CN104912631A - 一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置、柴油机微粒过滤器、供气系统、供油系统和电子控制单元，还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置在高温清理装置的腔体上或其前端的排气管上或高温清理装置与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测柴油微粒过滤器进气口前端排气管或腔体内的压力，温度传感器设置在高温清理装置与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元的输入端通过数据线与压力传感器、温度传感器、柴油机的发动机转速传感器连接，电子控制单元的输出端通过数据线与高温清理装置、供油系统和供气系统连接。本发明设计合理，系统性能稳定。

Description

一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆尾气净化系统，更具体说，它涉及一种能在各种多变复杂工况条件下，对柴油机颗粒捕集器进行主动再生，使其可以循环使用的柴油机微粒过滤器的主动再生系统。

背景技术

DPF净化技术是国际上成熟的柴油车尾气治理技术，DPF就是柴油车颗粒捕集器，安装后相当于给柴油车带上了“N95”口罩，这种捕集器可以收集80～99％的颗粒物。DPF的普及推广需要主动再生系统，目前的主动再生方式为了保证将DPF捕集的颗粒物能被完全清理，要使颗粒物的氧化还原温度由600～650度降低到450度左右，这需要不断添加专用添加剂来实现，而这除了大幅抬高使用成本及使系统变复杂之外，添加剂本身对安全、健康、环境的潜在危害(需按危险物质使用和储存)也是推广的障碍。

现有技术中的主动再生系统设计较复杂，系统工作状态不稳定，另外高温清理装置是主动再生系统的核心部件，现有技术中的高清清理装置存在较多的不足，如公布日2013年5月15日，公布号CN103104317A的中国发明专利公开了一种柴油发动机排气后处理升温装置及升温方法，该升温装置具有如下的不足：1、高温引燃头位于热传导部的尾端，点火的可靠性较差；2、以该升温装置构成的处理系统仍需要添加剂才能实现主动再生，使用成本较高，易造成二次污染；3、该升温装置设于排气管中央，造成排气阻力大，易导致排气不畅，并影响点火的稳定性；4、该升温装置维修、更换拆卸麻烦。

授权公告日CN203783698U，授权公告日2014年8月20日的中国实用新型专利公开了一种柴油机尾气净化的升温装置，该装置点火可靠性得到了改善，对排气的阻力影响小，但仍具有如下的不足：工作腔内高压气态柴油与外部通入的起助燃作用的空气难以达到较均匀的混合，影响高压气态柴油的燃烧效果，进而影响净化装置的处理效果，另外，气管通入的空气存在局部气体多，另外一侧气体少，气体多的一侧气流速度快，气体分布不均匀，会对引燃器的点火过程存在干扰，影响燃烧稳定性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置、柴油机微粒过滤器、供气系统、供油系统和电子控制单元，还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置在高温清理装置的腔体上或其前端的排气管上或高温清理装置与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测柴油微粒过滤器进气口前端排气管或腔体内的压力，温度传感器设置在高温清理装置与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元的输入端通过数据线与压力传感器、温度传感器、柴油机的发动机转速传感器连接，电子控制单元的输出端通过数据线与高温清理装置、供油系统和供气系统连接。具体来讲，本发明中还可以设置显示单元，电子控制单元与显示单元通过数据线连接。

本发明还提供了另一种形式的柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置、氧化型催化器DOC、柴油机微粒过滤器、供气系统、供油系统和电子控制单元，还包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置在高温清理装置的腔体上或其前端的排气管上或高温清理装置与氧化型催化器DOC的连接部，用于监测柴油机微粒过滤器进气口前端排气管或腔体内的压力，所述温度传感器设置在氧化型催化器DOC与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元的输入端通过数据线与压力传感器、温度传感器、柴油机的发动机转速传感器连接，电子控制单元的输出端通过数据线与高温清理装置、供油系统和供气系统连接优选的，所述温度传感器由第一温度传感器和第二温度传感器组成，第一温度传感器设置在氧化型催化器DOC与柴油机微粒过滤器的连接部，用于监测再生温度，第二温度传感器设置在氧化型催化器DOC与高温清理装置的连接部，用于监测排气温度。

优选的，所述高温清理装置，包括工作腔和升温腔，设于工作腔侧面的气管和供油管，用于将液态柴油转换成高压汽态柴油的燃料转换机构和用于将高压汽态柴油引燃的引燃器，所述工作腔内还设有用于保护燃烧效果的燃烧保护套管，所述燃料转换机构至少喷油端位于燃烧保护套管内部，所述供气管的出气口和燃烧保护套管连通。

燃烧保护套管的作用是聚集高压气态柴油燃烧时产生的热量，提高燃烧稳定性，另外，也可以避免柴油机排出的尾气对引燃器点火工作的干扰。

优选的，所述引燃器的引燃头与燃料转换机构的喷油孔之间的距离为10mm～50mm。

优选的，所述工作腔位于升温腔的外部，工作腔与升温腔的连接处形成夹角，所述夹角的度数为27～67°。工作腔置于升温腔的外侧，工作腔内的燃料转换机构也就位于柴油机尾气排气管的外侧，大大降低了柴油机的排气阻力，工作腔与升温腔呈27-67°的锐角，由工作腔喷出的高压气态柴油在引燃后，其高温流体经燃烧保护套管保护，顺着柴油机排气管排气方向进入升温腔，避免直接碰撞而造成相互较大干扰，影响主动再生效果。

优选的，所述燃料转换机构的喷油孔端设有引燃腔管，喷油孔与引燃腔管连通，引燃腔管与引燃器相对的侧面设有引燃孔，所述引燃器的引燃端由引燃孔伸入引燃腔管内部。高压气态柴油喷出后进入引燃腔管，气管供入的气体环绕在引燃腔管的周围，气流速度均匀，能更好的不影响引燃器点火，从而提升主动再生装置的再生效果。

优选的，所述引燃腔管外部靠近喷油孔端套设有空气分散盘，空气分散盘与燃料转换机构及燃烧保护套管管壁间形成储气腔，所述储气腔与气管的出气口连通，空气分散盘周边设有若干空气分散孔。高压气态柴油喷出后进入引燃腔管，气体储腔通过气体分散孔喷出的气体环绕在引燃腔管的周围，气流更分散，速度更均匀，能更好的不影响引燃器点火，从而提升主动再生装置的再生效果。

优选的，所述燃烧保护套管的尾端设有挡流板。挡流板的作用是更好的回避前端柴油机尾气冲击对工作腔工作时的不良影响。

优选的，所述引燃腔管的出口端加工有若干泄流槽或泄流孔。引燃腔管内混合均匀的高压气态柴油和空气被引燃器点燃，瞬间剧烈燃烧，产生大量的热量，通过泄流槽或泄流孔可以迅速扩散，此设计即保证了混合、燃烧效果，又提高了装置的安全性。

优选的，所述升温腔的尾端还设有气流均匀机构，用于使工作腔高温燃烧产生的热量均匀的扩散，所述均匀机构由装配管座、均匀腔和均匀件组成，均匀腔位于装配管座内部且同轴设置，均匀件位于均匀腔的出口端。

一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统的再生方法：电子控制单元采集高温清理装置内压力信号和柴油发动机转速信号，当达到设定值时，电子控制单元启动高温清理装置中的供热体和引燃器工作，指令供气系统和供油系统向高温清理装置中定量注入空气和燃油，使之点火燃烧，开始再生，再生过程中监测发动机转速、压力及温度信号，并通过控制喷油量来自动控制再生温度，当温度或时间达到设定的再生终止条件时，停止供油、供气工作，完成再生过程。

本发明的有益效果是：本发明设计合理，系统性能稳定，系统中的高温清理装置点火效果好，高压气态柴油和空气混合效果好，燃烧充分，不受柴油车等柴油动力设备使用工况及外界温度影响，在不用加注添加剂的情况下，非常稳定的将颗粒捕集器捕集的细微颗粒物完全清理，处理效率高。

附图说明

图1：实施例1中本发明的装配示意图；

图2：实施例2中本发明的装配示意图；

图3：本发明中高温清理装置的结构示意图。

其中：1、高温清理装置，11、燃料转换机构，11a、喷油孔，11b，供气管，11c、供油管，12、引燃器，13、燃烧保护套管，13a、挡流板，14、引燃腔管，15、储气腔，16、空气分散盘，17、气流均匀机构，17a、装配管座，17b、均匀腔，17c、均匀件，2、柴油机微粒过滤器，3、供气系统，4、供油系统，5、电子控制单元，5a、显示模块，6、压力传感器，7、第一温度传感器，8、氧化型催化器DOC，9、第二温度传感器，10、柴油机，10a、油箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，并不表示本发明限制在所述文字描述和上述实施例中，相反，任何不超出本发明设计思路的组合、增加和修改，均落入本发明的保护范围内，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

参见图1至图3所示，这里介绍的用于柴油机颗粒捕集器的主动再生装置、主动再生系统一般适用类型：排放达不到国家排放标准的柴油车、非道路柴油机械、柴油发电机、船舶等，配合捕集器对象：各类颗粒捕集器等，然而应知道，本发明也可用于其它尾气排放设备的尾气颗粒物清理。

下面首先对本发明的各个部分的功能进行阐述：

工作腔主要功能：将注入的柴油通过燃料转换机构转化成高压气态柴油后点燃，将点燃后的高温混合气体排入升温腔。

主要内部结构：燃料转换机构、引燃器，燃烧保护机构。

燃料转换机构的主要功能：由供热体将导热体加热，导热体将引入的液态柴油加热，柴油在上、下密封端盖密闭形成的腔体中经过高温作用迅速膨胀，转化为高压气态柴油，由于体积迅速膨胀，产生高压，气态柴油迅速从喷油孔喷出。

燃料转换机构的主要构件：供热体、上密封端盖，有喷油孔的下密封端盖，上、下密封端盖之间形成密闭的腔体，供热体的一端与上密封端盖固定，另一端为自由端，供热体插入导热体的中间腔体内，导热体外部安装有导热套管，导热套管与上、下密封端盖之间还设有隔热材料制成的隔热体。

引燃器主要功能：单独将高温气态柴油引燃，从而提高排入升温腔内气体的温度。

引燃器的加热部(或者是发热棒)由氮化硅高温烧结体制成，氮化硅是一种超硬物质，本身具有耐磨损、高温时抗氧化、高热效率的特点。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。

升温腔主要功能：将工作腔排入的高温高压气体，经过气流均匀机构，使升温腔内的温度均匀分布，并利用废气中的残余氧气，使注入的气态柴油燃烧更加充分，其中挡流板的作用是回避前端柴油机尾气冲击对工作腔工作时的不良影响。

供油机构主要功能：从柴油发动机回油管中取油，输送到燃料转换机构内。

供气机构主要功能：为工作腔供氧。

本实施例中所用电子控制单元可以选用市购的PLC控制器。

实施例1

如图1所示，一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置1、柴油机微粒过滤器2、供气系统3、供油系统4和电子控制单元5，还包括压力传感器6和第一温度传感器7，所述压力传感器6设置在高温清理装置1的腔体上，用于监测柴油微粒过滤器2进气口前端排气管的压力，第一温度传感器7设置在高温清理装置1与柴油机微粒过滤器2的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元5的输入端通过数据线与压力传感器6、第一温度传感器7、柴油机10的发动机转速传感器连接，电子控制单元5的输出端通过数据线与高温清理装置1、供油系统4和供气系统3连接，本实施例中还设置有显示单元5a，电子控制单元5与显示单元8a通过数据线连接。

如图3所示，前面所述的高温清理装置，包括工作腔和升温腔，设于工作腔侧面的供气管11b和供油管11c，用于将液态柴油转换成高压气态柴油的燃料转换机构11和用于将高压气态柴油引燃的引燃器12，燃料转换机构11的喷油孔11a与引燃器12之间的间距为10-50mm，本实施例具体为35mm，所述工作腔位于升温腔的外部，工作腔与升温腔的连接处形成夹角，所述夹角的度数为27～67°，本实施例具体采用60°。

本实施例中，所述工作腔内安装有用于保护燃烧效果的燃烧保护套管13，燃烧保护套管13的尾端加工有挡流板13a，燃料转换机构11位于燃烧保护套管13内部，在燃料转换机构11的喷油孔11a端还装配有引燃腔管14，喷油孔11a与引燃腔管14连通，引燃腔管14与引燃器12相对的侧面开设有引燃孔，引燃器12的引燃端通过引燃孔深入引燃腔管14的内部，用于在引燃腔管14内部引燃高压汽态柴油，引燃腔管14的出口端加工有若干泄流槽，引燃腔管14外部靠近喷油孔11a端套设有一个空气分散盘16，该空气分散盘16、燃料转接机构11和燃烧保护套管13壁间形成储气腔15，前述供气管11b的出气口与储气腔15连通。

本实施例中，所述升温腔的尾端还安装有气流均匀机构17，用于使工作腔高温燃烧产生的热量均匀的扩散，所述均匀机构17由装配管座17a、均匀腔17b和均匀件17c组成，均匀腔17b位于装配管座内部且同轴设置，均匀件17c位于均匀腔17b的出口端，所述均匀腔17b进口端的纵截面呈等腰梯形，进口端的口径大于出口端的口径。

具体组装时按图1装配示意图组装，其中高温清理装置1的进气端与柴油机10的排气管连通，供油系统4与柴油机10的油箱10a的回油管和燃料转换机构11的供油管11c连通，供气系统3与燃料转换机构11的供气管11b连通，电子控制单元5与外部电源或柴油机10的电瓶电连接通电，电子控制单元5采集高温清理装置1内压力信号和柴油机10转速信号，当达到设定值时，电子控制单元5启动高温清理装置1中的供热体和引燃器12工作，指令供气系统3和供油系统4向高温清理装置1中定量注入空气和燃油，使之点火燃烧，开始再生，再生过程中监测发动机转速、压力及温度信号，并通过控制喷油量来自动控制再生温度，当温度或时间达到设定的再生终止条件时，停止供油、供气工作，完成再生过程。

实施例2

如图2所示，一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，基本结构及组装方式同实施例1，不同之处是：所述主动再生系统还包括设于高温清理装置1和柴油机微粒过滤器2之间的氧化型催化器DOC8以及还设有第二温度传感器9，第一温度传感器7设置在氧化型催化器DOC8与柴油机微粒过滤器2的连接部，所述第二温度传感器9设置在氧化型催化器DOC8与高温清理装置1的连接部，用于监测该部位的排气温度并控制氧化型催化器DOC8的温度，第二温度传感器9也通过数据线与电子控制单元连接。

目前的主动再生方式为了保证将DPF捕集的颗粒物能被完全清理，要使颗粒物的氧化还原温度由600～650度降低到450度左右，而这需要不断添加专用添加剂来实现，因此该主动再生方式存在系统复杂、使用成本高及使用维护不便等不利于推广的因素，而使用本发明的主动再生装置后，可以将发动机尾气中有毒有害细颗粒物的氧化还原温度精确提升到所需的温度点，从而摒弃添加剂也能完全对DPF进行主动再生，达到国家排放标准，降低了使用成本，避免添加剂的二次污染和潜在健康、安全风险。

Claims (10)

1.一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置(1)、柴油机微粒过滤器(2)、供气系统(3)、供油系统(4)和电子控制单元(5)，其特征在于：还包括压力传感器(6)和温度传感器，所述压力传感器(6)设置在高温清理装置(1)的腔体上或其前端的排气管上或高温清理装置(1)与柴油机微粒过滤器(2)的连接部，用于监测柴油机微粒过滤器(2)进气口前端排气管或腔体内的压力，温度传感器设置在高温清理装置(1)与柴油机微粒过滤器(2)的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元(5)的输入端通过数据线与压力传感器(6)、温度传感器、柴油机的发动机转速传感器连接，电子控制单元(5)的输出端通过数据线与高温清理装置(1)、供油系统(4)和供气系统(3)连接。

2.一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，包括高温清理装置(1)、氧化型催化器DOC(8)、柴油机微粒过滤器(2)、供气系统(3)、供油系统(4)和电子控制单元(5)，其特征在于：还包括压力传感器(6)和温度传感器，所述压力传感器(6)设置在高温清理装置(1)的腔体上或其前端的排气管上或高温清理装置(1)与氧化型催化器DOC(8)的连接部，用于监测柴油机微粒过滤器(2)进气口前端排气管或腔体内的压力，所述温度传感器设置在氧化型催化器DOC(8)与柴油机微粒过滤器(2)的连接部，用于监测再生温度，所述电子控制单元(5)的输入端通过数据线与压力传感器(6)、温度传感器、柴油机的发动机转速传感器连接，电子控制单元(5)的输出端通过数据线与高温清理装置(1)、供油系统(4)和供气系统(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于，所述温度传感器由第一温度传感器(7)和第二温度传感器(9)组成，第一温度传感器(7)设置在氧化型催化器DOC(8)与柴油机微粒过滤器(2)的连接部，用于监测再生温度，第二温度传感器(9)设置在氧化型催化器DOC(8)与高温清理装置(1)的连接部，，用于监测排气温度。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述高温清理装置(1)包括工作腔和升温腔，设于工作腔侧面的供气管和供油管，用于将液态柴油转换成高压汽态柴油的燃料转换机构(11)和用于将高压汽态柴油引燃的引燃器(12)，所述工作腔内还设有用于保护燃烧效果的燃烧保护套管(13)，所述燃料转换机构(11)至少喷油端位于燃烧保护套管(13)内部，所述供气管(11b)的出气口和燃烧保护套管(13)连通。

5.根据权利要求4所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述工作腔位于升温腔的外部，工作腔与升温腔的连接处形成夹角，所述夹角的度数为27～67°。

6.根据权利要求4所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述燃料转换机构(11)的喷油孔(11a)端还设有引燃腔管(14)，喷油孔(11a)与引燃腔管(14)连通，引燃腔管(14)与引燃器(12)相对的侧面设有引燃孔，所述引燃器(12)的引燃端通过引燃孔伸入引燃腔管(14)的内部。

7.根据权利要求5或6所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述引燃腔管(14)外部靠近喷油孔(11a)端套设有空气分散盘(16)，空气分散盘(16)与燃料转换机构(11)及燃烧保护套管(13)管壁间形成储气腔(15)，所述储气腔(15)与供气管的出气口连通，空气分散盘(16)周边设有若干空气分散孔。

8.根据权利要求7所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述燃烧保护套管(13)的尾端设有挡流板(13a)。

9.根据权利要求4所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统，其特征在于：所述升温腔的尾端还设有气流均匀机构(17)，用于使工作腔高温燃烧产生的热量均匀的扩散，所述气流均匀机构(17)由装配管座(17a)、均匀腔(17b)和均匀件(17c)组成，均匀腔(17b)位于装配管座(17a)内部且同轴设置，均匀件(17c)位于均匀腔(17b)的出口端。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的一种柴油机微粒过滤器的主动再生系统的再生方法，其特征在于：电子控制单元(5)采集高温清理装置(1)内压力信号和柴油发动机转速信号，当达到设定值时，电子控制单元(5)启动高温清理装置(1)中的供热体和引燃器工作，指令供气系统(3)和供油系统(4)向高温清理装置(1)中定量注入空气和燃油，使之点火燃烧，开始再生，再生过程中监测发动机转速、压力及温度信号，并通过控制喷油量来自动控制再生温度，当温度或时间达到设定的再生终止条件时，停止供油、供气工作，完成再生过程。