PL210113B1 - Blok filtrujący dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego i korpus filtrujący do filtrowania cząstek zawierający wiele bloków filtrujących - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest blok filtrujący dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego i korpus filtrujący do filtrowania cząstek zawierający wiele bloków filtrujących, stosowane zwłaszcza w silnikach spalinowych typu silnika Diesla.

Klasycznie, przed usunięciem do atmosfery, gazy spalinowe powinny być oczyszczone za pomocą znanego filtru cząstek pokazanego na fig. 1 i 2. Filtr cząstek 1 jest pokazany na fig. 1 w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie cięcia B-B pokazanej na fig. 2 i na fig. 2 w przekroju wzdłużnym w płaszczyźnie cięcia A-A pokazanej na fig. 1.

Filtr cząstek 1 zawiera klasycznie co najmniej jeden korpus filtrujący 3, wprowadzony do obudowy metalowej 5. Korpus filtrujący 3 wynika z połączenia i obróbki wielu bloków 11, oznaczonych jako 11a-11i.

Dla wykonania bloku 11, wytłacza się materiał ceramiczny (kordieryt, karborund,...) w taki sposób, aby tworzyć struktury porowate w postaci wypełniacza ulowego. Wytłoczona struktura porowata ma klasycznie kształt równoległoboku prostokątnego biegnącego pomiędzy dwoma płaszczyznami przednią 12 i tylną 13 w przybliżeniu kwadratowymi, na które wychodzi wiele kanałów 14 przylegających prostoliniowych, i równoległych.

Po wytłoczeniu, wytłoczone struktury porowate są przemiennie zatykane na płaszczyźnie przedniej 12 albo na płaszczyźnie tylnej 13 odpowiednio przez zatyczki przednie 15s i tylne 15e, co jest znane, dla utworzenia kanałów typów odpowiednio kanałów wylotowych 14s i kanałów wlotowych 14e. Na końcu kanałów wylotowych 14s i wlotowych 14e przeciwnym do zatyczek odpowiednio przedniej 15s i tylnej 15e, kanały wylotowe 14s i wlotowe 14e wychodzą na zewnątrz przez otwory odpowiednio wylotowe 19s i wlotowe 19e, znajdujące się odpowiednio na powierzchniach tylnej 13 i przedniej 12.

Kanały wlotowe 14e i wylotowe 14s określają w ten sposób przestrzenie wewnętrzne 20e i 20s, wyznaczone odpowiednio przez ściankę boczną 22e i 22s, zatyczkę zamykającą 15e i 15s, i otwór 19s albo 19e wychodzący na zewnątrz. Dwa sąsiednie kanały wlotowe 14e i wylotowe 14s są połączone dla gazu przez część wspólną ich ścianek bocznych 22e i 22s, zwaną w dalszym ciągu opisu częścią wspólną 22^Λ.

Bloki 11a-11i są łączone ze sobą przez klejenie za pomocą spoin 27 ze spoiwa ceramicznego złożonego na ogół z krzemionki i/lub karborundu i/lub azotku aluminium. Połączenie w ten sposób utworzone może być następnie obrabiane dla uzyskania, na przykład przekroju okrągłego. W ten sposób bloki zewnętrzne 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h mają powierzchnię zewnętrzną zaokrągloną przez obrabiane.

W wyniku tego powstaje korpus filtrujący 3 cylindryczny o osi wzdłużnej C-C, który może być wprowadzony do obudowy 5, spoina obwodowa 28, szczelna dla gazów spalinowych, jest umieszczona pomiędzy zewnętrznymi blokami filtrującymi 11a-11h i obudową 5.

Jak wskazują strzałki pokazane na figurze 2, strumień F gazów spalinowych wpływa do korpusu filtrującego 3 przez otwory 19e kanałów wlotowych 14e, przepływa przez ścianki boczne filtrujące tych kanałów dla osiągnięcia kanałów wylotowych 14s, a następnie wylatuje na zewnątrz przez otwory 19s.

Po pewnym czasie użytkowania, cząstki, albo „sadze, gromadzą się w kanałach wlotowych 14e korpusu filtrującego 3 pogarszając parametry silnika. Z tego powodu, korpus filtrujący 3 powinien być regularnie regenerowany, na przykład co 500 kilometrów. Regeneracja, albo „usuwanie osadu, polega na utlenieniu sadzy podgrzewając je do temperatury umożliwiającej ich zapalenie.

Podczas faz regeneracji, temperatura jest różna zależnie od strefy korpusu filtrującego 3 i nie zmienia się równomiernie.

Rzeczywiście gazy spalinowe transportują do tyłu całą energię cieplną uwolnioną przez spalanie sadzy. Ponadto, sadze nie rozkładają się równomiernie w różnych kanałach, gromadzą się na przykład w sposób preferencyjny w obszarze filtru w pobliżu jego osi wzdłużnej, zwanym także rdzeniem korpusu filtrującego. Strefy spalania nie są więc równomiernie rozłożone w korpusie filtrującym 3. Spalanie sadzy powoduje więc wzrost temperatury w rdzeniu korpusu filtrującego większy niż wzrost w obszarach obwodowych. Na koniec, strefy obwodowe korpusu filtrującego 3 są chłodzone poprzez obudowę metalową 5, przez powietrze z otoczenia.

Nierównomierność temperatur wewnątrz korpusu filtrującego 3 i różnice rodzajów materiałów stosowanych na bloki filtrujące 11a-11i z jednej strony i na spoiny 27 z drugiej strony, generuje miejscowe naprężenia o dużych amplitudach mogące prowadzić do miejscowych pęknięć albo szczelin.

PL 210 113 B1

Zwłaszcza, miejscowe naprężenia w przestrzeniach pomiędzy blokami 11a-11h i obudową 5 i pomiędzy blokami i spoinami 27, mogą prowadzić do pęknięć wewnątrz bloków zmniejszając w ten sposób trwałość filtru cząstek 1.

Dla zmniejszenia ryzyka pojawienia się tych pęknięć jest znane wybieranie spoiwa łączącego w funkcji jego zdolności do zapewnienia spójności bloków filtrujących i jego przewodności cieplnej. Na przykład, zgłoszenie patentowe WO 01/23069 proponuje zastosowanie połączenia, którego grubość jest wybrana w zakresie od 0,3 do 3 mm i jest utworzone ze spoiwa mającego przewodność cieplną zawartą pomiędzy 0,1 i 10 W/m.K. Takie połączenie nie umożliwia jednakże całkowitego wyeliminowania ryzyka pojawiania się pęknięć.

Jest znany również z US 2004 037754 korpus filtrujący zawierający zachodzące na siebie zespoły sąsiadujących kanałów wlotowych i kanałów wylotowych, umieszczonych przemiennie w taki sposób, aby utworzyć w przekroju wzór w szachownicę. Całkowita objętość kanałów wlotowych jest w przybliżeniu identyczna jak całkowita objętość kanałów wylotowych. Przestrzenie wewnętrzne pewnych kanałów wlotowych i/lub wylotowych mają żeberka przeznaczone do przyjmowania katalizatora. Te żeberka mają taką zaletę, że zwiększają całkowitą powierzchnię ścianek bocznych określających kanały, zachowując przy tym w przybliżeniu powierzchnię filtrującą. US 2004 037754 nie precyzuje warunków, w których żeberka mogłyby ewentualnie mieć wpływ na występowanie pęknięć.

Podobne rozwiązanie korpusu filtrującego zawierającego ułożone w szachownicę kanały wlotowe i wylotowe znane jest z opisu patentowego FR 2 840 545.

Celem wynalazku jest opracowanie bloku i korpusu filtrujących o zmniejszonym ryzyku pęknięć i zwiększonej całkowitej powierzchni dysponowanej, przeznaczonej na przykład do umieszczenia tam katalizatora, bez istotnego zmniejszenia powierzchni filtrujących.

Blok filtrujący dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego zawierający zachodzące na siebie zespoły sąsiadujących kanałów wlotowych i kanałów wylotowych, kanały wlotowe i wylotowe są umieszczone przemiennie w taki sposób, aby utworzyć w przekroju wzór w szachownicę, całkowita objętość kanałów wlotowych jest większa niż całkowita objętość kanałów wylotowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna przestrzeń wewnętrzna jednego z kanałów zawiera co najmniej jedno żeberko wewnętrzne, przy czym grubość Ea żeberka wewnętrznego mierzona w metrach w przekroju poprzecznym, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < 0,39*p - 0,7*((2*Epf) - Epf²) gdzie

- Epf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym,

- p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym.

Korzystnie żeberko jest płaskie i rozciąga się w płaszczyźnie w przybliżeniu wzdłużnej.

Korzystnie żeberko określa powierzchnię ciągłą.

Korzystnie żeberko jest ukształtowane integralnie z materiałem ścianki bocznej kanału.

Korzystnie żeberko dzieli przestrzeń wewnętrzną.

Korzystnie wszystkie przestrzenie wewnętrzne tylko kanałów wlotowych zawierają co najmniej jedno żeberko.

Korzystnie co najmniej jedna ścianka pośrednia oddzielająca dwa rzędy poziome albo pionowe kanałów ma, w przekroju poprzecznym, kształt sinusoidalny.

Korzystnie co najmniej jedna ścianka pośrednia oddzielająca dwa rzędy poziome albo pionowe kanałów ma, w przekroju poprzecznym, kształt pofalowany.

Korzystnie grubość Ea żeberka wewnętrznego, w metrach, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < p - Epf - [420*p² / (1+A)] gdzie

- Epf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym,

- p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym, i

- A oznacza stopień asymetrii w przekroju poprzecznym.

Korzystnie grubość Ea wewnętrznego żeberka jest mniejsza albo równa grubości średniej Epf ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko.

Korzystnie blok zawiera wiele żeberek rozciągających się od linii połączenia.

Korzystnie żeberka są umieszczone równokątnie wokół linii połączenia.

PL 210 113 B1

Korzystnie zespół wewnętrznych żeberek kanału, widziany w przekroju poprzecznym, ma kształt X, końce każdego z czterech ramion X stykają się z rogiem kanału.

Korzystnie wszystkie wewnętrzne przestrzenie kanałów wlotowych, ale jedynie kanałów wlotowych zawierają co najmniej jedno żeberko.

Korpus filtrujący do filtrowania cząstek, zawierający wiele bloków filtrujących dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego zawierający zachodzące na siebie zespoły sąsiadujących kanałów wlotowych i kanałów wylotowych, kanały wlotowe i wylotowe są umieszczone przemiennie w taki sposób, aby utworzyć w przekroju wzór w szachownicę, całkowita objętość kanałów wlotowych jest większa niż całkowita objętość kanałów wylotowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jeden z bloków jest taki, że co najmniej jedna przestrzeń wewnętrzna jednego z kanałów zawiera co najmniej jedno żeberko wewnętrzne, przy czym grubość Ea żeberka wewnętrznego mierzona w metrach w przekroju poprzecznym, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < 0,39*p - 0,7*((2*Epf) - E_Pf²) gdzie

Epf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym, p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym.

Nazywa się żeberkiem element zamocowany na ściance bocznej kanału wlotowego albo wylotowego i mający przewodność cieplną większą od przewodności cieplnej gazu spalinowego. Żeberko ma dowolny kształt: przegrody, płytki, listewki, itp.

Obecność żeberka w pewnych kanałach poprawia promieniową przewodność cieplną, żeberka tworzą z definicji uprzywilejowane drogi usuwania ciepła. Ciepło jest oddawane szybciej niż w bloku filtrującym ze stanu techniki i różnice temperatur pomiędzy rdzeniem i obwodem filtru są ograniczone. Naprężenia cieplno-mechaniczne, które mogą powodować pęknięcia w połączeniach i/lub w blokach filtrujących, są wiec ograniczone i trwałość filtru cząstek wzrasta.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia filtr cząstek według stanu techniki w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie poprzecznej B-B pokazanej na fig. 2, fig. 2 przedstawia ten sam filtr cząstek, w płaszczyźnie cięcia wzdłużnego A-A pokazanej na fig. 1, fig. 3a-3f, 4 i 5 przedstawiają płaszczyznę przednią bloków albo części bloków filtrujących umożliwiającą pokazanie różnych możliwych układów żeberek, bloki z figur 3e, 4 i 5 są zgodne z wynalazkiem, korzystny przykład wykonania jest przedstawiony na figurze 5.

Dla poprawy jasności figur, liczba pokazanych kanałów jest dużo mniejsza od liczby kanałów bloków filtrujących normalnie wprowadzonych do obrotu.

Na tych figurach, nie ograniczających, różne elementy nie są koniecznie pokazane w tej samej skali. Zwłaszcza, grubości żeberek i ścianek oddzielających różne kanały nie są w skali i nie stanowią ograniczenia wynalazku.

Identyczne oznaczenia odsyłające zostały użyte na różnych figurach dla oznaczenia elementów identycznych albo podobnych.

Blok 11 zawiera sąsiadujące zespoły kanałów wlotowych 14e i kanałów wylotowych 14s, są one ułożone w stosunku do siebie w taki sposób, że cały gaz filtrowany przez dowolny kanał wlotowy 14e przechodzi do kanałów wylotowych 14s sąsiadujących ze wspomnianym kanałem wlotowym 14e. Korzystnie, nie występuje obszar (obszary) w jednym albo wielu kanałach wlotowych 14e, który wychodzi (wychodzą) w innym kanale wlotowym 14e, obszar (obszary), które nie mogą być stosowane do filtracji ponieważ gazy spalinowe mogą go (je) pokonywać w dwóch kierunkach. Powierzchnia filtrująca (to znaczy powierzchnia ścianek kanałów wlotowych 14e, przez które może przenikać strumień filtrowanych gazów) jaką dysponuje się dla określonej objętości bloku filtrującego jest zoptymalizowana.

Korzystnie, kanały wlotowe 14e i wylotowe 14s są równoległe i prostoliniowe w długości L bloku 11 filtrującego. Korzystnie, jest w ten sposób możliwe wytwarzanie przez wytłaczanie struktury w postaci wypełniacza ulowego odpowiedniego do wytwarzania bloku 11 filtrującego według wynalazku.

Zespoły kanałów wlotowych 14e i kanałów wylotowych 14s zachodzą na siebie w taki sposób aby utworzyć, w przekroju poprzecznym wzór w szachownicę, gdzie wspomniane kanały wlotowe 14e występują przemiennie ze wspomnianymi kanałami wylotowymi 14s, w kierunku wysokości (kierunek y) jak i w kierunku szerokości (kierunek x). Ścianka boczna 22e kanału wlotowego 14e jest więc utworzona z części wspólnych ścianki 22 oddzielającej objętość wewnętrzną tego kanału 14e od objętości wewnętrznych 20s sąsiadujących kanałów wylotowych 14s. Również, ścianka boczna 22s kanału wylotowego 14s jest utworzona z części wspólnych ścianki 22 oddzielającej objętość wewnętrzną 20s

PL 210 113 B1 tego kanału wylotowego 14s od objętości wewnętrznych 20e sąsiadujących kanałów wlotowych 14e (patrz figura 4).

Według wynalazku, co najmniej jeden kanał zawiera żeberko 30. Figury 3a do 3f i 4 przedstawiają różne możliwe kształty żeberek 30. Wszystkie kombinacje przedstawionych przykładów wykonania są również rozważane.

W odróżnieniu od części wspólnych ścianek 22, które rozdzielają kanały wylotowe 14s i wlotowe 14e, które stykają się więc z gazami spalinowymi nie filtrowanymi płynącymi w kanałach wlotowych 14e i z gazami spalinowymi odfiltrowanymi płynącymi w kanałach wylotowych 14s, żeberko styka się tylko z gazami nie filtrowanymi albo z gazami odfiltrowanymi, w zależności od tego, czy wspomniane żeberko 30 jest odpowiednio w przestrzeni wewnętrznej 20e kanału wlotowego 14e albo w przestrzeni wewnętrznej 20s kanału wylotowego 14s.

Kształt żeberka 30 nie jest ograniczony. Żeberko 30 może być zakrzywione albo korzystnie, płaskie, być nieciągłe, to znaczy mieć otwory albo korzystnie, ciągłe, rozciągać się tylko na części kanału albo korzystnie, rozciągać się na całej długości L kanału, być przymocowane do ścianki bocznej punktami mocowania albo korzystnie, wieloma liniami mocowania.

Gdy żeberko 30 jest mocowane na ściance bocznej w wielu punktach mocowania, korzysta ona korzystnie ze sztywności bloku 11 filtrującego. Przy równoważnej sztywności, grubość ścianek kanałów może więc być zmniejszona. Korzystnie, powierzchnie filtrujące kanałów są przez to zwiększone. Ponadto, przestrzenie wewnętrzne kanałów są przez to również zwiększone co ogranicza stratę ciśnienia przy przejściu bloku 11 filtrującego, a w zakresie kanałów wlotowych 14e, zwiększa objętość dysponowaną dla magazynowania sadzy. W ten sposób, czas pomiędzy regeneracjami może być wydłużony i trwałość związana z pojemnością magazynowania pozostałości, jest zwiększona.

Dla optymalizowania wpływu żeberka 30 na sztywność bloku 11, jest korzystne aby żeberko 30 było w przybliżeniu płaskie i mocowane wzdłuż dwóch linii mocowania 32 i 34 do ścianki bocznej kanału, w którym ono biegnie (patrz figura 3a). Usytuowanie linii mocowania 32, 34 jest określone w taki sposób, aby optymalizować wytrzymałość na naprężenia mechaniczne i/lub usuwanie ciepła.

Jest również korzystne, aby żeberko 30 biegło w przybliżeniu wzdłużnie i korzystnie na całej długości L bloku 11. Wytwarzanie bloku 11 przez wytłaczanie jest przez to ułatwione, żeberko 30 jest w ten sposób wykonane z tego samego materiału co ścianka boczna kanału, w którym ono biegnie.

Jak pokazano na figurze 4, kanał może zawierać jedno albo kilka żeberek 30a-30d, korzystnie połączonych ze sobą liniami połączenia 36, biegnących w przybliżeniu wzdłuż osi kanału. Korzystnie, żeberka 30a-30d są więc umieszczone równokątnie wokół tej osi.

Jak pokazano na figurze 3e, linie połączenia 36 pomiędzy różnymi żeberkami 30a i 30b mogą także tworzyć linie mocowania ze ścianką boczną kanału.

Korzystnie, jak na figurach 3a-3f i 4, wszystkie kanały wlotowe 14e są wyposażone w identyczne elementy żeberkowe. Korzystnie również, wszystkie kanały wylotowe 14s są wyposażone w identyczne elementy żeberkowe, identyczne albo różne od elementów żeberkowych kanałów wlotowych 14e.

W odmianie wynalazku, w której filtrujący blok 11 jest przeznaczony do wykorzystania jako wspornik katalizatora, żeberka 30 są pokryte katalizatorem. Obecność żeberek 30 zwiększa więc ilość wspornika dysponowanego dla katalizatora. W pewnych zastosowaniach, na przykład dla obróbki tlenków azotu, NOx, sprawność bloku 11, filtrującego jest funkcją powierzchni styku pomiędzy gazami i katalizatorem. Zwiększenie powierzchni niosącej katalizator w wyniku obecności żeberka 30 jest więc szczególnie korzystne.

Żeberka 30 nie są z definicji, ściankami filtrującymi, osadzanie sadzy i popiołów na żeberkach jest małe. Katalizator nałożony na żeberka 30 jest więc poddawany niższym temperaturom niż katalizator nałożony na ścianki boczne filtrujące. Ponadto, wzajemne oddziaływanie chemiczne sadza//katalizator albo popioły/katalizator są tu zmniejszone (mniejsza korozja). Korzystnie, trwałość katalizatora jest więc znacznie zwiększona.

W tej odmianie, żeberka 30 są korzystnie umieszczone tylko w kanałach wlotowych 14e, korzystnie we wszystkich kanałach wlotowych 14e.

Niezależnie od odmiany, jak pokazano na fig. 3f i 4, kanały wlotowe 14e mają według wynalazku przekrój poprzeczny większy od przekroju kanałów wylotowych 14s, dla zwiększenia objętości dysponowanej dla magazynowania pozostałości. Korzystnie, częstotliwość czyszczenia filtru jest z tego powodu zmniejszona.

PL 210 113 B1

Jak pokazano na fig. 4, części wspólne ścianek mogą być odkształcone dla zwiększenia całkowitej objętości kanałów wlotowych 14e kosztem objętości kanałów wylotowych 14s. Na przykład, część wspólna 22 pomiędzy kanałem wlotowym 14e i kanałem wylotowym 14s może być wklęsła od strony kanału wlotowego 14e i wypukła od strony kanału wylotowego 14s.

Korzystnie, ścianka pośrednia 40, nie płaska, oddzielająca dwa rzędy poziome R1 i R2 kanałów (a więc utworzona przez zespół części wspólnych 22 ścianek bocznych tych kanałów), albo oddzielająca dwa rzędy pionowe, jest wklęsła od strony kanałów wlotowych 14e i wypukła od strony kanałów wylotowych 14s.

Wzdłuż rzędu poziomego (w osi x) albo pionowego (w osi y) kanałów, ścianka pośrednia 40, ma korzystnie stałą grubość i ma korzystnie, w przekroju poprzecznym, kształt pofalowany albo falisty (wavy po angielsku), ścianka pośrednia 40 faluje w przybliżeniu na pół długości falowania na szerokości kanału.

Nazywa się długością falowania, odległość oddzielając dwa punkty tego falowania umieszczone na tej samej wysokości, przy tym samym kierunku zmian nachylenia. W przypadku falowania okresowego długość falowania jest nazywana „okresem.

Falowanie jest okresowe, amplituda falowania jest stała. Falowanie ma kształt sinusoidalny, którego półokres jest równy podziałce p sieci kanałów, jak pokazano na fig. 4.

Korzystnie na koniec, wszystkie ścianki pośrednie bloku, biegnące pionowo albo poziomo, mają w przekroju poprzecznym, falowania o identycznym kształcie.

Stopień asymetrii A określa stosunek pomiędzy połową amplitudy h i połową długości wspomnianego falowania, to znaczy, w przypadku falowania okresowego, stosunek pomiędzy połową amplitudy h i pół-okresem. Jest on wyrażony w tablicy 1 w procentach tej połowy długości.

A = h/2 x (1/p)

Następujące przykłady, zebrane w tablicy 1, są przedstawione dla ilustracji, a nie ograniczania.

Przykład *1 przedstawia blok odniesienia, zawierający strukturę kwadratową pozbawioną żeberek.

Poszczególne badane bloki zawierają strukturę falistą, ścianki pośrednie falują sinusoidalnie z półokresem na szerokość kanału. Wszystkie kanały wlotowe 14e zawierają żeberka 30 wewnętrzne w kształcie X, podobne do żeberek 30 pokazanych na fig. 5. Każda przestrzeń wewnętrzna 20e jest w ten sposób podzielona na cztery części w przybliżeniu o takiej samej objętości. Żaden kanał wylotowy 14s nie zawiera żeberka.

Gęstość kanałów Dc, w liczbie kanałów na cal kwadratowy (cpsi), grubość ścianek filtrujących Epf, stopień asymetrii A i grubość żeberka Ea są podane w tablicy 1. Następujące skróty są użyte w tablicy:

- Powierzchnia CAT: całkowita powierzchnia ścianek kanałów wlotowych 14e, w tym powierzchnie żeberek 30. Jest korzystne gdy ta powierzchnia jest zwiększona gdy jest przeznaczona do pokrycia przez katalizator. Oddziaływanie katalizatora jest przez to zwiększone. Zwiększona powierzchnia całkowita jest także korzystna dla wymian cieplnych pomiędzy gazami spalinowymi i blokiem, a więc usuwania ciepła. Ryzyko pęknięć jest w ten sposób korzystnie ograniczone.

- OFA: przekroje kanałów wlotowych 14e. Ta powierzchnia jest reprezentatywna dla objętości kanałów wlotowych 14e, a więc pojemności magazynowania pozostałości wytwarzanych spalin (część sadzy, która się nie pali i pozostałości niepalnych emitowanych przez silnik)

- SF: powierzchnia filtrująca. Blok 11 filtrujący zanieczyszcza się tym wolniej im większa jest powierzchnia filtrująca. Ponadto, przy identycznym poziomie zanieczyszczenia, wytworzona strata ciśnienia jest tym mniejsza im blok 11 filtrujący ma większą powierzchnię filtrującą.

- Dp: strata ciśnienia przy przejściu bloku filtrującego, dla danej wydajności i temperatury.

Wszystkie wartości V z tablicy 1, to znaczy SF, powierzchnia CAT, OFA i Dp, są wartościami względnymi, wyrażonymi w procentach, uzyskane dla określonego bloku w stosunku do bloku odniesienia:

V = ((V obliczona - V odniesienia)/V odniesienia) x 100, gdzie

- V obliczona jest wartością obliczoną teoretycznie dla określonego bloku, i

- V odniesienia jest wartością obliczoną teoretycznie dla bloku odniesienia.

PL 210 113 B1

T a b l i c a 1

	DC (cpsi)	Elf (μ™)	A (%)	P (mm)	Ea (μ™)	MAX1 (μ™)	MAX2 (μ™)	SF (%)	Powierzchnia CAT	OFA (%)	DP (%)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
*1	180	380	-	1,9	-	-	-	100	100	100	100
*2	180	350	7	1,9	-	-	-	108	108	132	100
3	112	150	20	2,4	100	234	726	102	236	147	107
*4	112	150	14	2,4	150	128	726	95	218	170	60
5	122	150	12	2,3	50	166	687	102	234	178	51
6	122	150	14	2,3	50	201	687	100	238	136	61
7	122	150	14	2,3	100	201	687	100	232	158	65
8	122	250	18	2,3	100	167	547	100	232	172	145
*9	122	250	18	2,3	200	167	547	95	222	113	154
10	133	150	20	2,2	100	356	648	106	255	117	128
11	133	150	20	2,2	150	356	648	109	249	185	132
*12	133	200	6	2,2	100	82	578	95	223	112	65
13	161	250	10	2	100	223	430	103	246	141	116
14	161	250	8	2	100	194	430	102	243	133	109
15	161	250	14	2	150	276	430	104	244	148	148
*16	161	250	8	2	250	194	430	91	219	106	133
17	161	300	10	2	100	173	360	101	240	134	137
*18	161	400	10	2	250	73	220	86	206	96	218
*19	161	400	10	2	300	73	220	83	198	89	231
20	179	200	14	1,9	50	370	461	116	276	112	126
21	179	250	10	1,9	100	272	391	108	257	138	131
22	179	250	10	1,9	150	272	391	104	248	129	138
23	179	300	10	1,9	100	222	321	105	250	131	154
*24	179	300	10	1,9	250	222	321	94	225	104	182
*25	179	300	10	1,9	300	222	321	90	216	95	194
26	179	350	8	1,9	100	146	251	101	237	116	168
27	179	350	10	1,9	100	172	251	104	241	152	180
*28	179	350	8	1,9	150	146	251	95	228	96	178
*29	179	350	14	1,9	250	220	251	97	226	120	252
30	199	300	8	1,8	150	240	282	104	243	184	173
*31	199	300	6	1,8	250	216	282	92	218	137	193
32	199	350	14	1,8	200	256	212	105	243	173	274
*33	199	350	14	1,8	300	256	212	93	225	98	304
*34	199	400	18	1,8	300	247	142	98	230	164	491
*35	223	350	14	1,7	250	285	173	104	241	186	335
*36	223	350	14	1,7	300	285	173	96	231	128	356

PL 210 113 B1 cd. tablicy

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
37	252	150	6	1,6	150	436	414	121	291	117	131
38	252	200	6	1,6	100	386	344	123	295	121	145
39	252	200	6	1,6	150	386	344	117	282	109	156
*40	252	400	6	1,6	200	186	64	95	225	162	332
*41	252	400	16	1,6	250	273	64	106	248	173	558

* Przykł ady poza zakresem wynalazku

Tablica 1 wskazuje, że całkowita powierzchnia (powierzchnia CAT) w przypadku występowania żeberek 30 jest co najmniej dwa razy większa w stosunku do całkowitej powierzchni bloku odniesienia.

Można również zauważyć, że w blokach według wynalazku, pojemność magazynowania jest poprawiona o 10 do 90% w stosunku do pojemności magazynowania bloku odniesienia.

Inne próby również wykazały wpływ umieszczenia i kształtu żeberek 30 w kanałach. Korzystnie, zespół żeberek 30a, 30b, 30c, 30d wewnętrznych kanału, widziany w przekroju poprzecznym, ma kształt X, końce każdego z czterech ramion X stykają się z rogiem kanału. Ta konfiguracja odpowiada przykładowi wykonania pokazanemu na fig. 5, najkorzystniejszemu ze wszystkich.

Wynalazcy również odkryli, że złe zwymiarowanie grubości żeberka 30 prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej struktury i/lub zwiększenia straty ciśnienia wywołanej przechodzeniem przez blok filtrujący i/lub zmniejszenia w sposób ukryty powierzchni filtrującej, jak pokazują wyniki przedstawione w powyższej tablicy.

Wynalazcy badali więc grubości żeberek 30 dające najlepszy kompromis pomiędzy wytrzymałością mechaniczną, stratą ciśnienia i powierzchnią filtrującą. Zwłaszcza, jest pożądane, aby strata ciśnienia była mniejsza 2,2 razy od straty ciśnienia bloku odniesienia i aby powierzchnia filtrująca była równa albo większa od powierzchni bloku odniesienia.

Wynalazcy stwierdzili na koniec, że jest korzystne aby grubość Ea żeberka 30 nie przekraczała wartości MAX2 równej w (jednostkach SI)

0,39*p - 0,7* ((2*Epf) -Epf²) i/lub, gdy ścianki pośrednie 40 oddzielające rzędy poziome kanałów sąsiadujących i rzędy pionowe kanałów sąsiadujących mają, w przekroju poprzecznym, kształt pofalowany, wartości MAX1 równej w (jednostkach SI):

p - Epf - [420*p² / (1+A)] gdzie

Epf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego wspomniane żeberko, w metrach, p jest podziałką sieci kanałów bloku, w metrach,

A oznacza stopień asymetrii.

Korzystnie, te dwa warunki są spełnione przez co najmniej jedno żeberko 30 bloku 11 filtrującego, korzystnie przez wszystkie żeberka 30 bloku 11 filtrującego. Ponadto, Ea jest korzystnie mniejsze albo równa E_pf.

Oczywiście, wynalazek nie jest ograniczony do przykładów wykonania opisanych i przedstawionych powyżej, podanych dla ilustracji, a nie ograniczających.

Wynalazek dotyczy również korpusu filtrującego monolitycznego. Blok filtrujący może mieć dowolny kształt, dowolny układ kanałów.

Żeberka 30 korzystnie wychodzą z materiału ścianek kanałów, na których są mocowane, ale mogą być również klejone albo wprowadzane we wspomniane kanały po wykonaniu bloku filtrującego zgodnie ze stanem techniki.

Grubość Epf ścianek filtrujących kanału, w którym biegnie żeberko 30, mierzona w przekroju poprzecznym, jest korzystnie stała dla wszystkich ścianek.

Korzystnie, wszystkie ścianki filtrujące bloku filtrującego według wynalazku mają grubość identyczną.

Korzystnie także, grubość Epf jest stała niezależnie od przyjętej płaszczyzny przekroju poprzecznego. Te charakterystyki nie są jednakże ograniczające.

Na koniec przekrój poprzeczny kanałów nie jest ograniczony do opisanych kształtów.

Claims (15)

1. Blok filtrujący dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego zawierający zachodzące na siebie zespoły sąsiadujących kanałów wlotowych i kanałów wylotowych, kanały wlotowe i wylotowe są umieszczone przemiennie w taki sposób, aby utworzyć w przekroju wzór w szachownicę, całkowita objętość kanałów wlotowych jest większa niż całkowita objętość kanałów wylotowych, znamienny tym, że co najmniej jedna przestrzeń wewnętrzna (20e, 20s) jednego z kanałów (14e, 14s) zawiera co najmniej jedno żeberko wewnętrzne (30), przy czym grubość Ea żeberka wewnętrznego (30) mierzona w metrach w przekroju poprzecznym, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < 0,39*p - 0,7*((2*Epf) - E_Pf²) gdzie

- E_pf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko (30), mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym,

- p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym.

2. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że żeberko (30) jest płaskie i rozciąga się w płaszczyźnie w przybliżeniu wzdłużnej.

3. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że żeberko (30) określa powierzchnię ciągłą.

4. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że żeberko (30) jest ukształtowane integralnie z materiałem ścianki bocznej (22e, 22s) kanału (14e, 14s).

5. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że żeberko (30) dzieli przestrzeń wewnętrzną (20e, 20s).

6. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że wszystkie przestrzenie wewnętrzne (20e) tylko kanałów wlotowych (14e) zawierają co najmniej jedno żeberko (30).

7. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ścianka pośrednia (40) oddzielająca dwa rzędy poziome (R1, R2) albo pionowe kanałów ma, w przekroju poprzecznym, kształt sinusoidalny.

8. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna ścianka pośrednia (40) oddzielająca dwa rzędy poziome (R1, R2) albo pionowe kanałów ma, w przekroju poprzecznym, kształt pofalowany.

9. Blok według zastrz. 8, znamienny tym, że grubość Ea żeberka wewnętrznego (30), w metrach, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < p - Epf - [420*p²/(1+A)] gdzie

- E_pf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko (30), mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym.

- p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym, i -A oznacza stopień asymetrii w przekroju poprzecznym.

10. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość Ea wewnętrznego żeberka (30) jest mniejsza albo równa grubości średniej E_pf ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko (30).

11. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera wiele żeberek (30a-30d) rozciągających się od linii połączenia (36).

12. Blok według zastrz. 11, znamienny tym, że żeberka (30a-30d) są umieszczone równokątnie wokół linii połączenia (36).

13. Blok według zastrz. 12, znamienny tym, że zespół wewnętrznych żeberek (30) kanału, widziany w przekroju poprzecznym, ma kształt X, końce każdego z czterech ramion X stykają się z rogiem kanału.

14. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że wszystkie wewnętrzne przestrzenie kanałów wlotowych, ale jedynie kanałów wlotowych zawierają co najmniej jedno żeberko.

15. Korpus filtrujący do filtrowania cząstek, zawierający wiele bloków filtrujących dla filtracji cząstek zawartych w gazach spalinowych silnika spalinowego zawierający zachodzące na siebie zespoły sąsiadujących kanałów wlotowych i kanałów wylotowych, kanały wlotowe i wylotowe są umieszczone przemiennie w taki sposób, aby utworzyć w przekroju wzór w szachownicę, całkowita objętość kanałów wlotowych jest większa niż całkowita objętość kanałów wylotowych, znamienny tym, że co najmniej jeden z bloków (11) jest taki, że co najmniej jedna przestrzeń wewnętrzna (20e, 20s) jednego z kanałów (14e, 14s) zawiera co najmniej jedno żeberko wewnętrzne (30), przy czym grubość Ea

PL 210 113 B1 żeberka wewnętrznego (30) mierzona w metrach w przekroju poprzecznym, spełnia następujące wyrażenie:

Ea < 0,39*p - 0,7*((2*Epf) - Epf²) gdzie

- E_pf oznacza grubość średnią ścianek filtrujących kanału zawierającego żeberko (30), mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym,

- p jest podziałką sieci kanałów bloku, mierzoną w metrach w przekroju poprzecznym.