專利名稱：電加熱顆粒物過(guò)濾器的加熱器絕緣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，且更具體地涉及電加 熱PM過(guò)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(dòng)機(jī)(如柴油發(fā)動(dòng)機(jī))產(chǎn)生顆粒物質(zhì)(PM),所述顆粒 物質(zhì)(PM)用PM過(guò)濾器從排氣氣體過(guò)濾。PM過(guò)濾器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的 排氣系統(tǒng)中。PM過(guò)濾器降低在燃燒期間產(chǎn)生的PM排放。 隨著時(shí)間的過(guò)去，PM過(guò)濾器變滿。在再生期間，PM可在 PM過(guò)濾器內(nèi)燃燒。再生可包括將PM過(guò)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(dòng)機(jī)管理、使用燃料燃燒器、使用催 化氧化劑以在燃料噴射后增加排氣溫度、使用電阻加熱線圏、和/或使用 微波能量。電阻加熱線圖通常與PM過(guò)濾器接觸布置，以允許通過(guò)傳導(dǎo)
禾口只寸濟(jì)u力口熱。 當(dāng)獲得高于燃燒溫度(如600°C)的溫度時(shí)，柴油機(jī)PM
燃燒。燃燒的啟動(dòng)使得溫度進(jìn)一步增加。雖然火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)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(dòng)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(guò)濾器的快速再生可行，其也可能引 起一些問(wèn)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) 以可忽略的量降低燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，難以實(shí)現(xiàn)電加熱PM降低系統(tǒng)的 耐用性。

發(fā)明內(nèi)容
—種系統(tǒng)，其包括顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，所述PM過(guò)濾 器包括用于接收排氣氣體的上游端和下游端。分區(qū)電阻加熱器從所述上 游端隔開(kāi)布置且包括N個(gè)區(qū)域，其中N是大于1的整數(shù)，所述N個(gè)區(qū)域 中的每個(gè)包括M個(gè)子區(qū)域，其中M是大于或等于1的整數(shù)，且其中所述 加熱器包括電絕緣材料?？刂颇K選擇性地起用所述N個(gè)區(qū)域中的至少 一個(gè)選定區(qū)域以在從所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域的PM過(guò)濾 器下游部分中啟動(dòng)再生，且停用所述N個(gè)區(qū)域中的未選定區(qū)域。 —種方法，其包括提供顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，所述 PM過(guò)濾器包括用于接收排氣氣體的上游端和下游端；將分區(qū)電阻加熱 器從所述上游端隔開(kāi)布置，所述分區(qū)電阻加熱器包括N個(gè)區(qū)域，其中N 是大于l的整數(shù)，所述N個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括M個(gè)子區(qū)域，其中M是大 于或等于1的整數(shù)，且其中所述加熱器包括電絕緣材料；和選擇性地起 用所述N個(gè)區(qū)域中的至少 一個(gè)選定區(qū)域以在從所述N個(gè)區(qū)域中所選定的 所述一個(gè)區(qū)域的PM過(guò)濾器下游部分中啟動(dòng)再生，且停用所述N個(gè)區(qū)域 中的未選定區(qū)域。 進(jìn)一步的應(yīng)用范圍從在此提供的說(shuō)明顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解， 說(shuō)明和具體示例僅用于圖示說(shuō)明的目的，而不限定本披露的范圍。


在此所述的附圖僅用于圖示說(shuō)明的目的，而決不限定本披 露的范圍。 圖1是包括顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器的示范性發(fā)動(dòng)機(jī)的功能
方塊圖，所述PM過(guò)濾器帶有從所述PM過(guò)濾器隔開(kāi)的分區(qū)進(jìn)口加熱器；
圖2更詳細(xì)地示出了圖1的電加熱顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器
的分區(qū)進(jìn)口加熱器的示范性分區(qū)； 圖3A更詳細(xì)地示出了圖1的電加熱PM過(guò)濾器的分區(qū)進(jìn)口
加熱器的第二示范性分區(qū)； 圖3B示出了圖3A的分區(qū)進(jìn)口加熱器的一個(gè)區(qū)域中的示范
性電阻加熱器； 圖4A更詳細(xì)地示出了圖1的電加熱PM過(guò)濾器的分區(qū)進(jìn)口 加熱器的第二示范性分區(qū)； 圖4B示出了圖4A的分區(qū)進(jìn)口加熱器的一個(gè)區(qū)域中的示范 性電阻加熱器； 圖5示出了具有從所述PM過(guò)濾器隔開(kāi)的分區(qū)電加熱器的 電加熱PM過(guò)濾器； 圖6示出了分區(qū)電加熱器內(nèi)的加熱； 圖7是示出了由控制模塊為再生PM過(guò)濾器進(jìn)行的步驟的 流程圖； 圖8示出了分區(qū)電阻加熱器柵格； 圖9示出了包括絕緣材料的分區(qū)電阻加熱器柵格；和 圖10示出了包括絕緣緩沖層(insulating buffer)的分區(qū)電
阻加熱器柵格。
具體實(shí)施例方式
以下說(shuō)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(gè)附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的 部件和特征。 如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"模塊"指的是專用集成電路(ASIC)、 電子電路、執(zhí)行一個(gè)或更多軟件或固件程序的處理器(共用、專用、或 群組)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它合適部件。 本披露使用了帶有多個(gè)區(qū)域的加熱器。電加熱器從PM過(guò) 濾器隔開(kāi)。換句話說(shuō)，電加熱器位于PM過(guò)濾器前面但不與下游PM過(guò) 濾器接觸。加熱器選擇性地加熱PM過(guò)濾器的部分。PM過(guò)濾器可以安 裝為足夠靠近PM過(guò)濾器前面，以控制加熱模式。加熱器的長(zhǎng)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(guò)濾器。因此PM過(guò) 濾器主要通過(guò)對(duì)流加熱。電加熱器可以分成多個(gè)區(qū)域以降低加熱PM過(guò) 濾器所需要的電功率。所述區(qū)域也加熱PM過(guò)濾器內(nèi)的下游選定部分。 通過(guò)僅加熱過(guò)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(guò)濾 器。 PM過(guò)濾器通過(guò)選擇性地加熱PM過(guò)濾器前面的一個(gè)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。當(dāng)達(dá)到足夠的表面溫 度時(shí)，加熱器可以關(guān)閉，且燃著的碳煙然后沿PM過(guò)濾器通道的長(zhǎng)度分 級(jí)，這類似于煙花上的燃著的引信。換句話說(shuō)，加熱器可以僅起用足以 啟動(dòng)碳煙點(diǎn)火的時(shí)間，且然后關(guān)閉。其它再生系統(tǒng)通常使用對(duì)流和傳導(dǎo)， 且在整個(gè)碳煙燃燒過(guò)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，與本披露提出的系統(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(guò)程對(duì)每個(gè)加熱區(qū)域 持續(xù)，直到PM過(guò)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(kāi)。因此，由于加熱引起的總體應(yīng)力更小，且這些應(yīng)力分布在整個(gè)電 加熱PM過(guò)濾器的容積內(nèi)。該方法允許在電加熱PM過(guò)濾器的較大的部 分中再生，而不產(chǎn)生損壞電加熱PM過(guò)濾器的熱應(yīng)力。 最大溫度梯度出現(xiàn)在加熱器的邊緣處。因而，起用另一加 熱器的局部應(yīng)力區(qū)域之后的一個(gè)加熱器允許更多的積極加熱的再生體 積而不增加總體應(yīng)力。這有助于改進(jìn)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的再生機(jī)會(huì)，且減少成 本和復(fù)雜性，因?yàn)橄到y(tǒng)不需要獨(dú)立地再生那么多的區(qū)域。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，根據(jù)本披露示意性地圖示了示范性柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)理解，柴油發(fā)動(dòng)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(guò)濾器再生系統(tǒng)可以用于釆用顆粒物過(guò) 濾器的各種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。這種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括但不限于汽油直接 噴射發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和均質(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。為了討論簡(jiǎn)單，本披露將關(guān)于 柴油發(fā)動(dòng)才幾系統(tǒng)討論。 渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12,發(fā)動(dòng)機(jī)12燃
燒空氣和燃料混合物產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器14進(jìn)入系統(tǒng)。 空氣通過(guò)空氣過(guò)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(lái)說(shuō)空氣壓縮越大，發(fā)動(dòng)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(guò)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(gè) 汽缸26,但本披露的系統(tǒng)和方法可以用于具有多個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)中，包 括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個(gè)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(lái)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(kāi)汽缸26進(jìn)入排氣系統(tǒng)。 排氣系統(tǒng)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的顆粒物過(guò)濾器(PM過(guò)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(dòng)渦輪。渦輪利于從空氣過(guò)濾器 14接收的新鮮空氣的壓縮。排氣從渦輪增壓器18流動(dòng)通過(guò)DOC32,通 過(guò)分區(qū)加熱器35且進(jìn)入PM過(guò)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(guò)濾器組件34從DOC32 接收排氣且過(guò)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(guò)濾器組件34隔開(kāi)，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(cè)信息控制發(fā)動(dòng)機(jī)和PM過(guò)濾器再 生。更具體而言，控制模塊44估算PM過(guò)濾器組件34的載荷。當(dāng)所估 算的載荷達(dá)到預(yù)定水平且排氣流率在希望范圍內(nèi)時(shí)，控制經(jīng)由電源46 供應(yīng)給PM過(guò)濾器組件34的電流以啟動(dòng)再生過(guò)程。再生過(guò)程的持續(xù)時(shí) 間可基于PM過(guò)濾器組件34中的顆粒物質(zhì)的估算量變動(dòng)。 在再生過(guò)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(guò)濾器組件34的加熱器35的選定區(qū)域預(yù)定周期。 通過(guò)加熱器35的排氣氣體由起用的區(qū)域加熱。加熱后的排氣氣體行進(jìn) 到PM過(guò)濾器組件34的下游過(guò)濾器，且通過(guò)對(duì)流加熱過(guò)濾器。再生過(guò) 程的其余部分使用由通過(guò)PM過(guò)濾器的加熱后的排氣產(chǎn)生的熱實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖2，更詳細(xì)地示出了用于PM過(guò)濾器組件34的 示范性分區(qū)進(jìn)口加熱器35。分區(qū)進(jìn)口加熱器35從PM過(guò)濾器組件34隔 開(kāi)布置。PM過(guò)濾器組件34包括多個(gè)隔開(kāi)的加熱器區(qū)域，包括區(qū)域1 (帶
有子區(qū)域1A、 1B和1C)、區(qū)域2(帶有子區(qū)域2A、 2B和2C)和區(qū)域 3 (帶有子區(qū)域3A、 3B和3C)。區(qū)域l、 2和3可在各個(gè)不同的周期期 間起用。 當(dāng)排氣氣體流動(dòng)通過(guò)加熱器已起用的區(qū)域時(shí)，在最初接收 的加熱后的排氣氣體的PM過(guò)濾器的相應(yīng)部分(例如，起用區(qū)域的下游 區(qū)域)中或通過(guò)分級(jí)進(jìn)行的燃燒碳煙點(diǎn)火的下游區(qū)域發(fā)生再生。不在已 起用的區(qū)域下游的PM過(guò)濾器的相應(yīng)部分用作應(yīng)力減輕區(qū)域。例如，在 圖2中，子區(qū)域1A、 1B和1C被起用，而子區(qū)域2A、 2B、 2C、 3A、 3B和3C用作應(yīng)力減輕區(qū)域。 已起用的加熱器子區(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減輕由加熱器子區(qū)域1A、 1B和1C的膨脹和 收縮引起的應(yīng)力。在區(qū)域l完成再生之后，區(qū)域2可以起用，且區(qū)域l 和3用作應(yīng)力減輕區(qū)域。在區(qū)域2完成再生之后，區(qū)域3可以起用，且 區(qū)域1和2用作應(yīng)力減輕區(qū)域。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖3A,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)域帶的中間部分環(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(shí)停用區(qū)域的下游部分提供應(yīng)力減輕。可 以理解，每次可以起用區(qū)域l、 2、 3、 4和5中的一個(gè)。其它區(qū)域保持 停用。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖3B,示出了靠近圖3A中的第一周向區(qū)域帶中 的區(qū)域(例如，區(qū)域3)中的一個(gè)布置的示范性電阻加熱器100。電阻 加熱器100可包括覆蓋相應(yīng)區(qū)域的一個(gè)或更多線圏以提供足夠的加熱。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖4A，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。周向區(qū)域帶包括區(qū)域2、 3、 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(shí)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(gè)。其它區(qū)域保持 停用。在其它應(yīng)用中，可以同時(shí)起用多個(gè)區(qū)域。例如，可以同時(shí)起用互
補(bǔ)的區(qū)域(例如，區(qū)域2和4，或區(qū)域3和5)。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖4B,示出了靠近圖4A中的第一周向區(qū)域帶中 的區(qū)域(例如，區(qū)域2)中的一個(gè)布置的示范性電阻加熱器110。電阻 加熱器110可包括覆蓋相應(yīng)區(qū)域的一個(gè)或更多線圈以提供足夠的加熱。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖5,更詳細(xì)地示出了 PM過(guò)濾器組件34。 PM過(guò) 濾器組件34包括殼體200、過(guò)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(guò)濾器202的基底之間。電氣連接器211可提 供電流給PM過(guò)濾器組件34的區(qū)域，如上所述。 可以理解，加熱器35可以從過(guò)濾器202隔開(kāi)，以便加熱主 要是對(duì)流加熱。絕緣件212可以布置在加熱器35和殼體200之間。排 氣氣體從上游進(jìn)口 214進(jìn)入PM過(guò)濾器組件34,且被PM過(guò)濾器組件34 的一個(gè)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(guò)濾器 202接收。加熱器35從過(guò)濾器202隔開(kāi)且不與過(guò)濾器202接觸。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖6,更詳細(xì)地示出了 PM過(guò)濾器組件34內(nèi)的加 熱。排氣氣體250通過(guò)加熱器35且被加熱器35的一個(gè)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(guò)濾器202接收。距離"d" 可以為1/2，，或更少。過(guò)濾器202可以具有中心進(jìn)口 240、通道242、過(guò) 濾器材料244和位于進(jìn)口的徑向外側(cè)的出口 246。過(guò)濾器可以被催化。 加熱后的排氣氣體使得過(guò)濾器內(nèi)的PM燃燒，這再生PM過(guò)濾器。加熱 器35通過(guò)對(duì)流傳熱，以點(diǎn)火過(guò)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(shí)，加熱器關(guān)閉。碳煙的燃燒然后沿過(guò)濾器通道254 分級(jí)進(jìn)行，而不需要為加熱器維持功率。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖7,示出了再生PM過(guò)濾器的步驟?？刂瞥绦?在步驟300開(kāi)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，在步驟308,控制程序選定一個(gè)或更多的區(qū)域；在步驟312 對(duì)所選定區(qū)域起用加熱器。在步驟316中，控制程序根據(jù)電流、電壓、 排氣流量和排氣溫度中的至少一個(gè)估算足以實(shí)現(xiàn)最小過(guò)濾器表面溫度 的加熱周期。最小表面溫度應(yīng)當(dāng)足以啟動(dòng)碳煙燃燒且形成分級(jí)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(guò) 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。 使用中，控制模塊確定PM過(guò)濾器何時(shí)需要再生?；蛘撸?生可以周期性地或基于事件進(jìn)行。控制模塊可以估算整個(gè)PM過(guò)濾器何 時(shí)需要再生或PM過(guò)濾器中的區(qū)域何時(shí)需要再生。當(dāng)控制模塊確定整個(gè) PM過(guò)濾器需要再生時(shí)，控制模塊順序地每次起用所述區(qū)域中的一個(gè)或多 個(gè)以在PM過(guò)濾器的相關(guān)下游部分中啟動(dòng)再生。在所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域 再生之后，起用一個(gè)或更多其它區(qū)域，同時(shí)另外的區(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(gè)需要再 生時(shí)，控制模塊啟動(dòng)對(duì)應(yīng)于需要再生的PM過(guò)濾器的相關(guān)下游部分的區(qū) 域。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖8,示出了對(duì)應(yīng)于圖4A的分區(qū)進(jìn)口加熱布置的 分區(qū)電阻加熱器柵格400。加熱器柵格400包括對(duì)應(yīng)于區(qū)域1的中心部 分402和對(duì)應(yīng)于區(qū)域2、 3、 4和5的外部部分404。加熱器柵才各400的 區(qū)域可以如上文關(guān)于圖l-7所述選擇性地起用和停用。 加熱器柵格400的各個(gè)區(qū)域中的電阻線圈在起用時(shí)可能膨 脹(即，由于熱膨脹)。從而，選定(起用)區(qū)域可能膨脹且與相鄰的 未選定(停用)區(qū)域接觸。例如，對(duì)應(yīng)于區(qū)域2的加熱器柵格400的一 部分可能膨脹且與區(qū)域l、 4和5中的一個(gè)或多個(gè)接觸。當(dāng)起用區(qū)域接 觸相鄰的停用區(qū)域時(shí)，施加給起用區(qū)域的電流流入相鄰的停用區(qū)域中。 換句話說(shuō)，起用區(qū)域短路。當(dāng)起用區(qū)域短路時(shí)，過(guò)濾器的相應(yīng)區(qū)域不會(huì) 達(dá)到希望的最小過(guò)濾器表面溫度，且防止正確的過(guò)濾器再生。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖9,分區(qū)電阻加熱器柵格400的電阻線圏涂有 絕緣材料410 。絕緣材料410防止選定區(qū)域的電阻線圏接觸相鄰的區(qū)域。 換句話說(shuō)，即使在電阻線圈經(jīng)歷熱膨脹時(shí)，絕緣材料410也防止選定區(qū) 域中的短路。絕緣材料410是導(dǎo)熱的，以允許來(lái)自加熱器柵格400的熱 加熱排氣氣體。相反，絕緣材料410是不導(dǎo)電的。因而，防止流動(dòng)通過(guò) 選定區(qū)域的電阻線圈的電流流入到相鄰區(qū)域中。此外，絕緣材料410可 選定為以與加熱器柵格400的熱膨脹一致的速率熱膨脹。例如，絕緣材 料410可以包括氧化鋁。 現(xiàn)在參見(jiàn)圖10,分區(qū)電阻加熱器柵格400包括絕緣緩沖層 420。絕緣緩沖層420位于加熱器柵才各400的每個(gè)區(qū)域之間。例如，絕
緣緩沖層420可包括環(huán)繞加熱器柵格400的區(qū)域1的中心部分422和從 所述中心部分422向外延伸的多個(gè)輻條狀部分424。多個(gè)輻條狀部分中 的每個(gè)在加熱器柵才各400的外部部分的相鄰的區(qū)域之間延伸。 如上文關(guān)于圖9所示，絕緣緩沖層420是導(dǎo)熱的但不導(dǎo)電。 因而，防止流動(dòng)通過(guò)選定區(qū)域的電阻線圏的電流流入到相鄰區(qū)域中，且 避免短路。例如，絕緣緩沖層420可以包括氧化鋁。 在其它應(yīng)用中，控制才莫塊44 (如圖l所示)可以檢測(cè)由于 熱膨脹引起的短路。例如，當(dāng)分區(qū)電阻加熱器柵格400不包括絕緣材料 410和絕緣緩沖層420中的一個(gè)時(shí)和/或當(dāng)絕緣材料410和絕緣緩沖層 420中的一個(gè)損壞時(shí)，控制模塊44可檢測(cè)短路。例如，控制模塊44可 以測(cè)量跨過(guò)加熱器柵格400的未選定(停用)區(qū)域的至少一部分的電壓。 當(dāng)檢測(cè)到電壓時(shí)(例如，當(dāng)跨過(guò)停用區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)的電壓大于閥 值時(shí))，控制模塊44確定起用區(qū)域與停用區(qū)域的相鄰一個(gè)接觸且因 而短路。從而，控制4莫塊44可以停用已起用的區(qū)域且起用不相鄰的區(qū) 域。例如，在區(qū)域2起用時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，控制模塊44可以停用 區(qū)域2且起用區(qū)域3。此外，控制模塊44可以指示表示加熱器柵格400、 絕緣材料410、和絕緣緩沖層420中的一個(gè)需要更換的故障。 由于較少的再生時(shí)間，本披露可顯著地降低燃料經(jīng)濟(jì)性惡 化、降低尾管溫度、且改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，包括顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，所述PM過(guò)濾器包括用于接收排氣氣體的上游端和下游端；分區(qū)電阻加熱器，所述分區(qū)電阻加熱器從所述上游端隔開(kāi)布置且包括N個(gè)區(qū)域，其中N是大于1的整數(shù)，所述N個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括M個(gè)子區(qū)域，其中M是大于或等于1的整數(shù)，且其中所述加熱器包括電絕緣材料；和控制模塊，所述控制模塊選擇性地至少起用所述N個(gè)區(qū)域中所選定的一個(gè)區(qū)域以在從所述N個(gè)區(qū)域中的所述一個(gè)區(qū)域下游的所述PM過(guò)濾器下游部分中啟動(dòng)再生，且停用所述N個(gè)區(qū)域中的未選定區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器的所述N 個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括涂有所述絕緣材料的電阻線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述絕緣材料布置 在所述N個(gè)區(qū)域中的相鄰區(qū)域之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述絕緣材料包括 環(huán)繞所述N個(gè)區(qū)域的中心區(qū)域的中心部分，和從所述N個(gè)區(qū)域的所述 中心區(qū)域向外延伸且在所述N個(gè)區(qū)域的所述相鄰區(qū)域之間延伸的多個(gè) 輻條狀部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述絕緣材料包括 氧化鋁。
6. 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 所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域是否與所述N個(gè)區(qū)域中的所述 未選定區(qū)域中的一個(gè)接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根據(jù) 跨過(guò)所述N個(gè)區(qū)域中的所述未選定區(qū)域中的所述一個(gè)的電壓進(jìn)行所述 確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述N個(gè)區(qū)域中 所選定的所述一個(gè)區(qū)域與所述N個(gè)區(qū)域中的所述未選定區(qū)域中的一個(gè) 接觸時(shí)，所述控制模塊停用所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域，且 起用所述N個(gè)區(qū)域中的所述未選定區(qū)域中不與所述N個(gè)區(qū)域中所選定 的所述一個(gè)區(qū)域相鄰的 一個(gè)區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述N個(gè)區(qū)域中的 所述未選定區(qū)域提供應(yīng)力減輕區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊估算 將所述PM過(guò)濾器的表面部分加熱至溫度大于或等于預(yù)定溫度的加熱周 期，并在所述加熱周期之后關(guān)閉所述加熱器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定溫度為 700°C。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器被隔開(kāi) 小于或等于1/2英寸的距離。
13. —種方法，包括提供顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，所述PM過(guò)濾器包括用于接收排氣氣 體的上游端和下游端；將分區(qū)電阻加熱器從所述上游端隔開(kāi)布置，所述分區(qū)電阻加熱器包 括N個(gè)區(qū)域，其中N是大于1的整數(shù)，所述N個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括M 個(gè)子區(qū)域，其中M是大于或等于1的整數(shù)，且其中所述加熱器包括電絕 緣材料；和選擇性地至少起用所述N個(gè)區(qū)域中選定的一個(gè)區(qū)域以在從所述N個(gè) 區(qū)域中選定的所述一個(gè)區(qū)域下游的所述PM過(guò)濾器下游部分中啟動(dòng)再生， 且停用所述N個(gè)區(qū)域中的未選定區(qū)域。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱器的所 述N個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括涂有所述絕緣材料的電阻線圈。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料布 置在所述N個(gè)區(qū)域中的相鄰區(qū)域之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料包 括環(huán)繞所述N個(gè)區(qū)域的中心區(qū)域的中心部分，和從所述N個(gè)區(qū)域的所 述中心區(qū)域向外延伸且在所述N個(gè)區(qū)域的所述相鄰區(qū)域之間延伸的多 個(gè)輻條狀部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料包 括氧化鋁。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括確定所述N 個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域是否與所述N個(gè)區(qū)域中的所述未選定 區(qū)域中的一個(gè)接觸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，根據(jù)跨過(guò)所述N 個(gè)區(qū)域中的所述未選定區(qū)域中的所述一個(gè)的電壓進(jìn)行所述確定。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于還包括當(dāng)所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域與所述N個(gè)區(qū)域中的所 述未選定區(qū)域中的一個(gè)接觸時(shí)，停用所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè) 區(qū)i或；和當(dāng)所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域與所述N個(gè)區(qū)域中的所 述未選定區(qū)域中的一個(gè)接觸時(shí)，起用所述N個(gè)區(qū)域中的所述未選定區(qū)域 中不與所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域相鄰的一個(gè)區(qū)域。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述N個(gè)區(qū)域中 的所述未選定區(qū)域提供應(yīng)力減輕區(qū)域。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括估算將所 述PM過(guò)濾器的表面部分加熱至溫度大于或等于預(yù)定溫度的加熱周期， 并在所述加熱周期之后關(guān)閉所述分區(qū)加熱器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定溫度為 700 。C。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱器被隔 開(kāi)小于或等于1/2英寸的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及電加熱顆粒物過(guò)濾器的加熱器絕緣。具體而言公開(kāi)了一種系統(tǒng)，其包括顆粒物質(zhì)(PM)過(guò)濾器，所述PM過(guò)濾器包括用于接收排氣氣體的上游端和下游端。分區(qū)電阻加熱器從所述上游端隔開(kāi)布置且包括N個(gè)區(qū)域，其中N是大于1的整數(shù)，所述N個(gè)區(qū)域中的每個(gè)包括M個(gè)子區(qū)域，其中M是大于或等于1的整數(shù)，且其中所述分區(qū)加熱器包括電絕緣材料。控制模塊選擇性地至少起用所述N個(gè)區(qū)域中所選定的一個(gè)選定區(qū)域以在從所述N個(gè)區(qū)域中所選定的所述一個(gè)區(qū)域下游的PM過(guò)濾器下游部分中啟動(dòng)再生，且停用所述N個(gè)區(qū)域中的未選定區(qū)域。
文檔編號(hào)F01N3/027GK101392673SQ20081014922
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者A·菲爾普斯, E·V·岡策, K·W·柯比, 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