[发明专利]用于绕过微粒过滤器的系统和方法

说明书

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

技术领域

本说明书涉及用于机动车辆的排气后处理系统的方法和系统。

背景技术

一些内燃发动机在排气系统中采用汽油微粒过滤器(GPF)捕集流过排气系统的微粒物质并且从而满足排放标准。GPF可由多孔陶瓷或其它多孔材料构成。不考虑设计的细节，过滤器的目的在于过滤流过过滤器的排气中的碳烟微粒并且然后将过滤的碳烟微粒保持在过滤器内，直到通过燃烧碳烟形成气态产物使过滤器再生，碳烟微粒由常带有吸附烃的固体碳组成。在汽油发动机中碳烟主要在冷起动之后的前几分钟内产生。除碳烟之外，排气也携带不易燃的固体材料，不易燃的固体材料被称为灰烬，其也可被GPF捕集。然而，因为灰烬为不燃性的，所以其可在过滤器的使用寿命内保留在过滤器中。灰烬主要来源于进入燃烧室或排气口的润滑油。其它源包括来自排气歧管的腐蚀物和来自上游催化转化器的碎片。灰烬在所有发动机操作模式期间产生。随着微粒物质(例如，灰烬和碳烟)在微粒过滤器(例如，GPF)中积聚，排气背压可增加，这可不利地影响燃料经济性。虽然主动再生GPF可除去存储的碳烟，但是在再生之后存储的灰烬可保留过滤器内，并且因此由GPF形成的排气背压可仅被部分降低。因此，灰烬可继续有助于发动机上的排气背压，从而降低发动机扭矩输出和/或发动机燃料经济性。

发明内容

解决微粒物质在GPF内累积的其它尝试包括采用使排气流绕过GPF周围的旁路系统。具体地，旁路系统可包括与GPF平行的旁路通道和布置在旁路通道内用于控制通过旁路通道的流的阀。一种示例手段由Gonze等人在美国专利申请No.2012/0060482中示出。在上述专利申请中，Gonze公开了再生火花点火发动机中的汽油微粒过滤器(GPF)的方法。Gonze也公开了用于GPF的GPF旁路设备，其中环形通路延伸通过GPF的中心轴线。最靠近上游催化转化器的环形通路部分(即，排气首先开始与GPF和通路接触的地方)装备有可操作阀以在车辆的各种工况期间引导排气。

另一个示例手段由Kono等人在美国专利No.4,974,414和Arai等人在美国专利No.5,105,619中示出，上述两个专利也公开了用于再生火花点火发动机中的微粒过滤器的方法和系统。两个参考文件均采用了围绕GPF的旁路通道，该旁路通道包括阀，其中阀的一部分布置在旁路通道外部。旁路通道与GPF平行并且邻近GPF在GPF的外面。

然而，本发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，位于环形通道的口部(例如，在GPF外壳内，如Gonze所示)的阀使得难于接近所述阀以便修理/更换，并且在系统内捕集热，从而对部件耐久性提出挑战。作为另一示例，位于邻近GPF外壳并且与GPF外壳平行的旁路通道增加系统的直径和/或宽度，从而增加GPF系统和排放控制装置的总封装空间。

作为一个示例，上述问题可通过包括布置在排气通道中的汽油微粒过滤器(GPF)、包括布置在GPF上游的第一部分和通过GPF中心的第二部分的中心旁路通道、形成排气通道的一部分并且布置在第一部分的上游且连接到第一部分的收缩锥体(converging cone)、耦接在收缩锥体与GPF之间并且与中心旁路通道隔开的一个或多个外通道以及布置在第一部分中的阀的设备来解决。以此方式，包括GPF的排气系统的包装尺寸可被减小并且可更容易地接近中心旁路通道中的阀以便修理和/或更换。

当单独或结合附图时，本说明书的以上优点和其它优点以及特征从下面的具体实施方式中将显而易见。