[发明专利]废气净化装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及内燃机的废气净化装置，更具体地说，涉及包括柴油微粒过滤器(DPF)并用于去除包含在柴油机的废气中的微粒物质(PM)的废气净化装置。 

背景技术

通常，多孔陶瓷的柴油微粒过滤器被用来收集从柴油机中排出的主要为C(碳)的微粒物质。对于这种柴油微粒过滤器，随着其连续的使用会出现微粒物质的逐渐沉积，并且因此，在使用柴油微粒过滤器的废气净化装置领域中已经实施了通过周期性地在柴油微粒过滤器内部导致燃烧处理来去除所沉积的微粒物质，从而使柴油微粒过滤器再生。当不注意微粒物质的这种沉积时，会导致由于废气而使柴油微粒过滤器中的压力过大，同时这可以导致燃料效率的降低或者发动机的损坏。

优选地，在柴油机的操作期间进行柴油微粒过滤器的这种再生，而不用更换或拆卸过滤器，并且因此，在本领域中实施了在燃烧之后活塞在汽缸中向下移动的状态下执行燃料喷射以形成高温气体(补充喷射(post injection)处理)。从而，沉积的微粒物质与由此形成的高温气体一起燃烧。

图1示出了配备有根据本发明的现有技术的柴油微粒过滤器的柴油机的废气净化系统的整体结构。

参照图1，柴油机11具有排气管路12，其中，在排气管路12中设置有柴油微粒过滤器12B，用于收集从柴油机11中排出的包含在废气中的微粒物质。

图2A示出了柴油微粒过滤器12B的略图，而图2B示出了构成柴油微粒过滤器的元件。

柴油微粒过滤器12B由多孔陶瓷(通常为SiC)的过滤器单元12A形成，其中，在过滤器单元12A中形成有大量的气道12a，从而以例如1mm×1mm的横截面从其一端延伸到另一端。

因此，通过使用密封材料(粘合层)接合多个过滤器单元(过滤器元件)12A并对其外周部分进行加工来形成柴油微粒过滤器12B，使得过滤器12B总体上为圆柱形状。此外，使用密封材料(涂覆层)来覆盖过滤器12B的外周面。可以存在其中在柴油微粒过滤器12B中仅使用一个单元12A的情况。

图2C示出了柴油微粒过滤器12B的原理。

如图2C中示意性示出的，多个气道12a相对于废气从发动机流入的方向交替地封闭其上游端或下游端，并且被引入到一个这样的气道12a的废气经由该过滤器12B的多孔元件12b，渗透到相邻的气道。因此，当废气穿过多孔元件12b时，包含在废气中的微粒物质被多孔元件12b收集，并且导致了微粒物质12c在多孔元件12b上以如图2D所示的层的形式的沉积。

因为柴油微粒过滤器12B由此导致了包含在废气中的微粒物质在其中的沉积，所以需要以适合的定时通过进行清洁处理(燃烧所沉积的微粒物质)来使过滤器再生，如前所述。

对于参照图1说明的传统废气净化系统，应当注意，每当车辆行驶了预定里程(例如500km)时，进行过滤器的这种再生，例如持续10分钟。

在同样执行通过补充喷射进行的过滤器再生的情况下，执行再生，而不考虑在过滤器中收集的微粒物质的实际量。因此，为了确保在过滤器中不出现微粒物质的过量沉积，为了安全起见需要把过滤器再生的间隔设置得小于实际需要的间隔。然而，通过补充喷射进行的这种过多的过滤器再生增加了燃料消耗，并且使车辆的燃料效率降低。

另一方面，如图3所示，存在通过补充喷射(posit injection)来执行柴油微粒过滤器12B的再生的已知结构，其中，在柴油微粒过滤器12B的上游端和下游端之间测量差压ΔP，并在前述差压ΔP达到预定值时执行补充喷射。可以参考美国专利6,952,920。

根据图3的结构，仅在上游端和下游端之间的差压达到预定值时才执行柴油微粒过滤器12B的再生，从而抑制了不必要的补充喷射处理。因此，提高了使用柴油机驱动的车辆的燃料效率。

遗憾的是，柴油微粒过滤器12B中的微粒物质的收集是不均匀的。如图4所示，在所收集的微粒物质中存在取决于过滤器12B中的位置(A，1)、(B，1)、(C，1)、(A，2)、(B，2)、(C，2)、(A，3)、(B，3)、(C，3)的密度或厚度差异。此外，可以看出，在所沉积的微粒物质的层中形成了空腔，其中，在微粒物质的层中形成的这种空腔成为废气的局部通道。这种空腔的存在表示在所收集的微粒物质中出现不受控制的燃烧，并进一步表示在所收集的微粒物质中已导致了局部燃烧。