CN107524498B - 柴油微粒过滤器再生系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油微粒过滤器再生系统，提供了用于微粒过滤器的再生的方法和系统，该微粒过滤器包括具有沿多个滚动引导件循环的滤纸的过滤器主体。至少一个滚动引导件可为具有马达和加热器的辊加热器。基于微粒过滤器两端的压差的辊加热器的激活在再生阶段期间再生微粒过滤器，并且定位滤纸的再生区段以用于在随后的碳烟加载阶段中捕集碳烟。

Description

柴油微粒过滤器再生系统

技术领域

本发明涉及柴油微粒过滤器再生。

背景技术

诸如柴油微粒过滤器(DPF)的排放控制设备可通过捕集碳烟微粒来减少来自柴油发动机的碳烟排放的量。此类设备可在发动机操作期间再生，以降低捕集的微粒物质的量。再生通常通过提高DPF的温度到预定水平并且确保进入DPF的排气具有特定的组分来实现。

再生DPF的一个方法包括在主燃烧事件后喷射燃料进入排气流中。燃烧后的喷射的燃料在沿排气流放置的催化剂上燃烧。燃料在催化剂上燃烧期间释放的热量增加排气温度，从而在DPF中燃烧被捕集的碳烟微粒。

然而，本文发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，上述方法可以导致比预期更高的温度增加，这对包括DPF的排气系统部件可以是有害的。该过程还需要额外的燃料消耗，因为需要喷射燃料以进行DPF再生。此外，由于在DPF的入口和出口二者处的碳烟沉积，以及在一些配置中由于通过DPF内的槽并且通过包括DPF的槽的多孔壁的流，可观察到高压损失。

发明内容

在一个示例中，上述问题可通过微粒过滤器解决，该微粒过滤器包括过滤器主体、每个都容纳在过滤器主体内的第一滚动引导件和辊加热器(roller heater)、从第一滚动引导件向辊加热器延伸的微粒捕集材料、以及排气入口，微粒捕集材料延伸穿过该排气入口。微粒过滤器可耦接到发动机系统的排气通道，来自排气通道的排气通过排气入口进入微粒过滤器，排气流过微粒捕集材料并且排气通过排气出口流出微粒过滤器。通过排气入口的排气流可以垂直于通过排气出口的排气流。

在发动机的排气通道中使用微粒过滤器的示例性方法可包括，在碳烟加载阶段中，经由在微粒过滤器的过滤器主体内部的滤纸环(filter paper loop)捕集来自发动机的排气流的碳烟，排气流流经滤纸并且通过微粒过滤器的出口离开，以及响应于高于阈值的微粒过滤器两端的压差，通过激活过滤器主体内部的辊加热器来移动滤纸环经过辊加热器的加热器，从而启动微粒过滤器的再生。

以这种方式，通过激活辊加热器来将微粒捕集材料(例如，滤纸)移动到加热器附近以燃烧来自微粒捕集材料的捕集的碳烟，可再生微粒过滤器。这样一来，避免在流经微粒过滤器的排气流中的燃料的喷射，因此增加燃料经济性并且降低排放。此外，微粒过滤器只在入口处捕集碳烟并且不在出口处捕集碳烟，并且过滤器不依赖于槽(channel)，因此降低了过滤器两端的压降。此外，离开微粒过滤器的排气可以为相对低温的排气，因为高温不用于再生微粒过滤器，并且还因为流经微粒过滤器的排气在离开微粒过滤器时可不流过激活的辊加热器。此外，上述微粒过滤器的配置可允许在微粒过滤器的再生期间生成的灰烬在过滤器主体内部而不是在微粒捕集材料上积聚，以避免从微粒捕集材料除去灰烬的需要。

应当理解，提供上述发明内容以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本公开的任何部分中的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包括柴油微粒过滤器的发动机系统。

图2示出微粒过滤器的实施例。

图3示出图2的微粒过滤器的侧视图。

图4A示出在碳烟加载阶段中的图2的微粒过滤器。

图4B示出在过滤器再生阶段中的图2的微粒过滤器。

图4C示出在过滤器再生阶段结束时的图2的微粒过滤器。

图5示出用于操作微粒过滤器再生系统的方法。

图6示出微粒过滤器的碳烟加载和再生期间的示例性操作图。

具体实施方式

下面的描述涉及用于操作沿内燃发动机(诸如图1所述的发动机系统)的排气通道设置的微粒过滤器的系统和方法。微粒过滤器可包括围绕多个滚动引导件循环的过滤器以及在过滤器主体内部的辊加热器，如图2和图3所示。可通过激活或停用(deactivation)微粒过滤器的辊加热器来控制微粒过滤器的碳烟加载阶段和过滤器再生阶段，如图4A至图4C所示。辊加热器的激活可基于微粒过滤器两端的压差。图5示出基于微粒过滤器两端的压差操作微粒过滤器的示例性方法。图6示出操作图，其示出微粒过滤器的碳烟加载阶段和再生阶段。

图1至图4示出具有各种部件的相对定位的示例性配置。如果示出为互相直接接触或直接耦接，那么至少在一个示例中，此类元件可分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，示出为彼此相邻或邻近的元件至少在一个示例中可分别被称为彼此相邻或邻近。作为示例，彼此共面接触地放置的部件可被称为处于共面接触。作为另一个示例，彼此分开定位并且其间只有空间没有其他部件的元件至少在一个示例中可被称为处于共面接触。作为又一个示例，示出为在彼此上方/彼此下方、在彼此相对的侧面、或在彼此的左/右的元件可相对于彼此称为处于共面接触。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部的元件或元件的点可被称为部件的“顶部”，并且最底部的元件或元件的点可被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可相对于图的竖直轴线并且用于描述图的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，示出在其他元件上方的元件被定位在其他元件的正上方。作为又一个示例，图内所示的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，诸如圆形、直线、平面、弯曲、球形、倒角、成角度等)。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，示出在另一个元件内或示出在另一个元件外部的元件可被称为相交元件或彼此相交。

图1示出车辆系统6的示意图描述。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可包括具有多个汽缸30的发动机10。发动机10包括发动机进气口23和发动机排气通道25。发动机进气口23包括经由进气通道42流体耦接到发动机进气歧管44的节气门62。发动机排气通道25包括排气歧管48，排气歧管48最终通向将排气输送到大气的排气通道35。节气门62可位于在诸如涡轮增压器(未示出)的升压设备的下游以及后冷却器(未示出)的上游的进气通道42中。当被包括时，后冷却器可被配置为降低由升压设备压缩的进气的温度。

发动机排气通道25可包括一个或多个排放控制设备70，其可安装在排气中的紧密耦接的位置。一个或多个排放控制设备可包括三元催化剂、稀氮氧化物(NOx)过滤器、SCR催化剂等。发动机排气通道25也可包括柴油微粒过滤器(DPF)102，其暂时过滤来自进入气体的微粒材料(PM)并且定位在排放控制设备70的上游。可在PM传感器106中测量通过DPF 102之后过滤了PM的尾管排气，并且该尾管排气在排放控制设备70中被进一步处理，并经由排气通道35排出到大气。在描绘的示例中，PM传感器106是电阻式传感器，其基于在PM传感器的电极两端测量的电导率的变化来估计DPF 102的过滤效率。

压力传感器可沿发动机排气通道25定位在DPF 102的上游和下游。在一个示例中，第一压力传感器71可沿发动机排气通道25定位在DPF 102的上游并且第二压力传感器73可沿发动机排气通道25定位在DPF 102的下游。来自第一压力传感器71和第二压力传感器73的输入可用于再生DPF，如下面将要描述的。在一个示例中，基于DPF两端的压差的DPF的再生可包括激活辊加热器以便燃烧沉积在DPF内部的滤纸环上的碳烟，如下面参考图2至图6将要描述的。

车辆系统6还可包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个传感器16(本文描述其各种示例)接收信息，并且将控制信号发送到多个执行器81(本文描述其各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括排气流速传感器126，其被配置为测量通过排气通道35的排气的流速、排气传感器(位于排气歧管48中)、温度传感器128、压力传感器129(位于排放控制设备70的下游)、PM传感器106、第一压力传感器71和第二压力传感器73。诸如附加压力、温度、空燃比，排气流速和组分传感器的其他传感器可耦接到车辆系统6中的各种位置。作为另一个示例，执行器可以包括燃料喷射器66、节气门62、控制过滤器再生的DPF辊加热器(图1中未示出)、电路开关等。

控制系统14可包括控制器12。控制器12可配置有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令。控制器12接收来自图1的各种传感器的信号，处理该信号，并且基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令，采用图1的各种执行器来调节发动机操作。

沿图1的发动机排气通道25在至少一个排放控制设备的上游定位的微粒过滤器可包括过滤器主体。在一个示例中，过滤器主体可包括三角形腔体。在另一个示例中，过滤器主体可包括圆形腔体，或矩形腔体。在过滤器主体内部，多个滚动引导件可容纳有穿过多个滚动引导件延伸的微粒捕集材料，诸如滤纸。在一个示例中，多个滚动引导件中的至少一个可为辊加热器，该辊加热器包括马达和加热器。

排气可通过排气入口流入微粒过滤器。通过排气入口进入的排气可流经微粒捕集材料，并且可通过排气出口离开微粒过滤器。在一个示例中，进入排气入口的排气流可垂直于排出排气入口的排气流，降低了沿微粒过滤器的背压。当排气流过微粒捕集材料时，包括碳烟的微粒材料可通过微粒捕集材料被捕集，并且在微粒过滤器的再生期间，捕集的碳烟可被烧尽。

可基于微粒过滤器两端的压差通过激活辊加热器的马达和加热器来启动微粒过滤器的再生。随着具有捕集的碳烟的微粒捕集材料滚动经过辊加热器，加热器可增加温度来燃烧来自微粒捕集材料的碳烟，从而再生用于随后的碳烟加载的微粒捕集材料。微粒过滤器的再生可不需要排气流中用于烧尽被微粒过滤器捕集的碳烟的额外的燃料和/或氧气。因此，当发动机开启时，可启动微粒过滤器的再生，并且即使当发动机关闭时也可继续再生。

图2示出微粒过滤器200的主视图250并且图3示出具有排气入口206和排气出口208的微粒过滤器200的侧视图300。图2和图3将被共同描述。微粒过滤器200可为沿发动机系统8的发动机排气通道25定位的柴油微粒过滤器102，如图1中描述的。还示出了用于微粒过滤器200的竖直、水平和横向轴线，其中水平轴线可平行于具有排气通道(其具有微粒过滤器)的车辆的车底。

微粒过滤器200可包括过滤器主体204，过滤器主体204具有顶表面202。在一个示例中，过滤器主体204可被配置为具有顶表面202的倒三角壳体，该顶表面202侧面具有相对于顶表面202成A度角的第一邻接表面201和相对于顶表面202成B度角的第二邻接表面203，如图2所示。在一个示例中，角度A可等于角度B。

第一邻接表面201和第二邻接表面203可会聚以在过滤器主体204的底部区域205处相交，底部区域205位于过滤器主体的第一水平面207处。第一水平面207可平行于微粒过滤器200的水平轴线和横向轴线。

沿微粒过滤器200的正面，可存在垂直于顶表面202的第一竖直表面211。当第一竖直表面211朝向过滤器主体204的底部区域205渐缩时，第一竖直表面211可与第一邻接表面201和第二邻接表面203相接合，如图2所示。第二竖直表面213可存在于与第一竖直表面21相对的过滤器主体(图3中所示)的后端。第二竖直表面213也可相对于第一邻接表面201和第二邻接表面203被配置为类似于第一竖直表面211。

顶表面202、第一邻接表面201和第二邻接表面203与第一竖直表面211和第二竖直表面213组合的配置可限定在过滤器主体204内部的腔体210(在图2中示出)。在一个示例中，腔体210可为倒三角形腔体。在其他示例中，腔体可具有不同配置，例如矩形腔体或圆形腔体。

排气出口208可沿在过滤器主体的正面处的第一竖直表面211定位。在一个实施例中，排气入口可沿第一邻接壁或沿第二邻接壁并且排气出口可沿第一竖直表面211。排气出口208可将过滤器主体的腔体210流体连接到过滤器主体的外部。在一个示例中，当微粒过滤器200定位在排气通道内部时，排气出口208可将微粒过滤器的腔体210流体连接到排气通道，该排气通道流体连接到大气(例如，图1的发动机排气通道25)。腔体210可为三角形的，使得进入排气入口206的排气流可垂直于排出微粒过滤器的排气出口的排气流，从而确保贯穿微粒过滤器的低背压。另外，在微粒过滤器的再生阶段期间产生的灰烬可沉积在三角形腔体的基部内侧，如下文将进一步描述的。

在过滤器主体204的腔体210的内侧，第一滚动引导件214和第二滚动引导件216可沿过滤器主体的第二水平面209存在。过滤器主体204的第二水平面209可高于第一水平面207并且平行于过滤器主体204的第一水平面207。如本文所使用的，“高于”可包括竖直较高或竖直地位于参考点上方，参考点诸如安装有DPF的车辆所位于的地面。这样，第二水平面可相对于地面高于第一水平面。

第一滚动引导件214和第二滚动引导件216可各自包括外表面，该外表面有助于滚动与滚动引导件的外表面接触的另一表面。在一个示例中，滚动引导件中的每个可自由转动。在另一个示例中，可具有耦接到第一滚动引导件和第二滚动引导件中的每个的马达。滚动引导件可为中空的或实心的圆柱，其被配置为围绕滚动引导件中的每个的旋转轴线转动，使例如滤纸片的表面能够滚动经过滚动引导件，但是其他配置是可能的，诸如滚动引导件为三角形或方形。

第一滚动引导件214可位于顶表面202和第一邻接表面201的交界处，并且第二滚动引导件216可存在于顶表面和第二邻接表面203的交界处。

沿顶表面202的长度L的第二滚动引导件216在图3中示出。第一滚动引导件214和第二滚动引导件216可彼此平行并且可平行于微粒过滤器的中央水平轴线。当安装在排气通道内侧时，微粒过滤器的水平轴线可平行于排气出口和相关联的排气通道的中央纵向轴线。滚动引导件可各自沿顶表面202的长度L延伸。在一些示例中，可存在仅一个滚动引导件。在其他示例中，可存在超过两个滚动引导件。

辊加热器212可沿第一水平面207存在于过滤器主体204内侧的过滤器主体204的底部区域205处。在一个示例中，第一滚动引导件214可存在于距离辊加热器212(图2所示)距离d1处，并且第二滚动引导件可存在于距离辊加热器212(图2所示)距离d2处，其中d1可等于d2。在其他示例中，d1和d2可不相等。

在一个示例中，第一滚动引导件和第二滚动引导件可沿不同的水平面，诸如第二滚动引导件216沿第一水平面207，并且第一滚动引导件214和辊加热器212沿第二水平面209。在另一个示例中，辊加热器212、第一滚动引导件214和第二滚动引导件216中的每个可沿过滤器主体的不同水平面。

辊加热器212可包括容纳在辊215内的电加热器217。电加热器可包括电阻式加热元件或其他适合的加热器，其可经由控制器220(其为图1的控制器12的一个非限制性示例)激活，以增加辊加热器附近的温度。辊加热器可包括马达219，当通过控制器激活时，马达219可使辊加热器的辊围绕辊加热器的旋转轴线旋转。在辊加热器的辊的旋转期间，加热器可保持静止。然而，在一些示例中，加热器可与辊一起旋转。在一个示例中，辊加热器的旋转可以是顺时针方向的。在其他示例中，辊加热器的旋转可以是逆时针方向的。响应于发动机操作参数，控制器220可控制辊加热器的加热器和马达的激活的持续时间。在一个示例性例程中，辊加热器的马达和加热器可在微粒过滤器的再生期间被激活达特定的持续时间，如下面将参考图5和图6详细讨论的。在另一示例中，滚动引导件中的一个或多个还可包括加热器和马达，其可在微粒过滤器再生期间被激活。在又一个示例中，辊加热器的加热器和马达可彼此分离，而不是被包括在单个单元中(例如，马达可驱动辊以移动滤纸经过与辊分离定位的加热器)。

滤纸环218可在第一滚动引导件214、第二滚动引导件216和辊加热器212之间循环，如图2所示。滤纸环可捕集来自流动横穿滤纸的排气的微粒材料和碳烟。滤纸可对碳烟具有高吸附能力，并且可具有合适的孔隙率以允许排气流经滤纸。具有高碳烟吸收能力和排气流的良好渗透性的其他微粒捕集材料，例如织物，可循环横穿滚动引导件。在其他示例中，具有高吸附能力的有机或无机纤维可被压缩以形成片材，其可以循环横穿滚动引导件。

滤纸材料的一个示例是高硅玻璃纤维织物，其由高硅纱制成并且可承受900℃到1250℃的连续的工作温度和高达1450℃的瞬时温度。另一个示例是用蛭石(vermiculite)处理的玻璃纤维织物，其可承受高达850℃的温度。

滤纸环的第一区段230可平行于顶表面202。如所述，滤纸环的第二区段232可沿第二邻接表面203存在，并且滤纸环的第三区段234可沿第一邻接表面201存在。

图3中的微粒过滤器的侧视图300示出循环横穿辊加热器212和第二滚动引导件216的滤纸环218的第二区段232。在一个示例中，滤纸的宽度W可沿微粒过滤器200的长度L被容纳。

微粒过滤器200可定位在排气通道中，例如图1的发动机排气通道25，使得过滤器主体的底部区域205更靠近车辆的车底，同时顶表面可更远离车辆的车底。过滤器主体204的第二竖直表面213可更靠近发动机，并且第一竖直表面可更远离发动机，并且更靠近排气通道通向大气的开口。一个或多个排放控制设备可存在于排气通道中的微粒过滤器的下游，例如图1的排放控制设备70。

当通过滤纸环的第一区段捕集的碳烟达到某负载时，微粒过滤器可被再生，这可限制横穿滤纸环的第一区段的排气流。在一个示例中，滤纸环两端的压差可用作通过滤纸捕集的碳烟负载的指示器，如参考图5和图6将在下面讨论的。

图4A至图4C分别示出图2和图3的在过滤器再生阶段之前的碳烟加载阶段期间的微粒过滤器200和在再生的过滤器准备好进行下一个碳烟加载阶段之前的碳烟加载阶段期间的微粒过滤器200。微粒过滤器200的特征与参考图2和图3描述的相同。之前在图2和图3中介绍的部件被类似地编号，并且不再重新介绍。

在碳烟加载阶段400期间，排气可沿流动路径410通过排气入口206流入微粒过滤器200。然后排气可沿流动路径412流经滤纸环218的第一区段430，并且可进入过滤器主体的腔体210中。随着排气沿流动路径412流动，来自排气的碳烟可在滤纸环218的第一区段430的外表面上被捕集。然后排气可通过排气出口208从腔体210流到排气通道，该排气通道流体连接到大气。

在碳烟加载阶段期间，辊加热器212可被禁用并且滤纸环可以是静止的。碳烟加载阶段可继续，直到在滤纸的第一区段430的外表面上捕集的碳烟负载超过最大负载能力。在碳烟加载阶段400期间，滤纸环的第二区段432可具有在先前的碳烟加载阶段期间沉积的碳烟，同时第三区段434可为滤纸的再生的区段，其在先前的再生阶段期间再生。

在微粒过滤器200的再生阶段402期间，可激活辊加热器的马达，因此旋转辊加热器212。辊加热器212的旋转可沿第一滚动引导件214、第二滚动引导件216和辊加热器212例如在如箭头221所示的顺时针方向上移动滤纸环218。如图4B所示，滤纸环中的每个区段正在顺时针方向上移动。随着第二区段432沿辊加热器滚动，由于被激活的辊加热器生成的热量，沉积的碳烟可被烧尽。由于重力，通过燃烧碳烟生成的灰烬可在直接位于过滤器主体204的辊加热器212下方的底部体积223处沉积在腔体210内侧。由于辊加热器212定位在三角形腔体的底部体积223的上方，因此在滤纸环滚动经过辊加热器212时，通过燃烧来自滤纸环的碳烟生成的灰烬可通过微粒过滤器的多次再生而收集在底部体积处，并且可不需要频繁的除灰。

当第二区段432滚动经过辊加热器时，同时过滤器的第三区段434(在先前的再生阶段中再生)从沿第一邻接表面201移动到沿顶表面202。另外，具有来自碳烟加载阶段400的沉积的碳烟的第一区段430(如图4A所示)移动以沿着第二邻接表面203定位以便在随后的再生阶段中再生。

在图4C中，示出了准备好进行下一个碳烟加载阶段的再生的微粒过滤器的视图404。滤纸环的第二区段432现在被定位以在随后的碳烟加载阶段中捕集来自流经排气入口206的排气的碳烟。在其外表面上具有碳烟的第一区段430被定位以在下一个再生阶段中再生。干净的再生的第二区段432沿第一邻接表面201定位，并且将在下一个再生事件期间沿顶表面替换第三区段434以捕获碳烟。

在一个示例中，在每个再生阶段期间的辊加热器212的旋转速率可使得滤纸环的每个区段的整体从沿过滤器主体的一个表面移动到邻接表面。在其他示例中，在再生阶段期间，超过一个区段或少于一个区段可从沿一个表面滚动到过滤器主体的邻接表面。加热器可生成充足的热量，例如600℃至700℃，以烧尽沿辊加热器滚动的滤纸的区段中的碳烟。在一个示例中，第一滚动引导件和/或第二滚动引导件还可包括加热器和/或马达。

因此，微粒过滤器可包括排气入口和排气出口。多孔的微粒捕集材料可沿排气入口延伸，使得当排气从排气入口行进到排气出口时，排气行进通过多孔的微粒捕集材料。通过微粒捕集材料捕集微粒物质(例如，碳烟)。微粒过滤器还包括加热器(例如，电加热器)以选择性地提高微粒捕集材料的温度，以便烧尽碳烟并且再生微粒过滤器。为了将微粒捕集材料移动到加热器附近，微粒捕集材料可延伸穿过马达致动的辊。当辊被激活时，微粒捕集材料沿加热器移动。在一个示例中，辊/马达和加热器可组合在单个单元中。

如上所述，微粒捕集材料可包括滤纸或另一个合适的纤维，并且滤纸可配置成环。两个辊引导件可存在于排气入口的每侧上，并且滤纸可延伸穿过两个辊引导件。辊/马达和加热器可竖直存在于两个辊引导件的下方，使得滤纸环是三角形的。排气出口可垂直于排气入口被定位。例如，排气入口可定位在微粒过滤器的顶部上并且排气出口可定位在微粒过滤器的一侧上。排气出口的中央纵向轴线可竖直定位在两个辊引导件的下方以及竖直定位在辊/马达和加热器的上方。以这种方式，排气中的碳烟可通过延伸穿过排气入口的滤纸被捕集，然而排气可离开微粒过滤器，而不流过加热器。通过输送排气流使得其不流过加热器，可以避免在典型DPF再生期间产生的高温排气，该高温排气可对排气尾管附近的人或物体造成危险。此外，这种配置可允许灰烬积聚在微粒过滤器内侧而不是在微粒捕集材料上，避免了将灰烬从微粒捕集材料上洗掉的需要。

微粒过滤器的上述配置是一种示例性配置，但是其他配置也是可行的，而不背离本公开的范围。例如，滤纸可以是方形或矩形的，而不是配置成三角形的环。例如，第三辊引导件可位于与辊/马达和加热器相同的平面上。在另一个示例中，辊/马达和加热器可位于排气入口的一侧上，并且可仅存在一个辊引导件，使得滤纸被配置为类似于传送带。在此配置中，排气可在离开微粒过滤器之前行进穿过滤纸的两个区段。

图5示出用于操作微粒过滤器的方法600，例如，如图1至图2所示的耦接到发动机系统的微粒过滤器200。微粒过滤器200可包括滤纸环、辊加热器以及排气入口和排气出口，如上参考图2至图4所述。在一个示例中，方法600可响应于发动机工况(诸如微粒过滤器两端的压差)通过调整微粒过滤器的辊加热器的激活来调整微粒过滤器的碳烟加载阶段和再生阶段。

基于存储在控制器的存储器上的指令以及结合从发动机系统的传感器(包括NOx传感器、UEGO传感器，压力传感器等)接收的信号，通过例如控制器12的控制器可执行用于实施方法600和本文包括的其余方法的指令，如上参考图1所述。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机执行器来调节微粒过滤器的操作。在一个示例中，基于来自传感器的输入，控制器12可致动微粒过滤器200的辊加热器212，从而调节用于燃烧碳烟的滤纸环的位置。

方法600通过评估发动机操作参数在602处开始，该参数可包括但不限于发动机转速、发动机扭矩需求、发动机温度，微粒过滤器两端的压力等。方法600继续前进到604，其中滤纸环两端的压差被确定。在微粒过滤器的上游和下游之间的压差还指示在滤纸环两端的压差。因此，在滤纸环两端的压差和在微粒过滤器两端的压力同义地使用。可基于来自在微粒过滤器上游和下游的压力传感器的输入估计或确定压差。在606处，方法600确定滤纸环两端的压差是否超过阈值。

如果滤纸环两端的压差不超过阈值，方法600继续到608处的碳烟加载阶段。低于阈值的压差指示滤纸环的第一区段具有额外的碳烟加载能力(例如，目前延伸穿过微粒过滤器的入口的滤纸的区段)并且未指示微粒过滤器的再生。在碳烟加载阶段期间，在610处，辊加热器被禁用。在612处，排气流经微粒过滤器的入口并且流动横穿滤纸环的第一区段并且然后通过出口流出微粒过滤器。在614处，当排气流动横穿滤纸环时，来自排气的碳烟被捕集在滤纸环的第一区段的外表面上。方法600然后返回。

在606处，如果压差超过阈值，则沉积在滤纸环的第一区段的外表面上的碳烟可接近或处于最大碳烟能力，其中横穿滤纸环的排气流可被折衷，从而产生背压。因此，方法600继续前进到616以进行过滤器再生阶段。

在过滤器再生阶段期间，在618处，微粒过滤器的辊加热器可被激活。激活的辊加热器例如通过滤纸环的顺时针运动移动滤纸环的一个区段(例如，图2的第二区段232)以移动经过辊加热器。在一个示例中，第二区段可包括从先前的碳烟加载阶段沉积的碳烟。在620处，通过辊加热器生成的热量烧尽沉积在滚动经过辊加热器的滤纸环上的碳烟，而在622处，滤纸环的第三区段移动以被定位用于在随后的再生周期中捕集碳烟。在一个示例中，第三区段可以是滤纸环的之前再生的区段。

在一个示例中，在616处，过滤器再生阶段的持续时间可基于辊加热器的旋转速度和滤纸的将要滚动经过辊加热器以便再生的区段的长度。在另一个示例中，每个再生阶段的持续时间可为具体的时间，其中滤纸环的至少一个区段可被再生，并且可定位滤纸环的再生区段以捕集用于下一个碳烟加载阶段的碳烟。

在一个示例中，在再生阶段之后，微粒过滤器两端的压差仍在阈值之上可指示滤纸没有被足够地再生。如果滤纸经过了多次再生并且需要被替换，则滤纸的充分再生可能不发生。在另一个示例中，缺少滤纸的充分再生可指示有缺陷的辊加热器，例如加热器温度不够高或马达未定位用于再生的滤纸区段。在一个示例中，如果在再生事件之后，通过在微粒过滤器下游的碳烟传感器检测到高碳烟浓度，则微粒过滤器中的裂纹或损坏是可能的。在另一个示例中，如果在许多再生循环之后，微粒过滤器两端的压降为低(低于阈值)，则滤纸可能变得更薄和具有更多孔，从而不能有效地捕集碳烟。

方法600继续前进到616之后的碳烟加载阶段628。在626处的碳烟加载阶段类似于在上述608处的碳烟加载阶段。在碳烟加载阶段期间，排气流动横穿滤纸，同时来自排气的碳烟被捕集在滤纸的外表面上，如上参考图4A至图4C所述。方法600然后返回。

因此，微粒过滤器可从流经微粒过滤器的排气中捕集碳烟，并且可通过激活过滤器主体内侧的辊加热器来再生滤纸。辊加热器的激活可基于微粒过滤器两端的压差。

图6示出沿发动机系统的排气通道定位的微粒过滤器的操作期间的示例性操作顺序700。示例性操作顺序700可在发动机系统10的操作期间生成，其中微粒过滤器200沿排气通道35定位，如上参考图1至图4所述。沿Y轴线绘制的是指示发动机是开启或发动机是关闭的曲线701。曲线702示出微粒过滤器的辊加热器的激活和停用，曲线706指示由微粒过滤器内侧的滤纸环的某区段的外表面捕集的碳烟的碳烟负载，曲线704指示微粒过滤器两端的压差，并且705指示阈值压力。X轴线表示从图的左侧到图的右侧递增的时间。竖直标记(用虚线)表示感兴趣的时间。

在T1之前，在碳烟加载阶段期间，发动机开启(曲线701)。排气通过微粒过滤器的入口以及通过滤纸环流入。随着排气流经滤纸环(曲线706)并从微粒过滤器的出口流出，来自排气的碳烟在滤纸环的第一区段的外表面上被捕集。随着碳烟加载阶段继续，由滤纸环的第一区段捕集的碳烟负载增加(曲线706)。因此，如曲线704所示，微粒过滤器两端的压差也在T1之前的碳烟加载阶段期间增加。在碳烟加载阶段期间，辊加热器保持禁用(曲线702)。

在T1，微粒过滤器两端的压差可达到阈值压力(705)，使得沉积在滤纸环的第一区段上的碳烟可限制横穿滤纸环的排气流，并可以折衷通过滤纸进一步捕集碳烟。此外，由于堵塞，通过滤纸环的第一区段的排气流的背压也可增加。

在T1，启动过滤器再生阶段。过滤器再生阶段用于持续时间T1-T2。在再生阶段期间，在T1，发动机开启(曲线701)，辊加热器被激活(曲线702)，移动滤纸环并生成热量以烧尽沉积在滚动经过辊加热器的滤纸环的第二区段上的碳烟。在再生阶段期间，微粒过滤器的一个区段可被再生，而另一个再生部分(在先前的再生阶段期间再生)可被定位用于捕集来自排气的碳烟，如上参考图4A至图4C所述。

当辊加热器旋转并且燃烧来自滤纸环的碳烟时，滤纸上的碳烟负载减少(曲线706)，并且微粒过滤器两端的压差也减少(曲线704)。在从T1-T2的再生阶段期间，从T1至T1′发动机可被开启，并且从T1′至T2发动机可关闭。即使发动机在T1′时关闭，在T1(当发动机开启时)启动的再生也可继续，因为在用于再生微粒过滤器的排气中不需要额外的燃料或氧气，并且还由于马达和辊加热器的加热器是电动的，并且可在没有发动机操作的情况下由车辆电池供电。只要车辆电池具有充足的电力，例如，电池至少充电30％，则辊加热器可被操作。当辊加热器(曲线702)可被停用时，再生阶段在T2结束。

第二碳烟加载阶段可发生在T2至T3之间。在T2至T3之间的第二碳烟加载阶段期间，发动机开启(曲线701)，辊加热器被禁用(曲线702)，随着来自流经滤纸环的排气的碳烟被捕集，碳烟加载(曲线706)可以再次增加，并且随着更多的碳烟被捕集，微粒过滤器(曲线704)两端的压差继续增加。

以这种方式，来自排气的碳烟可在微粒过滤器内侧的滤纸环的外表面上被捕集，并且可通过激活辊加热器以将具有碳烟的滤纸环移动到辊加热器附近以烧尽捕集的碳烟，来再生微粒过滤器。再生的滤纸然后可被定位以在随后的碳烟加载阶段期间捕集碳烟。

基于在微粒过滤器两端测量的压差，通过激活过滤器主体内侧的辊加热器再生上述微粒过滤器的技术效果是保持有效的微粒物质捕集以及在位于发动机系统的排气通道内侧的微粒过滤器两端的低排气背压。

一种微粒过滤器，包括过滤器主体、每个均容纳在过滤器本体内的第一滚动引导件和辊加热器、从第一滚动引导件延伸到辊加热器的微粒捕集材料、以及排气入口，微粒捕集材料延伸横穿排气入口。微粒过滤器的第一示例，还包括在过滤器主体内的第二滚动引导件。微粒过滤器的第二示例任选地包括所述第一示例，并且还包括，其中第一滚动引导件和第二滚动引导件沿过滤器主体的第一水平面存在。微粒过滤器的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中辊加热器沿过滤器主体的第二水平面存在于过滤器主体的最低区域，第二水平面低于第一水平面。微粒过滤器的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括其中最低区域与第一滚动引导件相距第一距离并且与第二滚动引导件相距第二距离，第二距离等于第一距离。微粒过滤器的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括其中微粒捕集材料是滤纸环。微粒过滤器的第六示例任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且还包括其中辊加热器包括电加热器和马达。微粒过滤器的第七示例任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且还包括其中可响应于微粒过滤器两端的压差大于阈值压力而经由控制器激活辊加热器以便再生微粒捕集材料。微粒过滤器的第八示例任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，并且还包括其中排气被配置为从排气入口流经沿过滤器主体的顶表面延伸的微粒捕集材料，来自排气的碳烟被捕集在微粒捕集材料的外表面上。

一种示例性系统，包括微粒过滤器，其包括主体，该主体在主体的顶表面上具有入口以及在主体的竖直表面上具有出口，该竖直表面垂直于顶表面、循环穿过在主体内侧的多个滚动引导件的滤纸、包括马达和加热器的多个滚动引导件中的第一滚动引导件，以及耦接到微粒过滤器的排气管，其中来自排气管的排气通过入口进入微粒过滤器，排气流动横穿滤纸并且排气通过出口从微粒过滤器流出，通过入口的排气流与通过出口的排气流垂直。系统的第一示例，其中多个滚动引导件中的第二滚动引导件被定位在沿主体的顶表面的第一端部处，并且多个滚动引导件中的第三滚动引导件被定位在沿主体的顶表面的第二端部处，第二端部与第一端部相对，并且第一端部和第二端部二者都沿主体的第一水平面。系统的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括，其中第一滚动引导件沿主体的第二水平面定位在主体的底部区域处，主体的第二水平面低于第一水平面，其中滤纸从第一滚动引导件循环到第二滚动引导件，并且从第二滚动引导件循环到第三滚动引导件，并且然后从第三滚动引导件循环回到第一滚动引导件。系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中第一滚动引导件的马达可激活以使滤纸移动横穿多个滚动引导件。系统的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括其中第一滚动引导件的加热器可激活以生成用于燃烧来自与辊加热器接触滚动的滤纸的碳烟的热量。系统的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括其中主体被配置为收集通过燃烧碳烟生成的灰烬。

一种示例性方法，包括在碳烟加载阶段期间，经由在微粒过滤器的过滤器主体内侧的滤纸环捕集来自发动机的排气流的碳烟，排气流流经滤纸并且通过微粒过滤器的出口排出，并且响应于微粒过滤器两端的压差高于阈值，通过激活过滤器主体内侧的辊加热器来移动滤纸环经过辊加热器的加热器，从而启动微粒过滤器的再生。方法的第一示例是其中碳烟加载阶段是第一碳烟加载阶段，其中来自排气流的碳烟经由延伸横穿微粒过滤器的入口的滤纸环的第一区段被捕集，并且其中启动再生包括激活辊加热器以将滤纸环的第二区段移动经过加热器，第二区段包括在第一碳烟加载阶段之前的第二碳烟加载阶段期间捕集的碳烟。方法的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括其中激活辊加热器以移动滤纸环的第二区段包括激活辊加热器以同时移动滤纸环的第三区段以延伸横穿入口，以用于在第一碳烟加载阶段之后的第三碳烟加载阶段期间的碳烟收集，并且移动滤纸环的第一区段以用于随后的再生。方法的第三示例任选地包括第一示例至第二示例，并且还包括其中启动微粒过滤器的再生包括当发动机正在操作时启动微粒过滤器的再生，并且响应于在再生完成前发动机停止运转，在发动机停止运转时继续再生。方法的第三示例任选地包括第一示例至第二示例，并且还包括响应于微粒过滤器的再生的完成而停用辊加热器。

应当注意，本文包括的示例性控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中并且可通过控制系统执行，该控制系统包括与各种传感器、执行器和其他发动机硬件组合的控制器。本文描述的特定例程可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的，多线程的、等等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以所示的顺序执行、并行地执行或在某些情况下被省略。同样地，所述的处理顺序并不是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可根据所使用的特定策略重复执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行系统中的指令而被实施，该系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。

应当注意本文公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些特定的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括各种系统和配置以及本文公开的其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

所附权利要求特别指出了被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元素或“第一”元素或其等价物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元素。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论与原权利要求的范围更宽、更窄、相同或不同，均被认为包括在本公开的发明主题的范围内。

Claims (20)

1.一种微粒过滤器，其包括：

过滤器主体；

第一滚动引导件和辊加热器，每个都容纳在所述过滤器主体内；

从所述第一滚动引导件延伸到所述辊加热器的微粒捕集材料；

排气入口，所述微粒捕集材料延伸横穿所述排气入口，其中所述排气入口位于所述微粒捕集材料的上游；

排气出口，其中所述排气出口在垂直于所述排气入口的方向上延伸；以及

腔体，其中所述腔体被所述过滤器主体围绕，并且其中所述腔体被所述微粒捕集材料围绕，所述腔体与所述排气出口对准，并且所述腔体能够经由所述排气出口从所述过滤器主体的外部直接接入。

2.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其还包括在所述过滤器主体内的第二滚动引导件。

3.根据权利要求2所述的微粒过滤器，其中所述第一滚动引导件和所述第二滚动引导件沿所述过滤器主体的第一水平面存在。

4.根据权利要求3所述的微粒过滤器，其中所述辊加热器沿所述过滤器主体的第二水平面在所述过滤器主体的最低区域处存在，所述第二水平面低于所述第一水平面。

5.根据权利要求4所述的微粒过滤器，其中所述最低区域与所述第一滚动引导件相距第一距离并且与所述第二滚动引导件相距第二距离，所述第二距离等于所述第一距离。

6.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其中所述微粒捕集材料是滤纸环。

7.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其中所述辊加热器包括电加热器和马达。

8.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其中响应于所述微粒过滤器两端的压差超过阈值压力，所述辊加热器经由控制器被激活以用于再生微粒捕集材料。

9.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其中排气被配置为从所述排气入口流经沿所述过滤器主体的顶表面延伸的所述微粒捕集材料，来自所述排气的碳烟被捕集在所述微粒捕集材料的外表面上。

10.一种用于微粒过滤器的系统，其包括：

包括主体的微粒过滤器，所述主体具有在所述主体的顶表面处的入口和在所述主体的竖直表面上的出口，所述竖直表面垂直于所述顶表面，其中所述主体围绕腔体；

滤纸，所述滤纸循环横穿所述主体内的多个滚动引导件，所述多个滚动引导件中的第一滚动引导件包括马达和加热器，所述滤纸延伸横穿所述入口，其中所述第一滚动引导件偏离所述出口的开口，并且其中所述出口位于所述入口的下方和所述第一滚动引导件上方，并且其中所述滤纸围绕所述出口和所述腔体，所述腔体能够经由所述出口从所述主体的外部直接接入；以及

耦接到所述微粒过滤器的排气管，其中来自所述排气管的排气通过所述入口进入所述微粒过滤器，排气流动横穿所述滤纸并且排气通过所述出口流出所述微粒过滤器，通过入口的排气流与通过所述出口的排气流垂直。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个滚动引导件中的第二滚动引导件定位在沿所述主体的所述顶表面的第一端部处，并且所述多个滚动引导件中的第三滚动引导件定位在沿所述主体的所述顶表面的第二端部处，所述第二端部与所述第一端部相对，并且所述第一端部和所述第二端部二者都沿所述主体的第一水平面。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一滚动引导件定位在沿所述主体的第二水平面的所述主体的底部区域处，所述主体的所述第二水平面低于所述主体的所述第一水平面，其中所述滤纸从所述第一滚动引导件循环到所述第二滚动引导件，并且从所述第二滚动引导件循环到所述第三滚动引导件，并且然后从所述第三滚动引导件循环回到所述第一滚动引导件。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一滚动引导件的所述马达可激活以移动所述滤纸横穿所述多个滚动引导件。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一滚动引导件的所述加热器可激活以产生热量，所述热量用于燃烧来自与所述加热器接触地滚动的所述滤纸上的碳烟。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述主体被配置为收集由燃烧的碳烟生成的灰烬。

16.一种用于微粒过滤器的方法，其包括：

在碳烟加载阶段期间，经由在微粒过滤器的过滤器主体内的滤纸环捕集来自发动机的排气流的碳烟，所述排气流流经所述滤纸并且通过微粒过滤器的出口排出；以及

响应于所述微粒过滤器两端的压差高于阈值，通过激活在所述过滤器主体内的辊加热器来移动所述滤纸环经过所述辊加热器的加热器，启动所述微粒过滤器的再生，

其中所述微粒过滤器还包括腔体，所述腔体被所述过滤器主体围绕，并且所述腔体被所述滤纸环围绕，所述腔体与所述出口对准，并且所述腔体能够经由所述出口从所述过滤器主体的外部直接接入。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳烟加载阶段是第一碳烟加载阶段，其中来自所述排气流的碳烟经由延伸横穿所述微粒过滤器的入口的滤纸环的第一区段被捕集，并且其中启动再生包括激活所述辊加热器以移动所述滤纸环的第二区段经过所述加热器，所述第二区段包括在所述第一碳烟加载阶段之前的第二碳烟加载阶段期间被捕集的碳烟。

18.根据权利要求17所述的方法，其中激活所述辊加热器以移动所述滤纸环的所述第二区段包括激活所述辊加热器以同步移动所述滤纸环的第三区段，以在所述第一碳烟加载阶段之后的第三碳烟加载阶段期间延伸横穿用于碳烟收集的所述入口，并移动所述滤纸环的所述第一区段以用于后续再生。

19.根据权利要求16所述的方法，其中启动所述微粒过滤器的再生包括当所述发动机正在操作时启动所述微粒过滤器的再生，并且响应于在所述再生已经完成之前所述发动机停止运转，在所述发动机停止运转时继续所述再生。

20.根据权利要求16所述的方法，其还包括响应于微粒过滤器的所述再生的完成而停用所述辊加热器。

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