CN102171436A - 用于废气的过滤设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热机(1)的废气的过滤设备，所述热机特别是柴油机，其中，所述设备包括本体(14)和过滤介质(19)，形成了过滤装置。根据本发明，所述本体(14)能够引导被称作再循环气体的一部分所述废气通过所述过滤介质(19)。

Description

用于废气的过滤设备
技术领域
本发明涉及热机领域。其更特别地涉及在进气侧处的废气再循环，这通常被称作“EGR”(废气再循环)。
背景技术
在热机中，EGR系统被用来向进气侧重新注入废气中的一部分，以特别地减少污染物排放，并通过将排气管链接到进气管之间的再循环管实现此目的。在配置有涡轮增压器和颗粒过滤器的热机中，根据所谓的“低压EGR”构造，在该颗粒过滤器的出口和压缩机的入口之间具有这样的再循环管是已知的。
但是，颗粒过滤器的碎片(总体来说，为陶瓷制成的)可特别地在最初的运行时间内从所述过滤器脱落。并且该颗粒过滤器可在运行中破裂，其结果是在所述颗粒过滤器的出口处排出烟灰(soot)。这些颗粒过滤器碎片和烟灰被在再循环管中循环，并在压缩机中阻塞甚至损坏位于再循环管中的元件，诸如交换器或控制阀门，以及压缩机的叶片。
文件WO2008/007808提出在再循环管中检测源自颗粒过滤器的损害性物质的存在，并在行动上，关闭该再循环管。废气的再循环随后不再进行。
文件WO2006/126993提出特别地提供压缩机叶片被加强的涡轮增压器，以承受源自颗粒过滤器的损害性物质的通过，这增加了该涡轮增压器的成本。
文件DE10113449最终提出了在空气过滤器上游链接再循环管，以使空气过滤器也过滤源自颗粒过滤器的损害性物质。作为变体，在设置在再循环管的交换器和压缩机之间放置额外的过滤器。
已经被提出在颗粒过滤器的下游再次过滤废气，以阻止任何源自颗粒过滤器的损害性颗粒进入EGR回路，这可能会引发废气的压降问题。
发明内容
本发明的目标是提供一种过滤设备，其使得在通过该过滤设备的至少一部分废气上不出现压降。
要做到这些，本发明涉及一种用于热机的废气过滤设备，该热机特别是柴油机，所述设备包括本体和过滤介质，形成了过滤装置，所述本体能够引导被称作再循环废气的一部分所述废气通过所述过滤介质。应由此可以理解只有渗入所述本体的一部分废气通过该过滤介质。
这样的过滤设备使得可以低成本地保护再循环管和压缩机的所有元件。其提供了三种循环路径(一个入口和两个出口)，这使得可以将其有利地放置在排气管和再循环管之间。
由于过滤器的存在引发的压降可通过保持在用于废气的入口和用于废气的出口之间的路径畅通而降低，特别地当本体是被设计为设置在所述排气管内的环状部件时，这使得该过滤设备被设计为通过使废气从一侧至另一侧穿过它而进行第一过滤，而不通过过滤介质。
所述过滤装置示例性地被设计为处理在颗粒过滤器和EGR交换器之间循环的气体。
根据可被单独或结合地采用的其他优选特征：
-EGR出口包括形成在环状部件形式的所述本体的周边上的孔；
-该本体包括在本体的每一侧开口的中央通道，该中央通道的开口端的一个限定了所述废气入口，而该中央通道的开口端的另一个限定了用于排出废气的所述出口；
-本体是管，其壁是中空的，该壁围住了过滤介质且其空的中央空间构成了所述中央通道；
-管状本体包括被第一柱体链接的上游凸缘和下游凸缘，所述第一柱体形成所述中空壁的内周边且限定所述中央通道；
-该本体还包括形成了所述中空壁的外周边的第二柱体，该第二柱体包括限定EGR出口的孔；
-该设备包括用于对在中央通道中循环的废气取样的装置，所述装置被设置为经由过滤介质向EGR出口引导所述被取样气体；
-该取样装置包括形成在第一柱体上的穿孔，且过滤介质绕该第一柱体同轴地放置；
-该设备包括在下游凸缘附近对废气取样的装置，所述装置被设计为经由过滤介质向EGR出口引导所述被取样气体；
-该取样装置包括形成在下游凸缘上的穿孔，且过滤介质被设置在管中，每个管与一个穿孔在中心对齐；
-该本体包括朝向废气入口会聚的锥体；
-过滤介质具有从用于排出废气的出口发散的锥体形状，两个锥体朝向彼此会聚且在开口处被链接。
换句话说，所述本体被示例性地设置有被称作EGR路径的路径，其用于所述再循环废气的循环，所述EGR路径包括所述过滤介质，所述本体还设置有被称作废气路径的路径，用于另一部分废气的循环。
EGR路径和废气路径因此被设置为使废气的所述另一部分不通过过滤介质直接离开本体，而不出现明显的压降。
所述本体还示例性地包括柱形外套，且所述EGR路径在被称作EGR出口的出口处从所述本体开口，所述出口被用于再循环废气且形成在所述套上。
根据第一实施例，所述废气路径在被称作用于废气排出的出口的出口处从所述本体开口，所述出口用于废气的所述另一部分，且所述本体包括在本体的每侧开口的通道，所述通道的端部中的一个限定了用于废气排出的所述出口。
根据此第一实施例，所述通道的另一端部可限定用于使废气进入所述本体的入口。
还是根据此第一实施例，所述本体可包括上游凸缘和下游凸缘，所述上游凸缘和下游凸缘被限定所述通道的第一柱体和由所述套形成的第二柱体链接，所述EGR路径被设置在所述第一和第二柱体之间。
所述上游凸缘或所述下游凸缘被示例性地设置有多个穿孔，以允许形成所述再循环废气的那部分废气被引入至EGR路径中。
过滤介质随后示例性地被管形成，所述管通过它们的一个端部和所述穿孔连通，所述管的侧壁由过滤材料制成。
每个所述过滤介质制成的管特别地在一个所述穿孔上被中心对齐，且沿通道的纵向轴线延伸。
所述管示例性地在所述凸缘之间延伸且在其另一端部被没有穿孔的凸缘闭合。
根据第二实施例，过滤介质具有环的形式，所述环在相对于外套倾斜或垂直的平面上延伸。
所述本体还可包括被称作入口截头锥体的截头锥体，在其大基部处限定了使废气进入所述本体的入口。
根据此第二实施例的第一示例，所述入口截头锥体朝向通道会聚，其限定了用于废气的通路，被限定在所述通道、所述入口截头锥体和所述本体的外套之间的体积在底部被所述过滤介质闭合。
根据此第二实施例的另一个示例，所述过滤介质具有从所述入口截头锥体的小基部发散的截头锥体形状，所述截头锥体在开口处被链接。
根据变体，所述本体可具有环形腔室，其侧壁被所述过滤介质限定，废气路径沿所述腔室的轴线延伸。
根据另一变体，所述过滤介质包括多个环，其部分地朝向所述外套延伸，所述环彼此相距一距离地沿所述本体的纵向轴线设置，每个环都具有面向链接到通道的体积的面，所述通道将所述另一部分废气朝向用于所述气体的出口引导，所述环还具有面向链接至EGR出口的体积的面。
本发明的另一个目的针对用于热机的废气再循环系统，其包括：
-用于热机的排气管，其设置有颗粒过滤器
-用于热机的进气管
-EGR管，在颗粒过滤器下游通过其一端链接到排气管，而通过其另一端被链接到进气管
其特征在于，其也包括如上所述的过滤设备，所述过滤设备被设置在排气管内且在颗粒过滤器的出口附近，且在于，EGR管被链接到该过滤设备的EGR出口。
该系统还可包括基于温度升高的过滤器再生装置，这些再生装置周期性地作用在颗粒过滤器和所述过滤设备上。
基于温度升高的过滤器再生装置在清洁颗粒过滤器时被广泛采用。示例性地根据现有方法，废气被点燃以使和这些废气接触的颗粒过滤器的温度被提升到600℃以上以引起被陷在其中的颗粒的燃烧。这样的再生通常被周期性地触发，例如每1000公里，以避免颗粒过滤器的阻塞。
此处，颗粒过滤器的再生被使用以再生用于再循环气体的过滤设备。
为此，本发明的另一个目标是针对一种清洁如上所述的系统中的过滤设备的方法，其特征在于，其包括通过温度升高使颗粒过滤器再生的步骤，该再生可导致过滤设备的清洁。
附图说明
根据以下关于优选示例和非限制性实施方式的描述，本发明将被更好地理解，所述描述被参照附图给出，其中：
-图1是设置有“低压”再循环系统的发动机结构的示意图；
-图2是根据本发明的过滤设备的第一实施例的示意图；
-图3a、3b和3c是根据第一实施例的变体的过滤设备的透视图；
-图4是根据本发明的过滤设备的第二实施例的示意图；
-图5a、5b和5c是根据第二实施例的第一变体的过滤设备的透视图；
-图6a、6b和6c是根据第二实施例的第二变体的过滤设备的透视图；
-图7a、7b和7c是根据第二实施例的第三变体的过滤设备的透视图；
-图8和9是以径向横截面平面示出了本发明的变化实施例的示意图。
具体实施方法
图1示意性地示出了一种设置有所谓“低压”废气再循环系统的发动机构造。该发动机1经由进气歧管2被供应冷的气体，且将其燃烧后的气体排入排气歧管3中。涡轮增压器4使得可以通过被该废气驱动而压缩进气。一种进气交换器5被用来降低该进气的温度。进气管5将冷的空气输送入该涡轮增压器的压缩机中，其中排气管6在涡轮增压器4的出口处排出燃烧后的气体，使其通过催化转换器(catalyst)7和颗粒过滤器8。
此处使用了再循环系统以通过被设置在EGR交换器10上的再循环管9和EGR控制阀11来对该颗粒过滤器8下游的废气取样(sample)。
如本发明所述，提供有设置在该颗粒过滤器8和EGR交换器10之间的过滤设备。该设备将在下文中被更详尽地描述。
在此说明书中使用的术语“上游”和“下游”一直参照在管道中的气体流动的方向。
图2通过纵向横截面的示意图示出了该过滤设备12的第一实施例。该颗粒过滤器8的下游端部在此视图中可见，且其出口被以虚线13示意性地示出。
该过滤设备12包括环状本体14，其具有废气入口15、废气排出出口16以及链接至再循环管道9的EGR出口17。
该环状本体14限定了中央通道18，该中央通道的入口和废气入口15对应，该中央通道的出口和废气排出出口16对应。该环状本体14还包围有抵靠中央通道18的壁21和/或下游壁20设置的过滤介质19。这些接收有过滤介质的壁适于允许废气进入且被虚线示出。其可为被穿孔的，设置有格栅或其他多孔装置。
离开颗粒过滤器8的废气穿过中央通道，而不受过滤介质干扰，这降低了和过滤设备12存在相关的压降。此外，在旨在从再循环管道9中排除的损害性物质中，最大的物质被废气的速度驱动而直接穿过中央通道，这实现了第一过滤。
意图在管道9中被再循环的废气经由和过滤介质19相关的壁20和/或21被从废气流中取样。该第二过滤因此消除了最细小的颗粒，使得被再循环的气体不再夹带对EGR回路的部件或涡轮增压器具有损害的颗粒。
过滤设备12在此情形中被设置为抵靠该颗粒过滤器8的出口13且会聚器22提供了过滤设备12和排气管6之间的链接。
在图3a至3c中示出了本实施例的变体。根据该变体，意图被再循环的废气只在中央通道18的壁上被取样。
附图中相同的附图标记被用在不同实施例和变体中共有的各元件上。
在这些附图3a至3c中，过滤设备12的环状本体14由两个圆的凸缘23A、23B制成，所述凸缘在其中心被打孔，且在其中心通过有孔柱体21且在其周边通过柱体24链接在一起，单独的开口在所述柱体24上限定了EGR出口17。该链接可由焊接、装配或任何其他现有方式制成。
过滤介质被设置为和柱体21以及24同心，这使得用于再循环的废气在柱体21处被取样，穿过过滤介质19并经由EGR出口17离开。
本体14因此在此情形中为具有中空壁的管(该壁的厚度由柱体21和24之间的距离限定)，其空出的中央空间构成了中央通道18，且其中空壁包围过滤介质19。柱体24限定了管的该中空壁的外周边，而柱体21限定了其内周边。
参照图4和之后的附图，第二实施例将被描述。根据该实施例，用于再循环的废气只在该废气流的下游被取样。
图4为示出了该第二实施例的横截面的示意图，在该图4中，过滤设备的本体14在此情形中包括下游壁20，其未被穿孔，且其将所有的废气流向中央开口25引导。过滤介质19被设置在该开口25和本体14的周边之间。
废气因此和在第一实施例中一样朝向排气管6通过开口25，且这些气体中的一部分在此情形中被在过滤介质19处取样，这就是说，在改变了流动的方向之后被取样。被用于EGR的废气因此被限制以经由弯折部(chicane)返回，这进一步增强了第一过滤。
本实施例的第一变体被在图5a至图5c中示出。过滤设备12在此情形中包括本体14，该本体和图3a至图3c中的结构相同，只是柱体21未被穿孔，而下游凸缘23B被穿孔。
对该下游凸缘23b的每个孔来说，过滤介质19被设置在各个管中，其只有一端开放，该开放端在相应的孔上被中心对齐(参见图5b)。
根据第二实施例的过滤设备12使得可以通过迫使用于EGR的气体相对于废气流转动半圈(half-turn)而从下游凸缘23B对废气进行取样。
图6a至6c示出了该第二实施例的第二变体。本体14在此情形中通过会聚锥体26形成，该会聚锥体被链接至外部柱体24且被链接至未穿孔的内部柱体21。
过滤介质19被安装在刚性环状支架27上且该组件在此情形中用作下游凸缘，并允许根据第二实施例的废气取样。
参见图7，该第二实施例的第三变体也设置了链接到外部柱体24的会聚锥体26，用于制造本体14。但是，该本体14不包括其他部件以及过滤介质，且为发散的锥体形式，在开口25的整个周缘上被直接链接到会聚锥体26。由过滤介质形成的发散锥体的周边也在其整个周缘上链接至外部柱体24的下游周缘上。
开口25在此情形中同时构成了废气入口和废气排出出口。
此外，对该第二实施例的每个变体来说，应被注意的是，如果过滤设备14在其壳体内被翻转(这相当于颠倒上游和下游)，则其和第一实施例一致。
根据由图8示出的示例性实施例，所述本体14具有环形(toroidal)腔室100，其侧壁被所述过滤介质19限定。中央通道118被沿所述所述腔室的轴线限定用于所述废气通过。
本体14示例性地被设置有上游凸缘123A和下游凸缘123B，其各自被设置有用于废气的进气孔115和用于废气的所述其他部分(即，不被再循环的部分)的排气孔116。所述进气孔115和排气孔116被设计为和所述中央通道118连通。
所述环形腔室110被设置为和所述上游凸缘123A相距一距离。为此，其可例如经由作为所述通道118延伸部分的环状隔离物110被下游凸缘123B承载。
所述环形腔室100示例性地在其底部开口，即，在其面对下游凸缘123B定位的部分上开口，以使再循环废气朝向EGR出口17通过。
环状分隔壁130在本体的外套24和所述环形腔室100的外侧壁之间延伸，位于所述外侧壁的下游端，以避免再循环废气直接流向所述EGR出口。
根据图9中示出的示例性实施例，所述过滤介质包括多个环210，其部分地朝向所述外套24延伸。所述的环示例性地与所述本体14的纵向轴线正交地取向，具有相同的尺寸，和/或是同轴的。
它们被沿所述本体的纵向轴线彼此相距一距离地设置，每个环210都具有面向链接至通道218的体积的面，所述通道将废气的所述其他部分朝向用于所述气体的出口220引导，每个环还具有面向链接到EGR出口17的体积的面。
为此目的，所述环210可通过间隔物230链接，所述间隔物沿所述本体14的轴线、在所述环的内侧冠部212A和外侧冠部212B上交替设置。
本体14被示例性地设置有上游凸缘223A和外侧凸缘223B，所述上游凸缘在气体路径上整合有最上游环，所述最上游环的内侧孔构成了用于废气的进气孔240，且外侧凸缘223B包括用于非再循环气体部分的出口220。最下游间隔物可被附连至所述下游凸缘223B。
以上描述的所有实施例的一个优点是过滤介质表面积不再取决、或至少不再只取决于所述本体14的轴向长度。
当过滤设备14被如图2和4中示出的情形一样设置在颗粒过滤器8的出口附近时，其可被方便地清洁，即，在该颗粒过滤器8的再生(regeneration)中除去在过滤介质19中积累的杂质。
通过任何现有装置，废气的温度可被增加，直到颗粒过滤器达到600℃以上的温度以便按照传统方式进行其再生。由于该过滤设备被放置在排气管6中、在颗粒过滤器的出口附近，其温度也被提升至600℃以上的值，因此在过滤介质19中含有的杂质被烧毁。
过滤设备14和颗粒过滤器可被封装在同一个模块中。该模块将因此具有废气入口、废气排出出口和EGR出口。
关于过滤介质19，和过滤设备中的其他部件一样，其可被任何可承受再生温度的材料构成。
其他实施例可被设想，而不以任何方式背离本发明的内容。特别地，不同的实施例和变体可被结合。举例来说，会聚锥体26可在描述的各个实施例中被使用或不被使用。

Claims (33)

1.一种用于来自热机(1)的废气的过滤设备，该热机特别是柴油机，所述设备包括本体(14)和过滤介质(19)，形成了过滤装置，其特征在于，所述本体能够引导被称作再循环废气的一部分所述废气通过所述过滤介质(19)。
2.如权利要求1所述的过滤设备，其中，所述过滤装置(14，19)适于处理在颗粒过滤器(8)和EGR交换器(10)之间循环的气体。
3.如权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，所述本体(14)是设计为被放置在热机(1)的所述排气管(6)中的部件。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的过滤设备，其中，所述本体(14)具有废气入口(15)，用来排出废气的出口(16)以及EGR出口(17)；所述过滤介质(19)被设置在所述废气入口(15)和所述EGR出口(17)之间。
5.如权利要求4所述的过滤设备，其中，EGR出口(17)包括形成在环状部件形式的所述本体(14)的周边上的孔。
6.如权利要求4或5所述的过滤设备，其中，所述本体(14)包括在本体(14)的每一侧开口的中央通道(18)，该中央通道的开口端的一个限定了所述废气入口(15)，而该中央通道的开口端的另一个限定了用于排出废气的所述出口(16)。
7.如权利要求6所述的过滤设备，其中，所述本体(14)是管，其壁是中空的，该壁围住了过滤介质(19)且其空的中央空间构成了所述中央通道(18)。
8.如权利要求7所述的过滤设备，其中，所述管状本体(14)包括被第一柱体(21)链接的上游凸缘(23A)和下游凸缘(23B)，所述第一柱体形成所述中空壁的内周边且限定所述中央通道(18)。
9.如权利要求7或8所述的过滤设备，其中，所述本体(14)还包括形成了所述中空壁的外周边的第二柱体(24)，该第二柱体包括限定EGR出口的孔(17)。
10.如权利要求8或9所述的过滤设备，包括对在中央通道(18)中循环的废气取样的装置，所述装置被设置为经由过滤介质(19)向EGR出口(17)引导所述被取样气体。
11.如权利要求10所述的过滤设备，其中，所述取样装置包括形成在第一柱体(21)上的穿孔，且过滤介质(19)绕该第一柱体同轴地放置。
12.如权利要求8至11中任意一项所述的过滤设备，包括在下游凸缘(23B)附近对废气取样的装置，所述装置被设计为经由过滤介质(19)向EGR出口(17)引导所述被取样气体。
13.如权利要求12所述的过滤设备，其中，所述取样装置包括形成在下游凸缘(23B)上的穿孔，且过滤介质(19)被设置在管中，每个管与一个穿孔在中心对齐。
14.如权利要求4至13中任意一项所述的过滤设备，其中，所述本体(14)包括朝向废气入口(15)会聚的锥体(26)。
15.如权利要求14所述的过滤设备，其特征在于，所述过滤介质(19)具有从用于排出废气的出口(16)发散的锥体形状，所述两个锥体朝向彼此会聚且在开口(25)处被链接。
16.如权利要求1至3中任意一项所述的设备，其中，所述本体(14)被设置有被称作EGR路径的路径，其用于所述再循环废气的循环，所述EGR路径包括所述过滤介质(19)，所述本体还设置有被称作废气路径的路径，用于所述另一部分废气的循环。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述本体包括柱形外套(24)，且所述EGR路径在被称作EGR出口的出口(17)处从所述本体(14)开口，所述出口被用于再循环废气且形成在所述套(24)上。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述废气路径在被称作用于排出废气的出口的出口(16)处从所述本体(14)开口，所述出口用于废气的所述另一部分，且其中所述本体(14)包括在本体(14)的每侧开口的通道(18)，所述通道(18)的端部中的一个限定了用于排出废气的所述出口(16)。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述通道(18)的另一端部限定用于使废气进入所述本体(14)的入口(15)。
20.如权利要求19所述的设备，其中，所述本体(14)包括上游凸缘(23A)和下游凸缘(23B)，所述上游凸缘和下游凸缘被限定所述通道(18)的第一柱体(21)和由所述套(24)形成的第二柱体链接，所述EGR路径被设置在所述第一和第二柱体之间。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述上游凸缘(23A)或所述下游凸缘(23B)被设置有多个穿孔，以允许形成所述再循环废气的那部分废气被引入至EGR路径中。
22.如权利要求21所述的设备，其中，过滤介质(19)被管形成，所述管经由它们的一个端部和所述穿孔连通，所述管的侧壁由过滤材料制成。
23.如权利要求22所述的设备，其中，每个过滤介质(19)制成的管在一个所述穿孔上被中心对齐，且沿通道(18)的纵向轴线延伸。
24.如权利要求23所述的设备，其中，所述管在所述凸缘之间延伸且在其另一端部被没有所述多个穿孔的凸缘闭合。
25.如权利要求17所述的设备，其中，所述过滤介质具有环的形式，所述环在相对于外套(24)倾斜或垂直的平面上延伸。
26.如权利要求25所述的设备，其中，所述本体包括被称作入口截头锥体的截头锥体(26)，在其大基部处限定了使废气进入所述本体(14)的入口。
27.如权利要求26所述的设备，其中，所述入口截头锥体(26)朝向通道(18)会聚，所述通道限定了用于废气的通路，被限定在所述通道(18)、所述入口截头锥体(26)和所述本体的外套(24)之间的体积在底部被所述过滤介质(19)闭合。
28.如权利要求26所述的设备，其中，所述过滤介质(19)具有从所述入口截头锥体(26)的小基部发散的截头锥体形状，所述截头锥体在开口(25)处被链接。
29.如权利要求17所述的设备，其中，所述本体具有环形腔室(100)，其侧壁被所述过滤介质(19)限定。
30.如权利要求17所述的设备，其中，所述过滤介质包括多个环(210)，所述环(210)彼此相距一距离地沿所述本体的纵向轴线设置，每个环(210)都具有面向链接到通道(218)的体积的面，所述通道将所述另一部分废气朝向用于所述气体的出口(220)引导，所述环还具有面向链接至EGR出口(17)的体积的面。
31.一种用于热机的废气再循环系统，其包括：
-用于热机(1)的排气管(6)，设置有颗粒过滤器(8)
-用于热机(1)的进气管(5)
-EGR管(9)，在颗粒过滤器(8)下游通过其一端链接到排气管(6)，而通过其另一端被链接到进气管(5)
其特征在于，其也包括如权利要求5至15中的任一项所述的过滤设备(12)，所述过滤设备被设置在排气管(6)内且在颗粒过滤器(8)的出口附近，且在于，EGR管(9)被链接到该过滤设备(12)的EGR出口(17)。
32.如权利要求31所述的EGR系统，该系统还包括基于温度升高的过滤器再生装置，这些再生装置周期性地作用在颗粒过滤器(8)和所述过滤设备(12)上。
33.一种清洁权利要求31或32所述的系统的过滤设备的方法，其特征在于，其包括通过温度升高使颗粒过滤器(8)再生的步骤，该再生导致过滤设备(12)的清洁。
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