CN105822398B - 用于内燃机的诊断装置和车载诊断系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机的诊断装置和车载诊断系统。该装置包括：具有外壁(21)的排气管道(2)，外壁(21)限定虚拟边界管状包络面(22)，该包络面(22)是具有与排气管道(2)的横截面共面的圆形横截面并且在沿着排气管道(2)的任何位置完全包围外壁(21)的最小可能管状包络面；具有检测过滤器(31)的排气腔室(3)；布置在排气腔室(3)中的温度传感器(32)，温度传感器(32)被布置成用于测量排气流(1)的已经经过检测过滤器(31)的至少一部分的部分(11)的温度，排气腔室(3)的至少一部分被热连接至排气管道(2)外部的环境，并且排气腔室(3)在排气腔室(3)的整个长度上至少部分地布置在虚拟边界管状包络面(22)内。

Description

用于内燃机的诊断装置和车载诊断系统
技术领域
本发明涉及一种用于诊断用于内燃机装置的排气流的颗粒过滤器的操作性能的装置。
背景技术
为了遵守越来越严格的与环境保护有关的法律，关键是减少具有内燃机的机动车辆的环境污染。因此，特别地，具有柴油机的车辆的排气系统包括颗粒过滤器，该颗粒过滤器被设计成彻底减少或消除从排气系统最终排放到环境的排气中的煤烟颗粒。为了确保这些颗粒过滤器正确工作，已经设计了所谓的“车载诊断”(OBD)系统来监测颗粒过滤器的状态并且在颗粒过滤器不正确工作的情况产生警报信号或开始校正动作(即颗粒过滤器的再生)。
在US 2013/0047841A1中描述了这种诊断系统的一个示例。该文描述的系统包括位于颗粒过滤器下游的检测过滤器和用于测量该检测过滤器的输出参数(例如，检测过滤器下游的排气的温度)的传感器。该检测过滤器被布置在二次排气管线中。该二次排气管线由分支管形成，该分支管的入口和出口被连接至主排气管线，而该分支管线在该主排气管线外部延伸。排气的已经通过颗粒过滤器的第一部分通过二次排气管线，而排气的主要部分通过主排气管线。
二次排气管线(分支管)在距离主排气管线相当大的距离处布置在周界外部，使得排气的经由分支管的壁而通过二次排气管线(分支管)的第一部分与周围环境热接触，从而发生热交换(即，排气的流过分支管的第一部分被冷却至较低温度)。在已经通过颗粒过滤器的排气中含有太多残余颗粒的情况下，二次排气管线(分支管)中的检测过滤器变堵塞，检测过滤器的这种堵塞导致通过分支管的位于检测过滤器下游的部分的排气流减少。由于检测过滤器下游的分支管中的排气流的这种减小，减少的排气流被冷却到比检测过滤器没有被堵塞时排气被冷却的温度更低的温度。已经通过颗粒过滤器的排气中含有的煤烟颗粒越大(即，颗粒过滤器的工作越差)，分支管中的检测过滤器变堵塞就越厉害，并且检测过滤器的下游的分支管中的排气温度下降得越低。因而，检测过滤器下游的分支管中的排气的温度表示颗粒过滤器的状态(颗粒过滤器是否正确工作)。
尽管该原理一般都有效，但是以上讨论的构造方案(分支管距离主管一定距离地布置)的其中一个主要缺陷是，由于二次排气管线布置在主排气管线的周界的外部而不可能获得紧凑构造。另外，分支管的弯曲部分(分支管的入口和出口被连接至主管)制造起来比较困难和昂贵，因而致使US 2013/0047841A1中所示的装置不实用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种新颖的用于诊断用于内燃机(柴油机或汽油机)的排气流的颗粒过滤器的操作性能的装置，从而解决以上描述的问题。
为了克服这些问题，本发明建议了由如下特征规定的装置：所述排气腔室的至少一部分被热连接至所述排气管道外部的环境，并且所述排气腔室在所述排气腔室的整个长度上至少部分地布置在所述虚拟边界管状包络面内。
在本发明的框架内，术语“上游”是指更接近颗粒过滤器和/或在操作过程中与排气流相反的方向上。“下游”是指更接近于排气系统通向露天的末端和/或在操作过程中朝向排气流方向的方向。
根据本发明的用于诊断用于内燃机的排气流的颗粒过滤器的操作性能的装置包括：具有外壁的排气管道，所述排气管道的所述外壁限定虚拟边界管状包络面。该虚拟边界管状包络面是具有与所述排气管道的横截面共面的椭圆形或圆形横截面并且完全包围所述排气管道的外壁的最小可能管状包络面。该装置进一步包括具有检测过滤器的排气腔室和布置在所述排气腔室中的温度传感器，该温度传感器被布置成用于测量所述排气流的已经经过所述检测过滤器的至少一部分的部分的温度。所述排气腔室的至少一部分被热连接至所述排气管道外部的环境以在所述排气腔室和所述排气管道外部的环境之间建立热桥。另外，所述排气腔室在所述排气腔室的整个长度上至少部分地布置在所述虚拟边界管状包络面内。所述排气腔室的长度为所述排气腔室的入口和出口之间与所述排气腔室的横截面正交的距离。特别地，所述排气腔室可以完全布置在所述虚拟边界管状包络面内。所述虚拟边界管状包络面可以是弯曲的或笔直的，并且可以在该管状包络面的长度上具有其横截面的恒定或可变半径。
椭圆形应指采取椭圆形式的形状。椭圆是平面上的曲线，该曲线包围两个焦点，使得从其中一个焦点绘制到该曲线上的任一点然后返回到另一个焦点的直线对应该曲线上的每个点来说都具有相同长度。
根据本发明的一个方面，所述虚拟边界管状包络面是虚拟边界柱面，该虚拟边柱面是具有椭圆形或圆形横截面和正交于所述排气管道的横截面的柱面轴线并完全包围所述排气管道的所述外壁的最小可能柱面。特别地，所述排气腔室可以完全布置在所述虚拟边界柱面内。所述虚拟边界柱面在其长度上具有笔直几何形状，并且具有其横截面的恒定半径。
具有椭圆形横截面的虚拟边界管状包络面或虚拟边界柱面以如下方式特别地设计，即：所述虚拟边界管状包络面或所述虚拟边界柱面围绕其圆周的至少大部分(多于50％，特别是70％以上，更特别地85％以上)遵循所述排气管道外壁的几何形状。
根据本发明的另一方面，所述装置可以进一步包括评估单元，该评估单元用于将由布置在所述排气腔室中的所述温度传感器测量的、所述排气流的已经经过所述检测过滤器的至少一部分的部分的温度与参考温度进行比较。参考温度信号可以在数据库中获得或作为可以产生存在于所述评估单元中或在该评估单元中计算的参考温度的数学仿真。另选地，所述参考温度从由在所述排气管道中或所述排气腔室的上游或下游布置在所述排气腔室外部的另一个温度传感器测量的排气流的温度推导出。如果必要，根据预定过程(例如，数学函数)，针对参考温度，在所述评估单元中进一步计算布置在所述排气腔室外部并与所述排气流接触的温度传感器的信号。
根据本发明的装置的实施方式是以下各方面的主题内容。
在本发明的进一步方面中，所述排气腔室具有在所述排气腔室的整个长度上遵循所述排气管道的纵向轴线形式的纵向轴线。特别地，所述排气腔室在其整个长度上具有笔直纵向轴线。
根据本发明的另一个方面，所述排气腔室在所述排气腔室的整个长度上至少部分地布置在所述排气管道的内部。
根据本发明的进一步方面，整个所述排气腔室布置在所述排气管道的内部。
根据本发明的又一个方面，所述排气腔室的被热连接至所述排气管道外部的环境的所述至少一部分被热连接至所述排气管道的所述外壁。
根据本发明的再一个方面，该装置包括另一个温度传感器，该另一个温度传感器在所述排气腔室外部布置在所述排气管道中，用于测量所述排气流的位于所述排气腔室外部的部分的温度。
再根据本发明的进一步方面，该装置进一步包括散热器本体，并且所述排气腔室的被热连接至所述排气管道外部的环境的所述至少一部分被热联接至所述散热器本体。所述散热器本体也被热连接至所述排气管道外部的环境。
根据本发明的另一方面，所述散热器本体延伸到所述排气腔室内。
还根据本发明的另一方面，所述散热器本体包括从所述散热器本体向外延伸的外部散热片。
根据本发明的进一步方面，所述排气腔室与所述主排气管道热分离，以在所述排气腔室和所述排气管道之间形成断热。
根据本发明的再一个方面，所述装置被实施为使得所述排气腔室的所述检测过滤器是可更换的。
根据本发明的另一个方面，所述检测过滤器的横截面面积使得所述排气流的经过所述检测过滤器的那部分等于所述排气流的质量流量的0.01％至10％，特别是所述排气流的质量流量的0.1％至6％。
根据本发明的又一个实施方式，所述排气腔室包括具有入口和出口的长形排气腔室管道。
仍然根据本发明的进一步方面，所述排气腔室管道的所述出口连接至所述排气管道。
还根据本发明的另一个方面，所述排气腔室的所述检测过滤器是圆筒状的，并且包围所述温度传感器，并且其中圆筒状的所述检测过滤器被布置成使得圆筒状的所述检测过滤器的纵向柱面轴线正交于所述排气管道的纵向轴线。
根据本发明的附加实施方式，所述检测过滤器包括促进颗粒物质氧化的催化剂涂层。特别地，所述催化活性涂层成分可以包含有处于任何催化活性氧化状态的铂、钯、铑、贱金属或它们的混合物。
根据本发明的进一步方面，建议了一种用于诊断用于内燃机的排气流的颗粒过滤器的操作性能的车载诊断系统。该车载诊断系统包括：根据前述各方面中任一方面所述的装置；和评估单元，该评估单元被构造成将由布置在所述装置的所述排气腔室中的所述温度传感器测量的温度与参考温度进行比较。
根据本发明的附加方面，该车载诊断系统进一步包括参考温度传感器，该参考温度传感器被布置成在所述装置的外部与所述排气流接触，以测量所述排气流的温度。该参考温度传感器可以在排气管中朝向或背离根据本发明的装置布置在所述装置的上游或下游。
在本发明的另选实施方式中，用于诊断用于内燃机的排气流的颗粒过滤器的操作性能的装置包括具有外壁的排气管道和具有检测过滤器的排气腔室。温度传感器被布置在所述排气腔室中，该温度传感器被布置成用于测量所述排气流的已经经过所述检测过滤器的至少一部分的部分的温度。所述排气腔室的至少一部分被热连接至所述排气管道外部的环境。所述排气隔室在所述排气腔室的整个长度上至少部分地布置在所述排气管道的内部。特别地，整个所述排气腔室都布置在所述排气管道的内部。
任何之前的实施方式都可以同等地应用于后面的该另选实施方式，从而没有再对它们进行具体阐述。
根据本发明的装置的上述方面具有许多优点。一个优点是装置容易制造。由于不需要附加外部空间，因此更容易将该装置集成到排气管线中。还还具有能够容易地集成到现有排气管线中而无需修改该装置周围的车身空间的优点。另外，根据本发明的装置对周围环境条件(例如行驶风速)不太敏感，并且不容易受到干扰，这是因为该装置的外部具有与正常排气管线有关的形状。根据本发明的装置的另一个优点是与现有装置相比时，制造更廉价，甚至成本较低，并且装置的构造简单。进一步的优点时检测过滤器可自发再生，该自发再生可以与主颗粒过滤器的再生独立上进行。另一个优点是检测过滤器的检查之间的间隔较短，因此对主颗粒过滤器的泄漏率进行更频繁的检查，并且增加监测效率。
另外，所述装置可以被实施为使得所述检测过滤器可从排气管道的外部接近，以便容易维修和更换，而不必将装置拆卸。特别地，所述检测过滤器可通过所述排气腔室的壁中的狭缝插入，该狭缝通向所述排气管道的外部。另选地，所述装置可以被实施为使得可将所述排气腔室从所述排气管道的外部移除，而不必将整个装置从车辆移除，并且可以从移除的排气腔室更换所述检测过滤器。在过滤器更换或排气腔室维修之后，再次将排气腔室引入到该装置内。
通过根据本发明的装置还增加了售后服务性能，并且呈现了容易的维修接近性。
可能有利的是将所述检测过滤器布置成使得该检测过滤器的横截面至少部分地特别完全地布置在所述虚拟边界管状包络面内。所述检测过滤器的具体布置允许至少在该检测过滤器周围将该检测过滤器暴露于热的排气，由此能够充分地接触高温进行再生，即使当该检测过滤器至少部分地从而导致减少的(热)排气流过该检测过滤器时也是如此。检测过滤器可以接近颗粒过滤器定位(特别地位于距离颗粒过滤器的后端面1cm到100cm的范围内)，以便通过主动再生过程或自发再生过程增强该检测过滤器的再生。
附图说明
借助于附图的帮助从本发明的实施方式的如下描述，本发明的进一步有利方面变得显而易见，在附图中：
图1示出了本发明的实施方式的三维视图；
图2是图1所示的实施方式的横截面的示意图；
图3是沿着图2所示的实施方式的平面A-A的截面的示意图；
图4示出了类似于根据图1的实施方式的另一个实施方式，但是具有根据本发明的弯曲装置；
图5示出了本发明的另一个实施方式的外部视图；
图6是图5所示的实施方式的横截面的示意图；以及
图7是沿着图6所示的实施方式的平面B-B的截面的示意图；
图8示出了类似于根据图5的实施方式的另一个实施方式，但是具有根据本发明的部分弯曲装置；
图9示出了本发明的另一个实施方式的三维视图；
图10是图9所示的实施方式的横截面的示意图；以及
图11是沿着图10所示的实施方式的平面C-C的截面的示意图；
图12示出了本发明的另一个实施方式的三维视图；
图13是图12所示的实施方式的横截面的示意图；以及
图14是沿着图13所示的实施方式的平面D-D的截面的示意图。
具体实施方式
图1至图4描绘了根据本发明的第一实施方式。
在图1中，描绘了用于诊断用于内燃机的排气流1的颗粒过滤器的操作性能的装置的实施方式的外部图，该装置具有排气管道2，该排气管道2具有外壁21。该排气管道2在一侧被弄平。排气管道2的外壁21限定了虚拟边界柱面22，该虚拟边界柱面22是虚拟边界管状包络面的特定情况，该虚拟边界柱面22是具有圆形横截面和正交于排气管道2的横截面的柱面轴线并且完全包围排气管道2的外壁21的最小可能的柱面。在图1所示的具体实施方式中，排气管道2具有在一侧被弄平的圆形横截面，但是可以具有适合于排气管道的任何几何形状。该装置进一步包括排气腔室3，该排气腔室3填充有虚拟边界柱面22在一侧被弄平的排气管道2的外部产生的容积的至少一部分。排气腔室3的纵向轴线在排气腔室的整个长度上特别地遵循排气管道2的纵向轴线形式，并且特别地该排气腔室具有笔直纵向轴线。
排气腔室3包括检测过滤器31，该检测过滤器31特别地聚在类似于在该装置的上游使用的颗粒过滤器的过滤性能。该检测过滤器31可以被设计成允许在过滤器没有被颗粒堵塞时压降非常低。该检测过滤器31特别地由多孔陶瓷流通基板、多孔烧结金属泡沫、金属丝网、烧结或未烧结的金属棉网、陶瓷或金属泡沫制成。该检测过滤器还可以通过通常也被称为3D打印的添加制造制成。该检测过滤器31可以进一步包括若干层非均质或各向异性的过滤材料。特别地，该检测过滤器31包括促进颗粒物质氧化的催化剂涂层。催化活性涂层成分可以含有处于任何催化活性氧化状态的铂、钯、铑、贱金属或它们的混合物。
排气腔室3的至少一部分被热连接至排气管道2外部的环境，以在排气腔室3和排气管道2外部的环境之间形成热桥。排气腔室3在排气腔室3的整个长度上都布置在虚拟边界柱面22内。排气管道2的几何形状被选择成使得能够将排气腔室3至少部分地在该排气腔室3的整个长度上集成在虚拟边界柱面22内，特别地在排气腔室3的整个长度上完全集成在虚拟边界柱面22内。
散热器本体5与排气腔室3热接触。温度传感器31被布置在排气腔室3中并且测量排气流1的已经通过检测过滤器31的部分11的温度。另一个参考温度传感器4在排气腔室3外部布置在排气管道2中，并且作为参考温度的基础来测量排气腔室3外部的排气流12的温度。该参考温度传感器4可以另选地在排气腔室3的上游或下游位于排气管线(未在图中示出)中。在另一个另选实施方式中，没有使用另一个参考温度传感器用于该装置的功能。
特别地，排气腔室3可以与主排气管道2热分离，以在排气腔室3和排气管道2之间形断热。为此，可以使用空气间隙或隔离材料将排气通道3与排气管道2热隔离。
图2和图3是图1所示的装置的界面的详细图。图2示出了图1所示的根据本发明的具体实施方式的剖视图。虚拟边界柱面22由在一侧被弄平的排气管道2的外壁21限定。图2中所描绘的虚拟边界柱面22是具有圆形横截面和正交于排气管道2的横截面的柱面轴线并且完全包围在一侧被弄平的排气管道2的外壁21的最小可能的柱面。排气腔室3具有与排气腔室3的横截面相配的检测过滤器31，该检测过滤器31正交于排气管道2的纵向轴线布置并且位于排气腔室3的入口331处。检测过滤器31可以另选地位于排气腔室3内的任何位置，优选位于温度传感器31上游。
图3描绘了在图2中的箭头的方向上横跨平面A-A的在图1和图2中所示的根据本发明的具体实施方式的剖视图。该排气腔室3包括具有入口331和出口332的管道33，并且检测过滤器31布置在排气腔室的管道33的入口331的横截面中。另选地，该过滤器可以布置在排气管道33中的任何位置处，特别地位于温度传感器32的上游。检测过滤器31特别地被布置成可更换的。具体而言，排气腔室3的管道33至少部分地在该排气腔室3的整个长度上集成在虚拟边界柱面22内，特别是排气腔室3的整个长度上完全集成在虚拟边界柱面22内。
图4描绘了除了排气管道2和排气腔室3是弯曲的之外类似于图1至图3中的实施方式的本发明的具体实施方式。排气管道2也具有在一侧被弄平的圆形横截面。然而，该排气管道可以具有适合于排气管道的任何几何形状。排气管道2的外壁21限定了弯曲的虚拟边界管状包络面22，所述虚拟边界管状包络面22是具有与排气管道2的横截面共面的圆形横截面并且在沿着排气管道2的任何位置处都完全包围排气管道2的外壁21。在图4中的该具体实施方式中，排气腔室3的总象州县也是弯曲的，并且特别地在排气腔室的整个长度上遵循排气管道2的纵向弯曲轴线形式。另选地，排气管道2只有一部分可以是弯曲的，例如，特别地在弯曲中央部之前和之后包括笔直部分。
排气腔室3的几何形状(形状、截面等)是这样的以致于使得排气流1的质量流量的仅0.01％至10％特别地0.1％至6％流过检测过滤器31。
可选地，可以将另外的限制或文氏管估值布置在排气管道2内，以促进排气流通过检测过滤器31。
排气流1的流动方向以及排气流1的已经通过检测过滤器31的至少一部分的部分11和排气流1的位于排气腔室3外部的排气的部分12的流动方向由箭头1、11、12表示。
图5至图8描绘了根据本发明的第二实施方式。
图5描绘了本发明的另一个具体实施方式。整个排气腔室3布置在具有圆形横截面的圆柱形形状的排气管道2的内部。在图5所示的具体实施方式中，排气管道2具有圆形横截面，但是可以具有适合于排气管道的任何几何形状。另选地，排气腔室3在排气腔室3的整个长度上仅仅部分地布置在排气管道2的内部中，并且排气腔室3的一部分可以超越排气管道2的外侧壁21。
散热器本体5接触排气腔室3，以增加与排气管道2外部的环境的热能交换。
检测过滤器31可通过狭缝插入到排气腔室3内并且可从排气腔室3外部接近以容易进行维修和更换，而不必拆卸该装置。具体而言，检测过滤器31通过排气腔室3的壁中的狭缝插入，该狭缝通向排气管道2的外部。
图6描绘了如图5所示的根据本发明的具体实施方式的剖视图。排气腔室3通过排气管道2的外壁21中的开口插入排气管道2内，并且在排气管道2的外壁21中的开口的圆周处与外壁21密封固定。特别地，通过焊接进行排气腔室3在排气管道2中的开口圆周处与外壁21的固定。
图7描绘了在图6的箭头的方向上沿着平面B-B的图5和图6所示的根据本发明的具体实施方式的剖视图。图7示出了排气腔室3，该排气腔室3包括具有入口331和出口332的管道33，并且检测过滤器31被布置在排气腔室3的管道33的横截面中。类似于图1至图4所示的实施方式，过滤器可以被布置在排气腔室3中的任何位置，特别地布置在温度传感器32的上游。具体而言，排气腔室3的管道33至少部分在排气腔室3的整个长度上集成在排气管道2内，特别地在排气腔室3的整个长度上完全集成在排气管道2内。排气流的方向由箭头1、11、12表示。
图8示出了本发明的另一个具体实施方式，除了排气管道2和排气腔室3在其长度的一部分上弯曲之外，该实施方式类似于图5至图7的实施方式。另选地，该排气管道和排气腔室在它们的全部长度上弯曲。再次，在图8所示的具体实施方式中，排气管道2具有圆形横截面，但是可以具有适合于排气管道的任何几何形状。整个排气腔室3布置在具有管状形状的排气管道2的内部中，该管状形状在其长度的一部分上是弯曲的并且具有圆形横截面。该排气管道2和排气腔室3具有第一笔直部分201，检测过滤器31在该第一笔直部分201内布置在排气腔室中。该笔直部分201因而随后被弯曲中央部分202跟随，并且最终随后再次被笔直部分203跟随。在图8中的该具体实施方式中，排气腔室3的纵向轴线的一部分是弯曲的，并且特别地在排气腔室的长度的至少一部分上遵循排气管道2的纵向轴线形式。
在该实施方式中，检测过滤器31可通过狭缝插入排气腔室3内，并且检测过滤器31可从排气腔室3的外部接近，以容易进行维修和更换，而不必拆卸该装置。具体而言，检测过滤器31通过排气腔室3的壁中的狭缝插入，该狭缝通向排气管道2的外部。
类似于之前的实施方式，可以将另外的限制或文氏管装置布置在排气管道2内以促进排气流通过检测过滤器31。
图9至图11描绘了根据本发明的第三实施方式。
图9示出了本发明的附加具体实施方式。在该实施方式中，整个排气腔室3都布置在具有圆形横截面的圆筒状形状的排气管道2的内部中。然而，排气管道2可以具有适合于排气管道的任何几何形状。检测过滤器31位于排气腔室3的入口331处。散热器本体5包括外部散热片51，以更好地与排气管道2外部的环境进行热能交换。
该装置可以被实现为使得可将该排气腔室从排气管道的外部移除，例如通过螺钉连接，而不必将整个装置从车辆移除，并且可以从移除的排气腔室更换检测过滤器。在更换检测过滤器之后或维修排气腔室之后，将排气腔室重新引入到装置内。
图10描绘了图9所示的装置的具体实施方式的剖视图，图11描绘了在图10的箭头的方向上沿着平面C-C的截面图。在该实施方式中，排气腔室3具有圆形入口331，检测过滤器31与入口331的横截面相配。排气腔室3通过延伸到腔室3内的散热器本体5与排气管道2外部的环境热连接。温度传感器32被集成到散热器本体5内并且在被紧固至排气腔室3时与散热器本体5固定地密封，温度传感器32的顶端34进一步延伸到排气腔室3内。
以这种方式构造的排气腔室3布置在颗粒过滤器的下游的排气管道2中，排气流的流动方向由箭头1、11、12表示。
图12至图14描绘了根据本发明的第四实施方式。图13是图12中所示的装置的剖视图，而图14是在图13的箭头的方向上沿着平面D-D的截面图。
类似于图9至图11描述的第三实施方式，图12至图14描绘了根据本发明的装置的具体实施方式，该实施方式包括插入具有圆形横截面的排气管道2内的排气腔室3，其中排气腔室3经由包括散热片51以更好地进行热能传递的散热器本体5而与排气管道2外部的环境接触。然而，排气管道2可以具有适合于排气管道的任何几何形状。
然而，检测过滤器31具有圆筒状形状，并且包围温度传感器32，排气腔室3的圆筒状检测过滤器31具有正交于排气管道2的纵向轴线的纵向轴线。在圆筒状检测过滤器31的一侧上，排气腔室3由外壁21或由紧固的散热器本体5密封，而在另一侧上由一板件密封。
该装置同样可以实施为使得可将排气腔室从排气管道外部移除，例如通过螺钉连接，而不必将整个装置从车辆移除，并且可以从移除的排气腔室更换检测过滤器。在过滤器更换或排气腔室维修之后，将排气腔室再次引入该装置内。
再次，排气流流动由箭头1、11、12表示。排气流1通过检测过滤器31的部分11通过动态压力而被强制通过圆筒状检测过滤器31。
在操作过程中，排气流1的经过根据本发明的装置的上游的颗粒过滤器的部分11通过检测过滤器31而引导在排气腔室3的入口331中或入口331处，并且排气流1的第二部分12经过该装置的排气管道2。排气腔室3的入口331优选具有正交于气流的横截面，并且利用排气流1的动态压力，从而使得排气流1的部分11由于所产生的差压而经过检测过滤器31。排气腔室3的出口332位于排气腔室3的入口331的下游。
在排气流1的部分11经过排气腔室3的同时，在热桥上特别是在可选的散热器本体5上，与排气管道2外部的环境发生温度交换。散热器本体5可以或者与排气管道2外部的周围环境交换热能或者由于高热容而通过存储热量而交换热能，或者进行这两个过程。散热器结构可以由丝网、金属部件和/或外部散热片构成以进行周围环境热交换。
排气腔室3的检测过滤器31收集没有被颗粒过滤器保持的颗粒。在操作过程中，颗粒在检测过滤器31上的沉积导致连续堵塞检测过滤器31的过滤元件，因而随着时间而降低其渗透性。因此，随着检测过滤器31的堵塞增加，排气流1的经过检测过滤器31随后经过排气腔室3的部分11的质量流量减少。通过减少经过排气腔室3的流动，由于与排气管道2外部的环境进行热交换而引起的温度下降逐渐增加。
因此，由温度传感器32测量的温度通过与参考温度进行对比而给出关于检测过滤器31的状态的精确信息，因此通过适当的评估单元进行上游颗粒过滤器的操作性能的诊断。该评估单元可以进一步被构造成将上游颗粒过滤器的颗粒泄漏类型分类。示例有“非损坏”主颗粒过滤器、“部分损坏”主颗粒过滤器和“完全损坏”颗粒过滤器。
对于完全操作的颗粒过滤器可以借助考虑各种参数并表达预期温度和/或参考温度的数学模拟来计算该参考温度。另选地，通过数学模拟计算的该参考温度可以是针对受损颗粒过滤器获得的温度，特别是针对其水平根据立法不需要检测的泄漏颗粒物质获得的温度。在后者的情况下，由评估单元通过检测较高颗粒泄漏来评估颗粒过滤器的任何故障或损坏，并且检测过滤器的比所设置的温度参考所允许的更早堵塞(高于预期颗粒泄漏)将引发警报信号。
定期地或在任意时间，评估单元确定可对检测过滤器31进行再生的必要性。特别地，装置的尺寸被确定成使得可以通过所收集颗粒的氧化而对承载颗粒的检测过滤器31进行再生，从而使得检测过滤器31再次接近其原始清洁过滤器渗透性。检测过滤器31的再生可以通过主动再生过程或通过自发再生来进行。
对于检测过滤器的主动再生过程来说，将排气的温度上升到对于正常发动机操作来说不正常的水平(通常超过550℃)。正常情况下为了将在上游颗粒过滤器中收集的颗粒氧化而触发这种主动再生。在这种情况下，检测过滤器31在主颗粒过滤器再生的同时再生。这些条件被良好地控制，并且在正常发动机操作过程中不自发地发生。
另选地，检测过滤器31的再生机制通过自发再生发生，并且可以在正常发动机操作条件下操作。自发再生与主颗粒过滤器的再生独立地进行，并且因此除了柴油机之外可能有利地并且特别地适合于用于汽油机。
对于两种再生机制来说，都需要再生条件下的颗粒燃尽率高于颗粒沉积率。
由涂层检测过滤器提供的自发再生便于缩短颗粒过滤器的泄漏率的检查之间的间隔。这些检查依赖于根据清洁检测过滤器状态来研究检测过滤器堵塞率。对于不可能进行自发再生的未涂覆检测过滤器，将清洁检测过滤器状态先决条件与主动再生的成功完成联合，主动再生最好每几百公里进行一次。自发检测过滤器再生可以更经常地发生，从而可能提供更多机会来更频繁根据清洁状态研究检测过滤器的堵塞率，并因而大幅提高监测频率。
可能需要限制检测过滤器31上的颗粒沉积率，以便确保以有利于燃尽率的方式影响颗粒沉积率和燃烧率的均衡。可以通过选择具有低颗粒过滤效率的检测过滤器31并通过限制通过排气腔室3并因此通过检测过滤器31的排气质量通量来限制颗粒沉积率。通过选择具有低渗透性的检测过滤器31或通过限制垂直于主排气流动方向暴露的排气腔室3的面积或通过排气腔室3的设计来施加流动限制以实现该过程。后者的情况可以通过增加排气腔室3的长度、引入附加弯曲、减少排气腔室3的直径或流动面积或通过在排气腔室3的任何地方引入流动限制元件(例如孔口或多孔结构)来获得。
影响再生平衡的不同方式是在检测过滤器31上施加促进颗粒物质氧化的催化剂涂层。涂层导致在给定温度时检测过滤器31的再生率更高。在想要检测过滤器31自发再生的情况下，催化剂涂层是必不可少的。
参考温度可以通过在评估单元上运行的仿真模型生成。仿真模型至少考虑排气质量流量估计和排气温度信号作为输入，并且可以进一步结合像例如周围环境温度、排气背压和车辆速度之类的参数。
另选地，从另一个参考温度传感器4计算该参考温度，该另一个参考温度传感器在排气腔室3外部布置在排气管道2内并且测量排气腔室3外部的排气流12的温度。参考温度传感器4可以另选地在排气腔室3的上游或下游位于排气管线(未在图中示出)中。
由于仿真模型可能需要提供用于临界颗粒过滤器的参考温度，该模型必须结合关于最后一次检测过滤器31再生以来检测过滤器31渗透性的颗粒排放历史。因此，需要结合对沉积在检测过滤器31上的颗粒的量进行跟踪的仿真。为此，参考仿真可以依赖于各种参数，例如发动机速度、发动机载荷、空气质量流量、燃料流、空燃比、发动机温度、排气流、颗粒过滤器负载、颗粒过滤器过滤效率、PM排放、周围环境温度、大气压力、排气再循环率、排气温度、车辆速度、NO2浓度、O2浓度等。
临界颗粒过滤器是指以最高可能水平泄漏颗粒物质的受损颗粒过滤器，对于该受损颗粒过滤器来说，仍然可以通过本发明的方法可靠地将其泄漏行为与被损坏到颗粒物质排放刚好在法律限度或法律限度以上的程度的颗粒过滤器的泄漏行为区分开。临界颗粒过滤器将仍然表现出法律限度以下的颗粒物质泄漏。
评估单元考虑温度传感器32的响应。当排气腔室3中的传感器的温度从预期参考值偏离时，评估单元将对该偏离进行分类并且在必要时给出警报信号。在满足一定具体参数条件的时间段上将温度信号或温度信号之差平均化。所考虑的参数可以包括排气腔室温度传感器32的信号、排气腔室气体通路温度传感器32的信号变化率、颗粒过滤器的出口的排气温度、颗粒过滤器的出口处的排气温度变化率、周围环境温度、大气压力、车辆速度、检测过滤器31最后一次成功再生已来的排气流量、时间和距离等等。关于颗粒过滤器的颗粒泄漏是否高于或低于阈值的决定可以基于以上所述的若干平均化时间段来进行。
评估单元可以在例如检测到检测过滤器31穿孔或永久堵塞时进一步关于检测过滤器31的故障进行简单分类。当排气腔室3中的传感器的温度非常接近颗粒过滤器出口排气温度因此温度高于模拟参考值时可以识别出检测过滤器31穿孔。可以通过排气腔室3中的传感器的温度显著低于检测过滤器31再生之后的仿真参考温度来识别出检测过滤器31永久堵塞。
将要被监测的上游颗粒过滤器可以是经典的颗粒过滤器(即，柴油颗粒过滤器)，但是也可以是具有过滤颗粒功能并可能结合有其他功能(例如，选择性催化还原NOx(SCR和过滤器)、三元催化剂(汽油颗粒过滤器)或氧化还原剂)的任何其它装置。
尽管已经借助于实施方式描述了本发明，但是对本领域技术人员显然的是，在不脱离作为本发明的基础的技术教导的情况下可以进行各种改变和更改。因此，并不旨在将本发明限于所描述的实施方式，而是由所附权利要求来限定保护范围。

Claims (19)

1.一种用于诊断用于内燃机的排气流(1)的颗粒过滤器的操作性能的装置，该装置包括：
-具有外壁(21)的排气管道(2)，所述排气管道(2)的所述外壁(21)限定虚拟边界管状包络面(22)，该虚拟边界管状包络面(22)是在沿着所述排气管道(2)的任何位置具有与所述排气管道(2)的横截面共面的圆形横截面并且完全包围所述排气管道(2)的所述外壁(21)的最小可能管状包络面；
-具有检测过滤器(31)的排气腔室(3)；
-布置在所述排气腔室(3)中的温度传感器(32)，该温度传感器(32)被布置成用于测量所述排气流(1)的已经经过所述检测过滤器(31)的至少一部分的部分(11)的温度，
其中所述排气腔室(3)的至少一部分被热连接至所述排气管道(2)外部的环境，并且
其中所述排气腔室(3)在所述排气腔室(3)的整个长度上至少部分地布置在所述虚拟边界管状包络面(22)内。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述虚拟边界管状包络面(22)是虚拟边界柱面(22)，该虚拟边界柱面(22)是具有圆形横截面和正交于所述排气管道(2)的横截面的柱面轴线并完全包围所述排气管道(2)的所述外壁(21)的最小可能柱面。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述排气腔室(3)在所述排气腔室(3)的整个长度上至少部分地布置在所述排气管道(2)的内部。
4.根据权利要求3所述的装置，其中整个所述排气腔室(3)布置在所述排气管道(2)的内部。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述排气腔室(3)的被热连接至所述排气管道(2)外部的环境的所述至少一部分被热连接至所述排气管道(2)的所述外壁(21)。
6.根据权利要求1或2所述的装置，该装置包括另一个参考温度传感器(4)，该另一个参考温度传感器(4)在所述排气腔室(3)外部布置在所述排气管道(2)中，用于测量所述排气流(1)的位于所述排气腔室(3)外部的部分(12)的温度。
7.根据权利要求1或2所述的装置，该装置进一步包括散热器本体(5)，其中所述排气腔室(3)的被热连接至所述排气管道(2)外部的环境的所述至少一部分被热联接至所述散热器本体(5)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述散热器本体(5)延伸到所述排气腔室(3)内。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述散热器本体(5)包括从所述散热器本体(5)向外延伸的外部散热片(51)。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述排气腔室(3)与所述排气管道(2)热分离。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置被实施为使得所述排气腔室(3)的所述检测过滤器(31)是可更换的。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测过滤器(31)的横截面面积使得所述排气流(1)的经过所述检测过滤器(31)的那部分(11)等于所述排气流(1)的质量流量的0.01％至10％。
13.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测过滤器(31)的横截面面积使得所述排气流(1)的经过所述检测过滤器(31)的那部分(11)等于所述排气流(1)的质量流量的0.1％至6％。
14.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述排气腔室(3)包括具有入口(331)和出口(332)的长形排气腔室管道(33)。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述排气腔室管道(33)的所述出口(332)连接至所述排气管道(2)。
16.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述排气腔室(3)的所述检测过滤器(31)是圆筒状的，并且包围所述温度传感器(32)，并且其中圆筒状的所述检测过滤器(31)被布置成使得圆筒状的所述检测过滤器(31)的纵向柱面轴线正交于所述排气管道(2)的纵向轴线。
17.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述检测过滤器(31)包括催化剂涂层。
18.一种用于诊断用于内燃机的排气流(1)的颗粒过滤器的操作性能的车载诊断系统，该车载诊断系统包括：
根据前述权利要求中任一项所述的装置；和
评估单元，该评估单元被构造成将由布置在所述装置的所述排气腔室(3)中的所述温度传感器(32)测量的温度与参考温度进行比较。
19.根据权利要求18所述的车载诊断系统，该车载诊断系统进一步包括参考温度传感器，该参考温度传感器被布置成在所述装置的外部与所述排气流(1)接触，以测量所述排气流(1)的温度。
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