一种柴油机排气处理系统的热管理装置，包括气辅助柴油喷嘴，点火器，柴油计量泵，空气压缩机(或压缩空气源)，回抽装置和控制器，设置在包括至少一个颗粒物过滤器(DPF)和选择催化还原器(SCR)的柴油机排气处理系统中，所述气辅柴油喷嘴由电磁驱动的直线电动泵提供柴油、由空气压缩机提供压缩空气，压缩空气在喷嘴内部破碎柴油，形成油气混合物喷出至发动机排气中，点火器点燃油气混合物，提升排气温度，实现排气处理系统的清理，所述控制器通过脉冲调制(PWM)的驱动电信号调节所述电动计量泵油量，压缩空气流量，形成适于点燃的空气/燃料比，保证点火可靠性。目的在于提供一种喷射雾化性能好、控制精度高、结构简单、工作可靠的发动机排气处理热管理装置，以有效实现对发动机颗粒物排放和氮氧化物(NOx)排放的控制。
【技术实现步骤摘要】
一种柴油机后处理系统的热管理装置
本专利技术属于柴油机排气后处理
，具体涉及柴油发动机的排气颗粒物过滤器(DPF)和选择催化还原器(SCR)的热管理装置及其控制技术。
技术介绍
柴油发动机以其高热效率和低二氧化碳排放量而成为当今世界最重要的原动力装置，广泛应用于道路及非道路车辆、工程机械、固定动力设备等。然而，柴油机燃烧伴随产生污染大气环境危害生物健康的多种污染物质，包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等。随着人类环境问题的日益突出，许多国家已经立法限制各种动力装置产品的污染环境物质的排放量，尤其对于车辆、工程机械、发电设备等的排放限值不断加严。已知的解决柴油发动机排放问题的主要手段是采用柴油机排气处理技术，包括在排气管路中设置各种催化转换器和捕集器，例如柴油排气氧化催化(DOC:DieselOxidationCatalyst)装置、颗粒物氧化(POC：ParticulateMatterOxidationCatalyst)装置、选择性催化还原(SCR:SelectiveCatalystReduction)装置、柴油机颗粒物过滤器(DPF:DieselParticulateFilter)等。上述柴油机排气后处理技术中，SCR和DPF需要特别的热管理装置，SCR需要定量提供还原剂，例如定量向排气管中喷射柴油机排气液体(DEF：DieselExhaustFluid)，即32.5％的尿素水溶液(欧洲称其为添蓝液:AddBlue)，若尿素水溶液不能快速热解为氨气就会在尿素喷嘴、混合器、SCR载体表面形成固态副产物，降低NOx转化率，提高发动机背压，使发动机性能恶化。而DPF捕集到的颗粒物快达到饱和或者许可最大值时，需要采取专门的措施无污染地清除捕集到的颗粒物，否则捕集到的颗粒物堵塞DPF，同样会导致发动机排气背压升高，使发动机性能恶化。因此热管理装置是必须而关键的。柴油机颗粒物过滤捕集器DPF的清除技术可分为被动再生和主动再生。被动再生是利用发动机正常运行出现的高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧。但因为用户使用发动机的模式是不确定的，这种方式不能够排除DPF堵塞风险，所以需要配置主动再生装置。主动再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门装置。DPF颗粒物能够起燃的温度也能有效的烧掉尿素结晶副产物。因此设计合理有效的热管理系统，是DPF和SCR技术成功的关键。DPF主动再生主要有两种方式：发动机的主燃料喷射系统在膨胀或排气冲程内缸内喷射柴油或在排气管喷油，通过DOC化学反应提高排气温度的再生方式；在排气管内喷油，点火燃烧加热排气的再生方式。缸内喷油的再生方式因在膨胀或排气冲程中喷油导致喷射到气缸壁面，很容易稀释曲轴箱机油，对发动机运转可靠性带来威胁；使用排气管柴油喷射的再生方式，需要增加一个柴油喷射装置。这种靠DOC化学反应提升温度的再生方式需要标定和发动机性能标定一起进行，标定成本较高，而且可靠性低，运行范围窄，若因误用高硫柴油造成DOC失效则产生非常高的维修成本。但总体来看，因成本低多被采用。在排气管内喷油，点火燃烧加热排气的再生方式有效的避免了上述问题。美国专利(专利号：7849682B2)公布了一种DPF再生燃烧装置，结构复杂，成本高。中国专利(CN105597379B)公布了一种DPF再生燃烧装置，喷嘴结构复杂，喷射压力高，因缺失清空喷嘴的功能，可能存在可靠性问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案，包含有至少一个颗粒物过滤器和选择催化还原器的柴油机排气处理系统，设在柴油机排气处理系统上的气辅柴油喷嘴、点火器、回抽装置、控制器、计量泵、压缩空气源；所述气辅柴油喷嘴包括进油孔、进气孔、混合室和出孔，柴油与压缩空气在混合室内混合后从出孔喷出；所述气辅柴油喷嘴、点火器设在预燃室内；所述回抽装置为开关阀结构、引射阀结构、膜片阀结构中的一种；气辅柴油喷嘴由电磁驱动的直线电动泵提供柴油、由压缩空气源提供压缩空气，柴油在气辅柴油喷嘴内部被压缩空气破碎并混合，气辅柴油喷嘴喷出的油气混合物由点火器点燃，被点燃的油气混合物从预燃室喷出，进入发动机排出的废气，利用排气中剩余氧气继续燃烧，预燃室(内设气辅柴油喷嘴和点火器)安装在所述颗粒物过滤器的DPF入口端盖中，所述气辅柴油喷嘴需要的空气源压力和柴油计量泵出口压力由喷嘴内部结构决定，均不高于0.4MPa；所述回抽装置在气辅柴油喷嘴停止喷射后将喷嘴内柴油回抽至供油管路或油箱内；所述控制器通过脉冲调制(PWM)的驱动电信号控制电动泵油量，空压机空气量，形成适于点燃的空气燃料比，点火器点然后增大喷油量，达到DPF主动再生和SCR去除结晶所需的气体温度(一般大于550C)，喷射停止后控制计量泵，控制阀和压缩空气源关闭顺序实现回抽。优选的，所述回抽装置为开关阀结构，开关阀分别与计量泵、油箱、气辅柴油喷嘴、控制器连接，压缩空气源与气辅柴油喷嘴连接；在喷射状态时，开关阀关闭，计量泵输出的柴油进入气辅柴油喷嘴；在回抽状态时，计量泵停止供油，开关阀开启，连通油箱和气辅柴油喷嘴，压缩空气在喷嘴内混合室的压力把喷嘴内柴油推回到油箱。优选的，所述回抽装置为引射阀结构，引射阀分别与计量泵、气辅柴油喷嘴连接，引射阀通过电磁开关阀与油箱连接，引射阀中电磁开关阀与控制器连接、控制器与计量泵连接；喷射状态时，电磁开关阀关闭连于油箱的回路，来自计量泵的柴油通过引射阀进入喷嘴；回抽状态时，电磁开关阀开启连于油箱的回路，来自计量泵的柴油喷入引射阀，通过电磁开关阀进入油箱，引射阀产生的负压吸回气辅柴油喷嘴内的柴油。优选的，所述回抽装置为膜片阀结构，膜片阀结构包括阀体、设在阀体内的弹簧和膜片，弹簧所在的一侧的阀体腔为下腔室，与之相对一侧为上腔室，油箱通过计量泵、电磁开关阀、下腔室与气辅柴油喷嘴连接，压缩空气源与上腔室、气辅柴油喷嘴分别连接；回抽装置由一个膜片阀结构实现，所述膜片阀结构由一个气体腔和一个液体腔组成，气体腔为权利要求所述的上腔室，液体腔为权利要求所述的下腔室，由弹性膜片分开，液体腔设置一弹簧将膜片推向气体腔；在喷射状态时，液体压力和弹簧力大于气体压力，将膜片推向气体腔；在回抽状态时，先关闭计量泵和电磁开关阀，通过弹簧设计，使气体压力大于弹簧力，将膜片推向液体腔，被挤出液体通过气辅柴油喷嘴进入排气中，然后关闭空压机，使气体压力消失，弹簧力将膜片推向气体腔，喷嘴内液体被吸回到液体腔内，实现回抽功能。。优选的，包括一个预燃室，所述气辅柴油喷嘴和点火器被安置在预燃室内，预燃室出口直径小于预燃室腔体内径，使部分喷雾喷到壁面形成导流使喷雾回旋，在点火器处产生局部紊流，保证点火可靠性。优选的，气辅柴油喷嘴的喷雾呈扇面形，扇面与DPF载体内气体流道垂直，使油气混合物在更大的空间内与发动机排气混合。优选的，包括一个排气温度传感器，位于预燃室出口附近，既监测发动机排气温度，又监测预燃室温度，保证点火控制可靠性。优选的，包括一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柴油机排气处理热管理装置，其特征在于包括：包含有至少一个颗粒物过滤器(5)和选择催化还原器(6)的柴油机排气处理系统(7)，设在柴油机排气处理系统(7)上的气辅柴油喷嘴(1)、点火器(2)、回抽装置(3)和控制器(4)、计量泵(9)、压缩空气源(12)；/n所述气辅柴油喷嘴(1)包括进油孔(T7)，进气孔(T6)，一个混合室(T8)和一个出孔(T9)，柴油与压缩空气在混合室(T8)内混合后从出孔(T9)喷出；/n所述气辅柴油喷嘴(1)、点火器(2)设在预燃室(8)内；/n所述回抽装置(3)为开关阀结构、引射阀结构、膜片阀结构中的一种，回抽装置(3)分别与控制器(4)、计量泵(9)、油箱(10)、气辅柴油喷嘴(1)连接，气辅柴油喷嘴(1)与压缩空气源(12)连接。/n
【技术特征摘要】
20200916 CN 20201097055161.一种柴油机排气处理热管理装置，其特征在于包括：包含有至少一个颗粒物过滤器(5)和选择催化还原器(6)的柴油机排气处理系统(7)，设在柴油机排气处理系统(7)上的气辅柴油喷嘴(1)、点火器(2)、回抽装置(3)和控制器(4)、计量泵(9)、压缩空气源(12)；
所述气辅柴油喷嘴(1)包括进油孔(T7)，进气孔(T6)，一个混合室(T8)和一个出孔(T9)，柴油与压缩空气在混合室(T8)内混合后从出孔(T9)喷出；
所述气辅柴油喷嘴(1)、点火器(2)设在预燃室(8)内；
所述回抽装置(3)为开关阀结构、引射阀结构、膜片阀结构中的一种，回抽装置(3)分别与控制器(4)、计量泵(9)、油箱(10)、气辅柴油喷嘴(1)连接，气辅柴油喷嘴(1)与压缩空气源(12)连接。
2.如权利要求1所述的柴油机排气处理热管理装置，其特征在于：所述回抽装置(3)为开关阀结构，开关阀(S)分别与计量泵(9)、油箱(10)、气辅柴油喷嘴(1)、控制器(4)连接，压缩空气源(12)与气辅柴油喷嘴(1)连接。
3.如权利要求1所述的柴油机排气处理热管理装置，其特征在于：所述回抽装置(3)为引射阀结构，引射阀(Y)分别与计量泵(9)、气辅柴油喷嘴(1)连接，引射阀(Y)通过电磁阀开关(T1)与油箱(10)连接，引射阀(Y)中电磁阀开关与控制器(4)连接、控制器(4)与计量泵(9)连接。
4.如权利要求1所述的柴油机排气处理热管理装置，其特征在于：所述回抽装置(3)膜片阀结构(M)，膜片阀结构(M)包括阀体、设在阀体内的弹簧和膜片，弹簧所在的一侧的阀体腔为下腔室(MX)，与之相对一侧为上腔室(MS)，油箱(10)通过计量泵(9)、下腔室(MX)与气辅柴油喷嘴(1)连接，压缩空气源(12)与上腔室、气辅柴油喷嘴(1)分别连接。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙金辉，
申请(专利权)人：孙金辉，
类型：发明
国别省市：美国;US
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