[发明专利]排气净化装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及内燃机的排气净化装置，更具体地涉及一种包括柴油微粒滤清器(DPF)并用于去除柴油机的排气中包含的微粒物质(PM)的排气净化装置。

背景技术

通常，利用多孔陶瓷制成的柴油微粒滤清器来收集从柴油机发出的主要由C(碳)构成的微粒物质。对于这种柴油微粒滤清器而言，随着其不断使用，会出现微粒物质的逐步沉积，因此，在使用柴油微粒滤清器的排气净化装置的现有技术中，实际上是通过在柴油微粒滤清器内周期性地引发燃烧过程，并再生柴油微粒滤清器来去除沉积的微粒物质。如果忽视这种微粒物质的沉积，则排气会在柴油微粒滤清器中引起过压，而这可能导致燃料效率的降低或发动机的损坏。

优选的是，这种对柴油微粒滤清器的再生是在柴油机运转过程中进行的，而不替换或拆卸滤清器，因此在实际技术中，是在燃烧之后活塞在汽缸中向下运动以形成高温气体(后喷射过程)的状态下进行燃料喷射的。由此，沉积的微粒物质由于因此形成的高温气体而被燃烧。

发明内容

图1示出了根据本发明现有技术的装备有柴油微粒滤清器的柴油机的排气净化系统的整体结构。

参照图1，柴油机11具有排气管线12，其中排气管线12中设置有柴油微粒滤清器12B，用于收集排气中包含的并从柴油机11发出的微粒物质。

图2A示出了柴油微粒滤清器12B的外形，图2B示出了构成该柴油微粒滤清器的元件。

柴油微粒滤清器12B由多孔陶瓷的过滤单元12A形成，典型地由SiC形成，其中过滤单元12A中从一端延伸到其另一端形成有大量的例如截面为1mm×1mm的气体通道12a。

由此，通过由密封材料(粘附层)粘合多个过滤单元(过滤元件)12A并加工其外周部分，来形成柴油微粒滤清器12B，从而滤清器12B整体上为圆柱形。此外，滤清器12B的外围表面覆盖有密封材料(涂层)。柴油微粒滤清器12B中仅仅使用一个单元12A的情况也是存在的。

图2C示出了柴油微粒滤清器12B的原理。

如图2C示意性所示，所述多个气体通道12a的上游端或下游端相对于来自发动机的排气流的方向交替地闭合，被引入一个这种气体通道12a的排气通过渗透过滤清器12B的多孔部件12b通往相邻的气体通道。由此，当排气渗透过多孔部件12b时，排气中包含的微粒物质被多孔部件12b收集，从而导致微粒物质12c以层的形式沉积在多孔部件12b上，如图2D所示。

因为柴油微粒滤清器12B导致其中的排气中所包含的微粒物质产生沉积，所以，如先前所述，需要通过进行再生过程(使沉积的微粒物质燃烧)，适时地再生该滤清器。

对于参照图1所说明的常规排气净化系统来讲，应该注意的是，例如，每当车辆行驶预定里程(如500km)、超过10分钟的持续时间，都要进行这种滤清器的再生。

在公平地通过后喷射进行滤清器再生的情况下，不考虑滤清器中微粒物质的实际收集量来进行再生。因此，为了保证在滤清器中不出现微粒物质的过量沉积，需要将滤清器的再生间隔设置成比为安全起见所需要的实际间隔更短。但是，这种通过后喷射进行的过度滤清器再生增加了燃料消耗，并降低了车辆的燃料效率。

另一方面，有一种通过如图3所示的后喷射进行柴油微粒滤清器12B的再生的已知结构，其中测量柴油微粒滤清器12B的上游侧和下游侧之间的差压ΔP，当上述差压ΔP达到预定值时进行后喷射。可参考美国专利6,952,920。

根据图3的结构，只有当上游侧和下游侧之间的差压达到预定值时，才进行柴油微粒滤清器12B的再生，从而抑制了不必要的后喷射过程。由此，提高了柴油机驱动的车辆的燃料效率。

不幸的是，柴油微粒滤清器12B中的微粒物质的收集不是均匀的。如图4所示，取决于滤清器12B中的位置(A，1)、(B，1)、(C，1)、(A，2)、(B，2)、(C，2)、(A，3)、(B，3)、(C，3)，所收集的微粒物质的密度或厚度存在差异。此外，可以看到，在沉积的微粒物质层中形成有空腔，其中微粒物质层中形成的这种空腔用作排气的局部通道。这种空腔的存在表明在收集的微粒物质中发生了不受控制的燃烧，并且还表明在收集的微粒物质中引起了局部燃烧。

此外，如图5所示，即使微粒物质的沉积量相同，所收集的微粒物质的密度也可能取不同的值。图5示出了即使沉积量相同，也会根据厚度的变化而引起差压的大幅变化。在图5的例子中，例如，应当注意，微粒物质的沉积量始终是8g/L。尽管如此，在图5中仍然可以看到，当所收集的微粒物质的厚度从109μm变化到255μm时，差压从15.3kPa变为8.8kPa。因此可以看出，在差压中引起约两倍大的差异。