CN104234789A - 用于内燃发动机中可移动的排气后处理装置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排气后处理装置以及用于排气后处理的方法。根据本发明的一个方面，该排气后处理装置在内燃发动机的排气歧管中具有过滤器通道，该过滤器通道具有用于排气流的通过路径，该通过路径在该排气后处理装置的运行过程中是随时间而可变地调整的。

Description

用于内燃发动机中可移动的排气后处理装置的系统和方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2013年6月17日提交的德国专利申请No.102013211293.9的优先权，出于所有目的其全文通过引用结合于此。

背景技术

可以基于要求的工况来操作内燃发动机以改变拉姆达值。低拉姆达值对应于富运行，其中富运行用来释放和转化在后处理装置中捕集的NOx并且用来在相对较低的货厢温度下释放硫。将拉姆达值转变为较低的值，即从稀运行转变为富运行，会导致较高的湿碳烟产物。这种湿碳烟可能沉积在排气歧管下游的排气部件上，例如涡轮增压器转子轴，从而使得它们的运行特性和性能衰退。

Linder等人在DE 3235953A1中示出了一种减少排气部件上的碳烟沉积物的手段。其中，靠近内燃发动机的排气侧定位过滤器。旁通管路和旁通阀连接至过滤器。在全负载运行时，旁通管路经由旁通阀关闭，并且排气穿过过滤器。在其他负载条件下，旁通管路经由旁通阀打开，并且排气穿过旁通管路，从而绕过过滤器。Gudorf等人在EP 2105596A2中示出了另一种手段。其中，在涡轮增压器涡轮的上游定位了过滤器。在此，排气在内燃发动机运行期间流过过滤器。

本文发明人意识到Linder等人的上述手段的一个潜在问题是过滤器仅在全负载下接合。因此，碳烟在其他发动机工况中仍可以到达下游部件。本文发明人意识到Gudorf等人的上述手段的另一个潜在问题是未提供流动控制。排气流必须流经过滤器，并且到达涡轮增压器涡轮的气流可能在发动机运行期间降低。

发明内容

至少部分地解决上述问题中的一些的一种潜在方法包括定位在内燃发动机的排气系统的排气歧管中的排气后处理装置。排气后处理装置包括过滤器通道，该过滤器通道由第一过滤器元件和第二过滤器元件形成，该第一过滤器元件和第二过滤器元件形成可响应于拉姆达值而变化地调整的通过路径。过滤器通道的过滤壁依据它们相对于彼此的相对间隔而可调整。因而，排气流在其他排气部件的上游被过滤，并且排气流通道的容积是基于发动机工况可控的。

应当理解的是，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步阐述的所选择的概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题并不限于解决上述或在本公开的任意部分中所述的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1是一种排气系统的示意说明。

图2A和图2B是在排气系统中提供的过滤器通道的功能的示意说明。

图3是说明了过滤器通道通过路径调整的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种排气后处理装置以及一种用于排气后处理的方法。

在具有柴油发动机的机动车辆中，配备有NOx存储催化转化器并以富空气燃料混合物运行的排气后处理装置在某些运行阶段中执行。在这种情况下，对拉姆达值设定相对低的目标值(例如0.96)，例如该目标值被考虑用于释放和转化储存在NOx存储催化转化器中的氮氧化物(NOx)并且还用于在相对低的催化转化器温度(典型地600℃-700℃)释放硫。

在低负载运行时，燃烧过程的稳定性限制了以富空气燃料混合物实现稳定运行的可能性。例如在基于稀空气燃料混合物例如用在具有直接喷射的柴油发动机中的燃烧概念属于这种情况。结果，约束了为实现低总碳氢化合物(THC)排放而考虑的鲁棒性。在以低负载至中等负载以及以恒定发动机转速运行的过程中，富空气燃料混合物的稳定性同样依据驾驶员的扭矩需求(也就是加速器踏板致动)的一致性，这进而可以取决于道路的方式而变化，例如在上坡坡度或下坡坡度上行驶时。此外，在以中等负载至高负载运行的过程中(典型地在短时加速或以相对高功率持续运行的情况下)，以富空气燃料混合物设定并且维持运行的可能性受涡轮增压器处的排气温度以及在排气再循环回路(EGR回路)中的排气温度的阈值的约束。

在实践中出现的一个潜在问题是显著地形成湿碳烟，这是由从稀运行到富运行的转换以及在清洁过程开始时的低拉姆达值所导致的。所述湿碳烟可以沉积在柴油微粒过滤器(DPF)下游的排气部件上，并且在某种程度上，例如还可以作为沉积物粘附到涡轮增压器的涡轮，由此可能殃及排气后处理装置的运行特性和性能。

DE 10 2010 026 868 A1除其他事项以外还披露了一种碳烟过滤器，这种碳烟过滤器具有带平行脊的倾斜的皱褶层，以便改进微粒的累积，还可以将碳烟过滤器配置成使得排气流的液压表面随着通过碳烟过滤器的行进距离、或从入口到出口的行进距离而改变。

EP 0 205 755 B1除其他事项以外还披露了一种用于柴油发动机的排气过滤器，该排气过滤器具有一个褶皱的网和一个平坦的网，这些网各自由多孔陶瓷材料构成并且一起形成复合网，该复合网盘卷以便形成带有舱室导管的蜂巢结构，具有相对小开口的管状插入件被插入导管中。

WO 2009/065572A1除其他事项以外还披露了一种碳烟微粒过滤器，其中碳烟微粒沉积在耐高温高等级金属板上，其中储存的碳烟微粒的自发燃烧可以是例如借助于电热点火而引发的。

进一步参考了例如US2006/0059899A1和EP 2 405 109 A2。

本发明的目的是提供一种排气后处理装置和一种用于排气后处理的方法，使之可以产生以富空气燃料混合物的稳定运行，同时避免了上述这些潜在问题。

所述目的是通过独立权利要求的特征实现的。

一种用于内燃发动机的排气后处理装置在该内燃发动机的排气歧管中具有过滤器通道，该过滤器通道具有用于排气流的通过路径，该通过路径在该排气后处理装置的运行期间可以随时间而可变地调整。

本发明特别基于的概念是通过以下方式来协助以富空气燃料混合物的运行，即通过在内燃发动机的排气歧管中提供过滤器通道，该过滤器通道带有在排气后处理装置的运行期间随时间可变地调整的通过路径间距，使得在以富空气燃料混合物运行期间产生的湿碳烟可以至少部分地被捕获，而在“常规”运行模式中(也就是在以化学计量比的或稀空气燃料混合物运行期间)，该过滤器通道可以被设定成具有相对大的通过路径，使得在“常规”运行模式中，排气流受阻的程度较小或不受阻。该方法允许在多种发动机工况下对排气流进行过滤，同时提供了响应于拉姆达值高于阈值的变化的过滤量。

在一个实施例中，内燃发动机具有涡轮增压器，该涡轮增压器带有压缩机和涡轮，过滤器通道被布置在涡轮的相对于排气流的上游处。由于在涡轮上游的过滤器通道的这种布置，可以使得在内燃发动机和排气后处理装置的运行期间产生的湿碳烟被至少部分地捕获并且保持不会到达涡轮增压器的涡轮并且不会作为沉积物粘附到涡轮。

在一个实施例中，该排气后处理装置还具有控制装置，该控制装置被配置成依据在内燃发动机的运行中设定的空气燃料混合物的拉姆达值而改变该过滤器通道的通过路径。

在一个实施例中，在所述改变的情况下，该过滤器通道的通过路径在该空气燃料混合物的拉姆达值降低的情况下被减小。减小过滤器通道通过路径间距因而收缩排气系统中的排气流动的截面面积。

在一个实施例中，在至少一种设定中，过滤器通道不影响排气流。

在一个实施例中，过滤器通道具有的过滤壁就它们相对于彼此的相对间距而言可以是可移动的。

在一个实施例中，过滤器通道至少在多个区域中具有板层结构。

本发明还涉及一种用于排气后处理的方法，具有排气后处理装置，该排气后处理装置具有过滤器通道，该过滤器通道带有用于排气流的通过路径，该通过路径在排气后处理装置的运行期间可随时间而可变地调整。在此，该通过路径是依据在内燃发动机的运行中设定的、空气燃料混合物的拉姆达值而改变的。该通过路径可以用一种持续的方式或分阶段的方式来改变。

在一个实施例中，实施了一种短时间段的高温运行，以便清洁过滤器通道。

对于本方法的进一步优选改进，参照以上结合根据本发明的排气后处理装置的陈述。

可以从本说明书和附属权利要求中得到本发明的进一步的实施例。

以下将基于多个示例性实施例并且参照附图来对本发明进行更详细地解释。

图1是用来解释车辆的排气系统1中的包括过滤器通道9的排气后处理装置3的构造的示意说明。

在图1中，带有涡轮增压器22的内燃发动机2，例如柴油发动机，从空气过滤器4引入新鲜空气，所述新鲜空气被涡轮增压器22的压缩机22a预压缩。在涡轮增压器22的涡轮22b下游的排气管路5中，内燃发动机2的排气相继流过氧化催化转化器和/或NOx存储催化转化器6、柴油微粒过滤器7以及后部消声器8。

控制系统14可以包括多个传感器16，这些传感器向控制器12发送信号。此外，控制器12可以是带有储存于非暂存的存储器上的可读指令的计算机。控制器12可以从传感器16接收输入数据，并且响应于被处理的输入数据基于其中对应于控制发动机2运行的一个或多个例程以及进气和排气系统的部件编程的指令或代码而触发执行器18。在此关于图3阐述了一个示例性控制例程，该例程可以作为指令而储存在控制器的存储器中。

在涡轮增压器22的涡轮22b上游的排气歧管中的排气后处理装置3中提供了过滤器通道9。在过滤器通道9的上游提供了氧传感器20。氧传感器可以例如是通用或宽域排气氧(UEGO)传感器、加热型排气氧(HEGO)传感器或双态排气氧传感器。此外，该排气系统可以包括更多的定位在排气管路5中的氧传感器。如将参照图2更详细阐述的，过滤器通道9可以在排气后处理装置3的运行期间随时间可变地移动。

在此，优选的是提供这样的控制装置11，该控制装置被配置成依据内燃发动机2的运行中设定的、空气燃料混合物的拉姆达值而改变过滤器通道9的通过路径。在图3中示出了一种用于通过控制装置11来调整过滤器通道9的示例性方法，该控制装置可以数据传送方式与控制器12连接。该控制装置可以例如是耦合至电子控制器的执行器。

借助于所述控制装置11，过滤器通道9可以在“常规”运行模式中(换言之在以化学计量比的或稀空气燃料混合物运行过程中)被设定成如在图2A中示意性描绘的“张开”，换言之，在所述位置中，排气流10不受限或不受阻。在一个示例中，该控制装置可以与第一过滤壁9a和第二过滤壁9b相连，如图2A中所示。其中，控制装置11可以使得第一过滤壁和第二过滤壁二者相对于彼此移动以便控制过滤器通道打开。将第一过滤壁9a和第二过滤壁9b彼此远离地移动，即增大通过路径、降低了过滤量。在另一个示例中，控制装置11可以连接到第一过滤壁9a，并且第二过滤壁9b可以是静止的。其中，第一过滤壁可以移动以增大或减小过滤器通道9的通过路径。

然而，在内燃发动机2以富空气燃料混合物运行期间，过滤器通道9被关闭或收缩(如在图2B中示意性描绘的)到对于热排气流或富空气燃料混合物产生通过路径收缩的程度。在此，排气流10接触过滤壁9a、9b。在一个示例中，第一过滤壁9a朝向第二过滤壁9b调整，而第二过滤壁9b同时朝向第一过滤壁9a调整，由此减小通过路径并且增加过滤量。在此，例如，过滤器通道9具有形成过滤壁9a、9b的板层结构，湿碳烟尤其可以沉积在这种结构上。由于在过滤器通道9的区域中的收缩的通过路径截面，产生的湿碳烟被至少部分地捕获并且保持不会到达涡轮增压器22的涡轮22b和不会以沉积物的形式粘附到其上。

此外，升高的背压使得可以减少排气后处理装置3中的质量流率，这是希望的，因为以此方式可以减少用来产生富空气燃料混合物的额外燃料量。

然后可以在柴油微粒过滤器7的正常再生过程中消除沉积的碳烟微粒。还可以借助短时间段的高温运行实现对过滤器通道9的清洁。

现在转向图3，示出了一个示例性方法300，该方法用于移动过滤壁以响应于拉姆达值高于阈值而增加或减小过滤器通道的通过路径。在一个示例中，在发动机处于富模式时可以增加过滤量，并且过滤壁被调整成提供最小阈值开口。在另一个示例中，该方法可以在发动机处于稀模式时降低过滤量，并且将所述壁调整成提供最大阈值开口。此外，可以调整壁来提供在以上列出的这两个示例之间的过滤量。

在302，该方法可以读出氧传感器拉姆达值。例如，可以读取定位在过滤器上游的氧传感器来确定该拉姆达值。在另一个示例中，可以读取定位在涡轮下游的排气通路中的氧传感器。此外，在又一个示例中，可以读取多个氧传感器的值。

在304，该方法可以确定该拉姆达值是否小于阈值。该阈值可以被设定成指示稀到富的切换。在一个示例中，低于阈值的拉姆达值指示了低空燃比，即发动机是在富运转。如果该拉姆达值不低于阈值，则该发动机是稀运转，并且该方法可以进行到306，并且降低过滤量。在此，在308，过滤壁可以被调整到第二位置，该第二位置可以不限制气流。例如，在稀运行过程中，发动机可以不产生对下游的排气部件的运行产生干扰的湿碳烟。因而，可以调整过滤壁以在过滤器通路中提供大的通过路径，并且将过滤量设定为最小阈值量。例如，过滤壁如图2A中所示地定位。排气流因此进行最小的过滤。该方法然后可以结束。

在304，如果拉姆达值低于阈值，该方法可以进行到310并且增加过滤量。例如，在可以具有低于阈值的拉姆达值的富偏差(rich excursion)期间，可以发生湿碳烟产物的增加。湿碳烟可以粘附到排气系统中的部件并且干扰它们的运行。增加过滤量减少了湿碳烟量，并且减少了碳烟粘附在排气系统部件上的问题。在此，排气流可以在通过路径间距中受到制约，这增加了过滤量。在312，过滤壁可以被调整到第一位置，其中该第一位置通过使得过滤器通道的通过路径变得窄于过滤壁的第二位置的过滤器通道的通过路径而提供更大的过滤量。例如，过滤壁如图2B所示地定位。该第一位置可以将过滤量设定为最大阈值量。该方法然后可以结束。

方法300是基于阈值拉姆达值来调整过滤量的一个示例，该过滤量由带有至少一个可移动的壁的过滤器的通过路径间距提供。在另一个示例中，可以使用第一阈值和第二阈值拉姆达值来允许过滤壁的第一、第二和第三位置。因而，可以设定过滤量来对排气流中的湿碳烟微粒的减少进行最优化。

注意，在此包括的示例性控制与估算例程可以与多种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在此披露的控制方法和例程可以作为可执行指令储存在非暂存存储器中。在此阐述的特定例程可以代表任何数目的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。如此，所示的多种动作、操作和/或功能可以用所示的顺序执行、并行执行，或者在某些情况下被省略。同样地，所述处理的顺序对于实现在此阐述的示例性实施例的特征和优点而言并非是必需要求的，而是为易于展示和说明而提供的。取决于所采用的具体策略，可以反复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所阐述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂存存储器中的代码。

应理解的是，在此披露的配置和例程本质是示例性的，并且这些具体实施例不应被考虑为是限制意义的，因为可能有大量的变体。例如，以上这种技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括在此披露的不同系统和配置、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和创造性的组合以及子组合。

以下权利要求具体指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能引用了“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应被理解为包括一个或多个这种元件的并入，而并非要求或排除两个或更多的这种元件。所披露的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在本申请中或在一个相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这样的权利要求，不论在范围上与原权利要求相比是更宽、更窄、等同、或不同，同样被认为是包括在本发明的主题内。

Claims (15)

1.一种用于内燃发动机的排气后处理装置，其中所述排气后处理装置在所述内燃发动机的排气歧管中具有过滤器通道，该过滤器通道具有用于排气流的通过路径，该通过路径在所述排气后处理装置的运行期间是随时间可变地调整的；并且

所述过滤器通道具有第一过滤壁和第二过滤壁，所述第一过滤壁和第二过滤壁相对于彼此的相对间距是可调整的。

2.如权利要求1所述的排气后处理装置，其中，所述内燃发动机具有涡轮增压器，该涡轮增压器具有压缩机和涡轮，所述过滤器通道被布置在所述涡轮的相对于排气流的上游处。

3.如权利要求1所述的排气后处理装置，其中，所述排气后处理装置进一步包括控制装置，该控制装置被配置成依据在所述内燃发动机的运行中设定的空气燃料混合物的拉姆达值而改变所述过滤器通道的通过路径。

4.如权利要求3所述的排气后处理装置，其中，在改变的情况下，所述过滤器通道的通过路径在空气燃料混合物的拉姆达值降低的情况下被减小。

5.如权利要求3所述的排气后处理装置，其中，在至少一个设定中，所述过滤器通道并不影响排气流。

6.如权利要求1所述的排气后处理装置，其中，所述过滤器通道至少在多个区域中具有板层结构。

7.一种方法，包括：

调整定位在排气歧管中的排气后处理装置的过滤器通道的通过路径间距以响应于拉姆达值高于阈值而改变排气流的过滤量。

8.如权利要求7所述的方法，其中，当所述拉姆达值高于阈值时，所述通过路径被调整成减小排气流的过滤量。

9.如权利要求7所述的方法，其中，当所述拉姆达值低于阈值时，所述通过路径被调整成增加排气流的过滤量。

10.一种方法，包括：

响应于拉姆达值低于第一阈值，将后处理装置的过滤器通道的过滤壁移动至第一位置；并且

响应于所述拉姆达值高于第二阈值，将所述过滤壁移动至第二位置。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一阈值和第二阈值是相等的。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一位置与所述第二位置相比提供更大的过滤量。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一位置使所述排气流的截面面积收缩。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一过滤壁与所述第二过滤壁是相对于彼此可移动的。

15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一壁是相对于所述第二过滤壁可移动的，其中所述第一过滤壁是可移动的，而所述第二过滤壁是静止的。