分段式滤芯及其发动机微粒捕集器的制作方法

本实用新型涉及发动机尾气净化技术领域，尤其涉及一种分段式滤芯及其发动机微粒捕集器。

背景技术：

微粒捕集器是发动机排气系统中用来进行颗粒物过滤的主要设备，可以有效降低颗粒污染物的排放，降低汽车尾气对于大气环境的污染。

发动机排气系统的一个重要参数就是排气背压，随着排气背压的增大，尾气的流动阻力也会增大，导致尾气排出过程中消耗功率增加，发动机的燃烧效率、动力性以及燃油经济性都会有一定的下降。

微粒捕集器的工作原理决定了其一定会导致排气背压增加。因此，应优先选择排气背压低的微粒捕集器作为排气系统的一部分，以优化整车性能。

通过相关实验数据得知，相较于传统的堇青石壁流式微粒捕集器滤芯，由于金属泡沫材质滤芯较大的平均孔径以及孔隙率，其可以有效降低发动机的排气背压，增加燃烧效率、动力性以及降低燃油经济性等，缺点是对于颗粒物的捕集效率相对下降。

衡量发动机微粒捕集器性能的一项重要指标就是颗粒物捕集效率，大量实践数据表明，传统的堇青石壁流式微粒捕集器滤芯由于其极小的多孔介质孔径以及较低的渗透率，可以取得优良的颗粒物捕集效率，但是其缺点在于会大幅提高发动机排气背压，导致整车性能下降。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的是设计一种可以结合两种不同材质滤芯优点的分段式滤芯及其发动机微粒捕集器，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为达到上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供了一种分段式滤芯，包括：捕集效率不同的第一滤芯芯体和第二滤芯芯体；沿一轴向相间隔地设置，以在所述第一滤芯芯体和第二滤芯芯体之间形成一湍流间隔层。

作为本实用新型的另一个方面，本实用新型提出了一种发动机微粒捕集器，包括：所述的分段式滤芯；壳体，所述分段式滤芯设置于所述壳体内部；以及两个固定环，分别设置于所述壳体的内壁上，将分段式滤芯的第一滤芯芯体和第二滤芯芯体限制在相间隔的位置，以在第一滤芯芯体和第二滤芯芯体之间形成湍流间隔层。

基于上述技术方案，本实用新型的分段式滤芯及其发动机微粒捕集器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)两段滤芯芯体按照捕集效率不同沿一轴向相间隔设置，且两段滤芯芯体之间设置湍流间隔层，颗粒在前段滤芯芯体中为层流，在离开前段滤芯芯体后进入湍流间隔层区域时转变为湍流，颗粒会因受脉动粘性力而变得不规律，当颗粒随后进入下段滤芯芯体时会持续一段湍流运动，这种湍流运动会使得颗粒物的运动轨迹产生较大的波动，提高颗粒被捕集的概率，进而达到提高捕集效率，降低背压的目的。

(2)集合了两段滤芯芯体的优点，其中前段放置的第一滤芯芯体利用其较大的平均孔径以及孔隙率，可以对发动机尾气进行初步的颗粒物捕集，并且可以有效降低排气背压，可以有效提高发动机的燃烧效率、动力性，降低燃油消耗率，增加燃油经济性；

在后段放置捕集效率高的第二滤芯芯体，由于其较低的平均孔径以及渗透率，可以对发动机尾气中剩余的颗粒物进行进一步的过滤达到较为优良的颗粒物捕集效率。

(3)本实用新型的壳体内壁上设置固定环，将分段式滤芯的第一滤芯芯体和第二滤芯芯体限制在相间隔的位置，一方面对湍流间隔层起到轴向定位的作用，另一方面保证分段式滤芯在壳体内轴向固定，避免分段式滤芯在发动机微粒捕集器的壳体内部发生窜动。

(4)壳体与两个气道壳体之间以可拆卸方式连接，可以方便进行拆卸以进行分段式滤芯的更换、清理、安装等工作。

附图说明

图1是本实用新型实施例装有分段式滤芯的发动机微粒捕集器及局部剖视图；

图2是本实用新型实施例装有分段式滤芯的发动机微粒捕集器剖面示意图；

图3是本实用新型实施例壳体与气道端盖之间连接处的放大示意图；

图4是本实用新型实施例发动机微粒捕集器壳体侧视示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

1、第一滤芯芯体；2、第二滤芯芯体；3、湍流间隔层；4、壳体；5、固定环；6、气道端盖；601、第二环形连接部；602、管式连接部；603、渐变径段；7、第一环形连接部；8、卡箍。

具体实施方式

发动机排气按顺序依次通过第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2进行颗粒物捕集，且利用在两段滤芯芯体之间设置湍流间隔层3，形成湍流扰动，将颗粒物的运动轨迹打乱，增加捕集效率。本实用新型相较于单纯堇青石材质壁流式滤芯可有效降低排气压降，提高燃油经济性；相较于单纯金属泡沫材质滤芯可有效提高颗粒物质量与数量捕集效率，是为一种结合两类不同材质滤芯优点的新型高效微粒捕集器，可用于柴油机及汽油机上。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

根据本实用新型的一些实施例，如图1和图2所示，提供了一种分段式滤芯，包括捕集效率不同的第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2，沿轴向相间隔地设置，以在所述第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2之间形成一湍流间隔层3。这里的捕集效率是指关于颗粒物质量、数量的捕集效率，捕集效率越高则被过滤的颗粒物质量或数量越高。

具体地，第一滤芯芯体1包括金属泡沫材质滤芯芯体、泡沫陶瓷滤芯芯体芯体或者烧结金属丝滤芯芯体；其具有平均孔径大、孔隙率大等特点；第二滤芯芯体2包括壁流式滤芯；其具有平均孔径小、渗透率小等特点；优选的，第二滤芯芯体2包括堇青石壁流式滤芯芯体或者碳化硅壁流式滤芯芯体。

具体地，第一滤芯芯体1的过滤孔径范围小于0.8mm，考虑到捕集效率和降低背压的平衡，第一滤芯芯体1的过滤孔径为0.1-0.8mm；第二滤芯芯体2的过滤孔径为0.02-0.05mm。

根据本实用新型的一些实施例，如图1和图2所示，还提供了一种发动机微粒捕集器，包括：

该分段式滤芯，

壳体4，该分段式滤芯设置于壳体4内部；

2个固定环5，分别设置于壳体4的内壁上，将分段式滤芯的第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2限制在相间隔的位置，以在第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2之间形成湍流间隔层3。

其中，壳体4可以为圆筒形，但并不局限于此，还可以采用其他形状如锥形或者方筒形等。

具体地，第一滤芯芯体1设置于靠近壳体4的进气端一侧；且第一滤芯芯体1的捕集效率小于第二滤芯芯体2的捕集效率。

具体地，如图1、图2和图4所示，壳体4内部设置固定环5，固定环5为沿壳体4内壁一周焊接的金属挡板，其焊接位置由分段式滤芯长度决定，一方面对湍流间隔层3起到轴向定位的作用，另一方面保证分段式滤芯芯体在壳体4内轴向固定，避免滤芯在发动机微粒捕集器的壳体4内部发生窜动。

具体地，如图2和图4所示，为了不阻挡滤芯过滤面积，固定环5沿径向宽度不宜过大，适宜在3-5mm。

具体地，如图1和图2所示，发动机微粒捕集器还包括两个气道端盖6，对称设置于壳体4的两端，两个气道端盖6分别与壳体4可拆卸连接；

在其中一气道端盖6和一固定环5之间形成对第一滤芯芯体1过盈配合的固定位；在另一气道端盖6和另一固定环5之间形成对第二滤芯芯体2过盈配合的固定位。

具体地，两个固定环5与两个气道端盖6端面之间距离应保证能够对分段式滤芯形成过盈配合，将其在轴向方向上压紧。

具体地，本实用新型的发动机微粒捕集器适用于柴油发动机或者汽油发动机，第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2的具体长度和直径以及湍流间隔层3的间距要根据发动机实际排量等运行数据进行布置。本实用新型的发动机微粒捕集器体积为柴油发动机排量的1.5-2倍，为汽油发动机排放量的0.7-1.5倍；分段式滤芯的直径为排气管直径的1.5-2倍。

具体地，湍流间隔层3的间距为40-100mm，使从第一滤芯芯体1流出的排气产生湍流。具体地，第一滤芯芯体1和第二滤芯芯体2的直径为100-200mm，以满足与排气管直径相匹配。

具体地，如图1、图2和图3所示，壳体4两端外侧分别设置第一环形连接部7，气道端盖6包括：第二环形连接部601，与第一环形连接部7卡固连接；管式连接部602，与一外接管道连接；其中，管式连接部602与第二环形连接部601之间通过一渐变径段603相连接。

具体地，渐变径段603设置为圆锥型，在渐变径段603小内径端连接管式连接部602，在渐变径段603大内径端外壁设置第二环形连接部601，第一环形连接部7与第二环形连接部601通过卡箍8等方式卡固连接。

如图1所示，卡箍8包括但不限于后续所述结构：卡箍8包括两个拼接为整圆的半圆形卡箍体，两个卡箍体的内环壁上设置环形的卡槽，其卡槽将拼接的第一环形连接部7和第二环形连接部601进行卡套。

具体地，两个卡箍体一端铰接，两个卡箍体的自由端分别设置连接耳，一个连接耳上铰接锁紧螺栓，另外一个连接耳上设置卡固孔，锁紧螺栓通过锁紧于卡固孔内进行圆周方向的紧固。

在第一环形连接部7和第二环形连接部601之间设置垫片，防止过滤气体的外泄。

在经过长时间的使用后，可以将发动机微粒捕集器的壳体4和气道端盖6拆开，将内部的分段式滤芯取出进行更换或者吹灰等工作，方便实用。

具体地，如图3所示，气道端盖6的第二环形连接部601的内径比壳体4的内径小，其差值为3-5mm。起到对分段式滤芯轴向上限位固定的作用。

以下通过具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步说明。

实施例1

针对东风朝阳朝柴4102-ce4m型柴油发动机，其排量为3.865l；

分段式滤芯总过滤体积为6l；每段滤芯芯体直径为150mm，每段滤芯芯体长度为170mm，共340mm；湍流间隔层3为60mm；

第一滤芯芯体1为金属泡沫材质滤芯芯体，第一滤芯芯体1平均孔径为0.3mm；第二滤芯芯体2为堇青石壁流式滤芯芯体，第二滤芯芯体平均孔径为0.02mm；

固定环5沿径向宽度为5mm，固定环5的外环沿与壳体4内壁焊接。

安装方法：将第一滤芯芯体1设置于壳体4内，固定环5与气道端盖6之间；将第二滤芯芯体2设置于壳体4内，第一滤芯芯体1相对一侧的另一固定环5与另一气道端盖6之间；在壳体4和气道端盖6之间设置垫片，用卡箍8卡固，完成安装。

使用方法：将第一滤芯芯体1一端的管式连接部602内腔设置为进气道，第二滤芯芯体2一端的管式连接部602内腔设置为排气道，气体首先进入到进气道，经过第一滤芯芯体1进行初步颗粒物捕集，随后进入湍流间隔层3，形成湍流后再进入第二滤芯芯体2内进行剩余颗粒物捕集，随后进入排气道，完成发动机尾气颗粒物的过滤捕集。

性能测试

单纯的金属泡沫材质滤芯对于颗粒物的质量以及数量捕集效率在50％-70％，而金属泡沫材质滤芯芯体结合堇青石材质壁流式滤芯芯体后将颗粒物的质量以及数量捕集效率提升到80％-90％；

单纯的堇青石材质壁流式滤芯在长时间进行颗粒物加载后发动机微粒捕集器前后压降大致为5kpa-10kpa，而单纯的金属泡沫材质滤芯在长时间进行颗粒物加载后发动机微粒捕集器前后压降大致为2kpa-4kpa，结合两种材质的分段式滤芯在长时间进行颗粒物加载后发动机微粒捕集器前后压降比单纯堇青石材质壁流式滤芯的大概要降低50％左右，燃油经济性得到增加。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。