一種柴油機(jī)及其顆粒物捕集器再生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顆粒物捕集器再生裝置，包括：顆粒物捕集器；氧化催化轉(zhuǎn)換器；所述顆粒物捕集器與氧化催化轉(zhuǎn)換器縱向垂直布置，所述氧化催化轉(zhuǎn)換器的下方設(shè)有氣流回旋裝置（2）；所述氣流回旋裝置（2）上設(shè)有顆粒物收集器（3）。該裝置可保證DPF內(nèi)部的顆粒物負(fù)載始終處于較低的狀態(tài)，無需使用DPF主動(dòng)再生系統(tǒng)和人工清灰即可滿足后處理系統(tǒng)需求。本發(fā)明還公開了設(shè)有所述再生裝置的柴油機(jī)。
【專利說明】一種柴油機(jī)及其顆粒物捕集器再生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是應(yīng)用于柴油機(jī)尾氣處理系統(tǒng)的顆粒物捕集器再生裝置。本發(fā)明還涉及設(shè)有所述再生裝置的柴油機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著我國對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，更嚴(yán)格的排放控制法規(guī)相繼出臺(tái)，針對(duì)汽車柴油機(jī)顆粒排放污染物的控制成了當(dāng)前汽車排放實(shí)現(xiàn)歐VI的主要問題。
[0003]柴油機(jī)的排氣顆粒物主要包含三種成分:未燃的碳煙(Soot)、表面上吸附的有機(jī)可溶性物質(zhì)(Soluble Organic Fractions, S0F)和硫酸鹽，其中顆粒排放物質(zhì)大部分是碳和碳化物的微小顆粒所組成的。
[0004]DPF (Diesel Particulate Filter)是一種消除柴油機(jī)排氣中顆粒(PM)的顆粒物捕集器，主要通過擴(kuò)散、沉積和撞擊機(jī)理來過濾捕集柴油機(jī)排氣中的微粒，捕集效率可達(dá)90%以上。
[0005]DOC (Diesel Oxidation Catalysis)是一種顆粒物的氧化催化轉(zhuǎn)換器，其在蜂窩陶瓷載體上涂覆貴金屬催化劑(如Pt等)，目的是為了降低柴油機(jī)尾氣中的HC、C0和S0F的化學(xué)反應(yīng)活化能力，使這些物質(zhì)能與尾氣中的氧氣在較低的溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng)并最終轉(zhuǎn)化為co2和h2o。
[0006]DPF與D0C聯(lián)合使用可構(gòu)成顆粒物捕集系統(tǒng)，其基本工作原理是:當(dāng)柴油機(jī)排氣流過D0C時(shí)，在200-400°C溫度條件下，C0和HC首先幾乎全部被氧化成C02和H20，同時(shí)NO被轉(zhuǎn)化成N02，排氣從D0C出來進(jìn)入DPF后，其中微粒被捕集在過濾體的濾芯內(nèi)，剩下較清潔的排氣排入大氣中。
[0007]隨著工作時(shí)間的加長(zhǎng)，DPF過濾體上堆積的顆粒越來越多，不僅影響捕集器的過濾效果，還會(huì)增加排氣背壓，從而影響柴油機(jī)的換氣和燃燒，導(dǎo)致功率輸出降低，油耗增大，所以如何及時(shí)處理捕集器上的顆粒是DPF技術(shù)的關(guān)鍵。
[0008]DPF通過重復(fù)再生PM (顆粒物)控制且維持一定的DPF前后壓差，再生有主動(dòng)再生和被動(dòng)再生兩種方法:主動(dòng)再生指的是利用外界能量來提高捕集器內(nèi)的溫度，使微粒著火燃燒。當(dāng)過濾器中的溫度達(dá)到600°C時(shí)，沉積的顆粒物就會(huì)氧化燃燒，如果溫度達(dá)不到600°C，過多的沉積物就會(huì)堵塞過濾器，這時(shí)就需要利用外加能源(例如電加熱器，燃燒器或發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的改變)來提高DPF內(nèi)的溫度，使顆粒物氧化燃燒。
[0009]被動(dòng)再生指的是在一定溫度下，DPF內(nèi)部N02與C反應(yīng)消除掉碳顆粒的一種再生技術(shù)。N02對(duì)被捕集的顆粒有很強(qiáng)的氧化能力，利用D0C產(chǎn)生的N02作為氧化劑除去DPF中的微粒并生成C02，而N02又被還原為N0，從而達(dá)到去除微粒的目的。
[0010]傳統(tǒng)的DPF再生方式需要在排氣尾管噴入一定量的燃油，通過D0C提溫到600°C來將顆粒物燒掉，這種方法需要一套復(fù)雜的裝置及控制系統(tǒng)，且需要額外噴油，會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。
[0011]而且，再生只能夠?qū)PF內(nèi)部的碳顆粒燒掉，但DPF內(nèi)部捕集的灰分是燒不掉的，會(huì)導(dǎo)致灰分在DPF中累積。雖然灰分的累積速度很慢，但它最終會(huì)導(dǎo)致DPF前后壓差上升，從而影響DPF的工作壽命，所以DPF安裝在車輛上后，經(jīng)過一定的行駛里程后，隨著灰分積累值的增加，需要對(duì)DPF進(jìn)行人工清灰。一般清灰方法是將DPF拆卸下來，通過高壓氣體反吹或者用水清洗來將DPF內(nèi)部的灰分清掉，很不方便。
[0012]因此，如何改進(jìn)DPF的再生方式，消除DPF對(duì)噴油主動(dòng)再生和人工清灰的依賴，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的第一目的是提供一種顆粒物捕集器再生裝置。該裝置可保證DPF內(nèi)部的顆粒物負(fù)載始終處于較低的狀態(tài)，無需使用DPF主動(dòng)再生系統(tǒng)和人工清灰即可滿足后處理系統(tǒng)需求。
[0014]本發(fā)明的第二目的是提供一種設(shè)有所述顆粒物捕集器再生裝置的柴油機(jī)。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供一種顆粒物捕集器再生裝置，包括:
[0016]顆粒物捕集器；
[0017]氧化催化轉(zhuǎn)換器；
[0018]所述顆粒物捕集器與氧化催化轉(zhuǎn)換器縱向垂直布置，所述氧化催化轉(zhuǎn)換器的下方設(shè)有氣流回旋裝置；
[0019]所述氣流回旋裝置上設(shè)有顆粒物收集器。
[0020]優(yōu)選地，所述氣流回旋裝置包括殼體；
[0021]所述殼體在橫截面上呈圓形，其上端與所述氧化催化轉(zhuǎn)換器的通道連通，下端封閉，側(cè)面沿切線方向設(shè)有進(jìn)氣管，內(nèi)部形成氣流回旋區(qū)。
[0022]優(yōu)選地，所述顆粒物收集器包括用于容納顆粒物的收集箱；
[0023]所述氣流回旋區(qū)通過其側(cè)面上的收集口與所述收集箱相連通。
[0024]優(yōu)選地，所述收集箱的內(nèi)底面低于所述氣流回旋區(qū)的底部所在的平面。
[0025]優(yōu)選地，所述收集口處設(shè)有顆粒物過濾網(wǎng)。
[0026]優(yōu)選地，所述氣流回旋區(qū)的底部中央處設(shè)有向上凸起的導(dǎo)流錐。
[0027]優(yōu)選地，所述氣流回旋區(qū)的底部與側(cè)面平滑過渡呈圓弧形。
[0028]優(yōu)選地，所述顆粒物收集器與氣流回旋裝置通過可拆卸結(jié)構(gòu)或部件相連接。
[0029]優(yōu)選地，所述氣流回旋裝置與所述顆粒物捕集器和氧化催化轉(zhuǎn)換器的殼體為一體式結(jié)構(gòu)。
[0030]為實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明提供一種柴油機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體和排氣處理系統(tǒng)，所述排氣處理系統(tǒng)設(shè)有上述任一項(xiàng)所述的顆粒物捕集器再生裝置。
[0031]本發(fā)明提供的顆粒物捕集器再生裝置主要包括縱向垂直布置的顆粒物捕集器和氧化催化轉(zhuǎn)換器、位于氧化催化轉(zhuǎn)換器下方的氣流回旋裝置、以及設(shè)于氣流回旋裝置的顆粒物收集器，其可以利用車輛的振動(dòng)，例如車輛在低速工況行駛在凹凸不平的路面時(shí)，廢氣流速小，DPF捕集到的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的顆粒物或小顆粒物在DPF內(nèi)部聚集成的大顆粒物會(huì)因?yàn)槠囌駝?dòng)及重力的作用而脫落，經(jīng)過D0C后進(jìn)入氣流回旋裝置，而氣流回旋裝置可將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣形成回旋擾動(dòng)的氣流，在排氣回旋的作用下，將從DPF中脫落的大顆粒物收集到顆粒物收集器中，同時(shí)DPF內(nèi)部時(shí)刻發(fā)生著顆粒物的被動(dòng)再生，經(jīng)過這兩種再生方式共同作用保證DPF內(nèi)部的顆粒物負(fù)載始終處于較低的狀態(tài)，從而可以減少DPF的主動(dòng)再生和人工清灰次數(shù)或不采用主動(dòng)再生或人工清灰，從而降低柴油機(jī)的油耗，提高DPF的可靠性。
[0032]在一種優(yōu)選方案中，所述收集箱的內(nèi)底面低于所述氣流回旋區(qū)的底部所在的平面。這樣，可以保證掉落的碳煙顆粒在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下進(jìn)入收集箱，同時(shí)使顆粒進(jìn)入到收集箱內(nèi)不會(huì)再次進(jìn)入排氣中。
[0033]在另一種優(yōu)選方案中，所述氣流回旋區(qū)的底部中央處設(shè)有向上凸起的導(dǎo)流錐。該導(dǎo)流錐一方面能夠通過其錐面與氣流回旋區(qū)的底部和側(cè)面形成環(huán)形氣流通道，從而利于排氣形成回旋擾動(dòng)的氣流，另一方面其錐面能夠?qū)⒌袈涞念w粒均勻的向回旋氣流的周邊分布，從而使顆粒能夠更加容易的進(jìn)入顆粒物收集器。
[0034]本發(fā)明提供的柴油機(jī)設(shè)有所述顆粒物捕集器再生裝置，由于所述顆粒物捕集器再生裝置具有上述技術(shù)效果，設(shè)有該顆粒物捕集器再生裝置的柴油機(jī)也具備相應(yīng)的技術(shù)效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明所提供顆粒物捕集器再生裝置的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為圖1的俯視圖；
[0037]圖3為圖1的A-A視圖；
[0038]圖4為圖3的B-B視圖；
[0039]圖5為圖1中所示氣流回旋裝置的立體圖；
[0040]圖6為圖1所示顆粒物捕集器再生裝置的工作原理示意圖；
[0041]圖7為另一種顆粒物收集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖中:
[0043]1.進(jìn)氣管2.氣流回旋裝置2-1.氣流回旋區(qū)2-2.導(dǎo)流錐3.顆粒物收集器3-1收集箱3-2顆粒物過濾網(wǎng)4.D0C 5.DPF 6.出氣管
【具體實(shí)施方式】
[0044]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0045]請(qǐng)參考圖1至圖5，圖1為本發(fā)明所提供顆粒物捕集器再生裝置的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1的A-A視圖；圖4為圖3的B-B視圖；圖5為圖1中所示氣流回旋裝置的立體圖。
[0046]在一種【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明提供的柴油機(jī)顆粒物捕集器再生裝置，主要由進(jìn)氣管1、氣流回旋裝置2、顆粒物收集器3、D0C4、DPF5及出氣管6組成，其中DPF5可采用壁流式蜂窩陶瓷過濾器。
[0047]氣流回旋裝置2與D0C4、DPF5的殼體為一體式結(jié)構(gòu)，整體上呈圓柱形，三者縱向垂直布置，DPF5位于上部，D0C4位于中間，氣流回旋裝置2位于底部，并且設(shè)有顆粒物收集器3。
[0048]氣流回旋裝置2的殼體在橫截面上呈圓形，其上端與D0C4的通道連通，下端封閉，側(cè)面沿切線方向設(shè)有進(jìn)氣管1，內(nèi)部形成氣流回旋區(qū)2-1，氣流在壓力作用下經(jīng)進(jìn)氣管1沿切線方向進(jìn)入殼體，在殼內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，氣流中的顆粒物因受到較大的離心力而處于回轉(zhuǎn)流的外圍，最終進(jìn)入顆粒物收集器3，出氣管6沿切線方向設(shè)于DPF5的排氣端。
[0049]氣流回旋區(qū)2-1的底部與側(cè)面平滑過渡呈圓弧形，并在中央處設(shè)有向上凸起的導(dǎo)流錐2-2。該導(dǎo)流錐2-2 —方面能夠通過其錐面與氣流回旋區(qū)2-1的底部和側(cè)面形成環(huán)形氣流通道，從而利于排氣形成回旋擾動(dòng)的氣流，另一方面其錐面能夠?qū)⒌袈涞念w粒均勻的向回旋氣流的周邊分布，從而使顆粒能夠更加容易的進(jìn)入顆粒物收集器3。
[0050]顆粒物收集器3采用能夠容納顆粒物的收集箱3-1，氣流回旋區(qū)通過其側(cè)面上的收集口與收集箱相連通，并在收集口處設(shè)有顆粒物過濾網(wǎng)3-2。
[0051]收集箱3-1的內(nèi)底面低于氣流回旋區(qū)2-1的底部所在的平面。這樣，可以保證掉落的碳煙顆粒在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下進(jìn)入收集箱3-1，同時(shí)使顆粒進(jìn)入到收集箱3-1內(nèi)不會(huì)再次進(jìn)入排氣中。
[0052]此外，收集箱3-1與氣流回旋裝置2通過可拆卸結(jié)構(gòu)或部件相連接。當(dāng)碳煙顆粒收集到一定程度后，收集箱3-1可方便拆裝進(jìn)行清理工作。
[0053]當(dāng)然，也可以通過在收集箱3-1上開設(shè)排放口的方式進(jìn)行清理，而無需拆卸清灰。
[0054]請(qǐng)參考圖6，圖6為圖1所示顆粒物捕集器再生裝置的工作原理示意圖。
[0055]如圖所示，發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的尾氣經(jīng)過進(jìn)氣管1進(jìn)入柴油機(jī)過濾器裝置內(nèi)，首先進(jìn)入氣流回旋裝置2，隨即形成回旋擾動(dòng)的氣流，然后進(jìn)入D0C4內(nèi)，D0C4載體上涂覆貴金屬催化劑，能夠?qū)⑽矚庵蠳0氧化成N02 ;廢氣經(jīng)過D0C4后進(jìn)入DPF5內(nèi)，DPF5載體是一端開孔，另一端封閉的陶瓷載體，氣流從壁面通過，廢氣中的顆粒物由于無法通過壁面而沉積在壁面上，從而起到捕集顆粒物的效果。
[0056]隨著顆粒物捕集在DPF5內(nèi)部聚集的越來越多，需要實(shí)時(shí)地將DPF5內(nèi)部積累的碳載量消除掉。本發(fā)明設(shè)計(jì)的柴油機(jī)過濾器系統(tǒng)及裝置可實(shí)現(xiàn)兩種再生方式:
[0057]1.DPF5被動(dòng)再生:通過DPF5內(nèi)部N02與C發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)消除掉碳顆粒，這種再生實(shí)時(shí)在DPF5內(nèi)部反應(yīng)。
[0058]2.在汽車行駛過程中，DPF5因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和路面的激勵(lì)而振動(dòng)，DPF5中捕集的顆粒物會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)從捕集器中脫落，在重力作用下從D0C4的通道中掉落到氣流回旋裝置2中，此時(shí)排氣帶動(dòng)掉落的顆粒在氣流回旋裝置中高速旋轉(zhuǎn)，顆粒在離心力的作用下進(jìn)入到顆粒物收集器3中。
[0059]以上兩種再生方式同時(shí)發(fā)生，共同作用保證DPF5內(nèi)部的顆粒物負(fù)載始終處于較低的狀態(tài)，無需使用DPF主動(dòng)再生系統(tǒng)即可滿足后處理系統(tǒng)再生需求。
[0060]需要說明的是，為了保證本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)第2種再生方式，上述裝置必須垂直固定安裝，D0C4和DPF5的布置設(shè)計(jì)要滿足整車布置要求，保證系統(tǒng)在不被振動(dòng)破壞的前提下，盡量提聞系統(tǒng)的振動(dòng)強(qiáng)度，以提聞?lì)w粒物收集效率。
[0061]本裝置能夠通過振動(dòng)將DPF5內(nèi)部的灰分震落下來，在氣流的作用下收集到顆粒物收集器3中，無需DPF噴油主動(dòng)再生，不存在上述噴油再生存在的問題，也無需定期清理灰分，避免了定期清灰?guī)硎褂蒙系牟槐?，極大的方便了用戶使用。
[0062]當(dāng)然，上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選方案，具體并不局限于此，在此基礎(chǔ)上可根據(jù)實(shí)際需要作出具有針對(duì)性的調(diào)整，從而得到不同的實(shí)施方式。如圖7所示，收集箱3-1可分為橫向部分和縱向部分，收集口位于其橫向部分的左端，縱向部分在橫向部分的右端與之相連通，使收集口與顆粒物沉積部錯(cuò)開一定距離，這樣可以更加有效的防止收集的顆粒物再次進(jìn)入排氣中；或者，根據(jù)安裝的需要對(duì)顆粒物收集器3在氣流回旋裝置側(cè)面上的位置進(jìn)行調(diào)整，等等。由于可能實(shí)現(xiàn)的方式較多，這里就不再一一舉例說明。
[0063]除了上述顆粒物捕集器再生裝置，本發(fā)明還提供一種柴油機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體和排氣處理系統(tǒng)，所述排氣處理系統(tǒng)設(shè)有上文所述的顆粒物捕集器再生裝置，其余結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，本文不再贅述。
[0064]以上對(duì)本發(fā)明所提供的顆粒物捕集器再生裝置和柴油機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種顆粒物捕集器再生裝置，包括:顆粒物捕集器；氧化催化轉(zhuǎn)換器；其特征在于，所述顆粒物捕集器與氧化催化轉(zhuǎn)換器縱向垂直布置，所述氧化催化轉(zhuǎn)換器的下方設(shè)有氣流回旋裝置(2)；所述氣流回旋裝置(2)上設(shè)有顆粒物收集器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述氣流回旋裝置(2)包括殼體；所述殼體在橫截面上呈圓形，其上端與所述氧化催化轉(zhuǎn)換器的通道連通，下端封閉，側(cè)面沿切線方向設(shè)有進(jìn)氣管(1)，內(nèi)部形成氣流回旋區(qū)(2-1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述顆粒物收集器(3)包括用于容納顆粒物的收集箱(3-1)；所述氣流回旋區(qū)(2-1)通過其側(cè)面上的收集口與所述收集箱(3-1)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述收集箱(3-1)的內(nèi)底面低于所述氣流回旋區(qū)(2-1)的底部所在的平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述收集口處設(shè)有顆粒物過濾網(wǎng)(3-2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述氣流回旋區(qū)(2-1)的底部中央處設(shè)有向上凸起的導(dǎo)流錐(2-2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述氣流回旋區(qū)(2-1)的底部與側(cè)面平滑過渡呈圓弧形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述顆粒物收集器(3)與氣流回旋裝置(2)通過可拆卸結(jié)構(gòu)或部件相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的顆粒物捕集器再生裝置，其特征在于，所述氣流回旋裝置(2)與所述顆粒物捕集器和氧化催化轉(zhuǎn)換器的殼體為一體式結(jié)構(gòu)。
10.一種柴油機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體和排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣處理系統(tǒng)設(shè)有上述權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的顆粒物捕集器再生裝置。
【文檔編號(hào)】F01N3/023GK103670605SQ201310566777
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】唐蛟, 苗壘, 王意寶, 王堃, 張曉麗, 王東升 申請(qǐng)人:濰柴動(dòng)力股份有限公司