一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器，属机动车废气处理技术领域。

背景技术：

缸内直喷技术以其出色的动力经济性和瞬态响应能力而备受推崇，然而，由于汽油直接喷入缸内，油气混合时间短，以及燃油湿壁等因素造成排气颗粒物较多。汽油机颗粒物捕集器是降低其颗粒物排放的有效装置，随着汽车排放法规的日趋严格，对直喷汽油机颗粒物捕集器的研究与应用将成为必然趋势。目前传统过滤器滤芯材料一般采用堇青石和碳化硅等，这种滤芯过滤性能较较好，但其脆性较大，抗冲击性较差，在制作过程中，只能加工成一体式滤芯，使得滤芯加工次品率较高，而且滤芯中间位置承担主要的过滤功能，损耗较快，边缘位置利用不足，但更换只能替换整体，对过滤器的性能是一种浪费。本发明提出一种由相互嵌套的泡沫金属圆筒和环形导流式封堵组成的新型颗粒物过滤器，泡沫金属不但具有高孔隙率、高渗透性、高比表面积、耐高温等良好的过滤性能，而且具有较好的抗冲击性能，更易加工，弥补了传统过滤材料的不足。本发明旨在减小颗粒物过滤器的流动阻力、外形尺寸与质量、提高颗粒物过滤器过滤表面积和结构紧凑性。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对传统过滤材料的不足，公开一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器。

实现本发明的技术方案如下：一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器包括入口扩张连接管、固定横梁、入口环形封堵、圆筒嵌套滤芯、出口环形封堵、出口收缩连接管和滤芯壳体。

所述圆筒嵌套滤芯由若干个同心的泡沫金属圆筒嵌套而成，各个泡沫金属圆筒两端平齐，泡沫金属圆筒之间间隔封堵，封堵区域采用半圆形截面带状导流装置（环形封堵）引导气流运动，并保证每一个环形空间只有一侧被封堵，相邻环形空间被封堵端分别在相对两侧，以形成环形孔道，使排气无法直接通过环形孔道到达滤芯另外一侧，而必须从泡沫金属微孔孔道壁面上流过。

所述的圆筒嵌套滤芯，通过固定横梁固定各层的位置；所述泡沫金属圆筒嵌套滤芯的制造材料为泡沫镍，所述入口环形封堵和出口环形封堵采用堇青石制成，其他部分的制造材料为不锈钢。

所述入口扩张连接管1通过卡扣或螺丝固定在滤芯壳体7，圆筒嵌套滤芯4通过螺纹连接到固定横梁2，固定横梁2通过螺丝固定到滤芯壳体7，入口环形封堵3和出口环形封堵5通过螺丝固定到固定横梁2上，出口收缩连接管6通过卡扣或螺丝固定到滤芯壳体7。

所述的入口扩张连接管为漏斗形304不锈钢金属构件，其扩张角为α_1，小口直径为d_1，大口直径为D_1。

所述的固定横梁为十字型交叉梁，其长度为D，厚度为t，宽度为m；所述固定横梁长度D与滤芯壳体的直径相同，以固定在滤芯壳体上；固定横梁不仅起到固定环形封堵和圆筒嵌套滤芯的作用，还可根据实际使用条件，调整圆筒滤芯的间距，以适用于不同工况。

所述的入口环形封堵为半圆环体，其内径为d_3，外径为D_3，配合排气进入滤芯前段的位置连接到固定横梁上；所述的出口环形封堵也是半圆环体，其内径为d_5，外径为D_5，配合排气出滤芯的位置连接到固定横梁上；所述入口环形封堵和所述出口环形封堵的内外径值，要配合圆筒滤芯的间距选择，以达到间隔封堵的效果，使排气都通过滤芯的壁面。

所述的出口收缩连接管为漏斗形金属管件，其收缩角为α_6，小口直径为d_6，大口直径为D_6；可以根据使用条件加工和调整直径。

所述的滤芯壳体，是一个不锈钢制成的圆筒，其直径为D，用以装载滤芯，并支撑固定横梁、入口扩张连接管和出口收缩连接管。

本发明的有益效果是：本发明不同于传统的一体式成型的滤芯，本发明采用多层圆筒嵌套滤芯结构，本发明替换滤芯方便，滤芯利用率高，经济性好；可以根据工况边界调整圆筒滤芯的间距，实现低压降、获得高过滤效率。本发明圆筒嵌套滤芯结构简单、制造方便，以较小成本大幅提高过滤效率；本发明无须改变现有排气系统安装结构，对体积、重量和可靠性有严格要求的机载设备来说，更具有实用价值。

附图说明

图1为所述颗粒物过滤器的结构示意图；

图2为所述颗粒物过滤器的等轴测1/4剖切面图；

图3为所述颗粒物过滤器的横剖面示意图；

图4为所述颗粒物过滤器的圆筒嵌套滤芯的等轴测图；

图5为所述颗粒物过滤器的圆筒嵌套滤芯的等轴测分解图；

图6为所述颗粒物过滤器的圆筒嵌套滤芯的反向等轴测图；

图中，1是入口扩张连接管；2是固定横梁；3是入口环形封堵；4是圆筒嵌套滤芯；5是出口环形封堵；6是出口收缩连接；7是滤芯壳体；α_1为入口扩张连接管的扩张角；d_1为入口扩张连接管的小口直径；D_1为入口扩张连接管的大口直径；α_6为出口收缩连接管的收缩角；d_6为出口收缩连接管的小口直径；D_6为出口收缩连接管的大口直径；D为壳体的直径；L₁+L₂+L₃为入口扩张连接管的长度；L₄为圆筒嵌套滤芯的长度；L₃+L₅+L₁为出口收缩连接管的长度。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1和图2所示。本实施例的圆筒嵌套滤芯以四层为例。

本实施例一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器包括入口扩张连接管1、固定横梁2、入口环形封堵3、圆筒嵌套滤芯4、出口环形封堵5、出口收缩连接管6和滤芯壳体7。

所述圆筒嵌套滤芯4由四个同心的、直径依次增大的泡沫镍材料圆筒嵌套而成，各泡沫镍圆筒两端平齐，用十字形固定横梁2固定间隔位置，各个泡沫镍材料圆筒两端平齐，泡沫镍材料圆筒之间间隔封堵，封堵区域采用半圆形截面带状导流装置（环形封堵）引导气流运动，并保证每一个环形空间只有一侧被封堵，相邻环形空间被封堵端分别在相对两侧，以形成环形孔道，使排气无法直接通过环形孔道到达滤芯另外一侧，而必须从泡沫镍材料微孔孔道壁面上流过。环形封堵之间用十字形固定横梁连接固定，保证滤芯具有一定的抗变形能力。

如图3所示，圆筒嵌套滤芯最外层泡沫镍材料圆筒与里面第二个泡沫镍材料圆筒之间的左端（入口端）安装入口环形封堵，第二个泡沫镍材料圆筒与里面的第三个泡沫镍材料圆筒之间的右端（出口端）安装出口环形封堵，第三个泡沫镍材料圆筒与中心的第四个泡沫镍材料圆筒之间的左端（入口端）安装入口环形封堵，第四个泡沫镍材料圆筒的右端（出口端）安装半圆形封堵。

本实施例过滤器排气流动方向如图3中的箭头所示，其中，L₄表示的长度范围为滤芯部分，L₁+L₂+L₃的长度范围为扩张连接管部分，L₃+L₅+L₁的长度范围为收缩连接管部分。排气从入口依次通过扩张管、滤芯、收缩管，最后通过出口进入排气管路中。其中入口扩张连接管的三部分长度配合扩张角α_1、滤芯壳体D的调整可以适配不同尺寸的排气系统，同样出口收缩连接管的三部分长度也要配合收缩角α_、滤芯壳体D做出调整。

尾气流动方向设计为由最内层圆筒封堵的一侧进入，最内层圆筒未封堵的一侧排出。此类结构在保证颗粒物过滤器整体尺寸不变的条件下，相互嵌套的过滤材料可设计为若干层，理论上嵌套的层数越多，过滤表面积越大，过滤能力也越大，在滤芯壳体直径D和滤芯长度L₄不变的条件下，本发明内部流场分布以及压力损失主要受滤芯圆筒嵌套层数（圆筒层间距）和导流装置截面形状等结构参数的影响。另外层数为奇数和层数为偶数造成的封堵情况也会有所差异，影响入口和出口开口率的变化。根据实际使用条件可以调整层数与排气进入方向，找到具有较大的过滤面积同时压力损失较小的最佳嵌套层数和气流方向。

如图3所示，本实施例一种圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器各部分具体尺寸如下：α_1=90°为入口扩张连接管的扩张角，d_1=60mm为入口扩张连接管的小口直径，D_1=180mm为入口扩张连接管的大口直径，α_6=90°为出口收缩连接管的收缩角，d_6=60mm为出口收缩连接管的小口直径，D_6=140mm为出口收缩连接管的大口直径，D=180mm为壳体的直径，L1+L2+L3=30mm+60mm+20mm为入口扩张连接管的长度，L4=200mm为圆筒嵌套滤芯的长度，L3+L5+L1=20mm+40mm+20mm为出口收缩连接管的长度；4层嵌套圆筒滤芯分别为直径20mm、60mm、100mm、140mm；入口圆形封堵即为内径20mm外径60mm，和内径100mm外径140mm的两个半圆环体；出口圆形封堵即为中间直径20mm的半球体，内径60mm外径100mm的半圆环体；长度为D=180mm的，厚度为t=1mm，宽度为m=10mm的十字型交叉梁。

本实施例一种新的圆筒嵌套滤芯和环形封堵组成的颗粒物过滤器，综合考虑了过滤材料特性以及满足外形尺寸、质量和通用性等设计要求，并且保持壁流式蜂窝结构的过滤表面积大、过滤效率高等优点，该结构外形尺寸小，质量轻，设计简单、巧妙，易加工、可拆卸，可以保证较大的过滤表面积，并满足压力损失小、耐高温冲击等要求。