專利名稱：用于清潔微粒過濾器的方法以及使用上述方法的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及依據(jù)專利權(quán)利要求1的前序部分的一種用于微粒過濾器再生的方法，該微粒過濾器布置為熱鄰近連接到內(nèi)燃機(jī)的排氣管中的催化劑單元，和依據(jù)專利權(quán)利要求6的前序部分的一種車輛。
背景技術(shù)：
在柴油機(jī)內(nèi)部的燃燒過程中，除了水蒸氣、氮氧化合物和二氧化碳以外，還形成有煙灰微粒。少量的不燃燒的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸家渤霈F(xiàn)了。設(shè)置有微粒過濾器的柴油機(jī)大大的降低了微粒的散發(fā)。然而，微粒過濾器必須或多或少的持續(xù)再生，使其不變滿，并且不導(dǎo)致穿過排氣系統(tǒng)的高壓的下降。為了使微粒過濾器能自動(dòng)的自我再生，需要廢氣溫度在至少250℃并且硫含量少的燃料小于30ppm。然而，當(dāng)柴油機(jī)在低的負(fù)載水平和(或)低的環(huán)境溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，廢氣的溫度通常低于250℃，這將導(dǎo)致在微粒過濾器中煙灰堆積。如果這種工況被允許持續(xù)一段相對較長的時(shí)間，那么在微粒過濾器中煙灰的堆積可能達(dá)到有害的水平。這里描述的有害水平意思是，如果工況隨后發(fā)生改變，過濾器開始再生，那么將有危急的過熱的危險(xiǎn)，結(jié)果導(dǎo)致對過濾器的永久損害。此外，還有廢氣背壓大小威脅到發(fā)動(dòng)機(jī)功能的危險(xiǎn)。
例如，EP 341832說明了一個(gè)包含過濾器的系統(tǒng)，在其中煙灰微粒被吸收。然后，煙灰微粒在二氧化氮環(huán)境中燃燒。二氧化氮是從廢氣中，從布置在過濾器上游的氧化催化劑中的一氧化氮中形成的。EP341832中說明的系統(tǒng)有個(gè)問題是，在廢氣處于低溫的工況下，將煙灰顆粒轉(zhuǎn)化為二氧化碳的能力較低。在這一點(diǎn)上，微粒過濾器的再生需要太多的時(shí)間，這種情況是不適當(dāng)?shù)?，結(jié)果，隨著壓力加速下降，過濾器逐漸變得阻塞。這又導(dǎo)致了不得不頻繁的保養(yǎng)過濾器。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)就是提供一種方法，使微粒過濾器可能有效的再生，并且更加容易的應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)。通過依據(jù)發(fā)明權(quán)利要求1的特征部分的方法來達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。
根據(jù)提出的方法，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下工作，然后布置在排氣系統(tǒng)中的廢氣壓力調(diào)節(jié)器開始起作用的時(shí)候，分配到內(nèi)燃機(jī)的噴射單元不時(shí)地向連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)供給燃料。布置在熱鄰近微粒過濾器的排氣管中的催化劑單元暴露在供給的被氧化的燃料中。在這一點(diǎn)上，微粒過濾器被加熱到這樣一個(gè)溫度，使得煙灰微粒與包含在上述廢氣中的氧氣反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成二氧化碳。噴射單元可以由位于排氣管內(nèi)擁有一個(gè)噴射器的獨(dú)立單元組成，或者由內(nèi)燃機(jī)中存在的噴射系統(tǒng)組成。
為了增大排氣系統(tǒng)中的背壓，背壓可以增加廢氣流的溫度，本發(fā)明利用了廢氣壓力調(diào)節(jié)器能夠在較低的負(fù)荷下使用的事實(shí)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，通過分配到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的噴射器供給燃料。在這種情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的負(fù)荷下工作，廢氣壓力調(diào)節(jié)器起作用，并且在燃料處于不燃燒或僅僅部分燃燒狀態(tài)時(shí)被允許穿越燃燒室進(jìn)入排氣管這樣一個(gè)階段的時(shí)候，燃料采用上述方式供給。這可以通過在相對于正常噴射器的延遲曲柄角位置，也就是在膨脹或排氣行程，供給燃料來達(dá)到。
本發(fā)明也涉及采用上述方法的車輛。


參考附圖，將非常詳細(xì)的說明本發(fā)明，其中圖1是包括裝備有采用依據(jù)本發(fā)明方法再生的微粒過濾器的內(nèi)燃機(jī)的車輛示意圖；圖2是采用依據(jù)圖1的微粒過濾器的渦輪增壓柴油機(jī)的詳細(xì)示意圖，和圖3是再生發(fā)生時(shí)在正常工況下和低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下燃料噴射量的體積流量曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了裝備有內(nèi)燃機(jī)2和聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的變速箱3的車輛1。變速箱有一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)軸4，該輸出驅(qū)動(dòng)軸4通過傳動(dòng)軸5驅(qū)動(dòng)至少一對驅(qū)動(dòng)輪6。在傳統(tǒng)的方式中，車輛1圍繞車架7構(gòu)建，該車架由上述的驅(qū)動(dòng)輪6和優(yōu)選的一組轉(zhuǎn)向輪8支撐。車輛最好包含駕駛室9。
在傳統(tǒng)的方式中，內(nèi)燃機(jī)裝備有排氣系統(tǒng)10，該排氣系統(tǒng)包含連接到發(fā)動(dòng)機(jī)排出口的排氣管11。渦輪12最好布置在排氣系統(tǒng)10中，形成渦輪增壓單元13的一部分，從而機(jī)械的聯(lián)接到布置在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣側(cè)(圖中未示)的壓縮機(jī)14。也可以有一個(gè)渦輪，該渦輪機(jī)械地聯(lián)接回渦輪增壓復(fù)合系統(tǒng)中的內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。
發(fā)動(dòng)機(jī)是柴油機(jī)類型，這是指煙灰微粒是在燃燒過程中形成的。因此，排氣系統(tǒng)裝備有微粒過濾器15。氧化催化劑16布置為熱鄰近微粒過濾器?！盁徉徑币馑际前l(fā)生在氧化催化劑中的反應(yīng)能夠加熱微粒過濾器。為了這個(gè)目的，氧化催化劑通常布置在微粒過濾器的上游和直接鄰近的部分，但是也有可能在催化物質(zhì)遍布過濾體的地方，在共用的軸承結(jié)構(gòu)上將微粒過濾器和氧化催化劑合為一體。
氧化催化劑和微粒過濾器最好設(shè)計(jì)成如EP 341832或EP 835684中所述的。煙灰微粒在微粒過濾器13中被捕獲。在有利的條件下，在氧化催化劑中持續(xù)的將一氧化氮NO轉(zhuǎn)化為二氧化氮NO2。然后，在二氧化氮環(huán)境中發(fā)生煙灰微粒的氧化，煙灰微粒在一個(gè)、幾個(gè)或所有的，或者過程中氧化形成二氧化碳。
由于NOx的含量相對較低，尤其是NO2，然而，為了在發(fā)動(dòng)機(jī)處于低溫和(或)低的負(fù)荷時(shí)完全再生過濾器，這些過程非常緩慢。NO2生成的中斷，比如由于硫化中毒，也會(huì)導(dǎo)致削弱的煙灰燃燒。
煙灰微粒也可以直接與柴油機(jī)廢氣中存在的多余的氧氣O2反應(yīng)，但是這樣做的先決條件是溫度超過大約600℃。這種反應(yīng)比NO2與煙灰反應(yīng)要快十的幾次方，因?yàn)楸Ａ粼诓裼蜋C(jī)廢氣中的氧氣O2的濃度大約比NO2的濃度大十的三次方。如果這個(gè)溫度用于煙灰過濾器的再生，整個(gè)再生可以限制在幾分鐘之內(nèi)。
圖2詳細(xì)描述了內(nèi)燃機(jī)2，該內(nèi)燃機(jī)布置成用于本發(fā)明微粒過濾器的再生。內(nèi)燃機(jī)最好組成用于卡車或公共汽車的驅(qū)動(dòng)單元的一部分。發(fā)動(dòng)機(jī)是直噴式柴油機(jī)是有利的，其中帶有布置在蝸桿上的由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪12和壓縮機(jī)14的渦輪增壓單元13用于壓縮和提供燃燒所用空氣。進(jìn)入的氣體從空氣濾清器17供應(yīng)給增壓器用于壓縮，之后，被壓縮的空氣當(dāng)經(jīng)過中間冷卻器18時(shí)被冷卻，然后被壓縮的空氣被供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管19。
發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣以常規(guī)的方式在排氣歧管11中收集起來，然后傳遞給增壓器13的渦輪12，用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)14。然后，廢氣經(jīng)過廢氣壓力調(diào)節(jié)器20向前傳遞給帶有微粒過濾器15的消聲器單元21。
廢氣壓力調(diào)節(jié)器20本質(zhì)上可以是一種已知類型，包含一個(gè)帶有氣動(dòng)控制的活塞22的活塞閥和一個(gè)安裝在桿的相對端的閥盤23。調(diào)節(jié)的空氣壓力經(jīng)過連接到車輛中包含的空氣壓縮系統(tǒng)的壓縮空氣路線(圖中未示)作用在活塞22上，用來產(chǎn)生用于車輛中附屬設(shè)備的動(dòng)力。
控制單元24，合適的是一個(gè)微處理器，經(jīng)過壓縮空氣路線25連接到廢氣壓力調(diào)節(jié)器20，用于依據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)壓力。這些輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過比如路線26提供給微粒過濾器15。廢氣壓力調(diào)節(jié)器可以通過比如檢測到微粒過濾器中的微粒數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了某個(gè)水平來起作用(啟動(dòng))。另一種選擇是，起作用可以在檢測到微粒過濾器中的壓力下降已經(jīng)達(dá)到某個(gè)水平時(shí)發(fā)生。另一個(gè)變化例是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)是否已經(jīng)在低負(fù)荷下工作了一定的時(shí)間。依靠控制單元24，閥盤因此可以設(shè)置在全開度位置和有效位置之間，在這個(gè)位置，通過閥門與流經(jīng)其中的氣體相互作用確定一個(gè)給定的廢氣壓力。
可以依據(jù)廢氣熱的程度，以不同程度使廢氣壓力調(diào)節(jié)器20起作用。在這一點(diǎn)上，可以測量廢氣溫度，控制廢氣壓力調(diào)節(jié)器，直到獲得想要的溫度。另一種選擇是，利用與當(dāng)前操作點(diǎn)結(jié)合的已知的環(huán)境溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元可以計(jì)算廢氣溫度，然后控制廢氣壓力調(diào)節(jié)器，直到獲得想要的廢氣溫度。
圖3是再生過程中在正常操作和低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下燃料噴射量的體積流量示意圖。以一種專家熟知的方式通過控制單元24控制噴射發(fā)生時(shí)的燃料噴射量和曲軸的角度位置的調(diào)節(jié)。在SAE J1939/71，1996中給出了一個(gè)用于車輛的控制單元的實(shí)例。曲線圖顯示了作為曲柄角位置的函數(shù)的體積流量，曲柄角位置用活塞的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)表示作為參考點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)行程沿x軸顯示，進(jìn)氣行程在0°和180°之間，壓縮行程在180°和360°之間，膨脹行程在360°和540°之間，排氣行程在540°和720°之間。
曲線A表示當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常負(fù)荷下工作時(shí)在這個(gè)工況下供應(yīng)的燃料量。然后在壓縮行程和膨脹行程之間轉(zhuǎn)變的時(shí)候，在3到30度之間的曲柄角度范圍內(nèi)供應(yīng)燃料。
曲線B1-B3表示在低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下供應(yīng)的燃料量，用于布置在排氣管中的氧化催化劑下游的微粒過濾器的再生。最好在膨脹行程或排氣行程期間，在壓縮行程和膨脹行程之間的上止點(diǎn)之后的30°到90°范圍內(nèi)供應(yīng)燃料。在壓縮行程和膨脹行程之間的上止點(diǎn)之后的0°到360°的更大范圍是有可能的，那就是說，在膨脹行程和排氣行程期間。
在示例性實(shí)施例B1和B2中，在壓縮行程和膨脹行程之間的上止點(diǎn)之后的30°到180°之間供應(yīng)燃料。
在示例性實(shí)施例B3中，在上止點(diǎn)之后的270°供應(yīng)燃料。
本發(fā)明被認(rèn)為并不局限于上述的示例性實(shí)施例，而是在專利權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以想到大量的更進(jìn)一步的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于微粒過濾器(15)的再生方法，該微粒過濾器布置為熱鄰近排氣管(10)中的催化劑單元(16)，該排氣管連接到內(nèi)燃機(jī)(2)，所述微粒過濾器位于用來調(diào)節(jié)穿過排氣管的廢氣流的可調(diào)整的廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)的下游，其特征在于，包括以下步驟，依靠控制單元(24)確定內(nèi)燃機(jī)在低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下被驅(qū)動(dòng)，以預(yù)定的調(diào)節(jié)壓力使廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)起作用，和依靠噴射單元將燃料供應(yīng)給排氣管(10)，上述催化劑單元(16)暴露在上述的被氧化的燃料中，所述微粒過濾器(15)被加熱到煙灰微粒與上述廢氣流中包含的氧氣反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成二氧化碳的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的再生方法，其特征在于，在燃料被允許在不燃燒或部分燃燒的狀態(tài)下穿過燃燒室進(jìn)入排氣管(10)這樣的內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)階段，上述的噴射單元將燃料供應(yīng)給布置在內(nèi)燃機(jī)(2)中的燃燒室，上述不燃燒或部分燃燒的燃料接觸到催化劑單元(16)時(shí)被氧化，所述微粒過濾器(15)被加熱到煙灰微粒與上述廢氣流中包含的氧氣反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成一氧化碳的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的再生方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)的膨脹行程或排氣行程中供應(yīng)上述燃料。
4.如權(quán)利要求1所述的再生方法，其特征在于，燃料通過分配到排氣管(10)的噴射單元直接供給到排氣管(10)。
5.如上述任何一個(gè)權(quán)利要求所述的再生方法，其特征在于，在低負(fù)荷并且廢氣壓力調(diào)節(jié)器被啟動(dòng)時(shí)微粒過濾器(15)的廢氣溫度為至少250℃的情況下，供應(yīng)燃料。
6.一種車輛(1)，該車輛包含內(nèi)燃機(jī)(2)和熱鄰近于連接到內(nèi)燃機(jī)的排氣管(10)中的催化劑單元(16)的微粒過濾器(15)，該微粒過濾器位于用來調(diào)節(jié)穿過排氣管的廢氣流的可調(diào)整的廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)的下游，其特征在于，分配到上述車輛的噴射系統(tǒng)布置成，當(dāng)微粒過濾器(15)需要再生的時(shí)候，在啟動(dòng)廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)的同時(shí)向排氣管(10)供給燃料，所述催化劑單元(16)暴露在上述的被氧化的燃料中，所述微粒過濾器被加熱到煙灰微粒與上述廢氣流中包含的氧氣反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成二氧化碳的溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的車輛，其特征在于，所述噴射系統(tǒng)布置成，在燃料被允許在不燃燒或部分燃燒的狀態(tài)下穿過燃燒室進(jìn)入排氣管(10)這樣的內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)階段，上述的噴射單元將燃料供應(yīng)給布置在內(nèi)燃機(jī)(2)中的燃燒室。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛，其特征在于，所述噴射系統(tǒng)布置成，在內(nèi)燃機(jī)的膨脹行程或排氣行程中供應(yīng)燃料。
9.如權(quán)利要求6所述的車輛，其特征在于，所述車輛包含分配到排氣管(10)的噴射單元，該噴射單元布置成直接向排氣管供應(yīng)燃料。
10.如權(quán)利要求6-9中任何一個(gè)所述的車輛，其特征在于，所述廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)包含一個(gè)連接到閥盤(23)的氣動(dòng)活塞(22)，當(dāng)該閥盤(23)沿底座方向移動(dòng)時(shí)，形成用于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣流的節(jié)流閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微粒過濾器(15)的再生方法，該微粒過濾器布置為熱鄰近于排氣管(10)中的催化劑單元(16)，該排氣管連接到內(nèi)燃機(jī)(2)。所述微粒過濾器位于用來調(diào)節(jié)穿過排氣管的廢氣流的可調(diào)整的廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)的下游。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下工作時(shí)，廢氣壓力調(diào)節(jié)器(20)用預(yù)定的調(diào)節(jié)壓力啟動(dòng)。然后依靠噴射單元將燃料供應(yīng)給排氣管(10)，上述催化劑單元(16)暴露在上述的被氧化的燃料中，微粒過濾器(15)被加熱到煙灰微粒與上述廢氣流中包含的氧氣反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成二氧化碳的溫度。
文檔編號(hào)F01N13/02GK1714229SQ200380102606
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者佩爾·佩爾松, 博·斯文松, 克里斯特·阿爾姆 申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司