DE102017113188A1

DE102017113188A1 - Dieselpartikelfilterregenerationssystem

Info

Publication number: DE102017113188A1
Application number: DE102017113188.4A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN107524498A; RU2017119424A; RU2722145C2; CN107524498B; US20170362977A1; RU2017119424A3; US10385746B2

Abstract

Bereitgestellt werden Verfahren und Systeme zur Regeneration eines Partikelfilters mit einem Filterkörper, der ein Filterpapier aufweist, das an einer Vielzahl von Rollführungen entlang geschlungen ist. Wenigstens eine Rollführung kann eine Rollenheizeinrichtung mit einem Motor und einer Heizeinrichtung sein. Die Aktivierung der Rollenheizeinrichtung auf Grundlage einer Druckdifferenz am Partikelfilter regeneriert den Partikelfilter während einer Regenerationsphase und positioniert einen regenerierten Abschnitt des Filterpapiers zum Einfangen von Ruß in einer anschließenden Rußladephase.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Regenerierung von Dieselpartikelfiltern.
Hintergrund und Kurzdarstellung
Emissionssteuervorrichtungen wie etwa Dieselpartikelfilter (DPF) können die Menge von Rußemissionen von einer Dieselkraftmaschine durch Einfangen von Rußpartikeln reduzieren. Diese Vorrichtungen können während des Betriebs einer Kraftmaschine regeneriert werden, um die Menge aufgefangener Partikel zu senken. Die Regeneration wird in der Regel erreicht, indem die Temperatur des DPF auf einen vorgegebenen Pegel angehoben wird und sichergestellt wird, dass Abgas, das in den DPF gelangt, eine bestimmte Zusammensetzung aufweist.
Ein Ansatz zum Regenerieren eines DPF beinhaltet das Einspritzen von Kraftstoff in einen Abgasstrom nach einem Hauptverbrennungsereignis. Der nach der Verbrennung eingespritzte Kraftstoff wird über Katalysatoren verbrannt, die im Abgasstrom angeordnet sind. Die Wärme, die während der Verbrennung an den Katalysatoren freigesetzt wird, erhöht die Abgastemperatur, was die aufgefangenen Rußpartikel in dem DPF verbrennt.
Die Erfinder haben jedoch mögliche Probleme von solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann der oben beschriebene Ansatz zu einem stärkeren Temperaturanstieg als gewünscht führen, was für die Abgassystemkomponenten einschließlich des DPF schädlich sein kann. Der Prozess erfordert auch zusätzlichen Kraftstoffverbrauch, da Kraftstoff eingespritzt werden muss, damit die DPF-Regeneration stattfindet. Darüber hinaus ist aufgrund der Rußablagerung am Einlass und Auslass des DPF und in einigen Konfigurationen aufgrund des Strömens durch Kanäle im DPF und durch die porösen Wände, die die Kanäle des DPF bilden, ein hoher Druckverlust zu beobachten.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch einen Partikelfilter mit einem Filterkörper, einer ersten Rollführung und einer Rollenheizeinrichtung, die jeweils im Filterkörper aufgenommen sind, einem Partikelauffangmaterial, das sich von der ersten Rollführung zur Rollenheizeinrichtung erstreckt, und einem Abgaseinlass angegangen werden, wobei sich das Partikelauffangmaterial über den Abgaseinlass erstreckt. Der Partikelfilter kann an einen Abgasdurchlass eines Kraftmaschinensystems gekoppelt sein, wobei Abgas aus dem Abgasdurchlass durch den Abgaseinlass in den Partikelfilter gelangt, Abgas über das Partikelauffangmaterial strömt und Abgas durch einen Abgasauslass aus dem Partikelfilter strömt. Der Abgasstrom durch den Abgaseinlass kann senkrecht zum Abgasstrom durch den Abgasauslass sein.
Ein Beispielverfahren des Verwendens des Partikelfilters in einem Abgasdurchlass einer Kraftmaschine kann, während einer Rußladephase, Auffangen von Ruß aus einem Abgasstrom einer Kraftmaschine über eine Filterpapierschleife im Inneren eines Filterkörpers eines Partikelfilters, wobei der Abgasstrom durch das Filterpapier strömt und durch einen Auslass des Partikelfilters austritt, und in Reaktion auf eine Druckdifferenz am Partikelfilter über einem Schwellenwert, Einleiten der Regeneration des Partikelfilters durch Aktivieren einer Rollenheizeinrichtung im Inneren des Filterkörpers beinhalten, um die Filterpapierschleife an einer Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung vorbei zu bewegen.
Auf diese Weise kann der Partikelfilter durch Aktivieren der Rollenheizeinrichtung regeneriert werden, um das Partikelauffangmaterial (z. B. Filterpapier) in die Nähe der Heizeinrichtung zu bewegen, um den aufgefangenen Ruß aus dem Partikelauffangmaterial zu verbrennen. Auf diese Weise wird das Einspritzen von Kraftstoff in den Abgasstrom durch den Partikelfilter vermieden, was die Kraftstoffsparsamkeit erhöht und Emissionen senkt. Ferner fängt der Partikelfilter Ruß nur am Einlass auf und fängt Ruß nicht am Auslass auf, und der Filter nutzt keine Kanäle, wodurch der Druckabfall am Filter reduziert wird. Außerdem kann das Abgas, das den Partikelfilter verlässt, Abgas mit einer relativ niedrigen Temperatur sein, da keine hohen Temperaturen zum Regenerieren des Partikelfilters verwendet werden, und ferner, weil das Abgas, das durch den Partikelfilter strömt, nicht an der aktivierten Rollenheizeinrichtung vorbei strömen kann, während es den Partikelfilter verlässt. Außerdem kann die oben beschriebene Konfiguration des Partikelfilters es ermöglichen, dass Asche, die während der Regeneration des Partikelfilters erzeugt wird, sich im Inneren des Filterkörpers und nicht am Partikelauffangmaterial ansammelt, was die Notwendigkeit ausräumt, Asche aus dem Partikelauffangmaterial zu entfernen.
Es versteht sich, dass die obenstehende Kurzdarstellung eine Auswahl der Konzepte, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form darlegen soll. Sie soll keine Haupt- oder entscheidenden Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Umfang ausschließlich durch die Ansprüche im Anschluss an die ausführliche Beschreibung definiert sind. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die einen der oben aufgeführten Nachteile beheben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung vorkommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein Kraftmaschinensystem mit einem Dieselpartikelfilter dar.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Partikelfilters.
3 zeigt eine Seitenansicht des Partikelfilters aus 2.
4A zeigt den Partikelfilter aus 2 in einer Rußladephase.
4B zeigt den Partikelfilter aus 2 in einer Filterregenerationsphase.
4C zeigt den Partikelfilter aus 2 am Ende der Filterregenerationsphase.
5 zeigt ein Verfahren zum Betreiben des Partikelfilterregenerationssystems.
6 stellt eine beispielhafte Vorgangsübersicht während Rußbeladung und Regeneration des Partikelfilters dar.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters, der an einem Abgasdurchlass eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wie etwa dem Kraftmaschinensystem aus 1. Der Partikelfilter kann einen Filter beinhalten, der um eine Vielzahl von Rollführungen und eine Rollenheizeinrichtung im Inneren eines Filterkörpers geschlungen ist, wie in 2 und 3 dargestellt. Rußladephase und Filterregenerationsphasen des Partikelfilters können durch Aktivierung oder Deaktivierung einer Rollenheizeinrichtung des Partikelfilters gesteuert werden, wie in 4A–4C dargestellt. Die Aktivierung der Rollenheizeinrichtung kann auf Grundlage einer Druckdifferenz am Partikelfilter erfolgen. Ein Beispielverfahren zum Betreiben des Partikelfilters auf Grundlage der Druckdifferenz am Partikelfilter ist in 5 dargestellt. 6 stellt eine Vorgangsübersicht dar, die eine Rußladephase und eine Regenerationsphase des Partikelfilters zeigt.
1–4 zeigen Beispielkonfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt miteinander oder direkt aneinander gekoppelt gezeigt sind, können sie in wenigstens einem Beispiel als in direktem Kontakt miteinander oder direkt aneinander gekoppelt beschrieben werden. Ebenso können Elemente, die fortlaufend oder benachbart zueinander gezeigt sind, in wenigstens einem Beispiel als fortlaufend oder benachbart zueinander beschrieben sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenkontakt stehend beschrieben werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die mit nur einem Raum und keinen anderen Komponenten zwischen sich voneinander getrennt angeordnet sind, in wenigstens einem Beispiel auf diese Weise beschrieben sein. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die ober-/unterhalb voneinander, auf zueinander gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander gezeigt sind, auf diese Weise relativ zueinander beschrieben werden. Wie in den Figuren gezeigt, kann ein oberstes Element oder Punkt des Elements in wenigstens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente beschrieben werden, und ein unterstes Element oder Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente beschrieben werden. Im hier verwendeten Sinne können oben/unten, obere/untere, oberhalb/unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und verwendet werden, um die Positionierung der Elemente der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, sind daher in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als weiteres Beispiel können Formen der in den Figuren gezeigten Elemente als diese Formen aufweisend beschrieben werden (z. B. als rund, gerade, ebenflächig, gekrümmt, gerundet, angefast, gewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die als einander schneidend gezeigt sind, in wenigstens einem Beispiel als schneidende Elemente oder einander schneidend beschrieben werden. Außerdem kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel so beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 beinhaltet ein Kraftmaschinensystem 8. Das Kraftmaschinensystem 8 kann eine Kraftmaschine 10 mit einer Vielzahl von Zylindern 30 beinhalten. Die Kraftmaschine 10 beinhaltet eine Kraftmaschinenansaugöffnung 23 und einen Kraftmaschinenabgasdurchlass 25. Die Kraftmaschinenansaugöffnung 23 beinhaltet eine Drosselklappe 62, die über einen Ansaugdurchlass 42 fluidisch an einen Kraftmaschinenansaugkrümmer 44 gekoppelt ist. Der Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 beinhaltet einen Abgaskrümmer 48, der schließlich zu einem Abgasdurchlass 35 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Die Drosselklappe 62 kann im Ansaugdurchlass 42 stromabwärts einer Verstärkervorrichtung wie etwa eines Turboladers (nicht dargestellt) und stromaufwärts eines Nachkühlers (nicht dargestellt) angeordnet sein. Wenn vorhanden, kann der Nachkühler dazu konfiguriert sein, die Temperatur von Ansaugluft zu reduzieren, die von der Verstärkervorrichtung verdichtet wird.
Der Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 70 beinhalten, die an einer eng gekoppelten Position im Abgaskanal angebracht sein können. Eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, Filter für mageres NOx, einen SCR-Katalysator beinhalten. Der Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 kann auch einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102 beinhalten, der vorübergehend partikelförmige Materialien (PMs) aus eintretenden Gasen herausfiltert und stromaufwärts von der Emissionssteuervorrichtung 70 angeordnet ist. Auspuffendrohrabgas, aus dem PM herausgefiltert wurde, kann nach dem Passieren des DPF 102 in einem PM-Sensor 106 gemessen und in der Emissionssteuervorrichtung 70 weiterverarbeitet und über den Abgasdurchlass 35 an die Atmosphäre ausgestoßen werden. Im dargestellten Beispiel ist der PM-Sensor 106 ein Widerstandssensor, der die Filtereffizienz des DPF 102 auf Grundlage einer Veränderung der Leitfähigkeit schätzt, die an den Elektroden des PM-Sensors gemessen wird.
Drucksensoren können stromaufwärts und stromabwärts des DPF 102 am Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 angeordnet sein. In einem Beispiel kann ein erster Drucksensor 71 stromaufwärts des DPF 102 angeordnet sein und ein zweiter Drucksensor 73 kann stromabwärts des DPF 102 am Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 angeordnet sein. Eine Eingabe von dem ersten Drucksensor 71 und dem zweiten Drucksensor 73 kann zum Regenerieren des DPF verwendet werden, wie unten beschrieben wird. In einem Beispiel kann die Regeneration des DPF auf Grundlage einer Druckdifferenz am DPF die Aktivierung einer Rollenheizeinrichtung zum Verbrennen von Ruß beinhalten, der sich auf einer Schleife von Filterpapier abgelagert hat, die im DPF vorliegt, wie unten unter Bezugnahme auf 2–6 beschrieben wird.
Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 beinhalten. Das Steuersystem 14 ist als Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (von denen hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) empfangend und Steuersignale an eine Vielzahl von Stellantrieben 81 (von denen hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) sendend gezeigt. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgasdurchflusssensor 126 beinhalten, der konfiguriert ist, um einen Durchfluss von Abgas durch den Abgasdurchlass 35, Abgassensor (im Abgaskrümmer 48), Temperatursensor 128, Drucksensor 129 (stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 70), PM-Sensor 106, ersten Drucksensor 71 und zweiten Drucksensor 73 zu messen. Andere Sensoren wie etwa weitere Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Abgasdurchfluss- und -zusammensetzungssensoren können an verschiedene Positionen im Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann der Stellantriebe Kraftstoffeinspritzdüsen 66, die Drosselklappe 62, eine DPF-Rollenheizeinrichtung, die die Filterregeneration steuert (nicht in 1 gezeigt), einen Schalter einer elektrischen Schaltung usw. beinhalten.
Das Steuersystem 14 kann eine Steuereinrichtung 12 beinhalten. Die Steuereinrichtung 12 kann mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert sein, die auf nicht-transitorischem Speicher gespeichert sind. Die Steuereinrichtung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1, verarbeitet die Signale und steuert die verschiedenen Stellantriebe aus 1, um den Kraftmaschinenbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen anzupassen, die in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert sind.
Der Partikelfilter, der am Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 aus 1 stromaufwärts von wenigstens einer Emissionssteuervorrichtung angeordnet ist, kann einen Filterkörper beinhalten. In einem Beispiel kann der Filterkörper einen dreieckigen Hohlraum beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Filterkörper einen kreisförmigen Hohlraum oder einen rechteckigen Hohlraum beinhalten. Im Inneren des Filterkörpers kann eine Vielzahl von Rollführungen mit einem Partikeleinfangmaterial aufgenommen sein, wie etwa Filterpapier, das sich über die Vielzahl von Rollführungen erstreckt. In einem Beispiel kann wenigstens eine der Vielzahl Rollführungen eine Rollenheizeinrichtung sein, wobei die Rollenheizeinrichtung einen Motor und eine Heizeinrichtung beinhaltet.
Abgas kann durch einen Abgaseinlass in den Partikelfilter strömen. Abgas, das durch den Abgaseinlass eintritt, kann durch das Partikelauffangmaterial strömen und den Partikelfilter durch einen Abgasauslass verlassen. In einem Beispiel kann der Strom des Abgases in den Abgaseinlass senkrecht zum Strom des Abgases aus dem Abgaseinlass sein, was den Gegendruck am Partikelfilter reduziert. Partikelförmiges Material, darunter Ruß, kann von dem Partikelauffangmaterial aufgefangen werden, wenn Abgas durch das Partikelauffangmaterial strömt, und der aufgefangene Ruß kann während der Regeneration des Partikelfilters verbrannt werden.
Die Regeneration des Partikelfilters kann durch Aktivierung des Motors und der Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung auf Grundlage einer Druckdifferenz am Partikelfilter eingeleitet werden. Während der Partikelauffangmaterial mit aufgefangenem Ruß an der Rollenheizeinrichtung vorbei rollt, kann die Heizeinrichtung die Temperatur erhöhen, um den Ruß von dem Partikelauffangmaterial zu verbrennen und dadurch das Partikelauffangmaterial für eine nachfolgende Rußbeladung zu regenerieren. Die Regeneration des Partikelfilters erfordert möglicherweise keinen weiteren Kraftstoff und/oder Sauerstoff im Abgasstrom zum Verbrennen des vom Partikelfilter aufgefangenen Rußes. Daher kann die Regeneration des Partikelfilters eingeleitet werden, wenn die Kraftmaschine eingeschaltet ist, und die Regeneration kann auch dann fortgesetzt werden, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist.
2 stellt eine Frontansicht 250 eines Partikelfilters 200 dar und 3 stellt eine Seitenansicht 300 des Partikelfilters 200 mit einem Abgaseinlass 206 und einem Abgasauslass 208 dar. 2 und 3 werden gemeinsam beschrieben. Der Partikelfilter 200 kann der Dieselpartikelfilter 102 sein, der am Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 des Kraftmaschinensystems 8 angeordnet ist, das in 1 dargestellt ist. Die vertikale, horizontale und die Querachse für den Partikelfilter 200 sind ebenfalls gezeigt, wobei die horizontale Achse parallel zu einem Unterboden eines Fahrzeugs sein kann, das den Abgasdurchlass mit dem Partikelfilter aufweist.
Der Partikelfilter 200 kann einen Filterkörper 204 beinhalten, wobei der Filterkörper 204 eine Oberseitenfläche 202 aufweist. In einem Beispiel kann der Filterkörper 204 als ein umgekehrter dreieckiger Mantel konfiguriert sein, wobei die Oberseitenfläche 202 von einer ersten angrenzenden Fläche 201 in einem Winkel von A Grad relativ zur Oberseitenfläche 202 und einer zweiten angrenzenden Fläche 203 in einem Winkel von B Grad relativ zur Oberseitenfläche 202 flankiert wird, wie in 2 dargestellt. In einem Beispiel kann der Winkel A gleich dem Winkel B sein.
Die erste angrenzende Fläche 201 und die zweite angrenzende Fläche 203 können konvergieren, um sich in einem Bodenbereich 205 des Filterkörpers 204 zu treffen, wobei der Bodenbereich 205 in einer ersten horizontal Ebene 207 des Filterkörpers angeordnet ist. Die erste horizontale Ebene 207 kann parallel zur horizontalen Achse und Querachse des Partikelfilters 200 sein.
An einer Vorderfläche des Partikelfilters 200 kann eine erste vertikale Fläche 211 senkrecht zur Oberseitenfläche 202 vorliegen. Die erste vertikale Fläche 211 kann eine Grenze zur ersten angrenzenden Fläche 201 und zweiten angrenzenden Fläche 203 bilden, während sich die erste vertikale Fläche 211 hinab zum Bodenbereich 205 des Filterkörpers 204 abschrägt, wie in 2 dargestellt. Eine zweite vertikale Fläche 213 kann an einem Hinterende des Filterkörpers (dargestellt in 3) gegenüber der ersten vertikalen Fläche 21 vorliegen. Die zweite vertikale Fläche 213 kann ebenfalls ähnlich wie die erste vertikale Fläche 211 im Verhältnis zur ersten angrenzenden Fläche 201 und zweiten angrenzenden Fläche 203 konfiguriert sein.
Die Konfiguration der Oberseitenfläche 202, der ersten angrenzenden Fläche 201 und der zweiten angrenzenden Fläche 203, in Kombination mit der ersten vertikalen Fläche 211 und der zweiten vertikalen Fläche 213, kann einen Hohlraum 210 (dargestellt in 2) im Inneren des Filterkörper 204 definieren. In einem Beispiel kann der Hohlraum 210 ein umgekehrter dreieckiger Hohlraum sein. In anderen Beispielen kann der Hohlraum eine andere Konfiguration aufweisen, beispielsweise ein rechteckiger Hohlraum oder ein kreisförmiger Hohlraum.
Ein Abgasauslass 208 kann an der ersten vertikalen Fläche 211 an der Vorderfläche des Filterkörpers angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Abgaseinlass an der ersten begrenzenden Wand oder an der zweiten begrenzenden Wand liegen und der Abgasauslass kann an der ersten vertikalen Fläche 211 liegen. Der Abgasauslass 208 kann den Hohlraum 210 des Filterkörpers fluidisch mit dem Äußeren des Filterkörpers verbinden. In einem Beispiel kann der Abgasauslass 208, wenn der Partikelfilter 200 innerhalb eines Abgasdurchlasses angeordnet ist, den Hohlraum 210 des Partikelfilters fluidisch mit dem Abgasdurchlass verbinden, der fluidisch mit der Atmosphäre verbunden ist (z. B. dem Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 aus 1). Der Hohlraum 210 kann dreieckig sein, derart, dass der Strom von Abgas in den Abgaseinlass 206 senkrecht zum Abgasstrom aus dem Abgasauslass des Partikelfilters heraus sein kann, was für einen geringen Gegendruck am Partikelfilter sorgt. Außerdem kann Asche, die während einer Regenerationsphase des Partikelfilters erzeugt wird, im Inneren einer Basis des dreieckigen Hohlraums abgelagert werden, wie unten weiter beschrieben wird.
Im Inneren des Hohlraums 210 des Filterkörpers 204 kann eine erste Rollführung 214 vorliegen, und eine zweite Rollführung 216 kann an einer zweiten horizontalen Ebene 209 des Filterkörpers vorliegen. Die zweite horizontale Ebene 209 kann höher als die erste horizontale Ebene 207 und parallel zur ersten horizontalen Ebene 207 des Filterkörpers 204 sein. Im hier verwendeten Sinne kann „höher als“ vertikal höher oder vertikal über einem Bezugspunkt beinhalten, wie etwa einem Boden, auf dem ein Fahrzeug steht, in dem der DPF installiert ist. Somit kann die zweite horizontale Ebene in Bezug auf den Boden höher als die erste horizontale Ebene sein.
Die erste Rollführung 214 und die zweite Rollführung 216 können jeweils eine Außenfläche beinhalten, die sich zum Rollen einer anderen Fläche in Kontakt mit der Außenfläche der Rollführungen eignet. Jede Rollführung kann in einem Beispiel frei drehend sein. In einem anderen Beispiel kann jeweils ein Motor an die erste Rollführung und die zweite Rollführung gekoppelt sein. Die Rollführungen können hohle oder massive Zylinder sein, die dazu konfiguriert sind, sich um eine Drehachse einer jeden Rollführung zu drehen, was es einer Fläche, beispielsweise einer Filterpapierbahn, ermöglicht, an den Rollführungen vorbei zu rollen, obwohl andere Konfigurationen möglich sind, wie etwa, dass die Rollführungen dreieckig oder quadratisch sind.
Die erste Rollführung 214 kann an einer Verbindung der Oberseitenfläche 202 und der ersten angrenzenden Fläche 201 angeordnet sein, und die zweite Rollführung 216 kann an einer Verbindung der Oberseitenfläche und der zweiten angrenzenden Fläche 203 angeordnet sein.
Die zweite Rollführung 216 an einer Längenerstreckung L der Oberseitenfläche 202 ist in 3 dargestellt. Die erste Rollführung 214 und die zweite Rollführung 216 können parallel zueinander sein und können parallel zu einer horizontalen Zentralachse des Partikelfilters sein. Bei Installation im Inneren eines Abgasdurchlasses kann die horizontale Achse des Partikelfilters parallel zu einer zentralen Längsachse des Abgasauslasses und zugehörigen Abgasdurchlasses sein. Die Rollführungen können an der Längenerstreckung L der Oberseitenfläche 202 entlang verlaufen. In einigen Beispielen kann nur eine Rollführung vorliegen. In anderen Beispielen können mehr als zwei Rollführungen vorliegen.
Eine Rollenheizeinrichtung 212 kann im Inneren des Filterkörpers 204 im Bodenbereich 205 des Filterkörpers 204 an der ersten horizontalen Ebene 207 vorhanden sein. In einem Beispiel kann die erste Rollführung 214 in einem Abstand d1 vorliegen und die zweite Rollführung kann in einem Abstand d2 von der Rollenheizeinrichtung 212 vorliegen (dargestellt in 2), wobei d1 gleich d2 sein kann. In anderen Beispielen können d1 und d2 nicht gleich sein.
In einem Beispiel können die erste Rollführung und die zweite Rollführung an unterschiedlichen horizontalen Ebenen vorliegen, derart, dass die zweite Rollführung 216 an der ersten horizontalen Ebene 207 vorliegt und die erste Rollführung 214 und die Rollenheizeinrichtung 212 an der zweiten horizontalen Ebene 209 vorliegen. In einem anderen Beispiel können die Rollenheizeinrichtung 212, die erste Rollführung 214, und die zweite Rollführung 216 jeweils an anderen horizontalen Ebenen des Filterkörpers vorliegen.
Die Rollenheizeinrichtung 212 kann eine elektrische Heizeinrichtung 217 beinhalten, die in einer Rolle 215 aufgenommen ist. Die elektrische Heizeinrichtung kann ein resistives Heizelement oder eine andere geeignete Heizeinrichtung beinhalten, die über eine Steuereinrichtung 220 aktiviert werden kann (die ein nicht einschränkendes Beispiel der Steuereinrichtung 12 aus 1 ist), um eine Temperatur in der Nähe der Rollenheizeinrichtung zu erhöhen. Die Rollenheizeinrichtung kann einen Motor 219 beinhalten, der bei Aktivierung durch die Steuereinrichtung die Rolle der Rollenheizeinrichtung um eine Drehachse der Rollenheizeinrichtung drehen kann. Während der Drehung der Rolle der Rollenheizeinrichtung kann die Heizeinrichtung stationär bleiben. In einigen Beispielen kann sich die Heizeinrichtung jedoch zusammen mit der Rolle drehen. In einem Beispiel kann die Drehung der Rollenheizeinrichtung im Uhrzeigersinn erfolgen. In anderen Beispielen kann die Drehung der Rollenheizeinrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen. Die Dauer der Aktivierung der Heizeinrichtung und des Motors der Rollenheizeinrichtung kann von der Steuereinrichtung 220 in Reaktion auf Kraftmaschinenbetriebsparameter gesteuert werden. In einer Beispielroutine können der Motor und die Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung für eine spezifische Dauer während der Regeneration des Partikelfilters aktiviert werden, wie unten unter Bezugnahme auf 5 und 6 ausführlich erörtert wird. In einem weiteren Beispiel können eine oder mehrere der Rollführungen auch eine Heizeinrichtung und einen Motor beinhalten, die während der Regeneration des Partikelfilters aktiviert werden können. In noch einem weiteren Beispiel können die Heizeinrichtung und der Motor der Rollenheizeinrichtung, anstatt Teil einer einzelnen Einheit zu sein, voneinander getrennt sein (z. B. kann der Motor eine Rolle antreiben, um das Filterpapier an einer Heizeinrichtung vorbei zu bewegen, die entfernt von der Rolle angeordnet ist).
Eine Schleife aus Filterpapier 218 kann zwischen der ersten Rollführung 214, der zweiten Rollführung 216 und der Rollenheizeinrichtung 212 geschlungen sein, wie in 2 dargestellt. Die Schleife aus Filterpapier kann partikelförmiges Material und Ruß aus Abgas einfangen, das über das Filterpapier strömt. Das Filterpapier kann eine hohe Absorptionskapazität für Ruß aufweisen und kann eine geeignete Porosität aufweisen, um Abgasstrom durch das Filterpapier zuzulassen. Andere Partikeleinfangmaterialien, wie etwa Gewebe, mit hoher Absorptionskapazität für Ruß und guter Durchlässigkeit für den Abgasstrom können über die Rollführungen geschlungen sein. In anderen Beispielen können organische oder anorganische Fasern mit hoher Absorptionskapazität komprimiert werden, um eine Bahn zu bilden, die über die Rollführungen geschlungen sein kann.
Ein Beispiel des Filterpapiermaterials Glasfasergewebe mit hohem Silicaanteil, das aus Garn mit hohem Silicaanteil hergestellt ist und kontinuierlichen Betriebstemperaturen von 900 °C bis 1250 °C und Momenttemperaturen von bis zu 1450 °C standhalten kann. Ein weiteres Beispiel ist Glasfasergewebe, das mit Vermiculit behandelt wurde und Temperaturen von bis zu 850 °C standhalten kann.
Ein erster Abschnitt 230 der Schleife aus Filterpapier kann parallel zur Oberseitenfläche 202 sein. Wie dargestellt, kann ein zweiter Abschnitt 232 der Schleife aus Filterpapier an der zweiten angrenzenden Fläche 203 vorhanden sein, und ein dritter Abschnitt 234 der Schleife aus Filterpapier kann an der ersten angrenzenden Fläche 201 vorhanden sein.
Die Seitenansicht 300 des Partikelfilters in 3 zeigt den zweiten Abschnitt 232 der Schleife aus Filterpapier 218 über die Rollenheizeinrichtung 212 und die zweite Rollführung 216 geschlungen. In einem Beispiel kann eine Breite W des Filterpapiers an einer Längenerstreckung L des Partikelfilters 200 aufgenommen sein.
Der Partikelfilter 200 kann in einem Abgasdurchlass angeordnet sein, beispielsweise dem Kraftmaschinenabgasdurchlass 25 aus 1, derart, dass der Bodenbereich 205 des Filterkörpers einem Unterbau eines Fahrzeugs näher ist, während die Oberseitenfläche weiter vom Unterbau des Fahrzeugs entfernt sein kann. Die zweite vertikale Fläche 213 des Filterkörpers 204 kann näher an der Kraftmaschine sein und die erste vertikale Fläche kann weiter von der Kraftmaschine entfernt und näher an einer Öffnung des Abgasdurchlasses zur Atmosphäre sein. Eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen können stromabwärts des Partikelfilters im Abgasdurchlass vorliegen, beispielsweise die Emissionssteuervorrichtung 70 aus 1.
Der Partikelfilter kann regeneriert werden, wenn der Ruß, der vom ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier aufgefangen wird, eine Ladung erreicht, die den Abgasstrom über den ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier einschränken kann. In einem Beispiel kann eine Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier als ein Indikator der vom Filterpapier aufgefangenen Rußladung verwendet werden, wie unten unter Bezugnahme auf 5 und 6 erörtert wird.
4A–4C zeigen den Partikelfilter 200 aus 2 und 3 während einer Rußladephase gefolgt von einer Filterregenerationsphase und gefolgt davon, dass der regenerierte Filter jeweils für die nächste Rußladephase bereit ist. Die Merkmale des Partikelfilters 200 sind die gleichen wie oben unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. Komponenten, die zuvor in 2 und 3 vorgestellt wurden, sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
Während einer Rußladephase 400 kann Abgas durch den Abgaseinlass 206 über einen Strömungsweg 410 in den Partikelfilter 200 strömen. Abgas kann dann durch einen ersten Abschnitt 430 der Schleife aus Filterpapier 218 über einen Strömungsweg 412 strömen und in den Hohlraum 210 des Filterkörpers gelangen. Ruß aus dem Abgas kann an einer Außenfläche des ersten Abschnitts 430 der Schleife aus Filterpapier 218 aufgefangen werden, während das Abgas am Strömungsweg 412 entlang strömt. Abgas kann dann aus dem Hohlraum 210 durch den Abgasauslass 208 an einen Abgasdurchlass strömen, der fluidisch mit der Atmosphäre verbunden ist.
Während der Rußladephase kann die Rollenheizeinrichtung 212 inaktiv sein und die Schleife aus Filterpapier kann stationär sein. Die Rußladephase kann andauern, bis die Rußladung, die an der Außenfläche des ersten Abschnitts 430 des Filterpapiers aufgefangen wurde, eine maximale Ladungskapazität überschreitet. Während der Rußladephase 400 kann der zweite Abschnitt 432 der Schleife aus Filterpapier Ruß aufweisen, der während einer vorherigen Rußladephase abgelagert wurde, während der dritte Abschnitt 434 ein regenerierter Abschnitt des Filterpapiers sein kann, der während einer vorherigen Rgenerationsphase regeneriert wurde.
Während einer Regenerationsphase 402 des Partikelfilters 200 kann der Motor der Rollenheizeinrichtung aktiviert werden und dadurch die Rollenheizeinrichtung 212 drehen. Die Drehung der Rollenheizeinrichtung 212 kann die Schleife aus Filterpapier 218 an der ersten Rollführung 214 und zweiten Rollführung 216 und der Rollenheizeinrichtung 212 entlang bewegen, beispielsweise im Uhrzeigersinn, wie durch Pfeil 221 angezeigt. Wie in 4B gezeigt, bewegt sich jeder der Abschnitte der Schleife aus Filterpapier im Uhrzeigersinn. Während der zweite Abschnitt 432 an der Rollenheizeinrichtung entlang rollt, kann der abgelagerte Ruß aufgrund der Wärme, die von der aktivierten Rollenheizeinrichtung erzeugt wird, verbrannt werden. Asche, die durch das Verbrennen des Rußes erzeugt wird, kann aufgrund der Schwerkraft im Inneren des Hohlraums 210 an einem Bodenvolumen 223 direkt unterhalb der Rollenheizeinrichtung 212 des Filterkörpers 204 abgelagert werden. Während die Rollenheizeinrichtung 212 über dem Bodenvolumen 223 des dreieckigen Hohlraums angeordnet ist, kann sich die Asche, die durch Verbrennen von Ruß von der Schleife aus Filterpapier, während diese an der Rollenheizeinrichtung 212 vorbei rollt, im Laufe mehrerer Regenerationen des Partikelfilters im Bodenvolumen sammeln, weshalb es möglich ist, dass ein häufiges Entfernen von Asche nicht erforderlich ist.
Während der zweite Abschnitt 432 an der Rollenheizeinrichtung vorbei rollt, bewegt sich zugleich der dritte Abschnitt 434 (regeneriert in einer vorherigen Regenerationsphase) des Filters von einer ersten angrenzenden Fläche 201 zur Oberseitenfläche 202. Außerdem bewegt sich der erste Abschnitt 430 mit dem abgelagerten Ruß aus der Rußladephase 400 (dargestellt in 4A) so, dass er zur Regeneration in einer nachfolgenden Regenerationsphase an der zweiten angrenzenden Fläche 203 angeordnet ist.
In 4C ist eine Ansicht 404 des regenerierten Partikelfilters dargestellt, der für die nächste Rußladephase bereit ist. Der zweite Abschnitt 432 der Schleife aus Filterpapier ist jetzt dazu angeordnet, Ruß aus Abgas einzufangen, das in der nachfolgenden Rußladephase durch den Abgaseinlass 206 einströmt. Der erste Abschnitt 430 mit Ruß an seiner Außenfläche ist zur Regeneration in der nächsten Regenerationsphase angeordnet. Der saubere regenerierte zweite Abschnitt 432 ist an der ersten angrenzenden Fläche 201 angeordnet und ersetzt den dritten Abschnitt 434 an der Oberseitenfläche, um Ruß während des nächsten Regenerationsereignisses aufzufangen.
In einem Beispiel kann die Drehgeschwindigkeit der Rollenheizeinrichtung 212 während jeder Regenerationsphase derart sein, dass eine Gesamtheit jedes Abschnitts der Schleife aus Filterpapier sich von einer Fläche des Filterkörpers zu einer angrenzenden Fläche bewegt. In anderen Beispielen kann während einer Regenerationsphase mehr als ein Abschnitt oder weniger als ein Abschnitt von einer Fläche zu einer angrenzenden Fläche des Filterkörpers rollen. Die Heizeinrichtung kann ausreichend Wärme erzeugen, beispielsweise 600 °C bis 700 °C, um den Ruß im Abschnitt des Filterpapiers zu verbrennen, der an der Rollenheizeinrichtung entlang rollt. In einem Beispiel kann die erste Rollführung und/oder die zweite Rollführung auch eine Heizeinrichtung und/oder einen Motor beinhalten.
Somit kann ein Partikelfilter einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass beinhalten. Ein poröses Partikelauffangmaterial kann sich am Abgaseinlass erstrecken, derart, dass das Abgas sich durch das poröse Partikelauffangmaterial bewegt, während das Abgas sich vom Abgaseinlass zum Abgasauslass bewegt. Partikelmaterial (z. B. Ruß) wird von dem Partikelauffangmaterial aufgefangen. Der Partikelfilter beinhaltet auch eine Heizeinrichtung (z. B. eine elektrische Heizeinrichtung), um die Temperatur des Partikelauffangmaterials selektiv zu erhöhen, um den Ruß zu verbrennen und den Partikelfilter zu regenerieren. Um das Partikelauffangmaterial in die Nähe der Heizeinrichtung zu bewegen, kann sich das Partikelauffangmaterial über eine motorbetätigte Rolle erstrecken. Wenn die Rolle aktiviert wird, bewegt sich das Partikelauffangmaterial an der Heizeinrichtung entlang. In einem Beispiel können die Rolle/der Motor und die Heizeinrichtung in einer einzelnen Einheit kombiniert sein.
Wie oben beschrieben, kann das Partikelauffangmaterial Filterpapier oder eine andere geeignete Faser beinhalten, und das Filterpapier kann in einer Schleife konfiguriert sein. Zwei Rollenführungen können auf beiden Seiten des Abgaseinlasses vorhanden sein, und das Filterpapier kann sich über die zwei Rollenführungen erstrecken. Die Rolle/der Motor und die Heizeinrichtung können vertikal unterhalb der zwei Rollenführungen vorhanden sein, derart, dass die Filterpapierschleife von dreieckiger Form ist. Der Abgasauslass kann senkrecht zum Abgaseinlass angeordnet sein. Beispielsweise kann der Abgaseinlass an einer Oberseite des Partikelfilters angeordnet sein, und der Abgasauslass kann an einer Seite des Partikelfilters angeordnet sein. Eine zentrale Längsachse des Abgasauslasses kann vertikal unter den zwei Rollenführungen und vertikal über der Rolle/dem Motor und der Heizeinrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann Ruß im Abgas durch das Filterpapier aufgefangen werden, das sich über den Abgaseinlass erstreckt, doch das Abgas kann den Partikelfilter verlassen, ohne an der Heizeinrichtung vorbei zu strömen. Indem der Abgasstrom so geleitet wird, dass er nicht an der Heizeinrichtung vorbei strömt, kann Abgas hoher Temperatur, das bei der typischen DPF-Regeneration erzeugt wird und ein Risiko für Menschen und Gegenstände in der Nähe des Auspuffrohrs darstellt, vermieden werden. Ferner kann diese Konfiguration es ermöglichen, dass sich Asche im Inneren des Partikelfilters und nicht am Partikelauffangmaterial ansammelt, was die Notwendigkeit ausräumt, Asche vom Partikelauffangmaterial abzuwaschen.
Die oben beschriebene Konfiguration des Partikelfilters ist eine Beispielkonfiguration, doch es können andere Konfigurationen möglich sein, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Anstatt als eine Schleife dreieckiger Form konfiguriert zu sein, kann das Filterpapier auch von quadratischer oder rechteckiger Form sein. Beispielsweise kann eine dritte Rollenführung in derselben Ebene wie die Rolle/der Motor und die Heizeinrichtung angeordnet sein. In einem anderen Beispiel können die Rolle/der Motor und die Heizeinrichtung auf einer Seite des Abgaseinlasses angeordnet sein, und nur eine Rollenführung kann vorliegen, so dass das Filterpapier ähnlich wie ein Förderband konfiguriert ist. In einer solchen Konfiguration kann sich das Abgas über zwei Abschnitte von Filterpapier bewegen, bevor es aus dem Partikelfilter austritt.
5 stellt ein Verfahren 600 zum Betreiben eines Partikelfilters dar, beispielsweise des Partikelfilters 200, der an das Kraftmaschinensystem aus 1–2 gekoppelt ist. Der Partikelfilter 200 kann die Schleife aus Filterpapier, die Rollenheizeinrichtung und einen Abgaseinlass und -auslass beinhalten, wie oben unter Bezugnahme auf 2–4 beschrieben. In einem Beispiel kann das Verfahren 600 eine Rußladephase und eine Regenerationsphase des Partikelfilters regulieren, indem es die Aktivierung der Rollenheizeinrichtung des Partikelfilters in Reaktion auf die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen reguliert, wie etwa eine Druckdifferenz am Partikelfilter.
Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 600 und der übrigen hierin einbezogenen Verfahren können von einer Steuereinrichtung, beispielsweise der Steuereinrichtung 12, auf Grundlage von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems empfangen werden, darunter NOx-Sensoren, UEGO-Sensoren, Drucksensoren, usw., die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden. Die Steuereinrichtung kann Kraftmaschinenstellantriebe des Kraftmaschinensystems verwenden, um den Partikelfilterbetrieb anzupassen, gemäß unten beschriebenen Verfahren. In einem Beispiel kann die Steuereinrichtung 12 auf Grundlage von Eingaben von Sensoren die Rollenheizeinrichtung 212 des Partikelfilters 200 aktivieren, um die Position der Schleife aus Filterpapier zum Verbrennen von Ruß anzupassen.
Das Verfahren 600 beginnt bei 602, indem es die Kraftmaschinenbetriebsparameter beurteilt, die, ohne darauf beschränkt zu sein, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinedrehmomentbedarf, Kraftmaschinentemperatur, Druck am Partikelfilter usw. beinhalten können. Das Verfahren 600 fährt mit 604 fort, wo eine Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier bestimmt wird. Die Druckdifferenz zwischen stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters zeigt auch die Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier an. Daher werden die Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier und der Druck am Partikelfilter als Synonyme verwendet. Die Druckdifferenz kann auf Grundlage von Eingaben von Drucksensoren stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters geschätzt oder bestimmt werden. Bei 606 bestimmt das Verfahren 600, ob die Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier größer als ein Schwellenwert ist.
Wenn die Druckdifferenz an der Schleife aus Filterpapier nicht größer als der Schwellenwert ist, fährt das Verfahren 600 bei 608 mit einer Rußladephase fort. Die Druckdifferenz unter dem Schwellenwert zeigt an, dass ein erster Abschnitt der Schleife aus Filterpapier weitere Rußladekapazität aufweist (z. B. der Abschnitt Filterpapier, der sich derzeit über den Einlass des Partikelfilters erstreckt) und keine Regeneration des Partikelfilters nötig ist. Während der Rußladephase bei 610 ist die Rollenheizeinrichtung inaktiv. Abgas strömt bei 612 durch den Einlass des Partikelfilters und strömt über den ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier und dann durch den Auslass aus dem Partikelfilter heraus. Während Abgas über die Schleife aus Filterpapier strömt, wird bei 614 Ruß aus dem Abgas an der Außenfläche des ersten Schleifenabschnitts aus Filterpapier aufgefangen. Das Verfahren 600 kehrt dann zurück.
Wenn bei 606 die Druckdifferenz größer als der Schwellenwert ist, kann Ruß, der sich auf der Außenfläche des ersten Abschnitts der Schleife aus Filterpapier abgelagert hat, nahe oder bei einer maximalen Rußaufnahmekapazität sein, bei der das Strömen von Abgas über die Schleife aus Filterpapier beeinträchtigt werden kann und einen Gegendruck erzeugt. Das Verfahren 600 fährt daher für eine Filterregenerationsphase mit 616 fort.
Während der Filterregenerationsphase kann bei 618 die Rollenheizeinrichtung des Partikelfilters aktiviert werden. Die aktivierte Rollenheizeinrichtung bewegt einen Abschnitt (beispielsweise den zweiten Abschnitt 232 aus 2) der Schleife aus Filterpapier an der Rollenheizeinrichtung vorbei, beispielsweise durch Bewegen der Schleife aus Filterpapier im Uhrzeigersinn. In einem Beispiel kann der zweite Abschnitt Ruß beinhalten, der in einer vorherigen Rußladephase abgelagert wurde. Wärme, die bei 620 von der Rollenheizeinrichtung erzeugt wird, verbrennt den Ruß, der sich auf der Schleife aus Filterpapier abgelagert hat, die an der Rollenheizeinrichtung vorbei rollt, während sich bei 622 ein dritter Abschnitt der Schleife aus Filterpapier bewegt, um zum Auffangen von Ruß im nachfolgenden Regenerationszyklus angeordnet zu werden. In einem Beispiel kann der dritte Abschnitt ein zuvor regenerierter Abschnitt der Schleife aus Filterpapier sein.
In einem Beispiel kann die Dauer der Filterregenerationsphase bei 616 auf der Drehzahl der Rollenheizeinrichtung und einer Länge eines Abschnitts des Filterpapiers basieren, das zur Regeneration an der Rollenheizeinrichtung vorbei gerollt werden soll. In einem anderen Beispiel kann die Dauer jeder Regenerationsphase eine spezifische Zeit betragen, wobei wenigstens ein Abschnitt der Schleife aus Filterpapier regeneriert werden kann und ein regenerierter Abschnitt der Schleife aus Filterpapier zum Auffangen von Ruß für die nächste Rußladephase angeordnet werden kann.
In einem Beispiel kann nach einer Regenerationsphase eine Druckdifferenz am Partikelfilter, die immer noch über dem Schwellenwert liegt, anzeigen, dass das Filterpapier nicht ausreichend regeneriert wurde. Eine ausreichende Regeneration des Filterpapiers findet möglicherweise nicht statt, wenn das Filterpapier zahlreiche Regenerationen durchlaufen hat und ersetzt werden muss. In einem anderen Beispiel kann das Fehlen einer ausreichenden Regeneration des Filterpapiers auf eine defekte Rollenheizeinrichtung hinweisen, beispielsweise ist die Heizeinrichtungstemperatur nicht hoch genug oder der Motor ordnet die Filterpapierabschnitte nicht zur Regeneration an. Wenn in einem Beispiel nach einem Regenerationsereignis hohe Rußkonzentrationen von einem Rußsensor stromabwärts des Partikelfilters erkannt werden, kann ein Riss oder Bruch im Partikelfilter möglich sein. Wenn in einem anderen Beispiel der Druckabfall am Partikelfilter nach vielen Regenerationszyklen gering (unter dem Schwellenwert) ist, ist das Filterpapier möglicherweise dünner und poröser geworden und fängt den Ruß daher nicht effizient auf.
Das Verfahren 600 fährt nach 616 mit der Rußladephase 628 fort. Die Rußladephase bei 626 ist ähnlich wie die oben beschriebene Rußladephase bei 608. Während der Rußladephase strömt Abgas über das Filterpapier, während Ruß aus dem Abgas an der Außenfläche des Filterpapiers aufgefangen wird, wie oben unter Bezugnahme auf 4A–4C beschrieben wurde. Das Verfahren 600 kehrt dann zurück.
Somit kann ein Partikelfilter Ruß aus dem Abgas auffangen, das durch den Partikelfilter strömt, und kann das Filterpapier durch Aktivieren einer Rollenheizeinrichtung im Inneren des Filterkörpers regenerieren. Die Aktivierung der Rollenheizeinrichtung kann auf Grundlage einer Druckdifferenz am Partikelfilter erfolgen.
7 zeigt einen beispielhaften Betriebsablauf 700 während des Betriebs eines Partikelfilters, der an einem Abgasdurchlass eines Kraftmaschinensystems angeordnet ist. Der beispielhafte Betriebsablauf 700 kann während des Betriebs des Kraftmaschinensystems 10 erzeugt werden, wobei der Partikelfilter 200 am Abgasdurchlass 35 angeordnet ist, wie oben unter Bezugnahme auf 1–4 erörtert. An der Y-Achse ist eine Kurve 701 gezeichnet, die anzeigt, ob die Kraftmaschine eingeschaltet ist oder die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Die Aktivierung und Deaktivierung einer Rollenheizeinrichtung des Partikelfilters wird durch Kurve 702 angezeigt, Rußladung, die anzeigt, dass Ruß von einer Außenfläche eines Abschnitts der Schleife aus Filterpapier im Inneren des Partikelfilters aufgefangen wurde, ist durch Kurve 706 angezeigt, eine Druckdifferenz am Partikelfilter wird durch Kurve 704 angezeigt und 705 zeigt einen Schwellendruck an. Die X-Achse stellt die Zeit dar und steigt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur an. Vertikale Markierungen (mit gestrichelten Linien) zeigen die interessierenden Zeiten an.
Vor T1 während einer Rußladephase ist die Kraftmaschine eingeschaltet (Kurve 701). Abgas strömt durch den Einlass des Partikelfilters und durch die Schleife aus Filterpapier. Ruß aus dem Abgas wird an einer Außenfläche eines ersten Abschnitts der Schleife aus Filterpapier aufgefangen, während Abgas durch die Schleife aus Filterpapier (Kurve 706) und aus dem Auslass des Partikelfilters herausströmt. Während die Rußladephase andauert, nimmt die Rußladung, die von dem ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier aufgefangen wird, zu (Kurve 706). Daher nimmt auch eine Druckdifferenz am Partikelfilter während der Rußladephase vor T1 zu, wie durch Kurve 704 angezeigt. Während der Rußladephase bleibt die Rollenheizeinrichtung inaktiv (Kurve 702).
Bei T1 kann die Druckdifferenz am Partikelfilter den Schwellendruck (705) erreichen, so dass Ruß, der sich auf dem ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier abgelagert hat, den Abgasstrom über die Schleife aus Filterpapier einschränkt, und ein weiteres Auffangen von Ruß durch das Filterpapier kann beeinträchtigt werden. Außerdem kann auch der Gegendruck aufgrund der Blockierung des Abgasstroms durch den ersten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier ansteigen.
Bei T1 wird eine Filterregenerationsphase eingeleitet. Die Filterregenerationsphase hat die Dauer T1–T2. Während der Regenerationsphase bei T1 ist die Kraftmaschine eingeschaltet (Kurve 701), die Rollenheizeinrichtung ist aktiviert (Kurve 702) und bewegt die Schleife aus Filterpapier und erzeugt Wärme zum Verbrennen des Rußes, der sich an einem zweiten Abschnitt der Schleife aus Filterpapier abgelagert hat, der an der Rollenheizeinrichtung vorbei rollt. Während der Regenerationsphase kann ein Abschnitt des Partikelfilters regeneriert werden, während ein anderer regenerierter Abschnitt (der während einer vorherigen Regenerationsphase regeneriert wurde) zum Auffangen von Ruß aus dem Abgas angeordnet werden kann, wie oben unter Bezugnahme auf 4A–4C beschrieben wurde.
Während sich die Rollenheizeinrichtung dreht und den Ruß von der Schleife aus Filterpapier verbrennt, nimmt die Rußladung am Filterpapier an (Kurve 706) und die Druckdifferenz am Partikelfilter nimmt ebenfalls ab (Kurve 704). Während der Regenerationsphase von T1–T2 kann die Kraftmaschine von T1–T1' eingeschaltet sein und von T1'–T2 ausgeschaltet sein. Die bei T1 eingeleitete Regeneration (wenn die Kraftmaschine eingeschaltet ist) kann fortgesetzt werden, auch wenn die Kraftmaschine bei T1' ausgeschaltet wird, da im Abgas kein zusätzlicher Kraftstoff oder Sauerstoff für die Regeneration des Partikelfilters benötigt wird, und außerdem, da der Motor und die Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung elektrisch sind und bei fehlendem Kraftmaschinenbetrieb von der Fahrzeugbatterie angetrieben werden können. Die Rollenheizeinrichtung kann betrieben werden, solange die Fahrzeugbatterie ausreichend Leistung aufweist, also die Batterie beispielsweise zu wenigstens 30 % aufgeladen ist. Die Regenerationsphase endet bei T2, wenn die Rollenheizeinrichtung (Kurve 702) deaktiviert werden kann.
Eine zweite Rußladephase kann zwischen T2–T3 erfolgen. Während der zweiten Rußladephase zwischen T2–T3 ist die Kraftmaschine eingeschaltet (Kurve 701), die Rollenheizeinrichtung ist inaktiv (Kurve 702), die Rußladung (Kurve 706) kann erneut ansteigen, da Ruß aus dem Abgas aufgefangen wird, das durch die Schleife aus Filterpapier strömt, und während mehr Ruß aufgefangen wird, steigt die Druckdifferenz am Partikelfilter (Kurve 704) immer weiter an.
Auf diese Weise kann Ruß aus Abgas an einer Außenfläche der Schleife aus Filterpapier im Inneren des Partikelfilters aufgefangen werden, und der Partikelfilter kann durch Aktivieren der Rollenheizeinrichtung regeneriert werden, um die Schleife aus Filterpapier mit Ruß in die Nähe der Rollenheizeinrichtung zu bewegen, um den aufgefangenen Ruß zu verbrennen. Das regenerierte Filterpapier kann dann zum Auffangen von Ruß während einer nachfolgenden Rußladephase angeordnet werden.
Die technische Wirkung des Regenerierens des oben beschriebenen Partikelfilters durch Aktivierung der Rollenheizeinrichtung im Inneren des Filterkörpers auf Grundlage der Druckdifferenz, die am Partikelfilter gemessen wird, sorgt für ein effizientes Auffangen von Partikelmaterial zusammen mit einem geringen Abgasgegendruck am Partikelfilter, der im Inneren eines Abgasdurchlasses eines Kraftmaschinensystems angeordnet ist.
Ein Partikelfilter mit einem Filterkörper, einer ersten Rollführung und einer Rollenheizeinrichtung, die jeweils im Filterkörper aufgenommen sind, einen Partikelauffangmaterial, das sich von der ersten Rollführung zur Rollenheizeinrichtung erstreckt, und einem Abgaseinlass, wobei sich das Partikelauffangmaterial über den Abgaseinlass erstreckt. Ein erstes Beispiel des Partikelfilters, ferner umfassend eine zweite Rollführung in dem Filterkörper. Ein zweites Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die erste Rollführung und die zweite Rollführung an einer ersten horizontalen Ebene des Filterkörpers vorhanden sind. Ein drittes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise ein oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Rollenheizeinrichtung in einem untersten Bereich des Filterkörpers an einer zweiten horizontalen Ebene des Filterkörpers vorhanden ist, wobei die zweite horizontale Ebene tiefer als die erste horizontale Ebene liegt. Ein viertes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise ein oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der unterste Bereich in einem ersten Abstand von der ersten Rollführung und in einem zweiten Abstand von der zweiten Rollführung liegt, wobei der zweite Abstand gleich dem ersten Abstand ist. Ein fünftes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Partikelauffangmaterial eine Schleife aus Filterpapier ist. Ein sechstes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Rollenheizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung und einen Motor beinhaltet. Ein siebtes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Rollenheizeinrichtung über eine Steuereinrichtung aktivierbar ist, um das Partikelauffangmaterial zu regenerieren, in Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz am Partikelfilter größer als Schwellendruck ist. Ein achtes Beispiel des Partikelfilters beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis siebten Beispiels und beinhaltet ferner, dass Abgas dazu konfiguriert ist, von dem Abgaseinlass durch das Partikelauffangmaterial zu strömen, das sich an einer Oberseitenfläche des Filterkörpers entlang erstreckt, wobei Ruß aus dem Abgas an einer Außenfläche des Partikelauffangmaterials aufgefangen wird.
Ein Beispielsystem, beinhaltend einen Partikelfilter mit einem Körper, aufweisend einen Einlass an einer Oberseitenfläche des Körpers und einen Auslass an einer vertikalen Fläche des Körpers, wobei die vertikale Fläche senkrecht zur Oberseitenfläche ist, ein Filterpapier, das über eine Vielzahl von Rollführungen im Inneren des Körpers geschlungen ist, wobei eine erste Rollführung der Vielzahl von Rollführungen einen Motor und eine Heizeinrichtung beinhaltet, und ein Abgasrohr, das an den Partikelfilter gekoppelt ist, wobei Abas aus dem Abgasrohr durch den Einlass in den Partikelfilter gelangt, Abgas über das Filterpapier strömt und Abgas aus dem Partikelfilter durch den Auslass heraus strömt, wobei Abgasstrom durch den Einlass senkrecht von Abgasstrom durch den Auslass ist. Ein erstes Beispiel des Systems, wobei eine zweite Rollführung der Vielzahl von Rollführungen an einem ersten Ende an der Oberseitenfläche des Körpers angeordnet ist und eine dritte Rollführung der Vielzahl von Rollführungen an einem zweiten Ende an der Oberseitenfläche des Körpers angeordnet ist, wobei das zweite Ende gegenüber dem ersten Ende liegt, und wobei sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende an einer ersten horizontalen Ebene des Körpers sind. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet, dass die erste Rollführung an einem Bodenbereich des Körpers an einer zweiten horizontalen Ebene des Körpers angeordnet ist, wobei die zweite horizontale Ebene tiefer als die erste horizontale Ebene des Körpers liegt, wobei das Filterpapier von der ersten Rollführung zur zweiten Rollführung und von der zweiten Rollführung zur dritten Rollen geschlungen und dann von der dritten Rollführung zur ersten Rollführung zurück geschlungen ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Motor der ersten Rollführung aktivierbar ist, um das Filterpapier über die Vielzahl von Rollführungen zu bewegen. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Heizeinrichtung der ersten Rollführung aktivierbar ist, um Wärme zum Verbrennen von Ruß aus dem Filterpapier zu erzeugen, das in Kontakt mit der Rollenheizeinrichtung rollt. Ein fünftes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eins oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Körper dazu konfiguriert ist, Asche aufzufangen, die von dem brennenden Ruß erzeugt wird.
Ein Beispielverfahren, beinhaltend während einer Rußladephase das Auffangen von Ruß aus einem Abgasstrom einer Kraftmaschine über eine Filterpapierschleife im Inneren eines Filterkörpers eines Partikelfilters, wobei der Abgasstrom durch das Filterpapier strömt und durch einen Auslass des Partikelfilters austritt, und in Reaktion auf eine Druckdifferenz am Partikelfilter über einem Schwellenwert, das Einleiten der Regeneration des Partikelfilters durch Aktivieren einer Rollenheizeinrichtung im Inneren des Filterkörpers, um die Filterpapierschleife an einer Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung vorbei zu bewegen. Ein erstes Beispiel des Verfahrens, wobei die Rußladephase eine erste Rußladephase ist, in der Ruß aus dem Abgasstrom über einen ersten Abschnitt der Filterpapierschleife aufgefangen wird, der sich über einen Einlass des Partikelfilters erstreckt, und wobei das Einleiten der Regeneration das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung beinhaltet, um einen zweiten Abschnitt der Filterpapierschleife an der Heizeinrichtung vorbei zu bewegen, wobei der zweite Abschnitt Ruß beinhaltet, der während einer zweiten Rußladephase vor der ersten Rußladephase aufgefangen wurde. Ein zweites Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung, um den zweiten Abschnitt der Filterpapierschleife das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung umfasst, um während einer dritten Rußladephase nach der ersten Rußladephase gleichzeitig einen dritten Abschnitt der Filterpapierschleife zu bewegen, so dass er sich über den Einlass zum Auffangen von Ruß erstreckt, und den ersten Abschnitt der Filterpapierschleife zur anschließenden Regeneration zu bewegen. Ein drittes Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise das erste bis zweite Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einleiten der Regeneration des Partikelfilters das Einleiten der Regeneration des Partikelfilters, wenn die Kraftmaschine in Betrieb ist und in Reaktion darauf, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet wird, bevor die Regeneration abgeschlossen wurde, Fortsetzen der Regeneration beinhaltet, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Ein drittes Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise das erste bis zweite Beispiel und beinhaltet ferner das Deaktivieren der Rollenheizeinrichtung in Reaktion auf Abschluss der Regeneration des Partikelfilters.
Es sei angemerkt, dass die hier einbezogenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht-transitorischem Speicher gespeichert sein und können von dem Steuersystem ausgeführt werden, einschließlich der Steuereinrichtung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellantrieben und anderer Kraftmaschinenhardware. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgetrieben, unterbrechungsgetrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Auf diese Weise können verschiedene dargestellte Handlungen, Vorgänge, und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen wegfallen. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der dargestellten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in grafischer Weise Code zum Programmieren in nicht-transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuersystem darstellen, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System durchgeführt werden, das die verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinrichtung beinhaltet.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolbenmotoren mit 4 Kolben und andere Kraftmaschinenarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht auf der Hand liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein, die hier offenbart wurden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht auf der Hand liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent davon beziehen. Diese Ansprüche sind als ein oder mehrere solche Elemente einschließend und ohne Erfordernis oder Ausschluss von zwei oder mehr solchen Elementen zu verstehen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, seien sie breiter, enger oder in gleichem oder anderem Umfang als die ursprünglichen Ansprüche gefasst, gelten ebenfalls als in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung einbezogen.

Claims

Partikelfilter, umfassend: einen Filterkörper; eine erste Rollführung und eine Rollenheizeinrichtung, die jeweils im Filterkörper aufgenommen sind; ein Partikelauffangmaterial, das sich von der ersten Rollführung zur Rollenheizeinrichtung erstreckt; und einen Abgaseinlass, wobei sich das Partikelauffangmaterial über den Abgaseinlass erstreckt.
Partikelfilter nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Rollführung in dem Filterkörper.
Partikelfilter nach Anspruch 2, wobei die erste Rollführung und die zweite Rollführung an einer ersten horizontalen Ebene des Filterkörpers vorhanden sind.
Partikelfilter nach Anspruch 3, wobei die Rollenheizeinrichtung in einem untersten Bereich des Filterkörpers an einer zweiten horizontalen Ebene des Filterkörpers vorhanden ist, wobei die zweite horizontale Ebene tiefer als die erste horizontale Ebene liegt.
Partikelfilter nach Anspruch 4, wobei der unterste Bereich in einem ersten Abstand von der ersten Rollführung und in einem zweiten Abstand von der zweiten Rollführung liegt, wobei der zweite Abstand gleich dem ersten Abstand ist.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei das Partikelauffangmaterial eine Schleife aus Filterpapier ist.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei die Rollenheizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung und einen Motor beinhaltet.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei die Rollenheizeinrichtung über eine Steuereinrichtung aktivierbar ist, um das Partikelauffangmaterial zu regenerieren, in Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz am Partikelfilter größer als ein Schwellendruck ist.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei Abgas dazu konfiguriert ist, vom Abgaseinlass durch das Partikelauffangmaterial zu strömen, das sich an einer Oberseitenfläche des Filterkörpers entlang erstreckt, wobei Ruß aus dem Abgas an einer Außenfläche des Partikelauffangmaterial aufgefangen wird.
Verfahren, umfassend: während einer Rußladephase, Einfangen von Ruß aus einem Abgasstrom einer Kraftmaschine über eine Filterpapierschleife im Inneren eines Filterkörpers eines Partikelfilters, wobei der Abgasstrom durch das Filterpapier strömt und durch einen Auslass des Partikelfilters austritt; und in Reaktion auf eine Druckdifferenz am Partikelfilter über einem Schwellenwert, Einleiten der Regeneration des Partikelfilters durch Aktivieren einer Rollenheizeinrichtung im Inneren des Filterkörpers, um die Filterpapierschleife an einer Heizeinrichtung der Rollenheizeinrichtung vorbei zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Rußladephase eine erste Rußladephase ist, in der Ruß aus dem Abgasstrom über einen ersten Abschnitt der Filterpapierschleife aufgefangen wird, der sich über einen Einlass des Partikelfilters erstreckt, und wobei das Einleiten der Regeneration das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung beinhaltet, um einen zweiten Abschnitt der Filterpapierschleife an der Heizeinrichtung vorbei zu bewegen, wobei der zweite Abschnitt Ruß beinhaltet, der während einer zweiten Rußladephase vor der ersten Rußladephase aufgefangen wurde.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung, um den zweiten Abschnitt der Filterpapierschleife zu bewegen, das Aktivieren der Rollenheizeinrichtung umfasst, um während einer dritten Rußladephase nach der ersten Rußladephase gleichzeitig einen dritten Abschnitt der Filterpapierschleife zu bewegen, so dass er sich über den Einlass zum Auffangen von Ruß erstreckt, und den ersten Abschnitt der Filterpapierschleife zur anschließenden Regeneration zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Abgasstrom, der durch den Einlass strömt, senkrecht zum Abgasstrom ist, der durch den Auslass des Partikelfilters austritt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Einleiten der Regeneration des Partikelfilters das Einleiten der Regeneration des Partikelfilters, wenn die Kraftmaschine in Betrieb ist und in Reaktion darauf, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet wird, bevor die Regeneration abgeschlossen wurde, Fortsetzen der Regeneration beinhaltet, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend Deaktivieren der Rollenheizeinrichtung in Reaktion auf den Abschluss der Regeneration des Partikelfilters.