一種dpf組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于內燃機排放后處理技術領域，具體涉及柴油發動機及缸內直噴汽油機的排氣顆粒物過濾收集器(DPF)的燃油噴射再生系統及其控制技術。
【背景技術】
[0002]柴油發動機以其高熱效率和低二氧化碳排放量而成為當今世界最重要的原動力裝置，廣泛應用于道路及非道路車輛、工程機械、固定動力設備等。缸內直噴增壓汽油機也因為比傳統的汽油機高的熱效率和比功率，在車用發動機中越來越普及。然而，柴油機和缸內直噴汽油機燃燒伴隨產生能夠嚴重污染大氣環境危害生物健康的多種污染物質，包括氮氧化物(NOx)、顆粒物(PM)、碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)等。隨著人類環境問題的日益突出，許多國家已經立法限制各種動力裝置產品的污染環境物質的排放量，尤其對于車輛、工程機械、發電設備等的排放限值不斷加嚴。
[0003]已知的解決柴油發動機排放問題的主要手段是采用柴油機排氣后處理技術，包括在排氣管路中設置各種催化轉換器和捕集器，例如柴油廢氣氧化催化(DOC=DieselOxidizing Catalyst)裝置、顆粒物氧化(POC=Particulate Matter Oxidizing Catalyst)裝置、選擇性催化還原(SCR=Selective Catalyst Reduct1n)裝置、稀燃排氣NOx捕集(LNT=Lean NOx Trapping)裝置、柴油機顆粒物過濾器(DPF= Diesel ParticulateFilter)，等等。這些手段同樣適用于缸內直噴汽油機。
[0004]上述發動機排氣后處理技術中，SCR和DPF甚至LNT需要特別的輔助系統，SCR需要定量提供還原劑，例如定量向排氣管中噴射柴油排氣流體(DEF=Diesel Exaust Fluid)即32.5%的尿素水溶液(添藍液=AddBlue);而LNT和DPF需要間隔再生，即當捕集到的NOx或者顆粒物快達到飽和或者許可最大值時，需要采取專門的措施無污染地清除捕集到的NOx或者顆粒物。否則，SCR就不會對NOx有任何還原作用，LNT在NOx吸儲飽和后也就無法降低NOx排放，DPF被捕集到的顆粒物堵塞會導致發動機排氣背壓升高，使發動機性能惡化。因此，這些輔助系統是必須而關鍵的。
[0005]發動機機顆粒物過濾捕集器DPF的再生技術從再生方式可分為被動式再生和主動式再生。被動式再生是利用可能存在的發動機的高速高負荷工況形成的排氣條件使捕集到的顆粒物燃燒，但因為用戶使用發動機的模式是不確定的，所以這種方式不能夠排除DPF堵塞故障，特別是對于車用柴油發動機，這種工況出現的概率非常低，基本上難以有效再生DPF0主動式再生是根據監測的DPF工作狀態來隨時進行再生的專門系統。設計合理有效的主動再生DPF系統，是DPF技術成功的關鍵。
[0006]主動式DPF再生又有各種方式，包括發動機的主燃料噴射系統米用后噴策略的缸內噴射燃油提高排氣溫度的再生方式；在排氣管噴油燃燒加熱排氣的再生方式；在排氣管或DPF中使用電加熱或者微波加熱引燃捕集到的發動機顆粒物的再生方式等。各種再生方式都有各自的優缺點。缸內噴射燃油的DPF再生方式對主燃料噴射系統要求很高，只有高壓共軌并且能夠實現快速多脈沖噴油的主燃料噴射系統才能夠實現，并且對主噴油可能產生一定的影響，標定需要和發動機性能標定一起進行，標定成本較高。另外在膨脹沖程或者排氣沖程的噴油因為噴射到氣缸壁面而很容易稀釋曲軸箱機油，對發動機運轉可靠性帶來威脅。電加熱或者微波加熱的再生方式需要消耗大量電能，必須增加發動機的發電機功率和蓄電池容量，另外可靠性或者成本也存在問題。使用外加排氣管燃油噴射的再生方式，需要增加一個燃油噴射裝置。但總體來看，排氣管燃油噴射的再生方式因為其靈活性、廣泛適應性和較低的成本等優點，是最多被采用的方法。
[0007]安裝在在排氣管噴油的DPF再生方式，需要向排氣管道內主動噴射燃油，為了提高燃燒效率，以最少的燃油消耗獲得最高的DPF溫度達到再生DPF捕集的顆粒物的目的，噴射的燃料必須霧化良好以及有較高的噴射精度。然而，現有技術多數采用低壓的噴射技術。例如，美國專利(公開號:US2007/0033927)公開的技術方案借用了汽油進氣口噴射系統的噴射基本原理和噴嘴結構計量燃油，因為這種計量噴嘴不能夠承受排氣管的高溫環境，因此該方案另設計了一個可以安裝在排氣管上的壓力自開式噴射提升閥，將計量控制裝置遠離排氣管設置，通過一根連接管將計量控制裝置和噴射提升閥連通。因為采用的是汽油進氣口噴射系統的低壓等壓計量系統，噴射壓力相對比較低，系統構成部件較多，復雜而成本較高，并且霧化較差，必須在較高的溫度下依靠DOC才能夠燃燒升溫。
[0008]中國專利200680027310.6 (授權公告號CN101265824A)公開了一種較低成本的DPF再生燃油噴射裝置，采用開關型(ON-OFF)電磁閥控制計量再生燃油噴射，用主燃料噴射系統的低壓供油栗提供有壓力脈動的燃油，通過一個壓力控制閥維持噴射壓力平均值在一定范圍內，而噴射閥為壓力自開式，但因為噴射壓力脈動而只能以顫動的方式工作，噴射壓力時高時低，壓力在l_8bar范圍內脈動。這種計量噴射方式難以獲得高精度，霧化差，同樣必須在較高的溫度下依靠DOC才能夠燃燒升溫。
[0009]實際柴油機排氣溫度一般小于500°C，特別是城市工況運行的公交車等車用柴油發動機排氣溫度甚至基本總在250°C以下，正如公開號為US2013/0269427的美國專利申請公開的，在低排氣溫度工況，DOC的燃燒效率可能變得很低，因此再生燃油噴入排氣管后能否可靠燃燒放熱以加熱排氣達到足以再生DPF的溫度，也是一個必須解決的問題，否則不僅不能夠再生DPF，反而可能增加HC排放。
【發明內容】
[0010]本發明針對上述問題，之目的在于是提供一種燃燒升溫可靠、控制精度高、結構簡單、適用性強的發動機顆粒物捕捉系統，以有效實現對發動機顆粒物的捕捉再生，特別是在用柴油發動機的顆粒物的捕捉再生。
[0011]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案，即，一種DPF組件，包括再生裝置和過濾器。所述再生裝置包括燃油噴射器、點火器和控制器，設置在柴油機的排氣處理系統中，所述控制器控制點火器產生點火火花，所述點火器可以是火花點火發動機所用的火花塞，火花塞間隙盡可能調大，位于所述燃油噴射器噴出噴霧方向的下游，以致于噴霧或者噴霧所產生的燃油蒸汽至少部分可以到達火花塞間隙處并被點火火花點燃，產生高溫排氣。
[0012]所述燃油噴射器包括一個由栗端控制的螺線管栗裝置，一個高壓輸送管，一個噴嘴。所述螺線管栗裝置包括螺線管驅動裝置和柱塞組件，所述噴嘴通過高壓輸送管與螺線管栗裝置之出液口連接，噴嘴安裝于排氣管道上，將產生的高壓噴霧噴入排氣管道內，燃油噴射器的驅動信號由控制器給出。
[0013]上述方案中，還可包括一個柴油排氣氧化催化器(D0C)，設置在所述噴射器和所述過濾器之間，所述噴射器和點火器形成的燃燒高溫排氣首先進入柴油排氣氧化催化器中進一步氧化升溫，并將其中的NO轉換成N02，再進入過濾器。
[0014]進一步，上訴DPF組件還包括一個或者多個排氣溫度傳感器，一個背壓傳感器或者壓差傳感器，一個氧傳感器。所述溫度傳感器可以安裝在所述柴油機排氣處理系統的各個位置，包括所述燃油噴射器的上游，或者所述柴油排氣氧化催化器的上游，或者所述過濾器的上游以及所述過濾器的下游。所述排氣背壓傳感器安裝在所述過濾器的上游排氣管上，所述壓差傳感器與所述過濾器的進口和出口連通，以測量發動機運行時的排氣阻力。所述氧傳感器安裝在所述燃油噴射器的上游或者DOC的之后或者DPF之后，測量排氣中的氧濃度。
[0015]上述方案中可包含一個導流件，由燃油噴射器產生的噴霧通過導流件改變其流向，迅速達到火花塞的放電區，并有效阻止了燃油與排氣管壁面接觸，另外導流件可以吸收排氣溫度，可使噴霧達到汽化效果。
[0016]一種再生DPF的方法，包括以下步驟:每次啟動DPF再生程序后，控制器在控制燃油噴射器產生噴霧后，控制所述點火器產生至少一次點火火花，與燃油噴射同步控制，點火時間可滯后于燃油噴射開始時刻，即，每次開始噴射到第一次點火的時間間隔固定，到其后的任一次點火的時間間隔也固定。再生程序結束后不產生點火火花。
[0017]上述方法中，還包括控制器直接檢測發動機是否在運行的步驟；控制器檢測排氣溫度、排氣氧濃度以及發動機運行時的排氣阻力；計算上次DPF再生后的發動機累計運行時間，預測DPF捕集的顆粒物質量；如果預測的顆粒物質量超過了一個預設的閾值，或者發動機運行時的排氣阻力多次超過了一定的閾值，則隨時準備啟動再生程序；當發動機處于運行狀態并且排氣溫度大于預設的最低可再生溫度、并且排氣氧濃度在預設的范圍內時，啟動再生程序，向燃油噴射器發出噴射燃油指令以及點火指令。
[0018]控制器可以通過接入發動機曲軸轉角信號、轉速信號、發電機輸出交流信號等來檢測發動機是否在運行。在