CN104863670B - 一种汽油机颗粒物过滤***及再生方法 - Google Patents

一种汽油机颗粒物过滤***及再生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽油机颗粒物过滤***及再生方法。本发明所公开的汽油机颗粒物过滤***，主要包括：颗粒物过滤器(2)、三元催化器(1)、压差传感器(4)、温度传感器(5)和控制模块。该过滤***的颗粒物过滤器与三元催化器采用紧耦合布置，能够实现大多数工况下的颗粒物的被动再生。当检测到颗粒物过滤器颗粒物加载水平过大时，控制模块启动主动再生，主要通过让发动机运行在偏稀混合气工况，并且推迟点火来让排气升温，从而使颗粒物燃烧，达到再生目的。

Description

一种汽油机颗粒物过滤***及再生方法
技术领域
本发明涉及颗粒物过滤***及再生方法，特别涉及一种汽油机颗粒物过滤***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。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。研究表明，缸内直喷发动机的颗粒物排放比安装颗粒物过滤器的柴油机的颗粒物排放更高。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。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，很可能在缸内直喷汽油机上加装颗粒物过滤器。
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，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。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。目前柴油机颗粒物过滤器得到了广泛的研究，再生方法多种多样，包括：发动机后喷油，使用燃料燃烧器，使用电阻加热线圈等。但对于汽油机，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，排气中的氧含量低，但汽油机排温较高，有利于实现被动再生。研究表明，城市工况下，排温较低，很难实现充分的被动再生，一定情况下仍然需要主动再生。
专利(公开号CN102373989A)公开了一种汽油机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***由于添加了空气泵回路成本较高。专利(US 2013/0008162 A1)公开了一种汽油机颗粒物过滤器再生方法，该方法通过让发动机在当量空燃比为1的附近震荡，通过三元催化器中的反应来增加排气温度，该再生方法面临再生时间长的问题。
发明内容
为了弥补以上领域的不足，本发明提供一种汽油机颗粒物过滤***。
本发明所提供的汽油机颗粒物过滤***，主要包括：颗粒物过滤器(2)、三元催化器(1)、压差传感器(4)、温度传感器(5)和控制模块；
所述颗粒物过滤器(2)与三元催化器(1)采用紧耦合布置；所述紧耦合布置，是将颗粒物过滤器(2)的过滤体及三元催化器(1)的基底材料放入同一外壳中；
所述压差传感器(4)通过检测颗粒物过滤器(2)两端压差，用来确定再生时机；
所述温度传感器(5)监测颗粒物过滤器(2)的过滤体温度，防止再生时出现热失控；
所述控制模块基于流量、温度、压差信息确定当前颗粒物负载水平，操作发动机进行喷油及点火，提升排气中氧含量及温度，实现再生。
所述颗粒物过滤器与汽油机排气***的三元催化器采用紧耦合布置，有利于提高颗粒物过滤器中的温度，实现大多数工况下的被动再生，从而降低了主动再生的频率。
所述三元催化器(1)中设置有温度传感器(6)。该温度传感器一方面用来确定排气体积流量，一方面监控三元催化器温度，防止再生时三元催化器的热失控。
所述三元催化器(1)的上游安装有氧传感器(7)，下游安装有氧传感器(3)。
本发明还提供了汽油机颗粒物过滤***的再生方法。
本发明所提供的汽油机颗粒物过滤***的再生方法，包括：
确定颗粒物加载水平，确定再生时机；
控制模块推迟发动机点火角，并让发动机运行在稀混合气模式，提高排气温度及其中氧含量，使颗粒物燃烧；当颗粒物加载水平降低到预定值时，将发动机运行在正常模式下，主动再生终止。
所述颗粒物加载水平，通过排气流量，过滤器压差查表确定。
所述再生方法进一步包括：当再生时三元催化器或者颗粒物过滤器达到一定温度时，将发动机运行在正常模式下。
所述再生方法进一步包括：当主动再生结束，颗粒物过滤器压差处于高水平时，过滤器出现结构故障或者过滤器老化寿命终止。
附图说明
图1为包含本发明汽油机颗粒物过滤***的排气后处理***。
图2为本发明汽油机颗粒物过滤***的再生方法控制流程图。
具体实施方式
本发明提供的一种包含汽油机颗粒物过滤器(GPF)的排气后处理***，如图1所示。排气***上含有常规的三元催化器(TWC)1，三元催化器1的下游安装颗粒过滤器2，颗粒物过滤器2与三元催化器1处于同一外壳中。所述颗粒物过滤器2与三元催化器1采用紧耦合布置；所谓紧耦合布置，是将颗粒物过滤器的过滤体及三元催化器的基底材料放入同一外壳中，这有利于提高颗粒物过滤器中的温度，实现大多数工况下的被动再生，从而降低了主动再生的频率。
三元催化器1中设置有温度传感器6，颗粒物过滤器2中设置有温度传感器5。颗粒物过滤器2前后设置有压差传感器4。控制模块12根据当前排气***状况，对发动机进行相关操作，适时进行再生。图1中还有火花塞8，喷油器9，电子节气门11，这些都是控制模块12在实现再生控制时的执行器。
对于常规汽油机，均安装有进气流量传感器10，而且在三元催化器1的上游安装有氧传感器7测量空燃比，为了诊断三元催化器，在其下游还安装了氧传感器3。通过进气流量，空燃比，排气温度，可以计算排气体积流量，这有利于结合压差，查表得到颗粒物加载水平。颗粒物加载水平表为排气体积流量及过滤器压差的二维表格，提前通过实验制取。
该排气***结构有利于实现颗粒物的被动再生，三元催化器1一般采用紧耦合，利用高温排气快速起燃。其下游的颗粒物过滤器2的温度也较高，大多数情况下能实现颗粒物被动再生，从而大大降低了主动再生的频率，降低了主动再生的难度及成本。
图2为本发明公开的再生方法的控制流程。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，推迟发动机点火，让发动机运行在较稀工况；否则仍然让发动机运行在正常模式(步骤204)。步骤205接下来就使发动机排温升高，当达到预定排温，预定空燃比时(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TWC及GPF温度，防止热失控(步骤208)，当二者有一个超温时，控制模块强行将发动机运行在正常模式下(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，将发动机运行在正常模式(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206，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206；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。
步骤205中发动机运行在较稀工况指发动机当量空燃比在1-1.1之间，太稀的混合气不利于排气温度的提高，而且可能增加碳氢排放。可以通过适当增大电子节气门开度或者减少喷油来实现。但再生时，为了不影响车辆功率，考虑到推迟点火引起的扭矩降低，发动机的进气量和喷油量都应增加，只是发动机进气量增加的比例更大。

Claims (5)

1.汽油机颗粒物过滤***的再生方法，包括：
a)确定颗粒物的加载水平：
1.通过进气流量，空燃比和排气温度计算排气体积流量，测量颗粒物过滤器(2)两端压差；所述进气流量由进气流量传感器(10)测得，所述空燃比由设置在三元催化器(1)上游的氧传感器(7)测得，所述排气温度由设置在三元催化器(1)内的温度传感器(6)测得；所述颗粒物过滤器(2)两端压差由压差传感器(4)测得；
2.查颗粒物加载水平表，得到颗粒物加载水平；所述颗粒物加载水平表为为排气体积流量及颗粒物过滤器( 2) 两端压差的二维表；
b)对比颗粒物加载水平的预定值，确定再生时机；所述颗粒物的加载水平大于所述预定值，再生开始；
c)再生过程：
控制模块推迟汽油机点火角，并让汽油机运行在稀混合气模式，提高排气温度及其中氧含量，使颗粒物燃烧；当颗粒物加载水平小于预定值时将汽油机运行在正常模式下，主动再生终止。
2.根据权利要求1所述的汽油机颗粒物过滤***的再生方法，其特征在于：再生过程还包括以下步骤：当主动再生之后颗粒物加载水平仍高于预定值，就比较再生时间预定值，当小于再生时间预定值，继续再生；大于再生时间预定值，就调高颗粒物加载水平预定值，继续再生。
3.根据权利要求2所述的汽油机颗粒物过滤***的再生方法，其特征在于：再生过程还包括以下步骤：当调高的颗粒物加载水平预定值超过颗粒物过滤器老化值，就认为颗粒物过滤器老化或者故障。
4.根据权利要求1或2所述的汽油机颗粒物过滤***的再生方法，其特征在于：所述再生方法进一步包括：用设置在颗粒物过滤器(2)内部的温度传感器(5)监测颗粒物过滤器(2)的过滤体温度，用所述温度传感器(6)监测三元催化器(1)内温度，防止再生时出现热失控，当再生时三元催化器(1)或者颗粒物过滤器(2)达到一定温度时，将汽油机运行在正常模式下。
5.根据权利要求1或2所述的汽油机颗粒物过滤***的再生方法，其特征在于：所述控制模块推迟汽油机点火角，汽油机运行在稀混合气模式，此时空燃比在1-1:1之间。
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