CN100376781C - 向燃料配给燃料添加剂的方法以及内燃机和排气系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了向具有柴油颗粒过滤器的车辆中的燃料配给燃料添加剂的方法，包括：(i)使来自燃料容器的燃料通过一个配给设备(ii)向燃料中配给添加剂，配给量根据通过配给设备的燃料确定并且与燃料中添加剂的浓度无关(iii)使一部分燃料返回容器；其特征在于，所述添加剂催化所述柴油颗粒过滤器的再生。以及也提供了包括燃料贮存容器的内燃机和排气系统。

Description

向燃料配给燃料添加剂的方法以及内燃机和排气系统

技术领域

本发明涉及向燃料中配给添加剂的方法，以及内燃机和排气系统。

背景技术

DPF(柴油机颗粒过滤器)再生

该技术领域普通技术人员所公知的是，包含金属的燃料添加剂(“燃料携带的催化剂”或简称FBC)能够有效降低收集器或DPF中积累的黑烟的燃烧温度。这方面的现有技术已经很好地建立了。2000年3月在底特律的SAE世界会议上Salvat等人提交的论文(参见：SAE2000-01-0473)指出了对DPF有20年的研究，并列出了许多该领域工作人员的论文。

已知铁基燃料可溶添加剂是这样生效的。Mayer在其于1998年2月在底特律SAE国际会议和博览会上提交的论文SAE980539中，描述了铁基燃料可溶添加剂对烧尽DPF中收集的黑烟具有催化作用。Mayer还提及了用于催化作用的铈基和铜基添加剂，并提出在1998年这些添加剂就可在商业上获得以与DPF一起使用。

此外，我们早些时候的公开文献WO99/36488全面描述了结合或者钙或者锶制备的铁如何在DPF中用于催化黑烟的燃烧。

向内燃机液体碳氢化合物燃料中施加金属添加剂要求配制合适的含金属添加剂或多种添加剂配制品以保证完全分散到燃料主体内。这可以用多种方法进行，其中之一是在燃料中产生带金属化合物的胶悬浮体。公知的是二氧化铈可结合在胶悬浮体内以喷射到柴油机燃料中。Salvat等人在他们的论文SAE2000-01-0473中描述了一种制造客车时使用的可商业上获得的系统。

一种替代且优选的方法是制造在碳氢化合物燃料中可溶的有机-金属化合物。这种方法是优选的，因为把希望的金属离子与在碳氢化合物柴油机燃料中可溶的合适的有机分子组合起来允许将希望的金属以分子形式导入燃烧室。但是，法国PSA标致雪铁龙公司制造的产品车依靠使用喷射到燃料中的胶悬浮体中的二氧化铈辅助DPF中收集的黑烟燃烧过程。这种方法即使不是理想的，也显然是令人满意的。

对该技术领域普通技术人员来说公知的是，其它的带金属添加剂，或者是单金属，或者利用一种或多种金属的组合，可有效降低收集的黑烟的燃烧温度。这些金属包括但不局限于铁，铁和锶，铁和钙，铁和铈，钠和锶，铈和铂，铜，锰。

很清楚，需要将选择的金属种类引入到燃烧室内的方法，这种方法将导致希望的金属与燃烧过程中形成的黑烟结合起来。优选的是分割得非常细小且均匀分散的催化金属种类，它们理想地适用于催化烧尽DPF中黑烟的任务。作为将金属种类引入燃料的方法，或者燃料可溶形式的或者胶体形式的希望金属种类具有巨大的好处。

工厂安装的配给系统

对该技术领域普通技术人员来说是公知的，现代客车配备了电控系统，电控系统包括一个微处理器。该装置监视并处理来自各种仪器传感器的输入，这些仪器传感器中包括通常称为发动机管理系统的控制单元。Salvat等人在SAE2000-01-0473中描述了这种装置如何用于控制或产生再生作用，即燃烧DPF中收集的黑烟。

当由共轨喷射柴油机提供动力的车辆安装了DPF时，就提供了主动控制DPF的机会。因此，没有必要一直等到存在被动黑烟燃烧通常需要的温度和压力条件。如SAE2000-02-0473中所述，可通过称为后期燃料喷射的技术实现用受控系统烧尽黑烟。

就在燃烧过程的后期，过量燃烧从共轨喷入，共轨事实上就是一个包含柴油燃料的加压液压油箱。额外的燃料使废气温度升高并从而使DPF温度升高，并使收集的黑烟燃烧尽，从而使DPF再生或清洁了DPF。在同一论文中，描述了添加剂配给系统。该系统保证辅助再生过程的所需燃料添加剂被添加到燃料中。

Salvat等人的编号为2000-01-0473的SAE论文的图9中描述了一个整体控制系统，该系统示出了保证添加剂以需要的添加剂与燃料比例到达油箱中的燃料所需的配给系统中的许多元件。这些元件包括(i)一个油箱水准仪，其用于检测油箱含量，从而能够检测任何向油箱添加燃料的情况(“补给燃料事件”)，(ii)一个添加剂容器，(iii)位于添加剂容器内的一个泵，(iv)一个喷射装置，其能够向油箱中的燃料添加有机-金属添加剂，(v)一个电子控制器，其根据主燃料箱信号工作，并监视向燃料中添加添加剂以保证正确的配给率。在下面图1的示意图中示出了这些元件。

所述系统的复杂水平在某种程度上是由于轻型车柴油喷射泵的特性。对该技术领域普通技术人员来说公知的是，这些装置以比仅向发动机供给燃料大得多的速率泵送燃料。在所有的工作条件下，泵提供了大量过剩的泵送燃料。因此，发动机消耗车辆或发动机的驾驶员或工作者要求的提供动力所需的部分，而过剩的燃料沿“回油管路”流回到燃料箱。

泵送超过发动机提供动力所需的大量过剩燃料的布置方式部分来源于冷却和润滑泵本身的需要。在SAE2000-01-0473中所述系统的情况下，这种布置方式的结果导致了相当高的复杂度，以在补给燃料事件之后向燃料中配给油箱含量所需的精确的添加剂量。一旦燃料被配给到需要的水平，配给系统控制器就关闭以防止向燃料添加任何更多的添加剂，直到下次补给燃料事件发生为止。

准确检测补给燃料事件也不是一个不重要的工作，因为配备了DPF和配给系统的车辆可能遇到许多不同的工作条件和物理状态。例如，当这种车辆不是在水平面上工作，而是或者前后倾斜或者侧向倾斜或者前后侧向都倾斜时，燃料贮存箱内的燃料将会改变其在油箱中的相对位置。油箱内的水平指示器装置可能把这种改变当作补给燃料事件。类似地，车辆运动的动态效应，或者加速，制动或者转弯都可能使油箱水平指示器装置产生好象车辆补给燃料的反应，导致错误地向燃料中添加添加剂。如果发生这种情况，就可能导致燃料中过度浓缩了DPF再生添加剂。为防止发生这种情况，需要另外的互锁和安全装置。这带来了额外的复杂性和成本。

对于新设计的新车，把提供完全集成在车辆管理系统中的DPF添加剂用的配给系统作为整体设计和生产过程的一部分，尽管不是一个不重要的任务，但也是可行并且完全实际的。安装这种系统的主要缺点主要来自于对成本和复杂性的考虑，这又可能牵扯到长期的可靠性。DP1158148A2展示了保证添加剂仅在发生补给燃料事件后才配给到燃料中所需逻辑的复杂性，其中配给单元构成整体电子控制的系统的一部分。

后安装(retrofit)配给系统

对于世界各地现存的数百万较老的车辆，利用DPF作为减少颗粒排放的有效手段是完全可行的。已经有非常多的出版物记录了通过给较老的车辆安装DPF(“retrofitting”)来成功地减少颗粒排放，作为一个例子，编号为2000-01-0474和2000-01-2849的SAE论文展示了给较老的车辆后安装DPF的可能性。

SAE2000-01-0474描述了用后安装的DPF系统对各种车辆的工作，即有轻型车又有重型车。SAE2000-01-2849描述了一个汽车不带DPF行驶80,000公里，安装DPF后再行驶80,000公里的工作。在关于21世纪排放技术的国际会议上提交的论文独立地肯定了给现存车辆后安装DPF的可能性。该会议由机械工程协会组织，于2000年十二月在伦敦召开。

编号为C588/021/2000的论文展示了后安装DPF的车辆带来的颗粒减少的好处。这些好处可与安装DPF作为原始装备的新车带来的好处相比，该新车具有在PSA标致雪铁龙论文SAE2000-01-0473中所述类型的自己的配给系统。

所有后安装了在SAE论文2000-01-0474和I.Mech E论文C588/021/2000所述的DPF的车辆使用预处理的燃料工作。在补给燃料之前向车用燃料中配给添加剂，以使得无需给车辆安装配给系统。商业上可获得的添加剂配给系统使用在后安装了DPF的车辆上，这些系统通常依靠水准仪检测补给燃料事件。这涉及产生电信号，该信号又用于通过电子工作的装置向燃料中喷射添加剂。

利用电信号，和一个或多个电装置向燃料中添加需要的添加剂量的配给系统还常常利用微处理器计算发生补给燃料事件后所需的添加剂量。因此，无论对于后安装还是原始设备安装，这种方法对于整体配给系统都产生了类似的复杂水平，并且需要类似的电接口和控制单元。如前面关于工厂安装的配给系统所述，对于依靠检测到补给燃料事件作为向燃料中配给添加剂的基础的配给系统来说，一个关键的要求是提供互锁和安全装置以保证确实发生了补给燃料事件。不能做到这一点就会带来这样的危险，即当没有发生补给燃料事件时，错误地多次向燃料中配给添加剂，这不仅会非常快地耗尽贮存的燃料添加剂，而且还会通过已处理燃料中过多的金属含量使DPF中的灰烬负担增加。

还可以免除上面关于添加剂配给系统所述的复杂性。DE 4332933C2描述了使用安装在车辆燃料管路上的装置，其中该车辆安装了柴油发动机，该装置与燃料流量成比例地配给DPF添加剂。从DE 4332933C2中取出的工作原理图展示在图2中。

如图2所述，这种装置依靠添加剂的特别性质，其中该添加剂的注册名称是“SATAcen”，即能够被压缩并烧结到燃料可溶的小球中。小球包含在图中标记为1的容器内，容器具有小孔3，该孔用于在图中标记为3的点与燃料接触。小球与和燃料的接触面积成比例地溶解，燃料由图中的零件4引导以与贮存添加剂小球的容器接触。这样，随着小球慢慢地溶解，所有与添加剂容器接触的燃料都会被配给添加剂。并不是所有要配给到燃料中的添加剂都能以固体形式获得，因此，这种装置的应用是有限的。

对于液体形式的可溶添加剂，也存在与管路中或穿过腔的燃料流量成比例地向燃料中配给添加剂的装置。这种装置的基本原理工业上是公知的。由汽油提供动力的发动机的化油器基于这样的原理，即穿过文丘里管或小孔的流动会导致另一个流体的流动以使这两种流体混合。在化油器情况下，穿过文丘里管或小孔流动的主流体是空气，要与空气混合的第二个流体是燃料，通常称为汽油。

流动夹带可应用到其它的流体作为混合方法，该原理对该技术领域普通技术人员来说是公知的。流料喷射器(flow eductor)是用于混合主次成份装置的一个实例，其中两种流体都为液相。通过仔细设计，流经开口喷射器管端部的第一流体产生轻微的压降，该压降与第一流体流速成比例地导致第二液体的流动。这样，通过简单的机械装置就能实现成比例的流动和混合。

对该技术领域普通技术人员来说，公知的是还可仅仅布置一个机电装置，借此通过电流使电磁线圈移动，通过这样做使一个流体流与另一个流体流混合。优选的是，一个电磁线圈在电流的影响下移动以向另一种流体内以脉冲或射流喷射精确量的一种流体。对于这种用途，待添加到燃料中的添加剂受电磁线圈装置作用，并且离开电磁线圈装置的添加剂脉冲或射流通过适当的连接装置被输送到第二流体中。电磁线圈装置可以布置为以一系列脉冲工作，脉冲的频率由产生波形或信号的电路控制。这样，可以根据流经配给装置的燃料控制添加到燃料中的添加剂流量。

所述方法展示了机械或机电混合一种主成份和一种次成份的原理，其中两种成份之一或最好两种成份都是液相的。

较老的用汽油提供动力的车辆几乎完全消耗掉所有穿过燃料计量装置的燃料，(“单程的”)，其中燃料计量装置通常是化油器。因此，与许多现代汽油发动机和所有的柴油发动机装置不同，没有未燃烧的燃料回流到油箱中。

本发明减轻了现有技术的问题。

发明内容

一方面本发明提供了向具有柴油颗粒过滤器的车辆中的燃料配给燃料添加剂的方法，包括(i)使来自燃料容器的燃料通过一个配给设备(ii)向燃料中配给添加剂，配给量根据通过配给设备的燃料确定并且与燃料中添加剂的浓度无关(iii)使一部分(“回流部分”)燃料返回容器；其特征在于，所述添加剂催化所述柴油颗粒过滤器的再生。

配给到燃料中的添加剂量根据通过配给设备的燃料确定并且与燃料中添加剂的浓度无关。应该注意到，要配给的添加剂量不是根据燃料中添加剂浓度控制的。但是，如果由于燃料中添加剂浓度高而减少或阻止配给，换句话说就是由于燃料中添加剂“饱和”而阻止进一步配给，这种现象也包括在本发明的范围内。

一方面本发明提供了包括燃料贮存容器的内燃机和排气系统，燃料贮存容器构造为在工作中使来自容器的燃料穿过添加剂配给装置到达燃烧室，其中在工作中产生的燃烧气体穿过包括柴油颗粒过滤器的排气系统，其中配给装置构造为向燃料中配给添加剂并使一部分(“回流部分”)燃料返回到容器，添加剂的配给量根据穿过配给装置的燃料确定并且与燃料中的添加剂浓度无关，并且所述添加剂催化所述柴油颗粒过滤器的再生。

原来并不认为在一部分燃料回流到燃料箱的柴油发动机或先进的汽油发动机中应用简单的配给系统是可行的，在这种简单的配给系统中，添加剂的配给量根据通过配给装置的燃料确定(与燃料中添加剂的浓度无关)。燃料回流使添加剂与燃料的比率产生一些变化，在“单程”应用中不存在这种现象。由于燃料每次通过配给系统时都向燃料中配给添加剂，所以回流还必然导致多次向燃料中配给添加剂。但是，我们惊奇地发现存在几个关键因素，这些因素允许在安装了DPF的车辆上通常使用的这种燃料配给和回流系统中使用简单的配给装置。

我们发现，添加剂与燃料的比率变化小，并且在DPF应用中，回流比例变化导致的催化剂与黑烟比率变化被车辆油箱中燃料水平下降导致的添加剂与燃料比率变化所淹没。刚刚补给完燃料时，燃料中添加剂的浓度相当低。这是由于把配给装置设定为以比需要的平均配给水平低的水平进行配给导致的(通常为需要的平均配给水平的10-15％)。当油箱液面下降时，重复的燃料配给渐渐使添加剂浓度升高。

当油箱快变空时，与油箱满的时候比，燃料中的添加剂水平到达非常高的水平(通过为初始配给水平的50-100倍)。图3展示了在高回流燃料装置中使用本发明配给装置产生的添加剂浓度特性曲线。补给燃料事件后的初始燃料供给具有低的有效添加剂含量(百万分之几的金属)，但随着燃料被消耗，有效含量按指数增加，直到有效含量到达补给燃料事件前的非常高的水平。

原来认为这种配给特性曲线的实际效果是不利的，因为对于SAE论文2000-01-0473图9所述且示出在图1中类型的系统，添加剂处理率不是恒定的。但是，在许多系统中，我们发现它是有利的。例如在DPF系统中，尽管DPF中收集的来自发动机的黑烟最初包含低的催化剂水平，即具有低的催化剂与黑烟比率，但随后积累的黑烟具有越来越高的催化剂与黑烟比率。但是，对于整箱的燃料含量，平均的催化剂与黑烟比率与通过复杂的配给系统获得的相同，例如通过平均百万分之20的催化剂燃料处理率提供的比率。

就在补给燃料之前，油箱快空时，在消耗较小量燃料的过程中会导致非常高的有效剂量率。非但不是缺点，从产生再生的观点看，特别是在城市中工作时，这可以具有巨大的优点。由于平均的添加剂剂量率在整个时间上保持理想的值，或者近似保持理想值，例如百万分之20金属的有效处理率，所以DPF中的烟灰积累与用复杂配给系统获得的不会有明显差别。

对于较短的时间间隔，在低油箱油位时，简单配给系统在DPF中产生黑烟包含几倍的平均总催化剂与黑烟比率，这提高了燃料携带的催化剂的催化剂活性。因此在困难的情况下，即城市工作时，更可能产生再生事件，公知的是在这种情况下，低的排气温度使得难以烧尽黑烟。因此，与使用电子管理系统的更昂贵复杂的分批配给系统相比，该配给装置具有明显的工作优点。

使用本发明系统的DPF的再生性能很可能得益于本发明配给装置的特性。燃料中添加剂浓度可随燃料箱液面变化而产生变化，这个明显的缺点事实上可以变为工作优点，考虑到黑烟在DPF中积累，随后应是周期性的燃烧或再生，这就是使用燃料携带的添加剂的特性。

我们还发现，与现有技术中的说法相反，在使用本发明系统配给的燃料中，燃料添加剂浓度的变化不会显著影响在整个相关使用期间上的平均燃料添加剂浓度。以应用于配给DPF再生催化剂为例，安装在车辆上使用燃料添加剂辅助再生的DPF必须被看作是分批处理装置。Johnson Matthey连续再生收集器(CRT)依靠气相催化剂二氧化氮来氧化DPF中的黑烟颗粒，并且在正常工作中，DPF中基本上没有黑烟积累。但是，燃料携带的催化剂(FBC)通过密切结合在燃烧的黑烟中工作，这些黑烟积累在DPF中，直到温度或压力条件促使烧尽黑烟。在台架发动机(bed engine)和车辆测试中都证明了这一点。SAE论文982654展示了在DPF台架发动机测试中，当黑烟首先积累并随后烧尽时，典型的排气系统压力升高和下降，而SAE论文2000-01-2849展示了在安装了DPF的试验车内的相同过程。这两种情况分别展w示了图4和5中。

因为黑烟通常在200-500公里的正常车辆工作过程中积累，所以只要保持整体的催化剂与黑烟的比率(“金属与黑烟比率”)，添加剂与燃料比率的小变化就不重要了。因此，尽管在黑烟积累期间的任一时刻，回流比例的变化导致金属与黑烟比率在合理的窄范围内变化，但在行驶200-500公里所需时间范围上，这些变化并不重要。

还惊奇地发现，尽管通过简单的配给系统添加添加剂是基于通过配给装置的燃料进行的，但没有必要使用内装的流量计测量燃料流量。尽管使用燃料流量计提供的信息可用于改变向流经配给系统的燃料中配给的添加剂量，但惊奇地发现，可以去掉流量计，而仍能允许DPF令人满意地再生。

在实际的柴油发动机燃料系统中，主喷射泵泵送的燃料不是发动机速度的线性函数，因为体积效率随转速变化。低转速时每行程泵送的体积比高转速时每行程泵送的体积大。因此，作为非限制性实例，在1000转/分到4000转/分的发动机速度范围上，1000转/分时的燃料流量明显比4000转/分时的燃料流量多四分之一。假定从金属与黑烟比率上看，DPF起平均装置的作用，则通过积累预处理的黑烟，就可能使添加剂的配给水平固定在发动机最大和最小燃料流量所需的理想值之间的一个平均值上。上述燃料流量的非线性使该过程更容易，并使得可以在简单配给装置中去掉燃料流量计。由于与高发动机速度时的情况相比，低发动机速度时发动机喷射泵泵送的总燃料中有更多的部分回流到油箱，所以通向油箱的燃料回流装置的特性具有促使低发动机速度时的添加剂剂量率以适当比例地高于高发动机速度时的添加剂剂量率的作用，这种现象的实际结果是，对于持续的高速工作，燃料中的添加剂浓度并且从而金属与黑烟的比率随着时间的过去趋向于下降到低水平，而对于持续的城市工作，燃料中添加剂浓度并且金属与黑烟比率随时间的过去趋向于增加。

以固定的处理率工作简单的配给装置具有补偿车辆使用的造成的排气温度变化的作用。在低速城市工作时通常会导致低的排气温度，但添加剂配给水平随着时间的过去而增加，从而辅助了DPF再生。在高速时，会导致高得多的排气温度，但添加剂配给水平随着时间的过去而减少。但是，对该技术领域普通技术人员来说公知的是，持续的高速导致的条件更有利于DPF再生，此时较低的添加剂剂量率并且从而较低的金属与黑烟比率就不是缺点了。当发生完全混合的车辆工作情况时，使用固定的添加剂剂量率不会显著影响DPF中金属与黑烟的平均比率。

优选方面

燃料

优选的是燃料为柴油。

添加剂

优选的是燃料添加剂能够催化柴油颗粒过滤器的再生。

优选的是燃料添加剂包括金属。优选的是金属从铁，锶，钙，铈，钠，铂，铜，锰或它们的混合物中选择。更优选的是金属为铁。

优选的是燃料添加剂可溶于燃料。与如金属化合物那样的添加剂胶悬浮体相比，使用燃料可溶形式的添加剂可带来额外的优点，即允许燃料中较低的处理率。这主要是由于燃料中悬浮的活性物质胶粒的尺寸比有机金属分子大几个数量级。较大的催化活性来自于通过使用燃料可溶添加剂获得的更细小分割形式的金属种类。

方法

一方面添加剂与流经配给装置的瞬时燃料成正比例地添加到燃料中。

一方面添加剂基于在整个时间上平均的流经配给装置的燃料流量添加到燃料中。换句话说，添加剂基于流经配给装置的平均燃料流量添加到燃料中。进行平均的时间间隔可由该技术领域普通技术人员确定。通常进行平均的时间间隔为1分钟，1小时，10小时，100小时，1000小时，和10000小时。

优选的是未回流到容器的燃料部分进入燃烧室。更优选的是回流到容器中的燃料部分至少为流经配给装置的燃料的80％。

应该注意到，有必要减少给予流经配给装置的燃料的添加剂剂量比例以考虑到(account for)不可避免的多次配给。该方面是有利的，因为可以或者在供应给燃烧室之前，或者在通向燃料容器的回流路线上，都可以向燃料中配给添加剂，并且仍能获得相当精确的添加剂与燃料比率。

优选的是添加剂剂量率为希望的平均添加剂处理率的5％到25％。

更优选的是添加剂剂量率为希望的平均添加剂处理率的10％到15％。

配给装置可位于从燃料容器到其通向容器的回路的燃料路线上的任何位置。

优选的是该方法还包括使至少某些回流燃料部分一次或多次流经配给装置并将其中一部分返回到容器。

配给装置

一方面配给装置包括一个包含固体燃料可溶添加剂，例如SATAcen铁有机-金属添加剂的添加剂容器装置，容器下端带有一个小孔，通过该孔在管道中流动的燃料与添加剂接触。该容器装置示出在图2中。在DE 4332933 C2中描述了该向燃料中配给添加剂的装置。

另一方面，配给装置包括一个包含液体燃料可溶添加剂的添加剂容器，该容器与机电装置相连，该机电装置测量添加剂并根据流经配给装置的燃料向燃料中添加添加剂。优选的是机电装置是用电驱动的电磁线圈，其控制要混合到燃料中的添加剂量并使添加剂与流经配装置的燃料以希望的比例混合。优选的是电磁线圈装置布置按以一系列脉冲工作，脉冲的频率由产生波形或信号的电路控制。这样，就可根据流经配给装置的燃料控制添加到燃料中的添加剂流量。来自电磁线圈装置的流出物布置为通过适当的流体连通与供给发动机的燃料混合。

一方面，配给装置包括布置在添加剂容器中的液体添加剂，该容器与流经配给装置的燃料流体连通。可通过电磁装置将液体添加剂配给到流经配给装置的燃料中。可通过电路控制电磁装置以受控制的频率配给添加剂。电路可按与燃料流量成比例的控制频率配给添加剂。电路可按与燃料流量无关的固定水平的控制频率配给添加剂。一方面，电磁装置是一个电磁线圈。

另一方面，配给装置包括布置在添加剂容器中的固体燃料可溶添加剂，其中添加剂容器与流经配给装置的燃料流体连通。可通过电磁装置控制流经配给装置的燃料。可用电路控制电磁装置以控制流经配给装置的燃料流量。电路可与来自容器的燃料流量成比例地控制流经配给装置的燃料流量。电路可与回流到容器的燃料流量成比例地控制流经配给装置的燃料流量。电路可独立于来自或回流到容器的燃料流量地控制流经配给装置的燃料流量。一方面电磁装置是一个电磁线圈。

可以各种方式实现流体连通。离开机电装置的添加剂可通过连接在机电装置和燃料管路之间的刚性管或软管输送，其中添加剂混合到燃料管路内。如果采用这种方法，在添加剂供给管路与燃料管路连接点安装一个喷射器或类似装置可能是有利的。该喷射器或类似装置的目的是控制来自机电装置的流出物并防止燃料流入到连接机电装置和燃料管路的管内。在使用了非常短的连接管的简单情况下，可以去掉喷射器装置。

作为另外一种选择，机电装置可直接附装在燃料管路上，使得来自机电装置的任何流出物直接进入燃料中。在另一个变型中，燃料可布置为轴向流经机电装置，从而提供了冷却，并同时允许将来自机电装置的流出物与流经机电装置的燃料混合。

可利用类似的布置方式向机电装置供应要混合到燃料中的添加剂。整个配给系统可包括一个添加剂容器或贮存箱，用于贮存所需量的添加剂以例如在几千公里的工作范围上向发动机供应处理的燃料，这对于在车辆上贮存是方便的。需要添加剂贮存容器与机电装置之间的连接以允许该机电装置向燃料中分配添加剂。添加剂贮存容器可布置为远离配给装置，它们之间用刚性管或软管连接，以允许添加剂注入到配给装置。在另一种布置方式中，添加剂容器可利用刚性连接与配给装置直接联接。在另一个布置方式中，配给装置可安装在添加剂容器内部，使得来自配给装置的流出物连接到向发动机供应燃料的管路上。

附图说明

下面仅通过参考附图详细描述本发明，其中：

图1示出了一个电控配给系统框图；

图2示出了一个配给系统；

图3示出了用简单配给系统得到的添加剂浓度变化；

图4示出了使用用添加剂预处理燃料的台架发动机DPF中的黑烟积累和再生事件；

图5示出了使用用添加剂预处理燃料的通道车辆DPF中的积累黑烟的再生(烧尽)；

图6示出了比较用预处理的燃料和用产生可随时间变化的燃料添加剂浓度的简单配给装置操作获得的DPF再生的曲线图，发动机的操作条件是1260转/分和5牛米扭矩；

图7示出了比较用预处理的燃料和用产生可随时间变化的燃料添加剂浓度的简单配给装置操作获得的DPF再生的曲线图，发动机的操作条件是2710转/分和30牛米扭矩；

图8示出了1260转/分5牛米扭矩(上部)和2710转/分30牛米扭矩(下部)的排气背压的曲线；对于两种操作条件，用简单的配给系统向燃料添加同一固定添加剂剂量率34毫克/小时，产生随时间增加的燃料添加剂浓度；

图9示出了使用用简单的配给系统向燃料添加34毫克/小时的固定添加剂剂量率获得的燃料平均金属浓度随时间的变化；上图示出了1260转/分5牛米发动机操作的计算结果、下图示出了2710转/分30牛米发动机操作的计算结果；

图10示出了来自配备了DPF而和配给装置的车辆的数据记录器曲线；

图11示出了燃料箱中添加剂浓度随时间的变化，包括补给燃料；

具体实施方式

在下面的实例中更详细地描述本发明。

实例

一个简单的配给装置与1.9升标致柴油机一起使用，柴油机型号为XUD 9，安装在试验台上。试验发动机的排气系统配备了一个柴油颗粒过滤器(DPF)，该过滤器收集试验发动机产生的颗粒。试验发动机的排气管线在DPF上游和下游配备了压力传感器和热电偶，以产生试验中要用到的数据。试验发动机布置为驱动一个承载装置，或一个测功机，并且配备了发动机试验涉及的类似计算机控制系统。通过该设备，可以控制发动机以希望的速度和载荷条件长时间工作，不需要手动干预。

试验发动机用的燃料从包含在50升容量的油箱中的供给源进入供给管线。来自它的燃料供给布置为在进入柴油机喷射泵之前流经配给装置。配给装置包括添加剂贮存箱，机电喷射器单元，电脉冲发生器和连接装置所必需的管路系统。配给装置以固定的添加剂比例处理燃料，处理速率在DPF再生所需的理想平均处理速率的约10％-15％范围内。

通常DPF再生所需的处理速率在5-30毫克铁/公斤燃料范围内，优选的典型处理速率为20毫克铁/公斤燃料。在80％-95％的发动机喷射泵泵送的燃料回流到油箱的通常情况下，配给装置实现1.5毫克铁/公斤的处理率。这样，在最终被试验发动机消耗之前，大部分试验发动机燃料将流经配给装置许多次。每次流经配给装置都会增加有效添加剂处理率，从而增加了燃料中铁的含量。

该技术领域普通技术人员公知的是，含金属添加剂燃料的燃料产生金属化合物，通常为金属氧化物，它们被收集在燃料过程中形成的黑烟中。因此，当使用优选的铁基有机-金属添加剂对燃料进行配给时，DPF中保留的黑烟的铁含量随着向燃料中多次配给添加剂而升高。随着油箱中用于供给发动机的燃料液面降低，燃料中金属浓度以与图3所示类似的方式升高。因此，随着燃料供给箱的燃料液面下降，DPF中收集的黑烟的金属含量也增加。

用XUD 9试验发动机进行的试验以固定的速度和载荷条件持续了很多小时，以在DPF中积累足够多的黑烟以触发再生，或烧尽积累的黑烟。该技术领域普通技术人员所公知的是，经过几个小时的发动机工作后，DPF中的黑烟积累导致排气管线压力升高。这是由于DPF盲道(blind channel)中的黑烟积累提高了排气流动阻力而产生的。

在固定的速度和载荷工作时，通常为中等载荷条件，例如1550转/分的速度和20牛米的载荷，或者2710转/分的速度和30牛米的载荷，DPF压力如图4所示逐渐升高。黑烟被烧尽现象可以自然发生，随后排气管线压力快速下降，同时伴随放热反应。如DPF上游和下游热电偶所测量到的，这在排气温度中产生了差别。重复的黑烟积累和烧尽事件产生了图4中所示的“锯齿形”排气压力特性曲线，它还示出了DPF中放热的黑烟烧尽过程对排气温度的影响。

排气管线安装了DPF的试验台发动机，靠用铁基有机-金属添加剂处理的燃料工作时，产生的压力和温度特性曲线与图4所示类似。利用由机电电磁线圈工作的配给系统以所述方式将优选的铁基有机-金属添加剂添加到燃料中，其中配给系统以固定的配给速率工作，与到发动机的燃料流量无关。未燃烧的燃料从发动机喷射泵回流到燃料贮存箱，这导致了所述的向燃料中多次配给添加剂，并且当油箱中燃料液面下降时，导致供应发动机的贮存箱内剩余燃料中铁浓度升高。

尽管使用了导致燃料添加剂浓度随时间为非线性的添加剂配给装置，但在试验中获得了典型的黑烟积累和烧尽特性曲线。显然使用简单配给系统产生的情况与可接受的均匀配给燃料，即在燃料中包含固定且预定量金属的要求相差很远，但在试验中也获得了有效的黑烟烧尽现象，或者DPF再生。发动机在产生低排气温度的非常低的速度和载荷条件下工作，并且还在产生较高温度的高得多的速度和载荷条件下工作。在这两种发动机工作条件下，尽管发动机燃料要求不同，配给系统还是以电磁线圈工作频率确定的同一固定的设定值条件工作。

附图5、6中示出了发动机工作的描绘曲线图以展示再生过程。为便于说明，在图中也示出了供应给发动机的燃料中实际瞬间添加剂含量和在多次补给燃料事件期间内燃料中平均的添加剂水平的计算值。

为便于比较，还示出了用预处理的燃料进行发动机工作时描绘的曲线图，其中在整个时间范围上保持燃料中的金属比率精确恒定，并且在DPF中产生再生。当预处理的燃料中添加剂处理水平下降时，观察到DPF中排气背压升高。相反地，预处理的燃料中添加剂水平较高时，排气背压较低。图6上部的曲线展示了燃料中包含10毫克/公斤和20毫克/公斤金属的预处理燃料的排气背压曲线。当使用简单的配给阀并且燃料添加剂水平随着油箱中燃料液面下降而升高时，可以看到DPF中的排气背压在整个时间范围上下降，直到到达用含有20毫克/公斤预处理金属的燃料获得的水平。下面的曲线展示了在整个时间范围上计算出的使用配给装置导致的燃料中金属浓度变化。

在图7中示出了以2710转/分和30牛米扭矩进行发动机工作时的类似曲线。上面示出的是包含15毫克/公斤和20毫克/公斤的预处理燃料的曲线。下面示出了计算得到的用简单配给装置时燃料中金属处理率的变化，以及几次补给燃料事件后燃料中相应的平均金属浓度。当发生补给燃料事件时，由于向油箱内引入未处理的新鲜燃料，燃料的金属含量突然下降。重复的补给燃料事件产生图7下部所示的添加剂浓度特征曲线。

图8示出两种不同发动机工作条件，即1260转/分5牛米扭矩(上部)和2710转/分30牛米扭矩(下部)的排气背压曲线。在两种情况下，简单的配给装置设定为通过由电磁线圈工作频率工作的配给装置向燃料提供同一固定的34毫克/小时的添加剂处理率。通常15到20小时后，DPF更频繁的再生反映了在整个时间范围上燃料中添加剂含量稳定增加，这是由于未燃料的燃料再循环回油箱和随后的多次处理造成的。对于差别很大的发动机工作条件和燃料消耗水平，使用固定的添加剂处理率在两种条件下都令人惊奇地在DFP中产生了令人满意的再生。

图9示出了对于两个发动机工作条件在整个时间范围上计算的燃料含量变化，其中燃料的固定添加剂处理率为34毫克/小时。上面两个图示出了1260转/分5牛米发动机工作条件的计算结果。下面两个图示出了2710转/分30牛米发动机工作条件计算结果。每个“锯齿”形代表了油箱中燃料液面下降到低水平并且随后添加新鲜燃料的结果，换句话说就是补给燃料事件。可以看到，平均的金属浓度在整个时间范围上随着每次补给燃料事件逐渐增加，直到到达稳定值。可以看到，在恒定的低速低载荷工作时使用同一固定的添加剂处理率34毫克/小时所产生的稳定的平均金属浓度刚刚超过30毫克/公斤。对于较高速度较高载荷条件，可以看到，同样的添加剂处理率产生的稳定的平均金属浓度约为7毫克/公斤。尽管以前的观点是精确控制的燃料添加剂金属含量对于满意的DPF再生是必要的，但当前的结果令人惊奇地表明，满意的再生结果不仅随汽车油箱液面高度变化而变化很大，而且随着对不同发动机工作条件采用一个固定添加剂配给比率时的发动机转速和负荷而变化也很大。

图10示出了配备DPF而且安装了根据本发明原理工作的添加剂配给装置的车辆的数据记录器曲线。配给装置使用机电电磁线圈装置向供应车辆喷射泵的燃料管线输送有机-金属燃料添加剂。尽管添加剂处理率是根据可能的流经配给装置的最大和最小燃料流量进行计算的，但电磁线圈的工作是以独立于实际燃料流量的固定频率工作的。

图10所示与图5有些类似之处，其中图5示出了车辆的再生事件，该车使用的燃料是用同一DPf再生添加剂以输送百万分之20金属的处理率预处理的。

两个曲线的共同点是DPF之后的排气温度增加到比DPF之前的排气温度高的水平，并且尽管发动机速度保持基本恒定，但DPF之前的气压下降。这些现象结合起来表明DPF中发生了黑烟燃烧和随后黑烟烧尽时的压力下降，其中黑烟燃烧导致放热并使气体温度升高。

图10表明，当备有DPF的车辆安装了具有本发明特征的添加剂配给装置时，再生与通过用添加剂预处理过的燃料获得再生的非常类似。

图11示出了燃料中添加剂浓度曲线，该曲线是在约10天的期间内从取出的燃料样品中观测到的。样品是从备有DPF并安装了具有本发明特征的添加剂配给装置的同一公路车辆的油箱中取出的。在进行燃料取样的期间，如燃料中添加剂浓度变化所显示的，给车辆补充了几次燃料。当进行补给燃料时，燃料中的燃料添加剂浓度从油箱快空时的高水平下降到补给燃料后的低水平。当使用了具有本发明特征的配给装置时，这与预期和计算的燃料中添加剂浓度是一致的。

在上面说明书中所述的所有出版物结合在这里作为参考。对该技术领域普通技术人员来说很明显，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对所述本发明的方法和系统进行各种修改和改变。尽管本发明是结合特定的优选实施例进行描述的，但应该明白，本发明不局限于这样的特定实施例。实际上，对于化学领域或相关领域的普通技术人员来说很明显，对所述用于实施本发明的各种方式修改都包括在下面的权利要求中。

Claims (25)

1.向具有柴油颗粒过滤器的车辆中的燃料配给燃料添加剂的方法，包括

(i)使来自燃料容器的燃料通过配给装置，

(ii)向燃料中配给添加剂，配给量根据通过配给设备的燃料确定并且与燃料中添加剂的浓度无关，

(iii)使一部分燃料回流到容器；

其特征在于，所述添加剂催化所述柴油颗粒过滤器的再生。

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，添加剂是与通过配给装置的瞬时燃料流量成比例地添加到燃料中的。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，添加剂是根据时间上平均的通过配给装置的燃料流量添加到燃料中的。

4.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，燃料是柴油。

5.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，燃料添加剂是或者包含金属。

6.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，金属是从铁，锶，钙，铈，钠，铂，铜，锰或它们的混合物中选择的。

7.根据权利要求6中所述的方法，其特征在于，金属是铁。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，燃料添加剂可溶于燃料。

9.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，未回流到容器的燃料部分进入燃烧室。

10.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，回流到容器的燃料部分至少为通过配给装置的燃料的80％。

11.根据权利要求1、2或3中所述的方法，还包括使至少某些回流部分再一次或多次通过配给装置并使其中一部分回流到容器。

12.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，配给装置包括布置在一个添加剂容器内的固体燃料可溶添加剂，其中添加剂容器与通过配给装置的燃料流体连通。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过一个电磁装置控制流经配给装置的燃料。

14.根据权利要求13中所述的方法，其特征在于，用一个电路控制电磁装置以控制流经配给装置的燃料流量。

15.根据权利要求14中所述的方法，其特征在于，电路与来自容器的燃料流量成比例地控制流经配给装置的燃料流量。

16.根据权利要求14中所述的方法，其特征在于，电路与回流到容器的燃料流量成比例地控制流经配给装置的燃料流量。

17.根据权利要求14中所述的方法，其特征在于，电路与来自或回流到容器的燃料流量无关地控制流经配给装置的燃料流量。

18.根据权利要求13中所述的方法，其特征在于，电磁装置是一个电磁线圈。

19.根据权利要求1、2或3中所述的方法，其特征在于，配给装置包括布置在一个添加剂容器中的液体添加剂，其中添加剂容器与通过配给装置的燃料流体连通。

20.根据权利要求19中所述的方法，其特征在于，通过一个电磁装置将液体添加剂配给到流经配给装置的燃料中。

21.根据权利要求20中所述的方法，其特征在于，用一个电路控制电磁装置以受控的频率配给添加剂。

22.根据权利要求21中所述的方法，其特征在于，电路与燃料流量成比例地以受控的频率配给添加剂。

23.根据权利要求21中所述的方法，其特征在于，电路以与燃料流量无关的固定水平按受控频率配给添加剂。

24.根据权利要求20中所述的方法，其特征在于，电磁装置是一个电磁线圈。

25.内燃机和排气系统，包括

一个燃料贮存容器，该燃料贮存容器构造为在工作中使来自容器的燃料穿过添加剂配给装置到达燃烧室，其中在工作中产生的燃烧气体穿过包括柴油颗粒过滤器的排气系统，

其中配给装置构造为向燃料中配给添加剂并使一部分燃料回流到容器，添加剂的配给量根据穿过配给装置的燃料确定并且与燃料中的添加剂浓度无关，并且所述添加剂催化所述柴油颗粒过滤器的再生。

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