CN212508478U - 一种柴油机排气微粒捕集与再生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，属于排气后处理技术领域，包括主过滤器滤芯、副过滤器滤芯、主微波发生器、副微波发生器、压力传感器、温度传感器、二次空气补给器、通道启闭阀门，通过设置两套过滤系统和通道启闭阀门的设计进行系统切换，结合温度控制和二次空气补给等结构，克服现有发动机排气微粒捕集器存在微粒捕集与再生过程一般不能同步进行的缺陷，可实现在微粒捕集的同时，能同步完成微粒再生；通过排气进口管具有穿孔管结构、多孔特性的过滤体、多孔隔板和喇叭形通道设计，实现了微粒捕集与消声降噪功能的有效组合。本装置具有捕集器结构紧凑、捕集效率高、过滤体内温度梯度小，再生过程安全有效等优点。

Description

一种柴油机排气微粒捕集与再生装置

技术领域

本实用新型主要涉及柴油机排气中微粒的捕集及再生装置，具体涉及一种能将柴油机排气微粒捕集与消声降噪功能相结合，并具备在微粒捕集同时，可同步完成微粒再生过程的复合装置，属于柴油机排气后处理技术领域。

背景技术

柴油机微粒排放严重地污染环境并危害人类健康，其净化技术一直是机动车排放控制技术领域研究的热点。微粒捕集器是控制柴油机微粒排放最有效的技术手段。随着我国排放法规的日益严格，其应用已越来越广泛。由于柴油机排气流经过滤体后，伴随捕集过程的进行和捕集到的颗粒数量逐渐增多，造成柴油机排气阻力增加和排气背压上升，带来发动机的动力性和经济性恶化，因此必须及时的将捕集的可燃微粒通过氧化燃烧方法来去除，所以研究有效的颗粒物再生技术方法显得更加重要。微波加热再生是主动再生技术的一种，对微粒加热具有选择性和均匀性，该方法能量利用率和再生效率均较高，但现有方法存在再生与微粒捕集难以同步进行或两者互相影响致使效果不佳等问题，例如微粒捕集与再生采用同一系统，再生过程中气流流速过高，外部热量被气流带走，可能会产生微粒不能起燃现象；同时因过滤体径向方向上热量不易传递，边缘颗粒更难起燃，所以存在微粒捕集与过滤体再生同时进行效果不佳问题；又如再生时排气通过转换阀在旁通管和微粒捕集器之间切换，该方法的缺陷是经旁通管的排气存在微粒直接排放问题，也未解决微粒捕集与再生同步进行的问题。

发明内容

本实用新型是克服现有发动机排气微粒捕集器存在微粒捕集与再生一般不能同步进行的缺陷，可实现在微粒捕集的同时，同步完成微粒的再生过程，并具有微粒捕集与消声降噪功能有效组合的特点。

根据本实用新型提供的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，用于柴油机排气系统中，安装在废气流过包括排气系统和环境之间的开口的排气系统对应的尾管之前。优选地，该装置是装配状态下水平排列设置，包括排气进口管、排气出口管、主过滤器滤芯、副过滤器滤芯、主微波发生器、副微波发生器、主过滤器进口压力传感器、排气出口端压力传感器、副滤芯前压力传感器、温度传感器、二次空气补给器、通道启闭阀门、多孔隔板、左侧腔体、喇叭形通道。装置左侧连接有横截面为圆形的排气进口管，装置右侧连接有横截面为圆形的排气出口管，装置内上部偏左连接有作为微粒捕集用的主过滤器壳体，主过滤器壳体的横截面为圆形，主过滤器壳体内布置有主过滤器滤芯，滤芯材料采用多孔陶瓷；装置内下部偏右连接有副过滤器滤芯，副过滤器滤芯的横截面为圆形，副过滤器滤芯材料采用具有多孔结构的泡沫陶瓷体作为滤芯。

所述排气进口管在捕集器内部这部分管段上，均匀开有进口管管壁小孔，小孔直径为8mm。排气进口管右端端部连接有通道启闭阀门，所述通道启闭阀门具有打开和关闭两个位置，通道启闭阀门位于打开位置，可使排气进口管的排气进入副过滤器滤芯；通道启闭阀门处于关闭位置，可使排气进口管的排气不能进入副过滤器滤芯；通道启闭阀门的具体位置接受ECU 控制；所述排气进口管右端同时还与一个喇叭形通道的左端相连接，喇叭形通道左端截面积较小；喇叭形通道的右端与副过滤器滤芯相连接，用于当主过滤器进行微粒再生过程时，通道启闭阀门处于打开位置，可使排气从排气进口管右端流经喇叭形通道进入副过滤器滤芯，使微粒再生与微粒捕集同步进行。

装置内部有多孔隔板、右支撑板；捕集器外壳为矩形截面。

所述主微波发生器连接在捕集器左侧壁板上，用于主微波发生器向左侧腔体内发射微波时，使捕集器内能量聚集升温、主过滤器壳体内微粒氧化燃烧并实现微粒再生；所述石英玻璃罩具有防尘作用，用于保护主微波发生器内的磁控管。

所述二次空气补给器连接在捕集器外壳上，并位于左侧腔体的下部位置，用于微粒再生时所需空气的补充；所述温度传感器连接在捕集器外壳上，并位于右侧腔体的上部，用于检测微粒再生时的捕集器室内温度；所述主过滤器进口压力传感器连接在捕集器外壳上，并位于左侧腔体的上部，用于测量排气在进入主过滤器前排气压力，所述排气出口端压力传感器连接在捕集器外壳上，并位于右侧腔体的上部，用于测量排气出口管前排气的压力，所述副滤芯前压力传感器连接在喇叭形通道壁面上，用于测量排气在进入副过滤器前排气的压力。

所述装置连接有ECU控制系统，ECU控制系统的接口分别连接到主过滤器进口压力传感器、排气出口端压力传感器、副滤芯前压力传感器、主微波发生器、副微波发生器、二次空气补给器、温度传感器、通道启闭阀门；用于接收主过滤器进口压力传感器、排气出口端压力传感器或副滤芯前压力传感器反馈的压力信号作为计算排气背压值的输入信号。

所述副微波发生器连接在捕集器右侧壁板上，用于根据副滤芯前压力传感器与排气出口端压力传感器差值计算的排气背压值，判断副过滤器滤芯需要再生时，启动副微波发生器发射微波进入右侧腔体，使副过滤器滤芯内颗粒完成再生过程。

消声器左侧壁板、多孔隔板和捕集器外壳之间形成的密闭空间为左侧腔体；多孔隔板、右支撑板和捕集器外壳之间形成的密闭空间为中间腔体；右支撑板、捕集器右侧壁板和捕集器外壳之间形成的密闭空间为右侧腔体。

本实施例提供的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，具有如下有益效果：

1.实现了微粒捕集与再生的同步。传统的微粒捕集器一般不能同时进行微粒捕集及再生，本发明通过设置两套过滤系统和通道启闭阀门的设计进行系统切换，当主过滤器发生堵塞需要再生时，排气切换经过副过滤器，反之亦然，较好的解决了上述问题。使装置在微粒捕集的同时，可同步实现微粒的再生过程，提高了捕集器工作效率，而且捕集器结构很紧凑。

2.微波加热迅速均匀，微粒再生效率高。本发明采用微波加热再生这种选择性加热和体积加热方式，放热速率快，有利于过滤体内的微粒吸热、着火、燃烧；过滤体内温度梯度小，再生过程安全有效，能提高微粒过滤效率并降低维修成本。

3.实现微粒捕集与消声降噪功能的有效组合。本发明在实现了微粒捕集与再生功能的同时，利用排气进口管具有的穿孔管消声结构、多孔特性的过滤体具有的消声功能、多孔隔板和喇叭形通道设计，能有效消除低、中频噪声，装置的一体化设计优化了排气后处理整体系统，使装置拥有降低排放与消声降噪的双重功能。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例提供的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置的结构示意图。

图2为示出了图1中的A-A位置剖切后得到的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置的横截面示意图。

图中各标号表示：

1排气进口管 2捕集器左侧壁板 3主过滤器进口通道 4主微波发生器

5石英玻璃罩 6主过滤器进口 7主过滤器进口压力传感器 8捕集器端板

9左侧腔体 10主过滤器滤芯 11多孔隔板 12中间腔体 13主过滤器壳体

14进口通道堵头 15排气出口端压力传感器 16温度传感器 17主过滤器出口

18排气出口管 19右侧腔体 20副微波发生器 21捕集器右侧壁板

22副过滤器滤芯 23喇叭形通道 24通道启闭阀门 25二次空气补给器

26进口管管壁小孔 27出口通道堵头 28主过滤器出口通道 29右支撑板

30捕集器外壳 31副滤芯前压力传感器

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，如图1、图2所示，用于柴油机排气系统中，安装在废气流过包括排气系统和环境之间的开口的排气系统对应的尾管之前。优选地，该装置是装配状态下水平排列设置，包括排气进口管1、排气出口管18、主过滤器滤芯10、副过滤器滤芯22、主微波发生器4、副微波发生器20、主过滤器进口压力传感器7、排气出口端压力传感器15、副滤芯前压力传感器31、温度传感器16、二次空气补给器25、通道启闭阀门24、多孔隔板11、左侧腔体9、喇叭形通道23。复合装置左侧连接有横截面为圆形的排气进口管1，装置右侧连接有横截面为圆形的排气出口管18，装置内上部偏左连接有作为微粒捕集用的主过滤器壳体13，主过滤器壳体的横截面为圆形，主过滤器壳体内布置有主过滤器滤芯10，滤芯材料采用多孔陶瓷；装置内下部偏右连接有副过滤器滤芯22，副过滤器滤芯的横截面为圆形，副过滤器滤芯材料采用具有多孔结构的泡沫陶瓷体作为滤芯。

装置内部有多孔隔板11、右支撑板29；捕集器外壳30为矩形截面。

所述主过滤器壳体13固定连接到多孔隔板11和右支撑板29上；主过滤器滤芯10的两端分别安装在捕集器端板8上，所述滤芯由若干正方形气流通道组成。通道之间由一定厚度的多孔陶瓷过滤材料分隔，相邻气流通道分别为主过滤器进口通道3和主过滤器出口通道28，进口通道在右侧被进口通道堵头14堵住，出口通道在左侧被出口通道堵头27堵住。

所述排气进口管在捕集器内部这部分管段上，均匀开有进口管管壁小孔26，小孔直径为 8mm。排气进口管右端端部连接有通道启闭阀门24，通常状态该阀门处于关闭状态，封堵排气出口。排气从排气进口管高速流入后，经排气进口管管壁小孔26流入左侧腔体9和中间腔体12；流入中间腔体的排气通过多孔隔板11也进入左侧腔体，排气汇集后通过位于左侧腔体的主过滤器进口6，分别流入间隔排列的各主过滤器进口通道3，穿过通道之间的多孔陶瓷过滤层，携带颗粒被过滤层所捕集，净化后排气从相邻的主过滤器出口通道28经主过滤器出口17向右流动，通过排气出口管18再经尾管排向大气。

所述通道启闭阀门24具有打开和关闭两个位置，通道启闭阀门24位于打开位置，可使排气进口管的排气进入副过滤器滤芯22；通道启闭阀门处于关闭位置，可使排气进口管的排气不能进入副过滤器滤芯22；通道启闭阀门的具体位置接受ECU控制。所述排气进口管1右端同时还与一个喇叭形通道23的左端相连接，喇叭形通道左端截面积较小；喇叭形通道的右端与副过滤器滤芯22相连接。

所述主过滤器进口压力传感器7连接在捕集器外壳30上，并位于左侧腔体9的上部，用于测量排气在进入主过滤器前排气的压力，所述排气出口端压力传感器15连接在捕集器外壳上，并位于右侧腔体19的上部，用于测量排气出口管前排气的压力。所述副滤芯前压力传感器31连接在喇叭形通道23壁面上，用于测量排气在进入副过滤器前排气的压力。这三个压力传感器用于测量排气背压的变化。伴随主过滤器滤芯内捕集颗粒数量逐渐增多，排气阻力将不断增加，由压力传感器测得压力差值即排气背压也随之上升。

所述主微波发生器4连接在捕集器左侧壁板2上，石英玻璃罩5具有防尘作用，用于保护主微波发生器内的磁控管。所述二次空气补给器25连接在捕集器外壳上，并位于左侧腔体 9的下部位置，用于微粒再生时所需空气的补充；所述温度传感器16连接在捕集器外壳上，并位于右侧腔体19的上部，用于检测微粒再生时的捕集器室内温度。当检测到捕集器室内温度过高时，可通过ECU控制主微波发生器4或副微波发生器20的急停，避免再生温度过高可能对捕集器的损坏。

所述装置连接有ECU控制系统，ECU控制系统的接口分别连接到主过滤器进口压力传感器 7、排气出口端压力传感器15、副滤芯前压力传感器31、主微波发生器4、副微波发生器20、二次空气补给器25、温度传感器16、通道启闭阀门24；用于接收主过滤器进口压力传感器、排气出口端压力传感器反馈的压力信号作为输入信号，并根据两者差值计算排气背压值。当排气背压增加到设定特定限值时，主过滤器滤芯10再生程序将启动，主微波发生器4开始工作向左侧腔体9内发射微波，同时从二次空气补给器25补给二次空气；主过滤器内微粒进行再生，随着滤芯内微粒不断被氧化燃烧而去除，再生过程结束；同步地，受ECU控制的通道启闭阀门24打开，排气可从排气进口管右端流出，通过所述喇叭形通道23进入副过滤器滤芯22，可以使微粒再生与微粒捕集同步进行。

所述副微波发生器20连接在捕集器右侧壁板21上，用于根据副滤芯前压力传感器31与排气出口端压力传感器15差值判断出，副过滤器滤芯22内捕集颗粒增多到需要再生时，启动副微波发生器20发射微波进入右侧腔体19，使副过滤器滤芯内颗粒完成再生过程。

捕集器左侧壁板2、多孔隔板11和捕集器外壳30之间形成的密闭空间为左侧腔体9；多孔隔板11、右支撑板29和捕集器外壳30之间形成的密闭空间为中间腔体12；右支撑板29、捕集器右侧壁板21和捕集器外壳30之间形成的密闭空间为右侧腔体19。

以上实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，包括排气进口管(1)、排气出口管(18)、主过滤器滤芯(10)、副过滤器滤芯(22)、主微波发生器(4)、副微波发生器(20)、主过滤器进口压力传感器(7)、排气出口端压力传感器(15)、副滤芯前压力传感器(31)、温度传感器(16)、二次空气补给器(25)、通道启闭阀门(24)、多孔隔板(11)、左侧腔体(9)、喇叭形通道(23)；其特征是装置左侧连接有横截面为圆形的排气进口管(1)，装置右侧连接有横截面为圆形的排气出口管(18)，装置内上部偏左连接有作为微粒捕集用的主过滤器壳体(13)，主过滤器壳体的横截面为圆形，主过滤器壳体内布置有主过滤器滤芯(10)，滤芯材料采用多孔陶瓷；装置内下部偏右连接有副过滤器滤芯(22)，副过滤器滤芯的横截面为圆形，副过滤器滤芯材料采用具有多孔结构的泡沫陶瓷体作为滤芯。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是所述排气进口管(1)在捕集器内部这部分管段上，均匀开有进口管管壁小孔(26)，小孔直径为8mm；排气进口管右端端部连接有通道启闭阀门(24)，所述通道启闭阀门(24)具有打开和关闭两个位置，通道启闭阀门位于打开位置，可使排气进口管的排气进入副过滤器滤芯(22)；通道启闭阀门处于关闭位置，可使排气进口管的排气不能进入副过滤器滤芯(22)；通道启闭阀门的具体位置接受ECU控制；所述排气进口管(1)右端同时还与一个喇叭形通道(23)的左端相连接，喇叭形通道左端截面积较小；喇叭形通道的右端与副过滤器滤芯(22)相连接，用于当主过滤器进行微粒再生过程时，通道启闭阀门(24)处于打开位置，可使排气从排气进口管右端流经喇叭形通道(23)进入副过滤器滤芯(22)，使微粒再生与微粒捕集同步进行。

3.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是装置内部有多孔隔板(11)、右支撑板(29)；捕集器外壳(30)为矩形截面。

4.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是所述主微波发生器(4)连接在捕集器左侧壁板(2)上，用于主微波发生器向左侧腔体(9)内发射微波时，使捕集器内能量聚集升温、主过滤器壳体(13)内微粒氧化燃烧并实现微粒再生。

5.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是所述二次空气补给器(25)连接在捕集器外壳(30)上，并位于左侧腔体(9)的下部位置，用于微粒再生时所需空气的补充；所述温度传感器(16)连接在捕集器外壳(30)上，并位于右侧腔体(19)的上部，用于检测微粒再生时的捕集器室内温度；所述主过滤器进口压力传感器(7)连接在捕集器外壳上，并位于左侧腔体(9)的上部，用于测量排气在进入主过滤器前排气压力，所述排气出口端压力传感器(15)连接在捕集器外壳上，并位于右侧腔体(19)的上部，用于测量排气在流出主过滤器后排气压力，所述副滤芯前压力传感器(31)连接在喇叭形通道(23)壁面上，用于测量排气在进入副过滤器前排气的压力。

6.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是所述装置连接有ECU控制系统，ECU控制系统的接口分别连接到主过滤器进口压力传感器(7)、排气出口端压力传感器(15)、副滤芯前压力传感器(31)、主微波发生器(4)、副微波发生器(20)、二次空气补给器(25)、温度传感器(16)、通道启闭阀门(24)；用于接收主过滤器进口压力传感器(7)、排气出口端压力传感器(15)或副滤芯前压力传感器(31)反馈的压力信号作为计算排气背压值的输入信号。

7.根据权利要求1所述的一种柴油机排气微粒捕集与再生装置，其特征是所述副微波发生器(20)连接在捕集器右侧壁板(21)上，用于根据副滤芯前压力传感器(31)与排气出口端压力传感器(15)差值计算的排气背压值，判断副过滤器滤芯(22)需要再生时，启动副微波发生器发射微波进入右侧腔体(19)，使副过滤器滤芯内颗粒完成再生过程。

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