CN209212346U - 一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，随着微粒捕集器捕集的微粒越多，微粒捕集器中的空隙越少，空气流通受到的阻力越大，通过对两个L型三通球阀流通支路的转变，使得微粒捕集器处于只有风机吹风进入和流出的再生时机判定状态，恒定功率工作的风机吹风受到的阻力越大，风将动能传给翼形扇叶效果越差，从而翼形扇叶转动的速度越慢，当翼形扇叶转速低于其系统速度预设值时，则空气流通受到阻力大，进而判断微粒捕集器的背压大于一定值，进而实现对微粒捕集器再生时机判定。本实用新型有效地实现再生时机的判定，且整个再生时机判定过程相对简单，对发动机的工况稳定性要求没有限制，保障发动机的经济性和动力性。

Description

一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置

技术领域

本实用新型涉及柴油机的后处理器技术领域，特别是涉及一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置。

背景技术

作为机外净化的微粒捕集技术成为目前公认的降低柴油机微粒排放的最有效措施，也是商用前景最好的技术。但是，随着微粒在载体中的积累，排气阻力逐渐增大，排气背压也随之增高。一旦排气背压过高，则会造成发动机燃烧的恶化，对发动机的经济性和动力性产生不良影响，因此当微粒被捕集到一定量时需采取相关措施去除过滤体中微粒，达到完成柴油机微粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）的再生的目的。微粒捕集器使用过程中存在的主要问题是再生不完全，准确的判断再生时机可以说是解决再生不完全问题的关键。纵观国内外再生技术的研究进程，微粒捕集器再生时机的判断问题一直是该领域的热点，目前现有的再生时机的判断方法主要有以下几种：

第一种方法是排气微粒监测法，其利用传感器来对微粒物质的量进行间接的测量，由于排气微粒一般在传感器上是处于分布不均匀状态，因此在实际应用当中，微粒物质传感器也是很难反应出微粒捕集器中被捕集到的微粒的真实含量。

第二种方法是发动机工况监测法，利用监控发动机的实际运行状况，来对发动机排放的微粒物含量进行间接的确定，再依据微粒捕集器本身所具有的过滤效率，来推算出过滤体中捕集到的微粒物质的含量，从而对再生的时机做出判断，这种方法需要事先测量发动机在不同运行工况下的微粒物质的排放含量，依据微粒物质排放含量表来推算出微粒物质随时间而被捕集到的量。这种方法不仅要对发动机的转速和喷油量等进行实时监控，而且还要对传感器间接得来的发动机微粒物质的排放量进行修正。因此这种方法具体操作繁琐，对发动机的工况稳定性有较大的要求，而且要不断地对发动机自身的劣化程度进行修正。

第三种方法是排气背压法，在运用这种方法之前，先要知道发动机的转速，负荷以及排气背压流量三者之间所存在的关联，再根据发动机的转速，负荷以及排气流量三者之间的关联，来创建排气流量的 MAP 图，然后依据排气流量与排气背压值之间的关联来判断排气背压值的大小，把实时监控到的监测值与排气流量的 MAP 图上的值进行比对，最后以此来判定再生的时刻，在王丹的文献《柴油机微粒捕集器及其再生技术》中，其根据模型判断再生时机实质上是根据碳载量来判断再生时机，其核心思想是首先由试验测得柴油机微粒捕集器压降，然后由负载 DPF 压降公式，计算出微粒层厚度，再按公式计算得到微粒的沉积质量。该种方法在实际运用中，如在CN201510749445.4专利一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法，可能出现一些不可避免的问题：（1）发动机排气压力本身就是一个不断变化的值，因此很难对排气背压进行实时的精确的监测；（2）发动机存在不同的运行工况，要测得发动机的排气背压 MAP 图上的数据，需要进行大量的实验和数据的记录分析，工作量巨大；（3）对于整个再生系统进行控制，需要的设备比较复杂，造价贵。

第四种方法是时间判断法，根据有关的实验，在发动机特定的工况下，发动机排气背压值和时间一般是存在着正比的关系，微粒捕集器中所捕集到的微粒量就和发动机排气背压值也是存在着正比的关系。但该方法进行再生时机的判断存在精度低的问题，需以发动机处在稳定工况以及微粒捕集器过滤效率不变的为前提。

第五种方法是行驶里程判断法，由于发动机工况不同则行驶里程也不同；以及行驶里程相同，但发动机不同工况时沉积量也是不相同，且其中的差距还可能比较大。因此这种方法存在较大的偶然性误差。

第六种方法是总油耗判断法，车辆处在实际行驶状态下，微粒捕集器中捕集到的微粒和燃油的消耗量就存在一定的关系，但是这种方法准确度低，且无法保证车辆发动机一直处于正常工况运行。

上述6种再生时机的判断方法存在不足，如再生时机判定过程相当复杂、对发动机的工况稳定性有较大的要求，且再生时机判定存在偶然性的误差。因此设计一种简单、易行、且不对发动机的工况稳定性作要求的再生时机的判断装置和方法显得尤其重要。

实用新型内容

本实用新型为解决现有柴油机微粒捕集器再生时机判定的问题：如现有的再生时机判定过程相当复杂、对发动机的工况稳定性有较大的要求，且再生时机判定存在偶然性的误差。本实用新型要解决的技术问题是提供一种柴油机微粒捕集器再生时机的判定装置，可以实现对柴油机微粒捕集器再生时机的判定，且整个再生时机判定过程相对简单，对发动机的工况稳定性要求没有限制，保障发动机的经济性和动力性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，其特征在于包括微粒捕集系统、流体通道系统和再生时机判定系统，所述微粒捕集系统包括结构相同的微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ，流体通道系统包括风机、L型三通球阀A和L型三通球阀B，其中风机与L型三通球阀A的进口连通，L型三通球阀A的一个出口经进风管A与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀A的另一个出口经进风管B与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，进风管A和进风管B内分别设置单向阀A和单向阀B，L型三通球阀B的进口与排气管连接，L型三通球阀B的一个出口经排气支管A与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀B的另一个出口经排气支管B与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，由风机、L型三通球阀A、单向阀A、进风管A和微粒捕集器I形成了进风通道I，由风机、L型三通球阀A、单向阀B和微粒捕集器Ⅱ形成了进风通道Ⅱ，由排气管、L型三通球阀B、排气支管A、微粒捕集器I形成了排气通道I，由排气管、L型三通球阀B、排气支管B和微粒捕集器Ⅱ形成了排气通道Ⅱ；再生时机判定系统包括ECU、继电器装置总成、速度传感器A、速度传感器B、风速计A和风速计B，ECU输出端经继电器装置总成分别与L型三通球阀A、L型三通球阀B电连接，ECU一个输入端经速度传感器A与风速计A电连接，ECU另一个输入端经速度传感器B与风速计B连接，其中风速计A设置于进风管A内，风速计B设置于进风管B内；ECU控制继电器装置总成来切换L型三通球阀A、L型三通球阀B的流通支路，从而实现：排气通道I切断、排气通道Ⅱ连通、进风通道I连通、进风通道Ⅱ切断，或者排气通道I连通、排气通道Ⅱ切断、进风通道I切断、进风通道Ⅱ连通。

对上述方案作进一步说明，所述微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ均包括过滤体、过滤体壳体及再生装置，再生装置位于微粒捕集器I或微粒捕集器Ⅱ的进气端。

对上述方案作进一步说明，所述再生装置包括再生装置A和再生装置B，所述再生装置A为微粒捕集器I的电加热再生装置，其由电热管A和绝缘底座A组成，为微粒捕集器I再生时提供热能；所述再生装置B为微粒捕集器Ⅱ的电加热再生装置，其由电热管B和绝缘底座B组成，为微粒捕集器Ⅱ再生时提供热能。

对上述方案作进一步说明，所述风速计A和风速计B均包括翼形扇叶、三角支架和轴承，其中翼形扇叶通过三角支架支撑于进风管A和进风管B内壁，三角支架和翼形扇叶通过轴承连接，翼形扇叶以三角支架的中心杆为旋转中心做自由旋转运动。

对上述方案作进一步说明，所述轴承的内圈固定在三角支架上，并采用过盈配合，轴承的外圈套在翼形扇叶中心通孔上，并采用过盈配合。

对上述方案作进一步说明，所述L型三通球阀A进口与风机相连，L型三通球阀A的两个出口接口分别与单向阀A、单向阀B相连，所述的L型三通球阀B的进口与柴油机排气管相连，L型三通球阀B两个出口分别排气支管A、排气支管B相连。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型利用两个微粒捕集器，通过管道连接为一个回路，并利用两个三通球阀及单向阀把回路分割为4个通道，对管道内的风速检测，形成微粒捕集器再生时机判定。本再生时机判定过程相对简单，微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ轮流交替工作，其中一个微粒捕集器对微粒进行捕集，另一个微粒捕集器再生，随着微粒捕集器捕集微粒越多，微粒捕集器中的空隙越少，在微粒捕集器只有一个风机吹风进入和流出的再生判定状态时，恒定功率工作的风机吹风受到的阻力越大，风穿过风速计，风将动能传给翼形扇叶效果越差，从而翼形扇叶转速越慢，则空气流通受到的阻力越大，进而判断微粒捕集器的背压大于一定值，因而实现对微粒捕集器再生时机判定，且对发动机的工况稳定性没有要求。本实用新型可以实现对柴油机微粒捕集器再生时机的判定，且整个再生时机判定过程相对简单，对发动机的工况稳定性要求没有限制，保障发动机的经济性和动力性。

附图说明

附图1是一种柴油机微粒捕集器再生时机的判定装置整体图；

附图2是附图1 中I处的局部放大视图；

附图3是附图1 中Ⅱ处的局部放大视图；

附图4是附图1 中Ⅲ处的局部放大视图；

附图5是附图1 中Ⅳ处的局部放大视图；

附图6是一种柴油机微粒捕集器再生时机的判定流程图；

其中：1、风机，2、L型三通球阀A，3、单向阀A，4、风速计A，5、翼形扇叶A，6、三角支架A，7、轴承A，8、速度传感器A，9、过滤体壳体A，10、过滤体A，11、ECU，12、继电器装置总成，13、再生装置A，14、排气支管A，15、排气管，16、L型三通球阀B，17、单向阀B，18、风速计B，19、翼形扇叶B，20、三角支架B，21、轴承B，22、速度传感器B，23、过滤体壳体B，24、过滤体B，25、再生装置B，26、排气支管B，27、进风管A，28、进风管B，29、电热管A，30、绝缘底座A、31、电热管B，32、绝缘底座B。

具体实施方式

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。

根据附图1可知，本实施例具体为一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，包括微粒捕集系统、流体通道系统和再生时机判定系统，微粒捕集系统置于柴油机尾气排放管道上，收集尾气中的未燃烧颗粒，并对未燃烧颗粒再次燃烧，实现微粒捕集器再生；流体通道系统对微粒捕集器再生提供所需的空气和尾气导向；再生时机判定系统通过判断微粒捕集器内的未燃烧颗粒情况，对流体通道系统中的气体导向进行孔道控制，在适当的时机实现微粒捕集器再生。

本系统中的微粒捕集系统包括结构相同的微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ，微粒捕集器I由过滤体壳体A9、过滤体A10组成，微粒捕集器Ⅱ由过滤体壳体B23、过滤体B24组成；在微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ的进气端设置再生装置A13和再生装置B25。再生装置A13为微粒捕集器I的电加热再生装置，如附图4，再生装置A13由电热管A29和绝缘底座A30组成，为微粒捕集器I再生时提供热能。再生装置B25为微粒捕集器Ⅱ的电加热再生装置，如附图5，再生装置B25由电热管B31和绝缘底座B32组成，为微粒捕集器Ⅱ再生时提供热能。

如附图1，流体通道系统包括风机1、L型三通球阀A2和L型三通球阀B16，其中风机1与L型三通球阀A2的进口连通，L型三通球阀A2的一个出口经进风管A27与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀A2的另一个出口经进风管B28与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，进风管A27和进风管B28内分别设置单向阀A3和单向阀B17，L型三通球阀B16的进口与排气管15连接，L型三通球阀B16的一个出口经排气支管A14与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀B16的另一个出口经排气支管B26与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，由风机1、L型三通球阀A2、单向阀A3、进风管A27和微粒捕集器I形成了进风通道I，进风通道I是风机1吹风进入微粒捕集器I的一条通道，由风机1、L型三通球阀A2、单向阀B17和微粒捕集器Ⅱ形成了进风通道Ⅱ，进风通道II是风机1吹风进入微粒捕集器Ⅱ的另一条通道，由排气管15、L型三通球阀B16、排气支管A14、微粒捕集器I形成了排气通道I，排气通道I是柴油机排气进入微粒捕集器I的一条通道，由排气管15、L型三通球阀B16、排气支管B26和微粒捕集器Ⅱ形成了排气通道Ⅱ，排气通道 II是柴油机排气进入微粒捕集器Ⅱ的另一条通道。

如附图1-3所示，再生时机判定系统包括ECU11（电子控制单元）、继电器装置总成12、速度传感器A8、速度传感器B22、风速计A4和风速计B18，ECU11输出端经继电器装置总成12分别与L型三通球阀A2、L型三通球阀B16电连接，ECU11输入端经速度传感器A8与风速计A4电连接，ECU11输入端经速度传感器B22与风速计B18连接，其中风速计A4设置于进风管A27内，风速计B18设置于进风管B28内。

上述的再生时机判定系统分为再生时机判定部分I和再生时机判定部分II，再生时机判定部分I其特征在于包括进进风管A27、风速计A4、ECU11、继电器装置总成12，风速计A4由翼形扇叶A5、三角支架A6、轴承A7、速度传感器A8组成，风速计A4用来监测进风管A27的风速；三角支架A6由脚架和顶杆组成，三角支架A6的脚架固定在进风管A27内壁面上，三角支架A6的顶杆与翼形扇叶A5通过轴承A7连接，翼形扇叶A5以三角支架A6的顶杆为旋转中心以做旋转运动，速度传感器A8分别与翼形扇叶A5和三角支架A6的顶杆连接，速度传感器A8监测翼形扇叶A5转速，并将检测到的翼形扇叶A5转速信号传递给电子控制单元ECU11。再生时机判定部分II包括进风管B28、风速计B18、电子控制单元ECU11、继电器装置总成12，风速计B18由翼形扇叶B19、三角支架B20、轴承B21、速度传感器B22组成，风速计B18用来监测进风管B28的风速，三角支架B20由脚架和顶杆组成，三角支架B20的脚架固定在进风管B28内壁面上，三角支架B20的顶杆与翼形扇叶B19通过轴承B21连接，翼形扇叶B19以三角支架A62的顶杆为旋转中心做旋转运动，速度传感器B22分别与翼形扇叶B19和三角支架B20的顶杆连接，速度传感器B22监测翼形扇叶B19转速，并将检测到的翼形扇叶B19转速信号传递给电子控制单元ECU11。

再生时机判定系统中，ECU11控制继电器装置总成12来切换L型三通球阀A2、L型三通球阀B16的流通支路，从而实现：排气通道I切断、排气通道Ⅱ连通、进风通道I连通、进风通道Ⅱ切断，或者排气通道I连通、排气通道Ⅱ切断、进风通道I切断、进风通道Ⅱ连通。

由附图2、附图3可知，轴承A7的内圈与三角支架A6顶杆过盈配合，轴承A7的外圈与翼形扇叶A5中心的通孔过盈配合；轴承B21的内圈与三角支架B20顶杆过盈配合，轴承B21的外圈与翼形扇叶B19中心的通孔过盈配合。

由附图1可知，进风管A27两端分别与过滤体壳体A9和单向阀A3连接；进风管B28两端分别与过滤体壳体B23和单向阀B17连接。L型三通球阀A2进气端与风机1相连，L型三通球阀A2的两个出气端接口分别与单向阀A3、单向阀B17相连，其作用是切换空气流向，从而连通进风通道I、切断进风通道II，或者连通进风通道II、切断进风通道I；L型三通球阀B16的进气端与柴油机排气管15相连，L型三通球阀B16的两个出气端接口分别排气支管A14、排气支管B26相连，其作用是切换柴油机排气流向，从而连通排气通道I、切断排气通道II，或者连通排气通道II、切断排气通道I；排气支管A14分别与L型三通球阀B16和过滤体壳体A9焊接连接；排气支管B26分别与L型三通球阀B16和过滤体壳体B23焊接连接；再生装置A13位于微粒捕集器I前端；再生装置B25位于微粒捕集器II前端。

本实用新型中，继电器装置总成12与L型三通球阀连接，并控制L型三通球阀的阀杆倒转或者正转，从而实现L型三通球阀流通支路的转变。

本实用新型中，柴油机微粒捕集器再生时机判定系统正常工作，具体实施方式见图6再生时机的判定流程图：随着微粒捕集器捕集微粒越多，微粒捕集器中的空隙越少，柴油机排气阻力逐渐增大，排气背压也随之增高，一旦排气背压过高，则会造成发动机燃烧的恶化，对发动机的经济性和动力性产生不良影响,通过ECU11控制继电器装置总成12来切换L型三通球阀A2、L型三通球阀B16的流通支路，从而实现：排气通道I切断、排气通道Ⅱ连通、进风通道I 连通、进风通道Ⅱ切断，或者排气通道I连通、排气通道Ⅱ切断、进风通道I 切断、进风通道Ⅱ连通；当排气通道I切断、排气通道Ⅱ连通、进风通道I 连通、进风通道Ⅱ切断时，微粒捕集器I处于只有风机1吹风进入和流出的再生时机判定状态，微粒捕集器Ⅱ处于柴油机排气进入和流出的微粒捕集状态，此时，ECU11控制风机1吹风，风穿过风速计A4，风将动能传给翼形扇叶A5，从而翼形扇叶A5转动，速度传感器A8将监测到的翼形扇叶A5转速信号传给ECU11，若翼形扇叶A5的转速低于系统中翼形扇叶转速预设值时，则空气流通受到的阻力大，ECU11控制再生装置A13对微粒捕集器I 进行再生，若翼形扇叶A5转速高于系统中翼形扇叶转速预设值，ECU11间隔一个工作时间后，再控制继电器装置总成12来切换L型三通球阀A2、L型三通球阀B16的流通支路，使得排气通道I连通，排气通道Ⅱ切断，进风通道I 切断，进风通道Ⅱ连通，此时，微粒捕集器Ⅱ处于只有风机1吹风进入和流出的再生时机判定状态，微粒捕集器I处于柴油机排气进入和流出的的微粒捕集状态，此时，ECU11控制风机1吹风，风穿过风速计B18，风将动能传递给翼形扇叶B19，从而翼形扇叶B19转动，速度传感器82将监测到的翼形扇叶B19转速信号传递给ECU11，若翼形扇叶B19的转速低于系统中翼形扇叶转速预设值时，则空气流通受到阻力大，ECU11控制再生装置B25对微粒捕集器Ⅱ进行再生，若翼形扇叶B19转速高于系统中翼形扇叶转速预设值，ECU11间隔一个工作时间，循环重复上述步骤，直到翼形扇叶A5或者翼形扇叶B19转速低于系统中翼形扇叶转速预设值时，ECU11控制再生装置A13对微粒捕集器I 进行再生或者ECU11控制再生装置B25对微粒捕集器Ⅱ进行再生，从而完成一个再生周期。在上述过程中，ECU11间隔一个工作时间，即ECU11采用数值计算中的0.618法则，逐渐缩短对L型三通球阀A2、L型三通球阀B16流通支路切换的一个工作时间。

本实用新型提出一种新型判断微粒捕集再生时机的判定装置，再生时机判定过程相对比较简单、通过翼形扇叶A5转速和翼形扇叶B19转速间接反映出微粒捕集器的背压，当翼形扇叶A5转速或者翼形扇叶B19转速低于系统中翼形扇叶转速预设值时，则空气流通受到阻力大，进而判断微粒捕集器的背压大于一定值，且再生时机判定过程中对发动机的工况稳定性无要求。

Claims (4)

1.一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，其特征在于包括微粒捕集系统、流体通道系统和再生时机判定系统，所述微粒捕集系统包括结构相同的微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ，流体通道系统包括风机(1)、L型三通球阀A(2)和L型三通球阀B(16)，其中风机(1)与L型三通球阀A(2)的进口连通，L型三通球阀A(2)的一个出口经进风管A(27)与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀A(2)的另一个出口经进风管B(28)与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，进风管A(27)和进风管B(28)内分别设置单向阀A(3)和单向阀B(17)，L型三通球阀B(16)的进口与排气管(15)连接，L型三通球阀B(16)的一个出口经排气支管A(14)与微粒捕集器I进气端连通，L型三通球阀B(16)的另一个出口经排气支管B(26)与微粒捕集器Ⅱ进气端连通，由风机(1)、L型三通球阀A(2)、单向阀A(3)、进风管A(27)和微粒捕集器I形成了进风通道I，由风机(1)、L型三通球阀A(2)、单向阀B(17)和微粒捕集器Ⅱ形成了进风通道Ⅱ，由排气管(15)、L型三通球阀B(16)、排气支管A(14)、微粒捕集器I形成了排气通道I，由排气管（15）、L型三通球阀B(16)、排气支管B(26)和微粒捕集器Ⅱ形成了排气通道Ⅱ；再生时机判定系统包括ECU(11)、继电器装置总成(12)、速度传感器A(8)、速度传感器B(22)、风速计A(4)和风速计B(18)，ECU(11)输出端经继电器装置总成(12)分别与L型三通球阀A(2)、L型三通球阀B(16)电连接，ECU(11)一个输入端经速度传感器A(8)与风速计A(4)电连接，ECU(11)另一个输入端经速度传感器B(22)与风速计B(18)连接，其中风速计A(4)设置于进风管A(27)内，风速计B(18)设置于进风管B(28)内；ECU(11)控制继电器装置总成(12)来切换L型三通球阀A(2)、L型三通球阀B(16)的流通支路，从而实现：排气通道I切断、排气通道Ⅱ连通、进风通道I连通、进风通道Ⅱ切断，或者排气通道I连通、排气通道Ⅱ切断、进风通道I切断、进风通道Ⅱ连通。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，其特征在于：所述微粒捕集器I和微粒捕集器Ⅱ均包括过滤体、过滤体壳体及再生装置，再生装置位于微粒捕集器I或微粒捕集器Ⅱ的进气端。

3.根据权利要求1所述的一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，其特征在于：所述风速计A(4)和风速计B(18)包括翼形扇叶、三角支架和轴承，其中翼形扇叶通过三角支架支撑于进风管A(27)和进风管B(28)内壁，三角支架和翼形扇叶通过轴承连接，翼形扇叶以三角支架的中心杆为旋转中心做自由旋转运动。

4.根据权利要求1所述的一种柴油机微粒捕集器再生时机判定装置，其特征在于：所述L型三通球阀A(2)进口与风机(1)相连，L型三通球阀A(2)的两个出口接口分别与单向阀A(3)、单向阀B(17)相连，所述的L型三通球阀B(16)的进口与柴油机排气管(15)相连，L型三通球阀B(16)两个出口分别排气支管A(14)、排气支管B(26)相连。