專利名稱：用于電加熱微粒過(guò)濾器分區(qū)再生的可變功率分布的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，更具體地是，涉及電加熱PM過(guò)濾器的 功率管理。 背景,
本部分的陳述僅提供與本發(fā)明內(nèi)容相關(guān)的背景S^信息，但并不構(gòu)成現(xiàn)有 技術(shù)。
發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生微粒物質(zhì)(PM)，該微粒物質(zhì)3IilPM過(guò)濾 器AAit氣中過(guò)濾掉。所述PM過(guò)濾器置于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)上。PM過(guò)濾飄少 在燃燒期間所生成的PM排放。
隨著時(shí)間的過(guò)去，PM過(guò)濾器變得飽和。在再生期間，PM可在PM過(guò)濾器 內(nèi)燃燒。再生可包括加熱PM過(guò)濾器以達(dá)到PM的燃燒溫度。有各種不同的方 法執(zhí)行再生，包括改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)管理，^OT燃料燃燒器，使用催化氧化劑來(lái)提高 燃料噴射后的im,，使用耐熱線圈，和/或JOT1^波能量。所述耐熱線圈典 型地以與PM過(guò)濾器接觸的方式進(jìn)行布置，以允許通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流進(jìn)行加熱。
當(dāng)鵬達(dá)到例如60(TC的燃燒鵬之上時(shí)，柴油PM燃燒。開(kāi)始燃燒后，會(huì) 促使溫度的進(jìn)一步升高。盡管火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)典型地在廢氣流中具有較低的 氧濃度，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)卻具有明顯較高的氧濃度。盡管氧濃度的提高能使PM過(guò) 濾器快速再生，但也引起一些問(wèn)題。
4頓燃料的PM還原系繊于 >燃料的經(jīng)濟(jì)性。例如，許多燃料基PM 還原系統(tǒng)減少5%的燃料經(jīng)濟(jì)性。電加熱PM還原系統(tǒng)在M^燃料經(jīng)濟(jì)方面可以忽略不計(jì)。然而，4fei獲得電加熱pm還原系統(tǒng)的耐用性。并且，功率對(duì)電加
熱pm而言也很重要。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有多個(gè)區(qū)域的微 粒物質(zhì)(pm)過(guò)濾器、電加熱器和控制模塊。該電加熱器包括多個(gè)加熱段，齡 加熱m應(yīng)于區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域。該電加熱 置在pm加熱器的上游瓶近 pm過(guò)濾器。該控制?！繼1^所述加熱器段中的第一段有選擇地將第一能量水平 應(yīng)用至IJ所述區(qū)域中的第一區(qū)域，以啟動(dòng)第一區(qū)域的再生。該控制模塊也通過(guò)所 述加熱器段中的第二段有選擇地將小于第一能量水平的第二能量水平應(yīng)用到所 述區(qū)域中的第二區(qū)域，以啟動(dòng)第二區(qū)域的再生。
在別的特征中，提供了一種方法，該方法包括提供了具有多個(gè)區(qū)域的微粒 (pm)過(guò)濾器。電加熱器包括加熱段，每個(gè)加熱艦應(yīng)于所述區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域，
其布置在pm加熱器的上游并接近pm過(guò)濾器。第一能量水平通掛; 述加熱器
段中的第一段有選擇地應(yīng)用到所述區(qū)域中的第一區(qū)域，以啟動(dòng)第一區(qū)域的再生。 第二能量水平通過(guò)所述加熱器段中的第二段有選擇地應(yīng)用到所述區(qū)域中的第二 區(qū)域，以啟動(dòng)第二區(qū)域的再生。
還在別的特征中，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有多個(gè)區(qū)域的微粒物質(zhì) (pm)過(guò)濾器、電加熱器和控制模塊。該電加熱器包括多個(gè)加熱段，各加熱段分 別對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域。該電加熱駒置在pm力口繊的上游瓶近 pm過(guò)濾器。該控制模塊Mil有選擇地將不同的能量水平應(yīng)用至U所述區(qū)域中的各 個(gè)區(qū)域以再生所述區(qū)域。
通過(guò)本文的描述，進(jìn)一步的應(yīng)用范圍將變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明 的描述和具體的實(shí)施例柳于闡述的目的，而非用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。


在此，所描述的附圖僅為了闡述的目的，而非以任何方式來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
圖1為示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)合了用于電加熱微粒物質(zhì)(pm) 過(guò)濾器的功率分布系統(tǒng)；
圖2示出了用于圖1中的電加熱pm過(guò)濾器的分區(qū)入口加熱器的示例性分
區(qū)；圖3示出了用于圖1中的電加熱PM過(guò)濾器的分區(qū)入口加熱器的示例性分
區(qū)；
圖4示出了圖3中的分區(qū)入口加熱器的一個(gè)區(qū)域中的示例性電阻加，； 圖5示出了具有分區(qū)電加熱器的圖1的電加熱PM過(guò)濾器； 圖6示出了圖1和圖5中的分區(qū)電加繊內(nèi)的加熱；
圖7為示例性步驟的流程圖，該步驟由控制模i她行，以在啟動(dòng)再生之前 增加輸入到電加熱PM過(guò)濾器的掃汽a^
圖8為示例性步驟的流程圖，該步驟用來(lái)再生與PM過(guò)濾器相關(guān)的分區(qū)電 加鵬
圖9為示例性圖表，其示出了 PM過(guò)濾器再生期間的流動(dòng)再分布； 圖10為輸入到圖9中的5個(gè)區(qū)域中的各個(gè)區(qū)域的能量示例圖表。
具體實(shí)施例方式
以下描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，耐師來(lái)限制本發(fā)明公開(kāi)、應(yīng)用或!頓。 應(yīng)當(dāng)理解，在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部件和特征。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)模塊是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一 個(gè)或多個(gè)軟件或固件禾聘的處理教共享的、專有的或組群吻和存儲(chǔ)器、組合邏 輯電路、和/鵬供所描述功能的其它適宜部件。
本發(fā)明在再生之謝頓電加熱器升高輸入排氣》鵬，使得PM過(guò)濾器的再 生具有更加有效。例如，在正常運(yùn)行期間，入口鵬》鵬在PM過(guò)濾器接觸處 可提高至最大廢氣溫度之上，但小于煙灰氧化溫度。iSAPM過(guò)濾器入口的廢 氣溫度可M改變發(fā)動(dòng)機(jī)的管理、使用燃料燃燒器、使用催化氧化劑以提高燃 料噴射后的^、^，禾口/或其它適當(dāng)?shù)姆椒ǘ靡蕴岣摺?br> 例如，排氣溫度可上升到340攝氏度至540攝氏度之間的溫度范圍。該溫 度范圍低于典型的煙灰氧化溫度，但高于自然的排氣溫度。典型地，高效率發(fā) 動(dòng)機(jī)在低于大約300攝氏度的、皿下工作。
—旦iiAPM過(guò)濾器的排氣，上升了，電加熱器、;^r活加熱區(qū)域，逸就會(huì) 引起煙灰燃凝波m PM過(guò)濾器通道以清、,濾器。這個(gè)過(guò)程持續(xù)到所有的加 熱區(qū)域再生為止。當(dāng)PM過(guò)濾器再生運(yùn)行至贓這里所描述的增加 鵬變化范圍 內(nèi)的入口排氣鵬時(shí)，燃燒火焰頭不太可能會(huì)熄滅。增加的入口排氣、鵬也產(chǎn) 生了較小的纟破增量(delta)，該增量減少作用在PM過(guò)濾器上的熱應(yīng)力。電加熱器可以分區(qū)或不分區(qū)。電加熱器可與PM過(guò)濾 觸或者隔離。該 加熱旨選擇地加熱PM過(guò)濾器的全部或部分。該P(yáng)M過(guò)濾器可接觸^夠接 近PM過(guò)濾器的前部從而控制加熱模式?？蓪?duì)加熱器的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)置以優(yōu)化廢 氣亂
熱肯縱電加熱鵬俞到PM過(guò)濾器。PM過(guò)濾器可通艦流和/或傳導(dǎo)進(jìn)行 加熱。該電加熱器可分成區(qū)域，以減少加熱PM過(guò)濾器的功率需求。所述區(qū)域 也加熱PM過(guò)濾器內(nèi)的所選下游部分。通過(guò)iW過(guò)濾器的所選部分進(jìn)行加熱， 底層上力的大小由于熱膨脹而減少。結(jié)果，在 壞PM過(guò)濾器的情況下，在 再生期間，可使用較高的局部煙灰溫度。
ilii使用加熱的i^有選^i也加熱PM過(guò)濾器前部的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域和點(diǎn) 燃煙灰微粒，可實(shí)現(xiàn)PM過(guò)濾器的再生。當(dāng)iiSU足夠的表面溫度時(shí)，可關(guān)閉加 ，然后，燃燒煙灰微粒沿PM過(guò)濾器鵬的長(zhǎng)度層疊，這^f呈與用焰火 燃燒保險(xiǎn)絲相似。燃燒煙灰微粒作為燃燒的燃料，使再生持續(xù)下去。對(duì)于每個(gè) 加熱區(qū)域，這個(gè)ai呈相繼發(fā)生，鼓齡PM過(guò)濾辦皮完全再生。
加熱區(qū)域可以某種方式隔開(kāi)，使得活性加熱器之間的熱應(yīng)力減輕。因而， 因加熱引起的全部應(yīng)力量變得更小，并在整個(gè)電加熱PM過(guò)濾器體積范圍內(nèi)分 布。這方法允許在電加熱PM過(guò)濾器的更大段內(nèi)再生，而不產(chǎn)生破壞電加熱PM 過(guò)濾器的應(yīng)力。
最大的驗(yàn)梯度易于在分區(qū)加熱器的纖發(fā)生。因而，激活一個(gè)通過(guò)另一 加熱器的局部應(yīng)力區(qū)的加熱器，可使加熱再生容積更加活躍，而不增加旨應(yīng) 力。由于系統(tǒng)并不需要獨(dú)立地作為許多區(qū)域再生，這就會(huì)在一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)內(nèi)改 善再生機(jī)會(huì)、減少費(fèi)用和M^、旨性，
現(xiàn)參考圖l，示出了根據(jù)本發(fā)明的示例'!^油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的示意圖。應(yīng) 了解，此柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10實(shí)質(zhì)上僅是示例性的，并且本文所描述的區(qū)域加熱 微粒過(guò)濾器再生系統(tǒng)可在不同的使用微粒過(guò)濾器的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)使用。這樣的 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括，但不限于，汽油直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。為便于討論，本發(fā)明將基于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系 行討論。
發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括管理應(yīng)用到電加熱器35的功率的功率分布系統(tǒng)11 。該 功率分布系統(tǒng)11包括控翁擴(kuò)塊44，功率源46，功率切換模塊47和觔卩熱器35， 該加熱器35具有與微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器34中的區(qū)鄉(xiāng)目關(guān)的加熱段。示例性加熱段如圖4所示?？刂颇K44包括脈沖帶寬調(diào)審J(PWM)模塊49，其控制包括 電力在內(nèi)的能量和將電力應(yīng)用到加熱器段的搟賣時(shí)間。功率切換模塊47可為包 括繼電器和/或開(kāi)關(guān)51的功率分布箱，其與多個(gè)加熱器段相關(guān)。控制模塊44為 開(kāi)關(guān)51提供控制信號(hào)，以允許來(lái)自功率源46的功率傳遞到所選柳卩熱器段。
渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括燃燒空氣和燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩的 發(fā)動(dòng)機(jī)12?？諝馔ㄟ^(guò)空氣過(guò)濾器14 iSA系統(tǒng)?？諝釳31空氣過(guò)濾器14后iJA 渦輪增壓器18。該渦輪增壓器18壓縮iSA到系統(tǒng)10的新鮮空氣。 一般而言， 空氣的壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出越大。然后，壓縮空氣在iSAit氣歧管22前 M31空氣7賴卩器20。
進(jìn)氣歧管22內(nèi)的空氣分配到汽缸26內(nèi)。盡管示出了 4個(gè)汽缸26的情況， 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可在具有多個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)里實(shí)現(xiàn)，包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個(gè)汽缸。也應(yīng)了解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以V型汽缸配置 的形式實(shí)現(xiàn)。燃料iffiiM料噴射器28噴射入汽缸26。來(lái)自壓縮空氣的熱量點(diǎn)燃 空 燃料混合物?？?燃料混，的燃燒產(chǎn)生排氣。排氣自汽缸26排入排氣 系統(tǒng)。
排氣系統(tǒng)包括排氣歧管30、柴油氧化催化齊lJ(DOQ32以及具有入口加 35的微粒過(guò)濾II(PM過(guò)濾器)組件34。加熱器35可分區(qū)域。任意地，EGR閥(未 示出)回收部分排氣并將其送回進(jìn)氣歧管22。剩余的部分排氣被弓l入到渦輪增壓 器18以驅(qū)動(dòng)渦輪。渦輪i跌自空氣過(guò)濾器14的新鮮空氣更加容易壓縮。排氣 自渦l^ii壓器18流經(jīng)DOC32、加熱器35， iaXPM過(guò)濾器組件34。該DOC32 基于在后燃燒空，燃料比氧化排氣。氧化劑的數(shù)量提高了排氣的、鵬。PM過(guò) 濾器組件34接 自DOC 32的排氣，并過(guò)濾存在于排氣中的任何煙鄉(xiāng)粒。 入口加熱器與PM過(guò)濾器組件34接觸或與PM過(guò)濾器組件34隔開(kāi)，并加熱排 氣使之達(dá)到再生皿，這將在下^it行描述。
基于不同的檢測(cè)和/或估計(jì)信息，控帝帳塊44控制發(fā)動(dòng)機(jī)和PM過(guò)濾器再生。 檢測(cè)信息可來(lái)自傳麟53或可基于檢測(cè)信息和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行 估計(jì)。
傳 可包括溫度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)傳 和?！姥搿⑴c空氣有關(guān)的傳感器以 及壓力傳麟。傳麟可包括用于確定排氣流濃度、排氣 鵬值、排氣壓力值、 氧濃度、進(jìn)氣^3I率、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣空氣、皿、發(fā)動(dòng)+7UI度、EGR等的傳感器。
MJ^傳感器可包括進(jìn)氣MJ^傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液TO傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)油
溫傳自、廢氣旨傳 、 PM過(guò)濾^^^傳g、環(huán)境MS傳S^，還可以 包括其它發(fā)動(dòng)機(jī)驢傳感器。所述進(jìn)氣纟鵬傳感器可產(chǎn)生進(jìn)氣、鵬(IAT，號(hào)。 所述發(fā)動(dòng)機(jī)^4卩液M傳繊可產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)^4卩液鵬(ECT膽號(hào)。所述發(fā)動(dòng)機(jī) 油溫傳感器可產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)油溫(TonX言號(hào)。所述]^^^傳 可產(chǎn)生與PM過(guò) 濾器相關(guān)的入口、內(nèi)部和出口排氣溫度信號(hào)。所述環(huán)境、鵬傳感器可產(chǎn)生環(huán)境 鵬AMB)信號(hào)。
發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器禾喊塊可包括汽缸空氣評(píng)估模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩傳感器或 模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷模i央、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間指示器，發(fā)動(dòng)+腿度傳麟。所述汽 缸空氣評(píng)估模塊確定發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的空氣狀態(tài)。所述狀態(tài)可包括，例如，■ 和汽缸空氣質(zhì)量。所述汽缸空氣評(píng)估模塊基于空氣傳感器所產(chǎn)生的與空氣相關(guān) 的信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩確定狀態(tài)。所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可直接或間接地測(cè)量 或評(píng)估。所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可借助一個(gè)或多個(gè)傳感器，例如驅(qū)動(dòng)軸扭矩傳感 器、或應(yīng)變儀或其它扭矩傳感器，直接地測(cè)量。所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩也可基于
運(yùn)行參數(shù)間接j&ia行估計(jì)，部分運(yùn)行參數(shù)在此公開(kāi)，例如使用檢查表。所述發(fā)
動(dòng)機(jī)速度傳感器，例如凸輪軸、曲軸、飛輪或傳動(dòng)系傳感器，產(chǎn)生指示發(fā)動(dòng)機(jī) 皿RPM的il^信號(hào)。所述控制模塊可由3I)t信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)速度。應(yīng)注意地 是，發(fā)動(dòng)t腿度也可基于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行間接地估計(jì)。
空氣傳感器可包括空氣流量傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器， 以及可包括其它與空氣相關(guān)的傳感器?？諝饬髁總鞲衅骺蔀楸O(jiān)視流過(guò)節(jié)氣門(mén)的 空氣^it的空氣質(zhì)量流量傳感器(MAF)。所述節(jié)氣門(mén)位置傳感器響應(yīng)于節(jié)流板 的位置，并產(chǎn)生節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)TPS。所皿氣壓力傳感器產(chǎn)生歧管絕對(duì)壓力 (MAP)j言號(hào)。
壓力傳感器可響應(yīng)大氣壓九并可產(chǎn)生大氣壓力(BARO)i言號(hào)。 .更具體地，控制模塊44基于檢測(cè)和估計(jì)信息估計(jì)PM過(guò)濾器組件34的負(fù) 載。當(dāng)所估計(jì)的負(fù)載在預(yù)定水平并且排氣流速在期望范圍內(nèi)時(shí)，可借助功率源 46控制PM過(guò)濾器組件34的電流，以啟動(dòng)再生過(guò)程。再生i^呈的持續(xù)時(shí)間可根 據(jù)PM過(guò)濾器組件34內(nèi)微粒物的估計(jì)數(shù)量而有所變化。
在再生過(guò)程期間，電流供應(yīng)到加熱器35。更具體地，在預(yù)定期間內(nèi)，能量可分別加熱PM過(guò)濾器組件34柳卩熱器35的所選區(qū)域。艦加鄉(xiāng)35的廢氣 可被激活區(qū)域加熱。加熱的廢氣傳到PM過(guò)濾器組件34的下游過(guò)濾器，并M 對(duì)流和/或傳導(dǎo)對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行加熱。4頓由加熱的廢氣艦PM過(guò)濾器所產(chǎn)生的 熱量，可以完成剩余的再生過(guò)程。
現(xiàn)參考圖2，示出了用于PM過(guò)濾器組件34的示例性分區(qū)入口加熱器35'。 所述電加熱PM過(guò)濾器組件34布置成與PM過(guò)濾器組件34接觸或隔離。所述 PM過(guò)濾器組件34包括多個(gè)間隔開(kāi)的加熱區(qū)域，包括區(qū)域l(具有子區(qū)域1A， 1B 和1C)、區(qū)域2(具有子區(qū)域2A， 2B和2C)和區(qū)域3(具有子區(qū)域3A， 3B和3C)。 該區(qū)域l、 2和3可在不同的各個(gè)時(shí)期被撒活。
當(dāng)航流過(guò)加熱器的撒活區(qū)域時(shí)，在PM過(guò)濾器的相應(yīng)部分發(fā)生再生，該 相應(yīng)部分是最早接收加熱廢氣的區(qū)嫩例如激活區(qū)域的下游區(qū)域)或是被層疊燃 燒煙鄉(xiāng)粒所點(diǎn)燃的下游區(qū)域。并不在激活區(qū)域的下游的PM過(guò)濾器的相應(yīng)部 分充當(dāng)應(yīng)力減輕區(qū)域。例如在圖2中，子區(qū)域1A、 1B和1C被激活，子區(qū)域 2A、 2B、 2C、 3A、 3B和3C充當(dāng)應(yīng)力減輕區(qū)域。
所述激活加皿子區(qū)域1A、 1B和1C下游的PM過(guò)濾器的相應(yīng)部分在加熱 和冷卻期間熱膨脹和收縮。應(yīng)力減輕子區(qū)域2A和3A、 2B和3B以及2C和3C 減輕因加熱器子區(qū)域1A、 1B和1C的熱膨脹和收縮所弓胞的應(yīng)力。在區(qū)域l結(jié) 束再生后，區(qū)域2可f皮^T活，并且區(qū)域1和3充當(dāng)應(yīng)力,區(qū)域。在區(qū)域2結(jié) 束再生后，區(qū)域3可被激活，并且區(qū)域1和2充當(dāng)應(yīng)力減輕區(qū)域。
現(xiàn)參考圖3，示出了另一個(gè)示例性分區(qū)入口加熱器35"。中心部分可被包括 第一周向區(qū)域帶的中間區(qū)域所包圍。中間部分可被包括第二周向區(qū)域帶的外部 區(qū):1#萬(wàn)包圍。
在此示例中，中心部分包括區(qū)域l。第一周向區(qū)域帶包括區(qū)域2和區(qū)域3。 第二周向區(qū)域帶包括區(qū)域l、 4和5。如上面的實(shí)施例所描述的，當(dāng)非活動(dòng)區(qū)域 的下游部分提供應(yīng)力減輕時(shí)，活動(dòng)區(qū)域的下游部分被再生。如所了解的一樣， 區(qū)域l、 2、 3、 4和5中的一個(gè)區(qū)域可一下子波撒活。別的區(qū)域仍保持非活動(dòng)狀態(tài)。
現(xiàn)參考圖4，示例性電阻加熱器200布置在圖3所示的第一周向區(qū)域帶的其 中一個(gè)區(qū)域上C例如區(qū)域3)。電阻加熱器200可包括一個(gè)或多個(gè)線圈、多個(gè)加熱 段或覆蓋各自區(qū)域提供足夠加熱的傳導(dǎo)元件。電阻加熱器200，如圖所示，包括3個(gè)電傳導(dǎo)的加熱段201。
現(xiàn)參考圖5，進(jìn)一步詳細(xì)地示出PM過(guò)濾器組件34。該P(yáng)M過(guò)濾器組件34 包括外罩200、過(guò)濾器202以及分區(qū)加熱器35。該過(guò)濾器202可包括后部端塞 208。該加熱器35可布置在薄片狀流動(dòng)元件210和過(guò)濾器底層202之間。電連 接器211可為Jl^的PM過(guò)濾器組件34的區(qū)域提供電流。
獸,了解，加熱器35可與過(guò)濾器202接觸或隔開(kāi)，使得加熱艦流柳或傳 導(dǎo)式的加熱。絕緣體212可布置在加熱器35和外罩200之間。廢氣自上游入口 214iJAPM過(guò)濾器組件34，并被PM過(guò)濾器組件34的一個(gè)或多個(gè)區(qū)働口熱。 加熱的廢氣被過(guò)濾器202接收。
現(xiàn)參考圖6，詳細(xì)地示出了PM過(guò)濾器組件34內(nèi)的進(jìn)一步加熱。廢氣250 M加熱器35并被加熱器35的一個(gè)或多個(gè)區(qū)鄉(xiāng)卩熱。如果和過(guò)濾器202隔開(kāi)， 加熱的廢^MjE巨離"d"，然后被過(guò)濾器202所接收。例如，距離"d"可為1/2 英寸或更短。該過(guò)濾器202可具有中心入口240、 ilii242、 il濾器材料244和 位于入口徑向外側(cè)的出口246。該過(guò)濾器可被催化。被加熱的^t致iM濾器內(nèi) 的微粒物質(zhì)燃燒，這使得PM過(guò)濾器再生。該加熱器35M對(duì)流和/或傳導(dǎo)傳遞 熱量，以點(diǎn)燃過(guò)濾器202的前面部分。當(dāng)前部正面部分的煙灰ii到足夠高的溫 度，加熱器關(guān)閉。煙灰的燃燒然后在過(guò)濾器鵬254上層疊賺開(kāi)，而不需要 繼續(xù)供給加熱器電力。
現(xiàn)參考圖7，在步驟300開(kāi)始控制。在步驟304，控制確定是否需要再生。 在步驟308，控制確定輸入到PM過(guò)濾器的排氣M^是否大于第一^^閾值Tra 。 該第一溫度閾值Trai可大于發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行期間的正常廢氣溫度，并小于煙灰 氧化、mm。例如，第一溫度閾值TM可在340。C-500。C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。 例如，第一鵬閾值TTO可在39(T049(rC的鵬范圍內(nèi)進(jìn)^^擇。例如，第一 M閾值T加可在430XM7Crc的、，范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。例如，第一MJt閾值 TTM可選擇為大約44(TC46(rC的鵬范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。如此^b^刑頓的，用語(yǔ) "大約"表示+/-5攝氏度。
如果步驟308為假，在步驟302中發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊使用任何適宜方法增加 排氣、,?？刂颇K自步驟312和步驟308(如果步驟308為真)繼續(xù)執(zhí)行到步驟 316。如果步驟316為真，控制模塊確定PM過(guò)濾器的、鵬是否大于第二、鵬閾 値Tto。如果步驟316為真，控制模i她行PM過(guò)濾器的再生控制?？刂颇K自步驟M6(如果步驟316為假)和執(zhí)行到步驟324。
例如，PM過(guò)濾器內(nèi)的再生溫度可設(shè)定為約大于或等于600攝氏度。例如, PM過(guò)濾器內(nèi)的再生溫度可設(shè)定為約大于或等于700攝氏度。例如，PM過(guò)濾器 內(nèi)的再生溫度可設(shè)定為約大于或等于800攝氏度。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)^M 設(shè)定在900攝氏度。加熱段^S可設(shè)定在大約等于或大于上面所述的^jt。
現(xiàn)參考圖8，示出了用于再生分區(qū)PM過(guò)濾器的示例性步驟。在步驟400， 控制開(kāi)始，并進(jìn)行到步驟404。在步驟404中，如果控帶猴±央確定需要再生時(shí)， 控制模塊在步驟408中選f個(gè)或多個(gè)區(qū)域，
在步驟412，控制模塊估計(jì)達(dá)到最小過(guò)濾器正耐，(face temperature)所 需的足夠能量。該估計(jì)能量包括功率和加熱周期，從而將固定的或可變的功率 級(jí)應(yīng)用到所選區(qū)域或應(yīng)用到它的所選部分。該估計(jì)能量以功率，包括電流和電 壓，預(yù)定周期、排氣流和排氣、鵬中的至少一個(gè)為基礎(chǔ)。估計(jì)能量也可以與加 熱段相關(guān)的橫截面面積，區(qū)域個(gè)數(shù)、與區(qū)域相關(guān)的電阻特性以及其中的部分因 素在 行了描述的其它因素為基礎(chǔ)。該估計(jì)育遣水平可基于自PM過(guò)濾器的 入口到出口的壓力P旨行估計(jì)，這一點(diǎn)將在下文描述。
穿過(guò)區(qū)域的流動(dòng)分布的變化可用來(lái)估計(jì)供應(yīng)的肖^量水平。該最小正面、鵬 應(yīng)該足夠啟動(dòng)煙M燒并且產(chǎn)生層疊效果。例如，該最小正面溫度可設(shè)定為700 攝氏度或更高?？苫陬A(yù)定周期確定功率，反之亦然。
在步驟416，基于估計(jì)能量、相應(yīng)功率和應(yīng)用功率的預(yù)定周期，控諱鵬塊激 活用于所選區(qū)域的所述加熱器。與所選區(qū)域相關(guān)的所述加熱段被激活。作為示 例，對(duì)于第一預(yù)定周期(應(yīng)用功率的持續(xù)時(shí)間)，具有相應(yīng)第一功率zK平的第一能 量水平應(yīng)用到加熱段。例如，控制模塊44可給功率切換模塊47信號(hào)來(lái)為加熱 段提供功率。脈沖帶寬調(diào)制信號(hào)可ffiil控制模塊44產(chǎn)生，，供給功率切換模 塊47，并加以調(diào)整以提供預(yù)定的能量水平。
在步驟418，控制模塊確定是否達(dá)到了預(yù)定加熱周期。如果步驟418為真， 控制模塊確定在步驟420中其它區(qū)域是否需要再生。如果步驟420為真，控制 進(jìn)行到步驟422，否貝贓步驟428結(jié)束控制。
在步驟422，控制模,擇另一個(gè)用于再生的區(qū)域。在步驟424，控娜穀央 估計(jì)應(yīng)用到與步驟422的所選區(qū)域相關(guān)的加熱段的能量。該估計(jì)肯讀水平可由 類似于步驟412的過(guò)程方式確定。該估計(jì)能量水平小于應(yīng)用到步驟416先前激活區(qū)域和/或第一區(qū)域的能量水平。為了提f，少的能量水平，功率或功率應(yīng)用 的持續(xù)時(shí)間可減少。當(dāng)確定流量分布時(shí)，控制模塊說(shuō)明了再生數(shù)目和非再生區(qū) 域。因而，小于先前和/或第一功率7jC平的第二或其后的功率7jC平可得到應(yīng)用。 作為備選或與功率減少相結(jié)合，確定小于先前和/或第一預(yù)定時(shí)間的第二或其后 的預(yù)定時(shí)間。在步驟426中，Mil將相應(yīng)的功率水平持續(xù)應(yīng)用一段時(shí)間，控制 '欲活步驟422所選的區(qū)域以提供在步驟424中確定的會(huì)遣水平。
上面所描述的步驟旨在為示例說(shuō)明。所述步驟可在重疊時(shí)間期間按次序地、 同步地、同時(shí)地、連續(xù)地執(zhí)行，娜據(jù)應(yīng)用以不同的)IW^行。
現(xiàn)參考圖9，示出了PM過(guò)濾器再生期間的流量再分布的示例性圖表。該圖 表包括PM過(guò)濾器5個(gè)區(qū)域再生期間各再生狀態(tài)下的流量。5個(gè)再生狀態(tài)如圖所 示。對(duì)于5個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)，示出了5個(gè)條形棒。旨條形棒與PM過(guò)濾器 的特定區(qū)嫩眹。.
第一狀態(tài)與再生之前的PM過(guò)濾器相關(guān)，此時(shí)5個(gè)區(qū)域加載或基本上加載 有煙灰顆粒。第二狀態(tài)指此時(shí)的PM過(guò)濾器的第一區(qū)域已被再生。因而，第一 區(qū)域的流量增加，如圖所示。由于第一區(qū)域的流量增加，其它區(qū)域的流量減少。 皿的減少考慮到了用于非再生區(qū)域的再生的M^能量水平的應(yīng)用。當(dāng)區(qū)域再 生時(shí)，那些區(qū)域由于煙鄉(xiāng)粒的缺乏，使得流動(dòng)阻力下降，從而導(dǎo)致較高的流 量。由于煙灰累積弓胞高流動(dòng)阻力，后期發(fā)生的區(qū)域能獲得流量M^所帶來(lái)的 好處。減少的流量有助于將能量自電加熱駒專蹈唬氣和PM過(guò)濾器。
該第一再生區(qū)域可接收最大的能量水平，其隨后的區(qū)域可接收逐漸減少的 會(huì)匯水平。育遣和/或功率的分布可仿效流量的分布。
第三狀態(tài)與PM過(guò)濾器相關(guān)，此時(shí)第一區(qū)鄉(xiāng)卩第二區(qū)域己被再生。因而， 第一區(qū)域和第二區(qū)域的流量減少，同時(shí)第三區(qū)域、第四區(qū)域和第五區(qū)域的流量 >，如圖所示。第四狀態(tài)和第五狀態(tài)與第三狀態(tài)具有相似的臓結(jié)果。
現(xiàn)參考圖10，示出了輸入到圖9中的五個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)的肖遣示例圖表。 該垂直軸線^能量百分比，其中100%對(duì)應(yīng)最大的肯遣值。示出了 5個(gè)再生狀 態(tài)。對(duì)于5個(gè)狀態(tài)中的每一個(gè)，示出了2個(gè)條形棒。第一條形棒描述了均勻能 量水平應(yīng)用到5個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)的示例。第二條形棒描述了逐步M^的育遣 te用到5個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)的示例。當(dāng)5個(gè)區(qū)働卩t^基本上加載有煙， 粒時(shí)，該第一狀態(tài)與再生之前的PM過(guò)濾器相關(guān)。當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域已被再生時(shí)，該
14第二狀態(tài)與PM過(guò)濾器相關(guān)。當(dāng)?shù)诙^(qū)域己被再生時(shí)，，三狀態(tài)與PM過(guò)濾 器相關(guān)。當(dāng)?shù)谌齾^(qū)域已被再生時(shí)，該第四狀態(tài)與PM過(guò)濾器相關(guān)。當(dāng)?shù)谒膮^(qū)域 已被再生時(shí)，該第五狀態(tài)與PM過(guò)濾器相關(guān)。
圖9和圖10中的圖表^例性的，此時(shí)PM過(guò)濾器的區(qū)域?yàn)閱?i^接的 PM過(guò)濾親莫型，其中的每一愧濾器具有大約相等的煙 粒負(fù)載。調(diào)節(jié)能量 7乂平以解釋不相等的煙 粒加載量。穿過(guò)用于清潔的、加載區(qū)域的PM過(guò)濾 器的壓力降可描述成不同因素的函數(shù)。主要因素可包括驢和煙灰加載。
例如，清潔PM過(guò)濾器中的壓力降可以通過(guò)方程[1]^^。線性術(shù)語(yǔ)指由于 通道流動(dòng)所引起的壓力損失，達(dá)西(Darcy)術(shù)語(yǔ),lil煙灰層和PM過(guò)濾， 的流量。二次術(shù)語(yǔ)表示由于PM過(guò)濾器入口的熱脹和出口的冷縮所弓胞的損失， 〔壁的2階慣量損失。
，
M>0
2
"V , o
也作為示例提供,加載有煙灰(i^渣層)穿過(guò)的PM過(guò)濾器的壓力降由方程[2]
wo
「
3、("-2w)4
, d
術(shù)語(yǔ)列表
鵬寬度(液壓直徑)
F正方形通道的摩擦因子，28.45-《。PM過(guò)濾皿潔壁的滲透性m2《。PM過(guò)濾器煙，壁的滲透性m2
煙，粒層的滲透性m2
PM過(guò)濾器通道的有效長(zhǎng)度(沒(méi)有ttS)m
尸 '。'm大氣壓力N/m2
PM過(guò)濾器的進(jìn)氣流量m3/s
PM過(guò)濾器的有效容積mw0 壁厚度 m
w 立層厚度 m
p 多孑L壁的Forchheimer系數(shù) m'1
C 用于慣量壓力損失的膨脹-收縮系數(shù) -
氣相粘度 kg/m/s
p。 氣體密度 kg/m3
可以假定，PM過(guò)濾器的區(qū)域具有大體相同的壓力降。因而，調(diào)節(jié)流量，使
得M:清潔部分的壓力附B通過(guò)加載部分的壓力降相同。當(dāng)區(qū)域被再生時(shí)，方
程l和方程2可用來(lái)計(jì)算流量?？刂颇K也可說(shuō)明區(qū)域間的皿差別。
為了計(jì)算應(yīng)用到區(qū)域的能量，可假定電加熱器和/働fl熱段處于穩(wěn)定狀態(tài)。 輸入到電加熱器的齡能量與傳礙愾相的總能量成比例。因而，Mil^以流 速，再乘以廢氣溫度，育遣大體為常數(shù)。隨著流速的增加，更多的能量被應(yīng)用 到電加熱器以加熱廢氣達(dá)到預(yù)定溫度。相反地，當(dāng)流速減少時(shí)，由于存在另一 個(gè)用于廢氣的^Mit，艮隨潔部分，M^的會(huì)遣觀來(lái)加熱4頓氣達(dá)到同樣 的預(yù)定纟UJto
上文所描述的實(shí)施例在PM過(guò)濾器再生期間減少了從功率源汲取的功率值, 比如電池。該實(shí)施伊M^用來(lái)再生PM過(guò)濾器的電加熱器的功率消耗。由于PM 過(guò)濾器的各區(qū)域接收相應(yīng)數(shù)量的再生育遣，該實(shí)施例也可改善底層/PM過(guò)濾器
、本發(fā)明想要改善PM過(guò)濾器的再生。此處所描述的方法想要^>熱量增量， 從而改善底層的耐用性。由于熱膨脹和收縮形成的力定義為"A花(加")，其中a 為膨脹系數(shù)，E為楊氏模數(shù)，A^為環(huán)形面積，等于nz)， Ar為溫度增量。如
理解的那樣，在j頓電加熱器前，增加的廢氣^Jt減少了Ar，逸就減少了因熱
膨脹和收縮所產(chǎn)生的力。本公開(kāi)內(nèi)容也試圖提供更一致的加熱模式并^4、火焰 頭。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從之前的描述應(yīng)當(dāng)能夠理解，本發(fā)明的清楚教導(dǎo)可以不同 的形式實(shí)現(xiàn)。因此，盡管結(jié)合其具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是基于對(duì)附圖、 說(shuō)明書(shū)以及所附權(quán)利要求的研究，其它修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的， 因lt體發(fā)明的實(shí)際范圍應(yīng)當(dāng)不限于此。
權(quán)利要求
1、一種系統(tǒng)，包括微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，其包括多個(gè)區(qū)域；電加熱器，其包括多個(gè)加熱段，各加熱段對(duì)應(yīng)所述多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)；其中，所述電加熱器布置在所述PM過(guò)濾器的上游并接近所述PM過(guò)濾器；以及控制模塊，其借助所述多個(gè)加熱段中的第一段有選擇地將第一能量水平應(yīng)用到所述多個(gè)區(qū)域中的第一區(qū)域，以啟動(dòng)所述第一區(qū)域的再生；其中，所述控制模塊借助所述多個(gè)加熱段中的第二段有選擇地將小于第一能量水平的第二能量水平應(yīng)用到所述多個(gè)區(qū)域中的第二區(qū)域，以啟動(dòng)所述第二區(qū)域的再生。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述電加繊鄰接并與所述PM過(guò)濾離觸。
3、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模±央有選擇地將第一功率水 平應(yīng)用到所述第一加熱段；且其中所述控制模塊將小于第一功率水平的第二功率水平應(yīng)用至,述第二加 熱段。
4、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在第一機(jī)時(shí)間，所述控細(xì)對(duì)賄選擇 地將第一功率水平應(yīng)用到所述第一加熱段；并且在第二持續(xù)時(shí)間，所述控鵬對(duì)央將第二功率水平應(yīng)用至IJ所述第二加熱段。
5、 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第一功率水平大體上等于或大于 所述第二功率水平。
6、 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊基于排氣流量、排氣溫 度和供應(yīng)到所述加熱段功率中的至少一個(gè)，估計(jì)所述多個(gè)加熱段中的一個(gè)加熱 段的溫度；并且其中，所述控制模塊基于所述加熱段、驗(yàn)，調(diào)節(jié)應(yīng)用至斷述多個(gè)加熱段中 的所述一個(gè)加熱段的能量水平中的至少一個(gè)。
7、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 功率源；功率切換開(kāi)關(guān)，其電聯(lián)接再所述功率源和所述電加熱器之間；其中，所述控帝鵬±^昔助所述功率切換?！姥脒x擇所述多個(gè)加熱段中的一個(gè)。
8、 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所鵬制模i央產(chǎn)生脈沖帶寬調(diào)帝臘號(hào)，并且其中，所述功率切換模塊基于所述脈沖帶寬調(diào)審H言號(hào)將功率應(yīng)用到所述電 加 。
9、 如權(quán)禾腰求l所述的系統(tǒng)，其中，所述控偉鵬塊為第一加熱段產(chǎn)生第一 脈沖帶寬調(diào)制信號(hào)，并且其中，所，制模塊為第二加熱段產(chǎn)生第二脈沖帶寬調(diào)偉'臘號(hào)。
10、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模* ^>應(yīng)用到用于各個(gè) 隨后區(qū)域再生的所述電加熱器的功率。
11、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊相繼啟動(dòng)所述多個(gè)區(qū) 域的各個(gè)區(qū)域的再生。
12、 一種方法，包括 提供包括多個(gè)區(qū)域的微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器；將包括多個(gè)加熱段的電加熱器布置在PM過(guò)濾器的上游瓶近PM過(guò)濾器， 其中每個(gè)加熱段對(duì)應(yīng)所述多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)；借助所述多個(gè)加熱段中的第一段，有選擇地將第一能量水平應(yīng)用到所述多 個(gè)區(qū)域的第一區(qū)域，以啟動(dòng)所述第一區(qū)域的再生；并且借助所述多個(gè)加熱段的第二段，有選擇地將小于所述第一肖疆水平的第二 能量水平應(yīng)用至U所述多個(gè)區(qū)域的第二區(qū)域，以啟動(dòng)所述第二區(qū)域的再生。
13、 如權(quán)利要求1所述的方法，包括 有選擇地將第一功率水平應(yīng)用至,述第一加熱段； 有選擇地將小于第一功率水平的第二功率7k平應(yīng)用到所述第二加熱段。
14、 如權(quán)利要求1所述的方法，在第一持續(xù)時(shí)間，有選擇地將第一功率水 平應(yīng)用到所述第一加熱段，并且在第二持續(xù)時(shí)間，有選擇地將小于第一功率水平的第二功率水平應(yīng)用到所 述第二加熱段。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一功率水平大體上等于或大 于所述第二功率水平。
16、 如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括基于排氣流量、排氣溫度和供給所述加熱段功率中的至少一個(gè)，估計(jì)所述 多個(gè)加熱段中的一個(gè)加熱段的溫度，并且基于所述加熱段纟鵬，調(diào)節(jié)功率和應(yīng)用至斷述多個(gè)加熱段的所述一個(gè)加熱 段的肖瞳水平的搟賣時(shí)間中的至少一個(gè)。
17、 一種系統(tǒng)，包括 微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，其包括多個(gè)區(qū)域；電加熱器，其包括多個(gè)加熱段，各加熱艦應(yīng)所述多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)； 其中，所述電加熱器布置在所述PM過(guò)濾器的上游并接^^述PM過(guò)濾器;以及控制模塊，其艦有選擇地將不同能量7乂平應(yīng)用至IJ所述多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)， 以傲萬(wàn)述區(qū)域再生。
18、 如權(quán)禾腰求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊相繼啟動(dòng)所述多個(gè)區(qū)域的各個(gè)區(qū)域的再生。
19、 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊再生第一區(qū)域，同時(shí)再生第二區(qū)域。
20、 如權(quán)禾腰求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊基于排氣流量、排氣 溫度和供給所述加熱段的功率中的至少一個(gè)，估計(jì)所述多個(gè)加熱段的一個(gè)加熱 段的^JS，并且其中，所述控制模塊基于所述加熱段溫度，調(diào)節(jié)功率和所述不同能量水平 中的一個(gè)的辦賣時(shí)間中的至少一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電加熱微粒過(guò)濾器分區(qū)再生的可變功率分布。其中一種系統(tǒng)包括具有多個(gè)區(qū)域的微粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器、電加熱器和控制模塊。所述電加熱器包括多個(gè)加熱段，各加熱段對(duì)應(yīng)所述多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)。所述電加熱器布置在所述PM過(guò)濾器的上游并接近所述PM過(guò)濾器。所述控制模塊借助所述多個(gè)加熱段的第一段有選擇地將第一能量水平應(yīng)用到所述多個(gè)區(qū)域的第一區(qū)域，以啟動(dòng)所述第一區(qū)域的再生。所述控制模塊也可借助所述多個(gè)加熱段的第二段有選擇地將小于第一能量水平的第二能量水平應(yīng)用到所述多個(gè)區(qū)域的第二區(qū)域，以啟動(dòng)所述第二區(qū)域的再生。
文檔編號(hào)F01N3/027GK101429884SQ20081017690
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者E·V·岡策, G·巴蒂亞, M·J·小帕拉托爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司