專利名稱：低排氣溫度電加熱顆粒物質(zhì)過濾器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顆粒物質(zhì)(PM)過濾器，且更具體地涉及電加 熱PM過濾器。
背景技術(shù)：
該部分的內(nèi)容僅提供與本披露有關(guān)的背景信息，且可能不 構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
發(fā)動才幾(如柴油發(fā)動機(jī))產(chǎn)生顆粒物質(zhì)(PM)，所述顆粒 物質(zhì)(PM)由PM過濾器從排氣氣體過濾。PM過濾器布置在發(fā)動機(jī)的 排氣系統(tǒng)中。PM過濾器降低在燃燒期間產(chǎn)生的PM排放。
隨著時間的過去，PM過濾器變滿。在再生期間，PM可在 PM過濾器內(nèi)燃燒。再生可包括將PM過濾器加熱至PM的燃燒溫度。 有許多方式進(jìn)行再生，包括修改發(fā)動機(jī)管理、使用燃料燃燒器、使用催 化氧化劑以借助于燃料后噴射增加排氣溫度、使用電阻加熱線圏、和/ 或使用微波能量。電阻加熱線圈通常與PM過濾器接觸布置，以允許通 過傳導(dǎo)和對流加熱。
當(dāng)獲得高于燃燒溫度(如600。C)的溫度時，柴油機(jī)PM燃 燒。燃燒的啟動使得溫度進(jìn)一步增加。雖然火花點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)通常在排 氣氣流中具有低的氧氣水平，但是柴油發(fā)動機(jī)具有顯著更高的氧氣水 平。雖然增加的氧氣水平使得PM過濾器的快速再生可行，但其也可能 引起一些問題。
使用燃料的PM降低系統(tǒng)往往降低燃料經(jīng)濟(jì)性。例如，許 多基于燃料的PM降低系統(tǒng)降低燃料經(jīng)濟(jì)性5%。電加熱PM降低系統(tǒng) 以可忽略的量降^f氐燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，難以實(shí)現(xiàn)電加熱PM降4氐系統(tǒng)的 耐用性。發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括顆粒物質(zhì) (PM)過濾器、傳感器、加熱元件、和控制模塊。所迷PM過濾器包括 接收排氣氣體的上游端、下游端和多個區(qū)域。所述傳感器感測所述排氣 氣體的溫度。所述控制模塊控制供應(yīng)給所迷加熱元件的電流，以對流加 熱所述區(qū)域之一并啟動再生過程。當(dāng)所述溫度小于預(yù)定溫度時，所述控 制模塊相對于參考再生電流電平選擇性地增加供應(yīng)給所述加熱元件的 電流。
在其它特征中， 一種方法包括設(shè)置顆粒物質(zhì)(PM)過濾器， 所述PM過濾器包括接收排氣氣體的上游端、下游端和多個區(qū)域。感測 所述排氣氣體的溫度?？刂乒?yīng)給加熱元件的電流，以對流加熱所述區(qū) 域之一并啟動再生過程。當(dāng)所述溫度小于預(yù)定溫度時，相對于參考再生 電流電平選擇性地增加供應(yīng)給所述加熱元件的電流。
在另外的特征中， 一種系統(tǒng)包括PM過濾器、傳感器、加 熱元件、和控制模塊。所述PM過濾器包括接收排氣氣體的上游端、下 游端和多個區(qū)域。所述傳感器感測所述排氣氣體的排氣氣體溫度。所述 控制模塊選擇性地起用和調(diào)節(jié)所述加熱元件的輸出，以對流加熱所述區(qū) 域之一并啟動再生過程。當(dāng)所述排氣氣體溫度小于預(yù)定溫度時，所述控 制模塊選擇性地調(diào)節(jié)所述加熱元件的操作，以將所述上游端的一部分的 溫度增加至再生溫度水平，所述再生溫度水平支持燃燒從所述上游端沿 所述PM過濾器向所述下游端傳播。
在另外的特征中，上述系統(tǒng)和方法用由一個或更多處理器 執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤?。所述?jì)算機(jī)程序可以保存在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 上，例如但不限于存儲器、非易失性數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、和/或其它合適的有 形存儲介質(zhì)。
本披露的進(jìn)一步應(yīng)用范圍從在此提供的詳細(xì)說明、權(quán)利要 求和附圖顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)說明和具體示例僅用于圖示i兌明的目的，而不限定本披露的范圍。


在此所述的附圖^f又用于圖示"^兌明的目的，而決不限定本拔: 露的范圍。
圖1是包括顆粒物質(zhì)(PM)過濾器的示范性發(fā)動機(jī)的功能 方塊圖，所述PM過濾器帶有從所述PM過濾器隔開的分區(qū)進(jìn)口加熱器；
圖2是示出了根據(jù)本披露的實(shí)施例的PM過濾器再生方法 的流程 圖3示出了由于冷的排氣溫度而不完全再生的PM過濾器；
圖4更詳細(xì)地示出了圖1的電加熱PM過濾器的分區(qū)進(jìn)口加熱器的示范性分區(qū)；
圖5示出了圖4的分區(qū)進(jìn)口加熱器的一個區(qū)域中的示范性電阻加熱器；
圖6示出了具有從所述PM過濾器隔開的分區(qū)電加熱器的 電加熱PM過濾器；
圖7示出了分區(qū)電加熱器內(nèi)的加熱；和
圖8是示出了由控制模塊為再生PM過濾器進(jìn)行的步驟的 流程圖。
具體實(shí)施方式
以下說明本質(zhì)上僅為示范性的且不打算限定本披露、應(yīng)用 或使用。應(yīng)當(dāng)理解，在整個附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的 部件或特征。
如在此使用的，術(shù)語"模塊"指的是專用集成電路(ASIC)、 電子電路、執(zhí)行一個或更多軟件或固件程序的處理器(共用、專用、或 群組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它合適部件。
現(xiàn)在參見圖1,根據(jù)本披露示意性地圖示了示范性柴油發(fā) 動機(jī)系統(tǒng)IO。應(yīng)當(dāng)理解，柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10實(shí)質(zhì)上僅為示范性的，且 在此所述的區(qū)域加熱的顆粒物過濾器再生系統(tǒng)11可以用于采用顆粒物 過濾器的各種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中。這種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)可包括但不限于汽油直 接噴射發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和均質(zhì)壓燃發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。為了討-論簡單，本4皮露將關(guān)于柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)討論。
渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動機(jī)12,發(fā)動機(jī)12燃 燒空氣和燃料混合物產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。空氣通過空氣過濾器14進(jìn)入系統(tǒng)。 空氣通過空氣過濾器14且被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓縮進(jìn) 入系統(tǒng)10的新鮮空氣?？傮w上來說空氣壓縮越大，發(fā)動機(jī)12的輸出越 大。然后，壓縮空氣在進(jìn)入進(jìn)氣歧管22之前通過空氣冷卻器20。
進(jìn)氣歧管22中的空氣分配到汽缸26中。雖然圖示了4個 汽缸26,但是本披露的系統(tǒng)和方法可以用于具有多個汽缸的發(fā)動機(jī)中， 包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個汽缸。也應(yīng)當(dāng)理解，本 披露的系統(tǒng)和方法可以用于v型汽缸結(jié)構(gòu)。燃料由燃料噴射器28噴入 汽缸26中。來自壓縮空氣的熱點(diǎn)燃空氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物 的燃燒產(chǎn)生排氣。排氣離開汽缸26進(jìn)入排氣系統(tǒng)27。
排氣系統(tǒng)27包括排氣歧管30、柴油氧化催化劑(doc) 32、和帶有分區(qū)進(jìn)口加熱器35的顆粒物質(zhì)(pm)過濾器組件34。任選 地，egr閥(未示出)將一部分排氣再循環(huán)回到進(jìn)氣歧管22中。排氣 的其余部分引入渦輪增壓器18以驅(qū)動渦輪。渦輪利于從空氣過濾器14 接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器18流動通過doc32，通過 分區(qū)加熱器35且進(jìn)入pm過濾器組件34。 doc32基于燃燒后的空氣/ 燃料比氧化排氣。氧化量增加排氣的溫度。pm過濾器組件34從doc32 接收排氣且過濾排氣中存在的任何碳煙顆粒物。分區(qū)進(jìn)口加熱器35從 pm過濾器組件34隔開，且加熱排氣至再生溫度，如下所述。
控制模塊44基于各種感測信息控制發(fā)動機(jī)和pm過濾器再 生。更具體而言，控制模塊44估算pm過濾器組件34的載荷。當(dāng)來自 發(fā)動機(jī)12的排氣氣體溫度小于預(yù)定水平時，且當(dāng)所估算的載荷達(dá)到預(yù) 定水平時，并且/或當(dāng)排氣流率在希望范圍內(nèi)時，控制經(jīng)由電源46供應(yīng) 給pm過濾器組件34的電流以啟動再生過程。再生過程的持續(xù)時間可 基于pm過濾器組件34中的顆粒物質(zhì)的估算量變動。
在再生過程期間，電流施用于分區(qū)加熱器35。更具體而言， 所述能量分別加熱pm過濾器組件34的加熱器35的選定區(qū)域預(yù)定周期。 通過加熱器35的排氣氣體由所起用的區(qū)域加熱。加熱后的排氣氣體行 進(jìn)到pm過濾器組件34的下游過濾器，且通過對流加熱該過濾器。再 生過程的其余部分使用由通過pm過濾器的加熱后的排氣產(chǎn)生的熱實(shí)現(xiàn)。
上述系統(tǒng)可包括多個傳感器60。傳感器60可用于確定排 氣流量水平、排氣溫度水平、排氣壓力水平、氧氣水平、進(jìn)氣空氣流率、 進(jìn)氣空氣壓力、進(jìn)氣空氣溫度、發(fā)動機(jī)速度、EGR信息等。示出了排氣 流量傳感器62、排氣溫度傳感器64、排氣壓力傳感器66、氧氣傳感器 68、 EGR傳感器70、進(jìn)氣空氣流量傳感器72、進(jìn)氣空氣壓力傳感器74、 進(jìn)氣空氣溫度傳感器76、和發(fā)動機(jī)速度傳感器78。傳感器80可以為排 氣溫度和/或壓力傳感器。傳感器82可以為發(fā)動機(jī)速度傳感器。
現(xiàn)在參見圖2，示出了 PM過濾器再生方法的邏輯流程圖。
在一個實(shí)施例中，進(jìn)行PM過濾器再生而不用相關(guān)發(fā)動機(jī) 的輔助。換句話說，不調(diào)節(jié)空氣流量、氧氣水平、燃料噴射、和排氣氣 體再循環(huán)(EGR)來輔助再生過程。
在電加熱PM過濾器模式中，供應(yīng)給加熱器(加熱元件) 的電流被調(diào)節(jié)，以根據(jù)碳煙栽荷、排氣中的氧氣水平、排氣溫度、排氣 流量等提供加熱溫度。除了電流調(diào)節(jié)之外，或作為電流調(diào)節(jié)的備選，可 調(diào)節(jié)加熱器(加熱元件)的電壓和/或工作時間。查詢表可用于提供合適 的加熱器電流、電壓和/或工作時間水平。
當(dāng)與選定區(qū)域("燃燒區(qū)域")有關(guān)的PM過濾器的輸入 部分的溫度低于適當(dāng)再生的溫度時，增加加熱元件電流。這增加了加熱 元件溫度，從而增加了燃燒區(qū)域的輸入溫度。加熱元件和/或輸入部分的 溫度可增加至高于預(yù)定峰值PM過濾器操作溫度。
PM過濾器可具有預(yù)定峰值操作溫度，所述預(yù)定峰值操作 溫度可基于排氣系統(tǒng)中的排氣或排氣氣體的當(dāng)前溫度。峰值操作溫度可 與潛在PM過濾器降級點(diǎn)有關(guān)。例如，當(dāng)排氣溫度大于大約300。C時， PM過濾器在大于800°C的操作溫度時可能開始運(yùn)轉(zhuǎn)失靈。對不同的PM 過濾器，峰值操作溫度可能不同。峰值操作溫度與PM過濾器的一部分 的平均溫度或PM過濾器的總體平均溫度有關(guān)。
在步驟100，控制程序開始且前進(jìn)到步驟102。在步驟102， 控制程序確定是否需要再生。如果需要再生，控制程序前進(jìn)到步驟104。
在步驟104,控制程序可選擇用于再生的一個或更多區(qū)域。 在步驟106,控制程序確定排氣或排氣氣體的溫度。上述一個或更多的 溫度傳感器可用于產(chǎn)生排氣氣體溫度信號。溫度信號可表示PM過濾器上游或下游的排氣/排氣氣體的溫度。溫度信號也可表示或替代地表示PM過濾器和/或PM過濾器內(nèi)的排氣氣體的溫度。
在步驟108,當(dāng)步驟106的溫度小于預(yù)定溫度水平時，控 制程序前進(jìn)到步驟112，否則控制程序前進(jìn)到步驟110。例如，當(dāng)PM過 濾器上游的排氣氣體的排氣氣體溫度小于大約300。C時，控制程序前進(jìn) 到步驟112。
在步驟110，進(jìn)行選定區(qū)域的再生。該再生可包括將選定 區(qū)域的燃燒區(qū)域溫度增加至第一預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平。再生可包括下 文所述的步驟312-324。所述第一預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平可對應(yīng)于第一 加熱元件輸出水平、電流電平、電壓電平和/或工作時間水平。所述預(yù)定 燃燒區(qū)域溫度水平也可對應(yīng)于參考再生輸出水平、參考再生電流電平、 參考再生電壓電平、參考再生工作時間水平等。例如，所述第一預(yù)定燃 燒區(qū)域溫度水平可大約在700。C-900。C之間。
在步驟112，進(jìn)行選定區(qū)域的再生。該再生可包括將選定 區(qū)域的燃燒區(qū)域溫度增加至第二預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平。再生可包括下 文所述的步驟312-324。所述第二預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平大于所述第一 預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平。通過將選定加熱元件的電流、電壓和/或工作時 間增加至大于步驟110中設(shè)置的水平，從而可以提供所述第二預(yù)定燃燒 區(qū)域溫度水平。例如，所述第二預(yù)定燃燒區(qū)域溫度水平可大約在 900。C-1300。C之間。
步驟110和U2的電流、電壓和/或工作時間水平可基于步 驟106的溫度、以及來自其它傳感器(如來自圖1的傳感器60)的信息 i殳定。步驟H0和112的電流、電壓和/或工作時間水平也可以基于PM 過濾器中感測的和/或預(yù)測的碳煙水平設(shè)定。電流、電壓和/或工作時間 水平設(shè)定為確保燃燒傳播從PM過濾器的上游端行進(jìn)到下游端且不熄 滅。
在步驟114，控制程序確定附加的區(qū)域是否需要再生。當(dāng) 附加的區(qū)域需要再生時，控制程序返回到步驟104。否則，控制程序結(jié)束。
現(xiàn)在參見圖3,示出了由于冷的排氣溫度引起的不完全再 生的PM過濾器。當(dāng)排氣溫度小于或等于大約300°C時，再生期間PM 過濾器中的放熱反應(yīng)可軸向地沿PM過濾器逐漸熄滅。冷的排氣氣體往往在熱傳播波沿PM過濾器傳播時破壞熱傳播波。當(dāng)排氣溫度過低時， 由于傳播波的燃燒區(qū)域外邊緣暴露給冷的排氣氣體，PM過濾器的已加 熱區(qū)域尺寸收縮。
通常柴油發(fā)動機(jī)操作并提供大約在150-300°C之間的排氣 溫度。因而，如果再生過程用接近或低于推薦峰值操作溫度的加熱元件 溫度啟動，再生過程可能是不完全的。PM過濾器中的大量碳煙可能沒 有燃盡，如圖3所示。
在圖3中，示出了 PM過濾器130的區(qū)域且所述區(qū)域在PM 過濾器130的輸入端(上游端)131上標(biāo)記1-5。圖3的PM過濾器作為 示例提供，以圖示在再生過程期間熄滅的放熱反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)放熱反應(yīng) 沿PM過濾器傳播時，由于排氣氣體和/或PM過濾器的低溫以及/或缺乏 提供用于啟動放熱反應(yīng)的能量，所述放熱反應(yīng)可能熄滅。PM過濾器130 的截面?zhèn)?34的黑暗區(qū)域132表示PM過濾器130中剩余的碳煙。剩余 的碳煙是放熱反應(yīng)在再生過程期間熄滅的結(jié)果。剩余的碳煙量朝PM過 濾器130的輸出端(下游端)136遞增。
為了改進(jìn)再生，當(dāng)排氣溫度為大約300°C或更低時，調(diào)節(jié) 加熱元件電流、電壓和/或工作時間，以將PM過濾器上游端的一部分的 溫度增加至高于正常預(yù)定峰值操作溫度。所述正常預(yù)定峰值操作溫度可 稱為PM過濾器的總體峰值操作溫度。
加熱元件溫度增加，使得碳煙燃燒沿PM過濾器的長度穩(wěn) 定地傳播而不熄滅。燃燒溫度充分增加，使得火焰前鋒沿PM過濾器通 道傳播，而不影響火焰前鋒的已加熱區(qū)域的尺寸。在一個實(shí)施例中，一 個或更多區(qū)域或者一個或更多區(qū)域的部分(片段)的加熱元件溫度增加 至高于峰值操作溫度。所述峰值操作溫度是PM過濾器的推薦總體峰值 操作溫度。因而，雖然PM過濾器的一部分的峰值操作溫度高于推薦峰 值操作溫度，但是PM過濾器的總體平均溫度低于所述峰值操作溫度。 由此，PM過濾器內(nèi)的內(nèi)膨脹壓力不超過與潛在PM過濾器降級有關(guān)的 壓力閾值。
與加熱后的區(qū)域或區(qū)域部分有關(guān)的加熱元件的溫度可增加 至大約900-1300。C。在一個實(shí)施例中，加熱元件溫度增加至大約在 1000-1200°C之間?？梢赃M(jìn)行該溫度增加而不需要任何發(fā)動機(jī)輔助或空 氣流量、氧氣水平、燃料噴射、和排氣氣體再循環(huán)(EGR)調(diào)節(jié)。然而，發(fā)動機(jī)輔助可根據(jù)情況進(jìn)行。
加熱元件溫度可基于碳煙載荷、排氣中的氧氣水平、排氣 溫度、排氣流量等增加。例如，當(dāng)存在高的空氣流率時，加熱器電流可 以增加，因?yàn)檩^少的熱駐留在PM過濾器的輸入端。查詢表可用于提供 合適的加熱器電流電平和/或加熱器電流電平增加量。電流電平可根據(jù)區(qū) 域、區(qū)域部分、區(qū)域或區(qū)域部分的數(shù)量、區(qū)域或區(qū)域部分的位置和相對 定4立而不同。
在一個實(shí)施例中，每次一個區(qū)域進(jìn)行再生。在另一實(shí)施例 中，對多個區(qū)域部分進(jìn)行再生。在又一實(shí)施例中，在PM過濾器任何一 個再生過程期間，總體加熱的面積為PM過濾器的前輸入端截面面積的 大約20%±5%。因而，大約進(jìn)4亍5次再生以乂人PM過濾器130的所有區(qū) 域去除碳煙。在又一實(shí)施例中，沿PM過濾器周邊的外側(cè)區(qū)域在內(nèi)部區(qū) 域再生之前再生。
與上述再生過程有關(guān)的燃料消耗量是可忽略的或大約為O。 該方法利用碳煙能量再生PM過濾器。由于高溫時的碳煙氧化速率，再 生時間是最小的。
現(xiàn)在參見圖4,示出了另一示范性分區(qū)進(jìn)口加熱器布置。 中心部分可由包括第 一周向區(qū)域帶的中間區(qū)域環(huán)繞。所述中間部分可由 包括第二周向區(qū)域帶的外部部分環(huán)繞。
在該示例中，中心部分包括區(qū)域1。第一周向區(qū)域帶包括 區(qū)域2和3。第二周向區(qū)域帶包括區(qū)域1、 4和5。借助于上述實(shí)施例， 起用區(qū)域的下游部分再生，同時停用區(qū)域的下游部分提供應(yīng)力減輕?？?以理解，每次可以起用區(qū)域l、 2、 3、 4和5中的一個。其它區(qū)域保持停用。
電加熱器可從PM過濾器隔開。換句話說，電加熱器可位 于PM過濾器前面但不與下游PM過濾器接觸。加熱器選擇性地加熱PM 過濾器的部分。PM過濾器可以安裝為足夠靠近PM過濾器前面，以控 制加熱模式。加熱器的長度可以設(shè)定為優(yōu)化排氣氣體溫度。
熱能由排氣氣體從加熱器傳遞給PM過濾器。因而，PM過 濾器主要通過對流加熱。電加熱器可以分成多個區(qū)域以降4氐加熱PM過 濾器所需要的電功率。所述區(qū)域也加熱PM過濾器內(nèi)的下游選定部分。 通過僅加熱過濾器的選定部分，減少了基底中由于熱膨脹引起的力的大小。因而，可以在再生期間使用較高的局部碳煙溫度而不損壞PM過濾器。 借助于選擇性地加熱PM過濾器前面的一個或更多區(qū)域且 使用加熱后的排氣氣體點(diǎn)燃碳煙而再生PM過濾器。當(dāng)達(dá)到足夠的表面 溫度時，加熱器關(guān)閉，且燃著的碳煙然后沿PM過濾器通道的長度分級 進(jìn)行，這類似于煙花上的燃著的引信。換句話說，加熱器可以僅起用足 以啟動碳煙點(diǎn)火的時間，且然后關(guān)閉。其它再生系統(tǒng)通常使用對流和傳 導(dǎo)，且在整個碳煙燃燒過程期間保持供給加熱器的功率(處于較低的溫 度，如600。C)。因而，與本4皮露提出的系統(tǒng)相比，這些系統(tǒng)往往使用 更多的功率。 燃著的碳煙是使再生繼續(xù)的燃料。該過程對每個加熱區(qū)域 持續(xù)，直到PM過濾器完全再生為止。 加熱器區(qū)域以使得熱應(yīng)力在起用的加熱器之間減輕的方式 隔開。因此，由于加熱引起的總體應(yīng)力更小，且所述應(yīng)力分布在整個電 加熱PM過濾器的容積內(nèi)。該方法允許在電加熱PM過濾器的較大的部 分中再生，而不產(chǎn)生損壞電加熱PM過濾器的熱應(yīng)力。 現(xiàn)在參見圖5,示出了靠近圖3中的笫一周向區(qū)域帶中的 區(qū)域(例如，區(qū)域3)中的一個布置的示范性電阻加熱器200。電阻加 熱器200可包括覆蓋相應(yīng)區(qū)域的一個或更多線圏以提供足夠的加熱。 現(xiàn)在參見圖6,更詳細(xì)地示出了 PM過濾器組件34。 PM過 濾器組件34包括殼體200、過濾器202、和分區(qū)加熱器35。加熱器35 可布置在層流元件210和過濾器202的基底之間。對于在PM過濾器輸 入端附近帶有端塞的PM過濾器而言，增加加熱器35的加熱元件溫度， 以增加端塞下游的PM過濾器的溫度。這允許熱能沿PM過濾器壁和/ 或通道傳播。電氣連接器211提供電流給PM過濾器組件34的區(qū)域，如 上所述。 可以理解，加熱器35可以/人過濾器202隔開，以便加熱主 要是對流加熱。絕緣件212可以布置在加熱器35和殼體200之間。排 氣氣體/人上游進(jìn)口 214進(jìn)入PM過濾器組件34，且由PM過濾器組件34 的一個或更多區(qū)域加熱。加熱后的排氣氣體行進(jìn)一定距離且由過濾器 202接收。加熱器35可從過濾器202隔開且不與過濾器202接觸。
現(xiàn)在參見圖7，更詳細(xì)地示出了 PM過濾器組件34內(nèi)的加熱。排氣氣體250通過加熱器35且被加熱器35的 一個或更多區(qū)域加熱。 加熱后的排氣氣體行進(jìn)距離"d"且然后由過濾器202接收。例如，距 離"d，，可以為1/2"或更少。過濾器202可以具有中心進(jìn)口 240、通道 242、過濾器材料244和位于進(jìn)口的徑向外側(cè)的出口 246。過濾器可以被 催化。加熱后的排氣氣體使得過濾器內(nèi)的PM燃燒，這再生PM過濾器。 加熱器35通過對流傳熱，以點(diǎn)火過濾器202的前部。當(dāng)前面部分中的 碳煙達(dá)到足夠高的溫度時，加熱器關(guān)閉。碳煙的燃燒然后沿過濾器通道 254分級進(jìn)行，而不需要對加熱器維持功率。 現(xiàn)在參見圖8,示出了再生PM過濾器的步驟?？刂瞥绦?在步驟300開始，且前進(jìn)到步驟304。如果在步驟304中控制程序確定 需要再生，則在步驟308,控制程序選定一個或更多的區(qū)域；在步驟312 對所選定區(qū)域起用加熱器。在步驟316中，控制程序根據(jù)PM過濾器加 熱元件電流、PM過濾器加熱元件電壓、排氣流量、排氣溫度等中的至 少一個估算足以實(shí)現(xiàn)最小過濾器表面溫度的加熱周期(PM過濾器工作
時間)。最小表面溫度應(yīng)當(dāng)足以啟動石友煙燃燒且形成分級效應(yīng)。例如， 最小表面溫度可設(shè)定為70(TC或更大。在步驟316的替代步驟320中， 控制程序基于預(yù)定加熱周期、排氣流量和排氣溫度估算實(shí)現(xiàn)最小過濾器 表面溫度所需要的電流和電壓。
在步驟324中，控制程序確定加熱周期是否完畢。如果步 驟324為真，在步驟326中，控制程序確定附加的區(qū)域是否需要再生。 如果步驟326為真，控制程序返回到步驟308。否則，控制程序結(jié)束。 圖2和8的上述步驟是示意性示例；所述步驟可以按次序、 同步地、同時地、連續(xù)地、在重疊的時間周期期間或#4居應(yīng)用以不同的 順序進(jìn)行。 使用中，控制模塊確定PM過濾器何時需要再生?；蛘?，再 生可以周期性地或基于事件進(jìn)行?？刂颇K可以估算整個PM過濾器何 時需要再生或PM過濾器中的區(qū)域何時需要再生。當(dāng)控制模塊確定整個 PM過濾器需要再生時，控制模塊按次序每次起用所述區(qū)域中的一個或更 多以在PM過濾器約相關(guān)下游部分中啟動再生。在區(qū)域再生之后，起用 一個或更多其它區(qū)域，同時其余區(qū)域停用。該方法繼續(xù)，直到所有區(qū)域 已被起用。當(dāng)控制模塊確定所述區(qū)域中的一個需要再生時，控制模塊啟 動對應(yīng)于需要再生的PM過濾器的相關(guān)下游部分的區(qū)域。
由于較少的再生時間，本披露可顯著地降低燃料經(jīng)濟(jì)性損 失、降低尾管溫度、且改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 現(xiàn)在，本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述說明可以理解，本披露的教 示可以以不同形式實(shí)施。因而，雖然本披露包括具體示例，但本披露的 真實(shí)范圍不應(yīng)如此限定，因?yàn)樵陂喿x附圖、說明書和所附權(quán)利要求之后， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚其它變型。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括顆粒物質(zhì)(PM)過濾器，所述PM過濾器包括接收排氣氣體的上游端、下游端和多個區(qū)域；傳感器，所述傳感器感測所述排氣氣體的溫度；加熱元件；和控制模塊，所述控制模塊控制供應(yīng)給所述加熱元件的電流，以對流加熱所述區(qū)域之一并啟動再生過程，其中，當(dāng)所述溫度小于預(yù)定溫度時，所述控制模塊相對于參考再生電流電平選擇性地增加供應(yīng)給所述加熱元件的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括多個加熱元件， 其中，所述控制模塊選擇性地起用所述多個加熱元件中的一個以對流加熱所述區(qū)域中的 一 個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱元件從所 述上游端的上游隔開預(yù)定距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述溫度超過閾 值時，所述控制模塊降低供應(yīng)給所述加熱元件的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊增加 供應(yīng)給所述加熱元件的所述電流，以將所述上游端的一部分的溫度增加 至再生溫度水平，所迷再生溫度水平支持燃燒從所述上游端沿所述PM 過濾器向所述下游端傳播。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所迷的系統(tǒng)，其特征在于，在所述部分的所述 溫度達(dá)到所述再生溫度水平之后，所述控制模塊停用所述加熱元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊借助于調(diào)節(jié)所述加熱元件的所述電流和起用工作時間支持所述再生過程，而不用調(diào)節(jié)排氣氣體流量、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣流量、燃料噴射操作、和排氣 氣體再循環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)，其特征在于，所述再生溫度水平 大于所述PM過濾器的最大操作溫度，所述最大操作溫度對應(yīng)于大于所 述預(yù)定水平的排氣氣體溫度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊增加 供應(yīng)給所述加熱元件的所述電流，以將所述上游端的一部分的溫度增加至再生溫度水平，在所述加熱元件停用時，所述再生溫度水平支持燃燒從所述上游端沿所述PM過濾器向所述下游端傳播。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述溫度大于所 述預(yù)定溫度時，所述控制模塊將所述電流設(shè)定為第一電平；當(dāng)所述溫度 小于所述預(yù)定溫度時，所述控制模塊將所述電流增加至第二電平，且其中，所述第一電平對應(yīng)于所述參考再生電流電平。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊基于 所述溫度將所述電流增加至預(yù)定電流電平。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊確定 將所述上游端的一部分加熱至最小過濾器表面溫度的加熱周期，且其中，所述控制模塊起用所述加熱元件達(dá)所述加熱周期。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱周期基 于所述加熱元件的電流和電壓中的至少 一 個確定。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱周期基 于排氣流量和所述溫度中的至少 一 個確定。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊基于 所述PM過濾器的碳煙水平、排氣流量水平和氧氣水平調(diào)節(jié)所述電流。
16. —種方法，包括設(shè)置顆粒物質(zhì)(PM)過濾器，所述PM過濾器包括接收排氣氣體的 上游端、下游端和多個區(qū)域； 感測所述排氣氣體的溫度；控制供應(yīng)給加熱元件的電流，以對流加熱所述區(qū)域之一并啟動再生 過程；和當(dāng)所述溫度小于預(yù)定溫度時，相對于參考再生電流電平選擇性地增 加供應(yīng)纟會所述加熱元件的電流。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于包括 當(dāng)所述溫度大于所述預(yù)定溫度時，將所述電流設(shè)定為第一電平；和 當(dāng)所述溫度小于所述預(yù)定溫度時，將所述電流增加至第二電平， 其中，所述第一電平對應(yīng)于所述參考再生電流電平。
18. —種系統(tǒng)，包括顆粒物質(zhì)(PM)過濾器，所述PM過濾器包括接收排氣氣體的上游 端、下游端和多個區(qū)域；傳感器，所述傳感器感測所述排氣氣體的排氣氣體溫度； 力口熱元件；和控制模塊，所述控制模塊選擇性地起用并調(diào)節(jié)所述加熱元件的輸 出，以對流加熱所述區(qū)域之一并啟動再生過程，其中，當(dāng)所述排氣氣體溫度小于預(yù)定溫度時，所述控制模塊選擇性 地調(diào)節(jié)所述加熱元件的操作，以將所述上游端的 一部分的溫度增加至再 生溫度水平，所述再生溫度水平支持燃燒從所述上游端沿所述PM過濾 器向所述下游端傳播。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)調(diào)節(jié)所述加熱 元件的所述操作時，所述控制模塊增加所述加熱元件的電流、電壓和工 作時間中的至少一個。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述溫度大于 所述預(yù)定溫度時，所述控制^f莫塊將所述輸出設(shè)定為第一水平；當(dāng)所述溫 度小于所述預(yù)定溫度時，所述控制模塊將所述輸出增加至第二水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及低排氣溫度電加熱顆粒物質(zhì)過濾器系統(tǒng)，具體而言公開了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括顆粒物質(zhì)(PM)過濾器、傳感器、加熱元件、和控制模塊。所述PM過濾器包括接收排氣氣體的上游端、下游端和多個區(qū)域。所述傳感器感測所述排氣氣體的溫度。所述控制模塊控制供應(yīng)給所述加熱元件的電流，以對流加熱所述區(qū)域之一并啟動再生過程。當(dāng)所述溫度小于預(yù)定溫度時，所述控制模塊相對于參考再生電流電平選擇性地增加供應(yīng)給所述加熱元件的電流。
文檔編號F01N3/022GK101403328SQ200810160818
公開日2009年4月8日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者E·V·岡策, G·巴蒂亞, M·J·小帕拉托爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司