CN107420159B

CN107420159B - 一种颗粒捕集器再生装置及其控制方法

Info

Publication number: CN107420159B
Application number: CN201710354923.0A
Authority: CN
Inventors: 张韦; 胡晓; 陈朝辉; 陈贵升
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: CN107420159A

Abstract

本发明涉及一种颗粒捕集器再生装置及其控制方法，属于颗粒捕集器再生技术领域。本发明的特征在于：再生电控单元ECU根据颗粒捕集器上、下游排气压差和温差，判断再生时机；再生时，ECU控制捕集器两端电磁阀、污水箱电磁阀、高压泵、旋转电机、高压脉冲旋转反冲喷嘴，对颗粒捕集器进行高压水脉冲射流清洗；然后使颗粒捕集器内腔注水，启动超声波发生器，进行超声波震荡清洗；再生污水流入污水箱，利用排气热能使其蒸发，对碳烟沉积进行集中无害化处理。所述的再生方法，通过高压旋转喷射，结合超声波震荡，实现颗粒捕集器的再生，可有效延长其使用寿命。

Description

一种颗粒捕集器再生装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种颗粒捕集器再生装置及其控制方法，特别是一种旋转高压脉冲反冲超声波震荡颗粒捕集器再生系统及其控制方法，属于颗粒捕集器再生技术领域。

背景技术

继2013年7月国家环保总局在全国范围内全面推行第四阶段机动车污染物排放标准之后，至今对汽车污染物排放要求更为严格的国五、国六排放法规也已相继出台。而上述排放法规无一例外的对汽车的颗粒物排放限值，提出了更加严苛的要求。在此背景下，各大发动机主机厂，以及汽车整车厂都投入大量机外净化方面的研究，以求汽车产品能够达到最新的排放法规。颗粒捕集器（Diesel Particle Filter, 简称DPF），可以将汽车尾气中90%以上的颗粒物（Particle Mater, PM）过滤，该技术在控制汽车排放颗粒物方面起到关键作用。但是捕集器在工作过程中，发动机废气携带的颗粒物在穿过过滤体的多空介质壁面时，会出现颗粒物在过滤体内的堆积、存留，从而导致发动机排气背压不断增加，当排气背压增加超过一定限值时发动机的油耗增加、动力性下降，此时就必须去除沉积的颗粒物才能维持颗粒捕集器及发动机的正常工作，而这个过程就称之为捕集器的再生。

根据颗粒捕集器的再生原理差异，可将再生技术分为主动再生与被动再生两大类。其中被动再生是通过涂覆于颗粒捕集器过滤体（载体）上的催化剂，借助排气内热能，以及废气中的氧化性气体组分（例如：氧气、二氧化氮），对堆积于过滤体内的颗粒物进行氧化，从而达到再生的效果。被动再生无需借助发动机及汽车的其他装置即可实现再生，但是由于受催化剂的起燃温度范围，以及排气组分等再生条件的限制，并且受到发动机运行工况波动的影响较为明显，往往不能达到最佳再生效果，因此被动再生技术通常需要与主动再生技术相互配合。当前，主动再生可利用外部加热源（喷油助燃、电加热、微波加热）使过滤体温度提升，实现对颗粒物的氧化再生；也可通过非加热的机械手段（逆向高压喷气、机械振动），使颗粒物从过滤体上脱落实现再生。但是，利用外部热源加热颗粒捕集器实现再生，不但需要大量耗能，还会出现在再生过程中加温不够再生不充分，抑或是加温过高导致捕集器烧蚀。采用逆向高压反吹则需要将颗粒捕集器从发动机排气系统中拆除，再生工序复杂，拆装难度大。振动再生则会对捕集器的过滤体造成开裂、破损等机械损伤。因此，迫切需要一种无需对颗粒捕集器进行高耗能加热，又不会引起捕集器过滤体破损的高效清洁的再生方法来解决上述再生过程中的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种颗粒捕集器再生装置及其控制方法，用于对发动机颗粒捕集器内的颗粒物进行高压水脉冲旋流冲刷，并对依旧附着于过滤体表面的浸水后颗粒物进行超声波震荡剥离，然后对剥离后的颗粒物进行再次高压水脉冲旋流冲洗，并对废水进行集中回收，同时借助排气高温进行蒸发，对颗粒物滤饼集中处理，实现对颗粒捕集器的高效清洁再生。

本发明采用的技术方案是：一种颗粒捕集器再生装置，包括进水管、颗粒捕集器18、污水箱1、再生电控单元ECU13、发动机排气管2，所述的颗粒捕集器18包括依次连接的上游管道、内腔及下游管道，进水管中间设有旋转轴承6，进水管前端与高压脉冲旋转反冲喷嘴4相连，后端通过高压泵8与清水箱9相连；所述旋转轴承6由旋转马达7带动旋转，电源Ⅰ10为旋转马达7供电；所述颗粒捕集器18上游管道内设有上游电磁阀17，上游管道的上端安装有上游压力传感器15、上游温度传感器16，内腔的上、下两端设有液位传感器14，下游管道的中部设有下游中心开口闸阀5，下游管道的上部设有下游压力传感器11、下游温度传感器12，下游中心开口闸阀5安装在高压脉冲旋转反冲喷嘴4后端的进水管上，高压脉冲旋转反冲喷嘴4、上游电磁阀17、上游压力传感器15、上游温度传感器16、液位传感器14、下游中心开口闸阀5、下游压力传感器11、下游温度传感器12均与再生电控单元ECU13相连；所述颗粒捕集器18与超声波发生器19表面接触并固定连接在一起；所述超声波发生器19由电源Ⅱ20供电；所述污水处理装置包括污水箱1，污水箱1固定在发动机排气管2的上表面且通过管道与颗粒捕集器18内腔的下端连接，所述污水箱1前端与颗粒捕集器18内腔连接处设有污水箱电磁阀21。

优选地，所述的污水箱1的上端设有开有微小通孔的污水箱盖3。

优选地，所述的高压脉冲旋转反冲喷嘴4为与颗粒捕集器18下游管道的轴线成45°角的中空长管，其靠近颗粒捕集器18内腔的末端为堵头，管壁上均匀开有若干喷孔。

优选地，所述的下游中心开孔闸阀5包括上下两片半圆孔闸阀，其内径与高压脉冲旋转反冲喷嘴的外径相等。

优选地，所述的超声波发生器19根据再生电控单元ECU13发出指令，调整超声波发生的功率、频率、持续时间。

所述的一种颗粒捕集器再生装置的控制方法，包括如下步骤：

再生电控单元ECU13根据安装于颗粒捕集器18上游的上游压力传感器15、上游温度传感器16及安装于与颗粒捕集器18下游的下游温度传感器12、下游压力传感器11，判断是否需要对颗粒捕集器18进行再生；

需要再生时，再生电控单元ECU13关闭排气上游电磁阀17、下游中心开口闸阀5，打开污水箱电磁阀21，启动高压泵8及旋转马达7，通过开启高压脉冲旋转反冲喷嘴4，对颗粒捕集器18进行高压水脉冲射流清洗，废水进入污水箱1；

高压水脉冲射流清洗完成后，再生电控单元ECU13关闭污水箱电磁阀21，高压脉冲旋转反冲喷嘴4持续注水，直至颗粒捕集器18内腔完全充水，此时再生电控单元ECU13接收液位传感器14的高液位信号后，关闭高压泵8、旋转马达7、高压脉冲旋转反冲喷嘴4，开启超声波发生器19，对颗粒捕集器18进行超声波震荡清洗；

超声波震荡清洗完成后，再生电控单元ECU13关闭超声波发生器19，开启污水箱电磁阀21，排空颗粒捕集器18内腔污水后，液位传感器14向再生电控单元ECU13发出低液位信号，再生电控单元ECU13开启高压泵8、旋转马达7、高压脉冲旋转反冲喷嘴4，对超声波震荡后残留在颗粒捕集器18内的颗粒物进行冲刷，高压射流冲洗后的污水流入污水箱1，完成对颗粒捕集器18的清洗再生；

清洗再生完成后，再生电控单元ECU13关闭高压泵8、旋转马达7、高压脉冲旋转反冲喷嘴4，关闭污水箱电磁阀21，打开上游电磁阀17、下游中心开孔闸阀5，此时发动机处于可正常工作状态。

具体地，所述的步骤①中，当再生电控单元ECU13计算出上游压力传感器15检测到的压力值与下游压力传感器11检测到的压力值的压差超过设定值、同时上游温度传感器16检测到的温度值与下游温度传感器12检测到的温度值的温度差超过设定值时，判断需要对颗粒捕集器18进行再生，否则判断无需对颗粒捕集器18进行再生。

本发明的工作原理：再生电控单元ECU13根据颗粒捕集器上游、下游温度、压力传感器判断是否需要对颗粒捕集器18进行再生；需要再生时，再生电控单元ECU13关闭排气上游电磁阀17，下游中心开孔闸阀5，打开污水箱电磁阀21，通过开启高压脉冲旋转反冲喷嘴4，对滤芯进行高压水脉冲射流清洗；高压水脉冲射流清洗完成后，再生电控单元ECU13关闭污水箱电磁阀21，高压脉冲旋转反冲喷嘴4持续注水，使颗粒捕集器18内腔完全充水，开启超声波发生器19，对滤芯进行超声波震荡；超声波震荡完成后，再生电控单元ECU13开启污水箱电磁阀21，排空颗粒捕集器18内污水，再次进行高压脉冲旋转反冲喷射，对残留在滤芯内的颗粒物进行冲刷，超声震荡及高压射流冲洗的污水流入污水箱1；清洗再生完成后，再生电控单元ECU13关闭高压脉冲旋转反冲喷嘴4，关闭污水箱电磁阀21，打开排气上游电磁阀17、下游中心开孔闸阀5，此时发动机可正常工作；发动机排气废热加热污水箱1中废水的水分，从污水箱1中取出的颗粒物饼层将集中进行无害化处理。所述的再生方法，再生效率高，再生过程清洁环保。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用两次高压水脉冲旋转反冲，结合一次超声波震荡，达到将牢固附着于捕集器过滤体上的颗粒物高效去除的目的，以及再生过程的低耗能；

2、本发明采用两种不同的物理方式清除过滤体表面的颗粒物，针对不同发动机机型调整再生频率后，可取代被动再生效果，将其用于不涂敷催化剂的DPF（空白载体），可节省制备催化剂的贵金属；

3、本发明对再生后废水进行收集，并充分利用发动机排气废热将水分蒸发处理，水分蒸发后可得到颗粒物饼层，有利于集中进行无害化处理，减少对环境的二次污染，从而实现再生过程的节能与环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中各标号：1-污水箱；2-发动机排气管；3-污水箱盖；4-高压脉冲旋转反冲喷嘴；5-下游中心开孔闸阀；6-旋转轴承；7-旋转马达；8-高压泵；9-清水箱；10-电源Ⅰ；11-下游压力传感器；12-下游温度传感器；13-再生电控单元ECU；14-液位传感器；15-上游压力传感器；16-上游温度传感器；17-上游电磁阀；18-颗粒捕集器；19-超声波发生器；20-电源Ⅱ；21-污水箱电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，一种颗粒捕集器再生装置，包括进水管、颗粒捕集器18、污水箱1、再生电控单元ECU13、发动机排气管2，所述的颗粒捕集器18包括依次连接的上游管道（废气来流端）、内腔及下游管道（废气流出端），进水管中间设有旋转轴承6，进水管前端与高压脉冲旋转反冲喷嘴4相连，后端通过高压泵8与清水箱9相连；所述旋转轴承6由旋转马达7带动旋转，电源Ⅰ10为旋转马达7供电；所述颗粒捕集器18上游管道内设有上游电磁阀17，上游管道的上端安装有上游压力传感器15、上游温度传感器16，内腔的上、下两端设有液位传感器14，下游管道的中部设有下游中心开口闸阀5，下游管道的上部设有下游压力传感器11、下游温度传感器12，下游中心开口闸阀5安装在高压脉冲旋转反冲喷嘴4后端的进水管上，高压脉冲旋转反冲喷嘴4、上游电磁阀17、上游压力传感器15、上游温度传感器16、液位传感器14、下游中心开口闸阀5、下游压力传感器11、下游温度传感器12均与再生电控单元ECU13相连；所述颗粒捕集器18与超声波发生器19表面接触并固定连接在一起；所述超声波发生器19由电源Ⅱ20供电；所述污水处理装置包括污水箱1，污水箱1固定在发动机排气管2的上表面且通过管道与颗粒捕集器18内腔的下端连接，所述污水箱1前端与颗粒捕集器18内腔连接处设有污水箱电磁阀21。

进一步地，所述的污水箱1的上端设有开有微小通孔的污水箱盖3，所述的微小通孔水蒸气溢出孔，依靠高温排气对进入污水箱1的废水加热，使水分蒸发并剩下颗粒物饼层，以便集中进行无害化处理。

进一步地，所述的高压脉冲旋转反冲喷嘴4为与颗粒捕集器18下游管道的轴线成45°角的中空长管，其靠近颗粒捕集器18内腔的末端为堵头，管壁上均匀开有若干喷孔，由于高压脉冲旋转反冲喷嘴4仅冲涮颗粒捕集器18内腔的内壁没有作用，因此将靠近颗粒捕集器18内腔的末端为堵头，即末端是密封的，水只能从中空长管管壁上的喷孔流出，对整个内腔进行冲刷，同时有又能保证颗粒捕集器18腔体注水后的水密性。

进一步地，所述的下游中心开孔闸阀5包括上下两片半圆孔闸阀，其内径与高压脉冲旋转反冲喷嘴的外径相等，使得下游中心开口闸阀5关闭的时候可保证高压脉冲旋转反冲喷嘴4的连接管能在上下两片闸阀关闭后形成的一个圆形通孔中自由转动，进而使高压脉冲旋转反冲喷嘴4不断转动，在旋转马达7带动高压脉冲旋转反冲喷嘴4高速旋转过程中，保证高压脉冲射流覆盖整个颗粒捕集器18，通过高压射流反向冲刷，使附着不牢的颗粒从捕集器上分离。

进一步地，所述的超声波发生器19根据再生电控单元ECU13发出指令，调整超声波发生的功率、频率、持续时间，使紧密附着于捕集器表面的颗粒物分离、脱落。

具体地，所述的步骤①中，当再生电控单元ECU13计算出上游压力传感器15检测到的压力值与下游压力传感器11检测到的压力值的压差超过设定值、同时上游温度传感器16检测到的温度值与下游温度传感器12检测到的温度值的温度差超过设定值时，判断需要对颗粒捕集器18进行再生，否则判断无需对颗粒捕集器18进行再生。即只有当再生电控单元ECU13计算出上游压力传感器15检测到的压力值大于下游压力传感器11检测到的压力值且差值超过所述的设定值，同时上游温度传感器16检测到的温度值大于下游温度传感器12检测到的温度值且差值超过所述的设定值时，才判定组要再生，两个设定值根据颗粒捕集器18的堵塞程度设定，由于不同的车型及不同发动机型号堵塞程度不一样，因此两个设定值根据实际情况进行设定，本发明的方法能够实现对不同汽车或工程机械的再生控制。

所述步骤②、③和为1个清洗再生循环，实际操作将根据颗粒捕集器内碳烟的捕集量可选择1次清洗再生循环，或多次清洗再生循环，直至将捕集器内碳烟清除干净。

所述步骤②和③中污水箱安装于发动机排气管上，污水箱盖加工有水蒸气溢出孔，依靠高温排气对进入污水箱的废水加热，使水分蒸发并剩下颗粒物饼层，以便集中进行无害化处理。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种颗粒捕集器再生装置，其特征在于：包括进水管、颗粒捕集器（18）、污水箱（1）、再生电控单元ECU（13）、发动机排气管（2），所述的颗粒捕集器（18）包括依次连接的上游管道、内腔及下游管道，进水管中间设有旋转轴承（6），进水管前端与高压脉冲旋转反冲喷嘴（4）相连，后端通过高压泵（8）与清水箱（9）相连；所述旋转轴承（6）由旋转马达（7）带动旋转，电源Ⅰ（10）为旋转马达（7）供电；所述颗粒捕集器（18）上游管道内设有上游电磁阀（17），上游管道的上端安装有上游压力传感器（15）、上游温度传感器（16），内腔的上、下两端设有液位传感器（14），下游管道的中部设有下游中心开口闸阀（5），下游管道的上部设有下游压力传感器（11）、下游温度传感器（12），下游中心开口闸阀（5）安装在高压脉冲旋转反冲喷嘴（4）后端的进水管上，高压脉冲旋转反冲喷嘴（4）、上游电磁阀（17）、上游压力传感器（15）、上游温度传感器（16）、液位传感器（14）、下游中心开口闸阀（5）、下游压力传感器（11）、下游温度传感器（12）均与再生电控单元ECU（13）相连；所述颗粒捕集器（18）与超声波发生器（19）表面接触并固定连接在一起；所述超声波发生器（19）由电源Ⅱ（20）供电；污水处理装置包括污水箱（1），污水箱（1）固定在发动机排气管（2）的上表面且通过管道与颗粒捕集器（18）内腔的下端连接，所述污水箱（1）前端与颗粒捕集器（18）内腔连接处设有污水箱电磁阀（21）；

所述的高压脉冲旋转反冲喷嘴（4）为与颗粒捕集器（18）下游管道的轴线成45°角的中空长管，其靠近颗粒捕集器（18）内腔的末端为堵头，管壁上均匀开有喷孔；

所述的下游中心开口闸阀（5）包括上下两片半圆孔闸阀，其内径与高压脉冲旋转反冲喷嘴的外径相等。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒捕集器再生装置，其特征在于：所述的污水箱（1）的上端设有开有微小通孔的污水箱盖（3）。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒捕集器再生装置，其特征在于：所述的超声波发生器（19）根据再生电控单元ECU（13）发出指令，调整超声波发生的功率、频率、持续时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种颗粒捕集器再生装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

①再生电控单元ECU（13）根据安装于颗粒捕集器（18）上游的上游压力传感器（15）、上游温度传感器（16）及安装于与颗粒捕集器（18）下游的下游温度传感器（12）、下游压力传感器（11），判断是否需要对颗粒捕集器（18）进行再生；

②需要再生时，再生电控单元ECU（13）关闭排气上游电磁阀（17）、下游中心开口闸阀（5），打开污水箱电磁阀（21），启动高压泵（8）及旋转马达（7），通过开启高压脉冲旋转反冲喷嘴（4），对颗粒捕集器（18）进行高压水脉冲射流清洗，废水进入污水箱（1）；

③高压水脉冲射流清洗完成后，再生电控单元ECU（13）关闭污水箱电磁阀（21），高压脉冲旋转反冲喷嘴（4）持续注水，直至颗粒捕集器（18）内腔完全充水，此时再生电控单元ECU（13）接收液位传感器（14）的高液位信号后，关闭高压泵（8）、旋转马达（7）、高压脉冲旋转反冲喷嘴（4），开启超声波发生器（19），对颗粒捕集器（18）进行超声波震荡清洗；

④超声波震荡清洗完成后，再生电控单元ECU（13）关闭超声波发生器（19），开启污水箱电磁阀（21），排空颗粒捕集器（18）内腔污水后，液位传感器（14）向再生电控单元ECU（13）发出低液位信号，再生电控单元ECU（13）开启高压泵（8）、旋转马达（7）、高压脉冲旋转反冲喷嘴（4），对超声波震荡后残留在颗粒捕集器（18）内的颗粒物进行冲刷，高压射流冲洗后的污水流入污水箱（1），完成对颗粒捕集器（18）的清洗再生；

⑤清洗再生完成后，再生电控单元ECU（13）关闭高压泵（8）、旋转马达（7）、高压脉冲旋转反冲喷嘴（4），关闭污水箱电磁阀（21），打开上游电磁阀（17）、下游中心开口闸阀（5），此时发动机处于可正常工作状态。

5.根据权利要求4所述的一种颗粒捕集器再生装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤①中，当再生电控单元ECU（13）计算出上游压力传感器（15）检测到的压力值与下游压力传感器（11）检测到的压力值的压差超过设定值、同时上游温度传感器（16）检测到的温度值与下游温度传感器（12）检测到的温度值的温度差超过设定值时，判断需要对颗粒捕集器（18）进行再生，否则判断无需对颗粒捕集器（18）进行再生。