阅读说明：本技术 一种颗粒物处理装置及再生方法 (Particulate matter treatment device and regeneration method ) 是由 周明辉 程勇 王永启 于新岳 闫庆忠 王旭 马毓杰 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种颗粒物处理装置及再生方法,装置包括：废气分配阀；第一颗粒捕捉器,一端与废气分配阀的另一端连接；第二颗粒捕捉器,一端与第一颗粒捕捉器的另一端连接,一端还与废气分配阀的另一端连接；发热体以及控制单元。再生方法包括：控制单元获取第一采集设备采集的第一数据；确定达到再生标准；驱动发热体进行发热。控制单元通过第一数据以及第二数据对再生过程中,废气的流量以及发热体的加热量进行实时调控,保证了再生过程中,载体不会因温度过高损坏。通过第一颗粒捕捉器再生释放热量触发并维持第二颗粒捕捉器的再生,使得两者同时进行再生这一过程可控,提高了单位载体体积载碳量阈值,减少了再生频率,降低了再生过程能耗。(The application discloses particulate matter processing apparatus and regeneration method, the device includes: an exhaust gas distribution valve; a first particle trap, one end of which is connected with the other end of the exhaust gas distribution valve; one end of the second particle catcher is connected with the other end of the first particle catcher, and the other end of the second particle catcher is also connected with the other end of the waste gas distribution valve; a heating element and a control unit. The regeneration method comprises the following steps: the control unit acquires first data acquired by first acquisition equipment; determining that a regeneration standard is met; the heating element is driven to generate heat. The control unit regulates and controls the flow of the waste gas and the heating quantity of the heating body in real time in the regeneration process through the first data and the second data, and ensures that the carrier cannot be damaged due to overhigh temperature in the regeneration process. The first particle catcher is used for regenerating and releasing heat to trigger and maintain the regeneration of the second particle catcher, so that the process of regenerating the first particle catcher and the second particle catcher simultaneously is controllable, the carbon carrying amount threshold of unit carrier volume is improved, the regeneration frequency is reduced, and the energy consumption in the regeneration process is reduced.)

一种颗粒物处理装置及再生方法

技术领域

本申请涉及机械领域，具体涉及一种颗粒物处理装置及再生方法。

背景技术

柴油发动机的排放的废气中主要包含碳氢化合物、一氧化碳、颗粒物和氮氧化物，如果将其直接排放到空气中，会对空气造成污染。因此，在柴油发动机后通常连接有废气处理装置，对废气进行相应处理后再将其排放至空气中。在废气处理装置中，碳氢化合物和一氧化氮主要由氧化催化转化器(DOC)去除，颗粒物主要由颗粒捕捉器(Diesel ParticulateFilter，DPF)过滤。

在颗粒物经过DPF时，会堆积在DPF的孔道内。当颗粒物积累到一定量的时候，需要通过一定的方式将DPF内的颗粒物去除掉，该过程称为DPF再生。主动再生DPF的孔道内的颗粒物起燃通常需要600℃以上的温度，而一般排放废气的温度难以达到该温度，因此需要外部热源提供热量，以使DPF内的温度达到DPF再生的温度。

现有技术针中，颗粒物处理装置主要分为单体式和双体式两种。其中，单体式只包含有一个DPF以及再生装置，而双体式包含有两个DPF以及再生装置，组成两套相互独立的颗粒物处理系统。双体式结构的处理装置在DPF再生时，可以根据发动机的工作状况调整废气分配阀的开度，控制流入两套处理系统中废气的流量，从而控制再生过程中的热氛围。

但是上述现有技术中仍存在以下问题：单体式颗粒物处理装置在低排温、大流量条件下，实现再生能耗较大，且再生过程无法有效的热管理，易发生热失控现象。双体式颗粒物处理装置需要两套相互独立的处理系统，每套处理系统中设置需要单独的DPF再生装置以及相应的传感器等元件，不仅提高了成本，而且使得整个废气处理装置结构复杂、可靠性差、能耗高。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种颗粒物处理装置，包括：废气分配阀，所述废气分配阀的一端与废气输入端连接，所述废气分配阀用于将废气全部或部分的输入至第一颗粒捕捉器；第一颗粒捕捉器，所述第一颗粒捕捉器的一端与所述废气分配阀的另一端连接；第二颗粒捕捉器，所述第二颗粒捕捉器的一端与所述第一颗粒捕捉器的另一端连接，所述第二颗粒捕捉器的一端还与所述废气分配阀的另一端连接，所述第二颗粒捕捉器的另一端与废气输出端连接；发热体，所述发热体用于，在废气被输入至所述第一颗粒捕捉器之前，加热所述废气；控制单元，所述控制单元与所述发热体和所述废气分配阀电连接，用于驱动所述发热体发热，所述控制单元还用于通过所述废气分配阀控制流入所述第一颗粒捕捉器和第二颗粒捕捉器的废气的流量。

在一个示例中，所述装置还包括：排气通道，所述排气通道内设置有所述第一颗粒捕捉器、所述第二颗粒捕捉器；第一连接管道，所述第二颗粒捕捉器与所述废气分配阀之间通过所述第一连接管道连接。

在一个示例中，所述第一连接管道在所述排气通道内具有第一伸入段，所述第一伸入段朝向所述第二颗粒捕捉器的一侧设置有开孔。

在一个示例中，所述排气通道包括第一段排气通道和第二段排气通道，所述第一颗粒捕捉器设置在第一段排气通道内，所述第二颗粒捕捉器设置在所述第二段排气通道内，所述第一段排气通道和所述第二段排气通道之间通过第二连接管道连接。

在一个示例中，所述第一段排气通道和第二段排气通道为并列结构。

在一个示例中，所述第二连接管道在所述第二段排气通道内具有第二伸入段，所述第二伸入段朝向所述第二颗粒捕捉器的一侧设置有开孔。

在一个示例中，所述第一颗粒捕捉器与所述第二颗粒捕捉器中的载体材质不同。

另一方面，本申请还提供了一种根据上述颗粒物处理装置的再生方法，所述方法包括：控制单元获取第一采集设备采集的第一数据，其中，所述第一数据与颗粒捕捉器载碳量相关；根据所述第一数据以及预设的再生阈值，确定达到再生标准；驱动发热体进行发热，以使经过所述发热体加热后的废气，依次通过第一颗粒捕捉器、与所述第一颗粒捕捉器连接的第二颗粒捕捉器，对所述第一颗粒捕捉器和所述第二颗粒捕捉器进行再生。

在一个示例中，所述方法还包括；控制单元获取第二采集设备采集的第二数据，其中，所述第二数据与颗粒捕捉器载碳量相关；根据所述第二数据以及预设的停止阈值，确定达到停止标准；停止驱动发热体，以停止再生。

在一个示例中，所述第二采集设备包括温度传感器，所述第二数据包括所述第一颗粒捕捉器输入端的温度、所述第二颗粒捕捉器输出端的温度、所述第一颗粒捕捉器和第二颗粒捕捉器之间的温度。

通过本申请提出标定方式能够带来如下有益效果：

颗粒物处理装置的两个颗粒捕捉器之间为串联的关系，仅需要一套用于再生的装置，即可完成对两个颗粒捕捉器之间的再生，简化了装置本身的结构，降低了成本。

由于控制单元可以实时获取第一数据和第二数据，因此可以通过该第一数据以及第二数据对再生过程中，废气的流量以及发热体的加热量进行实时调控，保证了再生过程中，载体不会因温度过高损坏。

通过第一颗粒捕捉器再生释放热量触发并维持第二颗粒捕捉器的再生，使得两者同时进行再生这一过程可控，提高了单位载体体积载碳量阈值，减少了再生频率，降低了再生过程能耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中一种一段式颗粒物处理装置剖面示意图；

图2为本申请实施例中另一种一段式颗粒物处理装置剖面示意图；

图3为本申请实施例中一种两段式颗粒物处理装置剖面示意图；

图4为本申请实施例中另一种两段式颗粒物处理装置剖面示意图；

图5为本申请实施例中一种废气分配阀结构示意图；

图6为本申请实施例中另一种废气分配阀结构示意图；

图7为本申请实施例中一种颗粒物处理装置的再生方法的流程示意图；

其中，1、输入端，2、废气分配阀，3、排气通道，301、第一段排气通道，302、第二段排气通道，303、第二连接管道，304、第二伸入段，4、输出端，5、第一颗粒捕捉器，6、第二颗粒捕捉器，7、发热体，8、第一连接管道，801、第一伸入段，901、第一温度传感器，902、第二温度传感器，903、第三温度传感器，10、第一氧化催化转化器，11、第二氧化催化转化器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

颗粒物处理装置，通常是废气处理装置中的一部分，用于对废气中的颗粒物进行过滤。本申请实施例中的颗粒物处理装置可以用在对柴油发动机产生的废气处理，也可以用在对其他类别气体的处理，在此不做限定。为方便描述，本申请实施例中以对废气进行处理为例进行解释说明。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本申请实施例提供一种颗粒物处理装置，该装置包括：废气分配阀2、第一颗粒捕捉器5、第二颗粒捕捉器6、发热体7和控制单元。

废气分配阀2的一端与废气输入端1连接。这里的废气输入端1指的是，废气输入进废气分配阀2的一端，也是废气输入至本申请实施例中的颗粒物处理装置的一端。当柴油发动机工作时会产生废气，而废气分配阀2的一端与相应的设备连接，废气即可输入至废气分配阀2中。例如，直接与柴油发动机连接，或通过相应的设备连接，在此不做限定。废气分配阀2用于将废气全部或部分的输入至第一颗粒捕捉器5，以使第一颗粒捕捉器5对该部分或全部废气进行过滤。

第一颗粒捕捉器5的一端与废气分配阀2的另一端连接，用于将废气分配阀2输入的废气过滤。第二颗粒捕捉器6的一端与第一颗粒捕捉器5的另一端连接的同时，还与废气分配阀2的另一端连接。第二颗粒捕捉器5的另一端与废气输出端4连接。这里的废气输出端4指的是，废气经过过滤后，从本申请实施例中的颗粒物处理装置输出的一端。

发热体7用于在废气被输入至第一颗粒捕捉器5之前，对废气进行加热。当对颗粒捕捉器进行再生时，需要发热体7对废气加热至一定温度，才能使废气进入颗粒捕捉器后，将堆积在颗粒捕捉器的孔道内的颗粒物燃烧。在本申请实施例中，因为从第一颗粒捕捉器5经过的废气会经过第二颗粒捕捉器6，因此发热体7只需要在废气输入至第一颗粒捕捉器5之间将废气加热，即可实现对第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6的再生。发热体7的位置可以设置在废气分配阀2与第一颗粒捕捉器5之间，可以设置在废气分配阀2上，也可以设置在废气分配阀2远离第一颗粒捕捉器5的一端，只要是能够在废气被输入至第一颗粒捕捉器5之前加热废气即可，在此不对发热体7的位置做进一步限定。

控制单元与发热体7和废气分配阀2电连接，用于根据颗粒捕捉器的工作状态，驱动发热体7进行发热，以控制进行颗粒捕捉器再生。控制单元还用于通过废气分配阀2，控制流入第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6的废气的流量。

在本申请实施例中的颗粒物处理装置工作时，若是控制单元通过控制废气分配阀2，将全部的废气输入至第一颗粒捕捉器5，那么此时经过第一颗粒捕捉器5过滤后的废气可以通过第二颗粒捕捉器6后直接排出，第二颗粒捕捉器6此时也可以进行二次过滤。若是控制单元通过控制废气分配阀2，只将部分的废气输入至第一颗粒捕捉器5，那么这部分废气可以通过第二颗粒捕捉器6后排出，而剩余部分的废气则会进入第二颗粒捕捉器6，由第二颗粒捕捉器6过滤后排出。当然，若是颗粒物处理装置在第二种工作方式下，可以在废气分配阀2的控制下，使经过第一颗粒捕捉器5过滤的部分废气的流量大于剩余部分废气的流量，以便于维持颗粒物处理装置内气流的稳定性。

在一个实施例中，颗粒物处理装置还包括排气通道3和第一连接管道8，排气通道3内设置有第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6，第一连接管道8用于连接第二颗粒捕捉器6和废气分配阀2。

如图1所示，排气通道3可以只包含一段结构，该结构可以是矩体、柱体等结构，在此不做限定。另外，排气通道3的两端还可以根据相应的结构设置相应的入口张角，以实现颗粒捕捉器内部气流的均匀。通常情况下，根据实际的情况，入口扩张角在安装允许的条件下越小越好。

如图3所示，排气通道3也可以为两段式结构，包括第一段排气通道301和第二段排气通道302，第一颗粒捕捉器5设置在第一段排气通道301内，第二颗粒捕捉器6设置在第二段排气通道302内，第一段排气通道301和第二段排气通道302之间通过第二连接管道303连接。由于在不同的设备或车辆中，用于安装颗粒物处理装置的安装空间也不同。因此，可以将排气通道设置为两段式结构，以适应不同的安装空间。

具体地，第一段排气通道301和第二段排气通道302的轴向可以是在同一条直线上，即在一段式的结构上将排气通道进行延长。当然，也可以如图3所示，将第一段排气通道301和第二段排气通道302设置为并列结构。此时这两段排气通道在轴向上可以平行，也可以具有一定夹角，在此不做限定。需要说明的是，图3仅为本申请实施例中一种结构的示意图，其他的本领域内技术人员容易想到的两段式结构的排气通道均可纳入本申请实施例的保护范围中，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图2和图4所示，第一连接管道8在排气通道3内具有第一伸入段801，第二连接管道303在第二段排气通道302中具有第二伸入段304，且第一伸入段801和第二伸入段304在朝向第二颗粒捕捉器6一侧设置有开孔。第一连接管道8和第二连接管道303在相应的排气通道中设置有伸入段，并且该伸入段在朝向第二颗粒捕捉器6的一侧设置有开孔，可以使废气通过连接管道进入排气通道后，直接进入第二颗粒捕捉器6中，以便于后续的过滤或排出过程。并且只在侧面设置有开孔，也可以使废气在流通时更加均匀，避免了对从第一颗粒捕捉器5出来的废气产生的气流的阻碍。

伸入段在伸入排气管道时，可以只将伸入段沿排气管道的径向，从排气管道的一端伸入至排气管道内部，此时伸入段的长度小于排气管道的直径。也可以将伸入段沿排气管道的径向，从排气管道的一侧伸入至排气管道的另一侧，此时伸入段的长度等于排气管道的直径。当伸入段从一侧伸入至另一侧时，不仅可以保证排气管道的稳固性，而且可以更灵活的设置开孔的位置。伸入段伸入排气管道的位置可以根据实际情况，从排气管道的入口端到出口端之间进行设置，在此不做进一步限定。

另外，伸入段的开孔可以是单独的一个开孔，也可以是多个开孔，在此不做限定。由于颗粒物处理装置在工作时，废气在流动过程中会产生较大的噪音，因此通常会安装相应的消音设备，例如小孔消音器或微孔消音器等。由于最后的消音效果与开孔的数量、位置、直径大小以及流场分布等数据都有关，因此可以根据实际产品的要求，对开孔的数量、位置和直径大小等参数做出相应的调整，在此不再赘述。当然，各开孔的总流通面积应不小于连接管道的截面面积，以此保证不会增加排气阻力。

在一个实施例中，颗粒物处理装置还包括若干个氧化催化转化器，组成废气处理装置。例如，包括两个氧化催化转化器，分别为设置在第一颗粒捕捉器5与废气分配阀2之间的第一氧化催化转化器10，设置在第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6之间的第二氧化催化转化器11。在颗粒捕捉器之前设置氧化催化转化器，能够用于去除未燃的碳氢化合物及一氧化碳。

在一个实施例中，第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6中的载体采用不同的材质。在颗粒捕捉器中，主要起到过滤颗粒作用的是其中的颗粒捕捉器载体，即DPF载体。而不同材质的载体，对颗粒捕捉器后颗粒物分布状态、再生过程热状态、压降性能等都有不同的影响。故而可以根据具体的需要，结合使用要求以及成本等灵活的作出选择。其中，载体的材质主要包括陶瓷基、金属基以及复合基。陶瓷基包括堇青石、碳化硅、硅结合碳化硅、钛酸铝、莫来石等，金属基包括烧结多孔金属、金属丝网、泡沫合金、金属纤维毡等。

在一个实施例中，发热体的加热方式可以是电加热，即由通电的加热管对废气进行加热，加热管的形状可以为盘状或相应形状，在此不做限定。发热体也可以为电热丝，通过将电热丝放入颗粒捕捉器内部，将废气进行加热。当然，发热体的加热方式还可以为微波加热、红外加热、燃烧器加热等方式，在此不再赘述。

在一个实施例中，废气分配阀可以是组合式或单体式结构。例如，如图5所示，为单体式废气分配阀，通过控制阀门，例如可调蝶阀，来控制流向第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6的废气的流量。如图6所示，为组合式废气分配阀，通过控制各自对应的阀门，来控制流量第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6的废气的流量。其中，图5和图6中的箭头指的是废气的流通方向，相对应的标识指的是废气的来源或去向。由于在颗粒捕捉器再生时，工况波动会导致排气流量、排气温度以及排气中的含氧量等参数波动，这会影响到再生过程的稳定性。此时，废气分配阀可以通过控制废气的流量分配，保证颗粒捕捉器再生时氧化物供给，以及带走氧化反应放出的热量，并且也防止了载体因热失控温度超过许用温度烧融。通过废气分配阀可以保证颗粒捕捉器在合适的热氛围及氧含量的状态下，稳定的进行再生过程。

在一个实施例中，本申请实施例中所提到的颗粒捕捉器中，部分或全部的颗粒捕捉器也可以为催化型颗粒捕捉器，其涂覆有催化剂。在催化剂的作用下，可以降低颗粒物的起燃温度，从600℃左右降低至350℃左右，减少了再生时所需要的温度。可以根据实际生产的要求，将第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器中的一个或全部的颗粒捕捉器设置为催化型颗粒捕捉器，在此不再赘述。

另一方面，如图7所示，本申请实施例中还提供一种颗粒物处理装置的再生方法，包括：

S101、控制单元获取第一采集设备采集的第一数据，其中，所述第一数据与再生行为相关。

S102、根据所述第一数据以及预设的再生阈值，确定达到再生标准。

通常情况下，只有在颗粒捕捉器内的颗粒物达到一定量的时候，即颗粒捕捉器载碳量达到一定的值，才需要对颗粒捕捉器进行再生。为判断颗粒捕捉器载碳量是否达到阈值，控制单元可以获取第一采集设备采集的第一数据，并根据该第一数据以及预设的再生阈值，判断是否达到再生标准。其中，第一数据与颗粒捕捉器载碳量相关。

具体地，第一数据可以是颗粒捕捉器在上一次再生后运行的时长，第一采集设备可以是计时器或具有相应功能的处理器，再生阈值可以是预设的时长。由于颗粒捕捉器载碳量与其运行的时长呈正相关，因此可以根据颗粒捕捉器在上一次再生后运行的时长来判断其是否需要进行再生。

另外，颗粒捕捉器通常应用在车辆中，而随着车辆油耗的增加，颗粒捕捉器载碳量也会增加，因此也可以根据车辆的油耗来判断是否需要进行再生。此时第一数据可以是在距离上一次再生之间的时长内，车辆的油耗，第一采集设备可以是具有相应功能的传感器或处理器，再生阈值可以是预设的油耗量。

当然，由于颗粒捕捉器内颗粒物含量不同时，其两端压差也不同，因此可以根据压差来确定颗粒捕捉器内部颗粒物的量。此时第一采集设备可以是压差传感器，第一数据可以是颗粒捕捉器两端的压差或通过压差计算得到的颗粒捕捉器内颗粒物的量，再生阈值可以是预设的压差值或预设的颗粒物的量。由于上述实施例中的颗粒物处理装置包括第一颗粒捕捉器和第二颗粒捕捉器，因此，第一数据可以包括第一颗粒捕捉器两端的压差和第二颗粒捕捉器两端的压差。

S103、驱动发热体进行发热，以使经过所述发热体加热后的废气，依次通过第一颗粒捕捉器、与所述第一颗粒捕捉器连接的第二颗粒捕捉器，对所述第一颗粒捕捉器和所述第二颗粒捕捉器进行再生。

在确定进行再生后，控制单元控制废气分配阀将部分废气输入至第一颗粒捕捉器，剩余部分输入至第二颗粒捕捉器，然后驱动发热体发热，使加热后的废气通过第一颗粒捕捉器，对第一颗粒捕捉器进行再生。废气经过第一颗粒捕捉器后，再输入至与第一颗粒捕捉器连接的第二颗粒捕捉器，使第二颗粒捕捉器进行再生。废气被发热体加热后，温度通常可以达到600℃，能够满足对第一颗粒捕捉器的再生。而经过第一颗粒捕捉器后，废气温度进一步提升，使得其能满足颗粒捕捉器的再生温度。

在再生过程中，控制单元可以根据来流排气温度、排气流量实时调控发热体的发热温度和废气分配阀的排气分配，使第一颗粒捕捉器和第二颗粒捕捉器维持稳定再生。同时控制再生过程第一颗粒物捕捉器载体最高温度＜1000℃，保证设备的安全稳定运行。

在一个实施例中，控制单元可以获取第二采集设备采集的第二数据，其中，所述第二数据与颗粒捕捉器载碳量相关。然后根据第二数据以及预设的停止阈值，确定达到停止标准后，即可停止驱动发热体，以停止再生。

具体地，由于每次再生过程持续的时长与颗粒捕捉器载碳量呈负相关，而在一定的温度下再生一定时长后，颗粒捕捉器载碳量即可下降到不影响颗粒捕捉器工作的程度，此时即可停止再生。因此第二采集设备可以是计时器或具有相应计时功能的处理器，第二数据可以是再生持续的时长，停止阈值可以是预设的时长。

另外，由于温度是可以准确反映颗粒捕捉器内部是否还在持续氧化放热最直观的参数，随着再生过程中颗粒捕捉器载碳量的降低，氧化放热的剧烈程度也会逐渐下降，而温度也会随之降低。因此第二采集设备可以是温度传感器，而第二数据则为颗粒捕捉器内部的温度，停止阈值则为预设的温度值。例如，如图1至图4所示，颗粒物处理装置内可以包括第一温度传感器901、第二温度传感器902和第三温度传感器903，分别设置在第一颗粒捕捉器5远离第二颗粒捕捉器6一侧、第一颗粒捕捉器5和第二颗粒捕捉器6之间、第二颗粒捕捉器6远离第一颗粒捕捉器5一侧。温度传感器与控制单元电连接，可以将检测到的温度数据传输至控制单元中，以使控制单元根据能够计算得到两个颗粒捕捉器两端的温度数据，确定什么时候可以停止驱动发热体发热，停止再生过程。

由于控制单元可以实时获取第一数据和第二数据，因此可以通过该第一数据以及第二数据对再生过程中，废气的流量以及发热体的加热量进行实时调控，保证了再生过程中，载体不会因温度过高损坏。通过第一颗粒捕捉器再生释放热量触发并维持第二颗粒捕捉器的再生，使得两者同时进行再生这一过程可控，提高了单位载体体积载碳量阈值，减少了再生频率，降低了再生过程能耗。

以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。