一种颗粒捕集器过滤体新型非对称孔道结构的制作方法

本发明涉及一种颗粒捕集器过滤体新型非对称孔道结构，其属于内燃机排气后处理领域。

背景技术：

颗粒捕集器目前是最有效、应用最广泛的颗粒物排放后处理装置，随着颗粒物被捕集在孔道壁面上，排气背压会越来越高，影响柴油机性能，因此需要定期对颗粒捕集器进行再生；但再生频率过大不仅会增加后处理成本，还会缩短颗粒捕集器的使用寿命。因此，降低颗粒捕集器压降升高率一直是国内外的研究重点，传统的对称型壁流式过滤孔道结构进、出气孔道形状大小一致，通过增加孔道目数来降低压降升高率，但目数增加有其上限，因此需要采用出气孔道容积比进气孔道容积小的非对称孔道结构来增加进气孔道数，扩大进气孔道的壁面面积，进一步降低压降升高率。新型结构将出气孔道横截面设计成狭长型，其孔道壁面为曲面，其横截面中心线围成多边形，出气孔道壁面围出的中间部分作为进气孔道，形成面容比大的非对称孔道结构。与传统的对称型孔道相比，该过滤体结构进气孔道目数增加了近一倍，过滤面积增加了2.2倍，能够有效降低压降升高率。计算结果标明，新型结构压降升高率能够降低50%，对于降低颗粒捕集器再生频率具有非常明显的作用。

技术实现要素：

为了降低目前通用的颗粒捕集器压降升高率，本发明提供一种颗粒捕集器过滤体新型非对称孔道结构，其压降升高率明显下降，对于降低颗粒捕集器再生频率、延长使用寿命具有积极的作用。

本发明采用的技术方案是：一种颗粒捕集器过滤体新型非对称孔道结构，非对称孔道结构将出气孔道设计成狭长型，其形状是由两道方向相反的弧形（或波形）孔道壁面两端相交组成的叶形孔道，弧形或波形大小可调，且其大小相同或不同；叶形孔道横截面中心线围成方形，弧形或波形孔道壁面相交处采用第一型骨架结构支撑孔道壁面；四道弧形或波形孔道壁面围出的四边形曲面孔道作为进气孔道；形成面容比大的新型非对称孔道结构。进、出气孔道轴向入口与出口两端交替封堵，迫使发动机尾气从进气孔道进入穿透过滤壁面后排出，尾气中的颗粒物被过滤壁面捕集。

叶形孔道横截面中心线围成正六边形，弧形或波形孔道壁面相交处采用第二型骨架结构支撑孔道壁面，六道弧形或波形孔道壁面围出的六边形曲面孔道作为出气孔道；叶形孔道横截面中心线围成正三角形，弧形或波形孔道壁面相交处采用第三型骨架结构支撑孔道壁面，三道弧形或波形孔道壁面围出的三角形曲面孔道作为出气孔道 。

弧形或波形孔道壁面方向一致形成弯月形孔道；孔道壁面由多道弧形或波形曲面组成，例如两个弧形或波形组成的S形孔道。

将弧形或波形孔道壁面替换为直线形孔道壁面，其两端采用小段第二型弧形壁面相交，围成圆角矩形孔道作为出气孔道；圆角矩形孔道宽度根据性能和结构要求进行调整。

将弧形或波形孔道壁面替换为折线形孔道壁面，两道折线形孔道壁面相交形成菱形孔道，折线数目可调，折线角度可调整且其大小相同或不同，折线方向一致或相反。

将弧形或波形孔道壁面替换为直线结合弧形或波形孔道壁面，两道直线结合弧形或波形孔道壁面相交围成飞碟形孔道或枪头形孔道，其直线和弧形或波形数目及间隔位置可调，直线形角度可调且其大小相同或不同，弧形或波形大小可调且其大小相同或不同，直线结合弧形或波形孔道壁面方向一致或相反。

通过增加出气孔道的横截面积后，将原出气孔道作为进气孔道，原进气孔道作为出气孔道。

过滤壁面除了是光滑状外，还是尖锯齿状,平锯齿状，是梯形状, 是波浪状，是外凸状，是内凹状。

本发明的有益效果是：新型结构将出气孔道横截面设计成狭长型，其孔道壁面为曲面，其横截面中心线围成多边形，出气孔道壁面围出的中间部分作为进气孔道，形成面容比大的非对称孔道结构。与传统的对称型过滤体孔道结构相比，该结构的进气孔道目数增加近一倍，过滤面积增加了2.2倍，这就意味着捕集相同的颗粒量，在壁面上形成的颗粒滤饼层更薄。计算结果表明，采用新型孔道结构初始压力由于过滤面积增大，初始压力降低，并且随着颗粒物被捕集，压降升高率能够下降50%，对于降低再生频率、延长捕集器使用寿命具有非常积极的作用。

附图说明

图1是出气孔道中心线围成方形的叶形孔道结构横截面示意图。

图2是出气孔道中心线围成正六边形的叶形孔道结构横截面示意图。

图3是出气孔道中心线围成正三角形的叶形孔道结构横截面示意图。

图4是A-A截面的弯月形孔道横截面示意图。

图5是A-A截面的S形孔道横截面示意图。

图6是A-A截面的圆角矩形孔道横截面示意图。

图7是A-A截面的菱形孔道横截面示意图。

图8是A-A截面的飞碟形孔道横截面示意图。

图9是A-A截面的枪头形孔道横截面示意图。

图10是B-B截面的多种过滤壁面形状示意图。

图11是传统方形孔道结构与出气孔道中心线围成方形的叶形和圆角矩形新型过滤体结构的压降特性分析结果。

图中：1、四边形曲面孔道，1a、六边形曲面孔道，1b、三角形曲面孔道，2、叶形孔道，2a、弯月形孔道，2b、S形孔道，2c、圆角矩形孔道，2d、菱形孔道，2e、飞碟形孔道，2f、枪头形孔道，3、弧形或波形孔道壁面，3a、直线形孔道壁面，3ab、第二型弧形壁面，3b、折线形孔道壁面，3c、直线结合弧形或波形孔道壁面， 4、第一型骨架支撑结构，4a、第二型骨架支撑结构，4b、第三型骨架支撑结构，5、出气孔道横截面中心线，3aa、尖锯齿状过滤壁面，3bb、平锯齿状过滤壁面，3cc、梯形状过滤壁面，3dd、波浪状过滤壁面，3ee、外凸状过滤壁面，3ff、内凹状过滤壁面。

具体实施方式

下面依据附图对本发明作进一步描述。

图1示出了新型过滤体结构的横截面示意图。如图中所示，新型过滤体孔道结构将出气孔道设计成狭长型，其形状是由两道方向相反的弧形或波形孔道壁面3两端相交组成的叶形孔道2，弧形或波形大小Ri，i=1,2,3……6可调，且大小相同或不同；叶形孔道横截面中心线5围成方形，弧形或波形孔道壁面3相交处采用第一型骨架结构4支撑孔道壁面；四道弧形或波形孔道壁面3围出的四边形曲面孔道1作为进气孔道；形成面容比大的新型非对称孔道结构。进、出气孔道轴向入口与出口两端交替封堵，迫使发动机尾气从进气孔道进入穿透过滤壁面后排出，尾气中的颗粒物被过滤壁面捕集。与传统的壁流式方形孔道相比，该过滤体孔道结构进气孔道数目增加近一倍，过滤面积增加2.2倍，对于控制压降升高率有非常明显的效果，能够有效降低颗粒捕集器再生频率，提高内燃机性能。在孔道壁面相交处增加骨架结构能够增强过滤体的强度，使其具有更好的抗震性。

图2示出了出气孔道中心线围成正六边形的叶形孔道结构横截面示意图。如图中所示，叶形孔道横截面中心线5围成正六边形，弧形或波形孔道壁面3相交处采用第二型骨架结构4a支撑孔道壁面，六道弧形或波形孔道壁面3围出的六边形曲面孔道1a作为出气孔道。

图3示出了出气孔道中心线围成正三角形的叶形孔道结构横截面示意图。如图中所示，叶形孔道横截面中心线5围成正三角形，弧形或波形孔道壁面3相交处采用第三型骨架结构4b支撑孔道壁面，三道弧形或波形孔道壁面3围出三角形曲面孔道1b作为出气孔道 。

图4示出了A-A截面的弯月形孔道横截面示意图。如图中所示，弧形或波形孔道壁面3方向一致形成弯月形孔道2a。

图5示出了A-A截面的S形孔道横截面示意图。如图中所示，孔道壁面由多道弧形或波形曲面组成，例如两个弧形或波形组成的S形孔道2b。采用多个弧形构成孔道壁面能够更进一步增加过滤面积，降低压降升高率。

图6示出了A-A横截面的圆角矩形孔道横截面示意图。如图中所示，将弧形或波形孔道壁面3替换为直线形孔道壁面3a，其两端采用小段第二型弧形壁面3ab相交，围成圆角矩形孔道2c作为出气孔道；圆角矩形孔道宽度L根据性能和结构要求进行调整。采用直线形孔道壁面能够降低制造难度，降低工艺成本。

图7示出了A-A横截面的菱形孔道横截面示意图。如图中所示，将弧形或波形孔道壁面3替换为折线形孔道壁面3b，两道折线形孔道壁面3b相交围成菱形孔道2d，折线数目可调，为2,3……6，折线角度Ai，i=1,2,3……6可调整且其大小相同或不同，折线方向一致或相反。改用折线形不仅具有直线形孔道易制造的优点，还能增加过滤面积。

图8-9示出了A-A横截面的飞碟形孔道和枪头形横截面示意图。如图中所示，将弧形或波形孔道壁面3替换为直线结合弧形或波形孔道壁面3c，两道直线结合弧形或波形孔道壁面3c相交围成飞碟形孔道2e或枪头形孔道2f，其直线和弧形或波形数目及间隔位置可调，直线数目为1、2、3，弧形或波形数目为1、2、3，直线形角度Bi，i=1,2,3可调且其大小相同或不同，弧形或波形大小Rj，j=1,2,3可调且其大小相同或不同，直线结合弧形或波形孔道壁面3c方向一致或相反。采用直线与弧形相结合的方式目的在于进一步增加过滤面积，降低压降升高率。

将出气孔道容积增大后，将原出气孔道作为进气孔道，原进气孔道作为出气孔道。

图10是B-B截面的多种过滤壁面形状示意图。如图中所示，弧形或波形孔道壁面3、直线形孔道壁面3a、折线形孔道壁面3b、直线结合弧形或波形孔道壁面3c除了是光滑状外，还是尖锯齿状3aa,是平锯齿状3bb，是梯形状3cc, 是波浪状3dd，是外凸状3ee，是内凹状3ff。采用非光滑孔道壁面能够在上述方案的基础上继续增加过滤面积，对于进一步降低压降升高率有一定作用。

下面结合某一具体实施例验证新型结构的压降特性。

对比计算了传统方形孔道结构与出气孔道中心线围成方形的叶形和圆角矩形新型非对称孔道结构的压降特性。排气入口端排气量都为0.241m³/s，进气温度同为300℃，尾气中颗粒物含量都为0.0002kg颗粒物/kg尾气（为了缩短计算时间而对比结果又比较明显，稍微增大了尾气中颗粒物含量）；颗粒捕集器的结构大小同为286×305mm，孔密度（CPSI）同为200，孔道壁厚同为0.3048mm。

图11是传统方形对称型孔道结构和出气孔道中心线围成方形的叶形和圆角矩形新型非对称孔道结构的压降特性对比计算结果，图中实线代表传统方形对称型孔道结构的压降变化，虚线代表叶形新型非对称孔道结构压降变化，点线代表圆角矩形新型非对称孔道结构的压降变化。从结果可以看出，新型非对称结构的初始压力比传统方形结构要小，这是由于新型结构过滤面积较大，气流渗透速度降低，摩擦系数较小。随着颗粒物被过滤壁面捕集并形成滤饼层后，新型非对称结构压降升高率明显要低很多。根据计算，传统方形对称型孔道结构的压降升高率为7.4Pa/s，叶形新型孔道结构的压降升高率为3.8Pa/s，圆角矩形新型孔道结构压降升高率为4.4Pa/s，其压降升高率分别下降了48.6%和40.5%。

新型过滤体孔道结构将出气孔道设计成狭长型，其孔道壁面为曲面，其横截面中心线围成多边形，孔道壁面围出的中间部分作为进气孔道，形成面容比大的非对称孔道结构。新型非对称孔道结构能够增加过滤面积，有效降低颗粒捕集过程中的压降升高率，进而降低捕集器再生频率；该过滤体结构的进气孔道目数增加一倍，有效过滤面积增加2.2倍，压降升高率降低50%。因此，采用新型颗粒捕集器过滤体孔道结构能够有效控制压降升高率，降低捕集器的再生频率，降低后处理成本，延长捕集器使用寿命。新型颗粒捕集器过滤体孔道结构凭借其优越的压降特性在颗粒后处理技术的商业应用及推广上将会具有很大的应用的潜力。