CN111094729A - 用于使热机的颗粒过滤器再生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使载有碳烟的热机(10)的颗粒过滤器(16)再生的方法，该热机(10)连接至包括该颗粒过滤器(16)的排气管路(12)，该方法的特征在于包括：将发动机转速从怠速增加至最佳转速的步骤，该最佳转速允许增加排气温度以及排气流量；用于使颗粒过滤器(16)再生的步骤，其基于热机(10)的运行参数的调整，以便控制排气温度和颗粒过滤器(16)中的氧气水平，以避免碳烟的过度燃烧；以及用于对颗粒过滤器(16)的再生进行效率评估的步骤。

Description

用于使热机的颗粒过滤器再生的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使热机的颗粒过滤器再生的方法。本发明属于热机的排气的去污染领域。
背景技术
当空气和燃料的混合物在热机中燃烧时，污染物被排入发动机的排气管路中。这些污染物主要是未燃烧的碳氢化合物(HC)、氮氧化物(一氧化氮NO和二氧化氮NO2)以及碳氧化物(包括一氧化碳CO)。
排气去污染方面的环境保护标准要求在发动机的排气管路中安装排气的后处理系统。因此，发动机的排气管路通常至少配备有例如三元催化器的催化器，该催化器允许将氮氧化物还原为氮和二氧化碳、将一氧化碳氧化为二氧化碳、并将未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水。
一些主要由碳基碳烟和/或油滴组成的固态或液态颗粒也会被排出。这些颗粒的大小通常在几纳米至一微米之间。为了捕捉该固态或液态颗粒，如在文献EP2426326中所述，通常设置一种由蜂窝结构的陶瓷型矿物基质构成的颗粒过滤器，该颗粒过滤器限定了如下所述的通道：该通道基本上平行于过滤器中排气的总体流动方向来设置，并且在过滤器的气体入口面一侧和过滤器的气体出口面一侧交替地封闭。
颗粒过滤器需要定期再生，以免碳烟过量。这些再生出现于存在热量和氧气的情况下。对于汽油发动机，较大的发动机工作区域允许提供必要的热量，并且可以在松开加速装置或在换挡时通过中断喷射来提供氧气。
在某些情况下，由于速度过低的行驶状态不允许达到颗粒过滤器的再生所必需的热量，或者由于大量的短距离行驶产生了超过再生能力(在满足条件的时间内)的颗粒物排放量，这些条件可能无法被同时满足。
针对这些行驶状态，可以实施颗粒过滤器的强制再生策略。然而，这种必须基于颗粒过滤器的一定碳烟载量而在行程中进行的再生可能会不起作用，特别是对于排气温度太低和/或行程太短的情况。
在这些临界条件维持时间过长的情况下，颗粒过滤器的载量可能会达到临界阈值，超过该阈值，车辆的动态运行模式下的任何再生都可能是危险的。在这种情况下，发动机的功率自动降低，并且驾驶员需要修理车辆。
发明内容
本发明旨在允许在车辆的静止模式下实施在维护操作的范围内的颗粒过滤器的所谓“受控的”再生。
为此目的，本发明涉及一种用于在维护操作期间使载有碳烟的热机颗粒过滤器再生的方法，该热机连接至包括颗粒过滤器的排气管路，该方法的特征在于包括：
-将发动机转速从怠速增加至最佳转速的步骤，该最佳转速允许增加排气温度以及排气流量；
-用于使颗粒过滤器再生的步骤，该步骤基于热机的运行参数的调整，以便控制排气温度和颗粒过滤器中的氧气水平以避免碳烟的过度燃烧；
-用于对颗粒过滤器的再生进行效率评估的步骤。
因此，通过受控地向排气供应热量和氧气，本发明允许再生储存在过载的颗粒过滤器中的碳烟，而不对车辆产生安全风险。本发明的优点还在于，通过发动机计算机上装载的并由售后服务外部工具控制的自动装置，本发明能够容易地在静止的车辆上实施。
根据实施方式，最佳转速在3000tr/min至4000tr/min之间。
根据实施方式，通过将颗粒过滤器上游的排气温度保持在750℃至800℃之间并将氧气水平保持在大约2％来进行用于使颗粒过滤器再生的步骤。
根据实施方式，在用于使颗粒过滤器再生的步骤期间调整的热机的运行参数如下：点火提前，其在发动机循环中被大大延迟以获得所需的排气温度；以及丰度设定值，其例如固定为约0.95的值以获得所需的氧气比率。
根据实施方式，在颗粒过滤器的再生步骤期间调整的至少一个热机的附加运行参数可以选自一个或多个喷射参数、以及在热机配备有可变气门升程系统的情况下的气门升程和气门重叠，以尤其控制热机的燃烧稳定性。
根据实施方式，进行效率评估的步骤是基于颗粒过滤器的入口和出口之间的压差测量来实施的，同时保持允许实施这样的测量的排气流量。
根据实施方式，该方法还包括在用于使颗粒过滤器再生的步骤结束时冷却排气管路的步骤。
根据实施方式，该方法还包括用于学习的步骤，该用于学习的步骤保持一定的发动机转速，该转速允许实施基于差压测量的对颗粒过滤器的碳烟载量估计量的学习。
本发明还涉及一种用于控制颗粒过滤器的再生的工具，该工具包括存储器，该存储器存储软件指令，用于实施如上所述的使颗粒过滤器再生的方法。
附图说明
通过阅读以下描述并审阅附图，将更好地理解本发明。这些附图仅作为对本发明的说明而非限制地给出，在附图中：
-图1是用于实施根据本发明的颗粒过滤器的再生方法的热机的示意图；
-图2是根据本发明的颗粒过滤器的再生方法的不同阶段的时序图。
具体实施方式
图1示出了例如火花点火式汽油发动机的热机10，其尤其用于配备至机动车辆。
热机10连接至排气管路12，以排出由热机10的运行产生的燃烧气体。
排气管路12包括用于去除气态污染物的污染的元件14，该去污染元件例如是氧化催化器或三元催化器。三元催化器14尤其允许将氮氧化物还原为氮气和二氧化碳，将一氧化碳氧化为二氧化碳，并且将未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水。
排气管路12包括用于过滤热机10的排气中的碳烟颗粒的颗粒过滤器16。颗粒过滤器16适于过滤来自汽油的燃烧的碳烟颗粒(因此在英文中对应缩写为GPF的“汽油机颗粒过滤器(Gasoline Particle Filter)”)，该过滤器不同于常规颗粒过滤器，该常规颗粒过滤器确保过滤由柴油燃烧产生的碳烟颗粒。
在颗粒过滤器16中，排气穿过构成颗粒过滤器16的材料。因此，当颗粒过滤器16由通道形成时，这些通道中的每一个都包括堵塞的端部，以使得颗粒过滤器16中流动的排气通过穿过颗粒过滤器16的不同通道的壁而从一个通道流向另一通道，从而离开颗粒过滤器16。颗粒过滤器16可以基于多孔的陶瓷基质，例如堇青石、莫来石、钛酸铝或碳化硅。如有必要，可以将去污染元件14和颗粒过滤器16安装在同一外壳17内。
排气管路12还安装有传感器18，该传感器18用于测量颗粒过滤器16的入口和出口之间的压力差，根据该压力差可以推断出累积的颗粒物的量。为此目的，使用一种映射，该映射根据进入的空气流量建立了压力变化测量值与颗粒过滤器16中的颗粒物总量之间的相关性。
探测器19.1、19.2分别位于外壳17的上游和下游，以允许测量排气中的氧气水平。
还设置了颗粒过滤器16的再生的控制工具20，以实施颗粒过滤器16的再生方法。该控制工具20包括存储器，该存储器存储用于实施下面详述的方法的软件指令。
下面参照示出了发动机的设定转速Cons_R根据时间而变化的图2，描述根据本发明的颗粒过滤器16的再生方法的不同阶段。
在车辆的发动机转动且变速箱处于空挡(自动变速箱(BVA)的“驻车”或“空档”位置)的情况下该车辆停止时，该方法通过连接到发动机计算机的外部控制工具20而以自动的方式直接控制发动机。该控制分成多个时间段，其主要阶段在于提供颗粒过滤器16的再生所必需的条件，而不产生碳烟的过度燃烧的风险。
更具体地，在步骤E1期间，工具20控制发动机转速从怠速增加到最佳转速R_opt并控制排气温度的稳定。最佳转速R_opt允许增加排气的温度和流量。选择该转速R_opt以在排气的温度和流量之间实现良好的折衷，并且由于该方法由操作员在诸如车库的封闭场实施，因此选择该转速R_opt以在排气的温度与热机10的噪声干扰之间获得良好折衷。该最佳转速R_opt是可校准的，并且有利地在3000tr/min至4000tr/min之间。优选地，该最佳转速R_opt约为3500tr/min。步骤E1具有例如大约300秒的持续时间。
然后，在步骤E2期间，控制颗粒过滤器16的再生，其旨在燃烧颗粒过滤器16的碳烟。颗粒过滤器16的这种再生基于对热机10的运行参数的调整，以便控制颗粒过滤器16中的排气温度和氧气水平，从而避免碳烟的过度燃烧。步骤E2具有例如约1400秒即约20分钟的持续时间。
在该再生步骤E2期间，相对于常规的运行模式修改发动机10的运行参数，以获得保持在750℃至800℃之间的范围内的颗粒过滤器16上游的排气温度以及约为2％的氧气水平。“约为2％的”氧气水平是指可以在该值附近上下浮动10％的氧气水平。气体流量也是能够通过选择发动机转速来调节的参数。
为此，所调节的热机10的运行参数如下：点火提前，其在发动机循环中被大大延迟以获得所需的排气温度；以及丰度设定值，其例如固定在0.95左右以获得所需的氧气比率。
还可以作用于热机10的至少一个其他的附加运行参数，例如喷射的数量、分布和阶段划分、喷射轨的压力、以及在热机10配备有可变气门升程系统的情况下的气门升程和气门重叠，以特别控制热机10的燃烧稳定性，其构成这些点火提前水平和目标丰度水平的主要限制。因此，换而言之，本发明旨在在步骤E2期间应用特定的燃烧模式，该特定的燃烧模式开始了热机10的运行参数的这些修改的全部或至少一部分。
在步骤E3期间，对排气管路12进行冷却。该冷却步骤E3在颗粒过滤器16的再生步骤E2结束时冷却排气管路12。步骤E3具有例如约150秒的持续时间。
在步骤E4期间，实施学习。该步骤E4在于保持一定的发动机转速，该发动机转速允许实施基于压差测量的对颗粒过滤器16的碳烟载量估计量的学习。控制工具20还停用由发动机计算机生成的颗粒过滤器16的过载诊断。步骤E4具有例如约150秒的持续时间。
在步骤E5期间，对微粒过滤器16的再生的效率进行评估。该效率评估的实施基于微粒过滤器16的入口和出口之间的压差测量来进行，同时保持一定的发动机转速，该发动机转速允许获得用于实施这样的测量的排气流量。该排气流量例如在0.010m3/s至0.020m3/s之间，并且优选为0.015m3/s。步骤E5具有例如约150秒的持续时间。
步骤E6是在停止用于该方法的控制的工具20之前使发动机10回到其正常怠速，步骤E6具有例如约120秒的持续时间。

Claims (9)

1.一种用于在维护操作期间使载有碳烟的热机(10)的颗粒过滤器(16)再生的方法，所述热机(10)连接至包括所述颗粒过滤器(16)的排气管路(12)，其特征在于，所述方法包括：
-将发动机转速从怠速增加到最佳转速(R_ipt)的步骤(E1)，所述最佳转速允许增加排气温度以及排气流量，
-用于使所述颗粒过滤器(16)再生的步骤(E2)，其基于所述热机(10)的运行参数的调整，以便控制排气温度和所述颗粒过滤器(16)中的氧气水平以避免碳烟的过度燃烧；以及
-用于对所述颗粒过滤器(16)的再生进行效率评估的步骤(E5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最佳速度(R_opt)在3000tr/min至4000tr/min之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将所述颗粒过滤器(16)上游的排气温度保持在750℃至800℃之间并将所述氧气水平保持在约2％来进行所述用于使所述颗粒过滤器(16)再生的步骤(E2)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述用于使所述颗粒过滤器(16)再生的步骤(E2)期间调整的所述热机(10)的运行参数如下：点火提前，其在发动机循环中被大大延迟以获得所需的排气温度；以及丰度设定值，其例如固定为约0.95的值以获得所需的氧气比率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述用于使所述颗粒过滤器(16)再生的步骤(E2)期间调整的至少一个所述热机(10)的附加运行参数可以选自一个或多个喷射参数、以及在所述热机(10)配备有可变气门升程系统的情况下的气门升程和气门重叠，以尤其控制所述热机(10)的燃烧稳定性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述进行效率评估的步骤(E5)是基于所述颗粒过滤器(16)的入口和出口之间的压差测量来实施的，同时保持允许实施这样的测量的排气流量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述用于使所述颗粒过滤器(16)再生的步骤(E2)结束时冷却所述排气管路(12)的步骤(E3)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括用于学习的步骤(E4)，所述用于学习的步骤保持一定的发动机转速，所述发送机转速允许实施基于差压测量的对所述颗粒过滤器(16)的碳烟载量估计量的学习。
9.一种用于控制颗粒过滤器(16)的再生的控制工具(20)，其包括存储器，所述存储器存储软件指令，用于实施根据前述权利要求中任一项所述的用于使所述颗粒过滤器(16)再生的方法。
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