CN115355074A - 一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的dpf再生装置和方法 - Google Patents

一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的dpf再生装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和方法，包括颗粒过滤器滤芯、气体、涡流管冷端排气管单向阀、涡流管涡流发生器、涡流管冷端排气管、发动机、发动机进气管、电控节气门、空气滤清器、再生装置控制单元、空气压缩机、压缩空气储气罐、安全阀、电磁阀、螺旋进气管、涡流管热端、涡流管热端调节阀、第一温度传感器、压力传感器、高温气体、第二温度传感器和压力传感器，所述空气滤清器固定连接在发动机进气管的一端。本发明涡流管通压缩空气产生高温使排气中柴油燃烧，高温燃气流进颗粒过滤器滤芯中燃烧碳烟颗粒物使得DPF得以再生，并且本装置结构简单，控制精确生产成本低。

Description

一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和 方法
技术领域
本发明涉及柴油机尾气排放技术领域，具体为一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和方法。
背景技术
柴油机动力性强，经济性好，热效率高，道路上的商用车以及非道路的各种施工机械都广泛采用柴油机作为动力装置。柴油机的燃烧方式主要是扩散燃烧，喷油嘴在燃烧室中喷射出油雾，其中心部分难以接触空气，导致不完全燃烧排出大量碳烟颗粒物，因而柴油机的碳颗粒物排放非常严重，污染大气环境和人们的身体健康。随着国家排放法规的越来越严格，柴油机的碳烟颗粒排放物限制值越来越低，柴油机的颗粒物过滤器(DPF)收集到的碳烟颗粒物越来越多，当DPF中的碳烟颗粒物累积到一定程度时就会导致柴油机排气背压过高，影响动力性和经济性，必须对DPF进行再生，因此急需要一种装置来解决上述的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和方法，包括颗粒过滤器滤芯、气体、涡流管冷端排气管单向阀、涡流管涡流发生器、涡流管冷端排气管、发动机、发动机进气管、电控节气门、空气滤清器、再生装置控制单元、空气压缩机、压缩空气储气罐、安全阀、电磁阀、螺旋进气管、涡流管热端、涡流管热端调节阀、第一温度传感器、压力传感器、高温气体、第二温度传感器和压力传感器，所述空气滤清器固定连接在发动机进气管的一端，所述发动机固定连接在发动机进气管的另一端，所述电控节气门固定安装在发动机进气管的内部，所述再生装置控制单元设置在发动机进气管的外侧，且所述再生装置控制单元与电控节气门之间无线信号连接，所述空气滤清器的内部流动进入有空气，所述颗粒过滤器滤芯固定设在在发动机远离发动机进气管的一侧内壁，所述涡流管涡流发生器固定安装在颗粒过滤器滤芯与发动机之间，所述发动机上产生的发动机排气向颗粒过滤器滤芯的方向移动，所述涡流管冷端排气管固定安装在涡流管涡流发生器上，所述涡流管冷端排气管单向阀固定连接在涡流管冷端排气管上，所述涡流管冷端排气管的内部输送有气体，所述螺旋进气管与涡流管涡流发生器固定连接，所述空气压缩机固定连接在发动机的一侧，所述压缩空气储气罐与空气压缩机固定连接，所述安全阀和电磁阀与压缩空气储气罐固定连接，所述第一温度传感器和压力传感器固定设置在颗粒过滤器滤芯的一侧，所述涡流管热端固定连接在涡流管涡流发生器远离涡流管冷端排气管的一端，所述第二温度传感器和压力传感器固定设置在颗粒过滤器滤芯的另一侧，由所述涡流管热端中排出的气体为高温气体，所述高温气体经过颗粒过滤器滤芯过滤后形成的废气由发动机的末端排出。
优选的，所述气体由涡流管冷端排气管的冷端排出。
优选的，所述第一温度传感器和压力传感器设置在颗粒过滤器滤芯的前端位置处。
优选的，所述第二温度传感器和压力传感器设置在颗粒过滤器滤芯的后端位置处。
优选的，所述螺旋进气管与高温气体接触。
一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置的方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一：电控节气门对发动机的进气量进行控制，涡流管加热系统，空气压缩机由发动机驱动产生高压气体，高压气体储存在压缩空气储气罐中，由电磁阀控制压缩空气储气罐向涡流管涡流发生器的供气，涡流管涡流发生器通高压气体后在涡流管热端产生高温排气，涡流管冷端排气管产生冷气，涡流管热端内管壁进行处理提高热端管内壁的粗糙度，以便增加高压气体与内管壁的摩擦，提高排气温度；
步骤二：涡流管的高压气体入口连接有一段金属螺旋进气管，螺旋进气管与发动机的高温排气接触，可以加热流进螺旋进气管道高压压缩空气，以便提涡流管热端出口排气的温度，涡流管冷端出口连接一涡流管冷端排气管单向阀，外面空气不能进入涡流管冷端排气管，只有当冷端气体具有一定压力时才能打开涡流管冷端排气管单向阀排出到大气；
步骤三：发动机排气管中未完全燃烧的柴油被涡流管产生的高温气体点燃随排气流进颗粒过滤器滤芯中，燃烧颗粒过滤器滤芯中的碳烟颗粒物，颗粒过滤器滤芯进行再生，当柴油机工作时，颗粒过滤器滤芯将要堵塞，第一温度传感器和压力传感器以及第二温度传感器和压力传感器将信号传递给控制系统，再生装置控制单元发出指令电磁阀接通，压缩空气储气罐中高压气体通过螺旋进气管边受热边加速流进涡流管涡流发生器中，高压气体通过涡流管分离出高温气体和低温气体，低温气体通过涡流管冷端排气管排到大气中，涡流管热端排出高温气体；
步骤四：接着控制系统发出指令电控节气门在电机带动下部分关闭，由于发动机进气管中电控节气门关闭，进气流量减少，发动机燃烧室中混合气浓度变浓，有部分没有燃烧的柴油随排气流进发动机进气管，当接触涡流管热端排出的高温气体时，排气中柴油被点燃燃烧，产生的高温气体流进颗粒过滤器滤芯孔道中，将颗粒过滤器滤芯中沉积的碳烟颗粒燃烧掉，颗粒过滤器滤芯便得以再生，在再生过程中不影响施工机械的正常工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明采用电控节气门控制与涡流管加热相结合的颗粒过滤器滤芯再生装置，电控节气门部分关闭产生浓混合气，浓混合气中部分柴油没有完全燃烧流进排气管，涡流管通压缩空气产生高温使排气中柴油燃烧，高温燃气流进颗粒过滤器滤芯中燃烧碳烟颗粒物使得DPF得以再生，并且本装置结构简单，控制精确生产成本低。
附图说明
图1为本发明的主体结构示意图。
图中：1-废气；2-颗粒过滤器滤芯；3-气体；4-涡流管冷端排气管单向阀；5-涡流管涡流发生器；6-涡流管冷端排气管；7-发动机排气；8-发动机；9-发动机进气管；10-电控节气门；11-空气滤清器；12-空气；13-再生装置控制单元；14-空气压缩机；15-压缩空气储气罐；16-安全阀；17-电磁阀；18-螺旋进气管；19-涡流管热端；20-涡流管热端调节阀；21-第一温度传感器；22-压力传感器；23-高温气体；24-第二温度传感器；25-压力传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置和方法，包括颗粒过滤器滤芯2、气体3、涡流管冷端排气管单向阀4、涡流管涡流发生器5、涡流管冷端排气管6、发动机8、发动机进气管9、电控节气门10、空气滤清器11、再生装置控制单元13、空气压缩机14、压缩空气储气罐15、安全阀16、电磁阀17、螺旋进气管18、涡流管热端19、涡流管热端调节阀20、第一温度传感器21、压力传感器22、高温气体23、第二温度传感器24和压力传感器25，空气滤清器11固定连接在发动机进气管9的一端，发动机8固定连接在发动机进气管9的另一端，电控节气门10固定安装在发动机进气管9的内部，再生装置控制单元13设置在发动机进气管9的外侧，且再生装置控制单元13与电控节气门10之间无线信号连接，空气滤清器11的内部流动进入有空气12，颗粒过滤器滤芯2固定设在在发动机8远离发动机进气管9的一侧内壁，涡流管涡流发生器5固定安装在颗粒过滤器滤芯2与发动机8之间，发动机8上产生的发动机排气7向颗粒过滤器滤芯2的方向移动，涡流管冷端排气管6固定安装在涡流管涡流发生器5上，涡流管冷端排气管单向阀4固定连接在涡流管冷端排气管6上，涡流管冷端排气管6的内部输送有气体3，螺旋进气管18与涡流管涡流发生器5固定连接，空气压缩机14固定连接在发动机8的一侧，压缩空气储气罐15与空气压缩机14固定连接，安全阀16和电磁阀17与压缩空气储气罐15固定连接，第一温度传感器21和压力传感器22固定设置在颗粒过滤器滤芯2的一侧，涡流管热端19固定连接在涡流管涡流发生器5远离涡流管冷端排气管6的一端，第二温度传感器24和压力传感器25固定设置在颗粒过滤器滤芯2的另一侧，由涡流管热端19中排出的气体为高温气体23，高温气体23经过颗粒过滤器滤芯2过滤后形成的废气1由发动机8的末端排出，本装置采用电控节气门10控制与涡流管加热相结合的颗粒过滤器滤芯2再生装置，电控节气门10部分关闭产生浓混合气，浓混合气中部分柴油没有完全燃烧流进排气管，涡流管通压缩空气产生高温使排气中柴油燃烧，高温燃气流进颗粒过滤器滤芯2中燃烧碳烟颗粒物使得DPF得以再生，并且本装置结构简单，控制精确生产成本低。
气体3由涡流管冷端排气管6的冷端排出，第一温度传感器21和压力传感器22设置在颗粒过滤器滤芯2的前端位置处，第二温度传感器24和压力传感器25设置在颗粒过滤器滤芯2的后端位置处，螺旋进气管18与高温气体23接触。
一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置的方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一：电控节气门10对发动机8的进气量进行控制，涡流管加热系统，空气压缩机14由发动机驱动产生高压气体，高压气体储存在压缩空气储气罐15中，由电磁阀17控制压缩空气储气罐15向涡流管涡流发生器5的供气，涡流管涡流发生器5通高压气体后在涡流管热端19产生高温排气，涡流管冷端排气管6产生冷气，涡流管热端19内管壁进行处理提高热端管内壁的粗糙度，以便增加高压气体与内管壁的摩擦，提高排气温度；
步骤二：涡流管的高压气体入口连接有一段金属螺旋进气管18，螺旋进气管18与发动机8的高温排气接触，可以加热流进螺旋进气管18道高压压缩空气，以便提涡流管热端19出口排气的温度，涡流管冷端出口连接一涡流管冷端排气管单向阀4，外面空气不能进入涡流管冷端排气管6，只有当冷端气体具有一定压力时才能打开涡流管冷端排气管单向阀4排出到大气；
步骤三：发动机8排气管中未完全燃烧的柴油被涡流管产生的高温气体点燃随排气流进颗粒过滤器滤芯2中，燃烧颗粒过滤器滤芯2中的碳烟颗粒物，颗粒过滤器滤芯2进行再生，当柴油机工作时，颗粒过滤器滤芯2将要堵塞，第一温度传感器21和压力传感器22以及第二温度传感器24和压力传感器25将信号传递给控制系统，再生装置控制单元13发出指令电磁阀17接通，压缩空气储气罐15中高压气体通过螺旋进气管18边受热边加速流进涡流管涡流发生器5中，高压气体通过涡流管分离出高温气体和低温气体，低温气体通过涡流管冷端排气管6排到大气中，涡流管热端19排出高温气体；
步骤四：接着控制系统发出指令电控节气门10在电机带动下部分关闭，由于发动机进气管9中电控节气门10关闭，进气流量减少，发动机8燃烧室中混合气浓度变浓，有部分没有燃烧的柴油随排气流进发动机进气管9，当接触涡流管热端19排出的高温气体时，排气中柴油被点燃燃烧，产生的高温气体23流进颗粒过滤器滤芯2孔道中，将颗粒过滤器滤芯2中沉积的碳烟颗粒燃烧掉，颗粒过滤器滤芯2便得以再生，在再生过程中不影响施工机械的正常工作。
工作原理：本装置由控制系统，由控制单元、控制线路和传感器组成，传感器有温度传感器和压力传感器，控制系统是整个再生装置的控制中枢，再生系统包括颗粒过滤器滤芯2，工作时电控节气门10对发动机8的进气量进行控制，涡流管加热系统，空气压缩机14由发动机驱动产生高压气体，高压气体储存在压缩空气储气罐15中，由电磁阀17控制压缩空气储气罐15向涡流管涡流发生器5的供气，涡流管涡流发生器5通高压气体后在涡流管热端19产生高温排气，涡流管冷端排气管6产生冷气，涡流管热端19内管壁进行处理提高热端管内壁的粗糙度，以便增加高压气体与内管壁的摩擦，提高排气温度，涡流管的高压气体入口连接有一段金属螺旋进气管18，螺旋进气管18与发动机8的高温排气接触，可以加热流进螺旋进气管18道高压压缩空气，以便提涡流管热端19出口排气的温度，涡流管冷端出口连接一涡流管冷端排气管单向阀4，外面空气不能进入涡流管冷端排气管6，只有当冷端气体具有一定压力时才能打开涡流管冷端排气管单向阀4排出到大气，发动机8排气管中未完全燃烧的柴油被涡流管产生的高温气体点燃随排气流进颗粒过滤器滤芯2中，燃烧颗粒过滤器滤芯2中的碳烟颗粒物，颗粒过滤器滤芯2进行再生，当柴油机工作时，颗粒过滤器滤芯2将要堵塞，第一温度传感器21和压力传感器22以及第二温度传感器24和压力传感器25将信号传递给控制系统，再生装置控制单元13发出指令电磁阀17接通，压缩空气储气罐15中高压气体通过螺旋进气管18边受热边加速流进涡流管涡流发生器5中，高压气体通过涡流管分离出高温气体和低温气体，低温气体通过涡流管冷端排气管6排到大气中，涡流管热端19排出高温气体，接着控制系统发出指令电控节气门10在电机带动下部分关闭，由于发动机进气管9中电控节气门10关闭，进气流量减少，发动机8燃烧室中混合气浓度变浓，有部分没有燃烧的柴油随排气流进发动机进气管9，当接触涡流管热端19排出的高温气体时，排气中柴油被点燃燃烧，产生的高温气体23流进颗粒过滤器滤芯2孔道中，将颗粒过滤器滤芯2中沉积的碳烟颗粒燃烧掉，颗粒过滤器滤芯2便得以再生，在再生过程中不影响施工机械的正常工作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，包括颗粒过滤器滤芯(2)、气体(3)、涡流管冷端排气管单向阀(4)、涡流管涡流发生器(5)、涡流管冷端排气管(6)、发动机(8)、发动机进气管(9)、电控节气门(10)、空气滤清器(11)、再生装置控制单元(13)、空气压缩机(14)、压缩空气储气罐(15)、安全阀(16)、电磁阀(17)、螺旋进气管(18)、涡流管热端(19)、涡流管热端调节阀(20)、第一温度传感器(21)、压力传感器(22)、高温气体(23)、第二温度传感器(24)和压力传感器(25)，其特征在于：所述空气滤清器(11)固定连接在发动机进气管(9)的一端，所述发动机(8)固定连接在发动机进气管(9)的另一端，所述电控节气门(10)固定安装在发动机进气管(9)的内部，所述再生装置控制单元(13)设置在发动机进气管(9)的外侧，且所述再生装置控制单元(13)与电控节气门(10)之间无线信号连接，所述空气滤清器(11)的内部流动进入有空气(12)，所述颗粒过滤器滤芯(2)固定设在在发动机(8)远离发动机进气管(9)的一侧内壁，所述涡流管涡流发生器(5)固定安装在颗粒过滤器滤芯(2)与发动机(8)之间，所述发动机(8)上产生的发动机排气(7)向颗粒过滤器滤芯(2)的方向移动，所述涡流管冷端排气管(6)固定安装在涡流管涡流发生器(5)上，所述涡流管冷端排气管单向阀(4)固定连接在涡流管冷端排气管(6)上，所述涡流管冷端排气管(6)的内部输送有气体(3)，所述螺旋进气管(18)与涡流管涡流发生器(5)固定连接，所述空气压缩机(14)固定连接在发动机(8)的一侧，所述压缩空气储气罐(15)与空气压缩机(14)固定连接，所述安全阀(16)和电磁阀(17)与压缩空气储气罐(15)固定连接，所述第一温度传感器(21)和压力传感器(22)固定设置在颗粒过滤器滤芯(2)的一侧，所述涡流管热端(19)固定连接在涡流管涡流发生器(5)远离涡流管冷端排气管(6)的一端，所述第二温度传感器(24)和压力传感器(25)固定设置在颗粒过滤器滤芯(2)的另一侧，由所述涡流管热端(19)中排出的气体为高温气体(23)，所述高温气体(23)经过颗粒过滤器滤芯(2)过滤后形成的废气(1)由发动机(8)的末端排出。
2.根据权利要求1所述的一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，其特征在于：所述气体(3)由涡流管冷端排气管(6)的冷端排出。
3.根据权利要求2所述的一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，其特征在于：所述第一温度传感器(21)和压力传感器(22)设置在颗粒过滤器滤芯(2)的前端位置处。
4.根据权利要求3所述的一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，其特征在于：所述第二温度传感器(24)和压力传感器(25)设置在颗粒过滤器滤芯(2)的后端位置处。
5.根据权利要求4所述的一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，其特征在于：所述螺旋进气管(18)与高温气体(23)接触。
6.一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置的方法，适用于权利要求1-5任意一项所述的一种基于节气门控制与涡流管加热相结合的DPF再生装置，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤一：电控节气门(10)对发动机(8)的进气量进行控制，涡流管加热系统，空气压缩机(14)由发动机驱动产生高压气体，高压气体储存在压缩空气储气罐(15)中，由电磁阀(17)控制压缩空气储气罐(15)向涡流管涡流发生器(5)的供气，涡流管涡流发生器(5)通高压气体后在涡流管热端(19)产生高温排气，涡流管冷端排气管(6)产生冷气，涡流管热端(19)内管壁进行处理提高热端管内壁的粗糙度，以便增加高压气体与内管壁的摩擦，提高排气温度；
步骤二：涡流管的高压气体入口连接有一段金属螺旋进气管(18)，螺旋进气管(18)与发动机(8)的高温排气接触，可以加热流进螺旋进气管(18)道高压压缩空气，以便提涡流管热端(19)出口排气的温度，涡流管冷端出口连接一涡流管冷端排气管单向阀(4)，外面空气不能进入涡流管冷端排气管(6)，只有当冷端气体具有一定压力时才能打开涡流管冷端排气管单向阀(4)排出到大气；
步骤三：发动机(8)排气管中未完全燃烧的柴油被涡流管产生的高温气体点燃随排气流进颗粒过滤器滤芯(2)中，燃烧颗粒过滤器滤芯(2)中的碳烟颗粒物，颗粒过滤器滤芯(2)进行再生，当柴油机工作时，颗粒过滤器滤芯(2)将要堵塞，第一温度传感器(21)和压力传感器(22)以及第二温度传感器(24)和压力传感器(25)将信号传递给控制系统，再生装置控制单元(13)发出指令电磁阀(17)接通，压缩空气储气罐(15)中高压气体通过螺旋进气管(18)边受热边加速流进涡流管涡流发生器(5)中，高压气体通过涡流管分离出高温气体和低温气体，低温气体通过涡流管冷端排气管(6)排到大气中，涡流管热端(19)排出高温气体；
步骤四：接着控制系统发出指令电控节气门(10)在电机带动下部分关闭，由于发动机进气管(9)中电控节气门(10)关闭，进气流量减少，发动机(8)燃烧室中混合气浓度变浓，有部分没有燃烧的柴油随排气流进发动机进气管(9)，当接触涡流管热端(19)排出的高温气体时，排气中柴油被点燃燃烧，产生的高温气体(23)流进颗粒过滤器滤芯(2)孔道中，将颗粒过滤器滤芯(2)中沉积的碳烟颗粒燃烧掉，颗粒过滤器滤芯(2)便得以再生，在再生过程中不影响施工机械的正常工作。
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CN117267732B (zh) * 2023-09-20 2024-06-07 广东一诚环保科技有限公司 一种智能多级vocs废气净化系统

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