一種汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)及再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒物過濾系統(tǒng)及再生方法，特別涉及一種汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)及再生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前我國乘用車迅速增長，已連續(xù)幾年成為世界第一產(chǎn)銷量大國。乘用車大多采用汽油機(jī)，為了節(jié)能環(huán)保，車用汽油機(jī)小型化，采用缸內(nèi)直噴加渦輪增壓是最常見的技術(shù)方案。研宄表明，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的顆粒物排放比安裝顆粒物過濾器的柴油機(jī)的顆粒物排放更高。歐盟已在歐五、歐六排放法規(guī)中將缸內(nèi)直噴汽油機(jī)顆粒物排放納入法規(guī)要求。我國已頒布的國五標(biāo)準(zhǔn)對缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的顆粒物排放也提出嚴(yán)格要求，在即將頒布的國六排放標(biāo)準(zhǔn)，有可能首次將缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的顆粒物數(shù)量排放納入法規(guī)，這樣，很可能在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)上加裝顆粒物過濾器。
[0003]隨著工作時間的加長，顆粒物過濾器上堆積的顆粒物越來越多，將會增加排氣背壓，影響發(fā)動機(jī)的換氣，導(dǎo)致輸出功率降低，油耗增加，如何經(jīng)濟(jì)有效的處理顆粒物過濾器上的顆粒物是顆粒物過濾器技術(shù)的關(guān)鍵。再生方式分為主動再生及被動再生。主動再生指利用外界能量來提高顆粒物過濾器溫度，使顆粒物著火燃燒。被動再生指在一定溫度以上，不借助外界能量，排氣中的某些氧化物，如N02及02等也能自行氧化顆粒物過濾器中的顆粒物，從而實現(xiàn)顆粒物再生的目的。目前柴油機(jī)顆粒物過濾器得到了廣泛的研宄，再生方法多種多樣，包括:發(fā)動機(jī)后噴油，使用燃料燃燒器，使用電阻加熱線圈等。但對于汽油機(jī)，其再生方式與柴油機(jī)不同，由于汽油機(jī)經(jīng)常在當(dāng)量比為I的工況下運行，排氣中的氧含量低，但汽油機(jī)排溫較高，有利于實現(xiàn)被動再生。研宄表明，城市工況下，排溫較低，很難實現(xiàn)充分的被動再生，一定情況下仍然需要主動再生。
[0004]專利(公開號CN102373989A)公開了一種汽油機(jī)顆粒物過濾器再生方式，它采用發(fā)動機(jī)工作在濃混合氣模式下，并且在排氣管中補(bǔ)充空氣，在顆粒物過濾器前加入催化劑，過濃的混合氣會在其中繼續(xù)反應(yīng)升高過濾器的溫度，從而實現(xiàn)顆粒物自燃，實現(xiàn)再生，該系統(tǒng)由于添加了空氣泵回路成本較高。專利(us 2013/0008162 Al)公開了一種汽油機(jī)顆粒物過濾器再生方法，該方法通過讓發(fā)動機(jī)在當(dāng)量空燃比為I的附近震蕩，通過三元催化器中的反應(yīng)來增加排氣溫度，該再生方法面臨再生時間長的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了彌補(bǔ)以上領(lǐng)域的不足，本發(fā)明提供一種汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所提供的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)，主要包括:顆粒物過濾器(2)、三元催化器(I)、壓差傳感器(4)、溫度傳感器(5)和控制模塊；
[0007]所述顆粒物過濾器(2)與三元催化器(I)采用緊耦合布置；所述緊耦合布置，是將顆粒物過濾器(2)的過濾體及三元催化器(I)的基底材料放入同一外殼中；
[0008]所述壓差傳感器(4)通過檢測顆粒物過濾器(2)兩端壓差，用來確定再生時機(jī)；
[0009]所述溫度傳感器(5)監(jiān)測顆粒物過濾器(2)的過濾體溫度，防止再生時出現(xiàn)熱失控；
[0010]所述控制模塊基于流量、溫度、壓差信息確定當(dāng)前顆粒物負(fù)載水平，操作發(fā)動機(jī)進(jìn)行噴油及點火，提升排氣中氧含量及溫度，實現(xiàn)再生。
[0011]所述顆粒物過濾器與汽油機(jī)排氣系統(tǒng)的三元催化器采用緊耦合布置，有利于提高顆粒物過濾器中的溫度，實現(xiàn)大多數(shù)工況下的被動再生，從而降低了主動再生的頻率。
[0012]所述三元催化器(I)中設(shè)置有溫度傳感器出)。該溫度傳感器一方面用來確定排氣體積流量，一方面監(jiān)控三元催化器溫度，防止再生時三元催化器的熱失控。
[0013]所述三元催化器(I)的上游安裝有氧傳感器(7)，下游安裝有氧傳感器(3)。
[0014]本發(fā)明還提供了汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法。
[0015]本發(fā)明所提供的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法，包括:
[0016]確定顆粒物加載水平，確定再生時機(jī)；
[0017]控制模塊推遲發(fā)動機(jī)點火角，并讓發(fā)動機(jī)運行在稀混合氣模式，提高排氣溫度及其中氧含量，使顆粒物燃燒；當(dāng)顆粒物加載水平降低到預(yù)定值時，將發(fā)動機(jī)運行在正常模式下，主動再生終止。
[0018]所述顆粒物加載水平，通過排氣流量，過濾器壓差查表確定。
[0019]所述再生方法進(jìn)一步包括:當(dāng)再生時三元催化器或者顆粒物過濾器達(dá)到一定溫度時，將發(fā)動機(jī)運行在正常模式下。
[0020]所述再生方法進(jìn)一步包括:當(dāng)主動再生結(jié)束，顆粒物過濾器壓差處于高水平時，過濾器出現(xiàn)結(jié)構(gòu)故障或者過濾器老化壽命終止。
【附圖說明】
[0021]圖1為包含本發(fā)明汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的排氣后處理系統(tǒng)。
[0022]圖2為本發(fā)明汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法控制流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明提供的一種包含汽油機(jī)顆粒物過濾器(GPF)的排氣后處理系統(tǒng)，如圖1所示。排氣系統(tǒng)上含有常規(guī)的三元催化器(TWC)l，三元催化器I的下游安裝顆粒過濾器2，顆粒物過濾器2與三元催化器I處于同一外殼中。所述顆粒物過濾器2與三元催化器I采用緊耦合布置；所謂緊耦合布置，是將顆粒物過濾器的過濾體及三元催化器的基底材料放入同一外殼中，這有利于提高顆粒物過濾器中的溫度，實現(xiàn)大多數(shù)工況下的被動再生，從而降低了主動再生的頻率。
[0024]三元催化器I中設(shè)置有溫度傳感器6，顆粒物過濾器2中設(shè)置有溫度傳感器5。顆粒物過濾器2前后設(shè)置有壓差傳感器4?？刂颇K12根據(jù)當(dāng)前排氣系統(tǒng)狀況，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行相關(guān)操作，適時進(jìn)行再生。圖1中還有火花塞8，噴油器9，電子節(jié)氣門11，這些都是控制模塊12在實現(xiàn)再生控制時的執(zhí)行器。
[0025]對于常規(guī)汽油機(jī)，均安裝有進(jìn)氣流量傳感器10，而且在三元催化器I的上游安裝有氧傳感器7測量空燃比，為了診斷三元催化器，在其下游還安裝了氧傳感器3。通過進(jìn)氣流量，空燃比，排氣溫度，可以計算排氣體積流量，這有利于結(jié)合壓差，查表得到顆粒物加載水平。顆粒物加載水平表為排氣體積流量及過濾器壓差的二維表格，提前通過實驗制取。
[0026]該排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)顆粒物的被動再生，三元催化器I 一般采用緊耦合，利用高溫排氣快速起燃。其下游的顆粒物過濾器2的溫度也較高，大多數(shù)情況下能實現(xiàn)顆粒物被動再生，從而大大降低了主動再生的頻率，降低了主動再生的難度及成本。
[0027]圖2為本發(fā)明公開的再生方法的控制流程?？刂颇K首先檢測運行狀態(tài)(步驟201)，主要為壓差、進(jìn)氣流量、GPF溫度，然后推斷顆粒物加載水平(步驟202)，如果需要再生(步驟203)，進(jìn)入步驟205，推遲發(fā)動機(jī)點火，讓發(fā)動機(jī)運行在較稀工況；否則仍然讓發(fā)動機(jī)運行在正常模式(步驟204)。步驟205接下來就使發(fā)動機(jī)排溫升高，當(dāng)達(dá)到預(yù)定排溫，預(yù)定空燃比時(步驟206)，這時可以斷定GPF中的顆粒物自燃，再生進(jìn)行中(步驟207)。再生時，需要時刻監(jiān)視TWC及GPF溫度，防止熱失控(步驟208)，當(dāng)二者有一個超溫時，控制模塊強(qiáng)行將發(fā)動機(jī)運行在正常模式下(步驟209);如果沒有超溫，繼續(xù)GPF的再生(步驟210)。再生過程中判斷顆粒物加載水平(步驟211)，當(dāng)顆粒物加載水平小于預(yù)定值時，再生終止，將發(fā)動機(jī)運行在正常模式(步驟212);若顆粒物加載水平大于預(yù)定值，則需要判斷再生時間(步驟213)，若不大于預(yù)定值，則繼續(xù)進(jìn)入步驟206，繼續(xù)再生。若再生時間大于預(yù)定值，最大的可能是GPF中有一定的不可燃燒的灰分累積，導(dǎo)致設(shè)置的再生結(jié)束的顆粒物加載水平過低，需要增大該值(步驟214)，若增大后沒有超過預(yù)先設(shè)定的代表GPF徹底老化的值(步驟215)，則繼續(xù)跳入步驟206 ;否則認(rèn)為GPF徹底老化或者發(fā)生其他嚴(yán)重故障(步驟216)，并提供給發(fā)動機(jī)報警信號，需要人工去維修GPF。
[0028]步驟205中發(fā)動機(jī)運行在較稀工況指發(fā)動機(jī)當(dāng)量空燃比在1-1.1之間，太稀的混合氣不利于排氣溫度的提高，而且可能增加碳?xì)渑欧拧？梢酝ㄟ^適當(dāng)增大電子節(jié)氣門開度或者減少噴油來實現(xiàn)。但再生時，為了不影響車輛功率，考慮到推遲點火引起的扭矩降低，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量和噴油量都應(yīng)增加，只是發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量增加的比例更大。
【主權(quán)項】
1.一種汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)，主要包括:顆粒物過濾器(2)、三元催化器(I)、壓差傳感器(4)、溫度傳感器(5)和控制模塊； 所述顆粒物過濾器(2)與三元催化器(I)采用緊耦合布置；所述緊耦合布置，是將顆粒物過濾器(2)的過濾體及三元催化器(I)的基底材料放入同一外殼中； 所述壓差傳感器(4)通過檢測顆粒物過濾器(2)兩端壓差，用來確定再生時機(jī)； 所述溫度傳感器(5)監(jiān)測顆粒物過濾器(2)的過濾體溫度，防止再生時出現(xiàn)熱失控； 所述控制模塊基于流量、溫度、壓差信息確定當(dāng)前顆粒物負(fù)載水平，操作發(fā)動機(jī)進(jìn)行噴油及點火，提升排氣中氧含量及溫度，實現(xiàn)再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)，其特征在于:所述三元催化器(I)中設(shè)置有溫度傳感器(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)，其特征在于:所述三元催化器(I)的上游安裝有氧傳感器(7)，下游安裝有氧傳感器(3)。
4.汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法，包括: 確定顆粒物加載水平，確定再生時機(jī)； 控制模塊推遲發(fā)動機(jī)點火角，并讓發(fā)動機(jī)運行在稀混合氣模式，提高排氣溫度及其中氧含量，使顆粒物燃燒；當(dāng)顆粒物加載水平降低到預(yù)定值時，將發(fā)動機(jī)運行在正常模式下，主動再生終止。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法，其特征在于:所述顆粒物加載水平，通過排氣流量，過濾器壓差查表確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法，其特征在于:所述再生方法進(jìn)一步包括:當(dāng)再生時三元催化器或者顆粒物過濾器達(dá)到一定溫度時，將發(fā)動機(jī)運行在正常模式下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)的再生方法，其特征在于:所述再生方法進(jìn)一步包括:當(dāng)主動再生結(jié)束，顆粒物過濾器壓差處于高水平時，過濾器出現(xiàn)結(jié)構(gòu)故障或者過濾器老化壽命終止。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)及再生方法。本發(fā)明所公開的汽油機(jī)顆粒物過濾系統(tǒng)，主要包括：顆粒物過濾器(2)、三元催化器(1)、壓差傳感器(4)、溫度傳感器(5)和控制模塊。該過濾系統(tǒng)的顆粒物過濾器與三元催化器采用緊耦合布置，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)工況下的顆粒物的被動再生。當(dāng)檢測到顆粒物過濾器顆粒物加載水平過大時，控制模塊啟動主動再生，主要通過讓發(fā)動機(jī)運行在偏稀混合氣工況，并且推遲點火來讓排氣升溫，從而使顆粒物燃燒，達(dá)到再生目的。
【IPC分類】F01N3-023, F01N9-00
【公開號】CN104863670
【申請?zhí)枴緾N201510305055
【發(fā)明人】楊世春, 鄧成, 李亞倫, 馬少東
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月5日