CN113047930A - Dpf再生降温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种DPF再生降温装置，包括直通管道、连接在该直通管道两端的DPF腔室和SCR催化器腔室，该直通管道上还设有能够利用管道内废气做功并将做功后废气重新排入该直通管道的旁通蜗轮机和在该旁通涡轮机带动下向直通管道输送新鲜空气的压气机，该直通管道上还设有用于控制废气通过量使得部分或全部废气进入旁通蜗轮机的直通管道控制阀。本发明废气在经过旁通涡轮机时推动涡轮做功温度会降低，其次进入直通管道后和利用涡轮带动压气机增压的冷空气混合又会降低温度，最终达到SCR催化剂合适的工作温度，解决现有技术中DPF再生过程中SCR入口废气温度过高损坏催化剂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机尾气后处理技术领域，具体涉及一种DPF再生时降低废气温度的装置。
背景技术
DPF用于减少发动机颗粒物(PM)排放，但在DPF使用一段时间之后，颗粒物会附着于DPF表面，影响废气流通性，使柴油机经济性变差。一般的DPF主动再生技术为热再生技术，即采用燃油后喷或通过燃烧器喷油燃烧，提高排气温度达到PM着火点(550-600℃)，从而烧掉附着在DPF表面的PM。DPF再生后的废气温度可能会升高至800℃以上。而应用广泛的钒基催化剂的工作温度小于550℃，DPF再生时的高温会导致钒基催化剂中钒的挥发、失效，还会对环境造成不良影响。因此，在DPF再生时需要控制废气温度。
现有专利是在SCR前加装喷水器，利用液态水的汽化来降低DPF再生时的高温。而根据统计数据得到再生的平均间隔里程为719km，最小再生间隔里程525km，最大再生间隔里程920km。一般来说家庭用车每两个月就要进行一次DPF再生，而出租车等商用车就更频繁了，甚至能达到一月两次、三次，这就需要消耗大量的水，而且对水质的要求也比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在DPF再生降温装置，使其通过在DPF和 SCR之间的管道上增设利用废气做功驱动的旁通涡轮机，同时通过旁通涡轮机驱动压气机向管道内输送新鲜空气，在废气做功降温和添加冷空气的同步作用下实现DPF再生时废气的降温，解决现有技术中DPF再生温度过高会损害SCR催化剂的技术问题。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种DPF再生降温装置，其包括直通管道、连接在该直通管道两端的DPF腔室和SCR催化器腔室，该直通管道上还设有能够利用管道内废气做功并将做功后废气重新排入该直通管道的旁通蜗轮机和在该旁通涡轮机带动下向直通管道输送新鲜空气的压气机，该直通管道上还设有用于控制废气通过量使得部分或全部废气进入旁通蜗轮机的直通管道控制阀。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的，其中所述的DPF再生降温装置，其中所述的直通管道上沿废气排放方向依次设有用于与旁通涡轮机入口管道连接的做功前废气出口、直通管道控制阀、用于与旁通蜗轮机出口管道连接的做功后废气入口以及用于与压气机的冷空气管道出口连接的增压后冷空气入口。
前述的DPF再生降温装置，其中所述的压气机空气入口处还设有用于过滤冷空气中颗粒物的空气滤清器。
前述的DPF再生降温装置，其中所述的直通管道上还设有用于检测进入SCR催化器腔室的废气温度并控制直通管道阀门开度的温度传感器。
前述的DPF再生降温装置，其中所述的冷空气管道出口处还设有用于防止废气倒流至压气机的单向阀。
前述的DPF再生降温装置，其中所述的直通管道在做功后废气入口和增压后空气入口之间的位置还设有用于向管道内喷入尿素的尿素喷嘴。
前述的DPF再生降温装置，其中所述的尿素喷嘴、做功后废气入口以及增压后空气入口的轴线在同一平面上。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
本发明DPF再生降温装置，首先废气在经过旁通涡轮机时推动涡轮做功温度会降低，其次进入直通管道后和利用涡轮带动压气机增压的冷空气混合又会降低温度，最终达到SCR催化剂合适的工作温度，解决现有技术中DPF再生过程中SCR入口废气温度过高损坏催化剂的问题。
附图说明
图1为DPF再生降温装置的结构示意图。
【主要元件符号说明】
1：直通管道
2：直通管道控制阀
3：旁通涡轮机
4：压气机
5：空气滤清器
6：冷空气管道
7：单向阀
8：温度传感器
9：尿素喷嘴
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的DPF再生降温装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1，其为本发明DPF再生降温装置的结构示意图，该装置包括通过直通管道1连接的DPF腔室和SCR催化器腔室，该直通管道1上还连接有旁通蜗轮机3，直通管道1内的废气能够由该旁通涡轮机3的进口管道进入蜗轮机内，推动该涡轮机的叶片旋转，而在该旁通涡轮机3内做功后的废气经出口管道再次进入直通管道1内。且所述旁通涡轮机3的出口管道与直通管道1的做功后废气入口连接，入口管道与直通管道1的做功前废气出口连接，且所述做功废气后入口较做功前废气出口远离DPF腔室。
所述直通管道1在做功后废气入口和做功前废气出口之间的位置还设有用于调节通过该直通管道1通过的废气量的直通管道控制阀2。该直通管道控制阀2在DPF再生时全部或部分关闭，使得高温废气进入旁通蜗轮机3 做功降温。
本发明DPF再生降温装置还包括通过旁通蜗轮机3驱动的压气机4，该压气机4通过冷空气管道6向直通管道1输送增压后的空气。较佳的，所述直通管道1上与该冷空气管道6连接的增压后空气入口位于做功后废气入口和SCR催化器腔室之间，实现进入SCR催化器腔室前的高温废气的混合降温。该压气机4与旁通蜗轮机3同轴布置，当高温废气由直通管道1进入旁通蜗轮机3推动叶片旋转时，带动同轴的压气机4从外界吸入空气增压后进入直通管道1内。
在本发明实施例中，所述压气机4的空气入口处还设有用于过滤冷空气中颗粒物的空气滤清器5。
为防止废气倒流至压气机4，排入大气污染环境，所述冷空气通道6的出口处还设有单向阀7。
所述直通管道1上还设有用于向管道内喷入尿素的SCR尿素喷嘴9，该尿素喷嘴9布置在直通管道中做功后废气入口和增压后空气入口之间。为增强尿素、做功后废气以及新鲜空气的混合，所述尿素喷嘴9、做功后废气入口以及增压后空气入口的轴线在同一平面上。
所述直通管道1在SCR催化器腔室前的位置还设有用于检测进入SCR 催化器腔室的废气温度，调节直通管道控制阀2的开度，控制废气与新鲜空气的流量比例的温度传感器8。
本发明DPF再生降温装置，在DPF再生时，直通管道1中的直通管道控制阀2关闭，废气由做功前废气出口进入旁通涡轮机3推动涡轮叶片旋转，带动同轴的压气机4吸入外界冷空气。在冷空气进入压气机之前，还有空气滤清器5对其过滤，防止外界颗粒物进入降温管道。增压后的空气通过空气管道6，推开单向阀7进入直通管道1。废气和冷空气在直通管道1内充分混合后经过温度传感器8，传感器实时监测温度的变化反馈给直通管道控制阀2，控制废气和空气进入降温通道的流量。
本发明DPF再生降温装置的工作原理为：首先废气在经过旁通涡轮机3 时推动涡轮做功温度会降低，其次进入直通管道1后和利用涡轮带动压气机4增压的冷空气混合又会降低温度，最终达到SCR催化剂合适的工作温度。
以一台直列六缸增压柴油机为例，具体参数见下表：
| 参数 | 数值 |
| 柴油机排量/L | 10.5 |
| 柴油机压缩比 | 17.5 |
| 最大转速/r·min<sup>-1</sup> | 3500 |
| 最大扭矩/N·m | 2100 |
| 最大功率/kW | 338 |
表1
本实施例中的催化剂选择钒基催化剂，其可靠工作温度范围为 250-550℃，设置其工作温度上限为T5＝550℃(823.15K)。
假设柴油机DPF再生时处于怠速工况，转速为700r/min，若直通管道控制阀2关闭，废气全部流经旁通涡轮机3，废气质量流量为Qme＝4.52kg/min。废气推动涡轮旋转带动同轴的压气机4从外界吸入冷空气，则旁通涡轮机3 和压气机4满足以下功率平衡方程：
式中p1、T1分别是空气进入压气机4前的压力和温度，由于进气口加装了空气滤清器5，选取进气系数η1＝0.9、T1＝298.15K、大气压力 p0＝1.013×105Pa，则p1=η1*p0=0.9117×105Pa。p2是空气在压气机4压缩过后的压力。p3、T3分别是废气进入旁通涡轮机3前的压力和温度，T3＝1073.15K。 p4是废气排出旁通涡轮机3后的压力。Qma是空气质量流量；Qme是废气质量流量，Qme＝4.52kg/min。κa是空气的比热比，κa＝1.38；κe是废气的比热比，κe＝1.33。η总是涡轮增压器的总效率。
按照要求SCR及之后排气消音器等处的压降取Δp＝30kPa，则SCR入口处的压力p4＝p0+Δp＝1.31×105Pa。
取DPF再生工况下压气机4的效率ηc＝0.65，旁通涡轮机3的效率ηt＝0.6。该涡轮增压器的机械效率ηm＝0.95，由此可以得到η总＝0.3705。
初选旁通涡轮机3膨胀比πe＝1.3。则旁通涡轮机3进口废气的压力 p3＝1.703×105Pa。根据公式
得到旁通涡轮机3出口废气温度T4＝1005.52K。
初选压气机4的压比πa＝1.5。则压气机4出口空气的压力 p2＝1.3676×105Pa。根据公式
得到压气机4出口空气温度T2＝352.33K。
将上述参数带入公式(1)中，求得空气流量为Qma＝3.22kg/min。
在直通管道1中，空气与废气混合，降低废气温度，空气的定压比热容Cpa＝1.005kJ/(Kkg)，废气的定压比热容Cpe＝1.264kJ/(Kkg)。
在SCR入口处的废气温度T5满足以下公式
QmaCpa(T5-T2)＝QmeCpe(T4-T5) (4)
将上述参数带入公式(4)中，求得T5＝769.5K。
则T5＜823.15K，可见上述降温系统在该工况能够满足DPF再生时SCR 催化剂工作的温度要求。其他工况亦然。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种DPF再生降温装置，包括直通管道以及连接在该直通管道两端的DPF腔室和SCR催化器腔室，其特征在于：该直通管道上还设有能够利用直通管道内废气做功并将做功后废气重新排入该直通管道的旁通蜗轮机和在该旁通涡轮机带动下向直通管道输送新鲜空气的压气机，该直通管道上还设有用于控制废气通过量使得部分或全部废气进入旁通蜗轮机的直通管道控制阀。
2.根据权利要求1所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的直通管道上沿废气排放方向依次设有用于与旁通涡轮机入口管道连接的做功前废气出口、直通管道控制阀、用于与旁通蜗轮机出口管道连接的做功后废气入口以及用于与压气机的冷空气管道出口连接的增压后冷空气入口。
3.根据权利要求1所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的压气机空气入口处还设有用于过滤冷空气中颗粒物的空气滤清器。
4.根据权利要求1所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的直通管道上还设有用于检测进入SCR催化器腔室的废气温度并控制直通管道阀门开度的温度传感器。
5.根据权利要求2所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的冷空气管道出口处还设有用于防止废气倒流至压气机的单向阀。
6.根据权利要求2所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的直通管道在做功后废气入口和增压后空气入口之间的位置还设有用于向管道内喷入尿素的尿素喷嘴。
7.根据权利要求6所述的DPF再生降温装置，其特征在于：其中所述的尿素喷嘴、做功后废气入口以及增压后空气入口的轴线在同一平面上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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