專利名稱：用于排氣凈化的微粒過濾器和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于排氣凈化的微粒過濾器和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
微粒過濾器可以包括在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中，以保存燃料燃燒期間產(chǎn)生的微粒。在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流過微粒過濾器時(shí)，諸如煙塵的微粒聚集在該過濾器中，因而減少不希望的排氣排放。由于這種過濾器隨著時(shí)間因排氣微粒變得超負(fù)荷，所以它們必須周期性地被恢復(fù)?！の⒘＿^濾器恢復(fù)可以包括加熱該過濾器到這樣的程度使得裝載的微粒可以“燒掉”或燃燒。除了減少微粒負(fù)荷以便可以保存另外的微粒之外，微粒過濾器恢復(fù)有助于確保排氣反壓(即，通過微粒過濾器施加在排氣流上的壓力，這種壓力不利地影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能)的受控水平。但是，單獨(dú)的恢復(fù)不解決與微粒過濾器的超負(fù)荷有關(guān)的所有問題。例如，在高煙塵負(fù)荷的情況下，在自發(fā)的煙塵燃燒期間產(chǎn)生的放熱的熱量可以損壞排氣系統(tǒng)的部件，并且與過濾器恢復(fù)有關(guān)的熱量可以引起更多的煙塵燃燒，并且因此進(jìn)一步損壞排氣系統(tǒng)。而且，恢復(fù)過程的熱量在一些條件下是危險(xiǎn)的。例如，如果在微粒過濾器恢復(fù)期間車輛發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉并且車輛停在尾管附近有高草或其他障礙物的區(qū)域，恢復(fù)產(chǎn)生的熱和尾管附近的可燃物質(zhì)的結(jié)合可以導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。用于解決與微粒過濾器的超負(fù)荷有關(guān)的問題的各種方法是已知的。在一種示例方法中，DE 102 06 805 Al描述一種用于凈化排氣的煙塵過濾器，該過濾器具有用于降低排氣反壓的預(yù)定破裂點(diǎn)。該預(yù)定破裂點(diǎn)可以設(shè)置在該過濾器的過濾器主體中和/或該過濾器的旁通管路中。但是，本文的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到為了降低排氣反壓，這種方法犧牲過濾器的功能性。因此，除了其他的缺點(diǎn)之外，破裂點(diǎn)方法可能導(dǎo)致不希望的排氣排放。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，發(fā)明人在此已經(jīng)確定一種解決微粒過濾器超負(fù)荷的問題而不犧牲過濾器保存排氣微粒的能力的微粒過濾器和相關(guān)的方法。而且，發(fā)明人在此已經(jīng)確定一種用于在微粒過濾器恢復(fù)期間減輕與發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉關(guān)聯(lián)的損壞的示例方法。在一個(gè)例子中，一種用于車輛排氣系統(tǒng)的微粒過濾器包括初級(jí)過濾器(或初濾器)、精濾器(或次級(jí)過濾器)和設(shè)置在該初級(jí)過濾器上游的淬火劑噴射噴嘴。排氣通路在正常模式中延伸通過初級(jí)過濾器，在故障安全模式中通過精濾器。在故障安全模式中，淬火劑噴射噴嘴向初級(jí)過濾器輸送淬火劑。通過在故障安全模式中向初級(jí)過濾器輸送淬火劑，在堆積的煙塵微粒的突然燃燒期間產(chǎn)生的放熱的熱量可以借助于淬火劑來限制，因而減少對(duì)排氣系統(tǒng)的損壞。而且，由于當(dāng)初級(jí)過濾器超負(fù)荷時(shí)排氣通路延伸通過精濾器，所以即使在初級(jí)過濾器超負(fù)荷期間排氣也繼續(xù)被過濾。以這種方式，盡管初級(jí)過濾器超負(fù)荷，也仍然可以遵守排放規(guī)定并且可以防止對(duì)排氣系統(tǒng)的損壞。應(yīng)當(dāng)理解，提供上面的概述是為了以簡(jiǎn)單的形式引進(jìn)選擇的概念，這些概念在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述。這并不意味著識(shí)別所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵的或必要的特征，所要求保護(hù)主題的范圍由權(quán)利要求唯一地限定。而且，所要求保護(hù)的主題不限于解決上面指出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施或本公開的任何部分中的實(shí)施。


圖I是在正常模式中運(yùn)行的示例微粒過濾器的剖視圖；圖2是在故障安全模式中運(yùn)行的圖I的微粒過濾器的剖視圖；圖3是在混合模式中運(yùn)行的圖I和圖2的微粒過濾器的剖視圖； 圖4是用于運(yùn)行圖1-3的微粒過濾器的示例方法；以及圖5是在恢復(fù)期間運(yùn)行圖1-3的微粒過濾器的示例方法。
具體實(shí)施例方式下面的描述涉及用于凈化發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的微粒過濾器和相關(guān)方法。圖I示出連接于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)14的排氣系統(tǒng)或排氣后處理系統(tǒng)1，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以是機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)。在一些例子中，發(fā)動(dòng)機(jī)14是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣沿著出口或排氣尾管的方向在排氣流或排氣通路3中流過排氣管道2。微粒過濾器4設(shè)置在排氣管道2中，微粒過濾器4也可以是排氣管道2或排氣系統(tǒng)I的構(gòu)成部分。微粒過濾器4過濾出排氣流3的微粒以便減少排放物。排氣流3沿著一個(gè)或更多個(gè)排氣通路3a和3b在微粒過濾器4中流動(dòng)。微粒過濾器4可以具有與管形排氣系統(tǒng)充分一致的圓柱形形狀。微粒過濾器4包括初級(jí)過濾器5和精濾器9。初級(jí)過濾器和精濾器每個(gè)可以被設(shè)計(jì)成壁流過濾器或貫流過濾器。這些類型的過濾器用于微粒過濾器是非常合適的。在圖1-3描述的例子中，初級(jí)過濾器被形成為壁流過濾器，而精濾器被形成為貫流過濾器。根據(jù)這個(gè)例子，由于其設(shè)計(jì)作為壁流過濾器，初級(jí)過濾器必須周期性地被恢復(fù)。在初級(jí)過濾器的恢復(fù)期間，二級(jí)貫流過濾器可以用于排氣凈化。應(yīng)當(dāng)明白，過濾器5和9可以是任何合適的過濾器類型而不脫離本公開的范圍。初級(jí)過濾器5的進(jìn)口區(qū)6設(shè)置在初級(jí)過濾器5的上游。進(jìn)口區(qū)6使排氣管道2的截面變寬到初級(jí)過濾器5的較大截面。出口區(qū)7設(shè)置在初級(jí)過濾器5的下游，出口區(qū)7使初級(jí)過濾器5的截面變窄到排氣管道2的較小截面。過濾器5和微粒過濾器4整體上是關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線8旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。過濾器5的內(nèi)部區(qū)域，具體說流動(dòng)導(dǎo)管和/或壁不必是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。如圖I所示，初級(jí)過濾器5被精濾器9圍繞，從流動(dòng)的觀點(diǎn)看，這是一種好的設(shè)置，而且節(jié)省空間并且與形成的安裝尺寸兼容。和初級(jí)過濾器5 —樣，精濾器9包含過濾元件，例如導(dǎo)管、壁和/或合適的材料。精濾器9與初級(jí)過濾器5在結(jié)構(gòu)上是分開的，因?yàn)榕艢饬?在過濾器5和9之間不連通。進(jìn)口區(qū)10設(shè)置在精濾器9的上游。因此，排氣管道2分支成兩個(gè)過濾器5和9的進(jìn)口區(qū)6和10。初級(jí)過濾器5的進(jìn)口區(qū)6設(shè)置在精濾器9的進(jìn)口區(qū)10的下游。應(yīng)當(dāng)明白，詞語“進(jìn)口區(qū)”包含排氣管道2和實(shí)際過濾器上游的鄰接的預(yù)燃室之間的進(jìn)口開口和預(yù)燃室兩者，或兩者的組合。用于使排氣通路改道的閥可以設(shè)置在初級(jí)過濾器5的上游。借助所述閥，排氣流可以在兩個(gè)過濾器之間分開。排氣流或者在正常模式中通過初級(jí)過濾器，或者在故障安全模式中通過精濾器。排氣流流過兩個(gè)過濾器的混合模式也是可能的。閥允許精確地控制排氣流。例如，如圖I所示，微粒過濾器4包括設(shè)置在進(jìn)口區(qū)6中的閥11。閥11將進(jìn)口區(qū)6并且因此將排氣管道2連接于初級(jí)過濾器5。閥11也可以叫做進(jìn)口閥。圖I示出在打開狀態(tài)的閥11。下面將結(jié)合其他附圖進(jìn)一步描述閥11的功能。設(shè)置閥11以便直接控制進(jìn)入初級(jí)過濾器5的排氣流3，因?yàn)殚y11能夠減小或增大通向初級(jí)過濾器5的截面的尺寸。同樣，進(jìn)入精濾器9的排氣流在某種意義上由閥11間接控制當(dāng)閥11關(guān)閉時(shí)，在進(jìn)口區(qū)6的上游形成背壓，因此排氣流3 (整個(gè)或部分)流過精濾 器9的進(jìn)口區(qū)10。閥11的打開程度可以根據(jù)初級(jí)過濾器的狀態(tài)控制，例如初級(jí)過濾器的負(fù)荷水平?？商娲?，例如，閥11的打開程度可以根據(jù)排氣狀態(tài)或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制。除了閥11之外，用于使排氣流改道的閥(未示出)可以設(shè)置在精濾器9的進(jìn)口區(qū)10中。借助于所述的一個(gè)或更多個(gè)其他的閥，精濾器可以被關(guān)閉，以便因而使排氣流整個(gè)地改道流過初級(jí)過濾器。也可以提供控制進(jìn)口區(qū)6和10兩者，因而控制過濾器5和9兩者的閥或閥裝置。此外，淬火劑噴射噴嘴12設(shè)置在進(jìn)口區(qū)6中用于將淬火劑13 (如圖2-3所示)噴射到初級(jí)過濾器5中或噴射到初級(jí)過濾器5上游的排氣中。淬火劑13可以耗散熱。例如當(dāng)被噴入初級(jí)過濾器5中時(shí)，淬火劑13可以形成針對(duì)流過該過濾器的排氣的熱源并且導(dǎo)致突然冷卻。以這種方式，淬火劑13可以限制由堆積在過濾器中的煙塵微粒的突然燃燒產(chǎn)生的放熱的熱。因此通過噴射淬火劑能夠防止對(duì)過濾器和排氣后處理系統(tǒng)其余部分的損壞，并且可以改進(jìn)排放值。而且，淬火劑13可以調(diào)節(jié)排氣的氧濃度。例如，當(dāng)淬火劑進(jìn)入初級(jí)過濾器中時(shí)，例如，由于過濾器的熱量，淬火劑可以氣化。過濾器中存在氣化的淬火劑可以限制在過濾器的聚集室中的氧氣量，因而有助于提高過濾器的效率并且更好地運(yùn)行排氣后處理系統(tǒng)。除了耗散熱和/或降低排氣的氧濃度之外，淬火劑13或通過淬火劑噴射噴嘴12同樣能夠被引入的其他液體或氣體還能夠改進(jìn)排氣的值和/或進(jìn)一步的排氣后處理。淬火劑13可以包括，例如，加壓氮?dú)?、風(fēng)擋刮水器流體或諸如水的流體。同樣可以用其他氣體或流體，只要它們適合于耗散熱和/或降低排氣的氧濃度。也可以叫做噴射閥的淬火劑噴射噴嘴12具有將氣態(tài)或液態(tài)淬火劑或其他介質(zhì)引進(jìn)到進(jìn)口區(qū)6或初級(jí)過濾器5中的一個(gè)或更多個(gè)開口。介質(zhì)的配量(dosing)和/或混合可以發(fā)生在噴射噴嘴12、輸送管道12a或上游容器或儲(chǔ)存器中。在初級(jí)過濾器的進(jìn)口區(qū)，或靠近過濾器的進(jìn)口表面設(shè)置淬火劑噴射噴嘴(見圖1-3)的結(jié)果是淬火劑能夠以目標(biāo)方式進(jìn)入初級(jí)過濾器中。而且，當(dāng)初級(jí)過濾器的進(jìn)口區(qū)或淬火劑噴射噴嘴設(shè)置在精濾器的進(jìn)口區(qū)的下游時(shí)(如在圖1-3的例子中)，能夠確保沒有淬火劑進(jìn)入精濾器中。閥11和淬火劑噴射噴嘴12兩者可以由包括一個(gè)或更多個(gè)控制單元16的控制系統(tǒng)15控制，控制單元16接收來自多個(gè)傳感器17的信息并將控制信號(hào)發(fā)送到多個(gè)致動(dòng)器18，如圖I所示?？刂茊卧?若干個(gè))16可以接收來自傳感器17的輸入數(shù)據(jù)，處理該輸入數(shù)據(jù)，并且根據(jù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)或更多個(gè)例程的在致動(dòng)器中的編程指令或編碼響應(yīng)已處理的輸入數(shù)據(jù)觸發(fā)致動(dòng)器18。該控制可以基于來自傳感器17的測(cè)量值，其中測(cè)量參數(shù)包括例如，溫度、壓力、排氣成分等。而且，也可以考慮發(fā)動(dòng)機(jī)和/或諸如催化轉(zhuǎn)化器的排氣后處理系統(tǒng)的元件的運(yùn)行模式或狀態(tài)。當(dāng)初級(jí)過濾器5充分起作用時(shí)，例如，不損壞，不由于微粒超負(fù)荷時(shí)，微粒過濾器4處于圖I中所示的正常模式。在正常模式中，閥11完全打開并且淬火劑噴射噴嘴12不起作用。由微粒過濾器4產(chǎn)生的排氣反壓在正常范圍內(nèi)，不損壞發(fā)動(dòng)機(jī)或排氣系統(tǒng)、或不引起功率減少。通過排氣管道2的排氣流3流過初級(jí)過濾器5以便被凈化。因此，在正常模式中，排氣通路3a主要延伸通過初級(jí)過濾器5，并且精濾器9不起作用。但是，沿著排氣通路3b通過精濾器9的小的滲漏流或次級(jí)流是可容許的。如果不希望有滲漏流，另一個(gè)閥(未 示出)可以切斷至精濾器9的進(jìn)入流。要不然，通過精濾器9的滲漏流主要通過由初級(jí)過濾器5和由精濾器9造成的流動(dòng)限制的比例，以及通過主要積累在初級(jí)過濾器5中的煙塵的質(zhì)量來控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)14繼續(xù)運(yùn)行期間，一直增加數(shù)量的微粒聚集在初級(jí)過濾器5中，因此由于初級(jí)過濾器5的流動(dòng)阻力增加，初級(jí)過濾器5的微粒負(fù)荷繼續(xù)增加。結(jié)果，排氣反壓升高，直到它達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)14的性能受損或存在損壞發(fā)動(dòng)機(jī)14或排氣系統(tǒng)I的危險(xiǎn)的值。在這個(gè)階段，微粒過濾器4轉(zhuǎn)換到故障安全模式，如圖2中所示。在故障安全模式中，排氣通路3沿著排氣通路3b延伸通過精濾器9。在故障安全模式中，淬火劑13被投配到初級(jí)過濾器5中。淬火劑13可以是加壓的氮?dú)狻⑺蛄硪灰后w。在一些例子中，將風(fēng)擋刮水器流體改用為淬火劑13是有利的。淬火劑的引進(jìn)可以直接發(fā)生在初級(jí)過濾器5中，或由于淬火劑13與初級(jí)過濾器5上游的排氣混合間接地發(fā)生。為了控制排氣流3的通路，閥11被關(guān)閉，因此排氣只沿著流動(dòng)路徑3b通過精濾器9。淬火劑13首先作為散熱裝置起作用，例如，在噴射水的情況下，冷卻初級(jí)過濾器5和/或流過該初級(jí)過濾器5的排氣。而且，被引進(jìn)的淬火劑的膨脹引起突然的冷卻。由于淬火劑的膨脹引起的冷卻可以有利地限制過濾器中諸如煙塵的微粒的突然燃燒期間產(chǎn)生的放熱的熱量，不然這種熱量會(huì)損壞該過濾器以及排氣系統(tǒng)I和/或發(fā)動(dòng)機(jī)14的其他元件。而且，淬火劑13限制排氣中的氧氣濃度，以及過濾器聚集氧氣的容量。用于將微粒過濾器4的運(yùn)行模式從正常模式改變到故障安全模式的觸發(fā)器可以是初級(jí)過濾器5 (并且因此是微粒過濾器4)的排氣反壓。排氣反壓可以借助于，例如，進(jìn)口區(qū)或排氣管道2中的傳感器17確定。在一些例子中，如果排氣反壓超過可以被預(yù)先定義和/或可以是變量的一定的閾值，則控制單元16發(fā)送信號(hào)給致動(dòng)器18以關(guān)閉閥11，因此排氣通路延伸通過精濾器9。閥11或者可以被外力致動(dòng)，例如由電機(jī)或機(jī)械系統(tǒng)，或者借助于設(shè)置在閥上或閥中的諸如彈簧的機(jī)構(gòu)在內(nèi)部打開和關(guān)閉。在關(guān)閉閥11之后，排氣流3被精濾器9過濾。在被精濾器9過濾之后，排氣進(jìn)入出口區(qū)7并且從這里進(jìn)入排氣管道2。在排氣流3流過精濾器9的同時(shí)，除了將淬火劑13引進(jìn)初級(jí)過濾器5中之外，可能在排氣流3流過精濾器9時(shí)進(jìn)行初級(jí)過濾器5的恢復(fù)，以恢復(fù)初級(jí)過濾器5的性能。該恢復(fù)可以在與引進(jìn)淬火劑的同時(shí)發(fā)生，如果合適，或者可以有時(shí)間偏移地進(jìn)行。淬火劑13也可以用來保持恢復(fù)在某些限度內(nèi)，或快速結(jié)束恢復(fù)。在圖1-3中所示的例子中，精濾器9被構(gòu)造為使得如果精濾器9超負(fù)荷，則其過濾效率下降并且排氣反壓保持在正常水平。換句話說，即使如果相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的精濾器9的運(yùn)行，排氣反壓也不增加到使發(fā)動(dòng)機(jī)14的性能下降或發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的程度。淬火劑噴射噴嘴12和閥11可以同時(shí)或順序地被激活，其中閥11或噴嘴12可以首先被激活。而且，在一些情況下，只有淬火劑噴射噴嘴12可以被激活，而閥11可以保持無效(例如在打開位置)。例如，當(dāng)由初級(jí)過濾器5或其負(fù)荷引起的背壓使得引起排氣流過精濾器9時(shí)，不需要激活閥11。而且，閥11可以用來控制排氣流中的氧氣濃度，以便限制煙塵燃燒速率，例如，以便遵守某些排放規(guī)定。當(dāng)初級(jí)過濾器5已經(jīng)被恢復(fù)和/或更換時(shí)(其中取決于微粒過濾器4的設(shè)計(jì)，初級(jí)過濾器5或整個(gè)微粒過濾器4可以被更換)，排氣流再一次流過初級(jí)過濾器5。由于當(dāng)初級(jí)過濾器5處于合適的狀態(tài)時(shí)排氣反壓再一次處在正常水平，所以閥11被打開以使排氣繼續(xù) 流過初級(jí)過濾器5?？商娲?，在恢復(fù)期間閥11不被激活并且由于初級(jí)過濾器的過量背壓和/或初級(jí)過濾器的超負(fù)荷使排氣流過精濾器的情況下，在初級(jí)過濾器5的恢復(fù)和/或更換之后，返回到反壓的正常水平并且減少微粒負(fù)荷可以使排氣恢復(fù)流過初級(jí)過濾器5。圖3示出混合模式，其中閥11處在完全打開(圖I中所示)和完全關(guān)閉(圖2中所示)之間的中間位置。該混合模式允許高度的靈活性，例如，用于適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)和/或排氣后處理系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)。而且，混合模式允許微粒過濾器4作為整體的精確控制。由于排氣流3分開進(jìn)入通過初級(jí)過濾器5和精濾器9的兩個(gè)流動(dòng)通路3a和3b，因此排氣流過初級(jí)過濾器和精濾器兩者，有可能使諸如壓力、溫度以及排氣成分的參數(shù)受到控制。而且，淬火劑13的引進(jìn)和初級(jí)過濾器5的恢復(fù)可以被流過的排氣量影響，流過的排氣量受閥11影響。例如，引進(jìn)的冷淬火劑13的量或淬火劑13的噴射速率可以基于閥11的打開程度。淬火劑13的噴射速率可以與閥11的打開程度成正比例，以便當(dāng)通過初級(jí)過濾器的排氣量增加時(shí)噴射更多的淬火劑到初級(jí)過濾器中。圖4是可以與圖1-3中所示的示例微粒過濾器4 一起使用的示例方法的流程圖。方法400可以作為可執(zhí)行的指令儲(chǔ)存在圖I中所示的控制單元16的非暫時(shí)存儲(chǔ)器中。方法400可以周期性地執(zhí)行以確保在初級(jí)過濾器超負(fù)荷的情況下的合適的排氣流?？商娲?，方法400可以間斷執(zhí)行，使得初級(jí)過濾器的超負(fù)荷觸發(fā)(trigger)方法400的執(zhí)行。在402，方法400包括判斷初級(jí)過濾器是否超負(fù)荷。作為一個(gè)例子，控制系統(tǒng)15通過感測(cè)初級(jí)過濾器上游的壓力確定排氣反壓的水平可以判斷初級(jí)過濾器是否超負(fù)荷，其中反壓越高表示初級(jí)過濾器的負(fù)荷越大。在這種情況下，傳感器17可以設(shè)置在初級(jí)過濾器5的進(jìn)口區(qū)6中?？商娲兀?fù)荷可以通過感測(cè)諸如通過精濾器的滲漏排氣流的速率的其他參數(shù)值，或以不同的方式來確定。如果初級(jí)過濾器不超負(fù)荷，方法400就繼續(xù)到402。在402，方法400包括打開閥，以使排氣流過初級(jí)過濾器。在402提到的閥可以是圖1-3的閥11。在一個(gè)例子中，與主動(dòng)地打開該閥相反，在404閥11的打開狀態(tài)可以是被動(dòng)地保持的。在另一個(gè)例子中，在閥11被關(guān)閉期間，在初級(jí)過濾器的恢復(fù)之后方法400可以直接進(jìn)行，并且因此閥11可以在404主動(dòng)地打開。為了打開閥11，控制單元16在確定初級(jí)過濾器不超負(fù)荷之后，可以發(fā)送信號(hào)給與閥11關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器18。應(yīng)當(dāng)明白，在故障安全模式中，打開閥11可以包括完全打開該閥，而在混合模式中，打開閥11可以包括僅僅部分地打開閥。在402之后，方法400結(jié)束。但是，如果初級(jí)過濾器超負(fù)荷，方法400就從402繼續(xù)到406。在406，方法400包括關(guān)閉閥以使排氣流過精濾器。為了關(guān)閉閥11，在確定初級(jí)過濾器超負(fù)荷之后，控制單元16可以發(fā)送信號(hào)給和閥11關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器18。應(yīng)當(dāng)明白，在故障安全模式中，關(guān)閉閥11可以包括完全關(guān)閉閥11，而在混合模式中，關(guān)閉閥11可以包括僅僅部分地關(guān)閉閥。以這種方式，如果初級(jí)過濾器超負(fù)荷，則排氣流只能流過精濾器，或者通過精濾器并且在一定程度上通過初級(jí)過濾器。使通過精濾器至少一些排氣流改道可以有利地減少排氣反壓，因而降低過濾器的故障狀態(tài)的影響的嚴(yán)重性。在406之后，方法400進(jìn)行到408。在408，方法400包括將淬火劑噴射到初級(jí)過濾器中。例如，如關(guān)于圖1-3描述的，淬火劑噴射噴嘴可以設(shè)置在初級(jí)過濾器的進(jìn)口區(qū)中，并且噴嘴可以投配諸如水或氮?dú)獾拇慊饎┑竭M(jìn)口區(qū)中。在故障安全和混合模式期間，淬火劑噴射可以是為降低與初級(jí)過濾器的超負(fù)荷關(guān)聯(lián)的排氣反壓，并且減少由于在超負(fù)荷的過濾器中自發(fā)的煙塵燃燒產(chǎn)生的放熱的熱造成對(duì)排氣系統(tǒng)的損壞而采取的唯一措施。可替代 地，除了初級(jí)過濾器的恢復(fù)之外可以進(jìn)行淬火劑噴射，或與初級(jí)過濾器的恢復(fù)一起可以進(jìn)行淬火劑噴射。這種操作關(guān)于圖5進(jìn)一步描述。在408之后，方法400結(jié)束。圖5是可以與圖1-3中所描述的示例微粒過濾器4 一起使用的示例方法500的流程圖。而且,方法500可以與方法400 —起使用。例如，另一種方法可以從方法400的404進(jìn)行到方法500的504。方法500可以作為可執(zhí)行的指令存儲(chǔ)在圖I中所示的控制單元16的非臨時(shí)存儲(chǔ)器中。類似于方法400在404，在502，方法500包括使排氣流過初級(jí)過濾器。例如，在502，微粒過濾器4可以在正常模式中運(yùn)行，并且閥11可以完全打開，因此至少大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)入初級(jí)過濾器5中。如上所述，在閥11完全打開時(shí)很少的滲漏流可以進(jìn)入精濾器9?？商娲?，另外的一個(gè)閥或多個(gè)閥可以設(shè)置在精濾器9的上游并且被控制以防止?jié)B漏流。在502之后，方法500繼續(xù)到504，以判斷是否需要初級(jí)過濾器恢復(fù)。例如，如果初級(jí)過濾器不超負(fù)荷，或如果排氣反壓處在可容許的水平，那么可能不需要初級(jí)過濾器恢復(fù)。應(yīng)當(dāng)明白，在其他條件下可以不需要初級(jí)過濾器恢復(fù)，而不脫離本公開的范圍。如果不需要初級(jí)過濾器恢復(fù)，則方法500返回到502，使排氣繼續(xù)流過初級(jí)過濾器。但是如果需要初級(jí)過濾器恢復(fù)，則方法500從504進(jìn)行到506。在506，方法500包括在恢復(fù)初級(jí)過濾器的同時(shí)使至少一些排氣流過精濾器。例如，506可以對(duì)應(yīng)方法400的406，其中諸如閥11的閥可以被關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)排氣流過精濾器。雖然閥11可以被完全關(guān)閉使得沒有排氣可以進(jìn)入初級(jí)過濾器，例如在故障安全模式中，但是在其他的例子中閥11可以僅僅被部分地關(guān)閉，并且一些排氣繼續(xù)流過初級(jí)過濾器。在恢復(fù)期間繼續(xù)使一些排氣流過初級(jí)過濾器是有利的。例如，通過過濾器的排氣流有助于分發(fā)被噴射的淬火劑，并且因而除了其他好處之外改善過濾器中的熱耗散。另一方面，確保在某些條件下在恢復(fù)期間沒有排氣流過初級(jí)過濾器是有利的。在506之后，方法500進(jìn)行到508，在508，方法500包括根據(jù)排氣壓力、排氣溫度、排氣成分和在初級(jí)過濾器和精濾器之間分配排氣流的閥的打開程度中的一個(gè)或更多個(gè)，將淬火劑噴射到初級(jí)過濾器中。在一個(gè)例子中，控制單元16可以根據(jù)來自一個(gè)或多個(gè)傳感器17(例如排氣傳感器)的信息確定合適的淬火劑噴射速率。當(dāng)排氣溫度高時(shí)希望以較高速率噴射淬火劑?？商娲鼗蚋郊拥兀慊饎﹪娚渌俾士梢曰谥T如閥11的閥的打開程度。例如，在混合模式中，使淬火劑噴射速率適合恢復(fù)期間流過初級(jí)過濾器的排氣的量是有利的，以更加精確地控制恢復(fù)。在508之后，方法500進(jìn)行到510。在510，方法500包括判斷在恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉是否開始。例如，由于初級(jí)過濾器的故障狀態(tài)，控制系統(tǒng)15可以開始恢復(fù)過程。在恢復(fù)過程開始進(jìn)行時(shí)，車輛操作者可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，例如，在停車時(shí)。應(yīng)當(dāng)明白，在初級(jí)過濾器的整個(gè)恢復(fù)中可以周期性重復(fù)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉是否已經(jīng)開始。如果在恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉沒有開始，則方法500結(jié)束，并且恢復(fù)繼續(xù)到完成。但是，如果在恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始，則方法500從510進(jìn)行到512，以提高淬火劑噴射的速率。例如，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉之后恢復(fù)繼續(xù)，則排氣可以不再流過該過濾器，因此過濾器的溫度可能是不希望的高。正如本文所描述的，過濾器中過量的熱可以導(dǎo)致煙塵燃燒，這種 燃燒例如可能損壞排氣系統(tǒng)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)在初級(jí)過濾器中恢復(fù)的熱可能是特別危險(xiǎn)的，例如當(dāng)車輛停在尾管或其他排氣系統(tǒng)部件附近具有障礙物的區(qū)域中時(shí)。如果障礙物是易燃的，例如高草，那么恢復(fù)過濾器的熱量和/或由該熱量引起的過濾器中的微粒燃燒可能引起火災(zāi)。因此，當(dāng)確定發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉已經(jīng)開始時(shí)，在某種意義上，提高淬火劑噴射的速率可以預(yù)先控制由于關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)引起的過濾器溫度的升高。在另一些例子中，不是提高淬火劑噴射的速率，而是如果在恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉已經(jīng)開始則淬火劑噴射可以另外被調(diào)節(jié)。在512之后，方法500進(jìn)行到514，在514，方法包括判斷在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)初級(jí)過濾器的溫度是否超過閾值。例如，閾值可以是過濾器恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的不希望后果的可能性低所處的溫度。如果在514的回答是“否”，則方法500從514進(jìn)行到516，在516，方法500包括在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)停止淬火劑噴射。例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始時(shí)提高淬火劑噴射的速率可以充分降低初級(jí)過濾器的溫度，使得在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)之后不需要進(jìn)一步的淬火劑噴射。但是，如果在514的回答是“是”，則方法從514進(jìn)行到518。在518，方法500包括繼續(xù)淬火劑噴射直到初級(jí)過濾器的溫度低于閾值。例如，盡管在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)開始時(shí)已經(jīng)提高淬火劑噴射的速率，但是在發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)初級(jí)過濾器的溫度仍然可能太高。因此，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)關(guān)閉之后，仍然可能希望繼續(xù)將淬火劑噴射到初級(jí)過濾器中。例如，儲(chǔ)存在諸如車輛電池的能量?jī)?chǔ)存裝置(未示出)中的能量可以驅(qū)動(dòng)淬火劑噴射噴嘴，使得它在發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)行之后能繼續(xù)投配淬火劑。一旦初級(jí)過濾器的溫度下降到低于閾值時(shí)，可以停止淬火劑噴射，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)保持在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)恢復(fù)可繼續(xù)直到完成。在518之后，方法500結(jié)束。應(yīng)當(dāng)明白，方法400和500以舉例的方式提供，并且因此不意味著是限制。因此要理解的是，方法400和500可以分別包括不同于圖4和圖5所示的步驟的附加和/或可替代的步驟，而不脫離本公開的范圍。而且，應(yīng)當(dāng)明白，方法400和500不限于所示的順序，相反，可以重新安排或省去一個(gè)或更多個(gè)步驟而不脫離本公開的范圍。應(yīng)當(dāng)指出，這里包括的示例控制和估計(jì)(estimation)例程可以與各種發(fā)動(dòng)機(jī)和/或車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一起應(yīng)用。這里描述的具體的例程可以表示任何數(shù)目處理策略中的一個(gè)或更多個(gè)，處理策略例如是事件驅(qū)動(dòng)的、中斷驅(qū)動(dòng)的、多任務(wù)的、多線程的等。因此，所圖解說明的各種步驟、操作或功能可以以所示的順序進(jìn)行，同時(shí)進(jìn)行，或在一些情況下可以省略。同樣，處理的次序不是實(shí)現(xiàn)這里所述的示例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)必需的，而是為了容易說明和描述而提供。一個(gè)或更多個(gè)所圖解說明的步驟或功能根據(jù)正在使用的特定策略可以重復(fù)地進(jìn)行。而且，示例性例程可以圖示地表示被編程到控制器中的計(jì)算機(jī)可讀儲(chǔ)存介質(zhì)中的代碼。應(yīng)當(dāng)明白，這里所公開的結(jié)構(gòu)和例程在性質(zhì)上是示例性的，并且這些具體的實(shí)施例不被認(rèn)為是限制性的，因?yàn)樵S多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對(duì)置4缸發(fā)動(dòng)機(jī)以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。而且，本發(fā)明的主題包括這里公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。下面的權(quán)利要求具體指出認(rèn)為是新穎且非顯而易見的一些組合和子組合。這些權(quán)利要求可能涉及“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等同物。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個(gè)或更多個(gè)這種元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或更多這種元件。所公開的特征、功 能、元件和/或性質(zhì)的組合或子組合可以通過本權(quán)利要求的修改或本申請(qǐng)或其他相關(guān)申請(qǐng)中給出的新權(quán)利要求來主張。這些權(quán)利要求，比原權(quán)利要求在范圍上無論是更寬、更窄、相等或不同都被認(rèn)為包含在本公開的主題內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種用于車輛排氣系統(tǒng)的微粒過濾器，包括 初級(jí)過濾器、精濾器和設(shè)置在該初級(jí)過濾器上游的淬火劑噴射噴嘴；以及 在正常模式中通過所述初級(jí)過濾器而在故障安全模式中通過所述精濾器的排氣通路； 其中在所述故障安全模式中，所述淬火劑噴射噴嘴向所述初級(jí)過濾器輸送淬火劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的微粒過濾器，其中在所述初級(jí)過濾器的超負(fù)荷期間該微粒過濾器在所述故障安全模式中運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的微粒過濾器，其中所述精濾器圍繞所述初級(jí)過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的微粒過濾器，其中用于使所述排氣通路改道的閥設(shè)置在所述初級(jí)過濾器的上游。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的微粒過濾器，其中用于使所述排氣通路改道的另ー個(gè)閥設(shè)置在所述精濾器的上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的微粒過濾器，其中所述淬火劑噴射噴嘴設(shè)置在所述初級(jí)過濾器的進(jìn)ロ區(qū)中，并且其中所述初級(jí)過濾器的進(jìn)ロ區(qū)設(shè)置在所述精濾器的進(jìn)ロ區(qū)的下游。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的微粒過濾器，其中所述淬火劑包括加壓的氮?dú)饣蛑T如水的液體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的微粒過濾器，其中所述初級(jí)過濾器包括壁流過濾器或貫流過濾器，和/或其中所述精濾器包括壁流過濾器或貫流過濾器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的微粒過濾器，還包括在混合模式中延伸通過所述初級(jí)過濾器的排氣通路和延伸通過所述精濾器的排氣通路，其中在所述混合模式中所述淬火劑噴射噴嘴向所述初級(jí)過濾器輸送淬火劑。
10.一種用于凈化車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流的方法，包括 使排氣流過初級(jí)過濾器； 在所述初級(jí)過濾器的超負(fù)荷期間使排氣流過精濾器； 在所述初級(jí)過濾器的超負(fù)荷期間將淬火劑噴射到所述初級(jí)過濾器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述排氣流借助于閥在所述初級(jí)過濾器和所述精濾器之間分配。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該閥調(diào)節(jié)所述排氣流中的氧濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述淬火劑調(diào)節(jié)所述排氣流中的氧濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述淬火劑形成針對(duì)所述排氣流的散熱裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述初級(jí)過濾器是壁流過濾器，而所述精濾器是貫流過濾器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在所述超負(fù)荷期間恢復(fù)所述初級(jí)過濾器并且如果在恢復(fù)期間開始關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)則調(diào)節(jié)所述淬火劑的噴射。
17.一種用于浄化發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的方法，包括 使排氣流過初級(jí)過濾器；并且 當(dāng)需要恢復(fù)該初級(jí)過濾器時(shí) 在恢復(fù)該初級(jí)過濾器的同時(shí)使至少ー些所述排氣流過圍繞該初級(jí)過濾器的精濾器； 將淬火劑噴射到該初級(jí)過濾器中；以及 在恢復(fù)期間如果發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始則調(diào)節(jié)淬火劑噴射。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中該淬火劑噴射的速率基于排氣壓力、排氣溫度、排氣成分以及在所述初級(jí)過濾器和所述精濾器之間分配排氣流的閥的打開程度中的一個(gè)或更多個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在恢復(fù)期間如果發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始則調(diào)節(jié)淬火劑噴射包括提高所述淬火劑噴射的速率。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括在恢復(fù)期間如果發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始，如果所述初級(jí)過濾器的溫度超過在關(guān)閉時(shí)的閾值則在關(guān)閉之后繼續(xù)所述淬火劑噴射，并且一旦所述初級(jí)過濾器的溫度降至低于所述閾值則停止所述淬火劑噴射。
全文摘要
一種用于車輛排氣系統(tǒng)的微粒過濾器，包括被精濾器圍繞的初級(jí)過濾器(或初濾器)，和設(shè)置在該初級(jí)過濾器上游的淬火劑噴射噴嘴。在正常模式中，排氣流過初級(jí)過濾器，而在故障安全模式或混合模式中，至少一些排氣流過精濾器，并且通過該噴嘴噴射淬火劑以冷卻初級(jí)過濾器。該故障安全模式可以例如在初級(jí)過濾器超負(fù)荷期間發(fā)生。如果在初級(jí)過濾器恢復(fù)期間發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉開始，則可以調(diào)節(jié)淬火劑噴射速率以便在安全溫度完成恢復(fù)。
文檔編號(hào)F01N3/033GK102797538SQ201210158780
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者M·S·Y·亞西爾 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司