CN1602389A - 废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于净化内燃机(1)所排放的废气的装置，包括一设置在位于发动机(1)与排气口(8)之间的排气管道(7)中的第一过滤器(10)以用于去除废气中的微粒组分，以及一用于将一部分已经过所述第一过滤器(10)的废气转向并将这部分废气再循环至发动机的进气口(2)的再循环管道(11)。这种装置还包括一设置于再循环管道的入口端(20)与发动机的进气口(2)之间的第二过滤器(30)。此外，本发明还涉及废气净化装置尤其是在柴油机中的用途。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种用于净化内燃机所排放的废气的装置和方法，发动机所排放的废气经过设置在位于发动机与排气口之间的排气管道中的过滤器，以便去除废气中的微粒组分，并且一部分已经过所述过滤器的废气转向通过一再循环管道并再循环至发动机的进气口。而且，本发明涉及废气净化装置的用途，尤其是在柴油机中的用途。
背景技术
众所周知，EGR(废气再循环)是一种用于减少有害废气，尤其是氮氧化物(NOx)的比例的有利净化方法。在一种EGR系统中，发动机排放的一部分废气再循环至其进气口处。
尤其是对于柴油机，存在的问题是会产生大量的微粒组分。短语“微粒组分”包括微粒例如烟灰，以及燃料和油所发出的有机残余物(命名为SOF)。已知可以使用各种类型的过滤器来去除这种废气中的微粒组分。为了防止发动机排放的废气中通过EGR系统所包括的再循环管道而再循环至发动机进气口的部分内的微粒组分损坏发动机，适当的做法是使得这部分废气在再循环至发动机之前先通过一微粒过滤器。例如，因为再循环管道的入口端设置于位于排气管道中的过滤器的下游，这就可能发生，例如如DE 4007516 C2中所示。另一种替代方案是将过滤器直接设置于再循环管道中，例如如US 5592925 A中所示。这些已知解决方案的一个缺点在于，过滤器的故障可能会造成未经过滤或未充分过滤的废气通过再循环管道再循环至发动机的进气口，这又可能造成高成本的发动机故障。一种防止未经过滤或未充分过滤的废气再循环至发动机的进气口的方法就是在过滤器下游的废气流中设置一些类型的传感器，以便检测该废气流中的微粒量。当传感器记录下再循环的废气中的微粒量超过某个极限值时，废气再循环就会中断以便使得未经过滤或未充分过滤的废气不会再循环至发动机的进气口。这种解决方案需要安装复杂的电子设备，因而这种方案的实施比较复杂且成本较高。而且，这种解决方案易于受到电子组件中的干扰。
发明目的
本发明的目的在于发展现有技术以便实现简单可靠地保证未经过滤或未充分过滤的废气将不能再循环至带有EGR系统的发动机的进气口的目的。
发明内容
根据本发明，所述目的可以利用根据权利要求1的装置和根据权利要求10的方法而实现。
本发明的解决方案包含，发动机排放的废气经过设置在位于马达与排气口之间的排气管道中的第一过滤器以便去除废气中的微粒组分，一部分已经过所述第一过滤器的废气转向通过一再循环管道并再循环至发动机的进气口，并且转向的部分废气经过位于再循环管道的入口端与发动机的进气口之间的第二过滤器。因此，可以获得一种重复过滤系统。当发动机正常工作时，在正常的废气排放量以下，两个过滤器均完好，设置于排气管道中的第一过滤器将微粒组分截获至这样的程度以致已经通过第一过滤器的废气受到充分过滤，以便再循环至发动机的进气口而不会对发动机造成任何损坏。在第一过滤器发生功能障碍的情况下，例如由于打击或撞击过滤器形式之类的外部机械作用而造成破坏，这意味着已经通过第一过滤器过滤的废气对于再循环而言并不充分，再循环的废气将由第二过滤器过滤，以便任何包含可能损坏发动机的微粒组分的废气都不能到达发动机的进气口。第二过滤器还有助于充分过滤再循环的废气以防发动机由于功能障碍而放出第一过滤器不可能完全处理得过来的异常大量的废气。本发明的解决方案成本极低，而且功能可靠性很高。
根据本发明的一个优选实施例，第二过滤器设计成具有低于或基本上与第一过滤器相同的过滤效率，以便使得在正常工作条件下在通过第一过滤器的过程中不会被截获的废气中的至少大部分微粒组分在通过第二过滤器的过程中也将不会被截获。因此，保证了当第二过滤器处于正常条件下时，将不会或至少不会显著地起截获再循环的废气中的微粒组分的作用，从而能够防止堵塞第二过滤器。因此，第二过滤器将只会在第一过滤器不能正常工作并且使得未经过滤或未充分过滤的废气通过时，起减少再循环废气中的微粒组分的含量的作用。
根据本发明的另一个优选实施例，第二过滤器设置于再循环管道的出口端。因此，在再循环管道中有故障的情况下，可以防止包含具有损坏发动机特性的微粒组分的空气被吸入发动机。废气再循环过程在正常情况下通过吸气作用而工作，有待于再循环至发动机进气口的废气利用吸气作用而从排气管道运至再循环管道中。在再循环管道中有故障的情况下，周围空气将被吸入至再循环管道中。这种周围空气可能带有砂砾及其它损坏发动机的微粒。由于第二过滤器位于再循环管道的出口端的位置，可以防止这种通过再循环管道与周围空气一起吸入的微粒到达发动机的进气口。
通过阅读独立权利要求和随后的描述，可以了解本发明装置与本发明方法的更多优选实施例。
本发明还涉及根据随后的权利要求11的本发明的装置的用途。
附图说明
在下文中，将参照附图通过实施例的实例对本发明进行以下更详细的描述。
其中：
图1是带有一种相关EGR系统的内燃机的原理图，其示出了本发明装置的一个实施例。
具体实施方式
图1示意性地示出了带有根据本发明的一种装置的内燃机。内燃机概括地表示为1。空气经过进气口2进入发动机，邻近进气口可能提供一空气过滤器3。空气被通过一总体标示为4的进气通道引至发动机的燃烧室。本文中已经指出，本发明适用于只通过吸气作用工作的发动机，即其中进入发动机燃烧室中的空气输送操作通过由于发动机中活塞的运动造成的吸气作用而产生。然而，本发明还适用于增压进气，即迫使空气供向发动机，这通常可利用一压缩机完成。这种压缩机可能以一种任意的方式进行驱动，例如通过发动机或适用的辅助装备机械地驱动，或如图1中所示通过发动机的废气流驱动。因此，这些实例中，装置包括一涡轮增压机5，其包括一压缩机叶轮5a和一涡轮5b，其中压缩机叶轮5a用于利用过压将空气供向发动机，而涡轮5b放置成只通过致动离开发动机的废气而进入转动。压缩机叶轮5a和涡轮5b例如通过置于同一轴上而彼此保持操作联接。象在增压进气中常见的那样，空气在被给予过压后，可在增压空气冷却器6(中间冷却器)中受到冷却。离开发动机的废气在排气管道7中运动，并且经过废气出口8进入周围环境中。在图1中，示出了废气在经过废气出口8进入周围环境之前被引导通过催化剂9和过滤器10的方式。所述过滤器10，即下面所述的第一过滤器，适于从废气中去除微粒组分。
第一过滤器10具有的过滤效率能够将微粒组分截获至这样的程度，以致废气在已经通过第一过滤器10后得到充分过滤，从而其再循环至发动机的进气口2并进入发动机1而不会对发动机造成任何损坏。
如下文将进行更详细地描述，本发明的装置包括一种总体标为20的设备，其用于使废气从发动机再循环至发动机的进气口2。为此目的，装置包括一标为11的再循环管道，其在实例中连接于进气通道4上。再循环管道的入口12设置于位于排气管道中的第一过滤器10的下游。如果需要，再循环管道11可以经过一冷却器13以便冷却再循环的废气。再循环管道11可经过一阀装置14连接于进气通道4上，阀装置14可利用一EGR控制装置15来控制。阀装置14可以借助于EGR控制装置15调节来自进气通道4的新鲜空气的供应量与来自再循环管道11的再循环废气的供应量之间的关系。因此，利用阀14调节的这种混合物可以供向发动机的进气口2。
控制着阀装置14的EGR控制装置15，例如可以由未示出的氧测量探针(lambda探针)16、发动机速度传感器17和节气门位置传感器18提供以关于发动机的实际工作状态的信息。EGR控制装置15由程序控制阀装置14从而控制新鲜空气/废气的混和关系，以便使得离开废气出口8并释放于自由空气中的有害物质的含量减至最小。EGR控制装置15的程序以本身已众所周知的方式执行，以便获得上述各种因素之间的满意关系。
除了所述第一过滤器10之外，本发明的装置还包括一第二过滤器30。这个第二过滤器30设置于再循环管道的入口端12与发动机的进气口2之间，并且适当位于再循环管道11中或与再循环管道11直接相邻。第二过滤器30优选地设置于再循环管道的出口端，如图1中所示。
第二过滤器30将具有的过滤效率使其能够将微粒组分捕捉至这种程度以致经过第二过滤器30的气体能够进一步被送往发动机的进气口2并引入发动机1中，而不会对发动机造成任何损坏。第二过滤器30适当地具有与发动机所用的常规型空气过滤器基本上相同的过滤效率，即在所示实施例中与空气过滤器3基本相同的过滤效率。
第二过滤器30优选地设计成具有低于或基本上与第一过滤器10相同的过滤效率，以便使得在正常工作条件下在通过第一过滤器10的过程中不会被截获的废气中的至少大部分微粒组分在通过第二过滤器30的过程中也将不会被截获。因此，第二过滤器设计成使得在发动机排放的废气量正常的工作条件下并且当第一过滤器完好时，其将不会截获或者只会截获很少在已首先经过第一过滤器10之后经过第二过滤器30的废气中的微粒组分。在这种正常条件下，第二过滤器因此将只起被动或基本上被动地进行微粒过滤的部件的作用。第二过滤器30只是用于当通过第二过滤器30的气体中微粒组分的含量大于正常情况时，用作一种主动的过滤部件，以便保护发动机在这种情况下不受微粒组分的损坏发动机特性的影响。为了在第一过滤器10与第二过滤器30的过滤效率之间实现上述相互关系，第二过滤器30的标称过滤等级可低于或基本上等于第一过滤器10的标称过滤等级。作为一种替代方案或者与其相结合，第二过滤器30的绝对过滤等级可低于或基本上等于第一过滤器10的绝对过滤等级。
在本文中，短语“标称过滤等级”是指过滤器制造者为了规定过滤器的过滤效率而给予过滤器的微米值。例如，第二过滤器30可具有表示为在10微米处99％去除效率的标称过滤等级，意思是过滤器将能够过滤掉99％所经过的大于10微米的微粒。根据这个实例，相应地第一过滤器10的标称过滤等级应当相应于或者高于在10微米处99％的去除效率。
过滤器的“绝对过滤等级”是指表示在规定的实验条件下能够通过过滤器的最大硬球形微粒的直径的值。这也是过滤器的制造者为了规定过滤器的过滤效率而给予过滤器的值。例如，第二过滤器30的绝对过滤等级可以表示为10微米，意思是过滤器将能够过滤掉通过此处的所有大于10微米的微粒。根据这个实例，相应地第一过滤器10的绝对过滤等级应当相应于或者高于10微米。
第一过滤器10和第二过滤器30包括耐高温且过滤性能良好的过滤材料。例如，可以说可使用陶瓷材料、矿物纤维和金属纤维。
第一过滤器10适当地设计成一种再生式过滤器，即过滤器可以恢复而无须更换。例如，这种再生方式可以按照已知的方式，通过将过滤器加热至所需温度以便使得沉积于过滤器上的微粒组分发生燃烧而实现。专利文献US 4 902 487 A中对用于实现所讨论的过滤器10的再生的另一种可能技术进行了描述。根据这种技术，在过滤器上游使用催化剂，这种催化剂能够将通常存在于废气中的一部分NO转换成NO2，其随后与沉积于过滤器上的微粒组分发生反应。这就产生过滤器的自动再生。由于在正常情况下第二过滤器30并不会或者至少不会显著起去除所通过的废气中微粒组分的作用，所以这种过滤器30并非必须设计成一种再生过滤器。然而，如果认为适当的话，第二过滤器30当然也可以设计成一种再生过滤器。
图1中示出了本发明实施例的一种替代方案，其中催化剂9设置于第一过滤器的上游，第一过滤器10可包括一种能够将废气中的组分转换成较少危害环境的物质的催化材料。在这种情况下，催化材料相应地将集成于过滤器10中，优选地呈一种位于过滤器中所包括的过滤材料上的涂层的形式。当然，本发明的装置也可以设计成完全没有任何催化功能。
本发明对于柴油机尤其是增压型柴油机特别有利。然而，应当强调本发明也可以用于其它类型的发动机。而且，本发明不管发动机是否增压类型均有效，即不管供向发动机的空气是强迫进行还是通过由于发动机中的活塞运动而造成的吸入作用而产生。如果所讨论的发动机为增压型，废气再循环管道11应当连接于位于增压装置的吸入侧的进气管道上，如图1中所示。
应当强调，本发明的装置可应用于已经与其制造过程相结合的发动机，但是也可在以后将这种装置应用于已经使用中的发动机以便增加或改进ERG功能。
当然，本发明无论如何不限于上述优选实施例，相反，本发明所属领域的普通技术人员应该理解，在不背离如后附权利要求书所确定的本发明的基本思想的情况下，对本发明可以作出多种可能的变动。

Claims (11)

1.一种用于净化内燃机(1)所排放的废气的装置，包括一设置在位于发动机(1)与排气口(8)之间的排气管道(7)中的第一过滤器(10)以用于去除废气中的微粒组分，以及一用于将一部分已经过所述第一过滤器(10)的废气转向并将这部分废气再循环至发动机的进气口(2)的再循环管道(11)，其特征在于，这种装置包括一设置于再循环管道的入口端(12)与发动机的进气口(2)之间的第二过滤器(30)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)设计成具有低于或基本上与第一过滤器(10)相同的过滤效率。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)具有低于或基本上等于第一过滤器(10)的标称过滤等级的标称过滤等级。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)具有低于或基本上等于第一过滤器(10)的绝对过滤等级的绝对过滤等级。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)具有的过滤效率使其能够截获损坏发动机特性的微粒组分。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)具有与发动机所用的常规型空气过滤器基本上相同的过滤效率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第二过滤器(30)设置于再循环管道的出口端。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一过滤器(10)包括一种用于将废气中的组分转换成较少危害环境的物质的催化材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，这种装置包括一设置于排气管道(7)中的催化剂(9)。
10.一种用于净化内燃机(1)所排放的废气的方法，发动机排放的废气经过设置在位于发动机(1)与排气口(8)之间的排气管道(7)中的第一过滤器(10)以便去除废气中的微粒组分，并且一部分已经过所述第一过滤器(10)的废气转向通过一再循环管道(11)并再循环至发动机的进气口(2)，其特征在于，转向的部分废气经过一设置于再循环管道的入口端(20)与发动机的进气口之间的第二过滤器(30)。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的装置的用途，用于净化柴油机所排放的废气。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication