專利名稱：壓縮混合氣式內燃機的廢氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓縮混合氣式內燃機的廢氣凈化裝置，該裝置包括一個用于從廢氣中分離顆粒的可再生過濾系統(tǒng)，其中至少有一個過濾器裝在一殼體內，為再生顆粒積聚的過濾器可通入含氧的再生氣體，該再生氣體的溫度應至少達到顆粒的燃燒溫度，同時在再生氣體的作用下過濾器的材料應保持穩(wěn)定。
在DE 43 14 238 A1中公開過同類裝置。該裝置用在廢氣流中作煙灰過濾器，包括一個裝在一殼體內的平面過濾器以分離煙灰顆粒。為實現再生，這種平面過濾器沿待凈化廢氣流的反向周期地通入含氧熱氣，其中平面過濾器基本呈柱形并沿周向打褶。為獲得大過濾面，平面過濾器多次折疊，而平面過濾器對中地繞氣流入口安裝，并且折疊沿氣流徑向從氣流入口一直延伸幾乎到殼體的最外周端擋板。平面過濾器的再生通過各個折疊地實現，其中平面過濾器在周向可繞其軸移動。
本發(fā)明目的在于，進一步改進上述形式的裝置，使再生腔相對過濾腔的密封困難減至最小，并改善機械穩(wěn)定性。
本發(fā)明目的是通過權利要求1所述特征實現的。其它權利要求描述了有利的結構型式。
在上述發(fā)明的范圍內，過濾系統(tǒng)至少具有兩個過濾器，在按規(guī)定使用該裝置過程中，通過至少一個控制機構依次周期地操縱這些過濾器，使得為實現分離顆粒，至少有一個被再生的過濾器只通過廢氣，同時為實現再生，至少有一個顆粒積聚的過濾器只通過再生氣體。通過有目的地將氣流導入過濾系統(tǒng)，可以控制單個過濾器實現部分再生。在待過濾顆粒中主要是煙灰顆粒。使用多個獨立工作的濾塵管很有好處，因為這樣濾塵管相互間可以密封得很好。每一個濾塵管由一個被殼體環(huán)繞的濾燭構成。單個過濾器的密封與只有一個濾塵管的單個折疊的密封相比簡單得多。通過本發(fā)明所提供的裝置型式可以實現相互分立的過濾器可靠地步進式地部分再生，并且它在很大程度或者完全不依賴于工作內燃機的廢氣物理狀態(tài)，如在再生過程中的廢氣壓力、溫度以及混合成分。同時再生過程的能量消耗也盡可能地減小，此外能保證在所有能考慮到的工作條件下完全燒毀過濾出來的顆粒。由此可以可靠地避免過濾器構件尤其是過濾器表面的過熱。安全地排除了過濾器局部過熱的危險，而這種過濾器局部過熱會導致裂紋、孔穴或通常的過濾器體密封不嚴甚至堵塞或熔化過濾器。
為使過濾器表面盡可能大，從而使過濾效果盡可能好，按優(yōu)選結構型式，過濾系統(tǒng)至少具有三個過濾器，分別裝在一柱形殼體內，并沿周向均布，再生氣體只流經一個過濾器，同時周向相鄰的其他過濾器平行通入廢氣。過濾系統(tǒng)最好具有六個過濾器。這樣數目的過濾器是該裝置結構尺寸和過濾效果的優(yōu)化組合，被證明很有利。在待過濾廢氣流過五個周向相鄰安裝的過濾器，廢氣所含顆粒從廢氣中分離出來的過程中，已經積聚了顆粒的過濾器同時在進行再生作用，即積聚在過濾器表面的顆粒完全燒毀。本發(fā)明所提供裝置優(yōu)點在于，作為濾燭的過濾器相對殼體位置固定不可移動地安裝。各個過濾器相互間的密封毫無問題。通過可相對殼體移動并緊挨過濾器安裝的控制機構周期控制單個過濾器。
控制機構最好各由一回轉分配閥構成，回轉分配閥裝在殼體的端面擋板處并各自形成分配塊的一組成部分，其中分配塊可沿廢氣流向連在過濾器的前面和后面并法蘭連接到殼體上。回轉分配閥借助一密封面或阻流面通過覆蓋分配塊內通往過濾器的進流道和出流道，來得到待再生過濾器的氣流機械的分隔。兩個位于殼體端面擋板處的控制機構可以通過如連桿功能耦合地連在一起，從而使一個回轉分配閥的控制機構能操縱兩個回轉分配閥?；剞D分配閥結構比較簡單，能在很長的使用壽命內安全密封。該回轉分配閥最好沿流向呈圓錐形，并通過彈簧預壓力旋動地壓緊在一個同樣圓錐形的閥座內。
該裝置與相連內燃機當時工況的完美配合是這樣實現的，即控制機構具有一個電動驅動裝置，該裝置與內燃機的馬達電控裝置信號相連。機械式、氣動或液壓驅動控制機構都可以。電動驅動裝置使回轉分配閥在分配塊內部可以準確定位，并由此可準確調整單個過濾器的進流和出流截面。通過與發(fā)動機控制裝置耦合的電動驅動，至少可以在比如在內燃機滿負荷工況下廢氣中所含煙灰顆粒增多時相應地提高一個過濾器的再生時頻(Taktfrequenz)。
根據優(yōu)選結構型式，過濾器由金屬纖維網構成。最好使用不銹優(yōu)質鋼，使過濾器一方面能防腐，另一方面在工作中能耐高溫。在回轉分配閥與分配塊之間的密封區(qū)密封最好使用陶瓷材料，其在高于500℃的溫度下在很長的使用壽命中都密封良好。
為擴大過濾表面，各過濾器沿周向打褶。
按第一種結構型式，再生氣流沿顆粒的附著方向通過過濾器。這樣做的好處是簡化了再生氣流導入過濾器的結構。
按另一種結構型式，再生氣流可沿顆粒的附著方向反向通過過濾器。這樣做的好處是過濾器的熱負荷變小，并在再生氣流穿過過濾器時能夠將廢氣中不可再生的顆粒從過濾器表面吹走。這種吹走效果通過脈動式壓力沖擊實現。因此在再生作用之后將產生很好的過濾器過濾效果。
再生氣體最好通過電加熱裝置加熱。此時再生氣體溫度必須至少達到燃燒溫度，主要是積聚在過濾器上或內的煙灰顆粒燃燒溫度。
電加熱裝置最好由過濾器材料本身構成，該材料屬電導體。再生過程中電熱功率通過加熱元件的歐姆電阻來調節(jié)。同樣，可能串聯在過濾器之前的次級電熱元件在此情況下也就沒必要了。
過濾器可設有一層催化劑表面涂層。通過過濾材料的催化表面涂層可以降低氧化過濾器上所積聚顆粒的反應溫度。因此可提高本發(fā)明所提供裝置的使用壽命。此外通過過濾介質的這種催化作用物質涂層可以降低廢氣中一氧化氮的濃度。再生氣流在再生之后可輸入內燃機的排氣管。在此降低排放是有利的，尤其是一氧化碳的燃燒。過濾器的再生或有害物質的還原或氧化可通過輸入化學或催化作用介質或物質來促進。
根據另外一種結構型式，再生氣流在再生作用之后可導入沿流向位于過濾系統(tǒng)之前的待凈化廢氣中，或者導入沿流向位于過濾系統(tǒng)之后的干凈廢氣中。
下面借助附圖進一步描述本發(fā)明所提供裝置的兩種實施例。圖中示出了

圖1是第一種實施例的截面圖，其中過濾件做成濾燭狀，廢氣從內向外流過，再生氣流沿同樣方向，即沿顆粒積聚到過濾器上的方向，輸入。
圖2是本發(fā)明所提供裝置的第二種實施例，其中利用另外一種方式封住待再生過濾器不讓廢氣通過并相應地相對顆粒積聚方向輸入再生氣體。
圖3是圖2裝置的橫截面。
圖4是過濾器的截面圖，該過濾器呈濾燭狀、外包一殼體，其中濾燭電絕緣懸置，這樣通過在接線端加電壓，可借助歐姆熱按需要加熱過濾材料。
圖1剖面圖所示為本發(fā)明所提供裝置的第一種實施例，用于凈化壓縮混合氣式柴油內燃機的廢氣。該裝置包括可再生系統(tǒng)1，用來分離主要由煙灰顆粒組成并作為廢氣3組成成分的顆粒2。這里描述的實施例備有六個過濾器4.1，…，4.6，其各呈濾燭狀并外包一殼體5。為再生積聚了顆粒2的過濾器4.1，…，4.6，可依次通過含氧再生氣體6，其中再生氣體6的溫度至少達到顆粒2的燃燒溫度。為從廢氣3中分離出顆粒2，備有五個周向相鄰的過濾器4.1，…，4.5，其分別只通過待凈化廢氣3，同時積聚了顆粒的過濾器4.6通過再生氣體6。內燃機排除的廢氣3經引入管接頭13導入在回轉分配閥式控制機構7前面波置的環(huán)腔14。在該環(huán)腔14內，此時，廢氣3均勻地分配到五個與過濾器4.1，…，4.5相連的進流管接頭15內?；剞D分配閥分別將廢氣流通入五個輸入廢氣3的過濾器4.1，…，4.5，第六個過濾器4.6則借助回轉分配閥輸入由再生氣體供給系統(tǒng)提供的再生氣體6。兩個分別做成回轉分配閥且安裝在六個周向均勻布置的殼體5端面擋板處的控制機構7，在上述情況下具有錐形密封面，該密封面使氣流通過密封件16相對分配器8密封。分配器8構成回轉分配閥殼體?；剞D分配閥由螺旋彈簧壓進密封件16。
經進流管接頭15流入過濾器4.1，…，4.5的廢氣3從內到外流經過濾器4.1，…，4.5，其中顆粒2的大部分積聚到過濾器4.1，…，4.5的表面。過濾后的廢氣3經各過濾器4.1，…，4.6外表面間的中間腔，各自的出流管接頭，回轉分配閥的出流側17以及匯合過濾后廢氣3的環(huán)腔和排氣管19流出。為再生與再生氣體供給裝置相連的過濾器4.6，再生氣體6經再生氣體引入管接頭20，以一定溫度和一定氧氣含量輸入。再生氣體6通過加熱裝置21加熱到顆粒2必需的點燃溫度，或者過濾器4.6上必需的反應熱量借助給過濾器4.6通電產生的歐姆熱直接加熱過濾材料來獲得。離開過濾器4.6的反應氣體6可以不經出流側的回轉分配閥直接輸入過濾后的廢氣3中，或者分別經反應氣體引出管22導入內燃機的進氣中，或者導入過濾系統(tǒng)之前的內燃機廢氣3中。廢氣3經過濾器4.1，…，4.6的流向12及再生氣體經待再生過濾器4.6的再生氣體流向23，都可根據過濾系統(tǒng)1的要求反向。兩個回轉分配閥的運動在上述情況下經可傳遞轉矩的連桿24耦合。驅動裝置9驅動回轉分配閥切換到在連續(xù)過濾過程中的下一個待再生濾燭，上述情況下，一個由電驅動裝置9驅動的減速器25完成這項工作。在回轉分配閥切換到當時期望的待再生過濾器4.6的運動同時，應使待再生過濾器4.6的電熱系統(tǒng)通電電觸頭機械開關與回轉分配閥的運動耦合。
圖2所示為本發(fā)明提供裝置的第二種實施例，其中工作時，氣流從外到內流經過濾器4.1，…，4.6，所以顆粒2主要積聚在過濾材料的外表面或接近外表面區(qū)。與此相對，過濾器4.6在再生過程中氣流從內向外流過。為再生處于再生狀態(tài)的濾燭4.6，在上述情況下，再生氣體6經過一個裝在環(huán)腔14內、可繞過濾系統(tǒng)1的對稱軸擺動的第一鼻管26輸入—如果有必要，并如圖所示，通過相應形式的第二鼻管27輸出。這兩個鼻管26，27在軸向可通過例如一個相應的螺旋彈簧28和一個或許角度可調的密封件36，以一定預壓力壓緊到殼體5相應的密封面上。
圖3所示為圖2裝置的截面圖。過濾系統(tǒng)1的六個過濾器中有五個4.1，…，4.5處于過濾位置，從外向內流經氣流，而第六個過濾器4.6在工作過程中從內向外流經氣流。為在現有的結構空間內擴大過濾器4.1，…，4.6的過濾表面，各過濾器沿周向打褶。
圖4所示為一殼體5和裝入殼體5內的過濾器4.1，…，4.6的截面圖。在圖示左側，過濾器4.1，…，4.6借助一個旋緊螺紋29與殼體5的接線柱相導電連通。在圖示右側，過濾器4.1，…，4.6由一個靠絕緣板30絕電的支架31固定在殼體5上。過濾器4.1，…，4.6由導電金屬纖維網構成，并且為再生顆粒2，可通過在接線柱32，33之間加電壓來加熱到必需的溫度。為避免打過褶的過濾材料徑向運動或未打褶的過濾材料在過濾器4.1，…，4.6內外側之間的壓力差作用下凸出，過濾器4.1，…，4.6內外可以備有一支撐管34，35或支撐體，該支撐體由例如帶裂紋或打孔的板制成。這種支撐體必要時為了支持減小廢氣中的有害物質可設有起催化作用的氧化和/或還原涂層。這里相應的保護功能可由螺旋形纏繞在內外徑上的鋼絲來實現。
權利要求
1.一種壓縮混合氣式內燃機的廢氣凈化裝置，該裝置包括一個用于從廢氣中分離顆粒的可再生過濾系統(tǒng)，其中至少有一個過濾器裝在一殼體內，為再生顆粒積聚的過濾器可通入含氧的再生氣體，該再生氣體的溫度應至少達到顆粒的燃燒溫度，同時在再生氣體的作用下過濾器的材料應保持穩(wěn)定，其特征在于，過濾系統(tǒng)(1)至少具有兩個過濾器(4.1，4.2)，在使用該裝置過程中，通過至少一個控制機構(7)依次周期地操縱這些過濾器，使得為實現分離顆粒(2)，至少有一個被再生過濾器(4.1)只通過廢氣，同時為實現再生，至少有一個顆粒積聚的過濾器(4.2)只通過再生氣體(6)。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，過濾系統(tǒng)(1)至少具有三個過濾器(4.1，…)，分別裝在一柱形殼體(5)內，并沿周向均布，再生氣體(6)只流經一個過濾器(4.1)，同時周向相鄰的其他過濾器(4.2，…)平行通入廢氣(3)。
3.按權利要求1到2之一所述的裝置，其特征在于，過濾系統(tǒng)(1)具有六個過濾器(4.1，…4.6)。
4.按權利要求1到3中任一項所述的裝置，其特征在于，控制機構(7)分別由一個回轉分配閥構成，回轉分配閥裝在殼體(5)的端面擋板處并各自形成分配塊(8)的一組成部分，分配塊(8)可沿廢氣流向(9)的前面和后面與過濾器(4.1，…，4.6)相連并以法蘭連接到殼體(5)上。
5.按權利要求4所述的裝置，其特征在于，控制機構(7)具有一電動驅動裝置(9)，該裝置與內燃機的馬達電控裝置信號相連。
6.按權利要求1到5中任一項所述的裝置，其特征在于，過濾器(4.1，…，4.6)由金屬纖維網構成。
7.按權利要求1到6中任一項所述的裝置，其特征在于，過濾器(4.1，…，4.6)周向打褶。
8.按權利要求1到7中任一項所述的裝置，其特征在于，再生氣流(6)沿顆粒(2)的積聚方向(10)通過過濾器(4.1，…，4.6)。
9.按權利要求1到7中任一項所述的裝置，其特征在于，再生氣流(6)沿顆粒的積聚方向(10)的反向通過過濾器(4.1，…，4.6)。
10.按權利要求1到9中任一項所述的裝置，其特征在于，再生氣體(6)可通過電加熱裝置加熱。
11.按權利要求10所述的裝置，其特征在于，電加熱裝置由過濾器(4.1，…，4.6)的電導體材料本身構成。
12.按權利要求1到11中任一項所述的裝置，其特征在于，過濾器(4.1，…，4.6)備有催化表面涂層(11)。
13.按權利要求1到12中任一項所述的裝置，其特征在于，再生氣流(6)在再生作用之后輸入內燃機的吸氣管。
14.按權利要求1到12中任一項所述的裝置，其特征在于，再生氣流(6)在再生作用之后可導入沿流向(12)位于過濾系統(tǒng)(1)之前的待凈化廢氣(3)中，或者導入在流向(12)位于過濾系統(tǒng)(1)之后的干凈廢氣(3)中。
全文摘要
一種壓縮混合氣式內燃機的廢氣凈化裝置,包括一個用于從廢氣(3)中分離顆粒(2)的可再生過濾系統(tǒng)(1)。至少有一個過濾器(4)裝在一殼體(5)內。為再生積聚顆粒(2)的過濾器(4)可通入再生氣體(6)。再生氣體(6)的溫度應至少達到顆粒(2)的燃燒溫度。過濾系統(tǒng)(1)至少具有兩個過濾器(4.1,4.2),使用中,通過至少一個控制機構(7)依次周期地操縱這些過濾器,使得為實現分離顆粒(2),至少有一個被再生過濾器(4.1)只通過廢氣,同時為實現再生,至少有一個顆粒積聚的過濾器(4.2)只通過再生氣體(6)。
文檔編號F01N3/032GK1191007SQ96195454
公開日1998年8月19日 申請日期1996年6月19日 優(yōu)先權日1995年7月12日
發(fā)明者烏韋·邁尼格, 卡爾－海因里?！な┢に? 維利·施維克特 申請人:卡爾·弗羅伊登伯格公司