一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置制造方法
【专利摘要】一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，由发动机排气进气管、进气变径管大端、封装壳体以及出气变径管大端依次连接组成，支撑盘由圆环及沿径向设置的多根辐条组成，且旋转挡板经轴承和固定在支撑盘的辐条上，步进电机轴与旋转挡板的轴套经键连接。电阻丝布置在柴油机颗粒捕集器通道内。当需要再生时，步进电机带动旋转挡板转动到再生区域，使该区域的流量立刻下降，同时接通电阻丝通电，达到再生的目的。本装置结构简单，可长时间运行，并且具有拆装方便、性能可靠等优点。
【专利说明】一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及汽车尾气后处理系统，具体涉及一种对柴油机颗粒捕集器进行分区电加热再生的装置。
【背景技术】
[0002]柴油机由于其高热效率、低CO2排放等优点，而被广泛的应用于运输业中。但是，其颗粒物排放量大(排放量为同排量汽油机的30倍?80倍)，对环境造成了严重污染，危害人类身体健康，从而严重限制了它的发展。因此，严格的排放标准要求有效、可靠的技术以减少颗粒物排放。从技术上看，仅靠机内净化和改善燃油品质已经难以满足目前的排放标准。目前，满足“国IV”排放法规的柴油机普遍采用了后处理技术，未来更严格的排放法规将对后处理技术提出更高的要求。柴油机颗粒捕集器(DPF, Diesel Particulate Filter)是公认的最有效的颗粒物净化装置(物理捕集柴油机颗粒，效率常常高于95%)，也是目前净化技术中商用前景最好的技术之一。
[0003]柴油机颗粒物在DPF内部的沉积会使其两端压降升高，影响发动机性能，因此需要对沉积的颗粒物进行清除，即再生技术。其中，电加热再生技术是被广泛研究的技术，但其再生功率大，而车载电源仅能提供有限的功率，为此，通过对DPF分区从而实现单次低功率再生。在分区电加热再生技术上，美国通用汽车环球科技运作公司已有一套成熟的系统，使用百叶窗来实现分区，但存在结构复杂的缺陷。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种在车载电源仅能提供有限功率的情况下，通过对DPF分区从而实现单次低功率再生的柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，包括电加热装置，发动机排气进气管连接圆锥形的进气变径管的小端，进气变径管的大端上设有进气口法兰，圆锥形的出气变径管的大端上设有出气口法兰，圆筒形的封装壳体的前、后端法兰分别与进气变径管大端上的进气口法兰以及出气变径管大端上的出气口法兰螺栓连接，支撑盘由圆环及圆环内口上沿径向设置的多根辐条组成，支撑盘的圆环部分夹固在进气变径管的大端上的进气口法兰与封装壳体的前端法兰之间；其进气口分隔为8个扇形分区的柴油机颗粒捕集器安装在封装壳体内；步进电机的轴沿进气变径管的中心线穿入发动机排气进气管以及进气变径管内，支撑盘轴承的外壳焊接在支撑盘的多根辐条上；旋转挡板由轴套和设置在轴套上的一个扇形板构成，旋转挡板的轴套以套装方式经键连接固定在步进电机的轴上，旋转挡板的轴套固定在支撑盘轴承内圈上；所述电加热装置的8组电阻丝分别布置在柴油机颗粒捕集器8个扇形分区的每一通道内；所述旋转挡板的扇形板的圆心角为45° ,该扇形板的半径小于封装壳体的内腔半径。
[0006]所述发动机排气进气管上在步进电机的轴的穿入处设置有轴承:该轴承的外圈焊接在发动机排气进气管管壁上，步进电机的轴固定在该轴承的内圈上。
[0007]所述支撑盘上的辐条为均布的8根辐条。
[0008]所述每组电阻丝为3根，呈并联状态的3根电阻丝以回形针形布置在柴油机颗粒捕集器每个扇形分区的通道内；该电阻丝经封装壳体上的电阻丝线束口引出而与所述电加热装置的供电电路连接。
[0009]所述DPF密封布起到保护柴油机颗粒捕集器免遭损坏以及密封的作用，同时便于拆装。
[0010]还具有单片机以及与单片机连接的步进电机控制电路，该单片机与上述电加热装置的供电电路连接。
[0011]所述柴油机颗粒捕集器与封装壳体之间具有DPF密封布。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1、本实用新型装置结构简单，设计独特，可长时间运行。使用常用的仪器、设备即可搭建。
[0014]2、旋转挡板分区。旋转挡板转动到再生区域，此时该区域的流量立刻下降从而起到了限流作用。
[0015]3、再生功率低。利用有限功率的车载电源，通过对DPF分区从而实现单次低功率再生。
[0016]4、拆装方便。更换过滤介质时，只需打开出气口法兰，移动DPF密封布，即可实现更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的结构示意图。
[0018]图2a、图2b分别是图1所示支撑盘主视图和左视图。
[0019]图3是DPF分区示意图。
[0020]图4a、图4b分别是每一 DPF扇形分区的电阻丝线路分布图和整个DPF的电阻丝插入方式图。
[0021 ] 图5是旋转挡板位置分布图。
【具体实施方式】
[0022]图1示出一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，包括电加热装置，发动机排气进气管I连接圆锥形的进气变径管2的小端，进气变径管的大端上设有进气口法兰，圆锥形的出气变径管5的大端上设有出气口法兰，圆筒形的封装壳体4的前、后端法兰分别与进气变径管2大端上的进气口法兰以及出气变径管5大端上的出气口法兰螺栓连接，支撑盘3由圆环及圆环内口上沿径向设置的多根辐条组成，参见图2a、图2b，支撑盘3的圆环部分夹固在进气变径管2的大端上的进气口法兰与封装壳体4的前端法兰之间；其进气口分隔为8个扇形分区的柴油机颗粒捕集器7安装在封装壳体4内；步进电机12的轴沿进气变径管的中心线穿入发动机排气进气管I以及进气变径管2内，支撑盘轴承9的外壳焊接在支撑盘3的多根辐条上；旋转挡板8由轴套和设置在轴套上的一个扇形板构成，旋转挡板8的轴套以套装方式经键连接固定在步进电机12的轴上，旋转挡板8的轴套固定在支撑盘轴承9内圈上；所述电加热装置的电阻丝布置在柴油机颗粒捕集器7通道内；所述旋转挡板8的扇形板的圆心角为45° (参见图5)，该扇形板的半径小于封装壳体的内腔半径。进气变径管2与出气变径管5形状对称。支撑盘3的圆环和辐条一体化设置。发动机排气进气管I上在步进电机12的轴的穿入处设置有轴承:该轴承的外圈焊接在发动机排气进气管管壁上，步进电机的轴固定在该轴承的内圈上。支撑盘3上的辐条为均布的8根辐条。每组电阻丝为3根，呈并联状态的3根电阻丝以回形针形布置在DPF的8个扇形分区中每一扇形分区的通道内；该8组电阻丝经封装壳体4上的电阻丝线束口 10引出而与所述电加热装置的供电电路连接(参见图3、图4a、图4b)，由供电电路分别通电进行加热。还具有单片机以及与单片机连接的步进电机控制电路，该单片机与上述电加热装置的供电电路连接，以控制电源的通断。柴油机颗粒捕集器7与封装壳体4之间具有DPF密封布6。
[0023]参见图1，一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置包括:发动机排气进气管1、进气变径管2、支撑盘3、封装壳体4、出气变径管5、DPF密封布6、柴油机颗粒捕集器(DPF) 7、旋转挡板8、支撑盘轴承9、电阻丝线束口 10、单片机11、步进电机12。
[0024]发动机排气进气管I即为发动机尾气排气口 ；进气变径管2起到由小径变大径的作用；封装壳体4分别与进气变径管2的大端上的进气口法兰、支撑盘3、出气变径管5的大端上的出气口法兰连接；出气变径管5起到由大径变小径的作用。
[0025]旋转挡板8与封装壳体4有一定间隔卿间隙，让气流通过)，目的是限制旋转挡板8所处区域的通过流量从而起到限流作用，而减小再生所需功率。
[0026]旋转挡板8与步进电机12旋转轴通过键连接固定。当需要再生时,步进电机12旋转带动旋转挡板8转动到再生区域，此时该区域的流量立刻下降，同时接通该区域的电阻丝通电，从而达到再生的目的。
[0027]步进电机12旋转轴与发动机排气进气管I管壁通过轴承连接，并通过橡胶圈密封。为避免高温损坏密封垫圈，发动机排气进气管I管壁与柴油机颗粒捕集器(DPF)7的距尚尽量偏长。
[0028]支撑盘3与支撑盘轴承9、发动机排气进气管I管壁与轴承均采用焊接固定。
[0029]电阻丝线束口 10是旋转挡板上的电阻丝的集中线束口。
[0030]进气变径管2、支撑盘3、封装壳体4、出气变径管5、旋转挡板8尺寸需要根据DPF尺寸做相应变化。
[0031]DPF密封布6起到保护柴油机颗粒捕集器7免遭损坏以及密封的作用，同时便于拆装。
[0032]单片机11采用的是自行编程控制程序，主要根据发动机的排放水平、再生极限担载量、车辆的平均行驶工况以及再生区域的个数和再生功率来判断是否再生。再生时，结合上述参数可以计算出各个区域再生时间、再生间隔时间，再考虑一个再生安全系数就得到了一个基本的控制策略。以一台“国III”排放的轻型卡车为例，匹配排量体积比为I?1.5的DPF得出再生时间为3?5分钟，再生间隔时间为10?15分钟，这样可使得DPF的平均担载量水平控制在2 g/L的水平下，对发动机的工作不会产生多大的影响。
[0033]参见图2，支撑盘3由圆环及圆环内口上沿径向设置的8根均布的辐条组成，其圆环和辐条一体化设置。
[0034]参见图3，DPF总共分为8个分区(形成8个扇形进气口)，分别为分区I?分区8。其原因是:采用电加热再生整个DPF时，要求功率约为15?20 kW，但车载电源远不能满足该功率，而分区电加热再生能有效的降低再生需求功率，但分区太多，控制系统复杂，而分区太少，单次再生分区的面积大，再生需求功率仍较大；因此，综合考虑车载电源能提供的再生功率以及旋转挡板8的限流控制，将整个DPF来流断面平均分成8个分区，再生时按照一定顺序每次再生其中某一特定区域。
[0035]参见图4a、图4b，DPF的8个扇形分区中每一扇形分区的通道内的电阻丝采用多根并联的电阻丝(3根电阻丝，6根引线，图4a中，三根电阻丝的首端分别为101，103和105，尾端分别为102,104和106),图4b中，其插入方式为回形针型插入,插入深度在10?20 mm,并且紧贴壁面安装。此安装方式能使沉积在上游的颗粒物快速燃烧，产生的热量通过气流向下游传递，从而带动整个区域的再生。在整个分区上采用的电阻丝布置有分区加热均匀，热应力小的特点。用于加热再生的电阻丝选用镍铬丝(Cr20Ni80)，直径为0.5 mm，其优势是抗氧化性好，高温下不易变形，塑性好，加热均匀。
[0036]参见图5，旋转挡板8与步进电机12旋转轴通过键连接固定。当需要再生时，步进电机12旋转带动旋转挡板8转动到再生区域，此时该区域的流量立刻下降，同时接通该区域的电阻丝通电，从而达到再生的目的。旋转挡板8与封装壳体4有一定间隔，目的是限制旋转挡板8所处区域的通过流量从而起到限流作用，而减小再生所需功率。
【权利要求】
1.一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，包括，电加热装置，其特征是，发动机排气进气管(I)连接圆锥形的进气变径管(2)的小端，进气变径管(2)的大端上设有进气口法兰，圆锥形的出气变径管(5)的大端上设有出气口法兰，圆筒形的封装壳体(4)的前、后端法兰分别与进气变径管(2)大端上的进气口法兰以及出气变径管(5)大端上的出气口法兰螺栓连接，支撑盘(3)由圆环及圆环内口上沿径向设置的多根辐条组成，支撑盘(3)的圆环部分夹固在进气变径管(2)的大端上的进气口法兰与封装壳体(4)的前端法兰之间；其进气口分隔为8个扇形分区的柴油机颗粒捕集器(7)安装在封装壳体(4)内；步进电机(12)的轴沿进气变径管的中心线穿入发动机排气进气管(I)以及进气变径管(2)内，支撑盘轴承(9)的外壳焊接在支撑盘(3)的多根辐条上；旋转挡板(8)由轴套和设置在轴套上的一个扇形板构成，旋转挡板的轴套以套装方式经键连接固定在步进电机(12)的轴上，旋转挡板的轴套固定在支撑盘轴承(9)内圈上；所述电加热装置的8组电阻丝分别布置在柴油机颗粒捕集器(7) 8个扇形分区的每一通道内；所述旋转挡板(8)的扇形板的圆心角为45° ,该扇形板的半径小于封装壳体的内腔半径。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，其特征是，所述发动机排气进气管(I)上在步进电机(12)的轴的穿入处设置有轴承:该轴承的外圈焊接在发动机排气进气管管壁上，步进电机的轴固定在该轴承的内圈上。
3.根据权利要求2所述的一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，其特征是，所述支撑盘(3)上的辐条为均布的8根辐条。
4.根据权利要求3所述的一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，其特征是，所述每组电阻丝为3根，呈并联状态的3根电阻丝以回形针形布置在柴油机颗粒捕集器(7)每个扇形分区的通道内；该电阻丝经封装壳体(4)上的电阻丝线束口(10)引出而与所述电加热装置的供电电路连接。
5.根据权利要求4所述的一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，其特征是，还具有单片机以及与单片机连接的步进电机控制电路，该单片机与上述电加热装置的供电电路连接。
6.根据权利要求5所述的一种柴油机颗粒捕集器分区电加热再生装置，其特征是，所述柴油机颗粒捕集器(7)与封装壳体(4)之间具有DPF密封布(6)。
【文档编号】F01N3/027GK204082269SQ201420515687
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】孟忠伟, 张靖, 蒲云飞, 李路, 张川, 杨冬 申请人:西华大学