一種防堵塞的egr系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機排放控制領域，具體涉及一種防堵塞的EGR系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢氣再循環(huán)(ExhuastGas Recirculat1n，EGR)能有效降低發(fā)動機放。EGR系統(tǒng)的作用是把發(fā)動機部分廢氣重新引入氣缸內(nèi)，稀釋新鮮工質(zhì)，降低燃燒溫度，從而抑制叫的生成。但廢氣溫度過高會降低發(fā)動機燃燒效率和輸出功率。為此，可以在EGR系統(tǒng)中加入EGR冷卻器進行冷卻，以提高發(fā)動機排放性和經(jīng)濟性，對于冷卻性能有更高要求的發(fā)動機，還可以加入多個EGR冷卻器。
[0003]然而當廢氣流過EGR冷卻器，冷卻至結(jié)垢溫度時，容易導致液態(tài)碳氫和水蒸氣凝結(jié)，從而使廢氣中顆粒物(Particulate Matter，PM)吸附沉積，引起EGR冷卻器和EGR閥的堵塞，阻礙了 EGR系統(tǒng)作用的發(fā)揮。
[0004]近幾年低溫等離子技術(shù)(Non-thermal Plasma, NTP)因其高效、安全、無二次污染等優(yōu)點，成為排氣后處理技術(shù)研宄熱點。目前，利用NTP技術(shù)處理發(fā)動機尾氣中的N0x、HC及PM等都取得了一定的研宄成果。如在專利CN103629018A中描述了一種利用NTP技術(shù)再生EGR冷卻器的方法，此方法在發(fā)動機停機狀態(tài)下，利用恒溫爐將EGR冷卻器內(nèi)部溫度保持在較佳反應區(qū)間內(nèi)，實現(xiàn)EGR冷卻器的再生。但是該方法存在一定的問題:再生過程是在停機狀態(tài)下進行的，需要配以恒溫爐、消耗額外的電能；氣體分析儀等儀器占用空間大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種防堵塞的EGR系統(tǒng)，利用排氣余熱換熱裝置和NTP活性氣體噴射裝置，實現(xiàn)EGR冷卻器的再生，解決EGR系統(tǒng)的堵塞問題。
[0006]本發(fā)明提供的一種防堵塞的EGR系統(tǒng)，包括EGR冷卻單元、排氣余熱換熱裝置、NTP(低溫等離子體)噴射系統(tǒng)、控制模塊；所述排氣余熱換熱裝置安裝在排氣管路尾端；所述排氣余熱換熱裝置內(nèi)部設有蛇形回路管道，所述蛇形回路管道的入口連接所述NTP噴射系統(tǒng)，所述蛇形回路管道出口的噴射管路的末端設置有噴嘴，所述噴嘴延伸至所述EGR冷卻單元的入口處；所述EGR冷卻單元、NTP噴射系統(tǒng)均與所述控制模塊連接；
所述NTP噴射系統(tǒng)包括NTP發(fā)生器、等離子體電源、數(shù)字示波器、風扇；所述風扇位于所述NTP發(fā)生器的外圍；所述NTP發(fā)生器包括石英管、不銹鋼管內(nèi)電極、細鐵絲網(wǎng)外電極，所述不銹鋼管內(nèi)電極設置在所述石英管內(nèi)壁，所述細鐵絲網(wǎng)外電極包裹在石英管外壁；所述等離子體電源給所述NTP發(fā)生器提供觸發(fā)電源，所述數(shù)字示波器記錄所述等離子體電源的不同放電工況；所述石英管的兩端設有進水端、出水端，所述石英管的側(cè)壁上設有進氣端和出氣端，所述進氣端處連接有供氣風機，所述進氣端和供氣風機之間連接有流量計。所述內(nèi)電極和石英管之間形成放電間隙，所述細鐵絲網(wǎng)外電極為放電區(qū)域。所述風扇用于冷卻放電區(qū)域表面，所述循環(huán)冷卻水從進水端流入，出水端流出，利用水泵實現(xiàn)在不銹鋼管內(nèi)腔中的循環(huán)；所述NTP氣源經(jīng)過流量計進入NTP發(fā)生器進氣端，通過放電區(qū)域從NTP出氣端出來，最后通過噴射管路與第一多孔噴嘴和第二多孔噴嘴相連。
[0007]上述方案中，所述EGR冷卻單元包括第一 EGR冷卻器、第二 EGR冷卻器；所述第一 EGR冷卻器和第二 EGR冷卻器并聯(lián)布置于所述排氣管路中，所述噴射管路上依次設置有第二溫度傳感器、質(zhì)量流量控制器，所述質(zhì)量流量控制器下游的噴射管路分為兩個支路，兩個支路上分別設置有第一再生氣體控制閥門、第二再生氣體控制閥門，所述第一再生氣體控制閥門的下游設置有第一多孔噴嘴，所述第二再生氣體控制閥門的下游設置有第二多孔噴嘴，所述第一多孔噴嘴距離所述第一 EGR冷卻器的入口處120mm，所述第二多孔噴嘴距離所述第二 EGR冷卻器的入口處120mm。
[0008]上述方案中，所述第一 EGR冷卻器和第二 EGR冷卻器入口處分別裝有第一控制閥門和第二控制閥門；所述第一 EGR冷卻器與第二EGR冷卻器內(nèi)壁分別裝有第一壓差傳感器、第二壓差傳感器，以測量EGR冷卻器前后端壓差。
[0009]上述方案中，所述NTP噴射系統(tǒng)的出氣端與所述排氣余熱換熱裝置蛇形回路管道的入口端連接，所述出氣端與蛇形回路管道的入口端之間安裝有第一溫度傳感器。
[0010]上述方案中，所述排氣余熱換熱裝置采用氣-氣型熱管換熱器，置于排氣管路尾端，內(nèi)部管道蛇形彎曲，利于充分換熱。
[0011]所述EGR冷卻器可以是各種類型的冷卻器，如管殼式、板式。
[0012]上述方案中，所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一控制閥門、第二控制閥門、第一再生氣體控制閥門、第二再生氣體控制閥門、第一壓差傳感器、第二壓差傳感器均與所述控制模塊連接。
[0013]一種防堵塞的EGR系統(tǒng)控制方法，具體步驟如下:
步驟一:對柴油機EGR冷卻器進行標定試驗，確定不同工況下對應的EGR冷卻器的壓差上限值和下限值，并將這些值存入控制模塊；
步驟二:通過第一壓差傳感器和第二壓差傳感器監(jiān)測第一 EGR冷卻器和第二 EGR冷卻器兩端的壓差大小，以判斷是否需要進行再生；當?shù)谝?EGR冷卻器兩端壓差大于壓差上限值時，即認為其達到再生要求，則控制模塊關閉第一控制閥門并開啟第二控制閥門以將EGR排氣全部旁通到第二EGR冷卻器中；反之，當控制模塊檢測到第二EGR冷卻器兩端壓差大于壓差上限值時，則認為第二 EGR冷卻器達到再生要求，控制模塊關閉第二控制閥門并開啟第一控制閥門以將EGR排氣全部旁通到第一 EGR冷卻器中；
步驟三:控制模塊開啟NTP噴射系統(tǒng)，將供氣風機保持供氣量為10~30L/min ；NTP電源的放電電壓為17~20kV，放電頻率為7~10kHz ；
步驟四:通過第一溫度傳感器和第二溫度傳感器監(jiān)測換熱情況，使得活性氣體和所述第一 EGR冷卻器、第二 EGR冷卻器內(nèi)部積碳層處于較佳反應溫度范圍80-250°C ；
步驟五:控制模塊開啟第一活性氣體控制閥門并關閉第二活性氣體控制閥門，將活性氣體從第一 EGR冷卻器前端噴入，對其進行再生；反之，控制模塊開啟第二活性氣體控制閥門并關閉第一活性氣體控制閥門，將活性氣體從第二 EGR冷卻器前端噴入，對其進行再生；步驟六:當?shù)谝?EGR冷卻器、第二 EGR冷卻器兩端壓差小于壓差下限值時，即認為完成再生，解決了 EGR系統(tǒng)堵塞問題，關閉NTP噴射系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的有益效果:建立NTP噴射系統(tǒng)，能夠在低于發(fā)動機排放顆粒物起燃溫度情況下，實現(xiàn)積碳的氧化去除；利用發(fā)動機排氣余熱換熱裝置，無需外加熱源，使反應達到合適的反應溫度范圍；在一條EGR冷卻器支路正常工作的狀態(tài)下，對另一條EGR冷卻器支路進行即時再生，在不明顯增加EGR冷卻系統(tǒng)尺寸大小的情況下，高效地、節(jié)能地實現(xiàn)EGR冷卻器的再生，解決EGR冷卻器的堵塞問題。
【附圖說明】
[0015]圖1示出的是EGR系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖2示出的是NTP噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3示出的是并聯(lián)的EGR冷卻單元示意圖。
[0018]圖中:100:柴油機；101:空氣濾清器；102:增壓中冷器；103:進氣歧管；104:進氣門;105:燃燒室；106:活塞；107:排氣門；108:排氣歧管；109:渦輪增壓器；110:顆粒物捕集器；111:排氣管路；112:排氣余熱換熱裝置；113:EGR支路；114:EGR冷卻單元；115:NTP噴射系統(tǒng)；116:控制模塊；201:供氣風機；202:流量計；203:進氣端；204:出氣端；205:內(nèi)電極；206:石英管；207:外電極；208:等離子體電源；209:數(shù)字示波器；210:風扇；211:進水端；212:出水端；213:噴射管路；214:第一溫度傳感器；215:第二溫度傳感器；216:質(zhì)量流量控制器；217:第一再生氣體控制閥門；218:第二再生氣體控制閥門；219:第一多孔噴嘴;220:第二多孔噴嘴；301:第一控制閥門；302:第二控制閥門；303:第一 EGR冷去器；304:第二 EGR冷卻器；305:第一冷卻器進水口 ；306:第二冷卻器進水口 ；307:第一冷卻器出水口 ； 308:第二冷卻器出水口 ；309:第一壓差傳感器；310:第二壓差傳感器。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0020]如圖1所示，一種防堵塞的EGR系統(tǒng)，其特征在于包括EGR冷卻單元114、排氣余熱換熱裝置112、NTP (低溫等離子體)噴射系統(tǒng)115、控制模塊116 ;所述排氣余熱換熱裝置112安裝在排氣管路尾端；所述排氣余熱換熱裝置112內(nèi)部設有蛇形回路管道，所述蛇形回路管道的入口連接所述NTP噴射系統(tǒng)115，所述蛇形回路管道出口的噴射管路213的末端設置有噴嘴，所述噴嘴延伸至所述EGR冷卻單元114的入口處；所述EGR冷卻單元114、NTP噴射系統(tǒng)115均與所述控制模塊116連接；
如圖2所示，NTP噴射系統(tǒng)115包括NTP發(fā)生器、等離子體電源208、數(shù)字示波器209、風扇210 ;所述風扇210位于所述NTP發(fā)生器的外圍；所述NTP發(fā)生器包括石英管206、不銹鋼管內(nèi)電極205、細鐵絲網(wǎng)外電極207，所述不銹鋼管內(nèi)電極205設置在所述石英管206內(nèi)壁，所述細鐵絲網(wǎng)外電極207包裹在石英管206外壁；所述等離子體電源208給所述NTP發(fā)生器提供觸發(fā)電源，所述數(shù)字示波器209記錄所述等離子體電源208的不同放電工況；所述石英管206的兩端設有進水端211、出水端212，所述石英管206的側(cè)壁上設有進氣端203和出氣端204，所述進氣端203處連接有供氣風機201，所述進氣端203和供氣風機201之間連接有流量計202。
[0021]供氣風機201提供NTP氣源之后，通過流量計202從進氣端203進入，經(jīng)過NTP放電區(qū)域，形成活性氣體后從出氣端204出去。NTP發(fā)生器包括不銹鋼管內(nèi)電極205、石英管206、包裹在石英管上的細鐵絲網(wǎng)外電極207。等離子體電源208用來給所述NTP發(fā)生器提供觸發(fā)電源，其頻率和電壓均可調(diào)，可以采用智能脈沖沖擊機，也可以采用逆變升壓器等其他電源。數(shù)字示波器209用來記錄所述NTP電源208的不同放電工況。此外，所述NTP發(fā)生器還配以風扇210和循環(huán)冷卻水進行冷卻，冷卻水從進水端211進入，再從出水端212出去。綜合兩種冷卻方式可以讓放電區(qū)域表面溫度處于一個合適的范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)NTP發(fā)生器長期穩(wěn)定放電?；钚詺怏w從出氣端204出去之后，經(jīng)過噴射管路213通過第一溫度傳感器214，在排氣余熱換熱裝置112中完成換熱后，再通過第二溫度傳感器215和質(zhì)量流量控制器216分成兩路。兩路管路上分別裝有第一再生氣體控制閥門217和第二再生氣體控制閥門218，最后活性