[發(fā)明專利]一種LPG加熱反吹再生式柴油機微粒捕集裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910013734.2
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101776004A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 許伯彥;張勇;齊運亮
• 申請（專利權(quán)）人: 許伯彥;張勇;齊運亮
• 主分類號: F01N3/025
• 分類號: F01N3/025;F01N7/08;B60K13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術(shù)領(lǐng)域

本申請?zhí)岢隽艘惶走m用于城市公交車用，能夠高效快速捕集柴油機尾氣中的PM(碳 煙)并且能夠迅速再生使之循環(huán)使用的尾氣凈化裝置(DPF)。該裝置不受柴油含硫量影響，適 合我國柴油的燃油品質(zhì)。該捕集裝置采用高密度金屬絲網(wǎng)作為濾芯主體，從而提高了裝置的 韌性和捕集率。配合一種LPG反吹加熱裝置，可以使捕集后的濾芯內(nèi)部溫度迅速達到800 ℃從而使捕集的PM迅速燃燒，實現(xiàn)再生。

2.技術(shù)背景

隨著社會的發(fā)展和進步，車輛已經(jīng)成為人們的日常生活中不可缺少的交通運輸工具， 特別是上個世紀90年代以來，柴油機在車輛動力中扮演著越來越重要的角色。在中、重型 汽車動力領(lǐng)域，柴油機占有統(tǒng)治的地位，在輕型車動力領(lǐng)域，柴油機以其良好的經(jīng)濟性也在 不斷擴大其應用范圍，而且低油耗、低污染的柴油轎車在全世界都得到迅速地發(fā)展。人們越 來越認識到采用柴油機動力在減少燃油消耗和降低二氧化碳(CO2)排放等方面的優(yōu)勢。但 是，另一方面，柴油機的混合氣形成和采用擴散燃燒方式?jīng)Q定了不可避免地產(chǎn)生碳煙和微粒 (PM)的排放，因此以柴油為燃料的卡車和城市公交車排出的黑煙和氮氧化物也成為城市大 氣環(huán)境的主要污染源之一。

由于柴油機NOx與PM之間的Trade-off關(guān)系，因此針對柴油機的兩大污染物出現(xiàn)兩 種技術(shù)路線，機內(nèi)凈化和機外加裝后處理裝置。歐洲多采用廢氣再循環(huán)EGR降低PM的排 放加裝SCR后處理裝置降低NOx的排放。美國日本則高壓共軌和加裝DPF后處理裝置來 凈化尾氣。由于美日等發(fā)達國家柴油含硫量很低，因此大都采用壁流式DPF加上催化劑涂 層降低PM的燃燒溫度實現(xiàn)連續(xù)再生反觀我國目前的柴油車以及在用柴油品質(zhì)的現(xiàn)狀，首 先，目前除北京、上海、廣州等少數(shù)大城市之外、其它大部分城市和地區(qū)供應的柴油的硫含 量超標問題一直困擾和限制了我國國IH排放法規(guī)的真正實施，并且這種現(xiàn)狀據(jù)說在2009 年12月底前難于改變。

檢索表明目前國內(nèi)報道的種種的袋式消煙器和采用陶瓷濾芯的柴油微粒過濾器 (DPF，Diesel?Particulate?Filter)等有著各種條件的先天不足，國內(nèi)市場上還沒有見到真正投產(chǎn) 使用的產(chǎn)品。為此，本申請?zhí)崃艘环N新型的柴油機微粒捕集裝置(DPF)，它采用高密度金屬 絲網(wǎng)作為捕集濾芯，配合一種加熱裝置實現(xiàn)再生，保證連續(xù)工作。

3.發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)岬降囊环NLPG加熱反吹再生式柴油機碳煙捕集系統(tǒng)由兩部分組成。捕集裝 置(DPF)和再生裝置。為了解決柴油機冒黑煙現(xiàn)象，降低柴油機尾氣排放中PM的含量，開 發(fā)了一種由高密度金屬絲網(wǎng)卷制而成的濾芯，并對金屬絲網(wǎng)的線徑、編織方法、層數(shù)，目數(shù) 以及結(jié)構(gòu)等進行了多方面的實驗測試確定濾芯的最優(yōu)配置。該捕集裝置見圖2。該裝置具有 三條氣體流動管路：捕集時廢氣流動管路，再生時熱空氣流動管路以及特殊情況時旁通管路。 該捕集裝置可以代替機車的消音器，發(fā)動機排出的尾氣流經(jīng)該裝置時，旁通閥與加熱接口關(guān) 閉，此時，廢氣由裝置中心管路流經(jīng)金屬絲網(wǎng)濾芯進行捕集，然后沿微粒捕集裝置外部的漸 擴型外壁流出。當捕集量到達一定值時，為避免排氣背壓增高惡化發(fā)動機需進行再生。此時， 將本發(fā)明開發(fā)的LPG加熱反吹再生裝置與微粒捕集裝置相接，高溫空氣從微粒捕集裝置 (DPF)內(nèi)部流入，由中間送風管成輻射型向濾芯鼓吹高溫空氣。連接方式見圖1。高溫空氣 由LPG加熱裝置提供。該再生裝置以市場上出售的LPG燃燒器、燃燒器用輔助風機與混合 空氣用鼓風機為基本構(gòu)成，并配以本研究開發(fā)的電控單元(ECU)。將LPG燃燒放出的熱功 率設為23kw，為了幫助燃燒，燃燒器用輔助風機用的風量是0.6m3/min，燃燒后形成的高 溫燃燒氣體進一步在混合室內(nèi)與鼓風機送入的空氣進一步均勻混合，將高溫燃燒氣體充分稀 釋后，以設定的800℃的高溫流入DPF，完成一次鼓風。實驗發(fā)現(xiàn)，當捕集的碳煙經(jīng)過鼓吹 一段時間的高溫空氣后能夠在富氧的條件下迅速燃燒，并釋放出大量的熱量。此時DPF內(nèi) 部濾芯的溫度遠遠高于再生裝置吹進的熱空氣的溫度。當溫度超過1000℃后可能會造成 DPF裝置的損壞。為此，在再生裝置上增加了一個鼓風機，通過調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的控制程序， 可以進行二次鼓風。從而通過控制空氣流量來穩(wěn)定DPF內(nèi)部的溫度，維持再生。改進后的 再生裝置不僅能夠有效的控制反應溫度，更能夠提高再生效率，進行二次鼓風，節(jié)省能源。 再生反應開始后，DPF內(nèi)部的碳煙開始燃燒后，通過控制程序停止LPG加熱，僅僅是對DPF 裝置內(nèi)供應大量的充足的空氣保證燃燒所需要的氧氣就能夠快速地進行再生。