專利名稱：排氣凈化裝置、排氣凈化方法及微粒物質(zhì)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化裝置、排氣凈化方法及微粒物質(zhì)測(cè)量方法，更具體地涉及一種包括柴油微粒濾清器(DPF)并用于去除柴 油機(jī)的排氣中包含的微粒物質(zhì)(PM)的排氣凈化裝置及其方法，以及用于 柴油機(jī)排氣中包括的微粒物質(zhì)(PM)的微粒物質(zhì)測(cè)量方法。10背景技術(shù)通常，利用多孔陶瓷制成的柴油微粒濾清器來收集從柴油機(jī)發(fā)出的主要由C(碳)構(gòu)成的微粒物質(zhì)。對(duì)于這種柴油微粒濾清器而言，隨著其不 斷使用，會(huì)出現(xiàn)微粒物質(zhì)的逐步沉積，因此，在使用柴油微粒濾清器的15排氣凈化裝置的現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)際上是通過在柴油微粒濾清器內(nèi)周期性 地引發(fā)燃燒過程，并再生柴油微粒濾清器來去除沉積的微粒物質(zhì)。如果 忽視這種微粒物質(zhì)的沉積，則排氣會(huì)在柴油微粒濾清器中引起過壓，而 這可能導(dǎo)致燃料效率的降低或發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。優(yōu)選的是，這種對(duì)柴油微粒濾清器的再生是在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中進(jìn)20行的，而不替換或拆卸濾清器，因此在實(shí)際技術(shù)中，是在燃燒之后活塞 在汽缸中向下運(yùn)動(dòng)以形成高溫氣體(后噴射過程)的狀態(tài)下進(jìn)行燃料噴射 的。由此，沉積的微粒物質(zhì)由于因此形成的高溫氣體而被燃燒。發(fā)明內(nèi)容25 圖l示出了根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的裝備有柴油微粒濾清器的柴油機(jī) 的排氣凈化系統(tǒng)的整體構(gòu)成。參照?qǐng)Dl，柴油機(jī)11具有排氣管線12，其中排氣管線12中設(shè)置有柴油 微粒濾清器12B，用于收集排氣中包含的并從柴油機(jī)ll發(fā)出的微粒物質(zhì)。 圖2A示出了柴油微粒濾清器12B的外形，圖2B示出了構(gòu)成該柴油微 粒濾清器的元件。柴油微粒濾清器12B由多孔陶瓷的過濾單元12A形成，典型地由SiC 形成，其中過濾單元12A中從一端延伸到其另一端形成有大量的例如截面 為lmmxlmm的氣體通道12a。5 由此，通過由密封材料(粘附層)粘合多個(gè)過濾單元(過濾元件)12A并加工其外周部分，來形成柴油微粒濾清器12B，從而濾清器12B整體上為 圓柱形。此外，濾清器12B的外圍表面覆蓋有密封材料(涂層)。柴油微粒 濾清器12B中僅僅使用一個(gè)單元12A的情況也是存在的。 圖2C示出了柴油微粒濾清器12B的原理。io 如圖2C示意性所示，所述多個(gè)氣體通道12a的上游端或下游端相對(duì)于來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流的方向交替地閉合，被引入一個(gè)這種氣體通道12a的 排氣通過滲透過濾清器12B的多孔部件12b通往相鄰的氣體通道。由此， 當(dāng)排氣滲透過多孔部件12b時(shí)，排氣中包含的微粒物質(zhì)被多孔部件12b收 集，從而導(dǎo)致微粒物質(zhì)12c以層的形式沉積在多孔部件12b上，如圖2D所15 示。因?yàn)椴裼臀⒘V清器12B導(dǎo)致其中的排氣中所包含的微粒物質(zhì)產(chǎn)生 沉積，所以，如先前所述，需要通過進(jìn)行再生過程(使沉積的微粒物質(zhì)燃 燒)，適時(shí)地再生該濾清器。對(duì)于參照?qǐng)Dl所說明的常規(guī)排氣凈化系統(tǒng)來講，應(yīng)該注意的是，例如， 20每當(dāng)車輛行駛預(yù)定里程(如500km)、超過10分鐘的持續(xù)時(shí)間，都要進(jìn)行這 種濾清器的再生。在公平地通過后噴射進(jìn)行濾清器再生的情況下，不考慮濾清器中微 粒物質(zhì)的實(shí)際收集量來進(jìn)行再生。因此，為了保證在濾清器中不出現(xiàn)微 粒物質(zhì)的過量沉積，需要將濾清器的再生間隔設(shè)置成比為安全起見所需25要的實(shí)際間隔更短。但是，這種通過后噴射進(jìn)行的過度濾清器再生增加了燃料消耗，并降低了車輛的燃料效率。另一方面，有一種通過如圖3所示的后噴射進(jìn)行柴油微粒濾清器12B 的再生的已知結(jié)構(gòu)，其中測(cè)量柴油微粒濾清器12B的上游側(cè)和下游側(cè)之間 的差壓AP，當(dāng)上述差壓AP達(dá)到預(yù)定值時(shí)進(jìn)行后噴射?？蓞⒖济绹?guó)專利 6,952,920。根據(jù)圖3的結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)上游側(cè)和下游側(cè)之間的差壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)， 才進(jìn)行柴油微粒濾清器12B的再生，從而抑制了不必要的后噴射過程。由 此，提高了柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛的燃料效率。5 不幸的是，柴油微粒濾清器12B中的微粒物質(zhì)的收集不是均勻的。如圖4所示，取決于濾清器12B中的位置(A， 1)、 (B， 1)、 (C， 1)、 (A， 2)、 (B， 2)、 (C， 2)、 (A， 3)、 (B， 3)、 (C， 3)，所收集的微粒物質(zhì)的密度或 厚度存在差異。此外，可以看到，在沉積的微粒物質(zhì)層中形成有空腔， 其中微粒物質(zhì)層中形成的這種空腔用作排氣的局部通道。這種空腔的存io在表明在收集的微粒物質(zhì)中發(fā)生了不受控制的燃燒，并且還表明在收集 的微粒物質(zhì)中引起了局部燃燒。此外，如圖5所示，即使微粒物質(zhì)的沉積量相同，所收集的微粒物質(zhì) 的密度也可能取不同的值。圖5示出了即使沉積量相同，也會(huì)根據(jù)厚度的 變化而引起差壓的大幅變化。在圖5的例子中，例如，應(yīng)當(dāng)注意，微粒物15質(zhì)的沉積量始終是8g/L。盡管如此，在圖5中仍然可以看到，當(dāng)所收集的 微粒物質(zhì)的厚度從109 fim變化到255 (im時(shí)，差壓從15.3 kPa變?yōu)?.8 kPa。 因此可以看出，在差壓中引起約兩倍大的差異。因此，當(dāng)圖3的結(jié)構(gòu)中所收集的微粒物質(zhì)12c中引起這種不均勻沉積 或形成局部空腔時(shí)，對(duì)于實(shí)際沉積的微粒物質(zhì)和差壓AP的估計(jì)，相對(duì)于20理論計(jì)算值可能引起高達(dá)±50%的誤差。這種誤差導(dǎo)致實(shí)際沉積的微粒量 與再生時(shí)間之間的關(guān)系產(chǎn)生很大的偏差。此外，鑒于排氣壓力和排氣流 速隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)而變化，利用圖3的結(jié)構(gòu)很難準(zhǔn)確地檢測(cè)柴 油微粒濾清器12B中的微粒物質(zhì)的沉積量。此外，美國(guó)專利5,651,248描述了一種除柴油微粒濾清器之外還使用25檢測(cè)濾清器并通過測(cè)量電阻來估計(jì)該檢測(cè)濾清器中收集的微粒物質(zhì)量的 結(jié)構(gòu)。根據(jù)該技術(shù)，當(dāng)所檢測(cè)的電阻減小至低于預(yù)定值時(shí)，通過使用加 熱器，燃燒由柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)和由檢測(cè)濾清器收集的微 粒物質(zhì)。由此來實(shí)現(xiàn)濾清器的再生。另一方面，除了因?yàn)樾枰诓裼臀⒘V清器中設(shè)置加熱器而使其結(jié)構(gòu)變復(fù)雜的問題之外，該現(xiàn)有技術(shù)存在這樣的缺點(diǎn)，即，在對(duì)柴油微粒 濾清器進(jìn)行再生時(shí)發(fā)生了電能消耗。為了節(jié)省濾清器再生時(shí)的電能消耗，美國(guó)專利5,651,248的技術(shù)選擇執(zhí)行濾清器再生的定時(shí)，使得當(dāng)柴油微粒 濾清器的溫度高于預(yù)定溫度時(shí)才進(jìn)行再生操作，以下情況除外，即，對(duì)5于微粒物質(zhì)的沉積來講，柴油微粒濾清器處于臨界狀態(tài)，不可避免地要 進(jìn)行再生。結(jié)果，該技術(shù)對(duì)于用于微粒檢測(cè)的檢測(cè)濾清器的再生操作的 定時(shí)施加了限制，并且微粒檢測(cè)濾清器的再生操作的自由度受到限制。此外，對(duì)于美國(guó)專利5，651，248的技術(shù)而言，在加熱器進(jìn)行的再生操 作過程中，不可以使用柴油微粒濾清器，因此，提供了一種儲(chǔ)備柴油微io粒濾清器，并在再生過程中切換到該儲(chǔ)備柴油微粒濾清器。但是，這種 結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)相同的柴油微粒濾清器以及開關(guān)閥，這就產(chǎn)生了排氣凈化 裝置的結(jié)構(gòu)變龐大的問題。在小型車上安裝這種排氣凈化裝置是非常困 難的。此外，對(duì)于美國(guó)專利5，651,248的技術(shù)而言，檢測(cè)濾清器的再生與柴 15油微粒濾清器的再生同時(shí)進(jìn)行，或與柴油微粒濾清器的再生連續(xù)地進(jìn)行， 而這種結(jié)構(gòu)不能任意地選擇檢測(cè)濾清器的再生定時(shí)，從而存在取決于檢 測(cè)濾清器的狀態(tài)，易于在柴油微粒濾清器的再生定時(shí)中引起誤差的問題。當(dāng)柴油微粒濾清器的再生與檢測(cè)濾清器的再生獨(dú)立進(jìn)行時(shí)，會(huì)引起 再生時(shí)檢測(cè)濾清器中的通氣阻力減小，從而排氣開始主要通過檢測(cè)濾清 20器來流動(dòng)。由此，在檢測(cè)柴油微粒濾清器的再生定時(shí)的過程中引起了誤 差。因此，如上所述，美國(guó)專利5651,248的技術(shù)同步地進(jìn)行檢測(cè)濾清器的 再生和柴油微粒濾清器的再生。此外，美國(guó)專利5,651,248的技術(shù)存在以下不足(a)灰沉積；和(b)由 退化引起的較大估計(jì)誤差。 25 此外，對(duì)于美國(guó)專利5,651,248的技術(shù)而言，從其通過測(cè)量電極電阻來估計(jì)所收集的微粒物質(zhì)的沉積量的特殊原理，引發(fā)出另一個(gè)問題。如圖5所示，可能存在即使所收集的微粒物質(zhì)的沉積量相同，所收集 的微粒物質(zhì)的厚度也會(huì)變化的情況。現(xiàn)在，當(dāng)所收集的微粒物質(zhì)的厚度 不同時(shí)，很難準(zhǔn)確地測(cè)量電阻，往往會(huì)導(dǎo)致沉積量的估計(jì)誤差。此外，在微粒物質(zhì)燃燒之后在柴油微粒濾清器或檢測(cè)濾清器中引起 灰沉積的情況下，不再可能進(jìn)行精確的電阻測(cè)量，因而在沉積量的估計(jì) 中導(dǎo)致較大誤差。此外，利用檢測(cè)濾清器時(shí)，會(huì)導(dǎo)致濾清器或電極隨著時(shí)間或隨著在 5排氣環(huán)境中使用而劣化。具體來講，電極(由導(dǎo)電金屬形成的端子)是通過浸潤(rùn)諸如Cu、 Cr、 Ni等的金屬而形成的，因此，存在引起物理劣化、氧化劣化和熱劣化(如氧化、雜質(zhì)粘附、斷裂、腐蝕等)問題的趨勢(shì)。當(dāng)濾清器或電極中引起了劣化時(shí)，不再可能進(jìn)行精確的電阻測(cè)量， 因而在微粒物質(zhì)的沉積量估計(jì)中產(chǎn)生誤差。10 本發(fā)明的第一方面通過一種排氣凈化裝置來解決上述問題，該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器；從所述主柴油微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線；15 設(shè)置在所述副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及 差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間 的差壓。另一方面，本發(fā)明提供了一種使用排氣凈化裝置的排氣凈化方法， 20該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器； 從所述主柴油微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線； 設(shè)置在所述副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器 的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及差壓 測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間的差壓； 25所述排氣凈化方法包括以下步驟(A) 測(cè)量所述副柴油微粒濾清器兩端引起的差壓、所述副排氣管線中 的排氣的溫度以及所述排氣的流速；(B) 從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和所述流 速中計(jì)算出每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)
(C) 從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度；(D) 從所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度，5以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(E) 通過在所述步驟(D)中獲得的由所述主柴油微粒濾清器收集的所 述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量以及所述主柴油微粒濾清器的收集效率，判斷由 所述主柴油微粒濾清器收集的所述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量是否超過了預(yù)定10閾值；以及CF)如果由所述主柴油微粒濾清器收集的所述柴油微粒物質(zhì)的所述質(zhì) 量超過了所述預(yù)定閾值，則執(zhí)行所述主柴油微粒濾清器的再生。另一方面，本發(fā)明提供了一種使用微粒物質(zhì)傳感器的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，所述微粒物質(zhì)傳感器包括從柴油機(jī)的排氣管線中設(shè)置的柴油微15粒濾清器的上游側(cè)從所述排氣管線分出的氣體管線中所設(shè)置的PM檢測(cè) 濾清器，所述PM檢測(cè)濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述柴油微粒濾清器的 煙灰存儲(chǔ)容量；以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器的入口 與出口之間的差壓，所述微粒物質(zhì)測(cè)量方法包括以下步驟(A) 測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器兩端引起的差壓、所述氣體管線中的排 20氣的溫度以及所述氣體管線中的所述排氣的流速；(B) 從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和所述流 速中計(jì)算出每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(C) 從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的 微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度；25 (D)從所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度， 以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出 流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，通過使用小煙灰存儲(chǔ)容量的副柴油微粒濾清器，并因 此不易引起微粒物質(zhì)的不均勻沉積，并且通過測(cè)量這種副柴油微粒濾清
器中出現(xiàn)的差壓以檢測(cè)微粒物質(zhì)在主柴油微粒濾清器中的沉積，可以簡(jiǎn) 單和容易地測(cè)量主柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的沉積量。由此，可以 通過過量的后噴射來抑制燃料效率的降低。此外，利用本發(fā)明，可以獨(dú) 立于主柴油微粒濾清器來執(zhí)行副柴油微粒濾清器的再生，并且通過使用 5副柴油微粒濾清器，可以恒定且準(zhǔn)確地測(cè)量主柴油微粒濾清器中的微粒 物質(zhì)的沉積量。此外，可以在消除濾清器或電極的灰沉積或劣化的影響 的同時(shí)進(jìn)行精確的測(cè)量。此外，利用本發(fā)明，通過在副排氣管線中設(shè)置閥并將其中的流速控 制為恒定，可以避免排氣管線21中的排氣隨著副柴油微粒濾清器的再生10而集中到副排氣管線21A中，這是副排氣管線21A的通氣阻力隨著副柴油 微粒濾清器的再生而減小的結(jié)果。因此，使得主柴油微粒濾清器中的微 粒物質(zhì)的收集類似于副柴油微粒濾清器，從而有效地避免了通過測(cè)量副 柴油微粒濾清器中的差壓而進(jìn)行的主柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的沉 積量估計(jì)與主柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的實(shí)際沉積量之間所引起的15 偏差。


圖1示出了使用常規(guī)排氣凈化裝置的整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)； 圖2A示出了柴油微粒濾清器的示意性構(gòu)成；20 圖2B示出了該柴油微粒濾清器的構(gòu)成元件； 圖2C示出了該柴油微粒濾清器的工作原理； 圖2D示出了由該柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的狀態(tài)； 圖3示出了使用根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的排氣凈化裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 的整體構(gòu)成；25 圖4說明了圖3的排氣凈化裝置的問題；圖5是說明圖3的排氣凈化裝置的問題的另一視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的排氣凈化裝置的構(gòu)成；圖7A示出了圖6中使用的副柴油微粒濾清器的構(gòu)成；圖7B說明了圖7A的副柴油微粒濾清器的原理；
圖8示出了使用圖6的副柴油微粒濾清器的微粒物質(zhì)(PM)傳感器的構(gòu)成；圖9說明了本發(fā)明的效果；圖10是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的排氣凈化裝置中的柴油微粒 5濾清器的再生操作的流程圖；圖ll是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的排氣凈化裝置的柴油微粒濾 清器的另 一再生操作的流程圖；圖12示出了根據(jù)圖10的步驟A D的微粒物質(zhì)測(cè)量方法的流程圖；而 圖13示出了根據(jù)圖11的步驟A D的微粒測(cè)量方法的流程圖。10具體實(shí)施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器；在所述主柴油 微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設(shè)置在所述 15副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器的容量小于 所述主柴油微粒濾清器；以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒 濾清器的入口與出口之間的差壓。.優(yōu)選的是，所述副排氣管線還包括流量計(jì)或者等效儀表(例如，氣 速計(jì))。20 優(yōu)選的是，所述副排氣管線還包括溫度測(cè)量部分。優(yōu)選的是，所述副柴油微粒濾清器包括加熱器。優(yōu)選的是，所述排氣凈化裝置還包括用于將所述副排氣管線中的排 氣的流速保持在預(yù)定值的閥。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種使用排氣凈化裝置的排氣凈化方 25法，該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾 清器；從所述主柴油微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排 氣管線；設(shè)置在所述副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微 粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量； 以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間 的差壓，其中所述排氣凈化方法包括以下步驟(A)測(cè)量所述副柴油微粒 濾清器兩端引起的差壓、所述副排氣管線中的排氣的溫度以及所述排氣 的流速；(B)從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和所述流速，計(jì)算出每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的5質(zhì)量；(C)從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收 集的微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量，計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度；(D) 從所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度，以及發(fā) 動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出流入所 述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(E)通過在所述步驟(D)中獲io得的由所述主柴油微粒濾清器收集的所述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量以及所述 主柴油微粒濾清器的收集效率，判斷由所述主柴油微粒濾清器收集的所 述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量是否超過了預(yù)定閾值；以及(F)如果由所述主柴油 微粒濾清器收集的所述柴油微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量超過了所述預(yù)定閾值， 則執(zhí)行所述主柴油微粒濾清器的再生。15 優(yōu)選的是，所述排氣凈化方法還包括對(duì)所述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的步驟，在所述副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量超過預(yù) 定值的情況下，獨(dú)立于所述主柴油微粒濾清器的再生來執(zhí)行所述副柴油 微粒濾清器的再生。優(yōu)選的是，在步驟(A)之后，通過包括步驟(B)的第一處理來執(zhí)行對(duì)所20述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的步驟，其中在第一處理的步驟(B)之后， 通過包括步驟(C)和(D)的第二處理來執(zhí)行對(duì)所述主柴油微粒濾清器進(jìn)行 再生的步驟。優(yōu)選的是，在步驟(A)之后，通過包括步驟(B)的第一處理來執(zhí)行對(duì)所 述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的步驟，其中在步驟(A)之后，通過包括步 25驟(B) (D)的第二處理來執(zhí)行對(duì)所述主柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的步驟， 其中所述第一處理和所述第二處理并行地執(zhí)行。優(yōu)選的是，步驟(B)根據(jù)以下形式的公式來計(jì)算所述副柴油微粒濾清 器中收集的微粒物質(zhì)的煙灰負(fù)載量A/^函數(shù)(流速，溫度，煙灰負(fù)載，幾何結(jié)構(gòu)) 102025以下示出了優(yōu)選實(shí)施例(盡管也可以采用其他表達(dá)式)，根據(jù)該優(yōu) 選實(shí)施例來計(jì)算所述副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)層的厚度W[m]2F,1La 2尺-Ina:soor、4尸￡2 + .32『)4a，++ 2;其中，AP表示差壓[Pa]， p表示動(dòng)力粘滯系數(shù)，Q表示副柴油微粒濾清器 中的排氣的流速，以[mVh]為單位，a表示副柴油微粒濾清器中的單元的 邊緣長(zhǎng)度，p表示排氣的比重，V一表示副柴油微粒濾清器的濾清器體積， Ws表示副柴油微粒濾清器的壁厚，Kw表示副柴油微粒濾清器的壁滲透 率，Ks。。t表示副柴油微粒濾清器中收集的所述微粒物質(zhì)層的滲透率，F(xiàn)是 數(shù)值系數(shù)(=28.454)， L表示副柴油微粒濾清器的有效濾清器長(zhǎng)度，(3表示 副柴油微粒濾清器的多孔壁的福希海默爾系數(shù)，s表示進(jìn)入和排出副柴油 微粒濾清器的排氣的內(nèi)部損失系數(shù)，并且，步驟(B)還根據(jù)以下公式，獲 得副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t[g]a— |a——『=.215其中，N^表示單元的入口側(cè)的孔徑數(shù)，Ps。。表示所收集的微粒物質(zhì)的優(yōu)選的是，步驟(C)通過以下公式獲得排氣中的微粒物質(zhì)的濃度 PMconc[g/m3]PM [g/h] = PMconc[g/m3] x Q2[m3/h] 其中，Q2[mVh]表示經(jīng)過副柴油微粒濾清器的排氣的流速，PM[g/h]表示 每單位時(shí)間沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。優(yōu)選的是，步驟(D)通過以下公式獲得流入主柴油微粒濾清器的微粒物質(zhì)的量(PMe他rfo請(qǐng)ter[g/h])PMenter foll fllter[g/h] = PMc。nc[g/m3] xQl [m3/h]這里，PM，e[g/m3]表示排氣中的微粒物質(zhì)的濃度。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式提供了一種使用微粒物質(zhì)傳感器的微粒物質(zhì) 測(cè)量方法，該微粒物質(zhì)傳感器包括在柴油機(jī)的排氣管線中設(shè)置的柴油 微粒濾清器的上游側(cè)從所述排氣管線分出的氣體管線中所設(shè)置的PM檢 測(cè)濾清器，所述PM檢測(cè)濾清器的容量小于所述柴油微粒濾清器的容量； 5以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器的入口與出口之間的差 壓，所述微粒物質(zhì)測(cè)量方法包括以下步驟(A)測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器兩 端引起的差壓、所述氣體管線中的排氣的溫度以及所述氣體管線中的排氣的流速；(B)從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和 所述流速，計(jì)算出每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)io量；(C)從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的 微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量，計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度；(D)從 所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度，以及發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出流入所述 主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量。15 優(yōu)選的是，在步驟(A)之后，通過包括步驟(B)的第一處理來執(zhí)行計(jì)算由所述PM檢測(cè)濾清器收集的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量的步驟，其中在第一處 理的步驟(B)之后，通過包括步驟(C)和(D)的第二處理來執(zhí)行計(jì)算流入所 述柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的質(zhì)量的步驟。優(yōu)選的是，在步驟(A)之后，通過包括步驟(B)的第一處理來執(zhí)行計(jì)算20由所述PM檢測(cè)濾清器收集的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量的步驟，其中在步驟(A) 之后，通過包括步驟(B) (D)的第二處理來執(zhí)行計(jì)算流入所述柴油微粒濾 清器中的微粒物質(zhì)的質(zhì)量的步驟，其中所述第一處理和所述第二處理并 行地執(zhí)行。優(yōu)選的是，步驟(B)根據(jù)以下形式的公式來計(jì)算所述副柴油微粒濾清 25器中收集的微粒物質(zhì)的煙灰負(fù)載量.-A/^函數(shù)(流速，溫度，煙灰負(fù)載，幾何結(jié)構(gòu)) 以下示出了優(yōu)選實(shí)施例(盡管也可以采用其他表達(dá)式)，根據(jù)該優(yōu) 選實(shí)施例來計(jì)算所述副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)層的厚度 W[m]<formula>formula see original document page 18</formula>其中，AP表示差壓[Pa]， )i表示動(dòng)力粘滯系數(shù)，Q表示PM檢測(cè)濾清器中的 排氣的流速，以[mVh]為單位，a表示所述PM檢測(cè)濾清器中的單元的邊緣 長(zhǎng)度，p表示排氣的比重，V一表示PM檢測(cè)濾清器的濾清器體積，Ws表5示PM檢測(cè)濾清器的壁厚，Kw表示PM檢測(cè)濾清器的壁滲透率，Ks。。t表示 PM檢測(cè)濾清器中收集的所述微粒物質(zhì)層的滲透率，F(xiàn)是數(shù)值系數(shù) (=28.454)， L表示PM檢測(cè)濾清器的有效濾清器長(zhǎng)度，卩表示PM檢測(cè)濾清 器的多孔壁的福希海默爾系數(shù)，S表示進(jìn)入和排出PM檢測(cè)濾清器的排氣的 內(nèi)部損失系數(shù)，并且，步驟(B)還根據(jù)以下公式，獲得PM檢測(cè)濾清器中收io集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量m自[g]<formula>formula see original document page 18</formula>其中，N^表示單元的入口側(cè)的孔徑數(shù)，Ps。。t表示所收集的微粒物質(zhì)的 密度。優(yōu)選的是，步驟(C)通過以下公式獲得排氣中的微粒物質(zhì)的濃度 15 PMconc[g/m3]PM [g/h] = PM畫[g/m3] x Q2[m3/h] 其中，Q2 [mS/h]表示經(jīng)過PM檢測(cè)濾清器的排氣的流速，PM[g/h]表示每 單位時(shí)間沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。優(yōu)選的是，步驟(D)通過以下公式獲得流入主柴油微粒濾清器的微粒2。物質(zhì)的量(PM她^ufUter[g/h])<formula>formula see original document page 18</formula>這里，PMc。nc[g/m3]表示排氣中的微粒物質(zhì)的濃度。 [第一實(shí)施方式]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的排氣凈化裝置20的構(gòu)成。 25 參照?qǐng)D6，使來自未示出的柴油機(jī)的排氣經(jīng)由排氣管線21流入與先前
參照?qǐng)D2A所說明的類似的主柴油微粒濾清器(DPF)22，并且如參照?qǐng)D2C 和2D所說明的，主柴油微粒濾清器(DPF)22收集排氣中的微粒物質(zhì)。此外，對(duì)于圖6的構(gòu)成，在主柴油微粒濾清器(DPF)22的上游側(cè)，從 排氣管線21分出副排氣管線21A，并且為副排氣管線21A設(shè)置了體積小于5主柴油微粒濾清器(DPF)的副柴油微粒濾清器22A。此外，還設(shè)置有差壓 計(jì)22B，用于測(cè)量副柴油微粒濾清器22A的入口和出口之間引起的差壓 AP。此外，對(duì)于圖6的構(gòu)成，在副柴油微粒濾清器22A的下游側(cè)，在副排 氣管線21A中設(shè)置有流量計(jì)24和控制閥23，其中控制閥23用于根據(jù)流量計(jì) 24進(jìn)行的測(cè)量，將副排氣管線21A中的排氣的流速保持為恒定。應(yīng)當(dāng)注意，io控制閥23和流量計(jì)24可以設(shè)置在副排氣管線21A上的任何地方。這里應(yīng)當(dāng) 注意，副柴油微粒濾清器22A、差壓表22B和流量計(jì)24—起構(gòu)成了用于測(cè) 量排氣中包含的微粒量的微粒物質(zhì)(PM)傳感器。微粒物質(zhì)(PM)傳感器可 以被限定為包括溫度測(cè)量部分(T1)。此外，還可以在主柴油微粒濾清器 (DPF)22中設(shè)置溫度測(cè)量部分T2。15 應(yīng)當(dāng)注意，排氣管線中的溫度測(cè)量部分可以設(shè)置在以下任何地點(diǎn)(l)主柴油微粒濾清器內(nèi)部；(2)副柴油微粒濾清器內(nèi)部；(3)與其連接的導(dǎo) 管中；(4)主柴油微粒濾清器外部；或(5)副柴油微粒濾清器外部。從精確 測(cè)量排氣溫度的觀點(diǎn)來看，(1)或(2)的布置是優(yōu)選的，其中(2)的布置是更 優(yōu)選的。20 圖7A示出了包括副柴油微粒濾清器22A的整體構(gòu)成，圖7B示出了副柴油微粒濾清器22A的原理。應(yīng)當(dāng)注意，副柴油微粒濾清器22A可以由類似于主柴油微粒濾清器 (DPF)22的多孔陶瓷形成。在副柴油微粒濾清器由多孔陶瓷形成的情況 下，優(yōu)選的是該副柴油微粒濾清器包括矩形形狀的單元22b。其中，在主25柴油微粒濾清器(DPF)22中，形成有單個(gè)氣體通道22a，其體積為65ml或 更小，如0.05 65ml，或者體積為排氣通道(對(duì)應(yīng)于圖3的通道12a)總體積 的5%或更少，如0.05% 5°/。。另選的是，氣體通道22a可以具有0.1 1000cn^的過濾面積(優(yōu)選為l 10cm2)。例如，氣體通道22a可以具有矩形 截面形狀，并形成為一端關(guān)閉(在單元的情況下，后端關(guān)閉)的狀態(tài)。這里， 應(yīng)當(dāng)注意，氣體通道22a的外部形狀或副柴油微粒濾清器22A(單元22b)的 外部形狀不必與主柴油微粒濾清器(DPF)22的氣體通道的截面形狀相同， 因此，它們可以形成為圓形、正方形、八面體、橢圓等任意形狀。此外， 還應(yīng)當(dāng)注意，構(gòu)成副柴油微粒濾清器22A(單元22b)的多孔陶瓷不必與形5成主柴油微粒濾清器(DPF)22的多孔陶瓷相同。此外，還應(yīng)當(dāng)注意，副柴 油微粒濾清器22A(單元22b)可以由除陶瓷以外的材料形成。通過將氣體通道22a形成為具有主柴油微粒濾清器(DPF)22中的排氣 通道(對(duì)應(yīng)于圖3的通道12a)的5n/。或更小的體積，或具有65ml或更小的體 積，或具有0.1 1000cm、優(yōu)選為l 10cm"的過濾面積，可以用簡(jiǎn)單的程io序測(cè)量出主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量。副柴油微粒濾清器22A(單元22b)設(shè)置有用于測(cè)量該排氣溫度T的溫 度測(cè)量部分，并為該溫度測(cè)量部分設(shè)置了熱電偶22d。此外，圍繞副柴油 微粒濾清器(單元22b)纏繞有加熱器22h，用于焚化沉積在內(nèi)壁表面上的煙 灰層22c和對(duì)副柴油微粒濾清器22A進(jìn)行再生。此外，單元22b、熱電偶22d15和加熱器22h經(jīng)由Al203等制成的絕緣體22i而被容納在SiCVAl203等制成 的缸體支架22e中，支架22e中設(shè)置有用于測(cè)量差壓AP的膜片壓力表22B, 這樣副排氣管線21A中的排氣就被提供至壓力表22B。支架22e容納在金屬 殼中并像微粒物質(zhì)(PM)傳感器一樣設(shè)置在副排氣管線上。在容納在金屬 殼中的狀態(tài)下，支架22e也可以設(shè)置在副排氣管線的導(dǎo)管內(nèi)或可以設(shè)置在20副排氣管線內(nèi)。因此，當(dāng)副排氣管線21A中的排氣被引入副柴油微粒濾清器(單元22b) 的排氣通道22a中時(shí)，該排氣通過副柴油微粒濾清器(單元22b)的壁面流到 該單元的外部，并類似于圖2C的情況，收集排氣管線中的微粒物質(zhì)。由 此，該微粒物質(zhì)沉積在單元22b的內(nèi)表面上，形成了層22c。25 對(duì)于本實(shí)施方式，通過使用下面的公式(l)，從由此獲得的壓差A(yù)P和排氣溫度T以及排氣流速Q(mào)，計(jì)算由此收集并沉積在柴油微粒濾清器22的 內(nèi)壁表面上的微粒物質(zhì)22c的沉積量。圖8示出了圖6的副柴油微粒濾清器22A的更詳細(xì)結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D8，副排氣管線21A中的排氣被提供至副柴油微粒濾清器(單元
22b)中的氣體通道22a,如箭頭所示，并且在通過該單元之后，在側(cè)方或 后方排出。由此，副柴油微粒濾清器(單元22b)上的加熱器22h被驅(qū)動(dòng)線 22bl提供的電能所驅(qū)動(dòng)并引起單元22b所收集的微粒物質(zhì)22c的焚化。此 外，膜片壓力表22B的輸出信號(hào)經(jīng)由信號(hào)線22p被提供至控制電路。利用圖7A和7B的副柴油微粒濾清器22A，根據(jù)以下形式的公式來計(jì) 算副柴油微粒濾清器中所收集的微粒物質(zhì)的煙灰負(fù)載量。<formula>formula see original document page 21</formula>(1)其中，AP表示差壓[Pa]， p表示動(dòng)力粘滯系數(shù)，Q表示排氣的流速，以[mVh] 為單位，a表示單元的邊緣長(zhǎng)度，p表示排氣的比重，Vtmp表示濾清器體積， Ws表示壁厚，Kw表示壁氣體滲透率，Ks。。t表示所收集的微粒物質(zhì)層的氣 體滲透率，W表示所收集的微粒物質(zhì)層的厚度，F(xiàn)是數(shù)值系數(shù)^28.454)， L表示有效濾清器長(zhǎng)度，(3表示多孔壁的福希海默爾系數(shù)，g表示進(jìn)入和排 出濾清器的排氣的內(nèi)部損失系數(shù)。接下來，根據(jù)以下公式，獲得由副柴油微粒濾清器(單元21b)收集 的微粒物質(zhì)的質(zhì)量msoot<formula>formula see original document page 21</formula>(2)其中，ms。。t表示所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量[g]，而N^s表示入口側(cè)的單元 的孔徑數(shù)，而Ps。。t表示所收集的微粒物質(zhì)的密度。因此，通過用ms。。t除以從副柴油微粒濾清器22A的先前再生測(cè)得的時(shí) 間[h]獲得了每單位時(shí)間的收集量PM[g/h]。一旦獲得了單位時(shí)間內(nèi)沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量PM [g^i]，就利用穿過 副柴油微粒濾清器22A的排氣的流速Q(mào)2 [mVh]如下來獲得排氣中的微粒 物質(zhì)的濃度，PMe。ne[g/m3]。<formula>formula see original document page 21</formula> (3)因?yàn)榕艢庵械奈⒘Ｎ镔|(zhì)的濃度PM。^的值與副排氣管線21A中的相
同并且也與排氣管線21中的相同，所以通過每單位時(shí)間所沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量PM[g/h]如下來獲得流入柴油微粒濾清器22的微粒物質(zhì)的量PMenter舗fiiter[g/h]，PMenterftlllfllter[g/h] = PMconc[g/m3]xQl[m3/h] (4)5此外，通過將濾清器的收集效率考慮在內(nèi)，由此獲得沉積在濾清器中的微粒物質(zhì)的量。在上文中，Q1表示穿過主柴油微粒濾清器(DPF)22的排氣 的流速。Ql可以通過實(shí)際測(cè)量獲得或從發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)估計(jì)得出。圖9示出了圖6的排氣凈化裝置的主柴油微粒濾清器(DPF)22兩端出 現(xiàn)的差壓與主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量之間的關(guān)io系，其中應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)線表示其中主柴油微粒濾清器22中的微粒物質(zhì)的 沉積量是通過利用副柴油微粒濾清器22A和公式(1) (4)而獲得的情況。 另一方面，虛線表示其中主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積 量是直接通過主柴油微粒濾清器(DPF)22兩端的差壓而獲得的情況。參照?qǐng)D9可以看到，如果在相同的微粒物質(zhì)沉積量下進(jìn)行比較，則主15柴油微粒濾清器(DPF)兩端的差壓可能發(fā)生變化，由此產(chǎn)生高達(dá)±50%的 誤差。與此相反，通過獲得副柴油微粒濾清器兩端的差壓AP并利用公式 (1) (4)，可以在土10。/。的誤差范圍內(nèi)獲得由主柴油微粒濾清器(DPF)22收集的微粒物質(zhì)的沉積量。 20 因此，根據(jù)本發(fā)明，通過測(cè)量小體積副柴油微粒濾清器22A中形成的差壓AP，可以準(zhǔn)確地估計(jì)出圖6的排氣凈化裝置中的主柴油微粒濾清器 (DPF)中的微粒物質(zhì)的沉積量，并且通過基于上述結(jié)果進(jìn)行后噴射，可以 以最佳定時(shí)來進(jìn)行主柴油微粒濾清器(DPF)22的再生。因此，避免了不必要的后噴射并提高了車輛的燃料效率。 25 在圖6的結(jié)構(gòu)中，可以使用已知的Vencheri流量計(jì)、熱線流量計(jì)等，其中流量計(jì)24可以將副排氣管線21A中的排氣流速控制為大體恒定(例 如，50 6000ml/min范圍內(nèi))。因此，避免了排氣一側(cè)流過副排氣管線 21A，并且可以以更高的精度，從通過使用副柴油微粒濾清器22A而獲得 的沉積量，獲得主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量。 這里應(yīng)當(dāng)注意，"用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間的差壓的差壓測(cè)量部分"不僅包括測(cè)量副柴油微粒濾清器22A的入口側(cè) 與出口側(cè)之間的差壓的差壓表，而且包括僅僅在柴油微粒濾清器22A的出 口側(cè)使用壓力表的結(jié)構(gòu)。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，對(duì)初始狀態(tài)的壓力值(剛再生之5后的狀態(tài))進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過測(cè)量其中在副柴油微粒濾清器22A中發(fā)生微 粒材料的沉積的狀態(tài)下的壓力以及從所存儲(chǔ)的初壓值中減去由此獲得的 壓力值，來計(jì)算差壓。此外，也可以在副柴油微粒濾清器的入口側(cè)和出口側(cè)，或僅僅在出 口側(cè)設(shè)置流量計(jì)、流速計(jì)等，來測(cè)量差壓。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在io副柴油微粒濾清器的入口側(cè)和出口側(cè)的流量計(jì)、流速計(jì)等的讀取值來獲 得差壓。另選的是，通過將初始狀態(tài)(剛再生之后的狀態(tài))的讀取值與在副 柴油微粒濾清器中引起了微粒物質(zhì)沉積的狀態(tài)的讀取值進(jìn)行比較，可以 從副柴油微粒濾清器的出口側(cè)的流量計(jì)、流速計(jì)等的讀取值獲得差壓。 本發(fā)明具有通過使用公式(1) (4)從所獲得的副柴油微粒濾清器22A15的差壓來獲得主柴油微粒濾清器(DPF)22中沉積的微粒物質(zhì)的量的特征， 因此，可以使用包括通常用于測(cè)量差壓的那些元件的任意裝置來測(cè)量副 柴油微粒濾清器的差壓。 [第二實(shí)施方式]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的使用圖6的排氣凈化裝置的 20排氣凈化方法的流程圖。參照?qǐng)DIO，在步驟l，通過流量計(jì)24來檢測(cè)排氣流速Q(mào)，并通過差壓 表22B來檢測(cè)副柴油微粒濾清器22A兩端的差壓AP。此外，利用溫度測(cè)量 部分T1來檢測(cè)排氣的溫度。接下來，在步驟2，根據(jù)公式(l)，通過步驟1中檢測(cè)到的差壓AP獲得 25由副柴油微粒濾清器22A收集的微粒物質(zhì)的層厚W。這里應(yīng)當(dāng)注意，排氣 的溫度T可以利用主柴油微粒濾清器(DPF)22的溫度測(cè)量部分T2來獲得， 而不是像目前這種情況一樣使用副柴油微粒濾清器22A的溫度測(cè)量部分 Tl。此外，溫度T可以通過溫度測(cè)量部分T1和T2的溫度而求得(例如，以 平均值、最大值、最小值的形式)。從更準(zhǔn)確地計(jì)算微粒物質(zhì)的量的觀點(diǎn)
來講，優(yōu)選使用副柴油微粒濾清器22A的溫度測(cè)量部分T1。對(duì)于該溫度測(cè)量部分而言，可以使用熱電偶，同時(shí)它也可以使用任意物件，只要它可 以測(cè)量溫度即可。盡管優(yōu)選的是測(cè)量排氣管內(nèi)的排氣的溫度，但是也可 以測(cè)量濾清器或單元的溫度。5 此外，在步驟2，利用先前提及的公式(2),通過步驟l檢測(cè)到的層厚W獲得由單元21b收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t。此外，在步驟3，判斷副柴油微粒濾清器22A的單元22b中沉積的微粒 物質(zhì)層的質(zhì)量m，t是否超過了預(yù)定閾值ThO，如果判斷結(jié)果為否，則處理 返回步驟l。io 如果在步驟3副柴油微粒濾清器22A的單元22b中沉積的微粒物質(zhì)層 的質(zhì)量m自超過了預(yù)定閾值ThO，則在步驟4激活加熱器22h，通過燃燒除 去微粒物質(zhì)22c。同時(shí)，在圖10的處理中，在步驟ll，通過公式(3)同時(shí)使用步驟2獲 得的單元22b中所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t來獲得排氣中的微粒物質(zhì)的 15濃度PM，并且通過公式(4)和主柴油微粒濾清器(DPF)22的收集效率，來獲得主柴油微粒濾清器22中沉積的微粒的沉積量PMe自fuHfuter。因此，在步驟12，判斷主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量PMe自fuHfi^是否超過了預(yù)定閾值Thl，如果判斷結(jié)果為否，則操作返回步驟Sll。20 如果在步驟12判定主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積 量PMe血full f咖超過了預(yù)定閾值Thl ，則在步驟l3中通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制單 元(ECU)而進(jìn)行后噴射，并且通過燃燒除去主柴油微粒濾清器(DPF)22中 沉積的微粒物質(zhì)。由此，實(shí)現(xiàn)了濾清器的再生。禾U用圖10的處理，可以獨(dú)立地進(jìn)行副柴油微粒濾清器22A和主柴油微25粒濾清器(DPF)22的再生，因此，可以始終將構(gòu)成副柴油微粒濾清器22A 的單元22b中的微粒物質(zhì)22c的沉積量或煙灰層的量保持為0.5g/l或以下的 小值。利用這種結(jié)構(gòu)，可以提高使用副柴油微粒濾清器22A的微粒物質(zhì)傳 感器的靈敏度。對(duì)于圖6的結(jié)構(gòu)(其中闊23插入在副排氣管線21A中)，即使獨(dú)立于主柴油微粒濾清器(DPF)22進(jìn)行副柴油微粒濾清器22A的再生，也不會(huì)導(dǎo)致排氣主要流過已經(jīng)進(jìn)行了再生的副柴油微粒濾清器的情況，因此在對(duì) 主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量進(jìn)行估計(jì)時(shí)不會(huì)引起誤差。5 由此，應(yīng)當(dāng)注意，不需要閥門23將副排氣管線21A中的排氣流速精確地保持在恒定水平，而是只要避免流向副排氣管線21A的排氣流的極大偏 差就足夠。因此，在上述第二實(shí)施方式中，測(cè)量差壓AP、排氣溫度T以及排氣 流速Q(mào)(步驟1)，利用公式(1)和(2)，由上述測(cè)量結(jié)果獲得由副柴油微粒濾 io清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量(步驟2)，并且利用公式(3)和(4)并且使用主柴 油微粒濾清器的收集效率，通過在副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì) 的量，獲得由主柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的量(步驟ll)。在圖10中，以及在下面要說明的圖ll中，將主柴油微粒濾清器 (DPF)22指定為DPF，而將副柴油微粒濾清器22A指定為副DPF。此外， 15將柴油微粒物質(zhì)的沉積指定為DPMdepo。另一方面，可以如圖ll所示來改動(dòng)獲得主柴油微粒濾清器中所收集 的微粒物質(zhì)的量的處理。因此，在圖11中，用于獲得由主柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的 量的處理(步驟ll)是與獲得由副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的量的 20處理(步驟2)并行進(jìn)行的，同時(shí)利用了步驟l獲得的測(cè)量結(jié)果。 [第三實(shí)施方式]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的使用圖6的微粒物質(zhì)傳感器 PM的微粒物質(zhì)測(cè)量方法的流程圖，其中與先前描述的部分相對(duì)應(yīng)的部分由相同的標(biāo)號(hào)來表示，并省略其說明。 25 參照?qǐng)D12，在與上述步驟S1相對(duì)應(yīng)的步驟21，利用流量計(jì)24，或者在某些情況下利用閥23，將副排氣管線21 A中的流速設(shè)為50 6000ml/min 的范圍內(nèi)的預(yù)定值，并且通過差壓表22B檢測(cè)副柴油微粒濾清器22A兩端 的差壓AP。此外，利用溫度測(cè)量部分T1檢測(cè)排氣的溫度。接下來，在與上述步驟2相對(duì)應(yīng)的步驟22，根據(jù)公式(l)，通過步驟l中檢測(cè)到的差壓AP獲得由副柴油微粒濾清器22A收集的微粒物質(zhì)的層厚 W。這里應(yīng)當(dāng)注意，排氣的溫度T可以利用主柴油微粒濾清器(DPF)22的 溫度測(cè)量部分T2來獲得，而不是像本例這樣利用副柴油微粒濾清器22A 的溫度測(cè)量部分T1來獲得。此外，溫度T可以通過溫度測(cè)量部分T1和T25的溫度來求得(例如，以平均值、最大值、最小值的形式)。從更準(zhǔn)確地 計(jì)算微粒物質(zhì)的量的觀點(diǎn)來講，優(yōu)選使用副柴油微粒濾清器22A的溫度測(cè) 量部分T1。對(duì)于該溫度測(cè)量部分，可以使用熱電偶，也可以使用任意其 他物件，只要它可以測(cè)量溫度即可。盡管優(yōu)選地測(cè)量排氣管內(nèi)的排氣的 溫度，但是也可以測(cè)量濾清器或單元的溫度。io 此外，在步驟22，利用先前提及的公式(2)，通過步驟l中檢測(cè)到的層厚W獲得由單元21b收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量ms。。t。此外，在圖12的處理中，在與上述步驟11相對(duì)應(yīng)的步驟31中，通過 公式(3)，同時(shí)利用步驟2中獲得的單元22b中收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量nw， 獲得排氣中的微粒物質(zhì)的濃度PM，并且通過公式(4)和主柴油微粒濾清器15 (DPF)22的收集效率獲得主柴油微粒濾清器22中沉積的微粒的沉積量PMenterfij|i fiiter 。因此，在上述第三實(shí)施方式中，測(cè)量差壓AP、排氣溫度T以及排氣 流速Q(mào)(步驟21)，通過上述測(cè)量結(jié)果，利用公式(1)和(2)獲得由副柴油微粒 濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量(步驟22)，并且利用公式(3)和(4)以及主柴 20油微粒濾清器的收集效率，通過副柴油微粒濾清器中收集的微粒物質(zhì)的 量獲得由主柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的量(步驟31)。在圖12中，以及在下面要說明的圖13中，將主柴油微粒濾清器 (DPF)22指定為DPF，而將副柴油微粒濾清器22A指定為副DPF。此外， 將柴油微粒物質(zhì)的沉積指定為DPM depo。 25 另一方面，可以如圖13所示來改動(dòng)獲得主柴油微粒濾清器中所收集的微粒物質(zhì)的量的處理。因此，在圖13中，用于獲得由主柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的 量的處理(步驟31)是與獲得由副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的量的 處理(步驟22)并行進(jìn)行的，同時(shí)利用了步驟21獲得的測(cè)量結(jié)果。
此外，盡管到此為止對(duì)于使用SiC的蜂巢(honeycomb)部件作為主柴 油微粒濾清器(DPF)22和副柴油微粒濾清器22A的情況進(jìn)行了說明，但是 本發(fā)明絕不限于這種特定的濾清器部件，還可以使用包含60%或更多碳化 硅的復(fù)合材料，如碳化硅和金屬的復(fù)合物(本發(fā)明在碳化硅中也包括這種 5復(fù)合物)，諸如氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氮化鎢等的氮化物，諸如碳化 鋯、碳化鈦、碳化鉭、碳化鎢等的碳化物、諸如氧化鋁、氧化鋯、堇青 石、富鋁紅柱石、硅石、鈦酸鋁的氧化物或諸如不銹鋼的金屬多孔體。 此外，除蜂窩狀結(jié)構(gòu)之外可以使用諸如褶皺的結(jié)構(gòu)體或元件板。本發(fā)明的排氣凈化裝置尺寸緊湊，不僅適用于諸如卡車的大型車輛 io或工業(yè)機(jī)器，而且適用于旅行客車。
權(quán)利要求
1、一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器；從所述主柴油微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設(shè)置在所述副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間的差壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的排氣凈化裝置，其中所述副排氣管線還包 括流量計(jì)或等效儀表。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的排氣凈化裝置，其中所述副排氣管線還 包括溫度測(cè)量部分。
4、根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，其中所述副柴油微粒濾清器包括加熱器。
5、根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的排氣凈化裝置，該排氣凈化 裝置還包括用于將所述副排氣管線中的所述排氣的流速保持在預(yù)定值的 闊。
6、 一種使用排氣凈化裝置的排氣凈化方法，該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器；從所述主柴油微粒濾 清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設(shè)置在所述副排氣 管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小 于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)25量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間的差壓；所述排氣凈化方法 包括以下步驟(A) 測(cè)量所述副柴油微粒濾清器兩端引起的差壓、所述副排氣管線中 的排氣的溫度以及所述排氣的流速；(B) 從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和所述流 速中計(jì)算出每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì) (C)從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述副柴油微粒濾清器收集的微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度； 5 (D)從所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度， 以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出 流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(E) 通過在所述步驟(D)中獲得的由所述主柴油微粒濾清器收集的所 述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量以及所述主柴油微粒濾清器的收集效率，判斷由io所述主柴油微粒濾清器收集的所述微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量是否超過了預(yù)定 閾值；以及(F) 如果由所述主柴油微粒濾清器收集的所述柴油微粒物質(zhì)的所述質(zhì) 量超過了所述預(yù)定閾值，則執(zhí)行所述主柴油微粒濾清器的再生。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣凈化方法，該排氣凈化方法還包括對(duì) 15所述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的步驟，在所述副柴油微粒濾清器中所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量超過了預(yù)定值的情況下，獨(dú)立于所述主柴油微粒 濾清器的再生來執(zhí)行所述副柴油微粒濾清器的再生。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣凈化方法，其中在所述步驟(A)之后， 通過包括所述步驟(B)的第一處理來執(zhí)行對(duì)所述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再20生的所述步驟，并且其中在第一處理的所述步驟(B)之后，通過包括所述 步驟(C)和(D)的第二處理來執(zhí)行對(duì)所述主柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的所 述步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣凈化方法，其中在所述步驟(A)之后， 通過包括所述步驟(B)的第一處理來執(zhí)行對(duì)所述副柴油微粒濾清器進(jìn)行再25生的所述步驟，并且其中在所述步驟(A)之后，通過包括所述步驟(B) (D) 的第二處理來執(zhí)行對(duì)所述主柴油微粒濾清器進(jìn)行再生的所述步驟，其中 所述第一處理和所述第二處理并行地執(zhí)行。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任意一項(xiàng)所述的排氣凈化方法，其中所述 步驟(B)根據(jù)以下公式來計(jì)算所述副柴油微粒濾清器中收集的所述微粒物<formula>formula see original document page 4</formula>質(zhì)的層的厚度W[m]<formula>formula see original document page 4</formula>其中，AP表示所述差壓[Pa]， ^表示動(dòng)力粘滯系數(shù)，Q表示所述副柴油微 粒濾清器中的所述排氣的所述流速，以[m"h]為單位，(x表示所述副柴油5微粒濾清器中的單元的邊緣長(zhǎng)度，p表示所述排氣的比重，V^p表示所述 副柴油微粒濾清器的濾清器體積，Ws表示所述副柴油微粒濾清器的壁厚， Kw表示副所述柴油微粒濾清器的壁滲透率，Ks。。t表示所述副柴油微粒濾 清器中收集的所述微粒物質(zhì)的所述層的滲透率，F(xiàn)是數(shù)值系數(shù)(-28.454)， L表示所述副柴油微粒濾清器的有效濾清器長(zhǎng)度，卩表示所述副柴油微粒io濾清器的多孔壁的福希海默爾系數(shù)，s表示進(jìn)入和排出所述副柴油微粒濾 清器的所述排氣的內(nèi)部損耗系數(shù)，并且，所述步驟(B)還根據(jù)以下公式， 獲得所述副柴油微粒濾清器中收集的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量m，t[g]<formula>formula see original document page 4</formula>其中，Ne^表示所述單元的入口側(cè)的孔徑數(shù)，Ps。。t表示所收集的所述微 粒物質(zhì)的密度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的排氣凈化方法，其中所述步驟(C)通過以下公式來計(jì)算所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度PM,e[g/m3]PM [g/h] = PM匿[g/m3] x Q2[mVh] 其中，Q2[mVh]表示經(jīng)過所述副柴油微粒濾清器的所述排氣的流速，PM [g/h]表示每單位時(shí)間沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的排氣凈化方法，其中所述步驟(D)通過以 下公式來計(jì)算流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的量(PM加er Mfiiter[g/h])PMenter礎(chǔ)fllter[g/h] = PMconc[g/m3] xQl [m3/h] 這里，PM^c[g/m3]表示所述排氣中的微粒物質(zhì)的濃度。
13、 一種使用微粒物質(zhì)傳感器的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，所述微粒物質(zhì) 傳感器包括從柴油機(jī)的排氣管線中設(shè)置的柴油微粒濾清器的上游側(cè)從 所述排氣管線分出的氣體管線中所設(shè)置的PM檢測(cè)濾清器，所述PM檢測(cè) 濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及5差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器的入口與出口之間的差壓， 所述微粒物質(zhì)測(cè)量方法包括以下步驟(A) 測(cè)量所述PM檢測(cè)濾清器兩端引起的差壓、所述氣體管線中的排 氣的溫度以及所述氣體管線中的所述排氣的流速；(B) 從所述步驟(A)中獲得的所述排氣的所述差壓、所述溫度和所述流 10速中計(jì)算出每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(C) 從所述步驟(B)中獲得的每單位時(shí)間由所述PM檢測(cè)濾清器收集的微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計(jì)算出所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度；(D) 從所述步驟(C)中獲得的所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的所述濃度，以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計(jì)算出15流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，其中在所述步驟(A) 之后，通過包括步驟(B)的第一處理來執(zhí)行獲得由所述PM檢測(cè)濾清器收集 的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量的所述步驟，并且其中在所述第一處理的所述步 驟(B)之后，通過包括所述步驟(C)和(D)的第二處理來執(zhí)行獲得流入所述20柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的質(zhì)量的所述步驟。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的微粒測(cè)量方法，其中在所述步驟(A)之后， 通過包括所述步驟(B)的第一處理來執(zhí)行獲得由所述PM檢測(cè)濾清器收集 的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量的所述步驟，并且其中在所述步驟(A)之后，通過 包括所述步驟(B) (D)的第二處理來執(zhí)行獲得流入所述柴油微粒濾清器25中的所述微粒物質(zhì)的質(zhì)量的所述步驟，其中所述第一處理和所述第二處 理并行地執(zhí)行。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任意一項(xiàng)所述的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，其 中所述步驟(B)根據(jù)以下公式來獲得所述PM檢測(cè)濾清器中收集的所述微 粒物質(zhì)的層的厚度W[m]<formula>formula see original document page 6</formula>其中，AP表示所述差壓[Pa]， p表示動(dòng)力粘滯系數(shù)，Q表示所述PM檢測(cè)濾 清器中的所述排氣的所述流速，以[mVh]為單位，a表示所述PM檢測(cè)濾清 器中的單元的邊緣長(zhǎng)度，p表示所述排氣的比重，Vt^表示所述PM檢測(cè)濾 清器的濾清器體積，Ws表示所述PM檢測(cè)濾清器的壁厚，Kw表示所述PM 檢測(cè)濾清器的壁滲透率，Ks。。t表示所述PM檢測(cè)濾清器中收集的所述微粒 物質(zhì)的所述層的滲透率，F(xiàn)是數(shù)值系數(shù)^28.454)， L表示所述PM檢測(cè)濾清 器的有效濾清器長(zhǎng)度，卩表示所述PM檢測(cè)濾清器的多孔壁的福希海默爾 系數(shù)，S表示進(jìn)入和排出所述PM檢測(cè)濾清器的所述排氣的內(nèi)部損失系數(shù)， 并且，所述步驟(B)還根據(jù)以下公式，獲得所述PM檢測(cè)濾清器中收集的所 述微粒物質(zhì)的質(zhì)量m自[g]<formula>formula see original document page 6</formula>其中，Ne^表示所述單元的入口側(cè)的孔徑數(shù)，Ps。。t表示所收集的所述微 粒物質(zhì)的密度。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，其中所述步驟(C)通過以下公式獲得所述排氣中的所述微粒物質(zhì)的濃度PM,c[g/m3]PM [g/h] = PM薩[g/m3] x Q2[m3/h] 其中，Q2 [mVh]表示經(jīng)過所述PM檢測(cè)濾清器的所述排氣的流速，PM [g/h] 表示每單位時(shí)間在所述PM檢測(cè)濾清器中沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的微粒物質(zhì)測(cè)量方法，其中所述步驟(D)通 過以下公式獲得流入所述主柴油微粒濾清器的所述微粒物質(zhì)的量(PMe自full filter[g/h])PMenterfijllfllter[g/h] = PMconc[g/m3;ixQl[m3/h] 這里，PM，c[g/m3]表示所述排氣中的微粒物質(zhì)的濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種排氣凈化裝置、排氣凈化方法及微粒物質(zhì)測(cè)量方法。該排氣凈化裝置包括設(shè)置在柴油機(jī)的排氣管線中的主柴油微粒濾清器；從所述主柴油微粒濾清器的上游側(cè)，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設(shè)置在所述副排氣管線中的副柴油微粒濾清器，所述副柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲(chǔ)容量；以及差壓測(cè)量部分，用于測(cè)量所述副柴油微粒濾清器的入口與出口之間的差壓。
文檔編號(hào)F01N3/021GK101165322SQ200710161660
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社;阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯