CN108952911A - 一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柴油机主、被动再生装置，可实现高效的被动再生与直接起燃DPF内碳烟高效主动再生的灵活切换，该装置属于柴油车排气后处理技术领域，本发明柴油机主、被动再生装置与发动机排气管连接，由真空隔热套管的废气净化总成，对主、被动再生进行控制的再生控制系统，负责主动再生燃油、二次空气、点火的油气供给及点火系统组成，本发明主要用于对柴油车辆排放的废气进行净化，通过保温隔热套实现对被动再生温度的有效保持，提升被动再生效率，通过Y型燃烧器对DPF内捕集的颗粒物进行直接氧化，本发明可有效提高主、被动再生效率，降低再生耗油量，实现高可靠性及高安全性的主动再生。

Description

一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置
技术领域
本发明涉及一种柴油机主、被动再生装置，尤其涉及一种DOC、Y型燃烧、DPF串联结构的主、被动再生装置，能实现高效的被动再生与直接起燃DPF内碳烟高效主动再生的灵活切换，属于柴油机尾气处理技术领域。
背景技术
近年来随着机动车产、销量及保有量的迅猛增长，机动车的排气污染已经在城市环境污染源中占据了主导地位，由于该污染与全民身体健康息息相关，因此政府部门对于环境保护具有的迫切愿望，机动车尾气的治理成为了机动车行业亟需解决的问题。
目前，采用氧化型催化器DOC（Diesel Oxidation Catalyst）与颗粒捕集器DPF（Diesel Particulate Filter）的被动再生系统已在柴油机尾气后处理技术领域得到广泛应用。该被动再生装置的特征是：车辆在行驶过程中，仅利用尾气温度，即可自发进行对颗粒物的再生。该方案的不利之处是：当柴油发动机尾气排放恶劣，排气温度低，DPF也无法有效将柴油机尾气中的全部碳烟完全再生，导致DPF内出现堵塞现象，之后若不更换DPF或进行主动再生，将造成DPF内背压上升，大幅影响发动机工作效率，增加发动机的油耗。
因而，市场上出现了在上述DOC与DPF载体封装前端加装一种可以实现喷油再生的燃烧器，燃烧消耗DPF内难以被动再生的碳烟颗粒，使DPF背压降低。
当前的主动再生装置均是采用燃烧器DOCDPF或是燃烧器DPFDOC顺序装置，该类装置具有如下4方面的问题：其一，采用燃烧器DOCDPF顺序的后处理装置，混合油气先经过DOC，将损失一部分柴油，造成再生油耗上升；其二，高温气流冲击DOC，造成载体及其DOC上涂覆的贵金属催化剂脱落，氧化效率降低；其三，DOC提升温度效率低，造成DPF内碳烟起燃温度控制困难，而对于燃烧器DOCDPF装置来说，DOC提升温度直接排入大气，未能将该升温温度再次利用，进而需要通过提升燃烧器喷油量来提高起燃颗粒物的温度，造成再生油耗增加；其四，柴油机尾气后处理装置保温效果较差，温度提升慢，被动再生效果不理想，主动再生安全性及可靠性低。
基于上述特质，需要对柴油机后处理装置提出更加节约燃料、更加可靠的技术方案。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，可实现高效的被动再生与直接起燃DPF内碳烟高效主动再生的灵活切换，特别是该装置进入主动再生时，既能保护DOC载体催化氧化性能，还能提高主动再生效率，降低再生燃油消耗量。
本发明的技术方案，一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，包括再生控制系统、油气供给及点火系统、废气净化总成，所述再生控制系统实时监测废气净化总成内的温度和压力，根据主动再生控制策略发出指令信号，控制油气供给与点火系统启动，供给废气净化总成净化所需主动再生温度和氧浓度；
所述废气净化总成包括DOC（氧化型催化器）、Y型燃烧器、DPF（颗粒捕集器），所述DOC的进气端与发动机排气管连接，DOC下游与Y型燃烧器连接，Y型燃烧器的下游与DPF连接，所述Y型燃烧器包括废气热流混合导流管、热导流管、燃烧室，其中废气热流混合导流管安装在DOC与DPF之间，其来流端与DOC的排气流出端相联接，其流出端与DPF相联接，所述热导流管连接在燃烧室与废气热流混合导流管之间，用于将燃烧室产生的热流导入废气热流混合导流管，所述热流与DOC的排气流在废气热流混合导流管中汇合，二者流向汇集形成Y字母的形状，所述废气净化总成外围还设置有真空隔热套管，实现对废气净化总成内部保温，外部隔热；
所述油气供给及点火系统包括：再生燃油供给子系统、二次空气供给子系统以及点火子系统，所述再生燃油供给子系统用于向燃烧室喷入燃油；所述二次空气供给子系统用于向燃烧室输入燃油燃烧所需的空气，二次空气供给子系统有两路供气，一路连接在发动机进气管上，发动机进气管中的空气经电磁阀后输入Y型燃烧器的燃烧室内辅助燃油燃烧，另一路是空气泵输出的空气经电磁阀后输入Y型燃烧器的燃烧室内辅助燃油燃烧；所述点火子系统用于燃油在燃烧室的点火；
所述再生控制系统包括后处理电控单元、三个压差传感器、三个温度传感器，三个压差传感器分别设置在DOC前端、DPF前端、DPF后端， 三个温度传感器分别设置在DOC前端、DPF前端、DPF后端，后处理电控单元接收各压差传感器、温度传感器的电信号，监测废气净化总成的工作状态，根据主动再生控制策略，控制油气供给及点火系统工作，实现柴油机主、被动再生装置的主动再生。
所述主动再生控制策略是压差传感器检测到DPF背压达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统的两路供气，控制点火系统点火，实现主动再生温度的有效控制。
所述主动再生控制策略还可以是压差传感器检测到DPF背压达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统中与空气泵连接的一路供气，控制点火系统点火，实现主动再生温度的有效控制。
所述主动再生控制策略还可以是检测到DPF背压和温度达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统的两路供气，利用DPF内部的温度点燃油气，实现内主动再生温度的有效控制。
所述主动再生控制策略还可以是检测到DPF背压和温度达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统中与发动机进气管连接的一路供气，利用DPF内部的温度点燃油气，实现内主动再生温度的有效控制。
为了防止废气热流混合导流管内的气流扰动，影响压差传感器的测量精度，并有效防止废气热流混合导流管内的强气流干扰燃烧室内的燃烧，实现装置再生状态的精确控制，在所述热导流管与废气热流混合导流管的连接处设置有网板，网板优选圆弧形网板，圆弧内径与废气热流混合导流管的内径相同。
本发明带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置是这样工作的，后处理电控单元接收来自压差传感器和温度传感器的信号进行循环分析诊断，若检测结果为DPF捕集的颗粒物引起的背压未达到主动再生设定压力值，油气供给及点火系统不动作，仅仅对传入的传感器信号进行持续监测、分析，即所述主、被动再生装置处于发动机非怠速运转的通常情况下的被动再生状态，柴油机产生的尾气经DOC处理和DPF，利用催化剂和烟气本身的温度去除柴油机尾气中的碳颗粒并将氮氧化物转化成氧气和氮气，实现尾气的被动再生，当DPF捕集的颗粒物引起的背压达到主动再生设定的压力值，所述主、被动再生装置由先前执行的被动再生状态切换成主动再生状态，后处理电控单元根据DPF背压和温度控制油气供给及点火系统工作，形成高温再生热流，与来自发动机的废气流在废气热流混合导流管中掺混，执行对DPF捕集的颗粒物的起燃，将DPF中积累的碳颗粒燃烧成二氧化碳，实现尾气的主动再生，主动再生完成后，后处理电控单元控制油气供给及点火系统工作停止，恢复所述发动机非怠速运转的通常情况负载下的被动再生状态。
本发明通过串联而成的DOC、Y型燃烧器、DPF构成主、被动再生装置，通过油气供给及点火系统和再生控制系统主、被动再生状态的监测、主被动再生的工作转换、主动再生温度的控制，与现有技术相比，采用该装置带来的显著优势是：主动再生时，发动机废气伴随Y型烧器生成的高温热流，直接进入DPF内起燃碳烟，高温热流无需穿过DOC，既可提高主动再生效率，降低主动再生燃油消耗量，还能保护DOC载体及催化剂不出现高温损坏及热老化现象；除此之外，真空隔热套管可实现对净化装置的内部保温，有效提升被动再生效率，节约主动再生燃油消耗量，而对外隔热则有效提升主动再生可靠性，降低主动再生对车辆底盘的影响，还能使高温不向外辐射，改善主动再生安全性，通过二次空气供给子系统两路供气的设置，可快速根据发动机的排气状态进行供气自适应调整，主、被动再生装置控制精度高、响应速度快、再生效果好，工作稳定可靠。
附图说明
图1是一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置实施例的组成图。
图2是图1中废气净化总成的结构图。
图3是图2中沿A-A剖面图。
图4是图2中Y型燃烧器结构图。
图中各标号：1-后处理电控单元DCU；2-空气泵；3-单向阀；4-三位三通电磁阀；5-高速电磁阀；6-再生油泵；7-再生油箱； 8-电源；9-发动机电控单元ECU；10-分配阀；11-进气管；12-柴油发动机；13-排气管；14-氧化型催化器DOC；15-Y型燃烧器；16-颗粒捕集器DPF；17-真空隔热套管；18-废气热流混合导流管；19-热导流管；20-燃烧室；21-电热点火器；22-空气喷嘴；23-喷油嘴；24-前段真空隔热套；25-定位块；26-卡扣；27-后段真空隔热套；28-真空隔热套管内壳体；29-真空隔热套管外壳体；30-压差传感器；31-压差传感器；32-压差传感器；33-温度传感器；34-温度传感器；35-温度传感器；36-网板。
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。
在本实施例中，该柴油机主、被动再生装置主要用于对柴油车辆排放的废气进行净化，所述柴油车辆并不局限于某一类特定车辆，例如，可以是农业、林业、工程等非道路使用的拖拉机、收割机、播种机、打药机、消防车、起重机、挖掘机、叉车等，还可以是货车、客车、乘用车等道路车辆，该柴油车辆只要满足使用燃料为柴油的机动车或是多燃料作为动力源中一种燃料为柴油的动力车即可。
如图1至图4所示，一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，用于实现高效的被动再生与直接起燃DPF内碳烟高效主动再生的灵活切换，包括：再生控制系统、油气供给及点火系统、废气净化总成，所述再生控制系统发出指令信号，控制油气供给与点火系统启动，供给废气净化总成净化所需主动再生温度和氧浓度。
废气净化总成包括氧化型催化器DOC14、Y型燃烧器15、颗粒捕集器DPF16， DOC的进气端与柴油发动机12的排气管13连接，氧化型催化器DOC14下游与Y型燃烧器15连接，Y型燃烧器15的下游与颗粒捕集器DPF16连接， Y型燃烧器15包含废气热流混合导流管18、热导流管19、燃烧室20，其中废气热流混合导流管18安装在氧化型催化器DOC14与颗粒捕集器DPF16之间，其来流端与化型催化器DOC14的排气流出端相联接，其流出端与颗粒捕集器DPF16相联接，热导流管19连接在燃烧室20与废气热流混合导流管18之间，用于将燃烧室20产生的热流导入废气热流混合导流管18，燃烧室20产生的热流与氧化型催化器DOC14的排气流在废气热流混合导流管18中汇合，二者流向汇集形成Y字母的形状，废气净化总成外围还设置有真空隔热套管17，实现对废气净化总成内部保温，外部隔热。
油气供给及点火系统包括：再生燃油供给子系统、二次空气供给子系统以及点火子系统，再生燃油供给子系统用于向燃烧室喷入燃油，再生燃油供给子系统包括顺序连接的再生油箱7、再生油泵6、高速电磁阀5、喷油嘴23，喷油嘴23安装在燃烧室20内，再生油泵6和高速电磁阀5由后处理电控单元DCU1控制；二次空气供给子系统用于向燃烧室输入燃油燃烧所需的空气，二次空气供给子系统包括三位三通电磁阀4、分配阀10、空气泵2、单向阀3、空气喷嘴22，分配阀10的输入端连接在柴油发动机12的进气管11上，输出端与三位三通电磁阀4的一个输入口连接，空气泵2的输入端接大气，输出端连接在三位三通电磁阀4的另一个输入口上，单向阀3的输入端连接在三位三通电磁阀4的输出口上，单向阀3的输出端与空气喷嘴22连接，空气喷嘴22安装在Y型燃烧器15的燃烧室20内，分配阀10、三位三通电磁阀4和空气泵2由后处理电控单元DCU1控制；点火子系统是安装在燃烧室20内的电热点火器21，用于燃油在燃烧室20的点火。
再生控制系统包括后处理电控单元DCU1、设置在氧化型催化器DOC14前端的压差传感器30、颗粒捕集器DPF16前端的压差传感器31、颗粒捕集器DPF16后端的压差传感器32、氧化型催化器DOC14前端的温度传感器33、颗粒捕集器DPF16前端的温度传感器34、颗粒捕集器DPF16后端的温度传感器35，后处理电控单元DCU1接收各压差传感器、温度传感器的电信号，监测废气净化总成的工作状态，根据主动再生控制策略，控制油气供给及点火系统工作，实现柴油机主、被动再生装置的主动再生。
真空隔热套管17由内壳体28与外壳体29包围形成密闭空间，该密闭空间内抽真空，以达到对净化器总成内部保温，对外部隔热的目的，更为具体地，真空隔热套管17分为独立、可拆卸式的前段真空隔热套24，后段真空隔热套27，前述前、后两段真空隔热套24、27通过卡扣26相连，且该真空隔热套管内壳体28设置有定位块25，通过定位块25确保真空隔热套管17与氧化型催化器DOC14、Y型燃烧器15、颗粒捕集器DPF16的装配到位。
热导流管19与废气热流混合导流管18的连接处设置有网板36，网板36是圆弧形网板，圆弧内径与废气热流混合导流管18的内径相同。
本实施例带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其主动再生控制策略是检测到颗粒捕集器DPF16背压和温度达到设定值时，后处理电控单元DCU1控制油泵6和高速电磁阀5供油，控制空气泵2供气，控制的三位三通电磁阀4的各路通断，控制电热点火器21点火，利用燃气加热，实现颗粒捕集器DPF16内主动再生温度的有效控制。
主动再生控制策略还可以是检测到颗粒捕集器DPF16背压和温度达到设定值时，后处理电控单元DCU1控制油泵6和高速电磁阀5供油，控制空气泵2供气，控制的三位三通电磁阀4的各路通断，利用颗粒捕集器DPF16内部的温度点燃油气，实现颗粒捕集器DPF16内主动再生温度的有效控制。

Claims (9)

1.一种带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，包括：再生控制系统、油气供给及点火系统、废气净化总成，其特征在于：
所述废气净化总成包括DOC（氧化型催化器）、Y型燃烧器、DPF（颗粒捕集器），所述DOC的进气端与发动机排气管连接，DOC下游与Y型燃烧器连接，Y型燃烧器的下游与DPF连接，所述Y型燃烧器包括废气热流混合导流管、热导流管、燃烧室，其中废气热流混合导流管安装在DOC与DPF之间，其来流端与DOC的排气流出端相联接，其流出端与DPF相联接，所述热导流管连接在燃烧室与废气热流混合导流管之间，用于将燃烧室产生的热流导入废气热流混合导流管，所述热流与DOC的排气流在废气热流混合导流管中汇合，二者流向汇集形成Y字母的形状，所述废气净化总成外围还设置有真空隔热套管，实现对废气净化总成内部保温和外部隔热；
所述油气供给及点火系统包括：再生燃油供给子系统、二次空气供给子系统以及点火子系统，所述再生燃油供给子系统用于向燃烧室喷入燃油；所述二次空气供给子系统用于向燃烧室输入燃油燃烧所需的空气，二次空气供给子系统有两路供气，一路连接在发动机进气管上，发动机进气管中的空气经电磁阀后输入Y型燃烧器的燃烧室内辅助燃油燃烧，另一路是空气泵输出的空气经电磁阀后输入Y型燃烧器的燃烧室内辅助燃油燃烧；所述点火子系统用于燃油在燃烧室的点火；
所述再生控制系统包括后处理电控单元、三个压差传感器、三个温度传感器，三个压差传感器分别设置在DOC前端、DPF前端、DPF后端， 三个温度传感器分别设置在DOC前端、DPF前端、DPF后端，后处理电控单元接收各压差传感器、温度传感器的电信号，监测废气净化总成的工作状态，根据主动再生控制策略，控制油气供给及点火系统工作，实现柴油机主、被动再生装置的主动再生。
2.根据权利要求1所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述主动再生控制策略是压差传感器检测到DPF背压达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统的两路供气，控制点火系统点火，实现主动再生温度的有效控制。
3.根据权利要求1所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述主动再生控制策略是压差传感器检测到DPF背压达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统中与空气泵连接的一路供气，控制点火系统点火，实现主动再生温度的有效控制。
4.根据权利要求1所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述主动再生控制策略是检测到DPF背压和温度达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统的两路供气，利用DPF内部的温度点燃油气，实现内主动再生温度的有效控制。
5.根据权利要求1所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述主动再生控制策略是检测到DPF背压和温度达到设定值时，后处理电控单元控制再生燃油供给子系统供油，控制二次空气供给子系统中与发动机进气管连接的一路供气，利用DPF内部的温度点燃油气，实现内主动再生温度的有效控制。
6.根据权利要求1所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述再生燃油供给子系统包括顺序连接的再生油箱、再生油泵、高速电磁阀、喷油嘴，所述喷油嘴安装在燃烧室内，所述再生油泵和高速电磁阀由后处理电控单元控制。
7.根据权利要求1或6所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述二次空气供给子系统包括三位三通电磁阀、分配阀、空气泵、单向阀、空气喷嘴，所述分配阀的输入端连接在发动机进气管上，输出端与三位三通电磁阀的一个输入口连接，所述空气泵的输入端接大气，输出端连接在三位三通电磁阀的另一个输入口上，所述单向阀的输入端连接在三位三通电磁阀的输出口上，单向阀的输出端与空气喷嘴连接，空气喷嘴安装在Y型燃烧器的燃烧室内，所述分配阀、三位三通电磁阀和空气泵由后处理电控单元控制。
8.根据权利要求1至7所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述热导流管与废气热流混合导流管的连接处设置有网板。
9.根据权利要求8所述的带保温隔热套的柴油机主、被动再生装置，其特征在于：所述网板是圆弧形网板，圆弧内径与废气热流混合导流管的内径相同。
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