CN1066486A - 内燃机过滤器再生装置 - Google Patents

Abstract

一种过滤器再生装置，该过滤器用来清除从内燃 机所排出的废气中所含的粒子。该过滤器再生装置 包括一个容纳过滤器的加热室，一个用来加热并燃烧 过滤器所清除粒子的加热燃烧装置，一个用来产生向 加热室中供给的微波的微波发生装置，一个设置在加 热室壁上的长槽，一个用来检测经过长槽所耦合的微 波能级的微波检测装置，以及一个控制加热燃烧装置 的控制装置。

Description

本发明涉及到一种内燃机过滤器的再生装置，确切地说，涉及到一种用来清除内燃机排出废气中所含有粒子的再生过滤器。更确切地说，本发明涉及到一种具有改进了的检测装置的过滤器再生装置，该检测装置测量过滤器利用电波所清除的粒子数量。

在全球环境保护领域中，怎样处理全球性的变暖问题和怎样减少大大气层中二氧化碳的含量是当今世界一个非常重要的课题。并且，怎样减少碳坏森林的酸雨同样至关重要。

酸雨是一种自然现象，它是由于受化学物质如氧化硫和氧化氮污染空气所引起的。最近在全球范围内，无论是对固定污染源（由同生系统造成的）还是对如运输工具这样的活动污染源，都要严格控制所排出的这些污染大气层的化学物质。对于来自运输工具的废气密度进行严格地控制已经引起了人们的特别关注。最值得注意的是，当今是否能用数量的控制代替目前的密度控制，是人们所讨论的话题。此外，还规划大幅度降低这种污染量的极限值。

在运输工具中，利用内燃机的交通工具受到了较严格的限制，人们已经意识到，必须严格地控制废气的粒子及氧化氮。过去，包含在废气中的污染大气层的化学物质已经通过改进燃烧的方法如，延缓燃料喷射时间得以减少。可是人们认为，这种方法不能达到世界环境保护的目的。

因此，目前世界需要附加一种废气后期处理装置。后期处理装置包括一个清除粒子的过滤器。可是，如果清除下的粒子充满了过滤器，很快就会堵塞过滤器。因此，降低过滤能力，妨碍废气畅通地流过过滤器。结果，显著地减少或停止内燃机的输出。

在这种情况下，在世界范围内，进行了再生过滤器的技术偿试，但没有一种偿试得到实际应用。

众所周知，在600℃或较高的温度条件下粒子能够燃烧。将粒子加热到这种高温产生能量的方法有燃烧器，电加热器，微波等。无论利用哪种方法，由过滤器所清除的粒子数量都必须经过检测，以便有效地恢复过滤器的能力。

利用电波检测粒子数量的方法，已经在美国第4477771号专利中公开。在本申请图6中，表示出该专利申请的装置。该装置包括一个排气管1，内燃机排出的废气经过该排气管流动;一个设置在该排气管1的一部分中的加热室2;一个容纳在加热室2中的过滤器3，用来清除废气中的粒子;一个用来产生微波并将微波供给到加热室2中的微波发生装置4;一根微波供给天线5，用来发射加热室2中的微波发生装置4所产生的微波;以及一根微波检测天线6，用来检测来自加热室2并通过过滤器所返回的微波能级。过滤器所清除的粒子数量，在本文中简称为“粒子量”。

在上述结构中，当粒子量增加时，有效的介质因素改变。因此，加热室2中微波的共振条件改变。根据微波的传播特性的改变，监测共振条件的改变，这样便可以测出粒子量。

这种常规装置在检测粒子量和结构方面还存在有缺点，其结构妨碍了粒子量进行非常准确地检测。最大问题归用于与微波有关的粒子性能，该粒子的主要成分是碳。前述专利实施的一个原理仅仅是利用过滤器静态特性。换言之，仅简单地依据包含过滤器的空间的介质因素变化来测定粒子量。当粒子量增加时，上述空间的有效介质因素增加。由于粒子吸收微波，上述空间的介质损失也增加。结果，加热室2中的微波集中在上述空间。而且，过滤器的有效介质因素和介质损失两者的变化，也会增加贮存在过滤器3中的微波能量级。

由于过滤器3是放在微波供给天线5和微波检测天线6之间，所以微波检测天线6检测的能级信号，以复杂的方式伴随着微波分布和贮存在过滤器3的微波能级两者的变化而变化。所以，非常准确地检测粒子量，以便确定合适的加热燃烧粒子的时间。使过滤器再生，这是很困难的。

这种常规装置的另一个问题是，微波检测天线6设置在加热室2中。用这种结构，很难设置微波检测天线6，也很难设置可足以防止燃烧粒子所产生的热的相关外围设备。此外，在微波检测天线6的附近有粒子堆积，从而不可能取得稳定的检测准确性。结果，检测天线6不能实现非常可靠的检测。

本发明的目的是，提供一种内燃机过滤器再生装置，该装置以高精度检测过滤器所清除的粒子量。

本发明的另一个目的是，提供一种内燃机过滤器再生装置，该装置包括一个具有可靠寿命的检测装置。

本发明的再一个目的是，提供一种内燃机过滤器再生装置，该装置能长期保持高水平清除粒子的能力。

本发明的内燃机过滤器再生装置，克服了现有技术的上述及许多其它方面的缺陷和不足。该装置包括一个设置在排气管道中的加热室，来自内燃机的废气由该管道中排出;一个容纳在所述加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子;一个用来加热燃烧粒子的加热燃烧装置;一个产生微波并将其供给到加热室的微波发生装置;一个粒子量检测装置，检测过滤器所清除的粒子数量的增加;以及一个根据粒子量检测装置检测的信号，控制加热燃烧装置的控制装置。粒子量检测装置包括一个微波检测装置，该装置用于检测加热室壁上由微波所产生的表面流动量的改变。

根据本发明，还提供一种内燃机过滤器再生装置，该装置包括一个设置在排气管道中的加热室，内燃机的废气从该管道中排出;一个容纳在加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子;一个用来产生微波的微波发生装置，该装置因粒子的介质损失将微波供给到加热室中，这样加热粒子;一个用来供给空气，以便促进粒子燃烧的空气供给装置;一个用来检测过滤器所清除的粒子数量的粒子检测装置;以及一个控制装置，该装置根据粒子量检测装置的测定信号，控制微波发生装置和空气供给装置。上述粒子量检测装置包括一个微波检测装置，该装置用来检测微波所引起的，加热室壁上所产生的表面流动的变化量。

在本发明的最佳实施例中，粒子量检测装置包括一个位于加热室壁上的长槽，和一根设置在该槽附近并处在加热室外面的天线，根据所检测的微波能级，用这根天线检测表面流动的变化量。

在本发明的最佳实施例中，微波检测装置具有检测回路，该回路将通过天线所检测的微波能级转变成直流电压。

在本发明的最佳实施例中，加热室的壁具有一长槽，该槽位于对着过滤器的一个区域内。

在本发明的最佳实施例中，内微波发生装置所产生的微波，其频率在ISM频率带范围内。

根据本发明，还提供一种内燃机过滤器再生装置，该装置包括一个设置在排气管道中的加热室，内燃机的废气从该排气管道中排出;一个容纳在加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子;一个产生微波的微波发生装置，该装置因粒子的介质损失，而将所产生的微波供给到加热室中，从而加热粒子;一检测过滤器所清除的粒子数量的粒子检测装置;以及一控制装置，该装置根据粒子量检测装置的检测信号来控制微波发生装置。所述粒子量检测装置包括，位于加热室壁上的一个长槽和一根设置在该槽附近并处在加热室外部的天线。

具有上述结构的过滤器再生装置，根据下述原理操作。

当粒子量增加时，过滤器的有效介质因素和介质损失也跟着增加。这样，与不含有过滤器的空间相比较，在含有过滤器的空间中，贮存着较高能级的微波能。

过滤器有效介质因素和介质损失两者的上述变化，同样也改变加热室中微波的分布状况。

加热室壁上表面流动的分布，是微波分布的函数。在这种情况，当壁上设置的长槽切断表面流动时，经过长槽电磁场耦合在加热室的外面。经过长槽耦合的电磁场能级，随着加热室中微波分布和表面流动分布两者的变化而变化。根据这种变化的程度测量粒子量。

在利用微波加热粒子和检测粒子量的情况下，微波供给装置的结构是这样设计的：在预定粒子量范围内，应使最大能级的微波能供给到加热室中。这种结构可以利用普通的负载匹配技术实施。

在上述带有微波供给装置的结构中，当粒子量增加并接近预定量时，由微波供给装置供给到加热室中的微波能级增加。这种微波用来测量粒子量。

但是，由于微波能量集中在有过滤器的空间中，所以当有效介质因素和介质损失两者增加时，在没有过滤器的空间中，微波能级不随供给到加热室中的微波能级成比例地增加。

在这种情况下，同样根据加室中微波分布和表面流动分布两者的变化程度，测量微波能级。由于粒子随过滤器介质损失的增加有选择地加热，因而在短期内实现检测量是所希望的。

根据上述结构，相当于加热室中微波分布的表面流动分布的变化，和由长槽耦合的电磁场能级的变化，可以全面地进行检测。此外，由于所设计的长槽能够在较宽的范围内检测电磁场能级的变化，所以即使在长槽附近的电磁场能级很小的变化，也能测量出来。这两种事实表明，可以显著地增强检测的准确性。

由于检测装置在加热室的外面，因而检测装置可以防止过热。结果，装置的寿命得到了延长。进一步可以避免检测装置附近粒子的堆积，从而实现了较高的检测准确性。在支撑过滤器的壁上设置的长槽与废气流相互隔离，这样能防止废气从长槽中流出。

由于根据有关加热室的综合信息来检测粒子量，所以无论加热室中微波频率范围内的共振条件如何，加热室的结构均可以设计成与过滤器结构相符合的最佳形式。

下面参阅附图，对本发明做进一步的描述，熟练的技术人员通过参阅附图，可以更好地理解本发明及它的许多目的和优点。

图1是本发明内燃机过滤器再生装置的一个实施例的示意图。

图2是根据本发明检测微波的原理示意图。

图3是本发明检测回路示意图。

图4是和图3所示的本发明检测回路等效的电路图。

图5是本发明内燃机过滤器再生装置的另一个实施例的示意图。

图6是常规的内燃机过滤器再生装置的结构示意图。

参阅附图，将对本发明作具体描述：

图1表示了根据本发明所提供的过滤器再生装置的一个典型的实施例。图1中，过滤器再生装置包括设置在排气管8的一部分中的加热室9，和容纳在加热室9中的过滤器10。自内燃机7排出的废气经过排气管8和过滤器10流出，再经过消音器11排出去。当废气流经过滤器10时，该过滤器10清除废气中所含的粒子。由微波发生装置12所产生的微波，通过一个供给长槽33供给加热室9，用来加热由过滤器10所清除的粒子。该供给长槽33相对废气的流动来说，是处于过滤器10的下游位置。对微波发生装置12进行控制，使其按预定的时间供给微波（这里的时间周期，排除内燃机还没有驱动的时间）。在加热室9的壁35合适的位置上有一长槽13，该长槽13使壁35对着过滤器10的外部表面。长槽13设置在切断壁35上流动的表面流动36的位置，表面流动36是根据加热室9中所形成的微波分布而得到的。微波检测装置14设置在加热室9中的外面，并且靠近长槽13。微检测装置14用来检测经过长槽13所耦合的微波能级，并给控制装置15提供一个表示这种能级的信号。

随着过滤器10所清除的粒子量的增加，过滤器10有效介质因素和介质损耗将增加。这样，微波能将会集中在一个包含有过滤器10的空间里，整个加热室9中微波的分布将改变。

在微波发生装置12的上述运行循环过程中，微波检测装置14检测经长槽13所耦合的微波能级。

微波检测装置14所获得的能级信号与贮存在控制装置15中的标准能级定期进行比较，每一次信号能级达到基准能级时，控制装置15利用下述的空气和燃气流通系统控制过滤器10的再生。

如图1所示，排气管16中没有设置过滤器并与有过滤器10的排气管8相并联。排气管8设有一阀门17，该阀门处在过滤器10的下游，排气管16有一阀门18。阀门17和18用来控制废气经过或停止。空气供给装置19包括一压缩机或鼓风机（图中未示），空气通路20将空气输送到过滤器10和阀门17之间的排气管8中。空气通路20设有一空气阀21，用阀门21控制空气通过或停止。用一真空泵22和转换阀26、27及28结合在一起进行控制，以实现阀门17、18及21的开放或关闭。转换阀26、27及28设备在真空管道23、24和25的管路中。

具有上述结构的空气和燃气流通系统以下述方式运行，使每一次信号的能级达到基准能级。首先将阀门18开启，阀门17关闭，使废气流经排气管16，并通过消音器11排到外部大气中，在此期间，空气阀门21关闭。其次，微波发生装置12由驱动动力源29驱动，这样将微波供给到加热室9中。经过一段预定时间之后，打开空气阀21，同时由驱动动力源29驱动空气供给装置19，这样，空气输送到排气管8中。再经过一段预定时间后，微波发生装置12停止，随后经过另一预定时间后，空气供给装置19停止，空气阀21关闭。此后，阀17打开而阀18关闭，由此允许废气经过过滤器10。这样，过滤器10再次将粒子清除。

加热室9由微波阻塞装置30和31确定，微波阻塞装置30和31具有如蜂窝状结构或形成穿孔的板。由微波发生装置12所产生的微波，经过微波传送装置32供给到加热室9中，微波传送装置32包括一个矩形波导管和一个位于壁35上的供给长槽33。供给长槽33由一个板（图中未示出）盖住，该板的介质损失较低。过滤器10由加热室9的壁支撑，加热室9有绝热材料34，绝热材料34插在过滤器10与每个壁之间。

在这种结构中，当微波供给到加热室9中时，相当于粒子量的特殊微波分布在加热室9中产生。当粒子量增加时，过滤器10中微波并将会由于介质损失的增加而缩短。结果，微波的分布改变，继之而来的是壁35上表面流动36的分布也改变。

当粒子量增加时，增加的微波能级作为一种介质材料贮存在过滤器10中。进一步说，由于粒子介质损失系数的数值较高，所以微波有选择地向由过滤器10清除掉的粒子提供一种能量。在这种能量高的情况下，能够将粒子在短时间内加热到规定的温度。

由于介质因素和介质损失的变化，壁35上的表面流动36的分布也发生了变化。

图2表示了长槽13附近的电磁场的特性，也表示了检测微波能级的检测原理。如上所述长槽13切断了壁35上所产生的表面流动36。由于表面流动36的这种特性，经过长槽13使电磁场耦合或“渗漏”在加热室9的外边（图2的上边），长槽13有合适的尺寸。

构成微波检测装置14的天线37，设置在接收由长槽13所耦合的电磁场这样的一个位置。当使用一根传统的接收天线插入加热室时，仅能提供天线所处位置的磁场信息。而利用天线37时，可以提供有关较宽区域的磁场信息。所以，整个加热室9的微波特性，可以通过天线37很准确地检测出来。

由于微波检测装置14设置在加热室9的外部，因而检测装置14可以很好地绝热，并且避免在检测装置14附近所形成的粒子堆积。

由于上述检测原理，即依靠设置在加热室9外部的检测装置14，来检测加热室9壁35上表面流动分布的变化，所以不论加热室在频率带中的微波共振条件如何，加热室9的结构均可以设计成与过滤器的结构相符合的最佳形式。

结果，频率带ISM（工业，科学和医学的规定如915MHZ，2450MHZ和5800MHZ）的一种频率的微波用来加热粒子，这样，粒子量可以通过相同微波的输出来测定。

由天线37所检测的微波能级，可以依靠一检测回路41转化成直流电压，以便象一个控制信号那样容易控制。图3表示了检测回路41的一个实施例，该检测回路包括肖特基隔板（schottky-barrier）二级管40。图中虚线表示印刷电路板38背面的电路图形。这个电路图形构成了天线37。由天线37所接收的微波能经过通孔39导入检测回路41中，由检测回路41变成直流电压，再经过导线42和43输送到控制装置15中。

参阅图4，对检测回路41的运行过程作进一步描述。检测回路41设计成这样的结构，使微波带LB40和LL45具有无限大的阻抗，而微波带CS46在从天线37所输送的微波中心频率中，具有零阻抗。

因为微波带CS46具有这种特性，所以从天线37所接收的微波经过电阻RD47和肖特基隔板二极管40接地。在这一点。经肖特基隔板二极管40所整流的正向电流（图4中向右流动），作为直流电流输送到负载电阻RL48上。相同的电流经过RB49，形成了一个直流闭合回路。流到负载电阻RL48，形成了一个直流闭合回路。流到负载电阻RL48的经过整流的半波波形电流，再由电阻RU50和电容CL51较平。上述电流通过导线42和43输出。

下面对具有上述结构的过滤器再生装置的整个工作过程作一介绍。

当微波供给到容有过滤器10的加热室9中时，经过滤器10所清除的粒子开始加热，在这一点，由于几乎不允许空气或废气通过过滤器10，所以微波没有受到过滤器中的活性气流的影响而冷却。因此，在整个过滤器10中分散的粒子，由微波有效地加热，可以获得能够燃烧粒子的温度范围（以下称作“燃烧温度范围”）。

经过一段预定时间之后，促进粒子燃烧的空气从空气供给装置19供给到加热室9中。上述预定的时间是根据供给到加热室9中的微波能级，以及清除粒子的预定区域等来选择的。

供给到过滤器10中的空气量是可以控制的。例如，空气的初始量可以控制，以促进粒子燃烧但又限制燃烧发生区域（以下称作“燃烧区”）在气空中流动方向上的延伸。

很有可能这样进行控制，在过滤器10中的粒子还没有加热到燃烧温度范围时，不希望有妨碍过滤器10的一个区域中温度升高的现象发生。另一方面，这种控制通过供给极低量的空气，可以有效地避免过滤器10中该区域的温度下降。

结果，粒子加热到燃烧温度范围时，空气促进燃烧。从而，燃烧所产生的热量附加到微波所产生的热量中，并且燃烧的热量在过滤器10中传播。结果，在过滤器中扩大了燃烧区域。

此后，增加空气量，在过滤器10的纵向上（排气的流动方向）移动燃烧区域。这种移动持续一段预定的时间，直到过滤器10再生。

当空气量增加时，经过一段合适时间之后，停止供给微波。停止供给时间可以通过预先给定时间，或根据由微波检测装置14所获得的信号进行控制。经过一段预定的时间之后，停止供给空气。虽然微波和空气的供给可以同时停止，但是，通常在停止供给微波之后，继续供给空气并保持一段预定的时间，这样才能完成过滤器10的再生。

利用检测再生程度的装置来确定预定时间，例如通过燃烧所获得的排气热量的温度。

当通过上述操作过程完成过滤器10的再生时，在经过一段较合适的时间之后，允许废气流向过滤器10中。

根据上述控制过程，通过准确地检测已经达到预定能级的粒子量，可以控制作为加热介质的微波供给。由此，可靠地实现了过滤器的再生功能。

粒子量的检测可以在预定周期中实施。为了更可靠地实现过滤器的再生，最理想的是根据粒子量的增加可以缩短时间间隔。

根据这个实施例，过滤器再生装置利用微波检测粒子量，微波还用作加热粒子的介质。但是，加热介质并不限于微波。

长槽13可以设置在加热室9的壁上，废气可以经过加热室9流出。

微波发生装置12可以设置在加热室9中，以致对着微波检测装置14，过滤器10设置在它们之间。

图5表示了本发明另一个实施例主要部分，在该实施例中，电加热器52用作加热介质。该装置包括电加热器52，用来产生微波的微波发生装置53，微波仅用于根据上述方法检测粒子量。该装置还包括加热室9壁上所形成的长槽13，废气经过加热室9流出。用于测量微波能级的天线54（与前述实施例的天线37等效）用箱子55遮住，以防止流出的废气。在这种结构中，与前述实施例一样，粒子量的检测具有很高的准确度。

在该实施例中，微波也可以用于加热这种实施例结构中的粒子。

根据本发明所提供的过滤器再生装置具有下述优点：

（1）随着过滤器所清除粒子量的增加，过滤器的有效的介质因素和介质损耗将改变。因此，整个加热室中微波特性的变化，可以根据由加热室壁上长槽所耦合的微波能级的变化来测定。结果，过滤器所清除的粒子量的检测具有很高的准确性。

（2）由于可以检测经过具有合适尺寸的长槽所耦合的微波能级，所以与利用包含在或伸入到加热室中的天线的结构相比较，能够增强其检测的准确性。

（3）由于检测装置设在加热室的外部，因此检测装置可以避免过热，可以充分地受到保护，而且其位置具有较高的自由变。

（4）由于检测装置位于容有过滤器的加热室壁的附近，因此可以省去控制废气泄漏的专门装置。

（5）由于根据加热室中微波的综合信息检测粒子的量，因此无论加热室的共振条件如何，加热室的结构均可以设计成与过滤器的结构相符合的最佳形式。

（6）在由微波加热粒子的情况下，利用相同微波的信号来检测过滤器所清除的粒子量，这样可以增加检测的准确性。

可以理解，只要不脱离本发明的范围和精神，技术熟练的人员可以明显，容易地作出各种更改。因此，本文所述的发明书并不限于权利要求书所要求保护的范围，而是所描述的权利要求书包括了所有属于本发明的可获专利的新颖的特征，也包括了本发明的所属技术领域的熟练技术人员可能做出和本发明等效的其他特征。

Claims (7)

1、一种内燃机过滤器再生装置，该过滤器再生装置包括：

一个设置在排气管道中的加热室，来自内燃机的废气由该管道排出；

一个容纳在加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子；

一个用来加热燃烧粒子的加热燃烧装置；

用来产生向加热室供给的微波的，微波发生装置；

粒子量检测装置，检测过滤器所清除的粒子数量的增加，该粒子量检测装置包括微波检测装置，该微波检测装置用于检测加热室壁上的，由微波所产生的表面流动量的变化；

一个根据粒子量检测装置的信号，控制加热装置的控制装置。

2、一种内燃机过滤器再生装置，其包括有：

一个设置在排气管道中的加热室，内燃机的废气从该管道排出;

一个容纳在加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子;

用来产生微波的微波发生装置，该微波发生装置因粒子的介质损失，将微波供给到加热室中，这样加热粒子;

用来供给空气，以便促进粒子燃烧的空气供给装置;

用来检测过滤器所清除粒子数量的粒子量检测装置，该粒子量检测装置包括微波检测装置，该微波检测装置用来检测微波引起的，加热室壁上所产生的表面流动的变化;

一个控制装置，该装置根据粒子量检测装置的测定信号，控制微波发生装置和空气供给装置。

3、根据权利要求1和2之一所述的内燃机过滤器再生装置，其特征在于，所述的粒子量检测装置包括一个加热室壁上的长槽，和一根设置在该槽附近并处在加热室外部的天线，所述的天线根据所检测的微波能级，检测表面流动的变化量。

4、根据权利要求3所述的内燃机过滤器再生装置，其特征在于，所述的微波检测装置具有检测回路，该检测回路将所述天线检测的微波能级，转变成直流电压。

5、根据权利要求3所述的内燃机过滤器再生装置，其特征在于，所述的加热室的壁有一长槽，该长槽与过滤器的一个区域相对置。

6、根据权利要求1或2所述的内燃机过滤器再生装置，其特征在于，由所述微波发生装置所产生的微波其频率在ISM频率带范围内。

7、一种内燃机过滤器再生装置，该过滤器再生装置包括：

一个设置在排气管道中的加热室，内燃机的废气从该管道排出;

一个容纳在加热室中的过滤器，用来清除包含在废气中的粒子;

用来产生微波的微波发生装置，该装置因粒子的介质损失，而将所产生的微波供给加热室，从而加热粒子;

用来检测过滤器所清除的粒子数量的粒子量检测装置，该粒子量检测装置包括位于加热室壁上的一个长槽，和一根设置在该槽附近并处于加热室外部的天线;

一个控制装置，该装置根据粒子量检测装置的检测信号，来控制微波发生装置。

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