CN103670605B - 一种柴油机及其颗粒物捕集器再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物捕集器再生装置，包括：颗粒物捕集器；氧化催化转换器；所述颗粒物捕集器与氧化催化转换器纵向垂直布置，所述氧化催化转换器的下方设有气流回旋装置（2）；所述气流回旋装置（2）上设有颗粒物收集器（3）。该装置可保证DPF内部的颗粒物负载始终处于较低的状态，无需使用DPF主动再生***和人工清灰即可满足后处理***需求。本发明还公开了设有所述再生装置的柴油机。

Description

一种柴油机及其颗粒物捕集器再生装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别是应用于柴油机尾气处理***的颗粒物捕集器再生装置。本发明还涉及设有所述再生装置的柴油机。

背景技术

近年来随着我国对环境保护越来越重视，更严格的排放控制法规相继出台，针对汽车柴油机颗粒排放污染物的控制成了当前汽车排放实现欧Ⅵ的主要问题。

柴油机的排气颗粒物主要包含三种成分：未燃的碳烟（Soot）、表面上吸附的有机可溶性物质（SolubleOrganicFractions，SOF）和硫酸盐，其中颗粒排放物质大部分是碳和碳化物的微小颗粒所组成的。

DPF（DieselParticulateFilter）是一种消除柴油机排气中颗粒（PM）的颗粒物捕集器，主要通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集柴油机排气中的微粒，捕集效率可达90%以上。

DOC（DieselOxidationCatalysis）是一种颗粒物的氧化催化转换器，其在蜂窝陶瓷载体上涂覆贵金属催化剂（如Pt等），目的是为了降低柴油机尾气中的HC、CO和SOF的化学反应活化能力，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应并最终转化为CO₂和H₂O。

DPF与DOC联合使用可构成颗粒物捕集***，其基本工作原理是：当柴油机排气流过DOC时，在200-400℃温度条件下，CO和HC首先几乎全部被氧化成CO₂和H₂O，同时NO被转化成NO₂，排气从DOC出来进入DPF后，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中。

随着工作时间的加长，DPF过滤体上堆积的颗粒越来越多，不仅影响捕集器的过滤效果，还会增加排气背压，从而影响柴油机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增大，所以如何及时处理捕集器上的颗粒是DPF技术的关键。

DPF通过重复再生PM（颗粒物）控制且维持一定的DPF前后压差，再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高捕集器内的温度，使微粒着火燃烧。当过滤器中的温度达到600℃时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，如果温度达不到600℃，过多的沉积物就会堵塞过滤器，这时就需要利用外加能源（例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变）来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。

被动再生指的是在一定温度下，DPF内部NO2与C反应消除掉碳颗粒的一种再生技术。NO₂对被捕集的颗粒有很强的氧化能力，利用DOC产生的NO₂作为氧化剂除去DPF中的微粒并生成CO₂，而NO₂又被还原为NO，从而达到去除微粒的目的。

传统的DPF再生方式需要在排气尾管喷入一定量的燃油，通过DOC提温到600℃来将颗粒物烧掉，这种方法需要一套复杂的装置及控制***，且需要额外喷油，会增加发动机的油耗。

而且，再生只能够将DPF内部的碳颗粒烧掉，但DPF内部捕集的灰分是烧不掉的，会导致灰分在DPF中累积。虽然灰分的累积速度很慢，但它最终会导致DPF前后压差上升，从而影响DPF的工作寿命，所以DPF安装在车辆上后，经过一定的行驶里程后，随着灰分积累值的增加，需要对DPF进行人工清灰。一般清灰方法是将DPF拆卸下来，通过高压气体反吹或者用水清洗来将DPF内部的灰分清掉，很不方便。

因此，如何改进DPF的再生方式，消除DPF对喷油主动再生和人工清灰的依赖，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种颗粒物捕集器再生装置。该装置可保证DPF内部的颗粒物负载始终处于较低的状态，无需使用DPF主动再生***和人工清灰即可满足后处理***需求。

本发明的第二目的是提供一种设有所述颗粒物捕集器再生装置的柴油机。

为实现上述第一目的，本发明提供一种颗粒物捕集器再生装置，包括：

颗粒物捕集器；

氧化催化转换器；

所述颗粒物捕集器与氧化催化转换器纵向垂直布置，所述氧化催化转换器的下方设有气流回旋装置；

所述气流回旋装置上设有颗粒物收集器。

优选地，所述气流回旋装置包括壳体；

所述壳体在横截面上呈圆形，其上端与所述氧化催化转换器的通道连通，下端封闭，侧面沿切线方向设有进气管，内部形成气流回旋区。

优选地，所述颗粒物收集器包括用于容纳颗粒物的收集箱；

所述气流回旋区通过其侧面上的收集口与所述收集箱相连通。

优选地，所述收集箱的内底面低于所述气流回旋区的底部所在的平面。

优选地，所述收集口处设有颗粒物过滤网。

优选地，所述气流回旋区的底部中央处设有向上凸起的导流锥。

优选地，所述气流回旋区的底部与侧面平滑过渡呈圆弧形。

优选地，所述颗粒物收集器与气流回旋装置通过可拆卸结构或部件相连接。

优选地，所述气流回旋装置与所述颗粒物捕集器和氧化催化转换器的壳体为一体式结构。

为实现上述第二目的，本发明提供一种柴油机，包括发动机本体和排气处理***，所述排气处理***设有上述任一项所述的颗粒物捕集器再生装置。

本发明提供的颗粒物捕集器再生装置主要包括纵向垂直布置的颗粒物捕集器和氧化催化转换器、位于氧化催化转换器下方的气流回旋装置、以及设于气流回旋装置的颗粒物收集器，其可以利用车辆的振动，例如车辆在低速工况行驶在凹凸不平的路面时，废气流速小，DPF捕集到的发动机产生较大的颗粒物或小颗粒物在DPF内部聚集成的大颗粒物会因为汽车振动及重力的作用而脱落，经过DOC后进入气流回旋装置，而气流回旋装置可将发动机排气形成回旋扰动的气流，在排气回旋的作用下，将从DPF中脱落的大颗粒物收集到颗粒物收集器中，同时DPF内部时刻发生着颗粒物的被动再生，经过这两种再生方式共同作用保证DPF内部的颗粒物负载始终处于较低的状态，从而可以减少DPF的主动再生和人工清灰次数或不采用主动再生或人工清灰，从而降低柴油机的油耗，提高DPF的可靠性。

在一种优选方案中，所述收集箱的内底面低于所述气流回旋区的底部所在的平面。这样，可以保证掉落的碳烟颗粒在旋转离心力的作用下进入收集箱，同时使颗粒进入到收集箱内不会再次进入排气中。

在另一种优选方案中，所述气流回旋区的底部中央处设有向上凸起的导流锥。该导流锥一方面能够通过其锥面与气流回旋区的底部和侧面形成环形气流通道，从而利于排气形成回旋扰动的气流，另一方面其锥面能够将掉落的颗粒均匀的向回旋气流的周边分布，从而使颗粒能够更加容易的进入颗粒物收集器。

本发明提供的柴油机设有所述颗粒物捕集器再生装置，由于所述颗粒物捕集器再生装置具有上述技术效果，设有该颗粒物捕集器再生装置的柴油机也具备相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明所提供颗粒物捕集器再生装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的A-A视图；

图4为图3的B-B视图；

图5为图1中所示气流回旋装置的立体图；

图6为图1所示颗粒物捕集器再生装置的工作原理示意图；

图7为另一种颗粒物收集器的结构示意图。

图中：

1.进气管2.气流回旋装置2-1.气流回旋区2-2.导流锥3.颗粒物收集器3-1收集箱3-2颗粒物过滤网4.DOC5.DPF6.出气管

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供颗粒物捕集器再生装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1的A-A视图；图4为图3的B-B视图；图5为图1中所示气流回旋装置的立体图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的柴油机颗粒物捕集器再生装置，主要由进气管1、气流回旋装置2、颗粒物收集器3、DOC4、DPF5及出气管6组成，其中DPF5可采用壁流式蜂窝陶瓷过滤器。

气流回旋装置2与DOC4、DPF5的壳体为一体式结构，整体上呈圆柱形，三者纵向垂直布置，DPF5位于上部，DOC4位于中间，气流回旋装置2位于底部，并且设有颗粒物收集器3。

气流回旋装置2的壳体在横截面上呈圆形，其上端与DOC4的通道连通，下端封闭，侧面沿切线方向设有进气管1，内部形成气流回旋区2-1，气流在压力作用下经进气管1沿切线方向进入壳体，在壳内做回转运动，气流中的颗粒物因受到较大的离心力而处于回转流的***，最终进入颗粒物收集器3，出气管6沿切线方向设于DPF5的排气端。

气流回旋区2-1的底部与侧面平滑过渡呈圆弧形，并在中央处设有向上凸起的导流锥2-2。该导流锥2-2一方面能够通过其锥面与气流回旋区2-1的底部和侧面形成环形气流通道，从而利于排气形成回旋扰动的气流，另一方面其锥面能够将掉落的颗粒均匀的向回旋气流的周边分布，从而使颗粒能够更加容易的进入颗粒物收集器3。

颗粒物收集器3采用能够容纳颗粒物的收集箱3-1，气流回旋区通过其侧面上的收集口与收集箱相连通，并在收集口处设有颗粒物过滤网3-2。

收集箱3-1的内底面低于气流回旋区2-1的底部所在的平面。这样，可以保证掉落的碳烟颗粒在旋转离心力的作用下进入收集箱3-1，同时使颗粒进入到收集箱3-1内不会再次进入排气中。

此外，收集箱3-1与气流回旋装置2通过可拆卸结构或部件相连接。当碳烟颗粒收集到一定程度后，收集箱3-1可方便拆装进行清理工作。

当然，也可以通过在收集箱3-1上开设排放口的方式进行清理，而无需拆卸清灰。

请参考图6，图6为图1所示颗粒物捕集器再生装置的工作原理示意图。

如图所示，发动机排放出的尾气经过进气管1进入柴油机过滤器装置内，首先进入气流回旋装置2，随即形成回旋扰动的气流，然后进入DOC4内，DOC4载体上涂覆贵金属催化剂，能够将尾气中NO氧化成NO₂；废气经过DOC4后进入DPF5内，DPF5载体是一端开孔，另一端封闭的陶瓷载体，气流从壁面通过，废气中的颗粒物由于无法通过壁面而沉积在壁面上，从而起到捕集颗粒物的效果。

随着颗粒物捕集在DPF5内部聚集的越来越多，需要实时地将DPF5内部积累的碳载量消除掉。本发明设计的柴油机过滤器***及装置可实现两种再生方式：

1.DPF5被动再生：通过DPF5内部NO₂与C发生的化学反应消除掉碳颗粒，这种再生实时在DPF5内部反应。

2.在汽车行驶过程中，DPF5因为发动机和路面的激励而振动，DPF5中捕集的颗粒物会因为振动从捕集器中脱落，在重力作用下从DOC4的通道中掉落到气流回旋装置2中，此时排气带动掉落的颗粒在气流回旋装置中高速旋转，颗粒在离心力的作用下进入到颗粒物收集器3中。

以上两种再生方式同时发生，共同作用保证DPF5内部的颗粒物负载始终处于较低的状态，无需使用DPF主动再生***即可满足后处理***再生需求。

需要说明的是，为了保证本发明可实现第2种再生方式，上述装置必须垂直固定安装，DOC4和DPF5的布置设计要满足整车布置要求，保证***在不被振动破坏的前提下，尽量提高***的振动强度，以提高颗粒物收集效率。

本装置能够通过振动将DPF5内部的灰分震落下来，在气流的作用下收集到颗粒物收集器3中，无需DPF喷油主动再生，不存在上述喷油再生存在的问题，也无需定期清理灰分，避免了定期清灰带来使用上的不便，极大的方便了用户使用。

当然，上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。如图7所示，收集箱3-1可分为横向部分和纵向部分，收集口位于其横向部分的左端，纵向部分在横向部分的右端与之相连通，使收集口与颗粒物沉积部错开一定距离，这样可以更加有效的防止收集的颗粒物再次进入排气中；或者，根据安装的需要对颗粒物收集器3在气流回旋装置侧面上的位置进行调整，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

除了上述颗粒物捕集器再生装置，本发明还提供一种柴油机，包括发动机本体和排气处理***，所述排气处理***设有上文所述的颗粒物捕集器再生装置，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的颗粒物捕集器再生装置和柴油机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种颗粒物捕集器再生装置，包括：

颗粒物捕集器；

氧化催化转换器；

其特征在于，所述颗粒物捕集器与氧化催化转换器纵向垂直布置，所述氧化催化转换器的下方设有气流回旋装置(2)；

所述气流回旋装置(2)上设有颗粒物收集器(3)；

所述气流回旋装置(2)包括壳体；

所述壳体在横截面上呈圆形，其上端与所述氧化催化转换器的通道连通，下端封闭，侧面沿切线方向设有进气管(1)，内部形成气流回旋区(2-1)；

所述气流回旋区(2-1)的底部中央处设有向上凸起的导流锥(2-2)。

2.根据权利要求1所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述颗粒物收集器(3)包括用于容纳颗粒物的收集箱(3-1)；

所述气流回旋区(2-1)通过其侧面上的收集口与所述收集箱(3-1)相连通。

3.根据权利要求2所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述收集箱(3-1)的内底面低于所述气流回旋区(2-1)的底部所在的平面。

4.根据权利要求3所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述收集口处设有颗粒物过滤网(3-2)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述气流回旋区(2-1)的底部与侧面平滑过渡呈圆弧形。

6.根据权利要求1至4任一项所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述颗粒物收集器(3)与气流回旋装置(2)通过可拆卸结构或部件相连接。

7.根据权利要求6所述的颗粒物捕集器再生装置，其特征在于，所述气流回旋装置(2)与所述颗粒物捕集器和氧化催化转换器的壳体为一体式结构。

8.一种柴油机，包括发动机本体和排气处理***，其特征在于，所述排气处理***设有上述权利要求1至7任一项所述的颗粒物捕集器再生装置。