專利名稱：微粒過濾器和用于排氣流凈化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒過濾器和用于排氣流凈化的方法。特別地，本發(fā)明涉及機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣的凈化或過濾。
背景技術(shù)：
為了降低排氣排放，可由過濾器保留燃料燃燒期間產(chǎn)生的微粒，例如含碳碳煙。為了該目的，排氣流經(jīng)過其中積聚微粒的過濾器。為了降低微粒負荷并且確保排氣反壓力的受控水平，過濾器必需定期再生。在過濾器接近存儲容量的情況下，更高的排氣反壓力可對發(fā)動機的性能造成不利影響。此外，在高碳煙負荷的情況下，微粒過濾器再生期間產(chǎn)生的放熱可損害排氣系統(tǒng)的零件。

發(fā)明內(nèi)容
DE 10206805A1提出一種用于排氣凈化的碳煙過濾器，其中，碳煙過濾器具有預(yù)定的拐點，其用于降低碳煙過濾器中的主要排氣反壓力。該預(yù)定的拐點可被布置在過濾器的過濾器主體和/或過濾器的旁通管道中。本發(fā)明基于提高排氣凈化的目的。通過本文包括的權(quán)利要求的特征的方式實現(xiàn)所述目的。本文包括的從屬權(quán)利要求限定了本發(fā)明的有利的精煉的方案。在一個不例中，本發(fā)明人開發(fā)了一種機動車輛的排氣系統(tǒng)，其包括第一微粒過濾器；第二微粒過濾器；以及排氣路線系統(tǒng)，所述排氣路線系統(tǒng)包括通過第一微粒過濾器的第一排氣通道和通過第二微粒過濾器的第二排氣通道，以及進氣閥，其被偏置在閉合位置并且位于第一和第二微粒過濾器的上游。在存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)接近第一微粒過濾器的存儲容量的條件下，可通過在第一微粒過濾器周圍提供第二排氣路徑而降低車輛排放增加的可能性。特別地，在被存儲在微粒過濾器中的微粒物質(zhì)小于閾值量的條件下，可基本僅將排氣引導(dǎo)至第一微粒過濾器，從而節(jié)約或保持第二微粒過濾器中的微粒物質(zhì)存儲容量。然而，當(dāng)存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)超過閾值水平時，可起動第二排氣路徑，所述第二排氣路徑引導(dǎo)排氣到達第二微粒過濾器。以此方式，可降低發(fā)動機的排氣回壓，直到再生或更換第一微粒過濾器。本發(fā)明可提供許多優(yōu)點。特別地，所述方法可通過增加車輛排氣系統(tǒng)的排氣過濾容量而改進發(fā)動機排放。另外，所述方法可延長車輛服務(wù)間隔和/或微粒過濾器再生之間的時間。此外，在一些示例中，所述方法可實現(xiàn)為具有成本效益的配置，其可不包括電控排氣路線系統(tǒng)。當(dāng)單獨或結(jié)合附圖考慮以下具體實施方式
時，本發(fā)明的以上優(yōu)點和其他優(yōu)點和特征將易于變得明顯。應(yīng)理解，提供上述發(fā)明內(nèi)容，從而以簡化形式引入在具體實施方式
中進一步描述的一系列概念。這并不意味著標(biāo)識要求保護的主題的關(guān)鍵或主要特征，要求保護的主題的范圍由具體實施方式
之后的權(quán)利要求唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決上述任何缺點的實施方式或本公開的任何部分。


通過單獨或參考附圖閱讀示例性的在本文中稱作具體實施方式
的示例，本文所述的優(yōu)點將被更充分地理解，其中圖I是發(fā)動機的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的在微粒過濾器的正常運行期間的微粒過濾器和排氣路線系統(tǒng)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的在存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)大于閾值的條件期間的微粒過濾器和排氣路線系統(tǒng)；以及圖4是用于操作包括排氣系統(tǒng)的發(fā)動機的流程圖，所述排氣系統(tǒng)能夠引導(dǎo)發(fā)動機排氣進入第一和第二微粒過濾器。附圖僅用于解釋本發(fā)明，而無意限制本發(fā)明。附圖及獨立的零件不必按比例繪制。 相同的參考標(biāo)記用于表示相同或類似的零件。
具體實施例方式本發(fā)明涉及引導(dǎo)排氣到達微粒過濾器的發(fā)動機的操作。在一個非限制性示例中， 可如圖I所示配置發(fā)動機。圖2和圖3提供了兩個微粒過濾器以及引導(dǎo)排氣經(jīng)過兩個微粒過濾器的排氣路線系統(tǒng)的詳細視圖。如圖2所示，當(dāng)存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)小于閾值量時，排氣可基本僅流動經(jīng)過第一微粒過濾器。如圖3所示，當(dāng)存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)大于閾值量時，排氣可流動經(jīng)過第二微粒過濾器。圖4提供了一種方法， 該方法用于操作發(fā)動機以及經(jīng)由第一和第二微粒過濾器凈化發(fā)動機排氣。參考圖1，通過電子發(fā)動機控制器12控制包括多個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機10，圖I中示出其中一個汽缸。發(fā)動機10包括燃燒室30以及汽缸壁32，活塞36定位在其中并連接至曲軸40。燃燒室30被顯示為通過各自的進氣閥52和排氣閥54而與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣閥和排氣閥都可由進氣凸輪51和排氣凸輪53操作?？捎蛇M氣凸輪傳感器55確定進氣凸輪51的位置?？捎膳艢馔馆唫鞲衅?7確定排氣凸輪53的位置。顯示的燃料噴射器66被定位為將燃料直接噴射到汽缸30中，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知其為直接噴射。燃料噴射器66傳輸?shù)囊后w燃料與來自控制器12的信號FPW的脈沖寬度成比例。通過燃料系統(tǒng)(未示出)將燃料傳輸?shù)饺剂蠂娚淦?6，該燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵、燃料導(dǎo)軌(未示出)?？赏ㄟ^改變調(diào)節(jié)進入燃料泵(未示出)的流量的位置閥而調(diào)節(jié)通過燃料系統(tǒng)傳輸?shù)娜剂蠅毫?。另外，配量閥可位于燃料導(dǎo)軌中或燃料導(dǎo)軌附近，以用于閉環(huán)燃料控制。通過響應(yīng)控制器12的驅(qū)動器68，向燃料噴射器66提供工作電流。
進氣歧管44被顯示為與可選的電子節(jié)氣門62連通，所述電子節(jié)氣門62調(diào)節(jié)節(jié)流板64的位置，從而控制來自進氣增壓室46的空氣流。壓縮機162從空氣進氣口 42抽取空氣以供給增壓室46。排氣旋轉(zhuǎn)渦輪164被耦合至壓縮機162。當(dāng)隨著活塞接近上止點壓縮沖程而自動點燃燃料時，在燃燒室30中開始燃燒。在一些示例中，寬域排氣氧(UEGO)傳感器(未示出)可被耦合至排放裝置70上游的排氣歧管48。在其他示例中，該UEGO傳感器可位于一個或更多個排氣后處理裝置的下游。此外， 在一些示例中，可由NOX傳感器代替UEGO傳感器。在一個示例中，排氣后處理裝置70能夠包括微粒過濾器。在另一示例中，能夠使用多個排放控制裝置，例如每個均具有多個磚形物的催化器和微粒過濾器。在一個示例中， 排氣后處理裝置70能夠包括微粒過濾器和氧化催化劑。圖I中示出的控制器12是傳統(tǒng)的微型計算機，其包括微處理器單元102、輸入/ 輸出端口 104、只讀存儲器106、隨機存取存儲器108、?；畲鎯ζ?10以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線。 除了上述那些信號之外，還示出控制器12接收來自耦合至發(fā)動機10的傳感器的各種信號， 其包括來自耦合至冷卻套114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);耦合到加速器踏板130的位置傳感器134，其用于感測由腳132調(diào)節(jié)的加速器位置；壓力傳感器80， 其用于感測渦輪164上游的排氣壓力；壓力傳感器82，其用于感測渦輪164下游的排氣壓力；來自耦合至進氣歧管44的壓力傳感器122的發(fā)動機歧管壓力(MAP)的測量；來自感測曲軸40位置的霍爾效應(yīng)傳感器118的發(fā)動機位置傳感器；自傳感器120 (例如，熱線(hot wire)空氣流量計)進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量的測量；以及來自傳感器58的節(jié)氣門位置的測量。同樣可以感測大氣壓力(未示出傳感器)，以便由控制器12處理。在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，曲軸每次旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機位置傳感器118都產(chǎn)生預(yù)定數(shù)目的等間隔脈沖，自此能夠確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)。在一些實施例中，發(fā)動機可被耦合至混合動力車輛中的電動馬達/電池系統(tǒng)?；旌蟿恿囕v可具有并聯(lián)構(gòu)造、串聯(lián)構(gòu)造或其變型或組合。運行期間，發(fā)動機10中的每個汽缸通常都經(jīng)歷四個沖程循環(huán)該循環(huán)包括進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程以及排氣沖程。通常在進氣沖程期間，排氣門54閉合，而進氣門52 開啟。通過進氣歧管44將空氣引入燃燒室30中，并且活塞36移動至汽缸的底部，以便增加燃燒室30內(nèi)的容積。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將活塞36靠近汽缸的底部并且處于其沖程的末端(例如，當(dāng)燃燒室30處于其最大容積時)的位置稱為下止點(BDC)。在壓縮沖程期間， 進氣門52和排氣門54閉合。活塞36朝著汽缸蓋移動，以便壓縮燃燒室30內(nèi)的空氣。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常將活塞36處于其沖程的末端并且最靠近汽缸蓋(例如，當(dāng)燃燒室30處于其最小容積時)的點稱為上止點(TDC)。在下文稱為噴射的過程中，將燃料引入燃燒室內(nèi)。在一些示例中，在一個汽缸循環(huán)期間，可將燃料多次噴射進汽缸。在下文稱為點火的過程中，通過壓縮點火或例如火花塞(未示出)等已知的點火裝置點燃噴射的燃料，導(dǎo)致燃燒。在膨脹沖程期間，膨脹氣體將活塞36推回BDC。曲軸40將活塞運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)扭矩。最后，在排氣沖程期間，排氣門54開啟，從而將燃燒后的空氣-燃料混合物釋放至排氣歧管48，并且活塞返回TDC。注意，上文僅為示例，并且進氣和排氣閥的開啟和/或閉合定時可變化，例如提供正或負的氣門重疊、進氣門延遲閉合或各種其他示例。此外，在一些示例中，可使用二沖程循環(huán)而非四沖程循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于具有排氣路徑的機動車輛的排氣系統(tǒng)的微粒過濾器包含過濾器并且包含第二過濾器，其中在正常運行中，排氣路徑穿過過濾器，并且其中在超載或接近過濾器的存儲容量的情況下，排氣路徑穿過第二過濾器。在超載或接近過濾器 (在此也稱為第一過濾器或主過濾器)的存儲容量的情況下(例如，存儲預(yù)定閾值量的微粒物質(zhì))，激活第二過濾器。然后，第二過濾器過濾排氣流。根據(jù)本發(fā)明，在超載或接近碳煙過濾器的存儲容量的情況下，排氣流持續(xù)被過濾。因而，仍遵守排放規(guī)則，并且可減輕排氣后處理系統(tǒng)中的退化。在超載或接近碳煙過濾器的存儲容量的情況下，排氣流能夠基本僅流過第二過濾器，或通過第二過濾器并且一定程度上通過(第一)過濾器。除了超載或接近存儲容量之外，以此方式也可能降低其中排氣反壓力增加的過濾器的退化狀態(tài)的嚴(yán)重影響。相應(yīng)地，其中激活一個或更多個第二過濾器的模式也可被稱為第二運行模式。在所述第二運行模式中，能夠再生碳煙過濾器和 /或能夠開始過濾器交換。第二過濾器可圍繞所述過濾器。從流動方面說，這是期望的布置，其更加節(jié)省空間并且與已建立的安裝尺寸兼容。微粒過濾器可以是圓柱形形式，其與管狀排氣系統(tǒng)協(xié)調(diào)良好。第二過濾器可具有進氣閥和排氣閥。通過所述閥或例如活板(flap)或一些其他可變開口的類似裝置的方式，能夠激活第二過濾器。也就是說，能夠?qū)⑴艢饴肪€系統(tǒng)從排氣流穿過所述過濾器的正常模式轉(zhuǎn)換為第二模式，其中排氣流穿過第二過濾器。在一些示例中，排氣路線系統(tǒng)可僅包括單個進氣閥，而不包括排氣閥?？赏ㄟ^彈簧對進氣閥和/或排氣閥預(yù)加負荷?？赏ㄟ^一個或更多個彈簧的簡單方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。進氣閥上的彈簧可按尺寸形成，以便當(dāng)達到特定的排氣反壓力時，開啟排氣路徑以使排氣進入第二過濾器中。排氣閥上的彈簧可按尺寸形成，以便當(dāng)?shù)诙^濾器中的壓力高于過濾器或微粒過濾器的排氣區(qū)中的壓力時，開啟所述路徑以使排氣排出第二過濾器。因而，在一些示例中，排氣路線系統(tǒng)可無源運行，而不需要電控制。為了探測第二過濾器的負荷，可在第二過濾器的區(qū)域中布置壓力傳感器。因此，可以開始第二過濾器的再生，并且例如與排氣后處理系統(tǒng)和/或發(fā)動機管理控制器交換微粒過濾器和/或一個或更多個狀態(tài)消息，以便由此提高整個系統(tǒng)的集成性。可提供用于探測進氣閥和/或排氣閥的位置的傳感器。通過所述傳感器，能夠探測微粒過濾器的運行模式，并且將信息傳送給其他系統(tǒng)?？稍诘诙^濾器的區(qū)域中布置溫度傳感器。第二過濾器的區(qū)域中的溫度測量可與例如在排氣系統(tǒng)的進氣口處的排氣溫度的測量一起使用，從而探測運行模式?？蓪⑦^濾器和/或第二過濾器設(shè)計為壁面流動 (wall-flow)過濾器或貫通流動(throughflow)過濾器。所述建立的過濾器類型非常適合微粒過濾器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，用于凈化燃燒設(shè)備，尤其是機動車輛的發(fā)動機的排氣流的方法包括以下步驟通過過濾器凈化排氣流，在過濾器超載的情況下，使排氣流轉(zhuǎn)向流過第二過濾器。同樣在此應(yīng)用與上述相同的優(yōu)點和修改。由于排氣流的轉(zhuǎn)向，可降低由于排氣反壓力增加而引起的發(fā)動機損傷或退化的可能性?？赏ㄟ^增大的排氣反壓力而探測微粒過濾器超載或者第一和/或第二微粒過濾器內(nèi)的微粒物質(zhì)的積聚。可通過一個或更多個傳感器進行所述探測。另一方面，也可使用用于轉(zhuǎn)向排氣流的裝置暗中探測超載，例如通過轉(zhuǎn)換或激活一個或更多個轉(zhuǎn)向裝置的裝置。在超載或達到第二過濾器的閾值碳煙存儲容量的情況下，其過濾效率可能下降， 并且排氣反壓力可保持在正常水平。這具有以下優(yōu)點，即排氣反壓力不通過第二過濾器再次增大。當(dāng)排氣流穿過第二過濾器時，可以再生第一微粒過濾器和/或可以開始過濾器交換。因而，可以在第二過濾器的運行時間期間恢復(fù)(第一)過濾器的狀態(tài)。當(dāng)已再生和/ 或交換了第一過濾器時，能夠引導(dǎo)排氣流再次通過第一過濾器。以此方式，第一微粒過濾器被返回到正常運行模式。這之后可接著第二過濾器的再生。因而，圖I中的系統(tǒng)提供了一種機動車輛的排氣系統(tǒng)，其包括第一微粒過濾器； 第二微粒過濾器；以及排氣路線系統(tǒng)，該排氣路線系統(tǒng)包括經(jīng)過第一微粒過濾器的第一排氣通道以及經(jīng)過第二微粒過濾器的第二排氣通道，被偏置在閉合位置并且位于第一和第二微粒過濾器上游的進氣閥。所述排氣系統(tǒng)包括以下情況，當(dāng)存儲在第一微粒過濾器中的微粒小于閾值水平時，排氣基本僅被引導(dǎo)至第一微粒過濾器，而當(dāng)存儲在第一微粒過濾器中的微粒大于閾值水平時，排氣路線系統(tǒng)將排氣供給至第二微粒過濾器。所述排氣系統(tǒng)還包括第二微粒過濾器圍繞第一微粒過濾器的情況。在一些示例中，排氣系統(tǒng)進一步包括將進氣閥偏置在閉合位置的預(yù)載彈簧。排氣施加的壓力可克服彈簧的力，從而開啟進氣閥。排氣系統(tǒng)進一步包括排氣閥，其位于第二微粒過濾器和第一微粒過濾器的下游。排氣系統(tǒng)進一步包括將排氣閥偏置在閉合位置的預(yù)載彈簧。排氣系統(tǒng)進一步包括位于第一微粒過濾器上游的壓力傳感器。壓力傳感器可作為確定何時開啟進氣閥的基礎(chǔ)。此外，壓力傳感器可作為確定何時閉合進氣閥的基礎(chǔ)。排氣系統(tǒng)進一步包括位于第二微粒過濾器下游的壓力傳感器。排氣系統(tǒng)進一步包括進氣閥位置傳感器、排氣閥位置傳感器以及位于第二微粒過濾器上游的溫度傳感器?，F(xiàn)在參考圖2，其示出了用于內(nèi)燃發(fā)動機，例如用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的排氣系統(tǒng)或排氣后處理系統(tǒng)70。內(nèi)燃發(fā)動機產(chǎn)生的排氣流203在排氣口或排氣管道方向上流經(jīng)排氣管路202。在排氣管路202中布置有微粒過濾器204，其也可以是排氣管路202或排氣系統(tǒng)70的組成部分。為了降低排放，微粒過濾器204用于將微粒從排氣流203中濾出。排氣流203在微粒過濾器204中沿排氣路徑203行進，所述排氣路徑具有與排氣流203相同的參考標(biāo)記。為了過濾，微粒過濾器204包括過濾器205，其在此被設(shè)計為壁面流動過濾器。布置在過濾器205上游的是微粒過濾器204的進氣區(qū)206，該進氣區(qū)使排氣管路202的橫截面變寬為過濾器205的更大的橫截面。布置在過濾器205下游的是排氣區(qū)207，其將橫截面再次縮小至排氣管路202的橫截面。過濾器205和微粒過濾器204被整體設(shè)計為關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸 208旋轉(zhuǎn)對稱。過濾器205的內(nèi)部區(qū)域，尤其是流管(flow duct)和/或壁，不需要旋轉(zhuǎn)對稱。過濾器205被第二過濾器209圍繞，所述第二過濾器209類似于(第一)過濾器 205，所述第二過濾器209包括過濾器元件210，例如管線、壁和/或適當(dāng)?shù)牟牧?。第二過濾器209與過濾器205結(jié)構(gòu)分離，也就是說，兩個過濾器205和209之間不存在排氣流203的連通。在一個示例中，第二過濾器鄰近第一過濾器并且形成繞第一過濾器的環(huán)面。第二過濾器可具有比第一過濾器更長的長度，從而解決與流經(jīng)第一過濾器的卵形或圓形橫截面相比流經(jīng)第二過濾器的環(huán)面的變化。另外，第二過濾器的單元尺寸、形狀和/或間隔都可與第一過濾器不同。在一個示例中，第二過濾器的單元面積可比第一過濾器的單元面積更大。另外，單罐可形成繞第一和第二過濾器的殼體，因此可以僅為排氣流提供經(jīng)由所述罐的單個進氣口和排氣口。在進氣區(qū)206中布置有一個或更多個進氣閥211，該進氣閥連接進氣區(qū)206，并且因此將排氣管路202連接到第二過濾器209。進氣閥211可分布在第二過濾器209的內(nèi)圓周上。在排氣區(qū)207中布置有一個或更多個排氣閥212，該排氣閥將第二過濾器209連接到排氣區(qū)207，并且因此連接到排氣管路202?？膳c進氣閥211類似地設(shè)計和/或布置排氣閥 212。此外，排氣流可處于幫助開啟閥以進入和離開第二過濾器的方向上。為了探測第二過濾器209中的溫度，在第二過濾器209中布置了溫度傳感器213。 也可在第二過濾器209的區(qū)域中布置溫度傳感器213，例如在第二過濾器209的外壁上或在排氣閥212上布置溫度傳感器213。同樣在第二過濾器209中布置的是壓力傳感器214，基于增大的壓力，能夠通過該壓力傳感器214探測第二過濾器209的負載。壓力傳感器214 也不需要被直接布置在第二過濾器209中，而是例如可布置在進氣閥211中。一個或更多個傳感器215，通過示例的方式示出了兩個傳感器探測進氣閥211和/ 或排氣閥212的位置。取決于進氣閥211和排氣閥212的數(shù)目，可提供多個傳感器215。一個或更多個傳感器215也可以僅探測一個或更多個進氣閥211的位置，或者僅探測一個或更多個排氣閥212的位置。示出了微粒過濾器204具有傳感器213、214和215，但是微粒過濾器204也可不證自明地形成為完全不具有傳感器，或者可僅裝備有所述傳感器中的一些傳感器。以下將基于圖2和圖3描述微粒過濾器204的運行。當(dāng)過濾器205功能完備時，也就是說，沒有退化，或者微粒超載，或者存儲在第一微粒過濾器204中的微粒物質(zhì)小于閾值量的情況下，微粒過濾器204處于正常模式(例如，圖2)。在所述正常模式中，微粒過濾器 204產(chǎn)生的排氣反壓力處于正常范圍，其不使發(fā)動機或排氣系統(tǒng)退化，或者不引起發(fā)動機功率的閾值降低。為了被凈化，穿過排氣管路202的排氣流203流經(jīng)過濾器205。因此，在正常運行期間，排氣路徑203流經(jīng)過濾器205。在內(nèi)燃發(fā)動機正在運行期間，在過濾器205中積聚不斷增加的微粒數(shù)目，使得過濾器205的微粒負載不斷增加，其結(jié)果是過濾器205的流動阻力增大。因此，排氣反壓力增大，直到其達到某個值，在該值處，內(nèi)燃發(fā)動機的性能下降超過閾值量，或者存在內(nèi)燃發(fā)動機或排氣系統(tǒng)退化的風(fēng)險?，F(xiàn)在，微粒過濾器204轉(zhuǎn)換為圖202所示的第二模式，其中排氣路徑203，也就是說，排氣流203的路徑通過第二過濾器209。改變運行模式的觸發(fā)器或刺激物可為過濾器205的排氣反壓力，并且因此為微粒過濾器204的排氣反壓力?？赏ㄟ^例如進氣區(qū)206中或排氣管路202中的壓力傳感器240 來確定排氣反壓力。如果排氣反壓力超過可預(yù)定義和/或可變的特定閾值，則進氣閥211 開啟，以便排氣路徑穿過第二過濾器209。進氣閥211可經(jīng)由致動器250外部激活，例如通過馬達或機械系統(tǒng)外部激活，或者通過機構(gòu)或致動器250內(nèi)部開啟和閉合，例如通過布置在閥上或閥中的彈簧而開啟或閉合。在具有彈簧的示例中，可省略用于排氣反壓力的傳感器，因為在高于由彈簧力設(shè)定的排氣反壓力時，閥自動開啟。然后，排氣流203被第二過濾器209過濾。類似于進氣閥211，在增大的壓力下，排氣閥212開啟。如果第二過濾器209中的壓力超過排氣區(qū)207中的壓力，則彈簧預(yù)載的排氣閥212開啟，以便排氣流203循環(huán)穿過過濾器205。此處，不排除小部分排氣流203繼續(xù)通過過濾器205循環(huán)。在排氣流203穿過第二過濾器209時，為了恢復(fù)第一過濾器205的性能，可以執(zhí)行第一過濾器205的再生。此處，第二過濾器209被構(gòu)造為使得在第二過濾器209超載的情況下，其過濾效率降低，而排氣反壓力保持在正常水平。換句話說，這意味著，即使在第二過濾器209相對長時間運行的情況下，排氣反壓力也不增大至降低內(nèi)燃發(fā)動機的性能或損傷內(nèi)燃發(fā)動機的程度。此外，可使用壓力傳感器214以探測第二過濾器209的負載。在第二過濾器209 超載或接近超載的情況下，可開始第二過濾器209的主動再生。此外，可指示超載模式，并且可開始再生或過濾器交換。開始何種措施可取決于進氣閥211和/或排氣閥212所需的開啟壓力。過濾器負載的水平可源于此。類似地，通過探測進氣閥211和/或排氣閥212的位置的傳感器215，可探測第二模式的激活，并且開始相應(yīng)的反應(yīng)。也可通過溫度傳感器213探測第二模式。為了該目的， 將溫度傳感器213的溫度信號，例如信號的動態(tài)曲線與排氣后處理系統(tǒng)70的進氣口處的排氣溫度相比較。當(dāng)已再生和/或交換了過濾器205時，其中取決于微粒過濾器204的設(shè)計，交換過濾器205或完整的微粒過濾器204，排氣流再次流經(jīng)過濾器205。由于當(dāng)過濾器205處于正確狀態(tài)時，排氣反壓力再次處于正常水平，所以用于第二過濾器209的進氣閥211閉合。傳感器和狀態(tài)信號相應(yīng)地再次表示微粒過濾器204的正常運行。傳感器被連接至一個或更多個控制單元，所述控制單元被專門分配給微粒過濾器204或者包含關(guān)于微粒過濾器204的狀態(tài)的信息，所述控制單元例如為用于排氣后處理和/或發(fā)動機管理的控制單元?，F(xiàn)在參考圖4，其中示出了用于操作排氣系統(tǒng)的方法，所述排氣系統(tǒng)能夠?qū)l(fā)動機排氣引導(dǎo)至第一和第二微粒過濾器的排氣系統(tǒng)?？蓪D4中的方法作為可執(zhí)行指令存儲在非易失性媒體中，例如存儲在圖I所示的系統(tǒng)中的存儲器中。當(dāng)發(fā)動機燃燒空氣-燃料混合物時，可執(zhí)行方法400。在步驟402，方法400確定工況。工況可包括但不限于微粒過濾器上游的壓力、 微粒過濾器下游的壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載以及微粒過濾器的溫度。在確定工況后， 方法400進行到步驟404。在步驟404，方法400引導(dǎo)基本所有的發(fā)動機排氣到達第一微粒過濾器。在一個示例中，第一微粒過濾器為圖2和圖3中所示的設(shè)計。因而，第一微粒過濾器是接收來自發(fā)動機的排氣的唯一微粒過濾器。方法400從步驟404進行到步驟406。在步驟406，方法400確定存儲在第一微粒過濾器內(nèi)的微粒物質(zhì)的量。在一個示例中，微粒物質(zhì)的量基于觀察到的微粒過濾器上游的壓力。特別地，在存儲器中的表格里存儲經(jīng)驗確定的碳煙存儲量，其通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載或發(fā)動機空氣流以及上游的排氣壓力作為索引。所述表格輸出微粒過濾器中存儲的碳煙量，或者可替換地，輸出微粒過濾器的已使用的碳煙存儲容量的百分比。在確定存儲在微粒過濾器中的碳煙量后，方法400進行到步驟408。在步驟408，方法400判斷存儲在微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的量是否超過閾值量。在一個示例中，將來自步驟406的碳煙量與預(yù)定的碳煙量相比較。如果存儲在微粒過濾器中的碳煙量超過閾值量，則方法400進行到步驟410。否則，方法400執(zhí)行退出。在步驟410，方法400引導(dǎo)排氣到達第二微粒過濾器?？赏ㄟ^改變閥的位置引導(dǎo)排氣。在一個示例中，通過克服彈簧力而調(diào)整閥的位置。在其他示例中，可通過螺線管或馬達開啟閥。在將排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器后，方法400進入步驟412。在步驟412，可開始第一微粒過濾器的再生?？商鎿Q地，可向車輛的操作者提供應(yīng)更換第一微粒過濾器的指示。可通過提高第一過濾器的溫度再生第一微粒過濾器。在一個示例中，可通過提高排氣的溫度而提高第一微粒過濾器的溫度?？赏ㄟ^節(jié)流發(fā)動機并且延遲燃料噴射正時而提高排氣溫度?？商鎿Q地，如果發(fā)動機為火花點火發(fā)動機，則可延遲火花正時，從而提高排氣溫度。此外，可如步驟406所述地確定存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的量。在一些示例中，將排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器的閥可被周期性地閉合，以便當(dāng)確定存儲在第一微粒過濾器中的碳煙量時，基本沒有發(fā)動機排氣被引導(dǎo)至第二微粒過濾器。 另外，當(dāng)?shù)谝换虻诙⒘＿^濾器的溫度超過閾值溫度時，可將進氣閥周期性閉合。在提供再生或通知后，方法400進行到步驟414。在步驟414，方法400判斷存儲在第一微粒過濾器中的微粒物質(zhì)是否小于閾值量。 將在步驟412確定的碳煙量與碳煙閾值量比較。如果在步驟412確定的碳煙量小于碳煙閾值量，則方法400執(zhí)行退出。反之，方法400返回步驟410。因而，圖4的方法提供了一種排氣凈化方法，其包括當(dāng)存儲在第一微粒過濾器 (PF)中的碳煙量小于閾值時，基本僅將來自發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第一 PF ;而當(dāng)存儲在第一 PF中的碳煙量大于閾值時，將來自發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第二 PF，第二 PF鄰近并且圍繞第一 PF。通過該方式，即使在存儲在一個微粒過濾器中的碳煙量超過閾值量之后，也可過濾排氣。本方法進一步包括燃燒發(fā)動機中的空氣-燃料混合物，從而產(chǎn)生排氣，并且其中通過增大的排氣反壓力確定存儲在第一微粒過濾器中的碳煙量。本方法包括在存儲在第一微粒過濾器中的碳煙量大于閾值量的條件期間，第一微粒過濾器的過濾效率從額定過濾效率下降，并且排氣反壓力保持在閾值水平以下。本方法進一步包括當(dāng)排氣被引導(dǎo)至第二微粒過濾器時，再生第一微粒過濾器，并且本方法進一步包括在再生第一微粒過濾器期間， 開啟和閉合調(diào)節(jié)流向第二微粒過濾器的氣流的進氣閥。本方法進一步包括在再生第一微粒過濾器之后，引導(dǎo)發(fā)動機排氣僅通過第一微粒過濾器。在另一示例中，圖4的方法提供了發(fā)動機排氣的凈化，所述方法包括燃燒發(fā)動機中的空氣-燃料混合物；當(dāng)?shù)谝晃⒘＿^濾器上游的壓力小于閾值量時，僅將來自發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第一微粒過濾器；并且當(dāng)?shù)谝晃⒘＿^濾器上游的排氣壓力克服彈簧力時，將來自發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器，其中第二微粒過濾器圍繞第一微粒過濾器的一部分。本方法還包括引導(dǎo)排氣通過進氣閥和排氣閥。本方法進一步包括當(dāng)將排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器時，再生第一微粒過濾器。本領(lǐng)域一個普通技術(shù)人員將意識到，圖4中描述的過程可代表任意數(shù)量的處理策略中的一種或更多種，例如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程的處理策略等等。同樣地， 說明的許多步驟或功能可通過說明的順序執(zhí)行，并行執(zhí)行，或者可在一些情況下省略。同樣地，處理的順序不是實現(xiàn)在此描述的目的、特征以及優(yōu)點所必需的，而是為了易于說明和描述而提供。雖然未明確示出，但是本領(lǐng)域一個普通技術(shù)人員應(yīng)明白，取決于使用的特定策略，可重復(fù)執(zhí)行一個或更多個說明的步驟或功能。這是說明書作出的結(jié)論。通過閱讀本說明書，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到許多不偏離本發(fā)明的精神和范圍的替換和修改。例如，以天然氣、汽油、柴油或可替換燃料配置運行的L3、L4、L5、V6、V8、VlO和V12發(fā)動機能夠使用本發(fā)明獲益。
權(quán)利要求
1.一種機動車輛的排氣系統(tǒng),其包括第一微粒過濾器；第二微粒過濾器；以及排氣路線系統(tǒng)，其包括通過所述第一微粒過濾器的第一排氣通道，以及通過所述第二微粒過濾器的第二排氣通道，被偏置在閉合位置并且位于所述第一微粒過濾器和所述第二微粒過濾器上游的進氣閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其中當(dāng)存儲在所述第一微粒過濾器中的微粒小于閾值水平時，排氣僅被引導(dǎo)至所述第一微粒過濾器，而當(dāng)存儲在所述第一微粒過濾器中的微粒大于閾值水平時，所述排氣路線系統(tǒng)將排氣供給至所述第二微粒過濾器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其中所述第二微粒過濾器圍繞所述第一微粒過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括將所述進氣閥偏置在閉合位置的預(yù)載彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括置于所述第二微粒過濾器和所述第一微粒過濾器下游的排氣閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括將所述排氣閥偏置在閉合位置的預(yù)載彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括被定位在所述第一微粒過濾器上游的壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括被定位在所述第二微粒過濾器下游的壓力傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣系統(tǒng)，其進一步包括進氣閥位置傳感器、排氣閥位置傳感器、以及位于所述第二微粒過濾器上游的溫度傳感器。
10.一種排氣凈化方法，其包括當(dāng)在所述第一微粒過濾器中存儲的碳煙量小于閾值時，將來自發(fā)動機的排氣僅引導(dǎo)至第一微粒過濾器；以及當(dāng)在所述第一微粒過濾器中存儲的碳煙量大于閾值時，將來自所述發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器，所述第二微粒過濾器鄰近并且圍繞所述第一微粒過濾器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進一步包括在發(fā)動機中燃燒空氣-燃料混合物，從而產(chǎn)生所述排氣，并且其中通過增大的排氣反壓力確定存儲在所述第一微粒過濾器中的碳煙量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在存儲在所述第一微粒過濾器中的碳煙量大于閾值量的條件期間，所述第一微粒過濾器的過濾效率從額定過濾效率下降，并且排氣反壓力保持在閾值水平以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進一步包括當(dāng)將排氣流引導(dǎo)至所述第二微粒過濾器時，再生所述第一微粒過濾器，并且進一步包括在再生所述第一微粒過濾器期間，開啟和閉合調(diào)節(jié)流向所述第二微粒過濾器的氣流的進氣閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括在再生所述第一微粒過濾器之后，將發(fā)動機排氣僅弓I導(dǎo)通過所述第一微粒過濾器。
15.—種凈化發(fā)動機排氣的方法，其包括燃燒發(fā)動機中的空氣-燃料混合物；當(dāng)?shù)谝晃⒘＿^濾器上游的壓力小于閾值量時，將來自所述發(fā)動機的排氣僅引導(dǎo)至所述第一微粒過濾器；以及當(dāng)所述第一微粒過濾器上游的排氣壓力克服彈簧力時，將來自所述發(fā)動機的排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器，其中所述第二微粒過濾器圍繞所述第一微粒過濾器的一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中通過進氣閥和排氣閥引導(dǎo)排氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包括當(dāng)將排氣引導(dǎo)至所述第二微粒過濾器時，再生所述第一微粒過濾器。
全文摘要
描述了用于凈化排氣流的微粒過濾器和方法。在一個示例中，僅將排氣引導(dǎo)至第一微粒過濾器，直到預(yù)定條件。然后，將排氣引導(dǎo)至第二微粒過濾器。一個微粒過濾器可圍繞兩個微粒過濾器中的另一個。即使當(dāng)一個微粒過濾器變?yōu)橹辽俨糠重撦d時，微粒過濾器也可提供經(jīng)過濾的排氣。
文檔編號F01N3/031GK102606258SQ201210017658
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者Y·M·S·雅克布 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司