CN110848042A - 一种气液多相喷射清除dpf颗粒和灰分的装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置及控制方法，气液多相喷射装置包含柴油与空气预混喷射、清洗溶液喷射和尾端灭焰溶液喷射等装置；根据柴油机实际运行的工况，由气液多相喷射控制器采集柴油机中的转速、运行时间和油门位置等信息，实时调整DPF再生时间、柴油、空气和溶液喷射量等参数；本发明的气液多相喷射装置及控制方法具备DPF清灰和尾端灭焰的功能；本发明在现有DPF再生技术的基础上，降低了颗粒数并消除了再生过程中尾焰引火的风险，达到提高柴油机DPF后处理性能的目的。

Description

一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置及控制方法
技术领域
本发明属于柴油机后处理技术领域，尤其是涉及一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置及控制方法。
背景技术
加装DPF装置是解决柴油机排气中颗粒物的较好办法。随着DPF中颗粒捕集达到一定数量时，排气背压升高，形成阻力，柴油机怠速将明显升高，性能下降，DPF需要再生清灰。
DPF再生分为主动再生和被动再生。主动再生主要包括燃烧器喷油加热再生、电加热再生、微波加热再生和红外线加热再生等；被动再生主要包括柴油添加剂催化再生过滤器系统和连续再生过滤器(Continuous Regeneration Technologies,CRT)等。由于主动再生装置的空间布局、成本和捕集效率等综合优势，目前已成为解决排气颗粒问题的良好途径。
现有的DPF主动再生装置存在燃烧不充分、壳体烧结、次级污染和尾焰引燃易燃物等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置及控制方法，通过引入空气促进柴油燃烧，喷射溶液降低DPF反应温度，再通过喷射溶液凝并微小颗粒、清洗DPF载体以及消除尾焰，进而提高DPF的性能同时规避可能的风险。
本发明所采用的技术方案如下：
一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，包括DPF装置，在DPF装置上游的排气管上沿进气方向依次装有柴油与空气预混喷射装置和清洗溶液喷射装置；在下游的排气管上装有尾端灭焰溶液喷射装置；在DPF装置的进出口两端装有DPF压力传感器；所述DPF压力传感器、柴油与空气预混喷射装置、清洗溶液喷射装置和尾端灭焰溶液喷射装置分别连接气液多相喷射控制器，通过气液多相喷射控制器控制气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分。
进一步，所述柴油与空气预混喷射装置上方设置柴油喷射入口A、空气喷射入口B和脉冲点火器；
进一步，所述气液多相喷射控制器包括点火控制模块、柴油空气喷射控制模块、清洗溶液喷射控制模块、尾端灭焰溶液喷射控制模块、再生判定控制模块和压力传感控制模块；
进一步，所述压力传感控制模块的输入端连接DPF压力传感器，所述压力传感控制模块的输出端连接再生判定控制模块的输入，所述再生判定控制模块的输出分别连接点火控制模块和柴油空气喷射控制模块的输入，所述柴油空气喷射控制模块的输出连接柴油与空气预混喷射装置；所述点火控制模块的输出分别连接清洗溶液喷射控制模块、尾端灭焰溶液喷射控制模块和脉冲点火器。
一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的控制方法，包括如下步骤：
S1、判断柴油机是否处于怠速工况；若处于怠速工况转S2，否则终止DPF再生；
S2、采集DPF装置两端压差，若压差超出所预设的范围，DPF再生开始，再生开始时刻记为t0；
S3、再生判定控制模块将再生开始的信号分别传送到点火控制模块和柴油空气喷射控制模块；柴油空气喷射控制模块接收再生开始的信号，确定柴油喷射量Q1和空气喷射量Q2并开始执行预喷射动作；
S4、点火控制模块接收再生开始的信号，计算柴油与空气的预喷射时间t01＝t1-t0，在t1时刻将信号传送给点火器，点火器按照固定频率进行点火动作，火焰在预混室内点燃并传播至排气管中；
S5、尾端灭焰溶液喷射控制模块根据点火时刻t1信号，依据柴油喷射量Q1计算相应的尾端灭焰溶液喷射量Q3，并将喷射信号传送给尾端灭焰溶液喷射装置，将DPF下游排气管内的温度降低并最大可能地消除尾焰；
S6、清洗溶液喷射控制模块接收点火时刻t1信号，根据柴油喷射量Q1计算相应的清洗溶液喷射量Q4和后延喷射时间t12＝t2-t1，将喷射信号传送给清洗溶液喷射装置，装置执行喷射动作；
S7、当柴油在预设喷射时间内喷射完毕时，再生判定控制模块将柴油空气停止喷射信号分别传送至点火控制模块和柴油空气喷射控制模块，这两模块分别在停火时刻t3控制柴油空气停止喷射和点火器停止点火；
S8、尾端灭焰溶液喷射控制模块根据停火时刻t3的信号，计算残余火焰在DPF中存在的后延时间t34＝t4-t3，将停止喷射信号传送至尾端灭焰溶液喷射装置，控制其在t4时刻停止喷射；
S9、清洗溶液喷射控制模块根据停火时刻t3的信号，计算后延停止喷射的时间t35＝t5-t3，将停止喷射信号传送至清洗溶液喷射装置，控制其在t5时刻停止喷射；
进一步，设定再生循环的条件为：当柴油机DPF完成一次再生循环后，压力传感器再次采集DPF两端的压差，当DPF两端压差恢复到原始压差的5％范围内，判定清灰彻底，则再生循环终止；反之，则进入下一个再生循环；当再生次数超过2次时，气液多相喷射控制器控制停止再生循环。
进一步，所述S3中根据柴油机不同工况下颗粒排放规定的碳载量，确定柴油喷射量Q1和空气喷射量Q2。
本发明的有益效果：
本发明气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，通过可调节的预混喷射可在不同碳载量的前提下调整柴油和空气的混合比，使再生火焰能更有效地消除沉积颗粒，避免燃烧不充分的问题；清洗溶液喷射装置可二次调整DPF再生时的温度，避免载体烧结，同时加速微小颗粒凝并，清洗DPF载体；尾端灭焰溶液喷射装置可有效地避免再生火焰窜出排气管，引燃排气管周边的可燃物。综合分析，此装置总体上可以使再生火焰稳定有效地在DPF载体中消除颗粒，保证反应效率和安全性。
同时，所提出气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的控制方法根据柴油机中的转速、运行时间和油门位置等信息，实时调整DPF再生时间、柴油、空气和溶液喷射量等参数，使气液多相喷射控制器中各模块能在准确的时间轴上传送信号给各执行器，使再生反应过程可控有效。
附图说明
图1为本发明气液多相喷射装置示意图；
图2为本发明气液多相喷射控制器内部控制信号传递关系示意图；
图3为本发明的再生循环时刻流程示意图；
图中，1、气液多相喷射控制器，2、点火控制模块，3、柴油空气喷射控制模块，4、清洗溶液喷射控制模块，5、尾端灭焰溶液喷射控制模块，6、再生判定控制模块，7、压力传感控制模块，8、DPF压力传感器，9、DPF装置，10、柴油与空气预混喷射装置，11、脉冲点火器，12、清洗溶液喷射装置，13、尾端灭焰溶液喷射装置，14、排气管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，包括DPF装置9，在DPF装置9的上游、下游分别装有排气管14，图中的Ⅰ端为上游进气端，Ⅱ端为下游出气端。
在上游进气端的排气管14上沿进气方向依次装有柴油与空气预混喷射装置10和清洗溶液喷射装置12，其中，清洗溶液喷射装置12喷射的溶液主要成分为氨和灰分清洗液；柴油与空气预混喷射装置10上方设置柴油喷射入口A、空气喷射入口B和脉冲点火器11，由柴油喷射入口A进入的柴油、空气喷射入口B进入的空气在预混室中混合，在脉冲点火器11的作用下，混合物在预混室中点燃并传播火焰进入排气管14。
在下游出气端的排气管14上装有尾端灭焰溶液喷射装置13，尾端灭焰溶液喷射装置13喷射的溶液主要成分为氨和灰分清洗液，通过喷射溶液降低排气管14中的温度，熄灭可能存在的火焰，还原由于主动再生火焰产生的NOX，尽可能地消除主动再生时的安全隐患并降低次级污染物排放。
在DPF装置9的两端分别设有DPF压力传感器8a、8b，且DPF压力传感器8a、8b分别连接气液多相喷射控制器1；如图2，气液多相喷射控制器1包括点火控制模块2、柴油空气喷射控制模块3、清洗溶液喷射控制模块4、尾端灭焰溶液喷射控制模块5、再生判定控制模块6和压力传感控制模块7；
其中，压力传感控制模块7接收DPF两端压差传感器输出的压力信号，并将压力信号传送给再生判定控制模块6，再生判定控制模块6判定DPF再生的需求，将处理后的再生开始或结束的信号分别传送到点火控制模块2和柴油空气喷射控制模块3；点火控制模块2接收再生开始或结束的信号，并计算点火时刻和停火时刻，将点火或停火信号分别传送至清洗溶液喷射控制模块4、尾端灭焰溶液喷射控制模块5和柴油与空气预混喷射装置10中的点火器11，点火器11按固定点火频率进行点火直至停火；清洗溶液喷射控制模块4和尾端灭焰溶液喷射控制模块5根据点火时刻，分别计算喷射溶液的时刻及流量，将信号分别对应传送给清洗溶液喷射装置12和尾端灭焰溶液喷射装置13；柴油空气喷射控制模块3接收再生开始或结束的信号，将喷射柴油和空气时刻及流量的信号传送至柴油与空气预混喷射装置10，柴油与空气预混喷射装置10执行相应动作。
基于本申请所设计的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，如图2、图3所示，本申请还提出了一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的控制方法，包括如下步骤：
S1、气液多相喷射控制器1中的再生判定控制模块6采集柴油机转速、运行时间和油门位置信号，根据所采集的信号判断柴油机是否处于怠速工况。若是，则转S2，否则随时终止DPF再生；
S2、若柴油机确实处于怠速工况，则进一步接收压力传感器7的信号，分析DPF装置9两端压差，若压差超出预设范围，则判定DPF再生开始，再生开始时刻记为t0。
S3、再生判定控制模块6将再生开始的信号分别传送到点火控制模块2和柴油空气喷射控制模块3；柴油空气喷射控制模块3接收再生开始的信号，根据柴油机不同工况下颗粒排放规定的碳载量，确定柴油喷射量Q1和空气喷射量Q2并开始执行预喷射动作。
S4、点火控制模块2接收再生开始的信号，计算柴油与空气的预喷射时间t01＝t1-t0，在t1时刻将信号传送给点火器11，点火器11按照固定频率进行点火动作，火焰在柴油与空气预混喷射装置10的预混室内点燃并传播至排气管中；其中，t1为点火时刻。
S5、尾端灭焰溶液喷射控制模块5根据点火时刻t1信号，将喷射信号传送给尾端灭焰溶液喷射装置13，装置13采取计算得到的流量Q3喷射，将DPF下游排气管内的温度降低并最大可能地消除尾焰。
S6、清洗溶液喷射控制模块4接收点火时刻t1信号，根据柴油喷射量Q1计算相应的清洗溶液喷射量Q4和后延喷射时间t12＝t2-t1，将喷射信号传送给清洗溶液喷射装置12，装置12执行喷射动作。
S7、当柴油在预设喷射时间内喷射完毕时，再生判定控制模块6将柴油空气停止喷射信号分别传送至点火控制模块2和柴油空气喷射控制模块3，这两模块分别在停火时刻t3控制柴油空气停止喷射和点火器停止点火。
S8、尾端灭焰溶液喷射控制模块5根据停火时刻t3的信号，计算残余火焰在DPF中存在的后延时间t34＝t4-t3，将停止喷射信号传送至装置13，控制其在t4时刻停止喷射。
S9、清洗溶液喷射控制模块4根据停火时刻t3的信号，计算后延停止喷射的时间t35＝t5-t3，将停止喷射信号传送至装置12，控制其在t5时刻停止喷射。
S10、当柴油机DPF完成一次再生循环后，压力传感器8再次采集DPF两端的压差，当DPF两端压差恢复到原始压差的5％范围内，判定清灰彻底，则再生循环终止；反之，则进入下一个再生循环。当再生次数超过2次时，气液多相喷射控制器1控制停止再生循环并发出报错指令，即DPF装置9已损坏或其他未知错误。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，其特征在于，包括DPF装置(9)，在DPF装置(9)上游的排气管(14)上沿进气方向依次装有柴油与空气预混喷射装置(10)和清洗溶液喷射装置(12)；在下游的排气管(14)上装有尾端灭焰溶液喷射装置(13)；在DPF装置(9)的进出口两端装有DPF压力传感器(8)；所述DPF压力传感器(8)、柴油与空气预混喷射装置(10)、清洗溶液喷射装置(12)和尾端灭焰溶液喷射装置(13)分别连接气液多相喷射控制器(1)，通过气液多相喷射控制器(1)控制气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分。
2.根据权利要求1所述的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，其特征在于，所述柴油与空气预混喷射装置(10)上方设置柴油喷射入口A、空气喷射入口B和脉冲点火器(11)。
3.根据权利要求2所述的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，其特征在于，所述气液多相喷射控制器(1)包括点火控制模块(2)、柴油空气喷射控制模块(3)、清洗溶液喷射控制模块(4)、尾端灭焰溶液喷射控制模块(5)、再生判定控制模块(6)和压力传感控制模块(7)。
4.根据权利要求3所述的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置，其特征在于，所述压力传感控制模块(7)的输入端连接DPF压力传感器(8)，所述压力传感控制模块(7)的输出端连接再生判定控制模块(6)的输入，所述再生判定控制模块(6)的输出分别连接点火控制模块(2)和柴油空气喷射控制模块(3)的输入，所述柴油空气喷射控制模块(3)的输出连接柴油与空气预混喷射装置(10)；所述点火控制模块(2)的输出分别连接清洗溶液喷射控制模块(4)、尾端灭焰溶液喷射控制模块(5)和脉冲点火器(11)。
5.一种基于权利要求4所述的气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、判断柴油机是否处于怠速工况；若处于怠速工况转S2，否则终止DPF再生；
S2、采集DPF装置(9)两端压差，若压差超出所预设的范围，DPF再生开始，再生开始时刻记为t0；
S3、再生判定控制模块(6)将再生开始的信号分别传送到点火控制模块(2)和柴油空气喷射控制模块(3)；柴油空气喷射控制模块(3)接收再生开始的信号，确定柴油喷射量Q1和空气喷射量Q2并开始执行预喷射动作；
S4、点火控制模块(2)接收再生开始的信号，计算柴油与空气的预喷射时间t01＝t1-t0，在t1时刻将信号传送给点火器(11)，点火器(11)按照固定频率进行点火动作，火焰在预混室内点燃并传播至排气管中；
S5、尾端灭焰溶液喷射控制模块(5)根据点火时刻t1信号，依据柴油喷射量Q1计算相应的尾端灭焰溶液喷射量Q3，并将喷射信号传送给尾端灭焰溶液喷射装置(13)，将DPF下游排气管内的温度降低并最大可能地消除尾焰；
S6、清洗溶液喷射控制模块(4)接收点火时刻t1信号，根据柴油喷射量Q1计算相应的清洗溶液喷射量Q4和后延喷射时间t12＝t2-t1，将喷射信号传送给清洗溶液喷射装置(12)，清洗溶液喷射装置(12)执行喷射动作；
S7、当柴油在预设喷射时间内喷射完毕时，再生判定控制模块(6)将柴油空气停止喷射信号分别传送至点火控制模块(2)和柴油空气喷射控制模块(3)，这两模块分别在停火时刻t3控制柴油空气停止喷射和点火器停止点火；
S8、尾端灭焰溶液喷射控制模块(5)根据停火时刻t3的信号，计算残余火焰在DPF中存在的后延时间t34＝t4-t3，将停止喷射信号传送至尾端灭焰溶液喷射装置(13)，控制其在t4时刻停止喷射；
S9、清洗溶液喷射控制模块(4)根据停火时刻t3的信号，计算后延停止喷射的时间t35＝t5-t3，将停止喷射信号传送至清洗溶液喷射装置(12)，控制其在t5时刻停止喷射。
6.根据权利要求5所述的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的控制方法，其特征在于，设定再生循环的条件为：当柴油机DPF完成一次再生循环后，压力传感器(8)再次采集DPF两端的压差，当DPF两端压差恢复到原始压差的5％范围内，判定清灰彻底，则再生循环终止；反之，则进入下一个再生循环；当再生次数超过2次时，气液多相喷射控制器(1)控制停止再生循环。
7.根据权利要求5所述的一种气液多相喷射清除DPF颗粒和灰分的控制方法，其特征在于，所述S3中根据柴油机不同工况下颗粒排放规定的碳载量，确定柴油喷射量Q1和空气喷射量Q2。
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