CN204591410U - 一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，属于发动机排放与污染控制领域，具体包括两块过滤体、过滤体外壳和反吹气流管，反吹气流管把一个过滤体的排气端与另一个过滤体排气端连通，并采用交叉控制策略，将一部分发动机尾气通过尾气流入管引入其中一个过滤体，另一部分尾气通过反吹气流管引入另一个过滤体的尾端进行反吹再生，两个过滤体轮流工作和再生，在反吹气流管和尾气流入管的末端分别安装相应的控制阀门，通过交叉控制反吹气流管打开关闭和尾气流入管打开关闭，从而实现利用发动机尾气自动反吹过滤体，并达到过滤体交替捕集微粒和再生的目的。

Description

一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置

技术领域

本实用新型属于发动机排放与污染控制领域，具体涉及一种利用传感器检测技术和阀门控制策略实现柴油机微粒捕集器的反吹管内置式自动再生装置。

背景技术

据估计，到2050年全球将拥有30亿辆汽车。进入21世纪以来，我国汽车的需求量和保有量也出现了加速增长的趋势。而柴油机因为具有较高的热效率和相对较大的转矩在工业、农业、交通运输等行业得到广泛应用，然而柴油机与汽油机相比，废气排放中的HC和CO较低，但NOx和微粒的排放较高，尤其是微粒排放要高出30-60倍。同时，由于碳烟是柴油机排放微粒的主要组成部分,常占微粒总量的50%-80%之多,碳粒是燃料在缺氧的条件下燃烧时形成的细微或超细微的纳米级碳烟颗粒,由于直径较小,故能长期悬浮于大气中而不沉降,碳粒上吸附的可溶性有机物HC和硫酸盐等对人体有危害,特别是HC中含有大部分的多环芳香烃,具有致癌作用，因此,柴油机微粒排放问题在世界范围内引起了巨大关注，特别是随着环境问题的日益恶化，柴油机排放法规的日趋严格，微粒捕集器正逐渐成为降低柴油机微粒排放的必备装置。

然而柴油机降低微粒排放通常需要对缸内燃烧结构组织进行合理优化，而传统的机内净化技术在进一步降低柴油机微粒排放的问题上遭遇瓶颈。目前，微粒捕集器技术是国际上公认的最为有效的柴油机排气微粒后处理技术，也是目前国际上商用前景最好的排气微粒后处理技术。微粒捕集器的关键技术是过滤材料的选择以及过滤体的再生，其中又以过滤体的再生尤为重要，所谓过滤体的再生是指将其捕集到的微粒予以清除后能循环使用，若过滤体再生不及时会导致发动机排气背压升高影响发动机性能，甚至导致发动机熄火。过滤体的再生分为主动再生和被动再生，主动再生主要有热再生和反吹再生等，热再生需要对过滤体额外施加热量达到微粒燃烧温度实现再生，能量利用率较低结构复杂，而传统的反吹再生需要加装气源和动力设备，如何简化反吹再生设备实现再生目的成为了反吹再生的关键问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置,该装置采用双过滤体形式，将其中一个过滤体的排气引至另一个过滤体末端进行反吹，从而实现利用发动机排气自动反吹过滤体达到过滤体交替捕集微粒和再生的目的，本实用新型仅在原有微粒捕集器上安装反吹气流管以及相应管道控制阀门，不使用外加热源再生设备或催化再生装置，无额外的能源消耗，结构简单，维修率低，成本低，具有安全方便节约能源等优点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，其特征在于包括两块过滤体和过滤体外壳，所述的过滤体外壳内被两块平行设置的消声腔体隔板分成左中右三个腔室，左腔室与中腔室下端连通，中腔室与右腔室上端连通，右腔室内固定第一过滤体，左侧腔室内固定第二过滤体，中间腔室为消声腔体，所述的消声腔体通过排气总管与外界连通，左腔室和右腔室均设有进气支管和反吹颗粒收集管，并且左腔室和右腔室的进气支管进口端交汇于一个进气总管；还包括一个反吹气流管，所述的反吹气流管置于中腔室内，反吹气流管把一个过滤体的排气端与另一个过滤体排气端连通。本实用新型并采用交叉控制策略，将一部分发动机尾气通过尾气流入管引入其中一个过滤体，另一部分尾气通过反吹气流管引入另一个过滤体的尾端进行反吹再生，两个过滤体轮流工作和再生，在反吹气流管和尾气流入管的末端分别安装相应的控制阀门，通过交叉控制反吹气流管打开关闭和尾气流入管打开关闭，实现利用发动机尾气自动反吹再生。

对上述结构作进一步说明，所述的右腔室的下端设有第一进气支管和第一收集管，左腔室的上端设有第二进气支管和第二收集管，其中第一进气支管和第二进气支管交汇于进气总管；在第一进气支管和第二进气支管交汇处设有两个支管的选择阀门，在右腔体与第一进气支管和第一收集管的交汇处分别设有第一进气开关阀和第一收集管开关阀，在左腔体与第二进气支管和第二收集管的交汇处分别设有第二进气开关阀和第二收集管开关阀；所述的反吹气流管设于消声腔体，反吹气流管的两端为扩张口，其中设于右腔室上端为第一扩张口，设于左腔室下端的为第二扩张口，在第一扩张口内壁设有第一排气出口，第一排气出口处设有第一排气开关阀，在第二扩张口内壁设有第二排气出口，第二排气出口处设有第二排气开关阀。

对上述结构作进一步说明，所述的第一过滤体和第二过滤体与消声腔体隔板、过滤体外壳之间设有隔热的石棉垫。

对上述结构作进一步说明，所述的左腔体和右腔体内均设有背压传感器，背压传感器与外部的电控单元连接，通过电控单元监测背压传感器采集的压力信号，并进行判断，控制选择阀门选择其中一个过滤体工作而另一个过滤体反吹再生，保证每一时刻至少有一个过滤体处于捕集状态。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本实用新型采用两个过滤体并联的形式，将发动机一部分排气引回过滤体尾端的方法对过滤体进行反吹再生，无外加反吹再生动力系统部分，节约能源，对实现尾气处理系统轻量化具有重要作用，且反吹仅需在原有发动机尾气过滤装置上加装反吹再生管路以及相关控制阀门和背压传感器等，通过合理设置管路阀门和管路开口位置，实现利用发动机尾气对过滤体自身反吹再生的目的，结构简单，零部件数目少来源广，通用性好，便于维修维护；

（2）本实用新型通过合理设置管路阀门和管路开口位置，实现利用发动机尾气对过滤体自身反吹再生的目的，原理简单，结构简洁，无需额外的反吹再生气流动力来源，节约了发动机的能量，具有较高的再生效率，并且不采用热再生，降低了过滤体遭受热冲击的危险，提高了过滤体再生的安全性，在过滤体区域相应位置安装压力传感器，能够实时动态进行发动机背压监测，控制系统方便易实现，具有较高的自动化程度，对提高反吹再生形式的经济性和应用价值具有重要的意义；

（3）本实用新型中安装实时动态监测发动机排气背压的传感器以及反吹气流管、收集管、排气管等管路阀门与ECU集成，能够根据再生过程进行情况对各管路流量等参数进行调节，保证较好的尾气过滤和过滤体再生的进行，对实现高效高可靠性利用发动机尾气自动反吹再生具有重要意义，所采用的管路系统以及阀门安装方便，排布形式多样化，降低了系统的安装和使用门槛，对推广利用低能耗、绿色安全的反吹再生具有很重要的现实意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型中的结构示意图；

其中：1.第一收集管；2.第一收集管开关阀；3.第一过滤体；4.石棉垫；5.第一背压传感器；6.第一扩张口；7.控制数据线路；8.ECU；9.第一排气出口；10.第一排气开关阀；11.排气总管；12.消声腔体隔板；13.第二收集管开关阀；14.第二收集管；15.第二进气支管；16.第二进气开关阀；17.第二背压传感器；18.选择阀门；19.进气总管；20.第二过滤体；21.第一进气支管；22.反吹气流管；23.消声腔体；24.过滤体外壳；25.第二扩张口；26.第二排气出口；27.第二排气开关阀；28.第一进气开关阀。

具体实施方式

参照附图1所示，本实用新型具体涉及一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，包括两块过滤体和过滤体外壳24，过滤体外壳24内被两块平行设置的消声腔体隔板12分成左中右三个腔室，左腔室与中腔室下端连通，中腔室与右腔室上端连通，右腔室内固定第一过滤体20，左侧腔室内固定第二过滤体3，中间腔室为消声腔体23，消声腔体23通过排气总管11与外界连通，左腔室和右腔室均设有进气支管和反吹颗粒收集管，并且左腔室和右腔室均设有进气支管的进口端交汇于一个进气总管19；通过合理设计管道回路，增加一个反吹气流管22，反吹气流管22把一个过滤体的排气端与另一个过滤体排气端连通，并采用交叉控制策略，将一部分发动机尾气通过尾气流入管引入其中一个过滤体，另一部分尾气通过反吹气流管22引入另一个过滤体的尾端进行反吹再生，两个过滤体轮流工作和再生，在反吹气流管22和尾气流入管的末端分别安装相应的控制阀门，通过交叉控制反吹气流管22打开关闭和尾气流入管打开关闭，实现利用发动机尾气自动反吹再生。本实用新型将尾气处理系统设计成两个过滤体并联形式，能够有效保证每一时刻至少有一个过滤体处于尾气颗粒捕集工作状态。

本实用新型的具体结构如附图1所示，包括：第一收集管1、第一收集管开关阀2、第一过滤体3、石棉垫4、第一背压传感器5、第一扩张口6、控制数据线路7、ECU8、第一排气出口9、第一排气开关阀10、排气总管11、消声腔体隔板12、第二收集管开关阀13、第二收集管14、第二进气支管15、第二进气开关阀16、第二背压传感器17、选择阀门18、排气总管19、第二过滤体20、第一进气支管21、反吹气流管22、消声腔体23、过滤体外壳24、第二扩张口25、第二排气出口26、第二排气开关阀27、第一进气开关阀28等零部件。

反吹管内置式再生装置结构布置为：上述本实用新型中的反吹管内置实现形式的反吹气流管22置于消声腔体23内部，反吹气流管22两端的第一扩张口6和第二扩张口25分别开口于第一过滤体3和第二过滤体20的尾端，第一背压传感器5和第二背压传感器17分别安装在第一过滤体3和第二过滤体20所在区域监测发动机排气背压，第一收集管1和第二收集管14安装在尾气处理系统外部，第一进气支管21和第二进气支管15交汇于进气总管19，在第一进气支管21和第二进气支管15交汇处设有两个支管的选择阀门18，在管路的交汇口处设有开关阀门。

这种结构的工作原理：反吹气流管22内置于消声腔体23内，一端开口于消声腔体23左端空间的第二过滤体20尾部，一端开口于消声腔体右端空间的第一过滤体3尾部，通过对应的第二排气开关阀27和第一排气开关阀10控制其工作状态。具体控制策略如下：若第一过滤体3需要再生，将选择阀门18调整至第二进气支管15工作，第二过滤体20进行尾气过滤，并打开第一收集管开关阀2、第二进气开关阀16，关闭第一排气开关阀10和第二收集管开关阀13，尾气经第二过滤体20后进入第二扩张口25、反吹气流管22、第一扩张口6对第一过滤体3进行反吹再生，颗粒经过第一收集管开关阀2进入第一收集管1，完成第一过滤体3的反吹再生；若第二过滤体20需要再生，将选择阀门18调整至第一进气支管21工作，第一过滤体3进行尾气过滤工作，并打开第二收集管开关阀13和第一进气开关阀28,关闭一收集管开关阀2和第一排气开关阀10，尾气经第一过滤体3后进入第一扩张口6、反吹气流管22和第二扩张口25对第二过滤体20进行反吹再生，颗粒经过第二收集管开关阀13进入第二收集管14，完成第二过滤体20的反吹再生。

上述结构中的第一扩张口6以及第二扩张口25的开口位置以及开口形状以能够最大面积将气流扫过过滤体并保持一定的流速为宜，并保证背压传感器工作区域避开反吹气流管扩张口最大压力部位。

本实用新型中的两个收集管采用内壁光滑的钢管或不锈钢管制成，开口位置安装开关阀，开口形状根据气流运动特征进行设计，保证能够最大限度将反吹的颗粒收集进收集管内，内径根据发动机排量、进气支管流量等计算，保证气流流经收集管的流速能够带动颗粒顺利进入收集装置；两个背压传感器为耐发动机排气高温的压力传感器，其响应时间、测量量程和精度等参数根据发动机排气背压值、波动情况等实际选取，控制数据线路分别连接各个开关阀门以及背压传感器，相互之间进行信号屏蔽处理；反吹气流管能够通过的气流流量根据发动机排气量以及捕集器参数等综合考虑，并达到气流流速能够顺利将过滤体上的颗粒反吹的目的为宜，内置的反吹气流管能够耐受发动机高温高腐蚀的复杂环境，可采用409不锈钢管制作；

本实用新型中的在两个并联的过滤体区域分别安装相应的背压传感器，各连接管路安装相应的控制阀门，都通过数据控制线路与ECU相连接，信号经ECU处理后对各管路阀门进行控制，实时动态监测并调整过滤体工作状态，该系统无需采用额外的反吹动力气泵等，具有节约能源结构简单，零部件通用性强，易维修维护等优点。

利用发动机排气自动反吹的控制策略核心思想是集成背压传感器、控制阀门以及ECU于一体，设计两个过滤体并联工作，当其中一个进行尾气过滤时，另一个过滤体进行反吹再生，反吹气流动力来源于发动机尾气，反吹管经过合理计算设计后达到反吹再生需要的流速和流量，其控制过程为：采用交叉控制策略，将一部分发动机尾气通过管路引入其中一个过滤体，另一部分尾气通过管路引入另一个过滤体的尾端进行反吹再生，两个过滤体轮流工作和再生，在反吹管和尾气流入管的末端分别安装相应的控制阀门，通过交叉控制反吹管打开关闭和尾气流入管打开关闭，实现利用发动机尾气自动反吹再生的目的。

本实用新型采用两个过滤体并联的形式，通过合理设置管路阀门和管路开口位置，实现利用发动机尾气对过滤体自身反吹再生的目的，原理简单，结构简洁，无需额外的反吹再生气流动力来源，节约了发动机的能量，具有较高的再生效率，并且不采用热再生，降低了过滤体遭受热冲击的危险，提高了过滤体再生的安全性，在过滤体区域相应位置安装压力传感器，能够实时动态进行发动机背压监测，控制系统方便易实现，具有较高的自动化程度，对提高反吹再生形式的经济性和应用价值具有重要的意义。

Claims (4)

1.一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，其特征在于包括两块过滤体和过滤体外壳（24），所述的过滤体外壳（24）内被两块平行设置的消声腔体隔板（12）分成左中右三个腔室，左腔室与中腔室下端连通，中腔室与右腔室上端连通，右腔室内固定第一过滤体（20），左侧腔室内固定第二过滤体（3），中间腔室为消声腔体（23），所述的消声腔体（23）通过排气总管（11）与外界连通，左腔室和右腔室均设有进气支管和反吹颗粒收集管，并且左腔室和右腔室的进气支管进口端交汇于一个进气总管（19）；还包括一个反吹气流管（22），所述的反吹气流管（22）置于中腔室内，反吹气流管（22）把一个过滤体的排气端与另一个过滤体排气端连通。

2.根据权利要求1所述的一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，其特征在于：所述的右腔室的下端设有第一进气支管（21）和第一收集管（1），左腔室的上端设有第二进气支管（15）和第二收集管（14），其中第一进气支管（21）和第二进气支管（15）交汇于进气总管（19）；在第一进气支管（21）和第二进气支管（15）交汇处设有两个支管的选择阀门（18），在右腔体与第一进气支管（21）和第一收集管（1）的交汇处分别设有第一进气开关阀（28）和第一收集管开关阀（2），在左腔体与第二进气支管（15）和第二收集管（14）的交汇处分别设有第二进气开关阀（16）和第二收集管开关阀（13）；所述的反吹气流管（22）设于消声腔体（23）内，反吹气流管（22）的两端为扩张口，其中设于右腔室上端为第一扩张口（6），设于左腔室下端的为第二扩张口（25），在第一扩张口（6）内壁设有第一排气出口（9），第一排气出口（9）处设有第一排气开关阀（10），在第二扩张口（25）内壁设有第二排气出口（26），第二排气出口（26）处设有第二排气开关阀（27）。

3.根据权利要求2所述的一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，其特征在于：所述的第一过滤体（20）和第二过滤体（3）与消声腔体隔板（12）、过滤体外壳（24）之间设有隔热的石棉垫（4）。

4.根据权利要求3所述的一种微粒捕集器反吹管内置式再生装置，其特征在于：所述的左腔体和右腔体内均设有背压传感器，背压传感器与外部的电控单元连接，通过电控单元监测背压传感器采集的压力信号，并进行判断，控制选择阀门（18）选择其中一个过滤体工作而另一个过滤体反吹再生，保证每一时刻至少有一个过滤体处于捕集状态。