專利名稱：電柴油顆粒過濾器再生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)，具體而言，涉及柴油顆粒過濾器再生。
背景技術(shù)：
由于柴油燃燒過程增加的壓縮比以及柴油更高的能量密度，所以柴油機(jī)比汽油機(jī)具有更高的效率。從而，對(duì)比同體積的汽油機(jī)來說，柴油機(jī)提供了改善了的消耗單位燃料所行里程。
柴油燃燒循環(huán)產(chǎn)生顆粒，這些顆粒一般從廢氣中過濾而得。柴油顆粒過濾器(DPF)通常沿派出氣流安置以從廢氣中濾出顆粒。但一段時(shí)間以后，DPF就會(huì)塞滿而必須進(jìn)行再生以去除截集的柴油顆粒。在再生期間，柴油顆粒在DPF內(nèi)燃燒掉以使DPF恢復(fù)其過濾功能。
常規(guī)再生方法是在主燃燒事件結(jié)束后，向排出氣體中注入燃料。后燃注入燃料在排出氣體中的催化劑的作用下燃燒。燃料在催化劑作用下燃燒過程中釋放的熱量會(huì)增加廢氣的溫度，這樣燒掉了截集在DPF內(nèi)的煙灰顆粒。但此種途徑會(huì)引起比預(yù)設(shè)更大的溫度偏差，這對(duì)包括DPF在內(nèi)的排氣系統(tǒng)元件是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種處理發(fā)動(dòng)機(jī)所生廢氣的排氣系統(tǒng)。該排氣系統(tǒng)包括一個(gè)柴油顆粒過濾器(DPF)和一個(gè)電熱器。柴油顆粒過濾器(DPF)置于發(fā)動(dòng)機(jī)的下游并從廢氣中濾出顆粒。電熱器置于DPF的上游并在廢氣通過時(shí)選擇性地加熱廢氣以引發(fā)廢氣內(nèi)顆粒的燃燒。顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量引起DPF內(nèi)顆粒的燃燒。
其一特征，電熱起器置于DPF一段距離處。
其另一特征，電熱器為電阻式加熱器。
其它特征，排起氣系統(tǒng)還包括一個(gè)控制模件，它有選擇地使電流流向電熱器?？刂颇＜卸―PF內(nèi)顆粒物質(zhì)的估計(jì)量，并在其量超過閾值時(shí)引發(fā)DPF再生?？刂颇＜苁闺娏鞒掷m(xù)DPF再生循環(huán)的一個(gè)初始周期。
從后面的詳細(xì)說明中，本發(fā)明適用性的其它方面將會(huì)趨于明朗。但應(yīng)理解，在展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，詳細(xì)說明以及具體例子僅意在解說目的，并不用來限定本發(fā)明范圍。


從詳細(xì)說明與附圖中，將會(huì)對(duì)本發(fā)明有更加充分的了解。其中附圖1為示范性的柴油機(jī)系統(tǒng)的示意圖，它包括依據(jù)本發(fā)明的柴油顆粒過濾器(DPF)再生系統(tǒng)。
附圖2為包括依據(jù)本發(fā)明的加熱器的DPF的截面示意圖。
附圖3為附圖2中運(yùn)作于再生模型的DPF的局部截面示意圖。
附圖4為闡明本發(fā)明DPF再生控制的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明實(shí)質(zhì)上是僅僅是示范性的，決不表示要限定本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。為簡(jiǎn)便起見，在附圖中將用相同的參考數(shù)字來標(biāo)示類似的元素。正如這里使用的，名詞模件可指應(yīng)用性具體集成電路(ASIC)，電子電路，處理器(共用型，專用型或群型)與執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲(chǔ)器，組合邏輯電路或其它合適的能提供所述功能的元件。
現(xiàn)參照附圖1，它示意性地圖示了依據(jù)本發(fā)明的示范性柴油機(jī)系統(tǒng)10，應(yīng)當(dāng)理解，柴油機(jī)系統(tǒng)10在實(shí)質(zhì)上僅為示范性的，并且此處所述柴油顆粒過濾器(DPF)再生系統(tǒng)可應(yīng)用于各種不同的使用DPF的柴油機(jī)系統(tǒng)中。柴油機(jī)系統(tǒng)10包括一個(gè)柴油機(jī)12，一個(gè)入口管道14，一套共軌燃料注入系統(tǒng)16和一套排氣系統(tǒng)18，示范性發(fā)動(dòng)機(jī)12包括六個(gè)氣缸20，它們處于相鄰氣缸排22，24內(nèi)并呈V型布局。雖然附圖2描繪有六個(gè)汽缸(N＝6)，但應(yīng)理解發(fā)動(dòng)機(jī)12可包含更多或更少的汽缸20。如可考慮發(fā)動(dòng)機(jī)具有2個(gè)，4個(gè)，5個(gè)，8個(gè)，10個(gè)，12個(gè)或明或16個(gè)汽缸?；蛘撸缫韵赂釉敿?xì)討論的，可以預(yù)料本發(fā)明的DPF再生控制可應(yīng)用于一字排列式汽缸構(gòu)型中。
空氣經(jīng)過一個(gè)風(fēng)門(無圖)被吸入入口管道14。從入口管道14將空氣吸入汽缸20中并在此將其壓縮。由共軌注入系統(tǒng)16將燃料注入汽缸20中，壓縮空氣的熱量點(diǎn)燃空氣與燃料的混合物。廢氣從汽缸20中排出并進(jìn)入排氣系統(tǒng)18中。在某些情況下，柴油機(jī)系統(tǒng)10可包括一個(gè)渦輪機(jī)26，它將補(bǔ)充的空氣抽入汽缸20中以供燃料與從入口管道14吸入的空氣燃燒。
排氣系統(tǒng)18包括排氣管道28，30，排氣導(dǎo)管29，31，催化劑38，柴油顆粒過濾器(DPF)40和加熱器41。第一與第二排氣區(qū)段由第一與第二汽缸排22，24限定。排氣管道28，30將排氣區(qū)段從相應(yīng)的汽缸排22，24導(dǎo)入排氣導(dǎo)管29，31。廢氣被導(dǎo)入渦輪機(jī)22以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)22?；旌吓懦鰵饬鲝臏u輪機(jī)22經(jīng)過催化劑38與加熱器41流入DPF40。當(dāng)混合排出氣流流向大氣時(shí)，DPF40從其中濾出顆粒。加熱器41選擇性地加熱流經(jīng)的排出氣流以使DPF40再生，正如以下詳細(xì)解說的那樣。
控制模件42根據(jù)本發(fā)明的DPF再生控制來調(diào)整柴油機(jī)系統(tǒng)10的操作。更具體地說，控制模件42與入口管道絕對(duì)壓力(MAP)傳感器44及發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)速器46相聯(lián)系。MAP傳感器44產(chǎn)生指示入口管道14內(nèi)氣壓的信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)速器產(chǎn)生指示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(RPM)的信號(hào)?？刂颇＜?2根據(jù)RPM與燃料消耗率來判定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。燃料消耗率一般以每燃燒事件所耗燃料體積來量度。通過燃料消耗率來控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。
具體參照附圖2與附圖3，DPF40為整體式顆粒捕集，并且包括交替的封閉槽/通道50及封閉槽/通道52。廢氣，如由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的那些廢氣，通過加熱器41的通道53，進(jìn)入用以蓄積顆粒物質(zhì)54的端封閉通道50并從開放通道52流出去。孔塞56用來密封通道50，52的終端。DPF40的壁58優(yōu)先由帶狀材料的多孔性陶瓷蜂窩狀壁組成。應(yīng)理解任何蜂窩狀材料都在本發(fā)明范圍之內(nèi)。煙灰顆粒59流入DPF中并在那里截聚。
進(jìn)一步參照附圖2，加熱器41偏置于DPF40上游X距離處。加熱器41優(yōu)選為電阻式加熱器，它包括多個(gè)電阻元件60和接電引線62。接電引線62連接到電源66(見附圖1)。當(dāng)運(yùn)作于再生模式時(shí)，電流有選擇地流經(jīng)加熱器41以引起電阻元件60發(fā)熱。更具體地說，當(dāng)需要DPF再生時(shí)，電流作用于電阻元件60以產(chǎn)生熱量。
具體參照附圖3，在DPF再生過程中，熱量傳導(dǎo)到流過通道53的煙灰顆粒59。要傳導(dǎo)足夠的熱量以引發(fā)煙灰顆粒59的放熱燃燒。并釋放多余的熱量。熱量流入DPF40中并加熱其中的煙灰顆粒59。因此，通過DPF可取得級(jí)聯(lián)效應(yīng)，上游煙灰顆粒59的燃燒31引發(fā)下游煙灰顆粒59燒。換言之，加熱器41作為一種點(diǎn)火觸媒，它點(diǎn)燃或引燃上游煙灰顆粒59，其燃燒熱量依次引燃下游煙灰顆粒59。以此種方式，DPF內(nèi)的全部煙灰顆粒59都得以燃燒以使DPF40再生。
DPF再生過程周期性引發(fā)以使DPF40再生。更具體地說，控制模件42估計(jì)DPF的負(fù)載。當(dāng)估計(jì)負(fù)載達(dá)到極限水平(如每升5克顆粒物質(zhì))并且廢氣流速進(jìn)入預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，電流就會(huì)作用于加熱器41以引發(fā)再生過程。DPF40顆粒物質(zhì)的量不同，再生過程持續(xù)的時(shí)間就不同?？梢灶A(yù)料，再生過程可持續(xù)4-6分鐘。但電熱器41僅僅8應(yīng)用于再生過程的初始時(shí)段。具體而言，電熱器41將流經(jīng)的廢氣加熱達(dá)到極限周期(如1-2分鐘)。通過DPF內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱量可得到再生過程的殘余物。
現(xiàn)參照附圖4，流程示了本發(fā)明的DPF再生控制。在步驟100中，控制決定是否執(zhí)行DPF再生過程。如上所述，當(dāng)DPF40內(nèi)顆粒量超過閾值并且廢氣流速超過極限流速時(shí)，就會(huì)引發(fā)DPF再生過程。如控制判定不應(yīng)執(zhí)行DPF再生，那么控制就會(huì)循環(huán)返回。如控制判定應(yīng)執(zhí)行DPF再生，那么控制就會(huì)向電熱器提供電流以執(zhí)行步驟102。如以上詳細(xì)討論的，電熱器41加熱流經(jīng)的廢氣以引發(fā)廢氣燃燒。燃燒過程所產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步引起了DPF40內(nèi)煙灰顆粒的燃燒以使DPF再生。在步驟104中，在極限期滿(如1-2分鐘)后，控制斷開加熱器的電流，控制過程結(jié)束。
本發(fā)明的DPF再生系統(tǒng)相比先前技術(shù)具有特殊的優(yōu)勢(shì)。具體而言，DPF再生系統(tǒng)防止了過大的溫度偏差，而過大的溫度偏差不利于排氣系統(tǒng)元件。相對(duì)其它的基于電能的DPF再生系統(tǒng)，本發(fā)明的DPF再生系統(tǒng)具有更高的效率(效率約為80％-90％)。
那些精通技術(shù)的人員現(xiàn)在能從前述說明中了解到本發(fā)明的大概解說可運(yùn)用于各種形式中。因此，當(dāng)已結(jié)合具體例子對(duì)本發(fā)明作了描述以后，本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)如此受限，因?yàn)槭炀毜膶I(yè)人員在對(duì)附圖，詳細(xì)說明及以下權(quán)利要求書作一番研究后，作出其它改進(jìn)將變得輕而易舉。
權(quán)利要求
1.一種處理發(fā)動(dòng)機(jī)所生廢氣的排氣系統(tǒng)，包括一個(gè)柴油顆粒過濾器(DPF)，它置于發(fā)動(dòng)機(jī)下游并從上述廢氣中濾出顆粒；一個(gè)電熱器，它置于上述DPF的上游，并在上述廢氣經(jīng)過時(shí)對(duì)其加熱以引發(fā)廢氣內(nèi)顆粒的燃燒，其中上述顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量引起上述DPF內(nèi)顆粒的燃燒。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述排氣系統(tǒng)，其中所述電熱器偏置于上述DPF一定距離處。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述排氣系統(tǒng)，其中所述電熱器為電阻式電熱器。
4.依據(jù)權(quán)利要求1中所述排氣系統(tǒng)還包括一個(gè)控制模件，它有選擇地使電流流向上述電熱器。
5.依據(jù)權(quán)利要求4所述排氣系統(tǒng)，其中所述控制模件判定上述DPF內(nèi)顆粒物質(zhì)的估計(jì)量，并在上述量超過閾值時(shí)引發(fā)DPF再生。
6.依據(jù)權(quán)利要求4所述排氣系統(tǒng)，其中所述控制模件能使上述電流持續(xù)DPF再生循環(huán)的一個(gè)初始周期。
7.排氣系統(tǒng)中柴油顆粒過濾器(DPF)再生方法，包括產(chǎn)生含有顆粒的廢氣；用電熱器對(duì)上述DPF上游廢氣加熱以引起顆粒的燃燒；以及將上述顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到上述DPF中以引發(fā)上述DPF內(nèi)顆粒的燃燒。
8.依據(jù)權(quán)利要求7所述方法，還包括將上述電熱器偏置于上述DPF一定距離處。
9.依據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其中所述電熱器為電阻式電熱器。
10.依據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其中對(duì)上述廢氣加熱步驟持續(xù)達(dá)DPF再生循環(huán)的一個(gè)初始周期。
11.依據(jù)權(quán)利要求7所述方法，還包括對(duì)上述DPF內(nèi)顆粒物質(zhì)的量作出估計(jì)，當(dāng)上述量超過閾值時(shí)，就會(huì)執(zhí)行對(duì)上述廢氣加熱步驟。
12.使排氣系統(tǒng)的柴油顆粒過濾器(DPF)再生的方法，包括引導(dǎo)含有顆粒的廢氣通過電熱器；將電流應(yīng)用到電熱器；用所述電加熱器加熱上述DPF上游的廢氣以引起所述顆粒的燃燒；將所述顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量引導(dǎo)到上述DPF中以引起上述DPF內(nèi)顆粒的燃燒。
13.依據(jù)權(quán)利要求12所述方法，還包括將上述電熱器偏置于上述DPF一定距離處。
14.依據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其中所述電熱器為電阻式電熱器。
15.依據(jù)權(quán)利要求12所述方法，其中對(duì)上述廢氣加熱步驟持續(xù)達(dá)DPF再生循環(huán)的一個(gè)初始周期。
16.依據(jù)權(quán)利要求12所述方法，還包括對(duì)上述DPF內(nèi)顆粒物質(zhì)的量作出估計(jì)，其中當(dāng)上述量超過閾值時(shí)，就會(huì)執(zhí)行對(duì)上述廢氣加熱步驟。
全文摘要
一種處理發(fā)動(dòng)機(jī)所生廢氣的排氣系統(tǒng)包含一個(gè)柴油顆粒過濾器(DPF)，它置于發(fā)動(dòng)機(jī)的下游并從廢氣中濾出顆粒。一個(gè)電熱器置于DPF的上游，并在廢氣經(jīng)過時(shí)對(duì)其加熱以引發(fā)廢氣內(nèi)顆粒的燃燒，顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量引起DPF內(nèi)顆粒的燃燒。
文檔編號(hào)F01N3/027GK1920267SQ20061012160
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者E·V·貢澤, F·阿門特 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司