用于绕过微粒过滤器的系统和方法技术方案

本申请提供用于发动机系统的排放控制装置的方法和系统，该发动机系统包括汽油微粒过滤器(GPF)和用于GPF的旁路通道。在一个示例中，系统可包括收缩锥体以引导排气流通过安放阀的中心旁路通道，中心旁路通道起源于GPF的上游并且最终通过GPF的中心(从而绕过GPF)。在另一示例中，排气流可行进通过外通道以行进到GPF，该外通道耦接在收缩锥体与GPF之间并且围绕中心旁路通道隔开。

【技术实现步骤摘要】
用于绕过微粒过滤器的系统和方法
本说明书涉及用于机动车辆的排气后处理系统的方法和系统。
技术介绍
一些内燃发动机在排气系统中采用汽油微粒过滤器(GPF)捕集流过排气系统的微粒物质并且从而满足排放标准。GPF可由多孔陶瓷或其它多孔材料构成。不考虑设计的细节，过滤器的目的在于过滤流过过滤器的排气中的碳烟微粒并且然后将过滤的碳烟微粒保持在过滤器内，直到通过燃烧碳烟形成气态产物使过滤器再生，碳烟微粒由常带有吸附烃的固体碳组成。在汽油发动机中碳烟主要在冷起动之后的前几分钟内产生。除碳烟之外，排气也携带不易燃的固体材料，不易燃的固体材料被称为灰烬，其也可被GPF捕集。然而，因为灰烬为不燃性的，所以其可在过滤器的使用寿命内保留在过滤器中。灰烬主要来源于进入燃烧室或排气口的润滑油。其它源包括来自排气歧管的腐蚀物和来自上游催化转化器的碎片。灰烬在所有发动机操作模式期间产生。随着微粒物质(例如，灰烬和碳烟)在微粒过滤器(例如，GPF)中积聚，排气背压可增加，这可不利地影响燃料经济性。虽然主动再生GPF可除去存储的碳烟，但是在再生之后存储的灰烬可保留过滤器内，并且因此由GPF形成的排气背压可仅被部分降低。因此，灰烬可继续有助于发动机上的排气背压，从而降低发动机扭矩输出和/或发动机燃料经济性。
技术实现思路
解决微粒物质在GPF内累积的其它尝试包括采用使排气流绕过GPF周围的旁路系统。具体地，旁路系统可包括与GPF平行的旁路通道和布置在旁路通道内用于控制通过旁路通道的流的阀。一种示例手段由Gonze等人在美国专利申请No.2012/0060482中示出。在上述专利申请中，Gonze公开了再生火花点火发动机中的汽油微粒过滤器(GPF)的方法。Gonze也公开了用于GPF的GPF旁路设备，其中环形通路延伸通过GPF的中心轴线。最靠近上游催化转化器的环形通路部分(即，排气首先开始与GPF和通路接触的地方)装备有可操作阀以在车辆的各种工况期间引导排气。另一个示例手段由Kono等人在美国专利No.4,974,414和Arai等人在美国专利No.5,105,619中示出，上述两个专利也公开了用于再生火花点火发动机中的微粒过滤器的方法和系统。两个参考文件均采用了围绕GPF的旁路通道，该旁路通道包括阀，其中阀的一部分布置在旁路通道外部。旁路通道与GPF平行并且邻近GPF在GPF的外面。然而，本专利技术人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，位于环形通道的口部(例如，在GPF外壳内，如Gonze所示)的阀使得难于接近所述阀以便修理/更换，并且在系统内捕集热，从而对部件耐久性提出挑战。作为另一示例，位于邻近GPF外壳并且与GPF外壳平行的旁路通道增加系统的直径和/或宽度，从而增加GPF系统和排放控制装置的总封装空间。作为一个示例，上述问题可通过包括布置在排气通道中的汽油微粒过滤器(GPF)、包括布置在GPF上游的第一部分和通过GPF中心的第二部分的中心旁路通道、形成排气通道的一部分并且布置在第一部分的上游且连接到第一部分的收缩锥体(convergingcone)、耦接在收缩锥体与GPF之间并且与中心旁路通道隔开的一个或多个外通道以及布置在第一部分中的阀的设备来解决。以此方式，包括GPF的排气系统的包装尺寸可被减小并且可更容易地接近中心旁路通道中的阀以便修理和/或更换。当单独或结合附图时，本说明书的以上优点和其它优点以及特征从下面的具体实施方式中将显而易见。应当理解，提供以上本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1为车辆中的发动机系统的方框图。图2A示出包括汽油微粒过滤器(GPF)和带有处于第一位置的旁通阀的GPF旁路通道的示例排放控制装置。图2B示出包括汽油微粒过滤器(GPF)和带有处于第二位置的旁通阀的GPF旁路通道的示例排放控制装置。图3为图2B的示例排放控制装置的横截面。图4示出图示说明响应于发动机工况而调节布置在用于GPF的旁路通道中的GPF旁通阀的方法的流程图。图5示出图示说明在包括GPF的排放控制装置中执行GPF再生事件的方法的流程图。具体实施方式下面的描述涉及用于发动机系统(诸如图1所示的发动机系统)中的包括汽油微粒过滤器(GPF)的排放控制装置的系统和方法。如图1所示，排放控制装置可布置在发动机系统的排气通道中的发动机系统的发动机中的发动机汽缸的下游。GPF在流过排气通道的排气离开发动机系统之前过滤来自该排气的微粒物质。然而，虽然这些微粒(例如，碳烟)中的一些可经由再生事件从过滤器中除去，但是其它不易燃的微粒(诸如灰烬)可在过滤器的使用寿命内保留在GPF内，从而增加GPF两端的压力降并且随后增加发动机上的排气背压。因此，排放控制装置可包括在某些发动机工况下(例如，诸如当灰烬可流过排气通道时或在减少的碳烟产生的状况期间)允许排气从发动机汽缸绕过GPF的旁路通道。图2A至图2B示出此类排放控制装置的示例，其中旁路通道为延伸通过GPF中心的中心旁路通道。如图2A至图2B所示，中心旁路通道包括可经由发动机系统的控制器调节以选择性地允许不同百分比的排气(经由围绕中心旁路通道定位的多个外围通道)通过GPF或通过旁路通道绕过GPF的阀。如图3所描绘的图2A至图2B的排放控制装置的横截面所示，外围通道和中心旁路通道可彼此隔开，同时仍被定位在如由GPF的壳体和/或排放控制装置的附加排放控制装置(例如，催化剂)所限定的排放控制装置的外直径(或宽度)内。图4示出图示说明用于响应于若干车辆工况而控制阀的方法的流程图。在使用发动机一段时间之后，微粒物质可累积在GPF中，从而使得过滤器两端的压力降增加。因此，控制器可开始GPF的主动再生以燃烧来自过滤器的碳烟，如图5所示。同样如图5所示，控制器可在再生事件期间调节阀的位置以维持再生事件期望状况。以此方式，调节中心旁路通道中的阀可减少存储在GPF内的不易燃的微粒物质的量，从而降低发动机上的背压并且增加GPF的寿命。另外，外围通道和中心旁路通道的布置可允许更容易地维护阀，同时也减少发动机系统内的排放控制装置的封装空间。图1示意性地图示说明可包括在汽车的推进系统中的多缸发动机10中的一个汽缸。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统并且由来自车辆操作者132经由输入装置130的输入来控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可包括带有定位在其中的活塞36的燃烧室壁32。在一些实施例中，汽缸30内部的活塞36的面可具有碗状部分。活塞36可耦接到曲轴40，以便活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可经由飞轮耦接到曲轴40以实现发动机10的起动操作。燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可选择性地经由相应的进气阀52和排气阀54与燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：布置在排气通道中的汽油微粒过滤器，即GPF；中心旁路通道，其包括布置在所述GPF上游的第一部分和通过所述GPF的中心的第二部分；收缩锥体，其形成所述排气通道的一部分并且布置在所述第一部分的上游且连接到所述第一部分；一个或多个外通道，其耦接在所述收缩锥体与所述GPF之间并且与所述中心旁路通道隔开；以及布置在所述第一部分内的阀。

【技术特征摘要】
2015.11.18 US 14/945,1841.一种设备，其包括：布置在排气通道中的汽油微粒过滤器，即GPF；中心旁路通道，其包括布置在所述GPF上游的第一部分和通过所述GPF的中心的第二部分；收缩锥体，其形成所述排气通道的一部分并且布置在所述第一部分的上游且连接到所述第一部分；一个或多个外通道，其耦接在所述收缩锥体与所述GPF之间并且与所述中心旁路通道隔开；以及布置在所述第一部分内的阀。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述阀包括阀板和阀致动器，其中所述阀致动器的至少一部分被布置在所述中心旁路通道的所述第一部分的内部的外部，并且所述阀板被定位在中心旁路通道的所述第一部分的所述内部内。3.根据权利要求2所述的设备，其中布置在所述中心旁路通道的所述第一部分的内部的外部的所述阀致动器的所述至少一部分被定位在形成在所述中心旁路通道的外壁与所述一个或多个外通道的外壁之间的空间内。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述收缩锥体包括较宽的第一端部和较窄的第二端部，其中所述第一端部耦接到所述排气通道的上游部分并且所述第二端部直接耦接到所述中心旁路通道的所述第一部分的入口。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述收缩锥体包括从所述收缩锥体的所述第一端部到所述第二端部向内成一定角度的壁。6.根据权利要求4所述的设备，进一步包括形成所述GPF的壳体的一部分并且布置在所述GPF上游和所述中心旁路通道的所述第一部分下游的扩张锥体，其中所述扩张锥体包括耦接到所述中心旁路通道的所述第一部分的外壁的较窄的第一端部和耦接到围绕所述GPF的所述GPF的所述壳体的中心部分的较宽的第二端部。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个外通道中的每个都耦接在所述收缩锥体的所述第一端部与所述扩张锥体的所述第二端部之间。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个外通道包括在圆周上围绕所述中心通道的外部隔开但在所述收缩锥体上游的所述排气通道或所述GPF的所述壳体的所述中心部分中的一个的外直径内的多个外通道。9.根据权利要求6所述的设备，其中GPF的所述壳体的所述中心部分围绕所述GPF的过滤器元件形成且封闭所述GPF的所述过滤器元件，并且进一步包括定位在GPF的下游端处的第二收缩锥体，其中所述GPF壳体的所述中心部分耦接在所述扩张锥体与所述第二收缩锥体之间。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述GPF包括中心轴线，并且其中所述中心旁路通道沿着所述中心轴线居中，并且其中所述GPF在圆周上围绕所述中心旁路通道的外周形成。11.一种方法，其包括：在第一状况期间，将布置在排气通道的汽油微粒过滤器即GPF上游的中心旁路通道中的阀调节到第一位置，以使来自形成所述中心旁路通道上游的所述排气通道的一部分的收缩锥体的排气流动并且仅流过围绕所述中心旁路通道且将所述GPF的壳体连接到所述收缩锥体的外围通道，其中所述中心旁路通道通过所述GPF的中心；以及在第二状况期间，将所述阀调节到第二位置，以使来自所述收缩锥体的所述排气的至少一部分流过所述中心旁路通道。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·帕科，M·克雷格，J·泰斯，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US