный мат в предпочтительном варианте состоит из множества металлических волокон в виде тонких проволочек, которые (с хаотичным или упорядоченным расположением) соединены, прежде всего сварены, друг с другом и образуют газопроницаемую структуру в виде мата или сетки.

В следующем варианте выполнения неполнопоточного фильтра он образован несколькими слоями, каждый из которых состоит из образующего стенку слоя и фильтрующего слоя и которые в совместно свернутом или скрученном виде помещены в кожух. Речь при этом прежде всего идет о расположении слоев, каждый из которых состоит из профилированного образующего стенку слоя и в основном гладкого фильтрующего слоя, в свернутом в рулон с S-образной скруткой виде. Вместе с тем может также оказаться целесообразным располагать слои в набранном в пакет виде (прямолинейное расположение) либо в свернутом в рулон со спиральной навивкой виде, и поэтому согласно изобретению на конкретное исполнение неполнопоточного фильтра в данном случае не накладывается никаких особых ограничений. Однако расположение слоев, например, в свернутом в рулон с S-образной скруткой виде или в набранном в пакет виде обладает тем преимуществом, что все концы слоев, соответственно составляющих их образующих стенки слоев и фильтрующих слоев можно неразъемно соединить с кожухом, например, пайкой или сваркой. Таким путем обеспечивается более прочное и надежное скрепление слоев между собой и с кожухом.

В еще одном варианте осуществления изобретения в нем предлагается также неполнопоточный фильтр, в котором по меньшей мере один отдельный участок по меньшей мере образующего стенку слоя или фильтрующего слоя снабжен каталитически активным покрытием. Наиболее предпочтителен при этом вариант, в котором и образующий стенку слой, и фильтрующий слой снабжены каталитически активным покрытием в отдельной части объема неполнопоточного фильтра. Каталитически активное покрытие в предпочтительном варианте содержит благородные металлы в качестве катализаторов, которые служат, например, для катализа окисления содержащихся в ОГ вредных веществ. В качестве примера подобных служащих катализаторами благородных металлов можно назвать платину, родий и палладий.

Наиболее предпочтительной областью применения предлагаемого в изобретении неполнопоточного фильтра является обработка ОГ, образующихся при работе нестационарных ДВС. В соответствии с этим в изобретении предлагается также система выпуска отработавших газов, которой оборудовано транспортное средство и в которой предусмотрен предлагаемый в изобретении неполнопоточный фильтр, а также предлагается транспортное средство с таким неполнопоточным фильтром.

Ниже изобретение и необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. На этих чертежах при этом показаны наиболее предпочтительные варианты осуществления изобретения, которыми, однако, его объем не ограничен. На прилагаемых к описанию схематичных чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - вид в аксонометрии профилированного образующего стенку слоя с направляющими лопатками для образования проходов,

на фиг.2 - вид в аксонометрии изображенного на фиг.1 образующего стенку слоя с фильтрующим слоем и различными частичными потоками ОГ,

на фиг.3 - вид в разрезе фрагмента неполнопоточного фильтра, выполненного по другому варианту,

на фиг.4 - вид с торца неполнопоточного фильтра, выполненного еще по одному варианту,

на фиг.5 - вид в разрезе предлагаемого в изобретении неполнопоточного фильтра, выполненного еще по одному варианту, и

на фиг.6 - транспортное средство, оборудованное неполнопоточным фильтром.

На фиг.1 схематично в аксонометрии показан фрагмент образующего стенку слоя 3, образованного фольгой 17. Фольга 17 имеет в основном регулярный или периодически повторяющийся гофрированный профиль с расположенными рядом друг с другом экстремумами 10, которыми в данном случае являются своего рода возвышения 35 гофров и впадины 36 между гофрами. Гофры подобного гофрированного профиля, соответственно образуемые ими каналы 2 характеризуются высотой 15 в основном постоянной величины. Каналы 2 расположены в основном параллельно друг другу, и каждый из них проходит вдоль своей оси 12.

При наличии простого гофрированного профиля ОГ проходили бы по каналам 2 ламинарными потоками. Поэтому для принудительного отклонения проходящих по каналам 2 частичных потоков ОГ предусмотрено несколько изменяющих направление их движения своего рода направляющих лопаток 5. В показанном на чертеже примере направляющие лопатки 5, расположенные на возвышениях 35 гофров, образованы выдавливанием материала фольги вниз, тогда как направляющие лопатки 5, расположенные в основном во впадинах 36 между гофрами, образованы выдавливанием материала фольги вверх. Форма направляющих лопаток 5 определяется в основном их передней поверхностью 9, по краю которой дополнительно может быть также предусмотрен имеющий приблизительно форму части цилиндра участок в виде своего рода бортика. Более подробную информацию о конкретном выполнения направляющих лопаток можно найти в указанной выше публикации DE 20117873. Такие направляющие лопатки 5 перекрывают преобладающую часть поперечного сечения соответствующего канала 2, обеспечивая тем самым принудительное отклонение проходящего по нему потока ОГ. Направляющие лопатки 5 создают при этом сопротивление потоку ОГ, и поэтому перед направляющими лопатками 5, соответственно перед их передними поверхностями 9 создается соответствующий динамический напор. С целью обеспечить интенсивное отклонение потока, а тем самым и эффективную нейтрализацию или обработку ОГ направляющие лопатки предпочтительно располагать с интервалом или со смещением 16, составляющим от 10 до 20 мм.

Касательно исполнения направляющих лопаток 5 особый интерес представляет однонаправленная ориентация передних поверхностей 9 направляющих лопаток 5, расположенных со смещением друг относительно друга в соседних каналах 2. Сказанное применительно к приведенной на фиг.1 проекции означает, что расположенные левее направляющие лопатки 5 имеют передние поверхности 9, которые ориентированы снизу слева вверх направо. Таким же образом, т.е. снизу слева вверх направо, ориентированы и расположенные со смещением относительно них в соседних каналах 2 направляющие лопатки 5. Каждая же из выдавленных вниз направляющих лопаток 5 образует по имеющему сужающееся поперечное сечение проходу 6, ведущему в соседний канал. Благодаря однонаправленной ориентации передних поверхностей 9 направляющих лопаток 5 сужающаяся часть поперечного сечения проходов ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки 5. Эффект, связанный с подобным выполнением направляющих лопаток, более подробно поясняется ниже со ссылкой на фиг.2.

На фиг.2 показан тот же, что и на фиг.1, образующий стенку слой 3. На этом чертеже показан также отдельный участок фильтрующего слоя 4, прилегающий в основном к возвышениям гофров образующего стенку слоя 3. Соответствующими стрелками на чертеже в качестве примера обозначены направления отдельных потоков ОГ в одном канале 2. Входящий в канал 2 поток ОГ попадает на расположенную в канале направляющую лопатку 5, которая, однако, создает сопротивление потоку ОГ. По этой причине на расположенном перед направляющей лопаткой участке канала создается динамический напор, вследствие которого преобладающая часть ОГ принудительно проходит через фильтрующий слой 4, как это указано стрелками, обозначающими фильтруемый поток 24. Однако в неполнопоточном фильтре 1 не только создается фильтруемый поток 24, но и возможно прохождение частичных потоков ОГ мимо фильтрующего слоя, при этом одна часть таких ОГ может проходить мимо самой направляющей лопатки 5 в виде так называемого байпасного потока 25, а другая часть этих ОГ может через проходы 6 переходить из одного канала 2 в соседний канал (в виде так называемого побочного или бокового потока 26). Предлагаемое в изобретении выполнение прохода 6, соответственно одинаковая ориентация передних поверхностей 9 направляющих лопаток позволяют поддерживать динамический напор на большей части канала при одновременном сохранении расстояний, соответственно интервалов до соседних направляющих лопаток. В результате неожиданно обеспечивается значительное повышение эффективности подобного неполнопоточного фильтра.

На фиг.3 схематично в разрезе показан фрагмент выполненного еще по одному варианту неполнопоточного фильтра 1. На этом чертеже показан канал 2, ограниченный профилированной фольгой 17 и проволочным матом 18. В фольге 17 выполнена направляющая лопатка 5, имеющая переднюю поверхность 9. Переднюю поверхность 9 направляющей лопатки предпочтительно располагать под углом 11 к оси 12 канала в пределах от 5 до 25° и одновременно с этим выполнять с длиной 13 в пределах от 4 до 8 мм, откуда в конечном итоге следует, что направляющая лопатка имеет высоту 14, которая составляет от 70 до 100% от высоты 15 канала. При таких геометрических соотношениях обеспечивается значительное сужение поперечного сечения канала и тем самым обеспечивается отклонение потока ОГ, который в остальном движется в направлении 27. Противоположно направлению 27 потока, т.е. по ходу потока перед направляющей лопаткой, выполнен проход 6, ведущий в соседний канал. Такой проход 6, который образован, например, соответствующей направляющей лопаткой, выполненной в возвышении гофра, имеет сужающееся поперечное сечение 7, сужающаяся часть 8 которого ориентирована к соседней следующей в направлении 27 потока направляющей лопатке 5, которая расположена справа в плоскости чертежа. В предпочтительном варианте проход 6 и соответствующая направляющая лопатка 5 удалены друг от друга на расстояние 34, которое не должно превышать 10 мм, а предпочтительно должно составлять от 2 до 6 мм.

Благодаря выполнению прохода 6 с ориентированной в направлении показанной на чертеже направляющей лопатки 5 сужающейся частью 8 происходит лишь "медленное" снижение создающегося перед направляющей лопаткой 5 динамического напора, и поэтому фильтрация ОГ может происходить на большем по своим размерам участке проволочного мата 18. В результате удается существенно повысить эффективность неполнопоточного фильтра.

На фиг.4 схематично в виде с торца показан неполнопоточный фильтр 1, выполненный по одному из вариантов. Такой фильтр имеет множество слоев 19, каждый из которых состоит из образующего стенку слоя 3 и фильтрующего слоя 4, которые образуют множество каналов 2. Эти слои 19 по меньшей мере частично в основном S-образно скручены друг с другом и своими концами неразъемно соединены с кожухом 20, прежде всего пайкой. Прикрепление слоев 19 к кожуху обоими их концами позволяет получить особо стабильный неполнопоточный фильтр 1, способный длительно выдерживать даже высокие термические и динамические знакопеременные нагрузки.

На фиг.5 схематично в разрезе показан неполнопоточный фильтр 1, выполненный еще по одному варианту. Такой неполнопоточный фильтр 1, имеющий множество слоев 19, каждый из которых состоит из образующего стенку слоя 3 и фильтрующего слоя 4, которые образуют множество каналов 2, также помещен в кожух 20. Поток ОГ, поступающих в неполнопоточный фильтр в направлении 27, сначала набегает на его левый в плоскости чертежа торец 28 и разделяется на множество частичных потоков, которые проходят по каналам 2. Предусмотренные в каналах 2 направляющие лопатки 5, которые имеют соответствующим образом ориентированные передние поверхности 9 и которые не полностью перекрывают соответствующие каналы 2, отклоняют частичные потоки ОГ, которые в результате принудительно проходят через фильтрующий слой 4.

В показанном на чертеже варианте неполнопоточный фильтр 1 имеет отдельный участок 21, на котором образующие стенки слои и фильтрующие слои снабжены каталитически активным покрытием 22. Такое покрытие 22 в наиболее предпочтительном варианте содержит в качестве катализатора благородный металл, который в этом месте аналогично, например, непрерывно регенерируемому улавливателю твердых частиц (НРУ) способствует образованию диоксида азота, который на последующем отдельном участке неполнопоточного фильтра 1 расходуется на превращение уловленных частиц сажи в диоксид углерода, происходящее уже при сравнительно низких температурах порядка 600°C.

На фиг.6 схематично показано транспортное средство (автомобиль) 30, оборудованное описанным выше неполнопоточным фильтром 1. При работе двигателя 32 внутреннего сгорания (прежде всего двигателя с принудительным воспламенением рабочей смеси или дизельного двигателя), которым оснащено такое транспортное средство, образуются ОГ, состав которых зависит от режимов, задаваемых системой 31 управления двигателем, и которые из двигателя попадают в систему 23 их выпуска. В показанном на чертеже варианте ОГ сначала проходят через нейтрализатор 29 с катализатором окисления, где образуются диоксиды азота, а затем попадают в расположенный далее по ходу их потока неполнопоточный фильтр 1, где происходит улавливание частиц сажи и их превращение в диоксид углерода при действии образовавшегося ранее диоксида азота. После этого ОГ перед их окончательным выбросом в атмосферу могут проходить еще и через другие компоненты 33 для их обработки, предназначенные для превращения и других содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные вещества.

Предлагаемый в изобретении неполнопоточный фильтр благодаря его рассмотренному выше конструктивному исполнению обладает гораздо более высокой эффективностью.

Claims

1. Неполнопоточный фильтр (1), который имеет множество каналов (2), образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем (3) и по меньшей мере одним фильтрующим слоем (4), и в котором в по меньшей мере множестве каналов (2) предусмотрены выступающие внутрь них направляющие лопатки (5) и выполненные в образующем стенку слое (3) проходы (6), ведущие в другой канал (2) и имеющие сужающееся поперечное сечение (7), отличающийся тем, что сужающаяся часть (8) поперечного сечения (7) прохода ориентирована в направлении соседней направляющей лопатки (5).

2. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1, отличающийся тем, что сужающееся поперечное сечение (7) имеет площадь в пределах от 0,8 до 18 мм².

3. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, в котором проходы (6) образованы расположенными в соседнем канале (2) направляющими лопатками (5), каждая из которых имеет переднюю поверхность (9), отличающийся тем, что смещенные относительно друг друга направляющие лопатки (5) расположены в соседних экстремумах (10) образующего стенку слоя (3).

4. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток расположены под углом (11) к оси (12) канала, составляющим не более 45°.

5. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток имеют длину (13) в пределах от 3 до 8 мм.

6. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток выполнены высотой (14), составляющей от 50 до 100% от высоты (15) соответствующего канала.

7. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что соседние направляющие лопатки (5) расположены со смещением (16) относительно друг друга в направлении оси (12) канала, составляющим по меньшей мере 10 мм.

8. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что в одном канале (2) предусмотрено по меньшей мере 6 направляющих лопаток (5).

9. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что профилированный образующий стенку слой (3) представляет собой фольгу (17), а фильтрующий слой (4) представляет собой мат (18) из металлической проволоки.

10. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что он образован несколькими слоями (19), каждый из которых состоит из образующего стенку слоя (3) и фильтрующего слоя (4) и которые в совместно свернутом или скрученном виде помещены в кожух (20).

11. Неполнопоточный фильтр (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один отдельный участок (21) по меньшей мере образующего стенку слоя (3) или фильтрующего слоя (4) снабжен каталитически активным покрытием (22).

12. Система (23) выпуска отработавших газов, которой оборудовано транспортное средство (30) и в которой предусмотрен неполнопоточный фильтр (1) по одному из пп.1-11.

13. Транспортное средство (30) с неполнопоточным фильтром (1) по одному из пп.1-11.

14. Неполнопоточный фильтр (1), который имеет множество расположенных рядом друг с другом каналов (2), образованных по меньшей мере одним профилированным образующим стенку слоем (3) и по меньшей мере одним фильтрующим слоем (4), и в котором в по меньшей мере множестве каналов (2) предусмотрено по несколько направляющих лопаток (5), каждая из которых имеет переднюю поверхность (9), отличающийся тем, что в соседних каналах (2) расположены смещенные относительно друг друга направляющие лопатки (5) с однонаправленной ориентацией их передних поверхностей (9).

15. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14, в котором проходы (6) образованы расположенными в соседнем канале (2) направляющими лопатками (5), каждая из которых имеет переднюю поверхность (9), отличающийся тем, что смещенные относительно друг друга направляющие лопатки (5) расположены в соседних экстремумах (10) образующего стенку слоя (3).

16. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток расположены под углом (11) к оси (12) канала, составляющим не более 45°.

17. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток имеют длину (13) в пределах от 3 до 8 мм.

18. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что передние поверхности (9) направляющих лопаток выполнены высотой (14), составляющей от 50 до 100% от высоты (15) соответствующего канала.

19. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, в котором проходы образованы направляющими лопатками, каждая из которых имеет переднюю поверхность, отличающийся тем, что соседние направляющие лопатки (5) расположены со смещением (16) относительно друг друга в направлении оси (12) канала, составляющим по меньшей мере 10 мм.

20. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, отличающийся тем, что в одном канале (2) предусмотрено по меньшей мере 6 направляющих лопаток (5).

21. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, отличающийся тем, что профилированный образующий стенку слой (3) представляет собой фольгу (17), а фильтрующий слой (4) представляет собой мат (18) из металлической проволоки.

22. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, отличающийся тем, что он образован несколькими слоями (19), каждый из которых состоит из образующего стенку слоя (3) и фильтрующего слоя (4) и которые в совместно свернутом или скрученном виде помещены в кожух (20).

23. Неполнопоточный фильтр (1) по п.14 или 15, отличающийся тем, что по меньшей мере один отдельный участок (21) по меньшей мере образующего стенку слоя (3) или фильтрующего слоя (4) снабжен каталитически активным покрытием (22).

24. Система (23) выпуска отработавших газов, которой оборудовано транспортное средство (30) и в которой предусмотрен неполнопоточный фильтр (1) по одному из пп.14-23.

25. Транспортное средство (30) с неполнопоточным фильтром (1) по одному из пп.14-23.