CN113550811B - 一种柴油机排气颗粒物捕集器及其捕集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机排气颗粒物捕集器及其捕集方法。所述捕集器包括允许发动机尾气通过的捕集器壳体以及封装于所述捕集器壳体中的微粒捕集装置，该捕集器壳体为双层壳体，该微粒捕集装置为具有多个径向开孔的滤芯；所述双层壳体包括外壳体、固定在外壳体内侧壁上的内壳体以及若干两两相对设置的用于使排气气流径向对冲碰撞发生凝并效应的对冲孔，对冲孔开设于所述内壳体侧壁上。本发明将原有捕集器的外壳替换成径向对冲结构的双层外壳，改变排气气流流动方向，将轴向流动的气流分流后在滤芯中发生径向对冲，从而可以降低气流速度，增长两相气流在捕集器内的滞留时间，增加排气气流和过滤装置的接触，可进一步提升捕集器的捕集效率。

Description

一种柴油机排气颗粒物捕集器及其捕集方法

技术领域

本发明涉及尾气净化技术领域，具体为一种柴油机排气颗粒物捕集器及其捕集方法。

背景技术

柴油机尾气颗粒物排放是大气颗粒物污染的主要贡献者，随着国Ⅵ排放标准的出台，对柴油发动机的排放要求越来越高。目前的解决办法是加装微粒捕集器，通过表面涂油稀有金属的滤芯过滤排气颗粒物，可达到较好的效果，但捕集器滤芯孔径小(10um～15um)，会造成柴油发动机较大的功率损失，削弱柴油发动机大马力的优势。

传统的捕集装置基本结构如图1所示，排气气流由气流入口进入后，经过捕集器滤芯，再由气流出口排出。其基本结构为两端锥形，中间圆柱形。而且，传统的捕集器滤芯都是轴向穿孔，如图2所示。使得目前捕集器外壳只是起到对内部滤芯的保护作用，除此之外并无其它作用，导致传统的捕集装置的排气气流沿捕集器轴向单一的流动方式，在捕集操作时，传统捕集器颗粒物分布出现前少后多的非均匀状态，同时也存在颗粒物被高速气流“吹出”捕集器的现象，不利于捕集器对颗粒物的捕集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油机排气颗粒物捕集器及其捕集方法，将原有捕集器的外壳替换成径向对冲结构的双层外壳，改变排气气流流动方向，将轴向流动的气流分流后在滤芯中发生径向对冲，从而可以降低气流速度，增长两相气流在捕集器内的滞留时间，增加排气气流和过滤装置的接触，可进一步提升捕集器的捕集效率。利用该结构也可以在满足捕集效果的前提下，增大滤芯孔径，从而减小捕集器对柴油发动机造成的排气背压，降低发动机功率损失，以解决现有轴向单一方式流动的捕集器捕集效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种柴油机排气颗粒物捕集器，其包括：允许发动机尾气通过的捕集器壳体，其一端为气流入口，其另一端为气流出口；以及封装于所述捕集器壳体中的微粒捕集装置；

该捕集器壳体为双层壳体，该微粒捕集装置为具有多个径向开孔的滤芯；

所述双层壳体包括：外壳体，所述气流入口和所述气流出口分别设置在所述外壳体两端；内壳体，其靠近所述气流出口的一端固定在所述外壳体内侧壁上，所述内壳体与所述外壳体之间围成一个与所述气流入口相连通的外腔体，所述内壳体内部围成一个与所述气流出口相连通的内腔体；以及若干两两相对设置的用于使排气气流径向对冲碰撞发生凝并效应的对冲孔，对冲孔沿所述内壳体径向分布且开设于所述内壳体侧壁上；

所述微粒捕集装置封装于所述内腔体中；所述微粒捕集装置还包括：轴向过滤孔，其沿微粒捕集装置的轴向设置，且与所述微粒捕集装置的径向开孔相连通，用于对径向开孔内对冲碰撞后的尾气过滤。

作为上述方案的进一步改进，所述外壳体与所述内壳体设置在同一轴线上，所述气流入口和所述气流出口均位于所述外壳体轴线上。

作为上述方案的进一步改进，所述内壳体靠近所述气流入口的一端为封闭的导流结构，导流结构呈锥形，用于将气流入口入的尾气分流导流至所述外腔体内。

进一步地，所述外壳体为两端呈锥形，中部呈圆柱形的筒状结构，所述内壳体中部为筒状且平行于所述外壳体中部的筒状结构设置。

作为上述方案的进一步改进，所述对冲孔数量为偶数，对冲孔连通所述内腔体和所述外腔体。

进一步地，所述径向开孔沿所述微粒捕集装置径向设置，每个所述径向开孔的位置均与一个所述对冲孔相对应。

再进一步地，两两相对的所述对冲孔之间的径向开孔为设置在所述微粒捕集装置上的贯通孔，该贯通孔与贯穿的所述轴向过滤孔相连通。

一种柴油机排气颗粒物的捕集方法，其应用于所述的柴油机排气颗粒物捕集器中，所述捕集方法包括以下步骤：

当气流入口中的尾气穿过所述捕集器壳体内的微粒捕集装置时，利用两两相对设置的对冲孔将轴向流动的气流改变为径向流动气流，发生径向对冲碰撞产生凝并效应，由含气固两相的气流对冲使两列颗粒物相互碰撞、反相渗透并将颗粒物沉降与捕集。

一种汽车，其包括：柴油机；所述柴油机还包括：排气颗粒物捕集器，其为所述的柴油机排气颗粒物捕集器，所述排气颗粒物捕集器用于使柴油机的轴向流动的尾气分流后沿对冲孔发生径向对冲碰撞产生凝并效应，对颗粒物沉降与捕集。

一种汽车的排气颗粒物的捕集方法，其应用于所述的汽车中，所述捕集方法包括以下步骤：

发动机启动后尾气由气流入口通过捕集器壳体；

含气固两相的尾气气流分流后沿外腔体轴向流动；

经两两相对设置的对冲孔后改变为径向流动气流，并在微粒捕集装置内发生径向对冲碰撞产生凝并效应，颗粒物沉降与捕集；

接着，排气由轴向过滤孔进入滤芯，滤除排出气体中较小的颗粒物，气体从气流出口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过捕集器外壳结构改变，达到改变柴油机尾气气流流向的目的。改变了以往排气气流沿捕集器轴向单一的流动方式，将原有捕集器的外壳替换成径向对冲结构的双层外壳，改变排气气流流动方向，将轴向流动的气流分流后在滤芯中发生径向对冲，从而可以降低气流速度，增长两相气流在捕集器内的滞留时间，增加排气气流和过滤装置的接触，可进一步提升捕集器的捕集效率；

2.含尾气颗粒物的两相气流对冲还能使颗粒物碰撞后发生凝并效应，增大颗粒物粒径，有助于颗粒物在捕集器内的沉降，提升捕集率；以上机制都有利于微粒捕集器捕集效率的提升；

3.使气流由径向流入捕集器，然后再由轴向流出，可在一定程度上缓解传统捕集器颗粒物分布前少后多的非均匀状态，可使捕集器内前后颗粒物分布较以前结构更加均匀，有助于排气气流的通过，同时也可以避免颗粒物被高速气流“吹出”捕集器的现象，有利于捕集器对颗粒物的捕集；

4.在满足捕集率的情况下，可适当增大捕集器滤芯的孔径，增大气流的通过性，另外，气流对冲可使颗粒物在捕集器内前后分布更加均匀，避免了传统捕集器颗粒物在捕集器尾部堆积，以上因素都有利于减小捕集器对柴油发动机造成的排气背压，降低发动机功率损失，增加柴油机输出马力，增强产品竞争力。

附图说明

图1为传统捕集器的基本结构示意图；

图2为传统集器的滤芯仅设置有轴向过滤孔的结构示意图；

图3为本发明实施例1中的柴油机排气颗粒物捕集器的结构示意图；

图4为本发明实施例1中的柴油机排气颗粒物捕集器的对冲结构外壳结构图；

图5为本发明实施例1中的柴油机排气颗粒物捕集器的微粒捕集装置的结构图；

图6为本发明实施例2中的柴油机排气颗粒物的捕集方法的压缩机舱内的流程图；

图7为本发明实施例4中的汽车的排气颗粒物的捕集方法的流程图。

图中：

1-双层壳体、2-外壳体、3-内壳体、4-气流入口、5-气流出口、6-外腔体、7-内腔体、8-导流结构、9-对冲孔、10-微粒捕集装置、11-滤芯、12-径向开孔、13-轴向过滤孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图3及图4，本实施例的柴油机排气颗粒物捕集器包括允许发动机尾气通过的捕集器壳体以及封装于所述捕集器壳体中的微粒捕集装置10，其中，该捕集器壳体为双层壳体1，该微粒捕集装置10为具有多个径向开孔12的滤芯11。

所述捕集器壳体的外形与传统捕集器基本一致，其基本结构也为两端锥形，中间圆柱形的结构，所述捕集器壳体的一端为气流入口4，另一端为气流出口5，尾气产生的排气气流也是由气流入口4进入后，经过微粒捕集装置10过滤后，再由气流出口5排出，此结构的设计使得市场上目前已有的传统捕集器升级为本发明的捕集器在实际操作中无需进行全新的设计，升级换代较容易实现，有利于使传统捕集器快速升级。

在本实施例中，所述双层壳体1包括外壳体2、内壳体3和开设于所述内壳体3侧壁上的若干对冲孔9。

本发明通过设计双层壳体1结构，将所述外壳体2与所述内壳体3设置在同一轴线上，将所述捕集器壳体的气流入口4和所述气流出口5设置在所述外壳体2两端并处于同一轴线上，所述外壳体2为两端呈锥形，中部呈圆柱形的筒状结构，使得外壳体2的外形结构与所述捕集器壳体的外形结构相同。

另外，将所述内壳体3固定在所述外壳体2靠近所述气流出口5的一端的内侧壁上，所述内壳体3中部为筒状且平行于所述外壳体2中部的筒状结构设置，所述内壳体3靠近所述气流入口4的一端为封闭的呈锥形的导流结构8，使得所述内壳体3与所述外壳体2之间围成一个与所述气流入口4相连通的外腔体6，所述内壳体3内部围成一个与所述气流出口5相连通的内腔体7，而该导流结构8用于将气流入口4入的尾气分流导流至所述外腔体6内。

请参阅图3及图4，若干对冲孔9沿所述内壳体3径向分布并采用两两相对的方式设置，对冲孔9实现连通所述内腔体7和所述外腔体6，由此形成径向对冲的双层壳体1，其能够改变排气气流流动方向，将传统轴向流动气流变为径向对冲，以简单的结构改变提升捕集器的捕集效率或降低捕集器的排气背压，其利用导流结构8将气流入口4输入的轴向流动的气流分流后进入外腔体6，在两两相对设置的对冲孔9处使分流后的气流沿径向流动，排气气流和它所携带颗粒物在轴线位置处发生对冲，从而可以降低气流速度，增长两相气流在捕集器内的滞留时间，增加排气气流和过滤装置的接触，可进一步提升捕集器的捕集效率。

由于发生对冲时两股反向气流速度相等，方向相反，经过相互抵消会使气流速度和其中携带的颗粒物速度降低，含有颗粒物的气流对冲时，相向气固流互相渗透，也可达到颗粒物在捕集器内均匀化的目的。

请参阅图3及图5，所述微粒捕集装置10封装于所述内腔体7中，微粒捕集装置10上的径向开孔12沿其径向设置，且每个所述径向开孔12的位置均与一个所述对冲孔9相对应，优选的，两两相对的所述对冲孔9之间的径向开孔12为设置在所述微粒捕集装置10上的贯通孔，该贯通孔与贯穿的所述轴向过滤孔13相连通，所述微粒捕集装置10上还包括轴向过滤孔13，轴向过滤孔13沿微粒捕集装置10的轴向设置，且与所述微粒捕集装置10的径向开孔12相连通，用于对径向开孔12内对冲碰撞后的尾气过滤。

这样，在本发明的双层壳体1结构下，传统轴向流动气流变为径向对冲气流时，分流后的气流在两对相对的对冲孔处，排气气流和它所携带颗粒物直接由径向开孔12进入贯通设置的轴向过滤孔13内，两股气流在轴线位置处发生对冲，然后再由轴向过滤孔13流出，可在一定程度上缓解传统捕集器颗粒物分布前少后多的非均匀状态，同时也可以避免颗粒物被高速气流“吹出”捕集器的现象，有利于捕集器对颗粒物的捕集。而且，颗粒物在捕集器内的均匀分布也可以增加气流的通过性，从而降低捕集器内部压降，降低再生频率。

在发生对冲时，由于碳烟等固体颗粒物表面往往附着有可溶性有机物，排气颗粒物经对冲碰撞后，会发生凝并效应，生成粒径更大的颗粒物，有利于颗粒物在DPF(微粒捕集器)内的沉降与捕集。本发明对颗粒物的捕集采用扩散捕集、惯性碰撞、拦截捕集以及重力沉降的方式来获得的。因此，气固两相气流对冲可使两列颗粒物对冲流在捕集器内相互碰撞、反相渗透，与捕集设备充分接触，且降速了的气流有助于颗粒物的重力沉降和延长颗粒物在捕集器内的滞留时间，从而达到提升捕集效率的目的。

在本实施例的上述基础上，在满足捕集率要求的前提下，还可以适当增大捕集器的滤芯11的对冲孔9的孔径方式，增加气流通过性；另外，气流对冲可使颗粒物在捕集器内前后分布更加均匀，避免了传统捕集器颗粒物在捕集器尾部堆积。以上因素都有利于降低排气背压，减小发动机输出功率的损失，增加柴油机输出马力，增强产品竞争力。

实施例2

图6是本发明实施例中的柴油机排气颗粒物的捕集方法的流程图，请参阅图6所示，本实施例的方法应用于实施例1的柴油机排气颗粒物捕集器中。

本实施例的柴油机排气颗粒物的捕集方法包括以下步骤：

当气流入口4中的尾气穿过所述捕集器壳体内的微粒捕集装置10时，利用两两相对设置的对冲孔9将轴向流动的气流改变为径向流动气流，发生径向对冲碰撞产生凝并效应，由含气固两相的气流对冲使两列颗粒物相互碰撞、反相渗透并将颗粒物沉降与捕集。

轴向流动的气流改变为径向流动气流可通过实施例1中的设置有对冲孔9的双层壳体1来实现，所述颗粒物沉降与捕集可通过实施例1中的含有径向开孔12及轴向过滤孔13的微粒捕集装置10来实现。

本实施例的柴油机排气颗粒物的捕集方法具有实施例1的柴油机排气颗粒物捕集器的相同有益效果。

实施例3

本发明实施例与实施例1基本相同，其区别在于本发明实施例的一种汽车，其包括柴油机，柴油机作为发动机的一种，该柴油机还包括排气颗粒物捕集器，该排气颗粒物捕集器为实施例1提供的柴油机排气颗粒物捕集器。

在汽车的柴油机启动时，其产生的尾气由柴油机的尾气排气管排入本发明实施例1中的柴油机排气颗粒物捕集器，使柴油机的轴向流动的尾气分流后沿对冲孔9发生径向对冲碰撞产生凝并效应，对颗粒物沉降与捕集，可以降低排气气流在捕集器内的速度，延长捕集时间，提升捕集率；含尾气颗粒物的两相气流对冲还能使颗粒物碰撞后发生凝并反应，增大颗粒物粒径，有助于颗粒物在捕集器内的沉降，提升捕集率；以上机制都有利于微粒捕集器捕集效率的提升，具有实施例1的柴油机排气颗粒物捕集器的相同有益效果，而且，随着国Ⅵ排放标准对柴油机尾气颗粒物的排放限值要求越来越高，本发明的应用必将为柴油发动机的市场应用提供强大的助力。

实施例4

图7是本发明实施例中的汽车的排气颗粒物的捕集方法的流程图，请参阅图7所示，本实施例的方法应用于实施例3的汽车中。

本实施例的汽车的排气颗粒物的捕集方法包括以下步骤：

发动机启动后尾气由气流入口4通过捕集器壳体；

含气固两相的尾气气流分流后沿外腔体6轴向流动；

经两两相对设置的对冲孔9后改变为径向流动气流，并在微粒捕集装置10内发生径向对冲碰撞产生凝并效应，颗粒物沉降与捕集；

接着，排气由轴向过滤孔13进入滤芯11，滤除排出气体中较小的颗粒物，气体从气流出口5排出。

在本实施例中，发动机尾气在通过捕集器壳体时，由于捕集器壳体内部分为了外腔体6和内腔体7两部分，尾气气流由气流入口4进入后，首先由外腔体6内锥形的导流结构8进行导流分流，分流后的尾气气流沿轴向流经外腔体6后，沿对冲孔9发生径向的流动，并在微粒捕集装置10的轴线位置处的径向开孔12内发生对冲碰撞产生凝并效应，颗粒物沉降与捕集，有一些颗粒物会因为碰撞依附在有一些颗粒物会因为碰撞依附在颗粒物阻隔单元上，其余颗粒物会在轴向过滤孔13的过滤下，截留在滤芯11，滤除排出气体中较小的颗粒物，有利于微粒捕集器捕集效率的提升，降低发动机功率损失，相当于同等情况下增加了柴油发动机的马力，提升柴油机产品市场竞争力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油机排气颗粒物捕集器；其包括：

允许发动机尾气通过的捕集器壳体，其一端为气流入口(4)，其另一端为气流出口(5)；以及

封装于所述捕集器壳体中的微粒捕集装置(10)；

其特征在于，该捕集器壳体为双层壳体(1)，该微粒捕集装置(10)为具有多个径向开孔(12)的滤芯(11)；

所述双层壳体(1)包括：

外壳体(2)，所述气流入口(4)和所述气流出口(5)分别设置在所述外壳体(2)两端；

内壳体(3)，其靠近所述气流出口(5)的一端固定在所述外壳体(2)内侧壁上，所述内壳体(3)与所述外壳体(2)之间围成一个与所述气流入口(4)相连通的外腔体(6)，所述内壳体(3)内部围成一个与所述气流出口(5)相连通的内腔体(7)；以及

若干两两相对设置的用于使排气气流径向对冲碰撞发生凝并效应的对冲孔(9)，对冲孔(9)沿所述内壳体(3)径向分布且开设于所述内壳体(3)侧壁上；

所述微粒捕集装置(10)封装于所述内腔体(7)中；所述微粒捕集装置(10)还包括：

轴向过滤孔(13)，其沿微粒捕集装置(10)的轴向设置，且与所述微粒捕集装置(10)的径向开孔(12)相连通，用于对径向开孔(12)内对冲碰撞后的尾气过滤。

2.如权利要求1所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，所述外壳体(2)与所述内壳体(3)设置在同一轴线上，所述气流入口(4)和所述气流出口(5)均位于所述外壳体(2)轴线上。

3.如权利要求1所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，所述内壳体(3)靠近所述气流入口(4)的一端为封闭的导流结构(8)，导流结构(8)呈锥形，用于将气流入口(4)输入的尾气分流导流至所述外腔体(6)内。

4.如权利要求3所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，所述外壳体(2)为两端呈锥形，中部呈圆柱形的筒状结构，所述内壳体(3)中部为筒状且平行于所述外壳体(2)中部的筒状结构设置。

5.如权利要求1所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，所述对冲孔(9)数量为偶数，对冲孔(9)连通所述内腔体(7)和所述外腔体(6)。

6.如权利要求5所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，所述径向开孔(12)沿所述微粒捕集装置(10)径向设置，每个所述径向开孔(12)的位置均与一个所述对冲孔(9)相对应。

7.如权利要求6所述的柴油机排气颗粒物捕集器，其特征在于，两两相对的所述对冲孔(9)之间的径向开孔(12)为设置在所述微粒捕集装置(10)上的贯通孔，该贯通孔与贯穿的所述轴向过滤孔(13)相连通。

8.一种柴油机排气颗粒物的捕集方法，其应用于如权利要求1至7中任意一项所述的柴油机排气颗粒物捕集器中，其特征在于，所述捕集方法包括以下步骤：

当气流入口(4)中的尾气穿过所述捕集器壳体内的微粒捕集装置(10)时，利用两两相对设置的对冲孔(9)将轴向流动的气流改变为径向流动气流，发生径向对冲碰撞产生凝并效应，由含气固两相的气流对冲使两列颗粒物相互碰撞、反相渗透并将颗粒物沉降与捕集。

9.一种汽车，其包括：

柴油机；

其特征在于，所述柴油机还包括：

排气颗粒物捕集器，其为如权利要求1至7中任意一项所述的柴油机排气颗粒物捕集器，所述排气颗粒物捕集器用于使柴油机的轴向流动的尾气分流后沿对冲孔(9)发生径向对冲碰撞产生凝并效应，对颗粒物沉降与捕集。

10.一种汽车的排气颗粒物的捕集方法，其应用于如权利要求9所述的汽车中，其特征在于，所述捕集方法包括以下步骤：

发动机启动后尾气由气流入口(4)通过捕集器壳体；

含气固两相的尾气气流分流后沿外腔体(6)轴向流动；

经两两相对设置的对冲孔(9)后改变为径向流动气流，并在微粒捕集装置(10)内发生径向对冲碰撞产生凝并效应，颗粒物沉降与捕集；

接着，排气由轴向过滤孔(13)进入滤芯(11)，滤除排出气体中较小的颗粒物，气体从气流出口(5)排出。

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