CN104990075A - 一种火焰可调的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰可调的燃烧器，属于燃烧设备技术领域，该燃烧器主要用于柴油机微粒捕集器的喷油助燃再生过程，在传统燃烧器的燃烧室内加入锥度可调的薄型钢板。在薄型钢板所围锥形燃烧室外侧设置有随长螺杆a和长螺杆b转动而平行移动的调整圆盘，旋转旋转轴可以调整燃烧室的截面大小，以实现对火焰长度及面积的调整。为避免火焰对过滤体的热冲击，在燃烧室靠近过滤体一端设带孔的挡板a和挡板b，通过调整挡板a和挡板b的相对位置实现对高温气体通过面积的调整，进而保护过滤体。同时ECU根据温度传感器检测到的温度信号，控制喷油泵电源的通断以及步进电机的正反转，从而实现前述调节过程的自动控制。

Description

一种火焰可调的燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧设备技术领域，具体是用于微粒捕集器喷油助燃再生过程的一种火焰可调的燃烧器。

背景技术

柴油机微粒捕集器主要用来对柴油机尾气进行处理，微粒捕集器中的过滤体可以对柴油机尾气中的碳微粒进行拦截，从而达到柴油机尾气净化的目的。近年来，随着越来越严格的排放法规的出台，微粒捕集器的研究越来越受重视，其中微粒捕集器的再生问题是各专家学者研究的重点内容，如中国2014年公开的专利CN204041168U。

传统的微粒捕集器喷油助燃再生系统中，燃烧器燃烧室主要是由钢板焊接而成，燃烧室截面固定，火焰长度和火焰面积主要靠调整燃料供给量、供气形式和供气量等进行调整。2013年公开的专利CN203240580U公开了一种可调焰燃烧器，涉及一种通过空气调节阀调整直流与旋流空气的比例来实现火焰长度可调的方法；2011年公开的专利CN102278760A公开了一种火焰可调燃烧器，涉及调整燃气分配器前进或后退来调整火焰长度和发光度的方法；上述方式调整范围较窄，不利于燃油经济性的提高，且火焰直接喷射到微粒捕集器的过滤体上，会对过滤体产生强烈的热冲击，影响过滤体的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种火焰可调的燃烧器，该燃烧器主要适用于柴油机微粒捕集器的再生过程。其先进性主要体现在可以调整燃烧室截面的大小，在保证进气量不变的情况下，提供可燃气体在燃烧室的速度，从而实现对火焰长度和火焰面积的调整。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种火焰可调的燃烧器，包括油气混合室、燃烧室和过滤体段，三者通过法兰依次连接形成一个整体，在油气混合室的表面分布有空气入口和喷油点火装置，在过滤体段设有总排气口，在燃烧室的表面设有发动机废气入口，其特征在于：所述的燃烧室的内部设有可调整截面大小的锥形圆筒，所述的锥形圆筒的小口端与油气混合室的出口连接，锥形圆筒的大口端指向过滤体段。

对上述结构作进一步限定，所述的锥形圆筒是由5块均匀布置的扇形薄型钢板弯曲围成，相邻两块薄型钢板临接边相互搭接，存在5°～10°的重合区域，薄型钢板小端的突出与油气混合室壳体固定连接，薄型钢板的大端与燃烧室的内壁之间利用回位的轻质弹簧连接，5块薄型钢板的外围由环形的调整圆盘包络，所述的调整圆盘通过调整装置驱动、沿着燃烧室内壁左右移动，调整锥形圆筒的截面面积。

对上述结构作进一步限定，所述的调整装置包括长螺杆和旋转轴，所述的长螺杆设于燃烧室内壁，并且与调整圆盘螺纹配合，旋转轴设于燃烧室外壁，其中长螺杆b与旋转轴之间同步转动，长螺杆a和长螺杆b之间同步转动。

对上述结构作进一步限定，所述的长螺杆a为3根，长螺杆b为1根，四根长螺杆间隔90°布置在同一圆上，并且在四根长螺杆的端部均装有传动齿轮a，分布在同一平面的各传动齿轮a间以中间带孔的传动钢带a相连，长螺杆b最端部的传动齿轮a与旋转轴上的传动齿轮b用带孔的传动钢带b相连，所述的旋转轴由步进电机b驱动，步进电机b通过柔性联轴器与传动软轴相连，传动软轴与旋转轴通过形面配合传递动力。

对上述结构作进一步限定，所述的燃烧室靠近过滤体段一端安装用于调节高温气体通过面积的挡板a和挡板b，挡板a和挡板b上分布有孔，靠近中心区域孔的密度以及孔的直径小于远离中心区域，挡板a和挡板b与油气混合室、燃烧室、过滤体段以及锥形圆筒均同轴。

对上述结构作进一步限定，所述的挡板b通过支撑板与法兰盘进行固定连接，挡板a与挡板b通过耐高温铆钉进行连接，挡板a与挡板b间利用套筒隔开，在挡板a的边缘处设可调整挡板a与挡板b上孔对应位置的调整拨片。

对上述结构作进一步限定，所述的调整拨片为薄椭圆钢板沿长轴切开的半椭圆钢板，调整拨片穿过过滤体段壳体上的槽口与挡板a侧面的螺纹孔进行连接，槽口所对应圆心角为保证从最小至最大调整挡板a与挡板b间孔的重合面积的最小角度。

对上述结构作进一步限定，所述的调整拨片的两侧设置两个设有滑轮的支柱，调整拨片的侧面设有步进电机a，调整拨片上设有两个孔，钢丝绳穿过步进电机a的输出轴上的圆孔，绕过滑轮，并与调整拨片上的两个孔绑缚连接。

对上述结构作进一步限定，还包括控制装置以及设有分布于燃烧室和过滤体段内的温度传感器，ECU将温度传感器测得的温度信号及由芯片处理得到的温度梯度信号与设定阀值作比较，控制喷油泵电源的通断及步进电机a和步进电机b的正反转，实现对火焰长度及高温气体通过面积的自动调整；当温度或温度梯度达到或超过过滤体材料最高耐受值的0.8倍时，ECU发出控制信号，喷油泵断电停止供油，同时步进电机a反转，气体通过面积增大，步进电机b反转，燃烧室截面面积减小，气体流速加快；当温度或温度梯度超过0.7倍耐受值而不超过0.8倍耐受值时，ECU发出控制信号，步进电机a正转，高温气体通过面积减小，步进电机b正转，燃烧室的截面增大，火焰长度减小；当温度低于500℃时，ECU发出控制信号，步进电机a反转，高温气体通过面积增加，步进电机b反转，燃烧室截面减小，火焰长度增加。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用薄型钢板围成的锥行圆筒替代传统燃烧器的燃烧室内腔，通过旋转旋转轴可以调整圆盘在长螺杆a和长螺杆b上的位置，最终调整锥形圆筒的截面大小，从而调整燃烧室内气流的速度，进而可以调整燃烧器火焰长度以及火焰面积；通过步进电机a的正反转可实现挡板a绕铆钉的旋转，实现挡板a与挡板b之间高温气体通过面积的调节，在调整高温气体的通过面积的同时还可以有效避免燃烧器火焰直接喷射到过滤体上，对过滤体形成的强烈冲击，可以较好保障过滤体的安全并延长其使用寿命。同时利用本发明中的控制装置可实现对再生过程中燃烧室截面大小以及高温气体通过面积大小的调整，同时还可以在温度过高或温度梯度过大时对喷油泵进行紧急断电制动，确保过滤体的安全，同时节约了能源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的全剖示意图；

图2是图1中薄型钢板的主视图；

图3是图2中薄型钢板的俯视图；

图4是图1中A-A断面图；

图5是图4中Ⅴ处的局部放大视图；

图6是图1中Ⅰ处的局部放大视图；

图7是图1中Ⅱ处的局部放大视图

图8是图1中Ⅲ处的局部放大视图；

图9是图1中B-B断面图；

图10是图1中Ⅳ处的局部放大视图；

图11是图9中Ⅵ处的局部放大视图；

图12是钢丝绳与步进电机a以及支柱等的连接示意图；

图13是本发明的控制流程图；

其中：1、空气入口a，2、点火电极，3、喷油嘴，4、油气混合室，5、空气入口b，6、燃烧室，7、长螺杆a，8、调整圆盘，9、薄型钢板，10、轻质弹簧，11、传动钢带a，12、发动机废气入口，13、挡板a，14、挡板b，15、过滤体段，16、总排气口，17、传动钢带b，18、长螺杆b，19、突出，20、套筒，21、铆钉，22、步进电机b；23、联轴器；24、传动软轴，25、传动齿轮a，26、轴端挡圈，27、温度传感器，29、钢丝绳，30、传动齿轮b，31、支撑板，32、法兰盘，33、调整拨片，34、步进电机a；35、ECU；36、旋转轴；37、支柱；38、输出轴；39、滑轮。

具体实施方式

根据附图1可知，本发明具体涉及一种火焰可调的燃烧器，该燃烧器主要用于柴油机微粒捕集器的喷油助燃再生过程，具体包括油气混合室4、燃烧室6和过滤体段15，三者通过法兰依次连接形成一个整体，构成该燃烧器的主体部分。在油气混合室4的表面分布有空气入口和喷油点火装置，在过滤体段15设有总排气口16，在过滤体段15内部设置有过滤体，过滤体可以对柴油机尾气中的碳微粒进行拦截，以达到柴油机尾气净化的目的，在燃烧室6的侧面设有发动机废气入口12。本发明与其他结构的不同之处在于：燃烧器燃烧室6与其他微粒捕集器喷油助燃再生系统的燃烧室不同，打破了部分微粒捕集器喷油助燃再生系统燃烧室不可调或调节效果不明显的限制。

如附图2-6所示，燃烧室6的内部设有可调整截面大小的锥形圆筒，锥形圆筒是由5块均匀布置的扇形薄型钢板9弯曲围成，相邻两块薄型钢板9临接边相互搭接，存在5°～10°的重合区域，避免在调整锥形截面大小时，两块薄型钢板9的结合部分出现缝隙；薄型钢板9小端的突出19与油气混合室4壳体固定连接，薄型钢板9的大端与燃烧室6的内壁之间利用回位的轻质弹簧10连接，轻质弹簧10一端与薄型钢板9上的圆孔挂接，另一端与燃烧器壳体挂接，可以保证当调整圆盘8向薄型钢板9所围锥形区域的小端移动时，薄型钢板9可以复位，并依然能够围成锥形圆筒；5块薄型钢板9的外围由环形的调整圆盘8包络，调整圆盘8通过调整装置驱动、沿着长螺杆7、18左右移动，调整锥形圆筒的截面大小，达到改变火焰长度以及面积的目的，实现燃烧室6截面可调，火焰长度以及高温气体的通过面积可调。

在附图8中，本发明中的调整装置包括长螺杆7、18和旋转轴36，长螺杆7、18设于燃烧室6内壁，并且与调整圆盘8螺纹配合，旋转轴36设于燃烧室6外壁，其中长螺杆b18与旋转轴36之间同步转动，长螺杆a7和长螺杆b18之间同步转动。长螺杆a7为3根，长螺杆b18为1根，四根长螺杆间隔90°布置在同一圆上，并且在四根长螺杆的端部均装有传动齿轮a25，分布在同一平面的各传动齿轮a25间以中间带孔的传动钢带a11相连，长螺杆b18最端部的传动齿轮a25与旋转轴36上的传动齿轮b30用带孔的传动钢带b17相连。本发明中，通过传动齿轮b30以及中间带孔的传动钢带b17可以将通过支撑27与壳体进行连接的旋转轴36的旋转运动传递到长螺杆b18，再由传动齿轮a25以及传动钢带a11传递到与长螺杆b17均匀布置在同一圆上的3根长螺杆a7，长螺杆a7和长螺杆b18与调整圆盘8以螺纹连接，最终可以将旋转轴36的旋转运动转变成调整圆盘8沿长螺杆a7和长螺杆b18的轴向移动，调整圆盘8移动挤压薄型钢板9变形，从而改变薄型钢板9所围锥形圆筒的截面大小，以达到改变火焰长度以及面积的目的。

在附图8中，为保证传动的可靠性，对各传动部件进行轴向定位，长螺杆b18上传动齿轮a25与滚动轴承以及两个传动齿轮a25间均以套筒隔开，长螺杆a7以及长螺杆b18最端部的传动齿轮a25均以轴端挡圈26进行轴向定位，为保证调整圆盘8在移动的时候不会卡死，均布长螺杆a7和长螺杆b18上的传动齿轮a25齿数相同，同时为保证调整的方便，长螺杆a7和长螺杆b18通过滚动轴承以及轴承座与外壳体连接，旋转轴36上的传动齿轮b30齿数大于或等于传动齿轮a25的齿数。

在附图9中，为了避免火焰对过滤体产生强烈冲击，燃烧室6靠近过滤体段15一端安装用于调节高温气体通过面积的挡板a13和挡板b14，挡板a13和挡板b14上分布有供高温气体通过的圆孔，圆孔分布个数以及孔径沿中心向外围递增，靠近中心区域孔的密度以及孔的直径小于远离中心区域，挡板a13和挡板b14与油气混合室4、燃烧室6、过滤体段15以及锥形圆筒均同轴。

在附图7和10中，挡板b14通过支撑板31与法兰盘32进行固定连接，挡板a13与挡板b14通过耐高温铆钉21进行连接，挡板a13与挡板b14间利用套筒20隔开，挡板a13可绕铆钉21转动，在挡板a13的边缘处设可调整挡板a13与挡板b14上孔对应位置的调整拨片33。

在附图11中，调整拨片33穿过过滤体段15壳体上的槽口与挡板a13侧面的螺纹孔进行连接，槽口所对应圆心角为保证从最小至最大调整挡板a13与挡板b14间孔的重合面积的最小角度。拨动调整拨片33可以旋转挡板a13，从而调整挡板a13相对于挡板b14的位置，可以调整高温气体通过的面积，可有效避免高温气体对过滤体的热冲击并增加高温气体温度分布的均匀性。

在附图12中，调整拨片33为椭圆形薄钢板沿椭圆长轴方向切开的半椭圆形钢板，沿长轴方向有关于短半轴堆成分布的两个圆孔，钢丝绳29两端分别通过两个圆孔并与调整拨片进行绑缚，钢丝绳29穿过步进电机a34的输出轴38上的孔。并以此为驱动动力，为保证调整过程的连续性，钢丝绳29通过与壳体进行焊接的关于调整拨片33所在平面对称分布的两个支柱37以及其上的几个滑轮39进行连接，通过步进电机a34的正反转可以旋转挡板a13，从而调整挡板a 13相对于挡板b 14的位置，可以调整高温气体通过的面积，可有效避免高温气体对过滤体的热冲击并增加高温气体温度分布的均匀性。

参照附图13并假定再生过程中再生背压处在安全范围内，对本发明的控制策略及控制系统工作过程加以说明，本发明中调整用于调整燃烧室6截面大小的旋转轴36由步进电机b22进行驱动，具体由与步进电机b22间以柔性联轴器23相连与旋转轴36形面配合的传动软轴24进行动力传递，本实施例中的步进电机b22反转时调整圆盘8向过滤体端移动，燃烧室6截面变小，正转时调整圆盘8向喷油嘴3移动，燃烧室6截面变大；用于调整高温气体通过面积的钢丝绳29穿过步进电机a34的输出轴38上的孔，由此调整挡板a13相对挡板b14的相对位置，本实施例中步进电机a34的输出轴38正转时高温气体通过面积减小，反转时高温气体通过面积增大。为保证过滤体不被烧融或烧裂，需要根据过滤基体的最高耐受温度Td以及最高耐受温度梯度GradTd设置相应的控制阀值，本实施例中当几个温度传感器27检测到的温度中最高者达到0.8Td或者温度梯度达到0.8GradTd时，电控单元ECU35发出强制停机信号，喷油嘴3停止喷油，同时步进电机a34反转气体通过面积变大，步进电机b22反转燃烧室截面变小，空气流速增加，加速对过滤体的冷却，确保过滤体的安全；当几个温度传感器27检测到的温度中最高者超过0.7Td未达到0.8Td或者温度梯度超过0.7GradTd未达到0.8GradTd时，电控单元ECU35发出控制信号，步进电机a34正转高温气体通过面积变小，步进电机b22正转燃烧室6截面变大，火焰长度以及高温气体面积均变小，确保过滤体不被烧裂或者被烧融；当温度传感器27检测到的温度不超过500℃时，步进电机a34反转，燃烧室6截面变小，火焰长度增加，步进电机b22反转，高温气体通过面积变大，保证微粒捕集器再生过程的顺利进行。

具体使用方式：本发明的燃烧器主要是用于柴油机微粒捕集器的喷油助燃再生过程，新鲜空气通过与油气混合室4相切连接的空气入口a1以及空气入口b5进入油气混合室4形成旋转气流；当过滤体上碳微粒捕集到一定程度，造成柴油机排气背压升高，影响到柴油机的动力性能时，燃烧器控制单元判断再生时机，控制单元将控制油泵进行喷油，对过滤体进行再生，高压燃油经喷油嘴3雾化并喷射到油气混合室4与旋转气流进行充分混合，最终被点火电极2点燃，火焰对过滤体进行加热，最终将过滤体上的微粒氧化燃烧，实现对微粒捕集器的再生；经过过滤体净化后的废气将从总排气口16排出，由于对柴油机废气进行了过滤处理，可有效降低柴油机废气污染。

本发明可根据不同工况条件，调整由圆锥形薄型钢板所围燃烧室的截面大小，可以改变火焰长度、高温气体面积；并通过调整两块挡板的相对位置调整通过挡板的高温气体的通过面积。配合调整上述两种调节装置可以最大限度的保证过滤体的安全，并以较安全快速的性能实现过滤体的再生。同时利用本发明中的控制策略可实现对再生过程中燃烧室截面大小以及高温气体通过面积大小的自动调整，同时还可以在温度过高或温度梯度过大时紧急对喷油泵紧定断电制动，确保过滤体的安全，同时节约了能源，对喷油助燃再生具有重要的实际意义。

Claims (9)

1.一种火焰可调的燃烧器，包括油气混合室（4）、燃烧室（6）和过滤体段（15），三者通过法兰依次连接形成一个整体，在油气混合室（4）的表面分布有空气入口和喷油点火装置，在过滤体段（15）设有总排气口（16），在燃烧室（6）的表面设有发动机废气入口（12），其特征在于：所述的燃烧室（6）的内部设有可调整截面大小的锥形圆筒，所述的锥形圆筒的小口端与油气混合室（4）的出口连接，锥形圆筒的大口端指向过滤体段（15）。

2.根据权利要求1所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的锥形圆筒是由5块均匀布置的扇形薄型钢板（9）弯曲围成，相邻两块薄型钢板（9）临接边相互搭接，存在5°～10°的重合区域，薄型钢板（9）小端的突出（19）与油气混合室（4）壳体固定连接，薄型钢板（9）的大端与燃烧室（6）的内壁之间利用回位的轻质弹簧（10）连接，5块薄型钢板（9）的外围由环形的调整圆盘（8）包络，所述的调整圆盘（8）通过调整装置驱动、沿着燃烧室（6）内壁左右移动，调整锥形圆筒的截面面积。

3.根据权利要求2所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的调整装置包括长螺杆（7、18）和旋转轴（36），所述的长螺杆（7、18）设于燃烧室（6）内壁，并且与调整圆盘（8）螺纹配合，旋转轴（36）设于燃烧室（6）外壁，其中长螺杆b（18）与旋转轴（36）之间同步转动，长螺杆a（7）和长螺杆b（18）之间同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的长螺杆a（7）为3根，长螺杆b（18）为1根，四根长螺杆间隔90°布置在同一圆上，并且在四根长螺杆的端部均装有传动齿轮a（25），分布在同一平面的各传动齿轮a（25）间以中间带孔的传动钢带a（11）相连，长螺杆b（18）最端部的传动齿轮a（25）与旋转轴（36）上的传动齿轮b（30）用带孔的传动钢带b（17）相连，所述的旋转轴（36）由步进电机b（22）驱动，步进电机b（22）通过柔性联轴器（23）与传动软轴（24）相连，传动软轴（24）与旋转轴（36）通过形面配合传递动力。

5.根据权利要求4所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的燃烧室（6）靠近过滤体段（15）一端安装用于调节高温气体通过面积的挡板a（13）和挡板b（14），挡板a（13）和挡板b（14）上分布有孔，靠近中心区域孔的密度以及孔的直径小于远离中心区域，挡板a（13）和挡板b（14）与油气混合室（4）、燃烧室（6）、过滤体段（15）以及锥形圆筒均同轴。

6.根据权利要求5所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的挡板b（14）通过支撑板（31）与法兰盘（32）进行固定连接，挡板a（13）与挡板b（14）通过耐高温铆钉（21）进行连接，挡板a（13）与挡板b（14）间利用套筒（20）隔开，在挡板a（13）的边缘处设可调整挡板a（13）与挡板b（14）上孔对应位置的调整拨片（33）。

7.根据权利要求6所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的调整拨片（33）为薄椭圆钢板沿长轴切开的半椭圆钢板，调整拨片（33）穿过过滤体段（15）壳体上的槽口与挡板a（13）侧面的螺纹孔进行连接，槽口所对应圆心角为保证从最小至最大调整挡板a（13）与挡板b（14）间孔的重合面积的最小角度。

8.根据权利要求7所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于所述的调整拨片（33）的两侧设有两个设有滑轮（39）的支柱（37），调整拨片（33）的侧面设有步进电机a（34），调整拨片（33）上设有两个孔，钢丝绳（29）穿过步进电机a（34）的输出轴（38）上的圆孔，绕过滑轮（39），并与调整拨片（33）上的两个孔绑缚连接。

9.根据权利要求8中所述的一种火焰可调的燃烧器，其特征在于还包括控制装置以及设有分布于燃烧室（6）和过滤体段（15）内的温度传感器（27），ECU（35）将温度传感器（27）测得的温度信号及由芯片处理得到的温度梯度信号与设定阀值作比较，控制喷油泵电源的通断及步进电机a（34）和步进电机b（22）的正反转，实现对火焰长度及高温气体通过面积的自动调整；当温度或温度梯度达到或超过过滤体材料最高耐受值的0.8倍时，ECU（35）发出控制信号，喷油泵断电停止供油，同时步进电机a（34）反转，高温气体通过面积增大，步进电机b（22）反转，燃烧室（6）截面面积减小，气体流速加快；当温度或温度梯度超过0.7倍设定值而不超过0.8倍耐受值时，步进电机a（34）正转，高温气体通过面积减小，步进电机b（22）正转，燃烧室（6）的截面增大，火焰长度减小；当温度低于500℃时，步进电机a（34）反转，高温气体通过面积增加，步进电机b（22）反转，燃烧室（6）截面减小，火焰长度增加。