专利名称：用于运行微粒滤清器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行微粒滤清器的方法，该微粒滤清器设置用于滤除汽车内燃机的废气内所含的微粒。
背景技术：
为滤除汽车内燃机，特别是柴油发动机废气中的微粒，通常使用微粒滤清器。通常使用蜂窝状结构的壁流式微粒滤清器或烧结金属滤清器。这种类型的滤清器总体上可以清除废气中含有的90%或更多的微粒质量或微粒数量。主要作为炭烟微粒存在于废气中的微粒根据表面和/或深度过滤作用被滤除并随着时间聚积在微粒滤清器内。由此，微粒滤清器的流动阻力以不希望的方式上升，因此所聚积的炭烟微粒必须不断通过再生过程清除。 这一点通常通过在典型的600°C以上的高温下进行强制的炭烟燃耗来完成。这种通过热的炭烟燃耗的再生过程的必要性大多数情况下通过监测微粒滤清器上的压力损耗或借助对微粒滤清器的微粒装载量进行模型计算来实施。特别是在将计算模型用于确定微粒装载量的情况下，如果微粒滤清器的与微粒滤除效率——即，分离效率——相关的状况随着微粒滤清器的使用时间而改变，则是不利的。另外，出于运行可靠性的原因，变化的分离效率也是不利的，特别是在它有时低于所要求或所希望(的分离效率)的情况下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够避免上述缺点的用于运行微粒滤清器的方法，该微粒滤清器用于滤除汽车内燃机的废气中所含的微粒。该目的通过一种具有权利要求1所述特征的方法得以实现。在依据本发明的用于运行微粒滤清器——该微粒滤清器设置用于滤除汽车内燃机的废气中所含的微粒——的方法中，在微粒滤清器的新状态下实施一调节步骤，从而使微粒滤清器的微粒分离效率与新状态下存在的数值相比有所提高。正如本发明人发现的那样，在许多情况下，新的可以使用的微粒滤清器的分离效率在最初或多或少明显低于对正常使用时所要求的微粒滤除或微粒减少的期望和需要。此外，事实证明，分离效率不是恒定的，在新的微粒滤清器中、在其使用周期开始时(分离效率)会逐渐提高。特别是在使用周期开始时，微粒减少值可能会低于规定的或所希望的微粒减少值，就此而言，这也是不利的。随着时间产生的改变附加地使微粒装载量的评估变得困难。用于评估或计算微粒装载量的模型不能提供或提供不准确的结果。这一点使得特别是在使用周期开始时可靠地确定再生时间设定变得困难。总而言之，由于本发明人发现的现象，已不利地证明，微粒滤清器特别是在其使用开始时的运行是不可靠的并很难计算。这些问题并未由于同样被观察到的分离效率的逐渐稳定而得以缓解，或者只有不明显的缓解。由于依据本发明所提供的调节步骤，在新状态下偏低而随着时间进程逐步提高的分离效率的不利现象至少在很大程度上得到消除。对于准备好供使用的新的微粒滤清器，在按规定使用之前，利用常见的操作方法
3来进行所述调节步骤。在实施调节步骤之前，微粒滤清器的加工过程已结束，且微粒滤清器已经准备好用在汽车上用于滤除微粒。然而，调节步骤也可以紧跟着加工过程在微粒滤清器投入使用之前进行。相对于微粒滤清器在正常按规定使用时滤除微粒的微粒质量或微粒数量而言，在调节步骤结束后，分离效率从较低的起始值提高到70%以上、优选90%以上和特别优选97%以上。在此情况下，特别地这样进行调节步骤，从而使在调节步骤结束后在随后的按规定使用时，微粒滤清器的分离效率基本上恒定保持在与起始值相比有所提高的一阈值之上。本发明有利地可以在主要具有表面或深度过滤作用的开放微孔或密闭微孔滤清器上使用。特别地，本发明可以在具有蜂窝状结构形式的壁流式微粒滤清器上使用。在这种微粒滤清器中，由于长形的入流通道端面封闭强制性地造成通过多微孔的通道壁的流动， 从而引起过滤作用。本发明特别有利地可以在基于碳化硅、堇青石和/或钛酸铝的这类所谓的壁流式滤清器类型上使用。但是，本发明也可以在其他的滤清器类型上使用，例如基于陶瓷或金属的泡沫式滤清器，或者可应用于烧结金属滤清器。依据本发明，用于提高和稳定分离效率的调节步骤在处于新状态下的微粒滤清器上进行。“新状态”在这里是指微粒滤清器在结束实际的加工过程后的状态，在这种加工过程后，微粒滤清器以可供使用的形式存在。“新状态，，也可以指微粒滤清器在结束了用于清除较长使用时间过程中所聚积的积尘后存在的状态。依据本发明，对于以这种状态存在的微粒滤清器，在其以常见的运行方式按规定使用之前进行所述调节步骤。在这种按规定使用的情况下，微粒滤清器在安装到汽车上并与相应的内燃机连接的状态下用于过滤发动机的废气。其取决于发动机和/或工况的微粒含量典型地为每km行驶距离0. Ig至3g或每m3废气约Img至lOOmg。在此情况下，对于每 m3废气约IO6至IO8的数量，微粒典型地具有50nm至120nm的平均空气动力学直径。在此情况下，微粒是指固体微粒。与微粒滤清器的按规定日常使用中的分离效率相关的上述数值涉及这些情况。在本发明的一个实施方式中，调节步骤包括使含有微粒的气体通过微粒滤清器， 从而使气体内含有的至少一部分微粒被微粒滤清器滤除并储存在微粒滤清器内。优选地， 含有微粒的气体基本上具有按以下粒径分布的微粒，即，该粒径分布与当微粒滤清器按规定用于过滤发动机废气时的相同。在此情况下，优选地，使微粒滤清器暴露于具有一微粒含量的气体中，该微粒含量与正常运行中出现的值相比偏高。因此，在实施调节的情况下，微粒滤清器以微粒富集的特殊运行模式运行。在本发明的另一实施方式中，在微粒滤清器与内燃机连接的状态下进行调节步骤。优选地，在将相应的汽车交付给客户之前或者也直接地在此之后实施调节步骤。特别地，在相应的汽车正常运行之前实施调节步骤。同样也可以在将经单独的除尘过程净化后的微粒滤清器装入废气系统或汽车内之后实施调节步骤。在汽车交付之后实施调节步骤的情况下，这优选地通过对发动机控制单元的相应的编程实现。该发动机控制单元优选被编程使得，对于预先设定的起始运行距离，改变发动机的运行，以便实施调节。特别地，在与内燃机连接的状态下实施调节步骤时，在本发明的又一实施方式中， 在实施调节步骤时，内燃机至少有时运行成使内燃机排放的废气与正常运行相比具有提高的微粒含量。优选地，废气的微粒含量与正常运行相比提高约1. 1至10倍，特别优选提高1. 5至5倍。特别地，在本发明的再一实施方式中，在实施调节步骤时，内燃机运行成使内燃机排放的废气具有每m3废气高于0. Olg的微粒含量或每m3废气高于5 X IO7的微粒数量。 这样，调节步骤可以在比较短的时间内实施和结束。在此情况下，可以通过燃油喷射的次数和/或时间设定以希望的方式影响对提高的微粒含量的设定。附加地或替换地，可以影响废气回收率/速率(AbgasrilckfUhrungsrate)、涡轮增压器的增压压力、油温或冷却液温度，从而使废气内出现增加的微粒含量。主燃油喷射器的喷射开始(时机)优选延迟约10 度的曲柄角。废气回收率/速率优选提高以上，特别优选提高5%以上。为提高微粒含量，与正常设定的数值相比，可以提供优选5%以上的增压压力下降。此外，优选地，仅仅是为了实施调节步骤，可以向燃油和/或发动机油添加形成微粒的添加剂。在本发明的另一实施方式中，为实施调节步骤，微粒滤清器与汽车外部的调节装置连接。微粒滤清器在此情况下可以设置在汽车的废气系统内。但是，也可以在设置于汽车外部的微粒滤清器上进行调节步骤。为实施调节步骤，微粒滤清器例如与产生相应所需粒径范围的微粒的液体、气体或固体燃烧器或炭烟发生器或微粒发生器连接。这样，在汽车交付时或者在经净化或更换后的微粒滤清器被安装后，便可获得立即具有稳定的高的微粒分离效率的微粒滤清器。在本发明的再一实施方式中，在实施调节步骤时，使含有微粒的气体通过微粒滤清器一可预先设定的时间量。调节步骤的实施因此被限制在一预先设定的时间量内。预先设定的时间量优选少于一小时，特别优选不足20分钟。在本发明的又一实施方式中，在实施调节步骤时，使含有微粒的气体通过微粒滤清器，其中微粒的平均空气动力学直径不到0. 1mm。特别地，含有微粒的气体具有直径显著小于IOOnm的微粒。事实证明，利用这种含有微粒的气体，可以特别有效地提高或稳定分离效率。在本发明的另一实施方式中，在实施调节步骤后，由微粒滤清器滤除每公升微粒滤清器体积IOmg以上的微粒量并将其储存在微粒滤清器内。优选地，在实施调节步骤后， 由微粒滤清器滤除每公升微粒滤清器体积IOOmg以上的微粒量，特别优选每公升500mg以上的微粒量，并将其储存在微粒滤清器内。事实证明，由此可以特别有效地提高或稳定分离效率。在本发明的再一实施方式中，在实施调节步骤时使用含有微粒的气体，其方式使储存在微粒滤清器内的微粒在按规定使用微粒滤清器期间基本上可以被清除。优选地，这些是在随后使用微粒滤清器时可以例如通过加热到优选250°C以上的温度和/或通过与发动机废气中含有的成分反应以形成挥发性产物而被清除的微粒。可以使用例如能通过升华而挥发的固体微粒。也可以使用在按规定使用微粒滤清器时例如在提高的温度的作用下热分解的固体微粒，其中分解产物是可以清除的。但是，如果这些微粒选择成使得不会由于其在微粒滤清器内的持久存在而对微粒滤清器的正常运行具有不利影响，则不需要使用能够再从微粒滤清器中清除的微粒。微粒可以由具有C、H、Al、Si、Ti、Fe、Cu、Pt、Pd、Ce、S、0、 N、P、Zn、Ca、Na、Li、Ba、Cl、Rh, F中的一种或多种元素的固体形成。特别优选通过炭烟或类似炭烟的微粒对微粒滤清器进行最初的装载。
本发明的有利的实施方式在附图中示出并将在下面进行说明。在此方面，下面还要介绍的上述特征不仅可以以在各情况中所提出的特征组合的方式使用，而且也可以以其他组合的方式使用或单独使用，而不会偏离本发明的范围。其中图1示出了具有所连接的微粒滤清器的内燃机的示意图；图2示出了优选使用依据本发明的方法的微粒滤清器的示意剖视图；以及图3示出了与微粒发生器连接的微粒滤清器的示意图。
具体实施例方式图1的示意图示出了汽车(未示出)的内燃机1，其具有所连接的微粒滤清器5。 内燃机1在此示例中例如可以是能够按化学计量燃烧或稀薄燃烧运转的直喷式火花点火发动机或者是具有例如4个缸的直喷式柴油发动机。内燃机1的废气通过废气管道3输送到安装在壳体4内的微粒滤清器5，该壳体4是内燃机1的废气系统2的组成部分。为了清楚起见，未示出设置用于或可以被设置用于内燃机1和废气系统2的运行的其他部件。但不言而喻的是，废气系统2可以具有其他部件，例如可位于微粒滤清器5前面和/或后面的传感器和催化器。内燃机1在此示例中构造成为使得，在所属汽车每km行驶距离中典型地排放具有最高5 g微粒含量的废气，或者每m3废气约50mg (微粒)。典型地，存在基本上作为炭烟微粒存在的固体微粒的粒径分布，所述粒径分布在约80nm的空气动力学直径时具有最大值。图2以纵剖视图示意示出了所使用的微粒滤清器5的一种优选实施方式。微粒滤清器5构造为所谓的壁流式微粒滤清器，其具有从端面的入口侧1 0延伸到相对端面的出口侧11的狭细的直的流动通道6a、6b。在此示例中，为清楚起见，仅示出多个流动通道6a、 6b中的几个。流动通道6a、6b彼此并行延伸，其中，相邻的流动通道通过多微孔的透气的壁 7彼此分开。壁7的厚度优选处于0.2mm到0.4mm的范围内。孔隙率优选在30%到70%之间，其中优选平均微孔尺寸在Iym到50μπι之间。在壁的微孔直径平均为20μπι和更小、 孔隙率为40%以上的微粒滤清器中，本发明已被证明特别有利。壁7优选构成为到处具有相似的孔隙率。流动通道6a、6b在本示例中具有在其长度上保持不变的方形截面，但也可以是其他的截面形状。在入口侧10和出口侧11的未示出的俯视图中，在此示例中，形成单元格的图像，其中，单元格密度优选在IOOcpsi (cells per square inch，每平方英寸的单元格数) 到400cpsi之间。特别优选地，单元格密度为约300cpsi，相当于每cm2约47个单元格。微粒滤清器5具有优选在长度上保持不变的方形截面的柱状形状，当然也可以是其他的截面形状。此外，微粒滤清器5也可以由多个同类型的部段构成，这些部段成行和列设置，与图2所示形状相对应，其中，这些部段彼此贴靠并优选利用陶瓷粘结剂连接。流动通道6a、6b在入口侧10和出口侧11上交替具有不透气的堵头8。除了堵头 8夕卜，通过流动通道的其余的轴向延伸方向观察，这些流动通道形成为使得可以自由通流。 在入口侧10上不封闭的敞开流动通道形成入口通道6a，在出口侧11上不封闭的敞开流动通道形成出口通道6b。由于入口通道6a通过各自的堵头8在出口侧封闭，因此，进入入口通道6a内的废气通过多微孔的通道壁7流动，从而废气内含有的微粒被滤除。优选在一些或所有流动通道6a、6b的壁7上涂覆有催化作用涂层9。在图2所示的示例中，催化涂层9例如仅设置于入口通道6a的壁7上。催化涂层9优选连续存在于相应流动通道的壁7上并且本身是透气的。催化涂层9可以以三效催化剂涂层、氧化催化作用涂层、就减少氮氧化物而言选择性地起作用的SCR催化剂、或氮氧化物储存催化剂涂层的方式形成，它们各自常用的含义和形式对于本领域技术人员而言是熟知的。在此情况中， 不同涂层形式的径向涂覆也可能是有利的，由此可以产生组合作用。例如氮氧化物储存催化剂涂层可以涂覆在SCR催化剂涂层上，或者相反地，SCR催化剂涂层可以涂覆在氮氧化物储存催化剂涂层上。同样也可以是在轴向上分段不同地构成的涂层。按照这种方式，形成具有组合的催化和过滤作用功能的废气净化部件。下面假定存在新出厂的或刚在除尘过程中净化过的可以使用的微粒滤清器5。此外，假定微粒滤清器5在目前的新状态下相对于内燃机1典型地排放并流动通过微粒滤清器5的废气的微粒质量和/或微粒数量来说具有不足70%的微粒分离效率。但并不少见的是，对于加工过程结束后的新的微粒滤清器，仍存在为50%或更低的低得多的分离效率。 在这些情况下，本发明被证明是特别有利的，因为这样低的分离效率至少在微粒滤清器使用开始时会造成不能容忍的高的微粒排放。为提高这种典型地在新状态下与所要求和所希望的数值相比或多或少强烈偏低的分离效率，依据本发明设置了调节步骤。在本示例中，调节步骤如下进行在内燃机1的如图1中所示的安装状态下，向新的微粒滤清器5暂时输送废气，该废气具有与正常存在的数值相比偏高的微粒含量。优选地，微粒含量与正常值相比偏高约两倍到五倍。在此示例中，由内燃机1排放的微粒的粒径分布与正常值相比优选基本上不变。为此，内燃机1暂时以微粒富集的燃烧模式运行。微粒富集的燃烧运行优选持续保持，直至微粒滤清器5的分离效率上升到70%以上、优选90%以上和特别优选97%以上的可预设值。相应所需的时间量可以事先通过试验凭经验确定并相应地设定。设定的时间量也可以通过微粒滤清器5所滤除的微粒的质量进行设定。典型地，执行调节过程直至微粒滤清器5内每公升微粒滤清器体积储存约0. Ig至1. Og微粒便足够了。在由于暴露于微粒比较富集的废气中而达到所希望的分离效率后，优选地结束微粒滤清器5在废气中的暴露。调节步骤因此结束，并且内燃机1在随后的运行阶段重新正常运行。也可以直接在调节步骤之后或在调节步骤结束后尽快通过热的炭烟燃烧实施强制性的微粒滤清器再生。正如已经证实的那样，即使是在热的微粒滤清器再生——其中此前在调节步骤中基本上以炭烟的形式引入微粒滤清器5内的微粒至少绝大部分被重新清除—— 之后，也至少近似存在提高的微粒分离效率。用于调节微粒滤清器5的所述方法步骤可以在新出厂的汽车或具有例如通过更换而装入的新的微粒滤清器的汽车交付之前进行。优选在为此所设置的车间进行所述调节。调节步骤也可以直接在汽车交付之后的正常运行中进行。这优选通过由发动机控制单元编程的程序自动进行。调节步骤可以在汽车交付给相应用户后内燃机1的第一次启动或其中一个第一次启动后实施。在此情况中， 优选调节步骤在约IOkm的尽可能连续的行驶距离内实施。正如图3示意所示，调节步骤也可以在与汽车外部的微粒发生器12连接的微粒滤清器5上进行。微粒发生器12例如可以作为液体、气体或固体燃烧器或炭烟发生器构成。 优选使微粒滤清器5在装入汽车之前的新状态下被暴露于微粒发生器12的含有微粒的气体。微粒发生器优选提供其微粒粒径范围与如上借助图1所述的内燃机的微粒粒径范围相
7似的含微粒的气体。调节步骤优选在汽车的外部在微粒滤清器5的加工过程或净化过程之后进行。与上面微粒滤清器安装在汽车中的情况下类似，如果分离效率上升到所希望的数值，或者如果微粒滤清器5内储存了对此而言足够的微粒量，则使调节步骤结束。特别是在暴露于炭烟微粒中的情况下，调节步骤之后可以是利用热的炭烟燃烧进行的再生过程。然后将经过这种预调节的微粒滤清器5装入汽车中并将汽车移交给按规定的运行。
权利要求
1.一种用于运行微粒滤清器(5)的方法，该微粒滤清器设置成用于滤除汽车内燃机的废气中所含的微粒，其中，在微粒滤清器(5)的新状态下实施一调节步骤，实施该调节步骤，从而使微粒滤清器(5)的微粒分离效率与新状态下存在的数值相比有所提高。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，调节步骤包括使含有微粒的气体通过微粒滤清器(5)，从而使气体内含有的至少一部分微粒被微粒滤清器( 滤除并储存在微粒滤清器(5)内。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在微粒滤清器( 与内燃机(1)连接的状态下进行所述调节步骤。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤时，内燃机(1)至少有时运行成使内燃机(1)排放的废气与正常运行相比具有提高的微粒含量。
5.按权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤时，内燃机(1)运行成使内燃机(1)排放的废气具有每m3高于0. Olg的微粒含量。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为实施调节步骤，微粒滤清器(5)与汽车外部的一调节装置连接。
7.按权利要求2-6之一所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤时，使含有微粒的气体通过微粒滤清器( 一可预先设定的时间量。
8.按权利要求2-7之一所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤时，使含有微粒的气体通过微粒滤清器(5)，所述含有微粒的气体具有空气动力学直径平均为不到0. Imm的微粒。
9.按权利要求2-8之一所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤后，由微粒滤清器 (5)滤除每公升微粒滤清器体积IOmg以上的微粒量并将其储存在微粒滤清器(5)内。
10.按权利要求2-9之一所述的方法，其特征在于，在实施调节步骤时使用含有微粒的气体，其方式使储存在微粒滤清器(5)内的微粒基本上能够在按规定使用微粒滤清器(5) 期间被清除。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行微粒滤清器(5)的方法，该微粒滤清器设置成用于滤除汽车内燃机的废气中所含的微粒。依据本发明，在微粒滤清器(5)的新状态下实施一调节步骤，实施该调节步骤，从而使微粒滤清器(5)的微粒分离效率与新状态下存在的数值相比有所提高。
文档编号F01N3/021GK102575541SQ201080046488
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年10月16日
发明者G·温宁格, R·迈斯纳 申请人:戴姆勒股份公司