專利名稱：電加熱微粒過濾器傳播支持方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于加熱微粒過濾器的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
這一部分的說明僅僅提供與本發(fā)明有關的背景技術而并不構成現(xiàn) 有技術。
柴油發(fā)動機因壓縮比更高以及柴油燃料的能量密度更高而通常比 汽油發(fā)動機具有更高的效率。柴油燃燒循環(huán)產(chǎn)生微粒，這些微粒通常 由布置在廢氣氣流中的微粒過濾器(PF)從柴油廢氣中過濾得到。一 段時間之后，PF變得充滿并且必須清除收集的柴油微粒。在再生過程 中，柴油微粒在PF內(nèi)燃燒。
一些再生方法通過前表面加熱器點燃在PF前面存在的微粒物質(zhì)。 隨后利用由PF加熱面附近存在的微粒物質(zhì)的燃燒或由穿過PF的加熱 廢氣產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)對PF內(nèi)存在的微粒物質(zhì)的再生。在一些情況下， 穿過PF的高流速廢氣熄滅微粒物質(zhì)的燃燒，因而停止沿PF的傳播。 微粒限制這種熄滅，所述再生方法的操作局限于廢氣流動較慢的驅(qū)動 狀態(tài)，例如空閑狀態(tài)或城市交通驅(qū)動狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
因而，提供一種控制微粒過濾器再生的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上 包括控制微粒過濾器的電流以引發(fā)微粒過濾器中微粒物質(zhì)的燃燒的再 生模塊。傳播模塊根據(jù)燃燒溫度估計微粒物質(zhì)燃燒的傳播狀態(tài)。溫度 調(diào)節(jié)模塊通過選擇性提高穿過微粒過濾器的廢氣的溫度而控制燃燒溫度。
在其它特征中，提供一種控制微粒過濾器再生的控制方法。該方法大體上包括通過控制微粒過濾器的電流引發(fā)微粒過濾器中微粒物 質(zhì)的燃燒；根據(jù)燃燒溫度估計燃燒的傳播狀態(tài)；以及通過控制穿過微 粒過濾器的廢氣的溫度而選擇性提高燃燒溫度。
從在此提出的描述中將會清楚地了解到其它應用領域。應該認識 到所述描述和具體實例僅僅是為了示例說明，而并不是要限制本發(fā)明 的范圍。
在此描述的附圖僅僅是示例性的，而絕不是要限制本發(fā)明的范圍。 圖1是根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性車輛的功能結構圖，所述車
輛包括微粒過濾器和微粒過濾器傳播支持系統(tǒng)。
圖2是示例性壁流整體式微粒過濾器的橫截面圖。
圖3包括微粒過濾器的示例性前表面的透視圖，其示出多種型式
的電阻通路。
圖4是示例性微粒過濾器的前表面和加熱器插入件的透視圖。 圖5是圖2所示的示例性微粒過濾器的一部分包括導電涂層的橫 截面圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性微粒過濾器傳播支持系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性微粒過濾器傳播支持方 法的流程圖。
具體實施例方式
以下描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并不是要限制本發(fā)明公開的內(nèi) 容、應用或用途。應該認識到在所有附圖中，相應附圖標記表示相同 或相應的部件和特征。在此采用的術語"模塊"指的是專用集成電路 (ASIC)、電路、執(zhí)行一個或多個軟件或硬件程序的處理器(共用、 專用或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其它提供所需功能的適當 部件。
現(xiàn)在參照圖1,根據(jù)本發(fā)明的不同方面示出了包括柴油發(fā)動機系統(tǒng) 11的示例性車輛10。認識到柴油發(fā)動機系統(tǒng)11實質(zhì)上僅僅是示例性 的并且可以在包含微粒過濾器的多種發(fā)動機系統(tǒng)中實施在此描述的微粒過濾器傳播支持系統(tǒng)。這些發(fā)動機系統(tǒng)可以包括但不局限于汽油直 噴發(fā)動機系統(tǒng)和均電荷壓縮點燃發(fā)動機系統(tǒng)。為了便于論述，以柴油 發(fā)動才幾系統(tǒng)為例論述本發(fā)明。
渦輪增壓柴油發(fā)動機系統(tǒng)11包括燃燒空氣和燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)
動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機12。空氣通過穿過空氣過濾器14進入系統(tǒng)。空氣穿過 空氣過濾器14并被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓縮進入系統(tǒng) ll的新鮮空氣。通常對空氣的壓縮越大，發(fā)動機12的輸出越大。壓縮 空氣隨后在進入進氣歧管22之前穿過空氣冷卻器20。
進氣歧管22內(nèi)的空氣被分配到氣缸26內(nèi)。盡管示出了四個氣缸 26，但將會認識到本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在具有多個氣缸一 包括但 不局限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個氣缸的發(fā)動機中得到實施。還 將會認識到本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在V型氣缸構造中得到實施。通 過燃料噴射器28將燃料噴入氣缸26內(nèi)。來自壓縮空氣的熱量點燃空 氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物的燃燒形成廢氣。廢氣從氣缸26中 排入廢氣系統(tǒng)內(nèi)。
廢氣系統(tǒng)包括廢氣歧管30、柴油氧化催化劑(DOC)32、以及微 粒過濾器(PF) 34?？蛇x擇地，EGR閥(未示出)使一部分廢氣重新 循環(huán)回到進氣歧管22內(nèi)。其余廢氣被導入渦輪增壓器18以驅(qū)動渦輪。 渦輪便于對從空氣過濾器14接收到的新鮮空氣進行壓縮。廢氣從渦輪 增壓器18流動穿過DOC 32和PF 34。 DOC 32根據(jù)后燃空氣/燃料比 氧化廢氣。在不同實施方式中，后燃料噴射器53使燃料在進入DOC 32 內(nèi)之前被噴入廢氣中。在DOC 32中的氧化量提高了廢氣的溫度。PF 34 從DOC 32接收廢氣并對廢氣中存在的任何微粒物質(zhì)進行過濾。
控制模塊44根據(jù)不同的感應和/或模制信息控制發(fā)動機12和PF 再生。更具體地，控制模塊44估計PF34的微粒物質(zhì)加載。當估計的 微粒物質(zhì)加載達到界限值(例如每升中5克微粒物質(zhì))并且廢氣流速 處于所需范圍內(nèi)時，控制經(jīng)由電源46到達PF34的電流以啟動再生過 程。再生過程的持續(xù)時間基于PF 34內(nèi)微粒物質(zhì)的量而改變。可以預 見再生過程持續(xù)1-6分鐘。然而，在再生過程的初始,爻^5l應用電流。更 具體地，電能在界限期(例如l-2分鐘)內(nèi)加熱PF34。穿過前表面的 廢氣得到加熱。利用通過在PF 34的加熱表面附近存在的微粒物質(zhì)的 燃燒或通過穿過PF 34的加熱廢氣產(chǎn)生的熱量完成其余再生過程。在一些情況下，通過穿過PF 34的高流速廢氣熄滅在PF 34表面附 近存在的微粒物質(zhì)的燃燒?？刂颇K44根據(jù)本發(fā)明的微粒過濾器傳播 支持方法和系統(tǒng)在高流速過程中保持再生。另外，控制模塊44根據(jù)從 車輛10接收的一個或多個傳感器信號保持PF34的再生。在不同實施 方式中，廢氣溫度傳感器47根據(jù)廢氣的溫度產(chǎn)生廢氣溫度信號。質(zhì)量 氣流傳感器48根據(jù)進入或排出發(fā)動機12的空氣產(chǎn)生廢氣信號。電流 和/或電壓傳感器49根據(jù)由電源46向PF 34供給的電壓和/或電流產(chǎn)生 電流和/或電壓信號。氧傳感器51根據(jù)廢氣中的含氧量產(chǎn)生含氧量信 號?？刂颇K44接收這些信號并通過確定燃燒微粒物質(zhì)的狀態(tài)以及控 制發(fā)動機12和后燃料噴射器53中的一個以提高流過DOC 32的廢氣溫 度來保持PF 34的再生。
具體參照圖2, PF34優(yōu)選是整體式微粒收集裝置并包括交替關閉 的單元/通道50和打開的單元/通道52。單元/通道50, 52通常橫截面 為正方形，軸向延伸穿過所述部件。PF 34的壁58優(yōu)選由堇青石材料 的多孔陶瓷蜂窩壁構成?？梢哉J識到任何陶瓷蜂窩材料都被認為是落 入本發(fā)明的范圍內(nèi)。相鄰通道在以56表示的每一端交替^L塞住。這樣 迫使柴油懸浮微粒穿過作為機械過濾器的多孔基底壁。微粒物質(zhì)布置 在關閉通道50內(nèi)并且廢氣穿過打開通道52排出。樣i粒物質(zhì)59流入PF 34內(nèi)并被收集在其中。
為了進行再生，包括電阻材料的柵格64粘附在被稱為PF34前表 面的前外表面上。向電阻材料施加電流以產(chǎn)生熱能。認識到可以采用 厚膜加熱技術將柵格64粘附在PF34上。例如，可以向PF34的前表 面涂敷隨后刻蝕加熱材料例如銀或鎳鉻合金或者施加掩模。在不同的 其它實施方式中，柵格64包括電阻材料例如不銹鋼并利用粘合劑粘附 在PF 34上或壓配合在PF 34上。
還認識到可以以圖3所示的各種單或多路徑型式施加電阻材料。 可以去除部分電阻材料以形成通道。在不同的實施方式中，圖4所示 的多孔加熱器插入件70可以粘附在PF34的前表面上。在上述任何一 種實施方式中，穿過PF 34的廢氣攜帶在PF 34前表面產(chǎn)生的熱能沿通 道50, 52移動短距離。增加的熱能點燃在PF34入口附近存在的微粒 物質(zhì)。通過微粒燃燒產(chǎn)生的熱量隨后被引導穿過PF 34以引發(fā)PF 34 內(nèi)其余微粒的燃燒。具體參照圖5，在通道50， 52的入口 62處另外涂敷熱傳導層72。 層72可以沿關閉通道50的打開端短距離延伸。在不同實施方式中， 傳導層在PF34的前表面的一英寸內(nèi)延伸。柵格64的電阻材料接觸傳 導層72。當電能經(jīng)過電阻材料時，熱能被傳導到傳導層。來自傳導層 72的熱量點燃PF 34入口附近存在的微粒物質(zhì)。
現(xiàn)在參照圖6,數(shù)據(jù)流程圖表示嵌入控制模塊44內(nèi)的微粒過濾器 傳播支持系統(tǒng)的不同實施方式。根據(jù)本發(fā)明的微粒過濾器傳播支持系 統(tǒng)的不同實施方式可以包括嵌入控制模塊44內(nèi)的任意數(shù)量的子模塊。 可以認識到，圖6中所示的子模塊可以組合和/或進一步分開以同樣控 制PF34的再生。對系統(tǒng)的輸入可以從車輛10 (圖1)感應，由車輛 IO(圖I)內(nèi)的其它控制模塊(未示出)接收，和/或通過控制模塊44 內(nèi)的其它子模塊(未示出)確定/模制。在不同實施方式中，圖6所示 的控制模塊44包括再生模塊80、傳播模塊82和溫度調(diào)節(jié)模塊84。
再生模塊80接收對PF34(圖l)中積聚微粒物質(zhì)的估計作為輸入， 其被稱為微粒物質(zhì)含量86?；谖⒘Ｎ镔|(zhì)含量86,再生模塊80產(chǎn)生 電流控制信號86以控制流向PF34 (圖1 )以啟動再生的電流。再生模 塊80還可以接收通過傳播模塊82確定的傳播狀態(tài)90，這一點將在下 文進一步論述。 一旦傳播狀態(tài)90表明傳播已經(jīng)開始，則再生模塊80 中斷電流控制信號88。
傳播模塊82接收廢氣溫度92、柵格溫度94、含氧量96、廢氣流 動98以及微粒物質(zhì)含量86作為輸入。根據(jù)廢氣溫度92、柵格溫度94、 含氧量96、廢氣流動98以及微粒物質(zhì)含量86中的至少一個，傳播模 塊82估計PF34 (圖1)中的微粒物質(zhì)的燃燒溫度IOO。利用微粒物質(zhì) 燃燒溫度100和廢氣流動98,傳播模塊82確定燃燒的傳播狀態(tài)卯并 由此確定燃燒是否已經(jīng)熄滅。例如，如果再生停止，則傳播狀態(tài)90被 設定為真(TRUE)。相反，如果再生已經(jīng)完成，則傳播狀態(tài)90被設 定為假(FALSE)。
溫度調(diào)節(jié)模塊84接收傳播狀態(tài)卯、微粒物質(zhì)燃燒溫度100以及 DOC溫度102作為輸入。根據(jù)傳播狀態(tài)90,溫度調(diào)節(jié)模塊84確定再 生是否已經(jīng)完成。如果再生還沒有完成并且微粒物質(zhì)燃燒溫度100表 明傳播熄滅，則溫度調(diào)節(jié)模塊84根據(jù)DOC溫度102提高流入PF 34 (圖l)內(nèi)的廢氣的溫度。例如，如杲DOC溫度102大于放熱極限，圖1)提供熱援助以加熱DOC 32 (圖1 )。如 果DOC溫度102小于放熱極限，則經(jīng)由后燃料噴射器53向PF 34提 供燃料或是向發(fā)動機12提供強脈沖?，F(xiàn)在參照圖7,流程圖表示可以通過根據(jù)本發(fā)明不同方面的圖6所 示的微粒過濾器傳播支持系統(tǒng)完成的示例性微粒過濾器傳播支持方 法?？梢哉J識到，該示例性微粒過濾器傳播支持方法中各步驟的執(zhí)行 順序在不改變本方法精神的前提下可以改變。示例性微粒過濾器傳播 支持方法可以在控制模塊操作的過程中周期性執(zhí)行或者被設計成根據(jù) 某些情形運行。在一種實例中，所述方法在200開始。在210通過控制流向PF34 (圖1 )的電流啟動再生。在220估計燃燒微粒物質(zhì)的傳播狀態(tài)卯。 如果在220傳4番狀態(tài)表明傳播已經(jīng)開始，則在230控制中斷流向PF34 (圖l)的電流。相反，如果在220傳播狀態(tài)90表明傳播還沒有開始， 則所述方法繼續(xù)在210控制流向PF34 (圖1 )的電流。一旦在230斷開流向PF34 (圖1)的電流并且如果在240完成再 生，則所述方法可以在290結束。然而，如果在240沒有完成再生， 則在250估計燃燒溫度100。如果在250燃燒溫度IOO正常，則所述方 法繼續(xù)在240監(jiān)控傳播狀態(tài)90以確定是否已經(jīng)完成再生。相反，如果 燃燒溫度100表明微粒物質(zhì)的燃燒不正常，例如在250出現(xiàn)熄滅燃燒 的更高溫度，則在260估計DOC溫度102。如果在260DOC溫度102 高于放熱極限，則在270向PF34(圖l)提供熱援助。相反如果在260 DOC溫度102小于放熱極限，則在280向PF 34(圖1 )提供燃料援助。 此后，所述方法返回執(zhí)行并在250監(jiān)控燃燒溫度100，直至燃燒溫度 100變?yōu)檎２⒃?30開始完成再生。本領域技術人員現(xiàn)在從以上描述中可以認識到可以通過多種方式 實施本發(fā)明的主要教導。因此，盡管已經(jīng)結合本發(fā)明的具體實例對本 發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明的真實范圍并非局限于此，因為專業(yè)技術 人員在研究了附圖、說明書和以下權利要求之后顯然可以做出其它修 改。
權利要求
1.一種控制微粒過濾器再生的控制系統(tǒng)，包括控制流向微粒過濾器的電流以啟動微粒物質(zhì)在微粒過濾器中燃燒的再生模塊；根據(jù)燃燒溫度估計微粒物質(zhì)燃燒的傳播狀態(tài)的傳播模塊；以及通過選擇性提高穿過微粒過濾器的廢氣的溫度而控制燃燒溫度的溫度調(diào)節(jié)模塊。
2. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，溫度調(diào)節(jié)模塊還根據(jù) 氧化催化劑的溫度控制廢氣溫度。
3. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，溫度調(diào)節(jié)模塊還通過 向廢氣中噴射燃料來控制廢氣溫度。
4. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，溫度調(diào)節(jié)模塊還通過 控制氧化催化劑內(nèi)的燃燒來控制廢氣溫度。
5. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳播模塊還根據(jù)燃燒 溫度和廢氣流動估計傳播狀態(tài)。
6. 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳播模塊還根據(jù)微粒 過濾器中微粒物質(zhì)含量、廢氣溫度、微粒過濾器溫度以及廢氣含氧量 中的至少一個估計燃燒溫度。
7. 如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，微粒過濾器的溫度基 于微粒過濾器電阻柵格的溫度并且微粒過濾器電阻柵格的溫度基于流 向電阻柵才各的電流和向電阻柵格供給的電壓。
8. —種控制微粒過濾器再生的控制方法，包括通過控制流向微粒過濾器的電流來啟動微粒過濾器中的微粒物質(zhì) 的燃燒；根據(jù)燃燒溫度估計燃燒的傳播狀態(tài)；以及 通過控制穿過微粒過濾器的廢氣的溫度來選擇性提高燃燒溫度。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括提高廢氣溫度 以提高燃燒溫度。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括通過向廢氣中 噴射燃料來提高廢氣溫度。
11. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，還包括通過控制氧化 催化劑內(nèi)的燃燒來提高廢氣溫度。
12. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述估計還包括根據(jù) 燃燒溫度和廢氣流動估計傳播狀態(tài)。
13. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)微粒過濾 器中微粒物質(zhì)的含量、廢氣溫度、微粒過濾器溫度以及廢氣含氧量中 的至少一個估計燃燒溫度。
14. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)微粒過濾 器的電阻柵格的溫度估計微粒過濾器溫度并且電阻柵格的溫度基于流 向電阻柵格的電流和向電阻柵格供給的電壓。
15. —種車輛，包括過濾發(fā)動機廢氣中微粒物質(zhì)的微粒過濾器，其中微粒過濾器的上 游端接收發(fā)動機廢氣；電阻材料的柵格，其被施加在微粒過濾器外部上游表面并選擇性 加熱穿過柵格的廢氣以啟動微粒過濾器內(nèi)微粒物質(zhì)的燃燒；以及控制模塊，其通過控制流向微粒過濾器柵格的電流來啟動微粒物 質(zhì)的燃燒，根據(jù)燃燒溫度估計燃燒傳播狀態(tài)，以及通過控制發(fā)動機廢 氣溫度來提高燃燒溫度。
16. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，控制模塊提高發(fā)動 機廢氣的溫度以提高燃燒溫度。
17. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，控制模塊通過向發(fā) 動機廢氣中噴射燃料來提高發(fā)動機廢氣的溫度。
18. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，還包括氧化催化劑， 并且控制模塊通過控制氧化催化劑內(nèi)的燃燒來提高發(fā)動機廢氣溫度。
19. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)燃燒 溫度和發(fā)動機廢氣流動中的至少一個估計傳播狀態(tài)。
20. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)微粒 過濾器中微粒物質(zhì)的含量、發(fā)動機廢氣溫度、柵格溫度以及發(fā)動機廢 氣含氧量中的至少一個估計燃燒溫度。
21. 如權利要求15所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)流向 柵格的電流和向柵才各供給的電壓估計柵格溫度。
全文摘要
提供一種電加熱微粒過濾器傳播支持方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上包括控制流向微粒過濾器的電流以啟動微粒過濾器中微粒物質(zhì)的燃燒的再生模塊。傳播模塊根據(jù)燃燒溫度估計微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)。溫度調(diào)節(jié)模塊通過選擇性提高穿過微粒過濾器的廢氣的溫度來控制燃燒溫度。
文檔編號F01N9/00GK101307711SQ20081009957
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權日2007年5月15日
發(fā)明者E·V·貢澤, F·阿門特, M·J·小帕拉托爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司