[发明专利]分隔型逆向喷气再生式柴油机排气颗粒捕集器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油机排气颗粒捕集器装置，具体涉及一种分隔型逆向喷气再生式柴油机排气颗粒捕集器装置。

背景技术

可吸入颗粒物是大气污染的重要组成，可吸入颗粒物能长时间悬浮在大气中，容易沉积在肺中，甚至进入血液，对人体危害极大。据调查，北京空气中20%可吸入颗粒物来源于机动车排放，而事实上，相比于汽油机，柴油机微粒（PM）排放量是汽油机的30-80倍。因此，改善柴油机排放是解决空气中可吸入颗粒物的污染问题的重要途径。

为了满足日益严格的排放法规，进一步解决柴油机颗粒物排放问题需要两条技术路线：一是机内净化方案；二是机外后处理方案。其中，柴油机颗粒捕集器（Diesel particle filter, DPF）是机外后处理方案中最有效地途径。柴油机颗粒捕集器借助惯性碰撞、截留、扩散和重力沉降等方法使排气颗粒从气流中分离出来。柴油机颗粒捕集器的过滤机理有很多，如静电吸附法、过滤捕集法、离心分离法等。其中使用最多的是过滤捕集法中的壁流式蜂窝陶瓷捕集器，通过前后交替封堵，使排气从中穿过，并将颗粒留在捕集器内。柴油机颗粒捕集器的技术核心包含两个方面：过滤体材料与过滤体再生技术。

柴油机颗粒捕集器过滤体材料有很多，当下过滤效率好，使用多、成本低、技术最成熟的是堇青石蜂窝陶瓷过滤体，但堇青石导热性差，再生过程容易其高温老化。为此，碳化硅蜂窝陶瓷过滤体被认为是解决方案，但成本相对较高。与此同时，金属基的泡沫合金过滤体导热性好，适合进行加热再生，但成本同样较高。

柴油机颗粒捕集器经过一段时间过滤之后，排气颗粒经过深层过滤，会进入滤饼层稳定工作阶段，但随着滤饼层的加厚，捕集器的排气背压会逐渐升高，导致排气管路压降损失，恶化柴油机工况。为此需要使用各种再生技术清除累积在过滤体上的颗粒物。当下主要再生方法主要分被动再生和主动再生两种。被动再生技术中的连续再生，如在CRT、CCRT技术，与DOC相结合，在欧洲得到广泛应用。但连续再生技术所用催化剂抗硫老化性能较差，不适宜我国目前油品状态。主动再生技术，如电加热再生和喷油再生等技术会大大增加能耗，并有可能造成二次污染。

以上再生方法存在一个共同问题就是再生过程无法清除不可燃的颗粒物。事实上，排气颗粒物中有6%是硫酸盐或其他燃油、润滑油添加剂所形成的金属离子氧化物，这些被称为“灰烬”的物质无法通过加热和催化过程消除，只能定期通过人工方法（压缩空气、高压水）清除。灰烬在颗粒捕集器中滞留会造成柴油车燃油经济性恶化，欧洲实验表明，连续再生捕集器使用8万公里之后，由于灰烬物质堵塞，造成平均油耗上升了大约12%。我国柴油含硫量比欧洲高的多，因此排气颗粒物中硫酸盐含量更高，油耗上升会更快。

柴油机颗粒捕集器主动再生技术中还有一种方法叫做逆向喷气再生技术。该技术早在上个世纪90年代就被日本提出。该技术将PM燃烧与过滤体分离，当需要再生时，高压压缩空气从过滤体出口高速喷入，方向与排气相反，沉积PM从过滤体表面清除，进入专门收集器，再通过电加热或者其他燃烧装置将PM烧掉。这种方法可以清除不可燃灰烬，同时可以避免过滤体加热再生所造成的高温老化。但传统设计思路结构复杂，而且逆向喷气压力对该系统再生效率影响最大，因此所要求的喷气气源压力大，另外，喷气口偏置造成喷气不均匀，也导致再生效率不高。综上种种原因，该思路并没有得到广泛应用。国内清华大学、天津大学、吉林大学、北京交通大学、军事交通学院等机构近几年进行了相关研究。但所开发出逆向喷气再生系统仍然存在问题：单过滤体的逆向喷气系统再生过程中，未经处理的排气会被直接排往大气，而这个过程要持续15-30分钟，造成污染；双过滤体的逆向喷气系统将颗粒物反吹回汽缸燃烧，这样会恶化缸内环境，对柴油机工作造成负面影响。

发明内容  

本发明针对现有技术的不足，提出了一种分隔型逆向喷气再生式柴油机排气颗粒捕集器装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括主过滤系统，再生过滤系统，喷气系统以及控制系统。