BLOQUE PARA LA FILTRACIÓN DE PARTÍCULAS CONTENIDAS EN LOS GASES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Cuerpo filtrante destinado a un filtro de partículas de gases de escape de un motor de combustión interna,

comprendiendo dicho cuerpo filtrante por lo menos un bloque filtrante monobloque, que comprende unos canales de entrada (50,14p2) y de salida (52,14p1) periféricos dispuestos en alternancia en la periferia de dicho bloque filtrante y que comprenden cada uno una pared externa (44; 54; 401, 402; 403) expuesta en el exterior de dicho bloque filtrante y una pared interna (46; 56; 404, 405; 406, 407, 408) dispuesta en el interior de dicho bloque filtrante, caracterizado porque dicho bloque filtrante comprende por lo menos un grupo (G) de dos canales periféricos adyacentes (50, 52) de tal manera que, en un plano de corte transversal (P), la relación "R*" entre el espesor mínimo "Emin" del conjunto de las paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas (46, 56) de dicho grupo (G) es superior a 1,2, presentando así dichas paredes externas (44, 54) un "sobreespesor", evolucionando dicho sobreespesor, periódicamente o no, en un plano longitudinal o transversal

La presente invención se refiere a un bloque filtrante destinado en particular a la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, que comprende unos canales de entrada y de salida periféricos dispuestos en alternancia en la periferia de dicho bloque y que comprenden cada uno una pared externa expuesta en el exterior de dicho bloque y una pared interna dispuesta en el interior de dicho bloque.

La invención se refiere asimismo a un cuerpo formado mediante el ensamblaje de una pluralidad de dichos bloques, y a una hilera de extrusión de bloques según la invención.

De manera clásica, antes de ser evacuados al aire libre, los gases de escape se pueden purificar mediante un filtro de partículas tal como el representado en las figuras 1 y 2, conocido en la técnica anterior.

Un filtro de partículas 1 se representa en la figura 1 en sección transversal según el plano de corte B-B representado en la figura 2, y en la figura 2 en sección longitudinal según el plano de corte A-A representado en la figura 1.

El filtro de partículas 1 comprende de manera clásica por lo menos un cuerpo filtrante 3, insertado en una envolvente metálica 5. El cuerpo filtrante 3 resulta del ensamblaje y del mecanizado de una pluralidad de bloques 11, con las referencias 11a-11i.

Por ejemplo, el documento WO 03/002231 A describe una estructura en nido de abejas con capacidad calorífica volumétrica variable, y el documento EP 1 125 704 describe una estructura en nido de abejas con pared ondulada.

Para fabricar un bloque 11, se extruye un material cerámico (cordierita, carburo de silicio) con objeto de formar una estructura porosa en nido de abejas. La estructura porosa extruida tiene de manera clásica la forma de un paralelepípedo rectángulo, que comprende cuatro aristas longitudinales 11', que se extienden según un eje D-D entre dos caras corriente arriba 12 y corriente abajo 13 sustancialmente cuadradas en las que desemboca una pluralidad de canales 14 adyacentes, rectilíneos, paralelos al eje D-D.

Tras la extrusión, las estructuras porosas extruidas se taponan alternativamente en la cara corriente arriba 12 o en la cara corriente abajo 13 mediante unos tapones corriente arriba 15s y corriente abajo 15e, respectivamente, tal como es bien conocido, para formar unos canales de tipo "canales de salida" 14s y "canales de entrada" 14e, respectivamente. En el extremo de los canales de salida 14s y de entrada 14e opuesto a los tapones corriente arriba 15s y corriente abajo 15e, respectivamente, los canales de salida 14s y de entrada 14e desembocan hacia el exterior mediante unas aberturas de salida 19s y de entrada 19e, respectivamente, que se extienden en las caras corriente abajo 13 y corriente arriba 12, respectivamente.

Cada canal 14 define así un volumen interior 20 delimitado por la pared lateral 22, un tapón de obturación 15s o 15e, y una abertura 19s o 19e que desemboca hacia el exterior. Los canales de entrada 14e y de salida 14s están en comunicación fluídica mediante sus paredes laterales 22.

Los bloques 11a-11i se ensamblan entre sí mediante pegado por medio de juntas 27 de cemento cerámico generalmente constituido por sílice y/o por carburo de silicio y/o por nitruro de aluminio. El ensamblaje así constituido se puede mecanizar posteriormente para adoptar, por ejemplo, una sección redonda. Así, los bloques exteriores 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h presentan una cara externa redondeada mediante mecanizado.

Se obtiene como resultado un cuerpo filtrante 3 cilíndrico de eje C-C, que se puede insertar en la envolvente 5, estando dispuesta una junta periférica 28, estanca a los gases de escape, entre los bloques filtrantes exteriores 11a11h y la envolvente 5.

Tal como indican las flechas representadas en la figura 2, el flujo F de los gases de escape entra en el cuerpo filtrante 3 por las aberturas 19e de los canales de entrada 14e, atraviesa las paredes laterales filtrantes 22 de estos canales para llegar a los canales de salida 14s, y después se escapa hacia el exterior por las aberturas 19s.

Tras un determinado tiempo de uso, las partículas, u "hollín", acumuladas en los canales de entrada 14e del cuerpo filtrante 3 alteran los rendimientos del motor. Por este motivo, se debe regenerar el cuerpo filtrante 3 regularmente, por ejemplo, cada 500 kilómetros. La regeneración, o "desatascado", consiste en oxidar el hollín calentándolo hasta una temperatura que permita su inflamación.

Durante las fases de regeneración, los gases de escape transportan hacia la parte corriente abajo toda la energía calorífica desprendida por la combustión del hollín. Además, dado que el hollín no se deposita uniformemente en los diferentes canales, las zonas de combustión no están distribuidas uniformemente en el cuerpo filtrante 3. Por último, las zonas periféricas del cuerpo filtrante 3 se enfrían, mediante la envolvente metálica 5, por el aire circundante.

Se obtiene como resultado que la temperatura difiere según las zonas del cuerpo filtrante 3 y no varía uniformemente. La falta de homogeneidad de las temperaturas en el interior del cuerpo filtrante 3 y las diferencias de naturaleza de los materiales usados para los bloques filtrantes 11a-11i, por un lado, y para las juntas 27, por otro lado, generan unas tensiones locales de grandes amplitudes que pueden conducir a roturas o a fisuras locales. En particular, las tensiones locales en las superficies de contacto entre los bloques 11a-11h y la envolvente 5, y entre los bloques 11a-11i y las juntas 27, pueden conducir a fisuras en el interior de los bloques 11a-11i disminuyendo así la vida útil del filtro de partículas 1.

El objetivo de la invención es proporcionar un nuevo bloque 11 adecuado para disminuir este riesgo de fisuras.

Se alcanza este objetivo mediante un bloque filtrante destinado en particular a la filtración de partículas contenidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, que comprende unos canales de entrada y de salida periféricos dispuestos en alternancia en la periferia de dicho bloque y que comprenden cada uno una pared externa expuesta en el exterior de dicho bloque y una pared interna dispuesta en el interior de dicho bloque.

El bloque filtrante según la invención se destaca porque comprende por lo menos un grupo de dos canales periféricos adyacentes de tal manera que, en un plano de corte transversal, la relación R* entre el espesor mínimo "Emin " del conjunto de las paredes externas de dicho grupo y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas de dicho grupo es superior a 1,2.

Tal como se describirá con mayor detalle en la continuación de la descripción, el espesor medio de la pared periférica formada por las paredes externas de los canales de dicho grupo queda por tanto aumentado, lo cual refuerza localmente el bloque y limita así ventajosamente los riesgos de fisuras.

La pared periférica tiene localmente, en perpendicular a los canales periféricos que recubre, un espesor medio superior al espesor medio de las paredes internas de estos canales. La pared periférica presenta por tanto un "sobreespesor medio", lo cual no excluye que, en una parte de las paredes externas consideradas, por ejemplo, en la anchura de dichos canales, e incluso más allá, el espesor de la pared periférica pueda ser inferior a 1,2 veces el espesor medio de las paredes internas de estos canales.

En dicho plano de corte transversal, el espesor de las paredes externas de los canales de dicho grupo es superior o igual, en cualquier punto, al espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas de estos canales.

Además, en dicho plano de corte transversal, la relación R* entre el espesor mínimo "Emin " del conjunto de las paredes externas de dicho grupo y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas de dicho grupo es superior a 1,2. La resistencia a la fisuración mejora aún más.

La invención se refiere asimismo a un cuerpo filtrante destinado a un filtro de partículas, notable porque comprende por lo menos un bloque filtrante según la invención.

La invención se refiere asimismo a una hilera de extrusión conformada con objeto de formar, mediante extrusión de un material cerámico, una estructura provista de canales convenientes para la fabricación de un bloque filtrante según... [Seguir leyendo]

1. Cuerpo filtrante destinado a un filtro de partículas de gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo dicho cuerpo filtrante por lo menos un bloque filtrante monobloque, que comprende unos canales de entrada (50,14p2) y de salida (52,14p1) periféricos dispuestos en alternancia en la periferia de dicho bloque filtrante y que comprenden cada uno una pared externa (44; 54; 401, 402; 403) expuesta en el exterior de dicho bloque filtrante y una pared interna (46; 56; 404, 405; 406, 407, 408) dispuesta en el interior de dicho bloque filtrante, caracterizado porque dicho bloque filtrante comprende por lo menos un grupo (G) de dos canales periféricos adyacentes (50, 52) de tal manera que, en un plano de corte transversal (P), la relación "R*" entre el espesor mínimo "Emin" del conjunto de las paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas (46, 56) de dicho grupo (G) es superior a 1,2, presentando así dichas paredes externas (44, 54) un "sobreespesor", evolucionando dicho sobreespesor, periódicamente o no, en un plano longitudinal o transversal.

2. Cuerpo filtrante según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha relación "R" entre el espesor medio "E" del conjunto de las paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas (46, 56) de dicho grupo (G) o dicha relación "R*" es constante independientemente del plano de corte transversal (P) considerado.

3. Cuerpo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección transversal de dicho canal de entrada (50) o de salida (52) de dicho grupo (G) o dicho espesor medio "E" o dicho espesor mínimo "Emin " es constante a lo largo de toda la longitud (L) de dicho bloque filtrante (11).

4. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación "R" entre el espesor medio "E" del conjunto de las paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas (46, 56) de dicho grupo (G) o dicha relación "R*" está comprendida entre 1,9 y 2,1.

5. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor medio de la pared externa del canal de salida de dicho grupo (G) es superior al espesor medio de la pared externa del canal de entrada de dicho grupo (G).

6. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en un plano de corte transversal (P) cualquiera, la totalidad de dichos canales de entrada (14e) tienen una sección transversal idéntica, y la totalidad de dichos canales de salida (14s) tienen una sección transversal idéntica, teniendo dicha sección transversal de dichos canales de entrada una superficie superior a la de dichos canales de salida.

7. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos un canal de entrada (14e) y un canal de salida (14s) separados por un elemento de pared (40) no plano.

8. Cuerpo filtrante según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho elemento de pared no plano (40) presenta, en sección transversal, por lo menos una cara que tiene una forma de sinusoide o de una fracción de sinusoide.

9. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) presentan una cara exterior (60) plana.

10. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada conjunto de dos canales periféricos adyacentes de dicho bloque filtrante que no comprende un canal (14p1) que delimita una arista (11') de dicho bloque filtrante, es un denominado grupo (G).

11. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada conjunto de dos canales periféricos adyacentes de dicho bloque filtrante que comprende un canal que delimita una arista de dicho bloque filtrante es un denominado grupo (G).

12. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en dicho plano de corte (P), el espesor mínimo de una pared periférica (30) de dicho bloque filtrante (11) es igual a dicho espesor "Emin " de un grupo cualquiera de dos canales periféricos adyacentes que no delimitan una arista de dicho bloque filtrante.

13. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos los grupos de dos canales periféricos adyacentes que comprenden un canal en ángulo de dicho bloque filtrante pertenecen a un denominado grupo (G).

14. Cuerpo filtrante según la reivindicación inmediatamente anterior, caracterizado porque la totalidad de dichos grupos (G) de dicho bloque filtrante que comprenden un canal en ángulo presentan una relación R entre el espesor medio "E" del conjunto de las paredes externas (44, 54) de dicho grupo (G) y el espesor medio "e" del conjunto de las paredes internas (46, 56) de dicho grupo (G) o una relación R* idéntica.

15. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de

pared de las paredes externas de los canales en ángulo de dicho bloque filtrante tienen un perfil idéntico a los elementos de pared de las paredes externas de los canales del mismo tipo de los grupos que no comprenden ningún canal en ángulo.

16. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho bloque filtrante presenta un tabique de refuerzo cuyo espesor está adaptado a la intensidad de las tensiones termomecánicas locales.

17. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que forma una estructura que presenta localmente dichos grupos (G), es decir, que presenta unos sobreespesores locales, estando distribuidos dichos sobreespesores de manera uniforme.

18. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho bloque filtrante presenta la forma de un paralelepípedo rectángulo.

19. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho bloque filtrante se fabrica mediante extrusión.

20. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo el espesor de las paredes internas de los canales periféricos de dicho bloque filtrante idéntico al espesor de las paredes de los canales interiores de dicho bloque filtrante.

21. Cuerpo filtrante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho bloque filtrante comprende unos conjuntos de canales de entrada (14e) y de canales de salida (14s) adyacentes, dispuestos unos con respecto a otros de manera que la totalidad del gas filtrado por cualquier canal de entrada pasa por unos canales de salida adyacentes a dicho canal de entrada.