專利名稱：使用催化劑剝離的電加熱顆粒過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉^于加熱顆粒過濾器(或稱vf斜立捕集器)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本節(jié)的陳述只是為了提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息,可能并不構(gòu)成i賄技術(shù)。柴油機(jī)通常具有比汽油機(jī)更高的效率，因?yàn)椴裼腿剂系膲嚎s比增大并且 能量密度更高。柴油機(jī)的燃燒循環(huán)產(chǎn)生顆粒，通常是通過布置在廢氣流中的顆粒 過濾器(PF)對柴油機(jī)排氣中的顆粒進(jìn)行過濾捕集。隨著時(shí)間的過去，PF會變滿 并且必須清除所捕集的柴油機(jī)顆粒。再生過程中，柴油初灝粒在PF內(nèi)燃燒。傳統(tǒng)的再生方法是在主燃燒事件之后向廢氣流中噴射燃料。該燃燒后噴 射燃料在置于廢氣流中的一個或多個催化劑上燃燒。燃料在催化劑上的燃燒期間， 所IN文的熱量提高了排氣溫度，該溫度使PF內(nèi)捕集的顆粒燃燒。然而，這種方法 會導(dǎo)致比所預(yù)期的更高的溫度劇增，這對排氣系統(tǒng)部件包括PF有害。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種排氣系統(tǒng)，用于處理發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的排氣。該系 統(tǒng)主要包括顆粒過濾器(PF)，其對排氣顆粒進(jìn)行過濾捕集，其中，PF的上游端 接收發(fā)動機(jī)排氣。電阻材料的格4附^^到PF上游外表面上并且選擇'f:ii也加熱^i至 該格柵的排^/人而引起PF內(nèi)顆粒的燃燒。催化劑涂層被涂在PF上，^W是高了PF
內(nèi)的顆粒燃燒溫度。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于再生排氣系統(tǒng)的顆粒過濾器(PF)的方法。該方法主要包括將電阻材料的格柵加到PF的前方外表面上；向電阻材 料通電以加熱該格柵；通過被加熱的格柵引起存在于PF前表面上的顆粒燃燒；通 過排氣將顆粒燃燒產(chǎn)生的熱量導(dǎo)入PF內(nèi)從而引起PF內(nèi)顆粒的燃燒；以及通過排 氣的一氧^/友轉(zhuǎn)化來提高顆粒燃燒溫度。根據(jù)本文的描述，可明顯看出本發(fā)明適用于更多領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì) 描述和特定例子只A^到舉例的作用，而無意限制本發(fā)明的范圍。


本文所述附圖只是為了起到舉例的作用，而無意用來限制本發(fā)明的范圍。圖1是示例性汽車的功能框圖，該汽車具有根據(jù)本發(fā)明各方面的顆粒過
濾器和顆粒過濾器再生系統(tǒng)。圖2是示例性壁流蒼沐式顆粒過濾器的截面圖。
圖3包括顆粒過濾器的示例性前表面的透視圖，其示出了電阻路徑的各 種模式。圖4是示例性顆粒過濾器和加熱器墊片的前表面的透3見圖。
圖5是圖2所示示例性顆粒過濾器的截面圖，其具有根據(jù)本發(fā)明各方面 的催化劑涂層。
M實(shí)施方式下列描述實(shí)際上只是示例性的并且不意圖卩艮制本發(fā)明、應(yīng)用或用途。應(yīng) 當(dāng)理解，在所有附圖中，用相同的附圖標(biāo)i汰示相同或相應(yīng)的零件和特征。本文 所用的術(shù)語是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、扭^亍一種或多種軟件 或固件程序的處理器(共享的、專用的或群組的)和務(wù)賭器、組合邏輯電路、和/ 或其它的4是供所述功能的適當(dāng)部件。現(xiàn)在參照圖1，示出了包括根據(jù)本發(fā)明各方面的柴油機(jī)系統(tǒng)11的示例 性汽車IO。應(yīng)當(dāng)理解，柴油機(jī)系統(tǒng)ll實(shí)際上只是示例性的，并iL^文所述顆粒過 濾器再生系統(tǒng)可以在采用了顆粒過濾器的各種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。這些發(fā)動機(jī)系 統(tǒng)可以是但不限于直噴式汽油機(jī)系統(tǒng)和均質(zhì)充^燃M動機(jī)系統(tǒng)。為了便于論 述，將就柴油機(jī)系統(tǒng)i^ii^發(fā)明。渦輪增壓柴油機(jī)系統(tǒng)11包括燃燒空氣和燃料》V^4勿以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的 發(fā)動機(jī)12?？諝饨?jīng)由空氣濾清器14iiA該系統(tǒng)?？諝饬鹘?jīng)空氣濾清器14并且被 吸入渦輪增壓器18中。渦輪增壓器18對進(jìn)入系統(tǒng)11的新鮮空氣進(jìn)行壓縮。通常，空^縮^^大，發(fā)動機(jī)12的輸出f姚大。然后，壓縮空^i^進(jìn)^t支管22 之前流經(jīng)空氣冷卻器20。進(jìn)^t支管22內(nèi)的空^i皮分入氣缸26。盡管只示出四個氣缸26，但應(yīng)當(dāng) 理解本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在具有多個氣釭的發(fā)動機(jī)中應(yīng)用，包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個氣缸。也應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在v型 氣缸結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。由燃料噴射器28將燃料噴入氣缸26。壓縮空氣的熱量點(diǎn)燃了空 ^V燃料';f曰o^4勿?？諂燃泮牛';曰^4勿的燃燒產(chǎn)生廢氣。廢^/人氣釭26排入排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)包括排氣歧管30、柴油枳^ll化催化劑(催化劑)32和顆粒過 濾器(PF) 34?？蛇x地，EGR閥(未示出)將~"#分廢氣再循環(huán)回進(jìn)^>支管22 中。其余廢氣被引入渦輪增壓器18中來驅(qū)動渦輪。該渦4^ii了從空氣濾清器14 出來的新鮮空氣的壓縮。廢^A渴輪增壓器18流出，流過催化劑32和PF 34。催 化劑32根據(jù)在后燃燒空燃比對廢氣進(jìn)行氧化。PF34接收從催化劑32出來的廢氣 并il^t廢氣中存在的顆粒物質(zhì)進(jìn)行過濾捕集?？刂撇弄M44根據(jù)各種檢測信息和/或模型信息來控制發(fā)動機(jī)12和PF再 生。更詳細(xì)地說，控制才莫塊44估算PF34的顆粒物質(zhì)負(fù)載量。當(dāng)估算的顆粒物質(zhì) 負(fù)載量ii^J閾值(如，5克/升的顆粒物質(zhì))并JLA氣^i4處于預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，通 過電源46來控制供給PF 34的電流從而啟動再生過程。根據(jù)PF 34內(nèi)的顆粒物質(zhì) 量來改變再生過程的持續(xù)時(shí)間。預(yù)料再生過程能持續(xù)1-6^4中。然而，只在再生過 程的起始時(shí)期通電。更詳細(xì)地說，電育&于PF 34的前方加熱一段閾時(shí)期(如，1-2 ^4中)。對流經(jīng)前表面的廢氣進(jìn)行加熱。利用由PF34的被加熱面附近的顆粒物質(zhì) 的燃燒產(chǎn)生的熱量或是流經(jīng)PF 34的^^熱廢氣產(chǎn)生的熱量來完成再生過程的剩 余時(shí)期。特別參照圖2， PF 34優(yōu)選為M式顆粒過濾器并且包括交替的封閉單 iL/孔道50和開口單iL/^ii52。這些單it/孔道50、 52通常是方形截面，沿軸向 貫穿該部件。PF 34的壁面58優(yōu)選為由堇青石材料制成的多孔的蜂窩陶瓷壁面組 成。應(yīng)當(dāng)理解，任何蜂窩陶瓷材料都在本發(fā)明范圍內(nèi)。相鄰孔道是交替地堵住一 端，如56所示。這就迫使柴油顆粒穿過多孔的載體壁面，其充當(dāng)初4^t濾器。顆 粒物質(zhì)沉積在封閉孔道50內(nèi)，廢氣經(jīng)過開口孑L道52排出。顆粒物質(zhì)59濟(jì)A PF 34 并i^皮捕集在其中。為了再生的目的，包含電阻材料的格柵64 *]^到PF 34的前方外表面 (稱作前表面)上。向電阻材M電來產(chǎn)生熱能。應(yīng)當(dāng)理解，可采用厚膜加熱技 術(shù)來將格柵64貼到PF 34上。例如，可以在PF 34的前表面涂」J。熱材申h^4Ml 鎳^^金然后被腐蝕或加上一層遮罩。在其它不同實(shí)施例中，格柵64由電阻材料如不銹鋼組成，并且利用粘接劑或壓商洽到PF 34的方式貼到PF 34上。也應(yīng)當(dāng)理解，電阻材料可應(yīng)用為各種單膝f圣或多贈4勁莫式,如圖3所示。 可以移除電阻材料的一些片段來產(chǎn)生通路。在各種實(shí)施例中，如圖4所示，在PF34 的前表面貼上多孔的加熱器墊片70。在上述任一實(shí)施例中，流過PF34的排氣帶 著在PF34前表面產(chǎn)生的熱能順著孑Ui50、 52往下一小^^巨離。增加的熱能點(diǎn)燃 了 PF34的入口附近的顆粒物質(zhì)。然后，顆粒燃燒所產(chǎn)生的熱量^皮引導(dǎo)通過PF34 從而引起PF 34內(nèi)其余顆粒的燃燒。M參照圖5，在PF34上額外涂有催化劑涂層。根據(jù)本發(fā)明，該催化 劑涂層按不同的密度分成子節(jié)段，由PF34的工作溫度來優(yōu)化。如所預(yù)料地，可以 對催化劑涂層的密度應(yīng)用階梯形式或連續(xù)或線性形式。如圖5所示，示例性PF 34包括允許廢氣iiX PF 34的入口和允許廢氣 排出PF 34的出口 。該P(yáng)F 34包括第一子節(jié)段72和第二子節(jié)段74。第一子節(jié)段72 位于離入口第一距離處。第二子節(jié)段74位于離入口第二距離處，其中第二距離大 于第一距離。第一子節(jié)段72按第一密度涂上催化劑。該第一涂層可以包括用于降 ^M氫化合物和一氧^/友的氧化催化劑。氧化催化劑包括但不限于鈀、鉑和/或類 似的。第二子節(jié)段74可以按第二密度涂上催化劑或者可以#4^不涂。如果涂了， 第二密度就小于第一密度。第二涂層也可以包括用于降j^友氫化合物和一氧^^
的氧化催化劑，如上所述。當(dāng)PF34在入口附近有催化劑涂層時(shí)，經(jīng)過一氧^5友轉(zhuǎn)化，催化劑材料 就提高了廢氣流溫度并且促進(jìn)了顆粒燃燒。通過在PF34的前部^ii^貞粒燃燒，就 減緩了高溫廢氣流的總,4^P效應(yīng)。在PF 34的出口附近則相反。通過去除或減少 PF 34后部的催化劑涂層，就可以降低可負(fù)M員害PF 34的過高溫度。現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從上文的描述知道,可以以多種形式實(shí)施本發(fā) 明的寬泛教導(dǎo)。因此，盡管用特定例子描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明的實(shí)際范圍 不會因此受到限制，因?yàn)閷Ρ绢I(lǐng)域技術(shù)人員來^it過研究附圖、說明書和下列權(quán) 利要求可以很明顯地得到其它變型。
權(quán)利要求
1、一種用于處理發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的排氣的排氣系統(tǒng)，包括顆粒過濾器，其對排氣顆粒進(jìn)行過濾捕集，其中，顆粒過濾器的上游端接收發(fā)動機(jī)的排氣；電阻材料制成的格柵，將其加到顆粒過濾器的上游外表面上，并且選擇性地加熱流經(jīng)該格柵的排氣從而引起顆粒過濾器內(nèi)顆粒的燃燒；以及催化劑涂層，將其涂在顆粒過濾器上，并且其提高了顆粒過濾器內(nèi)的顆粒燃燒溫度。
2、 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，催化劑涂層是按第一 密度涂在顆粒過濾器的第一子節(jié)段上。
3、 如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中，催化劑涂層是按第二 密度涂在顆粒過濾器的第二子節(jié)段上，且其中第一密度大于第二密 度。
4、 如權(quán)利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其中，第一子節(jié)段離顆粒過 濾器入口為第一距離，第二子節(jié)段離顆粒過濾器入口為第二距離，且 第二距離大于第一距離。
5、 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，還包括控制模塊，該控制模 塊在顆粒過濾器再生循環(huán)的起始時(shí)期控制向格柵的通電。
6、 如權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中，控制模塊估算顆粒過 濾器內(nèi)的顆粒量，且其中，當(dāng)該顆粒量超過閾值時(shí)控制電流。
7、 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，催化劑涂層包括氧化 催化劑材料。
8、 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，催化劑涂層是按階梯 形式涂覆的。
9、 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，催化劑涂層是按線性 形式涂覆的。
10、 一種用于再生排氣系統(tǒng)的顆粒過濾器的方法，包括 將電阻材料制成的格柵施加到顆粒過濾器的前方外表面； 向電阻材津+通電以加熱該檔4冊；通過被加熱的格柵引起存在于顆粒過濾器前表面上的顆粒燃燒；通過排氣將顆粒燃燒產(chǎn)生的熱量導(dǎo)入顆粒過濾器內(nèi)從而引起顆粒過濾器內(nèi)顆粒的燃燒；以及通過排氣的 一 氧化碳轉(zhuǎn)化來提高顆粒燃燒溫度。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括給顆粒過濾器提供催化 劑涂層，且其中，該催化劑涂層執(zhí)行一氧化碳轉(zhuǎn)化。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，提供催化劑涂層包括 提供包含氧化催化劑材料的催化劑涂層。
13、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，提供催化劑涂層包括 按階梯形式提供催化劑涂層。
14、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，提供催化劑涂層包括 按線性形式提供催化劑涂層。
15、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，提供催化劑涂層包括 在顆粒過濾器的第 一 子節(jié)段按第 一 密度提供催化劑涂層。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，提供催化劑涂層包括 在顆粒過濾器的第二子節(jié)段按第二密度提供催化劑涂層，且其中，第 一密度大于第二密度。
17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在第一子節(jié)段按第一密 度提供催化劑涂層還包括在離顆粒過濾器的入口第 一距離的第 一子 節(jié)段上提供催化劑涂層，其中，在第二子節(jié)段按第二密度提供催化劑 涂層還包括在離顆粒過濾器的入口第二距離的第二子節(jié)段上提供催 化劑涂層，并且其中，第二距離大于第一距離。
18、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在顆粒過濾器再生循 環(huán)的起始時(shí)期控制供給顆粒過濾器的電流以啟動再生。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括估算顆粒過濾器內(nèi)的 顆粒量，且其中，當(dāng)顆粒量超過閾值時(shí)，執(zhí)行該控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用催化劑剝離的電加熱顆粒過濾器。具體地，提供了一種用于處理發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的排氣的排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括顆粒過濾器，其對排氣顆粒進(jìn)行過濾捕集，其中，顆粒過濾器的上游端接收發(fā)動機(jī)排氣。電阻材料的格柵被加到顆粒過濾器上游外表面上并且選擇性地加熱流經(jīng)該格柵的排氣從而引起顆粒過濾器內(nèi)顆粒的燃燒。催化劑涂層被涂在顆粒過濾器上，其提高了顆粒過濾器內(nèi)的顆粒燃燒溫度。
文檔編號F01N3/027GK101418711SQ200810149758
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者E·V·岡策, F·阿門特, M·J·小帕拉托爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司