CN101365866B - 颗粒过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于过滤一种内燃机，尤其是柴油内燃机的废气的颗粒过滤装置(10)，它具有一个入口和一个出口，其中在废气流动路径中在入口和出口之间至少设有一个颗粒过滤器(4)，其中废气在一条管路里导引流动，该管路具有第一个管路部段(11)，在这管路部段中废气基本被引向出口方向，其中管路还有第二个部段(12)，在这部段中废气基本流向入口，在这种颗粒过滤装置里通过以下方法特别迅速地产生足够高的装置的运行温度，用以避免过滤器的满负载：管路还具有第三个部段(13)，在这部段里废气基本流向出口。

Description

颗粒过滤装置
技术领域
本发明原则上涉及废气的后处理领域。更准确地说本发明的第一个方面涉及一种用于过滤内燃机的，尤其是柴油内燃机的废气的颗粒过滤装置，它具有一个入口和一个出口，其中在废气的流动路径中在入口和出口之间设置有至少一个颗粒过滤器，其中废气在一条管路里流动导向，其中管路具有第一个部段，在这部段里废气基本上向出口方向流，其中管路还具有第二个部段，在这部段里废气基本上向入口方向流。按照第二个方面本发明涉及一种用于过滤内燃机的，尤其是柴油内燃机的废气的颗粒过滤装置，它具有一个入口和一个出口，其中在废气的流动路径里在入口和出口之间至少设有一个转向元件用于实现废气流的方向改变。按照第三个方面本发明涉及一种用于过滤内燃机的，尤其是柴油内燃机的废气颗粒过滤装置，它具有一个入口和一个出口。按照第四个方面本发明涉及一种对内燃机的，尤其是柴油内燃机的废气进行过滤的方法，借助于一个具有一个入口和一个出口的颗粒过滤装置。
背景技术
由内燃机或者工业过程所产生的废气一般包含有趋向于损害健康的成分，例如象碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)；而且尤其是也有粒子状成分，例如象细灰尘。这种成分必须被变成无害的或者至少危险性小的成分，以便减小排出到周围环境里去的有害物质的数量。因此通常都要对废气进行一种催化处理和/或一种过滤过程。
原则上说在现有技术中催化剂也是众所周知的，它们用于从废气里去除有害成分，例如象SOx和NOx。除此之外催化剂也有以下效果：提高废气的温度，而这又可能有利于碳黑颗粒的分解。
柴油发动机原则上存在以下问题：在废气里尤其是含有碳黑颗粒(CO)。为了将这种碳黑颗粒从废气里除去，已知了有颗粒过滤器。碳黑颗粒尤其是由于给燃油加入添加剂而引起。颗粒过滤器虽然可以从废气里去除碳黑，但有以下问题：如果在过滤器里积聚的碳黑颗粒太多的话，它就会发生堵塞或满负载。但在相应高的温度时(大约超过400℃)就使CO分解，因此一个满负载的过滤器在这种温度下可以再生。因此特别重要的是：在过滤前或过滤时的废气温度尽可能地高，而且尤其是在过滤器里的温度尽可能高，从而达到“点火温度”。
特别重要的是：整个颗粒过滤装置以及颗粒过滤器本身的结构空间尽可能小，而且尽可能快地达到高温，从而使自点火效应起动，因为否则的话过滤器太快地就堵塞了，而且例如汽车就不能运行了。尤其是在一种运行方式时，例如此时每天只开车几分钟(“早晨取面包”)，过滤器越来越多地由于碳黑颗粒而满负载，而不会达到足够高的温度来烧掉碳黑，因此在一段时间之后汽车就不能再运行了而且必须更换过滤器。因此尤其是也涉及到多么快达到必需的高温。这在技术背景中是众所周知的问题，这些问题都与发动机的冷起动(用一种对应的冷的催化器)和与“冷废气”，正如它们从一个柴油发动机里出来的那样，有关。
废气的温度原则上取决于所应用的柴油发动机的类型，而如果是汽车，那当然取决于其型号。正常情况下汽车里的废气温度在150℃和210℃之间。在自吸式发动机中废气温度大约为280℃，在一种涡轮增压器中为350℃。因此在自吸式发动机或者涡轮增压器中所必需的颗粒过滤器的满负载问题就远不那么严重了，这是因为废气的输出温度已经相应地高了。对于正常的柴油发动机来说颗粒过滤器的满负载或堵塞在实践中是一个重大的问题，对此现有技术却并没有足够的补救措施。
发明内容
因此本发明的任务是避免现有技术的缺点，并且尤其是对开头所述类型的颗粒过滤装置进行改进，从而特别快地使装置或颗粒过滤器达到足够高的运行温度以避免过滤器的满负载。
按照本发明的第一个方面，该任务对于一种开头所述种类的颗粒过滤装置来说通过如下方法来解决：管路还具有第三个部段，在这部段里废气基本向出口方向引导。
按照本发明的设计的一个特别的优点在于：由于三个部段而形成的所谓废气的“折叠的”流动路径造成颗粒过滤装置整体上很紧凑，这种过滤装置具有用于废气的长的行程段，因此废气在装置里的停留时间相对较长。尤其是，如果用于升高废气温度的部件，例如象催化器，布置在流动中间路径里的话，其中长的流动路径也可以用来实现相应的调整用于布置这样的构件，那么废气就达到高的温度，这与长的停留时间一起相应有利地作用于在整个装置中所产生的平衡温度或者也作用于产生一种这样的平衡温度时的速度。
废气优先地一个接一个地流过管路的第一、第二和第三个部段。管路的第一、第二和第三个部段不必一定直接相互紧随着，而是也可以设置有相应的位于它们中间的部段。在这实施例中只是按次序首先经过管路的第一个部段，然后第二个部段，最后第三个部段。这意味着：废气首先基本上在出口方向上流动，然后基本上流向入口方向并因此在反方向上返回，最后又基本上流向出口方向。废气路线的折回基本上按照一种变异的“Z”形进行。这可以明显地在图3所示纵向剖视图的上半部分和下半部分中见到。
更为有利地在第一、第二或第三个管路部段中设置了至少一个颗粒过滤器。优选地将至少一个颗粒过滤器布置在一个管路部段里，在这管路部段里废气已经被升到充分高的温度，因此不再可能使过滤器满负载或者整个过滤过程由于温度的升高要有效得多。
为了进一步改进废气后处理的结果，优选地在第一、第二或第三个部段里设置另一个颗粒过滤器。设置另一个颗粒过滤器提高了过滤的效率，而且这另一个颗粒过滤器在管路的另一个部段里优先也作为至少一个颗粒过滤器来布置。
在结构方面，但也是为了降低制造成本，优选地使至少一个颗粒过滤器和另外一个颗粒过滤器一体地设计成整体过滤器部件。如果整体过滤器部件具有相应的相互并不连结的用于导引废气的通道，那么可以通过相应地设置于整体过滤器部件的入口侧和/或出口侧端部的密封件来确保：在整体过滤器部件里各个不同的管路部段也是相互分离开的。
此外优选在第一与第二个部段之间和第二个部段与第三个部段之间设有管路部位，在这些管路部位里废气的流动方向基本上被反过来了。更为有利地在至少一个这样的部位里设有一个催化器。除了催化器的真正作用之外，也就是说催化预处理的作用之外，催化器也用于提高废气流以及整个装置的温度，这有利于过滤过程并且避免使过滤器满负载。通过相应地设计废气流路径就可以使一个或多个催化器装入到流动路径里。这可以按如下来进行：废气在流过催化器之后还保留在装置里并因此使升高的温度正面有利地作用于装置的整体温度。
在结构方面优选使管路的第一、第二和第三个部段相互同心地布置。一种实际上有意义的实现规定了：第一、第二和第三个部段中的一个部段具有一种圆柱体形状，而二个另外的部段具有一种圆环柱体或者管子的形状。第一、第二和第三个部段中的一个部段更为有利地由第一个管子的内腔构成并因此具有一种基本为圆柱形状(断面为圆形)。对于二个另外的部段设计成二个另外的管子，这些管子基本上与第一个管子同心并具有二种与第一个管子不同的并且两者都是更大的直径；二个另外的部段中的一个部段则在第一个管子的外壁和第二个管子的内壁(具有比第三个管子更小的直径)之间的空间里形成，而在这二个另外的部段中的第二个部段在第二个管子的外壁和第三个管子的内壁(比第二个管子具有更大的直径)之间的空间里形成。二个另外的部段的断面因此为圆环形。因此形成了第一、第二和第三个管路部段的一种特别紧凑的结构，因此这里并没有丢失结构空间，而且这由这三个管路部段组成的装置总体具有一种圆柱形。
在本发明的一种优选实施例中规定如下：
一种具有废气再循环的碳黑颗粒过滤器用外壳密封而可以使用在过滤器设备或过滤器装置里，尤其是包括或具有优先为双路的氧再生催化器和优先为烟气的双路过滤。
在装置的废气流之间按照如下可以进行特别好的热交换：管路的第一和第二个部段和/或第二和第三个部段和/或第一和第三个部段通过一个共同的壁分开。
颗粒过滤装置更为有利地具有一个分配-和导向元件，它使第一个来自入口的废气流流向管路的第一个部段并使来自管路第二个部段的第二个废气流转向至管路的第三个部段。分配和转向元件因此具有加倍的功能。优选地通过一个星形的转向来实现，在这种转向时不同的废气流多重地相互交叉，而这些废气流并不混和。平面或立体交叉的废气流引起了分配-和转向元件的发热，确切说也取决于所使用的催化器并因此用作为换热元件。在这些碳黑颗粒进入真正的颗粒过滤器之前，它们按规定进行了预燃。因此大大减少了装置的位置需求。由于转向功能经过洁净的废气本身可以再次流过颗粒过滤器，以便实现进一步的催化处理和过滤功能。
此外还优选使用于对第一和第二个废气流进行导向的分配-和转向元件具有各自的通道，其中第一个废气流通道的外壁的至少一部分构成了第二个废气流通道的内壁。
颗粒过滤装置更为有利地在从入口至出口的方向上具有至少以下的部段：第一个部段，它具有一个用于废气的分配-和转向元件；第二个部段，它具有至少一个颗粒过滤器；和第三个部段，它具有一个用于废气的转向元件。在这方面由于第一个部段具有一个既用于分配又用于转向的元件，而第三个部段只具有一个转向元件，因此整个颗粒过滤装置是不对称的。
管路的第一、第二和第三个部段更有利地布置在颗粒过滤装置的第二个部段里。
此外优选地使颗粒过滤装置具有一个催化器，该催化器在废气的流动方向上直接布置于入口后面和/或管路的第一个部段之前。
为了进一步提高过滤效率优选使颗粒过滤装置具有一个在废气的流动方向上直接布置在出口之前和/或管路的第三个部段之后的细灰尘过滤器。
按照本发明的第二个方面，该任务在一种开头所述种类的颗粒过滤装置中按如下来解决：转向元件具有一个催化器。
按照如下方法得出了一种特别优选的实际上的实现：转向元件设计成一个基本上为U-形的废气流通道，在这通道里至少局部地设有催化器。这明显地可以从图1a和2a的纵向剖视图的上半部和下半部中见到。通过这基本呈U-形的通道可以实现大约转向180°，也就是说废气流动路径的折弯，这用于延长废气流动路径，其中但是同时使整个结构形式保持紧凑。
此外还优选：催化器由一种金属丝网构成。
按照本发明的第三个方面，该任务在一种开头所述种类的颗粒过滤装置中按如下途径来解决：颗粒过滤装置具有一个分配-和转向元件，该元件使第一个废气流基本上在保持其方向的情况下分配在装置中并使第二个，在基本上相反方向上流动的废气流转一个角度，优先大约为180°，其中二个废气流并不混合起来。
按照本发明的第四个方面，该任务在一种开头所述类型的方法中按如下途径来解决：使废气的流动方向在入口和出口之前至少二次转向大约180°。
本发明的其它优选的实施形式在从属权利要求中公开了。
以下根据优选的实施例的说明参照附图对于本发明，以及本发明的其它特征、目标、优点和应用方法进行详细叙述。在附图中同样的标号表示了同样的或对应的元件。在本说明中应用了废气的“流动方向”这个表述。此处当然理解为废气的平均的流动方向，其中对于专业人员来说很清楚：废气的各个微粒的运动方向可能与平均的或者主要的流动方向(在图中用箭头示出)有偏差。应用了“前面”和“后面”和类似的表述，用于指出相对于主要流动方向，它一般从入口向着出口，的相对布置。所有所叙述的和/或图形表示的本身特征或任意合理组合的特征都构成了本发明的宗旨主题，确切地说与其在专利权利要求书中的汇总小结或者与它们的追溯无关。
附图说明
图1a：用于说明一种按照本发明的颗粒过滤装置的第一个实施例的纵向剖视简图；
图1b：用于详细说明按照第一个实施例的按照本发明的颗粒过滤装置的图1a所示一个部分的更加细部的纵向剖视简图；
图1c：用详细说明按照第一个实施例的按照本发明的颗粒过滤装置的图1b所示部分的更加细部的俯视简图；
图2a：用于说明一种按照本发明的颗粒过滤装置的第二个实施例的纵向剖视简图；
图2b：用于详细说明按照第二个实施例的按本发明的颗粒过滤装置的图2a所示部分的更加细部的纵向剖视简图；
图2c：用于详细说明按照第二个实施例的按本发明的颗粒过滤装置的图2b所示部分的更加细部的俯视简图；
图3：用于说明一种按照本发明的颗粒过滤装置的第三个实施例的纵向剖视简图。
具体实施方式
参照图1a至1c所示的剖视图以下对一种按照本发明的颗粒过滤装置10的第一个实施例在其结构和功能方面进行详细说明。图1a表示了按照本发明的颗粒过滤装置10的一种大为简略的纵向剖视图。按照本发明的颗粒过滤装置10在废气的主流动方向上(在从入口至出口的方向上，也就是说在图1a和2a中从左向右)具有一个入口部段a、一个过滤器前伸部段b、一个前转向部段或者第一个部段c(在图1a中是很简略地表示)、一个过滤器部段或者第二个部段d，一个后转向部段或者第三个部段e、一个过滤器后伸部段f和一个出口部段g，它们都设计在一个共同的外壳2里。颗粒过滤装置10通过入口部段a例如与一个(未示出)汽车发动机相连，从这发动机尤其是使含有碳黑颗粒的废气经过(未示出的)管路输送给颗粒过滤装置10的入口部段a。通过出口部段a颗粒过滤装置10与一个(未示出的)排气管相连。当然可以在发动机和入口部段a之间设有各种不同的其它构件，例如象一个催化器。同样也可以在颗粒过滤装置10的出口部段g和排气管之间设有各种不同的其它构件，例如一个汽化器。按照本发明的颗粒过滤装置10因此例如通过一种焊接连接或者法兰连接使用和固定在排气***里一个合适的位置上并用于使废气洁净，以便对于废气的纯度保证所要求的极限值或者甚至低于此极限值。颗粒过滤装置10一般按一个(未画出的)中间纵轴线设计成对称的。入口部段a具有一个直径为D1的管状断面。在废气的流动方向上直接在入口部段a后面布置的过滤器前伸部段b同样也优选具有一个管状断面，其断面外径略微加大3，D1’＞D1。这在废气流动方向上紧接着过滤器前伸部段b的前转向部段c首先从外径D1’扩展成一个在部段c的其余长度上不变的外径D2。在颗粒过滤装置10的具有不变的外径D2的部位上外壳2在其里面有一个隔热层3。过滤部段d、后转向部段e和过滤器后伸部段f具有不变的外径D2。在过滤器后伸部段f和出口部段g之间设有一个台阶，因此出口部段g又具有外径D1。前转向部段c的内部构造为了更好达到一目了然起见在图1a中只是点出，而更准确的则表示于图1b和1c中。前转向部段c的作用是将从入口部段a和过滤器前伸部段b来的废气继续传送或分配至过滤部段d的相应的部位上，更准确地说至一个径向向着中心偏置的部位上。除此之外，前转向部段c的功能还有使得从过滤部段d的某些部位里，更准确地说从一个中央部位里在反向方向上流动的，也就是说所谓倒流的(与新提供的废气没有混合)废气在其方向上倒转大约180°，也就是说转向，因此它们又在从入口部段a向着出口部段g的主流动方向上流动，并使这些废气重新，当然在一个径向完全位于外面的部位里送入这按照本发明的颗粒过滤装置10的过滤部段d里。由于按照本发明的颗粒过滤装置10的第一个部段c的这些功能，这个部段也可以称作为前部分配-和转向部段c。按照本发明的颗粒过滤装置10的过滤部段或者第二个部段d的主要功能在于过滤废气。这第三个或者后转向部段e用于分配这从一个径向偏置的环形部位所提供的废气流到过滤部段d的一个内圆柱形部位里去，其中使流动方向逆转大约180°。同时也进行了对废气的催化处理。过滤器后伸部段f用于使废气转向2×90°，从径向较外面的部位退回到过滤器出口部段g的中央部位里，就是说有效地保持了从入口至出口的主流动方向，其中这里同样也在一个大致垂直于中心轴线布置的用于废气的导向部段里设有一个催化处理装置。
以下则对按照本发明的颗粒过滤装置10的其它细部进行详细说明。在外径为D1’的过滤器前伸部段b里设有一个催化器6，该催化器也可以称为第一个前置催化器，这是因为它接于真正的过滤之前。过滤部段d设计成对于颗粒过滤装置10的中心纵向轴线基本对称并具有一个中央的圆柱形的颗粒过滤器4，该过滤器在径向方向上从中心轴线伸至大约一半外直径D2的三分之一处，而在纵向方向上则大致伸展布置于颗粒过滤装置10的由部段c，d，e和f所组成部分长度的一半上。围绕圆柱形的颗粒过滤器4的周围设有一个环形的颗粒过滤器14，其中二个颗粒过滤器4，14通过一个共同的环形壁17分隔开。二个颗粒过滤器4和14优选是碳化硅(SiC)颗粒过滤器。这种环形的颗粒过滤器有一个厚度，其大致相当于第二个过滤部段2的一半的外径D2的三分之一。优选地实际上实现圆柱形的颗粒过滤器4和环形的颗粒过滤器14优选通过一个整体来进行，这整体为了进行过滤具有许多布置在纵向方向上的并且相互不连接的通道，其中设计通过一个在指向入口部段a的端部上在过滤器4，14之间的圆形分界线上设置的密封件15使整体从功能上分开成二个过滤器(部段)4，14。共同的壁板17由过滤器4的最外面通道的许多位于外面的壁板构成。径向在颗粒过滤器14之外设有一个环形通道，该通道向里被过滤器14的一个外壁18在部段c，d，e和f的范围里隔开；该外壁的里面设有密封和/或隔热层19，而向外则被外壳2的一个内壁在与上面同一个范围里隔开。在这通道里并没有布置用于进行废气处理的元件，这是因为这个通道主要用于使废气流在从入口向着出口的方向上运输。在过滤器前伸部段b和过滤器部段d之间设有转向部段c，该部段c在这实施例中具有四个通道，用于将从过滤器前伸部段b来的废气通过一个环形的第二个预催化器16引至较外面的颗粒过滤器14。在图1a中可以见到二个通道，它们由内壁7和外壁9形成。第二个预催化器16具有与颗粒过滤器14基本相同的内径。预催化器16的外径同样也基本相当于颗粒过滤器14的外径，并且更准确地说相当于壁板18的外径，这壁板18围绕颗粒过滤器14四周布置。此外颗粒过滤装置具有第三个圆柱形的(预)催化器26位于过滤器部段d的一个指向出口的端部上，而更准确地说在后转向部段e里，该催化器26的外直径大致相当于颗粒过滤器14或壁板18的外直径(而且因此也相当于第二个预催化器16的外直径)。除了真正的催化器功能之外，这种环形的催化器还用于使废气流转向大约180°从外面的颗粒过滤器14进入中央的颗粒过滤器4里。按照本发明使废气在颗粒过滤装置10之内的过滤器部段d里的不同方向上导向流动。更准确地说在颗粒过滤装置10里设有管路，这管路在颗粒过滤装置10的过滤器部段d里具有三个部段。这废气管路在颗粒过滤器14里是第一个(管路)部段11，在这部段里废气在从入口向着出口(在图中从左向右)流动。废气管路此外在中央的颗粒过滤器4里是第二个(管路)部段12，在这部段里废气基本上在从出口向着入口的方向上流动。最外面这管路是第三个(管路)部段13，其中第三个管路段13相当于径向外面所设置的环形通道，并且在这通道里废气的流动方向又是从入口向着出口。第一、第二和第三个管路部段按这种次序被废气流经过。按照本发明申请书的专业术语管路部段11，12和13的前、后端与过滤器部段d的前、后端相重合一致。在后转向部段e后面设有过滤器后伸部段f，该部段具有一个环形的后置催化器36，这催化器的内径相当于颗粒过滤器14的内径，而其外径相当于第三个管路部段或通道13的外径。因此催化器36接于真正的过滤装置之后，该催化器称之为后置催化器。通过这后置催化器36和一个沿着其内圆周布置的环形孔板37使废气流入出口部段g里，在这出口部段里废气沿着中心轴线中央从颗粒过滤装置10里流出。更准确地说，废气在进入后置催化器36时大约转向90°，而在从后置催化器36里流出时又大约转向90°。后置催化器36后面可选择地接一个(未示出的)细灰尘过滤器，此过滤器既布置在过滤器后伸部段f里，但除此之外也可以伸入管状的出口部段g里。
这流过入口部段a和过滤器前伸部段b的并由催化器6预先处理过的废气通过按照本发明的颗粒过滤装置10的转向部段c通过第二个预催化器16被分配至第一个管路部段11里，在这管路部段里废气通过颗粒过滤器14进行过滤。在流过第一个管路部段11之后废气通过这伸展布置在第一和第二个管路部段11，12的出口侧端部上的催化器26，不仅进行催化，而且也转向大约180°，因此在经过管路部段11和催化器之后，颗粒过滤装置10的管路部段12里的废气由于催化器26的转向又在入口部段a的方向上回流并在这其中通过主颗粒过滤器4进行过滤。这在第二个管路部段12里回流的废气因而重新到达颗粒过滤装置10的转向部段c里，在这转向部段里它们又被转向大约180°；也就是说与来自入口部段a的废气流并不混合。这来自第二个管路部段12的废气流被引入径向外面布置的第三个管路部段13里。在这第三个管路部段13里废气重新在从入口向着出口的方向上流动。在流过第三个管路部段13之后，在废气经过出口部段g在排气管方向上流出之前，通过后置催化器36对废气进行后处理。
废气因此经过入口部段a进入颗粒过滤装置10里并通过预催化器6，16进行预处理。按照一种在技术背景中已知的效应，预催化器6，16已经用来提高废气的温度，因此这些废气在进入颗粒过滤装置10的第一个管路部段11里时具有升高的温度。在这个部段里颗粒过滤器14用于过滤废气，主要考虑到碳黑。正如开头所述过的那样，通过提高废气的温度使过滤更加有效得多。在经过第一个管路部段11之后使废气通过催化器26在其流动方向上转向大约180°，进入中央布置的第二个管路部段12里。这布置在二个管路部段11和12的后端面上的催化器26不仅用于使流动方向进行转向并且用于继续从第一个管路部段11引入第一个管路部段12里，而且对应于催化器6，16，废气温度进一步提高。在第二个管路部段12里废气从颗粒过滤装置10的过滤器部段d回流至转向部段c里。在颗粒过滤装置10里这由第二个管路部段12提供的最终过滤过的废气，没有与来自入口部段a的废气发生混合，在流动方向重新转向的情况下被引入颗粒过滤装置10的过滤器部段d的最外面部位里，并且更准确地说被引入第三个管路部段13里，在这个管路部段里并没有设有废气后处理装置。在流过后置催化器36之后废气从出口部段g里在排气管的方向上流出。在图1a至1c所示的一种按照本发明的颗粒过滤装置10的第一个实施例中因此废气发生了二次转向每次大约180°。这种双重的转向一方面用于使废气在流出这按照本发明的颗粒过滤装置10时又在原始的流动方向上从进口部段a流向出口部段g。尤其是在催化器6，16和26上进行废气的加热。由于反流效应(第一，第二和第三个管路部段11，12和13都通过一个共同的壁相互热接触)，因此较冷的气体流通过热交换装置进行加热，这热交换装置具有在装置里的、尤其是通过设计的催化器已经加热过的废气。尤其是也通过使得从过滤器部段d，和更准确地说从管路部段12里流出的并重新流入第二个过滤器部段a的第三个管路部段13里的废气流在按照本发明的颗粒过滤装置10的转向部段c里进行规定的转向，就直接将从颗粒过滤装置10的入口部段a进入过滤器部段d的第一个管路部段11里的废气这样加热3，因此这些气流具有更高得多的温度，因此可以很大程度上避免颗粒过滤器4和14的满载并使整个过滤过程因此更加有效得多。通过按照本发明的设计方案使整个颗粒过滤装置10即使在短得多的时间也加热到相应高的温度。通过实验发现，在颗粒过滤器4和14所出现的温度足够用于使碳黑颗粒差不多完全地点燃。废气取决于各自的出口温度，该温度尤其是由发动机的型式来确定，废气在进入颗粒过滤器4和14之前就已经处于一种这样高的温度，以至于在废气里差不多不再含有碳黑颗粒3。按照本发明所实现的温度升高也是如此之大，以至于可以将细灰尘过滤器取消。
按照图1b和1c对于颗粒过滤装置10的转向部段c的内部构造的其它细部进行说明。这里应该指出：为了更加清楚起见各个不同的在图1a中所示的构件被去掉了。这尤其适合于二个预催化器6和16。综观图1b和1c可见：总计有四个具有内壁7和外壁9的通道，它们呈星形以中轴线为对称地布置，也就是说相互偏转一个角度大约90°，这些通道使这从过滤器前伸部段b送过来的废气送入布置有预催化器16的环形空腔里。此外由图1b和1c可见，从布置有颗粒过滤器4的第二个管路部段12重新进入转向部段c的废气流在与前面所述的、由内壁7和外壁9构成的通道偏置布置的通道里转向大约180°并进入过滤装置d的径向外面的第三个管路部段13里。
由于用来使废气来回输送导引的通道为偏置设置，因此颗粒过滤装置10的里面部分(外壳体2除外)也称为“星”。前转向部段c因此具有一种转向-和分配功能。它首先用于将到达的废气流分配或转向进入一个围绕装置的中轴线周围布置的环形部位里(第一个管路部段11，其中布置有颗粒过滤器4)，或者使其方向改变。此外转向部段c用于将这从装置(也就是第二个管路部段12，其中布置有颗粒过滤器4)的中央部位里送出的废气分配进入径向处于外面的通道，在这通道里设有管路部段13，但没有一个用于对废气进行后处理的元件，或者此处也使废气转向大约180°或反转。
按照图2a至2c以下对按照本发明的颗粒过滤装置10的第二个实施例进行详细说明。在图2a至2c中所示的按照本发明的颗粒过滤装置10’的第二个实施例一般来说类似于已经结合图1a至1c所述的第一个实施例。因此以下只是详细阐述与已经说明过的第一个实施例的区别。按照第二个实施例的颗粒过滤装置10’并没有过滤器后伸部段f。出口部段g’紧接于后转向部段e’。颗粒过滤装置10’的催化器26’与颗粒过滤装置10的催化器26不同，为环状并设计成以颗粒过滤装置10’的中轴线为对称。催化器26’的内径相当于D1，环形催化器26’的外径大约相当于颗粒过滤器14’的外径。更准确地说一个沿着催化器26’外圆周布置的孔板37’的尺寸大小和布局对应于颗粒过滤器14’的外壁18’。催化器26’向里通过出口部段g’的一个加长的外壳壁相对于这出口部段密封。为此目的还在颗粒过滤器的出口侧端部上设有一个位于密封15’对面的密封25’。这种结构上的区别用于使废气在第二个实施例的颗粒过滤装置10’里与第一个实施例的颗粒过滤装置10相比有不同的流向曲线。废气流首先如在开头所述的第一个实施例时那样的流向。在废气通过入口部段a’和过滤器前伸部段b’进入之后，使废气从设有催化器16’的转向元件10’引入第一个管路部段11’里，该部段11’构成过滤部段d’的一个部分，并在这部段里布置了颗粒过滤器14’。废气直接就在从管路部段11’中流出之后进入催化器26’并且然后，与开头所述的第一个实施例不同，转向进入一个环形的径向在外设置的通道里。在这较外面的通道里废气反向流动，也就是说从出口向着入口，这在图2a至c中明显地由通过箭头所示出的废气流见到。第二个管路部段12’相当于在过滤部段d’范围里径向较外通道的部位，因此这第二个管路部段12’在这实施形式中布置于最外面。废气从过滤部段d’重新进入转向部段c’，就是说没有发生与这从过滤器前伸部段b’新送出的废气流的混合。尽管没有发生废气流的混合，然而在转向部段c’里同样也如同在第一个实施例中那样出现一种热交换效应，因为这从过滤部段d’送出的废气由于经过了催化器16’和26’而处于更高得多的温度，也就是说与这从过滤器前伸部段b’的预催化器6’流入转向部段c’里的废气流相比。通过在其它方面分开的通道的共同壁板实现了进入催化器16’的废气流或者也实现了周围构件或部件的热交换，也就是说加热，这就使过滤过程更加有效并且尤其是也避免了过滤器的满载。废气流通过转向元件c’从第二个管路部段12’引入到在这种实施形式中中央布置的第三个管路部段13’里，颗粒过滤器4’就位于这部段13’里。废气流在进入颗粒过滤器4’之前就处于所希望的流出方向上，也就是从入口向着出口的方向。在流过颗粒过滤器4’之后废气通过这伸展布置于部段e’和g’上的外径为D1的出口管从颗粒过滤装置10’里流出。颗粒过滤装置10’与颗粒过滤装置10相比由于取消了后催化器36而更为紧凑并具有加热较快的优点，这是因为由颗粒过滤装置10’里出来的废气流经过相对长的时间在装置里的中央导引流动，这对于在整个装置里出现的平衡温度具有有利的影响。
在图2b和2c的简图中表示了第二个实施例的颗粒过滤装置10’的转向部段c’的其它细节情况，这种结构基本上对应于结合图1b和1c所说明的第一个实施例的颗粒过滤装置10的转向单元c的构造。然而与此不同的是要反转大约180°的废气流的流动方向，这废气流在第二个实施例中从这里设在较外通道里的第二个管路部段12’被转向进入中央部位里，在这部位里布置有颗粒过滤器4’。这也可从图2b和2c中对应的箭头很好见到。颗粒过滤装置10，10’的二个实施例在结构方面的区别仅在于出口侧端部的结构，尤其是后转向元件e’，其中由此而改变的废气导向虽然也改变了在装置中的入口侧端部的废气流动，尤其是关系到前转向元件c’，但基本上并不要求结构上的匹配。
按照图3的纵向剖视简图以下对一种按照本发明的颗粒过滤装置10”的第三个实施例进行详细说明。按照本发明的颗粒过滤装置10”的此处的第三个实施例由于设有三个管路部段11”，12”和13”，因此类似于第一两个实施例，这些管路部段以这种次序被废气流流过而且它们相互同心地布置。这用箭头表示出的废气流经过入口部段a”流入颗粒过滤装置10”里。在过滤器前伸部段或者催化器部段b”里设有一个催化器6”。紧接着废气流进入入口部段c”里并接着进入过滤部段d”里，在这个过滤部段里设有一个颗粒过滤器4”。在后部转向部位e”里废气流从第一个管路部段11”向外被转向大约180°进入第二个管路部段12”里。在部段c”的较外面范围里废气流重新又向外转向，大约180°进入第三个管路部段13”里。在流过第三个管路部段13”之后废气进入过滤器后伸部段f”，然后进入出口部段g”里。一种按照本发明的颗粒过滤装置10”的这第三个实施例的特征在于：在部段c”里不设有分配-和转向元件。这尤其意味着：废气流没有方向改变地直接从入口部段a”进入过滤部段d”里。废气流的这二次按照本发明的转向大约各为180°规定在后部转向部段e”里并且只是在部段c”的外部范围里进行。由于在部段c”里去掉了分配-和转向元件虽然降低了颗粒过滤装置10”的过滤能力，因为来自发动机的废气流不再这样被加热了，如同根据这结合开头二个实施例所描述的由于流过而产生的热交换效应那样，但没有使到达的相对冷的废气与返回的、通过处理而加热的废气相混合。当然这里的第三个实施例具有的优点是制造成本有利得多。通过二次向外转向(不是一次向里，如在开头二个实施例中那样)使废气流并因此也使结构型式大大简化。此外这种实施例由于避免了背压的极限值(一般在满载时为几百个毫巴)。在本发明的这种方案中一种相应规定的最大背压值可以简单地按如下方法来调整设定：使颗粒过滤器4”的横向-和纵向外形尺寸相应地就匹配于所使用的发动机，超出高于这最大背压值可能会引起发动机的过热和损坏。
前面已经按照本发明的优选实施形式对本发明作了详细叙述。然而对于专业人员来说显然地可以进行各种不同的修改和改变，但并不偏离本发明所依据的思想。

Claims (20)

1.用来过滤内燃发动机的废气的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，它具有一个入口和一个出口，其中在废气的流动路径中在入口和出口之间设有至少一个颗粒过滤器(4，4”)，其中废气在一个管路里导引流动，其中管路具有第一个部段(11；11’；11”)，在这部段里废气向出口方向流动，其中管路还具有第二个部段(12；12’；12”)，在这部段里废气向入口方向流动，其中，管路还具有第三个部段(13；13’；13”)，在这部段里废气向着出口方向流动，其特征在于，颗粒过滤装置(10，10’)具有一个分配-和转向元件，该元件使第一个来自入口的废气流引向管路的第一个部段(11；11’)并将一个来自管路第二个部段(12；12’)的第二个废气流转向至管路的第三个部段(13；13’)。
2.按权利要求1所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，废气相继地流过管路的第一、第二和第三个部段(11，12，131；11’，12’，13’；11”，12”，13”)。
3.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，在管路的第一、第二或第三个部段(11，12，13；11’，12’，13’；11”，12”，13”)里设有至少一个颗粒过滤器(4；4’)。
4.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，在第一、第二和第三个部段(11，12，13；11’，12’，13’；11”，12”，13”)里设有另外一个颗粒过滤器(14)。
5.按权利要求3所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，至少一个颗粒过滤器(4；4’)和另一个颗粒过滤器(14)一体地设计成过滤器整体部件。
6.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，在第一个和第二个部段(11，12；11’，12’；11”，12”)和第二个和第三个部段(12，13；12’，13’；12”，13”)之间设有管路部位，在这管路部位里使废气的流动方向反转。
7.按权利要求6所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，在其中至少一个部位里设置一个催化器(36；36’)。
8.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，管路的第一、第二和第三个部段(11，12，13；11’，12’，13’；11”，12”，13”)相互同心地布置。
9.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，第一、第二和第三个部段(11，12，13；11’，12’，13’；11”，12”，13”)中的一个部段具有一种圆柱体形状，而另外二个部段具有圆环柱体形状。
10.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，管路的第一和第二个部段(11，12；11’，12’；11”，12”)和/或第二和第三个部段(12，13；12’，13’；12”，13”)和/或第一和第三个部段(11，13；11’，13’；11”，13”)通过一个共同的壁板(17，18；17’，18’)分隔开。
11.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，分配-和转向元件分别具有通道用于导引第一和第二个废气流，其中第一个废气流的通道的一部分外壁构成了第二个废气流的通道的内壁。
12.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，颗粒过滤装置(10；10’；10”)设计成以一个中轴线为对称。
13.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’)，其特征在于，颗粒过滤装置(10，10’)在从入口至出口的方向上至少具有以下部段：
a)第一个部段(c，c’)，它具有一个废气的分配-和转向元件；
b)第二个部段(d；d’)，它具有至少一个颗粒过滤器；和
c)第三个部段(e；e’)，它具有一个废气的转向元件。
14.按权利要求12所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，管路的第一、第二和第三个部段(11，12，13；11’，12’，13’)布置在颗粒过滤装置(10，10’)的第二个部段(d；d’)里。
15.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，颗粒过滤装置(10，10’)具有一个在废气流动方向上直接布置在入口后面和/或在管路的第一个部段之前的催化器(6；6’；6”)。
16.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，颗粒过滤装置(10，10’)具有一个在废气流动方向上直接布置于出口之前和/或在管路的第三个部段(13；13’)之后的细灰尘过滤器。
17.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，所述分配-和转向元件对第一个废气流进行分配，保持其在装置里的方向，并使第二个在相反方向上流动的废气流转向一个180°的角度，其中这两个废气流相互并不混合。
18.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，所述内燃发动机是柴油发动机。
19.按权利要求1或2所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)，其特征在于，所述分配-和转向元件被构造成星形的转向，在这种转向中废气流多重地相互交叉，而并不混和。
20.使用如权利要求1-19中之一所述的颗粒过滤装置(10；10’；10”)来过滤内燃发动机的废气的方法，所述颗粒过滤装置(10；10’；10”)具有一个入口和一个出口，其中在废气的流动路径中在入口和出口之间设有至少一个颗粒过滤器(4，4”)，其中废气在一个管路里导引流动，其中管路具有第一个部段(11；11’；11”)，在这部段里废气向出口方向流动，其中管路还具有第二个部段(12；12’；12”)，在这部段里废气向入口方向流动，其中，管路还具有第三个部段(13；13’；13”)，在这部段里废气向着出口方向流动，其特征在于，颗粒过滤装置(10，10’)具有一个分配-和转向元件，该元件使第一个来自入口的废气流引向管路的第一个部段(11；11’)并将一个来自管路第二个部段(12；12’)的第二个废气流转向至管路的第三个部段(13；13’)。
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