CN201027560Y - 柴油机尾气颗粒捕集及再生系统 - Google Patents

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许新
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Abstract

一种柴油机尾气颗粒捕集及再生系统，其特征在于由两组交替轮换工作的过滤装置、点火再生装置、再生温度检测装置、空气供给管路及尾气切换阀门并联构成，两者互不干扰，独立运行，该系统既可对柴油发动机尾气颗粒物进行过滤、又可对过滤饱和后的过滤器进行再生，系统的全部功能及运行由中央电控装置实行全自动闭环控制。

Description

柴油机尾气颗粒捕集及再生系统
技术领域
本发明属于柴油机尾气净化处理领域，更具体地说涉及一种柴油机尾气颗粒捕集及再生系统。
背景技术
随着世界经济的不断发展，柴油发动机的需求也在迅速增长。柴油发动机由于其机动性强、功率大、热效率高、工作可靠、价格低廉等特点，其应用越来越广泛。但同时也带来了严重的环境污染，其主要的有害排放是NOx和碳烟颗粒，在我国碳烟的污染尤为突出，对人类的健康和生态环境构成了严重威胁。因此世界各国都采取措施，制定了日益严格的限制柴油发动机排放的法规和标准。有关企业和研究机构也在积极开发柴油机尾气净化处理技术和装置。
目前，柴油发动机尾气颗粒捕集器的类型有：整体式蜂窝状堇青石过滤器、整体式蜂窝型碳化硅(SiC)过滤器、陶瓷纤维过滤器、金属丝网过滤器、金属纤维烧结毡过滤器等。尾气颗粒再生装置类型有：催化氧化再生装置(DOC)、发动机燃油后喷射加热再生系统、柴油燃烧器加热再生装置、燃油添加剂再生处理系统等。以上类型的捕集器与再生处理方式组合后便产生了各种柴油机尾气净化处理技术和装置。目前投入试验或使用的柴油发动机尾气颗粒捕集器及再生装置各自具有自身的特点，但也存在一些不足之处。比如，整体式蜂窝状堇青石过滤器热传导率低、耐热及抗震性差，加热再生时易产生热应力开裂、熔蚀等问题；整体式蜂窝型碳化硅(SiC)过滤器热膨胀系数高、抗热震性差，加热再生时易产生开裂；陶瓷纤维过滤器单位体积的过滤面积小；金属丝网过滤器重量大。催化氧化再生装置(DOC)，由于容易受SO2的污染引起催化剂中毒，使用寿命较短，因此只能应用于低硫柴油；发动机燃油后喷射加热再生系统，只能用于电喷柴油发动机，对大量在用车辆的尾气处理不适用；柴油燃烧器加热再生控制较为复杂，成本高；燃油添加剂再生处理方式对碳烟颗粒含量较高的发动机处理效果有限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对使用高硫含量的柴油、发动机状况较差的在用车辆为对象，提供一种捕集效率高、背压低、对发动机功率损失小、耐用、体积及重量适合车辆空间、控制可靠、成本适度的柴油机尾气颗粒捕集及再生系统。
如图1所示，本实用新型的柴油机尾气颗粒捕集及再生系统由两组交替轮换工作的过滤装置5、点火再生装置4、再生温度检测装置7、空气供给管路11及尾气切换阀门2并联构成。系统还设置有中央电控装置8(ECU)，采集发动机转速、过滤器背压、再生温度等信号，通过CPU及控制软件，对系统实行全自动闭环控制。其中：
——两个尾气切换阀门2与进气三通1相联，两个阀门的阀板设计成90°夹角，由气缸及齿轮齿条传动装置13同步驱动，使两个阀门始终保持一开一闭的状态；
——两条独立的空气供给管路11，由压缩空气提供气源，由电磁阀精确控制氧气供给量，以保证系统安全再生；
——过滤装置5由过滤器构成，用于拦截、吸附柴油机尾气中的颗粒物，并将其捕集在过滤器中；过滤器中心设计有一通孔，用于安装温度传感器；
——过滤器进气端设置有电加热点火再生装置4，用于启动饱和过滤器的再生，由车载蓄电池供电，由继电器9控制；
——过滤器中心设置有多点温度传感器7，用于点火温度及再生全过程温度的监控。
如图2所示，电加热点火装置的结构如下：采取多个电热塞16并联圆周布置，电热塞设有两个接线座，其中一个接线座之间用两层不锈钢环形件17相互联结，环形件17与外法兰15之间用多根不锈钢条18联结，不锈钢条呈放射形布置，外法兰与车载蓄电池负极相联；另外一个接线座用一个不锈钢环形件19相互联结，并从其中一个电热塞的接线座上引出一接线柱14，穿过外法兰，并与外法兰绝缘，通过继电器与车载蓄电池正极相联结。
其工作原理为：柴油机排出的尾气从进气三通1进入本装置，经交替开闭的尾气切换阀门2进入其中一个过滤单元5，在过滤介质的拦截、吸附作用下，将发动机尾气中的碳烟颗粒有效地捕集下来，并留在过滤器中，随着颗粒捕集量的增加，排气背压逐渐上升，通过背压传感器10实时监测，当背压值在设定的发动机转速范围内达到设定值时，电控装置8发出电信号，启动电磁阀12给气缸13供压缩空气，通过传动装置驱动尾气切换阀门2，将处在过滤之中的过滤单元关闭。同时将另一过滤单元打开，尾气转向另一个过滤单元继续过滤。被关闭的过滤单元开始启动再生程序，在电控装置8的控制下启动继电器9，电热点火装置4通电加热，过滤器端部温度逐渐升高，多点式温度传感器7实时监测温度的变化，当过滤器端部温度升高到设定值，电控装置8发信启动电磁阀及供气管路11，开始向再生单元供气，该单元中的碳烟颗粒开始氧化燃烧，多点式温度传感器7监测到后续测温点温度在逐渐升高，并达到设定值后，关闭继电器9，届时点火操作完成。之后，过滤器依靠前部碳烟颗粒燃烧产生的热量加热后部的碳烟颗粒及过滤器介质，使之升温到后部的碳烟颗粒开始氧化燃烧，产生的热量又继续往后传递，直到整个过滤器完成再生。在再生传递过程中，多点式温度传感器7实时监测温度的变化，当某一点温度超过设定值，电控装置8发信关闭电磁阀及供气管路11，切断向再生单元供气，促使温度回到正常值，再继续供气。通过这一闭环控制系统，以保证过滤器安全可靠地进行再生。通过对最后一个测温点的温度判断来决定再生程序的结束，同时关闭电磁阀及供气管路11，过滤器进入等待状态。照此循环，本系统可满足发动机长时间连续工作的要求。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1)系统中的过滤装置、点火再生装置、再生温度检测装置、空气供给管路及尾气切换阀门设计成两组并联结构，交替轮换工作，互不干扰，独立运行；
2)碳烟颗粒的再生策略采取局部电加热引燃后，依靠碳烟颗粒燃烧自身产生的热量自动完成再生过程，以较小的能量投入，实现系统再生；
3)过滤器内置多点温度检测装置，为电加热点火温度及再生全过程的温度控制提供有效手段；
4)设置独立可控的空气供给管路，精确控制碳烟颗粒氧化燃烧所需的氧气流量，保证系统安全再生；
5)电加热点火装置采取多电热塞并联圆周布置，电热塞之间用环形件相互联结，保证了装置的稳定可靠及尾气的顺畅通过。
6)系统设置中央电控装置(ECU)，采集发动机转速、过滤器背压、再生温度等信号，通过CPU及控制软件，对系统实行全自动闭环控制。
附图说明
图1柴油机尾气颗粒捕集及再生系统原理图；
图2电加热点火装置结构图；
图3是图2的A-B剖视图。
具体实施方式
实施例
如图1所示，本实用新型的柴油机尾气颗粒捕集及再生系统如图1所示，由发动机尾气进气三通1、并行排列的尾气切换阀门2、进气管3、电加热点火装置4、过滤器5、排气管6、多点式温度传感器7、电控装置8、电加热点火装置供电继电器9、背压传感器10、再生定量供气电磁阀11、气缸供气电磁阀12、尾气切换阀门驱动气缸及传动装置13构成。
按上述组装了一款型号为SDPF-1502的柴油机尾气颗粒捕集及再生系统。该型号产品已经装车投入实际使用，过滤、再生、自动控制功能运行可靠，颗粒捕集效果良好。经权威机构排放试验台架检测结果为：发动机自由加速烟度降低58％～83％，发动机功率降低1.4％～4.7％。由此表明，该产品可用于在用柴油发动机车辆的尾气排放处理也可用于新柴油发动机的配套。
产品主要技术参数：
过滤器类型：金属纤维烧结毡瓦楞管式过滤器
烧结毡规格：SSF-(D22+V25)060/0.3
过滤器孔数：100目
过滤面积：4.3×2m2
工作电压：24VDC
电加热功率：1200W
压缩空气压力：0.5～0.8MPa
适用对象：中型卡车、中型公交车及其它柴油发动机车辆
发动机功率：50～150KW
发动机排量：2.5～6.5L
发动机现状排放水平：欧0以上
过滤效果：颗粒物排放指标可达到欧III及以上标准。

Claims (2)

1.一种柴油机尾气颗粒捕集及再生系统，其特征在于由两组交替轮换工作的过滤装置、点火再生装置、再生温度检测装置、空气供给管路及尾气切换阀门并联构成，系统还设置有中央电控装置ECU，采集发动机转速、过滤器背压、再生温度等信号，通过CPU及控制软件，对系统实行全自动闭环控制，其中：
——两个尾气切换阀门与进气三通相联，两个阀门的阀板设计成90°夹角，由气缸及齿轮齿条传动装置同步驱动，使两个阀门始终保持一开一闭的状态；
——两条独立的空气供给管路，由压缩空气提供气源，由电磁阀精确控制氧气供给量，以保证系统安全再生；
——过滤装置由过滤器构成，用于拦截、吸附柴油机尾气中的颗粒物，并将其捕集在过滤器中；过滤器中心设计有一通孔，用于安装温度传感器；
——过滤器进气端设置有电加热点火再生装置，用于启动饱和过滤器的再生，由车载蓄电池供电，由继电器控制；
——过滤器中心设置有多点温度传感器，用于点火温度及再生全过程温度的监控。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于电加热点火装置的结构如下：多个电热塞并联圆周布置，电热塞设有两个接线座，其中一个接线座之间用两层不锈钢环形件相互联结，环形件与外法兰之间用多根不锈钢条联结，不锈钢条呈放射形布置，外法兰与车载蓄电池负极相联；另外一个接线座用一个不锈钢环形件相互联结，并从其中一个电热塞的接线座上引出一接线柱，穿过外法兰，并与外法兰绝缘，通过继电器与车载蓄电池正极相联结。
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