CN101302955B - 内燃机微粒过滤器再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机微粒过滤器再生系统，其包括：多个燃烧汽缸、一进气岐管、及一排气歧管，所述微粒过滤器再生系统包括一与排气歧管相连通的微粒过滤器、一与进气歧管相连通的火焰加热器，一温度指示器指示排气歧管关联的温度，一控制器和温度指示器及火焰加热器相连接，所述控制器根据一微粒过滤器再生指示器和温度指示器指示少于约300℃的温度的信号启动火焰加热器。

Description

内燃机微粒过滤器再生系统
技术领域
本发明涉及内燃机系统，尤其涉及用于过滤来自内燃机排放流的微粒的微粒过滤器再生的系统和方法。
背景技术
为满足内燃机目前和将来的微粒排放标准，尤其是柴油机，柴油机生产商使用微粒过滤器(PF，也称微粒捕集器)。这种微粒过滤器典型地被放置在涡轮增压器涡轮下游，以在颗粒物质通过排气系统排至周围环境前将其移除。在微粒过滤器搜集微粒一段时间后，增加排放物温度至一合适程度(例如：最低600℃以上)，因为排放物中的氧气和过滤器中聚集的碳燃烧，所以清洗了所述过滤器(也称为再生)。
柴油机的微粒过滤器典型相对较大和昂贵，并且在轻载条件下的再生也是问题，因为获取必要的排放物温度是困难的。较高的排放物温度通常是通过向柴油机的排气孔添加燃料并使该混合物流动穿过柴油机氧化催化器(DOC)获得的。然而，进入到DOC的混合物的最低温度必须是大约300℃，以确保所添加燃料较好地氧化。在轻载和周围温度较低的条件下，各种获取约300℃排放物温度的方法已经被推行并运用于生产。增加排放物温度的方法包括对发动机增加额外的负荷、延迟注射时间、在燃烧过程中较迟注射额外燃料、及通过改变空气系统诸如绕开涡轮增压器压缩机来降低发动机空气流动，及改变涡轮增压器上的可变几何形状的叶片设置。
本领域需要一种系统和方法，以很容易地增加进入DOC的排放物温度，在轻载条件下有效完成PF再生。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种内燃机，包括多个燃烧汽缸、一与至少一个燃烧汽缸相连通的进气歧管、及一与至少一个燃烧汽缸相连通的排气歧管。一微粒过滤器与所述排气歧管相连通，一火焰加热器与进气岐管相连通。一控制器与一个或多个温度指示器和火焰加热器连接。所述控制器根据一微粒过滤器再生指示器和来自至少一个温度指示器的信号启动所述火焰加热器。
本发明的另一目的是提供一种用于内燃机的微粒过滤器再生系统，所述内燃机包含多个燃烧汽缸、进气岐管及排气歧管。所述微粒过滤器再生系统包括适用于与排气歧管连通的微粒过滤器、适用于与进气岐管连通的火焰加热器、及用于提供与所述排气歧管相关联的温度指示的温度指示器。一控制器与温度指示器和火焰加热器连接，所述控制器根据微粒过滤器再生指示器和来自所述温度指示器指示温度低于约300℃的信号启动所述火焰加热器。
本发明另一目的是提供一种内燃机中的微粒过滤器再生的方法，所述方法包括以下步骤：提供一微粒过滤器再生指示器；确定排放物温度低于一预定的阙值；及根据每一微粒过滤器再生指示器及所述确定排放物温度超过预定阙值，启动火焰加热器以加热与进气岐管相关联的进口空气。
附图说明
图1是包括本发明所述的微粒过滤器再生系统的内燃机的示意图；
图2表示用于图1所示微粒过滤器再生系统的控制逻辑的流程图。
具体实施方案
参照附图，尤其是图1，表示内燃机10的实施例，其包括本发明实施例所述的用于在选择时间点再生微粒过滤器14的微粒过滤器再生系统12。内燃机10也通常包括发动机组16、涡轮增压器18、柴油机氧化催化器(DOC)20、废气再循环系统(EGR)22及空气对空气后冷却器(ATAAC)24。
所述发动机组16包括多个燃烧汽缸26，为了说明的目的在图1中表示有4个燃烧汽缸。当然燃烧汽缸26的具体数目可根据应用而改变。每一燃烧汽缸26与进气岐管28和排气歧管30连接。在所示的实施例中，提供单个进气岐管28和排气歧管30，然而可以理解的是对于具体应用也可以使用分岐管。
排气歧管30与涡轮增压器18流体连通，涡轮增压器18包括涡轮32，其通过驱动轴36可旋转地驱动压缩机34。部分用于驱动涡轮32的排放物可以使用废气再循环(EGR)系统22排出，以再循环返回进气歧管28。更进一步，EGR阀38被可控制地开启以控制再循环至进气歧管的排放物数量。
不被EGR系统22再循环的大多数排放物流动穿过涡轮32，并被排至DOC20。所述DOC 20可以是已知设计，这里没做进一步描述。
微粒过滤器14用于在被排至周围环境之前过滤来自排放物流的微粒物质，其也可以是常规设计。根据应用，微粒过滤器14可被配置成单个或多重微粒过滤器。
涡轮增压器18的压缩机34接收来自周围环境的燃烧空气并压缩该燃烧空气，提供给进气歧管28。所述燃烧空气上的压缩功将所述燃烧空气加热，然后利用进气歧管28上游的ATAAC 24冷却所述燃烧空气。
微粒过滤器再生系统12通常包括一火焰加热器40、一个或多个温度指示器42和ECU 44。根据应用，ECU 44可采用任何期望的电子硬件和/或软件组合的形式。在所示的实施例中，ECU 44优选是基于用于执行下文所述的多种功能的ECU的微处理器。
温度指示器42提供与排气歧管30相关联的温度指示。此指示器可安装在排气歧管30的上游或下游侧，可用于直接或间接确定排放物的温度。例如，在所示的实施例中，一个温度指示器42A提供在进气歧管28上游侧，另一个温度指示器42B提供在排气歧管30与涡轮32进口之间，而另一个温度指示器42C提供在涡轮32与DOC 20进口之间。优选地，温度指示器42为温度传感器形式，其可以被用来直接确定通过流体的温度，诸如进气歧管28上游侧的燃烧空气或排气歧管30下游侧的排放物。可选择地，温度指示器42可以是另一种类型传感器形式，其可以提供沿所述燃烧空气和/或排放物的流动途径的选择点的温度的间接指示。例如，温度指示器42也可以是压力传感器形式，从中可以计算所述流体的相对温度。温度指示器42通过相应的电线连接ECU 44并提供输入信号至ECU 44，但是温度指示器42也可以与ECU 44无线连接。
火焰加热器40与进气歧管28上游侧的压缩的燃烧空气流体连通，火焰加热器40用于选择性加热进口空气至期望温度，因此在微粒过滤器14的再生期间增加流至DOC的排放物的温度。火焰加热器40包括一电热塞46和一选择性启动的阀48，阀48控制用于产生明火以加热所述压缩的燃烧空气的燃料流量。阀48与燃料源50流体连通并从燃料源50接收燃料，所述燃料源50例如为车辆上的机载柴油箱。燃料源50可从供应燃料给燃烧汽缸26的燃料源分离或与其相同，也可以是与供应给燃烧汽缸26的燃料相同或不同类型的燃料。阀48也与ECU 44电连接，以在操作期间可控制地启动。
在打开阀48以注入燃料用于产生明火之前，典型地首先打开电热塞46一段预定时间。电热塞46与所示的ECU 44电连接，并由ECU 44可控制地启动。在冷的周围环境中，电热塞46也可以被可控制地启动以用作发动机启动过程中的标准电热塞。这种火焰加热器已经被用于发动机启动以增加进气歧管温度，从而允许柴油机在冷环境中启动。例如：德国路德维希堡市的Beru Aktiengesellschaft及其它公司已制造出用于发动机启动的火焰加热器，其可用作本发明的微粒过滤器再生系统的热源。(参见如：http://www.beru.com/english/produkte/flammstartsysteme.php)。
ECU 44也与用作为启动微粒过滤器14再生循环提供输入的微粒过滤器再生指示器52连接。微粒过滤器再生指示器52典型为独立确定的功能，诸如通过使用基于时控的对应从微粒过滤器14的上次再生以后发动机运转的小时数的指示器标记。可选择地，微粒过滤器再生指示器52可被整体并入ECU 44的逻辑电路中。
参照图2，表示描述用于本发明的微粒过滤器再生系统12的控制逻辑的流程图。在开始块60，使用微粒过滤器再生指示器52启动微粒过滤器再生。在判定块62，如果在DOC 20的排放物的进口温度高于350℃(否)，则温度已高到足以用于碳氢化合物反应以进行PF过滤器14再生，控制逻辑直接通到块64。否则，如果进入DOC 20的排放物温度低于350℃(是)，则火焰加热器40的电热塞46被打开(块66)。
在判定块68，用传感器42B测出涡轮32进口的温度。如果涡轮32进口的排出温度高于700℃，则最大排放物温度已存在，通过把阀48置于关闭位置使流至火焰加热器40的燃料被切断或维持中断(块70)。可选择地，如果涡轮32进口的排出温度不高于700℃(判定块68，否)，则打开阀48以允许燃料流到电热塞46以产生明火，用于加热进气歧管28的压缩的燃烧空气(块72)。火焰加热器40增加进气歧管28的进口空气温度至少100℃，优选约200℃。如果至DOC 20的排放物进口温度高于300℃(判定块74，是)，则DOC 20中碳氢化合物量反应以发生微粒过滤器14再生。否则，如果DOC 20进口排放物温度低于300℃(否)，则控制循环返回至判定块68的输入侧，且流至火焰加热器40的燃料保持打开状态。
在DOC 20中碳氢化合物反应产生微粒过滤器14再生后，决定是否已完成微粒过滤器的再生(判定块76)。如果所述再生没完成，则控制逻辑循环返回至判定块62的输入侧并重复所述过程。反之，如果微粒过滤器14的再生已完成(是)，则ECU 44切断电热塞46并关闭阀48，以终止再生控制逻辑(块78)。
已描述了优选实施例，很显然可进行各种不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的改变。

Claims (17)

1.一种内燃机系统，包括：
多个燃烧汽缸；
一进气岐管，其与所述多个燃烧汽缸中的至少一个连通；
一排气歧管，其与所述多个燃烧汽缸中的至少一个连通；
一微粒过滤器，其与所述排气歧管连通；
一柴油机氧化催化器（DOC），其安装在所述排气歧管与所述微粒过滤器之间；
一火焰加热器，其与所述进气歧管连通；
多个温度指示器，其与所述柴油机氧化催化器的一进口侧连通；
一控制器，其与每个所述温度指示器和所述火焰加热器连接，所述控制器根据一微粒过滤器再生指示器和来自至少一个所述温度指示器的信号启动所述火焰加热器；及
一具有涡轮的涡轮增压器，涡轮与所述排气歧管相连通，且其中另一个所述温度指示器与所述涡轮的一进口侧相连通。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于：包括与所述进气歧管连通的涡轮增压器和后冷却器，所述火焰加热器安装在后冷却器与进气歧管之间。
3.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于：所述火焰加热器包括电热塞加热器。
4.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于：所述火焰加热器将至所述进气歧管的进口空气温度增加至少100°C。
5.根据权利要求4所述的内燃机系统，其特征在于：所述火焰加热器将至所述进气歧管的进口空气温度增加200°C。
6.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于：所述火焰加热器将至所述柴油机氧化催化器的一进口的排放物温度增加到至少300°C。
7.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于：至少一个所述温度指示器包括一传感器，由该传感器可直接或间接测定温度。
8.根据权利要求7所述的内燃机系统，其特征在于：所述传感器包括温度传感器和压力传感器中的一种。
9.一种内燃机的微粒过滤器再生的方法，包括如下步骤：
提供一微粒过滤器再生指示器；
确定排放物温度低于一预定的阙值；及
根据每一微粒过滤器再生指示器及所述确定排放物温度低于预定的阙值，启动火焰加热器以加热与进气岐管相关联的进口空气；
确定涡轮增压器涡轮进口的排放物温度；及
如果所确定的涡轮增压器涡轮进口的排放物温度高于700°C，则切断燃料流至所述火焰加热器。
10.根据权利要求9所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述预定的阙值是300°C。
11.根据权利要求9所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述火焰加热器将至所述进气歧管的进口空气温度增加至少100°C。
12.根据权利要求11所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述火焰加热器将至所述进气歧管的进口空气温度增加200°C。
13.根据权利要求9所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：包括安装在所述排气歧管与所述微粒过滤器之间的柴油机氧化催化器。
14.根据权利要求13所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述火焰加热器将至所述柴油机氧化催化器的一进口的排放物温度增加到至少300°C。
15.根据权利要求9所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述确定排放物温度的步骤使用至少一个传感器实施，由该传感器可直接或间接测定温度。
16.根据权利要求15所述的微粒过滤器再生的方法，其特征在于：所述传感器包括温度传感器和压力传感器中的一种。
17.根据权利要求9所述的微粒过滤器再生的方法，还包括如下步骤：
如果所确定的涡轮增压器涡轮进口的排放物温度低于300°C，则重新驱动燃料流至所述火焰加热器。
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