发动机排气系统和机动车辆的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种发动机排气系统，包括柴油机微粒滤清器和设置在穿过所述滤清器或源自所述滤清器的排气流路中的热熔断器，所述热熔断器包括由导电的易熔材料构成的主体，材料熔点高于所述易熔材料的熔点的一对电触头延伸进所述易熔材料的主体内。本实用新型还提供了一种机动车辆，其具有上述的发动机排气系统。本实用新型的发动机排气系统能够避免对柴油机微粒滤清器造成过热损害。
【专利说明】发动机排气系统和机动车辆
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微粒滤清器过热检测，具体地但非唯一地，涉及车辆内的柴油机微粒滤清器(DPF)的过热检测。
【背景技术】
[0002]在柴油发动机车辆的排气系统中配置DPF是避免车辆排出烟尘颗粒的一种熟知的措施。DPF必须经历周期性再生过程，在该过程中，发动机以确保适当的DPF温度维持充足的时间来燃尽所积累的碳烟沉积的方式运行，例如通过将额外燃料引入排气流中。
[0003]DPF的过滤元件构造成由各种材料构成的整块材料主体，这些材料诸如为堇青石、碳化硅和金属材料，并且如果过热，这些材料会熔化、燃烧或降解。并且，整块材料容纳在金属外壳中，如果过热，该金属外壳也会熔化。因此，需要采取措施以避免过热。
[0004]通常，在DPF下游的排气流中配置有温度传感器。这些传感器的输出被输入至诸如发动机管理系统的控制装置。如果传感器检测到表示DPF过热或即将过热的高温，则向车辆的驾驶员发出报警信号，并且发动机管理系统可介入来限制发动机的操作以降低温度，或可使发动机完全停止。
[0005]当DPF过热时升高的温度通常介于900°C至950°C的范围内，并且这超出了现有传感器的材料限制。因此，如果发生过热，必须更换昂贵的温度传感器。
实用新型内容
[0006]针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够避免产生过热损害的发动机排气系统。
[0007]根据本实用新型的第一方面，提供了一种发动机排气系统，其包括柴油机微粒滤清器和热熔断器，该热熔断器设置在穿过滤清器或源自滤清器的排气流路内，该热熔断器包括导电的易熔材料构成的主体，材料熔点高于该易熔材料的一对电触头延伸进入导电易熔材料的主体内。
[0008]热熔断器可包括壳体，易熔材料的主体设置在该壳体中，在这种情况下，壳体可以是管状的并且在一端是开放的以在易熔材料熔化时排出该易熔材料。管状壳体的另一端可容纳有绝缘材料，电触头延伸穿过该绝缘材料。
[0009]热熔断器可以以使得易熔材料在熔化时能够在重力作用下从壳体的开放端流出的方式的定向。这能够通过将热熔断器定向为使得壳体开口的开放端朝下来实现。
[0010]热熔断器可用于防止因过热而导致对DPF系统的整体性的破坏。热熔断器因此可设计为在发生任何这样破坏前在电路之间提供开路。这能够通过适当地选择易熔材料的主体的熔点和质量得以实现。易熔材料的熔点低于会对柴油机微粒滤清器造成损害的温度。
[0011]柴油机微粒滤清器可具有整体式过滤元件，在这种情况下，易熔材料的熔点可低于整体式过滤元件的燃烧温度。
[0012]柴油机微粒滤清器可具有金属壳体，在这种情况下，易熔材料的熔点可低于金属壳体的材料的熔点。
[0013]柴油机微粒滤清器可具有整块壳体，在这种情况下，易容材料的熔点可低于金属壳体的材料的熔点。
[0014]在根据本实用新型的一个实施例，易熔材料的熔点不低于940°C。
[0015]为了避免在瞬态高温情况下过早激活热熔断器，理想情况是，从热熔断器开始暴露于高于易熔材料的熔点温度之后到易熔材料的主体熔化使得触头彼此隔离之前有一段延迟期。这能够通过选择易熔材料的主体的质量得以实现，以便其能够承受略高于易熔材料的熔点的温度(例如，950°C )持续不少于10秒的时间。
[0016]电触头可连接至控制装置(如发动机控制模块)，以在易熔材料熔化而在触头之间提供开路时向控制装置提供输入信号。控制装置可配置成在易熔材料熔化的情况下发出输出信号。如果排气流的温度大于预定值，则输出信号可产生发动机停止信号，并且如果排气流的温度小于或等于预定温度，则输出信号可产生故障报警信号。
[0017]热熔断器可设置在柴油机微粒滤清器的下游的排气流中。
[0018]本实用新型还提供一种具有根据本实用新型的第一方面的发动机排气系统的机动车辆，以及在根据本实用型的第一方面的发动机排气系统中使用的热熔断器。
[0019]根据本实用新型的第二方面，提供了一种检测发动机排气系统中的柴油机微粒滤清器过热的方法，该方法包括将热熔断器设置在穿过或源自滤清器的排气流中，以及监测热熔断器的电阻，其中，电阻增大至高于预定电阻值可产生发动机停止信号。
[0020]可监测排气流的温度，并且如果热熔断器的电阻大于预定电阻值并且排气流的温度高于预定温度，则可产生发动机停止信号。如果热熔断器的电阻大于预定电阻值并且排气流的温度处于或低于预定温度，则可产生故障报警信号。
[0021]在根据本实用新型的第二方面的方法中，热熔断器可以是根据第一方面的热熔断器。
[0022]本实用新型的有益效果在于，当流过该发动机排气系统的热熔断器的排气的温度达到近乎可损坏柴油机微粒滤清器的水平时，易熔材料的主体会开始熔化并掉落，导致主体内的电触头电隔离，从而引发控制系统关闭车辆，避免了过热损害。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更好的理解本实用新型以及更清楚地展示如何实施本实用新型，现通过实例参考附图，其中:
[0024]图1是机动车辆排气系统的一部分的不意图；
[0025]图2是设置在图1的系统的排气管中的热熔断器的示意图；
[0026]图3是热熔断器的放大图；以及
[0027]图4是表示接收来自热熔断器的输入的控制装置的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0028]图1示出了机动车辆发动机的排气歧管2、柴油机氧化催化剂模块4和构造成将微粒与发动机排气流分离的DPF6。在所示实施例中，柴油机氧化催化剂模块4和DPF6被连接在一起，且DPF6设置在柴油机氧化催化剂模块4的下游并且与柴油机氧化催化剂模块4流体连通。所示实施例还包括在排气歧管2和柴油机氧化催化剂模块4之间连接的排气管道
8。由于这种配置，来自发动机的排气可直接或间接地经过排气歧管2到达柴油机氧化催化剂模块4，然后继续到达DPF6且穿过排气管道10到达排气系统的其他下游元件。
[0029]应该理解，排气管道8可引导发动机排气穿过一个或多个其他器件而后引导至柴油机氧化催化剂模块4。因此，例如，排气管道8可包括设置在排气歧管2下游和柴油机氧化催化剂模块4上游的温度传感器、稀NOX捕集器及三元型催化剂模块。
[0030]DPF6可为任何已知的常见形式，并且例如可包括由提供有通道的多孔材料构成的整块材料或整个主体，其中，这些通道穿过整个主体的多孔材料彼此连通。多孔材料可以是能够承受DPF使用中出现的高温的任何合适的材料。这些合适的材料是堇青石、碳化硅和一些金属材料。整块材料容纳在诸如钢的外壳内。
[0031]穿过DPF的流道包括多孔体材料区，在这些区域中，可捕获排气流中夹带的微粒材料。因此，离开DPF的排气流基本不含微粒材料，尤其不含碳烟材料。
[0032]因为碳烟材料堆积在多孔材料的气孔中，所以降低了 DPF的效用。通过将排气流的温度增加至碳烟沉积物可燃烧的水平，可周期性地再生DPF。这例如通过将燃料引入排气系统后燃烧来实现。
[0033]在某些发动机操作条件下，DPF的温度可升至高于整块材料或DPF的壳体的材料限制的水平，例如，整块材料或壳体会熔化、燃烧或降解的温度。为了避免这种情况，如图2所示，将热熔断器12安装在DPF6下游的排气管道10内。热熔断器12的目的是在对DPF造成任何损害之前提供能够用于触发发动机关闭或降低DPF温度的其他动作的信号。
[0034]图3中更为详细地示出了热熔断器。热熔断器包括钢管壳体14，在其一端具有外螺纹16和头部18，该端部被成形(诸如六边形)以容纳诸如扳手的工具，以便将热熔断器安装在排气管10的壁壳上。例如，绝缘体20 (例如，陶瓷材料)配置在壳体14内，以销22形式呈现的一对电触头延伸穿过该绝缘体20。销22在邻近头部18的一端从绝缘体突出，用以连接至下文将要讨论的控制装置。销22在其相对端插入到壳体14内的空间中，在正常情况下，该空间内填充了大量的导电易熔材料24。可以使用任何合适的材料，前提是该材料的熔点低于因过热而损坏DPF的温度。在一个示例性实施例中，可使用熔点约为945°C ±5°C的合金，如黄铜合金。
[0035]应该意识到，主体24在销22之间提供了电连接，使得在从头部18突出的端部之间所测量的电阻非常低。
[0036]如果流过热熔断器12的排气的温度达到近乎可损坏DPF的水平，那么，易熔材料24的主体开始熔化。通过图2可认识到，热熔断器设置在排气管10的壁壳的上部区域，同时壳体14的开口端(即，远离头部18的端部)朝下。因此，易熔材料24在其熔化时会从壳体14流入排气管10。当发生这种情况时，之前位于主体24内的销22的端部将彼此电隔离并且热熔断器的电阻将增加至相对高的水平。在这种情况下，热熔断器12被称为“被激活”。
[0037]应该理解，当在排气管10中流动的排气的温度达到易熔材料24的熔点时，在材料24熔化以露出销22的端部之前会出现有限的延迟期。该延迟期取决于几个因素，包括易熔材料24的质量。延迟期使得热熔断器能够承受略高于易熔材料24的熔点(例如，达到熔点以上5°C)的瞬态偏移，而不使热熔断器变成开路。例如，可选择易熔材料24的质量以在950°C的温度下实现至少5秒的延迟期或更一般地持续至少10秒。
[0038]热熔断器12通过一系列电阻器连接至控制装置，该控制装置可为发动机控制单元(ECT)或其一部分。在正常操作中，低电阻表示热熔断器12是完整的，S卩，主体24在销22之间提供电连接，因此热熔断器没有因暴露在对应于DPF6的过热的温度(如，950°C )下而被激活。
[0039]图4的流程图示出了使用热熔断器12的过程的实例。在步骤SI的接通之后，在步骤S2中确定排气催化剂的上游和下游的排气流的温度(B卩，预催化剂温度(TPC)和催化剂后温度(TAC))是否低于表示处于预热阶段的发动机的预定温度(例如，150°C)。如果TPC和TAC为150°C或低于150°C，则在步骤S3中确定热熔断器12是否正在导电。如果是，则发动机启动诊断程序确定热熔断器12的完整性得以证实并且产生适当的显示D1，诸如关闭DPF过热报警灯。
[0040]如果在步骤S3中确定热熔断器12为开路，这表示热熔断器出现故障，因为热熔断器正常情况下在150°C或低于150°C不能被激活。产生适当的故障报警显示D2，以警告驾驶员必须检查和/或替换热熔断器12。该过程返回至步骤SI。
[0041]当在步骤S2中确定发动机已经预热到足以使TPC和TAC高于150°C时，该过程转至步骤S4，如步骤S3 —样，步骤S4确定热熔断器12的电阻信号处于高水平还是低水平。如果处于表示销22之间电气连接的低水平，则该过程以E⑶产生的时钟信号所确定的采样率返回至步骤S2。
[0042]如果步骤S4确定电阻信号处于表示热熔断器12已被激活并且销22是开路的高水平，则E⑶产生表示DPF已过热的显示D3，并在步骤S5中产生发动机停止信号，该停止信号使得ECU和其他车辆系统在可校准或可编程时间内安全地关闭车辆。
[0043]尽管已将热熔断器描述为安装在DFP6下游的排气管10中，但应当理解，热熔断器12可替代地安装于DPF6的外壳中，以便热熔断器12可直接暴露于穿过DPF的排气。
[0044]此外，尽管已将热熔断器12的激活描述为触发对车辆的关闭，其可以替代地或作为初始步骤触发对发动机的输出或其它动作的限制，这可在无需停止发动机的情况下降低DPF6的温度。作为另一种可能的初始步骤，在紧急情况下，命令驾驶员停车且关闭发动机之后关闭车辆。
【权利要求】
1.一种发动机排气系统，其特征在于，包括柴油机微粒滤清器和设置在穿过所述滤清器或源自所述滤清器的排气流路中的热熔断器，所述热熔断器包括由导电的易熔材料构成的主体，材料熔点高于所述易熔材料的熔点的一对电触头延伸进所述易熔材料的主体内。
2.根据权利要求1所述的发动机排气系统，其特征在于，所述热熔断器包括壳体，所述易熔材料的主体设置在所述壳体中。
3.根据权利要求2所述的发动机排气系统，其特征在于，所述壳体是管状的并且在一端是开放的以在所述易熔材料熔化时排出所述易熔材料。
4.根据权利要求3所述的发动机排气系统，其特征在于，管状的所述壳体的另一端容纳有绝缘材料，所述电触头延伸穿过所述绝缘材料。
5.根据权利要求3或4所述的发动机排气系统，其特征在于，所述热熔断器以使所述易熔材料在熔化时能够在重力作用下从所述壳体的开放端流出的方式进行定向。
6.根据权利要求5所述的发动机排气系统，其特征在于，所述壳体的开放端向下开口。
7.根据权利要求1所述的发动机排气系统，其特征在于，所述热熔断器设置在所述柴油机微粒滤清器的下游的排气流中。
8.—种机动车辆,其特征在于,具有根据前述权利要求中任一项所述的发动机排气系统。
【文档编号】F01N11/00GK203939562SQ201420309944
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】尼古拉斯·詹姆斯·布朗 申请人:福特环球技术公司