与汽油车相比，柴油车的发动机耐久性更好，且效率高20％-30％。 柴油车由于其在燃油效率和功率输出方面的优越性能，已经应用于大型 车辆，例如卡车和公共汽车。此外，由于柴油车的优点在于，它们排出 少量的CO2、CO、THC和可挥发碳氢化合物，对全球变暖的影响小，因此 柴油车正日益增多地应用于小型和中型车辆的发动机。因此，在发达国 家，对于小型和中型柴油车的需求持续增加。然而，柴油车废气中含有 的大量氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM，particulate matter)被公认为是 空气污染的主要原因，占到高达整个空气污染的40％。因此，对柴油车的 制造严格实施环境限制。关于氮氧化物和颗粒物的排放标准，各个国家 之间存在权衡，并且各个国家根据政策要求来控制发生的程度。随着我 们今天看到的油价，比传统汽油车效率更高的柴油车引起人们的注意。 因此，发达国家正在逐步地建立对来自柴油车废气的污染物含量更严格 的限制，以减少所产生的空气污染物的排放，这直接涉及柴油车的制造。
满足柴油车排放规定的应对技术被分为两组：预处理技术，用于通 过改进燃油、燃烧过程或发动机的结构，来减少污染物的产生源；以及 后处理技术，用于通过排气口处的设备来净化所产生的废气。虽然在各 领域中都进行了持续的研发，但是到现在为止，后处理技术有着更多的 研发进展，被认为是更有利于实际使用。这些后处理技术包括：(1)氧化 催化剂，用于净化颗粒物质(PM)中未燃烧的碳氢化合物，(2)柴油机 颗粒过滤器(diesel particulate filter，下文中称为“DPF”)，用于 过滤PM，和(3)DeNOx催化系统，用于在还原氛围下分解或减少氮氧化 物(NOx)。目前，广泛地采用混合型的后处理系统，其中，有效地组合 上述各种技术，例如装配有催化剂过滤器的DPF系统。
在用于净化废气的传统系统中，流入柴油机颗粒过滤系统的废气中 包含的废气颗粒物(PM)被柴油机颗粒过滤系统捕获，从而至少90％地去 除这些颗粒物。当PM饱和时，柴油机颗粒过滤系统不仅会丧失其捕获能 力，而且会由于其上的背压而干扰发动机的驱动。因此，需要一种方法 来去除柴油机颗粒过滤系统中饱和的PM(称为再生)。作为一种再生方法， 广泛使用的方法是：柴油被喷入流进柴油机颗粒过滤器系统中的废气中， 造成自燃来升高废气的温度，并且使热的废气流入到柴油机颗粒过滤系 统中，以烧掉柴油机颗粒过滤系统中捕获的PM。
在用于净化废气的这种系统中显示出一些问题。首先，最严重的问 题是：适当地再生柴油机颗粒过滤系统并升高废气的温度使得能够进行 再生的时间太长。
在持续驱动车辆的情况下，对于实际情况，在长时间在公路上驱动 的车辆中，即使少量的柴油喷射也能够容易地升高废气的温度，因为从 发动机出来的废气的温度已经是热的。另一方面，如果间断地驱动车辆， 则对于实际情况，在频繁反复驱动/止动的车辆(例如，城市公共汽车) 中，难以在短时间内充分升高废气的温度。
对于再生而言，温度通常应该升高至400℃或更高。众所周知的是， 通过使用净化废气的传统系统，在频繁止动的车辆的情况下，将废气温 度升高至所述温度需要约10分钟。
为了实现快速升温，已经提出了添加燃油添加催化剂(燃油添加剂) 的传统技术。然而，这不是根本的解决方法，因为随着柴油的消耗，在 加油过程中燃油添加催化剂的浓度一直变化，并且由于燃油添加催化剂 导致的温度快速上升的效应随时间骤减。因此，本领域技术人员解决这 类问题的需求在不断增加。

技术问题
本发明用于克服如上所述的传统技术的问题。本发明的目的在于提 供使用燃油添加催化剂净化柴油车废气的系统和方法，其通过在任何驱 动情况下都使燃油添加催化剂的浓度保持恒定，能够在再生时容易地在 短时间内升高废气的温度。
技术方案
为了实现如上所述的目的，根据本发明的使用燃油添加催化剂净化 柴油车废气的系统包括：发动机(100)；油箱(200)，其连接到所述发 动机(100)、用于供应或返回柴油的供油管(221)和回油管(222)；柴 油机颗粒过滤系统(300)，其连接到所述发动机(100)的出口(110)， 用于净化来自所述发动机(100)的废气和污染物，从而将其排放到外部； 装配在所述柴油机颗粒过滤系统(300)的前端的喷油单元(400)，其连 接到所述油箱(200)，并依次包括注入管(431)、注入泵(410)、注入 器(420)和循环管(432)；以及控制单元(500)，其检测并确定所述柴 油机颗粒过滤系统(300)的饱和状态，以控制所述注入单元(400)的 操作，所述系统还包括：催化剂箱(610)，其用于容纳燃油添加催化剂 (FBC)；催化剂注入管(630)，其一侧连接到所述催化剂箱(610)，而 另一侧连接到所述废气净化系统，以提供与所述燃油添加催化剂的连通； 催化剂注入器(620)，其装配在所述催化剂注入管(630)上，用于使所 述燃油添加催化剂注入到所述柴油中并与其混合，以便恒定地保持所述 柴油中燃油添加催化剂的浓度；以及催化剂注入单元(600)，其操作由 所述控制单元(500)控制。
所述控制单元(500)基于所述油箱(200)内的剩余柴油量来确定 通过所述催化剂注入单元(600)注入的燃油添加催化剂的所需量，所述 剩余柴油量是通过为所述油箱(200)装置的液位计(210)测量的。另 外，当所述液位计(210)测量到的柴油液位(h)的变化为正(+)时， 所述控制单元(500)确定其处于供油状态，而当所述变化为正(+)之 后该变化紧接着变为0或者负(-)时，所述控制单元(500)确定其处 于供油完成状态，并且计算供油开始和供油完成之间的液位差(Δh)，并 且所述控制单元(500)基于所述液位差(Δh)确定将通过所述催化剂注 入单元(600)注入的所述柴油催化剂的所需量。
根据本发明的所述催化剂注入管(630)的另一侧连接到所述循环管 (432)，或者连接到所述回油管(222)。
一种采用了根据本发明的净化废气的系统、使用燃油添加催化剂净 化柴油车废气的方法包括如下步骤：a)所述控制单元检测通过液位计测 量的所述油箱中柴油液位的变化；b)所述控制单元确定所述柴油液位的 变化是否变为正(+)；c)当确定所述柴油液位的变化变为正(+)时， 所述控制单元将该点确定为供油起始点，并且记录该点的柴油液位(h0)； d)所述控制单元再次检测通过所述液位计测量到的所述油箱中的柴油液 位的变化；e)所述控制单元确定所述柴油液位的变化是否变为零(0) 或负(-)；f)当步骤e)中确定所述柴油液位的变化变为零(0)或负(-) 时，所述控制单元将该点确定为供油完成点，并且记录该点的柴油液位 (hf)；g)所述控制单元计算出所述供油开始点的柴油液位(h0)与所述 供油完成点的柴油液位(hf)之间的液位差(Δh＝hf-h0)；h)所述控制单 元基于所述液位差(Δh)，计算出用于满足所述燃油添加催化剂的浓度要 求的所需注入量(q)；以及i)所述控制单元操作所述催化剂注入单元来 注入以上所计算的燃油添加催化剂的所述所需注入量(q)。所述燃油添 加催化剂的所述浓度要求在170ppm至230ppm的范围内。
有益效果
根据本发明，即使在发动机排出的废气温度不是足够高的情况下， 例如在间断和多变的驱动条件下或者在诸如汽车的具有低功率输出的车 辆中，也恒定地保持柴油中包含的燃油添加催化剂的浓度。因此，在柴 油机颗粒过滤系统的再生过程中，能够在短时间内容易地升高废气的温 度，使得柴油机颗粒过滤系统的再生可以更高效地完成。
另外，可以显著降低为了再生柴油机颗粒过滤系统而使废气温度升 得足够高所消耗的柴油量。因此，在整个车辆的燃油效率中获得了显著 的改进效果。
根据本发明，柴油中包含的燃油添加催化剂(其效果以上已经描述) 的浓度可以一直自动保持恒定。因此，上述效果随时间而改变或者根据 燃油消耗或供油而改变的问题可以得到彻底解决。因此，在任何情况下， 可以一直得到如上所述的稳定效果。
附图说明
图1是根据本发明的用于净化废气的系统的示意图。
图2是根据本发明的用于净化废气的方法的流程图。
图3是各个变量的示意性描述。
<附图中重要部分的标号的说明>
100：发动机
110：出口
120：PRM传感器
200：油箱
210：液位计
221：供油管
222：回油管
300：柴油机颗粒过滤系统
310：排气管
321：压力传感器
322、323：温度传感器
400：注入单元
410：注入泵
420：注入器
431：注入管
432：循环管
500：控制单元
600：催化剂注入单元
610：催化剂箱
620：催化剂注入器
630：催化剂注入管

现在，通过参照附图更详细地描述具有如上构成的、根据本发明的 使用燃油添加催化剂净化柴油车废气的系统。
图1示出根据本发明的使用燃油添加催化剂净化柴油车废气的系统 的示意图。根据本发明的用于净化废气的系统包括：由柴油驱动的发动 机(100)；连接到所述发动机(100)的油箱(200)，其通过供油管(221) 供应柴油并通过回油管(222)返回发动机中的剩余柴油；柴油机颗粒过 滤系统(300)，其连接到发动机(100)的出口(110)，用于净化来自发 动机(100)的废气和污染物，将其排放到外部；注入单元(400)，其包 括：注入管(431)，该注入管(431)的一侧连接到所述油箱(200)而 另一侧连接到注入器(420)；注入泵(410)，其装配在注入管(431)上， 以与柴油连通；装配在所述柴油机颗粒过滤系统(300)的前端的注入器 (420)，其在所述柴油机颗粒过滤系统(300)处于饱和状态时注入柴油 以导致自燃，以升高流入柴油机颗粒过滤系统(300)的废气温度，从而 使柴油机颗粒过滤系统(300)再生，而在柴油机颗粒过滤系统(300) 不是处于饱和状态时关闭注入器(420)；以及循环管(432)，其一侧连 接到所述注入器(420)而另一侧连接到所述油箱(200)，并且当注入器 (420)被关闭时，使流过注入管(431)的柴油返回到所述油箱(200) 中；以及控制单元(500)，其检测并确定所述柴油机颗粒过滤系统(300) 的饱和，以控制所述注入单元(400)的操作。另外所述系统还包括：催 化剂箱(610)，其用于容纳燃油添加催化剂(FBC)；催化剂注入管(630)， 其一侧连接到所述催化剂箱(610)，而另一侧连接到所述废气净化系统， 以提供与燃油添加催化剂的连通；催化剂注入器(620)，其装配在催化 剂注入管(630)上，用于使燃油添加催化剂注入到柴油中并与其混合， 以便恒定地保持柴油中燃油添加催化剂的浓度；以及催化剂注入单元 (600)，其操作由所述控制单元(500)来控制。以下从整体上更详细地 描述根据本发明的系统。
通过供油管(221)连接到油箱(200)的发动机(100)通过柴油供 应来工作。对于使用柴油的发动机(100)来说常见的是，柴油没有完全 消耗，而是存在剩余的柴油。对于这种情况，在发动机(100)和油箱(200) 之间设置回油管(222)，以将发动机(100)中剩余的柴油返回到油箱(200) 中。包含发动机(100)所产生废气的废气在经过连接到出口(110)的 柴油机颗粒过滤系统(300)时被净化，并且通过排气管(310)排放。 柴油机颗粒过滤系统(300)采用如上所述的各种后处理技术。通常采用 设置有涂覆催化剂的过滤器的DPF(柴油机颗粒过滤)系统，但是可以设 置任何装置来去除含有颗粒物的污染物。
当颗粒物(PM)在柴油机颗粒过滤系统(300)中变得饱和或接近饱 和时，捕获PM的能力可能降低，并且由于背压导致在发动机驱动过程中 可能出现严重的问题。因此，需要避免这种情况的措施。在使用柴油的 情况下，如果与油箱(200)连接的注入器(420)设置在柴油机颗粒过 滤系统(300)的入口处并且将柴油喷射到废气中以造成自燃，由此强行 升高流入所述柴油机颗粒过滤系统(300)的废气温度，则可以利用由此 形成的热废气，通过燃烧来去除柴油机颗粒过滤系统(300)内饱和的PM。
为了如上所述地再生柴油机颗粒过滤系统(300)，应该从注入器 (420)适当地喷射柴油。因此，采用各种方法来测量柴油机颗粒过滤系 统(300)中的饱和度。目前，设置了发动机(100)中的RPM传感器(120) 以及柴油机颗粒过滤系统(300)中的压力传感器(321)和温度传感器 (322、323)，并且控制单元(500)使用发动机(100)的转速(rpm)、 压力和温度、或者柴油机颗粒过滤系统(300)前端和后段的压力差和温 度差等的变量，来计算出饱和度，从而可以适当地控制注入单元(400) 的操作，由此调节待喷射的柴油量。控制单元(500)采用的这些变量可 以根据设计以及因此要设置的传感器的位置和数量而有各种变化。
如图1所示，注入单元(400)通常由注入泵(410)、注入器(420)、 注入管(431)和循环管(432)组成。当柴油机颗粒过滤系统(300)如 上所述变得饱和或接近饱和时，注入器(420)通过注入泵(410)经由 注入管(431)注入柴油。另一方面，当柴油机颗粒过滤系统(300)不 处于饱和状态、并不需要燃油喷射时，关闭注入器(430)，并且通过注 入管(431)提供的柴油经由循环管(432)返回到油箱(200)。
除了普通净化系统的构成之外，根据本发明的废气净化系统还包括： 催化剂箱(610)，其容纳燃油添加催化剂(FBC)；催化剂注入管(630)， 其使所述催化剂箱(610)与所述废气净化系统连接；以及催化剂注入单 元(600)，其包括设置在催化剂注入管(630)上的注入器(620)。为了 使柴油中包含的燃油添加催化剂的浓度保持恒定，催化剂注入器(620) 受控制单元(500)控制，根据柴油量的变化来适当注入燃油添加催化剂。
当燃油添加催化剂以合适的浓度与柴油混合时，在将柴油喷射到流 入柴油机颗粒过滤系统(300)的废气中时可以非常迅速地升高废气的温 度。因此，即使在频繁反复止动/起动的城市公共汽车或者由于发动机的 低功率输出而温度较低的废气的柴油汽车的情况下，也可以高效地再生 柴油机颗粒过滤系统(300)。然而，当随着驱动而消耗柴油并且车辆被 重新加油时，油箱(200)所容纳的柴油中的燃油添加催化剂的浓度在加 油之后骤降，因为刚加上的柴油不包含燃油添加催化剂。在柴油被完全 消耗并且被加油的情况下，当然，燃油添加催化剂的浓度也就接近于零 (0)。在这种情况下，废气的升温效果急剧降低。因此，随着返复加油， 柴油机颗粒过滤系统(300)的再生能力变差。
为了克服这种问题，本发明的系统在车辆中设置催化剂箱(610)， 以向柴油中适当地注入燃油添加催化剂，由此使柴油中的燃油添加催化 剂的浓度保持恒定。换言之，如果柴油被消耗并且被重新加油，则另外 注入合适量的燃油添加催化剂，以保持燃油添加催化剂的浓度，因此废 气的温度能够充分地迅速上升，以再生柴油机颗粒过滤系统(300)，而 不管车辆的类型或驱动如何。
柴油的加油量直接涉及待注入的燃油添加催化剂的所需量。因此， 控制单元(500)通过油箱(200)中设置的液位计(210)来计算柴油的 量，并且相应地计算出待注入的燃油添加催化剂的所需量，以操作催化 剂注入单元(600)。
图1(A)示出了催化剂注入管(630)连接到循环管(432)的一个示 例。当将燃油添加催化剂注入到循环管(432)中时，燃油添加催化剂可 以与油箱(200)中的柴油有效地混合，以使得如上所述能够更容易地实 现由于燃油添加催化剂造成的升温效果。
或者，催化剂注入管(630)可以连接到回油管(222)，如图1(B) 中所示。
如果燃油添加催化剂直接注入到油箱(200)中，则它没有完全分散， 从而使得难以混合，由此导致各个位置的燃油添加催化剂的浓度不同。 如图1(A)或图1(B)所示，在柴油活跃流动的位置处(例如在循环管(432) 或者回油管(222)处)连接催化剂注入管(630)可以克服这种问题。
图2例示了根据本发明的注入燃油添加催化剂的阶段的一个实施方 式，而图3描述了各个变量。简单参照图3所示的变量，S是油箱的底面 积；h是柴油的液位；h0是在柴油供应开始时柴油的液位；hf是在柴油供 应完成时柴油的液位；而q是燃油添加催化剂的流速。
通过参照图2来描述根据本发明的注入燃油添加催化剂的阶段。首 先，控制单元连续地检测通过油箱中设置的液位计所测量的柴油液位的 变化(S101)。在运行过程中，柴油量连续减少，而只在加油时出现柴油 液位升高(这里柴油的液位变化变为正(+))。因此，当通过控制单元检 测到液位变化变为正(+)(S102)时，控制单元将该点确定为供油起始 点，并且记录供油起始点处的液位(h0)(S103)。在通过液位计连续检测 柴油液位变化的同时(S104)，当检测到液位变化变为零(0)或负(-) (S105)时，控制单元将该点确定为供油完成点，并且记录供油完成点 的液位(hf)(S106)。控制单元计算出供油起始点的液位(h0)与供油完 成点的液位(hf)之间的差(Δh)(S107)。通过使用该液位差(Δh)，计 算出新供应的柴油量，然后控制单元基于该量，计算出为了保持燃油添 加催化剂的浓度而要另外注入的燃油添加催化剂的所需量(S108)。控制 单元所使用的计算式可以如下简单表示。式中各变量与图3中的变量相 同，并且c是比例因子。燃油添加催化剂的最佳浓度优选地在170ppm至 230ppm的范围内，并且更优选地约为200ppm。因此，确定c以根据用户 设计来得到最佳浓度。
q＝cΔh
(Δh＝hf-h0)
控制单元操作催化剂注入单元向油箱注入以上所计算的注入燃油添 加催化剂的所需量(S109)。因此，即使由于加油而使油箱填充有不含燃 油添加催化剂的柴油，也可由此自动地保持燃油添加催化剂的浓度。
本发明不限于以上示例，而是可以广泛应用于各种工业领域。明显 的是，在不偏离所附权利要求所要求的本发明要旨的情况下，本发明所 属领域的任何技术人员可以修改并实践本发明。