CN101333953A - 增压柴油机排气加热装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增压柴油机排气加热装置及方法，属于柴油机尾气微粒污染控制技术领域。加热装置包括：进气取气阀、油泵、燃油电磁阀、喷嘴、点火电极、燃烧室、扩张腔、油量调节器以及燃烧器夹层；一种加热的方法，包括如下步骤：(1)判断是否需要再生；(2)当要再生时，根据温度变化规律判断点火是否成功；(3)引入部分新鲜空气，通过控制进气量来调节加热装置的加热能力，通过旁通泄压方式使喷油量可以根据进气量的变化进行随动调节，发动机排气通过过滤体后排入大气；(4)当控制系统监测到发动机排气过滤体再生完成时停止喷油和供气，排气加热装置停止工作。可以方便与现有增压柴油机进行匹配，系统造价成本低。

Description

增压柴油机排气加热装置及方法
技术领域
本发明属于柴油机尾气微粒污染控制技术领域，进一步涉及一种增压柴油机排气加热装置及方法。
背景技术
氮氧化物和微粒是柴油机尾气排放中的主要污染物。近年来随着排放法规的日益严格，通过后处理方式降低两种污染物排放的技术引起了广泛关注。对微粒处理主要难点在于捕集器的再生。
热再生是较普遍采用的一种再生方式。通过加热提高排气温度或直接选择性加热微粒将沉积在捕集器内的微粒燃烧，恢复捕集器性能。现在排气加热的方式主要有电加热、微波加热和喷油助燃等。
现阶段汽车用加热器主要用于空调加热器，进气预热等方面。燃油加热器技术是一种成熟技术，但用于排气加热方面还存在如下技术问题：
(1)加热能力调节范围有限。一般只有两级到三级加热能力，不适用于温度不断变化排气环境。喷油量与空气量控制需要各种阀件与传感器，在排气高温环境中无法正常工作
(2)燃油供给一般采用离心式雾化结构的低压供给系统。雾化质量差。助燃空气一般采用离心式风机，进所压力低。有背压的排气环境中供气效率差。
(3)排气中氧含量低，而二氧化碳含量高。燃油在这种环境中燃烧效果差，不易控制。
本发明涉及的排气加热装置是通过喷油及提供适量的空气混合点火燃烧将排气温度提高到微粒起燃温度或氧化催化剂起作用温度。使沉积在微粒捕集器内微粒燃烧，达到捕集器再生的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作方法简单、运行可靠且能有效燃烧微粒从而使捕集器可靠再生的装置及方法。
本发明是通过下述技术方案加以实现的。
一种增压柴油机排气加热装置，包括：进气取气阀15、油泵21、燃油电磁阀14、喷嘴9、点火电极7、燃烧室10、扩张腔13、油量调节阀19以及燃烧器夹层2。
上述喷嘴的喷雾形状为空心圆锥形，喷射贯穿距离短，喷雾锥角较大。
上述油量调节器通过膜片28感知进气压力的变化控制旁通泄压阀26开启压力实现喷油量与进气量的随动控制；通过电磁阀30控制旁通泄压阀26的开闭，很好地实现了当燃烧器停止工作时，喷油嘴迅速断油。
一种采用上述加热装置对增压柴油机排气加热的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)加热器控制装置通过监测排气温度和压力信号判断是否需要再生；
(2)当要再生时，开启喷油电磁阀20及点火电极7；根据温度变化规律判断点火是否成功，如果点火失败间隔5秒后再次喷油点火；当三次点火失败后报警装置报警；
(3)通过涡轮增压器14引入部分新鲜空气，通过控制进气量来调节加热装置的加热能力，通过旁通泄压方式使喷油量可以根据进气量的变化进行随动调节，发动机排气通过过滤体后排入大气；
(4)当控制系统监测到发动机排气过滤体再生完成时停止喷油和供气，排气加热装置停止工作。
上述加热方法在工作过程中，废气通过排气夹层2首先对燃烧器16进行预热确保燃烧器16可靠着火，着火后燃烧器16与通过夹层的废气进行热交换后进行混合，一方面提高排气温度，另一方面防止燃烧器16外层温度过高。通过从增压柴油机增压器14取气并引入到燃烧器16与经过喷嘴9压力雾化的柴油进行混合，由高压点火电极7点燃使混合气燃烧并于发动机排出的废气进行混合，达到提高排气温度的目的。新鲜空气进入燃烧器后分成两部分，一部分通过燃烧室圆周上布置的进气小孔8进入燃烧室10，与燃油混合燃烧，另一部分通过扩张腔13上的旋流槽12进入第二级燃烧室4，旋流的吸力将燃烧室内火焰和未燃的燃油带入二级燃烧室4充分稳定燃烧；排气通过排气夹层2从二级燃烧室外流过对加热装置进行预热，保证可靠点燃。
本发明的柴油机排气加热装置相对于现有技术，具有如下优点：
(1)通过控制进气量来调节加热装置的加热能力。通过旁通泄压方式使喷油量可以根据进气量的变化进行随动调节，同时解决了断油不及时问题。
(2)通过涡轮增压器引入部分新鲜空气，省去了额外的供气源并改善了燃烧效果。传统利用风机提供气源多应用于汽车空调加热器，进气加热等方面。而在排气环境中特别是加装过滤体后的排气中，由于较高的排气背压，传统风机方式由于送气压力低于排气背压导致加热装置无法正常燃烧。
(3)发动机排气只能通过过滤体后排入大气。若采用传统风机当不工作时，一部分排气会从风机口排出，解决这一问题难度较大。而从涡轮增压器取气则可以很好解决这个问题。
(4)可以方便与现有增压柴油机进行匹配，系统造价成本低。
附图说明
图1(a)是增压柴油机排气加热器三维效果图；
图1(b)是增压柴油机排气加热器结构示意图，其中，1为排气入口，2排气夹层，3为加热器壳，4二级燃烧室扩张腔，5为高温排气出口为加热器壳
图1(c)是图1(b)局部放大图，其中，6为高压油入口，7为点火电极阻隔腔，8为进气小孔，9喷油嘴，10燃烧室，11二次空气入口，12为旋流槽，13扩张腔；
图2是本发明应用于柴油机的框图；14为涡轮增压器，15为空气流量调节阀，16为加热器，17温度传感器，18压力传感器，19为油量调节阀，20为喷油电磁阀，21为油泵，22为油箱，
图3油量调节阀结构图；23为出油口，24为进气口，25为进油口，26旁通泄压阀，27为阀座，28为膜片，29为弹簧，30为电磁铁，31为调整螺钉；
图4喷油嘴结构图；
图5装置工作流程图；
图6加热装置在发动机2000r/min工况下的性能测试图；
图7加热装置在发动机不同转速、相同扭矩下的加热能力。
具体实施方式
燃油系统
根据柴油机特征，从发动机进油口取部分燃油，通过单独的油泵21给喷嘴9供油，油泵21有自己的滤油装置，由旁通泄压阀26控制喷油的通断。该喷嘴特征是喷雾形状为空心圆锥形，喷射贯穿距离短，喷雾锥角较大。在喷油压力一定的条件下，燃油流量一定。为保证断油迅速，在高压管路上接一个油量调节阀(如图3)，当油量调节阀电磁阀30通电后，阀座27在磁力作用下向下移动，高压管路燃油经旁通泄压阀26从回油口23流回油箱。高压管路压力迅速降低至小于喷嘴打开所需压力，喷嘴关闭喷油结束。油量调节阀的进气口与涡轮增压器14出气口相连，当进气压力增大时，阀座27受弹簧和进气压力向上作用力增大，阀座开启的压力增大，与油量调节阀进油口23相连的高压管路油压就会相应升高，喷油量随之增大。利用这种方式实现喷油量与进气量的随动控制。
进气系统
该装置采用一个流量调节阀15自动调节从增压器进入燃烧器16的空气量。在着火初期减少供气量，使雾化燃油可靠点燃，然后逐渐增大进气量提高燃烧速度。新鲜空气进入燃烧器后分成两部分，一部分通过燃烧室圆周上布置的进气小孔8进入燃烧室10，与燃油混合燃烧，另一部分通过扩张腔13上的旋流槽12进入第二级燃烧室4，旋流的吸力将燃烧室内火焰和未燃的燃油带入二级燃烧室充分稳定燃烧。排气通过排气夹层2从二级燃烧室4外流过对燃烧室进行预热，保证可靠点燃。
点火系统
燃油由喷油嘴喷出后与空气充分混合，由点火变压器输送能量通过点火电极点燃混合气。这样就实现了即喷即着的功能，达到快速起燃的目的。
电控系统
电控系统通过控制单元实现程序控制和保护功能，并且独立于发动机电控系统，由12V蓄电池供电。控制单元实现电机、电磁阀、流量调节阀、电子点火、温度传感器和压力传感器的控制和保护。
当控制系统检测到捕集器需要再生时。控制流量调节阀，喷油电磁阀和电子点火装置以预先设定好的控制逻辑控制加热装置来提高排气温度，控制系统监测温度信号适时调整进气量控制排气温度在期望的范围。加热装置工作流程如图5所示。
实施例：
在一台排量为2.499L增压柴油机上进行了试验研究。大气环境温度为20℃，通过调节喷油量使加热器出口温度达到500℃左右。加热时间视工况不同约1-2分钟。在发动机不同工况下试验加热装置的起燃和加热能力。试验表明在大部分工况下加热效果是明显的。图6为转速2000r/min时不同扭矩下加热装置的工作状态；图7为不同转速相同扭矩时加热装置的工作状态。从图可以看出，加热装置解决了转速升高出现的加热能力不足的问题。

Claims (7)

1、一种增压柴油机排气加热装置，包括：进气取气阀(15)、油泵(21)、燃油电磁阀(14)、喷嘴(9)、点火电极(7)、燃烧室(10)、扩张腔(13)、油量调节阀(19)以及燃烧器夹层(2)。
2、根据权利要求1所述一种增压柴油机排气加热装置，其特征在于，所述喷嘴的喷雾形状为空心圆锥形，喷射贯穿距离短，喷雾锥角较大。
3、根据权利要求1所述一种增压柴油机排气加热装置，其特征在于，油量调节器通过膜片(28)感知进气压力的变化控制旁通泄压阀(26)开启压力实现喷油量与进气量的随动控制；通过电磁阀(30)控制旁通泄压阀的开闭，很好地实现了当燃烧器(16)停止工作时，喷油嘴迅速断油。
4、一种采用权利要求1至3任何一项所述的排气加热的装置为增压柴油机排气加热的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)加热器控制装置通过监测排气温度和压力信号判断是否需要再生；
(2)当要再生时，开启喷油电磁阀(20)及点火电极(7)；根据温度变化规律判断点火是否成功，如果点火失败间隔5秒后再次喷油点火；当三次点火失败后报警装置报警；
(3)通过涡轮增压器(14)引入部分新鲜空气，通过控制进气量来调节加热装置的加热能力，通过旁通泄压方式使喷油量可以根据进气量的变化进行随动调节，发动机排气通过过滤体后排入大气；
(4)当控制系统监测到发动机排气过滤体再生完成时停止喷油和供气，排气加热装置停止工作。
5、根据权利要求4所述一种为增压柴油机排气加热的方法，其特征在于，废气通过排气夹层(2)首先对燃烧器(16)进行预热确保燃烧器可靠着火，着火后燃烧器与通过夹层的废气进行热交换后进行混合，一方面提高排气温度，另一方面防止燃烧器外层温度过高。
6、根据权利要求4所述一种为增压柴油机排气加热的方法，其特征在于，通过从增压柴油机增压器(14)取气并引入到燃烧器(16)与经过喷嘴(9)压力雾化的柴油进行混合，由高压点火电极(7)点燃使混合气燃烧并于发动机排出的废气进行混合，达到提高排气温度的目的。
7、根据权利要求4所述为增压柴油机排气加热的方法，其特征在于，新鲜空气进入燃烧器后分成两部分，一部分通过燃烧室圆周上布置的进气小孔(8)进入燃烧室(10)，与燃油混合燃烧，另一部分通过扩张腔(13)上的旋流槽(12)进入第二级燃烧室(4)，旋流的吸力将燃烧室内火焰和未燃的燃油带入二级燃烧室(4)充分稳定燃烧；排气通过排气夹层(2)从二级燃烧室外流过对加热装置进行预热，保证可靠点燃。
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