强制再生汽油机微粒过滤器的方法与流程

本发明涉及一种强制再生汽油机微粒过滤器(gasolineparticulatefilter,gpf)的方法。更具体地，本发明涉及这样一种强制再生gpf的方法，其通过将附着在过滤器壁表面的灰烬推向过滤器的后侧并去除这些灰烬(这些灰烬堵塞过滤器壁表面)而能够改善gpf的背压。

背景技术：

根据近来高输出和高效率的发动机的趋势，已经广泛采用使用汽油缸内直喷(gdi)(将燃料直接喷射入缸内)方法的发动机。

gdi发动机和tgdi发动机(其中将涡轮增压器应用于gdi发动机)具有的问题在于，由于在燃烧室内不完全燃烧部分的增加而产生微粒物质(pm)。

为了解决pm的产生，已经积极地进行了例如汽油机微粒过滤器(gpf)(其用作在柴油发动机中使用的废气微粒过滤器)的应用的研究和开发。

不同于柴油机微粒过滤器，gpf通常燃烧碳烟(soot)并进行自发再生，操作温度大多为400℃或更高，从而当过滤碳烟时，碳烟立即进行再生。

当完成160,000km的实际耐受(endurance)之后检查过滤器时，碳烟的量非常小(0.1g)而灰烬(ash)的量很大(20g)。

灰烬(碳烟的最终产物)是当里程增加时引起背压增加的主要原因。在gpf自发再生的情况下，发生灰烬堵塞壁表面的现象。

然而，在柴油过滤器中，在通过后喷射而强制再生的再生过程中温度和压力急剧地增加，从而灰烬积聚在过滤器的后侧。

柴油碳烟的绝对量很大使得与汽油相比灰烬的量更大。

因此，就gpf而言，由于灰烬在过滤器的壁表面上堆积而使背压增加，由此导致输出下降并且燃料的消耗量增加。

公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可能包含并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题。

本发明的目标为提供一种强制再生汽油机微粒过滤器(gpf)的方法，所述方法实施一种新的gpf背压降低的方法，该方法通过在冬季期间低温起动条件下和空转操作条件下将堵塞过滤器壁表面的灰烬强制推向过滤器后侧的方法而强制再生gpf，从而改善gpf的背压、增大输出并且减小燃料消耗的量。

为了实现上述目标，本发明提供的用于强制再生gpf的方法具有以下特征。

一方面，本发明提供一种强制再生汽油机微粒过滤器(gpf)的方法，所述方法可以包括：起动发动机的第一操作；确定在发动机工作状态下的冷却剂温度是否等于或小于预定温度的第二操作；当冷却剂温度等于或小于预定温度时，确定发动机的空转状态是否维持了预定时间或更久的第三操作；以及当发动机的空转状态维持了预定时间或更久时，将燃料喷射转换为空气-燃料(a/f)稀燃料喷射并通过进行a/f稀燃料喷射而强制再生gpf的第四操作。

在一个实施方案中，在第二操作中，可以进一步进行确定车辆的里程是否等于或大于预定里程的操作，并且当车辆的里程等于或大于预定里程的条件满足时，和/或冷却剂温度等于或小于预定温度的条件满足时，可以进行第三操作。

在另一实施方案中，在第二操作和第三操作之间，当冷却剂温度等于或小于预定温度时可以进行执行a/f富燃料喷射的2-1操作，然后可以进行确定在a/f浓燃料喷射的过程中发动机的空转状态是否维持了预定时间或更久的第三操作。

而在另一实施方案中，在第三操作中，用于确定空转状态的维持时间的预定时间可以为20秒至30秒。

根据本发明提供的用于强制再生gpf的方法，能够通过设置里程、冷却剂温度、空转时间等的条件来改善gpf的背压，强制再生gpf，将灰烬推向过滤器的后侧，并去除堵塞过滤器壁表面的灰烬，由此增加发动机的输出并降低燃料的消耗量。

下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

下面讨论本发明的上述及其它特征。

附图说明

接下来将参照由所附附图显示的本发明的某些示例性实施方案来详细地描述本发明的以上及其它特征，这些附图在下文中仅以说明的方式给出，因而对本发明是非限定性的，在这些附图中：

图1为说明根据本发明示例性实施方案的强制再生汽油机微粒过滤器(gpf)方法的流程图。

图2为说明根据本发明示例性实施方案的强制再生gpf方法的gpf背压降低效果的图表。

应当了解，所附附图不是必须按比例的，其显示了说明本发明的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目标应用和使用环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记表示本发明的相同的或等同的部分。

具体实施方式

现在将在下文中详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例示出在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换形式、修改形式、等同形式和其它实施方案。

下文中将通过参考附图详细描述本发明。

图1为说明根据本发明示例性实施方案的强制再生汽油机微粒过滤器(gpf)方法的流程图。

如图1所示，强制再生gpf的方法为这样的方法：在包括gdi发动机的安装有gpf的车辆行驶预定里程的情况下(例如，通过耐久性评估确定大约为50,000km)，当发动机在较低冷却剂温度下(冬季)进行起动时，所述方法通过在空转期间执行强制地将灰烬沉积的再生而改善gpf背压。

为此目的，在第一操作中，可以首先起动发动机(s100)。

然后，在第二操作中，可以确定在发动机工作状态下的冷却剂温度是否等于或小于预定温度(s110)。

操作s110是考虑外部温度的操作，而且，在外部温度较低的情况下，如冬季，gpf的温度增加较慢并且会沉积相对较大量的碳烟，因此可以在强制沉积碳烟的状态下强制进行再生。也即，可以在低温条件下引起碳烟的强制沉积之后再强制进行再生，由此改善再生效果。

对于汽油发动机而言，由于废气的温度较高，当过滤碳烟时，碳烟立即进行再生从而碳烟不会沉积。因此，可以优选在通过选择尽可能低的温度条件而确保沉积大量的碳烟的状态下进行强制再生(在较高压下进行强制再生)。

此处，冷却剂温度的预定温度可以通过数个实验进行设定，可以考虑冬季外部温度低于零度的情况而设定为0℃或者更低，并且可以考虑较热区域的情况下在相应的区域中的最低外界温度而进行设定。

在第二操作中，作为用于强制再生的条件，可以进一步进行考虑车辆里程的步骤。

例如，可以进行确定车辆里程是否等于或大于预定里程的步骤。

在这种情况下，可以通过在车辆的耐久性评估之后的各种校准而获得的沉积在过滤器壁表面上的灰烬的量的数据来确定预定里程，并且预定里程可以确定为大约50,000km。

也即，可以根据50,000km的周期进行gpf的强制再生。

此处，当车辆里程等于或大于预定里程的条件满足时，并且冷却剂温度等于或小于预定温度的条件满足时，或者当车辆里程等于或大于预定里程的条件满足时，或者当冷却剂温度等于或小于预定温度的条件满足时，可以进行下一步操作，即2-1操作或第三操作。

当车辆里程等于或大于预定里程的条件不满足，并且冷却剂温度等于或小于预定温度的条件不满足时(车辆里程小于预定里程并且冷却剂温度大于预定温度)，或者当车辆里程等于或大于预定里程的条件不满足时，或者当冷却剂温度等于或小于预定温度的条件不满足时，可以不进行gpf的强制再生，并且可以正常操作车辆(s150)。

接下来，在2-1操作中，当冷却剂温度等于或低于预定温度(和/或车辆里程等于或大于预定里程)时，可以进行a/f浓燃料喷射(richinjection)。

此处，a/f可以指燃料与空气的比例(空气-燃料比)，a/f浓燃料喷射可以指相对于一般的理论空气-燃料比，空气-燃料比相对较大(燃料的量相对于空气的量更大)，下文将描述的a/f稀燃料喷射(leaninjection)指相对于一般的理论空气-燃料比，空气-燃料比相对较小(燃料的量相对于空气的量更小)。

也即，在该操作中，相对于理论的空气-燃料比，更大量的燃料得到供应，使得可以引起不完全燃烧碳烟的强制产生并由此可能沉积大量的碳烟，因此，可以形成在gpf的内部沉积大量碳烟的状态。

如果a/f浓燃料喷射控制方法和a/f稀燃料喷射控制方法等是本领域所公知的方法，那么可以采用这些方法而没有特别限制，并且在本发明中进行的各个操作可以通过控制器(如电子控制单元(ecu))进行控制。

在这种情况下，a/f浓燃料喷射可以在发动机的空转状态下进行，并且可以在将在下文描述的发动机空转状态下进行预定时间。

接下来，在第四操作中，可以确定发动机的空转状态是否维持预定时间或更久(s130)。

也即，通过维持空转状态持续预定时间而使得一定量的碳烟在过滤器上沉积，在空转状态中可以进行a/f浓燃料喷射。

此处，发动机空转状态的预定时间可以为碳烟被强制沉积所持续的时间。

也即，可以根据持续预定时间的a/f浓燃料喷射而沉积预定量的碳烟，在所述预定时间中维持发动机的空转状态。

预定时间可以通过数次校准而得到确定，如当发动机在较低温度下起动时通过进行a/f浓燃料喷射时检测沉积碳烟的量或者碳烟沉积的状态，并且预定时间可以设定在10秒至1分钟的范围内，优选在20秒至30秒的范围内。

此处，当驾驶员进行操作(如起动车辆)时，在发动机的空转状态没有超过预定时间之前，不会进行gpf的强制再生，并且可以正常操作车辆(s160)。

接下来，在第四操作中，当空转状态的维持时间等于或大于预定时间时，a/f浓燃料喷射可以转换为a/f稀燃料喷射，然后可以通过进行a/f稀燃料喷射来进行gpf的强制再生(s140和s170)。

也即，当空转状态的维持时间超过预定时间时，a/f浓燃料喷射可以转换为a/f稀燃料喷射，并且在该操作中，gpf的强制再生可以通过经由供应相对于理论空气-燃料比更大量的空气至gpf(充分地供应氧气至gpf)来燃烧碳烟而进行，因此，在强制再生的过程中，可以分离堵塞过滤器壁表面的灰烬，将其推向过滤器的后侧并使其沉积。

通过a/f稀燃料喷射的gpf的强制再生时间可以通过对每个发动机和每个车辆的实验进行恰当的设定。

图2为说明根据本发明示例性实施方案的强制再生gpf的方法的gpf背压降低效果的图表。可以看出在gpf的强制再生之后(具有细虚线的曲线)，相对于gpf的强制再生之前(具有粗实线的曲线)，背压能够得到改善(改善了大约5kpa)。

通过gpf的强制再生而改善背压，能够减小gpf的长度，由此获得成本降低的效果。

例如，现有gpf的6.5英寸的长度能够减小至5.5英寸(25.4mm)，而当的长度减小至25.4mm时，体积减小了0.35升，由此获得大约10,000元/个的成本降低。

已参考本发明的优选实施方案详细描述了本发明。然而，应理解，本领域技术人员可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方案作出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同形式所限定。