专利名称：颗粒过滤器及其组装方法
技术领域：
本公开涉及一种颗粒过滤器组件及其构造方法。
背景技术：
本节的说明仅提供与本公开相关的背景信息，这些信息并不一定是现有技术。在颗粒过滤器中，例如在用于汽车排放系统的柴油机颗粒过滤器中使用织造金属 纤维过滤器介质，这种使用由于在组装过滤器时处理这种脆性过滤器介质所遇到的困难而 受到阻碍，这通常会导致该装置的机械耐用性较差。
发明内容
本节提供了对本公开的总体概述，而不是全面公开其全部范围或其所有特征。在本发明的第一方面中，颗粒过滤器滤筒组件包括穿孔的支撑管和环绕所述支撑 管的织造金属纤维过滤器介质，所述过滤器介质具有向下弯曲到所述支撑管的入口和出口 端，所述过滤器介质在弯曲部分处焊接到所述支撑管上。在本发明的另一个方面中，组装颗粒过滤器滤筒的方法包括围绕穿孔的支撑管 布置织造金属纤维过滤器介质，将所述过滤器介质向下弯曲到所述支撑管的入口和出口 端，以及将所述过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述支撑管上。在本发明的再一个方面中，颗粒过滤器组件包括具有入口端和出口端的第一穿 孔的支撑管、以及环绕所述第一支撑管的第一织造金属纤维介质，所述第一织造金属纤维 介质在其入口端和出口端向下弯曲到所述第一支撑管上并且在所述第一过滤器介质的弯 曲端处焊接到所述第一支撑管上。具有入口端和出口端的第二穿孔的支撑管环绕所述第一 织造金属纤维介质。第二织造金属纤维过滤器介质环绕所述第二支撑管，在其入口和出口 端向下弯曲到所述第二支撑管，并且在所述第二过滤器介质的弯曲端处焊接到所述第二支 撑管上。实心的入口侧中心盖连接到所述第一支撑管的入口端上。第一穿孔的入口侧挡板 从所述第一支撑管的入口端径向延伸到所述第二支撑管的入口端。第一实心的出口侧挡板 从所述第一支撑管的出口端径向延伸到所述第二支撑管的出口端。外壳环绕所述第二织造 金属纤维介质，并且第二实心的输入侧挡板从所述第二支撑管的入口端径向延伸到所述外 壳的入口端，而第二穿孔的出口侧挡板从所述第二支撑管的出口端径向延伸到所述外壳的 出口端。在本发明的又一个方面中，组装颗粒过滤器的方法包括围绕第一穿孔的支撑管 布置第一织造金属纤维过滤器介质，以及围绕直径大于所述第一支撑管的直径的第二穿孔的支撑管布置第二织造金属纤维过滤器介质。所述第一过滤器介质向下弯曲到所述第一支 撑管的入口端和出口端，并且所述第二过滤器介质向下弯曲到所述第二支撑管的入口端和 出口端。将所述第一过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述第一支撑管上， 并且将所述第二过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述第二支撑管上。将实 心的入口侧中心盖焊接到所述第一支撑管的入口端上，将第一穿孔的入口侧挡板焊接到所 述第一支撑管的入口端上，并且将第一实心的出口侧挡板焊接到所述第一支撑管的出口端 上。然后，将所述第一支撑管和过滤器介质插入所述第二支撑管内。将所述第二支撑管的 入口端焊接到所述第一穿孔的入口侧挡板上，并且将所述第二支撑管的出口端焊接到所述 第一实心的出口侧挡板上。所述第二过滤器介质被外壳围绕。第二实心的输入侧挡板焊接 到所述第二支撑管的入口端以及所述外壳的入口端上。最后，将第二穿孔的输出侧挡板焊 接到所述第二支撑管的出口端以及所述外壳的出口端上。通过这里提供的描述，可适用的其他领域将变得显而易见。本节的描述和具体示 例仅用于说明的目的，并且不用于限制本公开的范围。
此处描述的附图仅用于对所选择的实施例，而不是所有可能的实施例方式进行示 例性说明，并且不用于限制本公开的范围。本发明的目的和特征将通过结合附图阅读具体说明而变得明显，其中图1为根据本发明的教示布置的颗粒过滤器的侧视横截面图；图1A为图1的颗粒过滤器的端视图；图1B为图1的颗粒过滤器的出口部分的放大图；图1C为图1的颗粒过滤器的入口部分的放大图；图2为图1的颗粒过滤器的透视截面图，显示了通过该装置的排气流；图3A为根据本发明的教示布置的穿孔的支撑管的侧视平面图；图3B为用于本发明的颗粒过滤器的褶式织造金属纤维过滤器介质的透视图；图3C为根据本发明的教示布置的过滤器滤筒的侧视平面图；图3D为流程图，其显示了本发明的颗粒过滤器的组装过程的第一部分；图3E为流程图，其显示了本发明的颗粒过滤器的组装过程的第二部分；图3F显示了本发明的颗粒过滤器的组装过程的最后步骤；和图4为滤筒组件的透视图，其显示了用于过滤器介质的弯曲端部的保持器环。在附图的所有视图中，相应的附图标记表示相同的部件。
具体实施例方式现在将参照附图更加充分地描述示例性实施例。提供了示例性实施例，以使本公开更充分，并向本领域技术人员全面地表达本发 明的范围。提出了诸如具体部件、装置和方法的示例的各种具体细节，以提供对本发明的实 施例的充分理解。对于本领域技术人员来说明显的是，这些具体的细节不是必需采用的， 示例性实施例可体现在许多不同的形式中，并且它们不应被认为是对本发明的范围进行限 制。在一些示例性实施例中，并未详细描述公知的过程、公知的装置结构以及公知的技术。
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在这里可使用表示空间相对关系的术语，例如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下 部”、“上方”、“上部”等，以便于描述图中所示的一个元件或特征相对于其他元件或特征的 关系。除了图中所示的方位之外，空间相对关系术语可包括装置在使用或操作中的不同方 位。例如，如果将图中的装置翻转，则描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将 被定位成在所述其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可包括上方和下方两个 方位。所述装置也可以其他方式定向(旋转90度或以其他方位定向)，并且这里所使用的 空间相对关系描述词将进行相应的解释。参照图1、1A、1B和1C，显示了根据本发明的教示布置的多过滤器滤筒式颗粒过滤 器组件。在该实施例中，过滤器组件100为使用褶式织造金属纤维作为过滤器介质的三向 流动(tri-flow)式颗粒过滤器。组件100包括外壳102、绝缘层104和绝缘保持器环106。过滤器入口 108由包括外部元件112a和内部元件112b的入口锥形组件112限定。过滤器出口 110由包括出口锥形外部元件114a和出口锥形内部元件114b的出口 锥形组件114限定。组件100包括三个同心嵌套的过滤器滤筒。外部过滤器元件116具有由内芯116a 支撑的过滤器介质，内芯116a由穿孔圆柱形管构成。中间过滤器元件118被外部过滤器元 件116环绕，并且具有由圆柱形穿孔管118a支撑的过滤器介质。类似地，内部过滤器元件 120被中间元件118环绕，并且其过滤器介质支撑在圆柱形穿孔内部管120a上。优选通过焊接将实心的入口侧中心盖122连接到内部穿孔的支撑管120a的入口 端。为了清晰起见，仅在支撑管的入口端和出口端处以附图标记124显示了三个支撑 管中每个支撑管中的穿孔。应当理解的是，在所公开的装置的所有支撑管上，几乎在所有携 载有滤器介质的表面区域上都进行了穿孔。特别参照图1B，出口外部挡板126焊接在外壳102的出口端上，并且径向向内延 伸，以便焊接到用于外部过滤器元件116的支撑管116a上。出口侧穿孔中间挡板128在外部支撑管116a和中间支撑管118a之间径向延伸， 并且焊接到支撑管116a和118a两者上。内部的实心输出挡板130在内部支撑管120a和 中间支撑管118a之间径向延伸，并且焊接到管120a和118a两者上。内部支撑管120a的 出口端132是敞开的，以用于通过出口侧锥形组件114排出排气流。在图1C中示出了位于颗粒过滤器100的输入端的挡板。入口侧外部穿孔挡板134 在外壳102和外部支撑管116a之间径向延伸，并且焊接到管102和116a两者上。中间的 实心入口侧挡板136分别在外部支撑管116a和中间支撑管118a之间延伸，并且焊接到这 两个支撑管上。穿孔的内部入口侧挡板138在中间支撑管118a和内部支撑管120a之间延 伸，并且焊接到这些管118a和120a两者上。参照图2，其显示了通过过滤器组件100的示例性废气流动路径。由箭头202表示 的进入的排气流流过输入锥体112，并且由实心的入口侧中心盖122阻止其进入内部支撑 管120a。然后该排气流在箭头204a和204b处分开，以分别进入入口侧外部挡板134和入 口侧内部挡板138中的穿孔。进入内部挡板和外部挡板中的每一个挡板的气流比例由这些 挡板中的穿孔开口的尺寸和数目来决定。如箭头206a和206b所示，进入外部挡板134的 废气然后可以流过外部过滤器介质116和穿孔的支撑管116a而进入外部过滤器滤筒和中间过滤器滤筒之间的空间。此时，废气或者可经由出口侧的中间穿孔挡板128中的穿孔240 排出颗粒过滤器，或者可如箭头210a和210b所示将废气径向向内引导通过中间过滤器滤 筒，然后通过内部过滤器滤筒以箭头212所示从内部支撑管排出。已经经过滤的废气在输 出侧锥形组件114内形成如箭头214所示的单支输出流。利用所示的挡板结构，可将排气 流分配成使得排气部分遇到三个过滤器元件中的每一个。参照图3A、3B和3C，其描述了组装例如图1所示的颗粒过滤器组件的各个过滤器 滤筒的步骤。每个穿孔的过滤器材料支撑管300均由穿孔坯料制成，滚轧该坯料并对其进行缝 合和焊接，从而形成大致圆柱形的支撑管。穿孔324在各个支撑管的整个表面上延伸。褶式圆柱形过滤器材料302优选由织造金属纤维构成。为了形成用于图1的过滤 器的各个滤筒的过滤器介质302，首先将过滤器介质片材褶起，然后将其绕心轴缠绕，以便 在褶式叠板接口处的端部进行焊接。然后，已焊接的褶式过滤器介质叠板在其对应的穿孔 管300外滑动，并且如图3C所示形成具有环绕穿孔的支撑管300的褶式过滤器介质302的 组装好的过滤器滤筒316，过滤器介质在端部区域318a和318b处向下弯曲到支撑管，然后 将该弯曲区域焊接到内部支撑管上。参照图3D、3E和3F，阐述了如图1所示的多滤筒颗粒过滤器的组装步骤。为了示 例而不是为了限制，图3D、3E和3F的组装方法用于包含三个嵌套的滤筒的组件。对于本领 域技术人员来说明显的是，所述方法也可应用于任何数目的嵌套滤筒。该方法开始于参照图3C根据前面的步骤来组装图1的内部、中间以及外部滤筒。 接下来在图3D的步骤330中，将中心盖122焊接到内部滤筒组件120上。在步骤332中， 将入口侧内部挡板138焊接到内部滤筒组件120的入口端上，并且将出口侧内部挡板130 焊接到内部滤筒组件120的出口端上。在步骤334中，中间滤筒组件118在内部滤筒120外滑动，并且将滤筒组件118焊 接到内部挡板138和130上。在图3D的步骤336中，将入口侧中间挡板136和出口侧中间 挡板128焊接到中间滤筒组件118上。接着参照图3E，组装方法中的下一步骤是338，在该步骤中，外部滤筒组件116在 中间滤筒组件118外滑动。然后，将外部滤筒组件116焊接到入口侧中间挡板136和出口 侧中间挡板128上。在步骤340中，可选地，可将绝热材料层104缠绕在保持器环106周围，然后将绝 缘层和保持器环作为一个单元填充到外壳102中。在步骤342中，将入口侧外部挡板134和出口侧外部挡板126焊接到外部滤筒组 件116上，并且将外壳102焊接到挡板134和126上。可替代地，在步骤340的填充步骤之 前，可将输入侧外部挡板或输出侧外部挡板中的一个焊接到外部滤筒上，然后执行填充步 骤，并在之后将其他外部挡板焊接到合适的位置中。图3F显示了最后的组装步骤，在该步骤中，将入口端的截顶锥形部分112a、112b 焊接到外壳102的入口端上，并且将出口端的截顶锥形部分114a、114b焊接到外壳102的 出口端上。参照图4，在将滤筒输送到焊接站以便将过滤器介质固定连接到其对应的穿孔的 支撑管的相反端之前，如果将保持器环402布置在过滤器介质416a的弯曲端部404周围，
8则可通过自动化设备，例如机械手来更加容易地处理各个滤筒组件416。
出于说明和描述的目的，已经提供了实施方式的前述说明。其并不意在对本发明 进行穷举或限制。特定实施方式的单个元件或特征基本不限于该特定实施方式，但是，在适 用的情况下，这些元件或特征是能够互换的并且能够使用在选定的实施方式中，即使没有 明确地示出或描述也是如此。还可以以很多方式改变这些元件和特征。这些变型不应被视 作背离本发明，并且所有这些修改意在包括在本发明的范围之内。
权利要求
一种颗粒过滤器滤筒组件，包括穿孔的支撑管；和环绕所述支撑管的织造金属纤维过滤器介质，所述过滤器介质具有向下弯曲到所述支撑管的入口端和出口端，所述过滤器介质在弯曲部分处焊接到所述支撑管上。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述颗粒过滤器适于捕集柴油机颗粒。
3.如权利要求1所述的组件，进一步包括环绕所述过滤器介质的入口端弯曲部分的入 口端保持环和环绕所述过滤器介质的出口端弯曲部分的出口端保持环。
4.如权利要求1所述的组件，其中，位于入口弯曲端和出口弯曲端之间的所述过滤器 介质是褶式的。
5.如权利要求1所述的组件，进一步包括环绕所述织造金属纤维过滤器介质的外壳。
6.如权利要求5所述的组件，进一步包括穿孔的入口侧挡板，所述入口侧挡板从所述 支撑管的入口端径向延伸到所述外壳的入口端；实心的出口侧挡板，所述出口侧挡板从所述支撑管的出口端径向延伸到所述外壳的出 口端；以及连接到所述支撑管的入口端上的实心的入口侧中心盖。
7.如权利要求6所述的组件，进一步包括连接到所述外壳的入口端上的入口侧截顶锥 形部分；和连接到所述外壳的出口端的出口侧截顶锥形部分。
8.一种组装颗粒过滤器滤筒的方法，包括 围绕穿孔的支撑管布置织造金属纤维过滤器介质；将所述过滤器介质向下弯曲到所述支撑管的入口端和出口端；以及 将所述过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述支撑管上。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括用外壳环绕所述过滤器介质。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括将实心的入口侧中心盖焊接到所述穿孔的 支撑管的入口端上；将穿孔的入口侧挡板焊接到所述支撑管的入口端和所述外壳的入口端上；以及 将实心的出口侧挡板焊接到所述支撑管的出口端和所述外壳的出口端上。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括 将截顶锥形输入部分焊接到所述外壳的输入端上；以及 将截顶锥形输出部分焊接到所述外壳的输出端上。
12.如权利要求8所述的方法，进一步包括在将所述弯曲的入口部分和出口部分焊接 到所述支撑管上之前，将支撑环放置在所述过滤器介质的弯曲的端部上。
13.一种颗粒过滤器组件，包括具有入口端和出口端的第一穿孔的支撑管；环绕所述第一支撑管的第一织造金属纤维介质，所述第一织造金属纤维介质在其入口 端和出口端向下弯曲到所述第一支撑管，并且在所述第一过滤器介质的弯曲端焊接到所述 第一支撑管上；具有入口端和出口端并且环绕所述第一织造金属纤维介质的第二穿孔的支撑管； 环绕所述第二支撑管的第二织造金属纤维过滤器介质，所述第二织造金属纤维过滤器介质在其入口端和出口端向下弯曲到所述第二支撑管，并且在所述第二过滤器介质的弯曲 端焊接到所述第二支撑管上；连接到所述第一支撑管的入口端的实心的入口侧中心盖；从所述第一支撑管的入口端径向延伸到所述第二支撑管的入口端上的第一穿孔的入 口侧挡板；从所述第一支撑管的出口端径向延伸到所述第二支撑管的出口端的第一实心的出口 侧挡板；环绕所述第二织造金属纤维介质的外壳；从所述第二支撑管的入口端向所述外壳的入口端径向延伸的第二实心的输入侧挡板；以及从所述第二支撑管的出口端朝所述外壳的出口端径向延伸的第二穿孔的出口侧挡板。
14.如权利要求13所述的颗粒过滤器组件，进一步包括环绕所述外壳内的所述第二织造金属纤维介质的第三穿孔的支撑管； 环绕所述第三支撑管的第三织造金属纤维过滤器介质，所述第三织造金属纤维过滤器 介质在其入口端和出口端向下弯曲到所述第三支撑管，并且在所述第三织造金属纤维过滤 器介质的弯曲端焊接到所述第三支撑管上；在所述第三支撑管的入口端和所述外壳的入口端之间径向延伸的第三穿孔的输入侧 挡板；以及在所述第三支撑管的出口端和所述外壳的出口端之间径向延伸的第三实心的输出侧 挡板。
15.如权利要求14所述的颗粒过滤器组件，进一步包括 连接到所述外壳的入口端的截顶锥形入口部分；和 连接到所述外壳的出口端的截顶锥形出口部分。
16.如权利要求15所述的颗粒过滤器组件，进一步包括 邻近所述外壳的内表面的绝热材料层。
17.如权利要求16所述的组件，其中，所述第一过滤器介质、第二过滤器介质和第三过 滤器介质是褶式的。
18.—种组装颗粒过滤器的方法，包括围绕第一穿孔的支撑管布置第一织造金属纤维过滤器介质，并且围绕直径大于所述第 一支撑管的直径的第二穿孔的支撑管布置第二织造金属纤维过滤器介质；将所述第一过滤器介质向下弯曲到所述第一支撑管的入口端和出口端，并且将所述第 二过滤器介质向下弯曲到所述第二支撑管的入口端和出口端；将所述第一过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述第一支撑管上，并且 将所述第二过滤器介质的弯曲的入口部分和出口部分焊接到所述第二支撑管上； 将实心的入口侧中心盖焊接到所述第一支撑管的入口端上；将第一穿孔的入口侧挡板焊接到所述第一支撑管的入口端上，并且将第一实心的出口 侧挡板焊接到所述第一支撑管的出口端上；将所述第一支撑管和过滤器介质插入所述第二支撑管中；将所述第二支撑管的入口端焊接到所述第一穿孔的入口侧挡板上，并且将所述第二支撑管的出口端焊接到所述第一实心的出口侧挡板上； 利用外壳包围所述第二过滤器介质；将第二实心的输入侧挡板焊接到所述第二支撑管的入口端上；以及 将第二穿孔的输出侧挡板焊接到所述第二支撑管的出口端上。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括将入口侧截顶锥形部分焊接到所述外壳的入口端上；以及 将出口侧截顶锥形部分焊接到所述外壳的出口端上。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括 邻近所述外壳的内表面布置绝热材料层。
21.如权利要求18所述的方法，进一步包括在将所述第一过滤器介质和第二过滤器介质的弯曲的端部焊接到所述第一支撑管和 第二支撑管上之前，将支撑环放置在所述第一过滤器介质和第二过滤器介质的弯曲的端部
全文摘要
一种颗粒过滤器滤筒，具有环绕穿孔的支撑管的织造金属纤维过滤器介质。所述过滤器介质在所述支撑管的相反端向下弯曲到所述支撑管，并且在之后在弯曲区域处焊接到所述支撑管上。然后，多个这种滤筒可彼此嵌套并且被合适的排气流引导挡板分开，以形成颗粒过滤器组件。
文档编号B01D46/00GK101861197SQ200880116148
公开日2010年10月13日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月15日
发明者基思·G·奥利维尔, 法布里齐奥·C·里纳尔迪 申请人:田纳科汽车营运公司