CN104847455A - 汽油机颗粒物过滤器再生系统及再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了汽油机颗粒物过滤器再生系统及再生方法。本发明所提供的汽油机颗粒物过滤器再生系统，主要包括空气泵回路和颗粒物过滤器。空气泵回路包括空气阀，连接管道A，连接管道B及空气泵。颗粒物过滤器前后包含压力传感器，颗粒物过滤器上布置加热线圈，当再生系统判断需要再生时，启动电加热。颗粒物过滤器上还布置热电偶式温度传感器，再生时实时监控颗粒物过滤器温度。一旦过滤器温度超过警戒值(900℃)，关闭空气泵，再生停止。加装颗粒物过滤器的汽油机排气系统，能够大大降低缸内直喷汽油机的颗粒物排放，对缓解当前汽车带来的雾霾污染有重要作用。该汽油机颗粒物过滤器的再生方式简单实用，成本低，能有效避免颗粒物过滤器的热失控。

Description

汽油机颗粒物过滤器再生系统及再生方法
技术领域
本发明涉及颗粒物过滤器再生系统及再生方法，特别涉及汽油机颗粒物过滤器再生系统及再生方法。
背景技术
随着轿车的迅速普及，对环境带来巨大压力。当前我国各大城市均长期处于雾霾笼罩下，对机动车排放提出了更高的要求。在节能和环保的呼声越来越高的当下，车用汽油机小型化，采用缸内直喷加涡轮增压是最常见的技术方案。缸内直喷发动机的雾化时间较短，很难在燃烧室形成均质混合气，加之喷雾的碰壁等，更增加了颗粒物排放。研究表明，缸内直喷发动机的颗粒物排放比进气道喷射发动机的颗粒物高一个数量级。欧盟已在欧五、欧六排放法规中将缸内直喷汽油机颗粒物排放纳入法规要求。所以在不远的将来，汽油机也可能加装颗粒物过滤器。
汽油机颗粒物过滤器将会吸收柴油颗粒物过滤器的成果，采用壁流式的居多，滤体材料一般是堇青石或碳化硅。与柴油机颗粒物过滤器一样，过滤器面临的难题是一段时间后，颗粒物在过滤器中累积造成排气背压上升，需要再生。柴油机颗粒物再生有众多方式，包括：发动机后喷油，使用燃料燃烧器，使用电阻加热线圈，使用微波能量，使用高压空气反吹等。对于汽油机颗粒物过滤器，由于其排气与柴油机的差异，再生需采用不同的技术。当前对于包含汽油机颗粒物过滤器的排气系统及其再生方式几乎没有报道。
发明内容
为了弥补以上领域的不足，本发明提供了一种汽油机颗粒物过滤器再生系统。
本发明所提供的汽油机颗粒物过滤器再生系统，其安装在汽油发动机的排气管道上，所述系统主要包括：空气泵回路和颗粒物过滤器(1)；
所述空气泵回路包括空气阀(7)，A连接管道(9)，B连接管道(8)和空气泵(6)；A连接管道(9)位于空气阀(7)及发动机排气管之间，B连接管道(8)连接空气泵(6)和空气阀(7)；
所述空气泵回路的下游安装颗粒物过滤器(1)；所述颗粒物过滤器(1)的上游和下游分别安装A压力传感器(4)，B压力传感器(5)；
所述颗粒物过滤器(1)的滤体前部布置加热线圈(2)；
所述颗粒物过滤器(1)上布置有温度传感器(3)。
所述温度传感器(3)为热电偶式温度传感器。
所述颗粒物过滤器(1)为壁流式过滤器。
本发明所提供的汽油机颗粒物过滤器再生系统，颗粒物过滤器采用壁流式过滤器，再生时，采用电加热的方式以升高过滤器的温度让颗粒物自燃，颗粒物过滤前通过空气泵引入空气，以提供颗粒物燃烧所需的氧。该排气系统能够在不干扰发动机正常工作的情况下完成颗粒物再生，再生系统能够判断颗粒物的负载水平，控制再生时过滤器的温度，以防止过滤器烧熔和降低其老化速度。
本发明提供的汽油机颗粒物过滤器再生系统，主要包括空气泵回路和颗粒物过滤器。空气泵回路包括空气阀，连接管道A，连接管道B及空气泵。颗粒物过滤器前后包含压力传感器，颗粒物过滤器上布置加热线圈，当再生系统判断需要再生时，启动电加热。颗粒物过滤器上还布置热电偶式温度传感器，再生时实时监控颗粒物过滤器温度。一旦过滤器温度超过警戒值(900℃)，关闭空气泵，再生停止。
本发明还提供了一种在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，包括：
颗粒物过滤器颗粒物负载确定模块，其确定所述颗粒物过滤器上颗粒物负载水平；
颗粒物过滤器温度监视模块，其实时监控颗粒物过滤器温度；
排气质量流量估计模块，其确定颗粒物过滤器的排气质量流量；和
控制模块，所述控制模块基于当前颗粒物负载水平、颗粒物过滤器温度及排气质量流量来控制加热器的加热、空气阀开闭及空气泵的启停。
所述方法进一步包括：当颗粒物负载水平大于预定负载水平时，所述控制模块启动加热器，当颗粒物过滤器温度达到颗粒物起燃温度时，控制模块关闭加热器，并打开空气阀，启动空气泵；再生时当颗粒物负载水平降低要一定值时，关闭空气阀和空气泵。
所述方法进一步包括：当颗粒物过滤器温度大于警戒温度时，所述控制模块关闭空气阀和空气泵。
所述方法进一步包括：当排气质量流量小于预定流量时，所述控制模块关闭空气阀和空气泵。
所述方法进一步包括：再生时记录再生所需时间，若再生所需时间大于一定值，则调整再生结束的颗粒物加载水平，若颗粒物加载水平调整到一定值后，再生时间仍然大于一定数值，证明颗粒物过滤器失效。
本发明的优点在于：
(1)加装颗粒物过滤器的汽油机排气系统，能够大大降低缸内直喷汽油机的颗粒物排放，对缓解当前汽车带来的雾霾污染有重要作用。
(2)该汽油机颗粒物过滤器的再生方式简单实用，成本低。再生不需要改变发动机的任何工作参数，而且该再生方式能够有效避免颗粒物过滤器的热失控。
(3)该方法可以在线诊断颗粒物过滤器，并且提供颗粒物过滤器的老化等级，方便颗粒物过滤器的维修。
附图说明
图1为包含汽油机颗粒物过滤器再生系统的汽油机排气系统示意图。
图2为本发明公开的汽油机颗粒物过滤器再生系统的再生方法控制流程图。
具体实施方式
图1为包含汽油机颗粒物过滤器再生系统的汽油机排气系统，排气系统上含有常规的三元催化器(TWC)，三元催化器下游安装空气泵回路，接着是颗粒物过滤器1。如图1所示，本发明提供的汽油机颗粒物过滤器(GPF)再生系统，其安装在汽油发动机的排气管道上，所述系统主要包括：空气泵回路和颗粒物过滤器(1)；颗粒物过滤前通过空气泵回路引入空气，以提供颗粒物燃烧所需的氧。所述空气泵回路包括空气阀7，A连接管道9，B连接管道8及空气泵6，A连接管道(9)位于空气阀(7)及发动机排气管之间，B连接管道(8)连接空气泵(6)和空气阀(7)。所述空气泵回路的下游安装颗粒物过滤器1；所述颗粒物过滤器1的上游和下游分别安装A压力传感器4，B压力传感器5。所述颗粒物过滤器1滤体前部布置加热线圈2，以让颗粒物达到自燃温度。所述颗粒物过滤器1采用壁流式过滤器，再生时，采用电加热的方式以升高过滤器的温度让颗粒物自燃。所述颗粒物过滤器1上还布置有温度传感器3，为了监视颗粒物过滤器的温度，防止颗粒物过滤器热失控。温度传感器3为热电偶式温度传感器，再生时实时监控颗粒物过滤器温度。一旦过滤器温度超过警戒值(900℃)，关闭空气泵，再生停止。
图2为本发明公开的颗粒物再生系统的再生方法控制流程，控制模块首先检测运行状态(步骤201)，主要为压差、进气流量、GPF温度，然后推断颗粒物加载水平(步骤202)，如果需要再生(步骤203)，进入步骤205，启动加热器，让GPF升温；否则不进行任何动作(步骤204)。进入步骤205后GPF达到预定温度，则打开空气泵、空气阀(步骤206)，这时可以断定GPF中的颗粒物自燃，再生进行中(步骤207)。再生时，需要时刻监视GPF温度，防止热失控(步骤208)，当GPF超温时，控制模块强行关闭空气阀、空气泵，这时排气中的缺氧环境抑制颗粒物自燃，再生中止，防止过多热量释放(步骤209)；如果没有超温，继续GPF的再生(步骤210)。再生过程中判断颗粒物加载水平(步骤211)，当颗粒物加载水平小于预定值时，再生终止(步骤212)；若颗粒物加载水平大于预定值，则需要判断再生时间(步骤213)，若不大于预定值，则继续进入步骤207，继续再生。若再生时间大于预定值，最大的可能是GPF中有一定的不可燃烧的灰分累积，导致设置的再生结束的颗粒物加载水平过低，需要增大该值(步骤214)，若增大后没有超过预先设定的代表GPF彻底老化的值(步骤215)，则继续跳入步骤207；否则认为GPF彻底老化或者发生其他严重故障(步骤216)，并提供给发动机报警信号，需要人工去维修GPF。
颗粒物过滤器上的颗粒物加载水平通过实验标定来实现，在一定排气流量下，颗粒物过滤器前后压差越大，颗粒物加载水平越高。在不同排气流量下标定再生开始的颗粒物加载水平及再生结束的颗粒物加载水平，制成表格，存入控制器中，作为再生开始时刻及结束的判断指标。
一般来讲，汽油机排气系统不包括排气流量传感器，排气流量的获取通过进气流量传感器10及燃油喷射量来得到，由于燃油喷射量在汽油机上也不可测，考虑到汽油机经常工作于当量比为1的工况，通过进气流量乘以相应的系数及得到排气流量。

Claims (8)

1.一种汽油机颗粒物过滤器再生系统，其安装在汽油发动机的排气管道上，所述系统主要包括：空气泵回路和颗粒物过滤器(1)；
所述空气泵回路包括空气阀(7)，A连接管道(9)，B连接管道(8)和空气泵(6)；A连接管道(9)位于空气阀(7)及发动机排气管之间，B连接管道(8)连接空气泵(6)和空气阀(7)；
所述空气泵回路的下游安装颗粒物过滤器(1)；所述颗粒物过滤器(1)的上游和下游分别安装A压力传感器(4)，B压力传感器(5)；
所述颗粒物过滤器(1)的滤体前部布置加热线圈(2)；
所述颗粒物过滤器(1)上布置有温度传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的汽油机颗粒物过滤器再生系统，其特征在于：所述温度传感器(3)为热电偶式温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的汽油机颗粒物过滤器再生系统，其特征在于：所述颗粒物过滤器(1)为壁流式过滤器。
4.一种在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，包括：
颗粒物过滤器颗粒物负载确定模块，其确定所述颗粒物过滤器上颗粒物负载水平；
颗粒物过滤器温度监视模块，其实时监控颗粒物过滤器温度；
排气质量流量估计模块，其确定颗粒物过滤器的排气质量流量；和
控制模块，所述控制模块基于当前颗粒物负载水平、颗粒物过滤器温度及排气质量流量来控制加热器的加热、空气阀开闭及空气泵的启停。
5.根据权利要求4所述的在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：
当颗粒物负载水平大于预定负载水平时，所述控制模块启动加热器，当颗粒物过滤器温度达到颗粒物起燃温度时，控制模块关闭加热器，并打开空气阀，启动空气泵；再生时当颗粒物负载水平降低要一定值时，关闭空气阀和空气泵。
6.根据权利要求5所述的在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：
当颗粒物过滤器温度大于警戒温度时，所述控制模块关闭空气阀和空气泵。
7.根据权利要求6所述的在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：
当排气质量流量小于预定流量时，所述控制模块关闭空气阀和空气泵。
8.根据权利要求7所述的在汽油机颗粒物过滤器再生系统中对颗粒物过滤器进行再生的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：
再生时记录再生所需时间，若再生所需时间大于一定值，则调整再生结束的颗粒物加载水平，若颗粒物加载水平调整到一定值后，再生时间仍然大于一定数值，证明颗粒物过滤器失效。
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