CN100590301C - 排气过滤器再生工况的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种排气过滤器再生工况，在过滤器(20)中触发放热反应烧除微粒负荷，使过滤器(20)再生。为了得到合适的再生温度，将燃料注入排气流并在与催化转化器(18)接触时发生氧化。控制工况包含根据排气流温度对燃料喷射进行计量供给以便提供不依赖于发动机工作周期的挠性控制工况。

Description

排气过滤器再生工况的方法与装置

技术领域

本发明涉及排气过滤器再生工况(regeneration regime)、方法与装置，例如用于柴油发动机的排气流。

背景技术

上述设备用于除去排气系统中产生的一氧化碳、碳氢化合物和NOX污染物和微粒。

在已知的系统中，通常是通过过滤器实现最有效的烟气排除。再生捕集器如连续再生捕集器(CRTs，Continuously Regenerated Traps)的工作原理是将碳烟颗粒保留在陶瓷或硅酮碳化物过滤器中，这种过滤器常被称为柴油颗粒过滤器(DPF，diesel particulate filter)，该过滤器将碳烟颗粒收集到过滤器蜂巢结构的多孔壁中。过滤器表面内的碳烟积累增加了过滤器的背压，这时就需要对过滤器进行再生。

当排气温度达到大约600℃以上，排气流的组分与碳烟发生反应，产生一种放热反应，使捕集器的温度提高，碳烟被氧化并被烧掉。有催化剂时可这种再生可以在较低温度下发生。

排出气体和过滤器的温度对于再生过程十分关键，这就导致这种技术方案的各种问题。例如，对于某些发动机工作周期来说，不可能达到启动未经帮助的再生反应所要求的排气温度。

人们已经知道在过滤器上游引入催化剂以降低再生温度，催化剂与上游排出气发生反应，生成富含NO₂的气体。这一过程刺激了再生燃烧过程，使再生温度降至大约380℃。但是，存在这种情况：在发动机工作周期中排气流温度根本就不会达到380℃的再生目标温度，因此需要采用其他方法协助再生过程。

一种已知的解决方案出现在《采用新型再生方案的轻型车辆微粒收集技术》中，Zikoridse等著，汽车工程协会技术论文编号No.2000-01-1924，该方案中排出气在进入微粒捕集器之前流经一具有对流段、其后是辐射段的加热模组以便提高捕集器温度。另一已知方案是为过滤器提供局部加热以提高接近温度从而启动再生过程，或是依靠燃料添加型催化剂(fuel borncatalyst)。辅助加热具有缺陷，因为它需要与车辆的车载动力系统进行复杂的连接，在某些情况下其尺寸不足，无法解决额外负荷的问题，并且增加了成本和维护上的困难。另一方面，燃料添加型催化剂的结果也是一样，但是，人们越来越关心在该再生过程中产生的新的排放物。

还有一种已经为人所知的解决方案见于名为《一种轻型柴油车辆的NOX吸收器和微粒过滤器的效果演示》的报告，McGill等著，Oakridge国家实验室，在Windsor Workshop 2001作出，Windsor，安大略省。根据本报告，可将燃料喷射入排气系统中进行催化重组。但是，如果燃料喷射速率太高就会掠过催化转化器而不发生反应，从而产生不期望的排放物如白烟。

现有的系统还会产生其他问题：再生工况严重依赖于温度，也就是汽车的类型和用途，例如汽车的工作周期。相应地，在选择适合的碳烟过滤系统之前，必需了解发动机的工作周期，将排出气的温度曲线模型化，从而确保其确实能够对过滤器进行再生。这样又增加了新的问题，这是因为，举例而言，在应用于公共汽车时，可以依照汽车道路线编制出公共汽车达到正确再生温度的温度趋势。但是，接着就可能会分配出排气温度不足以发生再生的市内路线。具体而言，催化转化器能够达到的最佳温度是在一段空转后接着一段发动机高负荷工作之后。在这种情况下排气组份已经变热，并且存在用来将燃料氧化的氧气。但是，如果空转时间延长以至于发动机开始冷却，这样要保持催化转化器前部的温度就很困难。特别是在发动机冷却的情况下，例如低工作周期工作，用来汽化燃料的热量被催化转化器的前部带走。汽化燃料进入催化转化器前部，并在那里氧化。产生的热量被导入催化转化器的前部，又被用来汽化更多的燃料。但是，如果射入过量的燃料就会产生问题，随着催化转化器前部冷却导致温度上升的结束。

发明内容

本发明是通过以下方式实现的。

一种控制排气过滤器再生工况的方法，将燃料喷射到排气流中并结合催化处理元件以便提高排气流温度，该方法包含以下步骤：根据排气流温度对燃料喷射进行计量供给，其中所述的排气流温度包含所述排气流在所述催化处理元件出口处的温度，排出气离开发动机时的温度和排出气在所述催化处理元件入口处的温度，其中所述的燃料喷射是通过控制下列之一来进行计量供给：燃料喷射速率、燃料喷射脉动持续时间、燃料喷射量、燃料喷射压力变化或喷射燃料类型变化，其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并通过根据该燃料喷射速率、该燃料喷射脉动持续时间或该燃料喷射量的其中之一的历史记录来进一步对燃料喷射进行计量供给以修改所述再生工况。

前述的控制排气过滤器再生工况的方法，其包含以下步骤：当过滤器负荷超过某一初始值时，启动向所述排气流内的燃料喷射。

前述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料喷射在发生下列任一情况时被终止：过滤器负荷降到预定的决定阈值、催化处理元件的温度降到某一决定阈值之下或超出某一决定阈值之上、或者是再生工况周期超出了某一时间阈值。

前述的控制排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：利用汽车废热对待喷射的燃料进行预热。

前述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

前述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

一种在触发排气过滤器再生工况时启动向所述排气流内进行燃料喷射的方法，其包含以下步骤：获取过滤器负荷值作为过滤器压力与排气质量流的函数，并在该过滤器负荷超过某一预定值时触发所述再生工况，其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该过滤器负荷的历史记录通过判定何时开始和终止再生过程来修改所述再生工况。

一种在触发排气过滤器再生工况时启动向所述排气流内进行燃料喷射的方法，其包含以下步骤：监测过滤器压力峰值，从所述被监测的峰值中确认出过滤器负荷超过预定值的时间并触发所述再生工况，其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该过滤器负荷的历史记录通过判定何时开始和终止再生过程来修改所述再生工况。

一种触发排气过滤器再生工况的方法，在该工况中结合催化处理元件将燃料喷射到排气流中并以便提高排气流温度，该方法包含以下步骤：获取催化处理元件温度值并在获取的温度超过一预定值时触发所述再生工况，其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该历史记录通过判定相应的催化处理元件温度下再生的有效性并且调节所述再生工况的触发点来修改所述再生工况。

前述的触发排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：获取过滤器负荷值作为过滤器压力与排气质量流的函数，并在该过滤器负荷超过某一预定值时触发所述再生工况。

一种排气过滤器再生装置，其包含：布置在排气流导管中的燃料喷射器和用来控制所述燃料喷射器以便执行前述任一权利要求中所述的方法的控制器。

一种排气过滤器再生装置，其包含：排气流导管和安装于其内并向排气流方向喷射燃料的燃料喷射器，其还用于记录再生工况历史并根据前述的该历史记录修改所述再生工况。

前述的排气过滤器再生装置，其中所述燃料喷射器包括：燃料输入通道和空气输入通道，每个通道都具有输出端，空气和燃料通道的输出端位于燃料喷射输出端并互相邻近。

前述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料输入通道与燃料泵连接，所述空气输入通道与压缩机连接。

前述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料泵是蠕动泵。

前述的排气过滤器再生装置，其中所述的压缩机在2-200巴的压力范围内工作。

前述的排气过滤器再生装置，其具有位于催化处理元件的输入面之前的电加热器，其中，所述输入面接收排出气。

前述的排气过滤器再生装置，其中，对所述电加热器的表面进行催化。

前述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料喷射器直接由汽车燃料箱或燃料管路吸取燃料。

前述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

前述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

一种发动机，其包括前述内容所述的装置。

一种汽车，其包括前述内容所述的装置。

一种发动机控制单元，其被配置为用来实现前述内容所述的方法。

本发明能够实施适应多种用途和工作周期的控制方案。

以下将结合对本明的实施例进行示例性的详细说明。

附图说明

图1是展示发动机实施根据本发明的排气过滤器再生工况的简要方块图。

图2是展示在再生工况控制方案中执行的步骤流程图。

图3是是展示所执行的步骤的流程图。

图4是展示为了增强再生工况而经过进一步改进的方法的简要方块图。

图5a和图5b是本发明的喷射头的视图。

图6是电催化加热元件的示意图。

具体实施方式

总体来说，请参阅图1，是采用了本发明的系统的发动机主要部分的方块图。可以看出空气由进气岐管10送入，到达发动机12，由此排气被送入排气岐管14。然后排气流经过排气导管16a到达催化还原器18对CO和HC进行还原。经过还原的排气流经由排气导管16b到达柴油微粒过滤器(DPF)20，在这里微粒物质如碳烟被从排气流中去除，并且排气流经过排气导管16c。

燃料喷射器22安装在排气导管16a中靠近排气岐管14。或者燃料喷射器22可直接安装在排气岐管14中，以便受益于最高排气流温度。经过燃料喷射器22计量供给的进入排气流的燃料被催化转化器18氧化，从而提供热量。该热量帮助DPF 20的温度提高到适当的水平，使之能够结合存在的氧发生燃烧。正如下文将要详细讨论的，温度得到显著上升，达到要求的约550℃，但采用这种方式更好的是达到650℃到700℃的温度。温度超过这一范围会损坏催化转化器。

该系统还包括再生控制器，可以独立于发动机控制单元(ECU)24也可以是其组成部分，ECU 24对燃料喷射器22进行控制并且还接收来自传感器26、28、30、32、34、36、38和40的信号，对此下文中将进行详细说明。ECU 24根据感测到的信号执行燃料喷射器22的燃料喷射方案，以便获得理想的DPF 20的再生水平。特别是感测到的信号被用来判定从哪里开启和关闭燃料喷射，也即何时开始和终止再生过程。当检测到DPF超出预定的微粒负荷并且检测到转换器18内与射入燃料开始进行催化反应的相关温度条件时，触发燃料喷射。同样，当检测到微粒负荷降到预定的阈值之下或者当检测到的温度条件不足以支持再生时，将燃料喷射终止。微粒负荷是作为DPF 20的压力降和经过发动机的质量流以及检测到的催化转化器18的温度的函数来确定的。ECU 24通过燃料喷射器22对燃料喷射工况进行控制，以便确保得到合适的再生水平。特别是燃料喷射被作为催化转化器18的温度的函数而得到控制，以便避免未燃烧的燃料通过催化转换器，导致过量射入燃料所引起的有害白烟排放。

此方案的结果是，提供一种完全由车载组件行控制而不需要操作人员干预的再生方法，并且可以在任何工作中的汽车工作周期中实现。特别是通过人工地将系统操作温度提高到大于550℃，确保碳烟被在催化转化器18下游提供的升高排出气温度的高压燃料喷射工况烧尽。如下文将详细描述，可根据发动机的工作状态以高压(100巴)或低压(2巴)喷射燃料。

下文结合其他优选实施例对特定的布置和方案进行详细说明。

参阅图1，具体来说，催化转化器18包含具有载体涂料的堇青石金属(cordierite metal)或碳化硅材料的高铂负荷金属催化剂，可使CO和HC降低达95％。DPF 20为碳化硅过滤器，可使大量微粒降低95％并消除几乎所有可见黑烟。传感器包含在进气岐管上提供的进气岐管绝对压力(IMP_A)传感器26和进气岐管绝对温度(IM_TA)传感器28。发动机上或进气岐管处提供有发动机转速(ES)传感器30，对汽缸进气岐管压力变化进行测量，该压力每次都随汽缸气口的打开而波动，因此可代表发动机的速度。温度传感器31用来感测燃料喷射器22前由发动机排气岐管14排出的排出气温度(T1)，另一温度传感器32T_CI位于催化转化器的进入面。传感器34感测催化转化器18排出面处的气体温度(T_CO)。传感器36感测DPF 20进口处的压力，其能够测量整个DPF相对于大气压(即DPF出口的压力)的压力降(P_DPF)。传感器40感测排出DPF 20的气体的温度。传感器包含伸入被测量温度的组件体内的细长探针。传感器由径向伸入组件内，这样传感器的轴向位置可以被精确地确定。例如，当有必须获得组件每个轴端处的温度时，这一点非常重要。

参考图2可以更好地理解在执行本发明的控制方案中采用的特定传感器值和布置。

在方块200中，ECU监测DPF 20上的微粒负荷F_load是否超出预定的阈值。F_load的负荷可由下式得到：

1.F_load＝c(P_DPF*IM_TA)/(ES*I_MPA)

式中c是常数，可以在开发系统期间校定或由查找表中得到。

等式1表示整个过滤器的压力降P_DPF、质量流和微粒负荷之间的关系。随着过滤器上积碳，P_DPF开始增大，直到必需对过滤器执行再生以便将碳除去。但是由于P_DPF还与经过过滤器的气体的质量流成正比关系，必需将P_DPF对排气质量流进行标准化。

排气质量流由每个发动机活塞冲程的空气吸入量决定，而空气吸入量又由进气岐管处的空气温度(IM_TA)及其绝对压力(IM_PA)及发动机转速(ES)决定。空气的吸入量随着IM_PA的升高成比例下降并随着IM_PA和ES的升高成比例上升。这些都在上述等式1中反应出来。F_load必需超过以触发再生的阈值可表示过滤器的满微粒负荷或过滤器的部分微粒负荷并且既可以作为常数存储在控制软件中也可以在开发和安装的过程中校正。

应注意到可以采用另一种方式，在该方式中可以对F_LOAD进行监测。例如可以对峰值P_DPF进行监测以便识别出重要趋势。例如，如果峰值总体上上升，就可以将其认定为微粒负荷已经到达阈值所产生的结果。可以标定适当的行为使之能够进行这种识别。这种情况下由于发动机汽缸中排气阀的开闭造成的P_DPF短时间波动可以被忽略，因为只会导出最大值。可以通过在连续最大值之间内插来构建最大值曲线。结果，不必参考发动机转速就可以确定微粒负荷。

在方块202中ECU 24还确定催化转化器18是否处于适合于射入排气流的燃料发生燃烧。特别是，由于催化转化器仅会激发燃料在高于约230℃的高温下氧化，因此系统输入和输出温度T_CO、T_CI均超过阈值温度。如果微粒负荷和催化转化器温度都超过了相应的阈值，那么在方块204，ECU开始燃料喷射工况。然后系统将会终止再生过程的触发事件。在方块206中，系统监测由上述等式1给出的F_load是否降到低于代表微粒负荷正确减少的较低阈值。如果降到了该阈值之下，那么在方块208燃料喷射被终止。该系统还在方块210中监测催化转化器18的温度下降，这样射入燃料的燃烧就不会再发生，结果燃料喷射就不会被触发。特别是系统能够进行监测，以便确定T_CO和T_CI是否降到较低温度阈值之下，这里该阈值可以与方块202中触发注入燃料的230℃阈值相同。如果这样，那么在方块212燃料喷射被再一次中止。由于燃料喷射的中止，就不能够达到要求的温升。应注意催化转化器一旦在燃料喷射后随之处于高温，即使T_CI下降仍有可能保持要求的T_CO，这样理想的是仅仅进行监测以便确定T_CO是否降到该阈值以下。或者，可以看出燃料喷射工况能够根据整个催化转化器的温度差而变化，从而在催化转化器内提供精确的温度工况反映。

多种原因可引起催化转化器的温度下降，例如，由于汽车的工作周期。一个具体的例子是如果汽车的发动机负荷下降，排气温度也会下降。还可以对温度T_CO进行监测以便识别出何时催化转化器温度超出损坏阈值。

作为另一方案，如果T_CO偏离系统试图通过燃料喷射达到的T_CO设定点来确定再生的终止(下文将详细说明)，例如10秒钟以上超过30℃。

在方块214，系统还监测以便确定是否发生超时条件。相应地，在方块204开始再生过程就会启动一计时器，并且如果超过了某一阈值，比如5分钟，那么在方块261燃料喷射被再一次终止。

系统还在方块220进行监测，确定DPF 20的温度是否超过了自持阈值。再生过程一经触发后DPF的温度就会迅速升高，这样高T_DO表明再生已经被启动并且可以终止燃料喷射。由于再生是一种自持放热反应，因此不再需要燃料喷射，尽管可能期望引入维持再生所必需的燃料水平，例如，低于启动再生所需要的燃料水平，但又足够将排气流温度维持在期望的水平。

系统还在方块222进行监测，确定DPF 20的温度T_DO是否超出了安全工作阈值，例如1000℃。当T_DO超出了当前工作阈值时，燃料喷射和/或再生暂停，并且在方块224中指示报警条件。

应该注意到方块204的燃料喷射工况最好是受到控制，以便实现最优功效和降低排放。特别是发现，如果加入过多的燃料，燃料就会直接经过催化转化器18没有发生氧化，导致白烟的产生，并且对催化转化器产生一种淬灭效应(quenching effect)，使其温度降低。例如，在230℃的启动温度时应加入少量燃料，但随着温度的升高可以允许较高的燃料喷射速率。合适的控制方案还可参考表1和图3。

表1

在方块300中，在燃料喷射工况开始时，T_CO设定点被作为测量值(到达230℃)设定。从与表1对应的查找表中可以为T_CO设定作为每秒1℃导出对应的斜率。结果燃料喷射得到控制，从而提供以该速率升高的T_CO。例如，通过改变燃料喷射的数量或频率做到这一点。每20毫秒将喷射器打开很短一段时间，喷射器保持打开的时间可以改变，以便符合要求的燃料进入排气的量。可以从另一查找表中确定该时间，例如根据系统的发展进行可校定或者使用反馈手段例如PID(比例、积分、微分)控制算法确定该时间，结果是燃料喷射的计量供给会得到迅速的配合，使温度变化率趋于期望值。燃料喷射量可以在发动机转速和负荷较高时下降，从而防止不希望发生的的燃料通过。同样地，表1可随着发动机转速和/或负荷在一额外的因次(dimension)中变化。

系统持续测量T_CO，并在方块302中监测，确定测出的T_CO是否符合下一设定点(从表1中最初为270℃)。如果符合，在方块304中T_CO设定点被设定到下一设定点的值(即：270℃)并据此确定设定点斜率。在图中所示的实例中，设定点斜率增加到每秒2度并且相应地计量供给燃料喷射工况以便实现此目的。结果，可以看出，起初倾斜率缓慢但随着催化转化器温度的增加而提高，这样更多的燃料能够被氧化。系统还在方块302中进行检查，确保根据斜率计量供给的燃料喷射时间不超过可为每个设定点的值独立确定的超时周期，如表1中所设定并设定为到达下一设定点所需的预定时间或稍长。如果这样，再生被中止，因为不能维持期望的足以启动再生的温度速率上升。

重复该过程直到T_CO达到其较高温度位，例如550℃，在这一温度位应该能够触发再生。可以看出随着T_CO接近该上限设定点斜率再次向下以确保避免发生过冲并降低了产生未燃烧的燃料造成的白烟。当设定点T_CO达到550℃时，可以中止燃料喷射，以便不超过设定点值。对于再生的发生属于自持放热反应的情况来说，上述也许是合适的。然而，当再生无法自持、必需通过喷射燃料来保持550℃设定点即0℃/秒的斜率时，就会产生问题。再次由发动机转速和负荷以及温度T_CO决定燃料喷射速率。可以看出，较高温度值的超时周期被明显地再次缩短以避免燃料过量喷射，并为每个步长增加的最大允许时间总和的燃料喷射工况提供最大时间。

结果，一旦启动后就开始喷射燃料，使整个催化转化器18实现迅速升温，以增加再生的成功机率。通过导出温度升高(及燃料喷射)速率和催化转化器温度之的关系，确保了燃料的喷射速率不致过高，从而避免了可能发生的燃料直接通过催化转化器导致的由于漏出燃料所产生的有害白烟。如上所讨论，可以理解的是可引入额外的参数以便确定斜率，例如增加发动机转速，因为在高速度下燃料在催化转化器中的持续时间将被减少，就好比需要降低燃料喷射速率。还可以在整个催化转化器长度上不同点对催化转化器的温度进行监测，以便实现燃料喷射速率的最优化。

还可以根据已知的最大喷射速率采用另一种燃料喷射速率方案。设定燃料喷射速率使其不产生燃料漏过或超过最大温度。下面的等式中给出了燃料喷射最大速率：

2.FR＝100*FRES*FRT1*FRT_CI*FRT_CO

FR是在特定工作条件下的最终燃料喷射速率(毫升/秒)。FRES是针对测出的发动机转速的燃料喷射速率。FRT1是针对发动机排气岐管温度的燃料喷射速率。FRT_CI是针对T_CI的燃料喷射速率。FRT_CO是针对T_CO的燃料喷射速率。

因此，最终的燃料喷射量取决于发动机排气岐管处的工作温度、整个催化转化器的温度和发动机转速。当接近催化转化器的最大工作温度时，最终燃料喷射速率逐渐减小。这样即使在发动机工作时在发动机状态发生迅速改变期间也能够得到希望的受控的温升速率。

由查找表确定的针对这些参数的燃料速率被输入ECU 24，以便适合汽车的类型和应用。下面是一些查找表的例子，表中的每个参数都是根据汽车的类型和应用、发动机尺寸或其他任何适用参数导出的。

表2

从上面的等式2可知当表2中的一个或多个参数为零时，最终的燃料喷射速率也为零。这样就提供了一种故障自动防护系统，当条件不是最有利于再生时就不会喷射燃料。

由表2可以看出，在发动机大工作量并且发动机中心温度较高随后进入怠速时，典型地将最大燃料速率在发动设置为最高。怠速时排出气的氧含量高，能够燃烧较大量的燃料。最大燃料喷射曲线在催化转化器的前端和尾端都分别为最佳温度T_CI和T_CO时达到峰值，并且如果催化转化器温度太高燃料喷射量就会降低，以防止损坏催化转化器。还有，如上文所述，燃料喷射只有在过滤器背压F_load超出阈值时才启动。可将该F_load参数作为二元1或0乘积项输入等式2，从而提供又一个故障安全机制。

研究发现对于高压燃料喷射，举例来说，100棒规(bar gauge)十分有效，可以在排气岐管和排气流中产生最有效的弥散和雾化作用。50赫兹的喷射重复率允许合适的控制度。在一般情况下排出气的氧含量足够允许再生，不过，如果有必要，当然还可以采取额外的措施确保催化剂中存在有足够的氧。

或者，如图5a的侧视图和图5b的端视图所示，可使用压缩机(图中未示)以通常的2巴的压力向喷射头22的进气口70提供空气。喷射头径向地安装在导管16a中的排气流中，位于传感器32和催化转化器的进入面之间，并且喷射头将燃料按径向方向导向对准并垂直于导管中排气的流动方向。对燃料进行计量供给，例如使用Rietschle Thomas UK Ltd提供的蠕动泵(图中未示)，或其他任何种类的能够随时按要求对邻近排风口54的燃料喷出点52提供恒定的按毫升/分钟计量供给的泵。蠕动泵被具有高步进精度的步进马达驱动，以便能够对燃料速率进行细调。

工作时，压缩空气由进气口70进入喷射头22，燃料由进油口72进入喷射头。空气和燃料经由分立的通道74、76分别进行出口54、52。空气和燃料在排出点的结合部混合。在优选实施例中，燃料流动结束后空气流仍然保持一小段时间，比如5秒钟，以确保所有残余燃料都被弥散。这种安排确保燃料被流经排风孔的空气流所引起的迅猛空气湍流雾化和弥散，同时使燃料能够以按毫升计向催化转化器输送。还有，空气仅作为弥散燃料的手段，而不是用来推进燃料。对应的低压工作确保被压缩空气夹带并在导管中混合的燃料不会以高速经过转化器喷射从而达到较高的温度TPF，这样显然会产生极大的爆炸危险。还有可以将燃料直接由已有的燃料线或油槽喷射，不需要附加存储槽。

应该明白还可以通过保持汽车工作和再生工况的历史记录来改进系统的工作。例如，可以通过各种方式将其用来改进控制方案。例如，可能会观察到在更高或更低的催化转化器温度下再生更为有效，这样可以相应地调节触发点。或者，可能会观察到更多或更低的DPF压力降对应再生的完成或启动，这样可以相应地修改燃料喷射工况。还有，可以对上文结合表1和表2讨论的特定燃料喷射速率方案进行调节，例如，可以通过调节设定点步长值、预期的燃烧速率或是燃料喷射量对其进行调节。还有，系统可以确认出燃料喷射水平、催化转化器温度和温升之间的关系，从而能够更为快捷地实现预期斜率。还有，从存储的工作表现历史记录中还可以导出额外的信息。例如，当汽车频率采用一个或多个特定工作周期时，系统就可以从汽车工作参数中识别出之些工作周期之一正在被输入，并相应地调节控制方案。例如，当某一工作周期涉及排气周期的剧烈上升，那么就引起较为不密集的燃料喷射工况。

更为常见可以看出斜率随着温度设定点和温度中点之差靠近设定点上限和下限而反向变化。相应地可以通过，例如，选择一个不在温度设定点上下限正中的“中点”和引入合适的常数得到更为复杂的斜率工况。可以根据记载的再生工况历史数据对每个周期进行调整。或者，可以提供一个更为复杂的同样可以动态调整的查找表。

参见图4，进行了进一步的改进，该图中与其他图中相同的参考标号代表相同的部分。特别是可以看出到达燃料喷射器22的燃料线400包括一个空腔部402，包绕或经过含有来自散热器或发动机室的循环热水的区域。这样送至燃料喷射器22的燃料利用废热得到预热，更容易达到高温。

图6展示了又一改进，电加热器60被放置于催化转化器18前端面18紧前方。加热器60到催化转化器18的主要传热方法是辐射。这样较利用排出气对流传热更为有效，因为要使排出气温度显著升高需要消耗大量的能量。

更进一步的提高是对加热器60的表面进行催化。较低功率的加热器(500W)能够显著地使温度升到高于排气温度。因此有可能使加热器表面的催化材料达到即使发动机在怠速时仍使其具有活性的温度。该热量随之提供给催化转化器18的前端使其实现主温升。一附加的温度传感器64位于加热器附近，用来允许对加热器的电量和/或根据等式2射入的燃料量进行控制，从而防止过热导致的对催化涂层造成的损坏。

对于本发明实施中为本领域技术人员所熟知的部分，这里不再详细说明。例如任何合适的压力、温度和发动机转速传感器都可使用，任何合适的喷射器都可在改进后用于排气岐管。系统可以由指定的或现有的发动机控制单元在上文所述的控制方法和算法的软件或硬件支持下得到控制。控制算法是通过微控制器和具有适当的由模拟输入到A/D转换器的数字逻辑实现。如果保持汽车的性能历史档案(performance history)，可以将上述内容以任何适当的形式存储在ECU或任何地方的存储器中。

上述设置方案的结果是，能够实现有效的挠性排气过滤器再生工况控制，与汽车类型或工作周期无关，从而能够进行迅速有效地再生，同时将排放物降至最低。还有，可以随时按需执行再生，而不是只能在预定的高效窗口期间执行。

应该理解，本发明可以应用于任何合适的发动机或燃料类型，并且燃料喷射可以发生在排气流中任何适合的部分。上述的方法可以用于描述任何合适的依赖于温度的排气处理工况或其他依靠燃料喷射的温度提升机构。可以通过调节燃料调整、燃料喷射速率或燃料喷射脉动时间、燃料喷射压力变化或燃料类型变化对燃料喷射进行计量供给。此外，可以使用合适的感测到的发动机和排气流组件的工作参数和任何合适的传感器和喷射器实现控制。

Claims (60)

1、一种控制排气过滤器再生工况的方法，将燃料喷射到排气流中并结合催化处理元件以便提高排气流温度，该方法包含以下步骤：根据排气流温度对燃料喷射进行计量供给，其中所述的排气流温度包含所述排气流在所述催化处理元件出口处的温度，排出气离开发动机时的温度和排出气在所述催化处理元件入口处的温度，其中所述的燃料喷射是通过控制下列之一来进行计量供给：燃料喷射速率、燃料喷射脉动持续时间、燃料喷射量、燃料喷射压力变化或喷射燃料类型变化，

其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并通过根据该燃料喷射速率、该燃料喷射脉动持续时间或该燃料喷射量的其中之一的历史记录来进一步对燃料喷射进行计量供给以修改所述再生工况。

2、根据权利要求1所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其包含以下步骤：当过滤器负荷超过某一初始值时，启动向所述排气流内的燃料喷射。

3、根据权利要求1所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料喷射在发生下列任一情况时被终止：过滤器负荷降到预定的决定阈值、催化处理元件的温度降到某一决定阈值之下或超出某一决定阈值之上、或者是再生工况周期超出了某一时间阈值。

4、根据权利要求2所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料喷射在发生下列任一情况时被终止：过滤器负荷降到预定的决定阈值、催化处理元件的温度降到某一决定阈值之下或超出某一决定阈值之上、或者是再生工况周期超出了某一时间阈值。

5、根据权利要求1所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：利用汽车废热对待喷射的燃料进行预热。

6、根据权利要求2所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：利用汽车废热对待喷射的燃料进行预热。

7、根据权利要求3所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：利用汽车废热对待喷射的燃料进行预热。

8、根据权利要求4所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：利用汽车废热对待喷射的燃料进行预热。

9、根据权利要求1所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

10、根据权利要求2所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

11、根据权利要求3所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

12、根据权利要求4所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

13、根据权利要求5所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

14、根据权利要求6所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

15、根据权利要求7所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

16、根据权利要求8所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中所述的燃料在被喷射到排气流中之前在喷射头中与压缩空气混合。

17、根据权利要求9所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

18、根据权利要求10所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

19、根据权利要求11所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

20、根据权利要求12所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

21、根据权利要求13所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

22、根据权利要求14所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

23、根据权利要求15所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

24、根据权利要求16所述的控制排气过滤器再生工况的方法，其中在终止提供压缩空气之前的预定时间终止向所述喷射头提供燃料。

25、一种在触发排气过滤器再生工况时启动向所述排气流内进行燃料喷射的方法，其包含以下步骤：获取过滤器负荷值作为过滤器压力与排气质量流的函数，并在该过滤器负荷超过某一预定值时触发所述再生工况，

其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该过滤器负荷的历史记录通过判定何时开始和终止再生过程来修改所述再生工况。

26、一种在触发排气过滤器再生工况时启动向所述排气流内进行燃料喷射的方法，其包含以下步骤：监测过滤器压力峰值，从所述被监测的峰值中确认出过滤器负荷超过预定值的时间并触发所述再生工况，

其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该过滤器负荷的历史记录通过判定何时开始和终止再生过程来修改所述再生工况。

27、一种触发排气过滤器再生工况的方法，在该工况中结合催化处理元件将燃料喷射到排气流中并以便提高排气流温度，该方法包含以下步骤：获取催化处理元件温度值并在获取的温度超过一预定值时触发所述再生工况，

其还进一步包含以下步骤：记录再生工况历史并根据该催化处理元件温度的历史记录通过判定相应的催化处理元件温度下再生的有效性并且调节所述再生工况的触发点来修改所述再生工况。

28、根据权利要求27所述的触发排气过滤器再生工况的方法，其还包含以下步骤：获取过滤器负荷值作为过滤器压力与排气质量流的函数，并在该过滤器负荷超过某一预定值时触发所述再生工况。

29、一种排气过滤器再生装置，其包含：布置在排气流导管中的燃料喷射器和用来控制所述燃料喷射器以便执行前述任一权利要求中所述的方法的控制器。

30、一种排气过滤器再生装置，其包含：排气流导管和安装于其内并向排气流方向喷射燃料的燃料喷射器，其还用于记录再生工况历史并根据权利要求1、25、26或27中任一权利要求所述的该历史记录修改所述再生工况。

31、根据权利要求30所述的排气过滤器再生装置，其中所述燃料喷射器包括：燃料输入通道和空气输入通道，每个通道都具有输出端，空气和燃料通道的输出端位于燃料喷射输出端并互相邻近。

32、根据权利要求31所述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料输入通道与燃料泵连接，所述空气输入通道与压缩机连接。

33、根据权利要求32所述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料泵是蠕动泵。

34、根据权利要求32所述的排气过滤器再生装置，其中所述的压缩机在2-200巴的压力范围内工作。

35、根据权利要求29到34中任一权利要求所述的排气过滤器再生装置，其具有位于催化处理元件的输入面之前的电加热器，其中，所述输入面接收排出气。

36、根据权利要求35所述的排气过滤器再生装置，其中，对所述电加热器的表面进行催化。

37、根据权利要求29到34中任一权利要求所述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料喷射器直接由汽车燃料箱或燃料管路吸取燃料。

38、根据权利要求35所述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料喷射器直接由汽车燃料箱或燃料管路吸取燃料。

39、根据权利要求36所述的排气过滤器再生装置，其中所述的燃料喷射器直接由汽车燃料箱或燃料管路吸取燃料。

40、根据权利要求29到34中任一权利要求所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

41、根据权利要求35所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

42、根据权利要求36所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

43、根据权利要求37所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

44、根据权利要求38所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

45、根据权利要求39所述的排气过滤器再生装置，其还包含排气过滤器组件和在该组件内径向延伸的传感器。

46、根据权利要求29到34中任一权利要求所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

47、根据权利要求35所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

48、根据权利要求36所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

49、根据权利要求37所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

50、根据权利要求38所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

51、根据权利要求39所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

52、根据权利要求40所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

53、根据权利要求41所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

54、根据权利要求42所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

55、根据权利要求43所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

56、根据权利要求44所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

57、根据权利要求45所述的排气过滤器再生装置，其还包含燃料导管，用以向所述燃料喷射器提供燃料，所述燃料导管被任意形式的废热预热。

58、一种发动机，其包括如权利要求29到57中任一权利要求所述的装置。

59、一种汽车，其包括如权利要求29到57中任一权利要求所述的装置。

60、一种发动机控制单元，其被配置为用来实现权利要求1到28中任一权利要求所述的方法。

Images