微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器的製作方法
2023-10-17 08:36:54 2
專利名稱：微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器的製作方法
技術領域：
本發明涉及過濾器，尤其是涉及一種微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器。
背景技術：
由於柴油機具有良好的燃油經濟性、動力性、耐久性和排放性等優點，不斷促使汽車柴油化成為當今的國際潮流。與汽油機相比，柴油機有害氣體HC、CO的排放量相當低，柴油機的CO排放大約只有汽油機的1/10，柴油機的NOx排放量和汽油機處於同一數量級，但柴油機微粒排放約為汽油機的30～80倍。因此，微粒排放已經是制約柴油車發展的最主要因素之一。柴油機排出的微粒和汽油機不同。汽油機主要是硫酸、硫酸鹽和低分子物質。柴油機排氣微粒是細小的可呼吸性的微粒，它由吸附無數化合物的固體碳核組成，環境危害嚴重。
發達國家從70年代來就開始重視柴油車的微粒排放控制。經過近20年的發展。柴油機的微粒排放控制技術取得了很大的進展、在採用多種現代柴油車技術的情況，微粒的質量濃度排放僅為20年前的10％。但是。柴油車顆粒物排放問題並沒有一勞永逸地解決。相反，在這個領域內所面臨的挑戰部更加嚴峻。主要體現在以下三個方面。
首先，從燃燒的角度解決柴油車的微粒排放已接近極限。
其次，機內淨化技術給柴油車的微粒排放控制帶來了新的課題。在採用了現代柴油車技術後，尤其是採用高壓噴射技術後，雖然柴油車的微粒總質量大幅度減少，但微粒的數量卻反而有所增加。這些微粒體積和質量遠小於以前，但其所造成的危害也更大。
另外，通過提高柴油品質來降低微粒排放的前景也被證實和人們所期待的效果相差甚遠。
以上三個方面的原因說明，對於更為嚴格的排放法規，柴油車的微粒排放要想達標僅僅依靠機內淨化技術是不夠的。從長遠的觀點看，排放後處理裝置將成為車輛的一種標準配置。目前，微粒過濾器是公認有效的柴油車微粒排放後處理技術，它與高壓噴射等機內淨化技術一起，將成為柴油車滿足嚴格法規要求的主要技術手段。
如圖1、圖2所示，過濾器的壁面是多孔陶瓷，相鄰的兩個通道中，一個通道的出口側被堵住，而另一通道的入口側也被堵住，這就迫使排氣由入口敞開的通道進入，穿過多孔陶瓷壁面進入相鄰的出口敞開通道，而顆粒就被過濾在通道壁面上。這種捕集材料壁內小孔的直徑均在微米級，過濾效率一般在80％以上，最高可達90％以上，且耐高溫、機械強度高。
微粒過濾器時必須適時地清除沉積的微粒，即對過濾器進行「再生」，以防止排氣不暢使柴油車性能惡化。再生技術是過濾器的技術難題。再生一般是利用外界能量提高過濾器內的溫度使微粒著火燃燒。實現再生方法主要有強制再生、噴油助燃再生、電加熱再生等。強制再生是出現較早的再生技術，它是在柴油車大負荷的情況下，強制地對柴油車進行進氣或排氣節流，從而提高排氣溫度，使過濾體得到再生。強制再生難以在公交車等經常長時間低速行駛的車輛上使用。噴油助燃再生也是早期的一種再生方法，由於裝置複雜，且可靠性、安全性差而實現實際應用困難。電加熱再生是一種相對簡單的再生方法，但陶瓷過濾體導熱性能低，因此電阻絲外置式加熱方式效率非常低，要消耗較多外界能量，且對過濾體的加熱不均勻。為了彌補普通電加熱再生的不足，人們開發了能導電的過濾體，因此電壓可以直接接到過濾體兩端進行均勻加熱。這種過濾體的材料般為SiC材料，其膨脹係數過大，與實用化有較大差距。
如圖1、圖2所示是目前綜合性能較好的、用蜂窩陶瓷作為過濾體的壁流式蜂窩陶瓷過濾器。
發明內容
本發明的目的在於提供一種採用目前綜合性能較好的壁流式蜂窩陶瓷過濾器作為過濾體的微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括等間距分布的多孔陶瓷管，多孔陶瓷管一端的管口相間隔用陶瓷封堵，多孔陶瓷管另一端的管口與一端的管口相反相間隔用陶瓷封堵的壁流式蜂窩陶瓷過濾器，電子控制系統。壁流式蜂窩陶瓷過濾器外安裝有微波元件，壁流式蜂窩陶瓷過濾器和微波元件安裝在金屬材料外殼內，金屬材料外殼一端的尾氣入口端和金屬材料外殼另一端的尾氣出口端分別設置進氣壓力傳感器和排氣壓力傳感器，微波元件的一端通過繼電器與電源正極相連，進氣壓力傳感器、排氣壓力傳感器和繼電器分別與電子控制系統連接，微波元件的另一端接電源負極。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是壁流式蜂窩陶瓷過濾器外包裹有微波元件，微波元件在電子控制系統(ECU)的控制下，適時地工作，發生微波，利用微波能加熱沉積在過濾材料上的微粒，使其著火燃燒，從而實現過濾材料的再生。
圖1是壁流式蜂窩陶瓷過濾器的結構原理剖視圖；圖2是圖1的剖視圖；圖3是本發明的結構原理剖視圖。
圖中1、進氣壓力傳感器，2、金屬材料外殼，3、微波元件，4、多孔陶瓷管，5、陶瓷封堵，6、排氣壓力傳感器，7、電子控制系統，8、繼電器。
具體實施例方式
如圖3所示，本發明包括等間距分布的多孔陶瓷管4，多孔陶瓷管4一端的管口相間隔用陶瓷封堵5，多孔陶瓷管4另一端的管口與一端的管口相反相間隔用陶瓷封堵5的壁流式蜂窩陶瓷過濾器，電子控制系統7。壁流式蜂窩陶瓷過濾器外安裝有微波元件3，圖3中採用一根微波加熱管，壁流式蜂窩陶瓷過濾器和微波元件3安裝在金屬材料外殼2內，金屬材料外殼2一端的尾氣入口端和金屬材料外殼2另一端的尾氣出口端分別設置進氣壓力傳感器1和排氣壓力傳感器6，微波元件3的一端通過繼電器8與電源正極相連，進氣壓力傳感器1、排氣壓力傳感器6和繼電器8分別與電子控制系統7連接，微波元件3的另一端接電源負極。
所述的多孔陶瓷管4材料為多孔堇青石或SiC。
所述的微波元件3為微波加熱管，微波加熱管為1～20根。
本發明的工作原理如下1、過濾過程過濾器串接於柴油機排氣管之後，廢氣由入口進入過濾器，由於過濾材料多孔陶瓷的特殊結構，使得廢氣中的有害顆粒多數被過濾在通道壁面上，而過濾後的相對清潔的廢氣由出口排除，於是起到過濾廢氣中碳煙微粒的作用，大大改善了排放性能。
2、再生過程隨著過濾過程的不斷進行，碳煙顆粒不斷在過濾材料內沉積，造成排氣背壓逐漸增加，導致發動機動力性和經濟性惡化。因此，必須及時除去過濾材料中沉積的顆粒，以便能繼續工作。
本發明採用微波元件加熱再生技術。其原理是介質材料由極性分子和非極性分子組成，在電磁場作用下，這些極性分子從原來的隨機分布狀態轉向依照電場的極性排列取向。而在高頻電磁場作用下，這些取向按交變電磁的頻率不斷變化，這一過程造成分子的運動和相互摩擦從而產生熱量。此時交變電場的場能轉化為介質內的熱能，使介質溫度不斷升高，從而實現對介質的加熱。微波元件加熱的最大特點是高效快捷。
由於發動機排氣中含較多水分，因此採用微波元件加熱技術相當合適。又由於微波元件工作採用低壓直流供電，因此可以直接利用發動機的電瓶電源。其具體再生過程如下在過濾過程進行中，入口處的進氣壓力傳感器1和出口處的排氣壓力傳感器6不斷測定進氣壓力和排氣壓力，壓力信號即時傳入電子控制系統7(ECU)。隨著過濾過程的進行，碳煙顆粒的不斷沉積，使得過濾材料的氣體通過能力不斷下降，於是進氣壓力和排氣壓力差值不斷增大。電子控制系統7(ECU)根據傳感器獲得的壓力信號實時監控著進排氣壓力差，當該壓力差達到某一預設值時，電子控制系統7(ECU)隨即發出信號，控制微波元件3發生微波，在過濾材料內部形成空間分布的熱源，對沉積的碳煙顆粒進行加熱，從而使顆粒吸熱、著火、燃燒，從而實現過濾材料的再生。再生的持續時間，即微波元件3工作的持續時間由電子控制系統7(ECU)根據進排氣壓力差確定。
上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器，包括等間距分布的多孔陶瓷管(4)，多孔陶瓷管(4)一端的管口相間隔用陶瓷封堵(5)，多孔陶瓷管(4)另一端的管口與一端的管口相反相間隔用陶瓷封堵(5)的壁流式蜂窩陶瓷過濾器，電子控制系統(7)，其特徵在於壁流式蜂窩陶瓷過濾器外安裝有微波元件(3)，壁流式蜂窩陶瓷過濾器和微波元件(3)安裝在金屬材料外殼(2)內，金屬材料外殼(2)一端的尾氣入口端和金屬材料外殼(2)另一端的尾氣出口端分別設置進氣壓力傳感器(1)和排氣壓力傳感器(6)，微波元件(3)的一端通過繼電器(8)與電源正極相連，進氣壓力傳感器(1)、排氣壓力傳感器(6)和繼電器(8)分別與電子控制系統(7)連接，微波元件(3)的另一端接電源負極。
2.根據權利要求1所述一種微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器，其特徵在於所述的多孔陶瓷管(4)材料為多孔堇青石或SiC。
3.根據權利要求1所述一種微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器，其特徵在於所述的微波元件(3)為微波加熱管，微波加熱管為1～20根。
全文摘要
本發明公開了一種微波加熱再生柴油機碳煙微粒過濾器。壁流式蜂窩陶瓷過濾器外安裝有微波元件，壁流式蜂窩陶瓷過濾器和微波元件安裝在金屬材料外殼內，金屬材料外殼一端的尾氣入口端和金屬材料外殼另一端的尾氣出口端分別設置進氣壓力傳感器和排氣壓力傳感器，微波元件的一端通過繼電器與電源正極相連，進氣壓力傳感器、排氣壓力傳感器和繼電器分別與電子控制系統連接，微波元件的另一端接電源負極。微波元件在電子控制系統的控制下，適時地工作，發生微波，利用微波能加熱沉積在過濾材料上的微粒，使其著火燃燒，從而實現過濾材料的再生。
文檔編號F01N3/028GK1609418SQ20041006648
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月15日 優先權日2004年9月15日
發明者熊樹生, 楚書華, 浦甲辰, 陳理, 韓松, 李健 申請人:浙江大學