CN1354320A - 柴油机粒子除去装置 - Google Patents

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Abstract

一种双槽三层捕集结构的柴油机粒子除去装置,包括两个主机。各主机具有其上设有用于柴油机废气的入口部和出口部的圆筒形槽。在圆筒形槽中,成卷的配装催化剂加热器、耐热过滤器以及球形配装催化剂过滤器沿柴油机废气入口部按上述顺序安装。这些配装催化剂加热器交替地开启或关闭。

Description

柴油机粒子除去装置
发明背景
发明领域
本发明涉及柴油机粒子除去装置，特别涉及一种柴油机粒子除去装置，其通过加热器和过滤器来捕集含在来自内燃机诸如柴油机废气中的粒子，焚烧捕获的粒子，并从过滤器上除去所述粒子以重复使用所述过滤器或再生过滤器。
本发明要求优先权，其为日本专利申请No.2000-355793，递交于2000年11月22日，和2000-366412，递交于2000年11月30日，其全文引于此作为参考。
现有技术
目前，汽车尾气中限制排放的是主要含有碳和氮的氮氧化物(NOx)，其据说为癌症诱发物质。
由柴油机车排放的废气含有大量的碳颗粒(即所谓黑雾或黑烟)。当所述碳颗粒通过排气管进入空气时，它们将在空气中漂浮很长时间，并最后落在房顶及路面上，或以烟灰的形式附着于衣物上。根据最新的医疗报告，碳物质会吸附大量的各种物质，化学物质诸如与癌症发生有关的物质将吸附在漂浮的碳颗粒上。所述碳颗粒被人体吸入并导致癌症和呼吸系统的疾病。
如上所述，不仅柴油机中氮氧化物(NOx)的限制排放，而且颗粒物质(PM)的排放限制也是一个重要研究课题。为了防止环境受到黑烟的污染，设有由金属纤维和蜂窝状部件组成的黑烟除去过滤器的黑烟捕集装置，其设于汽车柴油机排气管处(参见日本未审定实用新型sho61-55114和sho61-84851官方公报)。但是，当这种黑烟除去过滤器使用一段时间后，所述的过滤器容易为所捕集的黑烟颗粒阻塞，不利地增加了压力损失。
作为这种黑烟阻塞的解决方法，在日本未审定专利公报中Hei2-173310、Hei6-212954和Hei8-193509中记载了柴油机粒子除去装置。
如图16.中所示，如上所述的柴油机粒子除去装置具有圆筒形槽3，其上设有用于排气的入口1和出口2，陶瓷加热器4设于圆筒形槽3的入口端，多孔泡沫过滤器5紧接陶瓷加热器4的后面设置，而且配装催化剂过滤器6紧挨着多孔泡沫过滤器5的后面设置。
根据如上述的柴油机粒子除去装置的常规结构，通过入口1导入圆筒形槽3的废气与陶瓷加热器4接触并燃烧。未燃烧粒子被捕获在多孔泡沫过滤器5和配装催化剂过滤器6中以除去捕集的粒子。此时，陶瓷加热器4和废气的热能或热导向多孔泡沫过滤器5以使收集于多孔泡沫过滤器5中的未燃烧粒子燃烧。设于所述陶瓷加热器4下游的配装催化剂过滤器6从所述陶瓷加热器4和废气中接收较少传导性热，其降低了配装催化剂过滤器6的温度。安装于配装催化剂过滤器6中的催化剂加速了所收集粒子的燃烧，所以被捕获粒子在相对低温度下燃烧并无需外部火源而被除去，使得配装催化剂过滤器6的过滤功能得以恢复。
但是，根据用于除去柴油机粒子的常规装置，由于所述配装催化剂过滤器6是设于陶瓷加热器4的下游，所述配装催化剂过滤器6的温度将在上游端较高并在下游端降低。因此，一些粒子(细颗粒)将无法燃烧，而且所述配装催化剂过滤器6将被未燃烧的粒子阻塞，从而增加了压力损失。在某些情况下，在配装催化剂过滤器6中的大量的未燃烧和收集的粒子被点燃，并且对配装催化剂过滤器6产生损害。
为了不让未燃烧粒子留在配装催化剂过滤器6中，相应的措施是增加陶瓷加热器4的热量以提高配装催化剂过滤器6尾端的温度至所述粒子的燃点温度。但是，由于该措施，在陶瓷加热器4上游端的温度升以至于超过至其不可允许的温度。这导致金属线断裂以及陶瓷加热器4的寿命缩短。根据如上述的常规装置，所述陶瓷加热器4必须在其发热得到控制的条件下使用。因此，存在的问题是设于配装催化剂过滤器下游端的催化剂难以被充分激活，并且所述未燃烧粒子留在该部位。
发明简述
如上述，本发明的一个目的是提供一种柴油机粒子除去装置，通过该装置增加粒子的捕集和除去速度，可以较低电能激活催化剂，并且因此可使所述捕集粒子燃烧并除去以保证所述过滤器重复使用。
根据本发明提供一种柴油机粒子除去装置，其包括：
具有入口部和用于柴油机废气的出口部的圆筒形槽体；
设置于所述圆筒形槽中入口部的卷型或折叠型金属热发生体；以及
设置于所述金属热发生体后续步骤中的耐热过滤器，其用来捕获、焚烧并除去所述柴油机废气中的粒子，
其中，所述金属热发生体覆设有使所述捕获的粒子加速燃烧的催化剂。
在前述的实施例中，优选的实施方式是：所述金属热发生体是通过将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属上具有多个通孔。
而且，优选的实施方式是：所述金属热发生体是通过将将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属具有纵向波纹型且其上具有多个通孔。
优选的实施方式是：所述金属热发生体是通过将将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属具有不平坦的表面和背面，且其上具有多个通孔。
优选的实施方式是：所述金属热发生体具有多个第一通孔和多个第二通孔，第一通孔具有一个或多个沿所述带状金属表面向外突出的第一棘状体，第二通孔具有一个或多个沿所述带状金属表面向外突出的第二棘状体。
优选的实施方式是：所述金属热发生体具有多个第一通孔和多个第二通孔，第一通孔具有一个或多个被设置成沿所述第一通孔的整个周边或部分周边从所述带状金属表面向外突出的第一侧壁，第二通孔具有一个或多个被设置成沿所述第二通孔的整个周边或部分周边从所述带状金属背面向外突出的第二侧壁。
优选的实施方式是：所述第一棘状体或第二棘状体或全部或部分的所述第一或第二侧壁可设为从所述通孔向外延伸的凸起。
而且，优选的实施方式是：一种以上所述通孔的各种棘状体和侧壁的设计为防止每一个粒子通过所述圆筒形槽体的入口部直接进入所述金属热发生体。
优选的实施方式是：其中第一或第二通孔具有顶板或檐板。
而且，优选的实施方式是：其中所述催化剂主要包含一种以上的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝。
优选的实施方式是：其中所述催化剂主要包括68％-78％的一种或多种的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝。
而且，优选的实施方式是：其中所述催化剂主要包括一种以上的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝，还包括至少一种物质选自钯、铑、钌、钛、镍、铁和钴。
而且，优选的实施方式是：其中所述催化剂主要包括一种以上的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝，其含有钌，还包括至少一种物质选自锆酸锂(lithium girconate)、二氧化钛和碳酸钾。
而且，优选的实施方式是：其中在所述耐热过滤器不具有催化剂时，所述耐热过滤器的结构与所述金属热发生体相同。
而且，优选的实施方式是：其中所述耐热过滤器具有设于所述耐热过滤器后续步骤的配装催化剂过滤器。
而且，优选的实施方式是：其中所述配装催化剂过滤器为球形过滤器，其上设有催化剂以使所述被捕获的粒子加速燃烧。
而且，优选的实施方式是：其中所述配装催化剂过滤器为含有陶瓷或氧化铝的球形过滤器，并且其上设有催化剂以使所述被捕获的粒子加速燃烧。
而且，优选的实施方式是：其中具有金属纤维的所述配装催化剂过滤器设于所述配装催化剂过滤器后续步骤。
而且，优选的实施方式是：其中用于柴油机废气的出口部被设计为具有比所述入口部大的开口。
根据本发明提供包括多个结构与权利要求1-18中任一所述的柴油机粒子除去装置相同的粒子除去装置主机的柴油机粒子除去装置，其中，所述主机平行设置。
在前述的装置中，优选的实施方式是：还进一步包括中空分支部件、中空接合部件和N个插设于所述中空分支部件的出口部和所述中空接合部件的入口部之间的粒子除去装置主机以彼此连通，所述中空分支部件具有一个入口部和N个(N为大于2的自然数)用于柴油机废气的出口部，所述中空接合部件具有N个入口部和一个用于柴油机废气的出口部。
而且，优选的实施方式是：其中所述中空分支部件中具有冲击板，以辅助将从所述入口部导入的柴油机废气减低速度和分散。
而且，优选的实施方式是：其中所述中空接合部件的出口部经设计为具有比所述中空分支部件的入口部大的开口。
而且，优选的实施方式是：其中所述装置包括两个或三个彼此具有相同结构的粒子除去装置主机。
而且，优选的实施方式是：其中在N个所述粒子除去装置主机中的每一个所述金属热发生体的结构上为其开启状态/关闭状态是可选择性控制的。
而且，优选的实施方式是：其中在N个所述粒子除去装置主机中分别一个挨着一个地安装的N个所述金属热发生体，其设定为开启状态/关闭状态呈交替变化或按预定时间间隔顺序地变化。
而且，优选的实施方式是：其中N个所述粒子除去装置主机中的每一个具有分别设于所述入口部和出口部附近的上游热传感器和下游热传感器，以及其中对应的所述金属热发生体的开启状态/关闭状态是基于经所述上游热传感器测定的上游温度和经所述下游热传感器测定的下游温度间的温度差异进行控制的。
而且，优选的实施方式是：其中所述上游温度高于所述下游温度，而且所述上游温度和下游温度间的温度差异大于第一个预定标准值，则所述金属热发生体被依次开启，并且当所述下游温度高于所述上游温度，而且所述下游温度和上游温度间的温度差异大于第二个预定标准值，则所述金属热发生体被依次关闭。
而且，优选的实施方式是：其中，所述装置包括N个彼此结构相同的粒子除去装置主机，
其中，当第一个所述粒子除去装置主机的所述金属热发生体处于开启状态时，所述第一个粒子除去装置主机的下游温度高于所述上游温度，并且当该两温度间差异大于所述第二预定标准值时，所述金属热发生体被关闭，然后，当所述第二个粒子除去装置主机的上游温度高于所述下游温度，并且当该两温度间差异大于所述第一个预定标准值，所述金属热发生体被开启，以及
其中，由于处于开启状态，当所述第二个粒子除去装置主机的下游温度高于上游温度，并且当该两温度间的差异大于所述第二个预定标准值，所述金属热发生体被关闭，随后依次重复所述开启/关闭操作。
而且，优选的实施方式是：其中，所述第一和/或第二标准值为5℃-15℃。
而且，优选的实施方式是：其中，每一个所述粒子除去装置主机的预定位置设有压力传感器，并且对应的所述金属热发生体的开启状态是基于所述压力传感器的测定结果来进行控制的。
而且，优选的实施方式是：其中，每一个所述粒子除去装置主机的入口部设有切换阀门，并且所述阀门在所述金属热发生体处于关闭状态时经控制为闭合。
附图简述
本发明的上述和其它目的，优点以及特点将由以下结合附图的说明中更为显见，其中：
图1.所示为本发明第一实施例中两槽型柴油机粒子除去装置的模型剖视轮廓图；
图2.为两槽型柴油机粒子除去装置的正视图；
图3.为组成两槽型柴油机粒子除去装置的配装催化剂加热器的平面图；
图4.为组成配装催化剂加热器的金属加热器的放大图；
图5.为根据本发明改进的配装催化剂加热器的部分放大图；
图6.为根据本发明另一种改进的配装催化剂加热器的部分放大图；
图7.为根据本发明另一种改进的配装催化剂加热器的部分放大图；
图8.为根据本发明另一种改进的操作图；
图9.为第一实施例的操作工艺步骤的流程图；
图10.为本发明第二实施例的两槽型装置的剖视轮廓图；
图11.为本发明第三实施例的三槽型柴油机粒子除去装置的剖视图；
图12.为第三实施例的三槽型柴油机粒子除去装置的主视图；
图13.为第三实施例的三槽型柴油机粒子除去装置的立体图；
图14.为第三实施例的三槽型柴油机粒子除去装置的操作流程图；
图15.为本发明改进的视图；以及
图16.为现有技术的视图。
优选实施例详述
结合附图，通过各实施例对本发明进行进一步详述。
实施例第一实施例
图1.所示为本发明第一实施例中两槽型柴油机粒子除去装置(以下称两槽型装置)的模型剖视轮廓图；图2.为两槽型装置的正视图；图3.为组成两槽型装置的配装催化剂加热器的平面图；图4.为组成配装催化剂加热器的金属加热器的放大图；图5.为根据本发明改进的配装催化剂加热器的部分放大图；图6.为根据本发明另一种改进的配装催化剂加热器的部分放大图；图7.为根据本发明另一种改进的配装催化剂加热器的部分放大图；图8.为根据本发明另一种改进的操作图；以及图9.为第一实施例的操作工艺步骤的流程图。
该两槽型装置安装并用于柴油机上。如图1所示，该两槽型装置主要包括具有一入口部7c和两个柴油机废气用出口部7a和7b的中空分支部件7，具有两个入口部8a和8b以及一个柴油机废气用出口部8c的中空接合部件，及两台相同结构的装置主机9a、9b(以下称容器)，其与中空分支部件7的出口部7a和7b以及中空接合部件8的入口部8a和8b连通。在中空分支部件7的内部设有冲击板S，以减低从入口部7c高速导入的柴油机废气流速度，并使所述气体均匀地分散于出口部7a和7b中。
主机9a和9b分别设有配装催化剂加热器14a和14b(其为卷状三层捕集结构)，耐热过滤器15a和15b以及配装催化剂球形过滤器16a和16b按上述顺序设置。所述配装催化剂加热器14a和14b，耐热过滤器15a和15b以及配装催化剂球形过滤器16a和16b容置于圆筒形容器13a和13b中，该容器设有用于柴油机废气的入口部11a和11b以及出口部12a和12b。
配装催化剂过滤器14a和14b是通过在带状金属板采用(例如)压力机械加工，辊压机械加工以获得具有多个如图4中所示的通孔h的(纵向波浪形)带状金属板17。然后带状金属板17卷成如图3所示的卷筒状，催化剂通过(例如)喷涂法或浸渍法涂敷于卷状板上。如图4的放大图所示，所述带状金属板17的整个板表面具有多个第一通孔ha和第二通孔hb，第一通孔ha具有一个或多个被设置成沿所述第一通孔的板表面从所述带状金属表面向外突出的第一环形侧壁Wa，第二通孔hb具有一个或多个被设置成沿所述第二通孔的板表面从所述带状金属背面向外突出的第二环形侧壁Wb。设置所述通孔h的目的是提高所述带状金属板17的电阻，并用它作为电加热器以及使所述柴油机废气粒子可沿配装催化剂加热器14a和14b的径向运动，提高了粒子与配装催化剂加热器14a和14b的碰撞几率并延长了粒子在配装催化剂加热器14a和14b中的停留时间。设置第一环形侧壁Wa和第二环形侧壁Wb以对通孔h形成的接触面积减少进行补充，提高了粒子与配装催化剂加热器14a和14b的碰撞几率，防止柴油机废气粒子直接前行以延长粒子的停留时间，并防止由于废气在其中流通而引起的催化剂脱离。此外，在实施例中，为了提高柴油机废气粒子与加热器的碰撞几率，从圆筒形容器13a和13b的入口部11a和11b导入配装催化剂加热器14a和14b的每一个粒子都将由一个或多个通孔h的侧壁Wa和Wb阻止直接前行。
需要注意的是，无须在每一个通孔h的全部周边上设置侧壁Wa和Wb。可在每一个通孔的部分周边上设置单个或多个侧壁。优选所述侧壁呈自周边延伸的凸起以增强阻止催化剂脱离的功效。在侧壁Wa和Wb上，可使用包括尖刺状或芒刺状的棘状凸起。如果需要，该侧壁Wa和Wb可省去。该通孔还可制成具有屋檐状顶板Ca和Cb(如图5示)的通孔ha，具有侧开顶板Ya和Yb(如图6所示)的通孔hb，以及具有斜顶板Sa和Sb(如图7所示)的通孔Hc。屋檐状顶板Ca和Cb、侧开顶板Ya和Yb以及斜顶板Sa和Sb的方位在各种条件下经优选并确定。所述通孔h、ha、hb和hc优选在金属板17上混合使用。通孔的密度是任意选择的。
优选采用的带状金属板17的材料为主要含不锈钢和其它诸如铝、铜和镍。从催化剂功效的稳定性和持久性角度出发，优选能强化催化剂功效并能焚烧所捕集的粒子的材料，而且其组成主要为选自α-氧化铝、β-氧化铝以及γ-氧化铝的一种或多种组分。更优选含有该组分68％-78％。具体地，适宜的材料主要含有选自α-氧化铝、β-氧化铝以及γ-氧化铝的一种或多种组分，而还进一步含有至少一种元素选自钯、铑、钌、钛、镍、铁和钴，因为它催化剂反应性优良且反应热值高，此外，带状金属板17的另一种优选材料可主要含有选自α-氧化铝、β-氧化铝以及γ-氧化铝的一种或多种组分，并进一步含有锆酸锂、二氧化钛或碳酸钾中至少一种，因为该材料产生大量反应热。在本实施例中，采用A-氧化铝：73.0％，钌：18.0％，锆酸锂：7.0％，二氧化钛：1.7％，以及碳酸钾：0.3％的催化剂。
除了过滤器不具有催化剂之外，耐热过滤器15a和15b具有与金属热发生体相同的结构。该耐热过滤器15a和15b设于配装催化剂加热器14a和14b的后面，并通过绝缘体(图中未示)与配装催化剂加热器14a和14b接合，用以捕集柴油机废气粒子并焚烧除去。
所述球形配装催化剂过滤器16a和16b具有由陶瓷或氧化铝以及用来使捕集粒子加速焚烧的催化剂制成的球形过滤器。所述球形配装催化剂过滤器16a和16b设于耐热过滤器15a和15b之后并与耐热过滤器15a和15b接合。
此后，本发明第一实施例中的两槽型装置的电结构简述如下。
配装催化剂加热器14a和14b可通过柴油机的电池供电。
如图8所示，上游端热传感器Ua、Ub以及下游端热传感器Da、Db安装于各装置主机9a、9b的入口部11a、11b以及出口部12a、12b的附近，如所述，相应配装催化剂加热器14a或14b的开启/关闭状态是通过上游端热传感器Ua、Ub检测的上游端温度Tu与下游端热传感器Da、Db所检测的下游端温度Td之间的温度差来确定的。即，当所述上游端温度Tu高于下游端温度Td，而且所述温度差异(Tu-Td)超过第一标准值(优选地，其为5℃-15℃；本实施例中为5℃)，所述配装催化剂加热器14a或14b由关闭状态转变为开启状态。同样地，当当所述下游端温度Td高于上游端温度Tu，而且所述温度差异(Td-Tu)超过第二标准值(优选地，其为5℃-15℃；本实施例中为5℃)，所述配装催化剂加热器14a或14b由开启状态转变为关闭状态。根据本实施例，配装催化剂加热器14a或14b的开启原则上是由电池能量确定。这样，所述加热器交替开启。所述加热器可同时为关闭状态。
当所述配装催化剂加热器14a或14b设置于关闭状态，且温度差异(Tu-Td)达到第一标准值，所述配装催化剂加热器14a或14b则将由关闭状态变为开启状态。变化的原因如下。
当配装催化剂加热器14a或14b处于关闭状态时，催化剂活性较差，所以产生了许多未燃烧粒子。因此，在下游端的球形配装催化剂过滤器16a或16b被阻塞，导致背压升高，从而所述发动机和排气装置的体系将有被损坏的危险。在这种情况下，吸收了柴油机废气热量的上游端温度比下游端温度要高。随着时间的推移，温度差异(Tu-Td)不断加大。考虑到这一点，当采用上游端热传感器Ua、Ub和下游端热传感器Da、Db检测的温度差异(Tu-Td)超过第一标准值，可以认为在下游端球形配装催化剂过滤器16a或16b中开始发生阻塞。所述配装催化剂加热器14a或14b从关闭状态变为开启状态，以将捕集于球形配装催化剂过滤器16a或16b中的未燃烧粒子燃烧并除去。
当所述配装催化剂加热器14a或14b处于开启状态时，且温度差异(Td-Tu)达到第二标准值，所述配装催化剂加热器14a或14b则将由开启状态变为关闭状态。变化的原因如下。
当配装催化剂加热器14a或14b处于开启状态时，加热器吸收了因催化剂反应热引起的高温柴油机废气并还吸收了来自高温配装催化剂加热器14a的传导热。这致使下游端温度高于上游端温度。随着时间的推移，温度差异(Td-Tu)不断加大。为了解决这个问题，当采用下游端热传感器Da、Db和上游端热传感器Ua、Ub检测的温度差异(Td-Tu)超过第二标准值，可以认为催化剂活性过高。所述配装催化剂加热器14a或14b从开启状态变为关闭状态，以防止配装催化剂加热器14a或14b的组成部分被加热损坏。
根据具有上述结构的两槽型装置柴油机，在冷启动时，控制部(未示出)仅开启容置于一个装置主机(例如，装置主机9a)中的配装催化剂加热器14a。此时，容置于另一个装置主机9b中的另一个配装催化剂加热器14b保持关闭状态(参见图9的步骤S1)。
因此，所述配装催化剂加热器14a经加热，所述催化剂被激活。这样，当含在柴油机废气中的粒子与配装催化剂加热器14a接触并捕集于该加热器，通过催化剂反应产生的热燃烧细颗粒并除去。当粒子与第一及第二环形侧壁Wa、Wb和顶板Ca、Cb、Ya、Yb、Sa和Sb(其上设有催化剂)碰撞时，所述粒子燃烧并被除去。与第一及第二环形侧壁Wa、Wb和顶板Ca、Cb、Ya、Yb、Sa和Sb接触但未被捕集的粒子经反射经由缝隙通过通孔。该运动增加了细颗粒接触配装催化剂加热器14的机会或可能性。因此，相对于常规装置粒子接触几率大为增加，而且燃烧的概率也增加。因此，不停顿通过配装催化剂加热器14a的未燃烧粒子数目减少了。但是，一旦未燃烧和通过配装催化剂加热器14a的粒子被耐热过滤器15a捕获，它们最终将被点燃、焚烧并除去。这通过温度比配装催化剂加热器14a高的耐热过滤器15a来进行，耐热过滤器温度高的原因在于吸收了因催化剂反应热引起的高温柴油机废气并还吸收了来自高温配装催化剂加热器14a的传导热。而且，其中存在未燃烧粒子，其将通过或溜过耐热过滤器15a。当此类未燃烧粒子接触由热柴油机废气激活的球形配装催化剂过滤器16a时，其将被焚烧并除去。所进行的操作性实验表明超过80％的粒子被除去。
至于设有配装催化剂加热器14a(其处于开启状态)的装置主机9a，暴露于热柴油机废气中的所述下游端具有比上游端低的温度，并且随时间的推移温度差异(Td-Tu)增加。
当由下游端热传感器Da和上游端热传感器Ua检测的温度差异(Td-Tu)超过5℃(预先设定的第二标准值(步骤S2))，控制部将使所述配装催化剂加热器14a关闭(步骤S3)。从而，防止催化剂的过度激活，并且避免了配装催化剂加热器14a结构部分和其他部分的热损伤。
同时，在另一个装置主机9b中的配装催化剂加热器14b保持为关闭状态(步骤S1)，催化剂无法达到其激活温度。这样，许多未燃烧粒子流到下游端并由耐热过滤器15b和球形配装催化剂过滤器16b捕获。但是此时，耐热过滤器15b和球形配装催化剂过滤器16b的温度低于未燃烧粒子的燃烧温度，因此所捕获的未燃烧粒子无法燃烧并不能被除去。因此，耐热过滤器15b和球形配装催化剂过滤器16b的阻塞情形将出现。至于热量关系，如上述，先吸收了柴油机废气热量的上游端温度高于下游端，温度差异(Tu-Td)随时间推移而增加。当由上游端热传感器Ub和下游端热传感器Db测定的温度超过第一标准值(步骤S4)，控制部判断在下游端的球形配装催化剂过滤器16b中已出现阻塞，则配装催化剂加热器14b由关闭状态变为开启状态(步骤S5)。因此，在配装催化剂加热器14b中催化剂温度达到其活化温度，从而使所述与催化剂接触的粒子燃烧并迅速地升高了柴油机废气的温度。
下游端暴露于热柴油机废气中并被加热，并且捕集于球形配装催化剂过滤器16b和其他部件中的未燃烧粒子经焚烧除去。因此，降低发动机的效率并损害废气系统的背压升高情形可被防止。
在步骤S6中，控制部监测装置主机9b中的上游端和下游端的温度差异(Td-Tu)。在具有配装催化剂加热器14b(为开启状态)的装置主机9b中，下游端较上游端更多地暴露于高温柴油机废气中，所以温度差异(Td-Tu)随时间的推移而增加。
当由下游端热传感器Db和上游端热传感器Ub检测的温度差异(Td-Tu)超过(5℃)预先设定的第二标准值(步骤S6)，所述配装催化剂加热器14b关闭(步骤S7)。从而，防止催化剂的过度激活，并且避免了配装催化剂加热器14b结构部分和其他部分的热损伤。
然后，控制部进入步骤S8，并再次检查装置主机9a的上游端和下游端的温度差异(Tu-Td)。在装置主机9a中，所述配装催化剂加热器14a已变为关闭状态(步骤S3)，且所述催化剂经冷却至活化温度以下。因此，许多未燃烧粒子流入下游端并被耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a所捕获。但是，这种情况下，这些耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a温度要比柴油机废气粒子的燃烧温度低，所以所捕集和未燃烧的粒子无法燃烧并除去，导致耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a的阻塞。而且，如上述，一开始暴露于热柴油机废气的上游端要比下游端热，所以随时间的推移温度差异(Tu-Td)增加。
当由上游端热传感器Ua和下游端热传感器Da测定的温度差异(Tu-Td)超过第一标准值(步骤S8)，控制部判断在下游端的球形配装催化剂过滤器16a和其它部件中已出现阻塞，则配装催化剂加热器14a由关闭状态变为开启状态(步骤S9)。因此，在配装催化剂加热器14a中催化剂温度再次达到其活化温度，从而使所述与催化剂接触的粒子燃烧并迅速地升高了柴油机废气的温度。因下游端暴露于热柴油机废气中而被加热，并且捕集于球形配装催化剂过滤器16a和其他装置中大量未燃烧粒子经焚烧除去。因此，降低发动机的效率并损害废气系统的背压升高情形可被防止。此后，返回步骤S2并重复上述操作。
根据本发明的第一实施例，使用适宜的催化剂并使用设有改进表面开孔形状的配装催化剂加热器14a、14b，其可提高粒子的收集或捕集比率。而且，所述催化剂和加热器为一体化结构，所以其可相对于催化剂温度变化得到快速连续作业，并减少装置所需的电池电能。换言之，可低能量激活所述催化剂，因此捕集的粒子可被焚烧并除去。由于所述两槽型结构和配装催化剂加热器14a、14b交替使用，单个加热器的负担减轻，装置的寿命大大提高。第二实施例
图10为本发明第二实施例的两槽型装置的剖视轮廓图。第二实施例的两槽型装置与第一实施例的有较大不同，如下述。金属纤维制成的过滤器18a、18b设于球形配装催化剂过滤器16a、16b之后，形成一个四阶段捕集结构的装置。设计这样的四阶段结构装置是期望细粒子除去比例得到较大的提高和改善。第三实施例
图11为本发明第三实施例的三槽型柴油机粒子除去装置(此后称三槽型装置)的剖视轮廓图；图12为三槽型装置的前视图；图13为三槽型装置的透视图，以及图14为第三实施例的操作流程图。
第三实施例与第二实施例的结构不同之处在于，在装置主机9a、9b上添加一个槽体，装置主机9c以形成三槽型结构。
当具有上述三槽型结构的柴油机开始冷启动时，控制部将使(例如)设于装置主机9a中的配装催化剂加热器14a变为开启状态。在装置主机9a、9c中另外的配装催化剂加热器14a、14c保持为关闭状态(图14中步骤P1)。然后，配装催化剂加热器14a经加热激活所述催化剂。当在柴油机废气中的粒子接触并捕集于配装催化剂加热器14a中，它们被点燃并在催化剂反应热的作用焚烧，从而被除去。由于粒子的燃烧，柴油机废气被加热，其使得耐热过滤器15a、球形配装催化剂过滤器16a和在下游端的金属纤维过滤器18a均变烫。当所述粒子接触了配装催化剂加热器14a、耐热过滤器15a、球形配装催化剂过滤器16a以及金属纤维过滤器18a中的一个，所述细粒子将被焚烧除去。因此，超过80％的粒子将被除去。
相反地，若装置主机9a设有配装催化剂加热器14a(处于开启状态)，其下游端暴露于热柴油机废气中并被加热至温度高于上游端，温度差异随时间的推移而增加。为了防止由下游端热传感器Da和上游端热传感器Ua检测的温度差异(Td-Tu)超过(5℃)预先设定的第二标准值(步骤P2)。控制部开启所述配装催化剂加热器14a(步骤P3)。从而，防止催化剂的过度激活，并且避免了配装催化剂加热器14a结构部分和其他部分的热损伤。
然后，控制部进入步骤P4，并再次检查装置主机9a的上游端和下游端的温度差异(Tu-Td)。此时，在装置主机9b中，所述配装催化剂加热器14b保持为关闭状态(步骤P1)，且所述催化剂经冷却至活化温度以下。因此，许多未燃烧粒子流入下游端并被耐热过滤器15b、球形配装催化剂过滤器16b以及金属纤维过滤器18b所捕获。但是，这种情况下，这些耐热过滤器15b、球形配装催化剂过滤器16b以及金属纤维过滤器18b的温度要比柴油机废气粒子的燃烧温度低，所以所捕集和未燃烧粒子无法燃烧并除去，导致耐热过滤器15b和球形配装催化剂过滤器16b的阻塞。就热量关系而言，如上述，一开始吸收柴油机废气热量的上游端要比下游端热，所以随时间的推移温度差异(Tu-Td)增加。
当由上游端热传感器Ub和下游端热传感器Db测定的温度差异(Tu-Td)超过第一标准值(步骤P4)，控制部判断在下游端的球形配装催化剂过滤器16b和其它部件中已出现阻塞，则配装催化剂加热器14b由关闭状态变为开启状态(步骤P5)。因此，在配装催化剂加热器14b中催化剂温度再次达到其活化温度，从而使所述与催化剂接触的粒子燃烧并迅速地升高了柴油机废气的温度。因下游端暴露于热柴油机废气中而被加热，并且捕集于球形配装催化剂过滤器16b和其他装置中大量未燃烧粒子经焚烧除去。因此，降低发动机的效率并损害废气系统的背压升高情形可被防止。
在步骤P6的下一个步骤中，控制部继续监视装置主机9b中上游端和下游端的温度差异(Td-Tu)。如上述，具有配装催化剂加热器14b(处于开启状态)的装置主机9b的下游端暴露于比上游端热的柴油机废气中，所以随时间推移温度差异(Tu-Td)加大。当由下游端热传感器Db和上游端热传感器Ub测定的温度差异(Tu-Td)超过预先设定的第二标准值5℃，控制部则关闭配装催化剂加热器14b(步骤P7)。因此，防止催化剂的过度激活，并且避免了配装催化剂加热器14b结构部分和其他部分的热损伤。
在下一个步骤P8中，控制部监视装置主机9c中上游端和下游端的温度差异(Tu-Td)。此时，在装置主机9c中，所述配装催化剂加热器14c保持为关闭状态(步骤P1)，且所述催化剂经冷却至活化温度以下。因此，许多未燃烧粒子流入下游端并被耐热过滤器15c、球形配装催化剂过滤器16c以及金属纤维过滤器18c接触并被捕获。但是，这种情况下，这些耐热过滤器15c、球形配装催化剂过滤器16c以及金属纤维过滤器18c的温度要比柴油机废气粒子的燃烧温度低，所以所捕集和未燃烧粒子无法燃烧并除去。因此，耐热过滤器15c和球形配装催化剂过滤器16c开始阻塞。就热量关系而言，如上述，一开始暴露于热柴油机废气的上游端要比下游端热，所以随时间的推移温度差异(Tu-Td)增加。当由上游端热传感器Uc和下游端热传感器Dc测定的温度差异(Tu-Td)超过第一标准值(步骤P8)，控制部判断在下游端的球形配装催化剂过滤器16c及其他部件中已出现阻塞，则配装催化剂加热器14c由关闭状态变为开启状态(步骤P5)。因此，在配装催化剂加热器14c中催化剂温度达到其活化温度，从而使所述与催化剂接触的粒子燃烧并迅速地升高了柴油机废气的温度。因下游端暴露于热柴油机废气中而被加热，并且捕集于球形配装催化剂过滤器16c和其他装置中大量未燃烧粒子经焚烧除去。因此，降低发动机的效率并损害废气系统的背压升高情形可被防止。
在下一个步骤P10中，控制部继续监视装置主机9c中上游端和下游端的温度差异(Td-Tu)。如上述，具有配装催化剂加热器14c(处于开启状态)的装置主机9c的下游端暴露于比上游端热的柴油机废气中，所以随时间推移温度差异(Td-Tu)加大。当由下游端热传感器Dc和上游端热传感器Uc测定的温度差异(Td-Tu)超过预先设定的第二标准值5℃(步骤P10)，控制部则关闭配装催化剂加热器14c(步骤P11)。因此，催化剂不会过度激活，并且避免了配装催化剂加热器14b结构部分和其他部分的热损伤。
然后，继续进行步骤P12，控制部再次监视装置主机9a中上游端和下游端的温度差异(Tu-Td)。此时，在装置主机9a中，所述配装催化剂加热器14a变为关闭状态(步骤P3)，且所述催化剂经冷却至活化温度以下。因此，许多未燃烧粒子流入下游端并被耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a所捕获。但是，这种情况下，这些耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a的温度要比柴油机废气粒子的燃烧温度低，所以所捕集和未燃烧粒子无法燃烧并除去，从而导致耐热过滤器15a和球形配装催化剂过滤器16a开始阻塞。而且如上述，在这种情况下，一开始暴露于热柴油机废气的上游端要比下游端热，所以随时间的推移温度差异(Tu-Td)增加。
当由上游端热传感器Ua和下游端热传感器Da测定的温度差异(Tu-Td)超过第一标准值(步骤P12)，控制部判断在下游端的球形配装催化剂过滤器16a中已出现阻塞，则配装催化剂加热器14a由关闭状态变为开启状态(步骤P13)。因此，在配装催化剂加热器14a中催化剂温度再次达到其活化温度，从而使所述与催化剂接触的粒子燃烧并迅速地升高了柴油机废气的温度。因下游端暴露于热柴油机废气中，所以捕集于球形配装催化剂过滤器16a和其他装置中大量未燃烧粒子经焚烧除去。因此，降低发动机的效率并损害废气系统的背压升高情形可被防止。此后返回步骤P2，重复上述各步骤。
如上述，根据第三实施例，使用适宜的催化剂并使用设有改进表面开孔形状的配装催化剂加热器14a、14b和14c，其可提高粒子的收集或捕集比率。由于所述催化剂和加热器为一体化结构，所以其可相对于催化剂温度变化进行快速连续作业，并减少装置所需的电池电能。即，可低能量激活所述催化剂，因此捕集的粒子可被焚烧并除去，使所述过滤器得到清洗。而且，第三实施例具有由配装催化剂加热器14a、14b和14c组成的三槽型结构和可交替地使用加热器。因此，单个加热器的负担减轻，装置的寿命大大提高。
本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明精神和范围的条件下，可对本发明进行变换和修改。例如，在圆筒形槽体中的金属热发生体尽可能准确，由于发动机上设有背压，假设缺少压力也没有关系。热发生体的形状不限于卷状(参见图3)。例如，可采用折叠状，而且，在上述的实施例中，使用一个金属热发生体，但也可使用多个串联或并联设置的金属热发生体。装置主机的个数不限于两个或三个。可以使用四槽型或更多，以及单槽型。
根据以上的实施例，相对于电池的容量，两槽型装置的两个配装催化剂加热器交替地开启。在三槽型装置中，三个配装催化剂加热器顺序地一个个开启。当电池具有充足的能量，有可能同时开启多个配装催化剂加热器。通过在各个槽体(如图15所示)的入口部上设置切换阀21a、21b、21c，并且所述入口部由所述切换阀封闭，有可能较大程度地解决槽体中阻塞问题。
如上述，本发明的柴油机粒子除去装置可具有较高的捕集粒子比率，并且由于催化剂和加热器为一体化结构，催化剂的温度迅速升高，并且催化剂可在高速下进行控制。而且，减轻了电池的负荷，所以电能消耗降低了。即，可低电能激活催化剂，并且所捕获的粒子可较好地燃烧并除去，所述过滤器得到恢复并大大延长装置的寿命。

Claims (32)

1.一种柴油机粒子除去装置，其包括：
具有入口部和用于柴油机废气的出口部的圆筒形槽；
设置于所述圆筒形槽中入口部上的卷型或折叠型金属热发生体；以及
设置于所述金属热发生体后续步骤的耐热过滤器，其用来捕获、焚烧并除去所述柴油机废气中的粒子，
其中，所述金属热发生体覆设有使所述捕获的粒子加速燃烧的催化剂。
2.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中，所述金属热发生体是通过将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属上具有多个通孔。
3.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中所述金属热发生体是通过将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属具有纵向波纹型且其上具有多个通孔。
4.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中所述金属热发生体是通过将将带状金属沿其纵轴向卷成旋筒形或将所述带状金属折叠为叠层而形成的，所述带状金属具有不平坦的表面和背面，且其上具有多个通孔。
5.如权利要求2所述的柴油机粒子除去装置，其中所述金属热发生体具有多个第一通孔和多个第二通孔，第一通孔具有一个或多个沿所述带状金属表面向外突出的第一棘状体，第二通孔具有一个或多个沿所述带状金属背面向外突出的第二棘状体。
6.如权利要求2所述的柴油机粒子除去装置，其中所述金属热发生体具有多个第一通孔和多个第二通孔，第一通孔具有一个或多个被设置成沿所述第一通孔的整个周边或部分周边从所述带状金属表面向外突出的第一侧壁，第二通孔具有一个或多个被设置成沿所述第二通孔的整个周边或部分周边从所述带状金属背面向外突出的第二侧壁。
7.如权利要求4所述的柴油机粒子除去装置，其中所述第一棘状体或第二棘状体或全部或部分的所述第一或第二侧壁可设为从所述通孔向外延伸的凸起。
8.如权利要求2所述的柴油机粒子除去装置，其中一种以上所述通孔的各种棘状体和侧壁的设计为防止每一个粒子通过所述圆筒形槽的入口部直接进入所述金属热发生体。
9.如权利要求2所述的柴油机粒子除去装置，其中第一或第二通孔具有顶板或檐板。
10.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中所述催化剂主要包含一种或多种的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝。
11.如权利要求10所述的柴油机粒子除去装置，其中所述催化剂主要包括68％-78％的一种以上的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝。
12.如权利要求10所述的柴油机粒子除去装置，其中所述催化剂主要包括一种或多种的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝，还包括至少一种物质选自钯、铑、钌、钛、镍、铁和钴。
13.如权利要求10所述的柴油机粒子除去装置，其中所述催化剂主要包括一种或多种的组分，所述组分选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝，其含有钌，还包括至少一种物质选自锆酸锂、二氧化钛和碳酸钾。
14.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中在所述耐热过滤器不具有催化剂时，所述耐热过滤器的结构与所述金属热发生体相同。
15.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中所述耐热过滤器具有设于所述耐热过滤器后续步骤的配装催化剂过滤器。
16.如权利要求15所述的柴油机粒子除去装置，其中所述配装催化剂过滤器为球形过滤器，其上设有催化剂以使所述被捕获的粒子加速燃烧。
17.如权利要求15所述的柴油机粒子除去装置，其中所述配装催化剂过滤器为含有陶瓷或氧化铝的球形过滤器，并且其上设有催化剂以使所述被捕获的粒子加速燃烧。
18.如权利要求15所述的柴油机粒子除去装置，其中所述具有金属纤维的配装催化剂过滤器设于所述配装催化剂过滤器后续步骤。
19.如权利要求1所述的柴油机粒子除去装置，其中用于柴油机废气的出口部被设计为具有比所述入口部大的开口。
20.包括多个结构与权利要求1中的柴油机粒子除去装置相同的粒子除去装置主机的柴油机粒子除去装置，其中，所述主机平行设置。
21.如权利要求20所述的柴油机粒子除去装置，还进一步包括中空分支部件、中空接合部件和N个插设于所述中空分支部件的出口部和所述中空接合部件的入口部之间的粒子除去装置主机以彼此连通，所述中空分支部件具有一个入口部和N个(N为大于2的自然数)用于柴油机废气的出口部，所述中空接合部件具有N个入口部和一个用于柴油机废气的出口部。
22.如权利要求21所述的柴油机粒子除去装置，其中所述中空分支部件中具有冲击板，以辅助将从所述入口部导入的柴油机废气减低速度和分散。
23.如权利要求21所述的柴油机粒子除去装置，其中所述中空接合部件的出口部经设计为具有比所述中空分支部件的入口部大的开口。
24.如权利要求21所述的柴油机粒子除去装置，其中所述装置包括两个或三个彼此具有相同结构的粒子除去装置主机。
25.如权利要求20所述的柴油机粒子除去装置，其中在N个所述粒子除去装置主机中的每一个所述金属热发生体的结构上为其开启状态/关闭状态是可选择性控制的。
26.如权利要求25所述的柴油机粒子除去装置，其中在N个所述粒子除去装置主机中分别一个挨着一个地安装的N个所述金属热发生体，其设定为开启状态/关闭状态呈交替变化或按预定时间间隔顺序地变化。
27.如权利要求25所述的柴油机粒子除去装置，其中N个所述粒子除去装置主机中的每一个具有分别设于所述入口部和出口部附近的上游热传感器和下游热传感器，以及其中对应的所述金属热发生体的开启状态/关闭状态是基于经所述上游热传感器测定的上游温度和经所述下游热传感器测定的下游温度间的温度差异进行控制的。
28.如权利要求27所述的柴油机粒子除去装置，其中所述上游温度高于所述下游温度，而且所述上游温度和下游温度间的温度差异大于第一个预定标准值，则所述金属热发生体被依次开启，并且当所述下游温度高于所述上游温度，而且所述下游温度和上游温度间的温度差异大于第二个预定标准值，则所述金属热发生体被依次关闭。
29.如权利要求28所述的柴油机粒子除去装置，其中，所述装置包括N个彼此结构相同的粒子除去装置主机，
其中，当第一个所述粒子除去装置主机的所述金属热发生体处于开启状态时，所述第一个粒子除去装置主机的下游温度高于所述上游温度，并且当该两温度间差异大于所述第二预定标准值时，所述金属热发生体被关闭，然后，当所述第二个粒子除去装置主机的上游温度高于所述下游温度，并且当该两温度间差异大于所述第一个预定标准值，所述金属热发生体被开启，以及
其中在处于开启状态时，当所述第二个粒子除去装置主机的下游温度高于上游温度，并且当该两温度间的差异大于所述第二个预定标准值，所述金属热发生体被关闭，随后依次重复所述开启/关闭操作。
30.如权利要求28所述的柴油机粒子除去装置，其中，所述第一和/或第二标准值为5℃-15℃。
31.如权利要求25所述的柴油机粒子除去装置，其中，每一个所述粒子除去装置主机的预定位置设有压力传感器，并且对应的所述金属热发生体的开启状态是基于所述压力传感器的测定结果来进行控制的。
32.如权利要求25所述的柴油机粒子除去装置，其中，每一个所述粒子除去装置主机的入口部设有切换阀门，并且所述阀门在所述金属热发生体处于关闭状态时经控制为闭合。
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