專利名稱：排氣凈化裝置、排氣凈化方法及微粒物質(zhì)測量方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃機的排氣凈化裝置、排氣凈化方法及微粒物質(zhì)測量方法，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 柴油機排氣中包括的微粒物質(zhì)(PM)的微粒物質(zhì)測量方法。10背景技術通常，利用多孔陶瓷制成的柴油微粒濾清器來收集從柴油機發(fā)出的主要由C(碳)構成的微粒物質(zhì)。對于這種柴油微粒濾清器而言，隨著其不 斷使用，會出現(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)有技術中，實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，則排氣會在柴油微粒濾清器中引起過壓，而 這可能導致燃料效率的降低或發(fā)動機的損壞。優(yōu)選的是，這種對柴油微粒濾清器的再生是在柴油機運轉過程中進20行的，而不替換或拆卸濾清器，因此在實際技術中，是在燃燒之后活塞 在汽缸中向下運動以形成高溫氣體(后噴射過程)的狀態(tài)下進行燃料噴射 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)有技術的裝備有柴油微粒濾清器的柴油機 的排氣凈化系統(tǒng)的整體構成。參照圖l，柴油機11具有排氣管線12，其中排氣管線12中設置有柴油 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，所述多個氣體通道12a的上游端或下游端相對于來自發(fā)動機的排氣流的方向交替地閉合，被引入一個這種氣體通道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， 當排氣滲透過多孔部件12b時，排氣中包含的微粒物質(zhì)被多孔部件12b收 集，從而導致微粒物質(zhì)12c以層的形式沉積在多孔部件12b上，如圖2D所15 示。因為柴油微粒濾清器12B導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，需要通過進行再生過程(使沉積的微粒物質(zhì)燃 燒)，適時地再生該濾清器。對于參照圖l所說明的常規(guī)排氣凈化系統(tǒng)來講，應該注意的是，例如， 20每當車輛行駛預定里程(如500km)、超過10分鐘的持續(xù)時間，都要進行這 種濾清器的再生。在公平地通過后噴射進行濾清器再生的情況下，不考慮濾清器中微 粒物質(zhì)的實際收集量來進行再生。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置成比為安全起見所需25要的實際間隔更短。但是，這種通過后噴射進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所示的后噴射進行柴油微粒濾清器12B 的再生的已知結構，其中測量柴油微粒濾清器12B的上游側和下游側之間 的差壓AP，當上述差壓AP達到預定值時進行后噴射?？蓞⒖济绹鴮＠?6,952,920。根據(jù)圖3的結構，只有當上游側和下游側之間的差壓達到預定值時， 才進行柴油微粒濾清器12B的再生，從而抑制了不必要的后噴射過程。由 此，提高了柴油機驅(qū)動的車輛的燃料效率。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，應當注意，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，當所收集的 微粒物質(zhì)的厚度從109 fim變化到255 (im時，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，當圖3的結構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，對于實際沉積的微粒物質(zhì)和差壓AP的估計，相對于20理論計算值可能引起高達±50%的誤差。這種誤差導致實際沉積的微粒量 與再生時間之間的關系產(chǎn)生很大的偏差。此外，鑒于排氣壓力和排氣流 速隨發(fā)動機負荷或發(fā)動機轉數(shù)而變化，利用圖3的結構很難準確地檢測柴 油微粒濾清器12B中的微粒物質(zhì)的沉積量。此外，美國專利5,651,248描述了一種除柴油微粒濾清器之外還使用25檢測濾清器并通過測量電阻來估計該檢測濾清器中收集的微粒物質(zhì)量的 結構。根據(jù)該技術，當所檢測的電阻減小至低于預定值時，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)和由檢測濾清器收集的微 粒物質(zhì)。由此來實現(xiàn)濾清器的再生。另一方面，除了因為需要在柴油微粒濾清器中設置加熱器而使其結構變復雜的問題之外，該現(xiàn)有技術存在這樣的缺點，即，在對柴油微粒 濾清器進行再生時發(fā)生了電能消耗。為了節(jié)省濾清器再生時的電能消耗，美國專利5,651,248的技術選擇執(zhí)行濾清器再生的定時，使得當柴油微粒 濾清器的溫度高于預定溫度時才進行再生操作，以下情況除外，即，對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 進行再生。結果，該技術對于用于微粒檢測的檢測濾清器的再生操作的 定時施加了限制，并且微粒檢測濾清器的再生操作的自由度受到限制。此外，對于美國專利5，651，248的技術而言，在加熱器進行的再生操 作過程中，不可以使用柴油微粒濾清器，因此，提供了一種儲備柴油微io粒濾清器，并在再生過程中切換到該儲備柴油微粒濾清器。但是，這種 結構需要兩個相同的柴油微粒濾清器以及開關閥，這就產(chǎn)生了排氣凈化 裝置的結構變龐大的問題。在小型車上安裝這種排氣凈化裝置是非常困 難的。此外，對于美國專利5，651,248的技術而言，檢測濾清器的再生與柴 15油微粒濾清器的再生同時進行，或與柴油微粒濾清器的再生連續(xù)地進行， 而這種結構不能任意地選擇檢測濾清器的再生定時，從而存在取決于檢 測濾清器的狀態(tài)，易于在柴油微粒濾清器的再生定時中引起誤差的問題。當柴油微粒濾清器的再生與檢測濾清器的再生獨立進行時，會引起 再生時檢測濾清器中的通氣阻力減小，從而排氣開始主要通過檢測濾清 20器來流動。由此，在檢測柴油微粒濾清器的再生定時的過程中引起了誤 差。因此，如上所述，美國專利5651,248的技術同步地進行檢測濾清器的 再生和柴油微粒濾清器的再生。此外，美國專利5,651,248的技術存在以下不足(a)灰沉積；和(b)由 退化引起的較大估計誤差。 25 此外，對于美國專利5,651,248的技術而言，從其通過測量電極電阻來估計所收集的微粒物質(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)的厚度也會變化的情況?，F(xiàn)在，當所收集的微粒物質(zhì)的厚度 不同時，很難準確地測量電阻，往往會導致沉積量的估計誤差。此外，在微粒物質(zhì)燃燒之后在柴油微粒濾清器或檢測濾清器中引起 灰沉積的情況下，不再可能進行精確的電阻測量，因而在沉積量的估計 中導致較大誤差。此外，利用檢測濾清器時，會導致濾清器或電極隨著時間或隨著在 5排氣環(huán)境中使用而劣化。具體來講，電極(由導電金屬形成的端子)是通過浸潤諸如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。當濾清器或電極中引起了劣化時，不再可能進行精確的電阻測量， 因而在微粒物質(zhì)的沉積量估計中產(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置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線；15 設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容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及 差壓測量部分，用于測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置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線； 設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 的煙灰存儲容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及差壓 測量部分，用于測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 速中計算出每單位時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)動機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計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)測量方法，所述微粒物質(zhì)傳感器包括從柴油機的排氣管線中設置的柴油微15粒濾清器的上游側從所述排氣管線分出的氣體管線中所設置的PM檢測 濾清器，所述PM檢測濾清器的煙灰存儲容量小于所述柴油微粒濾清器的 煙灰存儲容量；以及差壓測量部分，用于測量所述PM檢測濾清器的入口 與出口之間的差壓，所述微粒物質(zhì)測量方法包括以下步驟(A) 測量所述PM檢測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 速中計算出每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(C) 從所述步驟(B)中獲得的每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的 微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計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)動機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計算出 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，并且通過測量這種副柴油微粒濾清
器中出現(xiàn)的差壓以檢測微粒物質(zhì)在主柴油微粒濾清器中的沉積，可以簡 單和容易地測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 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，可以恒定且準確地測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 的同時進行精確的測量。此外，利用本發(fā)明，通過在副排氣管線中設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量副 柴油微粒濾清器中的差壓而進行的主柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的沉 積量估計與主柴油微粒濾清器中的微粒物質(zhì)的實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發(fā)動機系統(tǒng)； 圖2A示出了柴油微粒濾清器的示意性構成；20 圖2B示出了該柴油微粒濾清器的構成元件； 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)有技術的排氣凈化裝置的發(fā)動機系統(tǒng) 的整體構成；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)明第一實施方式的排氣凈化裝置的構成；圖7A示出了圖6中使用的副柴油微粒濾清器的構成；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的微粒測量方法的流程圖。10具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供了一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置包括設置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設置在所述 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；以及差壓測量部分，用于測量所述副柴油微粒 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或者等效儀表(例如，氣 速計)。20 優(yōu)選的是，所述副排氣管線還包括溫度測量部分。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 氣的流速保持在預定值的閥。本發(fā)明的優(yōu)選實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置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排 氣管線；設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容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量； 以及差壓測量部分，用于測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，計算出每單位時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) 動機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計算出流入所 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所述副柴油微粒濾清器進行再生的步驟，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 定值的情況下，獨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)行對所20述副柴油微粒濾清器進行再生的步驟，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)行對所述主柴油微粒濾清器進行 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)行對所 述副柴油微粒濾清器進行再生的步驟，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)行對所述主柴油微粒濾清器進行再生的步驟， 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算所述副柴油微粒濾清 器中收集的微粒物質(zhì)的煙灰負載量A/^函數(shù)(流速，溫度，煙灰負載，幾何結構) 102025以下示出了優(yōu)選實施例(盡管也可以采用其他表達式)，根據(jù)該優(yōu) 選實施例來計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) 測量方法，該微粒物質(zhì)傳感器包括在柴油機的排氣管線中設置的柴油 微粒濾清器的上游側從所述排氣管線分出的氣體管線中所設置的PM檢 測濾清器，所述PM檢測濾清器的容量小于所述柴油微粒濾清器的容量； 5以及差壓測量部分，用于測量所述PM檢測濾清器的入口與出口之間的差 壓，所述微粒物質(zhì)測量方法包括以下步驟(A)測量所述PM檢測濾清器兩 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，計算出每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)io量；(C)從所述步驟(B)中獲得的每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的 微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量，計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 機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計算出流入所述 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)行計算由所述PM檢測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)行計算20由所述PM檢測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)的煙灰負載量.-A/^函數(shù)(流速，溫度，煙灰負載，幾何結構) 以下示出了優(yōu)選實施例(盡管也可以采用其他表達式)，根據(jù)該優(yōu) 選實施例來計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表示動力粘滯系數(shù)，Q表示PM檢測濾清器中的 排氣的流速，以[mVh]為單位，a表示所述PM檢測濾清器中的單元的邊緣 長度，p表示排氣的比重，V一表示PM檢測濾清器的濾清器體積，Ws表5示PM檢測濾清器的壁厚，Kw表示PM檢測濾清器的壁滲透率，Ks。。t表示 PM檢測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檢測濾清器的有效濾清器長度，卩表示PM檢測濾清 器的多孔壁的福希海默爾系數(shù)，S表示進入和排出PM檢測濾清器的排氣的 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檢測濾清器的排氣的流速，PM[g/h]表示每 單位時間沉積的微粒物質(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。 [第一實施方式]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的排氣凈化裝置20的構成。 25 參照圖6，使來自未示出的柴油機的排氣經(jīng)由排氣管線21流入與先前
參照圖2A所說明的類似的主柴油微粒濾清器(DPF)22，并且如參照圖2C 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，對于圖6的構成，在主柴油微粒濾清器(DPF)22的上游側，從 排氣管線21分出副排氣管線21A，并且為副排氣管線21A設置了體積小于5主柴油微粒濾清器(DPF)的副柴油微粒濾清器22A。此外，還設置有差壓 計22B，用于測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，對于圖6的構成，在副柴油微粒濾清器22A的下游側，在副排 氣管線21A中設置有流量計24和控制閥23，其中控制閥23用于根據(jù)流量計 24進行的測量，將副排氣管線21A中的排氣的流速保持為恒定。應當注意，io控制閥23和流量計24可以設置在副排氣管線21A上的任何地方。這里應當 注意，副柴油微粒濾清器22A、差壓表22B和流量計24—起構成了用于測 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量部分(T1)。此外，還可以在主柴油微粒濾清器 (DPF)22中設置溫度測量部分T2。15 應當注意，排氣管線中的溫度測量部分可以設置在以下任何地點(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 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 測量排氣溫度的觀點來看，(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的整體構成，圖7B示出了副柴油微粒濾清器22A的原理。應當注意，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(對應于圖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，并形成為一端關閉(在單元的情況下，后端關閉)的狀態(tài)。這里， 應當注意，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， 還應當注意，構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，還應當注意，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(對應于圖3的通道12a)的5n/?；蚋〉捏w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，可以用簡單的程io序測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)設置有用于測量該排氣溫度T的溫 度測量部分，并為該溫度測量部分設置了熱電偶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和對副柴油微粒濾清器22A進行再生。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中設置有用于測量差壓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也可以設置在副排氣管線的導管內(nèi)或可以設置在20副排氣管線內(nèi)。因此，當副排氣管線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，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 對于本實施方式，通過使用下面的公式(l)，從由此獲得的壓差AP和排氣溫度T以及排氣流速Q(mào)，計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的更詳細結構。參照圖8，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)動線 22bl提供的電能所驅(qū)動并引起單元22b所收集的微粒物質(zhì)22c的焚化。此 外，膜片壓力表22B的輸出信號經(jīng)由信號線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 算副柴油微粒濾清器中所收集的微粒物質(zhì)的煙灰負載量。<formula>formula see original document page 21</formula>(1)其中，AP表示差壓[Pa]， p表示動力粘滯系數(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表示有效濾清器長度，(3表示多孔壁的福希海默爾系數(shù)，g表示進入和排 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的先前再生測得的時 間[h]獲得了每單位時間的收集量PM[g/h]。一旦獲得了單位時間內(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)因為排氣中的微粒物質(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可以通過實際測量獲得或從發(fā)動機的運轉狀態(tài)估計得出。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io系，其中應當注意，實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。參照圖9可以看到，如果在相同的微粒物質(zhì)沉積量下進行比較，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±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，通過測量小體積副柴油微粒濾清器22A中形成的差壓AP，可以準確地估計出圖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果進行后噴射，可以 以最佳定時來進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的結構中，可以使用已知的Vencheri流量計、熱線流量計等，其中流量計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。 這里應當注意，"用于測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量部分"不僅包括測量副柴油微粒濾清器22A的入口側 與出口側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 口側使用壓力表的結構。對于這種結構，對初始狀態(tài)的壓力值(剛再生之5后的狀態(tài))進行存儲，并通過測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的初壓值中減去由此獲得的 壓力值，來計算差壓。此外，也可以在副柴油微粒濾清器的入口側和出口側，或僅僅在出 口側設置流量計、流速計等，來測量差壓。對于這種結構，通過設置在io副柴油微粒濾清器的入口側和出口側的流量計、流速計等的讀取值來獲 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)的讀取值進行比較，可以 從副柴油微粒濾清器的出口側的流量計、流速計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量差壓的那些元件的任意裝置來測量副 柴油微粒濾清器的差壓。 [第二實施方式]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的使用圖6的排氣凈化裝置的 20排氣凈化方法的流程圖。參照圖IO，在步驟l，通過流量計24來檢測排氣流速Q(mào)，并通過差壓 表22B來檢測副柴油微粒濾清器22A兩端的差壓AP。此外，利用溫度測量 部分T1來檢測排氣的溫度。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。這里應當注意，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的溫度測量部分 Tl。此外，溫度T可以通過溫度測量部分T1和T2的溫度而求得(例如，以 平均值、最大值、最小值的形式)。從更準確地計算微粒物質(zhì)的量的觀點
來講，優(yōu)選使用副柴油微粒濾清器22A的溫度測量部分T1。對于該溫度測量部分而言，可以使用熱電偶，同時它也可以使用任意物件，只要它可 以測量溫度即可。盡管優(yōu)選的是測量排氣管內(nèi)的排氣的溫度，但是也可 以測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是否超過了預定閾值ThO，如果判斷結果為否，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，在圖10的處理中，在步驟ll，通過公式(3)同時使用步驟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^是否超過了預定閾值Thl，如果判斷結果為否，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咖超過了預定閾值Thl ，則在步驟l3中通過控制發(fā)動機控制單 元(ECU)而進行后噴射，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，實現(xiàn)了濾清器的再生。禾U用圖10的處理，可以獨立地進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。利用這種結構，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。對于圖6的結構(其中闊23插入在副排氣管線21A中)，即使獨立于主柴油微粒濾清器(DPF)22進行副柴油微粒濾清器22A的再生，也不會導致排氣主要流過已經(jīng)進行了再生的副柴油微粒濾清器的情況，因此在對 主柴油微粒濾清器(DPF)22中的微粒物質(zhì)的沉積量進行估計時不會引起誤差。5 由此，應當注意，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，在上述第二實施方式中，測量差壓AP、排氣溫度T以及排氣 流速Q(mào)(步驟1)，利用公式(1)和(2)，由上述測量結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)并行進行的，同時利用了步驟l獲得的測量結果。 [第三實施方式]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的使用圖6的微粒物質(zhì)傳感器 PM的微粒物質(zhì)測量方法的流程圖，其中與先前描述的部分相對應的部分由相同的標號來表示，并省略其說明。 25 參照圖12，在與上述步驟S1相對應的步驟21，利用流量計24，或者在某些情況下利用閥23，將副排氣管線21 A中的流速設為50 6000ml/min 的范圍內(nèi)的預定值，并且通過差壓表22B檢測副柴油微粒濾清器22A兩端 的差壓AP。此外，利用溫度測量部分T1檢測排氣的溫度。接下來，在與上述步驟2相對應的步驟22，根據(jù)公式(l)，通過步驟l中檢測到的差壓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。這里應當注意，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 的溫度測量部分T1來獲得。此外，溫度T可以通過溫度測量部分T1和T25的溫度來求得(例如，以平均值、最大值、最小值的形式)。從更準確地 計算微粒物質(zhì)的量的觀點來講，優(yōu)選使用副柴油微粒濾清器22A的溫度測 量部分T1。對于該溫度測量部分，可以使用熱電偶，也可以使用任意其 他物件，只要它可以測量溫度即可。盡管優(yōu)選地測量排氣管內(nèi)的排氣的 溫度，但是也可以測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相對應的步驟31中，通過 公式(3)，同時利用步驟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，在上述第三實施方式中，測量差壓AP、排氣溫度T以及排氣 流速Q(mào)(步驟21)，通過上述測量結果，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)并行進行的，同時利用了步驟21獲得的測量結果。
此外，盡管到此為止對于使用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 硅的復合材料，如碳化硅和金屬的復合物(本發(fā)明在碳化硅中也包括這種 5復合物)，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，除蜂窩狀結構之外可以使用諸如褶皺的結構體或元件板。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)機器，而且適用于旅行客車。
權利要求
1、一種排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置包括設置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設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容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及差壓測量部分，用于測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 括流量計或等效儀表。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的排氣凈化裝置，其中所述副排氣管線還 包括溫度測量部分。
4、根據(jù)權利要求1至3中任意一項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)權利要求1至4中任意一項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置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設置在所述副排氣 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容量小 于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及差壓測量部分，用于測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 速中計算出每單位時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)動機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計算出 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)權利要求6所述的排氣凈化方法，該排氣凈化方法還包括對 15所述副柴油微粒濾清器進行再生的步驟，在所述副柴油微粒濾清器中所收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量超過了預定值的情況下，獨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)行對所述副柴油微粒濾清器進行再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)行對所述主柴油微粒濾清器進行再生的所 述步驟。
9、 根據(jù)權利要求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)行對所述副柴油微粒濾清器進行再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)行對所述主柴油微粒濾清器進行再生的所述步驟，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)權利要求6至9中任意一項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]表示每單位時間沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。
12、 根據(jù)權利要求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)測量方法，所述微粒物質(zhì) 傳感器包括從柴油機的排氣管線中設置的柴油微粒濾清器的上游側從 所述排氣管線分出的氣體管線中所設置的PM檢測濾清器，所述PM檢測 濾清器的煙灰存儲容量小于所述柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及5差壓測量部分，用于測量所述PM檢測濾清器的入口與出口之間的差壓， 所述微粒物質(zhì)測量方法包括以下步驟(A) 測量所述PM檢測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速中計算出每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的微粒物質(zhì)的質(zhì)量；(C) 從所述步驟(B)中獲得的每單位時間由所述PM檢測濾清器收集的微粒物質(zhì)的所述質(zhì)量中計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)動機運轉的狀態(tài)或到所述主柴油微粒濾清器的氣體流速，計算出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)權利要求13所述的微粒物質(zhì)測量方法，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)權利要求13所述的微粒測量方法，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)權利要求13至15中任意一項所述的微粒物質(zhì)測量方法，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表示動力粘滯系數(shù)，Q表示所述PM檢測濾 清器中的所述排氣的所述流速，以[mVh]為單位，a表示所述PM檢測濾清 器中的單元的邊緣長度，p表示所述排氣的比重，Vt^表示所述PM檢測濾 清器的濾清器體積，Ws表示所述PM檢測濾清器的壁厚，Kw表示所述PM 檢測濾清器的壁滲透率，Ks。。t表示所述PM檢測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檢測濾清 器的有效濾清器長度，卩表示所述PM檢測濾清器的多孔壁的福希海默爾 系數(shù)，S表示進入和排出所述PM檢測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)權利要求16所述的微粒物質(zhì)測量方法，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檢測濾清器的所述排氣的流速，PM [g/h] 表示每單位時間在所述PM檢測濾清器中沉積的微粒物質(zhì)的質(zhì)量。
18、 根據(jù)權利要求17所述的微粒物質(zhì)測量方法，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)測量方法。該排氣凈化裝置包括設置在柴油機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，從所述排氣管線分出的副排氣管線；設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容量小于所述主柴油微粒濾清器的煙灰存儲容量；以及差壓測量部分，用于測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F01N3/021GK101165322SQ200710161660
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權日2006年10月17日
發(fā)明者阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯 申請人:揖斐電株式會社;阿薩納西奧斯·G·坎斯坦多普羅斯