[发明专利]加热排气以供柴油机微粒过滤器再生

说明书

技术领域

本发明一般涉及诸如卡车之类的通过内燃机尤其是柴油发动机来提供动力的机动车辆，这些内燃机具有用于处理通过其排气系统的排气的排气处理装置。

发明背景

用于处理通过柴油发动机的排气系统的排气的已知系统包括将烃(HC)氧化成CO₂和H2O且将NO转换成NO₂的柴油氧化催化剂(DOC)，以及俘获柴油机微粒物质(DPM)的柴油机微粒过滤器(DPF)。DPM包括黑烟或碳、可溶解有机馏分(SOF)以及灰烬(即润滑油添加剂等)。DPF在排气流中位于DOC下游。这两个排气处理装置的组合防止诸如烃、一氧化碳、黑烟、SOF以及灰烬之类的大量污染物质进入大气。DPF对DPM的俘获防止黑烟从车辆的排气管排出。

DOC将烃(HC)氧化并将NO转换成NO₂。DPF中俘获的DPM的有机组分即碳和SOF利用DOC所产生的NO₂在DPF中被氧化，以形成然后可从排气管排到大气中的CO₂和H₂O。

被俘获的碳被氧化成CO₂的速率不仅由NO₂或O₂的浓度控制，且由温度控制。具体而言，存在用于DPF的三个重要的温度参数。

第一温度参数是氧化催化剂的“点火”温度，当低于该温度时催化剂活性太低而不能氧化HC。点火温度通常在250℃附近。

第二温度参数控制NO向NO₂的转换。此NO转换温度横跨具有被定义为最低温度和最高温度的下限和上限的温度范围，在该温度范围中实现了40％或更多的NO转换。这两个界限所限定的转换温度窗口从约250℃扩展至约450℃。

第三温度参数与碳在过滤器中氧化的速率相关。相关文献中的参照源将该温度称为“平衡点温度”(或BPT)。它是微粒的氧化速率(有时也称为DPF再生速率)等于微粒积累速率时的温度。BPT是确定DPF使柴油发动机能达到预期尾管排放法则和/或规范的参数之一。

通常，柴油发动机相对于汽油发动机较稀薄(lean)和较冷地运转。该因素使自然获取BPT成问题。

因此，DPF要求不时再生以保持微粒俘获效率。再生涉及将烧掉未经检查的累积可能会损害DPF效率的被俘获微粒的条件的存在。虽然“再生”指的是烧掉DPM的一般过程，但熟悉当前应用于机动车发动机的再生技术的人员可认识到两种具体类型的再生。

“被动再生”一般理解为表示可在发动机工作于烧掉DPM的条件的任何时间进行的再生，而无需启动发动机控制系统中的算法实现的具体再生策略。“主动再生”一般理解为表示通过发动机控制系统自身或通过驱动器使发动机控制系统发起已编程再生策略而有意启动的再生，其目的是将进入DPF的排气的温度升高至适合于发起和保持俘获微粒燃烧的范围。

主动再生甚至可在DPF变得装载DPM至发动机控制系统自己要求再生的程度之前发起。当向发动机控制系统指示DPM装载超过该程度时，控制系统迫使主动再生，而这有时简称为受迫再生。

无论被迫与否，产生用于发起和继续主动再生的条件一般涉及将进入DPF的排气的温度升高至适当高的温度。

存在用于发起DPF的受迫再生的若干方法，诸如推迟柴油燃料的主燃料喷射或后喷射的开始，以升高进入DPF的排气温度，同时仍留下过量氧气用于烧掉所俘获的微粒物质。后喷射可结合用于将排气温度升高至主动DPF再生所需的相对高温的其他过程和/或装置一起使用。

这些方法能将排气温度升高到足以将催化剂温度升高至高于催化剂“点火”温度，并提供可被该催化剂氧化的过量HC。此类HC氧化提供必需的热来将DPF中的温度升高至高于BPT。

诸如垃圾车、公共载重车以及机场加油车之类的低负荷/低流量驱动周期难以达到发起DPF再生所需的温度。通常，发动机空闲时的排气温度为150℃，而DOC活化直到约250℃才能实现。可进行基于发动机的修改以克服该缺点，但同时燃料和性能受损。诸如燃料燃烧器或同步气体转化器系统之类的某些辅助选项可补偿该缺点。

本发明人已经认识到，现有的驱动周期无法实现DPF再生，因为排气温度和柴油氧化催化剂(DOC)温度不足以氧化产生期望放热曲线的燃料。

发明内容

本发明所公开的实施例提供一种加热器，其将诸如发动机空闲时的低流速下的排气温度升高至DOC外壳内的催化剂被活化以燃烧燃料的温度点。只要DOC外壳内的催化剂为活性，则DPF再生可发起。加热器系统在空闲点或相似的低流速/低温点时将充分升高排气温度。因此，DPF再生不再依赖于车辆驱动周期。