一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置。本實(shí)用新型包括主過濾系統(tǒng)，再生過濾系統(tǒng)，噴氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。主過濾系統(tǒng)由兩個(gè)入口閥門、一個(gè)入口擴(kuò)張管、一個(gè)主過濾體、一個(gè)出口收縮管、兩個(gè)噴氣電磁閥門、兩個(gè)出口閥門、一個(gè)隔板以及一個(gè)主出口管組成。再生過濾系統(tǒng)位于主過濾系統(tǒng)下方，由兩個(gè)再生入口閥門、一個(gè)再生入口管、一個(gè)再生過濾體、一個(gè)再生出口管和一個(gè)再生出口閥門組成。噴氣系統(tǒng)由氣泵、儲(chǔ)氣罐組成?？刂葡到y(tǒng)主要由兩個(gè)壓力傳感器和控制器組成。本實(shí)用新型通過分隔過濾體，可以提高柴油機(jī)顆粒捕集器過濾體的耐久性，并減少再生階段的排放。
【專利說明】一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置，具體涉及一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可吸入顆粒物是大氣污染的重要組成，可吸入顆粒物能長(zhǎng)時(shí)間懸浮在大氣中，容易沉積在肺中，甚至進(jìn)入血液，對(duì)人體危害極大。據(jù)調(diào)查，北京空氣中20%可吸入顆粒物來源于機(jī)動(dòng)車排放，而事實(shí)上，相比于汽油機(jī)，柴油機(jī)微粒(PM)排放量是汽油機(jī)的30-80倍。因此，改善柴油機(jī)排放是解決空氣中可吸入顆粒物的污染問題的重要途徑。
[0003]為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，進(jìn)一步解決柴油機(jī)顆粒物排放問題需要兩條技術(shù)路線:一是機(jī)內(nèi)凈化方案；二是機(jī)外后處理方案。其中，柴油機(jī)顆粒捕集器(Dieselparticle filter, DPF)是機(jī)外后處理方案中最有效地途徑。柴油機(jī)顆粒捕集器借助慣性碰撞、截留、擴(kuò)散和重力沉降等方法使排氣顆粒從氣流中分離出來。柴油機(jī)顆粒捕集器的過濾機(jī)理有很多，如靜電吸附法、過濾捕集法、離心分離法等。其中使用最多的是過濾捕集法中的壁流式蜂窩陶瓷捕集器，通過前后交替封堵，使排氣從中穿過，并將顆粒留在捕集器內(nèi)。柴油機(jī)顆粒捕集器的技術(shù)核心包含兩個(gè)方面:過濾體材料與過濾體再生技術(shù)。
[0004]柴油機(jī)顆粒捕集器過濾體材料有很多，當(dāng)下過濾效率好，使用多、成本低、技術(shù)最成熟的是堇青石蜂窩陶瓷過濾體，但堇青石導(dǎo)熱性差，再生過程容易其高溫老化。為此，碳化硅蜂窩陶瓷過濾體被認(rèn)為是解決方案，但成本相對(duì)較高。與此同時(shí)，金屬基的泡沫合金過濾體導(dǎo)熱性好，適合進(jìn)行加熱再生，但成本同樣較高。
[0005]柴油機(jī)顆粒捕集器經(jīng)過一段時(shí)間過濾之后，排氣顆粒經(jīng)過深層過濾，會(huì)進(jìn)入濾餅層穩(wěn)定工作階段，但隨著濾餅層的加厚，捕集器的排氣背壓會(huì)逐漸升高，導(dǎo)致排氣管路壓降損失，惡化柴油機(jī)工況。為此需要使用各種再生技術(shù)清除累積在過濾體上的顆粒物。當(dāng)下主要再生方法主要分被動(dòng)再生和主動(dòng)再生兩種。被動(dòng)再生技術(shù)中的連續(xù)再生，如在CRT、CCRT技術(shù)，與DOC相結(jié)合，在歐洲得到廣泛應(yīng)用。但連續(xù)再生技術(shù)所用催化劑抗硫老化性能較差，不適宜我國目前油品狀態(tài)。主動(dòng)再生技術(shù)，如電加熱再生和噴油再生等技術(shù)會(huì)大大增加能耗，并有可能造成二次污染。
[0006]以上再生方法存在一個(gè)共同問題就是再生過程無法清除不可燃的顆粒物。事實(shí)上，排氣顆粒物中有6%是硫酸鹽或其他燃油、潤(rùn)滑油添加劑所形成的金屬離子氧化物，這些被稱為“灰燼”的物質(zhì)無法通過加熱和催化過程消除，只能定期通過人工方法(壓縮空氣、高壓水)清除?；覡a在顆粒捕集器中滯留會(huì)造成柴油車燃油經(jīng)濟(jì)性惡化，歐洲實(shí)驗(yàn)表明，連續(xù)再生捕集器使用8萬公里之后，由于灰燼物質(zhì)堵塞，造成平均油耗上升了大約12%。我國柴油含硫量比歐洲高的多，因此排氣顆粒物中硫酸鹽含量更高，油耗上升會(huì)更快。
[0007]柴油機(jī)顆粒捕集器主動(dòng)再生技術(shù)中還有一種方法叫做逆向噴氣再生技術(shù)。該技術(shù)早在上個(gè)世紀(jì)90年代就被日本提出。該技術(shù)將PM燃燒與過濾體分離，當(dāng)需要再生時(shí)，高壓壓縮空氣從過濾體出口高速噴入，方向與排氣相反，沉積PM從過濾體表面清除，進(jìn)入專門收集器，再通過電加熱或者其他燃燒裝置將PM燒掉。這種方法可以清除不可燃灰燼，同時(shí)可以避免過濾體加熱再生所造成的高溫老化。但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且逆向噴氣壓力對(duì)該系統(tǒng)再生效率影響最大，因此所要求的噴氣氣源壓力大，另外，噴氣口偏置造成噴氣不均勻，也導(dǎo)致再生效率不高。綜上種種原因，該思路并沒有得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)清華大學(xué)、天津大學(xué)、吉林大學(xué)、北京交通大學(xué)、軍事交通學(xué)院等機(jī)構(gòu)近幾年進(jìn)行了相關(guān)研究。但所開發(fā)出逆向噴氣再生系統(tǒng)仍然存在問題:單過濾體的逆向噴氣系統(tǒng)再生過程中，未經(jīng)處理的排氣會(huì)被直接排往大氣，而這個(gè)過程要持續(xù)15-30分鐘，造成污染；雙過濾體的逆向噴氣系統(tǒng)將顆粒物反吹回汽缸燃燒，這樣會(huì)惡化缸內(nèi)環(huán)境，對(duì)柴油機(jī)工作造成負(fù)面影響。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置。
[0010]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
[0011]本實(shí)用新型包括主過濾系統(tǒng)，再生過濾系統(tǒng)，噴氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。
[0012]所述的主過濾系統(tǒng)由兩個(gè)入口閥門、一個(gè)入口擴(kuò)張管、一個(gè)主過濾體、一個(gè)出口收縮管、兩個(gè)噴氣電磁閥門、兩個(gè)出口閥門、一個(gè)隔板以及一個(gè)主出口管組成；入口擴(kuò)張管的小口端并排設(shè)置兩個(gè)入口閥門，入口擴(kuò)張管的大口端接主過濾體的一端,主過濾體的另一端接兩個(gè)出口閥門的一側(cè)，兩個(gè)出口閥門的另一側(cè)接出口收縮管的大口端，出口收縮管的小口端接一個(gè)主出口管；所述的出口收縮管上還設(shè)有兩個(gè)噴氣電磁閥門；一個(gè)隔板將整個(gè)主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管、主過濾體以及出口收縮管分成相互之間封閉的兩部分,其中主過濾體材料為堇青石蜂窩陶瓷。
[0013]所述的再生過濾系統(tǒng)位于主過濾系統(tǒng)下方，由兩個(gè)再生入口閥門、一個(gè)再生入口管、一個(gè)再生過濾體、一個(gè)再生出口管和一個(gè)再生出口閥門組成，再生入口管通過兩個(gè)再生入口閥門接主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管，再生出口管通過一個(gè)再生出口閥門接主過濾系統(tǒng)的主出口管，再生入口管與再生出口管之間設(shè)置一個(gè)再生過濾體，所述的再生過濾體連接電加熱器，可以進(jìn)行加熱再生，其中再生過濾體材料為泡沫合金。
[0014]所述的噴氣系統(tǒng)由氣泵、儲(chǔ)氣罐組成，氣泵的出氣口連接儲(chǔ)氣罐的入氣口，儲(chǔ)氣罐的出氣口，接接主過濾系統(tǒng)的兩個(gè)噴氣電磁閥。
[0015]所述的控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)壓力傳感器和控制器組成。兩個(gè)壓力傳感器分別位于整個(gè)裝置的上游和下游管道，兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)輸出給控制器，控制器還控制著主過濾系統(tǒng)的所有閥門、再生過濾系統(tǒng)的所有閥門和電加熱器以及噴氣系統(tǒng)的氣泵。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:
[0017]1.將主過濾體、進(jìn)口擴(kuò)張管以及出口收縮管通過隔板分隔成兩部分。分隔布置的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)主過濾體其中一部分再生的情況下，另一部分仍然可以正常工作。與單過濾體逆向噴氣再生方案相比，分隔布置方案有效避免了再生過程中所造成的污染；與雙過濾體逆向噴氣再生方案相比，分隔布置方案只使用一個(gè)過濾體，大大降低了成本，縮小了捕集器的體積。
[0018]2.安裝了一個(gè)再生過濾體，并用再生入口管道接通主過濾體入口擴(kuò)張管，用再生出口管接通主出口管。這樣的布置方案使得再生過程中夾雜主過濾體上脫落的顆粒物的氣流在再生過濾體上得到有效過濾，并在再生過濾體上進(jìn)行電加熱再生。與此同時(shí)，由于再生出口管接通主出口管，可以利用由于主過濾體另一部分正常工作產(chǎn)生的高速氣流所形成的主出口管低壓區(qū)，該區(qū)域所形成的負(fù)壓對(duì)再生過濾體管道內(nèi)的氣流形成吸力，可以降低再生噴氣壓力，有效降低逆向噴氣系統(tǒng)對(duì)噴氣壓力的高要求。同時(shí)降低了再生過程中的排放問題。與雙過濾體方案將逆向噴氣產(chǎn)生的脫落顆粒物反吹回汽缸相比，本設(shè)計(jì)思路不會(huì)惡化柴油機(jī)工況。
[0019]3.更好的利用過濾體材料。主過濾體使用成本低的堇青石蜂窩陶瓷材料，由于再生加熱過程并不在主過濾體上進(jìn)行，因此不會(huì)導(dǎo)致堇青石蜂窩陶瓷材料的熱老化，大大提高了主過濾體的耐久性；再生過濾體使用導(dǎo)熱性更好的泡沫合金材料,該材料雖然成本更高，但再生過濾體相對(duì)體積較小，用料較少，與此同時(shí)，拆換變得較為容易，清理灰燼十分方便。
[0020]4.采用入口高出口低的設(shè)計(jì)方案。這樣的設(shè)計(jì)形式有利于再生入口和噴氣入口更接近主過濾體軸心線，使得噴氣脫落顆粒物更容易進(jìn)入再生入口管道，也使噴氣更加均勻，可以增加逆向噴氣再生效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1 a和圖1b是該裝置的三維外形結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2是該裝置的俯視圖。
[0023]圖3是該裝置以圖2從右到左為觀察方向的側(cè)視圖。
[0024]圖4是該裝置如圖2和圖3中A-A剖面圖。
[0025]圖5是一個(gè)示意圖，表示本實(shí)用新型所構(gòu)成的系統(tǒng)各部分組成以及與相連的其他裝置的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0027]本實(shí)用新型涉及一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置。該裝置前端通過管道連接柴油機(jī)的排氣出口，后端通過管道連接著其它后處理裝置。整個(gè)裝置包括四個(gè)部分:主過濾系統(tǒng)，再生過濾系統(tǒng)，噴氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。
[0028]主過濾系統(tǒng)由兩個(gè)入口閥門、一個(gè)入口擴(kuò)張管、一個(gè)主過濾體、一個(gè)出口收縮管、兩個(gè)噴氣電磁閥門、兩個(gè)出口閥門以及一個(gè)主出口管組成，另外，還有一個(gè)隔板將整個(gè)主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管、主過濾體以及出口收縮管分成相互之間封閉的兩部分。其中主過濾體材料為堇青石蜂窩陶瓷，出口收縮管由隔板10分開的兩部分各裝有一個(gè)噴氣電磁閥。
[0029]再生過濾系統(tǒng)由兩個(gè)再生入口閥門、一個(gè)再生入口管、一個(gè)再生過濾體、一個(gè)再生出口管和一個(gè)再生出口閥門組成。其中，再生入口管接通主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管，再生出口管接通主過濾系統(tǒng)的再生出口管。此外，再生過濾體連接電加熱器，可以進(jìn)行加熱再生。
[0030]噴氣系統(tǒng)由氣泵、儲(chǔ)氣罐組成。其中，儲(chǔ)氣罐接通主過濾系統(tǒng)的兩個(gè)噴氣電磁閥，氣泵連通大氣。
[0031]控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)壓力傳感器和控制器組成。其中，兩個(gè)壓力傳感器分別位于柴油機(jī)顆粒捕集器的上游和下游管道，控制器連接著兩個(gè)壓力傳感器，除此之外還連接并控制著主過濾系統(tǒng)的所有閥門，再生過濾系統(tǒng)的所有閥門和電加熱器，以及噴氣系統(tǒng)的氣栗O
[0032]如圖la、圖lb、圖2、圖3、圖4和圖5所示，正常工作情況下，柴油機(jī)30排出的尾氣經(jīng)過入口閥門01和入口閥門02進(jìn)入柴油機(jī)顆粒捕集器31，并經(jīng)過入口擴(kuò)張管11和12進(jìn)入主過濾體13和14兩部分進(jìn)行過濾，之后經(jīng)過出口閥門07和08進(jìn)入出口收縮管15和16，再經(jīng)過主出口管17，離開柴油機(jī)顆粒捕集器31進(jìn)入其它后處理裝置32(如D0C、SCR等)進(jìn)行下一步尾氣處理。在此期間，位于柴油機(jī)顆粒捕集器31上游的壓力傳感器41和位于柴油機(jī)顆粒捕集器31下游的壓力傳感器42不斷檢測(cè)該位置的排氣壓力，經(jīng)過控制器40計(jì)算得到壓降損失。
[0033]當(dāng)壓降損失達(dá)到預(yù)先設(shè)置的閥值時(shí)，裝置開啟再生模式。由控制器40控制所有閥門的開閉，并輪流對(duì)主過濾體13和14進(jìn)行逆向噴氣再生。
[0034]當(dāng)裝置進(jìn)入再生模式時(shí)，首先對(duì)主過濾體13進(jìn)行逆向噴氣再生。此時(shí)，入口閥門
01、出口閥門07關(guān)閉，再生入口閥門03、再生出口閥門09開啟，貯存在儲(chǔ)氣罐52中的壓縮空氣經(jīng)由控制器40控制不斷開啟和關(guān)閉的噴氣電磁閥門05(此刻噴氣電磁閥門06始終關(guān)閉)形成脈沖氣流，經(jīng)過出口收縮管15 (此刻對(duì)于逆向噴氣而言具有擴(kuò)張管作用)，進(jìn)入主過濾體13，反向沖刷主過濾體13，并形成震動(dòng)，使主過濾體13深層的顆粒物回到表面，并隨著表面已經(jīng)形成濾餅層的顆粒物破碎、脫落，一起經(jīng)過入口擴(kuò)張管11、再生入口閥門03和再生入口管20進(jìn)入到再生過濾體21，經(jīng)過再生過濾體21過濾，經(jīng)過再生出口管22和再生出口閥門09進(jìn)入到主出口管17，隨出口閥門08排出的來自主過濾體14的排氣進(jìn)入其它后處理裝置32。
[0035]再生過程的時(shí)間由控制器40控制。當(dāng)主過濾體13的再生過程結(jié)束后，入口閥門01、出口閥門07開啟，再生入口閥門03、再生出口閥門09關(guān)閉，噴氣閥門05處于常閉狀態(tài)，之后，控制器40會(huì)控制主過濾體14進(jìn)行再生。主過濾體14的再生過程與主過濾體13再生過程在原理上完全相同，因此不再贅述。當(dāng)主過濾體13和14兩部分再生過程均結(jié)束之后，噴氣電磁閥門05和06處于常閉狀態(tài)，入口閥門01和02、出口閥門07和08均打開，再生入口閥門03和04均關(guān)閉，主過濾體13和14均正常工作。
[0036]之后，控制器40控制電加熱器23對(duì)再生過濾體21進(jìn)行電加熱，使再生過濾體21上累積的顆粒物燃燒殆盡，關(guān)閉電加熱器60，之后關(guān)閉再生出口閥門09?？刂破?0控制氣泵51從大氣環(huán)境50中抽取空氣，并貯存到儲(chǔ)氣罐52中，使儲(chǔ)氣罐氣壓回復(fù)到再生過程開始之前的狀態(tài)。整個(gè)裝置的再生過程全部結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種分隔型逆向噴氣再生式柴油機(jī)排氣顆粒捕集器裝置，其特征在于:包括主過濾系統(tǒng)，再生過濾系統(tǒng)，嗔氣系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)； 所述的主過濾系統(tǒng)由兩個(gè)入口閥門、一個(gè)入口擴(kuò)張管、一個(gè)主過濾體、一個(gè)出口收縮管、兩個(gè)噴氣電磁閥門、兩個(gè)出口閥門、一個(gè)隔板以及一個(gè)主出口管組成；入口擴(kuò)張管的小口端并排設(shè)置兩個(gè)入口閥門，入口擴(kuò)張管的大口端接主過濾體的一端,主過濾體的另一端接兩個(gè)出口閥門的一側(cè)，兩個(gè)出口閥門的另一側(cè)接出口收縮管的大口端，出口收縮管的小口端接一個(gè)主出口管；所述的出口收縮管上還設(shè)有兩個(gè)噴氣電磁閥門；一個(gè)隔板將整個(gè)主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管、主過濾體以及出口收縮管分成相互之間封閉的兩部分,其中主過濾體材料為堇青石蜂窩陶瓷； 所述的再生過濾系統(tǒng)位于主過濾系統(tǒng)下方，由兩個(gè)再生入口閥門、一個(gè)再生入口管、一個(gè)再生過濾體、一個(gè)再生出口管和一個(gè)再生出口閥門組成，再生入口管通過兩個(gè)再生入口閥門接主過濾系統(tǒng)的入口擴(kuò)張管，再生出口管通過一個(gè)再生出口閥門接主過濾系統(tǒng)的主出口管，再生入口管與再生出口管之間設(shè)置一個(gè)再生過濾體，所述的再生過濾體連接電加熱器，可以進(jìn)行加熱再生，其中再生過濾體材料為泡沫合金； 所述的噴氣系統(tǒng)由氣泵、儲(chǔ)氣罐組成，氣泵的出氣口連接儲(chǔ)氣罐的入氣口，儲(chǔ)氣罐的出氣口，接接主過濾系統(tǒng)的兩個(gè)噴氣電磁閥； 所述的控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)壓力傳感器和控制器組成；兩個(gè)壓力傳感器分別位于整個(gè)裝置的上游和下游管道，兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)輸出給控制器，控制器還控制著主過濾系統(tǒng)的所有閥門、再生過濾系統(tǒng)的所有閥門和電加熱器以及噴氣系統(tǒng)的氣泵。
【文檔編號(hào)】F01N3/027GK203584523SQ201320805153
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】魏錸, 姚棟偉, 吳鋒, 干旭波, 范漢茂, 李杏文, 戴佳偉 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)