Сажевый фильтр и система регенерации такого фильтра
Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Представлены способы и системы для регенерации сажевого фильтра, содержащего корпус фильтра, имеющий фильтровальную бумагу, натянутую на множество роликовых направляющих. По меньшей мере одна роликовая направляющая может быть роликовым нагревателем, имеющим мотор и нагреватель. Активация роликового нагревателя на основе разности давлений на сажевом фильтре регенерирует сажевый фильтр во время фазы регенерации и располагает регенерированную секцию фильтровальной бумаги для улавливания сажи в последующей фазе накопления сажи. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к регенерации дизельного сажевого фильтра.
Уровень техники/Сущность изобретения
Устройства контроля выбросов, такие как дизельные сажевые фильтры (ДСФ), могут уменьшать количество выбросов сажи из дизельного двигателя путем улавливания сажевых частиц. Такие устройства могут регенерироваться во время работы двигателя для уменьшения количества уловленных твердых частиц. Регенерация обычно достигается путем повышения температуры ДСФ до заданного уровня и обеспечения того, чтобы отработавшие газы, поступающие в ДСФ, имели определенный состав.
Один из подходов к регенерации ДСФ, известный, например, из патента ЕР 2864601, содержит впрыск топлива в поток отработавших газов после события 20 основного сгорания. Впрыснутое после сгорания топливо сгорает на катализаторах, расположенных по потоку отработавших газов. Тепло, выделяемое при сгорании топлива на катализаторах, увеличивает температуру отработавших газов, что позволяет выжигать уловленные в ДСФ частицы сажи. Тем не менее, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы, связанные с такими системами. В качестве одного из примеров, вышеописанный подход может привести к более высокому, чем требуется, увеличению температуры, что может нанести ущерб компонентам системы выпуска отработавших газов, в том числе и ДСФ. Этот процесс также требует дополнительного расхода топлива, так как для регенерации ДСФ требуется впрыскивать топливо. роме того, может наблюдаться большая потеря давления из-за отложения сажи как на впуске, так и на выпуске ДСФ, а в некоторых конфигурациях из-за прохождения потока через каналы внутри ДСФ и через пористые стенки, содержащие каналы ДСФ.В одном из примеров, вышеописанные проблемы могут быть устранены с помощью сажевого фильтра, содержащего корпус фильтра, первую роликовую направляющую и роликовый нагреватель, каждый из которых размещен внутри корпуса фильтра, материал для улавливания частиц, проходящий от первой роликовой направляющей до роликового нагревателя, и впускного отверстия для отработавших газов с материалом для улавливания частиц, проходящим поперек впускного отверстия для отработавших газов. Сажевый фильтр может быть соединен с выпускным каналом системы двигателя, при этом отработавшие газы из выпускного канала поступают в сажевый фильтр через впускное отверстие для отработавших газов, отработавшие газы протекают через материал для улавливания частиц и отработавшие газы вытекают из сажевого фильтра через выпускное отверстие для отработавших газов. Поток отработавших газов через впускное отверстие для отработавших газов может быть перпендикулярным потоку отработавших газов через выпускное отверстие для отработавших газов.
Примерный способ использования сажевого фильтра в выпускном канале двигателя может содержать: во время фазы накопления сажи, улавливание сажи из потока отработавших газов двигателя посредством петли фильтровальной бумаги внутри корпуса сажевого фильтра, протекание потока отработавших газов через фильтровальную бумагу и его выход через выпускное отверстие сажевого фильтра, и в соответствии с тем, что перепад давления на сажевом фильтре выше порогового значения, инициирование регенерации сажевого фильтра путем активации роликового нагревателя внутри корпуса фильтра для перемещения петли фильтровальной бумаги мимо нагревателя роликового нагревателя.
Таким образом, сажевый фильтр может регенерироваться путем активации роликового нагревателя для перемещения материала для улавливания частиц (например, фильтровальной бумаги) вблизи нагревателя для сжигания уловленной сажи из материала для улавливания частиц. При этом избегается впрыск топлива в поток отработавших газов, протекающий через сажевый фильтр, что увеличивает экономию топлива и снижает выбросы. Кроме того, сажевый фильтр улавливает сажу только на впускном отверстии и не улавливает сажу на выпускном отверстии, и фильтр не зависит от каналов, что снижает падение давления на фильтре. Кроме того, отработавшие газы, выходящие из сажевого фильтра, могут быть относительно низкотемпературными отработавшими газами, так как высокие температуры не используются для регенерации сажевого фильтра, а также потому, что отработавшие газы, протекающие через сажевый фильтр, не могут протекать возле активированного роликового нагревателя при выходе из сажевого фильтра. Более того, вышеописанная конфигурация сажевого фильтра может обеспечить накопление золы, образующейся при регенерации сажевого фильтра, внутри корпуса фильтра, а не на материале для улавливания частиц, избегая необходимости удаления золы из материала для улавливания частиц.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела "Подробное раскрытие изобретения". Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена система двигателя, содержащая дизельный сажевый фильтр.
На фиг. 2 показан вариант осуществления сажевого фильтра.
На фиг. 3 показан вид сбоку сажевого фильтра, изображенного на фиг. 2.
На фиг. 4А показан сажевый фильтр, изображенный на фиг. 2, в фазе накопления сажи.
На фиг. 4В показан сажевый фильтр, изображенный на фиг. 2, в фазе регенерации фильтра.
На фиг. 4С показан сажевый фильтр, изображенный на фиг. 2, в конце фазы регенерации фильтра.
На фиг. 5 показан способ работы системы регенерации сажевого фильтра.
На фиг. 6 изображена примерная рабочая карта во время накопления сажи и регенерации сажевого фильтра.
Подробное раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к системам и способам работы сажевого фильтра, расположенного вдоль выпускного канала двигателя внутреннего сгорания, такого как система двигателя, изображенная на фиг. 1. Сажевый фильтр может содержать фильтр, перекрученный вокруг множества роликовых направляющих и роликового нагревателя внутри корпуса фильтра, как показано на фигурах 2 и 3. Фазы накопления сажи и регенерации фильтра сажевого фильтра могут контролироваться путем активации и деактивации роликового нагревателя сажевого фильтра, как показано на фигурах 4А-4С. Активация роликового нагревателя может быть основана на разности давлений на сажевом фильтре. Примерный способ работы сажевого фильтра, основанный на разности давлений на сажевом фильтре, показан на фиг. 5. На фиг. 6 изображена рабочая карта, показывающая фазу накопления сажи и фазу регенерации сажевого фильтра.
На фигурах 1-4 показаны примерные конфигурации с относительным расположением различных компонентов. Показанные непосредственно контактирующими друг с другом или непосредственно соединенными, такие элементы могут быть указаны как непосредственно контактирующие или непосредственно связанные, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. Аналогичным образом, элементы, показанные смежными или прилегающими друг к другу, могут быть смежными или прилегающими друг к другу, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве примера, компоненты, находящиеся в контакте друг с другом по общей грани, могут быть указаны как соприкасающиеся по общей грани. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, имеющие между собой только пространство и никаких других компонентов, могут быть указаны как таковые, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве еще одного примера, элементы, показанные выше/ниже друг друга, на противоположных сторонах друг от друга, или слева/справа друг от друга могут быть указаны как таковые, относительно друг друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый верхний элемент или точка элемента может быть указана как "верх" компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может быть указана как "низ" компонента, в, по крайней мере, одном из примеров. Используемые в настоящем документе термины верх/низ, верхний/нижний, выше/ниже, могут относиться к вертикальной оси фигур и использоваться для раскрытия положения элементов фигур относительно друг друга. Таким образом, элементы, показанные выше других элементов, расположены вертикально выше других элементов, в одном из примеров. В качестве еще одного примера, формы элементов, изображенных на фигурах, могут быть указаны как имеющие эти формы (например, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, наклоненные, или тому подобное). Кроме того, элементы, показанные пересекающимися друг с другом, могут быть указаны как пересекающиеся элементы или пересекающиеся друг с другом в, по меньшей мере, одном из примеров. Кроме того, элемент, показанный внутри другого элемента, или, показанный за пределами другого элемента, могут быть указаны как таковые в одном из примеров.
На фиг. 1 показано схематическое изображение автомобильной системы 6. Автомобильная система 6 содержит систему 8 двигателя. Система 8 двигателя может содержать двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. Двигатель 10 содержит воздухозаборник 23 двигателя и выпускной канал 25 двигателя. Воздухозаборник 23 двигателя содержит дроссель 62, соединенный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42 двигателя. Выпускной канал 25 двигателя содержит выпускной коллектор 48, который в конечном итоге ведет к выпускному каналу 35, который направляет отработавшие газы в атмосферу. Дроссель 62 может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от наддувочного устройства, такого как турбонагнетатель (не показан), и выше по потоку от доохладителя (не показан). Когда он есть, доохладитель может быть выполнен с возможностью снижения температуры впускного воздуха, сжатого наддувочным устройством.
Выпускной канал 25 двигателя может содержать одно или более устройств 70 контроля выбросов, которые могут быть плотно вмонтировано в выпускной канал. Одно или более устройств контроля выбросов могут содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, фильтр обедненных NOx, катализатор СКВ, и т.д. Выпускной канал 25 двигателя может также содержать дизельный сажевый фильтр (ДСФ) 102, который временно фильтрует твердые частицы (ТЧ) из поступающих газов, расположенный выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов. Отработавшие газы в выхлопной трубе, отфильтрованные от ТЧ, после прохождения через ДСФ, могут быть измерены датчиком 106 ТЧ и затем обработаны в устройстве 70 контроля выбросов и выброшены в атмосферу через выпускной канал 35. В показанном примере, датчик 106 ТЧ является резистивным датчиком, который оценивает эффективность фильтрации ДСФ 102 на основе изменения проводимости, измеренного на электродах датчика ТЧ.
Датчики давления могут быть расположены выше по потоку и ниже по потоку от ДСФ 102, вдоль выпускного канала 25 двигателя. В одном из примеров, первый датчик давления 71 может быть расположен выше по потоку от ДСФ 102, а второй датчик давления 73 может быть расположен ниже по потоку от ДСФ 102, вдоль выпускного канала 25 двигателя. Входные сигналы от датчика 71 давления и датчика 73 давления могут использоваться для регенерации ДСФ, как будет раскрыто ниже. В одном из примеров, регенерация ДСФ, основанная на разности давлений на ДСФ, может содержать активацию роликового нагревателя для сжигания сажи, отложенной на петле фильтровальной бумаги, расположенной внутри ДСФ, как будет раскрыто ниже со ссылками на фигуры 2-6.
Автомобильная система 6 может дополнительно содержать систему 14 управления. Показано, что система 14 управления получает информацию от множества датчиков 16 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе) и посылает сигналы управления множеству исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых раскрыты в настоящем документе).
В качестве одного из примеров, датчики 16 могут содержать датчик 126 расхода отработавших газов для измерения расхода отработавших газов через выпускной канал 35, датчик кислорода в отработавших газах (расположенный в выпускном коллекторе 48), датчик 128 температуры, датчик 129 давления (расположенный ниже по потоку от устройства 70 контроля выбросов), датчик 106 ТЧ, первый датчик давления 71 и второй датчик давления 73. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, воздушно-топливного отношения, расхода и состава отработавших газов, могут быть подсоединены к различным местам в автомобильной системе 6. В качестве другого примера, исполнительные механизмы могут содержать топливные инжекторы 66, дроссель 62, роликовый нагреватель ДСФ, контролирующий регенерацию фильтра (не показан на фиг. 1), коммутатор электрической цепи, и т.д.
Система 14 управления может содержать контроллер 12. Контроллер 12 может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, обрабатывает эти сигналы, и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.
Сажевый фильтр, расположенный вдоль выпускного канала 25 двигателя, показанного на фиг. 1, выше по потоку от, по меньшей мере, одного устройства контроля выбросов, может содержать корпус фильтра. В одном из примеров, корпус фильтра может содержать треугольный резонатор. В другом примере, корпус фильтра может содержать круглый резонатор, или прямоугольный резонатор. Внутри корпуса фильтра, может быть размещено множество роликовых направляющих с материалом для улавливания частиц, таким как фильтровальная бумага, проходящим вдоль множества роликовых направляющих. В одном из примеров, по меньшей мере одна из роликовых направляющих может быть роликовым нагревателем, причем роликовый нагреватель содержит мотор и нагреватель.
Отработавшие газы могут протекать в сажевый фильтр через впускное отверстие для отработавших газов. Отработавшие газы, поступающие через впускное отверстие для отработавших газов, могут протекать через материал для улавливания частиц, и могут выходить из сажевого фильтра через выпускное отверстие для отработавших газов. В одном из примеров, поток отработавших газов во впускное отверстие для отработавших газов может быть перпендикулярным потоку отработавших газов из выпускного отверстия для отработавших газов, уменьшая таким образом противодавление вдоль сажевого фильтра. Твердые частицы, содержащие сажу, могут улавливаться материалом для улавливания частиц, когда отработавшие газы протекают через материал для улавливания частиц, и уловленная сажа может выжигаться во время регенерации сажевого фильтра.
Регенерация сажевого фильтра может быть инициирована путем активации мотора и нагревателя роликового нагревателя на основании разности давлений на сажевом фильтре. При прокатывании материала для улавливания частиц с уловленной сажей возле роликового нагревателя, нагреватель может повышать температуру для сжигания сажи из материала для улавливания частиц, регенерируя таким образом материал для улавливания частиц для последующего накопления сажи. Регенерация сажевого фильтра может не требовать дополнительного воздуха и/или кислорода в потоке отработавших газов для выжигания сажи, уловленной сажевым фильтром. Следовательно, регенерация сажевого фильтра может быть инициирована при включенном двигателе, также регенерация может быть продолжена даже при выключенном двигателе.
На фиг. 2 изображен вид 250 спереди сажевого фильтра 200, а на фиг. 3 изображен вид 300 сбоку сажевого фильтра 200, имеющего впускное отверстие 206 для отработавших газов и выпускное отверстие 208 для отработавших газов. Фигуры 2 и 3 будут описаны вместе. Сажевый фильтр 200 может быть дизельным сажевым фильтром 102, расположенным вдоль выпускного канала 25 системы 8 двигателя, изображенной на фиг. 1. Также изображены вертикальная, горизонтальная, и поперечная оси для сажевого фильтра 200, где горизонтальная ось может быть параллельна днищу кузова автомобиля, имеющего выпускной канал с сажевым фильтром.
Сажевый фильтр 200 может содержать корпус 204 фильтра, причем корпус 204 фильтра имеет верхнюю поверхность 202. В одном из примеров, корпус 204 фильтра может быть выполнен в форме перевернутой треугольной оболочки с верхней поверхностью 202, окруженной первой прилегающей поверхностью 201 под углом А градусов относительно верхней поверхности 202 и второй прилегающей поверхностью 203 под углом В градусов относительно верхней поверхности 202, как изображено на фиг. 2. В одном из примеров, угол А может быть равен углу В.
Первая прилегающая поверхность 201 и вторая прилегающая поверхность 203 могут сходиться для пересечения в нижней области 205 корпуса 204 фильтра, при этом нижняя область 205 расположена в первой горизонтальной плоскости 207 корпуса фильтра. Первая горизонтальная плоскость 207 может быть параллельна горизонтальной оси и поперечной оси сажевого фильтра 200.
Вдоль передней стороны сажевого фильтра 200, может присутствовать первая вертикальная поверхность 211, перпендикулярная верхней поверхности 202. Первая вертикальная поверхность 211 может взаимодействовать с первой прилегающей поверхностью 201 и со второй прилегающей поверхностью 203, когда первая вертикальная поверхность 211 сужается вниз к нижней области 205 корпуса 204 фильтра, как показано на фиг. 2. Вторая вертикальная поверхность 213 может быть представлена на заднем конце корпуса фильтра (показанного на фиг. 3), напротив первой вертикальной поверхности 21. Вторая вертикальная поверхность 213 может также быть выполнена аналогично первой вертикальной поверхности 211 относительно первой прилегающей поверхности 201 и второй прилегающей поверхности 203.
Конфигурация верхней поверхности 202, первой прилегающей поверхности 201, и второй прилегающей поверхности 203, в сочетании с первой вертикальной поверхностью 211 и второй вертикальной поверхностью 213, может определять резонатор 210 (показанный на фиг. 2) внутри корпуса 204 фильтра. В одном из примеров, резонатор 210 может быть перевернутым прямоугольным резонатором. В одном из примеров, резонатор может иметь другую конфигурацию, например, быть прямоугольным резонатором или круглым резонатором.
Выпускное отверстие 208 для отработавших газов может быть расположено вдоль первой вертикальной поверхности 211 на передней стороне корпуса фильтра. В одном варианте осуществления, выпускное отверстие для отработавших газов может быть вдоль первой прилегающей стенки или вдоль второй прилегающей стенки и выпускное отверстие для отработавших газов может быть вдоль первой вертикальной поверхности 211. Выпускное отверстие 208 для отработавших газов может соединять по текучей среде резонатор 210 корпуса фильтра с внешней стороной корпуса фильтра. В одном примере, когда сажевый фильтр 200 расположен внутри выпускного канала, выпускное отверстие 208 для отработавших газов может соединять по текучей среде резонатор 210 сажевого фильтра с выпускным каналом, который соединен по текучей среде с атмосферой (например, выпускным каналом 25 двигателя, показанным на фиг. 1). Резонатор 210 может быть треугольным так, что поток отработавших газов, втекающий во впускное отверстие 206 для отработавших газов, может быть перпендикулярным потоку отработавших газов, вытекающий из выпускного отверстия для отработавших газов сажевого фильтра, что обеспечивает низкое противодавление по сажевому фильтру. Кроме того, зола, образующаяся во время фазы регенерации сажевого фильтра, может откладываться внутри основания треугольного резонатора, как будет дополнительно раскрыто ниже.
Внутри резонатора 210 корпуса 204 фильтра, первая роликовая направляющая 214, и вторая роликовая направляющая 216 могут быть представлены вдоль второй горизонтальной плоскости 209 корпуса фильтра. Вторая горизонтальная плоскость 209 может быть выше чем первая горизонтальная плоскость 207 и параллельна первой горизонтальной плоскости 207 корпуса 204 фильтра. В контексте данного документа, "выше чем" может быть вертикально выше и вертикально над исходной точкой, такой как уровень земли, на которой располагается автомобиль, в котором установлен ДСФ. Таким образом, вторая горизонтальная плоскость может быть выше, чем первая горизонтальная плоскость, относительно уровня земли.
Каждая из первой роликовой направляющей 214 и второй роликовой направляющей 216 могут содержать внешнюю поверхность, приспособленную для прокатывания другой поверхности, соприкасающейся с внешней поверхностью роликовых направляющих. В одном из примеров, каждая из роликовых направляющих может быть свободно вращаемой. В другом примере, может присутствовать мотор, соединенный с каждой из первой роликовой направляющей и второй роликовой направляющей. Роликовые направляющие могут быть полыми или сплошными цилиндрами, выполненными с возможностью вращения вокруг оси вращения каждой роликовых направляющих, позволяя поверхности, например, листу фильтровальной бумаги, прокатываться возле роликовых направляющих, хотя возможны и другие конфигурации, например, когда роликовые направляющие являются треугольными или квадратными.
Первая роликовая направляющая 214 может быть расположена на стыке верхней поверхности 202 и первой прилегающей поверхности 201, а вторая роликовая направляющая 216 может быть представлена на стыке верхней поверхности и первой прилегающей поверхности 203.
Вторая роликовая направляющая 216 по длине L верхней поверхности 202 изображена на фиг. 3. Первая роликовая направляющая 214 и вторая роликовая направляющая 216 могут быть параллельны друг другу и могут быть параллельны центральной горизонтальной оси сажевого фильтра. При установке внутри выпускного канала, горизонтальная ось сажевого фильтра может быть параллельна центральной продольной оси выпускного отверстия для отработавших газов и соответственного выпускного канала. Каждая из роликовых направляющих может проходить по длине L верхней поверхности 202. В некоторых примерах, может присутствовать только одна роликовая направляющая. В других примерах, могут присутствовать более двух роликовых направляющих.
Роликовый нагреватель 212 может присутствовать внутри корпуса 204 в нижней области 205 корпуса 204 фильтра, вдоль первой горизонтальной плоскости 207. В одном из примеров, первая роликовая направляющая может находиться на расстоянии d1, а вторая роликовая направляющая может находиться на расстоянии d2 от роликового нагревателя 212 (показано на фиг. 2), где d1 может быть равно d2. В других примерах, d1 и d2 могут быть не равны.
В одном из примеров, первая роликовая направляющая и вторая роликовая направляющая могут располагаться вдоль различных горизонтальных плоскостей, например, вторая роликовая направляющая 216 расположена вдоль первой горизонтальной плоскости 207, а первая роликовая направляющая 214 и роликовый нагреватель 212 расположены вдоль второй горизонтальной плоскости 209. В другом примере, каждое из роликового нагревателя 212, первой роликовой направляющей 214, и второй роликовой направляющей 216 могут располагаться вдоль разных горизонтальных плоскостей корпуса фильтра.
Роликовый нагреватель 212 может содержать электрический нагреватель 217, размещенный внутри ролика 215. Электрический нагреватель может содержать резистивный нагревательный элемент или другой подходящий нагреватель, который может активироваться посредством контроллера 220 (который является одним из неограничивающих примеров контроллера 12, показанного на фиг. 1) для повышения температуры вблизи роликового нагревателя. Роликовый нагреватель может содержать мотор 219, который, при активации контроллером, может вращать ролик роликового нагревателя вокруг оси вращения роликового нагревателя. Во время вращения ролика роликового нагревателя, к может оставаться неподвижным. Тем не менее, в некоторых примерах нагреватель может вращаться вместе с роликом. В одном из примеров, вращение роликового нагревателя может происходить в направлении по часовой стрелке. В других примерах, вращение роликового нагревателя может происходить в направлении против часовой стрелки. Продолжительность активации нагревателя и мотора роликового нагревателя может регулироваться контроллером 220 в зависимости от рабочих параметров двигателя. В одной из примерных процедур, мотор и нагреватель роликового нагревателя могут активироваться на конкретный срок во время регенерации сажевого фильтра, как будет подробно раскрыто ниже со ссылками на фигуры 5 и 6. В дополнительном примере, одна или более из роликовых направляющих могут также содержать нагреватель и мотор, которые могут быть активированы во время регенерации сажевого фильтра. В еще одном дополнительном примере, вместо того, чтобы быть включенным в один блок, нагреватель и мотор нагревателя ролика могут быть отделены друг от друга (например, мотор может приводить в движение ролик для перемещения фильтровальной бумаги мимо нагревателя, расположенного отдельно от ролика).
Петля фильтровальной бумаги 218 может обматываться между первой роликовой направляющей 214, второй роликовой направляющей 216, и роликовым нагревателем 212, как изображено на фиг. 2. Петля фильтровальной бумаги может улавливать твердые частицы и сажу из отработавших газов, протекающих через фильтровальную бумагу. Фильтровальная бумага может обладать высокой поглощающей способностью для сажи и может иметь подходящую пористость, позволяя отработавшим газам протекать через фильтровальную бумагу. Другие материалы для улавливания частиц, такие как ткань, с высокой поглощающей способностью для сажи и хорошей проницаемостью для потока отработавших газов, могут быть натянуты на роликовые направляющие. В других примерах, органические и неорганические волокна с высокой поглощающей способностью могут быть спрессованы с образованием листа, который может быть натянут на роликовые направляющие.
Один из примеров фильтровального бумажного материала является Высококремнистая Стекловолоконная Ткань (High Silica Fiberglass Fabric), сделанная из высококремнистой пряжи и может выдерживать длительные рабочие температуры от 900°С до 1250°С и кратковременные температуры до 1450°С. Другим примером является Стекловолоконная Ткань (Fiberglass Fabric), обработанная вермикулитом, которая может выдерживать температуры до 850°С.
Первая секция 230 петли фильтровальной бумаги может быть параллельна верхней поверхности 202. Как показано, вторая секция 232 петли фильтровальной бумаги может располагаться вдоль второй прилегающей поверхности 203, и третья секция 234 петли фильтровальной бумаги может располагаться вдоль первой прилегающей поверхности 201.
Вид 300 сбоку сажевого фильтра на фиг. 3 показывает вторую секцию петли фильтровальной бумаги 218, натянутой через роликовый нагреватель 212 и второй роликовой направляющей 216. В одном из примеров, ширина W фильтровальной бумаги может быть размещена вдоль длины L сажевого фильтра 200.
Сажевый фильтр 200 может быть расположен в выпускном канале, например, выпускном канале 25 двигателя, показанном на фиг. 1, так что нижняя область 205 корпуса фильтра находится ближе к днищу кузова автомобиля, в то время как верхняя поверхность может находиться дальше от днища кузова автомобиля. Вторая вертикальная поверхность 213 корпуса 204 фильтра может располагаться ближе к двигателю, а первая вертикальная поверхность может располагаться дальше от двигателя и ближе к отверстию выпускного канала в атмосферу. Одно или более устройств контроля выбросов может присутствовать ниже по потоку от сажевого фильтра в выпускном канале, например, устройство 70 контроля выбросов, показанное на фиг. 1.
Сажевый фильтр может регенерироваться, когда сажа, уловленная первой секцией петли фильтровальной бумаги, достигает накопления, которое может ограничить поток отработавших газов через первую секцию петли фильтровальной бумаги. В одном из примеров, разность давлений вдоль петли фильтровальной бумаги может использоваться как индикатором накопления сажи, отловленной фильтровальной бумагой, как будет рассмотрено ниже со ссылками на фигуры 5 и 6.
На фигурах 4А-4С показан сажевый фильтр 200, показанный на фигурах 2 и 3, во время фазы накопления сажи и последующей фазы регенерации фильтра, после чего регенерированный фильтр готов к последующей фазе накопления сажи, соответственно. Свойства сажевого фильтра 200 такие же, как раскрыто выше со ссылками на фигуры 2 и 3. Компоненты, ранее введенные на фигурах 2 и 3, пронумерованы аналогично и не будут вводиться повторно.
Во время фазы 400 накопления сажи, отработавшие газы могут протекать в сажевый фильтр 200 через впускное отверстие 206 для отработавших газов по пути 410 потока. Отработавшие газы могут затем протекать через первую секцию 430 петли фильтровальной бумаги 218 по пути 412 потока, и могут поступать в резонатор 210 корпуса фильтра. Сажа из отработавших газов может улавливаться на внешней поверхности первой секции 430 петли фильтровальной бумаги 218 когда отработавшие газы протекают по пути 412 потока. Отработавшие газы могут затем протекать из резонатора 210 через выпускное отверстие 208 для отработавших газов в выпускной канал, который связан по текучей среде с атмосферой.
Во время фазы накопления сажи, роликовый нагреватель 212 может быть неактивен и петля фильтровальной бумаги может быть неподвижна. Фаза накопления сажи может продолжаться пока накопление сажи, уловленной на внешней поверхности первой секции 430 петли фильтровальной бумаги не превысит максимальную емкость накопления. Во время фазы 400 накопления сажи, вторая секция 432 петли фильтровальной бумаги может иметь сажу, отложенную во время предыдущей фазы накопления сажи, а третья секция 434 может быть регенерированной секцией фильтрованной бумаги, регенерированной во время предыдущей фазы регенерации.
Во время фазы 402 регенерации сажевого фильтра 200, может быть активирован мотор роликового нагревателя, таким образом вращая роликовый нагреватель 212. Вращение роликового нагревателя 212 может двигать петлю фильтровальной бумаги 218 вдоль первой роликовой направляющей 214 и второй роликовой направляющей 216, а также роликовый нагреватель 212, например, в направлении по часовой стрелке как показано стрелкой 221. Как изображено на фиг. 4В, каждая из секций петли фильтровальной бумаги движется в направлении по часовой стрелке. При прокатывании второй секции 432 вдоль роликового нагревателя, отложенная сажа может выжигаться из-за теплоты, выделяемой активированным роликовым нагревателем. Пепел, образуемый при сжигании сажи, может откладываться внутри резонатора 210 в нижней емкости 223 ниже роликового нагревателя 212 корпуса 204 фильтра из-за силы гравитации. Так как роликовый нагреватель 212 расположен над нижней емкостью 223 треугольного резонатора, пепел, образуемый при сжигании сажи из петли фильтровальной бумаги при ее прокатке возле роликового нагревателя 212, может собираться в нижней емкости посредством многочисленных регенераций сажевого фильтра и может не требоваться частого удаления золы.
Когда вторая секция 432 прокатывается возле роликового нагревателя, одновременно третья секция (регенерированная в предыдущую фазу регенерации) фильтра перемещается от вдоль первой прилегающей поверхности 201 до вдоль верхней поверхности 202. Кроме того, первая секция 430 с отложенной сажей из фазы 400 накопления сажи (показанной на фиг. 4А) перемещается для размещения вдоль второй прилегающей поверхности 203 для регенерации в последующей фазе регенерации.
На фиг. 4С, изображен вид 404 регенерированного сажевого фильтра, готового к следующей фазе накопления сажи. Вторая секция 432 петли фильтровальной бумаги теперь установлена в положение для улавливания сажи из отработавших газов, поступающих через впускное отверстие 206 для отработавших газов в последующей фазе накопления сажи. Первая секция 430 с сажей на своей внешней поверхности установлена в положение для регенерации в следующей фазе регенерации. Чистая регенерированная вторая секция 432 расположена вдоль первой прилегающей поверхности 201 и заменит третью секцию 434 вдоль верхней поверхности для улавливания сажи во время следующего события регенерации.
В одном из примеров, частота вращения роликового нагревателя 212 во время каждой фазы регенерации может быть такой, что каждая секция петли фильтровальной бумаги полностью перемещается от вдоль одной поверхности корпуса фильтра к прилегающей поверхности. В других примерах, более одной секции или менее одной секции могут прокатываться от вдоль одной поверхности к прилегающей поверхности корпуса фильтра во время фазы регенерации. Нагреватель может выделять достаточное тепло, например, от 600°С до 700°С для выжигания сажи в секции фильтровальной бумаги, прокатывающейся вдоль роликового нагревателя. В одном из примеров, первая роликовая направляющая и/или вторая роликовая направляющая могут также содержать нагреватель и/или мотор.
Таким образом, сажевый фильтр может содержать впускное отверстие для отработавших газов и выпускное отверстие для отработавших газов. Пористый материал для улавливания частиц может проходить вдоль впускного отверстия для отработавших газов таким образом, что, когда отработавшие газы протекают от впускного отверстия для отработавших газов до выпускного отверстия для отработавших газов, отработавшие газы протекают через пористый материал для улавливания частиц. Твердые частицы (например, сажа) улавливаются материалом для улавливания частиц. Сажевый фильтр также содержит нагреватель (например, электрический нагреватель) для выборочного повышения температуры материала для улавливания частиц для того, чтобы выжечь сажу и регенерировать сажевый фильтр. Для перемещения материала для улавливания частиц вблизи нагревателя, материал для улавливания частиц может проходить через ролик, приводимый в действие мотором. При активации ролика, материал для улавливания частиц перемещается вдоль нагревателя. В одном из примеров, ролик/мотор и нагреватель могут быть объединены в одном агрегате.
Как раскрыто выше, материал для улавливания частиц может содержать фильтровальную бумагу или другое подходящее волокно, и фильтровальная бумага может быть выполнена в виде петли. Две роликовых направляющих могут быть представлены на обеих сторонах впускного отверстия для отработавших газов, а фильтровальная бумага может проходить через две роликовых направляющих. Ролик/мотор и нагреватель могут быть представлены вертикально ниже двух роликовых направляющих, так что петля фильтровальной бумаги имеет треугольную форму. Выпускное отверстие для отработавших газов может быть расположено перпендикулярно впускному отверстию для отработавших газов. Например, впускное отверстие для отработавших газов может быть расположено в верхней части сажевого фильтра, а выпускное отверстие для отработавших газов может быть расположено в боковой части сажевого фильтра. Центральная продольная ось выпускного отверстия для отработавших газов может быть расположена вертикально ниже двух роликовых направляющих и вертикально выше ролика/мотора и нагревателя. Таким образом, сажа в отработавших газах может улавливаться фильтровальной бумагой, проходящей через впускное отверстие для отработавших газов, однако отработавшие газы могут выходить из сажевого фильтра без протекания возле нагревателя. Путем направления потока отработавших газов таким образом, чтобы они не протекали возле нагревателя, можно избежать высокотемпературных отработавших газов, которые образуются при обычной регенерации ДСФ и могут представлять опасность для людей или объектов вблизи выхлопной трубы. Кроме того, эта конфигурация может позволить накапливать золу внутри сажевого фильтра, а не на материале для улавливания частиц, избегая необходимости вымывания золы из материала для улавливания частиц.
Раскрытая выше конфигурация сажевого фильтра является одной из примерных конфигураций, однако возможны и другие конфигурации, не выходящие за пределы объема изобретения. Например, вместо того, чтобы быть выполненной в виде петли треугольной формы, фильтровальная бумага может иметь квадратную или прямоугольную форму. Например, третья роликовая направляющая может быть расположена в той же плоскости, что и ролик/мотор и нагреватель. В другом примере, ролик/мотор и нагреватель могут быть расположены в боковой части впускного отверстия для отработавших газов и может присутствовать только одна роликовая направляющая, таким образом, что фильтровальная бумага выполнена похожей на транспортерную ленту. В такой конфигурации, отработавшие газы могут проходить через две секции фильтровальной бумаги перед выходом из сажевого фильтра.
На фиг. 5 изображен способ 600 работы сажевого фильтра, например, сажевого фильтра 200, соединенного с системой двигателя, изображенной на фигурах 1-2. Сажевый фильтр 200 может содержать петлю фильтровальной бумаги, роликовый нагреватель, и впускное и выпускное отверстия для отработавших газов, как раскрыто выше со ссылками на фигуры 1-2. В одном из примеров, способ 600 может регулировать фазу накопления сажи и фазу регенерации сажевого фильтра путем регулирования активации роликового нагревателя сажевого фильтра в соответствии с рабочими характеристиками двигателя, такими как разность давлений на сажевом фильтре.
Инструкции для осуществления способа 600 и остальные способы, включенные в настоящее описание, могут выполняться контроллером, например, контроллером 12, на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, содержащих датчики NOx, датчики УДКОГ, датчики давления и прочие, описанные выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы сажевого фильтра в соответствии со способами, раскрытыми ниже. В одном из примеров, на основе входных сигналов от датчиков, контроллер 12 может активировать роликовый нагреватель 212 сажевого фильтра 200, чтобы регулировать положение петли фильтровальной бумаги для сжигания сажи.
Способ 600 начинается на шаге 602 путем оценки рабочих параметров двигателя, которые могут содержать, но не ограничиваются этим, частоту вращения двигателя, запрос крутящего момента двигателя, температуру двигателя, давление на сажевом фильтре и т.д. Способ 600 переходит к шагу 604, на котором определяется разность давлений на петле фильтровальной бумаги. Разность давлений между выше и ниже по потоку от фильтра также указывает на разность давлений вдоль петли фильтровальной бумаги. Следовательно, разность давлений вдоль петли фильтровальной бумаги и разность давлений на сажевом фильтре используются синонимично. Разность давлений может быть оценена или определена на основе входных сигналов от датчиков давления выше и ниже по потоку от сажевого фильтра. На шаге 606, способ 600 определяет выше ли порогового значения разность давлений на петле фильтровальной бумаги.
Если разность давлений вдоль петли фильтровальной бумаги не выше порогового значения, способ 600 переходит к фазе накопления сажи на шаге 608. Разность давлений ниже порогового значения указывает на то, что первая секция петли фильтровальной бумаги имеет дополнительную вместимость для накопления сажи (например, секция фильтровальной бумаги, проходящая на текущий момент вдоль впускного отверстия сажевого фильтра) и не указана регенерация сажевого фильтра. Во время фазы накопления сажи, на шаге 610, роликовый нагреватель не активен. Отработавшие газы протекают через впускное отверстие сажевого фильтра и текут через первую секцию петли фильтровальной бумаги и затем вытекают из сажевого фильтра через выпускное отверстие на шаге 612. Когда отработавшие газы протекают через петлю фильтровальной бумаги, сажа из отработавших газов улавливается на внешней поверхности петли первой секции фильтровальной бумаги на шаге 614. Затем происходит выход из способа 600.
На шаге 606, если разность давлений выше порогового значения, сажа, отложенная на внешней поверхности первой секции петли фильтровальной бумаги, может быть близка или находиться на максимальной емкости сажи, где поток отработавших газов через петлю фильтровальной бумаги может быть ослаблен, создавая противодавление. Таким образом, способ 600 переходит к шагу 616 - фазе регенерации фильтра.
Во время фазы регенерации фильтра, роликовый нагреватель сажевого фильтра может быть активирован на шаге 618. Активированный роликовый нагреватель передвигает одну секцию (например, вторую секцию 232 на фиг. 2) петли фильтровальной бумаги для перемещения возле роликового нагревателя, например, путем перемещения петли фильтровальной бумаги по часовой стрелке. В одном из примеров, вторая секция может содержать сажу, отложенную на предыдущей фазе накопления сажи. Выделяемая роликовым нагревателем теплота выжигает сажу, отложенную на петле фильтровальной бумаги, прокатывающейся возле роликового нагревателя на шаге 620, а на шаге 622 третья секция петли фильтровальной бумаги перемещается чтобы располагаться для улавливания сажи в последующем цикле регенерации. В одном из примеров, третья секция может быть предварительно регенерированной секцией петли фильтровальной бумаги.
В одном из примеров, продолжительность фазы регенерации фильтра на шаге 616 может быть основана на частоте вращения роликового нагревателя и длине секции фильтровальной бумаги, которая будет прокатываться возле роликового нагревателя для регенерации. В другом примере, продолжительность каждой фазы регенерации может быть в течение определенного времени, где по меньшей мере одна секция петли фильтровальной бумаги может регенерироваться, а регенерированная секция петли фильтровальной бумаги может быть размещена для улавливания сажи на следующей фазе накопления сажи.
В одном из примеров, после фазы регенерации, факт того, что разность давлений на сажевом фильтре все еще выше порогового значения, указывает на недостаточную регенерацию фильтровальной бумаги. Достаточной регенерации может не произойти если фильтровальная бумага прошла через многочисленные регенерации и нуждается в замене. В другом примере, отсутствие достаточной регенерации может указывать на неисправный роликовый нагреватель, например, что температура нагревателя недостаточно высокая или, что мотор не устанавливает секции фильтровальной бумаги в положение для регенерации. В одном примере, если обнаруживаются высокие концентрации сажи датчиком содержания сажи ниже по потоку от сажевого фильтра после события регенерации, может быть возможна трещина или разрыв в сажевом фильтре. В другом примере, если падение давления на сажевом фильтре низкое (ниже порогового значения), фильтровальная бумага может стать более тонкой и более пористой, тем самым не улавливая сажу эффективно.
Способ 600 переходит к фазе 628 накопления сажи после шага 616. Фаза накопления сажи на шаге 626 аналогична фазе накопления сажи на шаге 608, раскрытом выше. Во время фазы накопления сажи, отработавшие газы протекают через фильтровальную бумагу, в то время как сажа из отработавших газов улавливается на внешней поверхности фильтровальной бумаги, как раскрыто выше со ссылками на фигуры 4А-4С. Затем происходит выход из способа 600.
Таким образом, сажевый фильтр может улавливать сажу из отработавших газов, протекающих через сажевый фильтр, и может регенерировать фильтровальную бумагу путем активации роликового нагревателя внутри корпуса фильтра.
Активация роликового нагревателя может быть основана на разности давлений на сажевом фильтре.
На фиг. 7 показана примерная последовательность 700 работы во время работы сажевого фильтра, расположенного вдоль выпускного канала системы двигателя. Примерная последовательность 700 работы может генерироваться во время работы системы 10 двигателя с сажевым фильтром 200, расположенным вдоль выпускного канала 35, как рассматривалось выше со ссылками на фигуры 1-4. Построенный по оси Y график 701 показывает включен ли двигатель или двигатель выключен. Активация и деактивация роликового нагревателя сажевого фильтра показана графиком 702, накопление сажи, указывающее на сажу, уловленную внешней поверхностью секции петли фильтровальной бумаги внутри сажевого фильтра, показано графиком 706, разность давлений на сажевом фильтре указана графиком 704, и 705 указывает пороговое давление. Ось X представляет время, увеличивающееся от левой части рисунка до правой части рисунка. Вертикальные маркеры (пунктирными линиями) указывают значимые моменты времени.
До момента времени Т1, во время фазы накопления сажи, двигатель включен (график 701). Отработавшие газы втекают через впускное отверстие сажевого фильтра и через петлю фильтровальной бумаги. Сажа из отработавших газов улавливается на внешней поверхности первой секции петли фильтровальной бумаги, когда отработавшие газы протекают через петлю фильтровальной бумаги (график 706) и вытекают из выпускного отверстия сажевого фильтра. По мере продолжения фазы накопления сажи, накопление сажи, уловленной первой секцией петли фильтровальной бумаги, растет (график 706). Следовательно, разность давлений на сажевом фильтре также увеличивается во время фазы загрузки сажи до момента времени Т1, как показано на графике 704. Во время фазы накопления сажи, роликовый нагреватель остается неактивным.
В момент времени Т1, разность давлений на сажевом фильтре может достигать порогового давления (705), таким образом, что сажа, отложенная на первой секции петли фильтровальной бумаги может ограничивать поток отработавших газов через петлю фильтровальной бумаги и может быть ухудшено дальнейшее улавливание сажи фильтровальной бумагой. Кроме того, может также увеличиться противодавление из-за блокировки потока отработавших газов через первую секцию петли фильтровальной бумаги.
В момент времени Т1, инициируется фаза регенерации фильтра. Фаза регенерации фильтра имеет длительность Т1-Т2. Во время фазы регенерации, в момент времени Т1, двигатель включен (график 701) роликовый нагреватель активирован (график 702), перемещая петлю фильтровальной бумаги и выделяя теплоту для выжигания сажи, отложенной на второй секции петли фильтровальной бумаги, прокатывающейся возле роликового нагревателя. Во время фазы регенерации, одна секция сажевого фильтра может регенерироваться, в то время как другая, регенерированная секция (регенерированная во время предыдущей фазы регенерации) может располагаться для улавливания сажи из отработавших газов, как раскрыто выше со ссылками на фигуры 4А-4С.
Когда роликовый нагреватель вращается и выжигает сажу из петли фильтровальной бумаги, накопление сажи на фильтровальной бумаге уменьшается (график 706) и разность давлений на сажевом фильтре также уменьшается (704). Во время фазы регенерации от Т1-Т2, двигатель может быть выключен от Т1-Т1', и может быть выключен от ТТ-Т2. Регенерация, инициированная в момент времени Т1 (когда двигатель включен), может продолжаться даже когда двигатель выключается в момент времени ТТ, так как для регенерации сажевого фильтра не требуется присутствия дополнительного топлива или кислорода в отработавших газах, а также потому, что мотор и нагреватель роликового нагревателя являются электрическими и могут питаться от аккумулятора автомобиля в условиях отсутствия работы двигателя. Роликовый нагреватель может работать до тех пор, пока аккумулятор автомобиля имеет достаточную мощность, например, аккумулятор заряжен не менее чем на 30%. Фаза регенерации заканчивается в момент времени Т2, когда роликовый нагреватель (график 702) может быть деактивирован.
Вторая фаза накопления сажи может проходить между Т2-Т3. Во время второй фазы накопления сажи между Т2-Т3, двигатель включен (график 701), роликовый нагреватель неактивен (график 702), накопление сажи (график 706) может снова увеличиваться по мере того, как сажа улавливается из отработавших газов, протекающих через петлю фильтровальной бумаги, и по мере еще большего улавливания сажи разность давлений на сажевом фильтре (график 704) продолжает увеличиваться.
Таким образом, сажа из отработавших газов может улавливаться на внешней поверхности петли фильтровальной бумаги внутри сажевого фильтра и сажевый фильтр может регенерироваться путем активации роликового нагревателя для перемещения петли фильтровальной бумаги с сажей вблизи роликового нагревателя для выжигания уловленной сажи. Регенерированная фильтровальная бумага может затем быть расположена для улавливания сажи во время последующей фазы накопления сажи.
Технический эффект от регенерации раскрытого выше сажевого фильтра путем активации роликового нагревателя внутри корпуса фильтра на основе разности давлений, измеренной на сажевом фильтре, выражается в эффективном улавливании твердых частиц, в сочетании с низким противодавлением отработавших газов на сажевом фильтре, расположенном внутри выпускного канала системы двигателя.
Сажевый фильтр, содержащий корпус фильтра, первую роликовую направляющую, и роликовый нагреватель, каждый из которых размещен внутри корпуса фильтра, материал для улавливания частиц, проходящий от первой роликовой направляющей до роликового нагревателя, и впускное отверстие для отработавших газов, причем материал для улавливания частиц проходит поперек впускного отверстия для отработавших газов. Первый образец сажевого фильтра, дополнительно содержащий вторую роликовую направляющую внутри корпуса фильтра. Второй образец сажевого фильтра опционально содержит первый образец и дополнительно содержит, что первая роликовая направляющая и вторая роликовая направляющая расположены вдоль первой горизонтальной плоскости корпуса фильтра. Третий образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из первого и второго образца, и дополнительно содержит, что роликовый нагреватель расположен в самой нижней области корпуса фильтра вдоль второй горизонтальной плоскости корпуса фильтра, причем вторая горизонтальная плоскость находится ниже первой горизонтальной плоскости. Четвертый образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из образцов с первого по третий, и дополнительно содержит, что самая нижняя область находится на первом расстоянии от первой роликовой направляющей и на втором расстоянии от второй роликовой направляющей, причем второе расстояние равно первому расстоянию. Пятый образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из образцов с первого по четвертый, и дополнительно содержит, что материалом для улавливания частиц является петля фильтровальной бумаги. Шестой образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из образцов с первого по пятый, и дополнительно содержит, что роликовый нагреватель содержит электрический нагреватель и мотор. Седьмой образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из образцов с первого по шестой, и дополнительно содержит, что роликовый нагреватель выполнен с возможностью активации посредством контроллера для регенерации материала для улавливания частиц, в соответствии с тем, что разность давлений на сажевом фильтре больше порогового давления. Восьмой образец сажевого фильтра опционально содержит один или более из образцов с первого по седьмой, и дополнительно содержит, что отработавшие газы способны к протеканию от впускного отверстия для отработавших газов через материал для улавливания частиц, проходящий вдоль верхней поверхности корпуса фильтра, причем сажа из отработавших газов улавливается на внешней поверхности материала для улавливания частиц.
Примерная система, содержащая сажевый фильтр, содержащий корпус, имеющий впускное отверстие на верхней поверхности корпуса и выпускное отверстие на вертикальной поверхности корпуса, причем вертикальная поверхность перпендикулярна верхней поверхности, фильтровальную бумагу, натянутую на множество роликовых направляющих внутри корпуса, первую роликовую направляющую множества роликовых направляющих, содержащую мотор и нагреватель, и выпускную трубу, соединенную с сажевым фильтром, где отработавшие газы из выпускной трубы поступают в сажевый фильтр через впускное отверстие, отработавшие газы протекают через фильтровальную бумагу и отработавшие газы вытекают из сажевого фильтра через выпускное отверстие, причем поток отработавших газов через впускное отверстие перпендикулярен потоку отработавших газов через выпускное отверстие. Первый образец системы, отличающийся тем, что вторая роликовая направляющая множества роликовых направляющих расположена на первом конце вдоль верхней поверхности корпуса и третья роликовая направляющая множества роликовых направляющих расположена на втором конце вдоль верхней поверхности корпуса, причем второй конец находится напротив первого конца, и, как первый конец, так и второй конец расположены вдоль первой горизонтальной плоскости корпуса. Второй образец системы опционально содержит первый образец и дополнительно содержит, что первая роликовая направляющая расположена в нижней области корпуса вдоль второй горизонтальной плоскости корпуса, причем вторая горизонтальная плоскость ниже первой горизонтальной плоскости корпуса, а фильтровальная бумага натянута от первой роликовой направляющей до второй роликовой направляющей, и от второй роликовой направляющей до третьей роликовой направляющей, а затем закольцована от третьей роликовой направляющей до первой роликовой направляющей. Третий образец системы опционально содержит один или более из первого и второго образца, и дополнительно содержит, что мотор первой роликовой направляющей выполнен с возможностью активации для перемещения фильтровальной бумаги через множество роликовых направляющих. Четвертый образец системы опционально содержит один или более из образцов с первого по третий, и дополнительно содержит, что нагреватель первой роликовой направляющей выполнен с возможностью активации, чтобы выделять теплоту для выжигания сажи из фильтровальной бумаги, прокатывающейся в контакте с роликовым нагревателем. Пятый образец системы опционально содержит один или более из образцов с первого по четвертый, и дополнительно содержит, что корпус выполнен с возможностью сбора золы, образуемой при сжигании сажи.
Примерный способ, содержащий, что во время фазы накопления сажи, улавливается сажи из потока отработавших газов двигателя через петлю фильтровальной бумаги внутри корпуса сажевого фильтра, поток отработавших газов протекает через фильтровальную бумагу и выходит через выпускное отверстие сажевого фильтра, и в соответствии с тем, что разность давлений на сажевом фильтре выше порогового значения, инициируется регенерация сажевого фильтра путем активации роликового нагревателя внутри корпуса фильтра для перемещения петли фильтровальной бумаги мимо нагревателя роликового нагревателя. Первый образец способа, отличающийся тем, что фаза накопления сажи является первой фазой накопления сажи, в которой сажа из потока отработавших газов улавливается с помощью первой секции петли фильтровальной бумаги, проходящей поперек впускного отверстия сажевого фильтра, и в котором инициация регенерации содержит активацию роликового нагревателя для перемещения второй секции петли фильтровальной бумаги мимо нагревателя, причем вторая секция содержит сажу, уловленную во время второй фазы накопления сажи, предшествующей первой фазе накопления сажи. Второй образец способа опционально содержит первый образец и дополнительно содержит, что активация роликового нагревателя для перемещения второй секции петли фильтровальной бумаги содержит активацию роликового нагревателя для одновременного перемещения третьей секции петли фильтровальной бумаги, чтобы она проходила поперек впускного отверстия для сбора сажи во время третьей фазы накопления сажи, после первой фазы накопления сажи, и для перемещения первой секции петли фильтровальной бумаги для последующей регенерации. Третий образец способа опционально содержит образцы с первого по второй и дополнительно содержит, что инициация регенерации сажевого фильтра содержит инициацию регенерации сажевого фильтра при работающем двигателе и, в соответствии с выключением двигателя до завершения регенерации, продолжение регенерации при выключенном двигателе. Третий образец способа опционально содержит образцы с первого по второй и дополнительно содержит деактивацию роликового нагревателя в соответствии с завершением регенерации сажевого фильтра.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на "один" элемент или "первый" элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
1. Сажевый фильтр, содержащий: корпус фильтра; первую роликовую направляющую и роликовый нагреватель, каждый из которых размещен внутри корпуса фильтра; материал для улавливания частиц, проходящий от первой роликовой направляющей до роликового нагревателя; и впускное отверстие для отработавших газов, причем материал для улавливания частиц проходит поперек впускного отверстия для отработавших газов, причем впускное отверстие для отработавших газов расположено выше по потоку от материала для улавливания частиц; выпускное отверстие для отработавших газов, проходящее в направлении, перпендикулярном впускному отверстию для отработавших газов; и резонатор, окруженный корпусом фильтра, причем резонатор окружен материалом для улавливания частиц, выровнен с выпускным отверстием для отработавших газов и непосредственно доступен с внешней стороны корпуса фильтра через выпускное отверстие для отработавших газов.
2. Сажевый фильтр по п. 1, который дополнительно содержит вторую роликовую направляющую внутри корпуса фильтра.
3. Сажевый фильтр по п. 2, отличающийся тем, что первая роликовая направляющая и вторая роликовая направляющая расположены вдоль первой горизонтальной плоскости корпуса фильтра.
4. Сажевый фильтр по п. 3, отличающийся тем, что роликовый нагреватель расположен в самой нижней области корпуса фильтра вдоль второй горизонтальной плоскости корпуса фильтра, причем вторая горизонтальная плоскость находится ниже первой горизонтальной плоскости.
5. Сажевый фильтр по п. 4, отличающийся тем, что самая нижняя область находится на первом расстоянии от первой роликовой направляющей и на втором расстоянии от второй роликовой направляющей, причем второе расстояние равно первому расстоянию.
6. Сажевый фильтр по п. 1, отличающийся тем, что материалом для улавливания частиц является петля фильтровальной бумаги.
7. Сажевый фильтр по п. 1, отличающийся тем, что роликовый нагреватель содержит электрический нагреватель и мотор.
8. Сажевый фильтр по п. 1, отличающийся тем, что роликовый нагреватель выполнен с возможностью активации посредством контроллера для регенерации материала для улавливания частиц в соответствии с тем, что разность давлений на сажевом фильтре больше порогового давления.
9. Сажевый фильтр по п. 1, отличающийся тем, что отработавшие газы способны к протеканию от впускного отверстия для отработавших газов через материал для улавливания частиц, проходящий вдоль верхней поверхности корпуса фильтра, причем есть возможность улавливания сажи из отработавших газов на внешней поверхности материала для улавливания частиц.
10. Система регенерации сажевого фильтра, содержащая: сажевый фильтр, содержащий корпус, имеющий впускное отверстие на верхней поверхности корпуса и выпускное отверстие на вертикальной поверхности корпуса, причем вертикальная поверхность перпендикулярна верхней поверхности, причем указанный корпус окружает резонатор; фильтровальную бумагу, натянутую на множество роликовых направляющих внутри корпуса, первую роликовую направляющую множества роликовых направляющих, содержащую мотор и нагреватель, причем фильтровальная бумага проходит поперек впускного отверстия, причем первая роликовая направляющая смещена относительно выпускного отверстия, и причем выпускное отверстие расположено ниже впускного отверстия и выше первой роликовой направляющей, и причем фильтровальная бумага окружает выпускное отверстие и резонатор, причем резонатор непосредственно доступен с внешней стороны корпуса через выпускное отверстие; выпускную трубу, соединенную с сажевым фильтром, причем предусмотрена возможность поступления отработавших газов из выпускной трубы в сажевый фильтр через впускное отверстие, протекания отработавших газов через фильтровальную бумагу и вытекания отработавших газов из сажевого фильтра через выпускное отверстие, причем поток отработавших газов через впускное отверстие перпендикулярен потоку отработавших газов через выпускное отверстие.
11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что вторая роликовая направляющая множества роликовых направляющих расположена на первом конце вдоль верхней поверхности корпуса и третья роликовая направляющая множества роликовых направляющих расположена на втором конце вдоль верхней поверхности корпуса, причем второй конец находится напротив первого конца и как первый конец, так и второй конец расположены вдоль первой горизонтальной плоскости корпуса.
12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что первая роликовая направляющая расположена в нижней области корпуса вдоль второй горизонтальной плоскости корпуса, причем вторая горизонтальная плоскость ниже первой горизонтальной плоскости корпуса, а фильтровальная бумага натянута от первой роликовой направляющей до второй роликовой направляющей и от второй роликовой направляющей до третьей роликовой направляющей, а затем закольцована от третьей роликовой направляющей до первой роликовой направляющей.
13. Система по п. 10, отличающаяся тем, что мотор первой роликовой направляющей выполнен с возможностью активации для перемещения фильтровальной бумаги через множество роликовых направляющих.
14. Система по п. 10, отличающаяся тем, что нагреватель первой роликовой направляющей выполнен с возможностью активации, чтобы выделять теплоту для выжигания сажи из фильтровальной бумаги, прокатывающейся в контакте с нагревателем первой роликовой направляющей.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что корпус выполнен с возможностью сбора золы, образуемой при сжигании сажи.
