CN100419228C - 一种消减柴油机微粒物质排放的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明为消减柴油机微粒物质排放的方法和装置，方法是，将含有微粒物质的柴油机尾气轴向导入由多个过滤单元组成的圆筒形过滤体的内腔，再径向通过该圆筒形过滤体而滤去尾气中的微粒物质，然后在从尾气导出管排出；可旋转的圆筒形过滤体的至少一个过滤单元总是处于再生腔中，其它过滤单元则处于过滤工作状态；在微波能量的作用下，再生腔中过滤单元上沉积的尾气微粒物质自燃后被除去而使该过滤单元得到再生；适当旋转处于过滤过程中的所述圆筒形过滤体而使各过滤单元依次得到同步再生。本发明装置可连续再生、无二次污染，且系统过滤的阻力小，再生能量源的功率小，安装方便，便于维护，径向结构紧凑，便于整车布局设计等特征。

Description

一种消减柴油机微粒物质排放的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种柴油机尾气后处理的方法及其装置，可消减柴油机尾气中微粒物质的排放。

技术背景

柴油机尾气中存在主要由碳烟等物质组成的颗粒物质(PM)，这些颗粒物质危害性很大，因而使PM的排放成了制约柴油机进一步发展的瓶颈问题。

目前，控制的柴油机PM排放比较成熟的方法主要是机内净化，即通过改进发动机的结构设计、提高燃油品质、优化供油特性、合理组织燃烧等措施使得其少生成。但是，PM机内净化的方法已经接近极限，业界普遍认为只有结合排气后处理的方式，方能使柴油机PM的排放满足以后更加苛刻的法规要求。

现有技术中，柴油机微粒物质排气后处理的方法较多，其中采用过滤的方式来消减颗粒物质被认为是最具有发展前景方式之一，但是这种再生方式中过滤设施的再生将是一个需要克服的难题。

柴油机尾气过滤设施的主要部分就是微粒过滤器(或称微粒捕集器)，比较普遍的做法是将柴油机尾气轴向通过过滤体；但随着过滤体上沉积的微粒增多，过滤阻力增加，一定程度之后需要对过滤体再生，清除沉积在过滤体上的碳烟微粒，使其重新处于可使用状态。

过滤体再生时，目前通常的做法是将尾气通过旁通阀直接排入大气，或者采用两套以上的过滤装置，轮流承担过滤任务和再生，这样整个结构很复杂，可靠性不高。

对于较大排量的发动机来说，为了不使过滤阻力过大，需要将过滤体的横截面积做得较大，即径向尺寸较大；这样在再生时过滤体受热不容易均匀，容易使过滤体开裂、损坏。并且，因为过滤体尺寸大，主动再生时的能量源消耗的功率较大，对车载电瓶也将提出挑战，也不利于整车的布局设计。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术处理柴油机尾气中颗粒物质方法存在的缺陷，提出一种消减柴油机微粒物质排放的方法及其装置，可连续再生、无二次污染，且系统过滤的阻力小，再生能量源的功率小，安装方便，便于维护，径向结构紧凑，便于整车布局设计等特征。

本发明的技术方案之一是，所述消减柴油机微粒物质排放的方法为，将含有微粒物质的柴油机尾气轴向导入由多个过滤单元组成的圆筒形过滤体的内腔，再径向通过该圆筒形过滤体而滤去尾气中的微粒物质，然后在从尾气导出管排出；可旋转的圆筒形过滤体的至少一个过滤单元总是处于再生腔中，其它过滤单元则处于过滤工作状态；在微波能量的作用下，再生腔中过滤单元上沉积的微粒物质自燃后被除去，而使该过滤单元得到再生；适当旋转所述圆筒形过滤体而使各过滤单元依次得到连续再生。

进一步地，对流过再生腔中过滤单元的气流速度进行控制，以更好地实现所述再生。

本发明的技术方案之二是，所述消减柴油机微粒物质排放的装置的结构为，它有一端为进气端而另一端为封闭端的尾气导入管，管壁开有气流通道，该尾气导入管外部设有尾气收集罩，所述尾气导入管和尾气收集罩之间设有筒壁开有气流通道的圆筒形支架；至少四个相同的过滤单元安装在所述圆筒形支架上而组成圆筒形过滤体，每两个相邻的过滤单元之间均设有分隔板，所述圆筒形支架与尾气导入管之间有环隙，所述圆筒形过滤体与尾气收集罩之间也有环隙；尾气收集罩靠近所述进气端的一端设有密封端盖，且进气端端口位于该密封端盖外侧；所述尾气收集罩另一端的端盖同该尾气收集罩密封连接并可相对其转动，所述尾气收集罩另一端的端盖的内侧同所述圆筒形支架固定连接而其外侧通过连接轴同步进电机联接；一侧设有尾气导出管的所述尾气收集罩的另一侧装有微波发生器，其微波发射口与圆筒形过滤体之间设有可对应于至少一个过滤单元的微波约束罩，在对应于所述微波约束罩的圆筒形支架内表面下方设有再生流速控制板且其通过连接杆安装在所述尾气导入管上。

以下对本发明做出进一步说明。

如图1和图2所示，实际使用时，将本发明装置通过进、出口部位的两个法兰串接在柴油机排气系统上，步进电机和微波发生源由车上的电子控制单元(ECU)控制；含有PM的柴油机尾气进入尾气导入管2后，依次从尾气导入管2圆周管壁上的气流通道20、圆筒形支架6上的气流通道7、圆筒形过滤体27而径向流出；尾气从圆筒形过滤体27出来之后，变成了含PM较少的干净尾气，在最外侧的尾气收集罩3的约束下，尾气进入尾气导出管21，由其排出；而尾气中的PM物质则沉积在圆筒形过滤体27上。随着过滤体上PM的沉积量增加，过滤体的阻力增加至一定程度之后，系统开始再生。再生时，微波发生器5发出能量，在微波约束罩4的作用下，所有的微波能量集中在沉积于再生的过滤单元19上的含碳微粒物质上；由于钢质壁面能有效屏蔽微波，而采用泡沫陶瓷材料的过滤单元19对微波几乎是透明的，所以在微波约束罩4、再生流量控制板9、圆筒形支架6及过滤单元19两侧的分隔板26形成的近乎密闭的再生腔28内反复反射，最终几乎所有能量被沉积在所述过滤单元上的微粒物质所吸收，使得微粒物质在原地加热、升温、燃尽，完成一个过滤单元的再生。

由于所述过滤单元再生时，流过过滤体的气流会和过滤体骨架本身和沉积在过滤体上的微粒物质发生热、质交换，会影响过滤体的再生速度和效率，所以，必须用再生流量控制板9将流过过滤体的气流速度控制在合适的范围内；参见图2，再生流量控制板9与圆筒形支架6之间贴合得越紧，两者之间的缝隙越小，则再生期间流过再生腔中过滤单元的气流速度越小，反之，再生期间流过过滤单元的气流速度越大。

所述每两个过滤单元19之间，有固定在圆筒形支架6上的分隔板26，它的作用是：除了联合微波约束罩4等组件形成密闭的再生腔28以集中微波能量之外，还加强了圆筒形过滤体27、圆筒形支架6的强度。

一旦某个过滤单元19再生完成，步进电机15就会通过支架总成14、传动轴13、辐条12、端盖11带动圆筒形支架6进而带动整个圆筒形过滤体27转动一个角度，该角度等于360°除以过滤单元19的个数，使得相邻的下一个过滤单元处于再生腔中，进行再生；已经再生完毕的过滤单元则进入过滤状态。依此类推，可实现圆筒形过滤体27的连续再生。

由以上可知，本发明为消减柴油机微粒物质排放的方法及其装置，它的有益效果包括：

1、由于本发明是径向过滤，可以通过增加过滤体的轴向长度来降低过滤阻力，而一般的轴向过滤体只有通过增加横截面面积，即加大直径来降低过滤阻力。对于汽车设计来说，尾气后处理装置的径向尺寸要求严格，对轴向尺寸要求不敏感，本发明可以通过适当增加长度来将整个装置的径向尺寸设计得较小，极有利于整个车辆的布置；

2、本发明中，过滤体的过滤截面积与其体积之比较大，即一定的过滤面积所需过滤材料较少，节省了宝贵的过滤材料成本，降低系统造价；

3、由于本装置中过滤体的再生是以单个过滤块为对象逐步进行，而不是以整个过滤体为对象同时进行，故微波源功率可以比较小，对车载电源的要求较低，目前的所使用的车载电源一般直接可用，无需安装特殊的车载电源；

4、该装置再生加热时，由于过滤单元的体积较小，相应地由于加热不均匀而产生的应力较小，从而过滤体开裂报废的可能性大大降低，使整个过滤体的寿命大幅延长；

5、运行中，即使某个过滤单元损坏，仅将该损坏的过滤单元更换即可，无需将过滤体整体换掉，故利于维护，节省使用成本；

6、本装置可以很容易地实现过滤体的连续再生，再生过程不对排放系统的其他部分造成影响，便于自动化控制；

7、结构紧凑简单，无需像其它过滤系统那样：要么设置电磁阀控制的再生旁通管道，再生和过滤不能同步进行；要么设置两套以上的过滤系统，再生和过滤轮流进行。故本发明减少了故障发生几率；

8、易于实现微波与再生单元的匹配，且无需象其它形式的微粒过滤装置那样需要改变微波的波导形状，故能量利用效率和再生效率高，等等。

附图说明

图1是本发明所述装置的一种实施例的纵向剖面示意图；

图2是图1中A-A向剖视图。

在上述附图中：

1-法兰，             2-尾气导入管，          3-尾气收集罩，

4-微波约束罩，       5-微波发生器，          6-圆筒形支架，

7-气流通道           8-连接杆，              9-再生流速控制板，

10-紧固件，          11-端盖，               12-辐条，

13-断热槽，          14-支架总成，           15-步进电机，

16-表示含有PM的柴油机尾气流向的箭头，        17-密封端盖，

18-密封件，          19-过滤单元，           20-通气孔，

21-尾气导出管，      22-表示PM过滤后柴油机尾气流向的箭头，

23-法兰，            24-侧密封件，           25-紧固件，

26-分隔板，          27-圆筒形过滤体，       28-再生腔，

29、30-环隙，        31-传动轴。

具体实施方式：

参见图1和图2，实现本发明方法的一种装置的结构是，它有一端为进气端而另一端为封闭端的尾气导入管2，管壁开有气流通道20的该尾气导入管2外部设有尾气收集罩3，所述尾气导入管2和尾气收集罩3之间设有筒壁开有气流通道7的圆筒形支架6；至少四个相同的过滤单元19安装在所述圆筒形支架6上而组成圆筒形过滤体27，每两个相邻的过滤单元19之间均设有分隔板26，所述圆筒形支架6与尾气导入管2之间有环隙29，所述圆筒形过滤体27与尾气收集罩3之间有环隙30；尾气收集罩3靠近所述进气端的一端设有密封端盖17且进气端端口位于该密封端盖17外部；所述尾气收集罩3另一端的端盖11同该尾气收集罩3密封连接并可相对转动，所述尾气收集罩3另一端的端盖11的内侧同所述圆筒形支架6固定连接而其外侧同步进电机15的转轴联接；一侧设有尾气导出管21的所述尾气收集罩3的另一侧装有微波发生器5，其微波发射口与圆筒形过滤体27之间设有可对应于至少一个过滤单元19的微波约束罩4，在对应于所述微波约束罩4的圆筒形支架6内表面下方设有再生流速控制板9且其用连接杆8安装在所述尾气导入管2上。

所述尾气导入管2的进气端端口设有起连接作用的法兰1，所述尾气导出管21的出口端设有起连接作用的法兰23。

所述设在每两个相邻过滤单元19之间的隔板26的一端同所述圆筒形支架固定连接(参见图2)。

所述再生流速控制板9与圆筒形支架6之间的缝隙为可调节的(参见图2)。

如图1所示，所述为了减少尾气中的热量向外传导，所述尾气收集罩3另一端的端盖11用辐条12同传动轴31的一端连接，另一端同步进电机15的转轴联接的该传动轴31上开有径向断热槽13，以使支架上的轴承、步进电机15的温度不会过高。步进电机15可用支架安装在尾气导出管21上。

如图1所示，可将所述各过滤单元19做成与圆筒形支架6表面相应的圆弧形结构。各过滤单元19可采用泡沫陶瓷材料或相关材料制作。

Claims (6)

1. 一种消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，它有一端为进气端而另一端为封闭端的尾气导入管(2)，管壁开有气流通道(20)的该尾气导入管(2)外部设有尾气收集罩(3)，所述尾气导入管(2)和尾气收集罩(3)之间设有筒壁开有通气孔(7)的圆筒形支架(6)；至少四个相同的过滤单元(19)安装在所述圆筒形支架(6)上而组成圆筒形过滤体(27)，每两个相邻的过滤单元(19)之间均设有分隔板(26)，所述圆筒形支架(6)与尾气导入管(2)之间有环隙(29)，所述圆筒形过滤体(27)与尾气收集罩(3)之间有环隙(30)；尾气收集罩(3)靠近所述进气端的一端设有密封端盖(17)且进气端端口位于该密封端盖(17)外部；所述尾气收集罩(3)另一端的端盖(11)同该尾气收集罩(3)密封连接并可相对其转动，所述尾气收集罩(3)另一侧的端盖(11)的内侧同所述圆筒形支架(6)固定连接而其外侧同步进电机(15)的转轴联接；一侧设有尾气导出管(21)的所述尾气收集罩(3)的另一侧装有微波发生器(5)，其微波发射口与圆筒形过滤体(27)之间设有可对应于至少一个过滤单元(19)的微波约束罩(4)，在对应于所述微波约束罩(4)的圆筒形支架(6)内表面下方设有再生流速控制板(9)且其用连接杆(8)安装在所述尾气导入管(2)上。

2. 根据权利要求1所述消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，所述尾气导入管(2)的进气端端口设有法兰(1)，所述尾气导出管(21)的出口端设有法兰(23)。

3. 根据权利要求1所述消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，所述设在每两个相邻过滤单元(19)之间的隔板(26)的一端同所述圆筒形支架固定连接。

4. 根据权利要求1所述消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，所述再生流速控制板(9)与圆筒形支架(6)之间的间隙为可调节的。

5. 根据权利要求1所述消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，所述尾气收集罩(3)另一侧的端盖(11)用辐条(12)同传动轴(31)的一端连接，另一端同步进电机(15)的转轴联接的该传动轴(31)上开有径向隔热槽(13)。

6. 根据权利要求1所述消减柴油机微粒物质排放的装置，其特征是，所述各过滤单元(19)是与圆筒形支架(6)表面相应的圆弧形结构。

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