柴油机废气过滤器制造技术

柴油机废气过滤系统，用于这类系统的陶瓷蜂窝状壁流式废气过滤器，其中所述过滤器包括轴中心化的过滤器部分，该部分与沿该部分向外径向设置的外围过滤器部分相比具有较高的热容量和／或气流阻力，因而过滤器对过滤器再生中的过热现象引起的热损害的耐受性提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于除去柴油机废气流中微粒物质的过滤器，更具体地涉及在柴油机废气系统中遭遇的条件下对热冲击及其它损害的耐受性得到提高的、具有蜂窝状构造的多孔陶瓷柴油机废弃过滤器。陶瓷蜂窝体微粒过滤器或分离器(traps)已经被证实对于除去柴油机废气的碳烟灰非常有效。这类过滤器一般设计成所谓的壁流式结构，这样，在迫使废气通过那些将过滤器进气道阵列与相邻散布的过滤器出气道的阵列分隔的多孔陶瓷壁时，使烟灰被捕获在蜂窝状过滤器体的多孔通道壁上，而将烟灰从柴油机废气流中分离。可以将壁流式过滤器设计为几乎使烟灰得到完全的过滤，而不明显阻碍废气流。在按照所述方式使用这种过滤器的正常过程中，一层烟灰聚集在过滤器进气道的表面上。由于该烟灰层的存在而导致的壁渗透性的降低，提高了过滤器上的压降，因而提高了柴油机废气系统中的反压。这导致柴油机运行更剧烈，对柴油机的工作效率造成不利的影响。这种烟灰引起的压降定期地升高到一个点，到了这个点就必须对过滤器进行再生处理。再生通常涉及将过滤器加热到促使碳烟灰层发生燃烧并通过氧化反应除去。理想地，这种再生操作在受控制的机器操作条件下完成，涉及烟灰沉积物在数分钟的一段时间内缓慢燃烧。在该再生过程中，过滤器中的温度可以从约400-600℃升高到最大值约800-1000℃。但是，在某些境况中，也会发生所谓的“不受控制的再生”，其中烟灰燃烧是在机器在低废气流和相对富氧条件下空置运行阶段的同时或者就在该阶段之前开始的。在这种情况下，烟灰燃烧的过程中可能产生巨大的温度梯度，远高于1000℃的温度峰值，这可能使过滤器遭到热冲击并出现破裂，甚至会熔化过滤器。除了捕获碳烟灰外，过滤器还截留住废气携带的金属氧化物“灰粉”颗粒。这些颗粒是不易燃的，因此在再生过程中无法除去。如果不受控制的再生过程中的温度足够高，则所述灰粉会烧结到过滤器上，和/或与过滤器发生反应，使得过滤器局部熔化。鉴于这些境况，开发能够更好地管理再生循环并提高这些陶瓷废气过滤器对热再生损害的耐受性的过滤器装置和过滤器控制系统，仍然是柴油机废气系统工程学努力的主要焦点。
技术实现思路
本专利技术提供能够显著提高因不受控制的过滤器再生和其它不利的使用条件而引起的热冲击损害的耐受性的陶瓷壁流式过滤器装置。本专利技术还提供通过使用此类过滤器装置得以对柴油机废气排放进行控制的改进方法。本专利技术的过滤器特别适宜于解决由于沿过滤器直径方向发生的高辐射温度梯度引起的过滤器破裂和其它损害的问题。虽然有些取决于所使用的具体废气系统装置，但是已发现在纵向过滤器轴心上或在轴心附近的过滤器体积内，通常达到明显较高的运行和再生温度，该轴心即为过滤器中与蜂窝状结构的进气道和出气道平行的中心轴。因为过滤器的外围部分通常比过滤器的轴心部分冷却得更好，所以从过滤器中心轴到过滤器外表面的径向温度梯度可能是非常大且成问题的。依据本专利技术，可以通过过滤器装置的一个或一组特征来降低这类过滤器内产生的径向温度梯度的幅度。在一种方法中，提高过滤器轴心部分相对于过滤器外围部分的热容量。例如，可通过提高过滤器轴心部分内通道壁的厚度和/或改变该通道壁的组成来实现上述操作。第二种方法是改变过滤器的通道壁，以减少通过过滤器轴心部分的废气流。降低过滤器轴心部分的壁孔隙率或提高壁厚度之类的措施对于此目的是有效的。这些措施的结果是与在类似条件下运行的设计相似的常规过滤器中存在的烟灰量相比，减少了上述轴心部分中可燃烧烟灰的数量，并相应地提高了过滤器外围部分中烟灰的数量。在过滤器装置中包括这些特征之一或是两个特征都包括，可以明显地降低不受控制的过滤器再生中的温度峰值。另外，不受控制的再生过程中径向温度梯度变小。因此，这些过滤器在正常及不利的运行条件下抵抗热损害如破裂、灰粉烧结和熔化的能力一般更强。因此，在第一方面，本专利技术包括一种陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其常规地包含一平行通道阵列，该阵列被与从过滤器的气体进口端到气体出口端的气体流动方向的中心轴平行的多孔通道壁分隔。该通道阵列包括多个在气体出口端封闭的进气道，进气道与多个在气体进口端封闭的出气道被多孔通道壁隔开，使得进入进气道的废气在从过滤器出口排出之前必须先通过通道壁进入出气道，这样气流中存在的烟灰和其它微粒就被捕获在通道壁上或通道壁内。为了提高热耐久性的需要，将本专利技术过滤器进气道和出气道中轴心组的通道壁制造得与进气道和出气道中位于轴心组通道附近的外围组的通道壁不同。更特别地，进气道和出气道的轴心组将包括热容量和/或气流阻力比外围通道组内的通道壁更高的通道壁。在第二个方面，本专利技术包括利用如上所述的陶瓷壁流式微粒过滤器除去柴油机废气流中的微粒的废气系统。该系统首先包括一个外壳，用于使过滤器与柴油机废气隔开但通过合适长度的废气管道与所述废气总管相连。外壳一般包括整体形成的或永久连接的进口锥体，用于在外壳整个直径上、在过滤器进口端的上方分配进入外壳中的废气流。安装在外壳内的是如上所述的改进陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，该过滤器被设置为其进口端接近进口锥体，其出口端位于沿废气流流动方向的进口端的下游。因此与从过滤器进口到过滤器出口的过滤器中心轴平行的过滤器的进气道和出气道，将与废气流流过外壳的方向平行。为了提高废气系统的性能和耐久性，过滤器包括位于过滤器中心轴上或中心轴附近的轴心组的进气道和出气道，它们至少在物理性质上与过滤器的其它进气道和出气道不同。具体而言，轴心组通道的通道壁比相对于过滤器中心轴来说位于轴心组通道外部的外围通道的通道壁的热容量和/或气流耐受性更高。轴心组通道的较高热容量和/或较高气流阻力能够有效地降低与过滤器再生相关的烟灰燃烧过程中产生的过滤器内的热梯度，从而明显提高废气系统的工作寿命。附图说明在下文中将结合附图进一步描述本专利技术，其中图1和1a示意性地说明了依据本专利技术提供的废气过滤器和外壳的第一详细说明一种在轴心组通道的通道壁内同时得到较高热容量和较高气流阻力的过滤器装置的方法是相对于外围通道组提高轴心通道组的通道壁厚度。壁厚增加可以向过滤器中往往达到比外围过滤器部分更高的再生温度的轴心部分填加材料，由此提高轴向热容量，降低峰值轴向温度。此外，增加壁厚还可以有提高壁的气流阻力的额外效果，由此使废气流平衡离开轴心通道组向外围通道迁移。这种迁移使得相对于现有技术的过滤器中发生的烟灰燃烧来说，在过滤器轴心部分中积累的烟灰相对减少。而且，结果是沿过滤器轴心部分所达到的峰值再生温度得到降低。附图中的图1是示意性的说明，不是按真实的比例或按比率尺画的，图1显示了一个用弹性垫11支撑在外壳12中的柴油机过滤器10的截面正视图，外壳通过进口锥体14与废气管道16连接。如图1所示，位于过滤器纵轴10a附近的轴心组通道20包括通道壁20a，通道壁20a的厚度大于位于过滤器10外围附近的外围组通道22的通道壁22a的厚度。在过滤器10运行的过程中，箭头8所示的包含微粒污染物(例如由运转中的柴油机(未示出)产生的碳微粒)的柴油机废气通过废气管道16被传送到进口锥体14和外壳12中，被锥体14分配到过滤器10的整个面上。然后，进来的气体通过敞开的过滤器进气道如通道24-即通道组20和22中那些上端敞开、下端用通道塞如塞子26封闭的通道-进入过滤器10。由于受塞子26阻挡，废气被迫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，其包括被与从过滤器的气体进口端到气体出口端的气体流动方向的过滤器中心轴平行的多孔通道壁分隔的平行通道阵列，（ｉ）所述阵列包括多个在气体出口端封闭的进气道，所述进气道与多个在气体进口端封闭的出气道被所述多孔 通道壁隔开，从而提供来自进气道的气流通过通道壁进入出气道的路径，（ｉｉ）沿过滤器中心轴设置的轴心组进气道和出气道的通道壁与设置在该第一组通道外围的外围组进气道和出气道的通道壁相比，具有（ａ）较高的热容量和（ｂ）较高的气流阻力中的至少 一种性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD特珀谢，WA卡特勒，CJ沃伦，DS韦斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]