CN102996206B - 净化尾气的装置和控制所述装置的方法 - Google Patents

净化尾气的装置和控制所述装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种净化尾气的装置和控制所述装置的方法，所述尾气净化装置根据汽油发动机的驱动情况可以使至少一个气缸失效以向汽油微粒过滤器供应足够的空气，所述控制方法可以包括：将汽油微粒过滤器的压差与预定值进行比较；当所述压差可以大于预定值时确定可以待被失效的气缸；通过经由失效的气缸来向汽油微粒过滤器供应空气，从而使得汽油微粒过滤器再生；在再生过程中确定发动机是否可能为超额运转情况；和当发动机为可能超额运转情况时恢复至一般驱动模式。

Description

净化尾气的装置和控制所述装置的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年9月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0091806的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及尾气净化装置及其控制方法。更特别地，本发明涉及可向汽油微粒过滤器供应足够的氧气以使其再生的尾气净化装置及其控制方法。
背景技术
已普遍研发汽油直喷(GDI)技术从而改善燃料消耗率和内燃机的性能，其中GDI发动机不将燃料喷入进气管，而是将燃料直接喷入燃烧室。
由于火花塞周围的空气/燃料比低(浓稠燃料)，发动机在稀薄燃料条件下运转，但是存在由于燃烧室内不完全燃烧周期的增加而导致汽油直喷发动机(GDI)产生大量微粒物质(PM)的问题。
欧六标准的配备GDI发动机的车辆需要符合PM排放规定和PM纳米粒子含量规定。为此，已研究将用于柴油发动机的微粒过滤器应用于汽油发动机以符合排放规定。
然而，由于汽油发动机在理想的空气/燃料比下运转，没有足够的氧气以燃烧汽油微粒过滤器内捕集的PM，过滤器的再生困难，且需要长的再生时间。
在传统技术中，使用向微粒过滤器供应氧气以解决上述问题的装置。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面涉及提供具有根据发动机的驱动情况平稳进行微粒过滤器的再生的优点的尾气净化装置及其控制方法。
一种尾气净化装置，其具有设置在汽油发动机的排气管上的汽油微粒过滤器，所述尾气净化装置可以包括：发动机，该发动机可以包括多个汽缸，该多个汽缸中至少一个气缸被选择性失效；所述汽油微粒过滤器，该汽油微粒过滤器安装在连接至发动机的排气管上，从而捕集发动机的尾气中的微粒物质；分别安装在汽油微粒过滤器下游侧和上游侧以测量汽油微粒过滤器的压差的多个压差传感器；和电子控制单元(ECU)，该电子控制单元接收从压差传感器测量的压差并接收经由控制参数测量部分检测的控制参数，从而确定待失效的气缸，并经由失效的气缸向汽油微粒过滤器供应空气从而使得汽油微粒过滤器再生。
所述的尾气净化装置还可以包括设置在所述汽油微粒过滤器上游侧的三效催化剂。
所述控制参数可以包括发动机的驱动情况和汽油微粒过滤器的情况，其中在一部分气缸失效的情况下不引起驱动问题。
在本发明的另一方面当中，一种发动机的尾气净化装置的控制方法，所述尾气净化装置可以包括多个气缸和汽油微粒过滤器，该多个汽缸的其中至少一个气缸选择性失效，所述汽油微粒过滤器设置在连接至发动机的排气管上以捕集发动机的尾气的微粒物质，所述方法可以包括：将汽油微粒过滤器在其下游侧和上游侧的压差与预定值进行比较；当所述压差大于预定值时确定待失效的气缸；通过经由失效的气缸来向汽油微粒过滤器供应空气，从而使得汽油微粒过滤器再生；在再生过程中确定发动机是否为超额运转情况；和当发动机为超额运转情况时恢复至一般驱动模式。
所述的尾气净化装置的控制方法还可包括：当不满足发动机的超额运转情况时，确定汽油微粒过滤器是否再生；和当再生完成时恢复至一般驱动模式。
所述的尾气净化装置的控制方法还可包括：当汽油微粒过滤器的再生未完成时返回至确定待失效的气缸的步骤。
待失效的气缸的确定是根据发动机的驱动情况和汽油微粒过滤器的情况来进行的。
由于无需单独的空气供应装置以再生GDI发动机的汽油微粒过滤器，因此本发明的示例性实施方式防止成本升高并使用简单的装置。
并且，当为汽油发动机提供微粒过滤器以改善燃料消耗率时再生时间并不延迟。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1和图2为根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置的示意图。
图3为根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置的控制流程图。
应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等效的部分。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。
以下，将参考附图来描述本发明以使本领域技术人员能够实施本发明。
图2显示根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置的示意图，和图1为三效催化剂布置在图2中的汽油微粒过滤器上游侧的情况的示意图。
如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置包括发动机10、汽油微粒过滤器30和ECU 40。
发动机10经由进气歧管18接收空气并燃烧燃料和空气的混合气以将化学能转变为机械能，其中燃料经由喷射器14直接喷入气缸12中，尾气经由排气歧管16排至外部。
排气管25连接至排气歧管16，汽油微粒过滤器30安装在排气管25上以捕集尾气中包含的微粒物质(PM)。
根据本发明的示例性实施方式，由于火花点火装置，即汽油发动机10在理想的空气/燃料比下运转，存在没有足够的氧气以燃烧汽油微粒过滤器(GPF)30内捕集的PM的问题，确定气缸12是否待失效以解决所述问题，并且在失效模式下不向气缸供应燃料而仅供应空气，从而平稳地再生汽油微粒过滤器30。
在本发明的示例性实施方式中，术语“失效”是指仅向气缸供应空气而非燃料。亦即，术语“失效”是指正常升起阀门以经由发动机10的进气歧管18向气缸供应空气，且不向气缸喷入燃料。
具有根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置的汽油发动机10包括多个气缸12，捕集来自发动机10的尾气的微粒物质的汽油微粒过滤器30，和测量汽油微粒过滤器30下游侧和上游侧的压力的压差传感器32，其中发动机根据其驱动情况选择性地使一部分气缸12失效。
并且，发动机进一步包括根据控制参数来评估由压差传感器32测量的压差的ECU40，且ECU40通过压差和控制参数辨别发动机100的驱动情况，确定待失效的气缸12的数量，并使待失效的气缸12失效以再生汽油微粒过滤器30。
在该结构中，三效催化剂(TWC)20安装在排气管25的上游侧以净化尾气，TWC 20与一氧化碳、氧化氮和碳氢化合物反应以使其减少，且TWC 20可包括Pd、Pt/Rh、Pd/Rh或Pt/Pd/Rh。
控制参数包括发动机10根据其驱动状态(高负荷或低负荷)的驱动情况和汽油微粒过滤器30的情况，例如其退化程度，其中再生汽油微粒过滤器30所必需的空气量通过控制参数确定，并经由控制参数测量部分50输入ECU 40。
在这种情况下，当一部分气缸失效时，发动机可在发动机的驱动情况下正常运转。
图3为根据本发明的示例性实施方式的尾气净化装置的控制流程图，下文将参考图3根据本发明的示例性实施方式描述尾气净化装置的控制流程。
首先，在S100中，根据本发明的示例性具体实施方式的尾气净化装置在发动机10运转的情况下进行应用。之后，在S110中，由压差传感器32和控制参数测量部分50检测汽油微粒过滤器30上游侧和下游侧之间的压差、发动机10的驱动情况、和汽油微粒过滤器30的情况。
在S120中确定汽油微粒过滤器30的压差是否大于预定值，如果汽油微粒过滤器30的压差大于预定值，在S130中根据发动机10的驱动情况确定待失效的气缸，并且在S140中不向待失效的气缸12喷入燃料而仅向其供应空气，使得汽油微粒过滤器30充分再生。亦即，如果基于压差传感器32的信号(所述压差传感器测量汽油微粒过滤器30两端之间的压差从而减少安装在GDI发动机10的排气管25上的汽油微粒过滤器30中捕集的PM)，压差大于预定值，则ECU 40发出再生汽油微粒过滤器30的指令，通过停止燃料供应从而使一部分气缸12失效，并供应再生汽油微粒过滤器30所必需的空气(氧气)。再生过滤器所必需的空气量通过发动机的驱动情况和汽油微粒过滤器30的情况确定。
在S150中，在汽油微粒过滤器30的再生过程中确定发动机10是否为超额运转情况，如果发动机为超额运转情况，返回S170中的一般驱动模式。亦即，解除失效模式并向所有气缸正常供应燃料。上述确定发动机是否为超额运转情况的原因是防止向汽油微粒过滤器30供应多于所需的空气的情况，其中所述情况可由驱动停止如突然刹车导致。
然而，在S160中，如果在发动机不为超额运转情况的情况下确定了汽油微粒过滤器30的再生完成，则返回至S170中的一般驱动模式，但是如果其再生未完成，返回至S130，其中再次确定待失效的气缸以再生汽油微粒过滤器30。
下文将进一步描述根据本发明的示例性实施方式的四缸发动机。
当四缸发动机根据本发明的示例性实施方式正常运转时，尾气中的氧气浓度为平均约1％。亦即，当每个气缸12正常运转时，尾气的氧气浓度为约1％。然而，当一个气缸12失效时，失效的气缸12的氧气浓度增至21％。
因此，当三个气缸12运转且一个气缸12失效时，尾气的氧气浓度为约6％，当两个气缸12运转且两个气缸12失效时，尾气的氧气浓度为约11％，当一个气缸12运转且三个气缸12失效时，尾气的氧气浓度为约16％。
当氧气浓度从0.5％增至10％时，微粒物质(PM)在相同尾气温度下的燃烧速度增加五倍以减少再生时间，当氧气浓度从1％增至10％时，再生开始的温度从450℃降至400℃，使得过滤器可在较低温度下再生。
亦即，根据本发明的示例性实施方式，在理想的气体/燃料比下运转的汽油发动机中，氧气供应不足以再生汽油微粒过滤器30，但是可通过使一部分气缸失效供应足够的氧气从而平稳地再生汽油微粒过滤器。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种尾气净化装置，其具有设置在汽油发动机的排气管上的汽油微粒过滤器，所述尾气净化装置包括：
发动机，该发动机包括多个气缸，该多个气缸中的至少一个气缸被选择性失效；
所述汽油微粒过滤器，该汽油微粒过滤器安装在连接至发动机的排气管上，从而捕集发动机的尾气中的微粒物质；
分别安装在汽油微粒过滤器下游侧和上游侧以测量汽油微粒过滤器的压差的多个压差传感器；和
电子控制单元，该电子控制单元接收从压差传感器测量的压差并接收经由控制参数测量部分检测的控制参数，从而确定待失效的气缸，并经由失效的气缸向汽油微粒过滤器供应空气从而使得汽油微粒过滤器再生；
其中，电子控制单元在再生过程中确定发动机为超额运转情况时，使发动机返回至一般驱动模式。
2.根据权利要求1所述的尾气净化装置，其进一步包括设置在所述汽油微粒过滤器上游侧的三效催化剂。
3.根据权利要求1所述的尾气净化装置，其中所述控制参数包括发动机的驱动情况和汽油微粒过滤器的情况，其中在一部分气缸失效的情况下不引起驱动问题。
4.一种发动机的尾气净化装置的控制方法，所述尾气净化装置包括多个气缸和汽油微粒过滤器，该多个气缸的其中至少一个气缸选择性失效，所述汽油微粒过滤器设置在连接至发动机的排气管上以捕集发动机的尾气的微粒物质，所述方法包括：
将汽油微粒过滤器在其下游侧和上游侧的压差与预定值进行比较；
当所述压差大于预定值时确定待失效的气缸；
通过经由失效的气缸来向汽油微粒过滤器供应空气，从而使得汽油微粒过滤器再生；
在再生过程中确定发动机是否为超额运转情况；和
当发动机为超额运转情况时恢复至一般驱动模式。
5.根据权利要求4所述的发动机的尾气净化装置的控制方法，其进一步包括：
当不满足发动机的超额运转情况时，确定汽油微粒过滤器是否再生；和
当再生完成时恢复至一般驱动模式。
6.根据权利要求5所述的发动机的尾气净化装置的控制方法，其进一步包括当汽油微粒过滤器的再生未完成时返回至确定待失效的气缸的步骤。
7.根据权利要求4所述的发动机的尾气净化装置的控制方法，其中待失效的气缸的确定是根据发动机的驱动情况和汽油微粒过滤器的情况来进行的。
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