CN104895649A - 汽油机双路并联颗粒物过滤系统及再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽油机颗粒物过滤系统及其再生方法，包括：A颗粒物过滤器，B颗粒物过滤器，空气泵回路，A排气截止阀，B排气截止阀，A滤前压力传感器，B滤前压力传感器，A滤后压力传感器，B滤后压力传感器，控制模块。所述空气泵回路，包括空气泵，连接管，A空气阀，B空气阀。本发明的特征是排气系统包含两个并联的颗粒物过滤器，再生时，一个颗粒物过滤器正常工作，另一个引入环境空气再生，实现了再生时颗粒物过滤器状态完全与排气状态脱离，能够在更低温度下快速的让颗粒物再生，也能防止颗粒物热失控。

Description

汽油机双路并联颗粒物过滤系统及再生方法

技术领域

本发明涉及汽油机排气系统的颗粒物过滤器再生技术领域，具体涉及一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统(GPF)及再生方法。

背景技术

当前我国乘用车迅速增长，已连续几年成为世界第一产销量大国，当前乘用车大多采用汽油机。为了节能环保，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。欧盟已将在欧五、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。我国已颁布的国五标准对缸内直喷汽油机的颗粒物排放也提出严格要求，在即将颁布的国六排放标准，有可能首次将缸内直喷汽油机的颗粒物数量排放纳入法规，这样，必须在缸内直喷汽油机上加装颗粒物过滤器才能达到国六排放标准。

随着工作时间的加长，颗粒物过滤器上堆积的颗粒物越来越多，将会增加排气背压，影响发动机的换气，导致输出功率降低，油耗增加，所以如何经济有效的处理颗粒物过滤器上的颗粒物是颗粒物过滤器技术的关键。

当前柴油机颗粒物过滤器得到了广泛的研究，大多采用壁流式过滤器。再生方式分为主动再生及被动再生。主动再生指利用外界能量来提高颗粒物过滤器温度，使颗粒物着火燃烧。被动再生指在一定温度以上，不借助外界能量，排气中的某些氧化物，如NO2及O2等也能自行氧化颗粒物过滤器中的颗粒物，从而实现颗粒物再生的目的。对柴油机，大多采用主动再生方式，再生方式多种多样，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，其再生方式与柴油机不同，由于汽油机经常在当量比为1的工况下运行，颗粒物过滤器前缺少氧气来氧化颗粒物。专利中(公开号CN102373989A)公开了一种颗粒物过滤器再生方式，它采用发动机工作在浓混合气模式下，并且在排气管中补充空气，在颗粒物过滤器前加入催化剂，过浓的混合气会在其中继续反应升高过滤器的温度，从而实现颗粒物自燃，实现再生。该再生方式容易导致三元催化器及颗粒物过滤器的热失控，而且，颗粒物过滤器升温缓慢，再生时间长。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统及再生方法。该颗粒物过滤系统包含并联的两个颗粒物过滤器，其优点是常规工作是排气并行流过两个颗粒物过滤器，排气背压小，而且过滤效率高。主动再生时，一个颗粒物过滤器正常过滤颗粒物，另一个颗粒物过滤器再生。控制模块打开和关闭相应阀门，启动加热器，达到预定温度后关闭加热器，启动空气泵，让颗粒物燃烧，从而实现再生目的。再生结束后，关闭空气泵，打开排气截止阀，关闭空气阀。

一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统，包括空气泵回路、A颗粒物过滤器、B颗粒物过滤器、A排气截止阀、B排气截止阀、A滤前压力传感器、B滤前压力传感器、A滤后压力传感器、B滤后压力传感器、控制模块；

空气泵回路包括空气泵、连接管、A空气阀、B空气阀；

A颗粒物过滤器的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有A排气截止阀，A颗粒物过滤器的入口、出口连接分别设置A滤前压力传感器、A滤后压力传感器，A颗粒物过滤器内部前端设有A加热器，A颗粒物过滤器上还设有A温度传感器；

B颗粒物过滤器的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有B排气截止阀，B颗粒物过滤器的入口、出口分别设置B滤前压力传感器、B滤后压力传感器，内部前端设有B加热器，B颗粒物过滤器上还设有B温度传感器；

连接管为T字型，一端连接空气泵，另两端分别连接到A颗粒物过滤器、B颗粒物过滤器入口前的发动机排气管中，与A颗粒物过滤器入口前发动机排气管相连的连接管内，设有A空气阀，与B颗粒物过滤器入口前发动机排气管相连的连接管内，设有B空气阀；

A滤前压力传感器、B滤前压力传感器、A滤后压力传感器、B滤后压力传感器、A加热器、A温度传感器、B加热器、B温度传感器连接控制模块；

控制模块基于流量、温度、压差信息确定当前颗粒物负载水平、控制A加热器、B加热器的加热，控制A排气截止阀、B排气截止阀、A空气阀、B空气阀的开闭，控制空气泵的启停。

基于权利要求1所述的一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统的再生方法，具体为：

步骤201：控制模块检测发动机运行状态，包括压差、进气流量、颗粒物过滤器温度；

步骤202：控制模块推断颗粒物加载水平，判断是否再生，如果某个颗粒物过滤器或者两个颗粒物过滤器均需要再生，进入步骤203；否则，不需要再生，则发动机在正常模式继续运行；

步骤203：当某个颗粒物过滤器需要再生时，启动该颗粒物过滤器支路对应的加热器，进入步骤204：当两个颗粒物过滤器均需要再生时，A颗粒物过滤器先进行再生，A颗粒物过滤器再生结束后，B颗粒物过滤器再进行再生；

步骤205：颗粒物过滤器温度升高，当达到预定排温时，关闭相应加热器、排气截止阀，打开相应空气泵、空气阀；

步骤206：颗粒物过滤器中的颗粒物自燃，进行再生，时刻监视颗粒物过滤器的温度，如果颗粒物过滤器超过预定温度时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生中止；如果颗粒物过滤器没有超过预定温度，继续进行颗粒物过滤器的再生；

步骤207：判断再生时间是否小于预定时间，如果再生时间小于预定时间，判断颗粒物加载水平，当颗粒物加载水平小于预定值时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生终止；当颗粒物加载水平大于预定值时，返回步骤206继续再生；

如果再生时间大于预定时间，增大再生结束的颗粒物加载水平，然后，判断再生结束颗粒物加载水平是否小于预定值，如果小于预定值，则返回步骤206，若大于预定值，则认为颗粒物过滤器彻底老化或者发生其他严重故障，并提供给发动机报警信号。

本发明的优点在于：

(1)本发明的双GPF的汽油机颗粒物过滤系统，两个GPF并联布置，可以减小单个GPF的体积，方便布置在车身下，此时排气温度较低，GPF的压降较小；

(2)再生时，一个GPF再生，另一个GPF单独工作，再生的GPF支路由于排气被切断，不受当前发动机工况影响，再生更加可控，能较好的避免GPF的热失控；

(3)再生时，由于空气泵引入排气管中的是空气，其含氧量高，有利于GPF中的颗粒物在更低的温度快速燃烧，从而缩短再生时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

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图。

图中：

1、A颗粒物过滤器          2、B颗粒物过滤器          3、A加热器

4、B加热器                5、A温度传感器            6、B温度传感器

7、A滤前压力传感器        8、B滤前压力传感器        9、A滤后压力传感器

10、B滤后压力传感器       11、A排气截止阀           12、B排气截止阀

13、A空气阀               14、B空气阀               15、连接管

16、空气泵                17、控制模块

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统，如图1所示，包括空气泵回路、A颗粒物过滤器1、B颗粒物过滤器2、A排气截止阀11、B排气截止阀12、A滤前压力传感器7、B滤前压力传感器8、A滤后压力传感器9、B滤后压力传感器10、控制模块17。

空气泵回路包括空气泵16、连接管15、A空气阀13、B空气阀14。

A颗粒物过滤器1包括安装在其中的A加热器3、A温度传感器5。

B颗粒物过滤器2包括安装在其中的B加热器4、B温度传感器6。

具体的连接关系为：

A颗粒物过滤器1的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有A排气截止阀11，A颗粒物过滤器1的入口、出口连接分别设置A滤前压力传感器7、A滤后压力传感器9，A颗粒物过滤器1内部前端设有A加热器3，A颗粒物过滤器1上还设有A温度传感器5。

B颗粒物过滤器2的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有B排气截止阀12，B颗粒物过滤器2的入口、出口分别设置B滤前压力传感器8、B滤后压力传感器10，内部前端设有B加热器4，B颗粒物过滤器2上还设有B温度传感器6。

连接管15呈T字型，一端连接空气泵16，另两端分别连接到A颗粒物过滤器1、B颗粒物过滤器2入口前的发动机排气管中，与A颗粒物过滤器1入口前的发动机排气管相连的连接管15内，设有A空气阀13，与B颗粒物过滤器2入口前的发动机排气管相连的连接管15内，设有B空气阀14。

A滤前压力传感器7、B滤前压力传感器8、A滤后压力传感器9、B滤后压力传感器10、A加热器3、A温度传感器5、B加热器4、B温度传感器6连接控制模块17。

控制模块17基于流量、温度、压差信息确定当前颗粒物负载水平、控制A加热器3、B加热器4的加热，控制A排气截止阀11、B排气截止阀12、A空气阀13、B空气阀14的开闭，控制空气泵16的启停。

A颗粒物过滤器1前后布置的A滤前压力传感器7和A滤后压力传感器9主要通过测量压差来判断颗粒物负载水平。A颗粒物过滤器1布置的A温度传感器5是为了监视颗粒物过滤器的温度，进行相关再生控制。对于B颗粒物过滤器2，采用类似的硬件配置及再生控制。

A加热器3和B加热器4均采用电阻丝加热，利用车载电池提供电能。

本发明的汽油机双路并联颗粒物过滤系统的再生方法，如图2所示，具体为：

步骤201：控制模块17检测发动机运行状态，包括压差、进气流量、颗粒物过滤器(GPF)温度；

步骤202：控制模块17推断颗粒物加载水平，判断是否再生，如果某个颗粒物过滤器或者两个颗粒物过滤器均需要再生，进入步骤203；否则，不需要再生，则发动机在正常模式继续运行。

步骤203：当某个颗粒物过滤器需要再生时，启动该颗粒物过滤器支路对应的加热器(当对A颗粒物过滤器1进行再生时，启动A加热器3，当对B颗粒物过滤器2进行再生时，启动B加热器4)，进入步骤204：当两个颗粒物过滤器均需要再生时，A颗粒物过滤器先进行再生，A颗粒物过滤器再生结束后，B颗粒物过滤器再进行再生。

步骤205：颗粒物过滤器温度升高，当达到预定排温时，关闭相应加热器、排气截止阀，打开相应空气泵、空气阀(当对A颗粒物过滤器1进行再生时候，达到预定排温，关闭A加热器3、A排气截止阀11，打开空气泵16、A空气阀13，当对B颗粒物过滤器2进行再生时，达到预定排温，关闭B温度传感器6、B排气截止阀12，打开空气泵16、B空气阀14)；

步骤206：颗粒物过滤器中的颗粒物自燃，进行再生，时刻监视颗粒物过滤器的温度，防止热失控，如果颗粒物过滤器超过预定温度时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生中止(如果A颗粒物过滤器1超过预定温度时，关闭A空气阀13、空气泵16，打开A排气截止阀11，中止再生，如果B滤前压力传感器8超过预定温度时，关闭B空气阀14空气泵16，打开B排气截止阀12，中止再生)；如果颗粒物过滤器没有超过预定温度，继续进行颗粒物过滤器的再生；

步骤207：判断再生时间是否小于预定时间，如果再生时间小于预定时间，判断颗粒物加载水平，当颗粒物加载水平小于预定值时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生终止(如果A颗粒物过滤器1颗粒物加载水平小于预定值时，关闭A空气阀13、空气泵16，打开A排气截止阀11，中止再生，如果B滤前压力传感器8颗粒物加载水平小于预定值时，关闭B空气阀14空气泵16，打开B排气截止阀12，中止再生)；当颗粒物加载水平大于预定值时，返回步骤206继续再生；

如果再生时间大于预定时间，增大再生结束的颗粒物加载水平(由于颗粒物过滤器老化，其中的灰分累积，导致其阻力增大，压降升高，增大再生结束的颗粒物加载水平，实际上是提高再生结束时的颗粒物过滤器前后压差，每次增大的量是固定值，通过实验标定进行确定)，然后，判断再生结束颗粒物加载水平是否小于预定值，如果小于预定值，则返回步骤206，若大于预定值，则认为颗粒物过滤器彻底老化或者发生其他严重故障，并提供给发动机报警信号，需要人工去维修颗粒物过滤器。

一般来讲，现有的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发动机现有的进气流量传感器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。

本发明的优势是相对于单个颗粒物过滤器的排气系统，两个颗粒物过滤器能减少单个颗粒物过滤器的体积，更方便的布置在车身底部。每个颗粒物过滤器过滤效率都较高，而且其压降小。本发明的优点更体现在再生可控，再生温度低上。某一颗粒物过滤器再生时，由于关闭了该支路的排气，通过空气泵引入的空气氧含量高，颗粒物燃烧的温度低，燃烧更迅速，再生时间短。而且，一旦颗粒物燃烧温度过高将要损坏颗粒物过滤器时，关闭空气泵支路，打开排气截止阀，再生终止，不会导致热失控。

Claims (3)

1.一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统，包括空气泵回路、A颗粒物过滤器、B颗粒物过滤器、A排气截止阀、B排气截止阀、A滤前压力传感器、B滤前压力传感器、A滤后压力传感器、B滤后压力传感器、控制模块；

空气泵回路包括空气泵、连接管、A空气阀、B空气阀；

A颗粒物过滤器的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有A排气截止阀，A颗粒物过滤器的入口、出口连接分别设置A滤前压力传感器、A滤后压力传感器，A颗粒物过滤器内部前端设有A加热器，A颗粒物过滤器上还设有A温度传感器；

B颗粒物过滤器的入口连接发动机排气管路，发动机排气管路内设有B排气截止阀，B颗粒物过滤器的入口、出口分别设置B滤前压力传感器、B滤后压力传感器，内部前端设有B加热器，B颗粒物过滤器上还设有B温度传感器；

连接管为T字型，一端连接空气泵，另两端分别连接到A颗粒物过滤器、B颗粒物过滤器入口前的发动机排气管中，与A颗粒物过滤器入口前发动机排气管相连的连接管内，设有A空气阀，与B颗粒物过滤器入口前发动机排气管相连的连接管内，设有B空气阀；

A滤前压力传感器、B滤前压力传感器、A滤后压力传感器、B滤后压力传感器、A加热器、A温度传感器、B加热器、B温度传感器连接控制模块；

控制模块基于流量、温度、压差信息确定当前颗粒物负载水平、控制A加热器、B加热器的加热，控制A排气截止阀、B排气截止阀、A空气阀、B空气阀的开闭，控制空气泵的启停。

2.根据权利要求1所述的一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统，所述的A加热器和B加热器均采用电阻丝加热，利用车载电池提供电能。

3.基于权利要求1所述的一种汽油机双路并联颗粒物过滤系统的再生方法，具体为：

步骤201：控制模块检测发动机运行状态，包括压差、进气流量、颗粒物过滤器温度；

步骤202：控制模块推断颗粒物加载水平，判断是否再生，如果某个颗粒物过滤器或者两个颗粒物过滤器均需要再生，进入步骤203；否则，不需要再生，则发动机在正常模式继续运行；

步骤203：当某个颗粒物过滤器需要再生时，启动该颗粒物过滤器支路对应的加热器，进入步骤204：当两个颗粒物过滤器均需要再生时，A颗粒物过滤器先进行再生，A颗粒物过滤器再生结束后，B颗粒物过滤器再进行再生；

步骤205：颗粒物过滤器温度升高，当达到预定排温时，关闭相应加热器、排气截止阀，打开相应空气泵、空气阀；

步骤206：颗粒物过滤器中的颗粒物自燃，进行再生，时刻监视颗粒物过滤器的温度，如果颗粒物过滤器超过预定温度时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生中止；如果颗粒物过滤器没有超过预定温度，继续进行颗粒物过滤器的再生；

步骤207：判断再生时间是否小于预定时间，如果再生时间小于预定时间，判断颗粒物加载水平，当颗粒物加载水平小于预定值时，关闭相应空气阀、空气泵，打开相应排气截止阀，再生终止；当颗粒物加载水平大于预定值时，返回步骤206继续再生；

如果再生时间大于预定时间，增大再生结束的颗粒物加载水平，然后，判断再生结束颗粒物加载水平是否小于预定值，如果小于预定值，则返回步骤206，若大于预定值，则认为颗粒物过滤器彻底老化或者发生其他严重故障，并提供给发动机报警信号。