一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统及方法

1.本发明涉及内燃机节能技术领域，具体为一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统及方法。


背景技术：

2.柴油机以其良好的经济性和动力性，广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。但其固有的燃烧会导致其尾气排放问题较为严重，其中最主要的排放物就是颗粒物(particulate matter,pm)，对人体和环境造成较为严重影响。
3.作为国六排放法规要求的柴油机排气后处理技术之一，柴油机颗粒补集器(dpf)因其对柴油机排气中颗粒物的高效净化而受到广泛推广，但其净化率会受到柴油机高温排气的严重影响，主要表现为柴油机排气温度过高会导致dpf净化率下降。这是由于dpf在进行颗粒物捕集过程中，其内壁会由于颗粒物的吸附而形成碳层，且dpf的净化率会随着碳层的增加呈现出先增加后基本维持不变的趋势；然而，过高的排气温度会导致碳层发生氧化(再生反应)并随排气排出，进而导致dpf净化率下降。因此，降低柴油机排气温来控制再生反应的发生，使得dpf内部的碳层厚度始终保持在其工作性能最佳时所对应的碳层厚度，成为提高dpf净化率的一种有效方法。
4.另外，相关研究表明，在柴油机热力平衡中，约有30-45％的能量以高温排气的形式流失；有机朗肯循环(orc)作为一种柴油机排气余热回收技术，不仅能够高效回收柴油机排气能量，而且能够降低排气温度。因此，将其用于回收柴油机排气能量能够提高其热效率。但在实际运用过程中，在dpf上加装orc系统势必会引起排气背压的升高，近而造成柴油机自身动力性和经济性的下降。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统及方法，将orc系统中的蒸发器与dpf耦合为一体，既避免了加装orc导致的柴油机排气背压的升高，又通过orc降低了柴油机排气温度，使得dpf内部的碳层厚度始终保持在其工作性能最佳时所对应的碳层厚度，实现了对再生反应的控制，进而保证其净化率。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统，包括柴油机系统、有机朗肯循环系统、耦合组件和控制系统；
8.所述柴油机系统包括柴油机、氧化催化转化器和第一排气管路；
9.所述耦合组件包括耦合为一体的蒸发器和柴油机颗粒补集器，所述蒸发器包括蒸发器壳体和蒸发器翅片，所述蒸发器翅片布置在所述柴油机颗粒补集器上，所述蒸发器壳体设有排气入口、排气出口、有机工质入口和有机工质出口；
10.所述有机朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、有机工质储液罐、工质泵、有机工质管路和第二排气管路；
11.所述控制系统包括变频器、控制单元、第一温度传感器、质量流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和第二温度传感器；
12.所述柴油机与所述氧化催化转化器的入口连通，所述氧化催化转化器的出口通过所述第一排气管路与所述排气入口连通；使得所述柴油机的原排气先经所述氧化催化转化器净化后，随后进入所述柴油机颗粒补集器，通过所述蒸发器翅片和所述柴油机颗粒补集器的壁面进行换热；所述第二排气管路安装于所述排气出口后，与所述柴油机颗粒补集器的出气口连通，使得经所述柴油机颗粒补集器净化后的排气直接排到大气中；
13.所述有机工质入口通过所述有机工质管路依次连接所述工质泵、所述有机工质储液罐、所述冷凝器和所述膨胀机后与所述有机工质出口连通，以实现有机工质在所述有机朗肯循环系统中的循环流动；
14.所述膨胀机与所述发电机同轴连接，以实现机械能到电能的转换；所述变频器与所述工质泵通过电导线连接；所述控制单元通过电导线与所述变频器、所述第一温度传感器、所述质量流量传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器连接以控制其运行，所述第一温度传感器、所述质量流量传感器和所述第一压力传感器设于所述氧化催化转化器和所述柴油机颗粒补集器之间，所述第二压力传感器和所述第二温度传感器设于所述第二排气管路处。
15.一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，柴油机开始运行时，第一温度传感器和质量流量传感器分别测量流出氧化催化转化器的排气温度信号、质量流量信号并传输至控制单元，控制单元根据排气温度进行判断并输出相应指令：
16.当氧化催化转化器的排气温度大于柴油机颗粒补集器的再生温度t
rec
时，柴油机颗粒补集器具备再生条件，此时有机朗肯循环系统主要用于温度控制；随后对是否启动有机朗肯循环系统做进一步判断，控制单元分别采集第一压力传感器和第二压力传感器的信号，根据以下公式计算压差并进行判断：
17.δp＝p
1-p218.式中，δp为柴油机排气经过柴油机颗粒补集器前后的压差，mpa；p1为柴油机排气流入柴油机颗粒补集器时的压力，mpa；p2为柴油机排气流出柴油机颗粒补集器时的压力，mpa。
19.进一步地，当控制单元控制工质泵工作，且压差δp大于柴油机颗粒补集器净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器需要进行再生，不启动有机朗肯循环系统；
20.当柴油机排气从第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，由于有机朗肯循环系统不运行，进入柴油机颗粒补集器的排气不发生降温，进而导致柴油机颗粒补集器再生反应自发进行。
21.进一步地，当控制单元不喷油或排气背压小于柴油机颗粒补集器净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器不需要进行再生，此时有机朗肯循环系统启动去调控排气温度并回收排气能量；
22.当柴油机排气从第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，由于有机朗肯循环系统运行，进入柴油机颗粒补集器的柴油机排气通过蒸发器翅片和柴油机颗粒补集器的壁面与有机工质进行换热降温，随后经第二排气管路排出，柴油机颗粒补集器再生反应不发生。
23.进一步地，当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器与有机工质进行换热时，控制单元根据以下公式计算出柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值；
24.t
out(exh)
＝t
90(scr)
25.式中，t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器的排气出口温度目标值，k；t
90(scr)
为安装于柴油机颗粒补集器后方的选择性催化还原系统的起燃温度，k，数值查表获得；
26.随后由以下公式计算得到柴油机排气放热量；
[0027][0028]
式中，c
p(exh)
为柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器前的温度，由第一温度传感器测得，k；t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器的排气出口温度目标值，k；
[0029]
分别由以下两个公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量；
[0030][0031]
式中，δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片表面积与柴油机颗粒补集器外壁面积之和，m2；
[0032][0033]
式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，数值由蒸发器数据获得；
[0034]
进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：
[0035][0036]
式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；
[0037]
最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元通过变频器输出并调节工质泵转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；
[0038][0039]
式中，为有机工质的质量流量，kg/s；c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；
[0040]
随后由第二温度传感器测量柴油机颗粒补集器出口的排气温度实际值并传输至控制单元，控制单元以柴油机颗粒补集器的出口排气温度计算值为目标值，进一步调节工质泵转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器的出口排气温度实际值趋
近于目标值；有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器，经冷凝器冷凝为液态后流回有机工质储液罐，进行下一个循环。
[0041]
进一步地，当柴油机排气温度小于柴油机颗粒补集器的再生温度时，柴油机颗粒补集器不具备再生条件，此时有机朗肯循环系统直接启动且仅用于回收排气能量；
[0042]
当柴油机排气经第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，排气在柴油机颗粒补集器中通过壁面和蒸发器翅片与有机工质进行换热，随后经第二排气管路排出，柴油机颗粒补集器再生反应不发生；
[0043]
当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器进行换热时，控制单元将柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值设置为排气酸露点温度423k；随后由以下公式计算得到柴油机排气放热量；
[0044][0045]
式中，c
p(exh)
为柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器前的温度，由第一温度传感器测得，k；t
out(exh)
为柴油机排气经蒸发器换热后的温度，数值取排气酸露点温度423k；
[0046]
分别由以下两个公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量；
[0047][0048]
式中，δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片表面积与柴油机颗粒补集器外壁面积之和，m2；
[0049][0050]
式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，由蒸发器数据获得；
[0051]
进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：
[0052][0053]
式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；
[0054]
最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元通过变频器输出并调节工质泵转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；
[0055][0056]
式中，为有机工质的质量流量，kg/s；c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；t
out(ref)
为
有机工质经蒸发器换热后的温度，k；
[0057]
随后由第二温度传感器测量柴油机颗粒补集器出口的排气温度实际值并传输至控制单元，控制单元以柴油机排气酸露点温度值为目标值，进一步调节工质泵转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器出口温度实际值趋近于目标值，有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器，经冷凝器冷凝为液态后流回有机工质储液罐，进行下一个循环。
[0058]
技术方案的原理及有益效果是：
[0059]
1、本发明在dpf的基础上耦合加装了orc系统，能够高效回收柴油机排气能量，进而提高能量转换效率；
[0060]
2、加装orc系统会导致柴油机排气背压的升高，进而会造成柴油机自身动力性和经济性的下降。因此，本发明将orc系统中的蒸发器与dpf耦合为一体，能够避免加装orc引起的柴油机排气背压升高；
[0061]
3、dpf的净化率会随着碳层的增加呈现出先增加后基本维持不变的趋势，而过高的排气温度会导致碳层发生氧化(再生反应)并随排气排出，进而导致其净化率下降。因此，当dpf的净化率未达到最大时，本发明通过orc系统对柴油机排气进行降温，进而控制再生反应的发生，进而保证其净化率。
附图说明
[0062]
图1为本发明一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的的整体结构示意图；
[0063]
图2为本发明一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统耦合组件的结构示意图。
[0064]
附图中的对应标记的名称为：
[0065]
柴油机1、氧化催化转化器2、耦合组件3、柴油机颗粒补集器3-1、蒸发器壳体3-2、蒸发器翅片3-3、排气入口3-4、排气出口3-5、有机工质入口3-6、有机工质出口3-7、膨胀机4、发电机5、冷凝器6、有机工质储液罐7、工质泵8、变频器9、控制单元10、第一排气管路11-1、第二排气管路11-2、有机工质管路12、第一温度传感器13、质量流量传感器14、第一压力传感器15、第二压力传感器16、第二温度传感器17。
具体实施方式
[0066]
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
[0067]
如图1和图2所示，一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统，包括柴油机系统、有机朗肯循环系统、耦合组件3和控制系统；
[0068]
柴油机系统包括柴油机1、氧化催化转化器2和第一排气管路11-1；
[0069]
耦合组件3包括耦合为一体的蒸发器和柴油机颗粒补集器3，蒸发器包括蒸发器壳体3-2和蒸发器翅片3-3，蒸发器翅片3-3布置在柴油机颗粒补集器3上，蒸发器壳体3-2设有排气入口3-4、排气出口3-5、有机工质入口3-6和有机工质出口3-7；
[0070]
有机朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机4、发电机5、冷凝器6、有机工质储液罐7、工质泵8、有机工质管路12和第二排气管路11-2；
[0071]
控制系统包括变频器9、控制单元10、第一温度传感器13、质量流量传感器14、第一压力传感器15、第二压力传感器16和第二温度传感器17；
[0072]
柴油机1与氧化催化转化器2的入口连通，氧化催化转化器2的出口通过第一排气管路11-1与排气入口3-4连通；使得柴油机1的原排气先经氧化催化转化器2净化后，随后进入柴油机颗粒补集器3，通过蒸发器翅片3-3和柴油机颗粒补集器3的壁面进行换热；第二排气管路11-2安装于排气出口3-5后，与柴油机颗粒补集器3的出气口连通，使得经柴油机颗粒补集器3化后的排气直接排到大气中；
[0073]
有机工质入口3-6通过有机工质管路12依次连接工质泵8、有机工质储液罐7、冷凝器6和膨胀机4后与有机工质出口3-7连通，以实现有机工质在有机朗肯循环系统中的循环流动；
[0074]
膨胀机4与发电机5同轴连接，以实现机械能到电能的转换；变频器9与工质泵8通过电导线连接；控制单元10通过电导线与变频器9、膨胀机4、第一温度传感器13、质量流量传感器14、第一压力传感器15、第二压力传感器16和第二温度传感器17连接以控制其运行，第一温度传感器13、质量流量传感器14和第一压力传感器15设于氧化催化转化器2和柴油机颗粒补集器3之间，第二压力传感器16和第二温度传感器17设于第二排气管路11-2处。
[0075]
一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，柴油机1开始运行时，第一温度传感器13和质量流量传感器14分别测量流出氧化催化转化器2的排气温度信号、质量流量信号并传输至控制单元10，控制单元10根据排气温度进行判断并输出相应指令：
[0076]
当氧化催化转化器2的排气温度大于柴油机颗粒补集器3-1的再生温度t
rec
时，柴油机颗粒补集器3-1具备再生条件，此时有机朗肯循环系统主要用于温度控制；随后对是否启动有机朗肯循环系统做进一步判断，控制单元10分别采集第一压力传感器15和第二压力传感器16的信号，根据以下公式计算压差并进行判断：
[0077]
δp＝p
1-p2[0078]
式中，δp为柴油机排气经过柴油机颗粒补集器3-1前后的压差，mpa；p1为柴油机排气流入柴油机颗粒补集器3-1时的压力，mpa；p2为柴油机排气流出柴油机颗粒补集器3-1时的压力，mpa；
[0079]
当控制单元10控制工质泵8工作，且压差δp大于柴油机颗粒补集器3-1净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器3-1需要进行再生，不启动有机朗肯循环系统；
[0080]
当柴油机排气从第一排气管路11-1流入柴油机颗粒补集器3-1时，由于有机朗肯循环系统不运行，进入柴油机颗粒补集器3-1的排气不发生降温，进而导致柴油机颗粒补集器3-1再生反应自发进行。
[0081]
当控制单元10不喷油或排气背压小于柴油机颗粒补集器3-1净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器3-1不需要进行再生，此时有机朗肯循环系统启动去调控排气温度并回收排气能量；
[0082]
当柴油机排气从第一排气管路11-1流入柴油机颗粒补集器3-1时，由于有机朗肯循环系统运行，进入柴油机颗粒补集器3-1的柴油机排气通过蒸发器翅片3-3和柴油机颗粒补集器3-1的壁面与有机工质进行换热降温，随后经第二排气管路11-2排出，柴油机颗粒补集器3-1再生反应不发生。
[0083]
当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器3-1与有机工质进行换热时，控制单元10首先根据以下公式计算出柴油机颗粒补集器3-1的出口排气温度目标值；
[0084]
t
out(exh)
＝t
90(scr)
[0085]
式中，t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器3-1的排气出口温度目标值，k；t
90(scr)
为安装于柴油机颗粒补集器3-1后方的选择性催化还原系统的起燃温度，k，数值查表获得。
[0086]
随后根据以下公式计算得到柴油机排气放热量；
[0087][0088]
式中，c
p(exh)
为柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器3-1前的温度，由第一温度传感器测得，k；t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器3-1的排气出口温度目标值，k；
[0089]
分别由以下两个公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量；
[0090][0091]
式中，k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片3-3表面积与柴油机颗粒补集器3-1外壁面积之和，m2；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；
[0092][0093]
式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，数值由蒸发器数据获得；
[0094]
进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：
[0095][0096]
式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；
[0097]
最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元10通过变频器输出并调节工质泵8转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；
[0098][0099]
式中，为有机工质的质量流量，kg/s；c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度；
[0100]
随后由第二温度传感器17测量柴油机颗粒补集器3-1出口的排气温度实际值并传输至控制单元10，控制单元10根据柴油机颗粒补集器3-1的出口排气温度目标值，进一步调节工质泵8转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器3-1的出口排气温度实际值趋近于目标值；有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机4膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器6，经冷凝器6冷凝为液态后流回有机工质储液罐7，进行下一
个循环。
[0101]
当柴油机排气温度小于柴油机颗粒补集器3-1的再生温度时，柴油机颗粒补集器3-1不具备再生条件，此时有机朗肯循环系统直接启动且仅用于回收排气能量；
[0102]
当柴油机排气经第一排气管路11-1流入柴油机颗粒补集器3-1时，排气在柴油机颗粒补集器3-1中通过壁面和蒸发器翅片3-3与有机工质进行换热，随后经第二排气管11-2路排出，柴油机颗粒补集器3-1再生反应不发生；
[0103]
当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器3-1进行换热时，控制单元10将柴油机颗粒补集器3-1的出口排气温度目标值设置为排气酸露点温度423k；随后由以下公式计算得到柴油机排气放热量；
[0104][0105]
式中，c
p(exh)
为柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器14测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器3-1前的温度，由第一温度传感器13测得，k；t
out(exh)
为柴油机排气经蒸发器换热后的温度，数值取排气酸露点温度423k；
[0106]
分别由以下两个公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量；
[0107][0108]
式中，k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片3-3表面积与柴油机颗粒补集器3-1外壁面积之和，m2；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；
[0109][0110]
式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，由蒸发器数据获得；
[0111]
进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：
[0112][0113]
式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；
[0114]
最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元10通过变频器9输出并调节工质泵转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；
[0115][0116]
式中，c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；为有机工质的质量流量，kg/s；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度，k；t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度；
[0117]
随后由第二温度传感器17测量柴油机颗粒补集器3-1出口的排气温度实际值并传输至控制单元10，控制单元10根据柴油机颗粒补集器3-1出口的排气温度目标值，进一步调节工质泵8转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器3-1出口温度实际值趋近于目标值，有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机4膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器6，经冷凝器冷6凝为液态后流回有机工质储液罐7，进行下一个循环。
[0118]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统，其特征在于：包括柴油机系统、有机朗肯循环系统、耦合组件和控制系统；所述柴油机系统包括柴油机、氧化催化转化器和第一排气管路；所述耦合组件包括耦合为一体的蒸发器和柴油机颗粒补集器，所述蒸发器包括蒸发器壳体和蒸发器翅片，所述蒸发器翅片布置在所述柴油机颗粒补集器上，所述蒸发器壳体设有排气入口、排气出口、有机工质入口和有机工质出口；所述有机朗肯循环系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、有机工质储液罐、工质泵、有机工质管路和第二排气管路；所述控制系统包括变频器、控制单元、第一温度传感器、质量流量传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和第二温度传感器；所述柴油机与所述氧化催化转化器的入口连通，所述氧化催化转化器的出口通过所述第一排气管路与所述排气入口连通；使得所述柴油机的原排气先经所述氧化催化转化器净化后，随后进入所述柴油机颗粒补集器，通过所述蒸发器翅片和所述柴油机颗粒补集器的壁面进行换热；所述第二排气管路安装于所述排气出口后，与所述柴油机颗粒补集器的出气口连通，使得经所述柴油机颗粒补集器净化后的排气直接排到大气中；所述有机工质入口通过所述有机工质管路依次连接所述工质泵、所述有机工质储液罐、所述冷凝器和所述膨胀机后与所述有机工质出口连通，以实现有机工质在所述有机朗肯循环系统中的循环流动；所述膨胀机与所述发电机同轴连接，以实现机械能到电能的转换；所述变频器与所述工质泵通过电导线连接；所述控制单元通过电导线与所述变频器、所述第一温度传感器、所述质量流量传感器、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器连接以控制其运行，所述第一温度传感器、所述质量流量传感器和所述第一压力传感器设于所述氧化催化转化器和所述柴油机颗粒补集器之间，所述第二压力传感器和所述第二温度传感器设于所述第二排气管路处。2.根据权利要求1所述的一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，其特征在于：柴油机开始运行时，第一温度传感器和质量流量传感器分别测量流出氧化催化转化器的排气温度信号、质量流量信号并传输至控制单元，控制单元根据排气温度进行判断并输出相应指令：当氧化催化转化器的排气温度大于柴油机颗粒补集器的再生温度t
rec
时，柴油机颗粒补集器具备再生条件，此时有机朗肯循环系统主要用于温度控制；随后对是否启动有机朗肯循环系统做进一步判断，控制单元分别采集第一压力传感器和第二压力传感器的信号，根据以下公式计算压差并进行判断：δp＝p
1-p2式中，δp为柴油机排气经过柴油机颗粒补集器前后的压差，mpa；p1为柴油机排气流入柴油机颗粒补集器时的压力，mpa；p2为柴油机排气流出柴油机颗粒补集器时的压力，mpa。3.根据权利要求2所述的一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，其特征在于：当控制单元控制工质泵工作，且压差δp大于柴油机颗粒补集器净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器需要进行再生，不启动有机朗肯循环系统；
当柴油机排气从第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，由于有机朗肯循环系统不运行，进入柴油机颗粒补集器的排气不发生降温，进而导致柴油机颗粒补集器再生反应自发进行。4.根据权利要求2所述的一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，其特征在于：当控制单元不喷油或排气背压小于柴油机颗粒补集器净化率达到最大时所对应的最小碳层厚度下所测得的柴油机排气压差p时，柴油机颗粒补集器不需要进行再生，此时有机朗肯循环系统启动去调控排气温度并回收排气能量；当柴油机排气从第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，由于有机朗肯循环系统运行，进入柴油机颗粒补集器的柴油机排气通过蒸发器翅片和柴油机颗粒补集器的壁面与有机工质进行换热降温，随后经第二排气管路排出，柴油机颗粒补集器再生反应不发生。5.根据权利要求2所述的一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，其特征在于：当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器与有机工质进行换热时，控制单元根据以下公式计算出柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值；t
out(exh)
＝t
90(scr)
式中，t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器的排气出口温度目标值，k；t
90(scr)
为安装于柴油机颗粒补集器后方的选择性催化还原系统的起燃温度，k，数值查表获得；随后根据以下公式计算得到柴油机排气放热量；式中，c
p(exh)
柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器前的温度，由第一温度传感器测得，k；t
out(exh)
为柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值，k；由以下公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质的吸热量；；式中，δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；为柴油机排气放热量，kw；k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片表面积与柴油机颗粒补集器外壁面积之和，m2；式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，数值由蒸发器数据获得；进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；
最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元通过变频器输出并调节工质泵转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；式中，为有机工质的质量流量，kg/s；c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；随后由第二温度传感器测量柴油机颗粒补集器出口的排气温度实际值并传输至控制单元，控制单元根据柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值，进一步调节工质泵转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器的出口排气温度实际值趋近于目标值；有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器，经冷凝器冷凝为液态后流回有机工质储液罐，进行下一个循环。6.根据权利要求2所述的一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统的调控方法，其特征在于：当柴油机排气温度小于柴油机颗粒补集器的再生温度时，柴油机颗粒补集器不具备再生条件，此时有机朗肯循环系统直接启动且用于回收排气能量；当柴油机排气经第一排气管路流入柴油机颗粒补集器时，排气在柴油机颗粒补集器中通过壁面和蒸发器翅片与有机工质进行换热，随后经第二排气管路排出，柴油机颗粒补集器再生反应不发生；当柴油机排气进入柴油机颗粒补集器进行换热时，控制单元将柴油机颗粒补集器的出口排气温度目标值设置为排气酸露点温度423k；随后由以下公式计算得到柴油机排气放热量；式中，c
p(exh)
为柴油机排气的比定压热容，数值查表获得，kj/(kg
·
k)；为柴油机排气的质量流量，由质量流量传感器测得，kg/s；t
in(exh)
为柴油机排气进入柴油机颗粒补集器前的温度，由第一温度传感器测得，k；t
out(exh)
为柴油机排气经蒸发器换热后的温度目标值，数值取排气酸露点温度423k；分别由以下两个公式分别计算得到有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差和有机工质吸热量；式中，δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；k为蒸发器的换热系数，查表获得，kw/(m2·
k)；a为蒸发器的换热面积，即蒸发器翅片表面积与柴油机颗粒补集器外壁面积之和，m2；式中，为有机工质吸热量，kw；为柴油机排气放热量，kw；η
evap
为蒸发器的换热效率，由蒸发器数据获得；进而由以下公式计算得到有机工质经蒸发器换热后的温度：
式中，t
out(ref)
为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；δt为有机工质与柴油机排气之间的对流换热温差，k；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；最后由以下公式计算得到有机工质的质量流量目标值，控制单元通过变频器输出并调节工质泵转速信号使得有机工质质量流量达到目标值；式中，为有机工质的质量流量，kg/s；c
p(ref)
为有机工质的比定压热容，查表获得，kj/(kg
·
k)；t
in(ref)
为有机工质进入蒸发器前的温度，数值取环境温度300k；t
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为有机工质经蒸发器换热后的温度，k；随后由第二温度传感器测量柴油机颗粒补集器出口的排气温度实际值并传输至控制单元，控制单元以柴油机排气酸露点温度值为目标值，进一步调节工质泵转速，进而调节排气温度实际值，以实现柴油机颗粒补集器出口温度实际值趋近于目标值，有机工质与柴油机排气换热后进入膨胀机膨胀做功发电对外输出，做功后的乏汽随后流向冷凝器，经冷凝器冷凝为液态后流回有机工质储液罐，进行下一个循环。

技术总结
本发明属于内燃机节能技术领域，公开了一种调控柴油机颗粒补集器再生的系统，包括柴油机系统、有机朗肯循环(ORC)系统、耦合组件和控制系统；柴油机系统包括柴油机、氧化催化转化器和第一排气管路；耦合组件包括耦合为一体的蒸发器和柴油颗粒补集器(DPF)，蒸发器包括蒸发器壳体和蒸发器翅片；本发明将ORC系统中的蒸发器与DPF耦合为一体，既避免了加装ORC导致的柴油机排气背压的升高，又通过ORC降低了柴油机排气温度，使得DPF内部的碳层厚度始终保持在其工作性能最佳时所对应的碳层厚度，实现了对DPF再生反应的控制，进而保证其净化率。进而保证其净化率。进而保证其净化率。


技术研发人员：王崇尧 王欣 葛蕴珊 郝利君 谭建伟 张孟珠 李若楠
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/5/31