[发明专利]柴油机微粒捕集器主动热再生方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机尾气后处理装置的一种再生方法及其装置，具体是指柴油机微粒捕集器(DPF)的一种主动热再生方法及其装置。

技术背景

柴油机尾气中存在主要由碳烟等物质组成的颗粒物质(PM)，这些颗粒物质对环境的危害性很大，是城市空气的主要污染源之一。因此柴油机尾气微粒物质排放控制的重要性越来越受到人们的关注和重视，世界上很多国家都在逐步实施越来越严格的柴油机PM排放标准及法规。

在众多的柴油机PM排放控制技术中，柴油机微粒捕集器(DPF，也称为微粒过滤器)被认为是最具有发展前景的技术之一。其主要思路是将柴油机尾气通过DPF，使尾气中的PM沉积在滤芯上，从而使柴油机尾气在排入大气之前予以净化。但是，滤芯对尾气的流动阻力随着滤芯上PM沉积量的增加而增加，其对气流的阻力越来越大，使得柴油机的排气背压越来越高，至一定程度之后，必须对滤芯上的PM予以清除，降低PDF对柴油机尾气的阻力，使DPF重新处于可使用状态，即DPF的再生。

沉积在滤芯上的PM清除方法主要有两种思路：一是给微粒物质输入能量，使其温度超过碳粒子燃点而自燃、燃尽，达到再生的目的；另一种是通过催化剂降低碳粒子的燃点，使其能在柴油机排气温度下发生氧化反应，从而达到保持滤芯清洁的目的。对于前者，一般存在辅助设备众多、系统复杂、体积庞大且可靠性不好等问题，以至于至今不能在柴油车上大范围使用；对于后者，其对油品的要求很苛刻，尤其是柴油中的硫、磷含量必须非常低，否则容易使催化剂中毒而导致滤芯失去再生能力，并且PM的成份不是纯碳，氧化反应后的残留物质覆盖在催化剂表面使其很快失效，所以被动再生的方式也只是在那些油品含硫、磷量很低的国家小范围内试用，也还有很多问题需要解决。

主动再生中，有人提出了直接喷油助燃再生的方法，例如专利CN 2596028Y、02292102.8、200510047787.8等等。但是喷油助燃再生法具有下列不足之处：①由于燃油必须存在较高的压力(否则不能在喷嘴中形成喷雾，以致不能点火及正常燃烧)，所以需要设置高压油泵，以及油泵的驱动设备，系统相当复杂；②基于滤芯所能承受的温度限制，喷入的燃油流量并不大，且出于点火要求，雾化后的燃油必须具有合适的雾化粒度及液滴尺寸分布规律，对喷嘴的雾化要求非常高，相应的，喷嘴上必须加载较高的喷油压力，所以喷嘴的喷孔等部位尺寸一般很小，这样的小流量燃油雾化设备一是很难设计且加工工艺性能很差，二是容易堵塞，性能很不可靠；③燃油液滴在燃烧区点火之前属于液体，而发动机尾气中的含氧量不高，点火环境差，燃料不易点燃，且对点火线圈的要求很苛刻，很容易出现点火成功之前，主燃区内壁面已经积存了很多液体燃油的情况，一旦点火成功这些液体油参与燃烧，造成高温损坏DPF，甚至存在爆炸的隐患，系统难以稳定差；④燃油液滴与气流的匹配很难，在低密度、低含氧量的主燃区保证燃油高效、稳定的燃烧非常困难，致使很大一部分燃油根本没有燃烧就直接排入大气，这种未燃尽的碳氢化合物的实质就是二次污染；⑤燃油火焰温度场不易调节，且受车辆行驶状态的影响较大，易形成峰值较高的局部高温区，影响滤芯再生的整体效率，并缩短其寿命。

发明内容

本发明的目的是，针对现有柴油机微粒捕集器喷油主动热再生存在的缺陷，提出一种柴油机微粒捕集器的主动热再生的方法及其装置，其具有不需要高压供油系统、容易点火、燃烧稳定、温度场均匀，可靠性好、二次污染小、且系统结构紧凑、便于整车布局设计等特征。

本发明的技术方案之一是，所述柴油机微粒捕集器主动热再生的方法为：利用柴油机尾气余热或者辅以电加热使燃料密封罐中液体燃料形成带有压力的高温饱和蒸气；当尾气通道中滤芯的前、后压力传感器所显示的压力差值到达预设值时，开启燃料输出阀而使燃料密封罐中的饱和高压燃料蒸气通过燃料输出阀进入喷头，喷入主燃区，点火电嘴开始跳火，点燃气态的燃料蒸气；在双级旋流器的作用下使火焰保持在主燃区，产生高温气体，流过滤芯，引燃沉积在滤芯上的微粒物质，直至滤芯前后的压力差达到预设值，停止燃料蒸气的燃烧，完成柴油机微粒捕集器的再生。

进一步地，再生时，燃料罐中蒸气的压力未达到预设值时对燃料实施电加热；根据发动机尾气的温度、流量及含氧量来控制二次空气的供给流量，根据发动机尾气的温度、流量及滤芯前后的压差(微粒物质含量)来控制燃料蒸气供给量，使微粒捕集器再生时燃料、空气、发动机尾气三者之间的配比关系处于合适的范围内，确保在任何发动机工况下滤芯都能顺利完成再生。所述控制可由中央控制单元实现。