CN106703944A - 用于绕过微粒过滤器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于绕过微粒过滤器的系统和方法

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。

应当理解，提供以上本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1为车辆中的发动机系统的方框图。

图2A示出包括汽油微粒过滤器(GPF)和带有处于第一位置的旁通阀的GPF旁路通道的示例排放控制装置。

图2B示出包括汽油微粒过滤器(GPF)和带有处于第二位置的旁通阀的GPF旁路通道的示例排放控制装置。

图3为图2B的示例排放控制装置的横截面。

图4示出图示说明响应于发动机工况而调节布置在用于GPF的旁路通道中的GPF旁通阀的方法的流程图。

图5示出图示说明在包括GPF的排放控制装置中执行GPF再生事件的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述涉及用于发动机系统(诸如图1所示的发动机系统)中的包括汽油微粒过滤器(GPF)的排放控制装置的系统和方法。如图1所示，排放控制装置可布置在发动机系统的排气通道中的发动机系统的发动机中的发动机汽缸的下游。GPF在流过排气通道的排气离开发动机系统之前过滤来自该排气的微粒物质。然而，虽然这些微粒(例如，碳烟)中的一些可经由再生事件从过滤器中除去，但是其它不易燃的微粒(诸如灰烬)可在过滤器的使用寿命内保留在GPF内，从而增加GPF两端的压力降并且随后增加发动机上的排气背压。因此，排放控制装置可包括在某些发动机工况下(例如，诸如当灰烬可流过排气通道时或在减少的碳烟产生的状况期间)允许排气从发动机汽缸绕过GPF的旁路通道。图2A至图2B示出此类排放控制装置的示例，其中旁路通道为延伸通过GPF中心的中心旁路通道。如图2A至图2B所示，中心旁路通道包括可经由发动机系统的控制器调节以选择性地允许不同百分比的排气(经由围绕中心旁路通道定位的多个外围通道)通过GPF或通过旁路通道绕过GPF的阀。如图3所描绘的图2A至图2B的排放控制装置的横截面所示，外围通道和中心旁路通道可彼此隔开，同时仍被定位在如由GPF的壳体和/或排放控制装置的附加排放控制装置(例如，催化剂)所限定的排放控制装置的外直径(或宽度)内。图4示出图示说明用于响应于若干车辆工况而控制阀的方法的流程图。在使用发动机一段时间之后，微粒物质可累积在GPF中，从而使得过滤器两端的压力降增加。因此，控制器可开始GPF的主动再生以燃烧来自过滤器的碳烟，如图5所示。同样如图5所示，控制器可在再生事件期间调节阀的位置以维持再生事件期望状况。以此方式，调节中心旁路通道中的阀可减少存储在GPF内的不易燃的微粒物质的量，从而降低发动机上的背压并且增加GPF的寿命。另外，外围通道和中心旁路通道的布置可允许更容易地维护阀，同时也减少发动机系统内的排放控制装置的封装空间。

图1示意性地图示说明可包括在汽车的推进系统中的多缸发动机10中的一个汽缸。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统并且由来自车辆操作者132经由输入装置130的输入来控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可包括带有定位在其中的活塞36的燃烧室壁32。在一些实施例中，汽缸30内部的活塞36的面可具有碗状部分。活塞36可耦接到曲轴40，以便活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可经由飞轮耦接到曲轴40以实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可选择性地经由相应的进气阀52和排气阀54与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气阀和/或两个或更多个排气阀。

进气阀52可由控制器12经由电动阀致动器(EVA)51来控制。类似地，排气阀54可由控制器12经由EVA 53来控制。替代地，可变阀致动器可为电动液压机构或实现阀致动的任何其它可想到的机构。在一些状况期间，控制器12可改变提供给致动器51和致动器53的信号以控制相应的进气阀和排气阀的打开和关闭。进气阀52和排气阀54的位置可分别通过阀位置传感器55和阀位置传感器57来确定。在替代实施例中，进气阀和排气阀中的一个或多个可由一个或多个凸轮致动，并且可利用凸轮轮廓变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变阀正时(VVT)系统和/或可变阀升程(VVL)系统中的一个或多个以改变阀位置。例如，汽缸30可以替代地包括经由电动阀致动控制的进气阀和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气阀。

燃料喷射器66被示出为直接耦接到燃烧室30，用于将燃料以与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接喷射于其中。以此方式，燃料喷射器66提供被称为燃料到燃烧室30内的直接喷射。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面中或燃烧室的顶部中。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)传递到燃料喷射器66。

在选定的操作模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出火花点火部件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可在具有或没有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。

进气通道42或进气歧管44可包括具有节流板64的节阀62。在该特定示例中，节流板64的位置或节阀开度可由控制器12经由提供给包括节阀62的电动马达或致动器的信号来改变，该配置通常被称为电子节阀控制(ETC)。以此方式，节阀62可被操作以改变提供给燃烧室30等其它发动机汽缸的进气。节流板64的位置可通过节阀位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。

另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统100可将期望部分的排气从排气通道48传送到进气歧管44。在该示例中，图示说明高压(HP)EGR通道140。提供给进气歧管44的EGR的量可由控制器12经由HP EGR阀142来改变。另外，EGR传感器144可被布置在HPEGR通道140内并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。替代地，EGR流量可通过基于来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲柄转速传感器的计算值来控制。另外，EGR流量可基于排气O₂传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)来控制。在一些状况下，EGR系统可被用于调整燃烧室内的空气和燃料混合物的温度或邻近GPF 72的温度。虽然图1示出高压EGR系统，但是可附加地或替代地使用低压EGR。在低压EGR系统中，EGR可从涡轮增压器的涡轮的下游传送到涡轮增压器的压缩机的上游，如图1所示。

因此，发动机10可进一步包括压缩装置，诸如包括至少沿着进气歧管44布置的压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器，压缩机162可至少部分由沿着排气通道48布置的涡轮64(例如，经由轴)驱动。对于机械增压器，压缩机162可至少部分由发动机10和/或电机驱动，并且可不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个汽缸的压缩量可由控制器12来改变。

废气门163在涡轮164的上游并且耦接在排气通道48与旁路通道165之间。根据废气门的位置，可控制穿过涡轮164的排气的量。响应于来自控制器12的信号，废气门163的位置可经由废气门致动器(未示出，并且其本质上可为液压的、气动的、电动的或机械的)来控制。例如，控制器12可希望增加扭矩并且可通过增加升压压力来完成增加扭矩。增加升压压力的一个方法为增加到达涡轮164的能量的量。为了更多的能量到涡轮164，控制器可向废气门致动器发送信号以将废气门163改变成第一位置或维持第一位置，第一位置(例如，完全关闭)使得没有排气可行进穿过旁路通道165并且所有排气必须穿过涡轮164。相反地，为了降低升压压力，控制器12可向废气门致动器发送信号以使废气门163采取或维持第二位置(例如，完全打开)以允许从排气通道48行进的一定百分比的排气流过废气门163通过旁路通道165，从而绕过涡轮164，直到旁路通道165重新连接到涡轮164下游的排气通道48。将明白的是，(响应于控制器12向废气门致动器发送信号以改变废气门163的位置)废气门163可采取存在于第一(例如，完全关闭)位置与第二(例如，完全打开)位置之间的多个中间位置，以便可变量的排气可行进穿过旁路通道165，从而绕过涡轮164。

排气传感器126被示出耦接到排放控制装置(ECD)70上游的排气通道48。排气传感器126可为用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。虽然在图1中除排气传感器126之外还示出氧传感器14和温度传感器16，但是可省略和/或移动这些传感器中的一个或多个。

排放控制装置(ECD)70被示出沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。在该示例中，ECD 70包括三元催化转化器(TWC)71、汽油微粒过滤器(GPF)72和压力传感器15。在一些实施例中，除了被配置用于过滤排气的部件之外，GPF 72可包括一个或多个催化剂材料。例如，GPF 72可涂覆有包括一种或多种催化剂材料的涂层。例如，在发动机10为火花点火的实施例中，可采用此类配置。在一些实施例中，TWC 71和GPF 72可为包括分开壳体的分开部件，该分开部件远离彼此定位(例如，如图1、图2A和图2B所示TEC在GPF的上游)、布置在沿着共用轴线设置的GPF旁路通道上/中、其间带有阀(未示出于图1)。以下参考图2A和图2B提供关于示例性ECD的细节。然而，将理解的是，提供ECD作为非限制性示例，并且在其它实施例中，ECD可包括除了TWC 71和/或GPF 72之外或代替TWC 71和/或GPF 72的其它部件，包括但不限于稀NOx捕集器、SCR催化剂、柴油或汽油微粒过滤器、氧化催化剂或替代的气体处理装置。例如，在一些实施例中，替代催化剂或排气后处理装置可取代TWC 71被定位在GPF 72的上游。

控制器12在图1中被示为微计算机，包括微处理器102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的(例如，计算机可读)电子存储介质-在该特定示例中被示为只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。控制器12可接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节阀位置传感器的节阀位置(TP)或节阀开度；以及来自压力传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可由控制器12根据信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可使用以上传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。另外，该传感器连同检测到的发动机转速一起可提供被引入到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，曲轴每回旋一次，传感器118可产生预定数量的等间隔脉冲，该传感器也被用作发动机转速传感器。控制器12接收来自图1中的各种传感器(例如，压力传感器15、温度传感器112、踏板位置传感器134等)的信号并且采用图1中的各种致动器(例如，如图2A至图2B所示的GPF 72的旁路通道中的阀的阀致动器，节流板64、火花塞92、废气门致动器163等)以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调节发动机操作。例如，调节流过GPF 72的排气的百分比(如以下参考图4所进一步描述的)可包括从控制器发送信号到在ECD 70内的阀(诸如图2A至图2B所示的阀224)的致动器以调整阀定位，从而调节流过GPF 72的排气的百分比。

存储介质只读存储器106可用计算机可读数据来编程，该计算机可读数据表示可由微处理器102执行的指令，用于执行本文所述的方法以及被预期但未具体列出的其它变体。如上所述，图1仅示出多缸发动机中的一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其自己的一组进气阀/排气阀、燃料喷射器、火花塞等。

图2A至图2B以及图3示出包括排放控制装置(ECD)200的车辆排气系统中的排气通道(诸如图1中的排气通道48)的一部分。在一些示例中，ECD 200可为图1的ECD 70。图2A至图2B示出ECD 200的侧视图，其中ECD 200包括通过ECD 200中心的中心轴线248。图3示出ECD 200的横截面，ECD 200被布置成使得竖直轴线304垂直于在图2A和图2B的每一个中可见的中心轴线248。图3的横截面是在图2A和图2B的TWC壳体的下游以及图2A至图2B的阀224的上游截取的，如图2A至图2B的横截面A-A所示。

如图2A至图2B所示，ECD 200包括TWC 216、GPF 244和沿着中心旁路通道218(沿着排气通道202和GPF 244的中心轴线248存在)设置的可操作阀224以及一个或多个外围通道230。中心旁路通道218和外围通道230将TWC 216的TWC壳体204连接到GPF 244的GPF壳体232。

TWC 216被布置在GPF 244上游的排气通道202中。此外，TWC 216被布置在TWC壳体204内，TWC壳体204包括在中心部分208上游并且耦接到中心部分208的扩张锥体(diverging cone)206，中心部分208在TWC壳体204的收缩锥体210的上游并且耦接到TWC壳体204的收缩锥体210。TWC壳体204的中心部分208具有与TWC 216的外圆周面共面接触的内圆周面，使得中心部分208围绕TWC的元件形成并且封闭TWC的元件。如本文所使用的，扩张锥体具有从扩张锥体的较窄的上游区域到较宽的下游区域向外成一定角度的有角度的侧壁。相反地，收缩锥体具有从收缩锥体的较宽的上游区域到较窄的下游区域向内成一定角度的有角度的侧壁。向下游移动，收缩锥体210形成排气通道的一部分并且包括较宽的第一部分212(即，第一端部)和较窄的第二部分214(即，第二端部)，其中第一端部耦接到排气通道的上游部分并且第二端部直接耦接到中心旁路通道218的第一部分220的入口。也就是说，收缩锥体210包括从第一部分212(即，第一端部)到第二部分214(即，第一端部下游的第二端部)向内成一定角度的壁，其中第二部分214耦接到中心旁路通道218(位于第一端部的下游)的第一部分220。

中心旁路通道218包括布置在GPF 244上游的第一部分220和通过沿着中心轴线248居中的GPF 244的中心的第二部分222。更具体地，中心旁路通道218包括布置在GPF 244上游的第一部分220和通过围绕中心轴线248形成的GPF 244的中心孔的第二部分222。中心旁路通道218的第一部分220包括布置在其内的阀224。在本文中，阀224可被称为旁通阀并且可经由控制器(诸如图1所示的控制器12)调节到多个位置(例如，在完全打开与完全关闭之间并且包括完全打开和完全关闭的多个位置)。以此方式，可基于发动机工况主动地控制阀224，如以下参考图4至图5所进一步讨论的。

阀224包括阀板226和阀致动器228，其中阀致动器228的至少一部分被设置在中心旁路通道218的第一部分220内部的外部并且阀板226被定位在中心旁路通道218的第一部分220内部。此外，布置在中心旁路通道218的第一部分220内部的外部的阀致动器228的该部分被定位在形成在中心旁路通道218的外壁与一个或多个外围通道230(即，外通道)的外壁之前的空间内。阀224的位置可由具有存储在控制器的存储器中用于致动此类调节的计算机可读指令的控制器(诸如图1的控制器12)调节。控制器可向阀224的致动器228发送信号以将阀致动到第一位置(即，完全关闭的位置)，如图2A所示，使得阀224的阀板226阻挡排气流过中心旁路通道218。替代地，控制器可向(即，发送信号到)阀224的致动器228发送信号以将阀致动到第二位置(即，完全打开的位置)，如图2B所示，使得阀224的阀板226对流过中心旁路通道218的排气开放。作为一个示例，致动器228可包括使阀224的阀板226在中心旁路通道218内部内移动(旋转)到不同位置的马达致动器或液压致动器。由于其外部方位，致动器213可易于接近以便维修、修理和/或更换。关于阀224位置、排气流量和引起阀224的位置变化的发动机工况的进一步细节可进一步参见下文。

返回到图2A和图2B，除了TWC壳体204的收缩锥体210耦接到中心旁路通道218之外，TWC壳体的收缩锥体210也耦接到一个或多个外围通道230(即，外通路)。外围通道230耦接在收缩锥体210与GPF 244之间，并且与中心旁路通道218隔开。更具体地，多个外围通道230被定位在GPF壳体232的收缩锥体210与扩张锥体234之间。例如，外围通道230中的每个都耦接在收缩锥体210的第一部分212与扩张锥体234的第二部分238之间。一个或多个外围通道230在圆周上围绕中心旁路通道218的外部隔开，但是在收缩锥体210上游的排气通道或GPF的壳体232的中心部分240中的一个的外直径内。以此方式，外围通道230可容纳在由排气通道、GPF壳体232和/或TWC壳体204限定的封装空间内。一个或多个外围通道230中的至少一个配备有压力传感器231(其可类似于图1所示的压力传感器15)，其中压力传感器231的一部分可被布置在外围通道230内部的外部并且压力传感器231的一部分可被定位在外围通道230内部内，用于测量流过外围通道230的排气的压力。因此，压力传感器可与控制器通信。在替代实施例中，压力传感器231可耦接到收缩锥体210或扩张锥体234中的一个，使得压力传感器被布置在GPF 244的上游。外围通道230允许不同百分比的排气从TWC壳体传递到GPF壳体232，这取决于阀224的位置，如以下所进一步讨论的。

如以上所提及的，外围通道230耦接到下游的GPF壳体232。例如，外围通道230的上游第一端部耦接到收缩锥体210并且外围通道230的下游第二端部耦接到GPF壳体232的扩张锥体234。GPF壳体232包括在GPF壳体232的中心部分240上游并且耦接到GPF壳体232的中心部分240的扩张锥体234，GPF壳体232的中心部分240在GPF壳体232的第二收缩锥体242的上游并且耦接到GPF壳体232的第二收缩锥体242。形成GPF的壳体的一部分的扩张锥体234被布置在GPF 244的上游和中心旁路通道218的第一部分220的入口的下游。扩张锥体234包括耦接到中心旁路通道218的第一部分220的外壁的较窄的第一部分236(即，第一端部)和耦接到围绕GPF 244的GPF的壳体的中心部分240的较宽的第二部分238(即，第二端部)。GPF的壳体(即，GPF壳体232)的中心部分240围绕GPF 244的过滤器元件形成且封闭GPF 244的过滤器元件，并且耦接在扩张锥体234与第二收缩锥体242之间，其中第二收缩锥体被布置在GPF 244的下游。布置在排气通道202中并且具有中心轴线214的GPF 244被布置为在圆周上围绕中心旁路通道218的外周，具体地，围绕中心旁路通道218的第二部分222。

已经在图2A和图2B中公开了ECD 200的结构元件，可进一步讨论在ECD 200中排气流246根据阀224的位置可采取的路径。可根据发动机工况而改变或维持阀224的位置以便调节流过外围通道230并且流过GPF 244的排气流246的百分比。具体地，图2A示出当阀224处于第一位置(例如，关闭位置)从而阻挡排气流过中心旁路通道218时，通过ECD 200的排气流246。图2B示出当阀224处于第二位置(例如，打开位置)从而允许排气流过中心旁路通道218时，通过ECD 200的排气流246。如以上所介绍的，通过ECD 200的排气流246可包括从一个或多个发动机汽缸流过其中安置有ECD 200的排气通道的排气。

查看图2A，排气流246首先通过排气通道202进入ECD 200并且随后进入TWC壳体204的扩张锥体206。然后，所有的排气流246都通过TWC 216并且进入到收缩锥体210中。有角度的变窄形的收缩锥体210(如先前所讨论的)将排气引导到中心旁路通道218的第一部分220。由于阀224处于完全关闭的(即，第一)位置，因此没有排气流可在中心旁路通道218的第一部分220中继续向下游，并且因此被引导朝向上游收缩锥体210返回。因此，所有的排气流246都被引导行进通过耦接到收缩锥体210的较宽部分的一个或多个外围通道230，并且最终向下游到GPF壳体232的扩张锥体234。替代地，在离开TWC 216之后，排气流246中的一些可最初行进通过外围通道230，而没有首先被引导到中心旁路通道218的第一部分220。然后，所有排气流246都通过GPF 244的元件(如，过滤元件)并且进入到GPF壳体232的下游第二收缩锥体242。因此，当阀224为完全关闭时，所有的排气流246都通过GPF 244过滤。然后，排气流246可继续通过ECD 200的最下游部分-排气通道202，然后在排气通道202中排气流246离开ECD 200。当阀224可处于第一位置的一些示例包括冷起动状况、GPF的主动再生事件和车辆加速度超过阈值水平中的一个或多个(以下将参考图4和图5更详细讨的)，所述发动机冷起动状况包括发动机温度低于阈值温度。

现转向图2B，排气流246行进与图2A中相同的初始步骤。排气流246首先通过排气通道202进入ECD 200并且随后进入TWC壳体204的扩张锥体206。然后，所有的排气流246通过TWC 216，并且进入到收缩锥体210中。收缩锥体210的有角度的收缩内表面(先前所讨论的)将较大百分比的排气流246引导到中心旁路通道218的第一部分220而不是外围通道230，其中剩余百分比的排气流246行进通过一个或多个外围通道230。由于阀处于第二位置(即，完全打开)，排气流246可在中心旁路通道218内继续向下游到中心旁路通道218的第二部分222。中心旁路通道的第二部分222绕过GPF(如先前所讨论的)允许排气流246在不穿过元件或不与GPF 244的内部元件接触的情况下行进通过GPF壳体232的中心部分240。一旦排气流246离开中心旁路通道218的第二部分222，它就进入GPF壳体232的扩张锥体234并且行进到ECD 200的最下游部分-排气通道202，在排气通道202中排气流246离开设备。当阀224可处于第二位置的一些示例包括当发动机温度处于或高于阈值温度时、或当车辆加速度没有超过阈值水平时以及没有发生GPF的主动再生事件的冷起动状况中的一个或多个(参考图4和图5更详细讨论的)。以此方式，当阀224处于第二位置时，较大的第一部分排气行进通过中心旁路通道218，从而绕过GPF，同时较小的剩余的第二部分排气行进通过外围通道230并且通过GPF 244(例如，通过GPF过滤)。

图2A和图2B分别描绘阀的第一位置和第二位置，然而，阀可处于第三位置(即，中间位置)，其中第三位置在第一位置与第二位置之间。控制器可向致动器228发送信号以调节阀224的阀板226的位置以增加阀224的开度的量，以便降低流过外围通道230并且随后通过GPF 244的排气的百分比。替代地，控制器可向致动器228发送信号以调节阀224的阀板226的位置以减小阀的开度的量，以便增加流过外围通道230并且随后通过GPF 244的排气的百分比。

将明白的是，图2A和图2B仅表示ECD 200的一种配置。替代实施例可容纳各种数量的外围流动通道、可采用各种类型的致动器、可使用催化剂或不同于TWC的替代气体处理装置和/或可使用多于一种整体式GPF(即，可使用多个较小的GPF，同时仍维持最里面的中心GPF旁路通道和最外面的面与GPF壳体共享接触)。图2A和图2B所述的通道(即，排气通道202、一个或多个外围流动通道230和中心旁路通道218)在形状上可为环形的或采取多种几何变体(诸如正方形、六边形等)，只要它们维持允许排气流过它们中空主体的能力。此外，TWC壳体和GPF壳体的形状可具有为圆形、正方形、长方形、六边形等的中心部分，并且可彼此完全相同或不同(即，GPF壳体的中心部分可采取与TWC壳体的中心部分的几何配置相同或不同的几何配置)。此外，ECD系统200可具有位于该系统内可负责监测通过中心旁路通道218和一个或多个外围通道230中的至少一个的排气的温度或百分比的一个或多个传感器。所述传感器可将采集的任何数据传达至车辆的控制器(诸如参见图1中的控制器12)，控制器可响应于车辆工况通过向致动器(诸如图2A和图2B的致动器213)发送信号以致动阀(诸如图2A和图2B的阀224)以改变位置来作出响应。

现转向图3，其示出ECD 200的横截面。如以上所介绍的，ECD 200的横截面被布置成使得竖直轴线304垂直于在图2A和图2B中的每一个中可见的中心轴线248。另外，横截面是在图2B所示的TWC壳体204下游和阀224上游的截面A-A处截取的。在该实施例中，示出四个外围(即，外)通道230和一个中心旁路通道218，借此排气可从TWC壳体204流到GPF壳体232。如图3所示，四个外围通道230围绕中心旁路通道218的外直径。可见阀224位于中心旁路通道218内。如以上参考图2A至图2B所介绍的，阀224包括阀板226和致动器228。阀板226被安放在中心旁路通道218的直径内并且可由致动器228可操作地控制。另外，每个外围通道230的每个外表面都与中心旁路通道218的外表面隔开，使得在中心旁路通道218周围形成空间。如图3所示，四个外围通道230在圆周上围绕中心旁路通道218隔开。在替代实施例中，ECD 200可包括不是四个的不同数量的外围流动通道。例如，ECD 200可包括在圆周上围绕中心旁路通道218但与中心旁路通道218隔开的一个、两个、三个或五个外围流动通道。

将明白的是，中心旁路通道218和外围通道230被容纳在由GPF壳体的中心部分240的外直径302限定的空间内。也就是说，所有的外围通道230都沿径向(或垂直于ECD 200中心轴线的方向)被定位在GPF壳体的中心部分240的外直径302的内部。将所有通道容纳在由GPF壳体的中心部分240的外直径302限定的空间内(但将外围通道230与中心旁路通道218隔开)允许ECD为紧凑的，同时仍允许接近中心阀224。也就是说，从中心轴线(在阀224的中心处，诸如图2A和图2B的中心轴线248)到每个通道的(如由竖直轴线304多限定的)竖直距离和(如由水平轴线306限定的)水平距离小于GPF壳体的中心部分240的直径。将明白的是，GPF壳体和TWC壳体的中心部分限定壳体的直径，并且因此术语“GPF壳体的中心部分的直径”和“TWC壳体的中心部分的直径”可分别与“GPF壳体的直径”或“GPF壳体直径”以及“TWC壳体的直径”或“TWC壳体直径”互换。如图2A至图2B所示，TWC壳体直径与GPF壳体直径相同，然而，在替代实施例中，TWC壳体直径可与GPF壳体直径不同。在其中GPF壳体和TWC壳体的直径不同的实施例中，外围通道230可适配在由TWC壳体直径和GPF壳体直径中最大的限定的空间内(使得外围通道230不延伸在GPF的外直径或TWC的外直径的外面)(无论哪个为最大的)。在另一实施例中，GPF壳体和/或TWC壳体可不具有圆形横截面(即，可不具有环形中心部分)，在这种情况下外围通道可适配在由TWC和/或GPF的壳体的高度或宽度(或横截面)限定的空间内。例如，GPF壳体和TWC壳体可具有等尺寸的六边形中心部分(同时仍维持中心部分上游的扩张锥体和中心部分下游的收缩锥体)，在这种情况下所有的通道(即，外围流动通道和中心旁路通道)将在GPF壳体和TWC壳体的六边形中心部分的横截面内隔开。

通过外围通道230的排气流的量(例如，通过排气通道并且进入ECD 200的总排气流的排气流的百分比)取决于阀224的位置。当阀224处于前面提及的第一位置(未示于图3中)时，中心旁路通道218对排气为关闭的，从而导致大约100％的排气流过外围通道230(如图2A所示意性描绘的)。当阀224处于前面提及的第二位置(也参见图2B)时，中心旁路通道218为打开的，以便排气从中心旁路通道218向下行进(并且越过GPF)，并且较低百分比的排气将通过外围通道230、GPF壳体232并且通过GPF 244。阀224也可采取在对排气完全关闭(即，第一位置)与对排气完全打开(即，第二位置)之间的多个中间位置。阀224的中间阀位置可影响流过外围通道230和中心旁路通道218的气体的百分比，使得随着阀224从第二位置移动至第一位置(即，关闭至打开)，较大百分比的排气将通过中心旁路通道218以及较低百分比的排气将通过外围通道230。

虽然中心旁路通道218、外围通道230和GPF壳体232在形状上都被描绘为环形，但是替代实施例可采用多种几何配置。例如，通道可为正方形的、长方形的、六边形的等。另外，替代实施例可要求改变外围通道230的数量(即，一个或多个外围流动通道)。虽然阀224在图3中被示为具有垂直于竖直轴线304的轴线，但是替代实施例可具有与竖直轴线304成小于或大于九十度的角布置的阀224轴线。此外，图1至图3示出带有相对定位的各种部件的示例配置。如果被示出相互直接接触或直接耦接，则至少在一个示例中此类元件可分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，被示出彼此连续或邻近的元件可在至少一个示例中分别彼此连续或邻近。作为一个示例，彼此共面接触放置的部件可被称为共面接触。作为另一示例，彼此间隔定位且其间仅有空间而没有其它部件的元件可在至少一个示例中被如上称呼。

转向图4，其示出用于调节定位在旁路通道中的阀以改变通过GPF的排气的百分比的方法，该旁路通道被布置通过GPF的中心。如以上所介绍的，排放控制装置(诸如图2A至图2B和图3所示的ECD 200)可包括上游后处理装置(诸如图2A至图2B所示的TWC 216)和GPF(诸如图2A至图2B和图3所示的GPF 244)以及通过GPF的中心的中心旁路通道(诸如图2A至图2B和图3所示的中心旁路通道218)，中心旁路通道允许排气通过通道并且不通过GPF的细孔(或过滤元件)。中心旁路通道包括布置在其中在通过GPF的中心的一部分通道上游的阀(诸如图2A至图2B和图3所示的阀224)。阀可被调节到多个位置以调节流过中心旁路通道和/或流过GPF的排气的百分比。用于实施方法400和包括在本文中的其余方法的指令可由控制器(诸如图1所示的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且连同从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1所述的传感器)接收的信号来执行。控制器可根据以下所述的方法采用发动机系统的发动机致动器以调节发动机操作。此外，在以下所述的图4和图5中，GPF的中心旁路通道中的阀可处于第一位置、第二位置或处于两种位置之间的中间位置。另外，在以下所述的图4和图5中，GPF的中心旁路通道中的阀可被简单地称为“阀”。读者可假定在图4和图5中参考的所有阀都被称为GPF的中心旁路通道中的阀(诸如图2A、图2B、图3中的阀224)，除非另作说明。如本文所使用的，当阀处于“第一位置”时，阀可被称为“关闭的”(例如，关闭使得排气不流动越过阀并且不流过中心旁路通道)，借此排气不可流过中心旁路通道，并且作为响应，所有的排气都流过围绕中心旁路通道并且将上游催化剂(例如，TWC)连接到GPF的外围流动通道。另外，如本文所使用的，当阀处于“第二位置”时，阀可被称为“打开的”，借此排气可流过中心旁路通道，并且作为响应，一定百分比的排气流过中心旁路通道，同时剩余百分比的排气流过外围流动通道。此外，将明白的是，任何参考的阀被致动或阀位置(例如，第一位置、第二位置、打开位置、关闭位置、中间位置等)的变化将暗示控制器正在采用阀(其可至少部分在中心旁路通道的外部)的致动器以将阀的阀板的位置(阀板被定位为横穿中心旁路通道的内部)移动到期望的位置并且因此改变通过中心旁路通道的排气流的量。

图4开始于402，其中估计和/或测量发动机工况。估计和/或测量发动机工况可包括处理从在ECD内和/或外面的传感器获得的数据，确定车辆是否已经发动(即，冷起动)、车辆是否处于巡航控制、车辆是否正在加速/减速等。例如，发动机工况可包括发动机转速和/或负载、排气氧含量、环境温度、发动机温度、GPF上游的压力、流过GPF的排气的百分比、ECD的温度、ECD的排气氧含量等。

在404处，该方法包括确定发动机是否在冷起动状况下操作。冷起动状况可包括当发动机的温度(和/或环境温度)低于阈值温度时起动发动机。阈值温度可基于其中发动机的流体被加热至阈值水平的发动机的标称操作温度。在冷起动阶段期间(例如，当发动机温度或发动机冷却剂温度小于阈值温度时)，由于控制器采用预热策略以尽可能快地加热排气通道中的催化剂(例如，TWC)，所以发动机可产生碳烟。该预热策略的一个方面可包括迟燃料喷射，其中控制器致动燃料喷射器以延迟到发动机汽缸的燃料喷射正时。预热策略的其它方面可包括火花正时、怠速、空燃比和涡轮增压器操作的调节。在冷起动时，发动机操作的这些方面和其它可能的方面对于快速催化剂(例如，TWC)预热是最佳的并且因此对于最小限度的微粒排放不是最佳的。如果控制器确定发动机正在冷起动状况下操作，则该方法进行到406。

在406处，该方法包括关闭GPF的中心旁路通道的阀或维持阀处于关闭位置(例如，如果其已经关闭)。因此，来自发动机汽缸的所有或大部分排气被引导通过外围流动通道并且通过GPF。因此，在排气从发动机排出之前，GPF可过滤烟排气中的碳烟微粒物质。响应于冷起动状况，控制器可向中心旁路通道中的阀的致动器发送信号以将阀致动到关闭位置，使得阀的阀板阻挡排气流过旁路通道。替代地，如果中心旁路通道中的阀已经完全关闭，则控制器可不向阀致动器发送信号以便维持阀处于关闭位置。在替代实施例中，只要ECD继续操作以如排放标准所规定的除去排气中期望量的碳烟(即，阀可为10％打开以适应发动机工况，同时仍满足排放标准)，阀就可被致动以移动至部分关闭的位置，与完全关闭相反。在关闭或维持ECD的中心旁路通道中的关闭的阀之后，该方法进行到408。

在408处，该方法包括控制器评估发动机预热期(即，冷起动状况或预热策略)是否完成。如果控制器确定发动机仍在预热状况下起作用，则该方法进行到410。作为一个示例，如果发动机温度仍低于阈值温度，则控制器可确定发动机预热没有完成。作为另一示例，如果在发动机运行状况期间燃料喷射相对于阈值燃料喷射正时或标准燃料喷射正时仍然迟，则控制器可确定发动机预热没有完成。作为又一示例，如果阈值时间量(例如，用于发动机预热)还没有期满，则控制器可确定预热期没有完成。

在410处，该方法包括维持中心旁路通路中的阀关闭。维持阀关闭可不需要来自控制中心旁路通道的阀的致动器的任何动作。在410处发生维持阀关闭之后，该方法返回到408。该方法可在408和410之间循环，直到控制器确定发动机预热完成，然后该方法继续到412。

在412处，该方法包括响应于在冷起动之后完成发动机预热期而打开中心旁路通道中的阀。在完成预热状况之后，并且只要没有产生超过阈值水平(例如，其中阈值水平基于排放标准)的碳烟的其它发动机操作发生，则控制器可向GPF的中心旁路通道中的阀的致动器发送信号以致动阀以将位置从关闭变成打开。将阀的位置从关闭变成打开允许排气通过中心旁路通道，从而在过程中绕过GPF。在一个示例中，该方法在412处可包括完全打开中心旁路通道中的阀。作为另一示例，该方法在412处可包括增加阀的开度以便其部分打开。在一些示例中，阀的开度可随着发动机预热(例如，随着发动机温度增加或随着燃料喷射从延迟状态返回到基线非延迟状态)而增加。一旦阀成功地打开(完全打开或部分打开，这取决于发动机工况)，方法400继续到424(如以下所进一步讨论的)。

返回到404，如果控制器确定发动机不在冷起动状况下操作，则该方法继续进行到414。在414处，该方法包括确定是否满足主动GPF再生状况。主动GPF再生状况可包括在GPF中微粒物质(即，碳烟和/或灰烬)的累积超过阈值，使得GPF两端的压力降大于阈值水平。作为一个示例，阈值水平可基于导致发动机汽缸上增加的背压的水平，该增加的背压引起发动机扭矩输出的阈值百分比的下降。此外，控制器可被编程以在确定满足再生状况之前检测特定工况，诸如稳定的公路巡航。如果在414处控制器确定满足主动GPF再生状况，则该方法继续进行到416。在416处，该方法包括关闭中心旁路通道中的阀并且再生GPF。如之前所提及的，关闭阀经由与阀耦接的致动器响应于来自控制器的信号而发生。以下参考图5更详细地讨论GPF再生以及再生期间的阀操作的细节。在完成再生之后，并且如果没有检测到需要阀位置变化的其它发动机工况，则方法400将结束。

返回到414，如果不满足主动GPF再生状况，则该方法继续进行到418。在418处，该方法包括确定车辆是否正在加速。可基于节阀开度的增加、燃料喷射的增加速率和/或踏板位置的增加超过阈值来检测加速。强加速(例如，踩踏板或踏板位置增加超过阈值)可导致发动机碳烟输出的增加。因此，响应于发动机加速(或超过阈值的加速度)，如果阀尚未关闭期望的量，则控制器可将阀致动到完全关闭或部分关闭(经由向耦接到阀的致动器发送信号)。加速度的阈值可被用于确定碳烟何时以保证控制器致动阀位置变化的水平来产生，以便满足排放标准。如果车辆加速或加速超过预定阈值，则该方法进行到420。

在420处，该方法包括关闭(或部分关闭)中心旁路通道中的阀。如在418中所讨论的，响应于车辆加速或加速度超过已知为引起超过阈值水平的碳烟的预定阈值，控制器可向阀致动器发送信号以将阀位置改变成完全关闭或部分关闭的位置(例如，控制器可减小阀的打开量)。确定是否部分或完全关闭阀可取决于许多工况，诸如确定为了减少排气中阈值量的碳烟阀而必须关闭的程度、ECU中的压力、移动通过中心旁路通道和外围流动通道的排气的百分比、排气的温度、空燃比等。如果致动器完全关闭阀(即，使阀移动至第一位置)，则所有的排气将通过外围流动通道(诸如图2A至图3所示的在GPF下游的外围通道230)，其中由于加速而输出的增加的碳烟可被更好地捕集在过滤器中。如果致动器部分关闭阀(即，第一位置与第二位置之间的中间位置)，则增加百分比的排气将通过外围流动通道，同时剩余百分比的排气将继续流过现在被部分阻拦的中心旁路通道。在关闭或部分关闭控制接近中心旁路通道的阀之后，方法400继续到424(如以下所进一步讨论的)。将明白的是，在替代实施例中，由增加的加速(或超过预定阈值的加速度)生成的碳烟可通过发动机校准来解决，从而消除控制器为了满足碳烟阈值而关闭阀的需要。在此类替代实施例中，该方法将不继续到420，而是到422。

返回到418，如果发动机不在加速，或没有加速处于或超过预定阈值以触发如上所述的阀的关闭，则该方法继续到422。在422处，该方法包括维持中心旁路通道中的阀的打开(或部分打开)位置。维持打开的阀(即，处于第二位置)可要求没有从控制器到阀的致动器的信号。将明白的是，尽管没有检测到在前面418中提及的保证阀的关闭的加速，但是可同时发生其它工况，以便要求阀部分打开而不是完全打开。此外，尽管没有检测到在前面418中提及的保证阀的关闭的加速，但是可同时发生导致控制器完全关闭阀位置的一些工况。例如，在422处，控制器可检测到触发控制器再生GPF的压力信号。在这些状况下，控制器可确定对于发动机操作比维持打开的阀更至关紧要的再生，并且作为响应，尽管没有检测到在前面418中提及的保证阀的关闭的加速，但是控制器可向致动器发送信号以关闭阀以便可发生再生。将明白的是，尽管被示意性地描绘为严格的顺序过程，但是控制器可同时追踪所有的车辆操作(例如，确定冷起动状况、再生状况、加速状况等)并且连续地排列所述状况的优先权以便确定最佳的阀位置。

在424处，由于调节了阀的位置，该方法包括基于GPF两端的压力变化来调节发动机操作。例如，在上述方法期间调节阀之后，控制器可通过获取ECD系统内在GPF上游但在TWC下游的第一压力读数以及GPF下游的第二压力度数来确定GPF两端的压力。在一个示例中，第二压力读数可为大气压力。因此，确定GPF两端的压力降可包括将第一压力度数与第二压力度数进行比较，并且确定所述压力降是否影响发动机的扭矩输出。作为另一示例，控制器可确定GPF上游的压力并且使用该压力估计发动机上的背压以及扭矩输出是否由于背压而下降超出阈值水平。例如，当阀处于第一位置(对于绕过GPF的排气为关闭的，诸如图2A所示的阀位置)时，进入ECD的所有排气都通过外围流动通道并且到下游GPF。当发生这种情况时，通过GPF的压力降引起发动机上的额外负载，该额外负载可降低发动机扭矩输出。压力降可充分降低扭矩输出，以至于控制器可采取措施-通过增加发动机扭矩输出来补偿。因此，该方法在424处可包括调节节阀开度、火花正时或涡轮增压器升压(在涡轮增压发动机中)以增加发动机扭矩输出，使得GPF背压的对驾驶员的影响不明显。例如，控制器可增加节阀开度以随着GPF两端的压力降(或GPF上游的压力)增加而增加扭矩。压力降的量也可取决于在GPF中积聚了多少微粒物质并和/或流过GPF的气体的百分比。例如，阀可完全打开(即，第二位置)或部分打开(即，处于第一位置与第二位置之间)，这允许一部分排气绕过GPF，但由于GPF中大量的微粒物质，压力降可大体上足以使控制器基于GPF两端的压力变化来调节发动机操作。在基于GPF两端的压力变化调节发动机操作之后，方法400结束。

以此方式，车辆控制器可确定在该发动机操作状况期间增加的碳烟产生很可能发生，并且响应于那些工况，向GPF的中心旁路通道中的阀的致动器发送信号以相应地调节阀，其中关闭的阀阻挡排气接近中心旁路通道，从而导致所有的排气都行进通过外围流动通道并且通过GPF的细孔。相比之下，打开的(或部分打开的)阀允许一部分排气沿着中心旁路通道向下行进并且穿过GPF的中心而没有流过GPF的细孔，从而减少行进通过GPF的细孔的排气的量。控制器可同时估计和/或测量多种发动机工况以确定阀的期望阀位置，该期望阀位置可包括第一位置、第二位置或在第一位置与第二位置之间的中间位置，如上所述。

转向图5，其示出用于在包括GPF(诸如图2A至图2B和图3所示的ECD200和GPF 244)的排放控制装置中执行GPF再生事件的方法500。应注意的是，方法500为图4中416的继续。

方法500通过响应于控制器确定满足主动GPF再生状况来关闭或部分关闭中心旁路通道中的阀而开始于502，如以上参考图4的414所讨论的。该方法在502处可包括基于发动机工况确定是否部分关闭或完全关闭阀。例如，阀的完全闭合(即，第一位置)可使得所有被加热的排气都通过GPF的细孔而不是通过其中安置有阀的中心旁路通道。因此，在再生事件期间，GPF的温度可增加并且存储在GPF内的更多碳烟可在过滤器中被烧掉。相比之下，阀的部分闭合(即，第一位置与第二位置之间的位置)可使得较少的被加热的排气通过GPF的细孔(相比于在阀被完全关闭的情况下)并且因此GPF的温度可不像在阀被完全关闭的情况下一样增加。因此，控制器可在再生事件期间基于阀的位置来控制GPF的温度。在再生期间，可存在用于维持GPF温度的阈值温度或温度范围。例如，在再生期间，控制器可调节阀以维持GPF超过下限阈值温度(例如，低于该温度碳烟不可从过滤器中去除)和低于上限阈值温度(例如，高于该温度可发生GPF的退化)。另外，仅通过部分关闭阀，可降低发动机功率损耗(例如，来自通过使排气流过GPF的增加的背压)。一旦控制器确定阀是否应完全或部分关闭(以及阀应移动成多少百分比的打开或关闭)，向阀致动器发送信号，并且相应地调节阀位置，该方法进行到504。

在504处，该方法包括确定GPF是否处于再生温度。GPF温度可基于来自邻近GPF定位的排气温度传感器(诸如图1所示的温度传感器16)的输出来确定。再生温度可为过滤器再生起燃温度，在该温度下，给定的足够的过量氧、积聚在GPF中的微粒物质可被氧化。用于再生的温度可为阈值或值域。如果确定GPF不处于(例如，小于)再生温度，则该方法进行到506。在506处，该方法包括增加排气温度以努力使GPF达到再生温度。也可控制排气温度以实现期望的微粒物质氧化率。增加排气温度将使得GPF的温度也增加。在506处增加排气温度可包括延迟点火正时、增加节阀开度(例如，图1的节阀62的开度)、增加发动机转速、增加发动机负载等中的一个或多个。方法500将继续在506和504之间循环，直到控制器(在504处)确定GPF处于对于再生适合的温度。如果确定GPF处于(例如，大于或等于)再生温度，方法500进行到508。

在508处，该方法包括开始GPF的主动再生。开始GPF的主动再生可包括开始减速燃料切断(DFSO)以为微粒物质(例如，碳烟)氧化提供氧。在一些示例中，仅可在选定的状况下开始DFSO；例如，如果发动机再生和/或负载低于相应的阈值和/或如果其它输入(例如，加速器踏板位置)没有指示即将来临的驾驶员踩踏板或请求扭矩，则可开始DFSO。通过开始DFSO，足够水平的过量氧可被供给至GPF，该足够水平的过量氧结合足够的温度促进积聚的微粒物质的氧化和GPF的至少部分再生。因此，GPF可经由从发动机接收的过量氧来主动再生。替代DFSO或除了DFSO之外，可采用其它途径以增加GPF处的过量氧。例如，可调节节阀开度、(例如，稀)空燃比和可变凸轮正时中的一个或多个以增加过量氧的供给。一旦控制器已经开始主动再生，该方法继续到510。

在510处，该方法包括调节中心旁路通道中的阀和发动机的燃烧空燃比(A/F)以维持GPF处于再生温度。在再生期间，碳烟氧化(即，碳烟燃烧)为放热的。如果再生不受控，则它可将ECD中的温度增加到足以损坏GPF。可使用阀控制和/或空燃比控制来控制反应。例如，通过GPF的具有较高空燃比的较低的排气流可在GPF处产生较高的温度，因为高的氧含量促进快速氧化，并且存在很少的排气流过GPF以带走热(由于打开或部分打开的阀，其将一定百分比的排气引导通过中心旁路通道，使较小百分比的排气通过GPF)。相比之下，通过GPF的具有低空燃比的较高的排气流(当中心旁路通道中的阀被完全关闭或部分关闭时发生，中心旁路通道中的阀分别阻止所有或大部分排气通过中心旁路通道)可冷却GPF，因为排气含氧量低，并且通过GPF的高排气流可更快速度地带走不管怎样产生的热。因此，控制器可调节阀位置(经由向与阀板耦接的致动器发送信号)并且调节燃烧空燃比(经由向一个或多个燃料喷射器和/或节阀发送信号)以增加或减少ECD系统内的热，使得温度不降到符合主动再生的温度以下，并且不急剧上升超过可使GPF(或ECD系统的任何其它部件)退化的温度。例如，该方法在510处可包括增加在发动机汽缸处燃烧的空燃比同时增加中心旁路通道中的阀的开度以便在再生温度低于阈值的情况下增加GPF的温度。作为另一示例，该方法在510处可包括降低在发动机汽缸处燃烧的空燃比同时减小中心旁路通道中的阀的开度以便在再生温度达到降低部件耐久性的阈值(例如，可使GPF退化的温度)的情况下降低GPF的温度。在另一实施例中，该方法在510处可附加地或替代地包括通过增加燃料喷射量以降低GPF温度来使排气富，因为富排气倾向于比稀排气更冷。以此方式，该方法在510处可包括在再生事件期间调节中心旁路通道中的阀和燃烧空燃比两者以将GPF温度维持在期望的再生温度范围内。

在512处，该方法包括确定再生是否完成。可基于指示不再发生放热反应(即，再生)的GPF的温度(例如，温度降到阈值以下)或GPF两端的压力降中的一个或多个来确定再生是否完成。例如，在再生过程期间燃烧GPF中的多数碳烟之后，进入GPF的排气将以较小的阻力通过GPF来满足并且压力降将减小(与再生事件之前相比较)。在该示例中，控制器可确定如果GPF两端的压力降被减小到阈值水平以下，则再生完成。作为另一示例，阈值水平可为小于在开始再生之前GPF两端的压力降的水平。作为又一示例，阈值水平可为指示一定百分比的微粒物质(例如，碳烟)已经从GPF中除去的设定水平。

因此，存在表示再生完成的阈值压力降。如果再生没有完成，则该方法继续到514。在514处，该方法包括继续主动再生。例如，可通过调节中心旁路通道中的阀、燃烧空燃比、节阀和/或发动机加燃料中的一个或多个以维持再生温度范围并且继续为再生提供氧来继续再生，如以上在508和510处所述。在控制器确定在512处再生完成之前，该方法将在512与514之间循环。一旦控制器确定在512处再生完成，该方法继续到516。

在516处，该方法包括控制器使发动机致动器返回到其所需状态并且重新打开中心旁通阀或增加中心旁通阀的开度。车辆致动器的所需状态可由驾驶员(即，驾驶员开始加速/减速)、行使状况(例如，潮湿道路可使得车辆开始四轮驱动)和发动机工况(例如，加速、冷起动、再生等)来确定。在没有其它发动机工况需要关闭的阀(诸如，加速或冷起动状况)的状况下，控制器可向阀致动器发送信号以将阀从完全关闭或部分关闭的阀位置调节至部分打开或完全打开的阀位置。在响应于完成的再生而调节阀位置之后，方法500结束。控制器可继续监测发动机工况并且经由致动器进行附加的阀位置调节，如图4所公开的，方法400用于车辆操作的持续时间。

以此方式，排放控制装置可构造有GPF旁路，使得ECD(诸如ECD 200，参见图2A和图2B)占据不多于仅安放TWC和GPF的排气系统(即，无GPF旁路的排气系统)的空间。ECD的外围流动通道与中心旁路通道之间的间隔允许冷却排气，这减少ECD系统的热并且可延长系统内部件的寿命(因为暴露于热排气而没有用于冷却的装置可对部件耐久性提出挑战)。由于阀的至少一部分(例如，阀制动器的一部分)被定位在中心旁路通道的外部，连同围绕中心旁路通道的外围的间隔，因此可更容易地接近阀和/阀致动器，从而增加维护或更换阀的便易性。此外，当阀打开或部分打开时，TWC壳体(诸如参见图2A中的TWC壳体204)的收缩锥体部分的形状比在TWC壳体具有没有朝向中心旁路通道成一定角度的直线配置的状况下允许增加量的排气被集中(funnel)朝向中心旁路通道。

当阀处于第二(例如，打开)位置时，提供中心旁路通道的第一部分上游的收缩锥体的技术效果为：将较大百分比的排气引导到中心旁路通道，从而允许较大百分比的排气绕过GPF并且减少捕集在GPF的细孔内的不易燃的微粒物质的量。除了将阀的阀致动器的至少一部分定位在中心旁路通道外部之外，将布置在收缩锥体与GPF之间的一个或多个外(例如，外围)通道与中心旁路通道隔开的技术效果为：可更容易地接近阀以便修理和维护。

作为一个实施例，用于发动机排放控制装置的设备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的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、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内的阀。在设备的第一示例中，阀包括阀板和阀致动器，其中阀致动器的至少一部分被布置在中心旁路通道的第一部分内部的外部并且阀板被定位在中心旁路通道的第一部分的内部内。设备的第二示例可选地包括第一示例并且进一步包括其中布置在中心旁路通道的第一部分的内部的外部的阀致动器的至少一部分被定位在形成在中心旁路通道的外壁与一个或多个外通道的外壁之间的空间内。设备的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且进一步包括其中收缩锥体包括较宽的第一端部和较窄的第二端部，其中第一端部耦接到排气通道的上游部分并且第二端部直接耦接到中心旁路通道的第一部分的入口。设备的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且进一步包括其中收缩锥体包括从收缩锥体的第一端部到第二端部向内成一定角度的壁。设备的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且进一步包括形成GPF的壳体的一部分并且布置在GPF的上游和中心旁路通道的第一部分的下游的扩张锥体，其中扩张锥体包括耦接到中心旁路通道的第一部分的外壁的较窄的第一端部和耦接到围绕GPF的GPF的壳体的中心部分的较宽的第二端部。设备的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且进一步包括其中一个或多个外通道中的每个都耦接在收缩锥体的第一端部与扩张锥体的第二端部之间。设备的第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且进一步包括其中一个或多个外通道包括在圆周上围绕中心通道的外部隔开但在收缩锥体上游的排气通道或GPF的壳体的中心部分中的一个的外直径内的多个外通道。设备的第八示例可选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，并且进一步包括其中GPF的壳体的中心部分围绕GPF的过滤器元件形成且封闭GPF的过滤器元件并且进一步包括定位在GPF的下游端处的第二收缩锥体，其中GPF壳体的中心部分耦接在扩张锥体与第二收缩锥体之间。设备的第九示例可选地包括第一示例至第八示例中的一个或多个，并且进一步GPF包括中心轴线，并且其中中心旁路通道沿着中心轴线居中，并且其中GPF在圆周上围绕中心旁路通道的外周形成。

在另一示例中，用于发动机排放控制装置的方法包括：在第一状况期间，将布置在排气通道的汽油微粒过滤器(GPF)上游的中心旁路通道中的阀调节到第一位置，以使来自形成中心旁路通道上游的排气通道的一部分的收缩锥体的排气流动并且仅流过围绕中心旁路通道且将GPF的壳体连接到收缩锥体的外围通道，其中中心旁路通道通过GPF的中心；以及在第二状况期间，将阀调节到第二位置以使来自收缩锥体的排气的至少一部分流过中心旁路通道。在该方法的第一示例中，该方法进一步包括在调节阀之后，响应于GPF两端的压力降调节发动机操作。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且进一步包括：其中调节发动机操作包括调节涡轮增压器升压、火花正时和节阀中的一个或多个，并且其中压力降基于在排气通道中的GPF的上游所测量的压力。该方法的第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中将阀调节到第一位置以使来自收缩锥体的排气流动并且仅流过外围通道包括使排气从收缩锥体流动到耦接到收缩锥体的较宽部分的外围通道的入口、使排气流过外围通道、使排气流到在GPF的壳体内形成GPF的入口的扩张锥体中以及使排气流过GPF的过滤器元件。该方法的第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中将阀调节到第二位置包括使排气从收缩锥体的较宽部分流到直接耦接到中心旁路通道的进口的收缩锥体的较窄部分以将排气引导到在收缩锥体的收缩内表面之后的中心旁路通道中，并且使排气从中心旁路通道流到GPF下游的排气通道的一部分。该方法的第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第一状况包括冷起动状况中的一个或多个，该冷起动状况包括发动机温度低于阈值温度、GPF的主动再生事件和车辆加速度超过阈值水平。该方法的第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第二状况包括下面的冷起动状况中的一个或多个，即：当发动机温度处于或高于阈值温度时、或当车辆加速度没有超过阈值水平时以及没有发生GPF的主动再生事件。该方法的第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且进一步包括：其中第一位置为完全关闭的位置并且第二位置为完全打开的位置并且进一步包括：在第三状况期间，将阀调节到第三位置，其中第三位置在第一位置与第二位置之间，其中第三状况包括在GPF的主动再生事件期间并且其中第三位置基于GPF的温度和期望的GPF的再生温度。

在另一实施例中，用于发动机排放控制装置的系统包括布置在排气通道中并且具有中心轴线的汽油微粒过滤器(GPF)、布置在GPF上游的排气通道中的三元催化剂、包括布置在GPF上游的第一部分和通过围绕中心轴线形成的GPF的中心孔的第二部分的中心旁路通道、形成三元催化剂的壳体的下游部分并且连接到中心旁路通道的第一部分的收缩锥体、形成GPF的壳体的上游部分并且布置在中心旁路通道的第一部分的入口下游的扩张锥体、定位在收缩锥体与扩张锥体之间并且与中心通道隔开的多个外围通道、布置在中心旁路通道的第一部分内的阀以及带有计算机可读指令的控制器，用于：调节阀的位置以调节流过外通道并且流过GPF的排气的百分比以及响应于调节阀的位置并且基于GPF上游的压力调节发动机操作。在该系统的第一示例中，其中阀包括布置在中心旁路通道的第一部分内的阀板和阀致动器，其中阀致动器的至少一部分在中心旁路通道的第一部分的外部并且其中调节阀的位置包括增加阀的打开量以减小流过外通道并且流过GPF的排气的百分比以及减小阀的打开量以增加流过外通道路并且流过GPF的排气的百分比。

注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、操作和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。

应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出被认为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或更多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：

布置在排气通道中的汽油微粒过滤器，即GPF；

中心旁路通道，其包括布置在所述GPF上游的第一部分和通过所述GPF的中心的第二部分；

收缩锥体，其形成所述排气通道的一部分并且布置在所述第一部分的上游且连接到所述第一部分；

一个或多个外通道，其耦接在所述收缩锥体与所述GPF之间并且与所述中心旁路通道隔开；以及

布置在所述第一部分内的阀。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述阀包括阀板和阀致动器，其中所述阀致动器的至少一部分被布置在所述中心旁路通道的所述第一部分的内部的外部，并且所述阀板被定位在中心旁路通道的所述第一部分的所述内部内。

3.根据权利要求2所述的设备，其中布置在所述中心旁路通道的所述第一部分的内部的外部的所述阀致动器的所述至少一部分被定位在形成在所述中心旁路通道的外壁与所述一个或多个外通道的外壁之间的空间内。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述收缩锥体包括较宽的第一端部和较窄的第二端部，其中所述第一端部耦接到所述排气通道的上游部分并且所述第二端部直接耦接到所述中心旁路通道的所述第一部分的入口。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述收缩锥体包括从所述收缩锥体的所述第一端部到所述第二端部向内成一定角度的壁。

6.根据权利要求4所述的设备，进一步包括形成所述GPF的壳体的一部分并且布置在所述GPF上游和所述中心旁路通道的所述第一部分下游的扩张锥体，其中所述扩张锥体包括耦接到所述中心旁路通道的所述第一部分的外壁的较窄的第一端部和耦接到围绕所述GPF的所述GPF的所述壳体的中心部分的较宽的第二端部。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个外通道中的每个都耦接在所述收缩锥体的所述第一端部与所述扩张锥体的所述第二端部之间。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个外通道包括在圆周上围绕所述中心通道的外部隔开但在所述收缩锥体上游的所述排气通道或所述GPF的所述壳体的所述中心部分中的一个的外直径内的多个外通道。

9.根据权利要求6所述的设备，其中GPF的所述壳体的所述中心部分围绕所述GPF的过滤器元件形成且封闭所述GPF的所述过滤器元件，并且进一步包括定位在GPF的下游端处的第二收缩锥体，其中所述GPF壳体的所述中心部分耦接在所述扩张锥体与所述第二收缩锥体之间。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述GPF包括中心轴线，并且其中所述中心旁路通道沿着所述中心轴线居中，并且其中所述GPF在圆周上围绕所述中心旁路通道的外周形成。

11.一种方法，其包括：

在第一状况期间，将布置在排气通道的汽油微粒过滤器即GPF上游的中心旁路通道中的阀调节到第一位置，以使来自形成所述中心旁路通道上游的所述排气通道的一部分的收缩锥体的排气流动并且仅流过围绕所述中心旁路通道且将所述GPF的壳体连接到所述收缩锥体的外围通道，其中所述中心旁路通道通过所述GPF的中心；以及

在第二状况期间，将所述阀调节到第二位置，以使来自所述收缩锥体的所述排气的至少一部分流过所述中心旁路通道。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在调节所述阀之后，响应于所述GPF两端的压力降调节发动机操作。

13.根据权利要求12所述的方法，其中调节发动机操作包括调节涡轮增压器升压、火花正时和节阀中的一个或多个，并且其中所述压力降基于在所述排气通道中的GPF的上游测量的压力。

14.根据权利要求11所述的方法，其中将所述阀调节到所述第一位置以使来自所述收缩锥体的排气流动并且仅流过所述外围通道包括使排气从所述收缩锥体流到耦接到所述收缩锥体的较宽部分的所述外围通道的入口、使排气流过所述外围通道、使排气流到在所述GPF的壳体内形成所述GPF的入口的扩张锥体中以及使排气流过所述GPF的过滤器元件。

15.根据权利要求11所述的方法，其中将所述阀调节到所述第二位置包括使排气从所述收缩锥体的较宽部分流到直接耦接到所述中心旁路通道的进口的所述收缩锥体的较窄部分，以将排气引导到在所述收缩锥体的收缩内表面之后的所述中心旁路通道中，并且使排气从所述中心旁路通道流到所述GPF下游的所述排气通道的一部分。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一状况包括冷起动状况中的一个或多个，所述冷起动状况包括发动机温度低于阈值温度、所述GPF的主动再生事件和车辆加速度超过阈值水平。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二状况包括下面的所述冷起动状况中的一个或多个，即：当所述发动机温度处于或高于所述阈值温度时、或当车辆加速度没有超过所述阈值水平时以及没有发生所述GPF的所述主动再生事件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一位置为完全关闭的位置并且所述第二位置为完全打开的位置，并且进一步包括：在第三状况期间，将所述阀调节到第三位置，其中所述第三位置在所述第一位置与所述第二位置之间，其中所述第三状况包括在所述GPF的主动再生事件期间，并且其中所述第三位置基于所述GPF的温度和期望的所述GPF的再生温度。

19.一种系统，其包括：

汽油微粒过滤器，即GPF，其被布置在排气通道中并且具有中心轴线；

三元催化剂，其被布置在所述GPF上游的所述排气通道中；

中心旁路通道，其包括布置在所述GPF上游的第一部分和通过围绕所述中心轴线形成的所述GPF的中心孔的第二部分；

收缩锥体，其形成所述三元催化剂的壳体的下游部分并且连接到所述中心旁路通道的所述第一部分；

扩张锥体，其形成所述GPF的壳体的上游部分并且布置在所述中心旁路通道的所述第一部分的入口下游；

多个外围通道，其被定位在所述收缩锥体与所述扩张锥体之间并且与所述中心通道隔开；

阀，其被布置在所述中心旁路通道的所述第一部分内；以及

带有计算机可读指令的控制器，用于：

调节所述阀的位置以调节流过所述外通道并且流过所述GPF的排气的百分比以及响应于调节所述阀的位置并且基于所述GPF上游的压力调节发动机操作。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述阀包括布置在所述中心旁路通道的所述第一部分内的阀板和阀致动器，其中所述阀致动器的至少一部分在所述中心旁路通道的所述第一部分的外部，并且其中调节所述阀的位置包括增加所述阀的打开量以减小流过所述外通道和流过所述GPF的排气的百分比以及减小所述阀的打开量以增加流过所述外通道并且流过所述GPF的排气的百分比。