[发明专利]用于净化颗粒过滤器的颗粒过滤器组件和方法有效

专利信息
申请号: 200880105172.8 申请日: 2008-09-01
公开(公告)号: CN101802354A 公开(公告)日: 2010-08-11
发明(设计)人: K·卢卡;S·科恩 申请(专利权)人: 能量转换科技公司
主分类号: F01N3/025 分类号: F01N3/025;F01N3/08
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 张群峰
地址: 挪威斯*** 国省代码: 挪威;NO
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摘要:
搜索关键词: 用于 净化 颗粒 过滤器 组件 方法
【说明书】:

本发明涉及颗粒过滤器设备和发动机排气系统,其中通过使用冷 焰气体来再生过滤器。本发明还涉及用于净化颗粒过滤器的方法和用 于净化设置在废气返回系统中的颗粒过滤器的方法。本发明还涉及颗 粒过滤器设备、发动机排气系统以及用于净化颗粒过滤器的方法的用 途,其中废气源自压燃发动机。

冷焰是一种现象,其至今没有受到太多关注。在冷焰中燃料在预 热空气中部分氧化并且温度恒定保持为大约450摄氏度,并且其独立 于空气/燃料比和滞留时间。在冷焰过程中,仅有2-20%的燃料热值被 释放,并且这种热量用于蒸发燃料,形成均质气相燃料。在研发工作 中已经发现,该气体能够从反应器壁上去除碳沉积物。虽然这种原因 还没有弄清楚,但是认为这是在冷焰气体,即部分氧化的气相燃料中 存在的自由基造成的。

在美国专利US6793693中,可以找到冷焰气体现象的更全面的描 述。

来自在过量空气条件下运行的压燃发动机(通常不够准确地称为 柴油发动机)的排气主要包含颗粒物NOx、以及不完全燃烧产物(HC 和CO)。可以使用发动机下游的过滤器来去除颗粒物。过一阵后,过 滤器将会堵塞并需要再生,这通过在氧化条件下将废气温度增加到800 摄氏度以上来进行,由此燃烧掉碳沉积物。为了允许连续操作,通常 具有两个并联的过滤器和阀,该阀将大部分排气送至一个过滤器,而 另一个过滤器同时被再生。

不完全燃烧产物(HC和CO)可以通过氧化催化剂来去除。

另一方面,如果废气是轻度还原性的(如在奥托发动机中那样), NOx可以被催化去除。通常在压燃发动机中不是这样。

一种减少柴油发动机中NOx排放物的方法是将一些排气再循环回 入发动机(EGR)。虽然这对通过清洁柴油燃料运行的较小柴油发动机 有效,但对于通过重油燃料运行的较大发动机却不可行,因为其将在 排气中产生会与润滑油混合的颗粒物并因此导致发动机过早磨损。在 EGR回路中插入过滤器的尝试已经是不成功的,因为排气还包括在过滤 器再生过程中(这时温度升高到600摄氏度以上)会熔化的盐和其它 金属化合物并因此导致过滤器过早损坏。

因此,本发明的目的是改进颗粒过滤器的再生并因此将其用途延 伸至通过重柴油燃料运行的柴油发动机。

这个目的通过限定在独立权利要求中的本发明来完成。本发明的 进一步实施例限定在从属权利要求中。

提供了一种颗粒过滤器设备,包括设置在内燃发动机的废气管道 中的颗粒过滤器,使得含有颗粒物质和烟灰的废气在通过颗粒过滤器 时被净化。颗粒过滤器设备还包括冷焰汽化器,其中燃料在预热空气 中被部分氧化以形成冷焰气体,冷焰汽化器设置成与排气管道流体连 通,使得冷焰气体能够流过颗粒过滤器,由此去除已经累积在颗粒过 滤器中的烟灰沉积物。

冷焰汽化器是标准的冷焰汽化器,其中燃料能够在预热空气中被 部分氧化以提供具有自由基的完全汽化燃料。在冷焰汽化器中,空气 和燃料以0.3-1.0的比例(1.0是化学计量空气/燃料比)混合,但只有 小部分空气用于冷焰反应。

废气管道可以是管或具有任何截面形状的类似物,或者废气管道 可以形成为在较大主体中的内部管道。

用于预热空气的装置可以是热交换器,其中,废气的热量加热空 气。也可以使用其它预热装置例如电加热装置。

颗粒过滤器设备还设有一个或多个阀装置,其控制废气流过废气 管道。当再生废气管道中的颗粒过滤器时,废气流因此能够被至少部 分关闭。

此外,颗粒过滤器设备设有阀装置,其控制冷焰气体从冷焰汽化 器流入废气管道并通过颗粒过滤器。

可以控制这些阀装置来以例如特定的时间间隔,或者当颗粒过滤 器上的压力降达到预定水平(表示颗粒过滤器需要被再生)时,再生颗 粒过滤器。

冷焰汽化器可以设置在废气流管道外面,并且如果需要则通过流 体管线连接于废气管道。如果冷焰汽化器安装于废气管道,那么仅需 要提供进入废气管道的开口,如果冷焰汽化器设置为与废气管道分开, 则要提供流体管线来连接冷焰汽化器和废气管道。

在本发明的一个实施例中,冷焰汽化器也可以设置在废气管道内。 在这种情况下无需流体管线,因为冷焰汽化器就可以将冷焰气体通过 包含所述阀装置的开口释放进废气管道中。

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