用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件的製作方法

2023-09-23 15:47:50

專利名稱：用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件的製作方法
用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件技術領域：
本發明涉及用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件。除了包含於廢氣中的 粒子的分離之外，如有必要，還可以用過濾元件實現後續的催化處理。背景技術：
到目前為止已經使用了以許多變化的形式和由各種材料製成的粒子過濾器和催 化劑。眾所周知，例如對於再生或催化效率需要特定的最低溫度。這些僅通過用熱廢氣在 內燃機的操作期間(冷起動、部分負載或短行程)的延遲來部分地獲得或獲得，使得由於通 過沉積碳降低了孔隙率，所以以臨時受限制的方式或壓力升高的結果來獲得該效果。為了 抵消這個，已採用諸如補充加熱的不同措施。然而，必然增加成本和複雜性。從DElO 2006 009 164A1已知使用由金屬開孔泡沫形成的過濾介質。廢氣在通流 方向上流過其的過濾介質旨在由至少兩層和減小的厚度形成，並且在層中旨在存在平均孔 隙率和/或平均孔徑大小。在該已知裝置的情況下，存在用於廢氣的入口通道和出口通道，並且由過濾介質 將入口通道和出口通道彼此分開。在一個實施例中，入口通道旨在在廢氣的流動方向上具 有減小的自由截面，其結果旨在幫助流動廢氣在漸窄區域中、以及在入口通道的氣密密封 端處偏轉，使得能獲得流過過濾介質的廢氣的改善的流率。然而，由於多層結構，所以廢氣將流過的多層過濾介質不具有橫跨整個體積的、不 僅適用於滲透性而且適用於電參數以及尤其熱參數的恆定性能。
發明內容本發明的目的是使得具有用於廢氣後續處理的改善的特性的過濾元件是可以獲 得的，並從而改善了熱特性。根據本發明，該目的通過具有根據權利要求1的特徵的過濾元件實現。有利的實 施例和發展通過在從屬權利要求中描述的特徵實現。在根據本發明的過濾元件的情況下，存在用於廢氣的入口和出口通道，並且所述 通道在各自的直徑相對側上密封，使得流入入口通道的廢氣流過分離壁進入各自相鄰的出 口通道，並從所述相鄰的出口通道在外部環境的方向上進一步流動。至少分離壁由開孔材 料形成。從而用於流入入口通道的廢氣的入口孔在過濾元件的端側處位於廢氣的主流方向 上，並且出口孔形成在位於相對的端側上的出口通道處。儘管入口通道和出口通道具有變化的自由橫截面，但分離所述入口通道與出口通 道的分離壁在廢氣流過的區域中具有恆定的壁厚。在該區域中的分離壁優選地具有完全均 勻的構造、即恆定的平均孔隙率、平均孔徑和厚度，並由相同的材料形成。這不僅對流動特性有利，而且從而提供相同的熱特性。由於恆定的導熱性的結果， 所以能避免熱橋(heat bridge)和熱沉(heat sink)，並且能在廢氣流過的分離壁的總體積 中獲得較短時間內的更均勻加熱。
金屬合金優選地用作分離壁的材料，並且尤其可使用鐵或鎳合金。作為特別的優選，根據本發明的過濾元件由彼此整體連接的板狀元件形成。這些 板狀元件至少在廢氣流過的區域中由開孔金屬材料形成。在單獨的板狀元件中構造開口， 所述開口在用板狀元件形成的層疊中形成入口通道和出口通道。在單獨的板狀元件中構造開口。然而，自由橫截面從一個板狀元件至相鄰的板狀 元件變化，使得能獲得在入口通道和出口通道的自由橫截面中的變化。可以例如與本身已知的ktiwarzwald法類似的方法生產板狀元件。可用雷射束從 單獨的板狀元件切割開口。此外，從而可以形成不垂直的切割邊緣，以便在從一個板狀元件 到相鄰布置的板狀元件的通道中獲得連續的過渡。然後可以以指定的順序相互疊置如此製備的板狀元件，並且然後可以在熱處理期 間將如此製備的板狀元件彼此整體連接。從而實現燒結，並且優選地在板狀元件彼此接觸 的表面上從而可塗覆由用於板狀元件生產的材料製成的可燒結的粉末。在熱處理期間，可 將待彼此連接的板狀併疊置的元件擠壓到一起。入口通道和出口通道的自由橫截面可以具有非常多變的幾何形狀和尺寸。結果， 能保證適應於不同的內燃機和各自的廢氣體積流動。自由橫截面可以為圓形、方形、三角 形、矩形或多邊形。然而，它們也可以具有圓環節(segment)的形式。可能有利的是，在一個過濾元件上的入口通道和出口通道具有相同的幾何形狀， 並且還可能具有相同的尺寸，其中自由截面具有的尺寸在主流方向上觀察各自以相反的方 式改變。如果從入口通道的入口孔開始直到封閉端側減小入口通道的自由截面，則應提供 從出口通道的封閉端側開始直到它們的出口孔，出口通道的自由截面的增大。當入口和出口通道以截錐體或稜錐體的形式構造時，情況尤其如此。用適於該目的並且相對於廢氣的主流方向布置在兩端側上的板狀元件可獲得入 口和出口通道的氣密密封。由各自的金屬製成的無孔板狀元件可以用於該目的。然而，還 存在利用具有明顯較低的孔隙率或封閉的多孔結構的板狀元件的可能性。這還可以在用於 構造整體連接的熱處理中實現或通過附加的熱處理實現。從而可藉助於滲透或用合適的金 屬粉末至少大範圍地封閉存在的孔。然而，氣密密封還可以通過適於該目的並且其中構造有用於廢氣的流入和流出的 對應開口的殼體實現。這能在覆蓋區域中實現，即在沒有布置用於廢氣的入口孔和出口孔 的區域中實現，並且如已經說明地也可以藉助於熱處理通過滲透或用金屬粉末實現。因此 在所述區域可存在明顯較低的孔隙率或可被完全封閉的孔。為了廢氣後續的催化處理，分離壁的表面可設置有催化有效的塗層和/或催化有 效的材料。在分離壁的內部多孔區域中這是可以並且也應該是可能的。在此可藉助於本身 已知的解決方案和合適的材料。分離壁的壁厚至少在廢氣流過的區域中應具有在1. Omm至25mm的範圍內、優選地 在2mm至20mm的範圍內的厚度。然而，如果流過分離壁的體積流動能保持大致恆定，則可 容許壁厚在廢氣能流過的入口通道和出口通道的區域中的小偏差。在一個實施例中，在根據本發明的過濾元件上還可以另外存在中間通道，所述中 間通道能夠形成腔室，並且從而廢氣能夠通過分離壁從入口通道流出並流入中間通道，並 通過另外的分離壁從中間通道流入出口通道。通過用彼此連接的兩個區域形成的串聯類型的布置可以生成這樣的實施例。例如，在以截錐體或稜錐體方式構造成在一側上具有以 氣密方式密封的開口的通道的情況下，具有板狀元件的兩個這樣的區域可以用於該目的。 於是彼此相對取向的這些板狀元件能彼此重疊放置，並且正如單獨的板狀元件一樣彼此連 接。於是，中間通道從而在廢氣通過過濾元件的主流方向上具有首先增大且然後減小的自 由截面。在該情況下，分離壁同樣具有恆定的壁厚。有利效果根據本發明的過濾元件可以尤其適應於廢氣的後續處理的各自要求。於是可以影 響過濾效率和/或催化效率。從而，由於在後續的催化處理的情況下，在催化作用期間不降 低效率而能減少催化有效的材料(尤其貴金屬)的使用，所以能顯著降低生產成本。
隨後旨在參考示例更詳細地說明本發明。因此示出圖1是在截面圖示中的過濾元件的一個示例；圖2是在截面圖示中的過濾元件的另一示例；圖3是在截面圖示中的過濾元件的另一示例；圖4是過濾元件的俯視圖；以及圖5是過濾元件的透視圖示。
具體實施方式在圖1至3中圖示出根據本發明的過濾元件的三個示例，它們由彼此整體連接的 板狀過濾元件形成。板狀過濾元件由金屬開孔材料形成並通過熱處理彼此燒結。在圖1和 2所示的示例中，存在25個這樣的板狀過濾元件。所有的板狀過濾元件具有相同的密度、孔 隙率和平均孔徑大小。至少在分離壁4的區域中(例如通過摻雜)能將金屬材料設置有催 化有效的塗層或催化有效的材料。已通過雷射在板狀過濾元件中切割形成開口。入口通道2和出口通道3在單獨的 板狀過濾元件中已再次配置有開口，並且在圖3所示的示例中也配置有中間通道5。在圖解中同樣變得清楚的是，廢氣能流過的自由截面在入口通道2和出口通道3 中改變。分離壁4的壁厚在入口通道和出口通道的整個長度上保持在2. 75mm的常數。板狀過濾元件具有3mm的恆定厚度。在圖1所示的過濾元件1的示例中，已將開口構造成使得在入口通道和出口通道 的兩側上出現均勻的錐形漸縮。為此目的，將在開口上的端邊緣構造成以一定的角度傾斜。 在其他情況下，如能從圖4中的圖解所推斷地，有些入口通道和出口通道在柱形過濾元件1 上通過它們的自由截面構造成圓環節。還能從在那裡所示的俯視圖推斷截面線A-A，所述截 面線對應於圖1至3的截面圖示。在圖2中所示的示例中，入口通道和出口通道的分離壁4在各自通道的方向上凸 狀地彎曲，其至少適用於布置在過濾元件1的半徑上的區域。與該圖示的形狀形成對比，還 可能凹狀地彎曲。圖3示出由彼此連接的兩個區域A和B形成的過濾元件1的示例。廢氣可以在此進入入口通道2的入口。然後，廢氣通過入口通道2、分離壁4流入中間通道5，並從中間通 道5再次通過另外的分離壁4流入出口通道3。在該示例中，區域A和B由沒有開口的板狀過濾元件分開，使得該沒有出口的板狀 過濾元件能在中間通道5中形成附加的分離壁。這用在中間通道5的該部分中的箭頭表示。當廢氣流過分離壁4時，首先能實現包含在廢氣中的粒子的分離，然後能實現後 續的催化處理。為了清楚，已在圖解中限制了用於分離壁4的附圖標記的數字，並且還已經省去 了外殼的圖示。圖5通過透視圖示旨在闡明過濾元件1的可能實施例，該過濾元件1具有入口通 道2的布置和幾何構造。於是，在此不可見的、具有出口通道3的出口開口的一側可以具有 互補的構造。
權利要求
1.一種用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件，其由開孔材料和在一側上密封 的入口通道、以及在直徑相對側上密封的出口通道形成，待後續處理的廢氣從而流入所述 入口通道、流過由開孔金屬材料形成的分離壁進入相鄰布置的所述出口通道，並從所述過 濾元件流出所述出口通道，其特徵在於，在所述入口和出口通道0，3)的內部中的自由橫截面在進入或離開所述 入口和出口通道0，3)的流入和流出方向上改變，並且將所述入口和出口通道(2，；3)彼此 分開的所述分離壁的壁厚在廢氣流過的區域中保持恆定。
2.根據權利要求1所述的過濾元件，其特徵在於，所述過濾元件由彼此整體連接並形 成層疊的板狀過濾元件形成，藉助於構造在所述板狀過濾元件中的開口構造成所述入口和 出口通道(2,3) ο
3.根據權利要求1或2所述的過濾元件，其特徵在於，所述入口和出口通道(2，；3)的自 由橫截面具有圓形、方形、矩形或多邊形的幾何形狀，或者以圓環節的形式進行構造。
4.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，所述入口和出口通道 (2,3)以截錐體或稜錐體的形式進行構造。
5.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，板狀過濾元件被彼此燒結。
6.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，在兩端側上布置氣密的 板狀過濾元件，其中在一個端側上構造用於入口通道O)的過濾元件開口，並且在另一端 側上構造用於出口通道(3)的開口。
7.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，分離壁(4)的表面設置 有催化有效的塗層和/或催化有效的材料。
8.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，形成具有彼此連接的兩 個區域(A，B)的過濾元件(1)，所述區域形成存在入口通道O)、中間通道(5)和出口通道 (3)的串聯布置，並且通過所述入口通道( 進入的廢氣流過分離壁(4)進入所述中間通道 (5)，並通過另外的分離壁(4)流入所述出口通道(3)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，所述分離壁(4)在廢氣 流過的區域中具有恆定的孔隙率、孔徑大小和孔密度。
10.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，廢氣流過的所述過濾元 件(1)的區域由氣密殼體包圍，並且在所述區域的外部區域中存在較低的孔隙率或者孔在 此區域中被封閉。
11.根據前述權利要求中任一項所述的過濾元件，其特徵在於，所述過濾元件(1)由開 孔金屬材料形成。
全文摘要
本發明涉及用於來自內燃機的廢氣的後續處理的過濾元件。除了包含於廢氣中的粒子的分離之外，如有必要，還可用過濾元件實現後續的催化處理。本發明的目的是使得具有用於廢氣後續處理的改善的特性的過濾元件是可以獲得的，從而在廢氣中改善了熱特性。根據本發明的過濾元件用開孔材料形成。它具有在一側密封的入口通道和在直徑相對側上密封的出口通道。待後續處理的廢氣流入入口通道，並通過由開孔金屬材料形成的分離壁流入相鄰布置的出口通道，並從過濾元件流出出口通道。在入口通道和出口通道的內部中的自由橫截面在進入或離開入口通道和出口通道的流入和流出方向上改變。從而將入口通道與出口通道彼此分開的分離壁的壁厚在廢氣流過的區域中保持恆定。
文檔編號B01D39/10GK102046937SQ200980121169
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月29日 優先權日2008年6月2日
發明者A·馬卡裡安, D·邁斯特, S·舒爾霍爾茨 申請人:阿蘭圖姆公司