一种dpf再生装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机排放后处理技术领域，具体涉及柴油发动机及缸内直喷汽油机的排气颗粒物过滤收集器(DPF)的燃油喷射再生系统及其控制技术。
【背景技术】
[0002]柴油发动机以其高热效率和低二氧化碳排放量而成为当今世界最重要的原动力装置，广泛应用于道路及非道路车辆、工程机械、固定动力设备等。缸内直喷增压汽油机也因为比传统的汽油机高的热效率和比功率，在车用发动机中越来越普及。然而，柴油机和缸内直喷汽油机燃烧伴随产生能够严重污染大气环境危害生物健康的多种污染物质，包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等。随着人类环境问题的日益突出，许多国家已经立法限制各种动力装置产品的污染环境物质的排放量，尤其对于车辆、工程机械、发电设备等的排放限值不断加严。
[0003]已知的解决柴油发动机排放问题的主要手段是采用柴油机排气后处理技术，包括在排气管路中设置各种催化转换器和捕集器，例如柴油废气氧化催化(DOC=DieselOxidizing Catalyst)装置、颗粒物氧化(POC=Particulate Matter Oxidizing Catalyst)装置、选择性催化还原(SCR=Selective Catalyst Reduct1n)装置、稀燃排气NOx捕集(LNT=Lean NOx Trapping)装置、柴油机颗粒物过滤器(DPF= Diesel ParticulateFilter)，等等。这些手段同样适用于缸内直喷汽油机。
[0004]上述发动机排气后处理技术中，SCR和DPF甚至LNT需要特别的辅助系统，SCR需要定量提供还原剂，例如定量向排气管中喷射柴油排气流体(DEF=Diesel Exaust Fluid)即32.5%的尿素水溶液(添蓝液=AddBlue);而LNT和DPF需要间隔再生，即当捕集到的NOx或者颗粒物快达到饱和或者许可最大值时，需要采取专门的措施无污染地清除捕集到的NOx或者颗粒物。否则，SCR就不会对NOx有任何还原作用，LNT在NOx吸储饱和后也就无法降低NOx排放，DPF被捕集到的颗粒物堵塞会导致发动机排气背压升高，使发动机性能恶化。因此，这些辅助系统是必须而关键的。
[0005]发动机机颗粒物过滤捕集器DPF的再生技术从再生方式可分为被动式再生和主动式再生。被动式再生是利用可能存在的发动机的高速高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧，但因为用户使用发动机的模式是不确定的，所以这种方式不能够排除DPF堵塞故障，特别是对于车用柴油发动机，这种工况出现的概率非常低，基本上难以有效再生DPF0主动式再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门系统。设计合理有效的主动再生DPF系统，是DPF技术成功的关键。
[0006]主动DPF再生又有各种方式，包括发动机的主燃料喷射系统采用后喷策略的缸内喷射燃油提高排气温度的再生方式；在排气管喷油燃烧加热排气的再生方式；在排气管或DPF中使用电加热或者微波加热引燃捕集到的发动机颗粒物的再生方式等。各种再生方式都有各自的优缺点。缸内喷射燃油的DPF再生方式对主燃料喷射系统要求很高，只有高压共轨并且能够实现快速多脉冲喷油的主燃料喷射系统才能够实现，并且对主喷油可能产生一定的影响，标定需要和发动机性能标定一起进行，标定成本较高。另外在膨胀或者排气冲程的喷油因为喷射到气缸壁面而很容易稀释曲轴箱机油，对发动机运转可靠性带来威胁。电加热或者微波加热的再生方式需要消耗大量电能，必须增加发动机的发电机功率和蓄电池容量，另外可靠性或者成本也存在问题。使用外加排气管燃油喷射的再生方式，需要增加一个燃油喷射装置。但总体来看，排气管燃油喷射的再生方式因为其灵活性、广泛适应性和较低的成本等优点，是最多被采用的方法。
[0007]安装在在排气管喷油的DPF再生方式，需要向排气管道内主动喷射燃油，为了提高燃烧效率，以最少的燃油消耗获得最高的DPF温度达到再生DPF捕集的颗粒物的目的，喷射的燃料必须雾化良好以及有较高的喷射精度。然而，现有技术多数采用低压的喷射技术。例如，美国专利(公开号:US2007/0033927)公开的技术方案借用了汽油进气口喷射系统的喷射基本原理和喷嘴结构计量燃油，因为这种计量喷嘴不能够承受排气管的高温环境，因此该方案另设计了一个可以安装在排气管上的压力自开式喷射提升阀，将计量控制装置远离排气管设置，通过一根连接管将计量控制装置和喷射提升阀连通。因为采用的是汽油进气口喷射系统的低压等压计量系统，喷射压力相对比较低，雾化较差，系统构成部件较多，复杂而成本较高。
[0008]中国专利200680027310.6 (授权公告号CN101265824A)公开了一种较低成本的DPF再生燃油喷射装置，采用开关型(ON-OFF)电磁阀控制计量再生燃油喷射，用主燃料喷射系统的低压供油泵提供有压力脉动的燃油，通过一个压力控制阀维持喷射压力平均值在一定范围内，而喷嘴为压力自开式，但因为喷射压力脉动而只能以颤动的方式工作，喷射压力时高时低，压力在l_8bar范围内脉动。这种计量方式难以获得高精度，同样雾化较差。
[0009]如上述排气管喷油的DPF再生系统，采用压力自开式喷嘴安装在排气管上，由于排气管温度很高，喷嘴以及与喷嘴连接的燃油输送管道需要承受相当高的温度，因此，对于喷射压力低因而喷嘴开启压力只能设得更低的自开式喷嘴而言，密封性难以保证，在停止喷射期间，其内部的残留燃油长时间受高温，可能产生燃油变质形成积碳或沉积物等，会影响燃油喷嘴的正常工作。中国专利200810007980.2 (授权公告号CN101265824A)公开了一种利用柴油机涡轮增压器的压气机输出的有压力空气吹洗喷嘴、管道的方法，但需要外设一个压缩空气收集以及存储装置，系统复杂，成本高。即使在有压缩空气来源的装置上采用压缩空气实现这个功能，例如在采用压缩空气制动系统的商用汽车上，这种喷嘴清洗系统也较复杂，成本高。
[0010]此外，实际柴油机排气温度一般小于500°C，特别是城市工况运行的公交车及轻型商用车，器发动机排气温度甚至基本总在250°C以下，因此再生燃油喷入排气管后能否可靠燃烧，也是一个必须解决的问题，否则不仅不能够再生DPF，反而可能增加HC排放。
【发明内容】
[0011]本发明针对上述问题，之目的在于是提供一种喷射雾化性能好、控制精度高、结构简单、工作可靠、适用性强的发动机颗粒物过滤器再生系统，以有效实现对发动机颗粒物排放和HC排放的控制。
[0012]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，S卩，一种DPF再生装置，其特征在于:包括燃油喷射器和控制器，设置在包括至少一个颗粒物过滤器(DPF)的柴油机排气处理系统中，所述燃油喷射器为泵端控制的电动脉冲式喷射单元，由电磁驱动的直线电动泵、高压输送管和喷嘴组成，所述喷嘴为依靠压力打开的自开式提升阀结构，开启压力不低于
0.8MPa，安装在所述过滤器的上游排气管上，所述控制器通过脉冲调制(PffM)的驱动电信号控制所述喷射单元工作，使所述电动泵产生脉冲燃油高压压力并依靠该压力打开所述喷嘴，形成良好的燃油喷雾喷到排气管内。
[0013]本发明所述DPF再生装置，泵端控制的电动脉冲式喷射单元能够产生高于IMPa的脉冲压力，喷嘴的开启压力不低于0.8MPa，因此喷嘴密封良好，能够保证在发动机排气管上安装而可靠工作，避免喷嘴因为排气高温而积碳失效。因为喷射压力高，燃油喷射雾化良好，并且能够精确控制燃油喷射量(利用各种已知的控制理论及方法，例如中国专利200610079743.8)，所以易于形成可燃混合气，可靠燃烧使排气升温，再生DPF。喷射系统全部电驱动，直线电动泵不需要压力供油，因此在车辆或发动机