CN100562651C - 柴油发动机尾气排放净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油发动机尾气排放净化系统。它主要包括壁流式颗粒捕集器DPF，用于壁流式颗粒捕集器DPF再生的加热再生装置，所述的加热再生装置由电子控制单元ECU，燃烧室，点火系统，包括火花塞，高压线及点火线圈，助燃空气发生装置及相关管道，喷射器组件及管路，喷油嘴，相应的温度及压力传感器以及其它气路，油路的阀门及自动保护装置组成。与现有的技术相比，本发明具有再生可靠，净化效率高，不受车辆行驶方式限制等诸多优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种柴油发动机尾气净化系统，特别是有特殊的自动再生功能的柴油机尾气排放净化系统。
背景技术：
柴油机因其动力性好，油耗低，可靠性好，在能源日益紧张的现代社会得到了越来越广泛的应用。与汽油机相比，柴油机产生的有害气体HC和CO的排放量相当低。一般只有汽油机的几十分之一，NOx排放量与汽油机处于同一个数量级，但柴油机微粒排放约为汽油机的30～70倍。因此，微粒排放是制约柴油机发展的重要因素之一。采用现代柴油机技术后，尤其是柴油高压喷射技术，虽然柴油排放的颗粒物总质量大幅度减少，但颗粒物的数量却有所增加，其所造成的危害更大。因此，柴油机颗粒物排放后处理技术多年来一直被人们所关注。目前广泛采用的技术对策是柴油机微粒捕集器DPF。其中关键的技术是过滤材料和再生技术。目前对过滤材料的研究相对比较成熟，其中壁流式蜂窝陶瓷过滤体是目前在过滤效率和流动阻力等方面综合性能最好的过滤体，已经形成了产品化和系列化，它已不再是柴油机排气颗粒物过滤技术实用化的难题。目前普遍使用的过滤器有陶瓷材料及碳化硅等，多采用壁流式结构，特点是过滤效率高，流动阻力小等。固体碳粒的起燃温度在650℃左右，当柴油机工作在大部分工况时，其排气温度均达不到需要的起燃温度，所以需额外消耗一定的能量，以去除过滤体中积累的颗粒物，实现过滤体的再生。再生问题一直是该技术实用化的关键是可靠再生装置。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种带有自动加热再生装置的高过滤效率的柴油机尾气排放净化系统。
本发明采用如下技术方案：
一种柴油发动机尾气排放净化系统，是由壁流式过滤体的柴油机尾气排放颗粒捕集器(20)及混合气管路(6)，助燃空气管路(11)所组成，其特征是在发动机排气口(21)处安装有测量压力的传感器(16)及安装在燃烧器(14)上的温度传感器(17)及分别安装在排放颗粒捕集器(20)的前、后温度传感器(18)、(19)，在排放颗粒捕集器(20)的前部安装有燃烧器(14)，在该燃烧器(14)内安装有喷油嘴(12)及由点火线圈(13)控制的火花塞(15)，与喷油嘴(12)连接的是混合气管路(6)，油泵(1)，电磁阀(4)，将经过柴油滤芯过滤的柴油和来自高压气罐或自带压缩机的经过减压阀(3)减压的压缩空气输入到喷射器总成(2)后经混合气管路(6)进入喷油嘴(12)，电动机(10)，带动风机(8)产生经过过滤芯(7)过滤的具有足够压力及流量的助燃空气，经单向阀(9)以及助燃空气管路(11)输送到燃烧器(14)中。上述喷油嘴(12)的有一个油腔(26)，顶端(24)有2-30个喷油孔(25)，顶端呈圆锥型，微孔均匀地分布在圆锥的锥面上，混合气在油腔内经压缩空气作用从喷油孔喷出，喷出的是充分雾化的燃料，易于点燃。上述燃烧器(14)呈圆桶形，在其顶部设有喷油嘴连接口(38)，助燃空气连接口(37)，而火花塞(33)连接口均在燃烧室顶部的圆盘(32)上。
本发明的柴油机车尾气颗粒捕集器采用壁流式过滤体，通常材料为堇青石或碳化硅，具有极高的过滤效率，对于排气中的颗粒物的过滤效率超过95％。安装在发动机排气口的压力传感器会给电子控制单元ECU不断地传输排气背压信号，当柴油机车尾气颗粒捕集器DPF中的碳颗粒收集到一定程度，压力传感器传给电子控制单元ECU的信号高于设定的值时，电子控制单元ECU就会发出再生命令，启动再生程序；另外，如果压力传感器检测到的背压信号长时间没有达到设定值，程序会执行预防性再生程序。当启动再生程序后电子控制单元ECU发出信号打开油泵，电磁阀，同时将经过柴油滤芯过滤的柴油和来自高压气罐或自带压缩机的经过减压阀减压的压缩空气输入到喷射器总成，经过喷射器总成后，混合气会通过混合气管路及专用的喷油嘴喷射到燃烧室中，这时喷出的混合气是充分雾化的混合气，且空燃比处于理想状况，易于点燃，同时电动机会启动，带动风机产生足够压力及流量的助燃空气，经单向阀以及助燃空气管路输送到燃烧器中，这时由点火线圈控制的火花塞点火，将从喷油嘴喷到燃烧器的混合气点燃，ECU根据温度传感器，压力传感器信号及取到的柴油机车的转速信号等综合条件，控制柴油机车尾气颗粒捕集器DPF载体上的温度达到650～700℃并保持一段时间，这样附着在柴油机车尾气颗粒捕集器DPF壁上的碳颗粒被去除掉，柴油机车尾气颗粒捕集器DPF得到完全再生。当柴油机车尾气颗粒捕集器DPF得到再生后，系统的排气背压又降到柴油车能正常工作的范围，当排气背压升到设定值或时间达到设定值时，再生将再一次自动启动。这样，无论柴油车处于何种工况，通过加热再生装置的工作，柴油机车尾气颗粒捕集器DPF均能够完成再生，使柴油车尾气颗粒捕集器DPF能够连续地正常工作。
为使DPF能够正常地工作，本发明的再生装置采用特殊油气混合装置，喷油嘴，点火装置及燃烧室，在任何工况下均可将柴油车尾气颗粒捕集器DPF加热到650℃以上，以使柴油机尾气颗粒捕集器DPF中过滤到颗粒物转化为无害的气体，以此达到再生的目的。
本发明提供一种喷油嘴，其特点是顶端是圆锥体形状，喷油孔均匀地分布在圆锥型锥面上，混合气在油腔内经压缩空气作用从喷油孔喷出，喷出的是充分雾化的燃料，可以是汽油，柴油等。与其他喷油嘴相比，本发明提供的喷油嘴具有喷射均匀，雾化效果好等优点，经它喷出的燃料易于点燃，燃烧均匀，极适合本发明中的燃烧室使用。
本发明提供一种特殊的燃烧室，这种燃烧室有一个助燃空气入口，用来提供燃烧需要的空气；两个火花塞入口，用于点火；一个喷油嘴入口，可以喷入雾化的燃料；内部的热量扩散装置，可以使燃料燃烧所产生的热量能均匀的扩散。这种燃烧室的优点是能提供可靠的燃烧，并使产生的热量均匀地传送到出口。
附图说明
说明书附图1为本发明的系统示意图
说明书附图2为本发明的喷油嘴结构图
说明书附图3为本发明的燃烧室主视图
说明书附图4为本发明的燃烧室的剖面图
具体实施方式
以下结合附图进一步详细说明本发明。
如图1所示：本发明的柴油车尾气排放净化装置包括以下几个部分：柴油车颗粒捕集器DPF(20)为壁流式的过滤体，可为堇青石或碳化硅等材料，对于排气中的颗粒物的过滤效率超过95％。柴油机排出的废气从进气口(21)进入净化装置，经柴油车颗粒捕集器DPF(20)过滤后，从出口(22)排出。安装在发动机排气口(21)的压力传感器(16)会给电子控制单元ECU(23)不断地传输排气背压信号，当柴油车颗粒捕集器DPF(20)中的碳颗粒收集到一定程度，压力传感器(16)传给电子控制单元ECU(23)的信号高于设定的值时，电子控制单元ECU(23)就会发生再生命令，启动再生程序；另外，如果压力传感器(16)检测到的背压信号长时间没有达到设定值，程序会执行预防性再生程序。当启动再生程序后电子控制单元ECU(23)发出信号打开油泵(1)，电磁阀(4)，同时将经过柴油滤芯过滤的柴油和来自高压器罐或自带压缩机的经过减压阀(3)减压的压缩空气输入到喷射器总成(2)，经过喷射器总成(2)后，混合气会通过混合气管路(6)及专用的喷油嘴喷射到燃烧室(14)中，这时喷出的混合气是充分雾化的混合气，且空燃比处于理想状况，易于点燃，同时电动机(10)会启动，带动风机(8)产生经过过滤芯(7)过滤的具有足够压力及流量的助燃空气，经单向阀(9)以及助燃空气管路(11)输送到燃烧器(14)中，这时由点火线圈(13)控制的火花塞(15)点火，将从喷油嘴(12)喷到燃烧室(14)的混合气点燃，电子控制单元ECU(23)根据温度传感器(17)，(18)，(19)，压力传感器信号(16)及取到的柴油机车的转速信号等综合条件，控制柴油车颗粒捕集器DPF(20)载体上的温度达到650～700℃并保持一段时间，这样附着在柴油车颗粒捕集器DPF(20)壁上的碳颗粒被去除掉，柴油车颗粒捕集器DPF(20)得到完全再生。当DPF(20)得到再生后，系统的排气背压又降到柴油车能正常工作的范围，当排气背压升到设定值或时间达到设定值时，再生将再一次自动启动。这样，无论柴油车处于何种工况，通过加热再生装置的工作，柴油车颗粒捕集器DPF(20)均能够完成再生，使柴油车颗粒捕集器DPF(20)能够连续地正常工作。
如说明书附图2所示，本发明的另一个目的是提供一种喷油嘴，其特点是顶端(24)是圆锥体形状，喷油孔(25)均匀地分布在圆锥型锥面上，每一个喷油嘴可以有2～30个喷油孔。混合气从入口(28)经过管道(27)进入油腔(26)，这时混合气的压力大约3kg/cm3。混合气在油腔内经喷油孔(25)喷出，喷出的是充分雾化的燃料，可以是汽油，柴油等。可以通过螺纹(30)将喷油嘴安装到燃烧室上，混合气通过管路经螺纹(29)与喷油嘴相连。与其他喷油嘴相比，本发明提供的喷油嘴具有喷射均匀，雾化效果好，混合气要求的压力低等优点，经它喷出的燃料易于点燃，燃烧均匀，极适合本发明中的燃烧室使用。
如说明书附图3和4所示，本发明的另一个目的是提供一种燃烧室。喷油嘴的入口(38)，助燃空气入口(37)，火花塞(33)的入口均在燃烧室顶部的圆盘(32)上，柴油车的尾气从入口(31)进入燃烧室，从燃烧室经过后由燃烧室出口(36)进入柴油车颗粒捕集器DPF(20)。当电子控制单元ECU(23)发出再生指令后，混合气通过喷油嘴经喷油嘴入口(38)喷入燃烧室(39)，助燃空气经助燃空气入口(37)进入到助燃气通道(40)，同时火花塞(33)两极之间打火，将混合气点燃，混合气在燃烧室(39)内持续燃烧。所产生的热量经热量扩散装置(41)，(42)，(44)传递到燃烧室的出口(36)，由于热量扩散装置(41)，(42)，(44)上密布着圆孔，所以传出的热量比较均匀。在燃烧室的出口还有一个圆碗(43)，它的作用是防止火焰直接烧到柴油车颗粒捕集器DPF(20)，造成柴油车颗粒捕集器DPF(20)的损坏。另外在燃烧器上还有两个孔(34)，(35)，用于接入温度及压力传感器，实现电子控制单元ECU(23)中温度及压力信号的采集。本发明的燃烧室的优点是能提供可靠的燃烧，并使产生的热量均匀地传送到出口。柴油车尾气经过燃烧室后，温度可以被提升到650～700℃，从而实现柴油车颗粒捕集器DPF(20)的再生。
为使柴油车颗粒捕集器DPF(20)能够正常地工作，本系统可以在任何工况下均可将柴油车颗粒捕集器DPF(20)加热到650℃以上，以使柴油车颗粒捕集器DPF(20)中过滤到的颗粒物转化为无害气体，以此达到再生的目的。
Claims (2)
1、一种柴油发动机尾气排放净化系统，是由壁流式过滤体的柴油发动机尾气排放颗粒捕集器(20)，混合气管路(6)，助燃空气管路(11)，电子控制单元(23)，安装在排放颗粒捕集器(20)前部其内装有喷油嘴(12)的燃烧器(14)，安装在发动机排气口(21)处的压力传感器(16)，安装在燃烧器(14)的温度传感器(17)，安装在排放颗粒捕集器(20)前、后的温度传感器(18、19)所组成，其特征是在上述燃烧器(14)内安装有由点火线圈(13)控制的火花塞(15)，在上述混合气管路(6)内的混合气是通过油泵(1)，电磁阀(4)将已过滤的柴油和来自高压气罐或自带压缩机的经减压阀(3)减压的压缩空气同时输入到喷射器总成(2)后经混合气管路进入喷油嘴，经喷射器总成(2)充分雾化，达到理想状态空燃比、易于点燃的混合气，在上述助燃空气管路(11)内的助燃空气是经过电动机(10)，风机(8)，滤芯(7)过滤具有足够压力和流量的助燃空气，助燃空气经单向阀(9)输送到燃烧器(14)中，在燃烧室的出口还配置有一个圆碗(43)，防止火焰直接烧到排放颗粒捕集器(20)上。
2、根据权利要求1所述的柴油发动机尾气排放净化系统，其特征是在上述燃烧器(14)的燃烧室顶部配置有圆盘(32)，其与混合气管路(6)相连的喷油嘴(12)的入口(38)，与助燃空气管路(11)的入口(37)及火花塞(15)的入口均安装在其圆盘(32)上，另外在上述燃烧器(14)内部配置有密布圆孔的热量扩散装置(41、42、44)，使燃烧所产生的热量能够比较均匀传出。
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