顆粒過濾裝置的製作方法
2023-11-02 01:44:52
專利名稱：顆粒過濾裝置的製作方法
技術領域：
本發明原則上涉及廢氣的後處理領域。更準確地說本發明的第 一 個 方面涉及一種用於過濾內燃機的，尤其是柴油內燃機的廢氣的顆粒過濾 裝置，它具有一個入口和一個出口，其中在廢氣的流動路徑中在入口和 出口之間設置有至少一個顆粒過濾器，其中廢氣在一條管路裡流動導 向，其中管路具有第一個部段，在這部段裡廢氣基本上向出口方向流， 其中管路還具有第二個部段，在這部段裡廢氣基本上向入口方向流。按 照第二個方面本發明涉及一種用於過濾內燃機的，尤其是柴油內燃機的
廢氣的顆粒過濾裝置，它具有一個入口和一個出口，其中在廢氣的流動 路徑裡在入口和出口之間至少設有 一個轉向元件用於實現廢氣流的方 向改變。按照第三個方面本發明涉及一種用於過濾內燃機的，尤其是柴 油內燃機的廢氣顆粒過濾裝置，它具有一個入口和一個出口。按照第四 個方面本發明涉及一種對內燃機的，尤其是柴油內燃機的廢氣進行過濾 的方法，藉助於一個具有一個入口和一個出口的顆粒過濾裝置。
背景技術：
由內燃機或者工業過程所產生的廢氣一般包含有趨向於損害健康
的成分，例如象碳氫化合物(HC )、 一氧化碳(C0 )、氮氧化物(N0x ); 而且尤其是也有粒子狀成分，例如象細灰塵。這種成分必須被變成無害 的或者至少危險性小的成分，以便減小排出到周圍環境裡去的有害物質 的數量。因此通常都要對廢氣進行一種催化處理和/或一種過濾過程。
原則上說在現有技術中催化劑也是眾所周知的，它們用於從廢氣裡 去除有害成分，例如象S0x和N0x。除此之外催化劑也有以下效果提 高廢氣的溫度，而這又可能有利於碳黑顆粒的分解。
柴油發動機原則上存在以下問題在廢氣裡尤其是含有碳黑顆粒 (C0)。為了將這種碳黑顆粒從廢氣裡除去，已知了有顆粒過濾器。碳 黑顆粒尤其是由於給燃油加入添加劑而引起。顆粒過濾器雖然可以從廢 氣裡去除碳黑，但有以下問題如果在過濾器裡積聚的碳黑顆粒太多的 話，它就會發生堵塞或滿負載。但在相應高的溫度時(大約超過400。C)
就使CO分解，因此一個滿負載的過濾器在這種溫度下可以再生。因此 特別重要的是在過濾前或過濾時的廢氣溫度儘可能地高，而且尤其是 在過濾器裡的溫度儘可能高，從而達到"點火溫度"。
特別重要的是整個顆粒過濾裝置以及顆粒過濾器本身的結構空間 儘可能小，而且儘可能快地達到高溫，從而使自點火效應起動，因為否 則的話過濾器太快地就堵塞了，而且例如汽車就不能運行了。尤其是在 一種運行方式時，例如此時每天只開車幾分鐘("早晨取麵包")，過
濾器越來越多地由於碳黑顆粒而滿負載，而不會達到足夠高的溫度來燒 掉碳黑，因此在一段時間之後汽車就不能再運行了而且必須更換過濾
器。因此尤其是也涉及到多麼快達到必需的高溫。這在技術背景中是眾 所周知的問題，這些問題都與發動機的冷起動(用一種對應的冷的催化 器)和與"冷廢氣"，正如它們從一個柴油發動機裡出來的那樣，有關。 廢氣的溫度原則上取決於所應用的柴油發動機的類型，而如果是汽 車，那當然取決於其型號。正常情況下汽車裡的廢氣溫度在150°C和 210。C之間。在自吸式發動機中廢氣溫度大約為280。C,在一種渦輪增壓 器中為350。C。因此在自吸式發動機或者渦輪增壓器中所必需的顆粒過 濾器的滿負載問題就遠不那麼嚴重了 ，這是因為廢氣的輸出溫度已經相 應地高了 。對於正常的柴油發動機來說顆粒過濾器的滿負載或堵塞在實 踐中是一個重大的問題，對此現有技術卻並沒有足夠的補救措施。
發明內容
因此本發明的任務是避免現有技術的缺點，並且尤其是對開頭所述 類型的顆粒過濾裝置進行改進，從而特別快地使裝置或顆粒過濾器達到 足夠高的運行溫度以避免過濾器的滿負載。
按照本發明的第 一 個方面，該任務對於 一 種開頭所述種類的顆粒過 濾裝置來說通過如下方法來解決管路還具有第三個部段，在這部段裡 廢氣基本向出口方向引導。
按照本發明的設計的 一個特別的優點在於由於三個部段而形成的 所謂廢氣的"摺疊的"流動路徑造成顆粒過濾裝置整體上很緊湊，這種 過濾裝置具有用於廢氣的長的行程段，因此廢氣在裝置裡的停留時間相 對較長。尤其是，如果用於升高廢氣溫度的部件，例如象催化器，布置 在流動中間;洛徑裡的話，其中長的流動路徑也可以用來實現相應的調整
用於布置這樣的構件，那麼廢氣就達到高的溫度，這與長的停留時間一 起相應有利地作用於在整個裝置中所產生的平衡溫度或者也作用於產 生一種這樣的平衡溫度時的速度。
廢氣優先地一個接一個地流過管路的第一、第二和第三個部段。管 路的第一、第二和第三個部段不必一定直接相互緊隨著，而是也可以設 置有相應的位於它們中間的部段。在這實施例中只是按次序首先經過管
路的第一個部段，然後第二個部段，最後第三個部段。這意味著廢氣 首先基本上在出口方向上流動，然後基本上流向入口方向並因此在反方 向上返回，最後又基本上流向出口方向。廢氣路線的折回基本上按照一 種變異的"Z"形進行。這可以明顯地在圖3所示縱向剖^L圖的上半部 分和下半部分中見到。
更為有利地在第一、第二或第三個管路部段中設置了至少一個顆粒 過濾器。優選地將至少一個顆粒過濾器布置在一個管路部段裡，在這管 路部段裡廢氣已經被升到充分高的溫度，因此不再可能使過濾器滿負載 或者整個過濾過程由於溫度的升高要有效得多。
為了進一步改進廢氣後處理的結果，優選地在第一、第二或第三個 部段裡設置另 一個顆粒過濾器。設置另 一個顆粒過濾器提高了過濾的效 率，而且這另一個顆粒過濾器在管路的另一個部段裡優先也作為至少一 個顆粒過濾器來布置。
在結構方面，但也是為了降低製造成本，優選地使至少一個顆粒過 濾器和另外一個顆粒過濾器一體地設計成整體過濾器部件。如果整體過 濾器部件具有相應的相互並不連結的用於導引廢氣的通道，那麼可以通 過相應地設置於整體過濾器部件的入口側和/或出口側端部的密封件來 確保在整體過濾器部件裡各個不同的管路部段也是相互分離開的。
此外優選在第 一與第二個部段之間和第二個部段與第三個部段之 間i殳有管^各部位，在這些管路部位裡廢氣的流動方向基本上一皮反過來 了。更為有利地在至少一個這樣的部位裡設有一個催化器。除了催化器 的真正作用之外，也就是說催化預處理的作用之外，催化器也用於提高 廢氣流以及整個裝置的溫度，這有利於過濾過程並且避免使過濾器滿負 載。通過相應地設計廢氣流路徑就可以使一個或多個催化器裝入到流動 路徑裡。這可以按如下來進行廢氣在流過催化器之後還保留在裝置裡 並因此使升高的溫度正面有利地作用於裝置的整體溫度。 在結構方面優選4吏管路的第一、第二和第三個部>^相互同心地布 置。 一種實際上有意義的實現規定了第一、第二和第三個部段中的一 個部段具有 一種圓柱體形狀，而二個另外的部段具有 一種圓環柱體或者 管子的形狀。第一、第二和第三個部段中的一個部段更為有利地由第一
個管子的內腔構成並因此具有一種基本為圓柱形狀(斷面為圓形)。對 於二個另外的部段設計成二個另外的管子，這些管子基本上與第一個管
子同心並具有二種與第一個管子不同的並且兩者都是更大的直徑；二個 另外的部段中的一個部段則在第一個管子的外壁和第二個管子的內壁 (具有比第三個管子更小的直徑)之間的空間裡形成，而在這二個另外 的部段中的第二個部段在第二個管子的外壁和第三個管子的內壁(比第 二個管子具有更大的直徑)之間的空間裡形成。二個另外的部段的斷面 因此為圓環形。因此形成了第一、第二和第三個管路部段的一種特別緊 湊的結構，因此這裡並沒有丟失結構空間，而且這由這三個管路部段組 成的裝置總體具有一種圓柱形。
在本發明的 一種優選實施例中規定如下
一種具有廢氣再循環的碳黑顆粒過濾器用外殼密封而可以使用在 過濾器設備或過濾器裝置裡，尤其是包括或具有優先為雙路的氧再生催 化器和優先為煙氣的雙路過濾。
在裝置的廢氣流之間按照如下可以進行特別好的熱交換管路的第 一和第二個部段和/或第二和第三個部段和/或第一和第三個部段通過
一個共同的壁分開。
顆粒過濾裝置更為有利地具有一個分配-和導向元件，它使第一個 來自入口的廢氣流流向管路的第一個部段並使來自管路第二個部段的 第二個廢氣流轉向至管路的第三個部段。分配和轉向元件因此具有加倍 的功能。優選地通過一個星形的轉向來實現，在這種轉向時不同的廢氣 流多重地相互交叉，而這些廢氣流並不混和。平面或立體交叉的廢氣流 引起了分配-和轉向元件的發熱，確切說也取決於所使用的催化器並因 此用作為換熱元件。在這些碳黑顆粒進入真正的顆粒過濾器之前，它們 按規定進行了預燃。因此大大減少了裝置的位置需求。由於轉向功能經 過潔淨的廢氣本身可以再次流過顆粒過濾器，以便實現進一步的催化處 理和過濾功能。
此外還優選使用於對第一和第二個廢氣流進行導向的分配-和轉向
元件具有各自的通道，其中第一個廢氣流通道的外壁的至少一部分構成 了第二個廢氣流通道的內壁。
顆粒過濾裝置更為有利地在從入口至出口的方向上具有至少以下
的部段第一個部段，它具有一個用於廢氣的分配-和轉向元件；第二 個部段，它具有至少一個顆粒過濾器；和第三個部段，它具有一個用於 廢氣的轉向元件。在這方面由於第一個部段具有一個既用於分配又用於 轉向的元件，而第三個部段只具有一個轉向元件，因此整個顆粒過濾裝 置是不對稱的。
管路的第一、第二和第三個部段更有利地布置在顆粒過濾裝置的第 二個部糹殳裡。
此外優選地使顆粒過濾裝置具有一個催化器，該催化器在廢氣的流 動方向上直接布置於入口後面和/或管路的第一個部段之前。
為了進一步提高過濾效率優選使顆粒過濾裝置具有一個在廢氣的 流動方向上直接布置在出口之前和/或管路的第三個部段之後的細灰塵 過濾器。
按照本發明的第二個方面，該任務在一種開頭所述種類的顆粒過濾 裝置中按如下來解決轉向元件具有一個催化器。
按照如下方法得出了一種特別優選的實際上的實現轉向元件設計 成一個基本上為U-形的廢氣流通道，在這通道裡至少局部地設有催化 器。這明顯地可以從圖la和2a的縱向剖一見圖的上半部和下半部中見到。 通過這基本呈U-形的通道可以實現大約轉向180°,也就是說廢氣流動 路徑的折彎，這用於延長廢氣流動路徑，其中但是同時使整個結構形式 保持緊湊。
此外還優選催化器由一種金屬絲網構成。
按照本發明的第三個方面，該任務在一種開頭所述種類的顆粒過濾 裝置中按如下途徑來解決顆粒過濾裝置具有一個分配-和轉向元件， 該元件使第一個廢氣流基本上在保持其方向的情況下分配在裝置中並 使第二個，在基本上相反方向上流動的廢氣流轉一個角度，優先大約為 180°，其中二個廢氣流並不混合起來。
按照本發明的第四個方面，該任務在一種開頭所述類型的方法中按 如下途徑來解決4吏廢氣的流動方向在入口和出口之前至少二次轉向大 約180。。
本發明的其它優選的實施形式在從屬權利要求中公開了 。 以下根據優選的實施例的說明參照附圖對於本發明，以及本發明的 其它特徵、目標、優點和應用方法進行詳細敘述。在附圖中同樣的標號 表示了同樣的或對應的元件。在本說明中應用了廢氣的"流動方向"這 個表述。此處當然理解為廢氣的平均的流動方向，其中對於專業人員來
說很清楚廢氣的各個微粒的運動方向可能與平均的或者主要的流動方 向(在圖中用箭頭示出)有偏差。應用了 "前面"和"後面"和類似的 表述，用於指出相對於主要流動方向，它一般從入口向著出口，的相對 布置。所有所敘述的和/或圖形表示的本身特徵或任意合理組合的特徵 都構成了本發明的宗旨主題，確切地說與其在專利權利要求書中的匯總 小結或者與它們的追溯無關。
圖la:用於說明一種按照本發明的顆粒過濾裝置的第一個實施例的 縱向剖視簡圖lb:用於詳細說明按照第一個實施例的按照本發明的顆粒過濾裝 置的圖la所示一個部分的更加細部的縱向剖^L簡圖lc:用詳細說明按照第一個實施例的按照本發明的顆粒過濾裝置 的圖lb所示部分的更加細部的俯一見簡圖2a:用於說明一種按照本發明的顆粒過濾裝置的第二個實施例的 縱向剖-現簡圖2b:用於詳細說明按照第二個實施例的按本發明的顆粒過濾裝置 的圖2a所示部分的更加細部的縱向剖一見筒圖2c:用於詳細說明按照第二個實施例的按本發明的顆粒過濾裝置 的圖2b所示部分的更加細部的俯"現簡圖3:用於說明一種按照本發明的顆粒過濾裝置的第三個實施例的 縱向剖-見簡圖。
具體實施例方式
參照圖la至lc所示的剖視圖以下對一種按照本發明的顆粒過濾裝 置10的第一個實施例在其結構和功能方面進行詳細說明。圖la表示了 按照本發明的顆粒過濾裝置10的一種大為簡略的縱向剖視圖。按照本200680052561.X
說明書第7/14頁
發明的顆粒過濾裝置10在廢氣的主流動方向上(在從入口至出口的方
向上，也就是說在圖la和2a中從左向右)具有一個入口部設a、 一個 過濾器前伸部段b、 一個前轉向部段或者第一個部段c (在圖la中是很簡略地表示)、 一個過濾器部段或者第二個部段d, —個後轉向部段或 者第三個部段e、 一個過濾器後伸部段f和一個出口部段g，它們都設 計在一個共同的外殼2裡。顆粒過濾裝置10通過入口部段a例如與一 個(未示出)汽車發動機相連，從這發動機尤其是使含有碳黑顆粒的廢 氣經過(未示出的)管路輸送給顆粒過濾裝置10的入口部段a。通過出 口部段a顆粒過濾裝置10與一個(未示出的)排氣管相連。當然可以 在發動機和入口部段a之間設有各種不同的其它構件，例如象一個催化 器。同樣也可以在顆粒過濾裝置10的出口部段g和排氣管之間設有各 種不同的其它構件，例如一個汽化器。按照本發明的顆粒過濾裝置10 因此例如通過一種焊接連接或者法蘭連接使用和固定在排氣系統裡一 個合適的位置上並用於使廢氣潔淨，以便對於廢氣的純度保證所要求的 極限值或者甚至低於此極限值。顆粒過濾裝置10 —般按一個(未畫出 的)中間縱軸線設計成對稱的。入口部段a具有一個直徑為Dl的管狀 斷面。在廢氣的流動方向上直接在入口部段a後面布置的過濾器前伸部 設b同才羊也優選具有一個管狀斷面，其斷面外徑略孩i加大3, Dl， > Dl。 這在廢氣流動方向上緊接著過濾器前伸部段b的前轉向部段c首先從外 徑Dl，擴展成一個在部段c的其餘長度上不變的外徑D2。在顆粒過濾裝 置10的具有不變的外徑D2的部位上外殼2在其裡面有一個隔熱層3。 過濾部段d、後轉向部段e和過濾器後伸部段f具有不變的外徑D2。在 過濾器後伸部段f和出口部段g之間設有一個臺階，因此出口部段g又 具有外徑Dl。前轉向部段c的內部構造為了更好達到一 目瞭然起見在圖 la中只是點出，而更準確的則表示於圖lb和lc中。前轉向部,殳c的作 用是將從入口部段a和過濾器前伸部段b來的廢氣繼續傳送或分配至過 濾部設d的相應的部位上，更準確地i兌至一個徑向向著中心偏置的位 上。除此之外，前轉向部段c的功能還有使得從過濾部段d的某些部位 裡，更準確地說/人一個中央部位裡在反向方向上流動的，也就是說所謂 倒流的(與新提供的廢氣沒有混合)廢氣在其方向上倒轉大約180°,也 就是說轉向，因此它們又在從入口部段a向著出口部段g的主流動方向 上流動，並使這些廢氣重新，當然在一個徑向完全位於外面的部位裡送
入這按照本發明的顆粒過濾裝置10的過濾部段d裡。由於按照本發明 的顆粒過濾裝置10的第一個部段c的這些功能，這個部段也可以稱作 為前部分配-和轉向部段c。按照本發明的顆粒過濾裝置10的過濾部,殳 或者第二個部段d的主要功能在於過濾廢氣。這第三個或者後轉向部賴: e用於分配這從一個徑向偏置的環形部位所提供的廢氣流到過濾部段d 的一個內圓柱形部位裡去，其中使流動方向逆轉大約180°。同時也進4亍 了對廢氣的催化處理。過濾器後伸部段f用於使廢氣轉向2 x 90°，從 徑向較外面的部位退回到過濾器出口部段g的中央部位裡，就是說有效 地保持了從入口至出口的主流動方向，其中這裡同樣也在一個大致垂直 於中心軸線布置的用於廢氣的導向部段裡設有一個催化處理裝置。
以下則對按照本發明的顆粒過濾裝置10的其它細部進行詳細說明。 在外徑為Dl，的過濾器前伸部段b裡設有一個催化器6,該催化器也可以 稱為第一個前置催化器，這是因為它接於真正的過濾之前。過濾部段d 設計成對於顆粒過濾裝置10的中心縱向軸線基本對稱並具有一個中央 的圓柱形的顆粒過濾器4，該過濾器在徑向方向上從中心軸線伸至大約 一半外直徑D2的三分之一處，而在縱向方向上則大致伸展布置於顆粒 過濾裝置10的由部段c， d, e和f所組成部分長度的一半上。圍繞圓 柱形的顆粒過濾器4的周圍設有一個環形的顆粒過濾器14,其中二個顆 粒過濾器4, 14通過一個共同的環形壁17分隔開。二個顆粒過濾器4 和14優選是碳化矽(SiC)顆粒過濾器。這種環形的顆粒過濾器有一個 厚度，其大致相當於第二個過濾部段2的一半的外徑D2的三分之一。 優選地實際上實現圓柱形的顆粒過濾器4和環形的顆粒過濾器14優選 通過一個整體來進行，這整體為了進行過濾具有許多布置在縱向方向上 的並且相互不連接的通道，其中設計通過一個在指向入口部辜殳a的端部 上在過濾器4, 14之間的圓形分界線上設置的密封件15使整體從功能 上分開成二個過濾器(部段)4, 14。共同的壁板17由過濾器4的最外 面通道的許多位於外面的壁板構成。徑向在顆粒過濾器14之外設有一 個環形通道，該通道向裡糹皮過濾器14的一個外壁18在部,殳c, d, e和 f的範圍裡隔開；該外壁的裡面設有密封和/或隔熱層19,而向外則4皮 外殼2的一個內壁在與上面同一個範圍裡隔開。在這通道裡並沒有布置 用於進行廢氣處理的元件，這是因為這個通道主要用於使廢氣流在從入 口向著出口的方向上運輸。在過濾器前伸部段b和過濾器部段d之間設
有轉向部段C,該部段C在這實施例中具有四個通道，用於將從過濾器
前伸部段b來的廢氣通過一個環形的笫二個預催化器16引至較外面的 顆粒過濾器14。在圖la中可以見到二個通道，它們由內壁7和外壁9 形成。第二個預催化器16具有與顆粒過濾器14基本相同的內徑。預催 化器16的外徑同樣也基本相當於顆粒過濾器14的外徑，並且更準確地 說相當於壁板18的外徑，這壁板18圍繞顆粒過濾器14四周布置。此 外顆粒過濾裝置具有第三個圓柱形的(預)催化器26位於過濾器部段d 的一個指向出口的端部上，而更準確地說在後轉向部段e裡，該催化器 26的外直徑大致相當於顆粒過濾器14或壁板18的外直徑(而且因此也 相當於第二個預催化器16的外直徑)。除了真正的催化器功能之外， 這種環形的催化器還用於使廢氣流轉向大約180。從外面的顆粒過濾器 14進入中央的顆粒過濾器4裡。按照本發明使廢氣在顆粒過濾裝置10 之內的過濾器部l殳d裡的不同方向上導向流動。更準確地i兌在顆粒過濾 裝置1Q裡設有管路，這管路在顆粒過濾裝置10的過濾器部段d裡具有 三個部段。這廢氣管路在顆粒過濾器14裡是第一個(管路)部段ll， 在這部段裡廢氣在從入口向著出口 (在圖中從左向右)流動。廢氣管路 此外在中央的顆粒過濾器4裡是第二個(管路)部段12,在這部段裡廢 氣基本上在從出口向著入口的方向上流動。最外面這管路是第三個(管 路)部段13,其中第三個管路段13相當於徑向外面所設置的環形通道， 並且在這通道裡廢氣的流動方向又是/人入口向著出口。第一、第二和第 三個管路部段按這種次序^L廢氣流經過。按照本發明申請書的專業術語 管路部段ll, 12和13的前、後端與過濾器部^^殳d的前、後端相重合一 致。在後轉向部段e後面設有過濾器後伸部段f,該部段具有一個環形 的後置催化器36,這催化器的內徑相當於顆粒過濾器14的內徑，而其 外徑相當於第三個管路部段或通道13的外徑。因此催化器36接於真正 的過濾裝置之後，該催化器稱之為後置催化器。通過這後置催化器36 和一個沿著其內圓周布置的環形孔板37使廢氣流入出口部段g裡，在 這齣口部段裡廢氣沿著中心軸線中央從顆粒過濾裝置IO裡流出。更準 確地說，廢氣在進入後置催化器36時大約轉向90°,而在從後置催化器 36裡流出時又大約轉向90°。後置催化器36後面可選擇地接一個(未示 出的)細灰塵過濾器，此過濾器既布置在過濾器後伸部段f裡，但除此 之外也可以伸入管狀的出口部段g裡。
這流過入口部段a和過濾器前伸部段b的並由催化器6預先處理過 的廢氣通過按照本發明的顆粒過濾裝置10的轉向部段c通過第二個預 催化器16被分配至第 一個管路部段11裡，在這管路部段裡廢氣通過顆 粒過濾器14進行過濾。在流過第一個管路部段11之後廢氣通過這伸展 布置在第一和第二個管路部段11, 12的出口側端部上的催化器26,不 僅進行催化，而且也轉向大約180°,因此在經過管路部段11和催化器 之後，顆粒過濾裝置10的管路部段12裡的廢氣由於催化器26的轉向 又在入口部革殳a的方向上回流並在這其中通過主顆粒過濾器4進4亍過 濾。這在第二個管路部段12裡回流的廢氣因而重新到達顆粒過濾裝置 10的轉向部段c裡，在這轉向部段裡它們又糹皮轉向大約180°;也就是說 與來自入口部段a的廢氣流並不混合。這來自第二個管路部段12的廢 氣流被引入徑向外面布置的第三個管路部段13裡。在這第三個管路部 革殳13裡廢氣重新在從入口向著出口的方向上流動。在流過第三個管路 部段13之後，在廢氣經過出口部段g在排氣管方向上流出之前，通過 後置催化器36對廢氣進行後處理。
廢氣因此經過入口部段a進入顆粒過濾裝置10裡並通過預催化器 6, 16進行預處理。按照一種在技術背景中已知的效應，預催化器6, 16已經用來提高廢氣的溫度，因此這些廢氣在進入顆粒過濾裝置10的 第一個管路部段11裡時具有升高的溫度。在這個部段裡顆粒過濾器14 用於過濾廢氣，主要考慮到碳黑。正如開頭所述過的那樣，通過提高廢 氣的溫度使過濾更加有效得多。在經過第一個管路部段11之後使廢氣 通過催化器26在其流動方向上轉向大約180。，進入中央布置的第二個 管路部段12裡。這布置在二個管路部^殳11和12的後端面上的催化器 26不僅用於使流動方向進行轉向並且用於繼續從第一個管路部段11引 入第一個管路部段12裡，而且對應於催化器6， 16,廢氣溫度進一步提 高。在第二個管路部段12裡廢氣從顆粒過濾裝置10的過濾器部段d回 流至轉向部段c裡。在顆粒過濾裝置10裡這由第二個管路部段12提供 的最終過濾過的廢氣，沒有與來自入口部段a的廢氣發生混合，在流動 方向重新轉向的情況下被引入顆粒過濾裝置10的過濾器部段d的最外 面部位裡，並且更準確地說^皮引入第三個管路部段13裡，在這個管路 部段裡並沒有設有廢氣後處理裝置。在流過後置催化器36之後廢氣從 出口部段g裡在排氣管的方向上流出。在圖la至lc所示的一種按照本
發明的顆粒過濾裝置10的第一個實施例中因此廢氣發生了二次轉向每 次大約180°。這種雙重的轉向一方面用於使廢氣在流出這按照本發明的 顆粒過濾裝置10時又在原始的流動方向上/人進口部l殳a流向出口部l殳 g。尤其是在催化器6， 16和26上進行廢氣的加熱。由於反流效應(第 一，第二和第三個管路部段11， l2和13都通過一個共同的壁相互熱接 觸)，因此較冷的氣體流通過熱交換裝置進行加熱，這熱交換裝置具有 在裝置裡的、尤其是通過設計的催化器已經加熱過的廢氣。尤其是也通 過使得從過濾器部段d，和更準確地說從管路部段12裡流出的並重新流 入第二個過濾器部段a的第三個管路部段13裡的廢氣流在按照本發明 的顆粒過濾裝置10的轉向部段c裡進行規定的轉向，就直接將從顆粒 過濾裝置10的入口部段a進入過濾器部段d的第一個管路部段11裡的 廢氣這樣加熱3，因此這些氣流具有更高得多的溫度，因此可以^艮大程 度上避免顆粒過濾器4和14的滿載並使整個過濾過程因此更加有效得 多。通過按照本發明的設計方案使整個顆粒過濾裝置10即使在短得多 的時間也加熱到相應高的溫度。通過實驗發現，在顆粒過濾器4和14 所出現的溫度足夠用於使碳黑顆粒差不多完全地點燃。廢氣取決於各自 的出口溫度，該溫度尤其是由發動機的型式來確定，廢氣在進入顆粒過 濾器4和14之前就已經處於一種這樣高的溫度，以至於在廢氣裡差不 多不再含有碳黑顆粒3。按照本發明所實現的溫度升高也是如此之大， 以至於可以將細灰塵過濾器取消。
按照圖lb和lc對於顆粒過濾裝置10的轉向部段c的內部構造的 其它細部進行說明。這裡應該指出為了更加清楚起見各個不同的在圖 la中所示的構件被去掉了。這尤其適合於二個預催化器6和16。綜觀 圖lb和lc可見總計有四個具有內壁7和外壁9的通道，它們呈星形 以中軸線為對稱地布置，也就是說相互偏轉一個角度大約90°,這些通 道使這從過濾器前伸部段b送過來的廢氣送入布置有預催化器16的環 形空腔裡。此外由圖lb和lc可見，從布置有顆粒過濾器4的第二個管 ^各部段12重新進入轉向部l爻c的廢氣流在與前面所述的、由內壁7和 外壁9構成的通道偏置布置的通道裡轉向大約180。並進入過濾裝置d的 徑向外面的第三個管路部段13裡。
由於用來使廢氣來回輸送導引的通道為偏置設置，因此顆粒過濾裝 置10的裡面部分(外殼體2除外)也稱為"星"。前轉向部段c因此
具有一種轉向-和分配功能。它首先用於將到達的廢氣流分配或轉向進 入一個圍繞裝置的中軸線周圍布置的環形部位裡(第一個管路部l殳11,
其中布置有顆粒過濾器4)，或者使其方向改變。此外轉向部段c用於 將這從裝置(也就是第二個管路部段12,其中布置有顆粒過濾器4)的
管路部段13，但沒有一個用於對廢氣進行後處理的元件，或者此處也使 廢氣轉向大約180。或反轉。
按照圖2a至2c以下對按照本發明的顆粒過濾裝置10的第二個實 施例進行詳細說明。在圖2a至2c中所示的按照本發明的顆粒過濾裝置 IO，的第二個實施例一般來說類似於已經結合圖la至lc所述的笫一個實 施例。因此以下只是詳細闡述與已經說明過的第一個實施例的區別。4安 照第二個實施例的顆粒過濾裝置10，並沒有過濾器後伸部段f。出口部段 g，緊接於後轉向部段e，。顆粒過濾裝置IO，的催化器26，與顆粒過濾裝置 10的催化器26不同，為環狀並設計成以顆粒過濾裝置IO，的中軸線為對 稱。催化器26，的內徑相當於Dl，環形催化器26，的外徑大約相當於顆 粒過濾器14，的外徑。更準確地說一個沿著催化器26，外圓周布置的孔板 37，的尺寸大小和布局對應於顆粒過濾器14'的外壁18'。催化器26'向裡 通過出口部段g，的一個加長的外殼壁相對於這齣口部段密封。為此目的 還在顆粒過濾器的出口側端部上設有一個位於密封15，對面的密封25，。 這種結構上的區別用於使廢氣在第二個實施例的顆粒過濾裝置10'裡與 第一個實施例的顆粒過濾裝置10相比有不同的流向曲線。廢氣流首先 如在開頭所述的第一個實施例時那樣的流向。在廢氣通過入口部l殳a， 和過濾器前伸部段b，進入之後，使廢氣從設有催化器16，的轉向元件10， 引入第一個管路部段ll，裡，該部段ll，構成過濾部段d，的一個部分，並
在這部段裡布置了顆粒過濾器14，。廢氣直接就在從管路部段ir中流出
之後進入催化器26，並且然後，與開頭所述的第一個實施例不同，轉向 進入一個環形的徑向在外設置的通道裡。在這較外面的通道裡廢氣反向 流動，也就是說從出口向著入口，這在圖2a至c中明顯地由通過箭頭 所示出的廢氣流見到。第二個管路部段12，相當於在過濾部段d，範圍裡 徑向較外通道的部位，因此這第二個管路部段12，在這實施形式中布置 於最外面。廢氣從過濾部段d，重新進入轉向部段c，，就是說沒有發生與 這從過濾器前伸部段b，新送出的廢氣流的混合。儘管沒有發生廢氣流的
混合，然而在轉向部段C，裡同樣也如同在第一個實施例中那樣出現一種
熱交換效應，因為這從過濾部段d，送出的廢氣由於經過了催化器16，和 26，而處於更高得多的溫度，也就是說與這從過濾器前伸部段b，的預催 化器6，流入轉向部段c，裡的廢氣流相比。通過在其它方面分開的通道的 共同壁板實現了進入催化器16，的廢氣流或者也實現了周圍構件或部件 的熱交換，也就是說加熱，這就使過濾過程更加有效並且尤其是也避免 了過濾器的滿載。廢氣流通過轉向元件c，從第二個管路部段12，引入到 在這種實施形式中中央布置的第三個管路部段13，裡，顆粒過濾器4，就 位於這部段13，裡。廢氣流在進入顆粒過濾器4'之前就處於所希望的流 出方向上，也就是從入口向著出口的方向。在流過顆粒過濾器4'之後廢 氣通過這伸展布置於部段e，和g，上的外徑為Dl的出口管從顆粒過濾裝 置IO，裡流出。顆粒過濾裝置IO，與顆粒過濾裝置IO相比由於取消了後 催化器36而更為緊湊並具有加熱較快的優點，這是因為由顆粒過濾裝 置IO，裡出來的廢氣流經過相對長的時間在裝置裡的中央導引流動，這
對於在整個裝置裡出現的平衡溫度具有有利的影響。
在圖2b和2c的簡圖中表示了第二個實施例的顆粒過濾裝置IO，的 轉向部段c，的其它細節情況，這種結構基本上對應於結合圖lb和lc所 說明的第一個實施例的顆粒過濾裝置10的轉向單元c的構造。然而與 此不同的是要反轉大約180。的廢氣流的流動方向，這廢氣流在第二個實 施例中從這裡設在較外通道裡的第二個管路部段12，被轉向進入中央部 位裡，在這部位裡布置有顆粒過濾器4，。這也可/人圖2b和2c中對應的 箭頭很好見到。顆粒過濾裝置10, IO，的二個實施例在結構方面的區別 僅在於出口側端部的結構，尤其是後轉向元件e，，其中由此而改變的廢 氣導向雖然也改變了在裝置中的入口側端部的廢氣流動，尤其是關係到 前轉向元件c，，但基本上並不要求結構上的匹配。
按照圖3的縱向剖視簡圖以下對一種按照本發明的顆粒過濾裝置 IO，，的第三個實施例進行詳細說明。按照本發明的顆粒過濾裝置IO，，的 此處的第三個實施例由於設有三個管路部段11", 12，，和13"，因此類 似於第一兩個實施例，這些管路部段以這種次序,皮廢氣流流過而且它們 相互同心地布置。這用箭頭表示出的廢氣流經過入口部段a，，流入顆粒 過濾裝置10"裡。在過濾器前伸部段或者催化器部段b"裡設有一個催化 器6"。緊接著廢氣流進入入口部段c"裡並接著進入過濾部段d"裡，在這個過濾部段裡設有一個顆粒過濾器4"。在後部轉向部位e，，裡廢氣流 從第一個管路部段ll"向外被轉向大約180。進入第二個管路部段12" 裡。在部段c"的較外面範圍裡廢氣流重新又向外轉向，大約180°進入 第三個管路部段13，，裡。在流過第三個管路部段13，，之後廢氣進入過濾 器後伸部段f",然後進入出口部段g"裡。 一種按照本發明的顆粒過濾 裝置IO"的這第三個實施例的特徵在於在部段c"裡不設有分配-和轉 向元件。這尤其意味著廢氣流沒有方向改變地直接從入口部段a"進 入過濾部段d"裡。廢氣流的這二次按照本發明的轉向大約各為180°規 定在後部轉向部段e"裡並且只是在部段c"的外部範圍裡進行。由於在 部段c"裡去掉了分配-和轉向元件雖然降低了顆粒過濾裝置IO，，的過濾 能力，因為來自發動機的廢氣流不再這樣被加熱了，如同根據這結合開 頭二個實施例所描述的由於流過而產生的熱交換效應那樣，但沒有使到 達的相對冷的廢氣與返回的、通過處理而加熱的廢氣相混合。當然這裡 的第三個實施例具有的優點是製造成本有利得多。通過二次向外轉向 (不是一次向裡，如在開頭二個實施例中那樣)使廢氣流並因此也使結 構型式大大簡化。此外這種實施例由於避免了背壓的極限值(一般在滿 載時為幾百個毫巴)。在本發明的這種方案中一種相應規定的最大背壓 值可以簡單地按如下方法來調整設定使顆粒過濾器4"的橫向-和縱向 外形尺寸相應地就匹配於所使用的發動機，超出高於這最大背壓值可能 會？ I起發動機的過熱和損壞。
前面已經按照本發明的優選實施形式對本發明作了詳細敘述。然而
本發明所依據的思想。
權利要求
1.制用來過濾內燃發動機尤其是柴油發動機的廢氣的顆粒過濾裝置(10；10』；10」)，它具有一個入口和一個出口，其中在廢氣的流動路徑中在入口和出口之間設有至少一個顆粒過濾器(4，4」)，其中廢氣在一個管路裡導引流動，其中管路具有第一個部段(11；11』；11」)，在這部段裡廢氣基本上向出口方向流動，其中管路還具有第二個部段(12；12』；12」)，在這部段裡廢氣基本上向入口方向流動，其特徵在於，管路還具有第三個部段(13；13』；13」)，在這部段裡廢氣基本上向著出口方向流動。
2. 按權利要求1所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10")，其特徵 在於，廢氣相繼地流過管路的第一、第二和第三個部段(ll, 12, 13; 11，， 12,, 13，； 11"， 12"， 13")。
3. 按權利要求1或2所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"),其 特徵在於，在管路的第一、第二或第三個部段(ll, 12, 13; 11，， 12，， 13，； 11"， 12"， 13")裡設有至少一個顆粒過濾器(4; 4，)。
4. 按權利要求1至3中之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，在第一、第二和第三個部段(ll, 12， 13; 11，， 12，， 13，； 11", 12", 13")裡設有另外一個顆粒過濾器(14)。
5. 按權利要求3或4所述的顆粒過濾裝置(10; 10'; 10"),其 特徵在於，至少一個顆粒過濾器(4; 4，)和另一個顆粒過濾器(14) 一 體地設計成過濾器整體部件。
6. 按權利要求1至5中之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，在第一個和第二個部段(11, 12; 11，， 12，； 11", 12") 和第二個和第三個部段(12， 13; 12，， 13，； 12", 13，，)之間設有管路 部位，在這管路部位裡使廢氣的流動方向基本上反轉。
7. :按權利要求6所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"),其特徵 在於，在其中至少一個部位裡設置一個催化器(36; 36，)。
8. 按權利要求1至7中之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，管路的第一、第二和第三個部段(ll, 12, 13; 11，， 12，， 13，； 11", 12", 13")相互基本同心地布置。
9. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，第一、第二和第三個部段(ll, 12, 13; 11，， 12，， 13，； 11", 12"， 13")基本上具有一種圓柱體形狀，而另外二個部段基本上 具有圓環柱體形狀。
10. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，管路的第一和第二個部段(11, 12; 11，， 12，； 11，，， 12") 和/或第二和第三個部段(12， 13; 12，， 13，； 12", 13")和/或第一和 第三個部段(ll， 13; 11，， 13，； 11", 13")通過一個共同的壁板(17， 18; 17，， 18，)分隔開。
11. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，)，其特徵 在於，顆粒過濾裝置(IO, 10，)具有一個分配-和轉向元件，該元件使 第一個來自入口的廢氣流引向管路的第一個部段(11; 11，)並將一個來自管路第二個部段(12; 12，)的第二個廢氣流轉向至管路的第三個部段(13; 13，)。
12. 按權利要求11所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10，，)，其特 徵在於，分配-和轉向元件分別具有通道用於導引第一和第二個廢氣流， 其中第一個廢氣流的通道的一部分外壁構成了第二個廢氣流的通道的 內壁。
13. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，顆粒過濾裝置(10; 10，； 10")設計成基本上以一個中軸 線為對稱。
14. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，)，其特徵 在於，顆粒過濾裝置(IO, 10，)在從入口至出口的方向上至少具有以下 部段a) 第一個部段(c， c，)，它具有一個廢氣的分配-和轉向元件；b) 第二個部段(d; d，)，它具有至少一個顆粒過濾器；和c) 第三個部段(e; e，)，它具有一個廢氣的轉向元件。
15. 按權利要求13所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"),其特 徵在於，管路的第一、第二和第三個部段(ll, 12, 13; 11，， 12，， 13，) 布置在顆粒過濾裝置(10, 10，)的第二個部段(b; b，)裡。
16. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，顆粒過濾裝置(IO， 10，)具有一個在廢氣流動方向上直接 布置在入口後面和/或在管路的第一個部段之前的催化器(6; 6，； 6")。
17. 按上述權利要求之一所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10")， 其特徵在於，顆粒過濾裝置(1G, 10，)具有一個在廢氣流動方向上直接 布置於出口之前和/或在管路的第三個部段(13; 13，)之後的細灰塵過濾器。
18. 用於過濾內燃發動機尤其是柴油發動機的廢氣的顆粒過濾裝置 (10; 10，； 10"),具有一個入口和一個出口，其中在廢氣的流動路徑中在入口和出口之間i殳有至少一個轉向元件用於改變廢氣流的方向，其 特徵在於，轉向元件具有催化器(26; 26，； 36)。
19. 按權利要求18所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"),其特 徵在於，轉向元件被設計成一個基本為U-形的廢氣流通道，在這通道裡 至少局部設有催化器(26; 26，)。
20. 按權利要求18或19所述的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"), 其特徵在於，催化器(36)由一種金屬絲網構成。
21. 用於過濾內燃發動機尤其是柴油發動機的廢氣的顆粒過濾裝置 (10; 10，； 10"),它具有一個入口和一個出口，其特徵在於一種分配-和轉向元件，該元件對第一個廢氣流進行分配，基本保持其在裝置裡 的方向，並^f吏第二個在基本上相反方向上流動的廢氣流轉向一個角度， 優先大約轉向180°,其中這兩個廢氣流相互並不混合。一種具有一個入口和一個出口的顆粒過濾裝置(10; 10，； 10"),其特 徵在於，廢氣在入口和出口之間的流動方向至少一支二次轉向，每次大約 轉向180°。
全文摘要
本發明涉及一種用於過濾一種內燃機，尤其是柴油內燃機的廢氣的顆粒過濾裝置(10)，它具有一個入口和一個出口，其中在廢氣流動路徑中在入口和出口之間至少設有一個顆粒過濾器(4)，其中廢氣在一條管路裡導引流動，該管路具有第一個管路部段(11)，在這管路部段中廢氣基本被引向出口方向，其中管路還有第二個部段(12)，在這部段中廢氣基本流向入口，在這種顆粒過濾裝置裡通過以下方法特別迅速地產生足夠高的裝置的運行溫度，用以避免過濾器的滿負載管路還具有第三個部段(13)，在這部段裡廢氣基本流向出口。
文檔編號F01N3/021GK101365866SQ200680052561
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月22日 優先權日2005年12月22日
發明者H·斯蒂格爾鮑爾 申請人:Ark-控股有限公司