專利名稱：具有微粒過濾器的廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的具有微粒過濾器的廢氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的微粒物質(zhì)提出更高要求。已知柴油微粒過濾器(DPF)是降低發(fā)動(dòng)機(jī)所排出的微粒物質(zhì)的措施之一。以前提出的一種系統(tǒng)將微粒物質(zhì)收集在DPF或表面帶有一種催化劑的DPF上，并通過間歇地燃燒和消除收集到的微粒物質(zhì)再生DPF，以使其可繼續(xù)使用。DPF具有多個(gè)單元室作廢氣通道。當(dāng)廢氣通過單元室的多孔壁時(shí)，微粒物質(zhì)被壁吸收和收集。
用于控制使流入DPF的廢氣溫度達(dá)到較高溫度的方法或增加包含在廢氣中的未燃燃料量以達(dá)到在催化反應(yīng)中產(chǎn)生熱量的方法是再生DPF的主要方法之一。由此可使DPF受熱和微粒物質(zhì)燃燒。DPF的再生和用DPF收集微粒物質(zhì)可交替重復(fù)進(jìn)行。所以，如果微粒物質(zhì)在再生過程中燃燒不均勻，微粒物質(zhì)的收集狀態(tài)將變得不均勻。在大量微粒物質(zhì)聚集的部分，微粒物質(zhì)在一些條件下會(huì)發(fā)生快速自燃反應(yīng)，產(chǎn)生熱量。在這樣的情況下，DPF會(huì)受到損壞。因此應(yīng)防止再生過程中微粒物質(zhì)的不均勻燃燒。
然而，在DPF外圍部分的升溫性能較弱，所以DPF外圍部分的溫度低于其中央部分。因此，位于DPF外圍部分的微粒物質(zhì)很難燃燒。結(jié)果，如果再生和收集重復(fù)進(jìn)行就會(huì)引起未燃微粒物質(zhì)總量增加并過量積聚。最終DPF會(huì)被微粒物質(zhì)的快速燃燒損壞。
日本專利公報(bào)號(hào)為No.H05-133217的申請(qǐng)公開了一種方法，將密封元件分別纏繞在鄰近于進(jìn)氣口和出氣口的DPF外圍作為解決上述問題的對(duì)策。由此形成一個(gè)保留熱量的空氣絕熱層(以下稱為空氣層)。
但是，在這種方法中，由于絕熱空氣層接觸到外殼，因此熱量大量地散發(fā)。因此，DPF的升溫性能不能有效地得到提高。此外，由于密封元件纏繞在兩個(gè)不同位置，上述方法需要大量的人工組裝時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種柴油微粒過濾器(DPF)，其在DPF外部帶有一層可起到保溫效果的保溫層。由此提高了升溫性能，及在DPF的再生過程中DPF的過濾器部分的溫度得到均勻的升高。所以可降低未燃微粒量，確保DPF的再生。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于生產(chǎn)和安裝的DPF。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種廢氣凈化系統(tǒng)，其帶有一個(gè)微粒過濾器并被置于金屬殼內(nèi)的保持元件牢固保持著，金屬殼置于內(nèi)燃機(jī)的廢氣管道中。微粒過濾器是一個(gè)單塊結(jié)構(gòu)體，具有多個(gè)帶多孔壁的單元室并沿廢氣流動(dòng)方向平行設(shè)置。單塊結(jié)構(gòu)體具有一個(gè)微粒收集區(qū)和一個(gè)外圍保溫層。通過在單塊結(jié)構(gòu)體進(jìn)氣和出氣兩側(cè)用填充物交替堵塞單元室形成帶有壁流結(jié)構(gòu)的微粒收集區(qū)域。外圍保溫層是通過堵塞位于從單塊體外表面向內(nèi)延伸了一個(gè)預(yù)定寬度的一個(gè)外圍區(qū)域中的單元室的形成，以使外圍保溫層連續(xù)圍繞微粒收集區(qū)的外圍。外圍保溫層的預(yù)定寬度范圍為5到20mm。
在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的DPF中不帶有外圍保溫層，DPF最外層的溫度不能提高到進(jìn)行微粒燃燒的充分高的溫度，這是由于熱量從DPF的外層散發(fā)出去。相反，在本發(fā)明的DPF中，從外表面向內(nèi)延伸了一個(gè)預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的單元室的端部被堵塞以形成一層空氣層，沒有或很少的氣體通過它。空氣層起到外圍保溫層的作用。因此，從DPF外表面散發(fā)的熱量被抑制，在DPF的再生過程中整個(gè)微粒收集區(qū)的溫度可被均勻地升高。為達(dá)到上述的升溫效果，外圍保溫層的預(yù)定寬度設(shè)置為5mm或更大及空氣層需要連續(xù)地圍繞微粒收集區(qū)設(shè)置。隨預(yù)定寬度增加，外圍保溫層變得更有效。但是，當(dāng)預(yù)定寬度達(dá)到20mm時(shí)，效果達(dá)到最高。因此，外圍保溫層的預(yù)定寬度設(shè)置為上述值(5到20mm)以達(dá)到在不降低微粒收集效率時(shí)，提高升溫性能。DPF外層的溫度可被升高到接近600℃。微?？捎行紵敖档臀慈嘉⒘Ａ俊Ｓ纱吮ＷC了DPF的再生過程。


從下面的詳細(xì)說明、權(quán)利要求書及附圖可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)、相關(guān)部件的功能和操作方法，所有這些內(nèi)容構(gòu)成了本申請(qǐng)的一部分。
圖1A是示意圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的廢氣凈化系統(tǒng)。
圖1B是透視圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的柴油微粒過濾器(DPF)。
圖1C是局部放大圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的DPF單元室結(jié)構(gòu)。
圖2A是依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的帶有外圍保溫層的DPF一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)圖。
圖2B是局部放大圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的外圍保溫層。
圖3A是縱向截面示意圖，示出依據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的DPF的結(jié)構(gòu)。
圖3B是依據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的DPF的縱向截面示意圖。
圖3C是依據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的DPF的縱向截面示意圖。
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的外圍保溫層的升溫效果曲線圖。
圖5A示出了依據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的DPF的局部剖切透視圖。
圖5B示出了依據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的外圍保溫層寬度隨升溫的效果曲線圖。
圖6是縱向截面示意圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的DPF的結(jié)構(gòu)。
圖7是縱向截面示意圖，示出了依據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的DPF的結(jié)構(gòu)。
圖8A是依據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的DPF的一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)圖。
圖8B是依據(jù)本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的外圍保溫層的局部放大圖。
圖9A是依據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的DPF的一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
圖9B是依據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的外圍保溫層的局部放大圖。
圖9C是依據(jù)本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的DPF的微粒聚集區(qū)的局部放大圖。
圖10是依據(jù)本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例的DPF的一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
圖11是依據(jù)本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的DPF的一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
圖12是依據(jù)本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施例的DPF的一個(gè)端面的結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
(第一個(gè)實(shí)施例)如圖1A為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)5的廢氣凈化系統(tǒng)。圖1A中，金屬殼2與發(fā)動(dòng)機(jī)5的排氣管4連接并位于排氣管4的中間。柴油微粒過濾器(DPF)1置于金屬殼2內(nèi)。耐熱支撐件3置于DPF 1和金屬殼2之間。如圖1A中所示，支撐件3在DPF 1的中部圓周狀覆蓋著DPF 1的外表面。這樣，DPF 1通過支撐件3而被支撐和固定在金屬殼2內(nèi)。
如圖1B和1C所示，DPF 1是一個(gè)圓柱形的單塊結(jié)構(gòu)體。DPF 1的內(nèi)部被多孔單元室壁11在軸向上隔開，因此形成使廢氣流動(dòng)的大量的平行單元室12。單元室12在DPF 1的廢氣進(jìn)入口或廢氣排出口的一端用填充物13堵塞。較特殊的是單元室12被填充物13交替堵塞，從而在廢氣進(jìn)入口側(cè)或廢氣排出口側(cè)，如果某個(gè)單元室12的開口端被堵塞，則與之相鄰的另一個(gè)單元室12不被堵塞。由此形成一個(gè)帶有壁流結(jié)構(gòu)的粒狀物質(zhì)收集區(qū)16，如圖1C中所示。在壁流結(jié)構(gòu)中，廢氣通過單元室壁11在單元室12間流動(dòng)。優(yōu)選的方式是催化劑被支撐在DPF 1的內(nèi)表面(單元室壁11的表面)上。在這種情況下，可降低用于燃燒微粒物質(zhì)的溫度以及使微粒物質(zhì)穩(wěn)定地燃燒。
通常單元室12的橫截面的形狀為四邊形。在第一個(gè)實(shí)施例中，單元室12的橫截面為正方形。單元室12的橫截面也可選擇為矩形。更進(jìn)一步的是，單元室12的橫截面可以為三角形、多邊形或其它的形狀。DPF 1的外圍形狀只須類似于圓形而不必一定為圓形。制作DPF 1的材料，可用耐熱陶瓷如堇青石。單元室壁11的孔隙度和孔徑等可通過調(diào)節(jié)原料的微粒直徑或可在烘焙過程中消除的添加劑的量而控制。一般來說，隨著孔隙度和孔徑增加，壓力損失減少。然而，如果孔隙度和孔徑太大，收集到的微粒物質(zhì)將會(huì)減少。因此孔隙度和孔徑可以根據(jù)操作要求而適當(dāng)?shù)貨Q定。單元室壁11的厚度、單元室12的開口面積等被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，以達(dá)到所需的微粒物質(zhì)收集性能而壓力損失不會(huì)增加太多。
在第一個(gè)實(shí)施例中，靠近DPF 1的外表面的單元室12進(jìn)一步被填充物13堵塞，目的是在DPF 1的外圍部分形成一個(gè)外圍保溫層15。具體地講，如圖2A和2B所示，外圍區(qū)域設(shè)置為從圓筒形外表層17部分(DPF 1的外表面14)徑向向內(nèi)延伸到預(yù)定的寬度“a”。圖2B是圖2A中所示的IIB部分的局部放大圖，示出了DPF 1一端面結(jié)構(gòu)的一部分。外表層部分17構(gòu)成了單塊結(jié)構(gòu)體的外壁。全部或部分包含在外圍區(qū)域中的所有單元室12被填充物13堵塞，以使端部被堵塞的單元室12連續(xù)圍繞在微粒物質(zhì)收集區(qū)16的外圍。圖2B中的虛線是外圍區(qū)域內(nèi)周邊的假想線。位于虛線B上的單元室12的端部由填充物13堵塞。因此，實(shí)際上從寬度為“a”的外圍區(qū)域略微向內(nèi)延伸的區(qū)域中的單元室12的開口被堵塞。廢氣流速減小及向外部散發(fā)的熱量被抑制在外圍保溫層15上。微粒狀物質(zhì)收集區(qū)16上的溫度降低可被抑制，所以微粒物質(zhì)收集區(qū)16可保持在一定的溫度之上。
在第一個(gè)實(shí)施例中，如圖3A所示，外圍區(qū)域中的所有的單元室12在單塊結(jié)構(gòu)體的廢氣進(jìn)入口和廢氣排出口一端被填充物13堵塞。在該結(jié)構(gòu)中，作為外圍保溫層15的單元室12的兩端被堵塞，所以很少或沒有廢氣流過外圍保溫層15。因此，保溫層的效果得到提高，并且微粒物質(zhì)收集區(qū)16上的溫度可被有效地升高。
(第二個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖3B對(duì)本發(fā)明第二實(shí)施例中的DPF 1進(jìn)行描述。在第二個(gè)實(shí)施例中，在外圍區(qū)域上所有的單元室12在DPF 1的廢氣進(jìn)入口一端被堵塞，如圖3B所示，由此形成外圍保溫層15。
在第二個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，構(gòu)成保溫層15的單元室12在DPF 1的端部部分地開放在廢氣排出口側(cè)。所以與第一個(gè)實(shí)施例相比，廢氣流過單元室12相對(duì)容易。然而將微粒物質(zhì)收集區(qū)16的溫度維持在一個(gè)預(yù)定值之上的充分效果可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置外圍保溫層15的寬度“a”而實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)單元室12第二次被填充物13堵塞時(shí)，僅有單元室12進(jìn)氣側(cè)開口被堵塞。因此，處理過程比第一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)單。
(第三個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖3C對(duì)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中的DPF 1進(jìn)行描述。在第三個(gè)實(shí)施例中，在外圍區(qū)域的所有單元室12在DPF 1的排氣口一端被填充物13堵塞，如圖3C中所示，由此形成外圍保溫層15。
在第三個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，構(gòu)成保溫層15的單元室12的端部部分地開放在DPF 1的廢氣進(jìn)入口側(cè)。因此，與第一個(gè)實(shí)施例相比，廢氣流過單元室12相對(duì)容易。然而，將微粒物質(zhì)收集區(qū)16的溫度維持在一個(gè)預(yù)定值之上的充分效果可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置外圍保溫層15的寬度“a”而實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)單元室12第二次被填充物13堵塞時(shí)，僅有單元室12進(jìn)氣側(cè)開口被堵塞。因此，處理過程比第一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)單。
在第一、第二和第三個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定寬度“a”可隨意設(shè)置到實(shí)現(xiàn)所要求的保溫性能。優(yōu)選的方式是，預(yù)定寬度“a”的范圍設(shè)置為5到20mm以使全部的微粒物質(zhì)收集區(qū)16被加熱到一定的溫度(例如600℃)，在這個(gè)溫度下，微粒物質(zhì)燃燒充分。如果預(yù)定的寬度“a”小于5mm，DPF 1的外圍部分升溫性能的效果不能達(dá)到。當(dāng)預(yù)定寬度“a”等于或大于5mm時(shí)，隨著預(yù)定寬度“a”的增加，升溫性能可以提高。然而，如果預(yù)定寬度“a”超過20mm，效果也不會(huì)有更大的改變。如果預(yù)定寬度“a”超過20mm，微粒物質(zhì)收集區(qū)16將會(huì)不利地變窄。
DPF 1的一個(gè)常規(guī)單元室節(jié)距范圍一般從1.32mm到1.62mm。因此，在具有均勻單元室節(jié)距的DPF 1中，預(yù)定寬度“a”(5到20mm)等于常規(guī)單元室節(jié)距的大約為3到15倍。一個(gè)單元室間的節(jié)距由以下公式限定P＝25.4/m1/2，式中P代表單元室節(jié)距，m是目數(shù)。目數(shù)m是在邊長(zhǎng)為25.4mm的正方形內(nèi)單元室的數(shù)量。例如，如果單元室12有一個(gè)正方形的橫截面，單元室節(jié)距等于單元室12截面長(zhǎng)度和壁11厚度的總和。外表層部分17的厚度設(shè)置范圍為0.2到1.0mm。
上述依據(jù)本發(fā)明第一、二和第三個(gè)實(shí)施例的DPF 1是用下述方法生產(chǎn)的。例如，首先，通常使用的添加劑如有機(jī)發(fā)泡材料或碳被混合入陶瓷材料中，其次，將混合物揉成粘土狀并通過擠出成型。有機(jī)發(fā)泡材料和碳在烘焙過種中燃燒并消除而形成孔。在成型體被臨時(shí)烘焙后，單元室一端交替地被填充物13用常規(guī)方式堵塞。接著，全部或部分包含在帶有預(yù)定寬度“a”外圍區(qū)域內(nèi)的單元室12在臨時(shí)烘焙體一個(gè)或兩個(gè)端面被填充物13堵塞。然后，進(jìn)行烘培，以完成DPF 1的加工。
帶有催化劑的DPF可通過將催化劑成分如催化貴金屬固定到在上述程序中形成的DPF 1上而制成。在這種情況下，通過在溶劑如水或酒精中溶解催化劑成分的化合物而制備出催化劑溶液，DPF 1中注入催化劑溶液，接著除去多余的催化劑溶液使DPF 1變干。在空氣中，催化劑成分被燒結(jié)在DPF 1的表面中。
下面對(duì)圖1中示出的上述廢氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行描述。被DPF 1收集到的微粒物質(zhì)量可通過使用壓差感應(yīng)器等檢測(cè)到的DPF 1的上游端和下游端之間的壓差計(jì)算。如果計(jì)算出被收集到微粒物質(zhì)量達(dá)到一個(gè)預(yù)定值，DPF 1的再生過程將會(huì)進(jìn)行。DPF 1的再生可通過升高從發(fā)動(dòng)機(jī)5排放到DPF 1的廢氣的溫度，或通過增加廢氣中未燃燃料量以使催化反應(yīng)產(chǎn)生熱來完成。這樣DPF 1被加熱到一個(gè)足夠高的溫度，在該溫度下進(jìn)行微粒燃燒。由此，微粒被燃燒和消除。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中不帶有外圍保溫層15，DPF 1最外層的溫度不能充分地升高，部分微粒沒有燃燒。依據(jù)本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)中，外圍保溫層15抑制了DPF 1最外層溫度的降低，所以DPF 1的溫度可被始終保持在均勻狀態(tài)。由此可防止由未燃燒微粒導(dǎo)致的收集到的微粒的不均。同時(shí)，可預(yù)防微粒的快速自燃。如果微粒在DPF 1循環(huán)再生及收集微粒過程中積聚過多會(huì)，則在某些操作條件下會(huì)發(fā)生微粒的快速自燃。這樣，DPF 1的再生可安全穩(wěn)定地進(jìn)行，提高了DPF 1的耐用性。
下面基于圖4解釋為驗(yàn)證根據(jù)本發(fā)明的DPF 1的外圍保溫層15的升溫效果所做的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中使用的是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中的DPF 1，如圖3B中所示。堇青石是DPF 1的基質(zhì)材料。外圍保溫層的預(yù)定寬度“a”設(shè)置為5mm。微粒收集區(qū)16的半徑r1設(shè)置為59.5 mm。DPF 1軸向的長(zhǎng)度設(shè)置為150mm。單元室壁11的厚度設(shè)置為0.3mm。目數(shù)m設(shè)置為300。單元室12為正方形。外表層部分17的厚度設(shè)置為0.5mm。按前述方法制造的DPF 1固定在金屬殼2內(nèi)并裝入發(fā)動(dòng)機(jī)5的排氣管4中。如圖4所示，坐標(biāo)軸“r”代表至DPF 1中心的徑向距離。這樣進(jìn)行升溫實(shí)驗(yàn)并測(cè)量DPF 1內(nèi)部的溫度分布。升溫實(shí)驗(yàn)實(shí)在汽車常規(guī)運(yùn)行中在典型操作模式(最通常的模式)下進(jìn)行的。
同時(shí)，傳統(tǒng)的不帶有外圍保溫層15的DPF的類似實(shí)驗(yàn)結(jié)果也在圖4中示出。傳統(tǒng)DPF的微粒收集區(qū)半徑r0設(shè)置為64.5mm。傳統(tǒng)DPF的其它結(jié)構(gòu)與本發(fā)明中的DPF 1相同。
圖4中，虛線T0代表傳統(tǒng)DPF相對(duì)于距離r的溫度分，實(shí)線T1代表本發(fā)明的DPF 1的溫度分布。如圖4中虛線T0所示，傳統(tǒng)DPF的外圍溫度相對(duì)于中央大大減少(大約減到500℃)。因此，DPF的外圍溫度不能升高到足以使微粒燃燒的程度。相反，如實(shí)線T1所示，在本發(fā)明的DPF 1中，在外圍保溫層15以內(nèi)的微粒收集區(qū)16最外層的溫度可升高到600℃附近。因此，整個(gè)DPF 1實(shí)際上可被均勻加熱，微?？蛇M(jìn)行高效地燃燒。
下面檢驗(yàn)本發(fā)明的外圍保溫層15的預(yù)定寬度“a”。外圍保溫層15的預(yù)定寬度“a”設(shè)置為20mm，微粒收集區(qū)16的半徑r2設(shè)置為44.5mm，如圖5A中所示。DPF 1中的其它數(shù)值未變。利用圖5A中所示DPF 1所作的類似實(shí)驗(yàn)的結(jié)果示出在圖5B中。
圖5B中的點(diǎn)劃線T2表示DPF 1的溫度分布，其中外圍保溫層15的預(yù)定寬度“a”設(shè)置為20mm。如圖5B中的點(diǎn)劃線T2所示，外圍保溫層15的升溫效果受到其寬度的影響。具體地講，隨外圍保溫層15寬度的增加，升溫效果得到提高。如上所述，如果外圍保溫層15的寬度是5mm，微粒收集區(qū)16的最外層可被加熱到接近600℃。通常在溫度大約為600℃以上時(shí)，DPF 1中的被收集的微?？筛咝紵?。因此，如果外圍保溫層15的寬度是5mm或以上，外圍保溫層可以充分地獲得升溫效果。如果外圍保溫層15的寬度達(dá)到20mm，升溫效果基本上達(dá)到極限。再進(jìn)一步增加外圍保溫層15的寬度已沒有效果。此外，當(dāng)外圍保溫層15的寬度增加時(shí)，微粒收集區(qū)16將會(huì)減少。
因此，如果外圍保溫層15的預(yù)定寬度“a”設(shè)置范圍是5到20mm，外圍保溫層15的將會(huì)最有效。如傳統(tǒng)DPF實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，溫度降低在最外層特別顯著。另一方面，接近DPF中央部分的溫度達(dá)到600℃，在這個(gè)溫度下微粒物質(zhì)可燃燒。由于DPF 1內(nèi)部的熱量從外圍部分散發(fā)，因此為防止熱量散發(fā)，本發(fā)明的DPF1在其最外層帶有外圍保溫層15，該保溫層具有寬度比預(yù)定值大的空氣層。因此，即使當(dāng)DPF 1的尺寸與實(shí)驗(yàn)中使用的DPF 1不同時(shí)，也可以通過調(diào)節(jié)外圍保溫層15的寬度而達(dá)到類似的效果。升溫實(shí)驗(yàn)在汽車的常規(guī)形式中在典型操作模式下進(jìn)行。通常的操作狀態(tài)下，在DPF 1的再生過程中，借助于外圍保溫層15的升溫作用，微?？删鶆蛉紵?。因此，可以獲得可供實(shí)際使用的充分效果。
如果外表層部分17的厚度范圍為0.2到1.0mm，外表層部分17的厚度對(duì)外圍保溫層15的保溫性能幾乎沒有影響。因此，與外圍保溫層15的寬度相應(yīng)的效果可以達(dá)到。如果外表層部分17的厚度小于0.2mm，外表面14的強(qiáng)度不能得到保障。如果外表層部分17的厚度在于1.0mm，外圍保溫層15的厚度會(huì)不利地變小。但是，當(dāng)DPF 1的強(qiáng)度需要增加時(shí)，外表層部分17的厚度可超過上述范圍。在這種情況下，優(yōu)選的方式是，外圍保溫層15的預(yù)定寬度應(yīng)比外表層部分17的厚度大。例如，如果外表層部分17的厚度為5mm，預(yù)定寬度“a”應(yīng)該設(shè)置為20mm以確保所要求的空氣層的厚度，提高升溫性能。變厚的外表層部分17能充分地增加DPF 1的抵抗力，以抵抗從外部沿徑向施加的外力的作用。
(第四個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖6描述本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例。如圖6所示，通過與傳統(tǒng)的DPF相比將外表層部分17’部分加厚，形成一個(gè)外圍保溫層。在本例中，外表層部分17’的厚度也應(yīng)優(yōu)選設(shè)置為5到20mm，以達(dá)到所要求的升溫效果。例如，傳統(tǒng)的DPF最外層部分一般為0.5mm厚，如圖4中所示保溫效果很小或沒有。另一方面，本實(shí)施例外表層部分17’的厚度為5mm或以上，因此在DPF 1再生過程中升溫性能得到提高，可實(shí)現(xiàn)微粒物質(zhì)的充分燃燒。但是，如果外表層部分17’變得太厚，升溫效果也不能大大提高。此外，微粒收集區(qū)變得狹窄。優(yōu)選的方式是將外表層部分17’的厚度設(shè)置為小于或等于20mm。
較為優(yōu)選的方式是，厚的外表層部分17’的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)由發(fā)泡陶瓷制成。作為保溫層的外表層部分17’被這樣形成，即外表層部分17’內(nèi)部的空氣含量高于外表層部分17’的表面層，這樣在外保溫層中陶瓷和空氣的混合物增加了空氣的含量，由此形成的外圍保溫層可提高保溫效果。同時(shí)，外圍保溫層提高了DPF以抵抗從外部沿徑向施加的外力作用的抵抗力，同時(shí)降低了DPF1的重量。
由于外圍保溫層在DPF 1的擠出過程中形成，因此無需改變加工程序，也就是不需要用填充物13堵塞從外表面14向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度(5到20mm)的區(qū)域里的單元室12。因此簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程。
(第五個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖7對(duì)本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。如圖7所示，用于保持DPF 1外圍的保持元件3’的厚度比普通的保持元件厚。保持元件3’覆蓋DPF 1的外表面的50％到100％。由此，形成保溫層的厚度。在此實(shí)施例中，通過組裝程序形成的保持元件3’的厚度也優(yōu)選設(shè)置為5到20mm。保持元件3’的厚度被合理地設(shè)置為上述的范圍內(nèi)可達(dá)到所要求的升溫效果。如果保持元件3’的厚度小于5mm，升溫性能將得不到提高。如果保持元件3’的厚度超過20mm，升溫效果不會(huì)大幅提高，相反微粒收集區(qū)會(huì)降低。如果至少50％的DPF 1的外表面被保持元件3’覆蓋，則可達(dá)到升溫效果。DPF 1外表面的被覆蓋的區(qū)域可按要求決定。在圖7所示的例子中，DPF 1外表面被保持元件3’覆蓋的區(qū)域?yàn)?00％。
優(yōu)選的方式是，保持元件3’應(yīng)當(dāng)采用在加熱時(shí)能夠膨脹以保持DPF 1的材料。具體地講，一些由多層天然礦物材料與樹脂組合形成的片材形狀的材料(例如，市場(chǎng)上售出的住友3M公司生產(chǎn)的商品名為Interam Mat的材料)，在被加熱時(shí)沿其厚度方向膨脹，這種材料可被用作保持元件3’。保持元件3’以纏繞在DPF 1的外圍的方式置于金屬殼2內(nèi)。在發(fā)動(dòng)機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于廢氣的熱量，保持元件3’在其厚度方向上膨脹并將DPF 1固定在金屬殼2內(nèi)。這樣，DPF 1容易安裝且可牢固固定。由于DPF 1的結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，傳統(tǒng)的DPF可被應(yīng)用，因此不用過大增加生產(chǎn)成本可形成外圍保溫層。
(第六個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖8A和8B對(duì)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。在第六個(gè)實(shí)施例中的DPF 1中，外圍保溫層15的寬度被局部改變。例如，如果因進(jìn)入廢氣的流速分布而導(dǎo)致DPF 1外圍的升溫特性發(fā)生變化，外圍保溫層15的寬度可被部分地從預(yù)定寬度“a”增加到”a′”，如圖8B中所示，這樣形成了具有改進(jìn)的升溫性能的部分。圖8B是局部放大圖，示出了圖8A中VIIIB區(qū)域DPF 1一端面的部分。另一方面，在具有升溫性能的部分，外圍保溫層15的寬度可被從預(yù)定寬度”a”減少。這樣，微粒收集區(qū)16的有效截面面積得到增加，微粒收集性能得到提高。
因此，外圍保溫層15的寬度可依據(jù)升溫特性在兩個(gè)或更多級(jí)別之間改變。因此，可更有效地實(shí)現(xiàn)溫度升高的高效率和微粒收集的高效率。
(第七個(gè)實(shí)施例)下面結(jié)合附圖9A、9B和9C對(duì)本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。在第七個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，單元室節(jié)距和單元室的形狀可改變，以使相對(duì)于DPF 1的每單位橫截面面積而言，空氣層在外圍保溫層15內(nèi)所占比率大于空氣層在微粒收集區(qū)16內(nèi)所占比率。具體地講，如圖9A所示，作為外圍保溫層15的單元室12’的單元室節(jié)距比微粒收集區(qū)16的單元室節(jié)距大。圖9A中，外圍保溫層15內(nèi)的單元室節(jié)距是微粒收集區(qū)16內(nèi)常規(guī)單元室節(jié)距(1.32到1.62mm)的兩倍。單元室12是正方形，單元室12’也是正方形。
因此，圖9B中所示的外圍保溫層15中一定橫截面內(nèi)單元室壁11所占的面積比率小于圖9C中所示的微粒收集區(qū)域中的相應(yīng)的比率。所以，被單元室壁11包圍的空氣層的橫截面面積比率在外圍保溫層15上增加。結(jié)果，同利用相同單元室節(jié)距形成的DPF 1相比，保溫性能得到提高。因此，可防止DPF 1的溫度降低，從而使DPF 1始終的被較均勻地加熱。
(第八個(gè)實(shí)施例)下面，結(jié)合附圖10對(duì)本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。在第八個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，作為外圍保溫層15的單元室12’為大致矩形。其不同于帶有微粒收集區(qū)16的單元室12的形狀。由此形成的單元室12’可使其壁置于DPF 1的徑向，如圖10中所示。作為外圍保溫層15的單元室12’的橫截面大于微粒收集區(qū)16的單元室12的橫截面。例如，將單元室12’的橫截面被這樣設(shè)置，即相對(duì)于DPF 1的每單位橫截面面積而言，空氣層在外圍保溫層15中所占的比率與第七個(gè)實(shí)施例中相同。
由于單元室壁11置于DPF 1的徑向，空氣層沿?zé)崃可l(fā)方向的體積比增加。因此，更加提高了保溫效果。單元室壁11置于產(chǎn)生抵抗壓力的方向，可抵抗當(dāng)DPF 1嵌入的時(shí)候作用于DPF1外表面的壓力，提高了DPF 1的強(qiáng)度。如圖10中示出的DPF 1，單層單元室12’圍繞著微粒收集區(qū)16的設(shè)置?；蛘?，可設(shè)置兩層或更多層單元室12’。
(第九個(gè)實(shí)施例)下面，結(jié)合附圖11對(duì)本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。在第九個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，作為外圍保溫層15的單元室12’的橫截面為三角形，其橫截面面積大于微粒收集區(qū)16的單元室12的橫截面面積。單元室12’的壁11置于抵抗壓力的方向，以抵抗作用于DPF 1表面的壓力。因此，當(dāng)增加空氣層所占的體積比率時(shí)，DPF 1的強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。同樣，也在此例中，可設(shè)置一層或更多層三角形單元室12’。
(第十個(gè)實(shí)施例)下面，結(jié)合附圖12對(duì)本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)施例進(jìn)行描述。在第十個(gè)實(shí)施例的DPF 1中，用作外圍保溫層15的單元室12’由三角形單元室12a和五邊形單元室12b組成。三角形單元室12a置于五邊形12b的徑向內(nèi)側(cè)。因此，空氣層的保溫效果與DPF 1的強(qiáng)度可以兼顧。
如上所述，作為外圍保溫層15的單元室12’的形狀可按保溫效果和強(qiáng)度要求任意設(shè)置。因此，可以使用具有較高微粒燃燒效果和較高耐用性的DPF 1。
本發(fā)明不應(yīng)限于上述的實(shí)施例中，凡沒有脫離本發(fā)明精神的均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)(5)的廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)微粒過濾器(1)，其由設(shè)于金屬殼(2)內(nèi)的保持元件(3)牢固保持著，金屬殼(2)位于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的排氣管道(4)中，所述微粒過濾器用于收集廢氣中的微粒，其特征在于，微粒過濾器(1)由單塊體構(gòu)成，其具有多個(gè)單元室(12，12’，12a，12b)，所述單元室具有平行于廢氣流動(dòng)方向設(shè)置的多孔壁(11)，所述微粒過濾器(1)具有一個(gè)帶有壁流結(jié)構(gòu)的微粒收集區(qū)(16)，其中單元室(12)在微粒過濾器(1)的廢氣進(jìn)入口或廢氣排出口側(cè)交替地被填充物(13)堵塞，和一個(gè)外圍保溫層(15)，其通過將位于從單塊結(jié)構(gòu)體外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的單元室(12，12’，12a，12b)堵塞而形成，由此形成連續(xù)圍繞微粒收集區(qū)(16)外表面的外圍保溫層(15)，及外圍保溫層(15)的預(yù)定寬度范圍為5到20mm。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，單塊結(jié)構(gòu)體具有一個(gè)外表層(17)，其構(gòu)成了單塊結(jié)構(gòu)體的外壁，單塊結(jié)構(gòu)體的外表面(14)作為外表層(17)的外表面，及外表層(17)的厚度范圍為0.2到1.0mm。
3.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)通過在單塊體的廢氣進(jìn)入口側(cè)和廢氣排出口側(cè)將位于從單塊體的外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的全部單元室(12，12’，12a，12b)堵塞而形成。
4.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)通過在單塊體的廢氣進(jìn)入口側(cè)將位于從單塊體的外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的全部單元室(12，12’，12a，12b)堵塞而形成。
5.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)通過在單塊體的廢氣排出口側(cè)將位于從單塊體的外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的全部單元室(12，12’，12a，12b)堵塞而形成。
6.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)通過將包含在外圍區(qū)域內(nèi)的全部或部分單元室(12，12’，12a，12b)堵塞而形成。
7.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)的寬度根據(jù)單塊結(jié)構(gòu)體的各外圍部分的升溫特性而部分地改變。
8.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，單塊結(jié)構(gòu)體是這樣形成的，即在外圍保溫層(15)中空氣層在單塊結(jié)構(gòu)體的每單位橫截面面積內(nèi)所占的比率高于微粒收集區(qū)(16)中的空氣層的相應(yīng)比率。
9.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，單塊結(jié)構(gòu)體是這樣形成的，即在外圍保溫層(15)中單元室(12’，12a，12b)的節(jié)距大于微粒收集區(qū)(16)中單元室(12)的節(jié)距。
10.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，外圍保溫層(15)中單元室(12’，12a，12b)的形狀不同于微粒收集區(qū)(16)中單元室(12)的形狀。
11.一種用于內(nèi)燃機(jī)(5)的廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)微粒過濾器(1)，其由設(shè)于金屬殼(2)內(nèi)的保持元件(3)牢固保持著，金屬殼(2)位于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的排氣管道(4)中，所述微粒過濾器用于收集廢氣中的微粒，其特征在于，微粒過濾器(1)由單塊體構(gòu)成，其具有多個(gè)單元室(12)，所述單元室具有平行于廢氣流動(dòng)方向設(shè)置的多孔壁(11)，所述微粒過濾器(1)具有一個(gè)帶有壁流結(jié)構(gòu)的微粒收集區(qū)(16)，其中單元室(12)在單塊結(jié)構(gòu)體的廢氣進(jìn)入口或廢氣排出口側(cè)交替地被填充物(13)堵塞，和一個(gè)圓筒形外圍保溫層(17’)，其形成在位于從單塊體外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)并連續(xù)圍繞在微粒收集區(qū)(16)的外圍。外圍保溫層(17’)在其內(nèi)部具有一個(gè)發(fā)泡陶瓷結(jié)構(gòu)，發(fā)泡陶瓷結(jié)構(gòu)的空氣含量高于外圍保溫層(17’)的外表面部分，外圍保溫層(17’)的預(yù)定寬度范圍為5到20mm。
12.一種用于內(nèi)燃機(jī)(5)的廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)微粒過濾器(1)，其由設(shè)于金屬殼(2)內(nèi)的保持元件(3’)牢固保持著，金屬殼(2)位于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的排氣管道(4)中，所述微粒過濾器用于收集廢氣中的微粒，其特征在于，微粒過濾器(1)單塊體構(gòu)成，其具有多個(gè)單元室(12)，所述單元室具有平行于廢氣流動(dòng)方向設(shè)置的多孔壁(11)，所述微粒過濾器(1)具有一個(gè)壁流結(jié)構(gòu)，其中單元室(12)在單塊結(jié)構(gòu)體的廢氣進(jìn)入口或廢氣排出口側(cè)交替地被填充物(13)堵塞，及所述保持元件(3’)具有預(yù)定厚度，對(duì)微粒過濾器(1)的外表面(14)的覆蓋率為50％到100％，以圍繞著微粒過濾器(1)的外表面(14)形成外圍保溫層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)保持元件(3’)被加熱時(shí)，保持元件(3’)膨脹而將微粒過濾器(1)緊固在金屬殼(2)內(nèi)，并且在保持元件(3’)裝入廢氣凈化系統(tǒng)后，其厚度為5到20mm。
14.一種用于內(nèi)燃機(jī)(5)的廢氣凈化系統(tǒng)，所述廢氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)微粒過濾器(1)，其由設(shè)于金屬殼(2)內(nèi)的保持元件(3)牢固保持著，金屬殼(2)位于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的排氣管道(4)中，所述微粒過濾器用于收集廢氣中的微粒，其特征在于，微粒過濾器(1)單塊體構(gòu)成，其具有多個(gè)單元室(12，12’，12a，12b)，所述單元室具有平行于廢氣流動(dòng)方向設(shè)置的多孔壁(11)，所述微粒過濾器具有一個(gè)帶有壁流結(jié)構(gòu)的微粒收集區(qū)(16)，其中單元室(12)在單塊結(jié)構(gòu)體的廢氣進(jìn)入口或廢氣排出口側(cè)交替地被填充物(13)堵塞，和一個(gè)外圍保溫層(15)，其通過將位于從單塊結(jié)構(gòu)體外表面(14)向內(nèi)延伸了預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)的單元室(12’，12a，12b)堵塞而形成，并連續(xù)圍繞微粒收集區(qū)(16)外表面，及單塊結(jié)構(gòu)體是這樣形成的，即在外圍保溫層(15)中空氣層在單塊結(jié)構(gòu)體的每單位橫截面面積內(nèi)所占的比率高于微粒收集區(qū)(16)中的空氣層的相應(yīng)比率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柴油微粒過濾器(DPF)(1)，其被保持元件(3)牢固保持著在一個(gè)金屬殼(2)內(nèi)，金屬殼(2)置于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的排氣管道(4)中。所述DPF(1)是一個(gè)單塊結(jié)構(gòu)體，其具有多個(gè)帶有多孔壁(11)的單元室(12)。所述DPF(1)具有一個(gè)壁流結(jié)構(gòu)，其中單元室(12)在DPF(1)的進(jìn)氣口或出氣口側(cè)交替地被填充物(13)堵塞。在DPF1兩側(cè)從DPF(1)的外表面(14)向內(nèi)延伸了一個(gè)預(yù)定寬度的外圍區(qū)域內(nèi)，單元室(12)被填充物(13)堵塞。因此形成具有5到20mm寬度的外圍保溫層(15)，以提高在外圍保溫層(15)內(nèi)部的微粒收集區(qū)(16)的升溫性能。
文檔編號(hào)F01N3/021GK1499048SQ20031010460
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月31日
發(fā)明者齊藤誠(chéng), 矢羽田茂人, 衣川真澄, 澄, 茂人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝