一種基于激光檢測pm濃度的dpf準確再生方法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法及設(shè)備。過濾體前后兩側(cè)構(gòu)建相同管路結(jié)構(gòu)，將尾氣氣流引出并分離，PM顆粒通過激光檢測，通過兩側(cè)PM顆粒濃度數(shù)據(jù)得到過濾效果，低于再生閾值時控制安裝在DPF腔體前側(cè)的噴油器進行噴油再生；包括分別安裝在過濾體兩側(cè)DPF腔體上的兩套激光檢測裝置和進口側(cè)的噴油器，控制器分別與兩套激光檢測裝置和噴油器連接，每套激光檢測裝置均包括激光檢測設(shè)備、引氣管、回氣管、限速排風機、PM切割器和測量管道。本發(fā)明能實現(xiàn)準確判斷再生時機，控制再生的目的，能最大程度改善當前壓差傳感器測量不準確的問題以及由于不準確測量所引起的再生時機判斷不準確帶來的系列后果。
【專利說明】
一種基于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種顆粒捕捉器的輔助設(shè)備，特別是涉及了一種基于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法及設(shè)備，尤其可用于柴油車尾氣后處理。
【背景技術(shù)】
[0002]顆粒捕捉器DPF(Diesel Particulate Filter)是一種安裝在柴油發(fā)動機排放系統(tǒng)中的陶瓷過濾器，它可以在微粒排放物質(zhì)進入大氣之前將其捕捉。DPF技術(shù)是減少柴油發(fā)動機尾氣PM排放量的有效手段，然而，當DPF捕集到一定程度時需要通過主動噴油再生來實現(xiàn)DPF的重復使用。
[0003]確定主動噴油再生的時機也就是判斷再生DPF中碳累積量是否滿足再生的需求，決定再生系統(tǒng)何時開始工作。目前再生過程中存在的主要問題是再生不完全、過濾體損壞以及過載后和再生期間的漏排現(xiàn)象。判斷再生時機實質(zhì)上就是判斷再生過早，微粒沉積質(zhì)量過少，持續(xù)燃燒溫度過低，燃燒過程中火焰容易熄滅，再生不徹底;再生過遲，微粒質(zhì)量過多，會造成DPF再生時過熱損壞，因此準確判斷再生時機對保證再生的安全性具有重要意義。
[0004]另外，準確判斷再生時機對提高發(fā)動機燃油經(jīng)濟性再生頻率過高會增加后處理系統(tǒng)的能量消耗而導致發(fā)動機燃油經(jīng)濟性下降，而再生頻率過低則又會因捕集器中碳累積量過多而導致排氣背壓上升使得發(fā)動機性能下降，油耗增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明是提出一種基于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法及設(shè)備，通過激光檢測PM2.5濃度的碳累積量進行DPF準確再生。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一、一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法:
[0008]在DPF腔體中的過濾體前后兩側(cè)分別構(gòu)建相同的管路結(jié)構(gòu)，通過管路將過濾體前后的尾氣氣流引出并分離出PM顆粒，PM顆粒引入測量管道內(nèi)通過激光檢測設(shè)備檢測獲得PM顆粒濃度數(shù)據(jù)，通過過濾體前后兩側(cè)的PM顆粒濃度數(shù)據(jù)得到過濾體的過濾效果，當過濾體過濾效果低于再生閾值時通過控制器控制安裝在DPF腔體前側(cè)的噴油器進行噴油再生。
[0009]PM顆粒濃度數(shù)據(jù)具體是將兩個獨立的激光檢測單元分別安裝在過濾體前后，通過弓丨流管道和限速排風機將經(jīng)過過濾體前后的尾氣氣流引入小型PM切割機，將特定尺寸的PM顆粒分離出來，在測量管道內(nèi)通過激光檢測實現(xiàn)對該處PM濃度的測量。
[0010]所述過濾體的過濾效果指的是過濾體過濾效率，具體采用以下公式計算獲得:
[0011 ] 過濾體過濾效率=過濾體前PM顆粒物濃度+過濾體后PM顆粒物濃度。
[0012]二、一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:
[0013]包括安裝在DPF系統(tǒng)上的兩套激光檢測裝置和噴油器，兩套激光檢測裝置分別安裝在過濾體兩側(cè)的DPF腔體上，噴油器安裝在過濾體進口側(cè)的DPF腔體上，控制器分別與兩套激光檢測裝置和噴油器連接。
[0014]每套激光檢測裝置均包括激光檢測設(shè)備、用于將DPF腔體內(nèi)尾氣引流出來的引氣管、用于將尾氣引回的回氣管、用于控制尾氣流速的限速排風機、用于分離尾氣顆粒的PM切害J器和測量管道，引氣管一端貫穿DPF腔體側(cè)壁連接到DPF腔體內(nèi)，引氣管一端經(jīng)限速排風機與回氣管的一端連接，回氣管另一端連接回到DPF腔體內(nèi)；引氣管中部引出支路與PM切割器的一端連接相通，PM切割器的另一端經(jīng)測量管道連接回DPF腔體，測量管道的側(cè)壁外設(shè)有激光檢測設(shè)備。
[0015]由安裝在過濾體前后的激光檢測設(shè)備可得到準確的PM顆粒濃度，用于準確推算過濾體過濾效率。
[0016]通過安裝在過濾體前后的引氣管將尾氣引流至測量測量管道內(nèi)，可得到與進入過濾體前相同PM顆粒濃度的尾氣。
[0017]安裝在引氣管尾部的限速排風機可使得尾氣引流至測量測量管道內(nèi)其流速保持恒定，不影響測量。
[0018]安裝在引氣管支路口上的PM切割器可分離出特定粒徑的PM顆粒，用于提高測量效果O
[0019]安裝在PM切割器之后的測量測量管道可實現(xiàn)在測量測量管道上的PM顆粒濃度測量。
[0020]所述的引氣管中部和PM切割器之間連接處設(shè)有彎曲段，通過彎曲段篩選尾氣顆粒，將大的PM顆粒經(jīng)彎曲段受重力落在PM切割器的入口處，將小的PM顆粒受到限速排風機吸力流向回氣管。
[0021]所述的回氣管、引氣管和測量管道三者中，回氣管布置于靠近過濾體處，測量管道布置于遠離過濾體處，引氣管位于回氣管和測量管道之間，且噴油器置于測量管道遠離過濾體的一側(cè)。
[0022]所述的激光檢測設(shè)備包括分別置于測量管道外部對稱兩側(cè)的發(fā)射組件和接收組件，發(fā)射組件包括激光源和棱鏡，接收組件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光強度探測儀，接收組件經(jīng)信號處理器與控制器連接，發(fā)射組件發(fā)射激光通過接收組件捕捉接收，采集的信號經(jīng)信號處理器發(fā)送到控制器。
[0023]具體地說是，激光源發(fā)射出激光經(jīng)棱鏡朝向測量管道散射出，散射光線經(jīng)散射光捕捉器匯聚，再經(jīng)激光光捕捉器捕捉后發(fā)送到激光強度探測儀檢測，激光強度探測儀檢測獲得PM顆粒的濃度。
[0024]所述的PM切割器可采用小型PM切割器。
[0025]本發(fā)明通過吸氣管與腔體內(nèi)部形成聯(lián)通，將一部分腔體內(nèi)尾氣聯(lián)通至吸氣管內(nèi)，吸氣管采用限速排風機使得吸氣管內(nèi)流速恒定，達到測量腔體內(nèi)部的氣流被激光發(fā)生器所發(fā)射的光所散射，利用激光吸收器吸收的光的散射程度對該處氣流碳煙濃度進行估算。利用前后推算的碳煙值進行對比，當碳煙之差達到再生閾值時主動再生。
[0026]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0027]本發(fā)明采用DPF前后雙重激光檢測尾氣中碳煙濃度的方式，對經(jīng)過過濾體前后的尾氣進行引流測量，確定其濃度大小，推算出當前DPF的過濾效果，以達到監(jiān)測DPF上的碳累積量，實現(xiàn)準確判斷再生時機，控制再生的目的。
[0028]本發(fā)明最大程度改善當前壓差傳感器測量不準確的問題，以及由于不準確測量所引起的再生時機判斷不準確帶來的系列后果，包括再生不完全、過濾體損壞以及過載后和再生期間的漏排現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0029]圖1是設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是設(shè)備電氣連接示意圖。
[0031 ]圖3是本發(fā)明設(shè)備控制流程圖。
[0032]圖中:DPF腔體1、激光檢測設(shè)備2、過濾體3、限速排風機4、回氣管5、引氣管6、PM切割器7、測量管道8、控制器9、噴油器10。
[0033]圖4是引氣管中部和PM切割器之間連接處設(shè)有彎曲段的示意圖。
[0034]圖中:引氣主管61、第一級分流口62、第二級分流口 63、第三級分流口 64、測量管道連接段65、第一級回氣管66、第二級回氣管67。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明包括安裝在DPF系統(tǒng)上的兩套激光檢測裝置和噴油器10，兩套激光檢測裝置分別安裝在過濾體3兩側(cè)的DPF腔體I上，噴油器10安裝在過濾體3進口側(cè)的DPF腔體I上，控制器9分別與兩套激光檢測裝置和噴油器10連接。
[0037]如圖1所示，每套激光檢測裝置均包括激光檢測設(shè)備2、用于將DPF腔體I內(nèi)尾氣引流出來的引氣管6、用于將尾氣引回的回氣管5、用于控制尾氣流速的限速排風機4、用于分離尾氣顆粒的PM切割器7和測量管道8，引氣管6—端貫穿DPF腔體I側(cè)壁連接至IjDPF腔體I內(nèi)，引氣管6—端經(jīng)限速排風機4與回氣管5的一端連接，回氣管5另一端連接回到DPF腔體I內(nèi)；引氣管6中部引出支路與PM切割器7的一端連接相通，PM切割器7的另一端經(jīng)測量管道8連接回DPF腔體I，測量管道8的側(cè)壁外設(shè)有激光檢測設(shè)備2。
[0038]引氣管6中部和PM切割器7之間連接處設(shè)有彎曲段，通過彎曲段篩選尾氣顆粒，將大的PM顆粒經(jīng)彎曲段受重力落在PM切割器7的入口處，大的PM顆粒經(jīng)PM切割器7切割后進入測量管道8，將小的PM顆粒受到限速排風機4吸力流向回氣管5，小的PM顆粒經(jīng)回氣管5回到DPF腔體I中。
[0039]引氣管6中部和PM切割器7之間連接處的彎曲段如圖4所示，引氣管6的引氣主管61經(jīng)第一級分流口 62輸出另一路，另一路與第二級分流口 63輸入端連接，第二級分流口 63輸出分為兩路，第二級分流口 63輸出的一路經(jīng)第一級回氣管66連接回引氣主管61，第二級分流口 63輸出的另一路連接到第三級分流口 64輸出再分為兩路，第三級分流口 64的一路經(jīng)第二級回氣管67連接回引氣主管61，第三級分流口 64的另一路經(jīng)測量管道連接段65與PM切割器7連接。
[0040]如圖2所示，激光檢測設(shè)備2包括分別置于測量管道8外部對稱兩側(cè)的發(fā)射組件和接收組件，發(fā)射組件包括激光源和棱鏡，接收組件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光強度探測儀，接收組件經(jīng)信號處理器與控制器9連接，發(fā)射組件發(fā)射激光通過接收組件捕捉接收，采集的信號經(jīng)信號處理器發(fā)送到控制器9。
[0041]本發(fā)明的具體實施工作過程如下:
[0042]如圖1所示，柴油車尾氣進入顆粒捕集器(DPF)腔體I內(nèi)，碳煙顆粒被中間部分過濾體3吸附，其中在過濾體前后，分別通過引氣管5將部分尾氣引入引氣管中，在限速排風機4的作用下限制管道內(nèi)尾氣流速，并在流經(jīng)PM切割器的過程中通過粒徑篩選將粒徑過大及過小的PM顆粒篩選，通過回氣管5重新回到腔體內(nèi)部，余下部分尾氣進入測量管道8中，利用激光檢測設(shè)備2探測出測量管道內(nèi)PM顆粒濃度，并將信息通過電信號傳輸至控制器8進行處理，由過濾體3前后兩個激光檢測設(shè)備2檢測出的數(shù)據(jù)進行對比處理，當?shù)玫降男盘柍^一定閾值時，即經(jīng)過過濾體前后PM顆粒濃度比超過20:3，控制器8發(fā)出再生控制信號至噴油器10，進行噴油再生。
[0043]如圖2所示，圖1所述激光檢測設(shè)備包括激光散射光捕捉器、測量管道、激光強度探測儀以及激光捕捉器。具體實施過程如下所述:
[0044]腔體內(nèi)過濾體前后的尾氣分別由PM引流器引流至PM切割器中，此時尾氣中的細顆粒物在切割器中分離，直徑大于2.5um以及直徑小于0.5um的顆粒被除去，余下部分及過濾體主要過濾成分進入測量管道中。
[0045]具體來說如圖4所示，實施例通過引氣管引出的待測尾氣樣本在經(jīng)過第一級分流口62后，部分氣體分流，對于不同粒徑的碳煙顆粒，當粒徑小于一定的粒徑時，其慣性力小于粘滯力，碳煙顆粒會隨著氣體分流至第一級分流管道;而粒徑較大的顆粒，其慣性力大于粘滯力，碳煙顆粒不會隨著氣體分流至第二級管道。
[0046]經(jīng)過了第一級分流口62以后，小粒徑的顆粒進入第一級分流管道，大粒徑顆粒繼續(xù)通過引氣管61。進入第一級分流管道的尾氣在經(jīng)過第二級分流口 63時，同樣會發(fā)生分離，更小的粒徑的顆粒進入第二級分流管道，較大粒徑的顆粒通過第一級回氣管66回到引氣管61中。進入第二級分流管道的尾氣在經(jīng)過第三級分流口時，篩選出合適粒徑(0.5-2.5um)的碳煙顆粒進入測量管道65。
[0047]由激光源發(fā)出658nm入射激光光線通過棱鏡作用將激光均勻散射進入通過中，PM顆粒的散射作用會使得激光捕捉器和散射光捕捉器捕捉到的光的強度不同，此時由于兩個激光散射傳感器的激光源與激光散射截面分別為平行和垂直的關(guān)系，它們對不同大小的顆粒靈敏度不一樣，通過組合兩者可以實現(xiàn)消除顆粒大小對測量的影響。光強度的差異可以通過信號轉(zhuǎn)換裝置進行校正后顯示出測量管道內(nèi)PM顆粒的濃度。通過過濾體前后兩個測量管道測量出來的PM濃度可以得到過濾體的過濾效率，當過濾體效率低于再生閾值時，SP15%?？刂破?發(fā)出再生啟動信號，控制噴油器進行噴油再生。
[0048]如圖3所示，實施例通過引氣管引出待測的尾氣樣本，并根據(jù)尾氣的情況通過限速排風機將流量控制在3.3L/min。分離空氣樣品中的細顆粒物，通過PM切割器將粒徑大于
2.5um以及粒徑小于0.5um的細顆粒物除去，并通過回流管回流至腔體內(nèi)部。通過激光散射光捕捉器測量尾氣中細顆粒物的散射強度并通過信號處理器轉(zhuǎn)換成樣品的顆粒物的濃度。將檢測得到的數(shù)據(jù)以電信號形式傳輸至控制器中，通過數(shù)據(jù)處理:
[0049]過濾體過濾效率=過濾體前尾氣顆粒物濃度+過濾體后尾氣顆粒物濃度
[0050]當過濾體過濾效率小于15%認為應(yīng)當進行再生，并發(fā)出控制信號控制噴油器再生。
[0051]由此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)準確判斷再生時機控制再生，最大程度改善了測量不準確的問題以及由于不準確測量所引起的系列后果，避免了漏排現(xiàn)象。
【主權(quán)項】
1.一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法，其特征在于:在DPF腔體(I)中的過濾體(3)前后兩側(cè)分別構(gòu)建相同的管路結(jié)構(gòu)，通過管路將過濾體(3)前后的尾氣氣流引出并分離出PM顆粒，PM顆粒引入測量管道內(nèi)通過激光檢測設(shè)備檢測獲得PM顆粒濃度數(shù)據(jù)，通過過濾體(3)前后兩側(cè)的PM顆粒濃度數(shù)據(jù)得到過濾體(3)的過濾效果，當過濾體過濾效果低于再生閾值時控制安裝在DPF腔體(I)前側(cè)的噴油器進行噴油再生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生方法，其特征在于:所述過濾體(3)的過濾效果指的是過濾體過濾效率，具體采用以下公式計算獲得:過濾體過濾效率=過濾體前PM顆粒物濃度+過濾體后PM顆粒物濃度。3.用于實施權(quán)利要求1或2任一所述方法的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:包括安裝在DPF系統(tǒng)上的兩套激光檢測裝置和噴油器(10)，兩套激光檢測裝置分別安裝在過濾體(3)兩側(cè)的DPF腔體(I)上，噴油器(10)安裝在過濾體(3)進口側(cè)的DPF腔體(I)上，控制器(9)分別與兩套激光檢測裝置和噴油器(10)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:每套激光檢測裝置均包括激光檢測設(shè)備(2)、用于將DPF腔體(I)內(nèi)尾氣引流出來的引氣管(6)、用于將尾氣引回的回氣管(5)、用于控制尾氣流速的限速排風機(4)、用于分離尾氣顆粒的PM切割器(7)和測量管道(8)，引氣管(6) —端連接到DPF腔體(I)內(nèi)，引氣管(6) —端經(jīng)限速排風機⑷與回氣管(5)的一端連接，回氣管(5)另一端連接回到DPF腔體(I)內(nèi)；引氣管(6)中部引出支路與PM切割器(7)的一端連接相通，PM切割器(7)的另一端經(jīng)測量管道(8)連接回DPF腔體(I)，測量管道(8)的側(cè)壁外設(shè)有激光檢測設(shè)備(2)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:所述的引氣管(6)中部和PM切割器(7)之間連接處設(shè)有彎曲段，通過彎曲段篩選尾氣顆粒，將大的PM顆粒經(jīng)彎曲段受重力落在PM切割器(7)的入口處，將小的PM顆粒受到限速排風機(4)吸力流向回氣管(5)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:所述的回氣管(5)、引氣管(6)和測量管道(8)三者中，回氣管(5)布置于靠近過濾體(3)處，測量管道(8)布置于遠離過濾體(3)處，引氣管(6)位于回氣管(5)和測量管道(8)之間。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:所述的激光檢測設(shè)備(2)包括分別置于測量管道(8)外部對稱兩側(cè)的發(fā)射組件和接收組件，發(fā)射組件包括激光源和棱鏡，接收組件包括散射光捕捉器、激光光捕捉器和激光強度探測儀，接收組件經(jīng)信號處理器與控制器(9)連接，發(fā)射組件發(fā)射激光通過接收組件捕捉接收，采集的信號經(jīng)信號處理器發(fā)送到控制器(9)。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種于激光檢測PM濃度的DPF準確再生設(shè)備，其特征在于:所述的PM切割器(7)可采用小型PM切割器。
【文檔編號】G01N15/06GK106018225SQ201610513454
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】林國鑫, 戴慧純, 張嘉瑀, 皇甫江濤
【申請人】浙江大學