一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，其特征在于，过滤体滤芯孔道包括过滤壁面(1)，进气孔道(2)，出气孔道(3)，以及进气孔堵塞片(4)和出气孔堵塞片(5)，所述过滤壁面(1)的厚度轴向阶梯减少，进气孔道(2)的孔径轴向阶梯增加，出气孔道(3)的孔径轴向保持不变。本实用新型可有效增加过滤体孔道内灰烬承载量，改善其内部流场分布，延长微粒捕集器灰烬堵塞时长，且其结构简单，便于生产应用。
【专利说明】
一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器
技术领域
[0001]本实用新型属于柴油机尾气微粒排放控制技术领域，具体涉及一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器。
【背景技术】
[0002]柴油机微粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是目前世界公认的最为有效的柴油机排放微粒后处理净化技术，也是目前商用前景最好的柴油机后处理技术之一。微粒捕集器采用的多孔介质过滤体是整个后处理系统中的关键部件，其材料和结构特性不仅对捕集和再生微粒的性能有很大的影响，同时过滤体滤芯的孔道结构对捕集颗粒中的不可燃灰烬颗粒的沉积特性和承载量也有很大的影响，并影响柴油机微粒捕集器的维修和使用寿命。
[0003]柴油机微粒捕集器中灰烬是微粒中通过再生方式不能去除的不可燃物质，其化学组成主要包括各类硫酸盐、磷酸盐、金属及金属氧化物等，其主要来源于润滑油添加剂、柴油添加剂，以及柴油机各零部件磨损和排气系统腐蚀产生的金属碎肩。灰烬物质在柴油机排放微粒中所占的比例很微小，但随着微粒捕集器系统工作过程中周期性地捕集和再生微粒，灰烬物质因为不能通过再生去除，从而沉积于微粒捕集器过滤体孔道内。
[0004]现阶段关于微粒捕集器捕集机理和再生技术的研究已经趋于成熟，柴油机微粒捕集器系统作为一种后处理装置已经成功运用于汽车领域。但随着车载运行时间的增加，孔道内积累的灰烬会导致过滤体孔道堵塞，致使微粒捕集器工作失效，甚至影响发动机正常工作。对于柴油机微粒捕集器来说，过滤体孔道内灰烬的沉积质量和沉积位置会严重影响微粒捕集器的捕集和再生特性，如果过滤体进气孔道被灰烬堵塞，会导致排气系统被压急剧增加，再生负载微粒质量和位置发生变化，再生过程失控，再生温度过高，严重时会出现多孔介质滤芯破损或烧恪的情况。
[0005]目前，柴油机微粒捕集器的耐久性问题已成为其推广应用的瓶颈。微粒捕集器使用过程中灰烬积累导致的过滤体堵塞、破损和烧熔等问题，严重地影响着其使用寿命，致使其使用寿命不能达到规定的行驶里程和时间，这势必会影响柴油机微粒捕集器的进一步推广应用。本实用新型针对过滤体进气孔道内灰烬沉积沿轴向递增的特性，设计一种进气孔道孔径轴向阶梯增加，过滤壁面厚度轴向阶梯减少的过滤体结构，同时增大进口孔道孔径，减少出气孔道孔径，从而在过滤体工作容积及系统压降损失不变的情况下，增加柴油机微粒捕集器灰烬承载量，解决微粒捕集器使用过程中的耐久性问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于解决上述柴油机微粒捕集器多孔介质过滤体在使用过程中存在的堵塞、破损和烧熔等耐久性问题，根据多孔介质过滤体孔道内灰烬沉积位置与沉积质量，设计一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，增加微粒捕集器灰烬承载量，延长其使用寿命延长，达到规定行驶里程目标，同时优化孔道内流场分布，改善过滤体孔道内的捕集和再生特性。
[0007]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，其特征在于，过滤体滤芯孔道包括过滤壁面，进气孔道，出气孔道，以及进气孔堵塞片和出气孔堵塞片，所述过滤壁面的厚度轴向阶梯减少，进气孔道的孔径轴向阶梯增加，出气孔道的孔径轴向保持不变，进气孔堵塞片设置在进气孔道的一端，出气孔堵塞片设置在出气孔道的一端。
[0008]进一步地，所述进气孔道孔径随过滤壁面厚度减少而增加，进气孔道和过滤壁面的尺寸在轴向上的阶梯变化可以分为一段或者多段。
[0009]进一步地，进气孔道孔径大于出气孔道
[0010]本实用新型可达到的有益效果是:
[0011 ] (I)增加过滤体进气孔道孔径，能增加过滤体灰烬和微粒的承载量，延长灰烬堵塞过滤体的时间，增加微粒捕集器使用寿命；
[0012](2)变孔径过滤体能使进气孔道内积累灰烬分布更加合理，避免灰烬先堵塞进气孔道末端，致使过滤体工作容积减少；
[0013](3)阶梯进气孔道的设计有利于微粒再生过程中的热量扩散，避免再生过程失控以及过滤体的热损伤；
[0014](4)进气孔道孔径的变化能使孔道内气流形态在局部发生改变，有利于过滤体内微粒的捕集；
[0015](5)排气系统总体压降损失保持不变或略微减少，不会恶化发动机的动力性和经济性；
[0016](5)适用性广，对微粒捕集器的再生系统没有要求，适用于各种再生系统的微粒捕集器;
[0017](6)本实用新型设计的变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，不但能使得过滤体的进气孔道内灰烬分布更加合理，增加了灰烬负载量，延长了灰烬堵塞过滤体的时间，提高了微粒捕集器使用寿命，而且有利于微粒的捕集，消除过滤体内再生局部高温，避免过滤体热损伤；同时，本实用新型设计简单实用，适用于现有微粒捕集器系统的改造，在没有增加微粒捕集器过滤体工作容积和改变外部尺寸的情况下，能提高微粒捕集器使用里程和时间。本实用新型结构设计简单实用，在不改变过滤体工作容积和压力损失的情况下，可增加过滤体灰烬承载量，使灰烬沉积位置更加合理，从而延长微粒捕集器系统使用寿命。
【附图说明】
[0018]图1是变孔径过滤体1/2孔道纵剖面示意图；
[0019]图2为图1中A-A剖视图；
[0020]图3为图1中B-B剖视图。
[0021]其中:1_过滤壁面，2-进气孔道，3-出气孔道，4-进气孔堵塞片，5-出气孔堵塞片，6-发动机排气，7-灰烬颗粒，8-进气孔对称轴，9-出气孔对称轴。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图1-3对本实用新型作进一步详细描述。
[0023]如图1所示，本实用新型一种设计进气孔道孔径阶梯增加，过滤体壁面厚度随孔径变化阶梯递减，出气孔道孔径不变的新型过滤体滤芯，同时进气孔道前端面孔径大于出气孔道。
[0024]如图1所示，一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，过滤体滤芯孔道包括过滤壁面I，进气孔道2，出气孔道3，以及进气孔堵塞片4和出气孔堵塞片5，所述过滤壁面I的厚度轴向阶梯减少，进气孔道2的孔径轴向阶梯增加，出气孔道3的孔径轴向保持不变。发动机排气6从过滤体的进气孔道2流入，并经过过滤壁面I过滤后，流入出气孔道3，最终进入大气。
[0025]发动机排气6中的灰烬颗粒7沉积在过滤壁面I上，且沿轴向递增。因此，进气孔道，2孔径随过滤壁面I厚度减少而增加，进气孔道2和过滤壁面I的尺寸在轴向上的阶梯变化可以分为一段或者多段。
[0026]孔径递增的进气孔道2的容积轴向不断增加，有利于进气孔道末段和中段空间的利用，增加过滤体末段和中段的灰烬承载量，从而能延长微粒捕集器末端和中段堵塞时间，增加微粒捕集器使用寿命。
[0027]在进气孔道2的变径阶段，排气在通过扩张孔道时，其流动形态会发生改变，形成局部湍流，气流形态的改变会导致微粒运动轨迹发生改变，故有利于过滤体中微粒的捕集。
[0028]如图1，过滤壁面I厚度会随着进气孔道2孔径的增加而减少，碳烟微粒再生时，微粒层较厚的局部(进气孔道末段)燃烧相对剧烈，温度会较高，末段壁面厚度的减少，有利于再生时局部热量的扩散，避免再生过程中过滤体在再生高温下破损和烧熔，增加微粒捕集器耐久性。同时，过滤壁面2厚度的减少，能降低过滤体的压降损失，使得微粒捕集器整体压降损失基本不变，确保压降损失在发动机的合理要求范围内。
[0029]图2为微粒捕集器前端截面A的局部放大示意图，从图中可以看出，前端面进气2孔道孔径大于出气孔道3，具体的尺寸选择以发动机排气体积和过滤体工作容积为依据。通过增大进气孔道2孔径，使得进气孔道2的有效工作容积增大，其对灰烬颗粒的承载量也随之增加，充分利用了过滤体入口孔道空间，能延长微粒捕集器的整体堵塞时间，增加微粒捕集器使用寿命。
[0030]图3所示为微粒捕集器后端截面B的局部放大示意图，对比图2可以看出，过滤壁面在前端面的厚度明显大于后端面。
[0031]在该实施例中，图1所示的进气孔道轴向增加梯度可以分为一段或者多段，其具体方案可根据灰烬沉积的特点而确定，孔道增肌的尺寸可根据实例中过滤体尺寸以及发动机型号也调整，选择最为合理的方案实施。
[0032]本实用新型的工作原理描述如下:采用变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器安置于微粒捕集器系统壳体内部，尾气微粒进入过滤体，沉积于过滤体壁面，再生后的灰烬物质随气流方向沿孔道向前运动，并逐步沉积于进气孔道壁面，壁面沉积灰烬沿孔道轴向增加。在灰烬沉积初始阶段，灰烬首先沉积于进气孔道后段壁面，随着运行时间的增加，进气孔道壁面积累的灰烬在轴向上缓慢递增。变孔径过滤体能增加进气孔道后段容积，增加灰烬承载量，从而能防止灰烬堵塞过滤体后段的进气孔道。
[0033]另外，尾气通过扩张孔道后气流速度会发生改变，并形成局部湍流，加剧了微粒在孔道的运动，有利于过滤体对排气微粒的捕集。
[0034]出气孔道孔径减少将导致过滤体压力损失增加，而阶梯段过滤壁面的设计减少了壁面平均厚度，将有效减少微粒捕集器压力损失，从而使排气系统总体压力损失不变或略微减少。
[0035]本实用新型的描述将结合示例性的具体实施方案，但应该理解的是当前的描述并不仅仅将本实用新型限定在那些示例性的具体实施方案中。相反，本实用新型意在不仅覆盖示例性的具体实施方案，同时包括所附权利要求限定的本实用新型的范围内的各种等同形式和替代形式。
【主权项】
1.一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，其特征在于，柴油机微粒捕集器的过滤体滤芯孔道包括过滤壁面(I)，进气孔道(2)，出气孔道(3)，进气孔堵塞片(4)和出气孔堵塞片(5)，所述过滤壁面(I)的厚度轴向阶梯减少，进气孔道(2)的孔径轴向阶梯增加，出气孔道(3)的孔径轴向保持不变，进气孔堵塞片(4)设置在进气孔道(2)的一端，出气孔堵塞片(5)设置在出气孔道(3)的一端。2.根据权利要求1所述一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，其特征在于，所述进气孔道(2)孔径随过滤壁面(I)厚度减少而增加，进气孔道(2)和过滤壁面(I)的尺寸在轴向上的阶梯变化能够分为一段或者多段。3.根据权利要求1所述一种变孔径过滤体的柴油机微粒捕集器，其特征在于，进气孔道(2)孔径大于出气孔道(3)。
【文档编号】F01N3/022GK205445740SQ201620257115
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】陈韬, 王维, 杨平龙
【申请人】武汉华威专用汽车检测有限责任公司