專利名稱：控制柴油機排煙濾清器還原再生的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個用于柴油機排煙濾清器還原再生的方法和裝置。
眾所周知，帶多孔濾壁的柴油機排煙濾清器雖然能讓廢氣中的氣態成分通過，但可阻礙固體顆粒的通過，這些固體顆粒通常由碳分子和較重的碳氫化合物凝結而成。
沉積在柴油機排煙濾清器中的炭煙顆粒，隨著柴油機的運行，在柴油機排煙濾清器中越積越多。這可借助于熱力(燃燒)，催化或其它方法來排除，以使柴油機排煙濾清器還原再生。
由于在柴油機運行過程中，例如在裝配了柴油機的汽車行駛過程中的熱力還原，在偶然條件下，會發生自發燃燒還原作用，此時沉積在柴油機排煙濾清器中的炭煙顆粒的燃燒反應速度可能會失去控制地增大，這樣就會導致不允許的溫度升高，進而引起柴油機排煙濾清器部分或全部的燒熔或破壞。
為了避免產生不受控制的燃燒，建議在柴油機排煙濾清器之后安裝廢氣溫度測量裝置。(DE 38 06 219 A1)，一旦廢氣溫度超過規定的最大允許溫度，可借助于柴油機排煙濾清器前面和后面的電子單元操作閥門以使全部廢氣排入一根繞過柴油機排煙濾清器的旁通管中。這樣柴油機排煙濾清器會全部暫時不通廢氣流。
雖然流入旁通管這一運行過程只占發動機全部運行時間中的一個小百分比，但為了消除在旁通管中產生的煩人的噪音，有必要裝入一個消音裝置。此外，從生態學的觀點來看，也不希望污染的廢氣雖然僅在短時間內未經過濾就流入環境中，而這種污染是由旁道運行所必然帶來的。
眾所周知(CH 663 253 A)，可將裝在廢氣增壓內燃機的排氣管道中的炭煙顆粒濾清器分設為兩個并聯的管段，即一個絕熱良好的“高溫廢氣流段”和一“低溫廢氣流段”。其中，借助一個調節閥門在發動機低負荷時僅使低溫廢氣流段通流，而在發動機高負荷運轉時通過對控制閥門的相應調節使兩個管段都流通廢氣流。這樣，除了經常的炭煙顆料燃燒之外，還可實現，接在排氣管道后的廢氣增壓器總被迅速地提供具有足夠溫度的廢氣流，避免了在加速踏板輕踏時產生所謂的“渦流穴”。但是，要在管段中防止沉積的炭煙顆粒產生不可控制的燃燒，按照CH專利說明書中的措施卻是不能實現的。
本發明目的在于提供一個使柴油機中排煙濾清器還原再生的方法和裝置，利用這方法與裝置可實現在避免旁道運行的有害性情況下，以比現今更簡單和完全有效的方式達到柴油機排煙濾清器免受損害或破壞。
本發明的目的是這樣實現的，即提供一種控制柴油機排煙濾清器還原再生的方法。其中，對柴油機的廢氣流依據柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度通過柴油機排煙濾清器進行節流，其特征在于柴油機排煙濾清器被分設為幾個在排氣流中并聯的管段；其中，至少一個管段，可根據相關管段出口處的排氣流溫度部分或全部地關閉。
當還原反應在這個絕熱管段中減少或中斷時，則通過另一個或其余幾個未關閉的管段的廢氣質量流量會增大。這樣在其余管段中的熱力燃燒還原反應速度就會降低。假若在柴油機排煙濾清器中的一個剩余的未關閉的管道中，廢氣溫度同樣超過最大允許溫度時，則這個管段也會關斷廢氣流，按照本發明，這樣的過程會一直繼續直到通過柴機排煙濾清器的至少最后一個管段的廢氣質量流量不斷增長，將已開始的燃燒反應中斷或“撲滅”為止。
這樣采用簡單的手段就可有效地防止由于沉積的炭煙顆粒的不可控制燃燒對柴油機排煙濾清器的損傷或破壞。進而使旁道管和依此在旁道運行中所不可避免地向周圍環境排放未經清潔的廢氣以及昂貴的消音裝置都成為多余的了。
本發明還提供一種控制柴油機排煙濾清器還原再生的裝置，其中，設置一個通過柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度控制的節流裝置，柴油機排煙濾清器至少分設為兩個并聯的管段；其中，至少一個管路通過一個由柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度所控制的節流裝置可部分或全部地被中斷。
本發明將結合下列圖示實施例對其它細節作進一步地說明，如圖所示
圖1按本發明在排氣管道中后接柴油機排煙濾清器的四缸柴油機。
圖2還原反應速度隨柴油機排煙濾清器的質量流量變化的特性圖。
圖3帶有按本發明變型的柴油機排煙濾清器的六缸柴油機。
圖4、5和6按本發明關于柴油機排煙濾清器的其它變型。
圖1所示為一四缸柴油機1，在它的排氣管道3中裝入柴油機排煙濾清器2、4和6，同時，在柴油機排煙濾清器上沒有分接旁通管。這三個柴油機排煙濾清器并聯裝入排氣管道3中并包圍著一個總進氣管道5，由此引出單個進氣管接頭5a、5b、5c，它們各自同其相應的一個柴油機排煙濾清器2、4、6相通，而單獨的排氣管接頭7a、7b、7c分別由柴油機排煙濾清器2、4、6引出并共同通入一個總排氣管道7中。
在進氣段5a、5b、5c中分別設置一個節流裝置10，12、14亦即節流裝置的數量與柴油機排煙濾清器2、4、6相同。同樣，在排氣管段7a、7b、7c中各設置熱電偶9、11、13用于對3個柴油機排煙濾清器的廢氣溫度分別進行獨自測量。它們的輸出信號傳到一個可對節流裝置進行控制的電子單元100中。該節流裝置2、4、6此處設置成節流閥門。
沉積在柴油機排煙濾清器2、4、6中的煙粒有時候可通過運行過程中廢氣溫度的提高或借助廢氣節流裝置燃燒完盡來實現濾清器的還原再生。在實行強迫還原情況下，所有的節流裝置10、12、14同時由電子單元100控制操縱。
在任意一個柴油機排煙濾清器2、4或6之后測得的廢氣溫度超過規定溫度時，為防止還原再生中產生失去控制的燃燒，可通過關閉相應的節流裝置10、12或14將相關柴油機排煙濾清器同廢氣流隔斷，根據一個由電子單元100給出的輸入/輸出信號以及類似的操作信號，借助相應的節流裝置10、12或14可實現全部或部分地關閉相關進氣段5a、5b或5c。電子單元100將熱電偶9、11、13的輸出信號作為其輸入信號。
在柴油機排氣溫度不變時，沉積在柴油機排煙濾清器中的炭煙顆粒開始燃燒的反應速度是廢氣質量流量M的一個函數。圖2所示為燃燒反應速度W隨質量流量m變化的特性曲線。假如在柴油機排煙濾清器2(圖1)中的炭煙顆粒沉積量為G并在其后的廢氣溫度超過最大允許的廢氣溫度時，則通過操縱與之相配的節流閥門10部分或甚至全部關閉該濾清器2，以使廢氣質量流量降低到m1以下。現在廢氣總流量就導入柴油機排煙濾清器4和6中。相應地流經濾清器4和6的質量流量m會升高至m2以上，這就意味著，在所有濾清器中的反應速度W都會降低，這可由圖2所示特性曲線獲知。在另外一個濾清器之后的廢氣溫度超過最大允許值時，例如濾清器4，這個濾清器可以如前面濾清器2同樣的方式節流或關閉。這會導致流經濾清器6的質量流量m的進一步增加，此時，濾清器內的反應速度因此會降低一定的值，以致于可能開始的燃燒中斷或“撲滅”。
當每個柴油機排煙濾清器2、4、6之后的排氣溫度變得比最大許可溫度小時，該系統又可重新進行正常運行。
為完全防止沉積在柴油機排煙濾清器中的炭粒產生不可控制的燃燒，其前提是，即便在柴油機空轉時，最后一個濾清器中的質量流量也可使反應中斷或“撲滅”。
這樣，對于一定的柴油機來說就可預先確定柴油機排煙濾清器容積和數量。
圖3所示為帶四個柴油機排煙濾清器16、18、20、22的六缸柴油機設備。給每個柴油機排煙濾清器在相應的圖中未描繪的進氣段中各配置一個節流裝置24、26、28、30。并在相應的，圖中未描繪的排氣管段中各配置一個熱電偶32、34、36、38。
借助這里未描繪的電子單元可以如圖1中相同的設置方式分級地單獨關閉柴油機排煙濾清器，同時，在最后一級中，至少保留一個柴油機排煙濾清器投入使用。
該節流裝置可設置成節流閥門或碟形閥。
圖4所示為有兩個進口51，50的一個柴油機排煙濾清器，它由一個整體件構成。通過沒有安置節流裝置的進氣口51，廢氣被導入排煙濾清器的管段52中。在管段57中流通的是由進氣口50導入的廢氣。進氣口50處設置了一個節流裝置40。在兩上管段52和57的排氣載面之后，各于中間安置一個熱電偶T1和T2。不管T1和T2兩個熱電偶的哪一個記錄下了一個不允許的溫度，都會通過因此對進氣口50處的節流裝置的操縱。確保燃燒不失控。通過對管狀進氣口51的幾何尺寸設置，管段52可以選擇這樣小，即單在發動機空轉時，質量流量也因此大到可以使沉積的炭煙顆粒的燃燒延緩或甚至中斷。
這圖4所示結構方案(或圖5和圖6所示結構設置)與圖1和圖3所示結構設置之不同在于僅裝了一個節流裝置40，這樣的結構設置減少了易損傷的運動件數量并簡化了結構。在管段52處省去節流裝置卻令人驚奇地沒有對因廢氣節流所產生的強迫還原作用起消極影響。
通過關閉唯一的閉鎖裝置40，就可以對沉積的炭煙顆粒強迫實行燃燒還原反應。依此就可實現排氣背壓提高和相應地提高柴油機排煙過濾器兩個分段的溫度。
主要在發動機中低轉速以及較小負荷時，要有效地防止不可控制的燃燒。此時，因排氣口面積減小引起背壓提高，從而導致汽車行駛性能的惡化，駕駛員對此可能不會發覺。因為他為達到期望功率可能繼續蹬踏加速踏板。另一方面，在發動機高速或高負荷運轉時，也應防止不可控燃燒，這個防止過程可以通過一個跳臺開關而中斷。
如已知那樣，在上述發動機運轉期間通過對廢氣流的冷卻作用來實現防止炭煙顆粒不受控制的燃燒。與此相類似，假如駕駛員要求全功率，也可取消已開始的節流控制。
圖5所示為一柴油機排煙濾清器，它有兩個管段。即較大管段67和較小管段62，并在進氣口60、61中沒有閉鎖裝置，唯一的閉鎖裝置是由一個恒溫器64構成的，它安置在兩管段62、67共同的排氣管通中，流經管段62、67的廢氣流流過這恒溫器。在一給定的廢氣溫度下，該恒溫器膨脹，并將關閉較大管段67的出氣口63。在此結構設置中，濾清器出氣口處的溫度監測器和相應的一個電子控制單元都成為多余的了，因為在廢氣達到給定的溫度時，恒溫器64自動地承擔起防止兩管段62、67產生不可控制的燃燒。
在此結構設置中，恒溫器64由一個密閉的波紋管組成，在其內部高壓作用時可軸向膨脹。波紋管內裝填一種合適的填料(如鈉)，它在達到一定的溫度時氣化并由此引起內部壓力的急劇提高，這樣，這個恒溫器64可彈性伸長并將出氣口63關閉。
圖6所示為圖5所示的結構設置的一種變型。其中，濾清器71由一個較小管段72和一個較大管段77構成一個兩個分段的整體件。廢氣流從共同的進氣口70流入這兩個管段內。如圖5所示那樣，在大管段77的排氣口73處裝置了一個軸向可膨脹的波紋管結構的恒溫器74，因此，在廢氣溫度達到一規定溫度時，該恒溫器74可自動將出氣口73關閉。
權利要求
1.控制柴油機排煙濾清器還原再生的方法，其中，對柴油機的廢氣流依據柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度通過柴油機排煙濾清器進行節流，其特征在于在排氣管道中，柴油機排煙濾清器被分設成幾個并聯的管段，其中，至少一個管路中的廢氣流量依據柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度進行節流或完全阻斷。
2.控制柴油機排煙濾清器還原再生的裝置，其中，設置一個通過柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度控制的節流裝置，其特征在于柴油機排煙濾清器至少分設為兩個并聯的管段(2-6)；16-22；52、57；62、67；72、77)，其中，至少一個管路通過一個由柴油機排煙濾清器后邊的廢氣溫度所控制的節流裝置(10-14；24-30；40；64；74)可部分或全部地被中斷。
3.按權利要求2所述的裝置，其特征在于對應于各個管段(2-6；16-22)在進口處(5a 5b、5c)分別裝設自己的節流裝置(10-14；24-30)；并在出氣口處(7a 7b、7c)分別裝設自己的溫度測量裝置(9-13；32-38)。
4.按權利要求2所述的裝置，其特征在于至少廢氣可在兩個分開的管段(52、57；62、67；72、77)中的一個管段(52；62；72)，不受阻礙地通流，而另一個管段(57；67；77)根據在排氣口處的廢氣溫度通過一個閉鎖裝置(40；64；74)可以部分或全部地關閉。
5.按權利要求3或4所述的裝置，其特征在于設置一個電子控制單元(100)，它在有關管段的相應排氣口(7a、7b、7c、53)處的廢氣溫度超過規定溫度時，可操作這個或每個閉鎖元件(10-14；24-30；40)單獨部分或全部地關閉。
6.按權利要求4或5所述的裝置，其特征在于在兩個管段(52、57)的出口處安置溫度傳感器，(T1、T2)，并且，在較大管路(57)的進氣口設置的閉鎖裝置(40)，不管上述兩個溫度傳感器的哪一個測得的溫度超過允許溫度時，都會產生閉鎖作用。
7.按權利要求4所述的裝置，其特征在于在較大的管段(67、77)的出氣口(63、73)處安置一個在排溫超過給定溫度時可自動起作用的閉鎖裝置(64、74)。
8.按權利要求7所述的裝置，其特征在于閉鎖裝置(64、74)是一個波紋管，它具有一種被密封的填料物質，特別是鈉，當排溫超過給定溫度時它會氣化。
9.按權利要求7或8所述的裝置，其特征在于這兩個管段(72、77)構成一個整體件的分段。
10.按權利要求2至9之一所述的裝置，其特征在于在柴油機排煙濾清器上沒有設置旁通管。
全文摘要
在控制柴油機排煙濾清器還原再生的方法中，柴油機排煙濾清器在排氣管道中被分設為幾個并聯的管段，其中，至少一個管段的廢氣流根據柴油機排煙濾清器后邊的排溫部分或全部地阻斷。在柴油機排煙濾清器后的排溫超過最大允許溫度時，相應地該管路可部分甚或全部地關斷廢氣流；這樣，通過該管路的廢氣流量會減少或甚至中斷，而與此同時，其余管路中的廢氣流量會相應增大，這樣還原作用又重新受到控制或甚至中斷。
文檔編號F02B3/06GK1116272SQ9510764
公開日1996年2月7日 申請日期1995年6月27日 優先權日1994年6月29日
發明者康斯坦廷·帕特斯 申請人:康斯廷坦·帕特斯