CN107288715B - 壁流式颗粒捕集器及其再生监测方法 - Google Patents

壁流式颗粒捕集器及其再生监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壁流式颗粒捕集器，包括导热金属框架、若干颗粒捕集单元和若干封闭片；所述颗粒捕集单元包括颗粒捕集片和波速测量系统，所述波速测量系统包括超声波发射片和超声波接收片，所述超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上；所述颗粒捕集单元和封闭片嵌在导热金属框架上，导热金属框架、颗粒捕集单元和封闭片共同形成若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室。本发明还公开了壁流式颗粒捕集器上单个颗粒捕集片的再生实时监测方法。本发明克服现有装置难以实施监测颗粒捕集器加热再生过程中单个侧壁的颗粒填充程度的问题，同时通过导热金属框架降低颗粒捕集器上的温度梯度。

Description

壁流式颗粒捕集器及其再生监测方法
技术领域
本发明属于汽车工程领域，尤其涉及一种有再生实时监测和降低温度梯度作用的壁流式颗粒捕集器。
背景技术
柴油机尾气中的颗粒例如PM2.5会严重影响人们健康，而柴油机颗粒捕集器可以有效降低颗粒物的排放，其中壁流式陶瓷颗粒捕集器因具有较高的颗粒过滤效率而应用广泛。在壁流式陶瓷颗粒捕集器的侧壁上存在微小贯通孔隙，侧壁上的微孔隙会将流经尾气中的颗粒过滤下来。而随着颗粒在侧壁微孔隙中的不断沉积会堵塞尾气并直接影响发动机工作，因此需要将沉积的颗粒燃烧掉，这一过程称为颗粒捕集器的再生。
目前对于颗粒捕集器再生燃烧时机的判断方法是监测颗粒捕集器进气端和流出尾气端之间的压力差，当颗粒沉积过多影响尾气流动则会产生较大的压力差，这时启动加热将颗粒捕集器中的微颗粒燃烧掉。显然这种再生监测方法难以监测单个侧壁上的颗粒沉积情况。
目前主动加热再生的过程中，容易因颗粒捕集器内部温度不均匀产生温度梯度，特别是颗粒捕集器截面上从圆心指向圆周的径向温度不均匀，以及沿尾气流入和流出方向温度不均匀，这是因为壁流式颗粒捕集器的材料主要为堇青石陶瓷，而陶瓷的热传导系数较低这样容易产生温度梯度。而如果壁面温度梯度过大容易造成颗粒捕集器壁面破坏失效。
因此需要可监测单个侧壁颗粒填充情况、以及降低陶瓷侧壁温度梯度的颗粒捕集器
发明内容
本发明为了克服现有装置难以监测颗粒捕集器上单个侧壁的颗粒填充程度，并为了降低沉积颗粒侧壁上的温度梯度，本发明提供了一种壁流式颗粒捕集器。
本发明的技术方案：一种壁流式颗粒捕集器，包括框架、若干颗粒捕集单元和若干封闭片；所述颗粒捕集单元包括颗粒捕集片和波速测量系统，所述波速测量系统包括超声波发射片和超声波接收片，所述超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上；所述颗粒捕集单元和封闭片嵌在框架上，框架、颗粒捕集单元和封闭片共同形成若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室，尾气流入腔室在尾气流入端开口并在尾气流出端用封闭片封闭，尾气流出腔室在尾气流入端用封闭片封闭并在尾气流出端开口，颗粒捕集单元位于尾气流入腔室和尾气流出腔室的侧壁；尾气首先进入尾气流入腔室，然后流经腔室侧壁的颗粒捕集单元并进入尾气流出腔室。
优选的，所述框架为导热框架。
优选的，所述导热框架为金属框架。
优选的，所述超声波发射片和超声波接收片的材料为压电陶瓷。
优选的，所述超声波发射片发射的为纵波或剪切波。
优选的，所述颗粒捕集片的材料为堇青石陶瓷。
一种壁流式颗粒捕集器的再生监测方法，包括如下步骤：
步骤1：测量没有通过尾气的颗粒捕集片波速V1：将超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V1；
步骤2：测量被微颗粒填充微孔隙后的颗粒捕集片波速V2：将超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上，将颗粒捕集片放置于充满尾气微颗粒的流场中，当颗粒捕集片微孔隙上捕集微颗粒达到饱和状态时，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V2；
步骤3：组装颗粒捕集单元和框架，形成壁流式颗粒捕集器，颗粒捕集器空间上表现为交替排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室；
步骤4：尾气从尾气流入腔室进入，然后流经侧壁上的颗粒捕集片，进入尾气流出腔室；
步骤5：由波速测量系统实时监测颗粒捕集片的波速Vt，并定义颗粒捕集指标α，设α的取值范围为0≤α≤1，当α＝0时为颗粒捕集片没捕集颗粒状态，当α＝1时为颗粒捕集片捕集颗粒达到饱和状态，α表现了颗粒捕集片中颗粒的填充程度。
步骤6：颗粒捕集器再生的实时监测：由步骤5测得的颗粒捕集指标α，绘制α随时间变化的曲线，从此曲线上可以看到每个颗粒捕集片在加热再生前颗粒填充程度，以及在加热再生颗粒燃烧后颗粒捕集片中颗粒填充程度。
优选的，所述颗粒捕集器燃烧再生的方式为喷油燃烧再生、或电阻丝加热再生、或红外线加热再生。
本发明的有益效果是克服现有装置难以实施监测颗粒捕集器加热再生过程中单个侧壁的颗粒填充程度的问题，同时通过导热金属框架降低颗粒捕集器上的温度梯度。
附图说明
图1为本发明的壁流式颗粒捕集器的三维示意图；
图2为本发明的若干相邻尾气流入腔室和尾气流出腔室组合的三维示意图；
图3为本发明的若干相邻尾气流入腔室和尾气流出腔室中的导热金属框架三维示意图。
图4为本发明颗粒捕集单元示意图。
图5为本发明的一个尾气流入腔室和一个尾气流出腔室组合示意图。
图6为本发明尾气在尾气流入腔室和尾气流出腔室中的流动示意图。
图7为本发明的相邻的一个尾气流入腔室和一个尾气流出腔室中的导热金属框架示意图。
图8为本发明的一个尾气流入腔室中颗粒捕集片和波速测量系统的三维示意图。
图9为本发明的一个尾气流入腔室中导热金属框架的三维示意图。
图中1.壁流式颗粒捕集器，2.导热金属框架，3.封闭片，4.颗粒捕集单元，5.颗粒捕集片，6.超声波发射片，7.超声波接收片，8.流入尾气，9.透过侧壁的尾气，10.流出尾气。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-图9中一种壁流式颗粒捕集器，包括导热金属框架2、若干颗粒捕集单元4和若干封闭片3；如图4所示所述颗粒捕集单元4包括颗粒捕集片5和波速测量系统，所述波速测量系统包括超声波发射片6和超声波接收片7，所述超声波发射片6和超声波接收片7安放在颗粒捕集片5相对的侧边上；所述颗粒捕集单元4和封闭片3嵌在导热金属框架2上，导热金属框架2、颗粒捕集单元4和封闭片3共同形成若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室，如图6所示尾气流入腔室在尾气流入端开口并在尾气流出端用封闭片3封闭，尾气流出腔室在尾气流入端用封闭片3封闭并在尾气流出端开口，颗粒捕集单元4位于尾气流入腔室和尾气流出腔室的侧壁；如图6所示流入尾气8首先进入尾气流入腔室，然后流经腔室侧壁的颗粒捕集单元4并进入尾气流出腔室。
本发明一种壁流式颗粒捕集器的再生监测方法，包括如下步骤：
步骤1：测量没有通过尾气的颗粒捕集片5波速V1：将超声波发射片6和超声波接收片7安放在颗粒捕集片相对的侧边上，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V1；
步骤2：测量被微颗粒填充微孔隙后的颗粒捕集片5的波速V2：将超声波发射片6和超声波接收片7安放在颗粒捕集片5相对的侧边上，将颗粒捕集片5放置于充满尾气微颗粒的流场中，当颗粒捕集片5微孔隙上捕集微颗粒达到饱和状态时，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V2；
步骤3：组装颗粒捕集单元4和导热金属框架2，形成壁流式颗粒捕集器1，颗粒捕集器1空间上表现为交替排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室；
步骤4：如图6所示尾气8从尾气流入腔室进入，然后流经侧壁上的颗粒捕集片5，进入尾气流出腔室；
步骤5：由波速测量系统实时监测颗粒捕集片5的波速Vt，并定义颗粒捕集指标α，设α的取值范围为0≤α≤1，当α＝0时为颗粒捕集片5没捕集颗粒状态，当α＝1时为颗粒捕集片5捕集颗粒达到饱和状态，α表现了颗粒捕集片5中颗粒的填充程度。
步骤6：颗粒捕集器1再生的实时监测：由步骤5测得的颗粒捕集指标α，绘制α随时间变化的曲线，从此曲线上可以看到每个颗粒捕集片5在加热再生前颗粒填充程度，以及在加热再生颗粒燃烧后颗粒捕集片5中颗粒填充程度。
所述颗粒捕集器燃烧再生的方式为喷油燃烧再生、电阻丝加热再生或红外线加热再生。

Claims (8)

1.一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：其包括框架、若干颗粒捕集单元和若干封闭片；所述颗粒捕集单元包括颗粒捕集片和波速测量系统，所述波速测量系统包括超声波发射片和超声波接收片，所述超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上；所述颗粒捕集单元和封闭片嵌在框架上，框架、颗粒捕集单元和封闭片共同形成若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室，尾气流入腔室在尾气流入端开口并在尾气流出端用封闭片封闭，尾气流出腔室在尾气流入端用封闭片封闭并在尾气流出端开口，颗粒捕集单元位于尾气流入腔室和尾气流出腔室的侧壁；尾气首先进入尾气流入腔室，然后流经腔室侧壁的颗粒捕集单元并进入尾气流出腔室。
2.一种根据权利要求1所述的一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：所述框架为导热框架。
3.一种根据权利要求2所述的一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：所述导热框架为金属框架。
4.一种根据权利要求3所述的一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：所述超声波发射片和超声波接收片的材料为压电陶瓷。
5.一种根据权利要求3所述的一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：所述超声波发射片发射的为纵波或剪切波。
6.一种根据权利要求3所述的一种壁流式颗粒捕集器，其特征在于：所述颗粒捕集片的材料为堇青石陶瓷。
7.一种根据权利要求3-6任一项所述的一种壁流式颗粒捕集器的再生监测方法，其特征在于：其包括如下步骤：
步骤1：测量没有通过尾气的颗粒捕集片波速V1：将超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V1；
步骤2：测量被微颗粒填充微孔隙后的颗粒捕集片波速V2：将超声波发射片和超声波接收片安放在颗粒捕集片相对的侧边上，将颗粒捕集片放置于充满尾气微颗粒的流场中，当颗粒捕集片微孔隙上捕集微颗粒达到饱和状态时，发射超声波并由发射和接收超声波的时间差得到波速V2；
步骤3：组装颗粒捕集单元和导热金属框架，形成壁流式颗粒捕集器，颗粒捕集器空间上表现为交替排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室；
步骤4：尾气从尾气流入腔室进入，然后流经侧壁上的颗粒捕集片，进入尾气流出腔室；
步骤5：由波速测量系统实时监测颗粒捕集片的波速Vt，并定义颗粒捕集指标α，设α的取值范围为0≤α≤1，当α＝0时为颗粒捕集片没捕集颗粒状态，当α＝1时为颗粒捕集片捕集颗粒达到饱和状态，α表现了颗粒捕集片中颗粒的填充程度；
步骤6：颗粒捕集器再生的实时监测：由步骤5测得的颗粒捕集指标α，绘制α随时间变化的曲线，从此曲线上可以看到每个颗粒捕集片在加热再生前颗粒填充程度，以及在加热再生颗粒燃烧后颗粒捕集片中颗粒填充程度。
8.一种根据权利要求7所述的一种壁流式颗粒捕集器的再生监测方法，其特征在于：所述颗粒捕集器燃烧再生的方式为喷油燃烧再生、电阻丝加热再生或红外线加热再生。
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