一种DPF再生系统的制作方法

本实用新型涉及柴油机尾气后处理技术领域，具体地，涉及一种DPF再生系统。

背景技术：

柴油机凭借其燃油经济性好、可靠性高、热效率高及使用寿命长等优势，被广泛应用于交通运输和工农业生产等领域。柴油机的主要排放污染物是氮氧化物NO_X和颗粒物(Particulate matter,简称PM)，尤其是PM，严重危害到人类健康。近年来，日益严格的排放法规对柴油机PM排放提出了更高的要求。柴油机颗粒捕集器(Diesel particulate filter,简称DPF)技术被认为是目前降低PM最为有效的后处理手段，捕集效率可达90％以上。然而随着DPF对排气中PM的不断捕集，DPF会被堵塞，从而导致柴油机排气背压升高、性能下降及油耗增加等后果，所以DPF技术的关键在于适时地清除DPF吸附的PM，即DPF的再生。

传统的DPF再生方式主要分为主动再生和被动再生。主动再生包括喷油加热再生、电加热再生、微波加热再生及红外加热再生等热再生方式。热再生技术主要利用外加能源加热使DPF上沉积的PM烧除，反应温度通常高达600℃以上，载体容易因局部过热而损坏。被动再生主要包括催化再生和连续再生。相比于热再生，加装催化剂的催化再生技术及连续再生技术能大幅降低PM的反应温度，但催化剂保持活性的温度范围较窄，对油品要求较高。因此传统的DPF再生方式自身皆存在缺点，使用上受到一定限制。

低温等离子体(Non-thermal plasma,简称NTP)技术在污染物处理领域具有高效、处理范围广、净化彻底且能同时处理多种污染物等优势，成为目前内燃机尾气净化领域的研究热点，具有极大的应用前景。NTP发生器通过对空气气源进行高压放电，产生O₃、NO₂等强氧化性的活性物质。NTP再生DPF技术的实质是其产生的O₃、NO₂等活性物质与DPF内沉积的PM发生复杂的化学反应，在远低于PM起燃温度的情况下实现PM的氧化分解，达到去除PM的目的。目前，利用NTP技术降低柴油机排放污染物已取得了一定的研究成果。中国公开号为CN102678238A的中国专利申请中描述的一种在柴油机停机状态下利用NTP技术再生DPF的方法，此方法选择性地利用柴油机排气余热和电加热使DPF达到再生温度，实现DPF的离线再生。但该方法的缺陷在于：不能在线实时再生DPF，对于柴油机长时间运行的DPF系统未能提供有效的在线再生策略。中国公开号为CN105221220A的中国专利申请提供了一种利用NTP技术对DPF进行在线再生和离线再生相结合的再生策略，该策略能在柴油机运行时实时再生DPF，并对DPF定期进行完全再生。但该方法的缺陷在于：在线再生时排气流量远大于NTP流量，该方法未能解决由此导致的NTP利用率下降及再生效率低下的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种DPF再生系统，采用在线再生和离线再生相结合的再生策略，利用NTP喷射系统及热电转化装置，对双DPF系统进行在线交替再生，极大地提高了在线再生时的NTP利用率及再生效率。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种DPF再生系统，包括NTP喷射系统、双DPF系统和控制模块；所述NTP喷射系统包括NTP发生器、供气风机、质量流量控制器、示波器、电源、喷射管路、喷嘴；所述供气风机通过装有质量流量控制器的管道与NTP发生器的进气端连接，所述NTP发生器的出气端通过喷射管路与喷嘴连接，所述喷射管路后段分为两个喷射支路，所述两个喷射支路上分别安装有第一NTP控制阀和第二NTP控制阀，安装有第一NTP控制阀的喷射支路末端连接第一喷嘴，安装有第二NTP控制阀的喷射支路末端连接第二喷嘴；

所述双DPF系统包括第一DPF和第二DPF，所述第一DPF和第二DPF通过排气支路并联连接，所述第一DPF的前端排气支路上安装有第一排气控制阀，所述第一DPF的排气支路上安装有第一压差传感器；所述第二DPF前端排气支路上安装有第二排气控制阀，所述第二DPF的排气支路上安装有第二压差传感器；

所述NTP喷射系统中的第一喷嘴和第二喷嘴分别安装于第一DPF和第二DPF的入口处，所述第一NTP控制阀、第二NTP控制阀、第一排气控制阀、第二排气控制阀、第一压差传感器、第二压差传感器均与控制模块连接。

所述控制模块中预存DPF压差上限阈值ΔP_c、标志DPF再生完成的目标压差ΔP₀，并通过压差传感器实时采集第一DPF两端的压差ΔP₁和/或第二DPF两端的压差ΔP₂，根据预存的DPF压差上限阈值ΔP_c及实时检测的第一DPF两端的压差ΔP₁和/或第二DPF两端的压差ΔP₂判断是否需要进行DPF再生；并通过控制第一NTP控制阀、第二NTP控制阀、第一排气控制阀、第二排气控制阀的开闭以及NTP喷射系统的开启与关闭实现第一DPF和/或第二DPF进行在线再生或停机再生。

优选地，所述第一DPF、第二DPF的下游还分别安装有第一温度传感器、第二温度传感器，所述第一DPF和第二DPF外壳上分别包裹着与电源连接的第一电加热层和第二电加热层，所述第一温度传感器、第二温度传感器均与控制模块相连；

所述控制模块内预存有再生的最佳温度范围T_f～T_c，所述控制模块中还根据第一DPF的温度T₁、第二DPF的温度T₂，在进行在线再生或停机再生时，控制T₁和/或T₂处于再生的最佳温度范围T_f～T_c内。

优选地，还包括热电转化装置，所述热电转化装置安装于双DPF系统的前端排气管路上，为第一电加热层和第二电加热层提供电能。

优选地，所述第一喷嘴和第二喷嘴的安装位置分别距离第一DPF和第二DPF的前端面100mm。

优选地，所述NTP喷射系统采用水冷冷却系统，冷却水由进水口进入NTP发生器内部并经出水口排出；所述NTP喷射系统的电源的电压及频率均可调。

优选地，所述NTP发生器为介质阻挡放电型，包括细铁丝网外电极、石英管和不锈钢管内电极；所述细铁丝网外电极包裹于石英管外壁，所述不锈钢管内电极安装于石英管内部，所述不锈钢管内电极与石英管之间形成截面为环形的放电间隙，所述细铁丝网外电极为放电区域。

优选地，所述第一电加热层及第二电加热层在柴油机停机时由车载蓄电池提供电力。

所述的DPF再生系统的DPF再生控制方法，包括如下步骤：

步骤一：对双DPF系统进行标定试验，确定柴油机在不同工况下对应的DPF压差上限阈值ΔP_c，标识DPF再生完成的再生目标压差ΔP₀；将压差上限阈值ΔP_c、再生目标压差ΔP₀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ΔP₁和ΔP₂，与控制模块中预存的压差上限阈值ΔP_c进行比较，以判断是否需要进行再生；

当控制模块监测到第一DPF前后端压差ΔP₁大于压差上限阈值ΔPc且第二DPF前后端压差ΔP₂小于压差上限阈值ΔP_c，即认为第一DPF需要进行再生；若此时第二排气控制阀处于关闭状态，则打开第二排气控制阀，重新判定；若此时第二排气控制阀处于开启状态，则关闭第一排气控制阀，进行在线再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统，打开第一NTP控制阀，将活性气体从第一DPF前端喷入，对第一DPF进行再生；控制模块监测到第一DPF前后端压差ΔP₁小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第一NTP控制阀，打开第一排气控制阀，关闭NTP喷射系统；

当控制模块监测到第二DPF前后端压差ΔP₂大于压差上限阈值ΔP_c且第一DPF前后端压差ΔP₁小于压差上限阈值ΔP_c，即认为第二DPF需要进行再生；若此时第一排气控制阀处于关闭状态，则打开第一排气控制阀，重新判定；若此时第一排气控制阀处于开启状态，则关闭第二排气控制阀，进行在线再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统，打开第二NTP控制阀，将活性气体从第二DPF前端喷入，对第二DPF进行再生；控制模块监测到第二DPF前后端压差ΔP₂小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第二NTP控制阀，打开第二排气控制阀，关闭NTP喷射系统；

当控制模块监测到第一DPF和第二DPF前后端压差均大于压差上限阈值ΔP_c，即认为两者均需要进行再生；此时为保证排气通畅，控制模块控制第一排气控制阀及第二排气控制阀保持开启状态，待接收到柴油机停机信号，关闭第一排气控制阀及第二排气控制阀，进行停机再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统，打开第一NTP控制阀、第二NTP控制阀，将活性气体分别喷入第一DPF前端、第二DPF，对第一DPF、第二DPF进行再生；当控制模块监测到第一DPF前后端压差ΔP₁、第二DPF前后端压差ΔP₂均小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第一NTP控制阀、第二NTP控制阀，打开第一排气控制阀及第二排气控制阀，关闭NTP喷射系统。

所述步骤一中还包括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T_c及最佳再生温度下限值T_f，并将最佳再生温度上限值T_c及最佳再生温度下限值T_f存入控制模块中；当进行在线再生和停机再生时，即开始通过DPF温度传感器监测对应DPF的温度下降趋势，以判断是否达到再生时机；当控制模块监测到T₁和/或T₂小于最佳再生温度上限值T_c时，开始进行再生，在再生的过程中，当T₁和/或T₂小于最佳再生温度下限值T_f时，控制模块启动第一电加热层和/或第二电加热层加热第一DPF和/或第二DPF，使第一DPF和/或第二DPF温度保持在最佳再生温度范围内；再生完成后第一电加热层和/或第二电加热层停止加热。

控制模块通过质量流量控制器调节供气量为10L/min；NTP喷射系统电源电压为17～20kV，放电频率为7～10kHz。

本实用新型的有益效果：1)在柴油机运行过程中即可对双DPF系统进行交替再生，解决了在线再生中排气流量过大导致NTP利用率下降的问题；2)热电转化装置能有效控制DPF温度处于最佳再生温度范围内，且在柴油机运行过程中无需外加电源。

所有DPF再生过程都是在对应排气控制阀关闭后进行的，避免排气流量过大而影响NTP与DPF内部积碳的反应效果；所有DPF再生过程都是在最佳再生温度范围内进行的，极大地提高了NTP的利用率；因此，本实用新型采用在线与离线相结合的再生策略，提高了再生效率并有效地节省了能源。

附图说明

图1为本实用新型所述DPF再生系统的结构示意图。

图2为本实用新型所述NTP喷射系统结构的示意图。

图3为本实用新型所述加装有NTP喷射系统及热电转化装置的双DPF系统的示意图。

图4为本实用新型所述DPF再生控制方法的示例性步骤示意图。

其中：

001：柴油机 002：空气滤清器 003：进气管路

004：排气管路 100：NTP喷射系统 200：双DPF系统

300：热电转化装置 400：控制模块 101：NTP发生器

102：供气风机 103：质量流量控制器 104：进气端

105：出气端 106：细铁丝网外电极 107：石英管

108：不锈钢管内电极 109：示波器 110：电源

111：发生器进水口 112：发生器出水口 113：喷射管路

114：第一NTP控制阀 115：第二NTP控制阀 116：第一喷嘴

117：第二喷嘴 201：第一DPF 202：第二DPF

203：第一排气控制阀 204：第二排气控制阀 301：第一电加热层

302：第二电加热层 401：第一压差传感器 402：第二压差传感器

403：第一温度传感器 404：第二温度传感器

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图1所示，本实用新型所述的DPF再生系统包括NTP喷射系统100、双DPF系统200、热电转化装置300和控制模块400，所述热电转化装置300安装于所述双DPF系统200前端排气管路上，所述NTP喷射系统100、双DPF系统200及热电转化装置300均与所述控制模块400连接。

如图2所示，所述NTP喷射系统100包括NTP发生器101、供气风机102、质量流量控制器103、示波器109、电源110、喷射管路113、喷嘴。所述NTP发生器101为介质阻挡放电型，包括细铁丝网外电极106、石英管107和不锈钢管内电极108；所述细铁丝网外电极106包裹于石英管107外壁，所述不锈钢管内电极108安装于石英管107内部，所述不锈钢管内电极108与石英管107之间形成截面为环形的放电间隙，所述细铁丝网外电极106为放电区域。所述电源110用于给所述NTP发生器101提供触发电源，所述示波器109用于记录所述电源110的不同放电工况。

所述供气风机102通过装有质量流量控制器103的管道与NTP发生器101的进气端104连接，所述NTP发生器101的出气端105通过喷射管路113与喷嘴连接，所述喷射管路113后段分为两个喷射支路，所述两个喷射支路上分别安装有第一NTP控制阀114和第二NTP控制阀115，安装有第一NTP控制阀114的喷射支路末端连接第一喷嘴116，安装有第二NTP控制阀115喷射支路末端连接第二喷嘴117。NTP气源经进气端104进入放电间隙，通过放电区域放电形成NTP活性气体，所述活性气体经NTP发生器出气端105进入所述喷射管路113，由喷嘴喷出参与DPF的再生。

如图3所示，所述双DPF系统200包括第一DPF 201和第二DPF 202，所述第一DPF 201和第二DPF 202通过排气支路并联连接，所述第一DPF 201的前端排气支路上安装有第一排气控制阀203，所述第一DPF 201的排气支路上安装有第一压差传感器401，所述第一DPF 201的下游还安装有第一温度传感器403；所述第二DPF 202前端排气支路上安装有第二排气控制阀204，所述第二DPF 202的排气支路上安装有第二压差传感器402，所述第二DPF 202的下游还安装有第二温度传感器404；所述第一DPF 201和第二DPF 202外壳上分别包裹着第一电加热层301和第二电加热层302，所述热电转化装置300选择性地利用余热转化的电能和蓄电池为第一电加热层301和第二电加热层302提供能源，使DPF处于最佳再生温度。第一电加热层301及第二电加热层302在柴油机停机时由车载蓄电池提供电力。

所述NTP喷射系统100中的第一喷嘴116和第二喷嘴117分别安装于第一DPF 201和第二DPF 202的入口处，所述热电转化装置300安装于双DPF系统200的前端排气管路上，分别距离第一DPF 201和第二DPF 202的前端面100mm；所述第一NTP控制阀114、第二NTP控制阀115、第一排气控制阀203、第二排气控制阀204、第一压差传感器401、第二压差传感器402、第一温度传感器403、第二温度传感器404均与控制模块400连接。

所述第一NTP控制阀114和第二NTP控制阀115在NTP喷射系统100停机时皆处于关闭状态，所述第一排气控制阀203和第二排气控制阀204在柴油机正常运行时皆处于开启状态；所述第一排气控制阀203在第一DPF 201再生过程中处于关闭状态，所述第二排气控制阀203在第二DPF 202再生过程中处于关闭状态；所述第一排气控制阀203和第二排气控制阀204在柴油机运行时不能同时关闭，当第一DPF 201及第二DPF 202同时达到再生要求时，保持第一排气控制阀203及第二排气控制阀204同时开启，待柴油机停机后对DPF进行离线再生。

图4所示为DPF再生的流程图；在使用之前，首先要对双DPF系统200进行标定试验，确定柴油机在不同工况下对应的DPF压差上限阈值ΔP_c，标识DPF再生完成的再生目标压差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T_c及最佳再生温度下限值T_f。将压差上限阈值ΔP_c、再生目标压差ΔP₀存入控制模块400。将最佳再生温度上限值T_c及最佳再生温度下限值T_f存入控制模块400中。

车辆一旦启动，控制模块400通过第一压差传感器401及第二压差传感器402监测第一DPF 201和第二DPF 202前后端的压差大小ΔP₁和ΔP₂，与控制模块400中预存的压差上限阈值ΔP_c进行比较，以判断是否需要进行再生；

当控制模块400监测到第一DPF 201前后端压差ΔP₁大于压差上限阈值ΔPc且第二DPF202前后端压差ΔP₂小于压差上限阈值ΔP_c，即认为第一DPF 201需要进行再生；若此时第二排气控制阀204处于关闭状态，则打开第二排气控制阀204，重新判定；若此时第二排气控制阀204处于开启状态，则关闭第一排气控制阀203，进行在线再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统100，打开第一NTP控制阀114，将活性气体从第一DPF 201前端喷入，对第一DPF 201进行再生；控制模块400监测到第一DPF 201前后端压差ΔP₁小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第一NTP控制阀114，打开第一排气控制阀203，关闭NTP喷射系统100；

当控制模块400监测到第二DPF 202前后端压差ΔP₂大于压差上限阈值ΔP_c且第一DPF 201前后端压差ΔP₁小于压差上限阈值ΔP_c，即认为第二DPF 202需要进行再生；若此时第一排气控制阀203处于关闭状态，则打开第一排气控制阀203，重新判定；若此时第一排气控制阀203处于开启状态，则关闭第二排气控制阀204，进行在线再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统100，打开第二NTP控制阀115，将活性气体从第二DPF 202前端喷入，对第二DPF 202进行再生；控制模块400监测到第二DPF 202前后端压差ΔP₂小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第二NTP控制阀115，打开第二排气控制阀204，关闭NTP喷射系统100；

当控制模块400监测到第一DPF 201和第二DPF 202前后端压差均大于压差上限阈值ΔP_c，即认为两者均需要进行再生；此时为保证排气通畅，控制模块400控制第一排气控制阀203及第二排气控制阀204保持开启状态，待接收到柴油机停机信号，关闭第一排气控制阀203及第二排气控制阀204，进行停机再生，控制模块发出信号开启NTP喷射系统100，打开第一NTP控制阀114、第二NTP控制阀115，将活性气体分别喷入第一DPF 201前端、第二DPF 202，对第一DPF 201、第二DPF 202进行再生；当控制模块400监测到第一DPF 201前后端压差ΔP₁、第二DPF 202前后端压差ΔP₂均小于再生目标压差ΔP₀时，即认为再生完成；控制模块发出信号关闭第一NTP控制阀114、第二NTP控制阀115，打开第一排气控制阀203及第二排气控制阀204，关闭NTP喷射系统100。

当进行在线再生和停机再生时，即开始通过DPF温度传感器监测对应DPF的温度下降趋势，以判断是否达到再生时机；当控制模块400监测到T₁和/或T₂小于最佳再生温度上限值T_c时，开始进行再生，在再生的过程中，当T₁和/或T₂小于最佳再生温度下限值T_f时，控制模块启动第一电加热层301和/或第二电加热层302加热第一DPF 201和/或第二DPF 202，使第一DPF 201和/或第二DPF 202温度保持在最佳再生温度范围内；再生完成后第一电加热层301和/或第二电加热层302停止加热。

在停机再生中，所述第一电加热层301及第二电加热层302由车载蓄电池提供电力。在线再生时，所述第一电加热层301及第二电加热层302由安装于双DPF系统200的前端排气管路上的热电转化装置300提供电力。

在再生过程中，控制模块通过质量流量控制器103调节供气量为10L/min；NTP喷射系统电源110电压为17～20kV，放电频率为7～10kHz。

所有DPF再生过程都是在对应排气控制阀关闭后进行的，避免排气流量过大而影响NTP与DPF内部积碳的反应效果；所有DPF再生过程都是在最佳再生温度范围内进行的，极大地提高了NTP的利用率；因此，本实用新型采用在线与离线相结合的再生策略，提高了再生效率并有效地节省了能源。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。