一種基于顆粒收集裝置的DPF系統及其控制方法與流程

本發明涉及一種dpf系統及其控制方法，特別是一種基于顆粒收集裝置的dpf系統及其控制方法。

背景技術：

1、本部分提供的僅僅是與本公開相關的背景信息,其并不必然是現有技術。

2、柴油發動機產生的碳煙顆粒(通常稱為柴油顆粒物或pm)具有一些特定的物理和化學特性，這些特性對環境和人體健康具有重要影響。柴油尾氣顆粒物主要由極細小的碳核顆粒組成，通常小于2.5微米(pm2.5)(灰分顆粒大多在1-10微米的范圍內，碳煙顆粒的直徑多數在0.1-1微米)，表面可吸附有機化合物(如多環芳烴pahs)、硫化物、氮化物以及金屬元素等。由于其復雜的化學組成，柴油顆粒物在環境中具有較高的化學和生物反應性，能夠引發各種化學反應，包括光化學反應，其吸附的有機化合物和金屬元素使得柴油顆粒物具有潛在的毒性，可以對人類健康產生嚴重影響，比如這些細小顆粒能夠穿透肺部深處，甚至進入血液循環，引起呼吸系統和心血管疾病。同時，柴油顆粒物通常不是完美的球形，而是具有不規則和多孔的結構，這使得它們能夠吸附和攜帶更多的有害化學物質。而且由于其小尺寸和復雜的形狀，柴油顆粒物具有較高的表面積與體積比，這增加了它們與環境中其他物質的相互作用潛力。

3、柴油顆粒物是城市和工業區空氣污染的重要來源，對空氣質量和能見度有顯著影響。由于其化學穩定性和生物積累性，柴油顆粒物在環境中的降解速度慢，可在環境中長期存在。因此，控制和減少柴油發動機排放的顆粒物是改善空氣質量和保護公共健康的重要措施。為了去除發動機尾氣中的碳煙顆粒，一般使用柴油顆粒捕捉器(dpf)技術。

4、柴油顆粒捕捉器(dpf)技術是一種用于減少柴油發動機排放的關鍵環保技術。dpf通常由陶瓷材料制成，其結構允許排氣氣體通過而攔截顆粒物。過濾器工作一段時間后，顆粒物會積聚在過濾器中，需要進行清理或再生。dpf的再生過程通常通過兩種方式實現：主動再生和被動再生。在主動再生中，系統會通過額外的燃油噴射或電加熱元件主動提升排氣溫度，以燃燒堆積在過濾器中的顆粒物。而被動再生則依賴于發動機正常運行時排氣的高溫自然燃燒顆粒物。dpf系統的維護和管理需要精細的控制策略，以保證發動機的效率和過濾系統的長期有效性。

5、然而，dpf系統增加了制造成本，這包括高質量的材料和復雜的控制系統，也增加了車輛的購買和維護成本。同時dpf需要定期的清理和維護，防止顆粒物堵塞過濾器。如果再生過程不成功，則需要人工干預，這會增加運營成本。在某些情況下，dpf可能限制發動機的輸出功率，特別是在過濾器開始堵塞時，而這會對車輛的性能產生影響。而為了實現dpf的再生，需要額外的燃油噴射來提高排氣溫度，這又會增加燃油消耗。因此，在柴油發動機系統中，需要對dpf的尺寸、背壓、材料、催化劑涂敷、匹配系統、布置方式等進行權衡折中，以實現整體成本最優。

6、除了dpf這種壁流式濾清器以外，氣旋顆粒物收集器(cpc，cyclone?particulatecollector)也是一種常用的顆粒物過濾裝置，其工作原理基于離心分離技術，當含塵氣體進入收集器時，會沿著螺旋路徑旋轉。由于離心力的作用，較重的顆粒會被拋向收集器的外壁，隨后沉降到底部的集塵斗中，而較輕的氣體則從頂部的出口排出。旋風收集器的設計簡單且維護成本低，使其在多個行業中非常受歡迎，尤其適用于處理大量的高溫或濕潤的氣體。旋風收集器的效率受多種因素影響，包括顆粒的大小、密度、以及氣體的流速和粘度。一般來說，對于較大和較重的顆粒，旋風收集器能提供較高的分離效率。然而，對于那些極細的顆粒物，效率會顯著下降，因此它通常不用于捕捉微小顆粒如煙塵。在柴油發動機系統中，可使用靜電裝置提高碳煙捕捉效率，但該裝置受尾氣中的濕氣影響較大，性能欠佳。

7、需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現思路

1、發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種基于顆粒收集裝置的dpf系統及其控制方法。

2、為了解決上述技術問題，本發明公開了一種基于顆粒收集裝置的dpf系統及其控制方法，所述dpf系統中包括顆粒收集裝置，其中，

3、所述顆粒收集裝置，包括：集聚過濾器af和氣旋顆粒收集器cpc，其中，

4、設置在排氣管下游的集聚過濾器af過濾流經所述排氣管的尾氣中的顆粒物，在所述集聚過濾器af留存的所述顆粒物聚集為更大顆粒后從其中排出；

5、所述集聚過濾器af下游設有氣旋顆粒收集器cpc，用于捕捉和處理從所述集聚過濾器af中排出的顆粒物。

6、進一步的，所述顆粒收集裝置，還包括：

7、與所述氣旋顆粒收集器cpc電性連接的控制器。

8、進一步的，所述集聚過濾器af，具體包括：

9、設置在中空筒狀外殼內，并平行布置的內芯；所述內芯由金屬纖維板和波紋金屬箔組成；

10、其中，所述金屬纖維板和波紋金屬箔間隔平行布置。

11、進一步的，所述金屬纖維板上具有用于過濾所述顆粒物的空隙。

12、進一步的，所述波紋金屬箔為波紋狀結構，將通過的氣流分割為兩個氣流部分，第一氣流部分平行于所述金屬纖維板流動，第二氣流部分沿所述波紋狀結構向上穿過所述金屬纖維板。

13、進一步的，所述氣旋顆粒收集器cpc，包括：

14、中空的倒錐形氣旋筒，所述氣旋筒的上部側面設有與上游流體連接的連接管路；所述氣旋筒的底部設有用于收集顆粒物的顆粒收集桶；

15、所述氣旋筒頂部設有出氣管，所述出氣管下端垂直插入氣旋筒內，上端與下游尾氣處理裝置流體連接。

16、進一步的，所述顆粒收集桶的底部，設有加熱傳感單元，所述加熱傳感單元包括：

17、用于探測所述顆粒收集桶中顆粒物含量的顆粒量傳感器和加熱裝置，所述顆粒量傳感器和加熱裝置分別與所述控制器電性連接。

18、進一步的，所述dpf系統，包括：

19、與上游尾氣流體連接的所述顆粒收集裝置，所述顆粒收集裝置下游通過連接管路與所述柴油顆粒捕捉器dpf的入口端流體連接。

20、進一步的，所述dpf系統，還包括：

21、所述控制器與設置在所述dpf系統上游的上游排溫傳感器電性連接；

22、所述控制器還與設置在所述dpf系統下游的下游排溫傳感器電性連接；

23、所述控制器還與設置在所述柴油顆粒捕捉器dpf兩端的壓差和壓力傳感器電性連接。

24、本發明還提出一種基于顆粒收集裝置的dpf系統的控制方法，采用前述系統實現，包括以下步驟：

25、步驟1，所述顆粒量傳感器采集所述顆粒收集桶中的顆粒物含量，并發送給所述控制器；

26、步驟2，所述控制器判斷所述顆粒物含量與第一閾值、第二閾值和第三閾值的關系，若所述顆粒物含量大于第一閾值，則進入步驟3，若所述顆粒物含量大于第二閾值，則進入步驟4，若所述顆粒物含量大于第三閾值，則進入步驟5；

27、步驟3，所述控制器提示用戶清理所述顆粒收集桶；

28、步驟4，所述控制器發送再生信號，發起所述柴油顆粒捕捉器dpf的再生過程；

29、步驟5，所述控制器啟動所述電加熱裝置，清理所述顆粒收集桶。

30、有益效果：

31、1、本發明提出的系統能減小dpf尺寸和背壓，同時降低再生能耗以及減少對dpf的清灰服務，從而降低系統的整體成本。

32、2、本發明提出的技術方案中，由于dpf只收集小顆粒，并以被動再生為主，dpf再生時間間隔可以延長很多，從而節省油耗。