专利名称：用于过滤内燃机的排放气体中所含颗粒的过滤块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一过滤块和由多个过滤块组装而形成的一过滤体，所述过滤块用于过滤内燃机、特别是柴油机型内燃机的排放气体中所含的颗粒。
背景技术：
通常，排放气体在被排放到大气中之前，可通过一个现有技术中已知的且如图1和图2中所示的一颗粒过滤器加以净化。
颗粒过滤器1在图1中以沿图2中所示的截面B-B的横剖面图方式示出，而在图2中以按照图1中所示的截面A-A的纵剖面图方式示出。
颗粒过滤器1通常包括至少一个过滤体3，所述过滤体插在一金属包覆壳5里，用于供排放气体从一上游表面7通行到一下游表面9。
过滤体3一般包括多个过滤块11a-11i，所述过滤块由蜂窝式多孔隙结构构成，通常是陶瓷制成(堇青石，碳化硅，……)，并通过陶瓷胶结剂式连接件12彼此粘合在一起。基本上气密性的连接件12通常具有一约1mm的厚度。陶瓷胶结剂一般由硅石和/或碳化硅和/或氮化铝构成。
这样构成的组件然后可以加工成所要求的截面，例如圆形或椭圆形截面。图1和图2所示的过滤体3具有一轴线为C-C的柱体形状。
在所述过滤块中，可以区分内部过滤块11i和外部过滤块11a-11h。与内部过滤块11i不同之处在于，外部过滤块11a-11h邻接于包覆壳5。通常一对排放气体密封的材料件12′布置在外部过滤块11a-11h和包覆壳5之间。
一过滤块11a-11i通常大致为一长方体的形状，其长为L，宽为l且高为h。它包括多个孔道13，所述孔道是笔直的、平行的、彼此相邻且具有相同的正方形横截面。一孔道13的内部空间14由一侧壁17限定，所述内部空间通过开口19通向外部，并在与开口19相对的另一端被一封堵塞20封闭。
可以区分两种类型的孔道。进口孔道13e在下游表面9上具有一封堵塞20e并且在上游表面7上有一开口19e。出口孔道13s在上游表面7上有一封堵塞20s并且在下游表面9上有一开口19s。
进口孔道13e和出口孔道13s交替地设置在过滤块的宽度l里和高度h里。
如图2中所见，排放气流F通过进口孔道13e的开口19e进到过滤体3里，穿过所述孔道的侧壁17以到达出口孔道13s，然后通过开口19s排放到外部。排放气体所穿过的一侧壁17的面积称为所述侧壁的“过滤区”。
气体穿过过滤块的任何通行伴随着一载荷损失，这主要是由于气体穿越过滤区造成的。因此希望将这种载荷损失减至最小。
对于进入过滤器里的相同流量的气体，载荷损失通常随着孔道过滤区的增大而减小。实际上，一大的过滤区对一进口孔道而言，意味着一可供气体穿过的大的可用面积，且对出口孔道和对进口孔道也一样，当气体在孔道里流通时，一大的横截面通常限制载荷损失。但考虑到尺寸、重量和成本的限制，必需一折衷方案。为了优化所述折衷方案，过滤器因此根据在其应用中所容许的载荷损失予以适配。
另外，由本申请人提交的法国专利申请FR 0104686提出一过滤体，所述过滤体具有一中央部分和一周边部分，所述两部分具有不同的孔道密度，且适配成用于平衡过滤体不同点上的载荷损失。
尽管所述改进，但仍存在对以下解决方案的持久需求所述方案在满足尺寸限制的同时，仍可以降低穿过过滤器的载荷损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一过滤块，其适于限制气体穿过过滤器而产生的载荷损失。
根据本发明，利用一过滤块即可实现所述目的，所述过滤块用于过滤内燃机的排放气体中所含的颗粒，所述过滤块包括所述气体的一流通孔道组，所述每个孔道由设有一过滤区的一壁限定，并且通过一开口通向外部；所述孔道组包括至少两个孔道，所述孔道各自的过滤区面积F和壁面积P之间的比值F/P不相同。根据本发明的过滤块的特征在于，所述孔道组的一孔道包括一开口，所述开口的面积O随着所述孔道的所述过滤区的面积F越大而越大。
正如在下文描述中将要更详细了解的那样，根据一孔道的壁用于过滤的面积来适配所述孔道的开口，特别是适配所述周边孔道——其比值F/P不为1——的开口，有助于使所述孔道中和与所述孔道相邻的多个孔道里的气体速度均匀，这有利于气体穿过过滤体的流通。有利地是导致一小的载荷损失。
按照本发明的其它优选特征，[20]—所述孔道组的每个孔道以下列方式适配成形[21](I)0.9×Rseuil＜O/F＜1.1×Rseuil，且优选[22](II)O/F＝Rseuil[23]其中Rseuil是一阈值，例如根据配备所述过滤块的应用予以确定；[24]—所述孔道组只包括相邻互通的孔道，或者只包括进口孔道，或者只包括所述气体的出口孔道，或者还包括所述过滤块的所有孔道；[25]—所述过滤块的所述孔道是基本平行的，彼此相邻的，并且根据它们是否各自具有一朝向所述过滤块外部露出的非过滤区，可以将所述孔道划分为“周边”孔道和“内部”孔道；一周边孔道的开口面积Op和一与之相邻的内部孔道的开口面积Oi的比值Op/Oi介于0.2至0.75之间。当两个孔道具有一共同的侧壁部分，也可能为一公共棱边的形式，所述两孔道称为“相邻”孔道。在后一种情况下，共同的侧壁部分仅限于一条接触线。优选当所述周边孔道是一拐角孔道时，也就是它沿着所述过滤块的一纵向棱边延伸，比值Op/Oi介于0.2至0.3之间，而且优选基本上等于0.25。优选地，当所述周边孔道是一侧周边孔道时，也就是说它沿着所述过滤块的唯一一个表面布置，比值Op/Oi介于0.4至0.6之间，而且优选基本上等于0.5；[26]—所述内部的进口孔道和/或出口孔道在一垂直于所述孔道方向的平面里的截面全部相同，或者根据一孔道是一进口孔道还是一出口孔道而不同。
本发明还涉及一过滤体，其用于颗粒过滤器并包括至少一个按照本发明的过滤块。
通过下面结合附图的描述，可以更好地理解和领会本发明的优点。
附图如下[29]—图1表示根据现有技术的沿着图2中所示截面B-B的一颗粒过滤器的横剖面图；[30]—图2示出同一颗粒过滤器，其为沿着图1中所示截面A-A的纵剖面图；[31]—图3表示一按照本发明优选实施方式的过滤块的上游表面7的一视图。
具体实施例方式在所述非限制性的附图中，不同元件(壁、连接件、过滤块、封堵塞等)不必采用相同的比例表示。在各个附图中，相同或相似的元件用相同的参考标记表示。
前面已经对图1和图2作了描述，现在参见图3。
出口孔道13s的密封塞20s用影线表示。
可以区分内部孔道25和周边孔道27。
内部孔道25具有一正方形的横截面，所述横截面也就是在一垂直于孔道方向C-C的平面里，该截面的每边具有一长度Lp。内部孔道25通过面积为Oi的开口通向外部。一内部的进口孔道或出口孔道25的侧壁17i的四个表面25a、25b、25c和25d都分别相邻于一出口或进口孔道。因此，侧壁17i的过滤区的面积Fi由所述四个表面25a-25d形成，而且所述面积因此大致等于该侧壁的面积Pi。因此Fi/Pi≈1。
周边孔道27包括至少一个相邻于过滤块外部的表面。在所述周边孔道27中，可以区分拐角孔道27′和侧孔道27″。拐角孔道27′沿着过滤块的纵向棱边29延伸。侧孔道27″不同于拐角孔道27′之处在于，它沿着过滤块的唯一一个外表面31布置。周边的拐角孔道27′和侧孔道27″分别通过面积为Op′和Op″的开口通向外部。
拐角孔道27′具有一正方形的截面，其每边具有一长度lp。侧孔道27″具有一矩形的截面，其短边的长度为lp，而长边的长度为Lp。
拐角孔道27′和侧孔道27″的侧壁具有各自的面积Pp′＝L×4lp，以及Pp″＝L(2lp+2Lp)。拐角孔道27′包括两个表面27a′、27b′，而侧孔道27″包括一表面27a″，所述表面27a′、27b′和27a″分别相邻于过滤块的外部；其它表面27c′和27d′和相应的27b″，27c″，27d″与其它孔道相邻。
如前所述，过滤块11a-11i通过一水泥连接件12相互接合，所述连接件对需过滤的排放气体基本上是密封性的。过滤体3的外部过滤块11a-11h——其与包覆壳5相邻——的周边孔道27则通过对排放气体密封的材料件12′而与外部相隔绝。
一方面与连接件12或密封材料件12′相接触的外表面27a′和27b′、另一方面与它们相接触的外表面27a″，因而都不允许所要过滤的气体通过，并且它们是孔道27′和相应的孔道27″的侧壁的非过滤区。因此孔道27′和27″的侧壁的过滤区具有面积Fp′和相应的Fp″，所述面积由其余表面27c′和27d′以及相应地27b″、27c″和27d″所构成，且因此等于L×2lp和相应地L×(Lp+2lp)。
下面讨论包括至少两个孔道的一孔道组，所述孔道的过滤区面积F和壁面积P之间的比值F/P不相同，例如，一孔道组包括一内部孔道25、一周边拐角孔道27′和一周边侧孔道27″。
Fp′/Pp′≠Fp″/Pp″≠Fi/Pi[44]按照本发明，所述孔道组的一孔道具有一开口，所述开口的面积O随着所述孔道的所述过滤区的面积F越大也越大。也就是，如果Fp′＜Fp″＜Fi，则Op′＜Op″＜Oi。
优选所述孔道组的每个孔道采用以下方式适配成形[46](I)0.9×Rseuil＜O/F＜1.1×Rseuil[47]其中Rseuil是一阈值，而且优选[48](II)O/F＝Rseuil[49]因此在本发明的优选实施方式中，Rseuil＝Op′/Fp′＝Op″/Fp″＝Oi/Fi。即Rseuil＝lp×lp/(L×2lp)＝lp×Lp/(L×(Lp+2lp))＝Lp×Lp/(L×4Lp)，由此得出lp＝0.5Lp[50]因此，Op′＝lp×lp＝0.25Lp×Lp＝0.25Oi，且Op″＝Lp×lp＝0.5Lp×Lp＝0.5Oi[51]按照本发明，比值Op′/Oi优选介于0.2到0.3之间，优选大约等于0.25，而比值Op″/Oi介于0.4到0.6之间，优选大约等于0.5。
假定所要过滤的气流以一大致均匀的速度到达图1、2和3所示过滤块的上游表面7上。
根据现有技术的过滤块(图1和图2)的孔道的截面适配使尺寸和载荷损失——气体穿过内部孔道25进入和排出时造成——之间的搭配(compromis)达到最优。换句话说，内部孔道25，特别是它们的开口，适配成形为使得气体过滤时的载荷损失较小，但又接近所容许的一极限载荷损失。
根据现有技术，周边的进口孔道和出口孔道通常有开口，所述开口与内部的进口孔道和出口孔道的开口相同，但其过滤区的面积比后者小。因此，周边的进口孔道的过滤区不足以对流到周边孔道开口处的所有气体进行过滤，这在所述开口的上游处造成过压以及一不利的载荷损失。此外，周边的出口孔道——其接收的已过滤气体比内部孔道接收的要少，却具有尺寸过大的开口。
根据本发明，考虑到周边孔道的过滤区——其没有覆盖其侧壁的整个面积——本身相对于内部孔道的过滤区减小，因而周边孔道开口的面积减小。
一孔道的进入或排出的气流量基本上与该孔道的开口面积成正比，而所述开口面积与孔道的过滤区相适配，因而本发明可实现不同孔道里气体速度的均匀性。因此降低所述过滤器所造成的载荷损失。
调整周边孔道的开口因而可以节省空间，所述空间的节省可以反映在额外内部孔道的增加。在相同尺寸的情况下，因此一根据本发明的过滤块导致的载荷损失比一根据现有技术的过滤块所产生的载荷损失要小。在相同的载荷损失的情况下，一根据本发明的过滤块比一根据现有技术的过滤块的体积要小。
通常流入的气流并不均匀，尤其流入气体的压力根据所涉及的孔道在一过滤块中的位置以及根据过滤块在过滤体中的位置而不同。
在所述情况下，公式(I)和(II)仅适合应用于如下孔道组所述孔道的开口被具有大致相同的成分和/或压力的气流穿过。因此，所述孔道组优选局限于邻近互通的孔道。
一周边孔道的比值Op/Fp优选是这样的[61](III)0.9×Oi′/Fi′＜Op/Fp＜1.1×Oi′/Fi′[62]Oi′表示和所述周边孔道相邻的一内部孔道的开口面积；Fi′表示所述内部孔道的过滤区面积。所述相邻的内部孔道优选是一与所述周边孔道相同类型的孔道。
当然，本发明并不局限于上面所述和所示的实施方式，所述实施方式以示意且非限定性的方式给出。
因此，本发明还涉及一整体式过滤体。所述过滤块可具有一任意形状。
孔道的截面并不限于正方形状。进口孔道的截面也可以不同于出口孔道的截面。周边孔道的截面的整体形状也可以不同于内部孔道的截面的整体形状。一孔道的横截面还可以沿着该孔道的长度，周期性地或非周期性地变化。
最后，一孔道的开口可以不是平的，或者不垂直于该孔道的轴线。
权利要求
1.用于过滤内燃机的排放气体中所含颗粒的过滤块，所述过滤块包括所述气体的一流通孔道组，所述每个孔道由设有一过滤区的一壁限定，并且通过一开口通向外部；所述孔道组包括至少两个孔道，所述孔道各自的过滤区面积F和壁面积P之间的比值F/P不相同，所述孔道组的一孔道包括一开口，所述开口的面积O随着所述孔道的所述过滤区的面积F越大而越大，其特征在于所述孔道组的每个孔道以下列方式适配成形(I)0.9×Rseuil＜O/F＜1.1×Rseuil，其中的Rseuil是一阈值。
2.如权利要求1所述的过滤块，其特征在于，所述孔道组的每个孔道以下列方式适配成形(II)O/F＝Rseuil
3.如上述权利要求中任一项所述的过滤块，其特征在于，所述孔道组只包括相邻互通的孔道。
4.如上述权利要求中任一项所述的过滤块，其特征在于，所述孔道组只包括所述气体的进口孔道或者只包括其出口孔道。
5.如权利要求1或2所述的过滤块，其特征在于，所述孔道组包括所述过滤块的所有孔道。
6.如上述权利要求中任一项所述的过滤块，其特征在于，所述过滤块的所述孔道是基本平行的，彼此相邻的，并且根据它们是否各自具有一朝向所述过滤块外部露出的非过滤区，可以将所述孔道划分为“周边”孔道和“内部”孔道；并且一周边孔道的开口(20e，20s)的面积Op和一与之相邻的内部孔道的开口的面积Oi的比值Op/Oi介于0.2至0.75之间。
7.如权利要求6所述的过滤块，其特征在于，所述比值Op/Oi介于0.2至0.3之间，优选基本等于0.25。
8.如权利要求6或7所述的过滤块，其特征在于，所述周边孔道是一拐角孔道。
9.如权利要求6所述的过滤块，其特征在于，所述比值Op/Oi介于0.4至0.6之间，优选基本等于0.5。
10.如权利要求6或7所述的过滤块，其特征在于，所述周边孔道是一侧周边孔道。
11.如上述权利要求中任一项所述的过滤块，其特征在于，所述内部的进口孔道和成出口孔道上一垂直于所述孔道方向的平面里的截面全部相同。
12.如权利要求1至10中任一项所述的过滤块，其特征在于，所述内部孔道在一垂直于所述孔道方向的平面里的截面，根据一孔道是一进口孔道还是一出口孔道而不相同。
13.用于颗粒过滤器的过滤体，其特征在于，它包括至少一个如上述权利要求中任一项所述的过滤块。
全文摘要
用于过滤内燃机的排放气体中所含颗粒的过滤块，所述过滤块包括所述气体的一流通孔道组，所述每个孔道由设有一过滤区的一壁限定，并且通过一开口通向外部，所述孔道组包括至少两个孔道，所述孔道各自的过滤区面积F和壁面积P之间的比值F/P不相同。根据本发明，所述孔道组的一孔道包括一开口，所述开口的面积O随着所述孔道的所述过滤区的面积F越大而越大。
文档编号B01D46/24GK1774565SQ200480008695
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月2日 优先权日2003年4月4日
发明者S·巴尔东, V·格莱兹 申请人:圣戈班欧洲设计研究中心