[发明专利]用于清洁微粒过滤器的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于清洁车辆微粒过滤器的方法和设备，且更特定地涉及使用排气流在原处清洁柴油机微粒过滤器的方法和设备。

背景技术

柴油机微粒过滤器(DPF)从发动机的排气流中去除有机和无机微粒物(PM)。有机微粒是碳、氢和氧的复杂混合物，且是柴油燃料在气缸内不完全燃烧的产物。PM的无机部分的来源是润滑油或燃料中的添加剂以及从发动机表面腐蚀掉的材料。这些无机物质的大部分由金属氧化物和硫组成，例如硫酸钙。这意味着所述无机物质在长期运行中将永久地阻塞微粒过滤器。在最佳情况下，有机PM将在过滤器再生期间完全燃烧且因此作为气态CO₂和H₂O离开过滤器。另一方面，无机成分不能在过滤器内被氧化且转化为气态成分。而是无机成分作为通常称为“灰分”的不同的氧化物被捕获在过滤器内。为维持可接受的性能，必须定期从过滤器去除灰分以防止过滤器被阻塞。

柴油机微粒过滤器(DPF)的一些安装被建立在运行温度过低而不能使过滤器适当地再生(例如，通过将有机物PM氧化而再生)的发动机上。在这些情况中，过滤器可能变得被PM阻塞且潜在地降低发动机的性能。另外，与带有低炭黑载荷的过滤器相比，带有高炭黑载荷的过滤器具有通过不受控的再生而导致更高的永久性损坏的可能。在运行温度不足够高的这些情况中，可能要求定期移除炭黑。

现有技术的过滤器清洁的解决方法如在下文中所述经常是复杂的或包括将零件移动，而其它解决方法在移除紧密结合的微粒物方面是低效的。其它过程可能导致在清洁过程期间的高PM排放。

如下的示例阐述了大量现有的解决方法(例如，装置和方法)及其缺点。

I.在从发动机移除时清洁DPF

清洁过滤器的简单方式是以压缩空气软管进行。将软管指向到过滤器的出口表面内，因此将炭黑在与其最初沉积相反的方向上从壁吹离(即反洗或反冲)。此方法是不精确的，潜在地是危险的(压缩空气危险)，要求操作者的高度注意力，且如果不正确地执行可能导致PM从过滤器端部的排放以及导致清洁不良的过滤器。

脏过滤器可在炉中被加热到高温度以有效地移除碳基微粒。这要求明显的能量输入且无法移除无机灰分。在加热循环之后，冷却时间长，且必须通过真空处理或清洗过滤器去除灰分。

用于清洁工业装置的许多系统利用液体流和超声波的组合，这可能是有效的，但可能相对昂贵。另外，清洁液体可能损坏催化剂涂层或将催化剂固定在其金属壳体内的衬垫材料。

其它的方法已描述了涉及以合适的“清洁流体”进行反洗直至过滤器被清洁的清洁系统。然而，许多催化剂及其衬垫材料对于大量的水或溶剂是敏感的。溶剂的另外的缺点是要求丢弃处理。另外，清洁流体的流动可能局部地不受控(即，单独的流体流流过单元)，使得过滤器的一些部分可能不如其它部分那样良好地被清洁。

此解决方法的另外的问题是并非所有的车库或维修点可能都具有合适的用于过滤器清洁的设备。在此情况中，在清洁过滤器时，车辆可能需要装配替代的过滤器以维持运行。这要求车库或拖车公司维持存储相对昂贵的过滤器，以总是可具有替换的过滤器。

II.在安装在发动机上时清洁DPF

在多个专利文献中描述了使用带有用以控制流动路径的阀的数个微粒过滤器来收集微粒的方法。

例如，US5 930 994示出了阀设备的组合可启动过滤器中一个过滤器的反冲，即气体流动的方向被反向且流动为将炭黑推出过滤器。反向的空气流动可被加热以允许炭黑在空气通过DPF时被烧掉。

US5 725 618公开了“反洗”DPF以移除收集在过滤器内的微粒和灰分的方法。反洗在装置处于车辆上时进行，且冲击空气阀用于提供压力波以将微粒物松开。为允许整个DPF被清洁，过滤器单元被旋转以将过滤器单元的预定扇区暴露于由冲击空气阀所提供的空气流。

以上的“反冲”方法的缺点是来自润滑油的灰分不离开过滤器系统，因为反冲的灰分从一个元件流动到另一个内，且仍将要求手工清洁。松开的材料也必须设法从接收所述材料的排气管中移除。

III.旋转臂

另外的用于清洁DPF的方法涉及使用旋转的电加热元件的装置。一部分排气渗过旋转臂且流过加热元件。低流速和高温度的组合提高了再生的机会。