[发明专利]用于控制及制造微粒过滤装置的方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及在柴油发动机的排气管路中使用的、用于除去燃料燃烧所制造的烟尘的微粒过滤器的领域。本发明尤其是涉及用于控制和诊断这样一个过滤器的热机械特性的方法，且还涉及用于制造微粒过滤器的方法。

背景技术

[0002]已知柴油发动机是制造大量烟尘的。这是在燃烧火焰的极其中心处无氧的情况下由烃类热裂解、以及在燃烧室内不足以燃烧因而产生的全部烟尘微粒的温度而产生的。此烟尘当被排放到车辆外面时，作为在其上凝结未燃烧碳氢化合物的晶粒，因而组成了可以被吸入的、且其微小粒度允许它们直接进入肺泡的固态微粒。

[0003]为限制烟尘排放出车辆外面、并满足日益严格的环境标准，已经知道在排气管路中提供可选择与催化装置相组合的过滤装置，催化装置具有将污染性气体排放物转化为惰性气体的目标。在该污染性气体排放物中出现的尤其是未燃烧的碳氢化合物、且还有氮的氧化物(NO_x)或者一氧化碳(CO)。

[0004]一般被称为“微粒过滤器”的烟尘过滤装置，通常是由多孔陶瓷过滤支撑件组成的。此支撑件通常具有蜂巢结构，所述结构的一面允许待过滤废气的进入，且其它面允许过滤后的废气排出。介于这些面中间，过滤结构具有被多孔壁彼此隔开的纵向和平行通道的组件，所述通道在它们的一端处被封闭，以便推压废气通过所述多孔壁。为了该组件的良好密封，结构的外围部分由称为涂层接合剂的接合剂所包围。该过滤器也被保护性覆盖层所包围，该保护性覆盖层经常被称为“罐装(canning)”、且是由玻璃纤维垫及金属外壳制成的。为了产生较好的抗热冲击性(thermal shock resistance)，该过滤器有时是由具有蜂巢结构的平行立体面单块(parallelepipedal monolithic)元件的组件组成，所述元件是用接合剂装配的。

[0005]通常使用的陶瓷是堇青石(Mg₂Al₄Si₂O₁₈)或硅的碳化物(SiC)，后者因其导热性及耐腐蚀特性而被优选。

[0006]在发动机运行期间，微粒过滤器装满了沉积在多孔壁上的烟尘微粒。与在燃烧室内同样地，存在着允许烟尘燃烧的最低温度的问题。因为烟尘被保持在过滤器中，燃烧动力学可以比在燃烧室内更低，这使得有可能将烟尘的燃烧温度降低到600℃左右。然而此收益不足以确保在发动机的整个工作范围上的过滤器内的烟尘燃烧。因此有必要在过滤循环之后提供一个再生循环，在该再生循环期间烟尘燃烧。

[0007]该微粒过滤器因此根据下列方法而运行：

-当废气温度允许时的烟尘的准“同时”过滤和燃烧；

-当废气温度过低时在过滤器中保持和积聚烟尘微粒；

-在烟尘积聚引起的压降变得不可接受之前的过滤器再生；

[0008]在烟灰保持阶段期间，过滤器的逐渐堵塞明确地导致压降增加，这表现为发动机的燃料消耗的增加。

[0009]通过使用后注入法提高废气的温度来执行再生步骤，后注入法要点是：在发动机循环中的稍后时间里，注入将在排气管路中燃烧的燃料。

[0010]在再生期间，且因为烟尘的放热燃烧，随着烟尘颗粒优选地沉积在过滤器的中心部分内、且还有在其下游部分内，过滤器承受了高而且不均一的温度。该过滤器因此承受了能在材料内产生导致其过滤能力部分或完全损失的微裂纹的高的热冲击。

[0011]为了承受其鲁棒性，则能够根据热机械强度来预测并控制特定过滤器的性能是重要的。

[0012]在本发明的内涵中，将术语“鲁棒性”理解成意为过滤器在不直接介入的情况下，在惯常的行车条件下维持可接受的工作水准的能力，尤其是在这种类型的行车条件下，即60％的时间在干线公路上，15％的时间在城镇里，25％的时间在高速公路上。

[0013]被称为“烟尘质量限制(soot mass limit)”的一个常用参数，要点是：从所谓的严格再生循环产生裂化时开始，确定积聚在过滤器中的烟尘含量。严格再生的特征是当再生已在进行中时发动机变到慢速(通常变为800rpm的速度)。这具有通过大量供应氧气用于低废气流率来加速烟尘燃烧的效果。烟尘质量限制因而得以确定，随后汽车制造厂商的问题是改变再生频率，以便使得后者仅在此质量限制下对所积聚的烟尘质量而发生。已经研发了用于在线估计积聚在过滤器中的烟尘质量的系统。且其通常基于对压降的测量，也就是说基于在过滤器上游和下游之间的压差。