用于使用再循环的NOx的柴油机微粒过滤器的NO

摘要

本发明涉及在一种使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器(DPF)的NO

说明书

技术领域

本申请涉及与本申请同一天提交的、名称为“用于通过借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生来对催化的柴油机微粒过滤器(DPF)进行再生的方法和设备”的共同转让、共同未决的申请No._(代理所卷号No.000009-260)，并要求2009年2月7日提交的、名称为“用于使颗粒过滤器的主动NO₂再生的NO₂反应物的烟灰减少能力最大化的方法”的美国临时申请61/063,900的优先权。

本发明涉及再生柴油机颗粒过滤器(DPF)(即，从DPF中除去积累的颗粒物质或烟灰)的方法和设备，更具体地，本发明涉及包括用NO₂进行氧化反应的方法和设备。

背景技术

从DPF中除去烟灰的最普通的方法是氧化捕集的烟灰以制备可以通过过滤器介质的气态产物(CO₂和CO)；该过程称为再生。有两种用于再生的主要机理：称为O₂基再生的由O₂氧化烟灰((C+O₂→CO₂)和/或(2C+O₂→2CO))；和称为NO₂基再生的由NO₂氧化烟灰((C+2NO₂→CO₂+2NO)和/或(C+NO₂→CO+NO))。

目前已知并用于DPF再生的实施方案包括主动O₂基再生系统、被动NO₂基再生系统、或其组合。主动O₂基再生系统通过多种方法升高反应物的温度，以建立并维持O₂/烟灰的反应。在主动O₂基再生过程中，基本上所有烟灰都通过和O₂的反应而除去。被动NO₂基系统使用催化剂以由排气中已经存在的NO形成NO₂(通常在DPF上游的氧化催化剂中)，并降低NO₂/烟灰反应所要求的活化能，以使所述反应在通常发动机操作规程的一些部分中可实现的温度水平下发生，而无需反应物的主动热管理。

已经证实了用于DPF再生的主动O₂基和被动NO₂基概念的许多实施方式。被动NO₂基再生的主要限制是其不能确保DPF在所有应用中都能充分地再生。为了解决该问题，可选择地或除被动NO₂基再生以外，实施主动O₂基再生。O₂基再生的主要限制是较低的最大DPF烟灰负荷水平(这是一定会观察到的)，和要求比NO₂基再生所需温度明显更高的温度。更高的温度要求以及需要进行更频繁的再生，会导致所有受到影响的排气后处理装置的性能和耐久性劣化，包括烟灰过滤和再生组件下游的那些，例如SCR系统。温度问题的解决方案必须通过如下方式解决：开发更耐用的后处理装置和/或实施另外的装置、系统和/或方法来降低后DPF温度。

人们已经提出一些方法来对主动O₂基和被动NO₂基再生概念进行补充。美国专利申请公开No.2007/0234711讨论了一种在操作规程中启动具有最佳NOx生成的可选择的控制策略，在所述操作规程中已经被动地建立了足够的反应物温度。美国专利No.6,910,329B2讨论了这样一种方法，通过该方法主动控制反应物温度和DPF体积流量(和从而控制DPF停留时间)以扩展(extend)操作规程，在所述操作规程中可以获得足够的被动NO₂基再生活性。

发明内容

根据本发明的方面，一种使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器(DPF)的NO₂基再生的方法包括：通过使用NO₂氧化所述DPF中的烟灰，使得形成CO、CO₂和NO，从而使所述DPF再生；将至少一些NO从分支点(takefoff point)再循环至所述分支点上游的点；以及通过使所述再循环的NO和O₂反应而形成NO₂。在所述DPF的再生过程中，至少一些氧化所述DPF中的烟灰的NO₂由所述再循环的NO形成。

根据本发明的另一方面，一种使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器(DPF)的NO₂基再生的排气后处理系统包括：柴油发动机下游的DPF，其被设置以接收来自所述发动机的含有NOx-的排气流；用于允许包括至少一些NO的气体从分支点再循环至所述分支点上游的点的管道；以及反应区域，其被设置以使再循环的NO和O₂反应，从而形成适于氧化所述DPF中的烟灰的NO₂。

根据本发明的又一方面，一种使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器(DPF)的NO₂基再生的方法，该方法包括：通过使用NO₂氧化所述DPF中的烟灰，使得形成CO、CO₂和NO，并且所述DPF中至少存在CO、CO₂、NO和NO₂，从而使所述DPF再生；以及将至少一些NO₂从分支点再循环至所述分支点上游的点。在所述DPF的再生过程中，至少一些氧化所述DPF中的烟灰的NO₂是再循环的NO₂。

根据本发明的又一方面，一种使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器(DPF)的NO₂基再生的排气后处理系统包括：柴油发动机下游的DPF，其被设置以接收来自所述发动机的含有NOx-的排气流；以及用于允许包括至少一些NO₂的气体从分支点再循环至所述分支点上游的递送点的管道，以允许通过再循环的NO₂而氧化所述DPF中的烟灰。

根据又一种再生柴油机微粒过滤器(DPF)的方法，包括：进行第一再生，以通过进行使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器的NO₂基再生来至少部分再生所述DPF，所述使用再循环的NOx进行柴油机微粒过滤器的NO₂基再生的方法包括：通过使用NO₂氧化所述DPF中的烟灰，使得形成CO、CO₂和NO，从而使所述DPF再生；和将至少一些NO从分支点再循环至所述分支点上游的点；以及通过使所述再循环的NO和O₂反应而形成NO₂，其中，在所述DPF的再生过程中，至少一些氧化所述DPF中的烟灰的NO₂由所述再循环的NO形成；以及进行第二再生，以通过进行常规NO₂基再生、借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生和主动O₂基再生中的至少一种来至少部分再生所述DPF。

根据又一种再生柴油机微粒过滤器(DPF)的方法，包括：进行第一再生，以通过进行使用再循环的NO₂进行柴油机微粒过滤器的NO₂基再生的方法来至少部分再生所述DPF，所述使用再循环的NO₂进行柴油机微粒过滤器的NO₂基再生的方法包括：通过使用NO₂氧化所述DPF中的烟灰，使得形成CO、CO₂和NO，并且至少CO、CO₂、NO和NO₂存在于所述DPF中，从而使所述DPF再生；和将至少一些NO₂从分支点再循环至所述分支点上游的点；其中，在所述DPF的再生过程中，至少一些氧化所述DPF中的烟灰的NO₂是再循环的NO₂；以及进行第二再生，以通过进行常规NO₂基再生、借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生和主动O₂基再生中的至少一种来至少部分再生所述DPF。

根据本发明的又一方面，一种用于增强柴油机微粒过滤器的再生的方法包括在排气流中喷射空气和O₂中的至少一种。

附图说明

通过阅读下面的详细说明并结合附图，将很好地理解本发明的特征和优点，其中类似的附图标记表示类似的元件，其中：

图1在局部横截面图中，示意性示出DPF通道壁的一部分，说明根据本发明一个方面的NO再循环；

图2是样品柴油机氧化催化剂(DOC)在各种排气质量流速下的NO₂转化效率对温度的图，其示出了平衡线，在该平衡线上NO₂转化为NO；

图3A是烟灰负荷对再生时间的图，其比较了常规NO₂基再生和根据本发明一个方面的借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生，并且图3B是图3A中图示的数据表；以及

图4示意性示出根据本发明一个方面的排气后处理系统。

发明详述

本发明应该首先描述如本发明人目前理解的通常理论性更强的术语，然后再描述更具体的方面。除非这些理论清楚地包括在权利要求中，本发明不能被认为受限于本文中阐述的理论，所述理论用来解释本发明人目前对于本发明如何起作用的理解。

本发明人认识到DPF中的烟灰的反应速度受到限制的方式有两种。所述反应将或者受到动力学控制(由于太低的反应物温度)或受扩散限制(由于太低的反应物供应)。简言之，必须供应所需的反应物，并且必须获得用于反应的最低活化能。这些条件可通过在正常操作过程中的主动控制来满足或被动地实现。

对于任何类型的使用主动热控制的主动再生过程，反应物的温度升高到这样的点，此时对于所需反应建立了足够的反应速度。这通常通过外部方式(通过烃的催化氧化、燃烧器系统、电加热、微波等)、通过将过滤介质、排气和/或捕获的烟灰的温度升高到它们的正常操作温度(其将不足以支持再生)之上而实现。主动再生过程可以实施反应物供应的主动控制，尽管这并未进行过。例如，O₂基再生为动力学控制的并且具有大量O₂，而常规NO₂策略通常不会主动调节NO₂或NO_x供应。

根据定义，被动再生系统将不会为了促进再生的目的而主动控制反应物温度或反应物供应。然而，一些被动方式也用于促进再生活性。具体而言，和捕获的烟灰接触的催化剂(例如DPF中的催化剂涂层)用于降低相关反应所需要的活化能(温度)，从而减少反应的动力学控制(即，能够具有更高的反应速度)。如果存在足够高的反应物温度(该温度将不仅限于支持所有反应物的完全反应)，则反应受到扩散限制。在DPF充满烟灰的情况下，扩散限制反应意味着含氧反应物的供应受到限制。因此，催化剂可用于被动地增加反应物供应(例如将不可用的NO转化为有用的NO₂)，从而减少反应的扩散限制(即，能够具有更高的反应速度)。

在考虑烟灰氧化方法(即，从DPF中除去烟灰)的实际应用时，必须使反应速度、烟灰氧化速度、发动机烟灰产生速度和烟灰除去速度之间产生差异。人们可以从实际的最终目标(即除去DPF烟灰)开始，并继续回到化学反应速度的更加基础的理论概念。烟灰质量除去速度简单地是每单位时间DPF烟灰质量的变化。烟灰除去速度在再生事件过程中将不是不变的，因为其是捕获的烟灰质量(其随着时间而改变)的函数。烟灰除去速度等于烟灰氧化速度和发动机烟灰产生速度之间的差。等式1描述了作为时间函数的DPF中的烟灰质量。

式I

烟灰负荷密度、烟灰氧化速度和烟灰产生之间的关系有几种结果。对于稳定的再生过程(其中再生条件，包括温度和反应物供应，已经稳定)，在再生事件开始获得最高的烟灰氧化速度和烟灰除去速度。随着再生的进行，烟灰氧化速度将减小直到其最终和烟灰产生速度相交，在该点处烟灰除去速度将等于零。因此，所有再生过程(包括主动O₂基再生)将接近非零的平衡烟灰负荷。对于特别有效的策略，可以接近几乎完全的烟灰再生，但不会达到。

等式2中表示的烟灰氧化速度等于捕获的烟灰质量乘以化学反应速度。反应速度主要是温度和参与反应的NO₂的量的函数，参与反应的NO₂的量是NO₂供应、烟灰质量和再循环次数的函数，其中“再循环”定义为平均一个NO₂分子参与超过一个C原子的氧化反应。由于再循环是NO氧化反应，因此再循环的次数主要由NO氧化反应速度和停留时间确定。NO氧化反应速度主要是温度、反应物有效性和催化剂有效性的函数。

式2

m＝烟灰质量

C＝常数

[NO₂]＝DPF中参与反应的NO₂的浓度

T＝反应温度

E＝活化能

R＝普适气体常数

α、β、γ为指数

再生过程主要由必须另外(通常)接触催化剂的非均匀分布的固态和气态反应物之间的表面反应组成。因此，随着烟灰密度增加，移动的含氧气体分子(迅速)定位于不动(非均匀分布的)的烟灰颗粒上的可能性将增加，在存在不动的固体催化剂的情况下也是这样。因此，随着烟灰负荷密度增加，立即发生更多的反应。如果不是全部的话，对于大部分动力学限制的再生过程这都是真实情况。本发明人认识到，对于大部分(如果不是全部的话)扩散限制反应(其中限制性反应物被再循环)这都是真实情况。再循环现象示意性示于图1中，其示出在DPF11上存在催化剂10的情况下，NO和O₂反应形成NO₂；NO₂和DPF上的烟灰12反应以形成物质，例如NO+CO+CO₂；NO在催化剂存在下再次和O₂反应以形成NO₂等，直到NO或NO₂离开所述系统。本发明人认识到下列情况通常不是真实的：对于具有大量烟灰(其中限制性反应物不能或不会再循环)的扩散限制反应，随着烟灰负荷密度增加将立即发生更多的反应。在该情况下，所有限制性反应物已经被消耗并且无法再使用；因此已经发生最多的反应次数。因此，根据本发明方面的方法优于常规NO₂基法，即随着烟灰负荷的增加，再生效率和NOx效率将显著增加。

柴油机排气中存在的NOx主要由NO组成，只有少部分的NO₂。因此，在被动再生系统中，催化剂(例如柴油机氧化催化剂(DOC))通常用于由NO形成NO₂。

通常期望通过下列方式来增加用于给定的NOx量，可获得的被动NO₂基再生活性：增加NO₂/NO比，从而增加总NO₂或反应物的量。换句话说，通常期望通过增加限制性反应物NO₂的供应来增加DPF中烟灰的反应速度。然而，如图2中所示，对于给定的排气质量流量，催化剂将NO转化为NO₂的效率最初随着温度的增加而增加，之后其开始降低并最终沿着NO-NO₂平衡线下降。一旦与平衡线重合，则NO₂供应处于平衡限。实际测定的NO₂供应(其等于或小于平衡限)应被称为“平衡限制的NO₂供应”。

平衡限制的NO₂供应涉及具有和不具有DPF上游的催化剂的系统。在系统具有DPF上游的有效催化剂的情况下，平衡限制的NO₂供应将是指实际的NO₂量，其在DPF上游形成并通入DPF。应该理解对于具有DPF上游的催化剂的系统，在再生事件过程中催化剂必须有效地实质上增加含NOx的气体的NO₂供应；否则为了确定平衡限制的NO₂供应之目的，考虑使所述系统不包括DPF上游的催化剂。当没有NO₂参与烟灰氧化反应时(例如在DPF不存在烟灰的情况下)，如果到达DPF的可自催化剂获得的NO₂的量明显少于离开DPF的NO₂的量，在再生事件过程中认为催化剂没有有效地实质上增加NO₂供应。在系统不具有DPF上游的催化剂，和其中NO₂在催化的DPF中形成的情况下，平衡限制的NO₂供应将是指当没有NO₂参与烟灰氧化反应时从DPF中消失的NO₂的量。

在被动NO₂基再生的过程中，烟灰氧化反应可能是动力学控制或扩散限制的。在全负荷的DPF的情况下，限制类型取决于反应物温度以及供应至反应中的NO₂的量。

动力学控制的NO₂/烟灰反应是指并非所有通过DPF的NO₂均可进行反应，尽管其仍在DPF内，因此被“浪费”。和在主动O₂基再生的情况中的O₂不同，NO₂(和NO_x)是受控的排放物，因此应该避免不必要地产生未参与烟灰再生的NO₂。

可选择地，扩散限制的NO₂/烟灰反应是指供应的NO₂的量少于在给定停留时间内在优势温度下可能反应的量。类似地，如果反应受烟灰扩散限制，这是指DPF烟灰负荷较低。反应物(NO₂)在反应器(DPF)内消耗的时间被称为停留时间。在扩散限制反应的情况下，增加NO₂供应烟灰再生将可以更快地完成。在被动NO₂基再生事件中，最佳NOx的量将是产生平衡限制的NO₂供应(其将大致匹配在优势温度下的动力学反应速度)的量。因此，反应将接近动力学控制和扩散限制之间的平衡点。可以以此目标，设计出主动控制反应物温度和/或供应和/或停留时间的主动NO₂基再生概念。无论被动还是主动实施，这些方案在本文中将被称为“常规”NO₂基再生概念。常规NO₂基再生概念将寻求接近动力学和扩散限制之间的最佳平衡点，从而使NO₂/烟灰反应速度最大。

无论是否认识到，常规NO₂基再生方法寻求通过最佳地增加供应至反应的NOx的量中的NO₂百分比(“NO₂％”)和/或最佳地调节反应物温度，来增加烟灰再生功效和/或效率到这样的程度，在所述程度实现动力学控制和扩散限制的烟灰氧化反应之间的平衡点。如果常规方法寻求增加供应至反应的NO₂百分比，这通过增加供应至DPF的NO₂百分比或可选择地增加DPF内的潜在平衡NO₂％来实现，其中潜在平衡NO₂％由供应至DPF的NO和NO₂组合、DPF内的优势条件和NO-NO₂平衡关系来确定。

本发明人认识到，根据本发明这些方面的方法可以实现大于常规方法的烟灰再生功效和效率。本发明人认识到，和烟灰反应的NO₂的量可以远远大于供应至反应器(DPF)的NO₂的量。此外，本发明人认识到，在给定时间周期内和烟灰反应的NO₂的量可以甚至还大于在相同时间周期内将通过反应器的NO₂的理论平衡量。根据本发明这些方面的方法通过增加烟灰氧化反应速度和NO氧化反应速度，增加了和烟灰反应的NO₂的量，即使这可能使供应至DPF的NO₂浓度和DPF内的平衡NO₂浓度降低。在这样做时，根据本发明这些方面的方法可将NO再循环机理的优点极大地赋予烟灰再生过程，从而认识到明显高于常规NO₂基方法的烟灰再生功效和效率。

本发明的这些方面不必寻求使平衡限制的NO₂供应最大化或建立在动力学控制和扩散限制之间大致平衡的烟灰氧化反应。本发明的这些方面也不必寻求主动扩展(通过热、体积流量或反应物供给管理)发动机操作规程(其中可发生常规NO₂基再生)。代之以引入“有效NO₂供应”的概念，所述有效供应将被增强以增加其相对于在常规NO₂基再生过程中将预期的功效的烟灰除去功效，即使平衡限制的NO₂供应降低。为了本申请的目的，有效NO₂供应被定义为参与烟灰氧化的NO₂的量。参与的NO₂可以直接来自平衡限制的NO₂供应、在催化的DPF中氧化的NO、或来自NO再循环。还引入了NO₂反应物的烟灰除去能力的概念。即使使用的方法会引起平衡限制的NO₂供应降低，其也可以同时极大地增加有效NO₂供应，从而增加平衡限制的NO₂供应的烟灰除去能力，进而导致明显更高的烟灰氧化速度。条件可以被控制为使得即使将比在常规条件下更少量的NO₂供应至DPF，NO转化为NO₂的速度以及NO₂和烟灰在DPF内反应的速度也大于在常规条件下(其中更大量的NO₂供应至DPF)的速度。在本发明的这些方面中，NO被有效地“再循环”通过催化反应以形成NO₂，通常多于一次，其继而和烟灰反应并再次形成进行催化反应的NO，等。因此，与平衡限制的NO₂供应的情况相比，在根据本发明的这些方面控制的条件下，发动机排气中的特定量的NOx可有效地氧化更多的烟灰。本发明的这方面在本文中将称为“(DPF的)借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生”。在常规主动NO₂基再生过程中，可利用的NO₂的量可主要由总的可允许的NOx的量(如由本申请确定的那样)和用于给定操作条件组(包括为主动控制的那些)的平衡NO-NO₂比来决定。常规NO₂基再生概念和所阐述的概念区别目标的含义是明显的，无论是在概念的应用(方法和设备)还是在其功效和效率中。

引发O₂/烟灰反应所需的活化能明显高于引发NO₂/烟灰反应所需的活化能。由于O₂/烟灰反应需要较高的活化能，因此催化剂技术中的现有技术并未证实在柴油发动机的正常操作条件下能够实现烟灰的实际被动O₂基再生。实际上，有效的O₂基再生只在高于约600℃的温度下主动实现。因此，对于熟悉DPF再生的人们来说，“主动”再生的概念和实施通常是对于O₂基再生而言，并且这些术语可互换使用。同样，“被动”再生和NO₂基再生的概念和术语通常广泛地相互交换使用，尽管应该对它们进行区分。本发明明确了主动“再循环的”NO₂基再生的概念并建立了用于其的方法和设备，所述主动“再循环的”NO₂基再生具有比常规NO₂基再生明显更高的烟灰除去功效和改善的总NOx效率，从而在明显降低的排气温度下可以实现相当于或超过主动O₂基再生的烟灰除去功效，以及允许比主动O₂基再生更高的DPF烟灰负荷和在更宽的操作规程应用的能力。NOx效率应该明确地定义为在一定时间段内除去的烟灰质量(gC)除以供应至DPF的NOx的质量(gNOx)，所述的一定时间段相对于有效再生基本上充满的DPF所需要的时间是可观的，但并不超出该时间。单位“gC”是从DPF中除去的烟灰的质量，并且单位“gNOx”是积累的NOx供应的质量。当DPF烟灰负荷为烟灰负荷的至少90％时(此时在所考虑的系统中，通常将引发再生)，DPF被认为是基本上充满的。一旦不再保持可观的烟灰除去速度，认为有效地再生了DPF。对在大部分烟灰被除去过程中的烟灰除去速度，确定可观的烟灰除去速度。大部分的烟灰除去可被认为是除去总烟灰的约50％。

与之前的再生概念相比，本发明方法和设备的这些方面寻求通过反应物的主动热管理(此处具体为通过DPF的热管理)的联合、并联合NOx生成的主动控制，来使NO₂基再生主动最大化，从而允许NO₂反应物的体积流量(和由此的停留时间)的主动控制的可能性，以增强NO₂反应物的烟灰除去能力。相比之下，常规NO₂基再生概念主要寻求通过使用催化剂和/或不太常用的NOx生成的主动控制，来增加总NO₂反应物的量至适于优势反应物温度的水平，或可选择地通过热和体积流量控制主动扩展操作规程(其中可发生常规NO₂基再生)。

借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的方法和设备阐述了NO₂反应物的烟灰除去能力的概念并主要寻求使其最大化，即使NO₂/NO比以及因而平衡限制的NO₂供应降低。实际上，这通常表示NO₂/烟灰反应是扩散限制的，这主要是由于比常规NO₂基再生情况明显更高的反应速度的动力学条件。

DPF内捕获的各C原子可以和一个NO₂分子参与氧化反应(C+NO₂→CO+NO)，或可选择地可以和两个NO₂分子参与氧化反应(C+2NO₂→CO₂+2NO)。基于NO₂的摩尔质量(46.01g/mol)和C的摩尔质量(12.01g/mol)，该反应的化学计量学决定了反应的烟灰质量将在反应的NO₂质量的～13％(对于1∶2摩尔反应)和26％(对于1∶1摩尔反应)之间。认识到颗粒物质主要由烟灰(一般根据经验表示为C8H)以及量不太大的未燃烧的HC和惰性物质组成。因此，有理由假设在再生过程中DPF烟灰负荷的变化主要是由于除去了C。为了在本文中进行计算，DPF烟灰质量的变化应该假设为只是由于除去了C。

在使用NO₂进行催化的DPF被动再生的情况下，关于DPF内的正常温度和停留时间范围，最佳的情况通常是：在离开DPF前，任何给定的NO₂分子或NO分子(其首先氧化成NO₂)能够平均完成少至少于一次的烟灰氧化反应。这主要是由于下列事实：在常规操作过程中，通常在减少的停留时间(即，在高的排气质量流量和温度)下实现提高的DPF和烟灰温度，其中NO₂具有更少的时间来反应。同样，在更长的停留时间(更低质量流量和温度)下，无法实现升高的DPF和烟灰温度。

在NO₂基再生测试中，引入NO₂效率的测定(其涉及NO₂和C的反应化学计量学)以评价具体方法的有效性。NO₂效率明确地定义为在一定时间内测定的从DPF中除去的C的质量除以提供至DPF的NO₂的质量，所述时间相对于有效再生基本上充满的DPF所需要的时间是可观的，但并不超出该时间。当DPF烟灰负荷为烟灰负荷的至少90％时(此时在所考虑的系统中通常将启动再生)，DPF被认为是基本上充满的。一旦不能保持可观的烟灰除去速度，DPF被认为进行了有效地再生。在大部分烟灰除去的过程中相对于烟灰除去速度而确定可观的烟灰除去速度。大部分烟灰除去可被认为是总除去的烟灰的约50％。

通过限定一定时间(所述时间相对于有效再生DPF所需要的时间是可观的)内的NO₂和NOx的效率，旨在排除在瞬时发生基础上计算的测量值，和/或反映继续经过不再维持可观的烟灰除去速度的点的再生。在测试中，一些再生的烟灰由引入的排气来供应，并且相关的再生反应不会降低DPF烟灰负荷。在其他因素中，这将降低测定的NO₂效率。常规NO₂基再生的常规知识规定NO₂效率将不会明显超过12.01gC/46.01gNO₂＝～0.26gC/gNO₂。单位“gC”是从DPF中除去的烟灰的质量，并且单位“gNOx”是积累的平衡限制的NO₂供应的质量。甚至假设在升高的温度(接近或刚超过图2中所示的NO-NO₂转化稳定水平)下，总NO₂基烟灰氧化活性将明显降低，这是因为不断减少的平衡限制的NO₂供应不能利用升高的温度。换句话说，升高温度将仅仅降低NO₂供应，并且导致更加扩散限制的反应，因此降低反应速度，从而获得更低的总烟灰除去。常规被动NO₂基再生在一定时间(所述时间相对于再生基本上充满的DPF所需要的时间是可观的，但并超出该时间)内的NO₂效率明显低于0.52gC/gNO₂，更通常低于0.26gC/gNO₂。

然而，正是通过主动升高反应物温度，所阐述的方法的一个方面能够获得比常规NO₂基再生技术明显更好的烟灰除去结果，其中NO₂效率远高于0.52gC/gNO₂。该方法允许NO₂效率数倍高于0.52gC/gNO₂。这通过增加NO₂的烟灰除去能力、目标是增加有效NO₂供应(和平衡限制的NO₂供应，不是必须的)来实现。NO₂的烟灰除去能力增加的机理是NO再循环机理。本发明人已经认识到在催化的DPF内在给定足够长的停留时间和足够高的温度下，和烟灰反应并形成NO分子的NO₂分子然后可以再循环回到NO₂中，其继而可参与另外的烟灰氧化反应。该过程本身可重复多次，只要停留时间、烟灰氧化和NO氧化反应的动力学反应速度、烟灰有效性、氧气有效性和催化剂有效性允许。

应该注意度量“NO₂效率”还可以依照提供的每摩尔NO₂所除去的C的摩尔数来定义。然而，由于此处使用的NO₂效率主要是用作为比较常规被动NO₂基再生和借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的性能的度量，目前认为其是否依照gC/gNO₂表示还是依照C摩尔数/NO₂摩尔数表示并不是非常有意义的。注意到，在常规被动NO₂基再生过程中，可以有利地存在NO的再循环，但是再循环的量将明显低于通过借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生而获得的量。

另外，NO₂效率度量假设在DPF上游提供催化剂，所述催化剂是有效催化剂。有效催化剂被认为是一种可以大量提高NO₂水平至用于所讨论气体条件的最大可能的平衡水平的催化剂。假定否则存在这样的风险，在常规被动NO₂基再生的过程中，无效的上游催化剂可能递送低水平的NO₂，并且DPF的再生将主要是DPF中NO转化为NO₂的函数并标志着高的NO₂效率，而不会获得根据本发明这些方面的烟灰除去功效。此处描述的模型和例子假设任何上游催化剂都是有效催化剂。对于任何系统(即，具有有效的上游催化剂的系统、具有无效的上游催化剂的系统和不具有催化剂的系统)，平衡限制的NO₂供应还可以被认为是指当没有NO₂参与烟灰氧化反应(例如在DPF不存在烟灰的情况下)时，从DPF中消失的NO₂的量。

通过主动升高温度(和到达可能程度的停留时间)，所阐述的方法寻求使NO再循环机理所提供的优点最大化。一些效果可以通过增加停留时间的多种方法来实现，然而，在常规动力系装置中，这将主要由发动机操作点(速度和负荷)规定，并且因此减少停留时间的能力将受到限制。NO₂分子再循环次数的最大化将主要通过反应物的热控制来增加NO氧化反应的动力学条件而实现。由于与平衡限制的NO₂供应将减少相比，NO再循环的次数将随着温度更快地增加，因此即使在平衡限制的NO₂供应减少时有效NO₂供应也可增加。

实际上，借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的最佳温度通常是允许的最高温度。所述最高温度可以是距离如下温度具有可接受的安全限度的温度，在该温度下可能发生失控的O₂基再生、组件温度限制等，其大部分将随系统而变化。然而，注意，如果操作条件为使得在给定温度下实现对于NO再循环的最大实际极限，那么进一步的温度升高将实际上减少有效NO₂供应。对于NO再循环的最大实际限制可以受到多种因素的影响，例如DPF设计和DPF壁的物理特性。还要注意用于升高DPF温度的方法可能影响再生性能。具体而言，对于燃烧烃(HC)的系统(包括催化的燃烧系统)，过量的HC进入DPF可对NO再循环过程带来不利的影响。在该情况下，在升高DPF温度的操作条件下，将导致大量增加的HC进入DPF，从而可对再生性能带来不利的影响。

当不受其他的约束限制时，最高可允许的温度将是这样的温度，其接近但与如下温度保持足够的安全限度，在所述温度下将引发不受控制的O₂基再生。引发不受控制的O₂基再生所需要的温度将作为催化剂特性和增加的烟灰密度的函数被降低。实际上，低于或等于约550℃或者低于或等于约500℃的DPF入口温度已被用于确保不会引发不受控制的O₂基再生，并且获得借助增强的有效NO₂供应的高度有效的主动NO₂基再生。可以使用更高的温度，其具有改善的烟灰除去结果，只要不受控制的O₂基再生不会被引发即可。如果需要，也可以使用较低温度，尽管可能观察到烟灰氧化性能下降。

通常，在应用根据本发明方面的方法时，当最佳地增加输入NOx流量时，烟灰氧化将最大化。因此，对于最大可允许的NOx流量所设定的限制将降低烟灰除去性能-即，从给定起始烟灰负荷降低至给定最终烟灰负荷来再生DPF需要多少时间。然而，降低输入NOx的量将不会明显降低NOx效率，因为输入NOx的量不会明显影响NO再循环机理。从概念上论述，降低总NOx流量将降低有效NO₂供应流量，但是其不会降低NO₂反应物的烟灰除去能力。这意味着需要大约相同的总NOx的量来再生给定的烟灰的量，其将仅需要更长的再生事件。因此，使用本发明方面的再生给定的烟灰量所需要的来自发动机的总NOx的量仍明显少于常规NO₂基再生事件所需要的量。

应该注意必须消耗附加能量以主动升高反应物温度。因此，成本最低的借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生将是在最少量的时间内(即在最高可允许的温度、最长可能的停留时间和最高可允许的输入NOx的量下)完成的一种。借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的再生性能，可能通过基础发动机的约束条件(例如最高可允许的汽缸压力)受限于其产生明显的NOx的量的能力。同样地，引发借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的能力可受到主动控制反应物温度的能力(例如要求最低催化剂温度的DOC系统)的限制。

不需要NOx后处理装置(例如SCR)实施所述方法，但将允许完全或部分减少离开DPF的高NOx水平。NOx生成(以及质量流量的控制)可通过发动机控制(包括喷射时间、喷射压力、涡轮增压器叶片的位置和EGR阀门位置)来完成。设计用于在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生过程中的最佳(或最大可允许的)NOx生产、排气温度和DPF停留时间的可选择的控制策略可通过ECU来实施和引发。后处理烃喷射器可在DOC上游喷射燃料。喷射的燃料在DOC上被氧化，从而升高排气温度，从而升高DPF和捕获的烟灰的温度。另外，DOC从输入NOx的量生成NO₂供应。然后在DOC中生成的NO₂的量送入DPF中，其中根据所述方法和上述确定的机理来进行烟灰氧化。

应该观察到NO₂可由曾经在DOC内的NO分子形成。然而，由于NO再循环机理，NO₂可由催化的DPF内的NO分子多次重新形成，如图1中所示。由于大量有效NO₂生成发生在本发明的方面的DPF内，因此不需要DOC。因此，任何具有催化的DPF(其另外能够主动控制反应物温度)的系统(例如燃烧器系统、电加热系统、微波系统等)可用于实施所述方法。用于解释和描述所述概念和方法而示出的系统并不旨在表示可以实施所述方法的所有系统。

催化剂技术中的现有技术并已经能够在柴油发动机的某些升高的排气温度的操作状态下进行常规NO₂基再生，但是功效低于主动O₂基再生所证实的那些。因此，在许多应用中，仅仅依靠常规NO₂基再生并不足以满足要求的烟灰除去水平，并且已经使用主动O₂基再生或者主动O₂基和常规NO₂基再生的组合。然而，由于O₂/烟灰反应的放热和动力学控制的性质，需要进行限制来避免失控的O₂基再生。特别地，必须观察要求的最小排气质量流量和最大可允许的DPF烟灰负荷。最小排气质量流量限制增加了在实际实施时发生不完全再生的可能性。此外，最大DPF烟灰负荷将决定需要DPF再生的频率。

由于借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生方法的扩散限制性质，因此失控的NO₂-烟灰氧化反应不会发生。通过本发明的方法可能会引发不受控制的O₂基再生。然而，通过借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生方法和设备方面的排气质量流量限制减弱。同样，引发不受控制的O₂基再生所必需的DPF烟灰密度通过本发明方面明显增加。可允许的更高DPF烟灰负荷水平允许更小频率的再生。在某些应用中，可允许的更高DPF烟灰负荷水平可以达到平衡烟灰负荷水平，该水平低于最大DPF烟灰负荷水平，但高于在O₂基再生系统中允许的水平。因此，在正常情况下的这些应用中，不需要主动再生。然而，如果由于非正常的操作、组件故障或其他因素而导致DPF负荷继续增加至预期的平衡之上，仍可以使用借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生来进行安全地再生，这使用O₂基再生是不可能的。

另外，借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生可在比相同功效的O₂基再生明显更低的温度下实现，从而降低对相关排气后处理装置性能的不利影响和减少损坏的可能性。这将包括烟灰过滤和再生系统(例如SCR)下游的组件。

图3A图示了常规NO₂基再生的实施例和借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的实施例。实施例1和2示出使用常规NO₂方法的再生结果，而实施例3A和3B示出使用本发明方面的再生结果。图3A中图示的再生的总的事件时间示于图3B中的表中。这些再生的总的事件时间包括加热试验系统所耗费的时间，因此如果只在已经达到再生的正常条件后在一定时间内测定NOx和NO₂的量，下表1中示出的NOx和NO₂效率可能略低于它们将具有的效率。然而，如果不包含加热期间，预期实施例1和2的常规NO₂基再生与实施例3A和3B的借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生之间的差异甚至将显著地更有利。

实施例1、2、3A和3B中所述的试验都在发动机测功器上进行，并且发动机在相同的发动机速度和制动转矩下进行操作。此外，对于各试验使用相同的设备。发动机是US2010Volvo MD1 1L B-Phase重型柴油发动机，排气后处理系统是Volvo US2010MD11的Fleetguard B-Phase DOC和DPF。DOC和DPF包括贵金属氧化催化剂；使用的加热方案是在DOC上进行HC喷射。

用于烟灰负荷测定的测试方法学如下。发动机通过预定的烟灰负荷路线操作以使DPF具有负荷。在加热下称重DPF以避免水分吸收误差，并且计算初始烟灰负荷。重新安装DPF，并进行测量时间长度的期望的再生方法。在再生后立即记录热重(hot weight)，计算新的烟灰负荷并确定烟灰负荷变化。这时候，对于实施例1和2，分别进行一次或两次另外的再生，测量在各再生后的烟灰负荷。在期望数量的再生完成后，使用高功效方法对DPF再生延长的时间。

表1示出四个实施例的主要统计概述：除去的烟灰质量、积累的NO_x和NO₂、计算的NO_x和NO₂效率、和消耗的总燃料。在DPF入口处的NO_x和NO₂被整合以确定在NO_x和NO₂效率计算中使用的积累的NO_x和NO₂的量。为了确定积累的NO₂，对于所有实施例都模拟了DOC的NO₂转化效率，以确定作为NO_x百分率的NO₂，本文中称为NO₂％。另外，在重复实施例3A和3B的条件的试验中，测量NO₂以证实实施例3A和3B中获得的不可预料的结果。

表1主要统计概述

在实施例1和2中，发动机被校准以增加NO_x生成，以及尽可能地升高排气温度，而不借助于HC喷射。在NOx生成和排气温度之间存在取舍。对于实施例1，取舍倾向于更高的排气温度，而实施例2偏向更高的NOx质量流量。实施例1和2中产生的DPF入口温度在约350-390℃的范围内，平均DPF温度为约325-375℃。

这些平均DPF温度接近于在驱动时典型被动NO₂基再生中将观察到的温度，至少对一些部分的典型工作循环中是这样。为了进行稳态试验(其可更容易地分析)，实施例被理解为表示常规方法和借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生之间的公正的比较。

实施例3A和3B示出了两种不同再生期间进行的借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生。在实施例3A和3B中，发动机被校准以相对于实施例2进一步增加NOx。另外，在DOC上使用HC喷射以将DPF入口温度控制为约490℃，从而导致平均DPF温度为约470℃。从实施例1、2、3A和3B的比较中可看到通过此处称为常规技术(实施例1和2)进行的再生倾向于比借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生(实施例3A和3B)更慢。而且，借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的NO_x效率和NO₂效率倾向于远大于常规技术的NO_x效率和NO₂效率。

图4示出了排气后处理系统(EATS)21，尤其可用于和柴油发动机23联合使用。EATS 21包括柴油发动机23下游的柴油机颗粒过滤器(DPF)25。设置DPF 25以接收来自发动机23的排气流。

为了进行借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生，柴油发动机装置可包括设置用于将含NOx的气体引入催化的DPF 25的柴油发动机23。含NOx气体的质量流量可以以任何合适的方式控制，例如通过可变气门正时、汽缸失效或使用非常规动力系装置来控制。在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生中，控制在DPF 25入口处的NO_x水平，通常通过调节DPF上游的发动机汽缸中的局部火焰温度来进行。另外，可设置加热装置47以控制DPF 25、含NO_x的气体、和/或DPF中烟灰中的至少一种的温度。可设置控制器53以控制加热装置，从而通过控制温度来协助借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生，使得含NOx的气体和催化剂反应以形成NO₂分子，此后再和烟灰颗粒反应以形成CO、CO₂和NO分子，从而获得NO₂效率大于0.52gC/gNO₂，更优选大于约1.04gC/gNO₂。

加热装置47可包括烃喷射装置，其被设置用于通过将烃喷射到DPF上游的柴油发动机排气流中来控制DPF 25和含NOx的气体中的至少一种的温度。加热装置可(例如在DPF上游的DPF 25或DOC 43中)包含催化剂以与烃反应，从而升高排气温度和/或促进NO转化为NO₂。加热装置47可包括用于燃烧烃的燃烧器。加热设备47可以是加热DPF 25而不是含有NO_x的气流的类型，例如用于加热烟灰的电加热装置或微波装置。

可提供管道29以允许气体(包括再循环的NO和/或NO₂、或两者)从DPF的点31(其通常在DPF 25下游)到点33(其通常在DPF的上游)的再循环。在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生以及在被动或主动常规NO₂基再生的过程中、和在O₂基再生的过程中，NO和/或NO₂的再循环是有用的。表述DPF 25的“DPF下游”和“DPF上游”旨在包括这样的装置，其中点31和33与DPF以及DPF上的点是分离的，其位于DPF基本部分的下游或上游，即管道29可直接连接至DPF上的一个或多个点，使得管道在DPF入口下游的第一点和第一点下游的另一点连接。其他方案也是可能的，例如其中氧化催化剂(例如DOC)被提供在DPF上游(DOC 43)或下游(DOC243’)，并且可以从(例如)氧化催化剂上游入口和DPF出口之间的点到分支点上游的点之间进行再循环。如果再循环从DPF下游的氧化催化剂DOC243’分支，然后再循环到DPF出口上游的点。理论上，再循环可从氧化催化剂(如果设置)或DPF入口下游的任何分支点到分支点上游的任何点，使得至少一些NO_x(NO₂、用于和O₂反应形成NO₂的NO、和/或两者)被再循环。

可以设置反应区域以使再循环的NO和O₂反应而形成NO₂。反应区域可包括区域37，所述区域37包括点35，在点35处空气或O₂(下文中称为“空气/O₂”)可被喷射并和再循环的NO混合以形成NO₂。除了或可选择地，反应区域可包括这样的区域，其中再循环的NO在存在催化剂的条件下和O₂反应以形成NO₂。其中再循环的NO在存在催化剂的条件下和O₂反应的区域可以是区域39，其中催化剂是DPF，然而其中再循环的NO在存在催化剂的条件下和O₂反应的区域可以是区域41，其中催化剂包含DPF上游的柴油机氧化催化剂(DOC)43。反应区域可包含反应区域37、39或41中的任意一种或多种、以及可使NO和O₂反应的其他区域，目的是提供仅仅促进NO和O₂反应以形成NO₂的区域。

可在DPF 25下游和下游DOC243’的上游喷射空气/O₂。例如，这可用于促进在DOC243’中将NO转化为NO₂，使得NO₂可再循环回DPF 25。为了增强再生，可以在排气后处理系统中的任何地方喷射空气/O₂。

再循环NO₂或从再循环的NO形成NO₂、此后使用NO₂氧化烟灰并形成CO、CO₂和NO、之后将NO再循环至NO₂将完成至少一个进一步烟灰氧化反应以再生DPF 25，这在本文中将称为“使用再循环的NOx的借助增强的有效NO₂供应的(DPF的)主动NO₂基再生”。再循环NOx的方法不仅提高了再生有效性，且是在不增加系统外的规定的NOx的情况下做到这样的。考虑在催化的DPF中的NO再循环和NOx再循环可有益地一起使用，例如增加在DPF中的NO停留时间。借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生(其必须包括催化的DPF，并且无需包括NO_x再循环)和使用再循环的NO_x的NO₂基再生(其无需包括催化的DPF)都和寻求接近动力学和扩散限制之间的平衡点的常规NO₂基再生相反。借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生和使用再循环的NO_x的NO₂基再生也都和主动O₂基再生(其中基本上所有烟灰都通过和O₂反应而除去，并且其通常在大大高于常规NO₂基再生、借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生、或使用再循环的NOx的NO₂基再生的温度(对于催化的DPF，高于约600℃至约625℃，对于未催化的DPF，最高达并且有时超过660℃)下进行)相反。主动O₂基再生通常还包括(例如)使用加热装置47(例如后处理烃喷射器)来加热DPF入口45处的排气流。

NOx后处理装置(例如选择性催化减少后处理装置(SCR)49)可以设置在DPF 25下游以减少NOx排放。喷射空气/O₂的反应区域37可以设置在DPF 25下游和SCR 49上游，然而其通常设置在DPF和DOC43(如果设置的话)上游。然而，在一些情况下，在DPF 25下游喷射空气/O₂可能是有用的。可选择地，空气/O₂的喷射点35可在DOC 43(如果设置的话)下游。管道29、更特别为DPF 25下游的管道的点31可以设置在区域51下游，在此处喷射空气/O₂使得再循环通过管道的气体可包括至少一些喷射的空气/O₂，它们可以和再循环的NO反应而形成NO₂，以用于使用再循环的NO_x的NO₂基再生。

可设置温度监测器52并与控制器53(例如一个或多个ECU，其可包含(例如)一个或多个计算机或微处理器)相连，以控制DPF 25或DPF入口45处的温度。温度监测器52通常设置在DPF 25入口45处或其上游处。通常，在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的过程中的温度保持为低于或等于约550℃，或低于或等于约500℃，通常其至少保持为450℃。如果温度被描述为低于或等于“约”某值，应理解所述温度可高于该特定值较小的量，并且一些瞬时偏离(transient excursion)可能不只是超过该特定值较小的量。加热设备47可被控制器53控制以使温度增加至期望温度范围内。如果温度在期望范围之上，可以采取合适的冷却措施，例如通过控制器53控制阀门55，在喷射区域37处引入外部空气/O₂。控制器53还可以控制DPF 25下游的空气/O₂管线51中的阀门56(如果设置的话)，(例如)以控制SCR 49中的温度或控制再循环的NO和O₂的混合。

尽管注意到所述温度范围近似高于约550℃，但是通常在具有大量烟灰负荷的DPF中存在增加失控的再生的风险。在低于或等于约550℃的温度下，目前理论上是在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的过程中，通过和O₂的反应，将所除去烟灰的小于三分之二、可能小于二分之一除去。必须评价在这样的一定时间内通过被气体中的O₂分子氧化形成CO和CO₂分子而从DPF中除去的烟灰质量的理论百分率(此处，其在烟灰除去中也应称为缩写术语“O₂参与率”)，所述时间相对于有效再生基本上充满的DPF的时间长度是可观的，但并不超出该时间。一旦不再维持可观的烟灰除去速度，DPF被认为进行了有效地再生。可观的烟灰除去速度在大部分烟灰除去的过程中相对于烟灰除去速度而确定。大部分烟灰除去可被认为是总除去的烟灰的约50％。当DPF烟灰负荷为烟灰负荷(此时在所考虑的系统中通常将引发再生)的至少90％时，DPF被认为是基本上充满的。出于各种原因，认识到目前理论趋向于建议采用比实际发生更高的O₂参与率。

在低于或等于约550℃的温度下，如果没有如在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的过程中所发生的那样控制DPF入口处的NOx水平，则会进行较慢的再生，其中由于和O₂反应，基本上所有烟灰被除去。通过借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生控制温度和控制NOx水平通常将大大地增加再生效率。

目前还提出这样的理论，通常当温度升高至足以使得除去烟灰的多于三分之二通过和O₂反应而除去时，所述温度将接近通常和一些O₂基再生的更低温度范围相关联的温度，尽管在这些O₂基再生中，因为没有如借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生中那样控制NOx，基本上所有烟灰的除去是通过O₂完成的。当如借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生那样控制DPF入口处的NOx水平、并且将温度升至足以使得除去烟灰的多于三分之二通过和O₂反应而除去时，大量负载烟灰的DPF可处于不受控制的再生的风险下。

一种用于确定在任何方法中(例如在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的过程中)通过气体中的O₂分子的氧化而形成CO和CO₂分子来从DPF中除去烟灰质量的百分率(也可以叫O₂参与率)的、有用的、但不必排他性的技术包括一系列经验性试验，特别是一系列经验性再生，各再生都在相同时间期限内进行，所述时间相对于有效再生DPF所需要的时间是可观的但并不超出该时间。一旦无法维持明显的烟灰除去速度，DPF应被认为进行有效地再生。在大部分烟灰除去的过程中相对于烟灰除去速度而确定可观的烟灰除去速度。大部分烟灰除去可被认为是除去总烟灰的约50％。

用于确定O₂参与率所考虑的技术按照下列方式进行：

(A)DPF被有效地清洁。用于清洁DPF的各种合适的方法是已知的，并且并不认为用于清洁DPF的特定方法是特别重要的，除了所述方法必须产生合理一致的结果，并且应该一致地使用相同的方法外。

(B)在步骤(A)后，DPF被负载至烟灰负荷的至少90％，其中再生通常在所考虑的系统中被引发。负载DPF的特定条件和方法应该产生合理一致的结果，并且应该一致地使用相同的条件和方法。

(C)在步骤(B)后，DPF通过所述方法被再生以在一定时间内进行研究(“研究性再生”)，例如借助增强的有效NO₂供应的NO₂基再生，所述时间相对于有效再生DPF所需要的时间是可观的但并不超出该时间。测定在再生过程中除去的总烟灰。

(D)在步骤(C)后，DPF再次被有效地清洁。

(E)在步骤(D)后，DPF被负载至具有和研究性再生的过程中相同的初始烟灰负荷(或尽可能合理地接近所述负荷)。

(F)在步骤(E)后，随后通过比较性再生方法(“比较性再生”)来再生DPF一定时间，所述时间等于研究性再生的时间。按照与研究性再生相同的方式进行比较性再生，除了在DPF入口处的NOx水平减少至相对于DPF的再生不可观的水平。在比较性再生完成时，测定除去的总烟灰。

(G)将通过比较性再生除去的总烟灰除以研究性再生的除去的总烟灰，来确定在研究性再生过程中通过气体中的O₂分子的氧化而形成CO和CO₂分子来从DPF中除去的烟灰质量的最大部分。

通过限定一定时间(其相对于有效再生所需要的时间是可观的)内的O₂参与率，旨在排除在瞬时发生基础上计算的测量值，和/或反映继续经过不再维持可观的烟灰除去速度的点的再生。

预期所述技术高估了在研究性再生的过程中通过O₂除去的烟灰质量的实际部分，因此是O₂参与率的保守测定值。更准确的经验和/或理论技术甚至可表示比预期由上述方法所证实的更低水平的O₂参与率。

还可以设置控制器53，以通过管道29(例如通过关闭或打开管道中的阀门57)停止和开启NOx的再循环，使得停止或开启使用再循环的NOx的NO₂基再生，其中烟灰至少部分被由再循环的气体形成或携带的NO₂氧化，并且当停止使用再循环的NOx的NO₂基再生时，使得发生常规或借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的再生操作，其中在无再循环的条件下氧化烟灰。管道29中的阀门57通常可调节至多个位置(包括完全打开和完全关闭的位置)、以及完全打开和完全关闭之间的位置，使得使用再循环的NOx的NO₂基再生可完全停止、部分停止或在最大能力下进行操作。使用再循环的NOx的NO₂基再生的调节能力可促进来自发动机23的NO_x生成的控制、和/或DPF的再生速度的控制。

还可以设置控制器53以控制加热装置47，从而引发主动O₂基再生操作，其中DPF 25入口45处的温度升至足够高，以在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生或使用再循环的NO_x的NO₂基再生至少部分停止时，使用排气流中的O₂在DPF中氧化烟灰。当烟灰负荷水平足够低时，所述方法可至少部分停止，并且可通过(例如)增加DPF入口45处的温度、增加DPF 25的温度、或增加烟灰的温度来引发主动O₂基再生。

可以相对于DPF 25设置压力传感器装置59，并且可适于将对应于越过DPF的压降的信号传递给控制器53。越过DPF 25的压降(和通过DPF的体积流量一起)通常与DPF的烟灰负荷有关系。可以进行包括不同再生方法的不同的再生方案。例如，取决于越过DPF 25的压降、或烟灰负荷的一些其他指示，再生方案可被设计为进行不同的再生方法。在高的烟灰负荷水平下，通常与O₂基再生相关的温度可能足够高以致引发可损坏DPF的失控的再生。还是在较高的烟灰负荷水平下，相对于与O₂基再生相关的、并且通常与借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生相关的那些温度，较低的温度仍可能足够高以引发可损坏DPF的失控的O₂基再生反应。在这样高的烟灰负荷水平下，再生方案可开始于常规NO₂基再生(即，NO₂效率小于0.52gC/gNO₂的NO₂基再生)，然后在越过DPF 25的压降(或烟灰负荷的其他测量值)指示较低烟灰负荷水平后，转换至借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生。一旦指示的烟灰负荷进一步降低，可能引发主动O₂基再生。在常规NO₂基再生、借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生、或主动O₂基再生中的任一种的过程中，均可以同时进行使用再循环的NOx的NO₂基再生(包括NO和/或NO₂的再循环)。同样，在常规NO₂基再生、借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生、或主动O₂基再生中的任一种的过程中，均可将再生转换至使用再循环的NOx的NO₂基再生，或反之亦然。

为了调节常规和/或借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生的速度、和/或控制来自发动机23的NOx生成，还可设置控制器53以通常通过调节DPF上游的发动机汽缸中的局部火焰温度来调节排气流中的NOx水平。例如，这可以通过适当调节燃料喷射系统61的燃料喷射时间选择和/或燃料喷射压力、涡轮增压器63中的叶片位置、EGR阀门65的位置、以及通过其他致动器(例如油门)中的一种或多种来实现，所有这些都可以由控制器53控制。按照这种方式，可以调节可用于常规NO₂基再生或借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生、或使用再循环的NO_x的NO₂基再生、以及来自EATS 21的NO_x排放中的NO_x。通常，在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生中，在DPF入口处的NOx水平通过将它们增加至高于气体将通常具有的水平(这些水平通常是由环境法规所制定的那些)而控制。NOx水平被控制的程度通常取决于这样的因素，例如NOx的特定来源、例如不同尺寸的柴油发动机、和其他操作条件，并且可在系统之间大幅变化。

可以提供用于通过管道29再循环气体(例如通过在管道中设置泵)的机械设备67(以虚线示出)，或者可通过文丘里效应(例如源自通过DPF上游的排气管线69的气流)再循环气体。

在根据本发明方面的DPF 25的再生方法中，催化的DPF 25中的烟灰被NO₂氧化，使得形成CO、CO₂和NO。根据所述方法，含NOx的气体被引入催化的DPF 25中，并且(例如)通过加热设备47来控制DPF、捕获的烟灰和含NOx的气体中的至少一种的温度，以及控制DPF入口处的NOx水平，使得含NOx的气体和催化剂反应以形成NO₂分子，NO₂分子此后和烟灰颗粒反应以形成CO、CO₂和NO分子，并且NO₂效率大于0.52gC/gNO₂，并且使得从DPF中除去的小于三分之二的烟灰质量被气体中的O₂分子氧化以形成CO和CO₂分子。

DPF 25、捕获的烟灰和含NO_x的气体中的至少一种的温度通常被控制为使得温度低于或等于约550℃，或低于或等于约500℃，并且通常在至少450℃以上。来自DPF 25下游的NOx可再循环至DPF上游，通常任意柴油机氧化催化剂(DOC)43的上游设置为DPF的上游。DOC43入口处的温度可通过(例如)将烃喷射到DOC上游的柴油发动机排气流中来控制。

可以采用各种措施来调节进入DPF的含NOx的气体的组成。可在DPF上游喷射空气/O₂。DPF上游的柴油发动机中的NOx生成可通过(例如)调节DPF上游的发动机汽缸中的局部火焰温度来调节。

使用再循环的NOx的DPF 25的NO₂基再生可通过如下方式进行：再循环至少一些来自DPF的NO、并通过使再循环的NO和O₂在一个或多个反应区域37、39和/或41中反应来形成NO₂。在使用再循环的NO_x的NO₂基再生的过程中，至少一些在DPF 25中氧化烟灰的NO₂是由再循环的气体形成或携带的NO₂。当使用催化的DPF进行时，在借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生和使用再循环的NO_x的NO₂基再生的过程中，通常控制在DPF 25入口45处的温度，使得温度为约500℃并且高于至少450℃。

在使用再循环的NO_x的NO₂基再生的过程中，来自DPF 25下游的点31的NOx再循环至DPF上游的点33。空气/O₂可在主动再生过程中在(例如)反应区域37中喷射到DPF 25上游，在该处O₂将和再循环的NO反应以形成再循环的NO₂。另外或可选择地，再循环的NO可在主动再生过程中在存在催化剂的条件下在(例如)DOC 43的反应区域41中和/或在催化的DPF 25的反应区域39中和O₂反应。

可处理离开DPF 25并且未再循环的NO_x气体，以在(例如)DPF下游的SCR 49中降低NO_x水平。空气/O₂可喷射到DPF下游和SCR上游的点51处，并且一些喷射的空气/O₂可和再循环的NO_x一起再循环，从而促进形成NO₂以用在使用再循环的NO_x的NO₂基再生中。喷射的空气/O₂还可用于控制SCR 49入口处的温度。

例如通过控制发动机汽缸中的局部火焰温度，可由(例如)DPF 25上游的柴油发动机23中的控制器53来控制NOx生成。例如，这可以通过调节燃料喷射系统61的燃料喷射的时间选择和压力、涡轮增压器63中叶片的位置和EGR阀门65的位置来实现。按照这种方式，可以调节可用于常规NO₂基再生或借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生、或使用再循环的NO_x的NO₂基再生、以及来自EATS 21的NO_x排放中的NO_x。

基于DPF中的烟灰负荷水平或(例如)烟灰负荷水平的一些特征性指示(例如越过DPF 25的压降)，可以由(例如)控制器53来引发主动O₂基再生。另外，通过(例如)关闭管道29中的阀门57，可以终止使用再循环的NO_x的NO₂基再生，并且可以进行主动O₂基再生、或常规NO₂基再生、或借助增强的有效NO₂供应的主动NO₂基再生(包括烟灰氧化)，而无需再循环的NO₂。按照这种方式，可以调节DPF的再生速度和/或来自EATS 21的NO_x排放物。

在本申请中，例如术语“包括”的使用是开放式的，并且旨在具有和术语(例如)“包含”相同的意思，并且不排除存在其他结构、材料或行为。类似地，尽管使用术语(例如)“能够”或“可能”旨在是开放式的，并且反映了非必需的结构、材料或行为，但是不使用这些术语并不意在表达结构、材料或行为是必需的。在结构、材料或行为目前被认为是必需的程度上，它们本身是相同的。

尽管已经参照优选实施方案来解释和描述了本发明，但是认识到在不偏离权利要求中所阐述的发明的条件下，在本文中可进行各种修改和改变。