用于使顆粒過(guò)濾器再生的方法和具有顆粒過(guò)濾器的內(nèi)燃的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于使顆粒過(guò)濾器(PF)再生的方法和內(nèi)燃機(jī)，其中，在定期再生階段期間，依靠燒掉已經(jīng)沉積在顆粒過(guò)濾器(PF)中的積碳顆粒來(lái)執(zhí)行再生。在內(nèi)燃機(jī)(1)的運(yùn)行期間，基于特性圖、特別是基于之前針對(duì)內(nèi)燃機(jī)(1)的不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍按經(jīng)驗(yàn)建立的特性圖來(lái)確定積碳沉積物的活性(SR)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于使顆粒過(guò)濾器再生的方法和具有顆粒過(guò)濾器的內(nèi)燃機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]涉及根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求1的前序部分的用于使顆粒過(guò)濾器再生的方法，并且涉及根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求7的具有顆粒過(guò)濾器的用于執(zhí)行該方法的內(nèi)燃機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置一般包括顆粒過(guò)濾器，在顆粒過(guò)濾器中，阻止在燃料燃燒期間形成的且包含在排氣流中的積碳顆粒傳送到環(huán)境中。隨著運(yùn)行持續(xù)時(shí)間逐漸增力口，顆粒過(guò)濾器越來(lái)越多地加載積碳顆粒，并且必須使顆粒過(guò)濾器再生，以便保持其有效性。為此，提供再生階段，在再生階段內(nèi)，燒掉積碳顆粒。傳統(tǒng)上，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，在提供的柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器上游將燃料供應(yīng)到排氣流，使得在柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器中發(fā)生反應(yīng)，從而使排氣流的溫度升高。然后溫度已經(jīng)升高的熱的排氣流使顆粒過(guò)濾器中的積碳顆粒燒掉。
[0003]積碳顆粒的燒掉取決于顆粒沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳的活性，使得可使用對(duì)應(yīng)地較高或較低的排氣溫度來(lái)燒掉積碳顆粒。還可按照沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳顆粒的積碳量和積碳狀況來(lái)限定再生時(shí)間區(qū)間的頻率。
[0004]DE 10 2005 046 830 Al公開(kāi)了一種用于運(yùn)行具有顆粒過(guò)濾器的內(nèi)燃機(jī)的方法，在該方法中，操縱內(nèi)燃機(jī)中的燃料燃燒，使得未完全石墨化的積碳顆粒沉積在顆粒過(guò)濾器中。借助于升高排氣流的溫度，則可點(diǎn)燃所述積碳顆粒，以便啟動(dòng)再生階段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于詳細(xì)說(shuō)明使內(nèi)燃機(jī)的顆粒過(guò)濾器再生的方法的目標(biāo)，在該方法中，可考慮以取決于不同的運(yùn)行狀態(tài)的方式所形成的積碳沉積物的狀況和/或量。
[0006]借助于專(zhuān)利權(quán)利要求1中詳細(xì)說(shuō)明的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)。在從屬權(quán)利要求2至9中公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明的方法的特別有利的改進(jìn)。
[0007]根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求1的特征部分，能夠在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行期間，基于特性圖來(lái)確定積碳沉積物的活性。優(yōu)選已經(jīng)在之前針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍按經(jīng)驗(yàn)建立了所述特性圖，但如何合適的話，也可備選地或另外地在內(nèi)燃機(jī)的規(guī)定運(yùn)行階段期間特別是基于內(nèi)燃機(jī)的某些計(jì)算出的和/或檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)建立特性圖。例如可在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)上用顆粒過(guò)濾器中的積碳沉積物的對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，優(yōu)選地按經(jīng)驗(yàn)確定顆粒過(guò)濾器中的積碳沉積物的狀況。這里，例如可執(zhí)行實(shí)驗(yàn)來(lái)確定在滿負(fù)載或者預(yù)先限定的不同的部分負(fù)載范圍時(shí)的積碳沉積物的狀況?？墒褂脤?shí)驗(yàn)室技術(shù)，測(cè)試沉積積碳組分的活性。此外，確定沉積積碳顆粒的活性是可行的，因?yàn)樵谀硞€(gè)運(yùn)行持續(xù)時(shí)間之后，排氣流的溫度升高到增大的值，直到積碳顆粒點(diǎn)燃為止?？苫谶@里介紹的排氣溫度來(lái)推斷沉積積碳顆粒的活性。
[0008]大體上，積碳活性可分成高活性(溫度T小于或等于550°C )，活性(溫度T大于550°C小于或等于600°C )和弱活性(溫度T大于600°C )，其中，T被定義為在具有5%的氧的氣氛中燒掉最多的溫度。以上和以下關(guān)于積碳的活性的程度所作的陳述優(yōu)選在各種情況下都涉及積碳活性的這個(gè)定義。
[0009]如果針對(duì)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍，積碳沉積物的活性值存儲(chǔ)在特性圖中，則在正常運(yùn)行中，非常容易且連續(xù)地確定沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳顆粒的活性是可行的。由于知道沉積積碳顆粒的活性，可行的是以針對(duì)性的方式且特別是以與沉積積碳顆粒的活性相一致的方式提高排氣流的溫度，以便啟動(dòng)再生階段。這里，特別可行的是避免為了啟動(dòng)再生階段而需要不必要的高排氣溫度，由此避免為了增加排氣而供應(yīng)不必要的大量燃料是可行的。
[0010]當(dāng)達(dá)到顆粒過(guò)濾器中的預(yù)先限定的最大積碳量(也可被稱(chēng)為積碳負(fù)載)時(shí)，借助于排氣溫度的提高來(lái)啟動(dòng)再生階段。但是，這里也可行的是考慮沉積積碳顆粒的活性，因?yàn)樵陬w粒過(guò)濾器部分地填充有明確地大量的活性積碳或高活性積碳的情況下，在明確預(yù)定的低排氣溫度下執(zhí)行額外的再生是有利的。低排氣溫度優(yōu)選為最高450°c,最優(yōu)選介于250°C和450°C之間。這個(gè)措施還有助于優(yōu)化再生階段。
[0011]相比之下，在顆粒過(guò)濾器完全填充有活性弱或低的積碳的情況下，必須在明確預(yù)定的高排氣溫度、優(yōu)選高于450°c的高排氣溫度、最優(yōu)選450°C至600°C的高排氣溫度下執(zhí)行再生，這需要使用對(duì)應(yīng)的額外的燃料。
[0012]相比之下，在顆粒過(guò)濾器完全填充有活性積碳或高活性的沉積積碳的情況下，可在較低的排氣溫度下執(zhí)行再生。低排氣溫度優(yōu)選為最高450°C,最優(yōu)選介于250°C和450°C之間。
[0013]通過(guò)使排氣溫度適應(yīng)沉積積碳的當(dāng)前活性，為了執(zhí)行再生階段而最佳地調(diào)節(jié)排氣溫度是可行的，由此可將為此所需的額外燃料使用量局限于在各種情況下需要的燃料量?？山柚谶M(jìn)入排氣流中的針對(duì)性的燃料供應(yīng)來(lái)控制過(guò)程溫度。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)使得，在額外的操縱階段期間，以針對(duì)性的方式將活性高的積碳引入到顆粒過(guò)濾器中。這里，可基于通過(guò)本發(fā)明檢測(cè)到積碳沉積物的活性來(lái)限定額外的操縱階段。如果在顆粒過(guò)濾器中存在活性高的積碳沉積物，則用額外的操縱階段分配積碳沉積物是可行的。相比之下，如果活性非常低的積碳沉積在顆粒過(guò)濾器中且顆粒過(guò)濾器接近滿負(fù)載狀態(tài)，則實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的額外的操縱階段可為有利的。然后額外的操縱階段可用來(lái)將活性高的積碳引入到顆粒過(guò)濾器中，以便從而有利于影響后面的再生階段。
[0015]本發(fā)明基于詳細(xì)說(shuō)明具有顆粒過(guò)濾器的內(nèi)燃機(jī)的另一個(gè)目標(biāo)，借此，可執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的用于使顆粒過(guò)濾器再生的方法。
[0016]借助于專(zhuān)利權(quán)利要求10的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)。在從屬權(quán)利要求11和12中公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的特別有利的改進(jìn)。
[0017]根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求10的特征部分，內(nèi)燃機(jī)具有控制器，控制器監(jiān)測(cè)引入到顆粒過(guò)濾器中的積碳，并且連接到特性圖存儲(chǔ)器上，描繪顆粒過(guò)濾器中的積碳負(fù)載的積碳活性的特性圖存儲(chǔ)在特性圖存儲(chǔ)器中?？刂破鞔_定待執(zhí)行的再生階段的時(shí)間和溫度?；谔匦詧D數(shù)據(jù)，可根據(jù)正在進(jìn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行而評(píng)價(jià)引入的積碳的活性?？刂破骺蔀橐呀?jīng)存在的、提供來(lái)控制排氣凈化系統(tǒng)的控制裝置的一部分。照這樣，在考慮到特性圖數(shù)據(jù)的情況下，以較簡(jiǎn)單的方式執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法是可行的。
[0018]還可使得，在操縱階段內(nèi)，基于沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳的活性，控制器規(guī)定何時(shí)以及以何種強(qiáng)度執(zhí)行操縱階段。
[0019]內(nèi)燃機(jī)優(yōu)選作為驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)布置在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中，使得用根據(jù)本發(fā)明方法來(lái)在所需再生階段方面優(yōu)化排氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行成為可能。因而節(jié)約了燃料且減少了環(huán)境污染。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]將基于圖中示出的示例性實(shí)施例，在下面更詳細(xì)地闡明本發(fā)明，其中:
圖1至圖4顯示積碳活性隨內(nèi)燃機(jī)的不同的運(yùn)行參數(shù)而改變的不同的特性曲線，
圖5顯示執(zhí)行再生階段的流程圖，以及
圖6顯示具有柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器和顆粒過(guò)濾器的內(nèi)燃機(jī)的方框線路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1中示出的特性曲線以簡(jiǎn)化形式顯示了積碳活性SR隨內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度η改變的分布。在這種情況下，積碳活性SR是由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生且沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳的活性的度量?；钚許R高的積碳比活性低的積碳需要更低的激活能量。這里，激活能量是觸發(fā)反應(yīng)所必須施加的能量，在當(dāng)前情況下，激活能量對(duì)于在顆粒過(guò)濾器中啟動(dòng)再生階段是至關(guān)重要的。
[0022]如果內(nèi)燃機(jī)以高的速度η運(yùn)行，則這對(duì)積碳活性有有利影響。圖2中示出的特性曲線顯示了積碳活性SR隨燃料噴射量FI而改變的分布。圖3的特性曲線顯示積碳活性SR隨噴射時(shí)間h改變，其中，在早的噴射時(shí)間里，積碳活性低，而在晚的噴射時(shí)間里，積碳活性聞。
[0023]圖4的特性曲線涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣再循環(huán)速率EGR，據(jù)此，積碳活性SR隨排氣再循環(huán)速率EGR的逐漸升高而降低。
[0024]可在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)上針對(duì)特定內(nèi)燃機(jī)建立圖1至圖4的特性曲線和取決于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的另外的特性曲線。作為內(nèi)燃機(jī)的另外的運(yùn)行參數(shù)，可考慮共軌系統(tǒng)的蓄壓器中的壓力，其中在這里，積碳活性同樣隨軌道壓力的提高而提高。
[0025]積碳活性SR對(duì)于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的不同的依賴(lài)性可記錄在發(fā)動(dòng)機(jī)特有的特性圖中，使得然后在內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行中可使用所述特性圖來(lái)確定沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳的積碳活性?？苫谝韵碌仁絹?lái)描述積碳活性SR:
SR = a#P + b*FI + c.EGR + d.n + e.\ + …。
[0026]因數(shù)a、b、c、d、e用來(lái)對(duì)沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳的整體積碳活性SR中的單獨(dú)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行加權(quán)。基于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)上的度量，可將所述因數(shù)分配給單獨(dú)的運(yùn)行參數(shù)，使得可作出關(guān)于沉積在積碳顆粒過(guò)濾器中的積碳的活性隨內(nèi)燃機(jī)的不同的運(yùn)行范圍而改變的確切陳述。
[0027]圖5的流程圖顯示取決于不同的積碳活性的不同的方法。內(nèi)燃機(jī)I剛開(kāi)始處于正常的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，在較長(zhǎng)的時(shí)間里經(jīng)過(guò)各種運(yùn)行范圍。通過(guò)連續(xù)地測(cè)量(本質(zhì)上已知)諸如顆粒過(guò)濾器的入口和出口之間的壓差，可作出關(guān)于已經(jīng)有多少積碳沉積在顆粒過(guò)濾器PF中的陳述。如果在這里確定顆粒過(guò)濾器PF部分地填充，則此外可根據(jù)積碳的活性，作出關(guān)于是否要執(zhí)行再生或者是否應(yīng)在低溫下執(zhí)行額外的再生的決定。在圖5的流程圖中，在部分地填充的顆粒過(guò)濾器PF的情況下，僅在沉積積碳展現(xiàn)高的積碳活性時(shí)才進(jìn)行額外的再生。
[0028]在圖5的流程圖的左邊部分顯示了當(dāng)顆粒過(guò)濾器PF滿時(shí)的情形。如果在后面的步驟中確定積碳高活性沉積在顆粒過(guò)濾器中，則在低溫下執(zhí)行再生。相比之下，如果確定沉積在顆粒過(guò)濾器中的積碳僅展現(xiàn)低的活性，則在高溫下執(zhí)行再生，這需要將對(duì)應(yīng)地大量燃料在柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器上游供應(yīng)到排氣流中。
[0029]圖5的流程圖僅顯示了一系列用于啟動(dòng)和執(zhí)行再生階段的方法。
[0030]圖6顯示內(nèi)燃機(jī)I的方框線路圖的簡(jiǎn)圖，內(nèi)燃機(jī)I具有柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器2和為內(nèi)燃機(jī)I的排氣凈化系統(tǒng)的顆粒過(guò)濾器3。排氣流的方向由箭頭指示。分配給內(nèi)燃機(jī)I的控制器4連接到特性圖存儲(chǔ)器5上，一個(gè)或多個(gè)特性圖可存儲(chǔ)在特性圖存儲(chǔ)器5中，特性圖按照內(nèi)燃機(jī)I的不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍詳細(xì)說(shuō)明沉積在顆粒過(guò)濾器3中的積碳的積碳活性SR。
[0031 ] 為了啟動(dòng)再生階段，控制器4通過(guò)虛線的控制線路6觸發(fā)燃料供應(yīng)到排氣流中，其中，選擇燃料供應(yīng)，使得在排氣流中實(shí)現(xiàn)期望的溫度升高?？刂破?基于存儲(chǔ)在特性圖存儲(chǔ)器5中的至少一個(gè)特性圖來(lái)確定供應(yīng)燃料的時(shí)間和量。
[0032]另外對(duì)于控制器4可行的是以針對(duì)性的方式調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)1，使得活性高的積碳在排氣流中傳送到顆粒過(guò)濾器3。這可有利于協(xié)助啟動(dòng)和執(zhí)行再生階段。
【權(quán)利要求】
1.一種用于使內(nèi)燃機(jī)(I)的顆粒過(guò)濾器(PF)再生的方法，在所述方法中，在定期再生階段期間，依靠燒掉已經(jīng)沉積在所述顆粒過(guò)濾器(PF)中的積碳顆粒來(lái)執(zhí)行再生，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(jī)(I)的運(yùn)行期間，基于特性圖、特別是基于之前針對(duì)所述內(nèi)燃機(jī)(I)的不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍按經(jīng)驗(yàn)建立的特性圖來(lái)確定所述積碳沉積物的積碳活性(SR)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了建立所述特性圖，在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)上，使所述內(nèi)燃機(jī)(19)在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍中運(yùn)行，并且，在所述不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍中，確定各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍的積碳活性(SR)，并且根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍將所述積碳活性(SR)存儲(chǔ)在特性圖中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定沉積在所述顆粒過(guò)濾器(PF)中的積碳的積碳量和積碳活性(SR)，并且，據(jù)此來(lái)限定再生階段的時(shí)間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定所述顆粒過(guò)濾器(PF)中的積碳量和積碳活性(SR)，并且據(jù)此來(lái)限定所述再生階段的過(guò)程溫度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在顆粒過(guò)濾器(PF)部分地填充有明確預(yù)定的份額的活性積碳或活性高的積碳的情況下，在明確預(yù)定的低排氣溫度、優(yōu)選高達(dá)450°C的低排氣溫度、最優(yōu)選250°C至450°C的低排氣溫度下執(zhí)行再生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在顆粒過(guò)濾器(PF)完全填充有積碳活性(SR)弱或低的積碳的情況下，在明確預(yù)定的高排氣溫度、優(yōu)選高于450°C的高排氣溫度、最優(yōu)選450°C至600°C的高排氣溫度下執(zhí)行再生。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在顆粒過(guò)濾器(PF)完全填充有活性積碳或積碳活性(SR)高的積碳的情況下，在明確預(yù)定的低排氣溫度、優(yōu)選高達(dá)450°C的低排氣溫度、最優(yōu)選250°C至450°C的低排氣溫度下執(zhí)行再生。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于在柴油氧化催化轉(zhuǎn)換器(2)上游通入排氣流中的針對(duì)性的燃料供應(yīng)，來(lái)控制過(guò)程溫度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在額外的操縱階段期間，以針對(duì)性的方式將積碳活性(SR)高的積碳引入所述顆粒過(guò)濾器(PF)中。
10.一種具有顆粒過(guò)濾器(PF)的、用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法的內(nèi)燃機(jī)，來(lái)自所述內(nèi)燃機(jī)(I)的排氣流的積碳顆粒沉積在所述顆粒過(guò)濾器(PF)中，其特征在于，控制器(4)監(jiān)測(cè)引入到所述顆粒過(guò)濾器(PF，3)中的積碳，所述控制器(4)連接到特性圖存儲(chǔ)器(5)上，描繪沉積在所述顆粒過(guò)濾器(PF)中的積碳的積碳活性(SR)的特性圖存儲(chǔ)在特性圖存儲(chǔ)器(5)中，并且所述控制器(4)待執(zhí)行的再生階段的時(shí)間和排氣溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在操縱階段內(nèi)，所述控制器(4)調(diào)節(jié)所述內(nèi)燃機(jī)(I)的運(yùn)行，使得積碳活性(SR)高的積碳形成和沉積在所述顆粒過(guò)濾器(PF)中。
12.—種具有根據(jù)權(quán)利要求10或11的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛、特別是公用車(chē)輛。
【文檔編號(hào)】F01N9/00GK104295351SQ201410337608
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】M.克瑙爾, D.羅特, C.帕斯泰特 申請(qǐng)人:曼卡車(chē)和巴士股份公司