Регулятор потока газа для чистки сажевого фильтра
Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Регулятор (50) потока газа для очистки сажевого фильтра (18) может быть присоединен к одной из сторон фильтра (18) для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра (18). Регулятор (50) является автономным устройством, сконфигурированным для установки с возможностью съема для целей очистки. Регулятор (50) содержит корпус (52), формирующий проход для потока газа, и регулирующий элемент (51), расположенный внутри корпуса (52). Регулирующий элемент (51) содержит проходную часть, содержащую по меньшей мере одно отверстие (55, 55а) для сквозного прохождения потока газа, и запирающую часть, которая может перекрывать часть проходного сечения фильтра (18), так чтобы обеспечивать прохождение потока газа по меньшей мере через одно отверстие (55, 55а). Регулирующий элемент (51) выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя различными положениями, и указанное по меньшей мере одно отверстие (55, 55а) покрывает различные части проходного сечения в различных положениях регулирующего элемента (51). При использовании изобретения обеспечивается эффективная очистка по частям всего фильтра. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к регулятору потока газа для очистки сажевого фильтра. Изобретение также относится к системе очистки сажевого фильтра, содержащей такой регулятор, и к способу очистки сажевого фильтра с использованием такого регулятора.
Уровень техники
Дизельный сажевый фильтр удаляет органические и неорганические твердые частицы из потока отработавших газов дизельного двигателя. Органические частицы представляют собой сложную смесь углерода, водорода и кислорода и возникают в результате неполного сгорания дизельного топлива в цилиндрах двигателя. Источниками неорганической части частиц являются материалы, добавляемые в масло или топливо, а также частицы, возникающие в результате эрозии частей двигателя. Основную часть этих неорганических веществ составляют сульфаты металлов, например, сульфат кальция. Эти вещества будут постепенно забивать сажевые фильтры. При оптимальных условиях органические частицы будут полностью сгорать в процессе регенерации сажевого фильтра и выходить из него в форме газообразных продуктов, CO2 и H2O. Что касается неорганического компонента, то он не может быть окислен внутри фильтра и превращен в газообразные продукты. В результате, он зашлаковывает фильтр в форме различных оксидов, в целом указываемых как "зола". Для обеспечения приемлемых характеристик работы золу необходимо периодически удалять из фильтра для предотвращения его забивания.
В некоторых случаях дизельные сажевые фильтры устанавливают на двигателях, рабочая температура которых слишком низка и не обеспечивает надлежащей регенерации фильтра, например, путем окисления органических компонентов. В этих случаях фильтр может быть забит твердыми частицами, и возможно снижение характеристик работы двигателя. Кроме того, для фильтра с высоким заполнением сажей повышается вероятность необратимого повреждение в результате неконтролируемой регенерации, по сравнению с фильтром с низким заполнением сажей. В этих случаях недостаточно высокой рабочей температуры может быть необходимо регулярное удалении сажи.
Известные технические решения задачи очистки фильтра, описанные ниже, часто сложны или содержат подвижные части, а другие решения по удалению твердых частиц, прочно связанных с поверхностями фильтра, малоэффективны. Другие решения могут приводить к высоким выбросам твердых частиц в процессе очистки.
Ниже приведены некоторые примеры различных подходов (например, устройств и способов) и их недостатки.
I. очистка сажевого фильтра, снятого с двигателя
Фильтр просто чистят с помощью сжатого воздуха, который подается по шлангу. Сжатый воздух направляют в выходное отверстие фильтра для выдувания сажи из его стенок в обратном направлении (продувка в обратном направлении). Этот способ не дает гарантии успеха, потенциально опасен (опасные факторы сжатого воздуха), требует полного внимания оператора, и в случае ошибки может приводить к выбросу вредных частиц из фильтра, или же в результате может быть получен плохо очищенный фильтр.
Загрязненный фильтр может быть нагрет в печи до высокой температуры для эффективного удаления частиц, основным компонентом которых является углерод. В этом случае потребляется много энергии, причем неорганический компонент сажи не удаляется. После цикла нагрева, охлаждение может занимать много времени, и зола может быть удалена с использованием вакуума или промывки фильтра.
Во многих системах очистки промышленных устройств используется сочетание потока жидкости и ультразвука, которое может быть эффективным, однако в этом случае высоки расходы. Кроме того, чистящая жидкость может повредить каталитическое покрытие или материал матрицы, обеспечивающей фиксацию катализатора в металлическом кожухе.
В других способах используются системы очистки, которые включают промывку обратным потоком подходящей чистящей текучей среды, пока фильтр не станет чистым. Однако многие катализаторы и материалы матрицы чувствительны к большим количествам воды или растворителей. Дополнительным недостатком растворителей является необходимость их утилизации. Кроме того, не обеспечивается местное регулирование потока чистящей текучей среды (то есть, через фильтр протекает один поток текучей среды), так что некоторые секции фильтра не будут очищены в такой же степени, как другие.
Проблема такого решения заключается в том, что не все станции техобслуживания могут иметь подходящее оборудование для очистки сажевых фильтров. В этом случае необходимо использование подменного фильтра, который будет работать, пока загрязненный фильтр будет находиться в чистке. Для этого требуется поддерживать на станции техобслуживания или в автомобильной компании запас довольно дорогих фильтров, чтобы постоянно обеспечивались подменные фильтры.
II. очистка сажевого фильтра, когда он стоит на двигателе
Способы накопления твердых частиц с использованием нескольких фильтров с клапанами для управления трактом прохождения потока описаны в ряде патентных документов.
Например, в патенте US 5,930,994 раскрывается установка клапанов, которая позволяет запускать продувку одного из фильтров обратным потоком, то есть, направление потока газа изменяется на обратное для выдувания сажи из фильтра. Обратный поток газов может быть дополнительно подогрет для сжигания сажи при прохождении потока через фильтр.
В патенте US 5,725,618 раскрывается способ обратной продувки сажевого фильтра для удаления сажи и золы, накопившихся в фильтре. Обратная продувка фильтра осуществляется, когда он установлен на транспортном средстве, и в этом случае используется клапан ударной волны, обеспечивающий волну давления для выбивания частиц из фильтра. Для обеспечения очистки всего сажевого фильтра блок фильтра поворачивается, чтобы поток воздуха, обеспечиваемый клапаном волны давления, воздействовал на определенный участок фильтра.
Недостаток вышеуказанных способов обратной продувки заключается в том, что зола, образующаяся из смазочного масла, не может быть удалена из фильтра, поскольку зола, выдутая из одного участка фильтра, переходит на другой участок, и в этом случае требуется ручная чистка. Кроме того, материал, выброшенный из фильтра, необходимо каким-то образом удалять из трубопровода выпуска отработавших газов. В документах JP 3253712 и WO 2012/041455 раскрываются устройства, содержащие клапаны и каналы для газов, которые обеспечивают обратный поток отработавших газов через фильтр для его очистки. Однако эти устройства трудно реализовать на практике, поскольку дополнительные каналы для газов требуют дополнительного места для их размещения и снижают скорость потока газа, который может стать слишком медленным и уже не будет обеспечивать эффективную очистку.
III. Поворотные каналы
Другой способ очистки дизельного сажевого фильтра включает использование устройства с вращающимся электрическим нагревательным элементом. Часть потока отработавших газов проходит через вращающуюся трубку над нагревательным элементом. Сочетание низкой скорости потока и высокой температуры повышает вероятность успешной регенерации.
В патенте US 5,116,395 раскрывается пылесборник со встроенным программируемым контроллером очистки. В этом случае используется вращающаяся трубка с множеством форсунок, которая обеспечивает поток обратной продувки для удаления частиц с поверхности фильтровальных картриджей и направления их в камеру сборника. Контроллер обеспечивает управление трубкой и форсунками для получения сильных потоков чистящей текучей среды выше множества фильтровальных картриджей. Трубка также содержит датчик для определения степени загрязнения каждого фильтровального картриджа (предусматривается использование трубки Пито). Система, раскрытая в указанном патенте, содержит несколько конструктивных элементов, которые делают эту систему не подходящей для очистки дизельных сажевых фильтров. Во-первых, размеры дизельных сажевых фильтров гораздо меньше размеров пылесборников, и размеры форсунок над ним рассчитаны на фильтры больших размеров. Диаметр типичного дизельного сажевого фильтра находится в диапазоне от 15 см до 32 см. Диаметр пылесборника, раскрытого в патенте, гораздо больше. Во-вторых, дизельные сажевые фильтры имеют много тысяч ячеек (проходов), и направление потока воздуха в каждую ячейку практически неосуществимо. Другие аналогичные конструкции пылесборников имею аналогичные недостатки.
Целью настоящего изобретения является создание экономичных технических решений, обеспечивающих хорошую очистку сажевых фильтров транспортных средств.
Раскрытие изобретения
Указанная цель достигается с помощью предлагаемого регулятора потока газа для очистки сажевого фильтра, который сконфигурирован для присоединения к одной из сторон фильтра для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра. Предлагаемый регулятор отличается тем, что он является автономным устройством, сконфигурированным для установки для целей очистки с возможностью съема. Регулятор содержит: корпус, формирующий проход для потока газа, и регулирующий элемент, расположенный внутри корпуса; причем регулирующий элемент имеет проходную часть (систему отверстий), содержащую по меньшей мере одно отверстие для сквозного прохождения потока газа, и содержит запирающую часть, которая может перекрывать часть проходного сечения фильтра, так что обеспечивается прохождение потока газа по меньшей мере через одно отверстие; регулирующий элемент выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя различными положениями, и указанное по меньшей мере одно отверстие покрывает различные части проходного сечения в различных положениях регулирующего элемента.
Таким образом, предлагаемый регулятор представляет собой некий переходник, предназначенный для присоединения к фильтру при очистке и отсоединения от него, когда очистка завершена. Обычно регулятор хранят в станции техобслуживания, где должна выполняться очистка фильтра. Когда регулятор присоединен к фильтру, он вынуждает поток газа проходить через уменьшенное проходное сечение, то есть, через указанное по меньшей мере одно отверстие, в результате чего скорость потока газа увеличивается. Этот ускоренный поток газа будет проходить лишь через часть параллельных каналов для газа, имеющихся в сажевом фильтре. Благодаря увеличенной скорости потока чистящего газа, эффективность процесса очистки будет повышаться. Путем перемещения, ступенчатого или плавного, регулирующего элемента между указанными по меньшей мере двумя положениями, в результате чего для потока чистящего газа закрываются уже прочищенные каналы для газа и открываются другие, еще не прочищенные, каналы, обеспечивается эффективная очистка по частям всего фильтра.
Такой переходник может использоваться оператором/владельцем транспортного средства и/или станции техобслуживания для осуществления очистки фильтра. Переходник недорог в производстве и не требует каких специальных доработок сажевого фильтра или системы выпуска отработавших газов, то есть, изобретение создает условия для экономичного решения проблемы.
В предпочтительных вариантах, сторона фильтра, которая является впускной стороной для потока газа, используемого для очистки фильтра, является выпускной стороной фильтра при его нормальной работе в системе выпуска отработавших газов. Таким образом, при очистке осуществляется продувка фильтра в обратном направлении. Регулятор потока газа предпочтительно устанавливают на той стороне фильтра, которая является впускной при его очистке.
Регулятор по настоящему изобретению прежде всего предполагается использовать в тех вариантах, когда для очистки используется поток отработавших газов, однако для очистки может использоваться потоки других чистящих газов, например, поток воздуха.
Типичное применение регулятора по настоящему изобретению предполагает его присоединение к сажевому фильтру, который перед очисткой извлекают оттуда, где он находится при нормальной работе. Однако регулятор может быть присоединен к фильтру, который подлежит очистке, когда он остается в его нормальном рабочем положении.
В одном из вариантов регулирующий элемент установлен с возможностью поворота вокруг оси, которая по существу параллельна предполагаемому направлению потока газа в проходе для газа, формируемом корпусом. Таким образом, регулирующий элемент может представлять собой пластину, проходящую в плоскости, перпендикулярной направлению потока газа. Предпочтительно регулирующий элемент сконфигурирован для ступенчатого или непрерывного поворота, так что когда регулирующий элемент будет повернут на 360 градусов, указанное по меньшей мере одно отверстие покроет все проходное сечение фильтра.
В другом варианте корпус содержит первый фланец для присоединения к сажевому фильтру при осуществлении его очистки. Формирование фланца на корпусе может быть экономичным процессом, например, если трубчатый корпус формируется из листового материала, фланец может быть сформирован путем отгибания свободного конца трубчатого корпуса радиально наружу. В другом варианте фланец может быть выполнен путем жесткого прикрепления отдельного элемента к внешней поверхности корпуса, например, с использованием сварки или пайки. В предпочтительном варианте первый фланец имеет форму части, отходящей радиально наружу от корпуса, особенно в конструкции, имеющей небольшую толщину, например, выполненной из листового материала. Кроме того, предпочтительно первый фланец проходит под таким углом, чтобы он сопрягался с контактной поверхностью фланца сажевого фильтра, так чтобы его можно было прочно соединить с фланцем сажевого фильтра, например, с использованием зажимных устройств.
В соответствии с другим вариантом первый фланец имеет форму, сконфигурированную для прикрепления к фланцу сажевого фильтра, который сконфигурирован для прикрепления сажевого фильтра к устройству подачи газа в рабочем положении фильтра, для прикрепления регулятора потока газа к фланцу сажевого фильтра с помощью первого фланца. В предпочтительном варианте первый фланец имеет форму части, отходящей радиально наружу от корпуса, особенно в конструкции, имеющей небольшую толщину, например, выполненной из листового материала. Кроме того, предпочтительно первый фланец проходит под таким углом, чтобы он сопрягался с контактной поверхностью фланца сажевого фильтра, так чтобы его можно было прочно соединить с фланцем сажевого фильтра, например, с использованием зажимных устройств, например, ленты или кольца, имеющих V-образную форму.
Предпочтительно первый фланец расположен возле первой торцевой поверхности регулятора в предполагаемом направлении потока газа.
В соответствии с другим вариантом корпус содержит второй фланец для присоединения к устройству подачи газа, который может обеспечивать сквозной поток газа. Таким образом, регулятор потока газа может быть прочно присоединен к устройству подачи газа, которое может быть компонентом системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, с помощью второго фланца.
В соответствии с другим вариантом второй фланец имеет форму, по меньшей мере по существу аналогичную форме фланца сажевого фильтра, сконфигурированную для прикрепления сажевого фильтра к устройству подачи газа в рабочем положении фильтра, для прикрепления регулятора потока газа к фланцу устройства подачи газа с помощью второго фланца. Этот вариант создает условия для использования одного и того же соединительного средства, обеспечивающего соединение устройства подачи газа с фильтром при нормальной работе двигателя, также и для присоединения регулятора потока газа при осуществлении очистки. Таким образом, нет необходимости во внесении изменений в конструкцию устройства подачи газа.
Второй фланец может быть выгнутым листовым элементом, жестко прикрепленным с использованием сварки или пайки. Выгнутый листовой элемент может иметь две цилиндрические контактные поверхности, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, и промежуточную часть для формирования U-образной или V-образной формы поперечном сечении.
Предпочтительно второй фланец расположен возле второй торцевой поверхности регулятора в предполагаемом направлении потока газа. В предпочтительном варианте второй фланец расположен на достаточном расстоянии от ближайшей торцевой поверхности регулятора потока газа для обеспечения опоры для части корпуса, отходящей в продольном направлении от второго фланца в сторону внутренней поверхности устройства подачи газа. Первый фланец расположен на некотором продольном расстоянии от второго фланца.
Конструкция регулятора потока газа с первым и вторым фланцами обеспечивает возможность установки регулятора для осуществления процесса очистки сажевого фильтра в положение между устройством подачи газа и фильтром. Более конкретно, сначала сажевый фильтр извлекают из устройства подачи газа, затем регулятор потока газа прикрепляют к фланцу устройства подачи газа с помощью второго фланца и к сажевому фильтру с помощью первого фланца, при этом регулятор потока газа будет промежуточным компонентом, обеспечивающим при осуществлении очистки некоторое расстояние между устройством подачи газа и сажевым фильтром.
В предпочтительных вариантах первый и/или второй фланец охватывают весь корпус непрерывными кольцами. В других вариантах первый и/или второй фланец охватывают весь корпус кольцами с разрывами.
В настоящем изобретении также предлагается система, обеспечивающая очистку сажевого фильтра, которая содержит вышеописанный регулятор потока газа и сажевый фильтр, причем регулятор может быть присоединен к сажевому фильтру с той его стороны, которая является впускной стороной для потока газа, используемого для очистки фильтра.
В настоящем изобретении также предлагается способ очистки сажевого фильтра, при осуществлении которого: - присоединяют вышеописанный регулятор потока газа к сажевому фильтру на одной из его сторон для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра; и
- подают поток чистящего газа в регулятор потока газа и сажевый фильтр.
В соответствии с одним из вариантов сажевый фильтр присоединен в рабочем положении к устройству подачи газа при нормальной работе двигателя, и способ включает также стадии, на которых:
- отсоединяют сажевый фильтр и извлекают его из устройства подачи газа;
- прикрепляют регулятор потока газа к устройству подачи газа; и
- разворачивают сажевый фильтр на 180 градусов и присоединяют его к регулятору потока газа перед подачей потока чистящего газа.
Краткое описание чертежей
Изобретение описывается далее подробно со ссылками на прилагаемые фигуры. Необходимо понимать, что чертежи предназначены исключительно для иллюстрации изобретения и не должны использоваться для установления его объема, который определяется прилагаемой формулой. Необходимо также понимать, что чертежи необязательно выполнены в масштабе, и что, если не указано иное, они предназначены лишь для схематической иллюстрации нижеописанных конструкций и способов. На прилагаемых фигурах чертежей показано:
на фиг. 1 - вид транспортного средства, оборудованного глушителем с сажевым фильтром;
на фиг. 2 - вид глушителя с сажевым фильтром в рабочем положении;
на фиг. 3 - вид разобранного глушителя с сажевым фильтром;
на фиг. 4 - схематический вид продольного сечения глушителя фиг. 2;
на фиг. 5 - схема сборки глушителя с регулятором потока газа и с сажевым фильтром, присоединенным к отсасывающему устройству для удаления золы;
на фиг. 6 - части, показанные на фиг. 5, в собранном положении;
на фиг. 7 - схематический вид сечения собранной конструкции фиг. 6;
на фиг. 8а - вид регулятора потока газа по одному из вариантов;
на фиг. 8б - вид регулятора фиг. 8а, с которого удалена часть корпуса;
на фиг. 9 - вид продольного сечения регулятора фиг. 8а.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 приведен схематический вид коммерческого транспортного средства в форме тяжелого грузовика 1. Коммерческое транспортное средство имеет шасси 2 и кабину 3 водителя, установленную на шасси. Под кабиной 3 водителя находится двигатель 4 внутреннего сгорания, в форме дизельного двигателя, мощность которого передается на ведущие колеса 6 транспортного средства 1 с помощью трансмиссии 5, в состав которой входит сцепление и коробка передач с ручным или автоматическим управлением. Двигатель 4 внутреннего сгорания содержит систему 7 выпуска отработавших газов с глушителем 8, снабженным системой последующей обработки отработавших газов с сажевым фильтром 18, соединенным с трубой глушителя (не показана), через которую отработавшие газы выводятся в атмосферу.
Глушитель 8, который установлен на коммерческом транспортном средстве 1 (фиг. 1) рядом с двигателем 4 внутреннего сгорания на раме шасси 2, может иметь конструкцию, представленную на фиг. 2-4. Глушитель 8 выполнен в форме барабана, имеющего переднюю торцевую стенку 11 и заднюю торцевую стенку 12, причем обе торцевые стенки 11, 12 соединены внешней стенкой, имеющей по меньшей мере частично цилиндрическую форму. В передней торцевой стенке 11 обеспечивается впускной патрубок 13 и выпускной патрубок 14. Глушитель 8 также имеет внутреннюю разделительную стенку, проходящую во внутреннем пространстве глушителя и разделяющую глушитель 8 на две внутренние камеры 15, 16 Эти камеры 15, 16 можно видеть на фиг. 4, на которой приведен вид сечения глушителя 8 с фильтром 18 частиц в его рабочем положении. Как показано на фиг. 4, первая камера содержит первое средство очистки отработавших газов в форме окислительного нейтрализатора 17, расположенного по потоку ниже впускного патрубка 13 и выше фильтра 18 частиц, которым в данном случае является дизельный сажевый фильтр, имеющий в целом цилиндрическую форму. Вторая камера 16 содержит средство очистки отработавших газов в форме селективного каталитического реактора 20, расположенного по потоку выше выпускного патрубка 14. Первая и вторая 16 камеры соединены каналом 19, имеющим в целом U-образную форму, который проходит от первого отверстия 21 ко второму отверстию 22 в задней торцевой стенке 12. U-образный канал 19 выполнен таким образом, что он изменяет первое направление потока газа на второе направление, которое по существу противоположно первому направлению.
На фиг. 3 приведен вид разобранной части глушителя 8, с которого снят сажевый фильтр и U-образный канал 19. Как показано на фиг. 3, первое отверстие в задней торцевой стенке 12 содержит трубчатый выпускной патрубок с первым фланцем 23. Первый фланец 23 предназначен для взаимодействия и уплотнения кольцевого фланца 24, расположенного возле заднего, первого конца сажевого фильтра 18. Между фланцами 23, 24 расположено первое уплотнительное кольцо 26 для обеспечения газонепроницаемого уплотнения в процессе работы системы выпуска отработавших газов. Для этой же цели между кольцевым фланцем 24 и первым фланцем 28 на впускном конце U-образного канала 19 расположено второе уплотнительное кольцо 27. Аналогично, между вторым фланцем на выпускном конце U-образного канала 19 и вторым фланцем 31 на втором отверстии в задней торцевой стенке 12 расположено второе уплотнительное кольцо 27. Для удерживания сажевого фильтра 18 в нужном положении используются первый 32 и второй 33 кольцевые хомуты, прижимающие, соответственно, первый 28 и второй фланцы на U-образном канале 19 к первому 23 и второму 31 фланцам на задней торцевой стенке 12. Первый и второй кольцевые хомуты 32, 33 имеют в целом U-образный профиль сечения, обеспечивающий их установку на соответствующие фланцы и затягивание для уплотнения соединения между первой и второй камерами внутри глушителя 8. Первый хомут 32 также используется для прижатия сажевого фильтра 18 через регулятор 50 потока газа к первому фланцу 23 задней торцевой стенки 12, когда фильтр находится в развернутом положении (на 180 градусов). Этот тип хомутов хорошо известен в технике и здесь подробно не описывается. Вышеуказанные уплотнения могут быть неотъемлемыми частями уплотняющих поверхностей и/или могут содержать отдельные съемные уплотнения, такие как уплотнительные кольца.
Кольцевой фланец 24 имеет такую форму, что его внешняя контактная поверхность будет прижиматься с уплотнением к первому фланцу 28 U-образного канала 19 и к первому фланцу 53 регулятора 50 потока газа. Это обеспечивает возможность извлечения сажевого фильтра 18 из его рабочего положения в глушителе 8, как показано на фиг. 3, и его разворота с последующей установкой на устройстве 50 регулирования потока газа, который может быть установлен на первом фланце 23 задней торцевой стенки 12 в положении очистки фильтра, как показано на фиг. 5-7.
На фиг. 5, 6 показан глушитель 8, регулятор 50 потока газа и сажевый фильтр 18 в положении выполнения операции очистки фильтра 18, причем его торцевая сторона в нормальном положении, обращенная в сторону впускного патрубка 13 на передней торцевой стенке 11, сообщается с атмосферой. Когда U-образный канал 19 удален и сажевый фильтр 18 присоединен к задней торцевой стенке 12 через регулятор 50 потока газа, весь поток отработавших газов будет проходить через первую камеру 15, поскольку вторая камера отсоединена. Это можно видеть на фиг. 7, на которой приведен вид сечения глушителя 8 с сажевым фильтром 18, когда он соединен с регулятором 50 потока газа в положении очистки фильтра. На фиг. 7 видно, что отработавшие газы проходят из впускного патрубка 13, проходят через первую камеру 15, регулятор 50 потока газа (включая регулирующий элемент 51) и сажевый фильтр и выходят через подсоединенный шланг 37.
На фиг. 8а, 8б и 9 показан регулятор 50 потока газа. Как уже указывалось, регулятор 50 потока газа выполнен таким образом, что он может быть соединен с фильтром 18, так что через него будет проходить поток газа, используемый для очистки фильтра, и он является автономным блоком, который может быть подсоединен к фильтру 18 с возможностью съема и дополнительно к глушителю в связи с процессом очистки. Регулятор 50 потока газа содержит имеющий в целом цилиндрическую форму корпус 52, который формирует проход для газа, и регулирующий элемент 51 внутри корпуса 52. Более конкретно, корпус 52 представляет собой трубчатый элемент, форма и размеры поперечного сечения которого соответствует форме и размерам сажевого фильтра. В рассматриваемом варианте корпус имеет круговой профиль сечения. Регулирующий элемент 51 имеет проходную часть, содержащую по меньшей мере одно отверстие 55 (в рассматриваемом варианте множество небольших сквозных отверстий 55а, распределенных по радиусу регулирующего элемента 51) для прохождения потока газа, и содержит запирающую часть, которая может перекрывать часть проходного сечения в корпусе 52 и фильтра 18, так чтобы прохождение потока газа обеспечивалось по меньшей мере через одно отверстие 55. Таким образом, запирающая часть - это часть регулирующего элемента 51, в которой нет каких-либо сквозных отверстий для прохождения потока газа.
Регулирующий элемент 51 имеет форму диска и расположен поперек прохода, формируемого корпусом 52, то есть, перпендикулярно направлению потока газа. Регулирующий элемент 51 установлен с возможностью перемещения между различными угловыми положениями, для чего он может поворачиваться вокруг своей оси, которая по существу параллельна предполагаемому направлению потока газа в проходе для газа, формируемом корпусом 52. Указанное по меньшей мере одно отверстие 55 покрывает разные части проходного сечения в разных положениях, и отверстия 55а меньших размеров распределены по радиусу регулирующего элемента 51 таким образом, что когда он будет повернут на 360 градусов (на 90 градусов в данном случае, см. ниже), указанное по меньшей мере одно отверстие 55 покроет по существу все проходное сечение фильтра 18 (и проход, формируемый корпусом 52).
В рассматриваемом варианте отверстия 55а меньших размеров распределены в четырех секторах круга, каждый из которых проходит от центральной точки регулирующего элемента 51 до его периферийной кромки. Секторы круга находятся друг от друга на некотором угловом расстоянии, разделенные частями регулирующего элемента, в которых нет отверстий. То есть, эти части сформированы сплошной стенкой регулирующего элемента. Это означает, что элемент 51 необходимо повернуть только на 90 градусов, чтобы отверстия 55 покрыли все проходное сечение регулятора 50.
Указанное по меньшей мере одно отверстие 55 может иметь разные формы и может включать от одного до множества отверстий. Когда по меньшей мере одно отверстие 55 представляет собой множество отверстий меньших размеров, они могут быть организованы разными способами. Кроме вышеуказанного расположения в форме нескольких секторов круга, отверстия могут быть распределены по радиусу регулирующего элемента 51, например, по спирали. Каждое отдельное отверстие 55а в этом случае мало по сравнению общей площадью по меньшей мере одного отверстия 55. В регулирующем элементе 51 могут быть одновременно отверстия малых, средних и увеличенных размеров. Назначение регулирующего элемента 51 заключается в направлении потока газа через площадь, имеющую уменьшенные размеры, то есть, через указанное по меньшей мере одно отверстие 55, чтобы увеличить скорость потока и, соответственно, повысить эффективность очистки фильтра 18. Общая площадь указанного по меньшей мере одного отверстия 55 не должна в большинстве случае превышать 50% площади регулирующего элемента 51. Теоретически скорость потока газа увеличивается при уменьшении площади указанного по меньшей мере одного отверстия 55. Однако при чрезмерном уменьшении площади отверстия 55 оно может быть слишком мало для эффективной очистки (из-за перепада давления).
Достоинство использования отверстий малых размеров вместо одного или нескольких больших отверстий для формирования указанного по меньшей мере одного отверстия 55 заключается в том, что может использоваться форма сквозных отверстий, которая существенно влияет на поток газов. Как показано на увеличенном виде фиг. 9, проходное сечение небольших отверстий 55а больше на входе потока газа в эти отверстия по сравнению с проходным сечением этих отверстий на выходе из них потока газа. В этом случае обеспечивается возможность ускорения потока, по меньшей мере уменьшения замедления, при его прохождения через отверстия 55а в регулирующем элементе 51. Может использоваться закругленная форма типа трубки Вентури, однако аналогичная форма без закругленных кромок также может обеспечивать положительный эффект, и ее легче получить в производстве. На эффективность действия сквозных отверстий влияет их длина и, соответственно, толщина регулирующего элемента 51. Чтобы форма сквозных отверстий оказывала существенное влияние на скорость потока газа, толщина регулирующего элемента 51 должна быть равна по меньшей мере мм, предпочтительно примерно мм. Очень толстый регулирующий элемент 51 будет тяжелым и дорогим.
Корпус 52 имеет первый фланец 53 для соединения с сажевым фильтром 18 в процессе очистки и второй фланец 54 для присоединения регулятора 50 к устройству подачи газа, такому как глушитель 8, который может обеспечивать сквозной поток газов.
Второй фланец 54 имеет по меньшей мере по существу одинаковую форму с фланцем 24 сажевого фильтра, который сконфигурирован для прикрепления с возможностью съема сажевого фильтра 18 к блоку 8 подачи газов, для прикрепления регулятора 50 потока газа к блоку 8 подачи газов с помощью второго фланца 54. Второй фланец 54 расположен возле второй торцевой поверхности (вход потока газа) регулятора 50 в предполагаемом направлении потока газа. Первый фланец 53 сконфигурирован для прикрепления к фланцу 24 сажевого фильтра, который сконфигурирован для прикрепления с возможностью съема сажевого фильтра 18 к блоку 8 подачи газов, для прикрепления регулятора 50 потока газа к сажевому фильтру с помощью первого фланца 53. Первый фланец 53 расположен возле первой торцевой поверхности (выход потока газа) регулятора 50 в предполагаемом направлении потока газа. Фланцы и соединения также были описаны выше в отношении фиг. 1-4.
Для удерживания регулирующего элемента 51 внутри корпуса 52 используется опорный элемент 53, охватывающий кольцом регулирующий элемент 51 и обеспечивающий возможность его вращения. Опорный элемент также обеспечивает уплотнение корпуса 52.
Регулирующий элемент 51 смещен в продольном направлении в сторону выпускного конца корпуса 52 относительно опорного элемента с помощью трубчатого удлинительного элемента 59, соединяющего регулирующий элемент 51 и опорный элемент 58 (см. фиг. 9). В этом случае опорный элемент 58 может быть расположен на некотором расстоянии от оконечной части элемента 51, чтобы он не мешал соединению с фильтром 18, в то время как регулирующий элемент 51 может быть расположен ближе к концу регулятора 50, чтобы он находился рядом с фильтром 18, когда регулятор 50 присоединен к нему, чтобы улучшить направление потока газа в каналы фильтра 18.
Регулятор 50 потока газа содержит привод, обеспечивающий вращение регулирующего элемента 51. В рассматриваемом примере привод содержит электрический двигатель 60, обеспечивающий привод зубчатого колеса 61, соединенного с регулирующим элементом 51.
Система очистки сажевого фильтра, предлагаемая в настоящем изобретении, содержит вышеописанный регулятор 50 потока газа и сажевый фильтр 18, причем регулятор 50 присоединен к сажевому фильтру 18 с той его стороны, которая является впускной стороной для потока газа, используемого для очистки фильтра 18. Эта система показана на фиг. 6, 7. В рассматриваемом варианте регулятор 50 потока газа присоединен к устройству подачи газа в форме глушителя 8, который может подавать поток чистящего газа в регулятор 50. Глушитель 8 представляет собой пример компонента, установленного в системе выпуска отработавших газов по потоку после двигателя внутреннего сгорания и обеспечивающего использование потока отработавших газов в качестве чистящего газа.
Сажевый фильтр в процессе его очистки находится на некотором расстоянии от глушителя, и поскольку общий вес регулятора потока газа и сажевого фильтра может быть значительным, то в предпочтительных вариантах система очистки сажевого фильтра включает опорную конструкцию для опоры регулятора и/или сажевого фильтра в процессе его очистки. Опорная конструкция может быть сконфигурирована для удерживания регулятора потока газа и/или сажевого фильтра в положении очистки над поверхностью земли. Поэтому опорная конструкция может включать опорную стойку с частью, непосредственно опирающейся на землю, на первом конце и опорной частью на втором конце, противолежащем первому концу, причем опорная часть сконфигурирована для опоры на нее сажевого фильтра и/или регулятора потока газа. В соответствии с одним из вариантов опорная часть сконфигурирована для опоры на нее внешней поверхности сажевого фильтра и/или регулятора потока газа. В соответствии с другим вариантом сажевый фильтр и/или регулятор потока газа снабжены специальными устройствами, обеспечивающими соединение с опорной частью опорной стойки. В предпочтительных вариантах длина опорной стойки может регулироваться с возможностью фиксации в разных положениях, например, опорная стойка может состоять из двух частей, причем одна часть может скользить в другой как в направляющей с возможностью запирания ее в различных положениях относительно этой направляющей части с помощью штифта, входящего в два отверстия из двух продольных рядов отверстий, имеющихся в каждой части опорной стойки.
В настоящем изобретении предлагается способ очистки фильтра частиц, такого как сажевый фильтр 18, причем для осуществления способа:
- присоединяют регулятор 50 потока газа к сажевому фильтру 18 на одной из его сторон для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра 18; и
- подают поток чистящего газа в регулятор 50 и сажевый фильтр 18.
В рассматриваемом здесь варианте подача потока чистящего газа включает подсоединение системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к регулятору 50 потока газа и подачу отработавших газов из двигателя для очистки фильтра. В рассматриваемом варианте сажевый фильтр может быть фильтром, присоединенном в рабочем положении к устройству подачи газа, к глушителю 8 в данном случае, при нормальной работе двигателя, причем способ может также включать стадии, на которых:
- отсоединяют сажевый фильтр 18 и извлекают его из устройства 8 подачи газа;
- прикрепляют регулятор 50 потока газа к устройству 8 подачи газа (см. фиг. 5); и
- разворачивают сажевый фильтр 18 на 180 градусов и прикрепляют его в положении очистки к регулятору потока газа (см. фиг. 5).
Когда сажевый фильтр установлен в рабочем положении внутри глушителя в процессе нормальной работы двигателя, способ может также включать стадии, на которых:
- отсоединяют и извлекают сажевый фильтр 18 из первого конца глушителя 8;
- разворачивают сажевый фильтр 18 на 180 градусов и прикрепляют его в положении очистки к регулятору 50 потока газа, который устанавливают между первым концом глушителя 8 и сажевым фильтром 18.
Предлагаемый в изобретении способ также может включать стадии, на которых:
- запускают двигатель и управляют им путем регулирования числа оборотов в соответствии с заданным циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние; и
- выключают двигатель и возвращают сажевый фильтр 18 в его рабочее положение внутри глушителя 8.
Изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами, в которые могут быть внесены различные модификации в пределах объема изобретения, определяемого его формулой.
Регулятор 50 потока газа может использоваться не только с отработавшими газами двигателя, но и с потоком другого чистящего газа, например, потоком воздуха.
Регулирующий элемент 51 необязательно должен вращаться, а может быть подвижным в направлении, перпендикулярном продольному направлению регулятора 50 потока газа. Однако можно предположить, что при вращательном движении регулирующего элемента обеспечивается более надежная работа регулятора потока газа.
Регулирующий элемент 51 может иметь по меньшей мере частично круговой внешний край, и указанное по меньшей мере одно отверстие 55 может быть расположено несимметрично относительно центра, например, указанное по меньшей мере одно отверстие 55 может представлять собой только одно отверстие, проходящее от центра к периферийной кромке регулирующего элемента 51. Такое отверстие может иметь форму сектора круга, угол которого предпочтительно не превышает 90 градусов и более предпочтительно не превышает 45 градусов.
1. Регулятор (50) потока газа для очистки сажевого фильтра (18), предназначенный для присоединения к одной из сторон фильтра (18) для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра (18), отличающийся тем, что он представляет собой автономный блок, который может быть установлен с возможностью съема для осуществления процесса очистки, и имеет корпус (52), формирующий проход для потока газа, и регулирующий элемент (51) для регулирования потока газа, размещенный внутри корпуса (52),
при этом регулирующий элемент (51) имеет проходную часть, включающую по меньшей мере одно отверстие (55, 55а) для сквозного прохождения потока газа, и запирающую часть, которая может перекрывать часть проходного сечения фильтра (18), так чтобы обеспечивать прохождение потока газа через упомянутое по меньшей мере одно отверстие (55, 55а),
и регулирующий элемент (51) выполнен с возможностью перемещения по меньшей мере между двумя разными положениями, а
упомянутая проходная часть в разных положениях покрывает разные части проходного сечения фильтра.
2. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что регулирующий элемент (51) сконфигурирован для покрытия одинаковых больших частей проходного сечения фильтра в указанных разных положениях.
3. Регулятор потока газа по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью поворота регулирующего элемента (51) по меньшей мере между двумя разными угловыми положениями.
4. Регулятор потока газа по п. 3, отличающийся тем, что регулирующий элемент (51) имеет по меньшей мере частично круговую периферийную кромку, причем проходная часть расположена несимметрично относительно центра.
5. Регулятор потока газа по п. 4, отличающийся тем, что проходная часть проходит от центральной точки к периферийной кромке регулирующего элемента (51).
6. Регулятор потока газа по п. 4 или 5, отличающийся тем, что проходная часть имеет форму сектора круга.
7. Регулятор потока газа по п. 6, отличающийся тем, что угловой размер сектора круга не превышает 90 градусов и предпочтительно не превышает 45 градусов.
8. Регулятор потока газа по п. 3, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью ступенчатого или непрерывного поворота регулирующего элемента (51), так что когда регулирующий элемент будет повернут на 360 градусов, проходная часть покроет все проходное сечение фильтра.
9. Регулятор потока газа по п. 8, отличающийся тем, что регулятор (50) потока газа выполнен с возможностью поворота регулирующего элемента (51) вокруг оси, которая, по существу, параллельна предполагаемому направлению потока газа в проходе для газа, формируемом корпусом.
10. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что проходная часть содержит множество отверстий, распределенных по радиусу регулирующего элемента.
11. Регулятор потока газа по п. 10, отличающийся тем, что проходное сечение по меньшей мере одного из отверстий больше на входе потока газа в отверстие по сравнению с проходным сечением на выходе из него потока газа.
12. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что корпус имеет первый фланец (53) для присоединения к сажевому фильтру при осуществлении его очистки.
13. Регулятор потока газа по п. 12, отличающийся тем, что первый фланец (53) имеет форму, сконфигурированную для прикрепления к фланцу сажевого фильтра, который сконфигурирован для прикрепления сажевого фильтра к устройству (8) подачи газа в рабочем положении фильтра, для прикрепления регулятора потока газа к фланцу сажевого фильтра посредством этого первого фланца.
14. Регулятор потока газа по п. 12 или 13, отличающийся тем, что первый фланец (53) расположен возле первой торцевой поверхности регулятора (50) потока газа в предполагаемом направлении потока газа.
15. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что корпус (52) имеет второй фланец (54) для присоединения к устройству (8) подачи газа с обеспечением сквозной подачи потока газа.
16. Регулятор потока газа по п. 15, отличающийся тем, что второй фланец (54) имеет форму, по меньшей мере, по существу, аналогичную форме фланца сажевого фильтра, сконфигурированную для прикрепления сажевого фильтра к устройству (8) подачи газа в рабочем положении фильтра, для прикрепления регулятора (50) потока газа к фланцу устройства подачи газа посредством этого второго фланца (54).
17. Регулятор потока газа по п. 16, отличающийся тем, что второй фланец (54) расположен возле второй торцевой поверхности регулятора потока газа в предполагаемом направлении потока газа.
18. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что он содержит опорный элемент (58), предназначенный для обеспечения опоры регулирующего элемента (51) и охватывающий кольцом регулирующий элемент (51) с обеспечением возможности его вращения.
19. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что он содержит привод (60), выполненный с возможностью вращения регулирующего элемента (51).
20. Регулятор потока газа по п. 19, отличающийся тем, что привод (60) содержит электрический двигатель для привода зубчатого колеса (61), жестко соединенного с регулирующим элементом (51).
21. Регулятор потока газа по п. 1, отличающийся тем, что регулирующий элемент (51) имеет форму диска.
22. Система очистки сажевого фильтра (18), содержащая:
регулятор (50) потока газа по любому из предыдущих пунктов;
сажевый фильтр (18),
причем регулятор (50) потока газа может быть присоединен к фильтру (18) на его стороне, являющейся впускной стороной для потока газа, используемого для очистки фильтра (18).
23. Система по п. 22, содержащая устройство (8) подачи газа, которое может подавать поток чистящего газа в регулятор потока газа.
24. Система по п. 23, в которой устройство (8) подачи газа представляет собой компонент, установленный в системе выпуска отработавших газов по потоку после двигателя внутреннего сгорания, а чистящий газ представляет собой поток отработавших газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания.
25. Способ очистки сажевого фильтра (18), в котором:
присоединяют регулятор (50) потока газа по любому из пп. 1-21 к сажевому фильтру (18) на одной из его сторон для сквозного прохождения потока газа, используемого для очистки фильтра (18); и
подают поток чистящего газа в регулятор (50) потока газа и сажевый фильтр (18).
26. Способ по п. 25, в котором на стадии подачи потока чистящего газа
присоединяют систему выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания к регулятору (50) потока газа и
подают отработавшие газы из двигателя для очистки фильтра.
27. Способ по п. 26, в котором сажевый фильтр присоединен в рабочем положении к устройству подачи газа при нормальной работе двигателя, причем способ включает также стадии, на которых:
отсоединяют сажевый фильтр и извлекают его из устройства подачи газа;
прикрепляют регулятор потока газа к устройству подачи газа и
разворачивают сажевый фильтр на 180 градусов и присоединяют его к регулятору потока газа перед подачей потока чистящего газа.
28. Способ по п. 26 или 27, в котором сажевый фильтр установлен в рабочем положении внутри глушителя системы выпуска отработавших газов при нормальной работе двигателя, причем способ включает также стадии, на которых:
отсоединяют сажевый фильтр от первого конца глушителя и извлекают фильтр из глушителя;
прикрепляют регулятор потока газа к устройству подачи газа и
разворачивают сажевый фильтр на 180 градусов и присоединяют его к регулятору потока газа перед подачей потока чистящего газа.
29. Способ по п. 26, включающий также стадии, на которых:
запускают двигатель и управляют им путем регулирования числа оборотов в соответствии с заданным циклом, пока не будет достигнуто заданное состояние; и
выключают двигатель и возвращают сажевый фильтр в его рабочее положение.
