CN110067619A - 用于dpf提温的柴油燃烧器及提温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于DPF提温的柴油燃烧器，包括壳体，壳体侧壁连接有进气管，壳体通过法兰结构连接有燃烧室；燃烧室包括外腔罩和内腔罩；内腔罩的进油口与外腔罩相连接；外腔罩固定连接有喷油嘴，喷油嘴伸入进油口；内腔罩与外腔罩之间具有进气环形腔，内腔罩的侧壁上开设有进气口；外腔罩通与壳体的热气进气端相连通，外腔罩的侧壁连接有引气管和点火塞。本发明还公开了一种使用上述用于DPF提温的柴油燃烧器进行的提温方法。本发明点火成功率高，气流不会吹灭火焰，点火塞寿命长，节约了设置水冷的结构和成本，保证再生的温度条件均匀稳定。

Description

用于DPF提温的柴油燃烧器及提温方法

技术领域

本发明涉及一种柴油机尾气处理技术领域，具体为一种用于BR-DPF提温的柴油燃烧器。

背景技术

柴油发动机是将柴油燃烧的热量转化为动能的机器，它的热量转化效率较高、扭矩大、经济性能好，从而被广泛应用。

由于柴油发动机工作时会产生较多PM（黑烟微粒）、HC、NO_X等污染物，而PM又是柴油发动机排放污染物的重中之重。目前处理PM最有效的办法是BR-DPF（柴油燃烧器再生微粒捕集器），它可以拦截90%以上的发动机产生的颗粒物，通过主动再生和被动再生两种方式将拦截在BR-DPF中的颗粒物再次燃烧，从而消除颗粒物。DPF 主动再生是指在 DPF 中喷射燃油助燃，推动 DPF 再生的技术 ；DPF 被动再生指的是仅依靠发动机排气热量使 DPF再生的技术。

平原滤清器有限公司研发生产的BR-DPF System，是用于过滤捕集柴油车辆或机械排放的黑烟微粒（PM）、依靠柴油燃烧器进行再生的尾气后处理系统产品。该系统最有效的工作温度为550℃左右，当柴油发动机长期怠速工作时排气温度无法达到理想的再生温度，拦截的颗粒物无法燃烧，随着BR-DPF的颗粒物越积越多发动机排气背压会逐渐升高，发动机的性能会逐渐下降甚至熄火。

目前通行的提温办法是：电加热提温、燃烧器提温和喷射柴油提温，但是，电加热提温对机载电源要求较高，通用性不强；燃烧器提温使用范围较广，如中国专利201210159714就公开了一种使用燃烧器的发动机DPF可控再生系统。但目前市场上燃烧器在发动机工况突变时火焰容易熄灭，点火失败概率较高，且柴油中不稳定成分会在一定温度下发生反应，若无水冷，会形成胶质或树脂状粘稠物堵塞喷油嘴；若无额外的空气辅助则温度场分布不均匀，导致再生失败；喷射柴油提温的技术方案无法在全工况下进行再生，且无法精准控制柴油的喷射量，柴油喷射过少无法有效提温，喷射过多会造成油耗增加，且未完全燃烧的柴油也会对环境造成二次污染。

一旦BR-DPF完全堵死，发动机排气背压会急剧升高甚至会导致发动机熄火，此时就需拆下BR-DPF进行离线再生，这就会影响发动机正常的工作，影响正常的工作进度，且离线再生也会增加维护成本，给生产者带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于DPF提温的柴油燃烧器，通用性强，点火成功率高，无二次污染。

为实现上述目的，本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器包括壳体，沿轴向方向，壳体一端为出气端且另一端为用于热气流进入的热气进气端；邻近热气进气端的壳体侧壁连接有进气管，壳体通过进气管和出气端串联连接在发动机排气管上；

壳体的热气进气端通过法兰结构连接有燃烧室；燃烧室包括外腔罩和内腔罩，内腔罩位于外腔罩内，内腔罩、外腔罩和壳体同轴线设置；

沿壳体的轴线方向，内腔罩一端为进油端且另一端为热气出口；进油端连接有进油口，进油口与外腔罩相连接；外腔罩固定连接有喷油嘴，喷油嘴伸入进油口；内腔罩与外腔罩之间具有进气环形腔，内腔罩的侧壁上开设有进气口，进气口连通进气环形腔；内腔罩的热气出口径向延伸设有凸环，凸环与外腔罩的内壁相连接；

热气出口处的外腔罩通过所述法兰结构与壳体的热气进气端相连通，外腔罩的侧壁连接有引气管和点火塞，点火塞伸入内腔罩，引气管一端与进气环形腔相连通且其另一端与进气管相连通。

所述进气管连接有进气法兰，壳体的出气端连接有出气法兰；所述进气口设置有两个，两个进气口分别位于内腔罩的顶部和底部。

所述壳体内设有均流结构；

均流结构包括扩散内筒、扩散外筒和扩散隔板，扩散内筒、扩散外筒和扩散隔板均与壳体同轴线设置；扩散内筒位于扩散隔板与壳体的热气进气端之间，扩散内筒一端与内腔罩的热气出口相连通且另一端与扩散隔板相连接；扩散隔板上均匀分布有扩散孔；

扩散内筒的中部径向凸起形成扩径部，扩径部两侧的扩散内筒分别为第一筒段和第三筒段，扩径部为第二筒段；第一筒段、第二筒段和第三筒段的外壁分别沿周向设有透气孔，透气孔在第三筒段的外壁上均匀分布；第一筒段和第二筒段相接处形成的台阶面上分布有若干第一扰流孔；

扩散外筒罩设在第三筒段上并与扩散隔板相连接；扩散外筒的端部向内径向延伸设有环形连接板，环形连接板与扩散内筒相连接；环形连接板上沿周向分布有若干第二扰流孔，扩散外筒的表面沿周向分布有若干第三扰流孔；各第一扰流孔、第二扰流孔和第三扰流孔处均设有扰流片；壳体内壁与扩散内筒、扩散外筒以及扩散隔板一侧表面之间围成上游气腔，扩散隔板另一侧表面与壳体围成下游气腔。

均流结构还包括有设置在下游气腔中的扰流器；

扰流器包括扰流筒体，扰流筒体轴向端面的中部设有通孔，扰流筒体的圆周面上均匀分布有扰流片。

进气管处设有进气温度传感器座和进气压差传感器座；燃烧室内腔罩处设有燃烧温度传感器，扰流器上游侧的下游腔体处设有混合气体温度传感器座，扰流器下游侧的下游腔体处设有出气压差传感器座。

本发明还公开了使用上述用于DPF提温的柴油燃烧器进行的提温方法，通过进气法兰和出气法兰将用于DPF提温的柴油燃烧器安装在DPF装置上游方向的发动机排气管上；在进气温度传感器座处安装进气温度传感器，在进气压差传感器座处安装进气压差传感器，在混合气体温度传感器座安装混合气体温度传感器，在出气压差传感器座处安装出气压差传感器；DPF装置处安装有DPF压差传感器；

点火塞、喷油嘴、进气温度传感器、燃烧温度传感器、混合气体温度传感器、进气压差传感器和出气压差传感器均通过车载电路与车载ECU相连接，喷油嘴与机动车油路相连接。车载ECU中储存有目标温度和目标压差；

当DPF压差传感器监测到DPF装置前后的压差大于目标压差时，表明DPF中捕集的微粒过多，此时车载ECU控制喷油嘴向燃烧室内腔罩中喷入燃油，同时车载ECU控制点火塞点火；进气管通过引气管向燃烧室的进气环形腔供气，气体经进气口进入内腔罩与燃油混合并燃烧；燃烧形成的高温气体通过法兰结构进入壳体，经均流结构与由进气管进入壳体的低温气体混合后形成混合气体；

当混合气体温度传感器检测到的温度低于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴持续喷油燃烧，当混合气体温度传感器检测到的温度高于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴停止喷油，停止燃烧过程；达到目标温度的混合气体在通过DPF装置时为DPF装置提供再生的温度条件。

本发明具有如下的优点：

工作时，进气管中的气体通过引气管进入进气环形腔中，不会直接吹在火焰上，而是通过进气口进入内腔罩再参与燃烧，因此既可保证火焰燃烧所需的氧气供应量，同时又可避免气流直吹火焰，在机动车发动机的排气量变化时也不会吹灭火焰。

柴油从压力较高的喷油嘴喷出后容易雾化且油雾呈锥形分布，在氧含量充足的情况下油雾浓度越高点火越容易，但是点火塞与喷油嘴间的距离过小会导致油雾打湿点火塞，造成积碳和点火困难以及点火塞寿命下降等问题。本发明中油雾集中在内腔罩中，油雾浓度较以往得到提高，点火塞无须过于靠近喷油嘴，避免了油雾打湿点火塞带来的问题，提高了油雾浓度，点火成功率相较以往得到明显提升，且最大限度地延长了点火塞的寿命，具有良好的经济效率和优异的用户体验。

外腔罩和内腔罩将燃烧室区分为低温区（进气环形腔）与高温区（内腔罩内部），无须设置水冷也不会形成胶质或树脂状粘稠物堵塞喷油嘴，因而节约了设置水冷的结构和成本。本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器工作稳定，可以在机动车发动机处于任何工况时稳定工作，保证为BR-DPF装置提供足够再生用温度的气体，避免再生失败导致BR-DPF完全堵死，无须离线再生，降低维护成本，不因离线再生而影响机动车的正常使用。

进气法兰和出气法兰的设置，便于将本发明安装在发动机的排气管上。两个进气口的设置，能够保证引气管中的气体顺畅地通过进气环形腔和进气口进入内腔罩中参与燃烧。

均流结构可使来自进气管的低温气体和来自燃烧室的高温气体在有限的空间内更为均匀地混合在一起，降低了空间占用，使得本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器能够安装于空间有限的机动车上，提高了本发明的实用性，并且气流阻力较小，在保证混合均匀的前提下将燃烧器对机动车排气背压的影响尽可能地降低。均流结构引导了气流的流动方向，避免气流反吹火焰，保障火焰的持续燃烧。

气流通过扩散外筒上的第三扰流孔、扰流片和扩散隔板后涡流基本形成，气流再通过扰流器作用后温度场分布均匀性系数可达到0.96以上，使得本发明提供给BR-DPF装置的气流具有非常高的温度均匀性，保证再生的温度条件均匀稳定。

附图说明

图1是本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器的结构示意图；

图2是内腔罩的结构示意图；

图3是扩散内筒的结构示意图；

图4是扩散外筒的结构示意图；

图5是扰流器的结构示意图；

图6是图4中A处的放大图。

具体实施方式

本发明中，以气体流动方向为下游方向。

如图1至图6所示，本发明提供了一种用于DPF提温的柴油燃烧器，包括壳体1，沿轴向方向，壳体1一端为出气端且另一端为用于热气流进入的热气进气端；邻近热气进气端的壳体1侧壁连接有进气管2，壳体1通过进气管2上的进气法兰3和出气端处的出气法兰4串联连接在发动机排气管上；发动机排气管为机动车现有结构，图未示。

壳体1的热气进气端通过法兰结构5连接有燃烧室；燃烧室包括外腔罩6和内腔罩7，内腔罩7位于外腔罩6内，内腔罩7、外腔罩6和壳体1同轴线设置；

沿壳体1的轴线方向，内腔罩7一端为进油端且另一端为热气出口；进油端连接有进油口8，进油口8与外腔罩6相连接；外腔罩6固定连接有喷油嘴9，喷油嘴9伸入进油口8；内腔罩7与外腔罩6之间具有进气环形腔10，内腔罩7的侧壁上开设有进气口11，进气口11连通进气环形腔10；内腔罩7的热气出口径向延伸设有凸环12，凸环12与外腔罩6的内壁相连接；

内腔罩7热气出口处的外腔罩6通过所述法兰结构5与壳体1的热气进气端相连通，外腔罩6的侧壁连接有引气管13和点火塞14，点火塞14伸入内腔罩7，引气管13一端与进气环形腔10相连通且其另一端与进气管2相连通。

工作时，进气管2中的气体通过引气管13进入进气环形腔10中，不会直接吹在火焰上，而是通过进气口11进入内腔罩7再参与燃烧，因此既可保证火焰燃烧所需的氧气供应量，同时又可避免气流直吹火焰，在机动车发动机的排气量变化时也不会吹灭火焰。

柴油从压力较高的喷油嘴9喷出后容易雾化且油雾呈锥形分布，在氧含量充足的情况下油雾浓度越高点火越容易，但是点火塞14与喷油嘴9间的距离过小会导致油雾打湿点火塞14，造成积碳和点火困难以及点火塞14寿命下降等问题。本发明中油雾集中在内腔罩7中，油雾浓度较以往得到提高，点火塞14无须过于靠近喷油嘴9，避免了油雾打湿点火塞14带来的问题，提高了油雾浓度，点火成功率相较以往得到明显提升，且最大限度地延长了点火塞14的寿命，具有良好的经济效率和优异的用户体验。

外腔罩6和内腔罩7将燃烧室区分为低温区（进气环形腔10）与高温区（内腔罩7内部），无须设置水冷也不会形成胶质或树脂状粘稠物堵塞喷油嘴9，因而节约了设置水冷的结构和成本。本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器工作稳定，可以在机动车发动机处于任何工况时稳定工作，保证为BR-DPF装置提供足够再生用温度的气体，避免再生失败导致BR-DPF完全堵死，无须离线再生，降低维护成本，不因离线再生而影响机动车的正常使用。

所述进气管2连接进气法兰3，壳体1的出气端连接出气法兰4；所述进气口11设置有两个，两个进气口11分别位于内腔罩7的顶部和底部。

进气法兰3和出气法兰4的设置，便于将本发明安装在发动机的排气管上。两个进气口11的设置，能够保证引气管13中的气体顺畅地通过进气环形腔10和进气口11进入内腔罩7中参与燃烧。

所述壳体1内设有均流结构；

均流结构包括扩散内筒15、扩散外筒16和扩散隔板17，扩散内筒15、扩散外筒16和扩散隔板17均与壳体1同轴线设置；扩散内筒15位于扩散隔板17与壳体1的热气进气端之间，扩散内筒15一端与内腔罩7的热气出口相连通且另一端与扩散隔板17相连接；扩散隔板17上均匀分布有扩散孔；在板状结构上设置通孔为常规技术，图未示扩散孔。

扩散内筒15的中部径向凸起形成扩径部，扩径部两侧的扩散内筒15分别为第一筒段18和第三筒段20，扩径部为第二筒段19；第一筒段18、第二筒段19和第三筒段20的外壁分别沿周向设有透气孔21，透气孔21在第三筒段20的外壁上均匀分布；第一筒段18和第二筒段19相接处形成的台阶面上均匀分布有若干第一扰流孔22；

扩散外筒16罩设在第三筒段20上并与扩散隔板17相连接；扩散外筒16的端部向内径向延伸设有环形连接板23，环形连接板23与扩散内筒15相连接；环形连接板23上沿周向分布有若干第二扰流孔24，扩散外筒16的表面沿周向分布有若干第三扰流孔25；各第一扰流孔22、第二扰流孔24和第三扰流孔25处均设有扰流片26；壳体1内壁与扩散内筒15、扩散外筒16以及扩散隔板17一侧表面之间围成上游气腔27，扩散隔板另一侧表面与壳体1围成下游气腔28。进气管2与上游气腔27相连通。

均流结构还包括有设置在下游气腔28中的扰流器29；扰流器29包括扰流筒体30，扰流筒体30轴向端面的中部设有通孔31，扰流筒体30的圆周面上均匀分布有扰流片26。

均流结构可使来自进气管的低温气体和来自燃烧室的高温气体在有限的空间内更为均匀地混合在一起，降低了空间占用，使得本发明的用于DPF提温的柴油燃烧器能够安装于空间有限的机动车上，提高了本发明的实用性，并且气流阻力较小，在保证混合均匀的前提下将燃烧器对机动车排气背压的影响尽可能地降低。均流结构引导了气流的流动方向，避免气流反吹火焰，保障火焰的持续燃烧。

气流通过扩散外筒16上的第三扰流孔25、扰流片26和扩散隔板17后涡流基本形成，气流再通过扰流器29作用后温度场分布均匀性系数可达到0.96以上，使得本发明提供给BR-DPF装置的气流具有非常高的温度均匀性，保证再生的温度条件均匀稳定。

进气管2处设有进气温度传感器座32和进气压差传感器座33；燃烧室内腔罩7处设有燃烧温度传感器（常规技术，图未示），扰流器29上游侧的下游腔体处设有混合气体温度传感器座34，扰流器29下游侧的下游腔体处设有出气压差传感器座（常规技术，图未示）。

本发明还提供了一种使用上述用于DPF提温的柴油燃烧器进行的提温方法，将用于DPF提温的柴油燃烧器通过进气法兰3和出气法兰4安装在DPF（如BR-DPF）装置上游方向的发动机排气管上；在进气温度传感器座32处安装进气温度传感器，在进气压差传感器座33处安装进气压差传感器，在混合气体温度传感器座34安装混合气体温度传感器，在出气压差传感器座处安装出气压差传感器；DPF装置处安装有DPF压差传感器；

点火塞14、喷油嘴9、进气温度传感器、燃烧温度传感器、混合气体温度传感器、进气压差传感器和出气压差传感器均通过车载电路与车载ECU相连接，喷油嘴9与机动车油路相连接。车载ECU中储存有目标温度和目标压差；

当DPF压差传感器监测到DPF装置前后的压差大于目标压差时，表明DPF中捕集的微粒过多，此时车载ECU控制喷油嘴9向燃烧室内腔罩7中喷入燃油，同时车载ECU控制点火塞14点火；进气管2通过引气管13向燃烧室的进气环形腔10供气，气体经进气口11进入内腔罩7与燃油混合并燃烧；燃烧形成的高温气体通过法兰结构5进入壳体1，经均流结构与由进气管2进入壳体1的低温气体混合后形成混合气体；

当混合气体温度传感器检测到的温度低于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴9持续喷油燃烧，当混合气体温度传感器检测到的温度高于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴9停止喷油，停止燃烧过程；达到目标温度的混合气体在通过DPF装置时为DPF装置提供再生的温度条件。

本发明通过与车载ECU相连接，能够在车载ECU的控制下根据各传感器的数据适时开启BR-DPF装置的再生过程，为BR-DPF装置提供稳定的再生温度条件，避免柴油发动机长期怠速工作时以及工况转换时排气温度低而导致BR-DPF装置无法再生的问题。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.用于DPF提温的柴油燃烧器，包括壳体，其特征在于：沿轴向方向，壳体一端为出气端且另一端为用于热气流进入的热气进气端；邻近热气进气端的壳体侧壁连接有进气管，壳体通过进气管和出气端串联连接在发动机排气管上；

壳体的热气进气端通过法兰结构连接有燃烧室；燃烧室包括外腔罩和内腔罩，内腔罩位于外腔罩内，内腔罩、外腔罩和壳体同轴线设置；

沿壳体的轴线方向，内腔罩一端为进油端且另一端为热气出口；进油端连接有进油口，进油口与外腔罩相连接；外腔罩固定连接有喷油嘴，喷油嘴伸入进油口；内腔罩与外腔罩之间具有进气环形腔，内腔罩的侧壁上开设有进气口，进气口连通进气环形腔；内腔罩的热气出口径向延伸设有凸环，凸环与外腔罩的内壁相连接；

热气出口处的外腔罩通过所述法兰结构与壳体的热气进气端相连通，外腔罩的侧壁连接有引气管和点火塞，点火塞伸入内腔罩，引气管一端与进气环形腔相连通且其另一端与进气管相连通。

2.根据权利要求1所述的用于DPF提温的柴油燃烧器，其特征在于：所述进气管连接有进气法兰，壳体的出气端连接有出气法兰；所述进气口设置有两个，两个进气口分别位于内腔罩的顶部和底部。

3.根据权利要求2所述的用于DPF提温的柴油燃烧器，其特征在于：所述壳体内设有均流结构；

均流结构包括扩散内筒、扩散外筒和扩散隔板，扩散内筒、扩散外筒和扩散隔板均与壳体同轴线设置；扩散内筒位于扩散隔板与壳体的热气进气端之间，扩散内筒一端与内腔罩的热气出口相连通且另一端与扩散隔板相连接；扩散隔板上均匀分布有扩散孔；

扩散内筒的中部径向凸起形成扩径部，扩径部两侧的扩散内筒分别为第一筒段和第三筒段，扩径部为第二筒段；第一筒段、第二筒段和第三筒段的外壁分别沿周向设有透气孔，透气孔在第三筒段的外壁上均匀分布；第一筒段和第二筒段相接处形成的台阶面上分布有若干第一扰流孔；

扩散外筒罩设在第三筒段上并与扩散隔板相连接；扩散外筒的端部向内径向延伸设有环形连接板，环形连接板与扩散内筒相连接；环形连接板上沿周向分布有若干第二扰流孔，扩散外筒的表面沿周向分布有若干第三扰流孔；各第一扰流孔、第二扰流孔和第三扰流孔处均设有扰流片；壳体内壁与扩散内筒、扩散外筒以及扩散隔板一侧表面之间围成上游气腔，扩散隔板另一侧表面与壳体围成下游气腔。

4.根据权利要求3所述的用于DPF提温的柴油燃烧器，其特征在于：均流结构还包括有设置在下游气腔中的扰流器；

扰流器包括扰流筒体，扰流筒体轴向端面的中部设有通孔，扰流筒体的圆周面上均匀分布有扰流片。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于DPF提温的柴油燃烧器，其特征在于：进气管处设有进气温度传感器座和进气压差传感器座；燃烧室内腔罩处设有燃烧温度传感器，扰流器上游侧的下游腔体处设有混合气体温度传感器座，扰流器下游侧的下游腔体处设有出气压差传感器座。

6.使用权利要求5所述的用于DPF提温的柴油燃烧器进行的提温方法，其特征在于：

通过进气法兰和出气法兰将用于DPF提温的柴油燃烧器安装在DPF装置上游方向的发动机排气管上；在进气温度传感器座处安装进气温度传感器，在进气压差传感器座处安装进气压差传感器，在混合气体温度传感器座安装混合气体温度传感器，在出气压差传感器座处安装出气压差传感器；DPF装置处安装有DPF压差传感器；

点火塞、喷油嘴、进气温度传感器、燃烧温度传感器、混合气体温度传感器、进气压差传感器和出气压差传感器均通过车载电路与车载ECU相连接，喷油嘴与机动车油路相连接，

车载ECU中储存有目标温度和目标压差；

当DPF压差传感器监测到DPF装置前后的压差大于目标压差时，表明DPF中捕集的微粒过多，此时车载ECU控制喷油嘴向燃烧室内腔罩中喷入燃油，同时车载ECU控制点火塞点火；进气管通过引气管向燃烧室的进气环形腔供气，气体经进气口进入内腔罩与燃油混合并燃烧；燃烧形成的高温气体通过法兰结构进入壳体，经均流结构与由进气管进入壳体的低温气体混合后形成混合气体；

当混合气体温度传感器检测到的温度低于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴持续喷油燃烧，当混合气体温度传感器检测到的温度高于目标温度时，车载ECU控制喷油嘴停止喷油，停止燃烧过程；达到目标温度的混合气体在通过DPF装置时为DPF装置提供再生的温度条件。