[发明专利]一种耦合双极荷电凝并系统的GPF氧泵辅助再生装置与方法

说明书

本发明提供了一种耦合双极荷电凝并系统的GPF氧泵辅助再生装置与方法，所述装置包括汽油机颗粒捕集器、荷电装置、电凝并装置和氧泵再生装置，氧泵再生装置中设有氧泵电解质片与电热丝；荷电装置对汽油机尾气中的颗粒物进行预荷电，电凝并装置使颗粒物进行碰撞凝并，电热丝对颗粒物进行加热，加热的同时氧泵电解质片进行补氧工作；还可通过步进电机改变过滤体的旋转速率，达到调节再生效率的目的。本发明可以同时兼顾颗粒物的捕集效率与再生效率，对颗粒捕集器无损坏，同时不浪费资源。

技术领域

本发明属于尾气颗粒物再生技术领域，具体涉及一种耦合双极荷电凝并系统的汽油机颗粒捕集器(GPF)氧泵辅助再生装置与方法。

背景技术

颗粒物作为大气污染的主要影响因素，对人类健康有着巨大的危害，环保法规对它的限制也日益严格，中国国六法规增加对汽油车颗粒物质量和颗粒数的限值要求，试验工况也由新欧洲驾驶循环(NEDC)改为全球统一轻型车测试循环(WLTC)。研究表明缸内直喷汽油机的颗粒数高于进气道喷射汽油机，对应WLTC的颗粒物质量和颗粒数比NEDC大幅升高。颗粒数已成为缸内直喷汽油车设计与开发的重要挑战，可行的应对方案之一是为车辆加装汽油机颗粒捕集器(GPF)。研究表明GPF可有效减少缸内直喷汽油车的颗粒物数量，使颗粒数低于法规限值，但是面临着再生问题。

传统的颗粒捕集器为提高微细颗粒物的捕集效率，需要减小孔隙直径、降低孔隙率等，这必然会导致汽油机排气背压上升、功率损耗变大，从而导致汽油机性能下降。随着越来越严格的排放法规，导致以控制微纳米颗粒物数量为目标的研究愈加重要。相同结构参数的GPF载体，其对积聚态颗粒的捕集效率要远大于粒径较小的核模态颗粒。双极荷电凝并技术通过颗粒荷电，增大颗粒间的凝并系数，使粒径较小的颗粒凝并为粒径较大的颗粒，提高GPF的捕集效率。当颗粒捕集器工作一段时间后，由于沉积的颗粒物增多，导致排气背压上升，进而造成颗粒捕集器过滤体失效及燃油经济性的降低。针对这种情况，需要对颗粒捕集器进行再生。该问题有两个解决方法，一是降低发动机运行过程中颗粒物氧化所需温度，二是通过辅助系统使沉积的颗粒物达到氧化温度。第一种途径用于被动再生系统，第二种用于主动再生系统。一般来说，主动再生消耗大约2％-3％燃油，而通过被动再生可降低约80％。根据GPF的结构和材料、汽油机的使用特点和使用工况，合理选择再生技术对于GPF的安全有效再生具有重要的意义。

现有的GPF捕集与再生技术是通过过滤体过滤捕集颗粒物，颗粒物累积到一定程度导致捕集效率不断下降，通过再生技术来清除颗粒物累积，缺点是捕集效率与再生效率不够高，造成捕集器损坏与资源浪费。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种耦合双极荷电凝并系统的GPF氧泵辅助再生装置与方法，同时提高GPF的捕集效率与再生效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种耦合双极荷电凝并系统的GPF氧泵辅助再生装置，包括汽油机颗粒捕集器、荷电装置、电凝并装置和氧泵再生装置；

所述荷电装置包括不锈钢丝和加热线圈，不锈钢丝支撑在圆筒壳体内部，不锈钢丝一端与高压直流电源连接；加热线圈缠绕在圆筒壳体外部；所述圆筒壳体一端与汽油机颗粒捕集器排气端连通，另一端与汽油机连通；

所述电凝并装置包括壳体和高压交流电源，壳体设置在汽油机颗粒捕集器两端，壳体与高压交流电源连接；

所述氧泵再生装置包括氧传感器、颗粒物传感器、高频陶瓷体、过滤体、电热丝和氧泵电解质片；氧传感器设置在汽油机颗粒捕集器进气端，汽油机颗粒捕集器中间轴上固定过滤体，顶部过滤体与汽油机颗粒捕集器外壳之间填充高频陶瓷体，高频陶瓷体中穿设电热丝，电热丝包裹氧泵电解质片一端，氧泵电解质片另一端穿过导氧管且与氧泵电源连接，导氧管与汽油机颗粒捕集器进气端腔室连通；汽油机颗粒捕集器进气端和排气端均设有颗粒物传感器；

所述高压直流电源、氧泵电源、氧传感器、颗粒物传感器均与ECU连接。