CN107435575B - 柴油颗粒物过滤器的再生方法 - Google Patents

柴油颗粒物过滤器的再生方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于柴油车柴油颗粒物过滤器的再生方法，氧化催化器和柴油颗粒物过滤器经由排气管依次串联在柴油车的发动机的出气口下游，柴油颗粒物过滤器的载体材料被选择成能够确保柴油颗粒物过滤器的入口与出口之间的排气压差得以定量测量，在柴油车内存储有事先设定的第一工况参数，其中，方法包括被动再生启动过程，仅当柴油车符合第一工况参数的要求时，才执行被动再生启动过程，被动再生启动过程包括循环执行：测定柴油颗粒物过滤器的入口与出口之间的排气压差；将所测定的排气压差与一预定的阈值进行比较，如果所测定的排气压差大于或等于该阈值，则增加氧化催化器的入口处的排气温度；如果所测定的排气压差小于该阈值，则继续测定排气压差。

Description

柴油颗粒物过滤器的再生方法
技术领域
本发明涉及柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生方法。
背景技术
为了应对越来越严格的柴油车尾气排放要求，柴油颗粒物过滤器(DPF)在柴油车中广泛采用。柴油颗粒物过滤器主要安装在柴油车的废气排放处理系统中，能够过滤掉发动机尾气中的大部分污染物颗粒物(PM)，从而使得尾气排放合规。
通常，在柴油车中，氧化催化器(DOC)和柴油颗粒物过滤器经由排气管依次串联在柴油发动机的废气出口的下游。对于普通小型柴油车而言，其电子控制单元(ECU)指令传感器不断地监测柴油颗粒物过滤器的入口和出口的排气压差，利用所监测的排气压差来实时评估柴油颗粒物过滤器内已经捕集的炭烟颗粒量，在其超过一临界值后，ECU指令柴油发动机内的喷油器加大喷油量，导致在发动机的出口排出含有更多碳氢化合物(HC)的废气，该废气经过氧化催化器起反应从而氧化催化器的出口的排气温度提高，以使得柴油颗粒物过滤器内已经捕集的炭烟颗粒燃烧而令其再生。但是，采用这种再生方法时，因需不断地监测柴油颗粒物过滤器的排气压差，显著地消耗了ECU的计算资源。此外，因再生时需加大柴油发动机内的喷油器的喷油量，也会造成柴油车的总油耗量上升。
对于发动机排气量较大的重载柴油车而言，在柴油发动机的出口与氧化催化器的入口之间配备一喷油器。这种重载柴油车由于柴油颗粒物过滤器的载体材料与普通小型柴油车的有所不同，所以排气压差无法被定量测量，大多情况下很难通过排气压差准确地反推得到柴油颗粒物过滤器内已经聚集的炭烟颗粒量。因此，对于重载柴油机而言，事先基于发动机的排放以及后处理载体的特性建立柴油颗粒物过滤器内颗粒无质量的数学模型，并存储在ECU的存储器内。然后，ECU依据数学模型推算柴油颗粒物过滤器内已经捕集的炭烟颗粒量，在该推算的炭烟颗粒量达到一临界值后，指令前述喷油器喷油，从而更多的碳氢化合物直接进入氧化催化器起反应，增加氧化催化器的出口处废气温度，实现柴油颗粒物过滤器的再生。但是，采用这种再生方法时，因需要额外的喷油器进行喷油，所以也会提高燃油消耗量。此外，柴油颗粒物过滤器的炭烟颗粒的燃烧温度(即氧化催化器的出口温度)通常很高，如果频繁再生的话，很容易将柴油颗粒物过滤器烧裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生方法，采用该方法，柴油车的ECU的计算资源可以得到节约。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生方法，其中，氧化催化器和柴油颗粒物过滤器经由排气管依次串联在柴油车的发动机的出气口下游，所述柴油颗粒物过滤器的载体材料被选择成能够确保所述柴油颗粒物过滤器的入口与出口之间的排气压差得以定量测量，在所述柴油车内存储有事先设定的第一工况参数，其中，所述再生方法包括被动再生启动过程，仅当柴油车符合所述第一工况参数的要求时，才执行所述被动再生启动过程，所述被动再生启动过程包括循环执行：
测定所述柴油颗粒物过滤器的入口与出口之间的排气压差；
将所测定的排气压差与一预定的阈值进行比较，如果所测定的排气压差大于或等于该阈值，则增加所述氧化催化器的入口处的排气温度；如果所测定的排气压差小于该阈值，则继续测定排气压差。
可选地，在所述发动机的出气口与所述氧化催化器的入口之间设置一喷油器，用于选择性向所述排气管内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程地执行所述主动再生启动过程，所述主动再生启动过程包括：
指令所述喷油器向所述排气管内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器的入口处的排气温度。
采用本发明的上述技术手段，被动再生与主动再生并行地且相互独立地执行，互为补充，可以节省ECU的计算资源。
附图说明
从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：
图1是系统框图，示意性示出了能够采用根据本发明的柴油颗粒物过滤器再生方法的柴油车的废气后处理系统；
图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法的流程图；
图3是流程图，示意性示出了根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法中的被动再生启动过程；
图4是流程图，示意性示出了根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法中的主动再生启动过程；并且
图5示意性示出了一个根据本发明的实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法的实施的实例。
具体实施方式
在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。
图1示意性示出了采用根据本发明的柴油颗粒物过滤器再生方法的柴油车的废气后处理系统的一个实施例。该废气后处理系统大体上包括氧化催化器300和柴油颗粒物过滤器400，它们经由排气管500依次串联至柴油车的柴油发动机100的出气口。
需要指出的是，根据本发明的柴油颗粒物过滤器再生方法特别适合用于轻载柴油车或重载柴油车。在本发明的上下文中，轻载柴油车是指柴油发动机的排气量在2升与6升之间的柴油车，重载柴油车是指柴油发动机的排气量大于6升的柴油车。
为了能够执行如下所述的本发明的柴油颗粒物过滤器再生方法，轻载柴油车或重载柴油车并未采用堇青石作为柴油颗粒物过滤器的载体材料，而是采用碳化硅(SiC)作为柴油颗粒物过滤器的载体材料。当然，本领域技术人员在阅读说明书的以下描述之后应当清楚，任何能够使得柴油颗粒物过滤器的入口与出口压差得以定量测量的材料均可以用作为用于实施本发明的方法的柴油车的柴油颗粒物过滤器400的载体材料。
如图1所示，在发动机100的出气口与氧化催化器300的入口之间设置一喷油器P1。该喷油器P1能够自柴油车的低压供油回路600供应低压燃油，在柴油车的ECU的指令下能够选择性地将燃油喷射到排气管500，以与发动机100排出的废气混合。
在柴油颗粒物过滤器400的入口和出口设置压力测量接口，由压差传感器S直接测量柴油颗粒物过滤器400的入口与出口之间的排气压差ΔP。如图所示，ECU能够对发动机100和喷油器P1进行控制。
图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法的流程图。根据该再生方法，在开始步骤S00之后，包括两个再生启动过程，即被动再生启动过程S10与主动再生启动过程S20。根据本发明的实施例，被动再生启动过程S10与主动再生启动过程S20并行进行，互作补充。本领域技术人员应当清楚，本发明的方法步骤均可以由ECU执行实现。
需要指出的是，在本发明的上下文中，术语“被动再生”指的是不需要额外增加燃油消耗即可实现柴油颗粒物过滤器的再生，与之相反，术语“主动再生”指的是必须额外增加燃油消耗才可实现柴油颗粒物过滤器的再生。
以下，参照附图3说明根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法中的被动再生启动过程S10。
首先，在步骤S101中，通过事先设定的判断条件触发被动再生启动过程S10的开始。根据一个示意性实例，可以这样设定触发的判断条件。对某一排量型号的柴油发动机，确定一个批次数量，然后以统计学的方法确定在这一批次的柴油机在油耗累计达到一定值(例如，50升、100升、150升等)时柴油颗粒物过滤器的炭烟颗粒量值满足法规要求的置信区间，例如[a,b]。然后，取该置信区间[a,b]内的一个炭烟颗粒量值作为触发值。例如，该炭烟颗粒量值可以与一油耗值相对应。当柴油机的油耗累计值大于该油耗值时(即前述判断条件成立)，在步骤S101触发被动再生启动过程S10的开始。本领域技术人员应当清楚除了油耗累计值以外，其它能够确定发动机运行的合适因素或称工况参数例如发动机累计运行时间、柴油车行驶累计里程数等也可以用于确定上述置信区间并以此选定相应的触发值。
然后，转看图3，在步骤S102中，ECU指令压差传感器S确定排气压差ΔP。
然后，在步骤S103，将所确定的排气压差ΔP与一预定的阈值PT进行比较。如果ΔP小于PT，则转到步骤S102继续测量并确定排气压差ΔP；如果ΔP大于或等于PT，则转到步骤S104。
在步骤S104，通过采取非增加喷油量的措施来提高氧化催化器300入口的排气温度。与现有技术提高氧化催化器300出口排气温度不同，通过仅提高氧化催化器300入口的排气温度，可以促进发动机废气中的氮氧化物经过氧化催化器300的反应而产生增加的二氧化氮(NO2)。
然后，在步骤S105中，启动柴油颗粒物过滤器400的再生，即前述增加的二氧化氮可以促进与柴油颗粒物过滤器400的炭烟颗粒进行反应，从而生成一氧化氮(NO)和二氧化碳(CO2)经由排气管500排出车外。
当柴油颗粒物过滤器400的再生结束后，转到步骤S101等待下一次预定的判断条件成立后继续触发被动再生启动过程S10。
本领域技术人员应当清楚，前述非增加喷油量的措施例如能够通过在柴油发动机的出口处排气管500内产生后燃来实现。例如，减小柴油发动机的进气量，使得燃油在气缸内无法充分燃烧，随着废气的排出而在排气管500内发动机出口附近燃烧，造成排气温度升高。再例如，也可以调整柴油发动机的喷油或排气正时使得燃油在气缸内无法充分燃烧，也可以造成上述后燃。总之，本领域技术人员可以想到的使得柴油发动机产生后燃的任何措施均可以在本发明中用于提高氧化催化器300的入口排气温度。除此以外，本领域技术人员可以想到的任何能够提高氧化催化器300的入口排气温度的措施均可以在本发明中采用。
与现有技术相比，在这种被动再生启动过程中，柴油颗粒物过滤器400的入口温度的提高不会过大，因此即使再生次数较多不会存在柴油颗粒物过滤器400烧裂的可能性。此外，因为这种被动再生启动过程无需增加喷油量，所以能够相对节省柴油车的总油耗量。
另外，在这种被动再生启动过程中，因为首先在步骤S101以预定的判断条件进行触发，仅当触发成立时ECU才进行相应的计算(例如进行步骤S102至步骤S105)，所以显著地节省了ECU的计算资源，可以为柴油车的其它控制因素留出足够的余地。
以下，参照附图4说明根据本发明的一个实施例的柴油颗粒物过滤器再生方法中的主动再生启动过程S20。正如已经提到的，主动再生启动过程S20是与被动再生启动过程S10同时进行的，其目的是避免柴油车因任何无法提前预测的因素出现废气超标的可能性。
如图4所示，在步骤S201，通过事先设定的判断条件触发主动再生启动过程S20的开始。在一个示意性实例中，以柴油车行驶一定里程作为判断条件，如当柴油车行驶3000公里后，触发主动再生启动过程S20的开始。本领域技术人员应当清楚作为判断条件的里程数应当以满足法规要求的废气排放作为依据进行选择，即在该里程数内为了防止废气排放可能超标必须进行至少一次柴油颗粒物过滤器400的再生。此外，在开始主动再生启动过程S20之前，已经完成了至少一次被动再生启动过程S10。本领域技术人员应当清楚除了行驶里程以外，其它能够确定发动机运行的合适因素或称工况参数例如发动机累计运行时间、总油耗量等也可以用于确定上述判断条件。
然后，在步骤S202，指令喷油器P1喷射一定量的燃油，从而更多碳氢化合物进入氧化催化器300起反应，提高氧化催化器300的出口排气温度。
因而，在步骤S203，启动柴油颗粒物过滤器400的再生，即因氧化催化器300的出口排气温度升高导致柴油颗粒物过滤器400内捕集的炭烟颗粒燃烧。当柴油颗粒物过滤器400的再生结束后，转到步骤S201等待下一次预定的判断条件成立后继续触发主动再生启动过程S20。
虽然主动再生启动过程S20与被动再生启动过程S10相比，油耗量增加且再生时的排气温度也增加，但是因为主动再生启动过程S20的启动间隔较大，因此并不会对柴油发动机的总油耗量造成过大影响且柴油颗粒物过滤器400的爆裂可能性也会相应减小。
为了更加清楚，图5示意性示出了一个执行本发明的方法的实例。在图5中，被动再生过程S10中的横坐标l可以视为柴油车的油耗量，当柴油车的油耗量累计达到一触发值Δl后，上述步骤S101得以触发；主动再生过程S20中的横坐标L可以视为柴油车的行驶里程，当柴油车的行驶里程累计达到一预定值ΔL后，上述步骤S201得以触发。因此，可以看出被动再生过程S10与主动再生过程S20是同时且相互独立进行的。
根据本发明的技术方案，被动再生启动过程与主动再生启动过程相互结合，在满足尾气排放法规要求的前提下既可以节省ECU的计算资源同时也可以相应降低柴油发动机的油耗量。
尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (49)

1.一种用于柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生方法，其中，氧化催化器(300)和柴油颗粒物过滤器(400)经由排气管(500)依次串联在柴油车的发动机(100)的出气口下游，所述柴油颗粒物过滤器(400)的载体材料被选择成能够确保所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口与出口之间的排气压差得以定量测量，在所述柴油车内存储有事先设定的第一工况参数，其特征在于，所述再生方法包括被动再生启动过程(S10)，仅当柴油车符合所述第一工况参数的要求时，才执行所述被动再生启动过程(S10)，所述被动再生启动过程(S10)包括循环执行：
测定(S102)所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口与出口之间的排气压差(ΔP)；
将所测定的排气压差(ΔP)与一预定的阈值(PT)进行比较，如果所测定的排气压差(ΔP)大于或等于该阈值(PT)，则增加(S104)所述氧化催化器(300)的入口处的排气温度；如果所测定的排气压差(ΔP)小于该阈值(PT)，则继续测定排气压差(ΔP)。
2.根据权利要求1所述的再生方法，其特征在于，通过使得所述发动机(100)产生后燃而增加所述氧化催化器(300)的入口处的排气温度。
3.根据权利要求1或2所述的再生方法，其特征在于，所述第一工况参数为油耗值，当所述发动机(100)的实际油耗累计达到该油耗值时，执行所述被动再生启动过程(S10)。
4.根据权利要求1或2所述的再生方法，其特征在于，所述柴油颗粒物过滤器(400)的载体材料为碳化硅。
5.根据权利要求3所述的再生方法，其特征在于，所述柴油颗粒物过滤器(400)的载体材料为碳化硅。
6.根据权利要求1或2所述的再生方法，其特征在于，在所述发动机(100)的出气口与所述氧化催化器(300)的入口之间设置一喷油器(P1)，用于选择性向所述排气管(500)内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程(S20)，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程(S10)地执行所述主动再生启动过程(S20)，所述主动再生启动过程(S20)包括：
指令所述喷油器(P1)向所述排气管(500)内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口处的排气温度。
7.根据权利要求3所述的再生方法，其特征在于，在所述发动机(100)的出气口与所述氧化催化器(300)的入口之间设置一喷油器(P1)，用于选择性向所述排气管(500)内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程(S20)，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程(S10)地执行所述主动再生启动过程(S20)，所述主动再生启动过程(S20)包括：
指令所述喷油器(P1)向所述排气管(500)内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口处的排气温度。
8.根据权利要求4所述的再生方法，其特征在于，在所述发动机(100)的出气口与所述氧化催化器(300)的入口之间设置一喷油器(P1)，用于选择性向所述排气管(500)内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程(S20)，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程(S10)地执行所述主动再生启动过程(S20)，所述主动再生启动过程(S20)包括：
指令所述喷油器(P1)向所述排气管(500)内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口处的排气温度。
9.根据权利要求5所述的再生方法，其特征在于，在所述发动机(100)的出气口与所述氧化催化器(300)的入口之间设置一喷油器(P1)，用于选择性向所述排气管(500)内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程(S20)，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程(S10)地执行所述主动再生启动过程(S20)，所述主动再生启动过程(S20)包括：
指令所述喷油器(P1)向所述排气管(500)内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口处的排气温度。
10.根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于，在所述发动机(100)的出气口与所述氧化催化器(300)的入口之间设置一喷油器(P1)，用于选择性向所述排气管(500)内喷射低压燃油，在所述柴油车内存储有事先设定的第二工况参数，所述再生方法包括主动再生启动过程(S20)，仅当柴油车符合所述第二工况参数的要求时，才独立于所述被动再生启动过程(S10)地执行所述主动再生启动过程(S20)，所述主动再生启动过程(S20)包括：
指令所述喷油器(P1)向所述排气管(500)内喷射燃油，从而提高所述柴油颗粒物过滤器(400)的入口处的排气温度。
11.根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于，所述第二工况参数为行驶里程，当所述发动机(100)的实际行驶里程累计达到该行驶里程时，执行所述主动再生启动过程(S20)。
12.根据权利要求7所述的再生方法，其特征在于，所述第二工况参数为行驶里程，当所述发动机(100)的实际行驶里程累计达到该行驶里程时，执行所述主动再生启动过程(S20)。
13.根据权利要求8所述的再生方法，其特征在于，所述第二工况参数为行驶里程，当所述发动机(100)的实际行驶里程累计达到该行驶里程时，执行所述主动再生启动过程(S20)。
14.根据权利要求9所述的再生方法，其特征在于，所述第二工况参数为行驶里程，当所述发动机(100)的实际行驶里程累计达到该行驶里程时，执行所述主动再生启动过程(S20)。
15.根据权利要求10所述的再生方法，其特征在于，所述第二工况参数为行驶里程，当所述发动机(100)的实际行驶里程累计达到该行驶里程时，执行所述主动再生启动过程(S20)。
16.根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
17.根据权利要求7所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
18.根据权利要求8所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
19.根据权利要求9所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
20.根据权利要求10所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
21.根据权利要求11所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
22.根据权利要求12所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
23.根据权利要求13所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
24.根据权利要求14所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
25.根据权利要求15所述的再生方法，其特征在于，在执行所述主动再生启动过程(S20)时，已经执行了所述被动再生启动过程(S10)至少一次。
26.根据权利要求1或2所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
27.根据权利要求3所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
28.根据权利要求4所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
29.根据权利要求5所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
30.根据权利要求6所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
31.根据权利要求7所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
32.根据权利要求8所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
33.根据权利要求9所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
34.根据权利要求10所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
35.根据权利要求11所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
36.根据权利要求12所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
37.根据权利要求13所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
38.根据权利要求14所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
39.根据权利要求15所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
40.根据权利要求16所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
41.根据权利要求17所述的再生方法，其特征在于，所述再生方法用于轻载柴油车或重载柴油车的柴油颗粒物过滤器的再生。
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