專利名稱：微粒收集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微粒收集器，而更具體地涉及具有再生能力的微粒收集器。
背景技術(shù)：
發(fā)動機，包括柴油機、汽油機、天然氣發(fā)動機和其它技術(shù)上已知的發(fā)動機可能排出空氣污染物質(zhì)的復(fù)雜混合物。空氣污染物由氣體和固體材料組成，它們包括微粒物質(zhì)。微粒物質(zhì)可包括未燃燒的碳粒，也稱作煙灰。
由于對環(huán)境加強注意，排氣發(fā)射物標(biāo)準(zhǔn)變得更加嚴(yán)格。從發(fā)動機發(fā)射的微粒數(shù)量可以根據(jù)發(fā)動機類型、發(fā)動機尺寸、和/或發(fā)動機級別調(diào)節(jié)。發(fā)動機制造商曾經(jīng)實施的一種符合排放到環(huán)境中微粒物質(zhì)規(guī)范的方法是采用稱做微粒收集器的裝置從發(fā)動機的排放氣流中除去微粒物質(zhì)。微粒收集器是一種過濾器，設(shè)計成為可捕捉微粒物質(zhì)，并由金屬絲網(wǎng)構(gòu)成。不過，長期使用微粒收集器將造成微粒物質(zhì)在金屬絲網(wǎng)堆積，從而造成過濾器功能和發(fā)動機性能下降。
一種改進微粒收集器性能的方法是實現(xiàn)再生過程。例如，在2003年6月3日頒發(fā)給Peter等的美國專利No.6,572,682(‘682專利)中描述一種自行清潔過濾系統(tǒng)可以從發(fā)動機廢氣流中除去微粒物質(zhì)。‘682專利的過濾系統(tǒng)設(shè)計使用在柴油機中并包括具有多個分濾芯的過濾介質(zhì)堆。廢氣流被引導(dǎo)經(jīng)由閘板閥通過各分濾芯，以便從廢氣流中除去微粒物質(zhì)。加熱器用來提高分濾芯和陷入的微粒物質(zhì)溫度到微粒物質(zhì)的燃燒溫度以上，從而燒去所收集的微粒物質(zhì)并且使過濾系統(tǒng)再生。
雖然‘682專利的過濾系統(tǒng)可減少排放到環(huán)境的微粒物質(zhì)并且減少微粒物質(zhì)在過濾系統(tǒng)中的堆積，但該過濾系統(tǒng)是復(fù)雜而昂貴的。此外，‘682專利的過濾系統(tǒng)的龐大尺寸不能與發(fā)動機隔室內(nèi)有限的空間兼容。
本發(fā)明目的是克服以上提出的一個或多個問題。
發(fā)明概要一方面，本發(fā)明涉及一種微粒收集器，包括多個過濾器和空氣分配器?？諝夥峙淦靼ǖ谝涣鲃蛹偷诙鲃蛹?。各第一和第二流動件具有多個開口以便廢氣流流向多個過濾器。至少第一和第二流動件之一可移動以便有選擇地阻塞廢氣流在一定時間流動到多個過濾器的至少一個。
另一方面，本發(fā)明涉及一種從廢氣流中除去微粒的方法。該方法包括有選擇地引導(dǎo)廢氣流到至少一個過濾器，并且用至少一個過濾器從廢氣流中過濾微粒。該方法也包括移動空氣分配器的第一和第二流動件的至少一個，以便有選擇地阻塞廢氣流流到至少一個過濾器中的至少一段。該方法還包括有選擇地對至少一個過濾器段施加電流以便促使至少一個過濾器段再生。
附圖簡要說明

圖1為具有按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器的發(fā)動機的示意說明圖；圖2為按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器的示意說明正視圖；圖3a為按照本發(fā)明另一示范實施例微粒收集器的示意說明頂視圖；圖3b為按照本發(fā)明另一示范實施例微粒收集器的示意說明正視圖；圖4為按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器的示意說明側(cè)視圖；圖5為按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器內(nèi)管立體示意說明圖；圖6為按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器示意說明頂視剖面圖；圖7為按照本發(fā)明另一示范實施例微粒收集器示意說明頂視剖面圖；圖8a為本發(fā)明部件另一示范實施例示意說明圖；圖8b為按照本發(fā)明示范實施例微粒收集器中使用的過濾器立體說明圖；圖8c為按照本發(fā)明另一示范實施例微粒收集器中使用的過濾器立體說明圖；和圖9為按照本發(fā)明另一示范實施例微粒收集器中使用的過濾器立體說明圖。
具體的實施方式圖1闡明具有微粒收集器12的示范實施例的發(fā)動機10。發(fā)動機10可包括使微粒收集器12進口16連接發(fā)動機10廢氣流的廢氣總管14。控制器18可通過連接管路20與微粒收集器12連通，并且通過管路24與馬達22連通。
如圖2和6所示，微粒收集器12可包括空氣分配器26、流動管32、一個或多個絕緣分隔器28、一個或多個過濾器30、和收集器殼體34。
參照圖2，空氣分配器包括兩個其形狀為內(nèi)管36和外管38的流動件，各具有圓形截面。外管38可包括開口端40、封閉端42、和通過外圓柱形表面48的單列開口46。在某些實施例中，開口為大體矩形。單列開口46可以與外管38的軸線50平行。開口46可以相對軸線50離開過濾器30定位，以便廢氣流均勻地穿越過濾器30。在這樣的布置中，殼體34可在空氣分配器26和過濾器30之間再引導(dǎo)廢氣流，以便分散廢氣流穿越過濾器30?？商娲兀鐖D3a和3b所示，開口46可以朝向過濾器30，而另一個分散裝置，例如，擋板51，可以用來分散廢氣流穿越過濾器30。內(nèi)管36可以旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外管38內(nèi)，并且也有開口端52和封閉端54。內(nèi)管36配置為可以旋轉(zhuǎn)而外管38保持固定不動?？商娲兀瑑?nèi)管36可保持不動而外管38旋轉(zhuǎn)，或內(nèi)、外管36、38均同時旋轉(zhuǎn)。
內(nèi)管36可具有多列通過外部圓柱表面58的開口56。在某些實施例中，開口可為大體矩形。各列開口56可以與軸線50平行。如在圖2和5中說明，各列開口56可包括至少一個開口，少于外管38的單列開口46的開口數(shù)量，使當(dāng)任何一列開口56對準(zhǔn)開口46時，至少一個開口46的氣流被阻塞。例如，開口46a在圖2被阻塞。阻塞的開口的位置可以相對軸線50在垂直方向上對于各列開口56不同，使內(nèi)管36完整地旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，各開口46至少被阻塞一次。
如圖2、3a、3b、6、和7所闡明，在內(nèi)管36和外管38之間可以存在間隙。該間隙容許一些氣流通過開口46，即使當(dāng)開口46處于阻塞位置。名詞“阻塞”，在本發(fā)明范圍內(nèi)，解釋為至少部分地有氣流被限制。也考慮到，當(dāng)在阻塞位置時，開口46可以完全限制氣流。
也考慮到，內(nèi)、外管36、38可以具有不同于圓形的截面。例如，截面可以是長圓形、方形、或任何容許氣流流通的截面形狀。此外，內(nèi)、外管36、38可配置為互相相對地縱向滑動。開口46和56可具有不同于矩形的其它形狀。開口可以是長圓形、方形、圓形、或任何容許氣流流通的形狀。還有，可以沒有單列開口46，而是包括在外管38的溝槽，配置為對準(zhǔn)內(nèi)管36中多列開口56之一。在內(nèi)管36保持不動而外管38旋轉(zhuǎn)的情況，開口56的柱可以包括在外管38中，而開口46的單獨柱包括在內(nèi)管36中。
流通管32可以配置為相似于內(nèi)、外管36、38。例如，流通管36可包括開口端70、封閉端72、和通過外部圓柱形表面76的單列開口74。開口74的數(shù)量可等于開口46的數(shù)量。流通管32、同樣的內(nèi)、外管36、38也可具有圓形、方形、圓胖形、或任何其它容許廢氣流動的形狀。相對于流通管32的縱向軸線，一列開口74可朝向或不朝向過濾器30，如圖2中所說明。此外，可以不設(shè)置一列開口74，而在流通管32中包括溝槽。
一個或多個分隔器28可以從一個過濾器30分隔另一個過濾器30以便在微粒收集器12中建立過濾器分區(qū)。各過濾器30的分區(qū)可以與一個或多個開口46和一個或多個開口74連通。各過濾器30可模塊化并獨立地更換。此外，各過濾器30可包括一個或多個過濾器段64。
如圖6和7中微粒收集器12的示范實施例所說明，各過濾器段64可以為過濾器30的永久性分濾芯，并且包括瓦楞形金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65，他們是導(dǎo)電的并且互相和同殼體34用附加的絕緣件66和67隔開?？商娲?，各過濾器段64可包括具有導(dǎo)電纖維的非導(dǎo)體的陶瓷過濾介質(zhì)。如圖3a、6、和7所說明，廢氣流可以從空氣分配器26引導(dǎo)橫向地穿越瓦楞形金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65?？商娲兀^濾器可以旋轉(zhuǎn)，使廢氣流被引導(dǎo)縱向地穿越金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65。各過濾器段64可以堆置成行、列、和/或?qū)?。圖2、3、和6說明一種實施例，其中過濾器段64堆成層狀。不過，過濾器30也可以包括多列，如圖7所闡明。應(yīng)該注意，微粒收集器12可包括帶有多列和多層的過濾器段64的過濾器30。
圖8a闡明一定數(shù)量的示范性可供選擇的夾持件(86、88、90、92和94)，用來在一個過濾器段64上堆積另一個過濾器段64，并且從一個過濾器段64隔絕(絕緣)另一個過濾器段64。在某一個具體微粒收集器中典型地僅采用一種類型的夾持件。夾持件可以采用或不采用導(dǎo)電材料制成。由導(dǎo)電材料制成的夾持件可以用氧化鋁涂層或其它適當(dāng)?shù)牟牧贤扛惨员阍谶^濾器段64的金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65之間提供電氣絕緣。各夾持件可包括底部80、第一側(cè)面部分82、和第二側(cè)面部分84。底部80可從一個金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65分隔另一個金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65，而第一和第二側(cè)面部分82和84可用來使一個過濾器段64相對于另一個過濾器段64橫向定位。
第一夾持件86可由兩個U-形金屬部分焊接在一起構(gòu)成而形成一個具有基本上I-形截面的部件。兩個U-形件可如此布置，使兩個開口互相面對并且各夾持各自的過濾器段64。第二夾持件88可由單獨的金屬折疊件構(gòu)成。單獨的金屬折疊件可包括由同一主折疊件連接的相同的第一和第二邊緣。各第一和第二邊緣可包括彎曲成為接合各自過濾器段64邊緣的端部，而主折疊件配置為接合已經(jīng)聯(lián)結(jié)的兩個過濾器段64的對面邊緣。第三夾持件90可由具有基本上I-形的擠出金屬件制成。I-形的各端配置為可以接合兩過濾器段64的對面邊緣。第四夾持件92可由基本上也是I-形的鑄件構(gòu)成，具有至少一個凸塊，配置為與相應(yīng)過濾器段64的瓦楞部分接合，作為定位之用。第五夾持件94可由也具有基本上I-形截面的非金屬件構(gòu)成。夾持件也可以是平板(未示)。
各夾持件可具有光滑的平坦表面以便接納瓦楞金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65，如圖7b所示?？蛇x擇地，第五夾持件94可包括具有蜿蜒形象的表面，配置為配合如圖7c所示金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65的瓦楞形狀。
圖9闡明由具有不變的、基本上為I-形截面蜿蜒形狀構(gòu)成的第六夾持件96。第六夾持件96可包括側(cè)面件，配置為配合、密封或卷曲進入兩過濾器段64中。
電氣連接器68和69(參看圖4、6、和7)可以連接一個或多個過濾器段64到電源上(未示)以便形成電氣回路。電氣連接器68和69可通過永久或快速脫開連接器連接。電氣連接器69可通過公共匯流條98互相連接。也可考慮連接器69通過卷曲連接器、環(huán)形接頭、或其它任何本行業(yè)已知的方式互相連接。
控制器18(圖1)可包括所有必須部件以便操作微粒收集器12，例如存儲器、二次儲存裝置、和處理器。控制器18可聯(lián)接各種線路，諸如電源線路、信號處理線路、電磁線圈驅(qū)動線路、和其它適當(dāng)?shù)木€路。
馬達22(圖1)連接到內(nèi)管36、外管38、或同時到內(nèi)、外管36、38，促使內(nèi)管36和/或外管38旋轉(zhuǎn)。被轉(zhuǎn)動的管子可以連續(xù)地旋轉(zhuǎn)或以逐步方式旋轉(zhuǎn)。馬達22可以電氣驅(qū)動、機械驅(qū)動、液壓驅(qū)動、或以任何行業(yè)中已知方式驅(qū)動。馬達22可以直接連接到內(nèi)管36，或通過棘輪裝置、皮帶輪系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)，或以任何行業(yè)中已知的適當(dāng)方式連接。
也可考慮，不用馬達22而采用不同的執(zhí)行器，諸如液壓裝置、電磁線圈、壓電裝置、或其它執(zhí)行裝置。不同的執(zhí)行器可以通過棘輪機構(gòu)、齒條和齒輪機構(gòu)、螺絲和齒輪機構(gòu)、或以任何行業(yè)中已知的方式連接到內(nèi)管36和/或外管38。
工業(yè)應(yīng)用可能性所披露的微粒收集器可應(yīng)用在任何燃燒類型的裝置，諸如發(fā)動機、鍋爐、或任何行業(yè)中已知的裝置，其中要求從廢氣流除去微粒物質(zhì)。微粒收集器12容許較不復(fù)雜、更便宜的、和更緊湊的替代器件用于減少排放到環(huán)境中微粒物質(zhì)數(shù)量。此外，由于所披露的微粒收集器12不需要集中化的閥門組件，微粒收集器在設(shè)計上具有高度靈活性。具體地說，所披露的微粒收集器12的外形和配置不限于中心結(jié)構(gòu)，因此可改變?yōu)檫m應(yīng)各種封裝環(huán)境。微粒收集器12的操作將在以下詳細描述。
按照微粒收集器12的示范實施例，廢氣流可過空氣分配器26導(dǎo)向微粒收集器12，如圖2所闡明。廢氣流可引導(dǎo)通過內(nèi)管36的孔56、外管38的孔46、過濾器30并通過流通管32離開微粒收集器12。也可考慮微粒收集器12的氣流反向，即氣流進入流通管32、流過過濾器30并通過內(nèi)管36和外管38離開。
當(dāng)廢氣流過過濾器30時，微粒物質(zhì)可以由過濾器段64的金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65從廢氣流中除去。隨著時間過去，微粒物質(zhì)可能在過濾器段64的金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65上堆積。如果置之不理，微粒物質(zhì)的堆積可能嚴(yán)重到限制或甚至阻塞廢氣流通過金屬絲網(wǎng)介質(zhì)65的程度，使發(fā)動機10的排氣系統(tǒng)壓力提高。發(fā)動機10背壓的增加可降低發(fā)動機吸入新鮮空氣的能力，導(dǎo)致降低發(fā)動機10的性能、提高排氣溫度和不良的燃料消耗率。
為防止在微粒收集器12中內(nèi)產(chǎn)生不希望的微粒物質(zhì)堆積，在具體過濾器件30個別過濾器段64可以獨立地進行再生。再生可以是周期性的或根據(jù)觸發(fā)條件。觸發(fā)條件可以是，例如，一段發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間，微粒收集器12兩端測量得到的壓力差，或任何其它本行業(yè)已知的條件。
控制器18可配置為促使過濾器段64的再生。當(dāng)控制器18決定需要再生時(例如，當(dāng)相應(yīng)于發(fā)動機運轉(zhuǎn)的一段時間大于預(yù)定數(shù)值時，或當(dāng)跨越微粒收集器12測量所得的壓力差大于預(yù)定值時)，控制器18可促使內(nèi)管36相對于外管38旋轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)管36在外管38內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，一系列開口56將對準(zhǔn)單列開口46以便容許廢氣流過大部分過濾器段。不過，至少開口46之一可被內(nèi)管36阻塞以防止廢氣流過至少一個過濾器段。如果為反向的廢氣流，內(nèi)管36和外管38可以旋轉(zhuǎn)以容許廢氣流過大部分過濾器段并且至少阻塞廢氣流過一個過濾器段。
當(dāng)廢氣在過濾器段之一被阻塞時，控制器18可通過電氣連接器68和69連接電源到至少被阻塞過濾部分的濾請段64之一。從電源(未示)來的電流可造成至少一個過濾器段64加熱到陷入在過濾器段64中微粒物質(zhì)的燃燒溫度以上，從而燒去微粒物質(zhì)的堆積。
阻塞從再生過濾器段64的廢氣流可以減少需要用于再生的能量，因為廢氣流相對于再生溫度比較冷，從而可能在再生過程中去熱。因為在各過濾部分的各過濾器段64可以分別再生，每次用于再生的電力幅度較小。需要用于再生的較低電力可容許采用低值的發(fā)電和電力線路部件。此外因為具有處于再生中的過濾器段64的各過濾部分基本上在流體方面與在同一微粒收集器中其它過濾部分的過濾器段隔離，流過其它過濾部分中不進行再生的過濾器段64的廢氣不影響需要用來再生在流體上隔離過濾部分的過濾器段64的能量數(shù)量。
模塊化設(shè)計，牽涉獨立地可以更換的過濾器30，可容許在設(shè)計上具有靈活性并且使微粒收集器12可以低成本維護。具體地說，因為過濾器30是模塊化的，微粒收集器12可以容易地改變?yōu)闈M足各種電源系統(tǒng)的不同限制和過濾要求。此外，因為過濾器是可以獨立地更換的，受限制的、損壞的、或其它不能使用的過濾器30，與更換整個微粒收集器12相比較，可以容易地和單獨地以較低成本更換。
對于本行業(yè)熟練人士而言，顯然可以對于所披露的微粒收集器進行各種變型和變化而不致偏離本發(fā)明的范圍。對于本行業(yè)熟練人士在考慮本發(fā)明在此披露的說明書和實際例子以后，顯然可以產(chǎn)生本發(fā)明其它實施例。因此認(rèn)為本說明書和例子僅作為示范，而本發(fā)明真正的范圍應(yīng)該為以下權(quán)利要求和其等價物所指明。
權(quán)利要求
1.一種微粒收集器，包括多個過濾器，配置為可從廢氣流中消除微粒；和用于有選擇地限制廢氣流通過多個過濾器的至少一個的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，多個過濾器各包括多個分別地可再生的過濾器段和與各多個過濾器段相關(guān)的電路。
3.如權(quán)利要求2所述的微粒收集器，其特征在于，還包括與限制裝置和電路連通的控制器，以便促使有選擇地限制的裝置有選擇地限制廢氣流通過多個過濾器的至少一個，并且響應(yīng)觸發(fā)條件而電氣地再生多個過濾器段的至少一個。
4.如權(quán)利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，還包括用于促動限制裝置的裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，還包括具有多個開口的靜止流動件。
6.如權(quán)利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，還包括用于分散廢氣流穿過過濾裝置的裝置。
7.一種從廢氣流中消除微粒的方法，該方法包括有選擇地引導(dǎo)廢氣流到至少一個過濾器；用至少一個過濾器從廢氣流中濾去微粒；移動空氣分配器的第一流動件和第二流動件的至少一個，以便有選擇地限制廢氣流穿過至少一個過濾器的多個分段的至少一個；和有控制地對至少一個過濾器段施加電流，以便促使至少一個過濾器段再生。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，第一流動件是第一管子而第二流動件是第二管子，第一管子設(shè)置在第二管子內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，移動第一和第二管子的至少一個包括旋轉(zhuǎn)內(nèi)管和外管的至少一個，以便有選擇地限制廢氣流通過至少一個過濾器。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，移動第一和第二管子的至少一個包括同時旋轉(zhuǎn)第一和第二管子，以便有選擇地限制廢氣流通過至少一個過濾器。
全文摘要
一種微粒收集器包括多個配置為可從廢氣流中消除微粒的過濾器，和一個用于限制廢氣流通過多個過濾器的裝置。
文檔編號F01N3/023GK1727649SQ20051008846
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者K·G·艾耶, K·A·戴爾維秋, J·L·科思特瑞 申請人:卡特彼勒公司