專利名稱：排氣過濾器再生工況的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排氣過濾器再生工況(regeneration regime)、方法與裝置，例如用于柴油發(fā)動機(jī)的排氣流。
背景技術(shù)：
上述設(shè)備用于除去排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖蚇OX污染物和微粒。
在已知的系統(tǒng)中，通常是通過過濾器實現(xiàn)最有效的煙氣排除。再生捕集器如連續(xù)再生捕集器(CRTs，Continuously Regenerated Traps)的工作原理是將碳煙顆粒保留在陶瓷或硅酮碳化物過濾器中，這種過濾器常被稱為柴油顆粒過濾器(DPF，diesel particulate filter)，該過濾器將碳煙顆粒收集到過濾器蜂巢結(jié)構(gòu)的多孔壁中。過濾器表面內(nèi)的碳煙積累增加了過濾器的背壓，這時就需要對過濾器進(jìn)行再生。
當(dāng)排氣溫度達(dá)到大約600℃以上，排氣流的組分與碳煙發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一種放熱反應(yīng)，使捕集器的溫度提高，碳煙被氧化并被燒掉。有催化劑時可這種再生可以在較低溫度下發(fā)生。
排出氣體和過濾器的溫度對于再生過程十分關(guān)鍵，這就導(dǎo)致這種技術(shù)方案的各種問題。例如，對于某些發(fā)動機(jī)工作周期來說，不可能達(dá)到啟動未經(jīng)幫助的再生反應(yīng)所要求的排氣溫度。
人們已經(jīng)知道在過濾器上游引入催化劑以降低再生溫度，催化劑與上游排出氣發(fā)生反應(yīng)，生成富含NO2的氣體。這一過程刺激了再生燃燒過程，使再生溫度降至大約380℃。但是，存在這種情況在發(fā)動機(jī)工作周期中排氣流溫度根本就不會達(dá)到380℃的再生目標(biāo)溫度，因此需要采用其他方法協(xié)助再生過程。
一種已知的解決方案出現(xiàn)在《采用新型再生方案的輕型車輛微粒收集技術(shù)》中，Zikoridse等著，汽車工程協(xié)會技術(shù)論文編號No.2000-01-1924，該方案中排出氣在進(jìn)入微粒捕集器之前流經(jīng)一具有對流段、其后是輻射段的加熱模組以便提高捕集器溫度。另一已知方案是為過濾器提供局部加熱以提高接近溫度從而啟動再生過程，或是依靠燃料添加型催化劑(fuel borncatalyst)。輔助加熱具有缺陷，因為它需要與車輛的車載動力系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的連接，在某些情況下其尺寸不足，無法解決額外負(fù)荷的問題，并且增加了成本和維護(hù)上的困難。另一方面，燃料添加型催化劑的結(jié)果也是一樣，但是，人們越來越關(guān)心在該再生過程中產(chǎn)生的新的排放物。
還有一種已經(jīng)為人所知的解決方案見于名為《一種輕型柴油車輛的NOX吸收器和微粒過濾器的效果演示》的報告，McGill等著，Oakridge國家實驗室，在Windsor Workshop 2001作出，Windsor，安大略省。根據(jù)本報告，可將燃料噴射入排氣系統(tǒng)中進(jìn)行催化重組。但是，如果燃料噴射速率太高就會掠過催化轉(zhuǎn)化器而不發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生不期望的排放物如白煙。
現(xiàn)有的系統(tǒng)還會產(chǎn)生其他問題再生工況嚴(yán)重依賴于溫度，也就是汽車的類型和用途，例如汽車的工作周期。相應(yīng)地，在選擇適合的碳煙過濾系統(tǒng)之前，必需了解發(fā)動機(jī)的工作周期，將排出氣的溫度曲線模型化，從而確保其確實能夠?qū)^濾器進(jìn)行再生。這樣又增加了新的問題，這是因為，舉例而言，在應(yīng)用于公共汽車時，可以依照汽車道路線編制出公共汽車達(dá)到正確再生溫度的溫度趨勢。但是，接著就可能會分配出排氣溫度不足以發(fā)生再生的市內(nèi)路線。具體而言，催化轉(zhuǎn)化器能夠達(dá)到的最佳溫度是在一段空轉(zhuǎn)后接著一段發(fā)動機(jī)高負(fù)荷工作之后。在這種情況下排氣組份已經(jīng)變熱，并且存在用來將燃料氧化的氧氣。但是，如果空轉(zhuǎn)時間延長以至于發(fā)動機(jī)開始冷卻，這樣要保持催化轉(zhuǎn)化器前部的溫度就很困難。特別是在發(fā)動機(jī)冷卻的情況下，例如低工作周期工作，用來汽化燃料的熱量被催化轉(zhuǎn)化器的前部帶走。汽化燃料進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器前部，并在那里氧化。產(chǎn)生的熱量被導(dǎo)入催化轉(zhuǎn)化器的前部，又被用來汽化更多的燃料。但是，如果射入過量的燃料就會產(chǎn)生問題，隨著催化轉(zhuǎn)化器前部冷卻導(dǎo)致溫度上升的結(jié)束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明內(nèi)容由權(quán)利要求給出。
本發(fā)明能夠?qū)嵤┻m應(yīng)多種用途和工作周期的控制方案。
以下將結(jié)合對本明的實施例進(jìn)行示例性的詳細(xì)說明。


圖1是展示發(fā)動機(jī)實施根據(jù)本發(fā)明的排氣過濾器再生工況的簡要方塊圖。
圖2是展示在再生工況控制方案中執(zhí)行的步驟流程圖。
圖3是是展示所執(zhí)行的步驟的流程圖。
圖4是展示為了增強(qiáng)再生工況而經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)的方法的簡要方塊圖。
圖5a和圖5b是本發(fā)明的噴射頭的視圖。
圖6是電催化加熱元件的示意圖。
具體實施例方式
總體來說，請參閱圖1，是采用了本發(fā)明的系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)主要部分的方塊圖?？梢钥闯隹諝庥蛇M(jìn)氣岐管10送入，到達(dá)發(fā)動機(jī)12，由此排氣被送入排氣岐管14。然后排氣流經(jīng)過排氣導(dǎo)管16a到達(dá)催化還原器18對CO和HC進(jìn)行還原。經(jīng)過還原的排氣流經(jīng)由排氣導(dǎo)管16b到達(dá)柴油微粒過濾器(DPF)20，在這里微粒物質(zhì)如碳煙被從排氣流中去除，并且排氣流經(jīng)過排氣導(dǎo)管16c。
燃料噴射器22安裝在排氣導(dǎo)管16a中靠近排氣岐管14?；蛘呷剂蠂娚淦?2可直接安裝在排氣岐管14中，以便受益于最高排氣流溫度。經(jīng)過燃料噴射器22計量供給的進(jìn)入排氣流的燃料被催化轉(zhuǎn)化器18氧化，從而提供熱量。該熱量幫助DPF 20的溫度提高到適當(dāng)?shù)乃剑怪軌蚪Y(jié)合存在的氧發(fā)生燃燒。正如下文將要詳細(xì)討論的，溫度得到顯著上升，達(dá)到要求的約550℃，但采用這種方式更好的是達(dá)到650℃到700℃的溫度。溫度超過這一范圍會損壞催化轉(zhuǎn)化器。
該系統(tǒng)還包括再生控制器，可以獨立于發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)24也可以是其組成部分，ECU 24對燃料噴射器22進(jìn)行控制并且還接收來自傳感器26、28、30、32、34、36、38和40的信號，對此下文中將進(jìn)行詳細(xì)說明。ECU 24根據(jù)感測到的信號執(zhí)行燃料噴射器22的燃料噴射方案，以便獲得理想的DPF 20的再生水平。特別是感測到的信號被用來判定從哪里開啟和關(guān)閉燃料噴射，也即何時開始和終止再生過程。當(dāng)檢測到DPF超出預(yù)定的微粒負(fù)荷并且檢測到轉(zhuǎn)換器18內(nèi)與射入燃料開始進(jìn)行催化反應(yīng)的相關(guān)溫度條件時，觸發(fā)燃料噴射。同樣，當(dāng)檢測到微粒負(fù)荷降到預(yù)定的閾值之下或者當(dāng)檢測到的溫度條件不足以支持再生時，將燃料噴射終止。微粒負(fù)荷是作為DPF 20的壓力降和經(jīng)過發(fā)動機(jī)的質(zhì)量流以及檢測到的催化轉(zhuǎn)化器18的溫度的函數(shù)來確定的。ECU 24通過燃料噴射器22對燃料噴射工況進(jìn)行控制，以便確保得到合適的再生水平。特別是燃料噴射被作為催化轉(zhuǎn)化器18的溫度的函數(shù)而得到控制，以便避免未燃燒的燃料通過催化轉(zhuǎn)換器，導(dǎo)致過量射入燃料所引起的有害白煙排放。
此方案的結(jié)果是，提供一種完全由車載組件行控制而不需要操作人員干預(yù)的再生方法，并且可以在任何工作中的汽車工作周期中實現(xiàn)。特別是通過人工地將系統(tǒng)操作溫度提高到大于550℃，確保碳煙被在催化轉(zhuǎn)化器18下游提供的升高排出氣溫度的高壓燃料噴射工況燒盡。如下文將詳細(xì)描述，可根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)以高壓(100巴)或低壓(2巴)噴射燃料。
下文結(jié)合其他優(yōu)選實施例對特定的布置和方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
參閱圖1，具體來說，催化轉(zhuǎn)化器18包含具有載體涂料的堇青石金屬(cordierite metal)或碳化硅材料的高鉑負(fù)荷金屬催化劑，可使CO和HC降低達(dá)95％。DPF 20為碳化硅過濾器，可使大量微粒降低95％并消除幾乎所有可見黑煙。傳感器包含在進(jìn)氣岐管上提供的進(jìn)氣岐管絕對壓力(IMPA)傳感器26和進(jìn)氣岐管絕對溫度(IMTA)傳感器28。發(fā)動機(jī)上或進(jìn)氣岐管處提供有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(ES)傳感器30，對汽缸進(jìn)氣岐管壓力變化進(jìn)行測量，該壓力每次都隨汽缸氣口的打開而波動，因此可代表發(fā)動機(jī)的速度。溫度傳感器31用來感測燃料噴射器22前由發(fā)動機(jī)排氣岐管14排出的排出氣溫度(T1)，另一溫度傳感器32TCI位于催化轉(zhuǎn)化器的進(jìn)入面。傳感器34感測催化轉(zhuǎn)化器18排出面處的氣體溫度(TCO)。傳感器36感測DPF 20進(jìn)口處的壓力，其能夠測量整個DPF相對于大氣壓(即DPF出口的壓力)的壓力降(PDPF)。傳感器40感測排出DPF 20的氣體的溫度。傳感器包含伸入被測量溫度的組件體內(nèi)的細(xì)長探針。傳感器由徑向伸入組件內(nèi)，這樣傳感器的軸向位置可以被精確地確定。例如，當(dāng)有必須獲得組件每個軸端處的溫度時，這一點非常重要。
參考圖2可以更好地理解在執(zhí)行本發(fā)明的控制方案中采用的特定傳感器值和布置。
在方塊200中，ECU監(jiān)測DPF 20上的微粒負(fù)荷Fload是否超出預(yù)定的閾值。Fload的負(fù)荷可由下式得到1.Fload＝c(PDPF*IMTA)/(ES*IMPA)式中c是常數(shù)，可以在開發(fā)系統(tǒng)期間校定或由查找表中得到。
等式1表示整個過濾器的壓力降PDPF、質(zhì)量流和微粒負(fù)荷之間的關(guān)系。隨著過濾器上積碳，PDPF開始增大，直到必需對過濾器執(zhí)行再生以便將碳除去。但是由于PDPF還與經(jīng)過過濾器的氣體的質(zhì)量流成正比關(guān)系，必需將PDPF對排氣質(zhì)量流進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
排氣質(zhì)量流由每個發(fā)動機(jī)活塞沖程的空氣吸入量決定，而空氣吸入量又由進(jìn)氣岐管處的空氣溫度(IMTA)及其絕對壓力(IMPA)及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(ES)決定?？諝獾奈肓侩S著IMPA的升高成比例下降并隨著IMPA和ES的升高成比例上升。這些都在上述等式1中反應(yīng)出來。Fload必需超過以觸發(fā)再生的閾值可表示過濾器的滿微粒負(fù)荷或過濾器的部分微粒負(fù)荷并且既可以作為常數(shù)存儲在控制軟件中也可以在開發(fā)和安裝的過程中校正。
應(yīng)注意到可以采用另一種方式，在該方式中可以對FLOAD進(jìn)行監(jiān)測。例如可以對峰值PDPF進(jìn)行監(jiān)測以便識別出重要趨勢。例如，如果峰值總體上上升，就可以將其認(rèn)定為微粒負(fù)荷已經(jīng)到達(dá)閾值所產(chǎn)生的結(jié)果?？梢詷?biāo)定適當(dāng)?shù)男袨槭怪軌蜻M(jìn)行這種識別。這種情況下由于發(fā)動機(jī)汽缸中排氣閥的開閉造成的PDPF短時間波動可以被忽略，因為只會導(dǎo)出最大值?？梢酝ㄟ^在連續(xù)最大值之間內(nèi)插來構(gòu)建最大值曲線。結(jié)果，不必參考發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就可以確定微粒負(fù)荷。
在方塊202中ECU 24還確定催化轉(zhuǎn)化器18是否處于適合于射入排氣流的燃料發(fā)生燃燒。特別是，由于催化轉(zhuǎn)化器僅會激發(fā)燃料在高于約230℃的高溫下氧化，因此系統(tǒng)輸入和輸出溫度TCO、TCI均超過閾值溫度。如果微粒負(fù)荷和催化轉(zhuǎn)化器溫度都超過了相應(yīng)的閾值，那么在方塊204，ECU開始燃料噴射工況。然后系統(tǒng)將會終止再生過程的觸發(fā)事件。在方塊206中，系統(tǒng)監(jiān)測由上述等式1給出的Fload是否降到低于代表微粒負(fù)荷正確減少的較低閾值。如果降到了該閾值之下，那么在方塊208燃料噴射被終止。該系統(tǒng)還在方塊210中監(jiān)測催化轉(zhuǎn)化器18的溫度下降，這樣射入燃料的燃燒就不會再發(fā)生，結(jié)果燃料噴射就不會被觸發(fā)。特別是系統(tǒng)能夠進(jìn)行監(jiān)測，以便確定TCO和TCI是否降到較低溫度閾值之下，這里該閾值可以與方塊202中觸發(fā)注入燃料的230℃閾值相同。如果這樣，那么在方塊212燃料噴射被再一次中止。由于燃料噴射的中止，就不能夠達(dá)到要求的溫升。應(yīng)注意催化轉(zhuǎn)化器一旦在燃料噴射后隨之處于高溫，即使TCI下降仍有可能保持要求的TCO，這樣理想的是僅僅進(jìn)行監(jiān)測以便確定TCO是否降到該閾值以下?；蛘撸梢钥闯鋈剂蠂娚涔r能夠根據(jù)整個催化轉(zhuǎn)化器的溫度差而變化，從而在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)提供精確的溫度工況反映。
多種原因可引起催化轉(zhuǎn)化器的溫度下降，例如，由于汽車的工作周期。一個具體的例子是如果汽車的發(fā)動機(jī)負(fù)荷下降，排氣溫度也會下降。還可以對溫度TCO進(jìn)行監(jiān)測以便識別出何時催化轉(zhuǎn)化器溫度超出損壞閾值。
作為另一方案，如果TCO偏離系統(tǒng)試圖通過燃料噴射達(dá)到的TCO設(shè)定點來確定再生的終止(下文將詳細(xì)說明)，例如10秒鐘以上超過30℃。
在方塊214，系統(tǒng)還監(jiān)測以便確定是否發(fā)生超時條件。相應(yīng)地，在方塊204開始再生過程就會啟動一計時器，并且如果超過了某一閾值，比如5分鐘，那么在方塊261燃料噴射被再一次終止。
系統(tǒng)還在方塊220進(jìn)行監(jiān)測，確定DPF 20的溫度是否超過了自持閾值。再生過程一經(jīng)觸發(fā)后DPF的溫度就會迅速升高，這樣高TDO表明再生已經(jīng)被啟動并且可以終止燃料噴射。由于再生是一種自持放熱反應(yīng)，因此不再需要燃料噴射，盡管可能期望引入維持再生所必需的燃料水平，例如，低于啟動再生所需要的燃料水平，但又足夠?qū)⑴艢饬鳒囟染S持在期望的水平。
系統(tǒng)還在方塊222進(jìn)行監(jiān)測，確定DPF 20的溫度TDO是否超出了安全工作閾值，例如1000℃。當(dāng)TDO超出了當(dāng)前工作閾值時，燃料噴射和/或再生暫停，并且在方塊224中指示報警條件。
應(yīng)該注意到方塊204的燃料噴射工況最好是受到控制，以便實現(xiàn)最優(yōu)功效和降低排放。特別是發(fā)現(xiàn)，如果加入過多的燃料，燃料就會直接經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器18沒有發(fā)生氧化，導(dǎo)致白煙的產(chǎn)生，并且對催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生一種淬滅效應(yīng)(quenching effect)，使其溫度降低。例如，在230℃的啟動溫度時應(yīng)加入少量燃料，但隨著溫度的升高可以允許較高的燃料噴射速率。合適的控制方案還可參考表1和圖3。
表1

在方塊300中，在燃料噴射工況開始時，TCO設(shè)定點被作為測量值(到達(dá)230℃)設(shè)定。從與表1對應(yīng)的查找表中可以為TCO設(shè)定作為每秒1℃導(dǎo)出對應(yīng)的斜率。結(jié)果燃料噴射得到控制，從而提供以該速率升高的TCO。例如，通過改變?nèi)剂蠂娚涞臄?shù)量或頻率做到這一點。每20毫秒將噴射器打開很短一段時間，噴射器保持打開的時間可以改變，以便符合要求的燃料進(jìn)入排氣的量?？梢詮牧硪徊檎冶碇写_定該時間，例如根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行可校定或者使用反饋手段例如PID(比例、積分、微分)控制算法確定該時間，結(jié)果是燃料噴射的計量供給會得到迅速的配合，使溫度變化率趨于期望值。燃料噴射量可以在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷較高時下降，從而防止不希望發(fā)生的的燃料通過。同樣地，表1可隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷在一額外的因次(dimension)中變化。
系統(tǒng)持續(xù)測量TCO，并在方塊302中監(jiān)測，確定測出的TCO是否符合下一設(shè)定點(從表1中最初為270℃)。如果符合，在方塊304中TCO設(shè)定點被設(shè)定到下一設(shè)定點的值(即270℃)并據(jù)此確定設(shè)定點斜率。在圖中所示的實例中，設(shè)定點斜率增加到每秒2度并且相應(yīng)地計量供給燃料噴射工況以便實現(xiàn)此目的。結(jié)果，可以看出，起初傾斜率緩慢但隨著催化轉(zhuǎn)化器溫度的增加而提高，這樣更多的燃料能夠被氧化。系統(tǒng)還在方塊302中進(jìn)行檢查，確保根據(jù)斜率計量供給的燃料噴射時間不超過可為每個設(shè)定點的值獨立確定的超時周期，如表1中所設(shè)定并設(shè)定為到達(dá)下一設(shè)定點所需的預(yù)定時間或稍長。如果這樣，再生被中止，因為不能維持期望的足以啟動再生的溫度速率上升。
重復(fù)該過程直到TCO達(dá)到其較高溫度位，例如550℃，在這一溫度位應(yīng)該能夠觸發(fā)再生?？梢钥闯鲭S著TCO接近該上限設(shè)定點斜率再次向下以確保避免發(fā)生過沖并降低了產(chǎn)生未燃燒的燃料造成的白煙。當(dāng)設(shè)定點TCO達(dá)到550℃時，可以中止燃料噴射，以便不超過設(shè)定點值。對于再生的發(fā)生屬于自持放熱反應(yīng)的情況來說，上述也許是合適的。然而，當(dāng)再生無法自持、必需通過噴射燃料來保持550℃設(shè)定點即0℃/秒的斜率時，就會產(chǎn)生問題。再次由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷以及溫度TCO決定燃料噴射速率?？梢钥闯?，較高溫度值的超時周期被明顯地再次縮短以避免燃料過量噴射，并為每個步長增加的最大允許時間總和的燃料噴射工況提供最大時間。
結(jié)果，一旦啟動后就開始噴射燃料，使整個催化轉(zhuǎn)化器18實現(xiàn)迅速升溫，以增加再生的成功機(jī)率。通過導(dǎo)出溫度升高(及燃料噴射)速率和催化轉(zhuǎn)化器溫度之的關(guān)系，確保了燃料的噴射速率不致過高，從而避免了可能發(fā)生的燃料直接通過催化轉(zhuǎn)化器導(dǎo)致的由于漏出燃料所產(chǎn)生的有害白煙。如上所討論，可以理解的是可引入額外的參數(shù)以便確定斜率，例如增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因為在高速度下燃料在催化轉(zhuǎn)化器中的持續(xù)時間將被減少，就好比需要降低燃料噴射速率。還可以在整個催化轉(zhuǎn)化器長度上不同點對催化轉(zhuǎn)化器的溫度進(jìn)行監(jiān)測，以便實現(xiàn)燃料噴射速率的最優(yōu)化。
還可以根據(jù)已知的最大噴射速率采用另一種燃料噴射速率方案。設(shè)定燃料噴射速率使其不產(chǎn)生燃料漏過或超過最大溫度。下面的等式中給出了燃料噴射最大速率2.FR＝100*FRES*FRT1*FRTCI*FRTCOFR是在特定工作條件下的最終燃料噴射速率(毫升/秒)。FRES是針對測出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的燃料噴射速率。FRT1是針對發(fā)動機(jī)排氣岐管溫度的燃料噴射速率。FRTCI是針對TCI的燃料噴射速率。FRTCO是針對TCO的燃料噴射速率。
因此，最終的燃料噴射量取決于發(fā)動機(jī)排氣岐管處的工作溫度、整個催化轉(zhuǎn)化器的溫度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)接近催化轉(zhuǎn)化器的最大工作溫度時，最終燃料噴射速率逐漸減小。這樣即使在發(fā)動機(jī)工作時在發(fā)動機(jī)狀態(tài)發(fā)生迅速改變期間也能夠得到希望的受控的溫升速率。
由查找表確定的針對這些參數(shù)的燃料速率被輸入ECU 24，以便適合汽車的類型和應(yīng)用。下面是一些查找表的例子，表中的每個參數(shù)都是根據(jù)汽車的類型和應(yīng)用、發(fā)動機(jī)尺寸或其他任何適用參數(shù)導(dǎo)出的。
表2




從上面的等式2可知當(dāng)表2中的一個或多個參數(shù)為零時，最終的燃料噴射速率也為零。這樣就提供了一種故障自動防護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)條件不是最有利于再生時就不會噴射燃料。
由表2可以看出，在發(fā)動機(jī)大工作量并且發(fā)動機(jī)中心溫度較高隨后進(jìn)入怠速時，典型地將最大燃料速率在發(fā)動設(shè)置為最高。怠速時排出氣的氧含量高，能夠燃燒較大量的燃料。最大燃料噴射曲線在催化轉(zhuǎn)化器的前端和尾端都分別為最佳溫度TCI和TCO時達(dá)到峰值，并且如果催化轉(zhuǎn)化器溫度太高燃料噴射量就會降低，以防止損壞催化轉(zhuǎn)化器。還有，如上文所述，燃料噴射只有在過濾器背壓Fload超出閾值時才啟動。可將該Fload參數(shù)作為二元1或0乘積項輸入等式2，從而提供又一個故障安全機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn)對于高壓燃料噴射，舉例來說，100棒規(guī)(bar gauge)十分有效，可以在排氣岐管和排氣流中產(chǎn)生最有效的彌散和霧化作用。50赫茲的噴射重復(fù)率允許合適的控制度。在一般情況下排出氣的氧含量足夠允許再生，不過，如果有必要，當(dāng)然還可以采取額外的措施確保催化劑中存在有足夠的氧。
或者，如圖5a的側(cè)視圖和圖5b的端視圖所示，可使用壓縮機(jī)(圖中未示)以通常的2巴的壓力向噴射頭22的進(jìn)氣口70提供空氣。噴射頭徑向地安裝在導(dǎo)管16a中的排氣流中，位于傳感器32和催化轉(zhuǎn)化器的進(jìn)入面之間，并且噴射頭將燃料按徑向方向?qū)驅(qū)?zhǔn)并垂直于導(dǎo)管中排氣的流動方向。對燃料進(jìn)行計量供給，例如使用Rietschle Thomas UK Ltd提供的蠕動泵(圖中未示)，或其他任何種類的能夠隨時按要求對鄰近排風(fēng)口54的燃料噴出點52提供恒定的按毫升/分鐘計量供給的泵。蠕動泵被具有高步進(jìn)精度的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動，以便能夠?qū)θ剂纤俾蔬M(jìn)行細(xì)調(diào)。
工作時，壓縮空氣由進(jìn)氣口70進(jìn)入噴射頭22，燃料由進(jìn)油口72進(jìn)入噴射頭?？諝夂腿剂辖?jīng)由分立的通道74、76分別進(jìn)行出口54、52?？諝夂腿剂显谂懦鳇c的結(jié)合部混合。在優(yōu)選實施例中，燃料流動結(jié)束后空氣流仍然保持一小段時間，比如5秒鐘，以確保所有殘余燃料都被彌散。這種安排確保燃料被流經(jīng)排風(fēng)孔的空氣流所引起的迅猛空氣湍流霧化和彌散，同時使燃料能夠以按毫升計向催化轉(zhuǎn)化器輸送。還有，空氣僅作為彌散燃料的手段，而不是用來推進(jìn)燃料。對應(yīng)的低壓工作確保被壓縮空氣夾帶并在導(dǎo)管中混合的燃料不會以高速經(jīng)過轉(zhuǎn)化器噴射從而達(dá)到較高的溫度TPF，這樣顯然會產(chǎn)生極大的爆炸危險。還有可以將燃料直接由已有的燃料線或油槽噴射，不需要附加存儲槽。
應(yīng)該明白還可以通過保持汽車工作和再生工況的歷史記錄來改進(jìn)系統(tǒng)的工作。例如，可以通過各種方式將其用來改進(jìn)控制方案。例如，可能會觀察到在更高或更低的催化轉(zhuǎn)化器溫度下再生更為有效，這樣可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)觸發(fā)點?；蛘撸赡軙^察到更多或更低的DPF壓力降對應(yīng)再生的完成或啟動，這樣可以相應(yīng)地修改燃料噴射工況。還有，可以對上文結(jié)合表1和表2討論的特定燃料噴射速率方案進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如，可以通過調(diào)節(jié)設(shè)定點步長值、預(yù)期的燃燒速率或是燃料噴射量對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。還有，系統(tǒng)可以確認(rèn)出燃料噴射水平、催化轉(zhuǎn)化器溫度和溫升之間的關(guān)系，從而能夠更為快捷地實現(xiàn)預(yù)期斜率。還有，從存儲的工作表現(xiàn)歷史記錄中還可以導(dǎo)出額外的信息。例如，當(dāng)汽車頻率采用一個或多個特定工作周期時，系統(tǒng)就可以從汽車工作參數(shù)中識別出之些工作周期之一正在被輸入，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)控制方案。例如，當(dāng)某一工作周期涉及排氣周期的劇烈上升，那么就引起較為不密集的燃料噴射工況。
更為常見可以看出斜率隨著溫度設(shè)定點和溫度中點之差靠近設(shè)定點上限和下限而反向變化。相應(yīng)地可以通過，例如，選擇一個不在溫度設(shè)定點上下限正中的“中點”和引入合適的常數(shù)得到更為復(fù)雜的斜率工況?？梢愿鶕?jù)記載的再生工況歷史數(shù)據(jù)對每個周期進(jìn)行調(diào)整?；蛘?，可以提供一個更為復(fù)雜的同樣可以動態(tài)調(diào)整的查找表。
參見圖4，進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，該圖中與其他圖中相同的參考標(biāo)號代表相同的部分。特別是可以看出到達(dá)燃料噴射器22的燃料線400包括一個空腔部402，包繞或經(jīng)過含有來自散熱器或發(fā)動機(jī)室的循環(huán)熱水的區(qū)域。這樣送至燃料噴射器22的燃料利用廢熱得到預(yù)熱，更容易達(dá)到高溫。
圖6展示了又一改進(jìn)，電加熱器60被放置于催化轉(zhuǎn)化器18前端面18緊前方。加熱器60到催化轉(zhuǎn)化器18的主要傳熱方法是輻射。這樣較利用排出氣對流傳熱更為有效，因為要使排出氣溫度顯著升高需要消耗大量的能量。
更進(jìn)一步的提高是對加熱器60的表面進(jìn)行催化。較低功率的加熱器(500W)能夠顯著地使溫度升到高于排氣溫度。因此有可能使加熱器表面的催化材料達(dá)到即使發(fā)動機(jī)在怠速時仍使其具有活性的溫度。該熱量隨之提供給催化轉(zhuǎn)化器18的前端使其實現(xiàn)主溫升。一附加的溫度傳感器64位于加熱器附近，用來允許對加熱器的電量和/或根據(jù)等式2射入的燃料量進(jìn)行控制，從而防止過熱導(dǎo)致的對催化涂層造成的損壞。
對于本發(fā)明實施中為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的部分，這里不再詳細(xì)說明。例如任何合適的壓力、溫度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器都可使用，任何合適的噴射器都可在改進(jìn)后用于排氣岐管。系統(tǒng)可以由指定的或現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)控制單元在上文所述的控制方法和算法的軟件或硬件支持下得到控制?？刂扑惴ㄊ峭ㄟ^微控制器和具有適當(dāng)?shù)挠赡M輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字邏輯實現(xiàn)。如果保持汽車的性能歷史檔案(performance history)，可以將上述內(nèi)容以任何適當(dāng)?shù)男问酱鎯υ贓CU或任何地方的存儲器中。
上述設(shè)置方案的結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的撓性排氣過濾器再生工況控制，與汽車類型或工作周期無關(guān)，從而能夠進(jìn)行迅速有效地再生，同時將排放物降至最低。還有，可以隨時按需執(zhí)行再生，而不是只能在預(yù)定的高效窗口期間執(zhí)行。
應(yīng)該理解，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何合適的發(fā)動機(jī)或燃料類型，并且燃料噴射可以發(fā)生在排氣流中任何適合的部分。上述的方法可以用于描述任何合適的依賴于溫度的排氣處理工況或其他依靠燃料噴射的溫度提升機(jī)構(gòu)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)燃料調(diào)整、燃料噴射速率或燃料噴射脈動時間、燃料噴射壓力變化或燃料類型變化對燃料噴射進(jìn)行計量供給。此外，可以使用合適的感測到的發(fā)動機(jī)和排氣流組件的工作參數(shù)和任何合適的傳感器和噴射器實現(xiàn)控制。
權(quán)利要求
1.一種控制排氣過濾器再生工況的方法，將燃料噴射到排氣流中并結(jié)合催化處理元件以便提高排氣流溫度，該方法包含以下步驟根據(jù)排氣流溫度對燃料噴射進(jìn)行計量供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中所述的燃料噴射是通過控制下列之一來進(jìn)行計量供給燃料噴射速率、燃料噴射脈動持續(xù)時間、燃料噴射量、燃料噴射壓力變化、噴射燃料類型變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中所述的排氣流溫度包含所述排氣流在所述催化處理元件出口處的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中所述的燃料噴射是根據(jù)排出氣離開發(fā)動機(jī)時的溫度和排出氣在所述催化處理元件入口處的溫度來進(jìn)行進(jìn)一步的計量供給。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其包含以下步驟當(dāng)過濾器負(fù)荷超過某一初始值時，啟動向所述排氣流內(nèi)的燃料噴射。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中所述的燃料噴射在發(fā)生下列任一情況時被終止過濾器負(fù)荷降到預(yù)定的決定閾值、催化處理元件的溫度降到某一決定閾值之下或超出某一決定閾值之上、或者是再生工況周期超出了某一時間閾值。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其還包含以下步驟記錄再生工況歷史并根據(jù)該歷史記錄修改所述再生工況。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其還包含以下步驟利用汽車廢熱對待噴射的燃料進(jìn)行預(yù)熱。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中所述的燃料在被噴射到排氣流中之前在噴射頭中與壓縮空氣混合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制排氣過濾器再生工況的方法，其中在終止提供壓縮空氣之前的預(yù)定時間終止向所述噴射頭提供燃料。
11.一種觸發(fā)排氣過濾器再生工況的方法，其包含以下步驟獲取過濾器負(fù)荷值作為過濾器壓力與排氣質(zhì)量流的函數(shù)，并在該過濾器負(fù)荷超過某一預(yù)定值時觸發(fā)再生工況。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸發(fā)排氣過濾器再生工況的方法，其包含以下步驟在觸發(fā)所述排氣過濾器再生工況時啟動向所述排氣流內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。
13.一種觸發(fā)排氣過濾器再生工況的方法，其包含以下步驟監(jiān)測過濾器壓力峰值，從所述被監(jiān)測的峰值中確認(rèn)出過濾器負(fù)荷超過預(yù)定值的時間并觸發(fā)再生工況。
14.一種觸發(fā)排氣過濾器再生工況的方法，在該工況中結(jié)合催化處理元件將燃料噴射到排氣流中并以便提高排氣流溫度，該方法包含以下步驟獲取催化處理元件溫度值并在獲取的溫度超過一預(yù)定值時觸發(fā)所述再生工況。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的觸發(fā)排氣過濾器再生工況的方法，其還包含以下步驟獲取過濾器負(fù)荷值作為過濾器壓力與排氣質(zhì)量流的函數(shù)，并在該過濾器負(fù)荷超過某一預(yù)定值時觸發(fā)所述再生工況。
16.一種控制排氣過濾器再生工況的方法，其包含以下步驟執(zhí)行排氣流溫度控制方案；監(jiān)測排氣流溫度和至少一個控制參數(shù)的變化；獲取排氣流溫度變化與所述控制參數(shù)之間的相關(guān)性，并根據(jù)得到的相互關(guān)系調(diào)節(jié)溫度控制方案。
17.一種排氣過濾器再生裝置，其包含布置在排氣流導(dǎo)管中的燃料噴射器和用來控制所述燃料噴射器以便執(zhí)行前述任一權(quán)利要求中所述的方法的控制器。
18.一種排氣過濾器再生裝置，其包含排氣流導(dǎo)管和安裝于其內(nèi)并向排氣流方向噴射燃料的燃料噴射器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述燃料噴射器包括燃料輸入通道和空氣輸入通道，每個通道都具有輸出端，空氣和燃料通道的輸出端位于燃料噴射輸出端并互相鄰近。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述的燃料輸入通道與燃料泵連接，所述空氣輸入通道與壓縮機(jī)連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述的燃料泵是蠕動泵。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述的壓縮機(jī)在2-200巴的壓力范圍內(nèi)工作。
23.根據(jù)權(quán)利要求17到22中任一權(quán)利要求所述的排氣過濾器再生裝置，其具有位于催化處理元件排出氣輸入面之前的電加熱器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述電加熱器由催化處理元件形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求17到24中任一權(quán)利要求所述的排氣過濾器再生裝置，其中所述的燃料噴射器直接由汽車燃料箱或燃料管路吸取燃料。
26.根據(jù)權(quán)利要求17到25中任一權(quán)利要求所述的排氣過濾器再生裝置，其還包含排氣過濾器組件和在該組件內(nèi)徑向延伸的傳感器。
27.根據(jù)權(quán)利要求17到26中任一權(quán)利要求所述的排氣過濾器再生裝置，其還包含燃料導(dǎo)管，用以向所述燃料噴射器提供燃料，所述燃料導(dǎo)管被任意形式的廢熱預(yù)熱。
28.一種發(fā)動機(jī)或汽車，其包括如權(quán)利要求17到27中任一權(quán)利要求所述的裝置。
29.一種計算機(jī)程序，其包含一系列被配置為用來實現(xiàn)權(quán)利要求1到16中任一權(quán)利要求所述方法的指令集。
30.一種計算機(jī)，其按照根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機(jī)程序的指令工作。
31.一種發(fā)動機(jī)控制單元，其被配置為用來實現(xiàn)權(quán)利要求1到16中任一權(quán)利要求所述的方法。
32.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲有用以實現(xiàn)權(quán)利要求1到16中任一權(quán)利要求所述的方法的指令集。
33.一種如本說明書中結(jié)合附圖所述的方法或裝置。
全文摘要
一種排氣過濾器再生工況，在過濾器(20)中觸發(fā)放熱反應(yīng)燒除微粒負(fù)荷，使過濾器(20)再生。為了得到合適的再生溫度，將燃料注入排氣流并在與催化轉(zhuǎn)化器(18)接觸時發(fā)生氧化?？刂乒r包含根據(jù)排氣流溫度對燃料噴射進(jìn)行計量供給以便提供不依賴于發(fā)動機(jī)工作周期的撓性控制工況。
文檔編號F01N11/00GK1934338SQ200580008337
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者I·H·拉特克里夫, J·S·派克, N·S·臺斯特, M·霍而特, S·R·諾亞克斯 申請人:派若般有限公司