CN1944973A - 柴油机车辆的废气后处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的后处理装置和方法，在机动车中诸如惰转那样的发动机低荷载状态下在过滤柴油废气之前浓缩柴油废气。装置具有一与过滤器流体地连通的外壳和其它的柴油排气系统的部件。装置具有一废气浓缩器用来浓缩低载时的柴油废气。浓缩的废气被引导到过滤器和/或催化装置的限制部分，例如，中心部分。废气浓缩器至少局部地设置在外壳内。

Description

柴油机车辆的废气后处理装置的方法

技术领域

本发明涉及一用来处理机动车柴油机废气的后处理装置和方法。

背景技术

柴油机是效率高、耐用和经济性好的发动机。然而，柴油机废气对于环境和人类可造成危害。为了降低该危害性，诸如美国和欧共体之类的政府已经提出了较严格的柴油机废气排放的规定。这些环境方面的规定要求柴油机满足与汽油发动机相同的污染物排放标准。

柴油机废气的一部分包括柴油颗粒材料。柴油颗粒材料主要是碳颗粒或烟灰。从柴油机废气中除去烟灰的一种方法是使用柴油集油器。最广泛使用的柴油集油器是柴油颗粒过滤器，其几乎完全地过滤掉烟灰而不阻碍废气的流动。当一层烟灰积聚在过滤器入口通道的表面上时，烟灰层低的渗透性致使过滤器内压力下降，而对着发动机的过滤器的背压逐渐地上升。该现象导致发动机工作困难，因此降低发动机操作效率。最后，过滤器内的压降和降低的发动机效率变得不可接受，这时，不是必须更换过滤器就是必须清除积聚的柴油烟灰。

过滤器通过烧掉柴油烟灰或将其氧化为二氧化碳来清除积聚的柴油烟灰的方法称之为再生。现存过滤器的再生优于过滤器的更换，因为不必为了维护而中断运行。

再生过程既可被动的也可主动的。如果过滤器变得充满了碳颗粒而由于过度背压在排气系统内热量增加，则发生被动的再生。提高的热量将碳温度上升到致使柴油烟灰点燃的程度。然而，该设计经常造成过滤器的热冲击或熔毁，燃耗增加和过滤作用变劣。

主动的再生在控制的条件下使用由外部源产生的热量起动柴油烟灰的燃烧。烟灰缓慢地燃烧一短暂的时间。在此燃烧过程中，过滤器内的温度从约400°-600℃上升到约800°-1000℃。由于在废气流携带燃烧热量通过过滤器时烟灰燃烧波的累积效应是从过滤器的入口面到出口面，所以，最高温度发生在过滤器出口端附近。电力、燃料燃烧器和微波能都可用作为外部热源。

在某些情形中，当起动燃烧的时机与废气中的高氧含量和低流量(诸如发动机惰转状态或低荷载)一致，或就在其之后时，会发生一所谓的“失控的再生”。在失控的再生过程中，烟灰的燃烧可在过滤器内产生温度峰值，这可造成热冲击和热裂纹，或甚至熔毁过滤器。

除了捕获碳烟灰之外，过滤器还捕获诸如金属氧化物之类的由废气携带的颗粒。这些颗粒不可燃，因此，在再生过程中它们不能被除去。如果在失控再生过程中的温度足够高，则灰尘最终会烧结到过滤器上或与过滤器反应，因此，导致局部的熔化。

此外，在轻载和惰转状态下，废气颗粒流太稀释而不能有效地燃烧烟灰来再生过滤器。在这样的轻载下，废气颗粒流的压力和温度低于中载至全载下的废气流的压力和温度。这可阻碍过滤器的再生或导致过滤器的失控再生。

因此，提高过滤器再生效率同时抑制失控的再生是有利的。还为有利的是，提高柴油机后处理的效率而不使用成本高的零件或需要体积大的附加设备。

发明内容

根据本发明，一废气后处理装置过滤来自机动车发动机的柴油废气。该装置具有一与来自于发动机的入口管道流体连通的外壳和来自于外壳的出口管道。一过滤器设置在入口管道的下游处的外壳内。

一废气浓缩器至少局部地设置在外壳内。废气浓缩器浓缩在低载状态下产生的柴油废气，并引导浓缩的柴油废气到过滤器的一限制的区域，诸如过滤器的中心。过滤器现过滤浓缩的柴油废气。过滤过的废气流出过滤器和出口管道。

在下面书面的描述中，将可明白到其它的效果、特征和优点。

附图说明

公认表征本发明的创新特征将在附后的权利要求书中予以阐述。然而，结合附图进行阅读，并参照以下对说明性实施例的详细描述，将可更好地理解本发明本身及其优选的使用模式、其它的目的和优点。在诸附图中：

图1是一发动机和本发明的后处理装置的示意图；

图2是处于轻载排气下本发明后处理装置的第一实施例的局部立体图；

图3是处于轻载排气下本发明后处理装置的第二实施例的侧视图；

图4是处于重载排气下本发明后处理装置的第一实施例的局部立体图；

图5是处于重载排气下本发明后处理装置的第二实施例的侧视图；

图6是处于轻载排气下本发明后处理装置的第三实施例的侧视图；

图7是处于重载排气下本发明后处理装置的第三实施例的侧视图；

图8是处于重载排气下本发明后处理装置的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

转向诸附图，其中，相同的标号表示相同的结构，本发明涉及一处理来自机动车柴油机12的柴油废气的后处理装置10，尤其是在轻载状态下。在此揭示中，术语“轻载”可指发动机在轻载荷或惰转状态下所产生的柴油废气排放。

发动机12通过一入口管道14与后处理装置10流体地连通。处理过的废气从后处理装置10流过一出口管道16。

后处理装置10包括一与柴油颗粒过滤器20流体地连通的催化装置18。催化装置18和过滤器20可以都位于一外壳22内(图2)，或位于彼此流体地连通的分离的外壳23、24内(图3)。当位于同一外壳22内时，催化装置18和过滤器20可以彼此邻接。

外壳22与入口管道14流体地连通，最好与入口管道14的外壳端26流体地连通，所述入口管道14与外壳22相连。

一废气浓缩器30至少局部地设置在一外壳22(图2)、24(图3)内，并可附连到机动车的内部焊接件上。废气浓缩器30在轻载下浓缩柴油颗粒材料32并强制柴油颗粒材料32流过过滤器20的限制部分，例如，过滤器的中心21。在中载或重载下，废气浓缩器30允许未浓缩的柴油颗粒材料32进入过滤器20的全部直径，以便通过全部的过滤器进行过滤。

废气浓缩器30可包括一浓缩器管34，其可滑动地接合入口管道14的外壳端26。浓缩器管34可以是圆柱形的或在一端处向外展开。浓缩器管34从中载至重载过程中的一打开位置滑动到轻载过程中的一关闭位置。浓缩器管34可沿轴向或径向滑动而邻接一过滤器面46(图3)或一催化剂面48(图2)。

如图2和4所示，废气浓缩器30具有一带有一枢转臂38的致动器36，所述枢转臂在一枢轴39和一调制器42处可枢转地附连到底部40。枢转臂38可从底部40通过外壳22内的一开口27延伸到外壳22外的调制器42。底部40可附连到入口管道14的外壳端26。在轻载过程中，调制器42枢转枢转臂38朝向催化剂面48，枢转臂滑动浓缩器管34朝向催化剂面48，直到邻接催化剂面48为止。在重载过程中，调制器42枢转枢转臂38远离催化剂面48，而枢转臂滑动浓缩器管34远离催化剂面46。。

调制器42可包括能移动枢转臂的零件，例如，弹簧44。弹簧44在低载荷下膨胀并推动一弹簧臂45，该弹簧臂延伸通过外壳开口27并附连到枢转臂38。弹簧臂45和枢转臂38可以是单一件或分离件。在重载下，来自发动机的涡轮增压可缩回弹簧44，弹簧44曳拉弹簧臂45和枢转臂38远离催化剂面48并移动浓缩器管34远离催化剂面48。废气流现自由地横贯全部催化剂面48流动并进入催化装置18内。

图3示出至少局部地设置在外壳23、24之间的一通道28内的废气浓缩器30。调制器43与监视排气系统内的发动机载荷和/或状态的控制器50连通。在轻载下，控制器50对调制器43发出信号以释放弹簧52。浓缩器管35轴向地转动并完全延伸而邻接过滤器面46。当控制器50探测到一重载时，控制器50对调制器43发出信号以缩回弹簧52，而浓缩器管35轴向地转动而远离过滤器面46。

现转向图6和7所示的实施例，废气浓缩器54与外壳22的近端60处的入口管道14的外壳端26连通和连接。废气浓缩器54具有一浓缩器管56和一带有一阀58的相邻的排气支管57，所述阀打开和关闭排气支管57。在轻载下，阀58关闭(图6)以将废气浓缩在浓缩器管56内并引导废气流到催化装置20的中心。在重载下，阀58打开以允许废气流到废气支管57内，废气支管允许进入到所有的催化装置18(图7)。

浓缩器管56可具有一带有一孔62的壁64(图8)。孔62可具有一孔阀59以便打开和关闭该孔。孔阀59在较高载荷状态过程中打开浓缩器管56。

阀可包括蝶阀、节流阀、连接到一节流板的伺服弹簧阀等。通过响应于废气支管57内的压力，例如在涡轮增压过程中通过打开，阀可打开和关闭。阀可与控制器50连通，以便接收从控制器50发出的信号来实施打开和关闭。

控制器50可与传感器、发动机、阀或调制器连通。例如，传感器可测量排气系统或发动机内的温度、压力等，并将测量值送到控制器50。控制器50可编程以响应于设定的状态将信号发送到废气浓缩器，通过打开和关闭阀或释放和缩回弹簧，以此浓缩废气。

如果需要的话，一诸如燃料、电力或微波加热源那样的热源可位于后处理装置10的入口处或其附近，以提高再生效率。

本发明的后处理装置使用一废气浓缩器来浓缩发动机在低载荷状态下产生的柴油颗粒材料的稀释流，进入到浓缩的柴油颗粒材料流中。代替颗粒材料的稀释流以扩散的方式进入到过滤器内，废气浓缩器浓缩柴油颗粒材料并强制材料到一较小的部位而进入到过滤器和/或催化装置。该浓缩过程增加排气管道内的压力和温度，以使过滤器的再生在轻载排气下产生最佳的条件，同时防止失控的再生。

本发明的后处理装置提高过滤器再生效率，同时抑制失控的再生。然而，后处理装置既不使用成本高的零件也不需要体积大的附加设备。

尽管附图显示过滤器位于催化装置的下游，但过滤器也可位于催化装置的上游。尽管本发明仅显示其一种形式，但因此并不加以限制，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，它易于作出各种变化和修改。

Claims (22)

1.一用于机动车柴油废气系统的柴油废气后处理装置，包括：

一入口管道；

一与入口管道流体连通的外壳；

一设置在外壳内的过滤器；

一废气浓缩器，该废气浓缩器至少局部地设置在外壳内并具有一浓缩器管；以及

一与外壳流体连通的出口管道。

2.如权利要求1所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，废气浓缩器还包括：

一具有连接到浓缩器管的一枢转臂的致动器、一可枢转地附连到枢转臂的底部，以及一连接到枢转臂的调制器。

3.如权利要求2所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，调制器还包括：

一连接到枢转臂的弹簧臂；以及

一附连到弹簧臂的弹簧。

4.如权利要求3所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，还包括：

一与过滤器和入口管道流体连通的催化装置；以及

其中，浓缩器管可滑动地接合入口管道。

5.如权利要求1所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，废气浓缩器还包括：

一位于邻近于浓缩器管的外壳内的排气支管；

一位于排气支管内的阀；以及

其中，浓缩器管邻接过滤器面。

6.如权利要求5所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，浓缩器管还包括：

一壁；

一壁内的孔；以及

一位于孔内的孔阀。

7.如权利要求1所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，还包括：

一位于邻近于浓缩器管的外壳内的排气支管；

一位于排气支管内的阀；

一与过滤器和入口管道流体地连通、并具有一催化剂面的催化装置；以及

其中，浓缩器管邻接催化剂面。

8.如权利要求7所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，浓缩器管还包括：

一壁；

一壁内的孔；以及

一位于孔内的孔阀。

9.一用于机动车柴油废气系统的柴油废气后处理装置，包括：

一入口管道；

一与入口管道流体连通的发动机；

一出口管道；

一与入口管道和出口管道流体连通的外壳；

一设置在外壳内并具有一过滤器面的过滤器；以及

一废气浓缩器，该废气浓缩器至少局部地设置在外壳内并具有一浓缩器管；以及一致动器，所述致动器具有一调制器，一连接到浓缩器管和调制器的枢转臂，以及一可枢转地附连到枢转臂的底部。

10.如权利要求9所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，调制器还包括：

一连接到枢转臂的弹簧臂；以及

一附连到弹簧臂的弹簧。

11.如权利要求10所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，浓缩器管在发动机低载荷过程中从一打开位置滑动到一邻接过滤器面的关闭位置。

12.如权利要求10所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，还包括：

一与过滤器和入口管道流体连通、并具有一催化剂面的催化装置；以及

其中，浓缩器管可滑动地接合入口管道。

13.如权利要求10所述的柴油废气后处理装置，其特征在于，还包括：

一与调制器连通以移动枢转臂的控制器。

14.一处理来自机动车发动机的柴油废气的方法，该方法包括如下步骤：

通过一与发动机流体连通的入口管道排出来自发动机的柴油废气；

允许柴油废气从入口管道流入具有一废气浓缩器的外壳内，该废气浓缩器至少局部地设置在外壳内并具有一浓缩器管；

在低载荷状态下，用废气浓缩器浓缩柴油废气；

引导浓缩的柴油废气通过浓缩器管到达位于浓缩器下游的、并与入口管道流体地连通的一过滤器的限制部分；

在过滤器内过滤浓缩的柴油废气；以及

允许过滤过的柴油废气从一与过滤器流体连通的出口管道流出。

15.如权利要求14所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，浓缩器管邻接过滤器的一个面。

16.如权利要求14所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，废气浓缩器还包括：

一具有连接到浓缩器管的枢转臂、以及一可枢转地附连到枢转臂的底部的致动器，以及一连接到枢转臂的调制器。

17.如权利要求16所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在浓缩柴油废气之前，用调制器移动浓缩器管以邻接过滤器的一过滤器面。

18.如权利要求17所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，调制器还包括：

一连接到枢转臂的弹簧臂；以及

一附连到弹簧臂的弹簧。

19.如权利要求17所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

用一控制器测量发动机上的载荷；以及

从控制器向调制器发出信号，以移动浓缩器管。

20.如权利要求16所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在浓缩柴油废气之前，用调制器移动浓缩器管以邻接一催化装置的一催化剂面。

21.如权利要求20所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，调制器还包括：

一连接到枢转臂的弹簧臂；以及

一附连到弹簧臂的弹簧。

22.如权利要求21所述的处理机动车内发动机排出的柴油废气的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

用一控制器测量发动机上的载荷；以及

从控制器向调制器发出信号，以移动浓缩器管。

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