專(zhuān)利名稱(chēng)：柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)尾氣后處理裝置的一種再生方法及其裝置，具體是指柴油機(jī)微粒捕集器(DPF)的一種主動(dòng)熱再生方法及其裝置。 技術(shù)背景柴油機(jī)尾氣中存在主要由碳煙等物質(zhì)組成的顆粒物質(zhì)(PM)，這些顆粒物質(zhì) 對(duì)環(huán)境的危害性很大，是城市空氣的主要污染源之一。因此柴油機(jī)尾氣微粒物質(zhì) 排放控制的重要性越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視，世界上很多國(guó)家都在逐步實(shí) 施越來(lái)越嚴(yán)格的柴油機(jī)PM排放標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)。在眾多的柴油機(jī)PM排放控制技術(shù)中，柴油機(jī)微粒捕集器(DPF，也稱(chēng)為微粒 過(guò)濾器)被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的技術(shù)之一。其主要思路是將柴油機(jī)尾氣通 過(guò)DPF，使尾氣中的PM沉積在濾芯上，從而使柴油機(jī)尾氣在排入大氣之前予以 凈化。但是，濾芯對(duì)尾氣的流動(dòng)阻力隨著濾芯上PM沉積量的增加而增加，其對(duì) 氣流的阻力越來(lái)越大，使得柴油機(jī)的排氣背壓越來(lái)越高，至一定程度之后，必 須對(duì)濾芯上的PM予以清除，降低PDF對(duì)柴油機(jī)尾氣的阻力，使DPF重新處于可 使用狀態(tài)，即DPF的再生。沉積在濾芯上的PM清除方法主要有兩種思路 一是給微粒物質(zhì)輸入能量， 使其溫度超過(guò)碳粒子燃點(diǎn)而自燃、燃盡，達(dá)到再生的目的；另一種是通過(guò)催化 劑降低碳粒子的燃點(diǎn)，使其能在柴油機(jī)排氣溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，從而達(dá)到保 持濾芯清潔的目的。對(duì)于前者， 一般存在輔助設(shè)備眾多、系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大 且可靠性不好等問(wèn)題，以至于至今不能在柴油車(chē)上大范圍使用；對(duì)于后者，其對(duì)油品的要求很苛刻，尤其是柴油中的硫、磷含量必須非常低，否則容易使催 化劑中毒而導(dǎo)致濾芯失去再生能力，并且PM的成份不是純碳，氧化反應(yīng)后的殘 留物質(zhì)覆蓋在催化劑表面使其很快失效，所以被動(dòng)再生的方式也只是在那些油 品含硫、磷量很低的國(guó)家小范圍內(nèi)試用，也還有很多問(wèn)題需要解決。主動(dòng)再生中，有人提出了直接噴油助燃再生的方法，例如專(zhuān)利CN 2596028Y、 02292102.8、 200510047787. 8等等。但是噴油助燃再生法具有下列不足之處① 由于燃油必須存在較高的壓力(否則不能在噴嘴中形成噴霧，以致不能點(diǎn)火 及正常燃燒)，所以需要設(shè)置高壓油泵，以及油泵的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜；② 基于濾芯所能承受的溫度限制，噴入的燃油流量并不大，且出于點(diǎn)火要求， 霧化后的燃油必須具有合適的霧化粒度及液滴尺寸分布規(guī)律，對(duì)噴嘴的霧化要 求非常高，相應(yīng)的，噴嘴上必須加載較高的噴油壓力，所以噴嘴的噴孔等部位 尺寸一般很小，這樣的小流量燃油霧化設(shè)備一是很難設(shè)計(jì)且加工工藝性能很差， 二是容易堵塞，性能很不可靠；③燃油液滴在燃燒區(qū)點(diǎn)火之前屬于液體，而發(fā) 動(dòng)機(jī)尾氣中的含氧量不高，點(diǎn)火環(huán)境差，燃料不易點(diǎn)燃，且對(duì)點(diǎn)火線圈的要求 很苛刻，很容易出現(xiàn)點(diǎn)火成功之前，主燃區(qū)內(nèi)壁面已經(jīng)積存了很多液體燃油的 情況， 一旦點(diǎn)火成功這些液體油參與燃燒，造成高溫?fù)p壞DPF，甚至存在爆炸 的隱患，系統(tǒng)難以穩(wěn)定差；④燃油液滴與氣流的匹配很難，在低密度、低含氧 量的主燃區(qū)保證燃油高效、穩(wěn)定的燃燒非常困難，致使很大一部分燃油根本沒(méi) 有燃燒就直接排入大氣，這種未燃盡的碳?xì)浠衔锏膶?shí)質(zhì)就是二次污染；⑤燃 油火焰溫度場(chǎng)不易調(diào)節(jié)，且受車(chē)輛行駛狀態(tài)的影響較大，易形成峰值較高的局 部高溫區(qū)，影響濾芯再生的整體效率，并縮短其壽命。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，針對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)微粒捕集器噴油主動(dòng)熱再生存在的缺陷， 提出一種柴油機(jī)微粒捕集器的主動(dòng)熱再生的方法及其裝置，其具有不需要高壓 供油系統(tǒng)、容易點(diǎn)火、燃燒穩(wěn)定、溫度場(chǎng)均勻，可靠性好、二次污染小、且系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、便于整車(chē)布局設(shè)計(jì)等特征。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是，所述柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生的方法為 利用柴油機(jī)尾氣余熱或者輔以電加熱使燃料密封罐中液體燃料形成帶有壓力的 高溫飽和蒸氣；當(dāng)尾氣通道中濾芯的前、后壓力傳感器所顯示的壓力差值到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟燃料輸出閥而使燃料密封罐中的飽和高壓燃料蒸氣通過(guò)燃料輸出闊進(jìn)入噴頭，噴入主燃區(qū)，點(diǎn)火電嘴開(kāi)始跳火，點(diǎn)燃?xì)鈶B(tài)的燃料蒸氣；在雙 級(jí)旋流器的作用下使火焰保持在主燃區(qū)，產(chǎn)生高溫氣體，流過(guò)濾芯，引燃沉積 在濾芯上的微粒物質(zhì)，直至濾芯前后的壓力差達(dá)到預(yù)設(shè)值，停止燃料蒸氣的燃 燒，完成柴油機(jī)微粒捕集器的再生。進(jìn)一步地，再生時(shí)，燃料罐中蒸氣的壓力未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)對(duì)燃料實(shí)施電加 熱；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的溫度、流量及含氧量來(lái)控制二次空氣的供給流量，根據(jù) 發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的溫度、流量及濾芯前后的壓差(微粒物質(zhì)含量)來(lái)控制燃料蒸氣 供給量，使微粒捕集器再生時(shí)燃料、空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣三者之間的配比關(guān)系處 于合適的范圍內(nèi)，確保在任何發(fā)動(dòng)機(jī)工況下濾芯都能順利完成再生。所述控制 可由中央控制單元實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是，所述柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生的裝置的結(jié) 構(gòu)為裝置的外殼由再生段外殼和捕集段外殼連接組成，盛儲(chǔ)有液體燃料的燃 料罐位于再生段外殼的內(nèi)部；所述燃料罐內(nèi)部設(shè)有液位探針和第一壓力傳感器， 還可能設(shè)置電熱絲；該燃料罐外部設(shè)有數(shù)道受熱肋片，以及串有單向閥的燃料注入管和串有電磁閥的燃料輸出管；燃料輸出管通過(guò)噴頭導(dǎo)入管與噴頭相連，噴頭上設(shè)有均勻布置、帶有徑向分量的數(shù)個(gè)噴孔；噴頭外側(cè)與一級(jí)旋流器配合， 一級(jí)旋流器通過(guò)環(huán)鉤與二級(jí)旋流器軸向配合； 一級(jí)旋流器為軸向旋流器，二級(jí) 旋流器為徑向旋流器，二者旋向相反，通過(guò)兩級(jí)旋流器的氣流在喉管后部匯合； 一級(jí)旋流器上游設(shè)有固定在捕集器再生段外殼上并裝有二次空氣補(bǔ)充閥的二次 空氣輸入管，二級(jí)旋流器下游主燃區(qū)設(shè)置頭部環(huán)，頭部環(huán)通過(guò)波紋環(huán)固定在所 述再生段外殼內(nèi)壁；靠近頭部環(huán)下游設(shè)有安裝在所述再生段外殼上的點(diǎn)火電嘴， 燃料罐上游設(shè)有安裝在再生段外殼上的含氧量傳感器；安裝在所述捕集段外殼 中的濾芯上游分別設(shè)有安裝在再生段外殼上的第二壓力傳感器、溫度傳感器； 所述濾芯下游設(shè)有安裝在捕集段外殼上的第三壓力傳感器;所述各壓力傳感器， 液位探針，含氧量傳感器，二次空氣補(bǔ)充閥，電磁閥，及點(diǎn)火電嘴皆有信號(hào)線 均同中央控制單元相連。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，所述柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生的裝置的結(jié)構(gòu)為裝置的外殼由再生段外殼38和捕集段外殼25連接組成，盛儲(chǔ)有液體燃料的燃料罐37 位于再生段外殼38的內(nèi)部；所述燃料罐37內(nèi)部設(shè)有液位探針7和第一壓力傳 感器8，還可能設(shè)置電熱絲53 (如圖18所示)；該燃料罐37外部設(shè)有數(shù)道受熱 肋片48 (如圖6所示)，以及串有單向閥3的燃料注入管40和串有電磁閥11 的燃料輸出管36;燃料罐37通過(guò)燃料注入管40、燃料輸出管36以及設(shè)置在受 熱肋片48上的固定座44及固定桿46 (參見(jiàn)圖9)安裝在捕集器再生段外殼38 的中；燃料輸出管36通過(guò)噴頭導(dǎo)入管16與噴頭34相連，噴頭34上設(shè)有均勻 布置、帶有徑向分量的數(shù)個(gè)噴孔43 (參見(jiàn)圖10);噴頭34外側(cè)與一級(jí)旋流器33配合， 一級(jí)旋流器33通過(guò)環(huán)鉤32與二級(jí)旋流器31軸向配合，兩級(jí)旋流器 之間能在一定范圍內(nèi)徑向浮動(dòng)，存在消除加工及裝配誤差的徑向間隙(參見(jiàn)圖 8); —級(jí)旋流器33為軸向旋流器，二級(jí)旋流器31為徑向旋流器，二者旋向相 反，通過(guò)兩級(jí)旋流器的氣流在喉管49后部匯合；如圖1所示， 一級(jí)旋流器33 上游設(shè)有固定在捕集器再生段外殼38上并裝有二次空氣補(bǔ)充閥14的二次空氣 輸入管35， 二級(jí)旋流器31下游主燃區(qū)設(shè)置頭部環(huán)30，頭部環(huán)30通過(guò)波紋環(huán) 29固定在所述再生段外殼38內(nèi)壁；靠近頭部環(huán)30下游設(shè)有安裝在所述再生段 外殼38上的點(diǎn)火電嘴28，燃料罐37上游設(shè)有安裝在再生段外殼38上的含氧 量傳感器39;安裝在所述捕集段外殼25中的濾芯22上游分別設(shè)有安裝在再生 段外殼38上的第二壓力傳感器17、溫度傳感器18;所述濾芯22下游設(shè)有安裝 在捕集段外殼25上的第三壓力傳感器24;所述各壓力傳感器8、 17、 24，液位 探針7，含氧量傳感器39， 二次空氣補(bǔ)充閥14，電磁閥ll，及點(diǎn)火電嘴28皆 有信號(hào)線均同中央控制單元12相連。下面結(jié)合各附圖，說(shuō)明本發(fā)明的工作原理參見(jiàn)圖1，將柴油機(jī)尾氣1由裝置的外殼左端導(dǎo)入，從右端排出；盛儲(chǔ)有汽油， 或者汽油與乙醇混合物，或者其它沸點(diǎn)低于柴油機(jī)尾氣1溫度的液態(tài)燃料的燃料 罐37置于尾氣流中，在尾氣加熱作用下，燃料形成高溫、高壓的飽和蒸氣或氣液 混合物。發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)狀態(tài)下，液位探針7檢測(cè)燃料罐37中的燃料液位， 一旦發(fā)現(xiàn) 液面低于警戒線，則中央控制單元12發(fā)出添加燃料的信號(hào)，維護(hù)人員或駕駛?cè)藛T 通過(guò)單向閥3、外部連接管路4、燃料注入管40，向燃料罐37中加注燃料。微粒捕集器工作時(shí)，隨著濾芯22上沉積的微粒物質(zhì)越來(lái)越多，其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 尾氣的阻力越來(lái)越大，具體體現(xiàn)在濾芯前后的第二、第三壓力傳感器17、 24之差值，當(dāng)二者差值達(dá)到某一預(yù)設(shè)值(例如15KPa)后，中央控制單元12發(fā)出 開(kāi)始再生的指令，啟動(dòng)微粒捕集器再生程序。再生程序啟動(dòng)后，中央控制單元 12通過(guò)含氧量傳感器39所獲取發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中含氧量信息，判斷是否開(kāi)啟二次 空氣補(bǔ)充閥14。若尾氣中含氧量大于某個(gè)設(shè)定值(例如14%)，則尾氣中的含 氧量可以維持燃料燃燒及再生，無(wú)需補(bǔ)充二次空氣；若尾氣中含氧量小于設(shè)定 值，則中央控制單元12向二次空氣補(bǔ)充闊14發(fā)送開(kāi)啟指令，并且尾氣中的含 氧量越小，二次空氣補(bǔ)充閥14開(kāi)度越大，則補(bǔ)充的二次空氣越多，始終使再生 環(huán)境下的氣流含氧量處于能維持再生順利進(jìn)行的范圍內(nèi)。為了改善燃燒狀況， 二次空氣輸入管35的出口處于緊靠噴頭34的上游，使得引入的二次空氣能盡 量多地進(jìn)入一級(jí)旋流器33。之后，中央控制單元12向電磁閥11發(fā)出開(kāi)啟指令， 燃料管37中的高溫、高壓燃料蒸氣通過(guò)外部連接管道13、噴頭導(dǎo)入管16，進(jìn) 入噴頭34的內(nèi)腔，通過(guò)噴頭上的噴孔43噴出。中央控制單元12同時(shí)發(fā)出點(diǎn)火 電嘴28開(kāi)始跳火的指令，點(diǎn)燃噴頭34中噴出的燃料蒸氣，燃料燃燒釋放的熱 量使得主燃區(qū)下游的氣流溫度升高至微粒物質(zhì)的著火點(diǎn)以上，高溫氣體流過(guò)濾 芯22時(shí)，引燃其上的微粒物質(zhì)，隨著微粒物質(zhì)的不斷燃燒、減少，濾芯22對(duì) 氣流的阻力也越來(lái)越小，體現(xiàn)在濾芯前后的第一、第二壓力傳感器17、 24之差 值越來(lái)越小， 一旦該差值達(dá)到某一預(yù)設(shè)值，表示濾芯22再生完成，此時(shí)中央控 制單元12發(fā)出指令，關(guān)閉電磁閥ll，切斷噴頭34中的燃料供給，主燃區(qū)火焰 熄滅，同時(shí)點(diǎn)火電嘴28停止跳火，完成一個(gè)再生周期。噴頭34外側(cè)依次為一級(jí)旋流器33和二級(jí)旋流器31，氣流經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋流器 之后發(fā)生旋轉(zhuǎn)，具有了切向方向(沿圓周方向)的動(dòng)量，在離心力作用下，氣 流會(huì)形成一個(gè)向外擴(kuò)張的空心氣錐，并在氣錐的中心部位形成負(fù)壓，即在軸向 上形成逆壓梯度，致使氣錐下游的熾熱已燃?xì)怏w回流，形成一個(gè)高溫的回流區(qū)，而回流區(qū)中的高溫燃?xì)鈱⒆鳛榛鹪矗c(diǎn)燃后面連續(xù)噴出的燃料蒸氣，致使燃燒 火焰始終穩(wěn)定在回流區(qū)的某個(gè)合適位置，從而使得再生時(shí)燃料蒸氣具有非常出 色的燃燒穩(wěn)定性。燃料蒸氣自噴孔43噴出之后，首先與來(lái)自一級(jí)旋流器33的氣流混合，形 成帶旋的可燃混合氣，然后在二級(jí)旋流器31的喉管49后與來(lái)自二級(jí)旋流器31 的氣流混合，因兩級(jí)旋流器的旋向相反，在兩股氣流的交界部位存在很大的速 度梯度，根據(jù)流體力學(xué)原理，會(huì)出現(xiàn)一系列細(xì)小的柱形空氣渦，而這些柱形空 氣渦也是混氣燃燒時(shí)的火焰鋒面，即燃料燃燒的主要區(qū)域。由于該區(qū)域的氣流 速度梯度大、紊流度高、摻混均勻，從而保證了燃料蒸氣燃燒時(shí)具有很高的燃 燒效率。再生時(shí)，燃燒后的高溫氣流未經(jīng)稀釋之前的溫度可達(dá)8(xrc以上，如果不對(duì)微粒捕集器的外殼進(jìn)行冷卻保護(hù)，高溫氣體會(huì)將捕集器外殼燒成紅色。過(guò)高 的外殼溫度一方面將極大地增加車(chē)輛對(duì)外界的安全隱患，例如可能引燃外部的可燃物；另一方面外殼一旦碰上水滴等液體，則會(huì)因?yàn)榭於绕?、然后液化?產(chǎn)生煙霧，使車(chē)輛駕乘人員或維護(hù)人員對(duì)車(chē)體狀況發(fā)生誤判。并且外殼經(jīng)常性 的劇烈冷熱交替，也易因熱沖擊而損壞，縮短捕集器外殼的壽命。為了避免捕集器外殼溫度過(guò)高而帶來(lái)的上述負(fù)面影響，在頭部環(huán)30與再生 段外殼38之間設(shè)置波紋環(huán)29，上游的尾氣將通過(guò)波紋環(huán)29進(jìn)入主燃區(qū)，并在 波紋環(huán)29的引導(dǎo)下貼著再生段外殼38的內(nèi)壁軸向流動(dòng)，形成一道冷卻氣膜， 該氣膜將主燃區(qū)的熾熱氣體與外殼38內(nèi)壁隔開(kāi)，使捕集器的外殼溫度不至于過(guò) 高。由以上可知，本發(fā)明為柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法及其裝置，它的有益效果包括1、 由于燃料是具有較高溫度的氣體狀態(tài)，其點(diǎn)火性能較常溫的液體燃料 大幅提高，從而避免了再生時(shí)液體燃料不容易點(diǎn)火的缺陷。并且，由于本發(fā)明 中的燃料是氣體，即使在燃料開(kāi)始供應(yīng)的時(shí)刻沒(méi)有順利點(diǎn)火，也不會(huì)像液體燃 料那樣容易在捕集器內(nèi)部積存而造成巨大的危害性。2、 氣體燃料燃燒屬于預(yù)混燃燒，反應(yīng)速度快，燃燒持續(xù)的空間距離短， 而一般的噴油助燃再生中，燃液滴燃燒屬于擴(kuò)散燃燒，反應(yīng)速度較低，燃燒持 續(xù)的空間距離長(zhǎng)。因此，本發(fā)明將大大縮短微粒捕集器的長(zhǎng)度，極有利于整車(chē) 設(shè)計(jì)。3、 旋流器形成的強(qiáng)回流區(qū)將使得火焰變得短而粗，火焰橫截面積大，而 不是一般的燃油燃燒細(xì)而長(zhǎng)的火焰形狀，這樣火焰下游橫截面上的溫度很快變 得均勻，因而使得高溫氣體進(jìn)入過(guò)濾體時(shí)的橫截面溫度比較均勻，有利于降低 過(guò)濾體再生時(shí)局部高溫區(qū)的峰值，使溫度分布更加均勻，減少過(guò)濾體的熱應(yīng)力， 有利于提高過(guò)濾體的再生效率，加快再生速度，延長(zhǎng)過(guò)濾體的壽命。4、 如前所述，在頭部環(huán)30與再生段外殼38之間設(shè)置波紋環(huán)29，上游的 尾氣將通過(guò)波紋環(huán)29進(jìn)入主燃區(qū)，并在波紋環(huán)29的引導(dǎo)下貼著再生段外殼38 的內(nèi)壁軸向流動(dòng)，形成一道冷卻氣膜，該氣膜將主燃區(qū)的熾熱氣體與外殼38 內(nèi)壁隔開(kāi)，使捕集器的外殼溫度不至于過(guò)高。5、 雙級(jí)反向旋流結(jié)構(gòu)提高了燃燒的穩(wěn)定性，再生時(shí)受發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化、 車(chē)輛行駛路況變化的影響很小，抵抗外部因素而造成再生過(guò)程中斷的情況較一 般燃油再生裝置大幅提高。6、燃燒效率高，大大減少了未燃碳?xì)浠衔镌斐傻亩挝廴尽?


圖1是本發(fā)明所述裝置的實(shí)施例1的縱向剖面示意圖；圖2是圖1中A-A向剖視圖；圖3是圖1中B-B向剖視圖；圖4是圖l中OC向剖視圖；圖5是圖1中D-D向剖視圖；圖6是圖1中E-E向剖視圖；圖7是圖1中H處局部放大視圖——兩段外殼組裝示意圖；圖8是圖1中J處局部放大視圖——噴頭與旋流器的配合示意圖;圖9是圖6中K處局部放大視圖——燃料罐加固結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是噴頭34的第一種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖11是噴頭34的第二種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖12是噴頭34的第三種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖13是波紋環(huán)29的第一種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖14是波紋環(huán)29的第二種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖15是波紋環(huán)29的第三種結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖；圖16是一級(jí)旋流器33的軸測(cè)圖；圖17是二級(jí)旋流器31的軸測(cè)圖；圖18是本發(fā)明所述裝置的技術(shù)方案2的縱向剖面示意圖; 圖19是本發(fā)明所述裝置的技術(shù)方案3的縱向剖面示意圖: 在上述附圖中 l一柴油機(jī)尾氣 4^"外部連接管路 7—液位探針I(yè)O—接頭2—液體燃油5—接頭3—單向閥6—探測(cè)器引出管8—第一壓力傳感器9—引出座ll一電磁閥12 —中央控制單元13—外部連接管路14—二次空氣補(bǔ)充閥 15—管接頭16—噴頭導(dǎo)入管19、 20—法:17—第二壓力傳感器21—緊固組件23 —濾芯保溫減振層24 —第三壓力傳感器26 —法蘭29—波紋環(huán)32—環(huán)鉤38—再生段外殼41一法蘭27 —連接環(huán)30 —頭部環(huán)33--級(jí)旋流器35— 二次空氣輸入管36出管39 —含氧量傳感器18—溫度傳感器22—濾芯25—捕集段外殼28—點(diǎn)火電嘴31—二級(jí)旋流器34—噴頭37—燃料罐40—燃料注入管42—二級(jí)旋流器徑向?qū)~43—燃料蒸氣噴孔說(shuō)明書(shū)44—固定座45-一安裝座46-—固定桿47—緊固組件48-一受熱肋片49-一喉管50—壓力傳感器51-一電熱絲安裝桿52-一液位探針53—電熱絲54-一單向閥55-一壓力傳感器56—燃料罐57-—燃料噴桿58-一點(diǎn)火噴桿59—燃料噴射槽
具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法為利用柴油機(jī)尾氣余熱或者 輔以電加熱使燃料密封罐中液體燃料形成帶有壓力的高溫飽和蒸氣；當(dāng)尾氣通 道中濾芯的前、后壓力傳感器所顯示的壓力差值到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，中央控制單元 發(fā)出再生指令，開(kāi)啟燃料輸出閥而使燃料密封罐中的飽和高壓燃料蒸氣通過(guò)燃 料輸出閥進(jìn)入噴頭，噴入主燃區(qū)，點(diǎn)火電嘴開(kāi)始跳火，點(diǎn)燃?xì)鈶B(tài)的燃料蒸氣；在雙級(jí)旋流器的作用下使火焰保持在主燃區(qū)，產(chǎn)生高溫氣體，流過(guò)濾芯，引燃 沉積在濾芯上的微粒物質(zhì)，直至濾芯前后的壓力差達(dá)到預(yù)設(shè)值，停止燃料蒸氣 的燃燒，完成柴油機(jī)微粒捕集器的再生。中央控制單元啟動(dòng)再生的判定依據(jù)是，濾芯前后的壓差是否達(dá)到預(yù)設(shè)值； 中央控制單元判定燃料是否需要電加熱的依據(jù)是，燃料罐中蒸氣的壓力是否達(dá) 到預(yù)設(shè)值；中央控制單元控制二次空氣供入流量的依據(jù)是，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的含氧 量、溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(尾氣流量)；中央控制單元判定再生結(jié)束的依據(jù)是，濾 芯前后的壓差是否低于預(yù)設(shè)值；中央控制單元控制燃料蒸氣供入流量的依據(jù)是， 尾氣發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度、流量及濾芯前后的壓差(微粒物質(zhì)含量)。實(shí)施例2:如圖1所示，微粒捕集器的外殼分成兩部分，即捕集段外殼25、再生段外殼38，兩部分通過(guò)法蘭19、 20即緊固組件21連接在一起，連接部位 設(shè)有連接環(huán)27，其作用一方面是固定濾芯23，另一方面是對(duì)兩端外殼25、 38 對(duì)接定位(如圖7所示)。所述的捕集段外殼25內(nèi)部安裝了濾芯22及濾芯減振保溫層23，濾芯23 的下游設(shè)置了第三壓力傳感器24，該壓力傳感器有信號(hào)線與中央處理單元12 相連，出口部位設(shè)置法蘭26。所述的再生段外殼38進(jìn)口部位設(shè)置法蘭41，內(nèi)部安裝有燃料罐37、 二次 空氣輸入管35、燃料噴頭34、 一級(jí)旋流器33、 二級(jí)旋流器31、頭部環(huán)30等部 組件。殼體上安裝含氧量傳感器39、點(diǎn)火電嘴28、第二壓力傳感器17及溫度 傳感器18。其中，含氧量傳感器39安裝在燃料罐37的上游，點(diǎn)火電嘴28安 裝在靠近頭部環(huán)30的下游，溫度傳感器18及第二壓力傳感器17安裝在靠近濾 芯23的部位。各傳感器及點(diǎn)火電嘴28皆有信號(hào)線同中央控制單元12相連所述的燃料罐37內(nèi)部盛儲(chǔ)有沸點(diǎn)低于進(jìn)入捕集器的柴油機(jī)尾氣1的溫度的 燃料，并設(shè)有液位探針7、第一壓力傳感器8等部組件，外部設(shè)有數(shù)道受熱肋 片48 (如圖6所示)以改善燃料對(duì)尾氣中熱量的吸收情況。罐體上設(shè)有燃料注 入管40、探測(cè)器引出管6、燃料輸出管36，此三者皆焊接在再生段外殼38上。 兩道水平對(duì)置的受熱肋片48上各設(shè)置一個(gè)固定加固裝置，其結(jié)構(gòu)如圖6及圖9 所示，肋片48上設(shè)有固定環(huán)44，再生段外殼38外側(cè)對(duì)應(yīng)固定環(huán)44的部位設(shè) 有固定座45，對(duì)應(yīng)每個(gè)固定環(huán)44各有一根穿過(guò)固定座45的固定桿46插入， 固定桿46通過(guò)緊固組件47裝在固定座45上。這樣，燃料注入罐40、探測(cè)器 引出管6、燃料輸出管36，以及兩組固定桿46共同起到對(duì)燃料罐37的空間定位及固定作用。并且，固定桿46相對(duì)于固定環(huán)44可以徑向活動(dòng)，從而可以消 除外殼38與燃料罐37之間熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生應(yīng)力的作用。所述的燃料注入管40通過(guò)接頭5與外部連接管路4相連，外部連接管路4 上串接有單向閥3，燃料2通過(guò)此通道注入；所述的探測(cè)器引出管6設(shè)有引出 座9，引出座上安裝有液位探針7及壓力傳感器8，此二者皆有信號(hào)線與中央處 理單元12相連；所述的燃料輸出管36通過(guò)接頭與外部連接管路13相連，外部 連接管路13上串接有電磁閥11，電磁閥11上有信號(hào)線與中央處理單元12相 連，外部連接管路13再次通過(guò)皆有與噴頭導(dǎo)入管16相連，噴頭導(dǎo)入管16焊接 在再生段外殼38上。所述燃料罐37之后、噴頭34之間的部位設(shè)有二次空氣輸入管35以改善再 生時(shí)的燃燒環(huán)境。二次空氣輸入管35直接安裝在再生段外殼38上，并在外殼 的外側(cè)上串接有二次空氣補(bǔ)充闊14，該閥也通過(guò)信號(hào)線與中央控制單元12相 連。再生時(shí)若柴油機(jī)尾氣l中的含氧量較低、不能滿足再生的順利進(jìn)行，則通 過(guò)控制閥14向氣流中補(bǔ)充二次空氣。所述的二次空氣可以是車(chē)載氣泵升壓后的 空氣，也可以是引自發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器中的帶壓空氣。所述的噴頭34固定在噴頭導(dǎo)入管16上，其內(nèi)部是一個(gè)圓柱形的空腔(可 參見(jiàn)圖5、圖8及圖10)，在面向?yàn)V芯22的一側(cè)端面上設(shè)置有3個(gè)以上周向均 勻布置的噴孔43，各噴孔同時(shí)與捕集器軸向存在夾角，燃料蒸氣自燃料蒸氣噴 孔43噴出之后將分布在一個(gè)空心圓錐面上，其三維軸測(cè)圖如圖IO所示；燃料 蒸氣噴孔43為斜圓孔。噴頭34上的燃料噴孔也可以設(shè)計(jì)成圖11所示結(jié)構(gòu)，或 者圖12所示的結(jié)構(gòu)及其它相似的結(jié)構(gòu)形式。圖11中，對(duì)應(yīng)每個(gè)噴孔各設(shè)有一 向外折彎的噴桿57，并設(shè)有一點(diǎn)火噴桿58伸至點(diǎn)火電嘴28附近，以增強(qiáng)再生時(shí)的點(diǎn)火性能；圖12中，將噴孔改為燃料噴射槽59，則噴射出的燃料蒸氣為 一個(gè)形成向外擴(kuò)張的近于連續(xù)的空心氣錐。所述燃料噴頭34外側(cè)同軸設(shè)有一級(jí)旋流器33，通過(guò)燃料噴頭34對(duì)其進(jìn)行 徑向定位。 一級(jí)旋流器33下游設(shè)有二級(jí)旋流器31，如圖8所示，通過(guò)環(huán)鉤32 將兩級(jí)旋流器軸向固定，使一級(jí)旋流器33軸向定位，但兩者能相對(duì)徑向移動(dòng)。 所述環(huán)鉤32點(diǎn)焊在二級(jí)旋流器31的上端面上。所述的一級(jí)旋流器33為軸向旋 流器(參見(jiàn)圖5并結(jié)合圖8)，其軸測(cè)圖如圖16所示；二級(jí)旋流器31為徑向旋 流器(參見(jiàn)圖4并結(jié)合圖8)其軸測(cè)圖如圖17所示。所述的二級(jí)旋流器31固定在頭部環(huán)30上，頭部環(huán)30固定在波紋環(huán)29上， 而波紋環(huán)29固定在再生段外殼38的內(nèi)壁面上。波紋環(huán)29的軸測(cè)圖如圖13所 示，也可以設(shè)計(jì)成圖14所示的結(jié)構(gòu)，或者圖15所示的結(jié)構(gòu)及其它相似結(jié)構(gòu)； 圖13中，波紋環(huán)29的橫截面呈正弦波形；圖14中，波紋環(huán)29的縱向半剖面 為"L"形；圖15中，波紋環(huán)29的橫截面是由多個(gè)近似形組成環(huán)狀。實(shí)施例3:本方案與實(shí)施例2的不同之處在于，①所使用的燃料不同，燃 料罐37中盛儲(chǔ)的是沸點(diǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣溫度的燃料，如柴油等；②燃料罐37 中增設(shè)了電加熱設(shè)施，即在所述的燃料罐37中設(shè)有電熱絲53，具體參見(jiàn)圖18。在燃料罐37中設(shè)置電熱絲53及其安裝桿51，安裝桿51固定在引出座9上。 因柴油機(jī)尾氣1不一定能使柴油沸騰而產(chǎn)生高壓蒸氣，則再生程序啟動(dòng)之后， 中央控制單元12給電熱絲53通電，給燃料加熱，直至壓力傳感器50顯示燃料 罐37中的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，此時(shí)燃料罐37中具有完成再生所需的高溫高壓飽 和燃料蒸氣。發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)狀態(tài)下，液位探針52檢測(cè)燃料罐37中的燃料液位， 一旦發(fā)現(xiàn)液面低于警戒線，則中央控制單元12發(fā)出添加燃料的信號(hào)，維護(hù)人員或駕駛?cè)藛T通過(guò)單向閥3、外部連接管路4、燃料注入管40，向燃料罐37中加入燃料。實(shí)施例4:若所述的燃料的沸點(diǎn)低于常溫，則將燃料罐56移動(dòng)至再生段外 殼38之外，并在燃料罐56上設(shè)置壓力傳感器55，以及串有單向閥54的外部 連接管4、串有電磁閥11的外部連接管13，其中壓力傳感器55通過(guò)信號(hào)線與 中央控制單元12相連。本方案與實(shí)施例2的不同之處在于，①所使用的燃料不同，燃料罐56中盛 儲(chǔ)的是沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于常溫燃料，如壓縮天然氣、液化石油氣等；②燃料罐56設(shè)置 在微粒捕集器再生段外殼38之外而無(wú)需尾氣加熱，燃料罐56上僅設(shè)了壓力傳 感器55，且其通過(guò)信號(hào)線與中央控制單元12相連。具體參見(jiàn)圖19。燃料罐56上串接了單向閥54、 一旦壓力傳感器55獲知高壓氣罐56中的壓 力低于預(yù)設(shè)值，中央控制單元12發(fā)出添加燃料的信號(hào)，維護(hù)人員或駕駛?cè)藛T通 過(guò)單向閥54、外部連接管路4，向高壓氣罐56中加注燃料。
權(quán)利要求
1、一種柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法，其特征是，該方法為，利用柴油機(jī)尾氣余熱或者輔以電加熱使燃料密封罐中液體燃料形成帶有壓力的高溫飽和蒸氣；當(dāng)尾氣通道中濾芯的前、后壓力傳感器所顯示的壓力差值到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)啟燃料輸出閥而使燃料密封罐中的飽和高壓燃料蒸氣通過(guò)燃料輸出閥進(jìn)入噴頭，噴入主燃區(qū)，點(diǎn)火電嘴開(kāi)始跳火，點(diǎn)燃?xì)鈶B(tài)的燃料蒸氣；在雙級(jí)旋流器的作用下使火焰保持在主燃區(qū)，產(chǎn)生高溫氣體，流過(guò)濾芯，引燃沉積在濾芯上的微粒物質(zhì)，直至濾芯前后的壓力差達(dá)到預(yù)設(shè)值，停止燃料蒸氣的燃燒，完成柴油機(jī)微粒捕集器的再生。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法，其特征在于， 燃料罐中蒸氣的壓力未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)對(duì)燃料實(shí)施電加熱；按照發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的含 氧量、溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制二次空氣供入流量；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度、流 量及濾芯前后的壓差控制燃料蒸氣供入流量。
3、 一種柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，裝置的外殼由再生段外殼(38) 和捕集段外殼(25)連接組成，其特征是，盛儲(chǔ)有液體燃料的燃料罐(37)位 于再生段外殼(38)的內(nèi)部；所述燃料罐(37)內(nèi)部設(shè)有液位探針(7)和第一 壓力傳感器(8);該燃料罐(37)外部設(shè)有數(shù)道受熱肋片(48)，以及串有單向 閥(3)的燃料注入管(40)和串有電磁閥(11)的燃料輸出管(36);燃料輸 出管(36)通過(guò)噴頭導(dǎo)入管(16)與噴頭(34)相連，噴頭(34)上設(shè)有均勻 布置、帶有徑向分量的數(shù)個(gè)噴孔(43);噴頭(34)外側(cè)與一級(jí)旋流器(33)配 合， 一級(jí)旋流器(33)通過(guò)環(huán)鉤(32)與二級(jí)旋流器(31)軸向配合； 一級(jí)旋 流器(33)為軸向旋流器，二級(jí)旋流器(31)為徑向旋流器，二者旋向相反，通過(guò)兩級(jí)旋流器的氣流在喉管(49)后部匯合； 一級(jí)旋流器(33)上游設(shè)有固定在捕集器再生段外殼(38)上并裝有二次空氣補(bǔ)充闊(14)的二次空氣輸入 管(35)， 二級(jí)旋流器(31)下游主燃區(qū)設(shè)置頭部環(huán)(30)，頭部環(huán)(30)通過(guò) 波紋環(huán)(29)固定在所述再生段外殼(38)內(nèi)壁；靠近頭部環(huán)(30)下游設(shè)有 安裝在所述再生段外殼(38)上的點(diǎn)火電嘴(28)，燃料罐(37)上游設(shè)有安裝 在再生段外殼(38)上的含氧量傳感器(39);安裝在所述捕集段外殼(25)中 的濾芯(22)上游分別設(shè)有安裝在再生段外殼(38)上的第二壓力傳感器(17)、 溫度傳感器(18);所述濾芯(22)下游設(shè)有安裝在捕集段外殼(25)上的第三 壓力傳感器(24);所述各壓力傳感器(8、 17、 24)，液位探針(7)，含氧量傳 感器(39)， 二次空氣補(bǔ)充閥(14)，電磁閥(11)，及點(diǎn)火電嘴(28)均有信號(hào) 線均同中央控制單元(12)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，其特征在于， 所述的波紋環(huán)(29)為正弦波形或"L"形、"T"形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，其特征在于， 所述的噴頭(34)上的燃料蒸氣噴孔(43)為斜圓孔(43)，或是對(duì)應(yīng)每個(gè)燃料 蒸氣噴孔(43)各設(shè)有一向外折彎的噴桿(57)，并設(shè)有一點(diǎn)火噴桿(58)伸至 點(diǎn)火電嘴(28)附近，或所述燃料蒸氣噴孔(43)為燃料噴射槽(59)之結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，其特征在于， 所述的燃料罐(37)中設(shè)有電熱絲(53)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，其特征在于， 若所述的燃料的沸點(diǎn)低于常溫，則將燃料罐(56)移動(dòng)至再生段外殼(38)之 外，并在燃料罐(56)上設(shè)置壓力傳感器(55)，以及串有單向閥(54)的外部 連接管(4)、串有電磁閥(11)的外部連接管(13)，其中壓力傳感器(55)通過(guò)信號(hào)線與中央控制單元(12)相連。
8、根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生裝置，其特征在于，在兩道水平對(duì)置的受熱肋片(48)上各設(shè)置一個(gè)固定加固裝置，其結(jié)構(gòu)是，肋 片(48)上設(shè)有固定環(huán)(44)，再生段外殼(38)外側(cè)對(duì)應(yīng)固定環(huán)(44)的部位 設(shè)有固定座(45)，對(duì)應(yīng)每個(gè)固定環(huán)(44)各有一根穿過(guò)固定座(45)的固定桿 (46)插入，固定桿(46)通過(guò)緊固組件(47)裝在固定座(45)上。
全文摘要
本發(fā)明為柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生的方法和裝置，方法是，將沸點(diǎn)高于常溫的液體燃料置于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中，或輔以電加熱使其成為高壓燃料蒸氣；當(dāng)中央控制單元發(fā)出再生指令后，通過(guò)補(bǔ)充二次空氣調(diào)節(jié)再生環(huán)境的含氧量，并將燃料以高溫蒸氣形態(tài)進(jìn)入燃燒區(qū)，同時(shí)電嘴開(kāi)始跳火，點(diǎn)燃燃料蒸氣，在雙級(jí)反向旋流器的作用下，預(yù)混火焰穩(wěn)定在合適位置；燃料燃燒的熱量使氣流溫度升高至濾芯上微粒物質(zhì)著火點(diǎn)之上，高溫氣流流過(guò)濾芯時(shí)引燃沉積其上的微粒物質(zhì)直至燃盡，停止燃料供入，完成一個(gè)再生周期；為了捕避免集器外殼主燃區(qū)部位溫度過(guò)高，設(shè)置了氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。具有點(diǎn)火容易、燃燒穩(wěn)定，且燃燒效率高，抗干擾能力強(qiáng)，二次污染少，工作穩(wěn)定可靠等特征。
文檔編號(hào)F01N3/023GK101270685SQ200810031099
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者軍 伏, 余明果, 璇 吁, 鋼 吳, 王曙輝, 鄂加強(qiáng), 龔金科 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)