CN104632470A

CN104632470A - 一种基于ntp分段喷射的egr冷却器再生装置

Info

Publication number: CN104632470A
Application number: CN201510024587.4A
Authority: CN
Inventors: 蔡忆昔; 郑益; 陈亚运; 李小华; 施蕴曦; 徐辉
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-01-19
Also published as: CN104632470B

Abstract

本发明涉及一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，主要包括活性物质产生装置和改进结构的EGR冷却器，所述活性物质产生装置包括NTP喷射系统、配气系统和冷却系统，所述改进结构的EGR冷却器包括EGR冷却器壳体、翅片管、翅片管空腔以及与翅片管空腔相连的各进气支管；所述配气系统向NTP喷射系统供给气体，产生大量活性气体，再将活性气体通入所述改进结构的EGR冷却器的各分段翅片管内与碳层发生反应，从而实现EGR冷却器的再生。整个再生过程为离线再生，再生时利用温控装置将EGR冷却器内部温度恒定在某一较佳反应温度。本发明的再生方法，应用了NTP分段喷射技术，实现了EGR冷却器的低温、高效再生。

Description

一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置

技术领域

本发明涉及发动机尾气后处理领域，具体而言，是一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生方法。

背景技术

随着排放法规的日益严格，柴油机的尾气排放问题越来越受到人们的关注，各高校和企业纷纷致力于降低汽车尾气排放。废气再循环（Exhaust Gas Recirculation, EGR）技术是众多净化方式中行之有效的一种。然而，由于发动机废气的温度太高，如果未经冷却的废气直接进入进气管，会导致进气温度升高，燃烧效率下降，不利于发动机的燃油经济性，且不能很好的抑制NO_x的生成。为了最大效率的发挥EGR降低NO_x的作用，国内外很多专家学者提出CEGR技术，即在EGR系统中加入冷却器，进一步降低进气温度和缸内最高燃烧温度，提高发动机的排放性和经济性。

在柴油机排气过程中，废气通入EGR冷却器冷却到较低温度，易使排气中的碳氢化合物和水蒸气凝结，从而导致EGR冷却器的积碳并堵塞气道，这极大的阻碍了EGR冷却器发挥其功用。因此，采取相关措施对EGR冷却器进行再生是很有必要的。

低温等离子（Non-thermal Plasma, NTP)技术以其高效、安全、无二次污染且适用范围广等优点，成为目前内燃机尾气净化领域的研究热点。NTP可有效去除PM，为EGR冷却器的再生提供了理论依据。等离子体中的高能电子、自由基等活性粒子与EGR冷却器中的积碳作用，使积碳在极短时间内发生分解，并发生后续的各种反应，以实现EGR冷却器再生。例如中国专利CN 103629018 A描述了一种利用NTP再生EGR冷却器的方法，此方案可有效降低EGR冷却器的积碳并提高其性能。然而，由于受EGR冷却器的翅片结构以及自身长度的影响，其前端再生效果明显，而后端则仍有部分积碳残留。这是由于NTP产生的活性粒子和自由基团大部分与EGR冷却器的前端积碳发生反应，而后端的积碳则只能通过与残余的活性粒子反应，以及自身的缓慢氧化来消除。EGR冷却器再生不完全，将影响其冷却性能、降低其冷却效率。另外，积碳的缓慢氧化极大地延长了再生时间，降低了再生效率。

发明内容

本发明利的目的在于提供一种板翅式EGR冷却器的改进结构，实现NTP的分段喷射，从而实现EGR冷却器的高效再生。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，包括NTP喷射系统和EGR冷却器，所述EGR冷却器包括进气腔、EGR冷却器壳体和排气腔，所述进气腔与所述NTP喷射系统的喷射管相连，所述进气腔和所述排气腔分别与所述EGR冷却器壳体内的翅片管相连，所述翅片管分为翅片管一、翅片管二、翅片管三和翅片管四四个部分，所述翅片管一和所述翅片管二之间设置有翅片管空腔一，所述翅片管二和所述翅片管三之间设置有翅片管空腔二，所述翅片管三和所述翅片管四之间设置有翅片管空腔三；所述翅片管空腔一、所述翅片管空腔二和所述翅片管空腔三分别连接所述NTP喷射系统的喷射管。

上述方案中，所述翅片管一内安装有第一温度传感器，所述翅片管二内安装有第二温度传感器，所述翅片管三内安装有第三温度传感器，所述翅片管四内安装有第四温度传感器，用以实时探测EGR冷却器内部温度。

上述方案中，所述进气腔和所述排气腔之间还连接有压差计，用以测量EGR冷却器前后端的压差，明晰EGR冷却器内部积碳去除情况。

上述方案中，所述排气腔连接有气体分析仪，所述气体分析仪用来测量EGR冷却器出气口的CO和CO₂的浓度。

上述方案中，其特征在于，所述进气腔经石棉垫一与EGR冷却器壳体相连；所述排气腔经石棉垫二与EGR冷却器壳体相连。

上述方案中，所述翅片管空腔一、所述翅片管空腔二和所述翅片管空腔三在所述EGR冷却器壳体轴向方向的间隙为1~2cm，使得活性气体更均匀的进入到每一根翅片管内。

上述方案中，所述EGR冷却器位于温控箱内部。

上述方案中，所述NTP喷射系统包括活性物质产生装置、配气系统和冷却系统，所述活性物质产生装置包括NTP发生器、等离子体电源、数字示波器和臭氧分析仪；所述NTP发生器包括不锈钢管内电极、石英介质、覆盖在所述石英介质上的细铁丝网外电极；所述细铁丝网和不锈钢管之间为NTP发生器的放电区域；所述等离子体电源用以调节NTP发生器的放电频率和电压；所述数字示波器用来监测放电工况的稳定性；所述臭氧分析仪用来实时监测NTP发生器产生的臭氧浓度；所述配气系统经气体流量计与NTP发生器的进气口相连；所述冷却系统包括风冷系统和循环水冷系统；所述风冷系统通过冷却风机吹向放电电极表面；所述循环水冷系统利用冷却水泵实现冷却水在不锈钢管内电极内的循环，以降低放电电极表面温度。

本发明的有益效果是：（1）本发明采用风冷和循环水冷系统，有效降低放电区域表面温度，有利于活性物质的生成。（2）本发明利用NTP技术，基于NTP分段喷射，实现EGR冷却器的更加高效、完全、快速再生，突破传统防垢再生的策略。

附图说明

图1是用于实现本发明的基于NTP分段喷射再生EGR冷却器的装置示意图。

图2为本发明EGR冷却器分段处的截面图。

图3是用于实现本发明的基于NTP分段喷射再生EGR冷却器的管路布置图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生方法的装置，包括活性物质产生装置和改进结构的EGR冷却器。所述活性物质产生装置包括NTP喷射系统、配气系统1和冷却系统，所述NTP喷射系统包括NTP发生器、等离子体电源30、数字示波器29和臭氧分析仪5；所述NTP发生器包括不锈钢管内电极28、石英介质31、覆盖在所述石英介质上的细铁丝网外电极3；所述细铁丝网外电极3为NTP发生器的放电区域；所述等离子体电源30用来为NTP发生器调节频率和电压；所述数字示波器29用来显示李萨茹图形；所述臭氧分析仪5用来实时监测NTP发生器产生的臭氧浓度；所述配气系统1经气体流量计2与NTP发生器的进气口相连；所述冷却系统包括风冷系统和循环水冷系统；所述风冷系统通过冷却风机4吹向放电电极表面；所述循环水冷系统利用冷却水泵33将冷却水直接通入不锈钢管内电极28，以降低放电电极表面温度。

在图1的基础上，如图2和图3所示，所述改进结构的EGR冷却器包括进气腔7、EGR冷却器壳体14、翅片管一27、翅片管二25、翅片管三23、翅片管四21、翅片管空腔一11、翅片管空腔二12、翅片管空腔三13、排气腔16、EGR冷却器进水口19、出水口10以及与翅片管空腔相连的各进气支管；所述EGR冷却器进气腔7经石棉垫一8与EGR冷却器壳体14相连；所述翅片管空腔即将所述翅片管内翅片摘除1~2cm后所形成的空腔，使得活性体更均匀的进入到每一根翅片管内；所述排气腔16前端经石棉垫二15与EGR冷却器壳体14相连，后端与气体管路相连；所述进水口19设有进水阀18；所述出水口10设有出水阀9；所述改进结构的EGR冷却器整体位于温控箱34内部。所述NTP喷射系统的出气口经多路管路与改进结构的EGR冷却器相连。所述管路一603通过球阀605与EGR冷却器进气腔7相连；所述管路二601通过球阀604连接到分管一607、分管二608、分管三609；所述分管一607经球阀610与稳压管613相连；所述稳压管613平均分配气流到进气支管一6161、进气支管二6162、进气支管三6163、进气支管四6164、进气支管五6165、进气支管六6166；所述各进气支管经球阀分别与对应的翅片管相连；以此类推，所述分管二608、分管三609与分管一607类似；所述管路三602与管路二601类似。通过所述EGR冷却器排气腔16的部分气体，经管路与所述气体分析仪17相连。

利用上述EGR冷却器再生装置进行再生方法操作时：A将温控箱34打开，使改进结构的EGR冷却器被加热到某一再生温度；打开配气系统1，气体经流量计2进入NTP发生器；连接好等离子体电源30和数字示波器29的放电电路，等离子体电源30为NTP发生器提供放电频率（7-10 kHz），放电电压（17-20kV），数字示波器29显示李萨茹图形；利用流量计分别测量管路一603、管路二601、管路三602的流量，通过调节球阀的开度使其流量分别为总流量的1/4、3/8和3/8；采取同样的调节方法，使管路二601后端的分管一607、分管二608、分管三609的流量分别为总流量的1/8、1/8、1/8，各进气支管流量为总流量的1/48；以此类推，所述管路二601与管路三602的调节方法与之类似，这样就使得流入EGR冷却器壳体14内每一根翅片管的流量最终都为总流量的1/24，使得再生反应同步平稳的进行，同时，保持各个球阀的开度不变，以减少接下来的试验以及以后的试验的工作量。B开启温控箱34，使EGR冷却器内外温度达到某一特定值；开启活性物质产生装置；打开冷却风机4以及冷却水泵32；打开配气系统1，利用气体流量计2监测其流量；打开等离子体电源30为NTP发生器提供放电电压和脉冲频率；数字示波器29为NTP发生器监测放电工况的稳定性；打开臭氧分析仪5，以实时测量NTP发生器产生的臭氧浓度；在NTP发生器内产生的活性气体通过分段喷射进入EGR冷却器，并与翅片管内的积碳立即发生反应。C第一温度传感器26、第二温度传感器24、第三温度传感器22、第四温度传感器20分别位于各分段翅片管内部，用以实时探测EGR冷却器内部温度；利用压差计33测量改进结构EGR冷却器前后端的压差，以明晰EGR冷却器内部积碳去除情况；利用气体分析仪17测量EGR冷却器出气口的CO和CO₂的浓度，当CO₂的浓度逐渐降低至0.05%时，EGR冷却器再生完成。优选的，所述配气系统供给的气体为空气、氧气或者空气和氧气按照一定比例混合而成的气体。优选的，所述配气系统1供给的气体流量为3~9L/min；所述等离子体电源30的放电电压为17~20kV，放电频率为7~10kHz；所述温控箱34加热温度为10~500℃。

Claims

1.一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，包括NTP喷射系统和EGR冷却器，所述EGR冷却器包括进气腔（7）、EGR冷却器壳体（14）和排气腔（16），所述进气腔（7）与所述NTP喷射系统的喷射管（6）相连，所述进气腔（7）和所述排气腔（16）分别与所述EGR冷却器壳体（14）内的翅片管相连，其特征在于，所述翅片管分为翅片管一（27）、翅片管二（25）、翅片管三（23）和翅片管四（21）四个部分，所述翅片管一（27）和所述翅片管二（25）之间设置有翅片管空腔一（11），所述翅片管二（25）和所述翅片管三（23）之间设置有翅片管空腔二（12），所述翅片管三（23）和所述翅片管四（21）之间设置有翅片管空腔三（13）；所述翅片管空腔一（11）、所述翅片管空腔二（12）和所述翅片管空腔三（13）分别连接所述NTP喷射系统的喷射管（6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述翅片管一（27）内安装有第一温度传感器（26），所述翅片管二（25）内安装有第二温度传感器（24），所述翅片管三（23）内安装有第三温度传感器（22），所述翅片管四（21）内安装有第四温度传感器（20），用以实时探测EGR冷却器内部温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述进气腔（7）和所述排气腔（16）之间还连接有压差计（33）。

4.根据权利要求1所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述排气腔（16）连接有气体分析仪（17）。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述进气腔（7）经石棉垫一（8）与EGR冷却器壳体（14）相连；所述排气腔（16）经石棉垫二（15）与EGR冷却器壳体（14）相连。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述所述翅片管空腔一（11）、所述翅片管空腔二（12）和所述翅片管空腔三（13）在所述EGR冷却器壳体（14）轴向方向的间隙为1~2cm。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述EGR冷却器位于温控箱（34）内部。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种基于NTP分段喷射的EGR冷却器再生装置，其特征在于，所述NTP喷射系统包括活性物质产生装置、配气系统（1）和冷却系统，所述活性物质产生装置包括NTP发生器、等离子体电源（30）、数字示波器（29）和臭氧分析仪（5）；所述NTP发生器包括不锈钢管内电极（28）、石英介质（31）、覆盖在所述石英介质上的细铁丝网外电极（3）；所述细铁丝网（3）和不锈钢管（28）之间为NTP发生器的放电区域；所述等离子体电源（30）用以调节NTP发生器的放电频率和电压；所述数字示波器（29）用来监测放电工况的稳定性；所述臭氧分析仪（5）用来实时监测NTP发生器产生的臭氧浓度；所述配气系统（1）经气体流量计（2）与NTP发生器的进气口相连；所述冷却系统包括风冷系统和循环水冷系统；所述风冷系统通过冷却风机（4）吹向放电电极表面；所述循环水冷系统利用冷却水泵（32）实现冷却水在不锈钢管内电极（28）内的循环，以降低放电电极表面温度。