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具有可变通道几何形状的颗粒物 过滤器以及制造此种过滤器的方法

阅读：1026发布：2020-09-30

专利汇可以提供具有可变通道几何形状的颗粒物过滤器以及制造此种过滤器的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器用于收集来自内燃机的废气的颗粒物物质，且该颗粒物过滤器具有沿着通道的整个长度演变的通道几何形状，以使得：通道的横截面的周长从通道(370)的开口端部(310)持续地减小，直至减小到通道的参考横截面(350)为止，然后从参考横截面持续地增大，直至增大到通道的闭合端部(360)为止，以及通道的横截面的表面积从通道的开口端部单调地减小，直到闭合端部为止。这些闭合端部对于过滤器的入口通道和出口通道来说分别位于过滤器的主体中、出口表面和入口表面附近。，下面是具有可变通道几何形状的颗粒物过滤器以及制造此种过滤器的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种颗粒物过滤器，所述颗粒物过滤器用于收集来自燃烧发动机的废气的颗粒物，所述过滤器具有(整体式)主体，所述主体由多孔材料制成，且所述主体沿着轴线(X)以细长方式延伸，所述主体包括：
入口表面(40、1104)，所述废气通过所述入口表面进入所述过滤器，
出口表面，所述废气通过所述出口表面再次离开所述过滤器，
多个入口通道和出口通道(370、380、570、580、770、780、1170、1270)，所述多个入口通道和出口通道平行于所述轴线(X)在所述入口表面(40、1104)和所述出口表面之间延伸，每个入口通道(370、570、770)均由能够允许通过所述废气的共用的过滤壁(371、571、771、
1171、1271)而与相邻的出口通道(380、580、780)隔开，以形成蜂窝型结构，所述入口通道和出口通道(370、380、570、580、770、780、1170、1270)各自具有：
开口端部(20、310、510、710、1110、1210)，所述开口端部具有正交于所述轴线(X)的正方形的横截面，
闭合端部(360、560、760、1160)，
参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)，所述参考横截面正交于所述轴线(X)是正方形的，且位于所述开口端部和闭合端部之间，较佳地位于所述入口表面(40、1104)和所述出口表面之间的中间位置处，且所述参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)的四个顶点(21)中的每个对于两个入口通道和两个出口通道是共用的，并且所述正方形参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)的四个顶点(21)对于所述通道的正交于所述轴线(X)的每个截面均具有不可变位置，
所述入口通道的开口端部在所述入口表面(40、1104)处接续，且所述出口通道的开口端部在所述出口表面处接续，所述开口端部形成网格图案，
其特征在于，每个入口通道和出口通道的几何形状沿着所述通道在所述轴线(X)上的整个长度并非是恒定的，以使得，针对每个入口通道和出口通道：
所述通道的截面的周长从所述通道的开口端部(20、310、510、710、1110、1210)向所述通道的参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)持续地减小，且然后从所述参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)向所述闭合端部(360、560、760、1160)持续地增大，以及
所述通道的截面的面积沿着所述轴线(X)从所述通道的开口端部(20、310、510、710、
1110、1210)向所述闭合端部(360、560、760、1160)均匀地减小，在所述闭合端部处，所述面积是零，所述闭合端部(360、560、760、1160)对于所述入口通道(370、570、770)靠近出口表面位于所述过滤器的主体中，并且对于所述出口通道(380、580、780)靠近入口表面(40、
1104)位于所述过滤器的主体中。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，每个入口通道和出口通道(370、380、
570、580、770、780、1170、1270)在正交于所述轴线(X)的每个平面中具有4n阶的多边形截面，其中，一部分在所述开口端部(20、310、510、710、1110、1210)和所述参考横截面(21、
330、350、550、750、1150、1250)之间，而另一部分在所述参考横截面(21、330、350、550、750、
1150、1250)和所述闭合端部(360、560、760、1160)之间，且n较佳地是在2和4之间的整数。
3.根据权利要求2所述的过滤器，其特征在于，所述4n阶多边形截面在所述开口端部(20、310、510、710、1110、1210)和所述参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)之间形成凸多边形，并且在所述参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)和所述闭合端部(360、560、760、1160)之间是凹多边形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，除了所述参考横截面(750)以外，所述入口通道和所述出口通道的截面在每个通道(770、780)的开口端部(710)和闭合端部(760)之间是正交于所述轴线(X)的八边形(720、730、740)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，除了所述参考横截面(550)以外，所述入口通道和所述出口通道的截面在每个通道(570、580)的开口端部(510)和闭合端部(560)之间是正交于所述轴线(X)的十二边形(520、530、540)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，除了所述参考横截面(330、
350)以外，所述入口通道和所述出口通道的截面在每个通道(370、380)的开口端部(310)和闭合端部(360)之间是正交于所述轴线(X)的十六边形(320、330、340、350)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，对于每个入口通道和出口通道，所述开口端部X(20、310、510、710、1110、1210)的正方形截面通过所述正方形参考横截面(21、330、350、550、750、1150、1250)的以正比值k的相似变换并且通过对其旋转、较佳地将其转过45°角度而获得，所述k较佳地等于根号二。
8.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，所述入口通道(360、560、
760、1160)的闭合端部在距所述出口表面的距离ye处位于所述过滤器的主体中，且所述出口通道的闭合端部在距所述入口表面的距离ys处位于所述过滤器的主体中，且所述距离ye和ys在所述壁的厚度的1和50倍之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，每个入口通道和出口通道的参考横截面(330、350、550、750)包含在正交于所述轴线(X)的一个且同一个参考平面中，所述参考平面位于所述入口表面和所述出口表面之间的中间位置处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，所述通道的截面的周长和面积在所述参考横截面(330、350、550、750)的各侧上对称地演变。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤器，其特征在于，每个入口通道和出口通道的参考横截面(1150、1250)包含在正交于所述轴线(X)的一个且同一个参考平面中，所述参考平面比起靠近于所述入口表面(1104)更靠近于所述出口表面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器，其特征在于，将所述入口通道和所述出口通道(370、380、570、580、770、780、1170、1270)隔开的所述共用的过滤壁(371、571、771、
1171、1271)包括催化剂涂层，用于处理包含在所述废气中的至少一种化合物，所述化合物选自以下列表：未经燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、NH3、SO2、H2S。
13.一种用于通过立体光刻来制造根据权利要求1至12中任一项所述的颗粒物过滤器的方法，其中，所述过滤器的主体通过借助立体光刻机以相继各层的形式固化多孔材料而构造，所述立体光刻机再现所述过滤器主体的之前建立好的数字3D模型。
14.一种用于通过3D打印来制造根据权利要求1至12中任一项所述的颗粒物过滤器的方法，其中，所述过滤器的主体通过借助3D 打印机来以相继各层的形式沉积多孔材料而构造，所述3D打印机再现所述过滤器主体的之前建立好的数字3D模型。
15.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的颗粒物过滤器的方法，其中，通过挤压获得过滤器主体，所述过滤器主体由多孔材料制成并且以细长的方式沿着轴线(X)延伸，所述过滤器主体具有多个初始通道，所述多个初始通道平行于所述轴线(X)延伸并且具有正交于所述轴线(X)的正方形的恒定截面，且在所述初始通道的两个端部处敞开至所述主体的入口表面和出口表面上，以及
通过将穿透工具(401、402、403、601、602、603、801、802、803)在所述入口表面和所述出口表面中的每个处经由所述初始通道的其中一个端部引入到所述初始通道中、并沿着所述轴线(X)直到给定点D且至少直到所述主体的中部为止，来使得所述初始通道变形，以获得根据权利要求1至12中任一项所述的过滤器的入口通道和出口通道。
16.根据前述权利要求所述的制造方法，其特征在于，
所述穿透工具具有块件，所述块件设有成组的多面体突部，所述成组的多面体突部沿着一个且同一轴线W而以细长的方式延伸，所述突部具有第一正方形基部(401、601、801)和第二正方形基部(402、602、802)，所述第一正方形基部和所述第二正方形基部位于平行的平面中，且所述第一基部(401、601、801)与所述块件相接触，所述第一基部(401、601、801)和所述第二基部(402、602、802)通过4n个小面(403、603、803)连接，n较佳地是在2和4之间的整数，以使得所述突部在正交于所述轴线W的平面中的截面呈4n阶演变的不规则凸多边形的形状，较佳地使得所述突部的所述截面的周长从所述第一基部(401、601、801)向所述第二基部(402、602、802)持续地减小，同时所述突部的所述截面的面积从所述第一基部(401、601、801)向所述第二基部(402、602、802)均匀地减小，以及，
所述穿透工具和所述过滤器的主体构造成，使得当所述穿透工具施加于所述过滤器的主体的入口表面和出口表面中的每个时，所述突部以棋盘型式在每个表面上通入到每隔一个通道中。

说明书全文

具有可变通道几何形状的颗粒物 过滤器以及制造此种过滤器

的方法

技术领域

[0001] 本发明处于处理来自燃烧发动机的废气的领域，具体地说用于减少由发动机产生的污染物的颗粒物过滤器的领域。

背景技术

[0002] 如今，对于柴油车辆和其他柴油驱动机器，污染物排放的监管限制越来越严格，特别是就颗粒物排放而言。因此，柴油车辆通常装配有颗粒物过滤器，以符合与污染物排放相关的标准。然而，颗粒物过滤器的使用并不局限于柴油车辆，预计将来此类颗粒物过滤器将越来越频繁地集成到汽油车辆的排气管线中。

[0003] 用在内燃机的排气管线中的颗粒物过滤器可保留存在于废气中的颗粒物，并且由此防止这些颗粒物排放到大气中。颗粒物主要是烟尘颗粒物(碳化合物)。这些颗粒物还可包括源自发动机磨损或包含在润滑剂及其添加剂中或燃料中的无机化合物。这些无机化合物形成灰烬，该灰烬残留在过滤器中并因此在发动机的寿命期间积聚。在一些情形中，过滤器还可包括催化剂成分，用于处理以气态形式存在于废气中的诸如未燃烧的碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)或一氧化碳(CO)之类的某些污染物排放物，以将这些污染物排放物转化为危害较小的气体。该过滤器通常必须定期再生，以消除在过滤阶段期间积累的颗粒物，从而维持该过滤器的所有过滤能力。再生操作包括燃烧烟尘颗粒物：通常，过滤器的温度通常通过增大通过的废气的浓度数值(但不会是达到1的浓度数值)而升高至大约450℃至600℃，且获得这些相同气体的氧化组分以实现对保留在该过滤器中的颗粒物的燃烧。因此，该颗粒物过滤器应能够承受高的热应力和机械应力，抵抗由于废气引起的腐蚀，承受与车辆运动相关联的冲击和振动，且通常应尽可能紧凑。

[0004] 如图1A中所示，该颗粒物过滤器通常由具有蜂窝型结构的陶瓷基底构成，该陶瓷基底通常通过将呈颗粒物(通常由陶瓷制成)形式的材料所形成的糊状物挤出而形成，这种材料对于此种类型的制造具有足够的塑性。过滤器1的基底由相邻通道2、3的组件构成，这些通道在用于废气的入口表面4和出口表面5之间延伸，且这些通道以蜂窝的方式设置成彼此平行并且由共用的壁6彼此分开。轴线X表示废气的主要流动轴线。这些通道以细长的方式沿着该轴线延伸。这些通道在它们的其中一个端部处由插塞7闭合，以使得进入仅仅在入口表面处保留打开的通道的废气(由箭头指示)受迫通过与仅仅在出口表面5处保留打开的相邻通道共用的多孔壁6，以便再次通过该出口表面离开。图1B是根据标准结构的该示例的颗粒物过滤器1的入口4的示意正视图。相同通道具有正方形的截面，并排设置，以在过滤器的入口表面4上形成网格图案。这些通道中的一些被堵塞(插塞由阴影指示)，而另一些打开，以形成棋盘图案。在入口表面处具有开口的通道在它们于出口表面处的另一端部处被堵塞，且由此形成被称为入口通道2的通道，废气通过这些入口通道进入过滤器，以经由多孔壁而通过相邻的通道离开，这些相邻通道在入口表面处被堵塞而在过滤器的出口表面处打开且这些相邻通道称为出口通道3，这些多孔壁将入口通道与相邻的出口通道分开。将相邻通道分开的壁的厚度并未在图1B中指示。

[0005] 因此，通道在它们端部中的一个或另一个处的此种闭合确保废气必须通过将这些通道分开的多孔壁，以保证对包含在废气中的颗粒物进行过滤的功能。

[0006] 然而，这些结构中插塞的存在具有若干问题。首先，这些插塞限制通道的可用面积，因为插入到通道中的插塞与通道的过滤隔板的一部分表面相接触，于是，该部分不再能够执行其过滤废气的功能。其次，可能存在插塞破裂的风险，从而导致过滤器的效率急剧下降。随后，在过滤器的入口表面处的插塞有助于在操作期间在过滤器中产生压降，因为这些插塞将流线急剧地转向入口通道，从而产生粘性摩擦。此种压降在过滤器的使用期间具有若干有害的后果，尤其是导致发动机的效率退化。

[0007] 为了消除插塞的使用和相关联的问题，专利申请WO94/22556提出一种使用例如金字塔形的端部件来使得通道的各个端部变形的方法，该通道则在过滤器的剩余部分中保存该通道的具有正方形横截面的初始几何形状。此种变形导致通道在这些通道的其中一个端部处闭合，由此确保这些通道针对如上所述的过滤器操作而闭合。

[0008] 专利申请US2003/0041575还解决了与插塞使用和相关联问题相关的挑战，并且提出使得通道的端部沿着通常1至5mm的长度变形的方法，但显著的不同之处在于，这些通道在变形之后并不完全闭合且小插塞通过附加的糊状物施加步骤而形成。此种附加的闭合步骤使得制造过滤器更为复杂，并且与插塞(甚至小插塞)的存在相关联的一些问题仍会存在。

[0009] 专利申请US2004/0206062还提出通过变形来闭合通道，但具有不同几何形状的压制工具，从而产生在通道的其中一个端部处仍具有插塞的过滤器。

[0010] 专利申请JP2002317618提出一种过滤器，该过滤器意图降低压降并且具有入口表面和出口表面，该入口表面和出口表面分别仅仅通过入口通道的矩形开口和仅仅通过出口通道的矩形开口而形成，以形成这样的网格，其中，在每个开口之间具有一半台阶部的偏移。这些通道具有面向彼此的两个侧向表面，从过滤器的一个表面开始并且延伸到过滤器的相对表面附近，这些侧向表面朝向内部继续而呈三角形形状，且该过滤器的内侧缩窄。根据此的过滤器并不具有插塞，且入口和出口表面限制压降。然而，通道的设置和几何形状无法获得令人满意的过滤面积。

[0011] 通常，期望在过滤器的最小空间需求下获得最大过滤能力。

[0012] 发明目的和内容

[0013] 因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的前述问题，并且具体地说目的在于满足一下目的的至少一个：

[0014] 提供过滤器，该过滤器可限制在过滤器操作期间的压降，同时改进颗粒物捕获的速率，

[0015] 提供紧凑过滤器，该紧凑过滤器具有有限的重量和空间需求，

[0016] 提供用于制造此种过滤器的简单方法。

[0017] 因此，尤其是为了实现上述目的的至少一个，本发明根据第一方面提出一种颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器用于收集来自燃烧发动机的废气的颗粒物，所述过滤器具有(整体式)主体，该主体由多孔材料制成并且以细长方式沿着轴线X延伸，所述主体包括：

[0018] 入口表面，废气通过该入口表面进入过滤器，

[0019] 出口表面，废气通过该出口表面再次离开过滤器，

[0020] 多个入口通道和出口通道，这些入口通道和出口通道平行于轴线X在入口表面和出口表面之间延伸，且每个入口通道由共用的过滤壁与相邻的出口通道分开以形成蜂窝型结构，该过滤壁能够允许通过废气。入口通道和出口通道各自具有：

[0021] 开口端部，该开口端部具有正交于轴线X的正方形横截面，

[0022] 闭合端部，

[0023] 参考横截面，该参考横截面正交于轴线X是正方形的，且位于所述开口端部和闭合端部之间，较佳地位于入口表面和出口表面之间的中间位置处，且参考横截面的四个顶点中的每个对于两个入口通道和两个出口通道是共用的，并且正方形参考横截面的四个顶点对于通道的正交于轴线X的每个截面均具有不可变位置，

[0024] 入口通道的开口端部在入口表面处接续，且出口通道的开口端部在出口表面处接续，所述开口端部形成网格图案。

[0025] 每个入口通道和出口通道的几何形状沿着该通道在轴线X上的整个长度并非是恒定的，以使得，针对每个入口通道和出口通道：

[0026] 该通道的截面的周长从通道的开口端部向所述通道的参考横截面持续地减小，并且然后从所述参考横截面向闭合端部持续地增大，以及

[0027] 通道的截面的面积沿着轴线X从通道的开口端部向闭合端部均匀地减小，在该闭合端部中，所述面积是零，对于入口通道来说所述闭合端部靠近出口表面位于过滤器的主体中，而对于出口通道来说则靠近入口表面位于过滤器的主体中。

[0028] 较佳地是，每个入口通道和出口通道在正交于轴线X的每个平面中具有4n阶多边形截面，其中，一部分在开口端部和参考横截面之间，而另一部分在参考横截面和闭合端部之间，且n较佳地是2和4之间的整数。

[0029] 4n阶多边形截面可在开口端部和参考横截面之间形成凸多边形，而在参考横截面和闭合端部之间形成凹多边形。

[0030] 根据一个实施例，除了参考横截面以外，入口通道和出口通道的截面在每个通道的开口端部和闭合端部之间正交于轴线X是八边形的。

[0031] 根据一个实施例，除了参考横截面以外，入口通道和出口通道的截面在每个通道的开口端部和闭合端部之间正交于轴线X是十二边形的。

[0032] 根据一个实施例，除了参考横截面以外，入口通道和出口通道的截面在每个通道的开口端部和闭合端部之间正交于轴线X是十六边形的。

[0033] 较佳地是，对于每个入口通道和出口通道，开口端部的正方形截面通过正方形参考横截面的正比值k的相似(位似)变换并且通过旋转正方形参考横截面、较佳地转过45°角度而获得，该正比值较佳地等于根号2(即、√2)。

[0034] 较佳地是，入口通道的闭合端部在距出口表面的距离ye处位于过滤器的主体中，且该出口通道的闭合端部在距入口表面的距离ys处位于过滤器的主体中，且距离ye和ys在壁的厚度的1和50倍之间。

[0035] 根据一个实施例，每个入口通道和出口通道的参考横截面包含在正交于轴线X的一个且同一个参考平面中，所述参考平面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。

[0036] 根据一个实施例，这些通道的截面的周长和面积在参考横截面的各侧上对称地演变。

[0037] 每个入口通道和出口通道的参考横截面可包含在正交于轴线X的一个且同一个参考平面中，所述参考平面比起靠近于入口表面更靠近于出口表面。

[0038] 根据一个实施例，将入口通道和出口通道分开的共用过滤壁包括催化剂涂层，用于处理包含在废气中的至少一种化合物，所述化合物选自以下列表：未经燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、NH3、SO2、H2S。

[0039] 根据第二方面，本发明提出一种用于通过立体光刻来制造根据本发明的颗粒物过滤器的方法，其中，过滤器的主体通过借助立体光刻机以相继各层的形式固化多孔材料而构造，该立体光刻机再现所述过滤器主体的之前建立好的数字3D模型。

[0040] 根据第三方面，本发明提出一种用于通过3D打印来制造根据本发明的颗粒物过滤器的方法，其中，过滤器的主体通过借助3D 打印机以相继各层的形式沉积多孔材料而构造，该3D打印机再现所述过滤器主体的之前建立好的数字3D模型。

[0041] 根据第四方面，本发明提出一种用于制造根据本发明的颗粒物过滤器的方法，其中：

[0042] 通过挤压获得过滤器主体，该过滤器主体由多孔材料制成并且以细长的方式沿着轴线X延伸，所述过滤器主体具有多个初始通道，这些初始通道平行于轴线X延伸并且具有正交于轴线X的正方形的恒定截面，且在这些初始通道的两个端部处敞开至所述主体的入口表面和出口表面上，以及

[0043] 通过将穿透工具在入口表面和出口表面的每个处经由这些初始通道的其中一个端部而引入到所述初始通道中、并沿着轴线X直到给定点D且至少直到所述主体的中部，来使得所述初始通道变形，以获得根据本发明的过滤器的入口通道和出口通道。

[0044] 较佳地，该穿透工具具有块件，该块件设有成组的多面体突部，该成组的多面体突部沿着一个且同一轴线W以细长的方式延伸，所述突部具有第一正方形基部和第二正方形基部，该第一正方形基部和第二正方形基部位于平行的平面中，且第一基部与所述块件相接触，所述第一和第二基部通过4n个小面连接，n较佳地是在2和4之间的整数，以使得突部在正交于轴线W的平面中的截面呈4n阶演变的不规则凸多边形的形状，较佳地使得突部的所述截面的周长从第一基部向第二基部持续地减小，同时该突部的所述截面的面积从第一基部向第二基部均匀地减小，且穿透工具和过滤器的主体构造成，使得当穿透工具施加于(应用于)过滤器的主体的入口表面和出口表面的每个时，这些突部以棋盘型式在每个表面上通入到每隔一个通道中。

[0045] 在阅读了下文描述的参考附图且借助非限制示例给出的本发明特定实施例的以下描述中，本发明的又一些目的和优点会变得显而易见。

[0046] 附图简要说明

[0047] 图1A和1B(已作描述)是示出根据现有技术的颗粒物过滤器的示意图。图1A是根据现有技术的过滤器的部分侧视图，且图1B是过滤器的部分正视图。

[0048] 图2是根据本发明的颗粒物过滤器的部分正视图。

[0049] 图3A、3B、3C、3D、3E、3F和3G示出根据一实施例的具有十六边形几何形状的过滤器。图3A示出通道的截面从过滤器的入口到出口的演变。图3D示出通道的截面从过滤器的入口到中部的演变。图3B/3E和3C/3F是分别靠近于过滤器的入口和沿着过滤器距入口大约1/4路程的过滤器截面的示例。图3G是该过滤器的纵向截面的部分视图。

[0050] 图4是用于通过通道的变形来制造十六边形几何形状的过滤器的工具的突部的示例的侧视图。

[0051] 图5A、5B、5C、5D、5E、5F和5G说明根据一实施例的具有十二边形几何形状的过滤器。图5A和5D示出通道的截面从过滤器的入口到过滤器的中部的演变。图5B/5E和5C/5F是分别靠近过滤器的入口和沿着过滤器距入口大约1/4路程的过滤器截面的示例。图5G是该过滤器的纵向截面的部分视图。

[0052] 图6是用于通过通道的变形来制造十二边形几何形状的过滤器的工具的突部的示例的侧视图。

[0053] 图7A、7B、7C、7D、7F和7G说明根据一实施例的具有八边形几何形状的过滤器。图7A和7D示出通道的截面从过滤器的入口到过滤器的中部的演变。图7B/7E和7C/7F是分别靠近过滤器的入口和沿着过滤器距入口大约1/4路程的过滤器截面的示例。图7G是该过滤器的纵向截面的部分视图。

[0054] 图8是用于通过通道的变形来制造八边形几何形状的过滤器的工具的突部的示例的侧视图。

[0055] 图9是针对根据本发明的不同几何形状的通道以及针对根据现有技术的正方形截面的通道、示出过滤器的通道的截面的周长从该过滤器的入口到出口的演变。

[0056] 图10是针对根据本发明的不同几何形状的通道以及针对根据现有技术的正方形截面的通道、示出过滤器的通道的截面的面积从过滤器的入口到出口的演变。

[0057] 图11是根据另一实施例的非对称结构的过滤器的通道的侧视图。

[0058] 图12是图11中示出的非对称过滤器的由四个出口通道所围绕的入口通道的部分侧视图。

[0059] 在附图中，相同的附图标记指代相同或类似的构件。

具体实施方式

[0060] 本发明提出一种颗粒物过滤器，该颗粒物过滤器用于收集来自柴油或汽油内燃机的废气的颗粒物。因此，该过滤器通常用作内燃机的排气管线上的污染物控制装置。

[0061] 在操作中，过滤器捕集存在于通过该过滤器的废气中的颗粒物。当过滤器包括催化剂成分时，该过滤器还可处理包含在废气中的未经燃烧碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)或氮氧化物(NOx)类型的或者例如氨(气)(NH3)、二氧化硫(SO2)或硫化氢(H2S)的某些化合物，以将这些化合物转换成危害较小的化合物。

[0062] 该过滤器具有主体，该主体由多孔材料制成并且沿着轴线X以细长方式延伸，该轴线与废气在过滤器中的主要流动轴线相对应。因此，该过滤器的主体形成整体件，该整体件具有入口表面和出口表面，废气通过该入口表面进入过滤器，且废气通过出口表面再次离开过滤器，例如图1A中示出的现有技术过滤器的情形那样。

[0063] 该过滤器的主体具有多个入口通道和出口通道，该多个入口通道和出口通道平行于轴线X、在过滤器的入口表面和出口表面之间延伸。每个入口通道均通过共用的多孔壁与相邻的出口通道隔开。此种过滤壁允许废气能从入口通道通至出口通道。多个通道形成蜂窝型结构，例如颗粒物过滤器领域中通常已知的那样。这是因为这些通道以蜂窝的方式通过共用的分隔件隔开。

[0064] 每个入口通道和出口通道具有：

[0065] 开口端部，该开口端部在正交于轴线X的平面中具有正方形的横截面，[0066] 闭合端部，

[0067] 参考横截面，该参考横截面在正交于轴线X的平面中具有正方形形状，该截面位于通道的两个端部之间。较佳地是，该正方形参考截面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。

[0068] 该闭合端部具有零截面。靠近于该闭合端部，在通道的位于参考截面和闭合端部之间的部分中，该通道的截面在正交于轴线X的平面中具有基本上十字形形状。

[0069] 正方形参考截面的四个顶点中的每个顶点对于两个入口通道和两个出口通道是共用的。正方形参考截面的四个顶点具有不可变位置，而与通道在正交于轴线X的平面中的截面无关，换言之，四个顶点中的每个在过滤器的入口表面和出口表面之间形成基本上与轴线X平行的线条。

[0070] 这四个点在下文描述的附图2、3A、5A和7A中突出显示，这些附图示出针对根据本发明过滤器的通道的不同几何形状、通道沿着轴线X的截面中的演变。

[0071] 在本文描述的剩余部分中，术语横截面会用于指代在正交于轴线X的平面中的截面，除非另有指代。

[0072] 过滤器的主体的入口表面具有入口通道的接续(contiguous,毗邻的)开口端部，以形成网格图案。类似地，过滤器的主体的出口表面具有出口通道的接续(毗邻的)开口端部，以类似地形成网格图案。

[0073] 根据本发明，每个入口通道和出口通道的几何形状沿着轴线X在该通道的整个长度上并非是恒定的，以使得，针对每个入口通道和出口通道：

[0074] 该通道的截面的周长从通道的开口端部向该通道的参考横截面持续地减小，并且然后从参考横截面向闭合端部持续地增大，由于周长在闭合端部处是零而将该闭合端部排除，以及

[0075] 通道的截面的面积沿着轴线X从通道的开口端部向闭合端部均匀地减小，在该闭合端部中，所述面积是零，该通道的闭合端部对于入口通道位于靠近出口表面的过滤器的主体中，并且对于出口通道则位于靠近入口表面的过滤器的主体中。

[0076] 因此，考虑到此种特定几何形状，这些入口通道在到达出口表面之前闭合。类似地，这些出口通道在到达过滤器的入口表面之前闭合。因此，根据本发明的过滤器能消除用于将通道的其中一个端部闭合的插塞。较佳地是，入口通道的闭合端部在距出口表面的距离ye处位于过滤器的主体中，该距离ye在壁的厚度的1和50倍之间。类似地，出口通道的闭合端部在距入口表面的距离ys处位于过滤器的主体中，该距离ys在壁的厚度的1和50倍之间。

[0077] 图2是根据本发明的过滤器的示例的入口表面的示意部分视图。入口表面40处于正交于轴线X的平面YZ中。实线指示入口通道20的具有正方形截面的开口，以形成网格图案。正方形截面指向下“定位”。界定各通道的各壁的厚度并未在附图中示出。所具有的正方形截面的开口20指向下定位的入口通道沿着轴线X延伸通过过滤器的主体，并且靠近过滤器的出口表面逐渐地闭合。虚线指示入口通道的参考横截面。与入口表面上的正方形截面的四个开口相对应，存在4个正方形横截面21(以灰色显示)。开口端部的正方形截面通过正方形参考横截面21例如如图所示转过45°角度的旋转并且通过正比值k(例如，如图所示根号2)的相似(位似)变换来获得。入口通道的闭合端部并未在附图中示出。正方形参考横截面的顶点23具有不变位置，而与通道在正交于轴线X的平面中的截面无关。不考虑根据本发明的过滤器的通道的几何形状，存在正方形参考截面的沿着X的不变的各顶点的此种特定构造。过滤器的出口表面以相同的方式形成有出口通道的开口，并且能如图2中所示示意地绘制。对于每个入口通道和出口通道，开口端部的正方形截面通过正方形参考横截面的正比值k的相似(位似)变换并且通过旋转、较佳地转过45°角度的旋转而获得，该正比值较佳地等于根号2。

[0078] 入口表面和出口表面仅仅分别在入口通道和出口通道中形成有开口，这些入口通道和出口通道是接续的并且形成网格图案。这样，根据本发明的过滤器提供开口前部面积(OFA)，该开口前部区域与例如图1A和1B中示出的现有技术过滤器相比得以优化。由过滤器的开口面积和总体入口面积之间的比值所定义并且以％表述的OFA是壁的厚度、单元的尺寸以及单元的密度的函数。虽然在现有技术中通常遇到的数值在30和45％之间，但根据本发明的过滤器可具有大于50％、较佳地在50和90％之间、更佳地在60％和90％之间且甚至更佳地在70％和85％之间的OFA。

[0079] 借助通道的此种特定几何形状，根据本发明的过滤器与具有类似数量的通道和空间需求(体积)的已知现有技术过滤器相比具有较大过滤面积，从而可改进所捕获的颗粒物比例。确切地说，过滤面积的增大伴随着废气通过壁的速度的减小，由此改进由过滤器捕获的颗粒物比例，并且降低所捕获的颗粒物被再次夹带的风险。因此，改进过滤器的效率。

[0080] 颗粒物过滤区域中的增大还降低压降，该压降也称为排气背压。确切地说，压降是气体速率的函数，且在速率随着过滤面积增大而减小的情形下，压降也降低。

[0081] 此外，根据本发明的过滤器没有插塞件以及大的开口前部(正面)面积(OFA)有助于减小在过滤器的操作期间产生的背压。

[0082] 在颗粒物过滤器的传统操作中，当背压超过特定数值时，过滤器再生阶段须开始，当过滤器被大量颗粒物阻塞时，可能会发生这种背压超过特定数值的情形。因此，通过限制压降，本发明可将过滤器再生阶段除开。

[0083] 在操作期间过滤器中压降的降低也会改进发动机的效率。这是因为在内燃机的排气管线中，单单引入颗粒物过滤器就具有增大压降的效果。随着过滤器由于颗粒物沉积在该过滤器上而逐渐堵塞，压降增大。压降导致发动机的消耗增大，并且这会导致发动机在过压的情形中受损。因此，限制与颗粒物过滤器的使用相关联的压降可避免发动机过度消耗或者甚至对发动机造成损坏。

[0084] 在根据本发明的过滤器中，所有入口通道均具有相同的几何形状。这同样适用于所有的出口通道。

[0085] 根据一个实施例，每个入口通道和出口通道的参考横截面包含在正交于轴线X的一个且同一个参考平面中，该参考平面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。

[0086] 这些通道的截面的周长和面积较佳地在参考横截面的各侧上对称地演变。例如，当参考平面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处时，情况就是如此。

[0087] 较佳地是，形成过滤器的主体的多孔材料包括以下陶瓷材料的至少一种：堇青石、碳化硅、钛酸铝。材料的此种列表并非是限制性的，且过滤器的主体能由适合于颗粒物过滤器的使用的任何材料形成，也就是说任何这样的材料，该材料具有适于允许通过废气而同时仍保留大部分颗粒物的多孔性(孔隙率)，并且具有物理化学特性以使得该过滤器能承受与该过滤器在内燃机的排气管线中使用相关联的热机械和化学应力。该材料还应适合于下文描述的用于制造过滤器的方法。

[0088] 若干通道几何形状符合这些通道沿着根据本发明过滤器的特定演变几何形状的限定。

[0089] 较佳地是，每个入口通道和出口通道在正交于轴线X的每个平面中具有4n阶多边形截面，其中，一部分在开口端部和参考横截面之间，而另一部分在参考横截面和闭合端部之间，且n较佳地是2和4之间的整数。

[0090] 4n阶多边形截面较佳地在开口端部和参考横截面之间形成凸多边形，并且较佳地在参考横截面和闭合端部之间形成凹多边形。

[0091] 根据图3A、3B和3C中示出的较佳实施例，该过滤器具有这样的通道，这些通道具有演变的十六边形几何形状。

[0092] 根据该实施例，除了参考横截面以外，入口通道和出口通道的截面在每个通道的开口端部和闭合端部之间、在正交于轴线X的每个平面中均是十六边形(16阶多边形)的。此种过滤器与根据本发明的具有较少阶多边形截面的其它几何形状相比具有较大过滤面积。

[0093] 较佳地是，该截面在开口端部和参考横截面之间具有凸多边形的形状，而在参考横截面和闭合端部之间具有凹多边形的形状。

[0094] 图3A说明根据该实施例的入口通道的横截面从该入口通道的开口端部至该入口通道的闭合端部的演变。截面310与指向下定位的正方形入口截面相对应。截面330与正方形参考横截面相对应，该正方形参考横截面较佳地位于过滤器主体的入口表面和出口表面之间的中间位置处。正方形参考横截面330的四个不变顶点在每个截面310至360上示出。例如，开口端部310的截面通过参考截面330旋转、较佳地转过45°的旋转并且通过利用正比值k的相似(位似)变换而获得。截面320是截面310和截面330之间的中间截面，例如在从入口表面开始大约1/4过滤器长度的距离处。截面350是通道的靠近于过滤器的出口表面的截面。截面340是参考截面330和截面350之间的中间截面，例如在从入口表面开始大约3/4过滤器长度的距离处。最后，截面360示出通道的刚好在该通道的闭合部之前的截面，且具有基本上十字形状。

[0095] 显然，截面的周长从开口端部310向参考横截面330减小，并且然后从参考截面330向闭合端部对称地再次增大，在该闭合端部处周长是零。周长的此种演变还在图9的图表中通过指代为H1的虚线曲线来说明。从过滤器的入口(原点)到过滤器的出口的距离在x轴线上示出，而通道的截面的周长在y轴线上示出。不带尺寸地表述这些数值。该图表针对具有正方形参考截面的通道的过滤器而绘制，该正方形参考截面具有1.27mm的边长。通过比较，已绘制实线曲线C1，以表示沿着通道的整个长度具有恒定正方形横截面(具有1.27mm边长的正方形截面)的通道的截面的周长。根据图9中示出的示例，参考截面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。在闭合端部处为零的周长在该附图中并未示出。出口通道以相同方式从过滤器的出口表面向入口表面演变，该出口表面在该情形中会是图表的原点。

[0096] 此外显而易见的是，截面的面积沿着轴线X从通道的开口端部310向闭合端部360均匀地减小，在该闭合端部中，所述面积是零。通道的截面的面积沿着该通道的演变也通过指代为H2的虚线曲线在图10中的图表中示出。从过滤器的入口(原点)到过滤器的出口的距离在x轴线上示出，而通道的截面的面积在y轴线上示出。不带尺寸地表述这些数值。该图表针对具有正方形参考截面的通道的过滤器而绘制，该正方形参考截面具有1.27mm的边长。通过比较，已绘制实线曲线C2，以表示沿着通道的整个长度具有恒定正方形横截面(具有
1.27mm边长的正方形截面)的通道的截面面积的演变。根据图10中示出的示例，参考截面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。出口通道以相同方式从过滤器的出口表面向入口表面演变，该出口表面在该情形中会是图表的原点。

[0097] 图3D类似于图3A示出过滤器的入口通道的横截面从该入口通道的开口端部到参考横截面的演变，但这次以通道在正交于轴线X的平面中的截面的正视图的形式示出，且示出壁的厚度。截面310、320和330与参照图3A描述的那些截面相同。截面315在开口端部310的截面和截面320之间的中间位置处，就像截面325在截面320和参考截面330之间的中间位置处那样。

[0098] 图3B和3C是具有演变的十六边形几何形状的过滤器的示意部分剖视图。图3E和3F类似于图3B和3C，除了示出通道的壁的厚度以外。图3B和3E与靠近于过滤器的入口作出的截面相对应，以示出具有互补形状的入口通道312的截面和出口通道301的那些截面。图3C和3F与在过滤器的入口表面和参考截面之间、例如在从入口表面沿着过滤器大约1/4路程处作出的截面相对应，以示出具有互补形状的入口通道320的截面和出口通道300的那些截面。入口通道312的该截面的周长和面积大于截面320的周长和面积。

[0099] 图3G是根据该实施例的沿着轴线X具有十六边形几何形状的过滤器的纵向截面的部分视图，其中，能观察到示作由四个出口通道380围绕的入口通道370。入口通道370在过滤器的主体的入口表面处具有正方形截面的开口端部310。通道370在到达过滤器的主体的出口表面之前在该通道的另一端部360处闭合。使得通道370与相邻通道分开的壁具有16个小面371，除了在开口端部310和闭合端部360处以及在正方形参考横截面330处以外，这些小面在横截面上形成十六边形。

[0100] 根据图5A、5B和5C中示出的另一实施例，该过滤器具有这样的通道，这些通道具有演变的十二边形几何形状。

[0101] 根据该实施例，除了参考横截面以外，入口通道和出口通道的截面在每个通道的开口端部和闭合端部之间的正交于轴线X的每个平面中均是十二边形(12阶多边形)的。

[0102] 该截面较佳地在开口端部和参考横截面之间具有凸多边形的形状，而在参考横截面和闭合端部之间具有凹多边形的形状。

[0103] 图5A说明根据该实施例的入口通道的横截面从该入口通道的开口端部至参考横截面的演变。截面510与指向下定位的正方形入口截面相对应。截面550与正方形参考横截面相对应，该正方形参考横截面较佳地位于过滤器主体的入口表面和出口表面之间的中间位置处。正方形参考横截面550的四个不变顶点在每个所示出截面510、520、530和550中示出。例如，开口端部510的截面通过对参考截面550进行旋转、较佳地转过45°并且通过利用正比值k的相似(位似)变换而获得。截面520、530和540是例如在过滤器的入口表面和通道的参考截面之间以规则的间隔、而介于开口端部510的截面和参考截面550之间的中间截面。

[0104] 显然，该截面的周长从开口端部510向参考横截面550的位置减小。从参考截面向通道的闭合端部的演变并未示出。周长的演变利用指代为D1的虚线曲线也在图9的图表中示出，这次是沿着通道的整个长度。从过滤器的入口(原点)到过滤器的出口的距离在x轴线上示出，而通道的截面的周长在y轴线上示出。不带尺寸地表述这些数值。该图表针对具有正方形参考截面的通道的过滤器而绘制，该正方形参考截面具有1.27mm的边长。根据图9中示出的示例，参考截面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。在闭合端部处为零的周长在图9中并未示出。出口通道以相同方式从过滤器的出口表面向入口表面演变，该出口表面在该情形中会是图表的原点。

[0105] 此外显而易见的是，截面的面积沿着轴线X从通道的开口端部510向参考横截面550的位置均匀地减小。通道的截面的面积沿着该通道的演变也通过指代为D2的虚线曲线在图10中的图表中示出。从过滤器的入口(原点)到过滤器的出口的距离在x轴线上示出，而通道的截面的面积在y轴线上示出。不带尺寸地表述这些数值。该图表针对具有正方形参考截面的通道的过滤器而绘制，该正方形参考截面具有1.27mm的边长。根据图10中示出的示例，参考截面位于入口表面和出口表面之间的中间位置处。出口通道以相同方式从过滤器的出口表面向入口表面演变，该出口表面在该情形中会是图表的原点。

[0106] 图5D类似于图5A示出过滤器的入口通道的横截面的演变，但这次以通道在正交于轴线X的平面中的截面的正视图的形式，且示出壁的厚度。与图5A中的那些附图标记相同的附图标记用于表示类似的截面。

[0107] 图5B和5C是具有演变的十二边形几何形状的过滤器的示意部分剖视图。图5E和5F类似于图3B和3C，除了示出通道的壁的厚度以外。图5B和5E与靠近于过滤器的入口作出的截面相对应，以示出具有互补形状的入口通道520的十二边形截面和出口通道501的那些截面。图5C和5F与在过滤器的入口表面和参考截面之间、例如在入口表面和参考截面之间的中间位置处作出的截面相对应，以示出具有互补形状的入口通道530的十二边形截面和出口通道500的那些截面。入口通道520的截面的周长和面积大于入口通道530的截面的周长和面积。

[0108] 图5G是根据该实施例的沿着轴线X具有十二边形几何形状的过滤器的纵向截面的部分视图，其中，能观察到示出为由四个出口通道580所围绕的入口通道570。入口通道570在过滤器的主体的入口表面处具有正方形截面的开口端部510。通道570在到达过滤器的主体的出口表面之前在该通道的另一端部560处闭合。使得通道570与相邻通道分开的壁具有12个小面571，除了在开口端部510和闭合端部560处以及在正方形参考横截面550处以外，这些小面在横截面上形成十六边形。

[0109] 根据图7A、7B和7C中示出的另一实施例，该过滤器具有这样的通道，这些通道具有演变的八边形几何形状。

[0110] 该过滤器与参考图5A至5C描述的一个过滤器相同，除了通道在每个通道的开口端部和闭合端部之间、在正交于轴线X的平面中具有八边形截面(8阶多边形)以外，但这排除仍是正方形的参考横截面。

[0111] 该截面较佳地在开口端部和参考横截面之间具有凸多边形的形状，而在参考横截面和闭合端部之间具有凹多边形的形状。

[0112] 对于八边形几何形状，图7A中的截面710、720、730、740和750等同于图5A中的截面，以说明入口通道的横截面从该入口通道的开口端部向参考横截面的演变。参照图7A对过滤器的描述类似于针对图5A的描述，除了截面的形状以外，该截面是八边形而非十二边形的并且这里不作重复。

[0113] 图7D类似于图7A示出过滤器的入口通道的横截面的演变，但这次以通道在正交于轴线X的平面中的截面的正视图的形式，且示出壁的厚度。与图7A中的那些附图标记相同的附图标记用于表示类似的截面。

[0114] 这同样适用于附图7B/7E和7C/7F。根据这些附图的过滤器的部分示意横截面能以与图5B/5E和5C/5F中的那些横截面相同的方式描述，除了入口通道和出口通道的截面具有沿着轴线X演变的八边形形状以外，而在图5B/5E和5C/5F中，几何形状是十二边形的。入口通道720和730的截面分别具有与出口通道701和700的截面形状互补的形状。

[0115] 在图9和10中，还可利用指代为O1的虚线曲线分别观察到入口通道的截面的周长和面积的演变。显然，截面的周长从开口端部(图7A中710)向参考横截面(图7A中750)的位置减小，并且然后从参考截面向闭合端部对称地再次增大，在该闭合端部处，周长是零(零周长并未示出)。还显然的是，截面的面积沿着轴线X从通道的开口端部向参考横截面的位置均匀地减小，然后一直减到通道的闭合端部(零面积)为止。该曲线O1针对具有正方形参考截面的通道的过滤器而绘制，该正方形参考截面具有1.27mm的边长。出口通道以相同方式从过滤器的出口表面向入口表面演变，该出口表面在该情形中会是图表的原点。

[0116] 图7G是根据该实施例的沿着轴线X具有演变的八边形几何形状的过滤器的纵向截面的部分视图，其中，能观察到示出为由四个出口通道780所围绕的入口通道770。入口通道770在过滤器的主体的入口表面处具有正方形截面的开口端部710。通道770在到达过滤器的主体的出口表面之前在该通道的另一端部760处闭合。使得通道770与相邻通道分开的壁具有8个小面771，除了在开口端部710和闭合端部760处以及在正方形参考横截面750处以外，这些小面在横截面上形成十六边形。

[0117] 图11示出根据本发明另一实施例的过滤器的通道1170，其中，该过滤器具有非对称结构：该通道的参考截面1150并非位于过滤器的主体的入口表面和出口表面之间的中间位置处，而是位于距过滤器的主体的入口表面104给定距离E处。根据该实施例，这些通道的横截面的周长和面积在参考截面的各侧上并非对称地演变。虽然图11中示出的通道1170沿着轴线X具有演变的十六边形几何形状，但此种非对称实施例也会具有如上所述的其它几何形状。因此，使得通道1170与相邻通道(未示出)分开的壁具有16个小面1171，除了在开口端部1110和闭合端部1160处以及在正方形参考横截面1150处以外，这些小面在横截面上形成十六边形。该实施例可在入口通道和出口通道之间产生不对称性，尤其是相对于由出口通道产生的总体积增大由入口通道产生的总体积，从而甚至当过滤器由颗粒物或这些颗粒物的燃烧残渣(灰烬)填充时仍保持有大体积的入口通道，且由此降低所产生的压降。

[0118] 图12示出与图11中所示实施例相同的实施例，除了示出入口通道1270与四个相邻出口通道1280以及这些通道的壁厚度以外。入口通道1270沿着轴线X具有演变的十六边形几何形状，且具有将该入口通道与相邻通道1280隔开的壁，由此具有16个小面1271，除了在开口端部1210和闭合端部(在该视图中并不可见)处以及正方形参考横截面1250处以外，这些小面在横截面上形成十六边形。

[0119] 在不偏离本发明范围的情形下，该过滤器能以在专利申请FR2959673和FR2912069中描述的过滤器的方式具有包括弧形壁的通道。在此种情形中，这些通道的横截面呈变形多边形的形状，该变形多边形在各顶点之间具有弧形的区段，且针对每个区段，具有一个曲率点或若干曲率点(起伏)。因此，可在入口通道和出口通道之间产生不对称性，例如入口通道所具有的横截面具有凹区段，而出口通道所具有的横截面具有凸区段的互补形状。此种通道几何形状可尤其是相对于由出口通道产生的总体积增大由入口通道产生的总体积，从而甚至当(即便是)过滤器由颗粒物或这些颗粒物的燃烧残渣(灰烬)填充时仍保持有大体积的入口通道，且由此降低所产生的压降。

[0120] 根据另一个方面，本发明提出提供一种用于制造所描述的过滤器的方法。

[0121] 上文详细描述的特定几何形状能通过不同的制造方法获得。

[0122] 用于制造过滤器的第一方法是基于特定3D打印技术的增材制造方法，该3D打印技术是立体光刻。根据该方法，该过滤器的主体通过借助立体光刻机以相继各层的形式固化多孔材料而构造，该立体光刻机再现所述过滤器主体的之前建立的数字3D模型。

[0123] 立体光刻是快速成型的众所周知技术。此种技术能有利地适用于制造根据本发明的过滤器，该过滤器具有复杂的通道几何形状。

[0124] 根据另一制造方法，根据本发明的过滤器使用3D打印技术来制造，其中，过滤器的主体通过借助3D打印机以相继各层的形式沉积多孔材料而构造，该3D打印机再现所述过滤器主体的之前建立的数字3D模型。

[0125] 3D打印技术类似地在工业领域中是众所周知的，该3D打印技术采用材料沉积(通常呈线轴的形式)并且通过经加热挤压模具。

[0126] 使用3D打印(立体光刻或通过材料沉积的3D打印)的此类制造方法比通过挤压的过滤器制造方法更易于实施，并且还可在所制造的过滤器的结构中实现更大的精确性，通过挤压的过滤器制造方法包括如下步骤：通过产生插塞和/或使得通道变形来闭合通道。

[0127] 第三制造方法在于基于在专利申请WO9422556中描述的制造原则来使得通道变形，但使用穿过颗粒物过滤器的入口表面和出口表面的专用工具。

[0128] 此种制造方法包括以下步骤：

[0129] 通过挤压获得过滤器主体，该过滤器主体由多孔材料制成并且以细长的方式沿着轴线X延伸，所述过滤器主体具有多个初始通道，这些初始通道平行于轴线X延伸并且具有正交于轴线X的正方形的恒定截面，且在这些初始通道的两个端部处朝向所述主体的入口表面和出口表面敞开，以及

[0130] 通过将穿透工具在入口表面和出口表面的每个处经由这些初始通道的其中一个端部而引入到初始通道中、并沿着轴线X直到给定点D且至少直到所述主体的中部，来使得这些初始通道变形，以获得根据本发明的具有演变多边形几何形状的过滤器的入口通道和出口通道。

[0131] 该穿透工具较佳地具有块件，该块件设有成组多面体突部，这些多面体突部沿着一个相同轴线W以细长的方式延伸。这些突部具有第一正方形基部和第二正方形基部，该第一正方形基部和第二正方形基部位于平行的平面中，且该第一基部与块件接触，该第一和第二基部由4n个小面连接，n较佳地是在2和4之间的整数，以使得突部在正交于轴线W的平面中的截面呈4n阶的演变凸多边形的形状，较佳地使得突部的截面的周长从第一基部向第二基部持续地减小，同时使得突部的所述截面的面积从第一基部向第二基部均匀地减小。

[0132] 穿透工具和过滤器的主体构造成，使得当穿透工具施加于过滤器的主体的入口表面和出口表面的每个时，这些突部以棋盘型式在每个表面上通入到每隔一个通道中。

[0133] 在例如图3A至3G中所示的具有演变十六边形几何形状的过滤器的情形中，通道的几何形状能通过使得初始结构变形而获得，该初始结构具有如图1A和1B中所示的正方形截面的通道，且这些通道借助穿透工具而在过滤器的每个表面处打开，该穿透工具的突部在图4中示出。具有16个面的多面体突部沿着轴线W以细长的方式延伸，并且具有位于平行的平面中的第一正方形基部401和第二正方形基部402。第一基部401与块件(未示出)相接触。正方形基部401和402由16个小面403连接，以使得突部在正交于轴线W的平面中的截面呈16阶(4×n，其中n等于4)的演变不规则凸多边形的形状，较佳地使得突部的截面的周长从第一基部401向第二基部402持续地减小，同时使得突部的所述截面的面积从第一基部401向第二基部402均匀地减小。

[0134] 在例如图5A至5G中所示的具有演变十二边形几何形状的过滤器的情形中，通道的几何形状能通过使得初始结构变形而获得，该初始结构具有如图1A和1B中所示的正方形截面的通道，且这些通道借助穿透工具而在过滤器的每个表面处打开，该穿透工具的突部在图6中示出。具有12个面的多面体突部沿着轴线W以细长的方式延伸，并且具有位于平行平面中的第一正方形基部601和第二正方形基部602。第一基部601与块件(未示出)相接触。正方形基部601和602由12个小面603连接，以使得突部在正交于轴线W的平面中的截面呈12阶(4×n，其中n等于2)的演变不规则凸多边形的形状，较佳地使得突部的截面的周长从第一基部601向第二基部602持续地减小，同时使得突部的所述截面的面积从第一基部601向第二基部602均匀地减小。

[0135] 在例如图7A至7G中所示的具有演变八边形几何形状的过滤器的情形中，通道的几何形状能通过使得初始结构变形而获得，该初始结构具有如图1A和1B中所示的正方形截面的通道，且这些通道借助穿透工具而在过滤器的每个表面处打开，该穿透工具的突部在图8中示出。具有8个面的多面体突部沿着轴线W以细长的方式延伸，并且具有位于平行的平面中的第一正方形基部801和第二正方形基部802。第一基部801与块件(未示出)相接触。正方形基部801和802由8个小面803连接，以使得突部在正交于轴线W的平面中的截面呈8阶(4×n，其中n等于1)的演变不规则凸多边形的形状，较佳地使得突部的截面的周长从第一基部801向第二基部802持续地减小，同时使得突部的所述截面的面积从第一基部801向第二基部802均匀地减小。

[0136] 具有带有所描述的演变多边形几何形状的突部的穿透工具能通过如下不同的方法来制造：模制、机加工、3D打印等等。

[0137] 示例：

[0138] 通过计算而得出的以下示例说明与所具有的通道具有恒定正方形横截面的传统过滤器相比、根据本发明的过滤器的示例在过滤面积或空间需求(过滤器的体积)方面的增益。并不考虑壁的厚度。

[0139] 将每平方英寸具有400个通道的传统颗粒物过滤器作为示例。这些通道具有正交于轴线X的恒定正方形截面，该截面的边长是1.27mm。这些通道的长度是152.4mm(6”)。过滤2
面积是774mm。

[0140] 进而借助示例，考虑沿着通道的整个长度具有演变多边形几何形状的根据本发明过滤器，其中，该通道的正方形入口截面所具有的边与传统过滤器的正方形截面的边相比长√2(根号2)倍，即，边长为1.27×1.414＝1.80mm的开口端部的正方形截面。

[0141] 在通道具有例如参考图3A至3C描述的演变十六边形几何形状且具有边长e＝1.27mm的正方形参考横截面的情形下，过滤面积达到934mm2，即比传统滤波器的过滤面积大20％以上。对于相同的性能，根据本发明的颗粒物过滤器的体积因此可以减少大约17％。

[0142] 在通道具有例如参考图5A至5C描述的演变八边形几何形状且具有边长e＝1.27mm的正方形参考横截面的情形下，过滤面积达到909mm2，即比传统滤波器的过滤面积大17％以上。对于相同的性能，根据本发明的颗粒物过滤器的体积因此可以减少大约15％。

[0143] 在通道具有例如参考图7A至7C描述的演变八边形几何形状且具有边长e＝1.27mm的正方形参考横截面的情形下，过滤面积达到894mm2，即比传统滤波器的过滤面积大15％以上。对于相同的性能，根据本发明的颗粒物过滤器的体积因此可以减少大约13％。

[0144] 对于相同的性能，允许的体积减小降低材料成本、重量、空间需求，或者在相同体积下，由于气体通过的速度减小，而降低压降并且改善所捕获的颗粒物比例。

[0145] 可以使得根据本发明的微粒过滤器的总长度：

[0146] 针对示例性的演变十六边形几何形状，缩短1.17倍，从针对传统过滤器的152.4mm(6”)到130mm。

[0147] 针对示例性的演变十二边形几何形状，缩短1.15倍，从152.4mm(6”)到132.5mm。

[0148] 针对示例性的演变八边形几何形状，缩短1.13倍，从152.4mm(6”)到135mm。

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