專利名稱：用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置的渦輪增壓發(fā)動機的部件的微粒傳感器、排氣系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置的渦輪增壓發(fā)動機的部件的微粒傳感器、排氣系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
廢氣再循環(huán)用于最小化燃燒期間產(chǎn)生的氮氧化物排放。此處，已燃燒的廢氣被供給至新鮮空氣流(供給至發(fā)動機)，并且在發(fā)動機中燃燒由此產(chǎn)生的混合物。DE102008001910A1公開一種用于廢氣再循環(huán)的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，通過將NOx廢氣值和微粒排放值考慮在內(nèi)的調(diào)節(jié)實現(xiàn)廢氣中排放的最優(yōu)化。DE69632510T2公開一種用于測量廢氣中NOx濃度的氮氧化物傳感器。已知的傳感器和系統(tǒng)確實能夠測量廢氣中污染物的濃度，但是沒有提出保護發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的部件的概念。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于保護發(fā)動機的和排氣系統(tǒng)的部件免受損壞的目的。通過權(quán)利要求1、2和7的特征實現(xiàn)所述目的。從屬權(quán)利要求限定了本發(fā)明的有利的改進。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置的渦輪增壓發(fā)動機的部件的微粒傳感器，其中微粒傳感器是布置在渦輪增壓器的低壓側(cè)上的低壓傳感器，并且其中微粒傳感器在固體物質(zhì)出現(xiàn)時輸出信號以對廢氣再循環(huán)裝置進行調(diào)節(jié)。微粒傳感器或者固體傳感器可用在排氣系統(tǒng)中以檢測廢氣流中的固體以及可溶部分。為此，常規(guī)情況下使用電阻元件，當廢氣中的物質(zhì)沉淀在傳感器元件上時電阻元件的電阻發(fā)生變化。為了蒸發(fā)積聚的物質(zhì)，這需要通過周期性地增加傳感器元件的溫度進行定期再生。傳感器信號對于時間的導數(shù)可用于計算廢氣中固體或者可溶物質(zhì)的質(zhì)量通流。微粒傳感器的信號能夠調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)裝置，包括增加或者減少廢氣再循環(huán)的量，以及使廢氣再循環(huán)完全停止。微粒傳感器允許對發(fā)動機的部件(例如渦輪增壓器的葉片)和廢氣后處理系統(tǒng)的部件進行保護，以免被廢氣流中的微粒損壞。如果廢氣中出現(xiàn)微粒或者如果超過某一閾值，則能夠利用微粒傳感器的信號來啟動保護措施，例如停止使用或者降低廢氣再循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，帶有廢氣再循環(huán)裝置的渦輪增壓發(fā)動機的排氣系統(tǒng)包括如上所述的微粒傳感器。該排氣系統(tǒng)具有與針對微粒傳感器所描述的相同的特征和優(yōu)點。微粒傳感器可以布置在渦輪增壓器與空氣供給線路和廢氣再循環(huán)裝置的匯合點之間。因此，微粒傳感器布置在渦輪增壓器上游的新鮮空氣和再循環(huán)廢氣的混合流中。如果檢測到微?；蛘咭欢康奈⒘?，則可以為了保護渦輪增壓器的葉片而停止使用廢氣再循環(huán)裝置。此外，能夠檢測到空氣和廢氣混合期間產(chǎn)生的冷凝物沉淀，并且對廢氣再循環(huán)裝置進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。
微粒傳感器可以設(shè)置在廢氣再循環(huán)裝置中。如果檢測到微?；蛘咭欢康奈⒘?， 則為了保護渦輪增壓器的葉片而停止使用廢氣再循環(huán)裝置。微粒傳感器可以布置在廢氣再循環(huán)裝置的部件的上游。在所述的渦輪增壓器和廢氣后處理裝置的部件之間的位置，如果在廢氣中出現(xiàn)微粒，則為了保護廢氣后處理裝置的部件免受損壞而可以實施例如改變發(fā)動機管理的相應(yīng)措施。此外，由于測得的微粒數(shù)與預期微粒數(shù)的偏差，能夠檢測到內(nèi)燃機點火失敗。還原劑能夠被引入到排氣系統(tǒng)中，微粒傳感器能夠輸出信號以對還原劑的引入進行控制。如果引入諸如碳氫化合物或者尿素的還原劑，那么微粒傳感器可用于確保組分不再冷凝?？梢酝ㄟ^微粒傳感器的信號對用于混合還原劑和廢氣的混合裝置進行控制。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置的渦輪增壓發(fā)動機的部件的方法包括以下步驟測量廢氣中的微粒，并且根據(jù)測量結(jié)果調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)裝置。 通過對廢氣再循環(huán)進行調(diào)節(jié)，因為能夠降低再循環(huán)廢氣的速率，因此降低或者消除了通過可能出現(xiàn)在廢氣中的微粒在發(fā)動機的部件上產(chǎn)生的附著。可以調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)的速率以防止再循環(huán)有機成分的冷凝。在供給的新鮮空氣與再循環(huán)廢氣混合期間可能會出現(xiàn)這樣的冷凝。通過測量混合流中的微粒或者微粒質(zhì)量流的數(shù)量，能夠相應(yīng)地改變廢氣再循環(huán)的速率。由于微粒的增加的速率而能夠檢測到發(fā)動機的點火失敗。為了改變發(fā)動機的操作或者輸出診斷信息，可以向例如發(fā)動機管理輸出相應(yīng)的故障信息。由此能夠使發(fā)動機的性能和預期使用壽命最優(yōu)化。在冷起動的情況下，如果廢氣中微粒的數(shù)量下落至一定閾值以下則加熱其它傳感器。這些傳感器可以是λ傳感器或者NOx傳感器，傳感器的啟動可以取決于水冷凝的露點。 微粒傳感器可以檢測到在起動之后冷凝的可溶物質(zhì)是否已經(jīng)蒸發(fā)。如果已經(jīng)蒸發(fā)，則能夠啟動其它傳感器。這樣保護了其它傳感器并且改善了發(fā)動機的起動過程。通過測量微粒，能夠檢測到引入到廢氣中的還原劑是否再冷凝。通過測量結(jié)果，能夠控制還原劑至廢氣中的引入，使得能夠確保不會發(fā)生再冷凝。由此能夠更有效地設(shè)定廢氣后處理系統(tǒng)的操作。


下面將基于附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，在附圖中圖1示出具有根據(jù)本發(fā)明的微粒傳感器的排氣系統(tǒng)的方框電路圖。圖2示出具有根據(jù)本發(fā)明的微粒傳感器的排氣系統(tǒng)的方框電路圖。圖3示出具有根據(jù)本發(fā)明的微粒傳感器的排氣系統(tǒng)的方框電路圖。
具體實施例方式附圖僅用于解釋本發(fā)明，并不是限定本發(fā)明。附圖和各個部分不必按照比例繪制。 相同附圖標記用于指相同或相似的部分。圖1示意性示出內(nèi)燃機1。示意性地示出了內(nèi)燃機1的燃燒室2。新鮮空氣或者進氣經(jīng)由進氣口 3被供給至燃燒室2。進氣通過進氣線路4被供給至渦輪增壓器5，更準確地被供給至渦輪增壓器5的第一渦輪葉片6。進氣被第一渦輪葉片6壓縮并且經(jīng)由供給線路7被供給至燃燒室2。為清楚起見，沒有顯示發(fā)動機的諸如空氣質(zhì)量傳感器或者增壓空氣冷卻器的其它部件。在燃燒室2中，供給的進氣與燃料(圖未示)混合且燃燒。此處產(chǎn)生的廢氣從燃燒室2經(jīng)由排出線路8離開。排出線路8通向渦輪增壓器5的第二渦輪葉片9。第二渦輪葉片9通過軸10與第一渦輪葉片6連接。第二渦輪葉片9由廢氣流驅(qū)動，并且通過軸10 驅(qū)動第一渦輪葉片6，然后第一渦輪葉片6壓縮新鮮空氣。第二渦輪葉片9與排氣線路11鄰接，排氣線路11在廢氣口 12 (例如排氣尾管) 處終止。布置在排氣線路11中的是廢氣后處理裝置13的部件，例如催化轉(zhuǎn)化器或者柴油微粒過濾器。內(nèi)燃機1還包括廢氣再循環(huán)裝置14。廢氣再循環(huán)裝置14是低壓廢氣再循環(huán)裝置， 并因此布置在渦輪增壓器5的低壓側(cè)上。廢氣再循環(huán)氣門15布置在廢氣后處理裝置13的下游。廢氣再循環(huán)裝置14的連接線路16從廢氣再循環(huán)氣門15分叉，連接線路將排氣線路 11連接至進氣線路4。廢氣經(jīng)由連接線路16循環(huán)進入新鮮空氣流。廢氣再循環(huán)氣門15能夠打開、完全關(guān)閉或者部分打開連接線路16。廢氣再循環(huán)氣門15還可以布置在廢氣后處理裝置13的上游。微?；蛘吖腆w傳感器17布置在連接線路16中。微粒傳感器17包括測量探測器 18，例如電阻測量元件，測量探測器18至少部分地布置在連接線路16中。布置在渦輪增壓器5的第一渦輪葉片6的上游的微粒傳感器17檢測固體物質(zhì)或者微粒的存在。在這種情況下，固體物質(zhì)可以是例如冷凝的水蒸汽或者未燃燒的燃料的可溶物質(zhì)，或者是例如碳煙微粒的不溶物質(zhì)。因為所述微粒從廢氣流中經(jīng)由連接線路16循環(huán)流入進氣線路4，所以它們會損壞渦輪增壓器5的渦輪葉片6。如果微粒傳感器17檢測到微?；蛘呶⒘５臄?shù)量或質(zhì)量流在限定閾值以上，則關(guān)閉廢氣再循環(huán)氣門15，使得廢氣不再通過連接線路16到達第一渦輪葉片 6，其結(jié)果是，渦輪增壓器5受到保護，免遭損壞。微粒傳感器17可以直接作用于廢氣再循環(huán)氣門15上，或者可以向一個或多個控制器輸出信號，然后，控制器再作用于廢氣再循環(huán)氣門15上?？刂破骼缈梢允前l(fā)動機管理系統(tǒng)或者廢氣后處理系統(tǒng)。所述發(fā)動機可以包括廢氣后處理系統(tǒng)13、廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 14、渦輪增壓器5和/或線路4、7、8、11。圖2示出帶有廢氣再循環(huán)14的另一個渦輪增壓發(fā)動機1，其基本上與圖1所示的發(fā)動機相對應(yīng)。與圖1不同的是，微粒傳感器17布置在進氣線路4中。微粒傳感器17同樣布置在渦輪增壓器5的第一渦輪葉片6的上游，但在第一渦輪葉片6與進氣線路4和連接線路16的匯合點19之間。其它部件對應(yīng)于圖1的那些部件，因此圖1的上述說明也適用于所述部件。在所述位置，微粒傳感器17檢測進氣和再循環(huán)的廢氣的混合流中的微粒。由此能夠識別循環(huán)可溶有機成分的冷凝。這通常會發(fā)生在冷起動期間和之后?？梢酝ㄟ^用新鮮空氣進行合適的稀釋來防止所述冷凝，也就是說，降低飽和溫度并降低混合的壓力。為此，微粒傳感器17的信號用于調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)氣門15，使得廢氣循環(huán)的量減少。然后，可以有利地對微粒過濾器進行獨立診斷，使其達到正確的碳煙過濾水平。圖3示出帶有廢氣再循環(huán)14的渦輪增壓發(fā)動機1，其基本上與圖1和圖2所示的發(fā)動機相對應(yīng)。與前面的圖不同的是，微粒傳感器17布置在渦輪增壓器5的第二渦輪葉片 9與廢氣后處理裝置13的部件之間。換句話說，微粒傳感器17位于第二渦輪葉片9的下游并位于廢氣后處理裝置13的上游。其它部件對應(yīng)于圖1的那些部件，因此圖1的上述說明也適用于所述部件。微粒傳感器17能夠識別可溶物質(zhì)的速率的過度增加，其中過度增加與例如通過排放模型所估測的碳煙和還原劑的排放的正常水平有關(guān)。所述識別是用于識別內(nèi)燃機1的點火失敗的手段，點火失敗導致廢氣流中的燃料的未燃燒的液滴增加。可以通過對附著在微粒過濾器中的碳煙進行基于壓力的δ檢測來進一步增強所述方法。此處，如傳感器測得的正確的溫度窗口和質(zhì)量通量的正確水平可以用于識別是較高的碳煙附著還是點火失敗導致固體微粒的質(zhì)量通量突然增加。在發(fā)動機1的冷起動的情況下，例如λ傳感器或者NOx傳感器的其它傳感器部件的加熱的啟動取決于高于廢氣中水蒸汽冷凝的露點溫度的廢氣溫度。微粒傳感器17的信號可以用于輔助加熱的啟動。例如可以設(shè)置成其它傳感器部件僅在來自微粒傳感器17的固體物質(zhì)的積聚信號低于預定閾值之后才開始加熱。這表明冷起動時冷凝的可溶物質(zhì)已蒸發(fā)且不再發(fā)生冷凝。如果從外部向廢氣流中注入諸如碳氫化合物或者尿素的還原劑，那么微粒傳感器 17可以用于確保注入的物質(zhì)不會再冷凝。此外，微粒傳感器17的信號可用于控制混合注入的還原劑和廢氣的混合裝置、旋轉(zhuǎn)折板、渦旋控制閥等。由此能夠提高混合物的質(zhì)量，這降低了破壞性的背壓。此外，微粒傳感器17的信號可用于在沒有發(fā)生正確混合的情況(這可以是混合裝置不起作用的情況或者在由背壓引起的限制的情況下)下限制供給的還原劑的量。對各個附圖進行的描述還可應(yīng)用于各種情況下的其它附圖。同樣地，附圖可以組合，例如，在系統(tǒng)中可以設(shè)置多個微粒傳感器17。
權(quán)利要求
1.一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置(14)的渦輪增壓發(fā)動機(1)的部件的微粒傳感器，其中所述微粒傳感器(17)是布置在渦輪增壓器(5)的低壓側(cè)上的低壓傳感器，并且其中所述微粒傳感器(17)在出現(xiàn)固體物質(zhì)時輸出用于調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)裝置(14)的信號。
2.一種帶有廢氣再循環(huán)裝置(14)的渦輪增壓發(fā)動機(1)的排氣系統(tǒng)，其具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒傳感器(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述微粒傳感器(17)布置在所述渦輪增壓器 (5)與空氣供給線路(4)和所述廢氣再循環(huán)裝置(14)的匯合點(19)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述微粒傳感器(17)布置在所述廢氣再循環(huán)裝置(14)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中所述微粒傳感器(17)布置在廢氣后處理裝置 (13)的部件的上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的排氣系統(tǒng)，其中還原劑被引入所述排氣系統(tǒng)中， 并且所述微粒傳感器(17)輸出用于控制所述還原劑的引入的信號。
7.一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置(14)的渦輪增壓發(fā)動機的部件的方法，其具有以下步驟測量廢氣中的微粒，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)裝置(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中廢氣再循環(huán)的速率被調(diào)節(jié)成防止再循環(huán)的有機成分冷凝。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中由于微粒的增加的速率而檢測到所述發(fā)動機 (1)的點火失敗。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其中在冷起動的情況下，如果廢氣中的微粒數(shù)量下落至一定閾值以下，則加熱其它傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其中通過微粒的測量，確定引入到廢氣中的還原劑是否再冷凝。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的方法，其中通過微粒的測量，控制還原劑向廢氣中的引入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于保護帶有廢氣再循環(huán)裝置(14)的渦輪增壓發(fā)動機(1)的部件的微粒傳感器(17)，其是布置在渦輪增壓器(5)的低壓側(cè)上的低壓傳感器，并且微粒傳感器(17)在出現(xiàn)固體物質(zhì)時輸出信號以對廢氣再循環(huán)裝置(14)進行調(diào)節(jié)。
文檔編號F02D43/00GK102444493SQ201110303600
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者Y·M·S·雅庫伯 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司