CN205047278U

CN205047278U - 用于发动机的排气后处理系统

Info

Publication number: CN205047278U
Application number: CN201520777475.1U
Authority: CN
Inventors: R·D·小克莱顿
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2025-10-09
Also published as: US20150023844A1

Abstract

本实用新型公开了一种用于发动机的排气后处理系统，所述排气后处理系统包括排气管道、柴油机颗粒过滤器、柴油机氧化催化剂和选择性催化还原催化剂中的至少一者以及至少一个硅氧烷过滤器。所述至少一个硅氧烷过滤器位于所述排气后处理系统的上游，所述至少一个硅氧烷过滤器被配置成从排气中过滤硅氧烷并且被构造成在所有的所述至少一个硅氧烷过滤器上形成硅氧烷的均匀分布。相比于传统的硅氧烷过滤器，本实用新型的硅氧烷过滤器可以延长排气后处理系统的维修间隔，这对于需要昼夜满负荷运转的填埋内燃机、涡轮机和/或锅炉是有利的。

Description

用于发动机的排气后处理系统

技术领域

本实用新型总体上涉及排气后处理系统。更具体地，本实用新型涉及排气后处理系统中的硅氧烷过滤器。

背景技术

填埋操作是垃圾管理的主要部分。在填埋操作期间，垃圾可以经由垃圾收集车辆被输送至填埋场所。在将垃圾卸载到填埋场所的表面区域上之后，可以使用机器（诸如夯实机或推土机）将垃圾铺开并压紧在表面区域上。垃圾可以包括由硅氧烷构成的某些家用物品。硅氧烷是无毒含硅的有机化合物，其可以被添加到许多家用物品中。由于家用物品的广泛使用，填埋场所中的硅氧烷浓度可能逐渐升高。硅氧烷是挥发并转移到环境空气中的易挥发化合物。在填埋场所操作的机器可能暴露于环境空气中的硅氧烷。硅氧烷可以在内燃设备内部无害地或有害地燃烧。硅氧烷可以经由进气口引入到机器的发动机中并且可以燃烧形成固体的二氧化硅粉。二氧化硅可能粘附到发动机内部的热表面以及发动机的排气后处理系统，继而使得这些组件可能被堵塞或者限制排气流，这增大了反压力和再生频率。另外，传感器可能被覆盖或堵塞，造成读数不准确或响应延迟。因此，环境空气中的高浓度的硅氧烷可能严重影响发动机或机器的维修间隔，导致更多的停机时间和更多的部件需要更换。

美国第6,365,108号专利公开了一种用于保护以生物气体提供燃料的内燃机中的氧探针的硅氧烷过滤器系统。该过滤器系统包括不锈钢纤维过滤器，其被设置成与排气管道流体连通，以使排气流过过滤器。由此一来，排气中的硅氧烷沉积在过滤器的不锈钢纤维上，使得基本上不含硅氧烷的气体经过氧探针。然而，所引用的专利中的过滤器可能在很短的时段内阻塞，因此可能需要频繁更换，这可能增加从事填埋操作的机器的操作成本。

发明内容

本实用新型涉及一种用于发动机的排气后处理系统，可以延长排气后处理系统的维修间隔。

本实用新型的排气后处理系统包括排气管道、柴油机颗粒过滤器、柴油机氧化催化剂和选择性催化还原（SCR）催化剂中的至少一者以及至少一个硅氧烷过滤器，所述至少一个硅氧烷过滤器位于所述排气后处理系统的上游，所述至少一个硅氧烷过滤器被配置成从排气中过滤硅氧烷，并且被构造成在所有的所述至少一个硅氧烷过滤器上形成硅氧烷的均匀分布。

本实用新型的硅氧烷过滤器可以使硅氧烷均匀分布，继而使发动机的排气后处理系统的反压增加最小化。相比于传统的硅氧烷过滤器，本实用新型的硅氧烷过滤器可以延长排气后处理系统的维修间隔，这对于需要昼夜满负荷运转的填埋内燃机、涡轮机和/或锅炉是有利的。

附图说明

图1是根据本实用新型的概念的、包括排气后处理系统的发动机系统的实施例的图示；

图2是根据本实用新型的概念的、图1的排气后处理系统的硅氧烷过滤器的实施例的示意图；

图3示出了根据本实用新型的概念的、图1的排气后处理系统的硅氧烷过滤器的另一实施例的示意图；

图4示出了根据本实用新型的概念的、图1的排气后处理系统的硅氧烷过滤器的又一实施例的示意图。

具体实施方式

参照图1，示出了发动机系统100。发动机系统100包括发动机102、涡轮机104、压缩机106以及排气后处理系统108。发动机102可以为任何常规类型，例如火花点火式发动机或压缩点火式发动机。发动机102可以被用于任何常规应用，例如用于车辆动力、能量生成或驱动其它机械设备。发动机102包括燃烧室（未示出）并流体地连通涡轮机104。涡轮机104通过共用的可旋转轴110可操作地连接至压缩机106。涡轮机104和压缩机106可以为任何常规设计，例如轴流式或离心式。涡轮机104可以经由排气管道112流体地连通发动机102的排气歧管（未示出）。

排气经由排气管道112传送至涡轮机104。然而，部分排气可以被引导至压缩机106。传送到涡轮机104的排气被引导至排气后处理系统108。排气后处理系统108包括一个或多个硅氧烷过滤器114、柴油机氧化催化剂（DOC）116、混合室118和选择性催化还原（SCR）催化剂120。在图1中，硅氧烷过滤器114位于DOC116的上游。然而，硅氧烷滤波器114可以位于涡轮机104、DOC116、混合室118及SCR催化剂120中的至少一者的上游。在一个实施例中，硅氧烷过滤器114可以位于DOC116及SCR催化剂120中至少一者的下游。硅氧烷过滤器114被构造成在包含硅氧烷的排气流动到排气后处理系统108之前从排气中过滤和去除硅氧烷。

此外，硅氧烷过滤器114与DOC116流体连通，因此来自硅氧烷过滤器114的经过滤的排气流动至DOC116。DOC116与混合室118流体连通，在混合室118中，排气与还原剂混合。然后，排气流动至SCR催化剂120来进行催化还原。在一个实施例中，排气后处理系统108可以包括一个或多个硅氧烷过滤器114。一个或多个硅氧烷过滤器114可以安装在排气后处理系统108中的任何位置。一个或多个硅氧烷过滤器114的定位取决于哪个排气后处理部件因硅氧烷沉积物而可能发生故障。一个或多个硅氧烷过滤器114可以位于各种排放处理部件的上游和/或下游，这些排放处理部件包括但不限于，再生设备、热源、氧化催化剂、稀NOx捕集器（LNT）、热电偶、压力变化器、传感器（诸如氧传感器、NOx传感器、氨传感器、烟尘传感器）和/或消声器。

参照图2，示出了硅氧烷过滤器114的示意图。硅氧烷过滤器114可以由诸如碳化硅、不锈钢、聚丙烯、堇青石、钛酸铝、低碳钢、纤维或本领域已知的其它金属化合物的材料构成。基于承受发动机排气温度和排气组分所需的材质来选择硅氧烷过滤器114的组成材料。硅氧烷过滤器114可以由织造材料、非织造材料、整体结构、褶叠材料、筛网、多孔载体、泡沫、孔阵列、蜂窝材料或它们的组合构成。此外，硅氧烷过滤器114可以是裸露的或者涂覆有高比表面积的催化剂载体，例如氧化铝。硅氧烷过滤器114被构造成使排气中的硅氧烷均匀地沉积在硅氧烷过滤器114上。

硅氧烷过滤器114可以包括多个通道（未示出）。通道（未示出）可以为正方形、三角形、六边形、正弦曲线或本领域中已知的其它形状。通道（未示出）可以具有均匀的或锥形的形状的轴向几何形状。然而，通道（未示出）的形状、尺寸和几何形状并不限制所公开的构思。可以调整硅氧烷过滤器114使其具有变化的渗透性、孔径大小、孔隙率和孔数（cpsi）。

硅氧烷过滤器114可以包括第一部分200、第二部分202和第三部分204。第一部分200可以被称为粗区域。第一部分200用作排气流206进入硅氧烷过滤器114的入口部分。第一部分200可以可拆卸地联接至第二部分202。第二部分202位于第一部分200的下游且在第三部分204的上游。第二部分202可以被称为中等区域（过滤比第一部分200更细的颗粒）。第二部分202可以可拆卸地联接至第三部分204。第三部分204用作经过滤的排气流的出口部分，经过滤的排气流随后被引导至排气后处理系统108。第三部分204可以被称为精细区域。粗区域、中等区域和精细区域中的每一者均是指硅氧烷过滤器114的对应部分的孔径、孔隙度、渗透性或cpsi。因此，第一部分200、第二部分202和第三部分204中的每一者均呈现限定的孔隙度。从第一部分200至第三部分204，硅氧烷过滤器114的孔隙度逐渐降低。这表明第一部分200（粗区域）具有最高孔隙度而第三部分204（精细区域）具有最低孔隙度。第二部分202（中等区域）的孔隙度在第一部分200的孔隙度与第三部分204的孔隙度之间。在一个实施例中，硅氧烷过滤器114可以包括位于第三部分204的下游且可以呈现比第三部分204的孔隙度更精细或更高的一个或多个部分。硅氧烷过滤器114的逐渐精细的孔隙度是实现硅氧烷均匀分布的一种途径。因此，硅氧烷过滤器114可以配备有从粗孔隙度连续地变化至细孔隙度的更多部分或更少部分。在另一实施例中，第一部分200、第二部分202和第三部分204可以构成单个单元而不是被可拆卸地附接。可替代地，硅氧烷过滤器114的孔隙度可以连续地且均匀地从粗孔隙度过渡至细孔隙度。

参照图3，示出了硅氧烷过滤器300的另一实施例，其呈现逐渐缩小的几何形状。与硅氧烷过滤器114（如图2所示）类似，硅氧烷过滤器300可以包括多个通道（未示出）。此外，硅氧烷过滤器300的组成和结构可以与硅氧烷过滤器114（如图2所示）的组成和结构类似。硅氧烷过滤器300也被构造成实现均匀的硅氧烷分布。硅氧烷过滤器300包括入口302和出口304。入口302具有较大的横截面面积，其在出口304处渐缩成较小面积。排气流206通过入口302进入、被滤除硅氧烷，并通过出口304排出。

参照图4，示出了硅氧烷过滤器400。与硅氧烷过滤器114（如图2所示）和硅氧烷过滤器300（如图3所示）类似，硅氧烷过滤器400也可以包括多个通道（未示出）。此外，硅氧烷过滤器400的组成和结构与硅氧烷过滤器114（如图2所示）和硅氧烷过滤器300（如图3所示）的组成和结构类似。硅氧烷过滤器400包括至少一个混合器402和基底404。混合器402位于基底404的上游。混合器402用于在进入硅氧烷过滤器400的排气流206中产生湍流。当排气经过基底404时，混和器402搅动排气流206。排气在基底404上被过滤并且流动至排气后处理系统108。在一个实施例中，硅氧烷过滤器400可以配备有位于基底404的上游的不止一个混合器402。

工业实用性

在操作时，硅氧烷过滤器114、300或400位于排气后处理系统108的部件的上游，以保护这些部件免受源于硅氧烷的沉积损害。硅氧烷过滤器114、300或400被构造成在通道（未示出）的整个长度上提供硅氧烷的均匀分布，以使反压增加最小化。排气离开发动机102并且流向排气后处理系统108。排气在进入排气后处理系统108之前经过硅氧烷过滤器114、300或400，硅氧烷在这些过滤器中被去除。另外，硅氧烷过滤器114、300或400用于实现硅氧烷的均匀分布，这增加了硅氧烷过滤器114之间的时间变化。此外，硅氧烷过滤器114、300或400可以被配置成整个过滤器或过滤器元件是可以被拆卸和更换的。相比于现有的硅氧烷过滤器，本实用新型所公开的硅氧烷过滤器延长了排气后处理系统108的维修间隔。现有的过滤器系统会很快堵塞并需要短的维修间隔。本实用新型所公开的排气后处理系统108对于需要昼夜满负荷运转的填埋内燃机、涡轮机和/或锅炉可能是有利的。

因此，本实用新型包括适用法律允许的在所附的权利要求书中列举的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明，本实用新型涵盖了在所有可能的变型中描述的元件的任意组合。

本领域的技术人员应了解，在不背离本实用新型或其实质特征的情况下，本实用新型可以实现为其它特定形式。因此，就各方面来说，上述实施例应被认为是说明性的而不是限制本文描述的公开内容。因此，本实用新型的范围由所附权利要求书而非上述说明书指明，并且在权利要求书的等同含义和范围内的所有变化也因此都被认为包括在其中。

Claims

1.一种用于发动机的排气后处理系统，所述排气后处理系统包括排气管道、柴油机颗粒过滤器、柴油机氧化催化剂以及选择性催化还原催化剂中的至少一者，其特征在于，所述排气后处理系统包括：

位于所述排气后处理系统的上游的至少一个硅氧烷过滤器，所述至少一个硅氧烷过滤器被配置成从排气中过滤硅氧烷，并且被构造成在所有的所述至少一个硅氧烷过滤器上形成硅氧烷的均匀分布。