專利名稱：增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柴油機(jī)尾氣微粒污染控制技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及一種增壓柴 油機(jī)排氣加熱裝置及方法。
背景技術(shù)：
氮氧化物和微粒是柴油機(jī)尾氣排放中的主要污染物。近年來(lái)隨著排放法 規(guī)的日益嚴(yán)格，通過(guò)后處理方式降低兩種污染物排放的技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。 對(duì)微粒處理主要難點(diǎn)在于捕集器的再生。熱再生是較普遍釆用的一種再生方式。通過(guò)加熱提高排氣溫度或直接選 擇性加熱微粒將沉積在捕集器內(nèi)的微粒燃燒，恢復(fù)捕集器性能。現(xiàn)在排氣加 熱的方式主要有電加熱、微波加熱和噴油助燃等?，F(xiàn)階段汽車用加熱器主要用于空調(diào)加熱器，進(jìn)氣預(yù)熱等方面。燃油加熱器技術(shù)是一種成熟技術(shù)，但用于排氣加熱方面還存在如下技術(shù)問(wèn)題(1) 加熱能力調(diào)節(jié)范圍有限。 一般只有兩級(jí)到三級(jí)加熱能力，不適用于 溫度不斷變化排氣環(huán)境。噴油量與空氣量控制需要各種閩件與傳感器，在排 氣高溫環(huán)境中無(wú)法正常工作(2) 燃油供給一般釆用離心式霧化結(jié)構(gòu)的低壓供給系統(tǒng)。霧化質(zhì)量差。 助燃空氣一般釆用離心式風(fēng)機(jī)，進(jìn)所壓力低。有背壓的排氣環(huán)境中供氣效率 差。(3) 排氣中氧含量低，而二氧化碳含量高。燃油在這種環(huán)境中燃燒效果 差，不易控制。本發(fā)明涉及的排氣加熱裝置是通過(guò)噴油及提供適量的空氣混合點(diǎn)火燃燒 將排氣溫度提高到微粒起燃溫度或氧化催化劑起作用溫度。使沉積在微粒捕 集器內(nèi)微粒燃燒，達(dá)到捕集器再生的目的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種操作方法簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠且能有效燃燒微粒 從而使捕集器可靠再生的裝置及方法。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置，包括進(jìn)氣取氣閥15、油泵21、燃油電 磁閥14、噴嘴9、點(diǎn)火電極7、燃燒室10、擴(kuò)張腔13、油量調(diào)節(jié)閩19以及 燃燒器夾層2。上述噴嘴的噴霧形狀為空心圓錐形，噴射貫穿距離短，噴霧錐角較大。上述油量調(diào)節(jié)器通過(guò)膜片28感知進(jìn)氣壓力的變化控制旁通泄壓閥26開(kāi) 啟壓力實(shí)現(xiàn)噴油量與進(jìn)氣量的隨動(dòng)控制；通過(guò)電磁閥30控制旁通泄壓閥26 的開(kāi)閉，很好地實(shí)現(xiàn)了當(dāng)燃燒器停止工作時(shí)，噴油嘴迅速斷油。一種釆用上述加熱裝置對(duì)增壓柴油機(jī)排氣加熱的方法，其特征在于包括 如下步驟(1) 加熱器控制裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)排氣溫度和壓力信號(hào)判斷是否需要再生；(2) 當(dāng)要再生時(shí)，開(kāi)啟噴油電磁閥20及點(diǎn)火電極7;根據(jù)溫度變化規(guī) 律判斷點(diǎn)火是否成功，如果點(diǎn)火失敗間隔5秒后再次噴油點(diǎn)火；當(dāng)三次點(diǎn)火 失敗后報(bào)警裝置報(bào)警；(3) 通過(guò)渦輪增壓器14引入部分新鮮空氣，通過(guò)控制進(jìn)氣量來(lái)調(diào)節(jié)加 熱裝置的加熱能力，通過(guò)旁通泄壓方式使噴油量可以根據(jù)進(jìn)氣量的變化進(jìn)行 隨動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通過(guò)過(guò)濾體后排入大氣；(4) 當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過(guò)濾體再生完成時(shí)停止噴油和供氣， 排氣加熱裝置停止工作。上述加熱方法在工作過(guò)程中，廢氣通過(guò)排氣夾層2首先對(duì)燃燒器16進(jìn)行 預(yù)熱確保燃燒器16可靠著火，著火后燃燒器16與通過(guò)夾層的廢氣進(jìn)行熱交 換后進(jìn)行混合， 一方面提高排氣溫度，另 一方面防止燃燒器16外層溫度過(guò)高。通過(guò)從增壓柴油機(jī)增壓器14取氣并引入到燃燒器16與經(jīng)過(guò)噴嘴9壓力霧化 的柴油進(jìn)行混合，由高壓點(diǎn)火電極7點(diǎn)燃使混合氣燃燒并于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢 氣進(jìn)行混合，達(dá)到提高排氣溫度的目的。新鮮空氣進(jìn)入燃燒器后分成兩部分， 一部分通過(guò)燃燒室圓周上布置的進(jìn)氣小孔8進(jìn)入燃燒室IO,與燃油混合燃燒， 另一部分通過(guò)擴(kuò)張腔13上的旋流槽12進(jìn)入第二級(jí)燃燒室4,旋流的吸力將 燃燒室內(nèi)火焰和未燃的燃油帶入二級(jí)燃燒室4充分穩(wěn)定燃燒；排氣通過(guò)排氣 夾層2從二級(jí)燃燒室外流過(guò)對(duì)加熱裝置進(jìn)行預(yù)熱，保證可靠點(diǎn)燃。本發(fā)明的柴油機(jī)排氣加熱裝置相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1) 通過(guò)控制進(jìn)氣量來(lái)調(diào)節(jié)加熱裝置的加熱能力。通過(guò)旁通泄壓方式使 噴油量可以根據(jù)進(jìn)氣量的變化進(jìn)行隨動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)解決了斷油不及時(shí)問(wèn)題。(2) 通過(guò)渦輪增壓器引入部分新鮮空氣，省去了額外的供氣源并改善了 燃燒效果。傳統(tǒng)利用風(fēng)機(jī)提供氣源多應(yīng)用于汽車空調(diào)加熱器，進(jìn)氣加熱等方 面。而在排氣環(huán)境中特別是加裝過(guò)濾體后的排氣中，由于較高的排氣背壓， 傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)方式由于送氣壓力低于排氣背壓導(dǎo)致加熱裝置無(wú)法正常燃燒。(3) 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣只能通過(guò)過(guò)濾體后排入大氣。若采用傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)當(dāng)不工作 時(shí)， 一部分排氣會(huì)從風(fēng)機(jī)口排出，解決這一問(wèn)題難度較大。而從渦輪增壓器 取氣則可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。(4) 可以方便與現(xiàn)有增壓柴油機(jī)進(jìn)行匹配，系統(tǒng)造價(jià)成本低。


圖1 (a)是增壓柴油機(jī)排氣加熱器三維效果圖；圖1 (b)是增壓柴油機(jī)排氣加熱器結(jié)構(gòu)示意圖，其中，l為排氣入口， 2 排氣夾層，3為加熱器殼，4二級(jí)燃燒室擴(kuò)張腔，5為高溫排氣出口為加熱器 殼圖1 (c)是圖1 (b)局部放大圖，其中，6為高壓油入口， 7為點(diǎn)火電 極阻隔腔，8為進(jìn)氣小孔，9噴油嘴，IO燃燒室，ll二次空氣入口， 12為旋流槽，13擴(kuò)張腔；圖2是本發(fā)明應(yīng)用于柴油機(jī)的框圖；14為渦輪增壓器，15為空氣流量 調(diào)節(jié)閥，16為加熱器，17溫度傳感器，18壓力傳感器，19為油量調(diào)節(jié)閥， 20為噴油電磁閥，21為油泵，22為油箱，圖3油量調(diào)節(jié)閬結(jié)構(gòu)圖；23為出油口， 24為進(jìn)氣口， 25為進(jìn)油口， 26 旁通泄壓閥，27為閥座，28為膜片，29為彈簧，30為電磁鐵，31為調(diào)整螺 釘；圖4噴油嘴結(jié)構(gòu)圖； 圖5裝置工作流程圖；圖6加熱裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)2000r/min工況下的性能測(cè)試圖； 圖7加熱裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速、相同扭矩下的加熱能力。
具體實(shí)施方式
燃油系統(tǒng)根據(jù)柴油機(jī)特征，從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油口取部分燃油，通過(guò)單獨(dú)的油泵21給噴 嘴9供油，油泵21有自己的濾油裝置，由旁通泄壓閥26控制噴油的通斷。該噴嘴特征是噴霧形狀為空心圓錐形，噴射貫穿距離短，噴霧錐角較大。在 噴油壓力一定的條件下，燃油流量一定。為保證斷油迅速，在高壓管路上接 一個(gè)油量調(diào)節(jié)閥(如圖3),當(dāng)油量調(diào)節(jié)閥電磁閩30通電后，閩座27在磁力 作用下向下移動(dòng)，高壓管路燃油經(jīng)旁通泄壓閥26從回油口 23流回油箱。高 壓管路壓力迅速降低至小于噴嘴打開(kāi)所需壓力，噴嘴關(guān)閉噴油結(jié)東。油量調(diào) 節(jié)閥的進(jìn)氣口與渦輪增壓器14出氣口相連，當(dāng)進(jìn)氣壓力增大時(shí)，閥座27受彈簧和進(jìn)氣壓力向上作用力增大，閥座開(kāi)啟的壓力增大，與油量調(diào)節(jié)閥進(jìn)油 口 23相連的高壓管路油壓就會(huì)相應(yīng)升高，噴油量隨之增大。利用這種方式實(shí) 現(xiàn)噴油量與進(jìn)氣量的隨動(dòng)控制。進(jìn)氣系統(tǒng)該裝置釆用一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥15自動(dòng)調(diào)節(jié)從增壓器進(jìn)入燃燒器16的空氣 量。在著火初期減少供氣量，使霧化燃油可靠點(diǎn)燃，然后逐漸增大進(jìn)氣量提 高燃燒速度。新鮮空氣進(jìn)入燃燒器后分成兩部分， 一部分通過(guò)燃燒室圓周上布置的進(jìn)氣小孔8進(jìn)入燃燒室10,與燃油混合燃燒，另一部分通過(guò)擴(kuò)張腔13 上的旋流槽12進(jìn)入第二級(jí)燃燒室4，旋流的吸力將燃燒室內(nèi)火焰和未燃的燃 油帶入二級(jí)燃燒室充分穩(wěn)定燃燒。排氣通過(guò)排氣夾層2從二級(jí)燃燒室4外流 過(guò)對(duì)燃燒室進(jìn)行預(yù)熱，保證可靠點(diǎn)燃。點(diǎn)火系統(tǒng)燃油由噴油嘴噴出后與空氣充分混合，由點(diǎn)火變壓器輸送能量通過(guò)點(diǎn)火 電極點(diǎn)燃混合氣。這樣就實(shí)現(xiàn)了即噴即著的功能，達(dá)到快速起燃的目的。電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)通過(guò)控制單元實(shí)現(xiàn)程序控制和保護(hù)功能，并且獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)電 控系統(tǒng)，由12V蓄電池供電?？刂茊卧獙?shí)現(xiàn)電機(jī)、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥、電 子點(diǎn)火、溫度傳感器和壓力傳感器的控制和保護(hù)。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到捕集器需要再生時(shí)?？刂屏髁空{(diào)節(jié)閥，噴油電磁閥和 電子點(diǎn)火裝置以預(yù)先設(shè)定好的控制邏輯控制加熱裝置來(lái)提高排氣溫度，控制 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)溫度信號(hào)適時(shí)調(diào)整進(jìn)氣量控制排氣溫度在期望的范圍。加熱裝置工 作流程如圖5所示。實(shí)施例在一臺(tái)排量為2.499L增壓柴油機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)研究。大氣環(huán)境溫度為 20 °C，通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量使加熱器出口溫度達(dá)到50(TC左右。加熱時(shí)間視工況 不同約l-2分鐘。在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下試驗(yàn)加熱裝置的起燃和加熱能力。試 驗(yàn)表明在大部分工況下加熱效果是明顯的。圖6為轉(zhuǎn)速2000r/min時(shí)不同扭 矩下加熱裝置的工作狀態(tài)；圖7為不同轉(zhuǎn)速相同扭矩時(shí)加熱裝置的工作狀態(tài)。 從圖可以看出，加熱裝置解決了轉(zhuǎn)速升高出現(xiàn)的加熱能力不足的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、一種增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置，包括進(jìn)氣取氣閥(15)、油泵(21)、燃油電磁閥(14)、噴嘴(9)、點(diǎn)火電極(7)、燃燒室(10)、擴(kuò)張腔(13)、油量調(diào)節(jié)閥(19)以及燃燒器夾層(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置，其特征在于，所 述噴嘴的噴霧形狀為空心圓錐形，噴射貫穿距離短，噴霧錐角較大。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置，其特征在于，油 量調(diào)節(jié)器通過(guò)膜片(28)感知進(jìn)氣壓力的變化控制旁通泄壓閥(26)開(kāi)啟壓 力實(shí)現(xiàn)噴油量與進(jìn)氣量的隨動(dòng)控制；通過(guò)電磁閥(30)控制旁通泄壓閥的開(kāi) 閉，很好地實(shí)現(xiàn)了當(dāng)燃燒器(16)停止工作時(shí)，噴油嘴迅速斷油。
4、 一種釆用權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)所述的排氣加熱的裝置為增壓柴油 機(jī)排氣加熱的方法，其特征在于包括如下步驟(1) 加熱器控制裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)排氣溫度和壓力信號(hào)判斷是否需要再生；(2) 當(dāng)要再生時(shí)，開(kāi)啟噴油電磁閥(20)及點(diǎn)火電極(7);根據(jù)溫度 變化規(guī)律判斷點(diǎn)火是否成功，如果點(diǎn)火失敗間隔5秒后再次噴油點(diǎn)火；當(dāng)三 次點(diǎn)火失敗后報(bào)警裝置報(bào)警；(3) 通過(guò)渦輪增壓器(14)引入部分新鮮空氣，通過(guò)控制進(jìn)氣量來(lái)調(diào)節(jié) 加熱裝置的加熱能力，通過(guò)旁通泄壓方式使噴油量可以根據(jù)進(jìn)氣量的變化進(jìn) 行隨動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通過(guò)過(guò)濾體后排入大氣；(4) 當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過(guò)濾體再生完成時(shí)停止噴油和供氣， 排氣加熱裝置停止工作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種為增壓柴油機(jī)排氣加熱的方法，其特征在于， 廢氣通過(guò)排氣夾層(2)首先對(duì)燃燒器(16)進(jìn)行預(yù)熱確保燃燒器可靠著火， 著火后燃燒器與通過(guò)夾層的廢氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)行混合， 一方面提高排氣溫 度，另一方面防止燃燒器外層溫度過(guò)高。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種為增壓柴油機(jī)排氣加熱的方法，其特征在于，通過(guò)從增壓柴油機(jī)增壓器(14)取氣并引入到燃燒器(16)與經(jīng)過(guò)噴嘴(9) 壓力霧化的柴油進(jìn)行混合，由高壓點(diǎn)火電極(7 )點(diǎn)燃使混合氣燃燒并于發(fā)動(dòng) 機(jī)排出的廢氣進(jìn)行混合，達(dá)到提高排氣溫度的目的。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述為增壓柴油機(jī)排氣加熱的方法，其特征在于，新 鮮空氣進(jìn)入燃燒器后分成兩部分， 一部分通過(guò)燃燒室圓周上布置的進(jìn)氣小孔 (8)進(jìn)入燃燒室(10),與燃油混合燃燒，另一部分通過(guò)擴(kuò)張腔(13)上的 旋流槽(12)進(jìn)入第二級(jí)燃燒室(4),旋流的吸力將燃燒室內(nèi)火焰和未燃的 燃油帶入二級(jí)燃燒室(4)充分穩(wěn)定燃燒；排氣通過(guò)排氣夾層(2)從二級(jí)燃 燒室外流過(guò)對(duì)加熱裝置進(jìn)行預(yù)熱，保證可靠點(diǎn)燃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增壓柴油機(jī)排氣加熱裝置及方法，屬于柴油機(jī)尾氣微粒污染控制技術(shù)領(lǐng)域。加熱裝置包括進(jìn)氣取氣閥、油泵、燃油電磁閥、噴嘴、點(diǎn)火電極、燃燒室、擴(kuò)張腔、油量調(diào)節(jié)器以及燃燒器夾層；一種加熱的方法，包括如下步驟(1)判斷是否需要再生；(2)當(dāng)要再生時(shí)，根據(jù)溫度變化規(guī)律判斷點(diǎn)火是否成功；(3)引入部分新鮮空氣，通過(guò)控制進(jìn)氣量來(lái)調(diào)節(jié)加熱裝置的加熱能力，通過(guò)旁通泄壓方式使噴油量可以根據(jù)進(jìn)氣量的變化進(jìn)行隨動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通過(guò)過(guò)濾體后排入大氣；(4)當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過(guò)濾體再生完成時(shí)停止噴油和供氣，排氣加熱裝置停止工作?？梢苑奖闩c現(xiàn)有增壓柴油機(jī)進(jìn)行匹配，系統(tǒng)造價(jià)成本低。
文檔編號(hào)F01N9/00GK101333953SQ200710061388
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者姚廣濤, 姜大海, 張春潤(rùn), 琛 王, 資新運(yùn), 鄧成林 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事交通學(xué)院