用于清洁颗粒过滤器的系统和方法
技术领域
现有申请一般涉及用于清洁颗粒过滤器(例如柴油颗粒过滤器)的系统和方法。
背景技术
内燃机通常联接到后处理系统，用于过滤由发动机产生的排气。例如，颗粒过滤器，例如柴油颗粒过滤器(DPF)可以定位在排气通道中，以在将排气排放到大气中之前过滤排气中的颗粒物质。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于清洁具有出口和入口的颗粒过滤器的方法。出口包括通向多个出口通道的开口。入口包括通向多个入口通道的开口。出口通道通过过滤屏障与入口通道分开。该方法包括将流体喷嘴定位成与第一组出口通道上方的颗粒过滤器的出口接触。该方法还包括将流体从流体喷嘴注入到第一组出口通道。
在另一个实施例中，提供了一种用于清洁具有出口和入口的颗粒过滤器的方法。出口包括通向多个出口通道的开口，入口包括通向多个入口通道的开口。出口通道通过过滤屏障与入口通道分开。该方法包括将第一流体喷嘴定位成与第一组出口通道上方的颗粒过滤器的出口接触。该方法还包括将第二流体喷嘴定位在邻近第一入口通道上方的颗粒过滤器的入口。第一流体从第一流体喷嘴喷射到第一组出口通道中，第二流体从第二流体喷嘴喷射到第一入口通道中。
在又一个实施例中，一种系统包括过滤器壳体。过滤器壳体具有顶部和底部。过滤器壳体构造成围绕具有出口和入口的颗粒过滤器。出口包括通向多个出口通道的开口，入口包括通向多个入口通道的开口。出口通道通过过滤屏障与入口通道分开。平台联接到底部，当颗粒过滤器被壳体包围时，平台限定了与入口相邻的开口。第一流体喷嘴可定位在出口附近，第一流体喷嘴与第一流体源流体连通。第二流体喷嘴可定位在入口附近，第二流体喷嘴与第二流体源流体连通。
附图说明
在以下附图和描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。从说明书、附图和权利要求中，本公开的其他公开的特征、方面和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了根据示例实施例的示例的排气后处理系统；
图2示出了根据示例实施例的示例的DPF罐；
图3示出了根据示例实施例的用于清洁DPF过滤器结构的系统；
图4描绘了图3中所示系统的一部分的横截面视图；
图5描绘了图3中所示系统的另一部分的横截面视图；
图6示出了根据示例实施例的示例的流体喷嘴组件；和
图7示出了根据示例实施例的示例的流体喷嘴的底部视图。
应当认识到，为了说明的目的，附图中的一些或全部为示意性地表示。提供附图的目的是为了说明且明确理解一个或多个实施方式，它们将不用于限制权利要求的范围或意义。
具体实施方式
下文是用于清洁内燃机系统的后处理系统的方法、装置和系统的相关各概念和实施方式的更详细的描述。上述介绍并在下文更详细讨论的各概念可以以多种方式中的任一种实施，因为所描述的概念不限于任一特定的实施方式。主要为了说明的目的提供了具体实施和应用的示例。
DPF可包括装在罐中的过滤器，该过滤器位于柴油发动机的排气流中。DPF设计用于收集颗粒物质，同时允许排气通过。随着时间的推移，DPF可能变得颗粒物质过载或饱和，导致过滤性能降低并且沿排气流的背压不期望的增加。为了降低DPF饱和度，可以清洁DPF以去除颗粒物质。在一种方法中，DPF罐可以安装在具有入口和出口的腔室中。诸如空气、水或其他类型的气体或液体的流体可以在压力下被注入到入口或出口并在另一端被抽出。流体可以穿过DPF并移除结合到基板侧壁或者在DPF中累积成栓的颗粒物质。然而，这种方法可能需要大型压缩机和/或泵来产生高体积流量和加压液体射流以有效地清洁DPF。
如下所述，提供了一种清洁DPF的方法。该方法包括使用与DPF的出口或下游端直接接触的喷嘴。诸如空气或水之类或其他类型的气体或液体的流体可以被注入通过喷嘴并进入DPF的出口。因为喷嘴定位成接近DPF的出口并且有时与DPF的出口接触，所以需要相对较低的压力和较低流量的空气或液体将颗粒物质从DPF内移除。喷嘴的位置可以相对于DPF表面的表面区域移动，使得用流体处理DPF的整个表面。
图1示出了流体地联接在能量转换装置102(例如，柴油发动机、涡轮机或涡轮增压器)下游的示例性排气后处理系统100。排气后处理系统100包括位于能量转换装置102下游的柴油氧化催化剂(DOC)104和位于DOC104下游的DPF106。能量转换装置102、DOC104和DPF106经由排气管道108、110、112和114流体连接。附加元件可以包括在后处理系统100中，例如位于DOC104和DPF106下游的选择性催化还原(SCR)系统(未示出)。在图1的实施例中，在能量转换装置102和DOC104之间的排气管道区段110中提供碳氢(HC)加料器116，以将燃料喷射到排气流中，例如，在DPF106的活动再生循环期间。
图2示出了示例DPF罐200。DPF罐200可用于实现图1中所示的DPF106。例如，DPF罐200可以定位在具有入口和出口的壳体中，其中入口联接到排气管道区段112，出口联接到排气管道区段114，如图1所示。DPF罐200可包括DPF壳体202，该壳体202包含DPF过滤器结构204。图2中所示的DPF壳体202具有中空圆柱形状，具有圆形横截面。然而，DPF壳体202可具有除图1中所示的圆形横截面形状之外的形状，例如矩形、椭圆形或多边形(规则和不规则)形状。DPF过滤器结构204可以安装在DPF壳体202内。在一些情况下，DPF过滤器结构204可以压配合在DPF壳体202内，使得DPF过滤器结构204定位成与DPF壳体202的内侧壁接触。
DPF过滤器结构204具有入口或上游端206和出口或下游端208。入口206可包括进入入口通道的多个开口，而出口208可包括进入出口通道的多个开口。在DPF过滤器结构204内，入口通道和出口通道可以通过可渗透的过滤器侧壁分开。在运行期间，排气通过开口引导进入入口通道。排气通过入口通道和出口通道之间的侧壁，而颗粒物质被侧壁阻挡。因此，颗粒物质主要积聚在DPF过滤器结构204的入口通道内。
图2示出了DPF过滤器结构204的出口208的一部分的展开图。DPF过滤器结构204的出口208包括多个出口通道开口210和多个入口通道屏障212。出口通道开口210通向相应的出口通道，而入口通道屏障212形成对入口通道(未示出)的阻碍。尽管未在图2中示出，但是入口206可包括多个入口通道开口和多个出口通道屏障。入口通道开口通向相应的入口通道，出口通道屏障形成对出口通道的阻碍。出口通道开口210和入口通道屏障212以网格形式排布。在一些示例中，入口通道和出口通道可以以蜂窝方式布置。在一些示例中，一部分通道可以流过，从而既可以作为入口通道又可以作为出口通道。
图3示出了用于清洁DPF过滤器结构204的系统300。该系统包括平台302，DPF罐200位于平台302上。流体喷嘴306定位在DPF过滤器结构204的出口208上方，即，使得流体喷嘴306与出口208接触。平台302可绕纵向轴线304旋转。DPF罐200可定位在平台302上，使得DPF过滤器结构204的中心与纵向轴线304基本共线。平台302具有开口，该开口提供DPF过滤器结构204的入口206的通路。例如，开口的直径可以是DPF过滤器结构204的直径的至少90％。平台302可以在DPF过滤器结构204的入口206处联接到DPF壳体202的外周。平台302可以使用例如联接到电动机的皮带或齿轮驱动器旋转。在一些情况下，平台302可以以5rpm至15rpm之间的速度旋转，但是其他旋转速度也是可能的。
流体喷嘴306可以在DPF过滤器结构204的外周边和中心之间在出口208上方径向移动。由平台302施加的DPF过滤器结构204的旋转运动与流体喷嘴306的径向运动的组合可以允许覆盖整个出口208。例如，流体喷嘴306可以从DPF过滤器结构204的周边开始朝向DPF过滤器结构204的中心穿过在出口208上方的螺旋路径。作为另一个例子，流体喷嘴306可以在出口208上方穿过多个同心路径。在一个示例中，在DPF过滤器结构204的每次完整旋转之后，流体喷嘴306可以朝向DPF过滤器结构204的中心径向递增地移动。流体喷嘴306被连接到流体供应管线308，流体供应管线308可以向流体喷嘴306提供流体。流体供应管线308可以联接到流体供应源，例如当流体是空气的情况下联接到空气压缩机，或者当流体是水的情况下联接到水泵。
图4描绘了图3中所示的系统300的一部分的横截面视图。特别地，图4示出了用于清洁DPF过滤器结构204的流体是液体(例如水)的情况。图4中所示的DPF过滤器结构204的部分包括通过过滤屏障412与第一组入口通道410分开的第一组出口通道408。如上所述，颗粒物质402主要设置在入口通道410内的过滤屏障412上。流体喷嘴306定位在DPF过滤器结构204的出口208上方并与DPF过滤器结构204的出口208接触。流体喷嘴306包括至少两个通道(例如，第一通道404和第二通道406)，其在流体喷嘴306的一端上具有相应的开口。在一个示例中，来自流体喷嘴306的流体流的分布可以大于输出通道平均对角线的三倍，以减小局部高压点并改善流体的分布。
在清洁运行期间，液体可以通过流体喷嘴306中的第一通道404和第二通道406并且注入到DPF过滤器结构204的出口通道408中。液体可以在选定的压力、体积和速度下从流体喷嘴306喷射出。例如，液体可以在30磅/平方英寸(psi)和350psi之间的压力下以及0.5立方英尺/分钟(CFM)和35CFM之间的流速下从流体喷嘴306喷射出。可以选择从流体喷嘴306喷射出的液体的压力、体积和速度，以确保液体流动足够强以移除粘附到入口通道410内的过滤屏障412的颗粒物质402而不损害DPF过滤器结构204的结构稳定性。来自流体喷嘴306的液体被注入到出口通道408，使得出口通道408注满被注入的液体。被注入出口通道408的液体的压力和速度使液体通过过滤屏障412并进入相应的相邻入口通道410。液体通过过滤屏障412的通道移除了在入口通道410内粘附到过滤屏障412的颗粒物质402。允许入口通道410中的液体带着被移除的颗粒物质402通过入口206流出。以这种方式，被注入的液体的动能可用于移除粘附到过滤屏障412的颗粒物质402。液体以这样的方式被注入到出口通道408，使得并非所有围绕单个入口通道410的出口通道408注满被注入的液体。这可以确保单个入口通道410的过滤屏障412的结构稳定性不会由于过高的液体压力和过高的流量而受到损害。
在将液体注入第一组出口通道408之后，可以操作平台302和/或流体喷嘴306以将流体喷嘴306定位在第二组出口通道408上方。可以重复改变流体喷嘴306的位置，使得在DPF过滤器结构204的出口208处可能暴露的全部出口通道408中注入液体。
流体喷嘴306可以保持与出口208恒定接触。这可以具有减少过度喷射的优点，这可能在液体喷射到出口208的整个表面上的情况下发生。过度喷射的减少可以减少DPF壳体202的磨损。此外，设备(例如供应液体的泵)的尺寸与在出口208的整个表面同时用液体喷射时使用的设备相比，可以具有更小的尺寸。
图5描绘了图3中所示的系统300的一部分的横截面视图。特别地，图5示出了用于清洁DPF过滤器结构204的流体是气体(例如空气)的情况。除了位于DPF过滤器结构204的出口208处的流体喷嘴306之外，第二喷嘴502定位在DPF过滤器结构204的入口206上。第二喷嘴502可以提供可以注入入口通道410的高速狭窄空气射流504。流体喷嘴306可定位成与DPF过滤器结构204的出口208接触。在一些情况下，第二喷嘴502可定位距入口206特定距离处。例如，第二喷嘴502可定位在距入口206的2至5mm的距离处。
流体喷嘴306可以将脉冲压缩空气提供到DPF过滤器结构204的出口208。脉冲压缩空气可有效地移除粘附到入口通道410内的过滤屏障412的颗粒物质402。将流体喷嘴306定位成与DPF过滤器结构204的出口208接触确保从流体喷嘴306喷射的压缩空气主要被引导到出口通道408中。结果，有效清洁DPF过滤器结构204所需的压缩空气的压力和体积可以小于喷嘴被定位在远离出口208较大距离处所需的压力和体积。例如，提供90psi压缩空气的压缩机的立方英尺/分钟(CFM)额定值可以从120 CFM降低到30 CFM。这种CFM额定值的降低可导致需要提供空气的压缩机尺寸的显着减小，以有效地清洁DPF过滤器结构204。与非脉冲压缩空气相比，喷射到出口通道408中的压缩空气的脉冲可以改善从过滤屏障412去除颗粒物质402。而且，使用脉冲压缩空气可以进一步减小压缩机所需的尺寸。
第二喷嘴502可以向入口通道410提供高速低容量空气射流。作为示例，第二喷嘴502可以提供具有30psi至175psi之间的管线压力以及10至60CFM之间的流速的空气射流。在一些情况下，第二喷嘴502也可以安装在可移动臂上，类似于控制流体喷嘴306移动的装置。特别地，可以协调流体喷嘴306和第二喷嘴502的可移动臂，使得第二喷嘴502定位在与至少一个出口通道408相邻的入口通道410的上方，其中，来自流体喷嘴306的脉冲压缩空气被注入到出口通道408。在一些情况下，第二喷嘴502可具有可以允许空气射流注入单个入口通道410的尺寸。在一些其他示例中，可以选择第二喷嘴502的尺寸以产生空气射流，该空气射流的宽度大于入口通道410的开口的宽度，使得空气射流可以同时将空气喷射到大于一个入口通道410。在一些示例中，从第二喷嘴502喷射的空气射流可以是连续的。在一些其他示例中，空气射流可以是脉冲的。
在清洁运行期间，通过第二喷嘴502的空气可以被注入到入口通道410，而通过流体喷嘴306的压缩空气被关闭。来自第二喷嘴502的空气射流可以帮助摇动粘附到过滤屏障412的颗粒物质402。在由喷嘴在DPF上的移动速率和DPF的旋转速率限定的第一段时间之后，可以关闭通过第二喷嘴502的压缩空气，以及可以打开来自流体喷嘴306的脉冲压缩空气持续第二段时间。来自流体喷嘴306的脉冲空气可以高压注入出口通道408，这使得压缩空气穿过过滤屏障412并进入入口通道410。压缩空气通过过滤屏障412的通道可以移除附着在过滤屏障412上的颗粒物质402。通过入口206的脉冲压缩空气的流动可以将任何被移除的颗粒物质带出DPF过滤器结构204。对于流体喷嘴306的每个位置，上述过程可以重复几次，例如3-7次。也就是说，首先打开自第二喷嘴502的高速低容量压缩空气进入到入口通道410中持续第一段时间，然后打开来自流体喷嘴306的脉冲压缩空气进入到出口通道持续第二段时间，该过程对于出口208上方的流体喷嘴306的单个位置可以重复若干次。此后，可以致动平台302和/或流体喷嘴306的可移动臂以使流体喷嘴306在另一组出口通道408上方移动，以及在来自第二喷嘴502的压缩空气和来自流体喷嘴306的脉冲压缩空气之间交替的过程可以重复几次。在一个示例中，流体喷嘴306可以在三到五分钟内覆盖整个出口208。
将来自第二喷嘴502的压缩空气吹入入口通道410并将来自流体喷嘴306的脉冲压缩空气吹入出口通道的交替过程可以改善颗粒物质402从DPF过滤器结构的移除和抽取。
图6示出了示例性流体喷嘴306组件600。组件600可包括联接到夹具602的可移动臂606。流体喷嘴306包括第一端610、第二端612和在第一端610和第二端612之间延伸的细长杆部分608。第一端610和第二端612的宽度可以大于细长杆分部608的宽度。细长杆部分608可由夹具602可移动地保持。弹簧或其他偏置构件604围绕夹具602和流体喷嘴306的第一端610之间的细长杆部分608设置。在一些情况下，DPF过滤器结构204的出口208的表面可以是不平坦的。偏置构件604和具有夹具602的细长杆部分608的滑动布置确保在出口208的不平坦表面的横穿期间流体喷嘴306保持与出口208接触。
图7示出了示例性流体喷嘴306的仰视图。流体喷嘴306包括八个开口，通过这些开口，流体可以注入DPF过滤器结构204的出口通道408中。在某些情况下，开口的数量可以大于或小于图7中所示的八个。八个开口以圆形方式布置在流体喷嘴306的底表面上。在一些示例中，开口可以以网格方式布置，类似于图2中所示的DPF过滤器结构204的出口通道开口210的网格布置。每个开口702的直径可以在0.02英寸和0.06英寸之间，或0.04英寸。由开口702的布置限定的圆的直径可以在0.4英寸和0.32英寸之间，或0.36英寸。流体喷嘴306的直径可以在0.9英寸和1.2英寸之间，或1.112英寸。应注意，这些尺寸仅是示例，并且流体喷嘴306不限于这些尺寸。
尽管说明书包含许多特定的实施方式细节，但这些不应该被解释为对权利要求范围的限制，而是作为特定的实施方式的特有的特征的描述。在本说明书中在单独实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现中单独或以任何合适的子组合来实现。此外，虽然特征可以描述为以某些组合起作用并且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或变型的子组合。
如本文所使用的，术语“基本上”和类似的术语旨在具有广泛的含义，与本公开的主题所属领域的普通技术人员的普通和公认的用法相一致。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。
如本文所使用的术语“联接”等意味着两个部件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个部件或者两个部件和任何另外的中间部件彼此一体地形成为单个整体，通过两个部件或者两个部件和任何另外的中间部件相互连接来实现。
如本文所用，术语“流体连接”等意味着两个组件或物体具有在两个组件或物体之间形成的通路，其中流体，例如空气、油、燃料、液体还原剂、气态还原剂、水性还原剂、气态氨等可以在有或没有中间组分或物体的情况下流动。用于实现流体连通的流体联接或配置的示例可以包括用于使得流体能够从一个部件或物体流到另一个部件或物体的管道，通道或任何其他合适的部件。
重要的是要注意，各种示例性实现中所示的系统的构造和布置仅是说明性的而不是限制性的。落在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有改变和修改都希望被保护。应该理解的是，一些特征可能不是必需的，并且缺乏各种特征的实现可以被认为是在本申请的范围内，所述范围由随后的权利要求限定。当使用语言“一部分”时，除非特别指出相反，否则该项目可以包括一部分和/或整个项目。此外，术语“或”用作包含意义(而非排他意义)，因此当使用时，例如，为了连接一列元件，术语“或”表示一个、一些或列表中的全部元件。
