CN106018225A - 一种基于激光检测pm浓度的dpf准确再生方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法及设备。过滤体前后两侧构建相同管路结构，将尾气气流引出并分离，PM颗粒通过激光检测，通过两侧PM颗粒浓度数据得到过滤效果，低于再生阈值时控制安装在DPF腔体前侧的喷油器进行喷油再生；包括分别安装在过滤体两侧DPF腔体上的两套激光检测装置和进口侧的喷油器，控制器分别与两套激光检测装置和喷油器连接，每套激光检测装置均包括激光检测设备、引气管、回气管、限速排风机、PM切割器和测量管道。本发明能实现准确判断再生时机，控制再生的目的，能最大程度改善当前压差传感器测量不准确的问题以及由于不准确测量所引起的再生时机判断不准确带来的系列后果。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒捕捉器的辅助设备，特别是涉及了一种基于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法及设备，尤其可用于柴油车尾气后处理。
背景技术
颗粒捕捉器DPF(Diesel Particulate Filter)是一种安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它可以在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。DPF技术是减少柴油发动机尾气PM排放量的有效手段，然而，当DPF捕集到一定程度时需要通过主动喷油再生来实现DPF的重复使用。
确定主动喷油再生的时机也就是判断再生DPF中碳累积量是否满足再生的需求，决定再生系统何时开始工作。目前再生过程中存在的主要问题是再生不完全、过滤体损坏以及过载后和再生期间的漏排现象。判断再生时机实质上就是判断再生过早，微粒沉积质量过少，持续燃烧温度过低，燃烧过程中火焰容易熄灭，再生不彻底；再生过迟，微粒质量过多，会造成DPF再生时过热损坏，因此准确判断再生时机对保证再生的安全性具有重要意义。
另外，准确判断再生时机对提高发动机燃油经济性再生频率过高会增加后处理系统的能量消耗而导致发动机燃油经济性下降，而再生频率过低则又会因捕集器中碳累积量过多而导致排气背压上升使得发动机性能下降，油耗增加。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明是提出一种基于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法及设备，通过激光检测PM2.5浓度的碳累积量进行DPF准确再生。
本发明采用的技术方案是：
一、一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法：
在DPF腔体中的过滤体前后两侧分别构建相同的管路结构，通过管路将过滤体前后的尾气气流引出并分离出PM颗粒，PM颗粒引入测量管道内通过激光检测设备检测获得PM颗粒浓度数据，通过过滤体前后两侧的PM颗粒浓度数据得到过滤体的过滤效果，当过滤体过滤效果低于再生阈值时通过控制器控制安装在DPF腔体前侧的喷油器进行喷油再生。
PM颗粒浓度数据具体是将两个独立的激光检测单元分别安装在过滤体前后，通过引流管道和限速排风机将经过过滤体前后的尾气气流引入小型PM切割机，将特定尺寸的PM颗粒分离出来，在测量管道内通过激光检测实现对该处PM浓度的测量。
所述过滤体的过滤效果指的是过滤体过滤效率，具体采用以下公式计算获得：
过滤体过滤效率＝过滤体前PM颗粒物浓度÷过滤体后PM颗粒物浓度。
二、一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：
包括安装在DPF系统上的两套激光检测装置和喷油器，两套激光检测装置分别安装在过滤体两侧的DPF腔体上，喷油器安装在过滤体进口侧的DPF腔体上，控制器分别与两套激光检测装置和喷油器连接。
每套激光检测装置均包括激光检测设备、用于将DPF腔体内尾气引流出来的引气管、用于将尾气引回的回气管、用于控制尾气流速的限速排风机、用于分离尾气颗粒的PM切割器和测量管道，引气管一端贯穿DPF腔体侧壁连接到DPF腔体内，引气管一端经限速排风机与回气管的一端连接，回气管另一端连接回到DPF腔体内；引气管中部引出支路与PM切割器的一端连接相通，PM切割器的另一端经测量管道连接回DPF腔体，测量管道的侧壁外设有激光检测设备。
由安装在过滤体前后的激光检测设备可得到准确的PM颗粒浓度，用于准确推算过滤体过滤效率。
通过安装在过滤体前后的引气管将尾气引流至测量测量管道内，可得到与进入过滤体前相同PM颗粒浓度的尾气。
安装在引气管尾部的限速排风机可使得尾气引流至测量测量管道内其流速保持恒定，不影响测量。
安装在引气管支路口上的PM切割器可分离出特定粒径的PM颗粒，用于提高测量效果。
安装在PM切割器之后的测量测量管道可实现在测量测量管道上的PM颗粒浓度测量。
所述的引气管中部和PM切割器之间连接处设有弯曲段，通过弯曲段筛选尾气颗粒，将大的PM颗粒经弯曲段受重力落在PM切割器的入口处，将小的PM颗粒受到限速排风机吸力流向回气管。
所述的回气管、引气管和测量管道三者中，回气管布置于靠近过滤体处，测量管道布置于远离过滤体处，引气管位于回气管和测量管道之间，且喷油器置于测量管道远离过滤体的一侧。
所述的激光检测设备包括分别置于测量管道外部对称两侧的发射组件和接收组件，发射组件包括激光源和棱镜，接收组件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光强度探测仪，接收组件经信号处理器与控制器连接，发射组件发射激光通过接收组件捕捉接收，采集的信号经信号处理器发送到控制器。
具体地说是，激光源发射出激光经棱镜朝向测量管道散射出，散射光线经散射光捕捉器汇聚，再经激光光捕捉器捕捉后发送到激光强度探测仪检测，激光强度探测仪检测获得PM颗粒的浓度。
所述的PM切割器可采用小型PM切割器。
本发明通过吸气管与腔体内部形成联通，将一部分腔体内尾气联通至吸气管内，吸气管采用限速排风机使得吸气管内流速恒定，达到测量腔体内部的气流被激光发生器所发射的光所散射，利用激光吸收器吸收的光的散射程度对该处气流碳烟浓度进行估算。利用前后推算的碳烟值进行对比，当碳烟之差达到再生阈值时主动再生。
本发明具有的有益效果是：
本发明采用DPF前后双重激光检测尾气中碳烟浓度的方式，对经过过滤体前后的尾气进行引流测量，确定其浓度大小，推算出当前DPF的过滤效果，以达到监测DPF上的碳累积量，实现准确判断再生时机，控制再生的目的。
本发明最大程度改善当前压差传感器测量不准确的问题，以及由于不准确测量所引起的再生时机判断不准确带来的系列后果，包括再生不完全、过滤体损坏以及过载后和再生期间的漏排现象。
附图说明
图1是设备结构示意图。
图2是设备电气连接示意图。
图3是本发明设备控制流程图。
图中：DPF腔体1、激光检测设备2、过滤体3、限速排风机4、回气管5、引气管6、PM切割器7、测量管道8、控制器9、喷油器10。
图4是引气管中部和PM切割器之间连接处设有弯曲段的示意图。
图中：引气主管61、第一级分流口62、第二级分流口63、第三级分流口64、测量管道连接段65、第一级回气管66、第二级回气管67。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明包括安装在DPF系统上的两套激光检测装置和喷油器10，两套激光检测装置分别安装在过滤体3两侧的DPF腔体1上，喷油器10安装在过滤体3进口侧的DPF腔体1上，控制器9分别与两套激光检测装置和喷油器10连接。
如图1所示，每套激光检测装置均包括激光检测设备2、用于将DPF腔体1内尾气引流出来的引气管6、用于将尾气引回的回气管5、用于控制尾气流速的限速排风机4、用于分离尾气颗粒的PM切割器7和测量管道8，引气管6一端贯穿DPF腔体1侧壁连接到DPF腔体1内，引气管6一端经限速排风机4与回气管5的一端连接，回气管5另一端连接回到DPF腔体1内；引气管6中部引出支路与PM切割器7的一端连接相通，PM切割器7的另一端经测量管道8连接回DPF腔体1，测量管道8的侧壁外设有激光检测设备2。
引气管6中部和PM切割器7之间连接处设有弯曲段，通过弯曲段筛选尾气颗粒，将大的PM颗粒经弯曲段受重力落在PM切割器7的入口处，大的PM颗粒经PM切割器7切割后进入测量管道8，将小的PM颗粒受到限速排风机4吸力流向回气管5，小的PM颗粒经回气管5回到DPF腔体1中。
引气管6中部和PM切割器7之间连接处的弯曲段如图4所示，引气管6的引气主管61经第一级分流口62输出另一路，另一路与第二级分流口63输入端连接，第二级分流口63输出分为两路，第二级分流口63输出的一路经第一级回气管66连接回引气主管61，第二级分流口63输出的另一路连接到第三级分流口64输出再分为两路，第三级分流口64的一路经第二级回气管67连接回引气主管61，第三级分流口64的另一路经测量管道连接段65与PM切割器7连接。
如图2所示，激光检测设备2包括分别置于测量管道8外部对称两侧的发射组件和接收组件，发射组件包括激光源和棱镜，接收组件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光强度探测仪，接收组件经信号处理器与控制器9连接，发射组件发射激光通过接收组件捕捉接收，采集的信号经信号处理器发送到控制器9。
本发明的具体实施工作过程如下：
如图1所示，柴油车尾气进入颗粒捕集器(DPF)腔体1内，碳烟颗粒被中间部分过滤体3吸附，其中在过滤体前后，分别通过引气管5将部分尾气引入引气管中，在限速排风机4的作用下限制管道内尾气流速，并在流经PM切割器的过程中通过粒径筛选将粒径过大及过小的PM颗粒筛选，通过回气管5重新回到腔体内部，余下部分尾气进入测量管道8中，利用激光检测设备2探测出测量管道内PM颗粒浓度，并将信息通过电信号传输至控制器8进行处理，由过滤体3前后两个激光检测设备2检测出的数据进行对比处理，当得到的信号超过一定阈值时，即经过过滤体前后PM颗粒浓度比超过20：3，控制器8发出再生控制信号至喷油器10，进行喷油再生。
如图2所示，图1所述激光检测设备包括激光散射光捕捉器、测量管道、激光强度探测仪以及激光捕捉器。具体实施过程如下所述：
腔体内过滤体前后的尾气分别由PM引流器引流至PM切割器中，此时尾气中的细颗粒物在切割器中分离，直径大于2.5um以及直径小于0.5um的颗粒被除去，余下部分及过滤体主要过滤成分进入测量管道中。
具体来说如图4所示，实施例通过引气管引出的待测尾气样本在经过第一级分流口62后，部分气体分流，对于不同粒径的碳烟颗粒，当粒径小于一定的粒径时，其惯性力小于粘滞力，碳烟颗粒会随着气体分流至第一级分流管道；而粒径较大的颗粒，其惯性力大于粘滞力，碳烟颗粒不会随着气体分流至第二级管道。
经过了第一级分流口62以后，小粒径的颗粒进入第一级分流管道，大粒径颗粒继续通过引气管61。进入第一级分流管道的尾气在经过第二级分流口63时，同样会发生分离，更小的粒径的颗粒进入第二级分流管道，较大粒径的颗粒通过第一级回气管66回到引气管61中。进入第二级分流管道的尾气在经过第三级分流口时，筛选出合适粒径(0.5-2.5um)的碳烟颗粒进入测量管道65。
由激光源发出658nm入射激光光线通过棱镜作用将激光均匀散射进入通过中，PM颗粒的散射作用会使得激光捕捉器和散射光捕捉器捕捉到的光的强度不同，此时由于两个激光散射传感器的激光源与激光散射截面分别为平行和垂直的关系，它们对不同大小的颗粒灵敏度不一样，通过组合两者可以实现消除颗粒大小对测量的影响。光强度的差异可以通过信号转换装置进行校正后显示出测量管道内PM颗粒的浓度。通过过滤体前后两个测量管道测量出来的PM浓度可以得到过滤体的过滤效率，当过滤体效率低于再生阈值时，即15％。控制器8发出再生启动信号，控制喷油器进行喷油再生。
如图3所示，实施例通过引气管引出待测的尾气样本，并根据尾气的情况通过限速排风机将流量控制在3.3L/min。分离空气样品中的细颗粒物，通过PM切割器将粒径大于2.5um以及粒径小于0.5um的细颗粒物除去，并通过回流管回流至腔体内部。通过激光散射光捕捉器测量尾气中细颗粒物的散射强度并通过信号处理器转换成样品的颗粒物的浓度。将检测得到的数据以电信号形式传输至控制器中，通过数据处理：
过滤体过滤效率＝过滤体前尾气颗粒物浓度÷过滤体后尾气颗粒物浓度
当过滤体过滤效率小于15％认为应当进行再生，并发出控制信号控制喷油器再生。
由此，本发明能够实现准确判断再生时机控制再生，最大程度改善了测量不准确的问题以及由于不准确测量所引起的系列后果，避免了漏排现象。
Claims (8)
1.一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法，其特征在于：在DPF腔体(1)中的过滤体(3)前后两侧分别构建相同的管路结构，通过管路将过滤体(3)前后的尾气气流引出并分离出PM颗粒，PM颗粒引入测量管道内通过激光检测设备检测获得PM颗粒浓度数据，通过过滤体(3)前后两侧的PM颗粒浓度数据得到过滤体(3)的过滤效果，当过滤体过滤效果低于再生阈值时控制安装在DPF腔体(1)前侧的喷油器进行喷油再生。
2.根据权利要求1所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生方法，其特征在于：所述过滤体(3)的过滤效果指的是过滤体过滤效率，具体采用以下公式计算获得：过滤体过滤效率＝过滤体前PM颗粒物浓度÷过滤体后PM颗粒物浓度。
3.用于实施权利要求1或2任一所述方法的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：包括安装在DPF系统上的两套激光检测装置和喷油器(10)，两套激光检测装置分别安装在过滤体(3)两侧的DPF腔体(1)上，喷油器(10)安装在过滤体(3)进口侧的DPF腔体(1)上，控制器(9)分别与两套激光检测装置和喷油器(10)连接。
4.根据权利要求3所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：每套激光检测装置均包括激光检测设备(2)、用于将DPF腔体(1)内尾气引流出来的引气管(6)、用于将尾气引回的回气管(5)、用于控制尾气流速的限速排风机(4)、用于分离尾气颗粒的PM切割器(7)和测量管道(8)，引气管(6)一端连接到DPF腔体(1)内，引气管(6)一端经限速排风机(4)与回气管(5)的一端连接，回气管(5)另一端连接回到DPF腔体(1)内；引气管(6)中部引出支路与PM切割器(7)的一端连接相通，PM切割器(7)的另一端经测量管道(8)连接回DPF腔体(1)，测量管道(8)的侧壁外设有激光检测设备(2)。
5.根据权利要求4所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：所述的引气管(6)中部和PM切割器(7)之间连接处设有弯曲段，通过弯曲段筛选尾气颗粒，将大的PM颗粒经弯曲段受重力落在PM切割器(7)的入口处，将小的PM颗粒受到限速排风机(4)吸力流向回气管(5)。
6.根据权利要求4所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：所述的回气管(5)、引气管(6)和测量管道(8)三者中，回气管(5)布置于靠近过滤体(3)处，测量管道(8)布置于远离过滤体(3)处，引气管(6)位于回气管(5)和测量管道(8)之间。
7.根据权利要求4所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：所述的激光检测设备(2)包括分别置于测量管道(8)外部对称两侧的发射组件和接收组件，发射组件包括激光源和棱镜，接收组件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光强度探测仪，接收组件经信号处理器与控制器(9)连接，发射组件发射激光通过接收组件捕捉接收，采集的信号经信号处理器发送到控制器(9)。
8.根据权利要求4所述的一种于激光检测PM浓度的DPF准确再生设备，其特征在于：所述的PM切割器(7)可采用小型PM切割器。
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