專利名稱：帶有凹入式入口端塞子的電加熱微粒物過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0003本發(fā)明涉及微粒物(PM)過濾器。
背景技術(shù)：
0004此處提供的背景技術(shù)描述是為了大概介紹本發(fā)明的背景。0005柴油機(jī)在有空氣存在的情況下燃燒燃料以產(chǎn)生動力。燃 料的燃燒會產(chǎn)生包含微粒物(PM)的排氣。使用PM過濾器可以從排氣 中過濾PM。隨著時間的過去，PM會積存在PM過濾器內(nèi)，從而會限制 流過PM過濾器的排氣流量。通過稱為再生的過程去除堆積在PM過濾器 中的PM。在再生期間，將PM過濾器內(nèi)的PM燒掉。
0006再生會包括將PM過濾器加熱到PM的燃燒溫度。進(jìn)行再生 的方式有多種，包括改進(jìn)發(fā)動機(jī)操縱，使用燃料燃燒器，在燃料噴射 后使用催化氧化劑來升高排氣溫度，使用電阻加熱線圏，和/或使用微 波能量。
0007當(dāng)溫度達(dá)到例如60(TC的燃燒溫度以上時，柴油機(jī)PM就 燃燒。燃燒的開始導(dǎo)致溫度的進(jìn)一步升高。 一旦PM被點(diǎn)燃，燃燒的PM 可被用于再生過濾器的剩余部分。換句話說，級聯(lián)火焰前鋒從PM過濾 器的入口移到出口 。雖然火花點(diǎn)火式發(fā)動機(jī)在排氣流中通常具有低的 氧氣值，但是柴油機(jī)具有高得多的氧氣值。雖然增多的氧氣值使PM過 濾器的再生能夠更快，但它也帶來一些問題。
0008現(xiàn)在參照圖l,示出了一個用于再生PM過濾器的PM過濾器系統(tǒng)IO。 PM過濾器系統(tǒng)10包括加熱器12。 PM過濾器系統(tǒng)10還包括微 粒物過濾器14,其包括壁16-1, 16-2,和16-6 (統(tǒng)稱為壁16)。幾 對相鄰壁16限定出口通道，并可包括入口端塞子。其它幾對相鄰壁限 定入口通道并可包4舌出口端塞子。
0009具體地，相鄰壁16-l和16-2， 16-3和16-4，以及16-5和16-6 限定出口通道，并分別包括入口端塞子18-1, 18-2,和18-3(統(tǒng)稱為入 口端塞子18)。相鄰壁16-2和16-3， 16-4和16-5限定入口通道，并分別包 括出口端塞子20-l和20-2 (統(tǒng)稱為出口端塞子20 )。
0010使用中，排氣流過加熱器12,并流入過濾器14的入口通 道。來自入口通道的排氣經(jīng)過壁16流入相鄰的出口通道。當(dāng)排氣經(jīng)過 壁16時，PM被過濾，并積聚在入口通道的壁16上。PM也積聚在入口通 道中出口端塞子20周圍的區(qū)域中。
0011現(xiàn)在參照圖2-圖4，示出了PM過濾器系統(tǒng)10中的再生。在 圖2中，當(dāng)加熱器12被打開時，與加熱器相鄰的PM開始在燃燒區(qū)域中 燃燒。在燃燒區(qū)域外的區(qū)域中的載體溫度可能低于PM的點(diǎn)燃溫度。因 此，此時在這些區(qū)域中沒有再生。
0012在圖3中，燃燒區(qū)域沿PM過濾器14的長度方向移動。只 要燃燒區(qū)域的溫度高于PM的點(diǎn)燃溫度，PM的再生就繼續(xù)。在圖4中， 如果燃燒區(qū)域的溫度降到PM的點(diǎn)燃溫度以下，過濾器14將不能完全再 生。換句話說，PM可能殘留在過濾器14的與出口端塞子20相鄰的部分 中。
0013為了避免這種情況，加熱器12可以被打開以將PM過濾器 加熱到更高的初始溫度。更高的溫度趨于降低PM過濾器的耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
0014
一種微粒物(PM)過濾器，其包括過濾器壁，這些壁具 有入口端和出口端。過濾器壁的第一相鄰對限定入口通道。過濾器壁 的第二相鄰對限定出口通道。出口端塞子被布置在入口通道中且鄰近 出口端。入口端塞子布置在出口通道中且與入口端間隔開。
0015在其它特征中，排氣流入入口通道、經(jīng)過入口通道的過 濾器壁、到達(dá)出口通道。排氣還流入出口通道位于壁的入口端和入口 端塞子之間的部分。在工作期間PM積聚在這些部分中。0016
一種系統(tǒng)，其包括所述PM過濾器且還包括布置成鄰近過 濾器壁的入口端的加熱器。 一種控制模塊選擇性地啟動加熱器，以再 生PM過濾器。
0017從本文提供的詳細(xì)描述中將更明顯地看出本發(fā)明的更多
適用范圍。應(yīng)當(dāng)理解，本描述和特定例子只是起到舉例的作用，而不 意圖限制本發(fā)明的范圍。


0018通過詳細(xì)說明和附圖將更完整地理解本發(fā)明，其中0019圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的PM過濾器組件的側(cè)剖視圖；0020圖2是圖1的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的
第一時間段內(nèi)的再生溫度曲線0021圖3是圖1的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的
第二時間段內(nèi)的再生溫度曲線0022圖4是圖1的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的
第三時間段內(nèi)的再生溫度曲線0023圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機(jī)和排氣系統(tǒng)的原理框
0024圖6是根據(jù)本發(fā)明的帶有凹入式入口端塞子的PM過濾器 組件的側(cè)剖^L0025圖7是圖6的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的 第一時間段內(nèi)的再生溫度曲線0026圖8是圖6的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的 第二時間段內(nèi)的再生溫度曲線圖；以及
0027圖9是圖6的PM過濾器的側(cè)剖視圖，以及在再生開始后的 第三時間段內(nèi)的再生溫度曲線圖。
具體實施例方式
0028下列描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且決不意圖限制本 發(fā)明、其應(yīng)用或用途。為了清楚起見，附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記 表示相似的元件。
0029本發(fā)明描迷了用于改善前方加熱、壁流式PM過濾器的再生的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的P M過濾器使用凹入式入口端塞子來局 部化并增加這些區(qū)域中的PM堆積。堆積的PM改善了 PM過濾器的再生。
0030前方加熱的PM (PM)過濾器的成功再生取決于施加給壁 流式載體的入口的熱量。如果激活了PM起燃，就將確定峰值溫度。如 果再生過程沿整個栽體的長度方向繼續(xù)，就將確定熱質(zhì)量。換句話說， 施加給PM過濾器入口的熱量是以(排氣的熱量)加(局部化的PM放熱 量)加(任何外部熱源)為根據(jù)。
0031根據(jù)本發(fā)明的凹入式入口端塞子在鄰近加熱器元件的PM 過濾器的入口端處提供PM堆積。與無凹入式入口端塞子相比，這種積 聚增加了入口處的局部化PM放熱量。這些增加的能量能夠增加沿PM 過濾器的長度方向傳播燃燒的可能性。這種方法能夠趨于減少由加熱 器提供的熱量。
0032換句話說，施加給PM過濾器的入口的熱量是以(排氣的 熱量(其與圖l中相同))力口 (局部化的PM放熱量(其由于在凹入式入 口端塞子中堆積的PM而增加))加(外部熱量(其能夠被減少))為根據(jù)。
0033如所理解的，外部熱量可由任何合適的方法提供。只是 為了示例，可以通過改進(jìn)發(fā)動機(jī)操縱、使用燃料燃燒器、在燃料噴射 后使用催化氧化劑來增加排氣溫度、使用電阻加熱線圈和/或使用微波 能量來提供熱量。電阻加熱線圈可以是分區(qū)或未分區(qū)的。
0034在圖5中，示出了用于車輛的示例性發(fā)動機(jī)和排氣系統(tǒng)IOO 的原理框圖。發(fā)動機(jī)和排氣系統(tǒng)100可包括柴油機(jī)系統(tǒng)102。雖然示出 了柴油機(jī)系統(tǒng)102，但是本發(fā)明也適用于汽油機(jī)系統(tǒng)、均質(zhì)充氣壓燃式 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和/或其它發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。
0035柴油機(jī)系統(tǒng)102包括發(fā)動機(jī)104和排氣系統(tǒng)106。發(fā)動機(jī)104
燃燒空氣和柴油燃料的混合物以產(chǎn)生動力(例如，轉(zhuǎn)矩)?？諝夂腿剂?混合物的燃燒產(chǎn)生排氣，其可從發(fā)動機(jī)104排入排氣系統(tǒng)106。由發(fā)動 機(jī)104產(chǎn)生的排氣可包含氣態(tài)化合物和PM的混合物，該混合物進(jìn)入排 氣系統(tǒng)，并可在排出排氣系統(tǒng)106之前在排氣系統(tǒng)中進(jìn)行處理。
0036排氣系統(tǒng)106可包括排氣歧管組件108、中間管組件IIO、 PM過濾器組件112和消聲器組件1M。 PM過濾器組件可包括加熱器124, 其可被用來在再生期間增加PM過濾器的熱量。0037由發(fā)動機(jī)104產(chǎn)生的排氣流過排氣歧管組件108、經(jīng)過中 間管組件IIO、進(jìn)入PM過濾器組件112。離開PM過濾器組件112的排氣 流過消聲器組件114,并通過尾管118排入大氣。中間管組件110可包括 排氣后處理系統(tǒng)，例如但不限于，柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)組件和 選擇性催化還原(SCR)組件。
0038PM過濾器組件112從流經(jīng)PM過濾器組件112的排氣中過濾 PM。在一個稱為加載的過程中，PM堆積在PM過濾器組件112中，并且 由此限制流過P M過濾器組件112的排氣流量。已經(jīng)堆積在P M過濾器組 件112中的PM可通過再生被去除。在再生期間，使用熱量來燃燒存在于 PM過濾器組件112中的PM。
0039車輛可包括控制模塊130,其監(jiān)控傳感器132,例如進(jìn)氣 溫度UAT)、歧管絕對壓力(MAP)、質(zhì)量空氣流量(MAF)、發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、節(jié)氣門位置以及其它參數(shù)?？刂颇K130調(diào)節(jié)致動 器34,例如點(diǎn)火系統(tǒng)、電子節(jié)氣門、燃料噴射系統(tǒng)以及其它發(fā)動機(jī)系 統(tǒng)?？刂颇K130還可確定PM過濾器需要再生的時間并且致動加熱器 124。
0040現(xiàn)在參照圖6，示出了用于再生PM過濾器的PM過濾器組 件210。 PM過濾器組件210包括加熱器212。只是舉例，加熱器212可包 括電阻加熱器。加熱器可由控制模塊打開和關(guān)閉。PM過濾器組件210 還包括PM過濾器214，其包括壁216-1、 216-1、...和216-6 (統(tǒng)稱為壁 216)。壁216可布置得彼此相鄰并大體上平行。
0041具體地，相鄰壁216-l和216-2、 216-3和216-4以及216-5 和216-6限定出口通道，并分別包括凹入式入口端塞子218-1、 218-2和 218-3 (統(tǒng)稱為凹入式入口端塞子218 )。相鄰壁2I6-2和216-3、 216-4和 216-5限定入口通道，并分別包4舌出口端塞子220-l和220-2 (統(tǒng)稱為出 口端塞子220 )。凹入式入口端塞子218可/人壁216的入口端凹入任何合 適的距離，從而在期望的再生間隔期間獲得期望的PM積聚量。該距離 在某種程度上可由供排氣從入口通道輸送至出口通道所用的壁面積的 相應(yīng)減少量來限制。
0042^f吏用中，排氣流過加熱器12,并流入由不具有凹入式入 口端塞子218的壁216形成的入口通道。而且，排氣流入由具有凹入式 入口端塞子218的壁216形成的出口通道的部分219。由此，PM堆積在出口通道的部分219中。
0043排氣/人入口通道流入相鄰的出口通道。4非氣還流入出口 通道的部分219,然后流入入口通道。當(dāng)排氣通過壁216時，PVH皮過濾 并堆積在壁216上。PM還堆積在出口端塞子220的周圍區(qū)域中。
0044現(xiàn)在參照圖7-圖9,示出了PM過濾器系統(tǒng)210中的再生。 在圖7中，當(dāng)加熱器212被打開時，鄰近加熱器212的PM開始在燃燒區(qū) 域中燃燒。部分219中的PM有助于提高燃燒區(qū)域中的再生熱量。由此， 對于給定的目標(biāo)再生溫度，需要加熱器提供較少的外部熱量。
0045燃燒區(qū)域外的區(qū)域中的載體溫度可能低于PM的點(diǎn)燃溫 度。在圖8中，燃燒區(qū)域移動并沿PM過濾器的長度方向形成波陣面。 只要燃燒區(qū)域的溫度在PM的點(diǎn)燃溫度以上，PM的再生就繼續(xù)。在圖9 中，由于燃燒區(qū)域有助于沿PM過濾器的長度方向的傳播，所以過濾器 214被完全再生。加熱器212可在再生完成之前纟皮關(guān)閉。
0046提出的系統(tǒng)和方法的優(yōu)勢包括對發(fā)動機(jī)操作條件的改善 的再生穩(wěn)健性。還可能減少對加熱器的熱量需求量，因為堆積在出口 通道的凹入式入口端塞子中的PM可^L用來增加再生熱量，所以來自加 熱器的外部熱量可以被減少。通過減少來自外部加熱器的熱量，PM過 濾器的耐久性趨于被提高。
0047現(xiàn)在，本領(lǐng)域4支術(shù)人員可以,人上面的描迷認(rèn)識到本發(fā)明 的寬泛教導(dǎo)可以以多種形式實施。因此，盡管本發(fā)明包括特定例子， 但是本發(fā)明的真實范圍不會由此受到限制，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員在研 究附圖、說明書和所附權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上，將很明顯得到其它改型。
權(quán)利要求
1.一種微粒物過濾器，即PM過濾器，包括具有入口端和出口端的過濾器壁，其中，所述過濾器壁的第一相鄰對限定入口通道，并且其中所述過濾器壁的第二相鄰對限定出口通道；鄰近所述出口端地布置在所述入口通道中的出口端塞子；以及與所述入口端間隔開地布置在所述出口通道中的入口端塞子。
2. 如權(quán)利要求1所述的PM過濾器，其中，排氣流入所迷入口通道、 經(jīng)過所迷入口通道的所述過濾器壁、進(jìn)入所述出口通道，并且其中排 氣流入位于所述壁的所述入口端和所述入口端塞子之間的所述出口通 道的部分中。
3. 如權(quán)利要求2所述的PM過濾器，其中，在工作期間，PM積聚 在所述部分中。
4. 一種包含如權(quán)利要求1所述的PM過濾器的系統(tǒng)，還包括 加熱器，其布置成鄰近所述過濾器壁的所述入口端；和控制模塊，其選擇性地啟動所述加熱器以再生所述PM過濾器。
5. 如權(quán)利要求1所迷的PM過濾器，其中，所述過濾器壁是平行的。
6. —種從PM過濾器中去除微粒物即PM的方法，包括 提供具有入口端和出口端的過濾器壁；使用所述過濾器壁的第 一相鄰對限定入口通道； 使用所述過濾器壁的第二相鄰對限定出口通道； 在所迷入口通道中鄰近所述出口端處布置出口端塞子；以及 在所述出口通道中與所述入口端間隔開地布置入口端塞子。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，排氣流入所述入口通道、經(jīng) 過所述入口通道的所述過濾器壁、進(jìn)入所述出口通道。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，排氣流入位于所述壁的所述 入口端和所述入口端塞子之間的所述出口通道的部分中。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括 在工作期間允許PM積聚在所述部分中；以及 在再生期間燃燒所述P M以增加熱量。
10. 如4又利要求6所迷的方法，還包括使用布置成鄰近所述過濾器壁的所迷入口端的加熱器來加熱所述PM過濾器；以及選擇性地啟動所述加熱器以再生所述PM過濾器。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述過濾器壁是平行的。
12. —種微粒物過濾器即PM過濾器，包括具有入口端和出口端的過濾器壁，其中，所迷過濾器壁的第一相 鄰對限定入口通道，并且其中所述過濾器壁的第二相鄰對限定出口通 道；布置在所述入口通道中且鄰近所述出口端的出口端塞子；以及 布置在所述出口通道中且與所述入口端間隔開的入口端塞子，其 中，排氣流入位于所迷過濾器壁的所述入口端和所述入口端塞子之間 的所述出口通道的部分中，并且在工作期間，PM積聚在所述部分中。
13. 如權(quán)利要求12所述的PM過濾器，其中，排氣流入所述入口通 道、經(jīng)過所述入口通道的所迷過濾器壁、進(jìn)入所述出口通道。
14. 一種包含如權(quán)利要求12所述的PM過濾器的系統(tǒng)，還包括 加熱器，其布置成鄰近所述過濾器壁的所述入口端；和控制模塊，其選擇性地啟動所述加熱器以再生所述PM過濾器。
15. 如權(quán)利要求12所述的PM過濾器，其中，所述過濾器壁是平行
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有凹入式入口端塞子的電加熱微粒物過濾器。一種微粒物(PM)過濾器包括過濾器壁，這些壁具有入口端和出口端。過濾器壁的第一相鄰對限定入口通道。過濾器壁的第二相鄰對限定出口通道。出口端塞子被布置在入口通道中且鄰近出口端。入口端塞子布置在出口通道中且與入口端間隔開。
文檔編號B01D46/24GK101537285SQ20091012895
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者E·V·岡策, F·阿門特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司