汽油颗粒捕集器的再生系统和方法与流程

1.本发明涉及汽油机技术领域，特别涉及一种汽油颗粒捕集器的再生系统和方法。


背景技术：

2.汽油颗粒捕集器(gasoline particulate filter，gpf)的作用是捕捉废气中的碳颗粒(pm)，但逐渐增加的pm需要定期除去，称为再生。当前的方案是，在需要再生时，电子控制单元(electronic control unit，ecu)控制发动机点火提前角滞后，以进行升温，且控制发动机少喷油，减少氧气使用，使氧气富裕以便再生。
3.目前该技术需要通过压差传感器判断gpf是否堵塞，以判断是否需要再生，在gpf需要再生时才执行再生，这样会浪费很多gpf中温度达到再生工况可以进行再生的机会，如果堆积碳的数量较高，ecu还会提示驾驶员应该“驻车再生”，并且，为了使氧气富裕而少喷油还会影响发动机的扭矩，而影响车辆驾驶，用户体验较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种汽油颗粒捕集器的再生系统，以减少堆积碳的可能，且不影响车辆驾驶。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.本发明实施例一种汽油颗粒捕集器的再生系统，所述汽油颗粒捕集器位于排气管路中，该系统包括：供氧装置、控制器以及温度传感器，其中，所述温度传感器用于检测所述汽油颗粒捕集器内的温度；所述控制器用于在所述温度传感器检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
7.进一步的，所述供氧装置与所述汽油颗粒捕集器集成为一体。
8.进一步的，所述供氧装置位于所述汽油颗粒捕集器的相对排气流的方向的前端的排气管路中。
9.进一步的，该系统还包括：空气流量检测装置，位于进气管路，用于检测所述进气管路的空气流量；所述控制器还用于：根据理论空气量和所述空气流量检测装置检测的进气管路的空气流量，计算过量空气系数；在所述温度传感器检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度，且计算到所述过量空气系数小于预设过量空气系数时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
10.进一步的，所述供氧装置包括固体电解质、正极导电体以及负极导电体，其中，所示正极导电体连接在所述固体电解质的位于所述排气管路内的第一端，所述负极导电体连接在所述固体电解质接触所述排气管路的外部空气的第二端；所述控制器用于控制电源提供电力给所述正极导电体和所述负极导电体，以施加电压给所述固体电解质，使所述固体电解质的第一端产生氧气。
11.进一步的，所述固体电解质与所述正极导电体以及负极导电体的连接位置具有涂
层，所述涂层为二氧化钛涂层。
12.进一步的，所述固体电解质由氧化锆与三氧化二钇和氧化钙的至少一者制成，所述三氧化二钇和所述氧化钙的至少一者的体积是所述氧化锆的8％。
13.进一步的，为不间断连接的多颗粒状态，多颗粒之间形成孔状。
14.相对于现有技术，本发明所述的汽油颗粒捕集器的再生系统具有以下优势：所述温度传感器用于检测所述汽油颗粒捕集器内的温度；所述控制器用于在所述温度传感器检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。本发明在温度大于预设值时就进行再生，不仅不浪费任何可以再生的机会，而且不必等到gpf堵塞才再生，减少堆积碳的机会，不用驻车再生，并且主动供氧，不必控制发动机少喷油，不影响车辆驾驶。
15.本发明的另一目的在于提出一种汽油颗粒捕集器的再生方法，以减少堆积碳的可能，且不影响车辆驾驶。
16.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
17.一种汽油颗粒捕集器的再生方法，所述汽油颗粒捕集器位于排气管路中，该方法基于位于所述排气管路中的供氧装置，该方法包括：检测所述汽油颗粒捕集器内的温度；在检测到的所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
18.进一步的，在检测所述汽油颗粒捕集器内的温度之后，该方法还包括：检测进气管路的空气流量；根据理论空气量和所检测的空气流量，计算过量空气系数；在检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度，且计算到所述过量空气系数小于预设过量空气系数时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
19.所述汽油颗粒捕集器的再生方法与上述汽油颗粒捕集器的再生系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1是本发明一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生系统的结构框图；
23.图2a-2b是本发明一实施例提供的排气管路的结构示意图；
24.图3是本发明一实施例提供的供氧装置的结构示意图；
25.图4是本发明一实施例提供的供氧装置产氧原理示意图；
26.图5是本发明一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生方法的流程图；
27.图6是本发明另一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生方法的流程图；
28.附图标记说明：
[0029]1ꢀꢀ
供氧装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
控制器
[0030]3ꢀꢀ
温度传感器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀ
氧化催化器
[0031]5ꢀꢀ
固体电解质
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀ
正极导电体
[0032]7ꢀꢀ
负极导电体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8ꢀꢀ
壳体
[0033]9ꢀꢀ
圆形连接部
具体实施方式
[0034]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0035]
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
[0036]
图1是本发明一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生系统的结构框图。如图1所示，所述汽油颗粒捕集器位于排气管路中，该系统包括：供氧装置1、控制器2以及温度传感器3，其中，所述温度传感器3用于检测所述汽油颗粒捕集器内的温度；所述控制器2用于在所述温度传感器3检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度时，控制所述供氧装置1提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
[0037]
例如，预设温度可以是580摄氏度，但不限于此。在gpf内的温度达到该预设温度时，说明达到了再生的温度条件，此时，控制器2(例如ecu)控制供氧装置1供氧给gpf即可。本发明实施例向gpf供氧，而并非使用空气，原因在于空气相较氧气来说，含氧量低，而会存在其他元素例如氮元素等，会造成再生之后的污染物co、hc、no
x
等等增多。
[0038]
图2a-2b是本发明一实施例提供的排气管路的结构示意图。如图2a-2b所示，本发明实施例提供两种供氧装置1的安装方式，其中一种是：所述供氧装置1与所述汽油颗粒捕集器集成为一体；第二种是：所述供氧装置1安装于所述汽油颗粒捕集器的相对排气流的方向的前端的排气管路中，例如在氧化催化器4和gpf之间。
[0039]
如果使用冷空气或氧气进入gpf，会有可能使gpf中的温度降温，失去再生的温度条件，使gpf局部的碳堆积无法再生。因此，本发明无论上述哪种安装方式，供氧装置1都是一直在排气管路内的，于是，在供氧装置1供氧的过程中，氧气也会被加热，使得gpf接收到氧气时不会降温，不会失去再生的温度条件。
[0040]
另外，如果gpf中的含氧量足够进行再生，也不必进行供氧，从而可以节约能源。因此，本发明另一实施例中，该系统还可以包括：空气流量检测装置(未绘出)，位于进气管路，用于检测所述进气管路的空气流量；所述控制器2还用于：根据理论空气量和所述空气流量检测装置检测的进气管路的空气流量，计算过量空气系数；在所述温度传感器3检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度，且计算到所述过量空气系数小于预设过量空气系数时，控制所述供氧装置1提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
[0041]
其中，过量空气系数是指燃烧单位质量燃料的实际空气量与理论空气量之比。在过量空气系数大于等于预设过量空气系数(优选为1.1)时，说明含氧量足够再生，则不必使供氧装置1供给氧气；在过量空气系数小于预设过量空气系数时，说明含氧量会不足，此时需要控制供氧装置1提供氧气。
[0042]
图3是本发明一实施例提供的供氧装置的结构示意图。如图3所示，所述供氧装置1包括固体电解质5、正极导电体6以及负极导电体7，其中，所示正极导电体6连接在所述固体电解质5的位于所述排气管路内的第一端，所述负极导电体7连接在所述固体电解质5接触所述排气管路的外部空气的第二端；所述控制器2用于控制电源提供电力给所述正极导电体6和所述负极导电体7，以施加电压给所述固体电解质5，使所述固体电解质5的第一端产生氧气。
[0043]
例如，所述固体电解质5可以由氧化锆(zro2)与三氧化二钇y2o3和氧化钙cao的至少一者制成，y2o3和cao的至少一者的体积优选是zro2的8％，但本发明不限于此，y2o3和cao的至少一者的体积是zro2的7％-10％均可。添加的y2o3和/或cao可以提高氧离子空位的浓度，又可以使得zro2以四方体或立方体形式存在，在晶胞中存在较大空隙，使得氧离子在空位中畅通无阻，提高其导电率/氧离子流动率。
[0044]
固体电解质5与正极导电体6以及负极导电体7的连接位置具有涂层，所述涂层为二氧化钛(tio2)涂层。相较于铂(pt)作为涂层，tio2捕捉氧的效果更好，同时不会像pt一样把h2、n2进行氧化，减少了浪费。再者，tio2又有出色的“抗铅”能力(汽油含铅)。tio2涂层是多颗粒状态，各颗粒之间不间断连接，多颗粒中间形成的“孔”，目的是创造更多的“tio
2-zro
2-氧气”的三相界面，以提高氧气的捕捉效率和释放效率，更有利、更多的吸附氧和脱附氧。
[0045]
由于本发明实施例的正极导电体6和负极导电体7均可以连接于ecu，因此ecu可以直接供电给正极导电体6和负极导电体7。当然ecu还可以控制其他电源进行供电，供电的电压可以在ecu内进行调节，优选电压为1v，适当的电压可以避免连接的导线烧线，而且使tio2的表面向外释放氧的速度达到最佳(tio2表面的电压当高到一定程度其向外释放氧的速度不再提升；电压太低会造成释放氧速度没有被充分发挥)。
[0046]
具体的，该供氧装置还包括壳体8，固定了固体电解质5，并通过圆形连接部9与排气管路连接，从而使得固体电解质相当于一端(第二端)在外部空气中，另一端(第一端)在排气管路中接触所排气体，使得如上文所述将外部空气中的氧离子传递到排气管路内的一端而产生氧气，与所排气体一同进入gpf。
[0047]
图4是本发明一实施例提供的供氧装置产氧原理示意图。如图4所示，当以zro2为主要材料的固体电解质5的两段施加一电压时，固体电解质5的第二端接负极电压，固体电解质5的第一端接正极电压。其第二端伸出供氧装置1和排气管路，接触排气管路外部空气，使外部空气中的氧分子(o2)得到电子(4e)形成氧离子(o
2-)，氧离子(o
2-)通过固体电解质5中的氧空位，迅速迁移到低氧浓度侧的第一端表面，第一端因为接正极电压，所以氧离子(o
2-)再失去电子以氧分子(o2)状态被释放出来产生氧气。
[0048]
由于第一端处于排气管路内，因此第一端产生的氧气可以和排气一起进入gpf，加上gpf内部大于580℃的高温，形成了gpf再生的必要条件，而形成良好的gpf再生。
[0049]
可以理解的是，当gpf内部温度小于等于580℃时，不给供氧装置1供电，或者，当gpf内部温度大于580℃，但是过量空气系数大于1.1的时候，也可以不给供氧装置1供电。
[0050]
图5是本发明一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生方法的流程图。如图5所示，所述汽油颗粒捕集器位于排气管路中，该方法基于位于所述排气管路中的供氧装置，该方法包括：
[0051]
步骤s51，检测所述汽油颗粒捕集器内的温度；
[0052]
步骤s52，在检测到的所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
[0053]
图6是本发明另一实施例提供的汽油颗粒捕集器的再生方法的流程图。如图6所示，在检测所述汽油颗粒捕集器内的温度之后，该方法还包括：
[0054]
步骤s61，检测进气管路的空气流量；
[0055]
步骤s62，根据理论空气量和所检测的空气流量，计算过量空气系数；
[0056]
步骤s63，在检测到所述汽油颗粒捕集器内的温度大于预设温度，且计算到所述过量空气系数小于预设过量空气系数时，控制所述供氧装置提供氧气至所述汽油颗粒捕集器以进行再生。
[0057]
上文所述的汽油颗粒捕集器的再生方法的实施例与上文所述的汽油颗粒捕集器的再生系统的实施例类似，在此不再赘述。
[0058]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。