一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法，该系统主要包括柴油机、NTP喷射系统、DPF并联系统、电源供给装置、温控系统和控制模块。所述DPF并联系统包含两个并联安装的DPF，保证交替再生DPF时发动机可以正常运行，通过双向气泵引排气至正在再生的DPF前端，利用排气中的气体成分与NTP喷射系统产生的活性物质协同作用再生DPF。并联安装的DPF之间由温控系统连接，通过温控系统中的散热弯管以及风扇使DPF在再生过程中始终处于最佳再生温度范围。本发明专利技术有效解决了在线再生DPF时由于排气流量过大导致NTP利用率低、再生效率差的问题，在DPF并联系统中引排气作为部分反应气，探究在发动机排气以及NTP协同作用下的DPF再生反应特性。

A system and control method of alternately regenerating DPF by engine exhaust

The invention relates to a system and a control method for alternately regenerating DPF by using engine exhaust. The system mainly consists of a diesel engine, a NTP injection system, a DPF parallel system, a power supply device, a temperature control system and a control module. The DPF parallel system consists of two parallel installation DPF, DPF engine can be regenerated alternately ensure normal operation, through the two-way pump exhaust lead to a DPF front end is the regeneration of active material injection system to produce a synergistic effect of DPF and NTP using the regeneration gas components in the exhaust. The parallel installed DPF is connected by the temperature control system. The DPF is always in the best regeneration temperature range during the regeneration process through the cooling elbow and the fan in the temperature control system. The invention effectively solves the problem of low utilization rate of NTP and poor regeneration efficiency in the online regeneration of DPF due to the excessive exhaust gas flow. In the DPF parallel system, exhaust gas is selected as a partial reaction gas to explore the regeneration characteristics of DPF under the synergistic effect of engine exhaust and NTP.

【技术实现步骤摘要】
一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法
本专利技术属于柴油机尾气后处理
，具体地，涉及一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法。
技术介绍
柴油机因具有较高的燃油经济性和动力性，被广泛应用于运输以及工农业生产领域。近年来，在轻型车领域，柴油机也越来越受欢迎。与汽油机相比，柴油机的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放较低，氮氧化物(NOX)排放相当，而颗粒物(particulatematter,PM)排放值则很大。颗粒物会深入人体肺部，造成机械性负荷，损伤肺部自净机制。此外，PM2.5(直径≤2.5um的颗粒物)更是造成雾霾的主要原因之一，严重影响大气能见度，造成安全隐患。因此，人们对车用柴油机的有害排放日益关注。随着发动机后处理技术的发展，我国对重型车用柴油机的排放污染物的控制要求也在不断更新，尤其是对柴油机PM的排放控制提出了更高的要求。柴油机颗粒物捕集器(dieselparticulatefilter,DPF)是目前降低PM最常用的机外净化后处理技术之一，DPF对PM的整体捕集效率可达90％左右。但在DPF的工作过程中，沉积在滤芯中的颗粒物会逐渐增大发动机的排气阻力，导致DPF排气背压增大，使得柴油机的工作性能恶化。因此，要适时对DPF进行再生。利用低温等离子体(non-thermalplasma,NTP)技术处理污染物具有再生温度低、无需催化剂，且再生安全、高效、能耗低等优点，是目前柴油机后处理领域的研究热点。如专利CN106437948A中描述了一种DPF再生系统及控制方法，在该方法提出的DPF并联系统中，一个DPF用于发动机运行时捕集PM，同时对另一个DPF喷射NTP进行再生。但该方法使用热电转化装置为DPF再生提供热能，使DPF维持适宜的再生温度，整个系统结构较为复杂，可靠性有待提高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法。利用DPF并联系统及NTP喷射系统实现对PM的捕集以及DPF的交替在线再生，并且引排气至需要再生的DPF前端，充分利用发动机排气中的气体成分和NTP活性分子协同再生DPF中的积碳，并采用了散热弯管和风扇控制进入DPF前端的排气温度。本专利技术的技术方案为：一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法，包括柴油机、NTP喷射系统、DPF并联系统、电源供给装置、温控系统和控制模块；所述柴油机通过排气管和DPF并联系统的前端口相连接；同时，所述NTP喷射系统通过喷射管路和DPF并联系统相连接；电源供给装置用于给NTP喷射系统供电；所述DPF并联系统包括第一DPF、第二DPF，所述第一DPF、第二DPF的前端口之间设置有温控系统；所述温控系统可根据发动机不同工况适当冷却排气，以使进入再生的DPF前端的排气维持适宜的温度；所述控制模块接受温度传感器和压差传感器的信号后控制排气控制阀以及NTP控制阀的开闭，同时控制模块还控制NTP喷射系统、电源供给装置、温控系统的运行。本系统可以实现利用排气中的气体，如NOX，与NTP中活性物质协同作用，在线交替再生DPF，以探究在排气以及NTP协同作用下的DPF再生反应特性。上述方案中，所述NTP喷射系统包括抽气泵、质量流量控制器、NTP发生器、喷射管路、第一喷嘴、第二喷嘴、冷却水箱；所述NTP喷射系统中，抽气泵通过加装质量流量控制器的管道与NTP发生器的进气端相连，抽气泵接收所述控制模块的信号后向所述NTP发生器提供气源。NTP发生器的出气端通过装第一NTP控制阀、第二NTP控制阀的喷射管路与第一喷嘴、第二喷嘴连接；NTP发生器所产生的活性物质经喷射管路分为两条喷射支路，一条支路经所述第一NTP控制阀由第一喷嘴喷射至第一DPF上游100mm处，另一条支路经所述第二NTP控制阀由第二喷嘴喷射至第二DPF上游100mm处；所述NTP喷射系统采用水冷，其特征在于，冷却水由进水口进入NTP发生器内部并经出水口排出；所述控制控制模块通过接收到的NTP发生器的放电参数信号调整冷却水量的大小。上述方案中，所述NTP喷射系统中的NTP发生器放电方式为介质阻挡型放电，采用不锈钢管作为内电极，即低压电极，石英管作为阻挡介质，细铁丝网作为外电极，即高压电极；所述不锈钢管位于石英管内部，与石英管同轴，所述细铁丝网包裹在石英管上；所述电源供给装置包括车载电源和逆变升压器；车载电源经逆变升压器向NTP发生器提供电能；所述车载电源接收控制模块的信号后控制电路的开闭；所述质量流量控制器控制进入NTP发生器的气源流量为5L/min。上述方案中，所述DPF并联系统包含两个通过排气支路并联安装的DPF即第一DPF和第二DPF；所述第一DPF、第二DPF为同一类型DPF，材料为壁流式堇青石蜂窝陶瓷，孔密度是100cpsi，直径为144mm，母线长152mm；所述第一DPF前端排气支路上安装第一排气控制阀，第二DPF前端排气支路上安装第二排气控制阀。上述方案中，所述第一DPF上安装有第一压差传感器及第一温度传感器，第一压差传感器由分别安装于第一DPF前后端的两个压力传感器组成；所述第二DPF上安装有第二压差传感器及第二温度传感器，第二压差传感器由分别安装于第二DPF前后端的两个压力传感器组成。上述方案中，所述温控系统包括弯管散热器、双向气泵以及风扇；所述弯管散热器为钢管串片复合型结构，采用不锈钢材料制成，管径为20mm；所述双向气泵有两种工作模式，可实现双向抽气，当双向气泵处于工作模式“1”时可将第一DPF前端的气体抽向第二DPF前端，当双向气泵处于工作模式“2”时可将第二DPF前端的气体抽向第一DPF前端；所述风扇可提供三个档次的风力，从小到大分别为“1”、“2”、“3”档，“0”档即为风扇处于关闭状态；双向气泵以及风扇均与控制模块连接。上述方案中，所述第一排气控制阀、第二排气控制阀均与控制模块连接，以保证在线再生其中一个DPF时，另一DPF可以正常使用；第一NTP控制阀、第二NTP控制阀均与控制模块连接，保证再生DPF时，相应NTP喷射支路正常打开，且另一喷射支路关闭，防止活性物质进入大气；第一压差传感器、第二压差传感器、第一温度传感器、第二温度传感器均与控制模块连接，以监测DPF的前后端压差以及温度变化。一种利用发动机排气交替再生DPF的系统及控制方法，包括如下步骤：步骤一：对柴油机DPF并联系统进行标定试验，确定柴油机不同工况下对应的DPF压差上限值ΔPe，及标识DPF再生完成的压差ΔP0；通过试验确定活性气体与DPF内部积碳反应的最佳温度范围，得到最佳再生温度上限值Tc及最佳再生温度下限值Tf；将压差上限值ΔPe、再生目标压差ΔP0、最佳再生温度上限值Tc及最佳再生温度下限值Tf存入控制模块；对温控系统中的风扇进行标定试验，确定柴油机在20％、60％、100％负荷下，维持进入再生DPF前端的排气温度在DPF最佳再生温度范围内风扇的风力档次，分别记为“1”档、“2”档、“3”档，将风扇风力档次“1”档、“2”档、“3”档存入控制模块；步骤二：控制模块通过第一压差传感器及第二压差传感器监测第一DPF和第二DPF前后端的压差大小，与控制模块中预存的压差上限值ΔPe进行比较，以判断是否需要进行再生；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，包括柴油机(100)、NTP喷射系统(200)、DPF并联系统(300)、电源供给装置(400)、温控系统(500)和控制模块(600)；所述柴油机(100)通过排气管和DPF并联系统(300)的前端口相连接；同时，所述NTP喷射系统(200)通过喷射管路和DPF并联系统(300)相连接；电源供给装置(400)用于给NTP喷射系统(200)供电；所述DPF并联系统(300)包括第一DPF(301)、第二DPF(302)，所述第一DPF(301)、第二DPF(302)的前端口之间设置有温控系统(500)；所述温控系统(500)可根据发动机不同工况适当冷却排气，以使进入再生的DPF前端的排气维持适宜的温度；所述控制模块(600)接受温度传感器和压差传感器的信号后控制排气控制阀以及NTP控制阀的开闭，同时控制模块(600)还控制NTP喷射系统(200)、电源供给装置(400)、温控系统(500)的运行。

【技术特征摘要】
1.一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，包括柴油机(100)、NTP喷射系统(200)、DPF并联系统(300)、电源供给装置(400)、温控系统(500)和控制模块(600)；所述柴油机(100)通过排气管和DPF并联系统(300)的前端口相连接；同时，所述NTP喷射系统(200)通过喷射管路和DPF并联系统(300)相连接；电源供给装置(400)用于给NTP喷射系统(200)供电；所述DPF并联系统(300)包括第一DPF(301)、第二DPF(302)，所述第一DPF(301)、第二DPF(302)的前端口之间设置有温控系统(500)；所述温控系统(500)可根据发动机不同工况适当冷却排气，以使进入再生的DPF前端的排气维持适宜的温度；所述控制模块(600)接受温度传感器和压差传感器的信号后控制排气控制阀以及NTP控制阀的开闭，同时控制模块(600)还控制NTP喷射系统(200)、电源供给装置(400)、温控系统(500)的运行。2.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，所述NTP喷射系统(200)包括抽气泵(201)、质量流量控制器(202)、NTP发生器(203)、喷射管路(204)、第一喷嘴(205)、第二喷嘴(206)、冷却水箱(207)；所述NTP喷射系统(200)中，抽气泵(201)通过加装质量流量控制器(202)的管道与NTP发生器(203)的进气端(2031)相连，抽气泵(201)接收所述控制模块(600)的信号后向所述NTP发生器(203)提供气源。NTP发生器(203)的出气端(2032)通过装第一NTP控制阀(603)、第二NTP控制阀(604)的喷射管路(204)与第一喷嘴(205)、第二喷嘴(206)连接；NTP发生器(203)所产生的活性物质经喷射管路(204)分为两条喷射支路，一条支路经所述第一NTP控制阀(603)由第一喷嘴(205)喷射至第一DPF(301)上游100mm处，另一条支路经所述第二NTP控制阀(604)由第二喷嘴(206)喷射至第二DPF(302)上游100mm处；所述NTP喷射系统(200)采用水冷，其特征在于，冷却水由进水口(2033)进入NTP发生器内部并经出水口(2034)排出；所述控制控制模块(600)通过接收到的NTP发生器(203)的放电参数信号调整冷却水量的大小。3.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，所述NTP喷射系统(200)中的NTP发生器(203)放电方式为介质阻挡型放电，采用不锈钢管(2035)作为内电极，即低压电极，石英管(2036)作为阻挡介质，细铁丝网(2037)作为外电极，即高压电极；所述不锈钢管(2035)位于石英管(2036)内部，与石英管(2036)同轴，所述细铁丝网(2037)包裹在石英管(2036)上；所述电源供给装置(400)包括车载电源(401)和逆变升压器(402)；车载电源(401)经逆变升压器(402)向NTP发生器(203)提供电能；所述车载电源(401)接收控制模块(600)的信号后控制电路的开闭；所述质量流量控制器(202)控制进入NTP发生器(203)的气源流量为5L/min。4.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，所述DPF并联系统(300)包含两个通过排气支路并联安装的DPF即第一DPF(301)和第二DPF(302)；所述第一DPF(301)、第二DPF(302)为同一类型DPF，材料为壁流式堇青石蜂窝陶瓷，孔密度是100cpsi，直径为144mm，母线长152mm；所述第一DPF(301)前端排气支路上安装第一排气控制阀(601)，第二DPF(302)前端排气支路上安装第二排气控制阀(602)。5.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，所述第一DPF(301)上安装有第一压差传感器(605)及第一温度传感器(607)，第一压差传感器(605)由分别安装于第一DPF(301)前后端的两个压力传感器组成；第二DPF(302)上安装有第二压差传感器(606)及第二温度传感器(608)，第二压差传感器(606)由分别安装于第二DPF(302)前后端的两个压力传感器组成。6.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交替再生DPF的系统，其特征在于，所述温控系统(500)包括弯管散热器(501)、双向气泵(502)以及风扇(503)；所述弯管散热器(501)为钢管串片复合型结构，采用不锈钢材料制成，管径为20mm；所述双向气泵(502)有两种工作模式，可实现双向抽气，当双向气泵(502)处于工作模式“1”时可将第一DPF(301)前端的气体抽向第二DPF(302)前端，当双向气泵(502)处于工作模式“2”时可将第二DPF(302)前端的气体抽向第一DPF(301)前端；所述风扇(503)可提供三个档次的风力，从小到大分别为“1”、“2”、“3”档，“0”档即为风扇(503)处于关闭状态；双向气泵(502)以及风扇(503)均与控制模块(600)连接。7.根据权利要求1所述的一种利用发动机排气交...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡忆昔，崔应欣，施蕴曦，王静，樊润林，濮晓宇，顾林波，季亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32