專利名稱：使用碳氫化合物吸附劑的電加熱顆粒過濾器再生的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉;M于加熱顆粒過濾器(或稱纟斜立捕集器)的方法和裝置。
背景技術：
本節(jié)的描述只是為了提供與本發(fā)明相關的背景信息,可能并不構成iW技術。柴油機通常具有比汽油機更高的效率，因為柴油燃料的壓縮比增大并且 能量密度更高。柴油機的燃燒循環(huán)產生顆粒，通常是通過布置在排氣流中的顆粒 過濾器(PF)將這些顆3^人柴油才A4非氣中過濾出。Ftt時間的過去，該PF會變滿 并且必須清除所捕集的柴油顆粒。再生過程中，柴油顆粒在PF內燃燒?！┰偕椒ㄍㄟ^前表面加熱器點燃PF前部的顆粒物質。然后，利用 PF被加熱表面附近的顆粒物質的燃燒所產生的熱量或由流過PF的#>熱排氣所 產生的熱量，實現(xiàn)PF內顆粒物質的再生。在一些情況下，流過PF的高流速排氣 壓制了顆粒物質的燃燒，從而阻止沿著PF向下傳播。為了防止這種壓制，這種再 生方法的運4刊皮限制到排氣ai4低的行駛狀況，如怠速狀;咸市內交通行駛狀況。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提供了一種排氣系統(tǒng)，用于處理發(fā)動機產生的排氣。該系 統(tǒng)一般包括顆粒過濾器(PF)，其從排氣中過濾出顆粒，其中，PF的上游端接收
PF;顆粒的燃燒。涂在PF上的碳氬^^物吸附齊:j涂層將碳Lf^4勿^^文到排氣 中從而提高PF內的顆粒燃燒溫度。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于對排氣系統(tǒng)的顆粒過濾器(PF)進 行再生的方法。該方法"^&包括在PF的前端設置電阻材料的格柵；向電阻材料 通電以加熱該格柵；通過被加熱格柵引起存在PF前表面上的顆粒燃燒；將顆粒燃 燒產生的熱量導入PF內從而引起PF內顆粒的燃燒；以及通過將碳IU^t勿從碳iU^4勿吸附劑中#^文到排氣中來提高顆粒燃燒溫度。/A^文的描述將明顯看出本發(fā)明的更多適用領域。應當理解，詳細描述 和特定例子只A^到舉例的作用，而不意圖限制本發(fā)明的范圍。
本文所述附圖只M到舉例的作用，而決不意圖限制本發(fā)明的范圍。 [OOIO]圖1是示例性汽車的原理框圖，該汽車具有根據本發(fā)明各方面的顆粒過
濾器和顆粒過濾器再生系統(tǒng)。圖2是示斜性壁流脅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是示斜法顆粒過濾器和加熱器墊片的前表面透視圖。圖5是圖2所示顆粒過濾器的截面圖，其具有碳急/f^物吸附劑。圖6是圖釋了根據本發(fā)明各方面的示斜性顆粒過濾絲生系統(tǒng)的數(shù)據棘圖。圖7是圖釋了根據本發(fā)明各方面的示例性顆粒過濾器再生系統(tǒng)的^f呈 圖。而圖8是圖釋了顆粒過濾器再生方法中示例性溫>1控制方法的流程圖。
具體實施例方式下列描述實際上只是示例性的并且不意圖卩艮制本發(fā)明、應用或用途。應 當理解，在所有附圖中，用相同的附圖標記表示相同或相應的零件和特征。本文 所用的術語"模塊"是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、扭Z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)和存儲器、組合邏輯電路、和/ 或其它的提供所述功能的適當部件。J脈參照圖1，示出了包括根據本發(fā)明各方面的柴油機系統(tǒng)11的示例 性汽車IO。應當理解，柴油機系統(tǒng)ll實際上只是示例性的，并iuMi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)動機系統(tǒng)中應用。這些發(fā)動機系 統(tǒng)可以是但不限于直噴式汽油機系統(tǒng)和均質充^燃i^動機系統(tǒng)。為了便于論 述，將就柴油機系統(tǒng)^ii^發(fā)明。進^Jt支管22內的空^i皮分入氣釭26。盡管只示出四個氣釭26,但應當 理解本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在具有多個氣缸的發(fā)動機中應用，包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個氣釭。也應當理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在v型 氣釭結構中應用。由燃料噴射器28將燃料噴入氣缸26。壓縮空氣的熱量點燃了空 ~燃料^^4勿?？誢y燃料〉V給物的燃燒產生排氣。排^^人氣缸26排入排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)包括排^t支管30、柴油才/Lll化催化劑(DOC)32和顆粒過濾 器(PF ) 34?？蒳^也，EGR閥(未示出)將一P分排氣再循環(huán)回進^t支管22中。 其余排氣被引入渦輪增壓器18中來驅動渦輪。該渦4i近了從空氣濾清器14出 來的新鮮空氣的壓縮。排^A渦輪增壓器18流出，流過DOC 32和PF 34。 DOC 32 根據在后燃燒空燃比對排氣進行氧化。PF 34接40人DOC 32出來的排氣并JL^排 氣中存在的顆粒物質進行過濾捕集控制模塊44根據各種檢測信息和/或模型信息來控制發(fā)動機12和PF再 生。更詳細地說，控制模塊44估算PF34的顆粒物質負載量。當估算的顆粒物質 負載量i^J'J閾值(如，5 iV升的顆粒物質)并且排氣^ii^t于預定范圍內時，通 過電源46來控制供給PF 34的電濟i/人而啟動再生過程。根據PF 34內的顆粒物質 量來改變再生過程的持續(xù)時間。預料再生過程能持續(xù)1-6 W中。然而，只在再生過 程的起始時期通電。更詳細地i兌，電肯對PF 34的前方加熱一段閾時期(如，1-2 ^中)。對流經前表面的排氣進行加熱。利用由PF34的被加熱面附近的顆粒物質 的燃燒產生的熱量或是流經PF 34的被加熱排氣產生的熱量來完成再生過程的剩 余時期。在一些情況中，PF 34內顆粒物質的燃燒會被某些發(fā)動才;ii^行狀^a制。 例如，發(fā)動才/^口速事件可負^制再生。為了防止這種壓制，PF34具有碳IU^4勿 吸附劑，這將在下文進一步論述?？刂颇K44根據傳感器信號和/或建才穀史據用燃 料對-炭氬化合物吸附劑進行預處理，并對本發(fā)明的顆粒過濾器再生方法和系統(tǒng)進 4tf貞處理。燃料的預處理提高了 PF內的燃燒級從而防止了對燃燒的壓制。在各種實施例中，排氣溫度傳感器47基于排氣溫度產生排氣溫度信號。 質量空氣流量傳感器48基于i^或排出發(fā)動機12的空氣產生排氣信號。電流和/ 或電壓傳感器49基于電源46向PF 34提供的電壓和/或電流產生電力t^V或電壓信 號。氧傳感器51基于排氣中的氧襯產生氧^t信號。在各種實施例中，控制模 塊44接"設些信號并且用燃料對PF 34進4亍預處理，同時控制燃燒溫度使熱量不
氣中噴射i料的后置i料噴射器53向i氣噴射燃^+來完成。在其它不^實;i:中，燃料預處理容易在例如發(fā)動枳a動事件過程中發(fā)生，此時空~燃料比通常為濃。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/孔道52。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資壁面組 成。應當理解，^^可蜂窩陶瓷材料都在本發(fā)明范圍內。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，其充當才幾^it濾器。顆 粒物質沉積在封閉孑L道50內，排氣經過開口孑L道52排出。顆粒物質59淨uA PF 34 并且被捕集在其中。為了再生的目的，包含電阻材料的格柵64凈iJ3占到PF 34的前方外表面 上，稱作前表面。向電阻材料通電來產生熱能。應當理解，可采用厚膜加熱技術 來將格柵64貼到PF 34上。例如，可以在PF 34的前表面涂Ji^熱材申H^Ml鎳 4!^^然后被腐蝕或加上一層遮罩。在其它不同實施例中，格柵64由電阻材剩4口 不銹鋼組成，并且利用津M妄劑或壓配合到PF 34的方式貼到PF 34上。也應當理解，電阻材料可應用為各種單^4圣或多3|4勁莫式,如圖3所示。 可以移除電阻材料的一些節(jié)賴沬產生通路。在各種實施例中，如圖4所示，在PF 34 的前表面貼上多孔的加熱器墊片70。在上述任一實施例中，流過PF34的排氣帶 著在PF34前表面產生的熱能順著孔道50、 52往下一小IW巨離。增加的熱能點燃 了 PF34的入口附近的顆粒物質。然后，顆粒燃燒所產生的熱量被引導通過PF34 從而引起PF 34內其余顆粒的燃燒。特別參照圖5，如上所述，在PF34上涂有碳氫^^物吸附劑涂層72。 在各種實施例中，如圖所示，碳氫^^物吸附劑涂層72在PF34前端裝得比PF34 的后端更密。如所預料地，碳IU^物吸附劑涂層72的密度從PF34的前端到PF 34的后端是遞減。在各種發(fā)動才;ii^行狀況期間，當PF34冷才腿行時，》HU^4勿吸附劑 涂層72^f諸碳氬^^物。當^^口熱時，？？34前端^(諸的碳氬>[^^4勿因》1^皮#^文， 使得顆粒物質在火焰烽面最容易^^滅的地方能添加燃料。例如，在開始再生之 后，火焰烽面蔓延穿過碳IU仏物吸附劑涂層72。碳H/f^物吸附劑涂層72將碳 氪化合物釋放到燃燒顆粒中從而提高再生溫度。較熱火焰更能^i元熄滅事件，就 像高溫排氣流。當碳氬化合物吸附劑涂層72只設在PF 34的前部時，隨著火焰烽 面蔓^^至過碳氫^^4勿吸附劑涂層72，熱加速作用降低，由此減少PF34后端的 熱逸散。J脈參照圖6,數(shù)據^f呈釋了顆粒過濾器再生系統(tǒng)的各種實施例， 該系統(tǒng)嵌在控制才狹44中。本發(fā)明的顆粒i^慮H^生系統(tǒng)的各種實施例可具有任意數(shù)量的嵌在控制模塊44中的子模塊。如所預料地，圖6所示子才狹可以合并和 /或進一步劃分以同樣地控制PF 34的再生。系統(tǒng)的輸入值可從汽車10 (圖1)檢 測到，/AJ氣車10 (圖1 )內的其它控制才^:接收，和/或由控制沖狹44內的其它子 模塊(未示出)確定。在各種實施例中，圖6的控制模塊44具有再生控制模塊80、 燃料控制4狹82和溫^14空制才狹84。再生控制模塊80接^^貞粒物質級86和排氣流速88作為輸入值，該顆 粒物質級指示出累積在PF34 (圖1)中的顆粒物質的估算值。根據顆粒物質級86 和排氣流速88，再生控制模塊80確^A否需要進行再生。例如，如果累積顆粒物 質級86高并且排氣流速88足以延續(xù)燃燒，再生控制模塊80就確定需要^進行再生。 如果需要進行再生，再生控制模塊80就設置再生狀態(tài)90以指示出需要進行再生。 在各種實施例中，再生狀態(tài)90可以是列舉，其數(shù)值至少指示出不需要進行再生、 需湊^進行再生和進行中的再生。再生控制模塊80還可以接4廿然料狀態(tài)92和燃燒溫度93作為輸入值。 一旦燃料狀態(tài)92指示出完成了燃料預處理(如下文所述)，再生控制模塊80就產 生加熱器控制信號94，其控制通向PF 34 (圖1)的電流Ai/o熱PF 34 (圖1)的表 面，并且將再生狀態(tài)90設置成指示出再生正在進行中。例如， 一旦完成了再生， 當燃燒溫度93指示出完成了再生，再生控制模塊80就將再生狀態(tài)90設置成指示 出完成了再生。燃料控制模塊82接收再生狀態(tài)90作為輸入值。如果再生狀態(tài)90指示 出需要進行再生，燃料控制才狹82就產生燃料控制信號95,通過控制燃料噴入排 氣^i^直接噴入PF34 (圖1)內對PF34 (圖1)進4tf貞處理。 一旦完成了燃^f貞 處理，燃料控制才狹82就將燃料狀態(tài)92設置成指示出完成了燃# 貞處理。例如， 當完成了燃料預處理時燃料狀態(tài)92設為等于TRUE,當沒有完成燃泮十預處理時燃 料狀態(tài)92設為等于FALSE。溫度控制模塊84接收再生狀態(tài)90、氧濃度96、排氣流速98、排氣溫 度100和格柵溫度102作為輸入值。在各種實施例中，根據電壓和/或電流信號來 確定格柵溫度102。當再生狀態(tài)90指示出再生正在進行中時，溫度控制才狹84評 定氧濃度96、排氣^it98、排氣溫度100和格柵溫度102來估算燃燒溫度93。如 果燃燒溫度93太高，溫度控制模塊84就通i^然料^lt 104和/或空氣##: 106控 制4^給發(fā)動才幾12 (圖1)的燃沖沐/或空氣從而限制最高燃燒溫度，并由此防止損 害PF34。i脈參照圖7， ^f呈釋了示斜性顆粒過濾器再生方法，其由根據本 發(fā)明各方面的圖6的顆粒過濾器再生系統(tǒng)i^亍。如所預料地，示例性顆粒過濾器再生方法所4A/f亍步驟的順序可以改變，只要不改變本發(fā)明的實質。示例性顆粒過
濾器再生方法在控制^^運行期間周期'^iik^f亍或者根據特定事件預定運行。在一個例子中，該方法在200處開始。在210處，對PF34(圖1)作 出評定以確^A否需^^進行再生。如M210處PF34 (圖1)滿了并且需要進行 再生，就在210和220處估算和評定PF34的溫度。如果在230處溫度低于預定閾 溫度并i!Ji沒有用燃料對PF 34 (圖1)進4tf貞處理，章脈240處用燃料對PF 34 (圖1)進行預處理。在250處向PF 34 (圖1)供電以開始再生。然而，如a 220處燃燒溫度高于溫度閾值或者已在240處對PF 34進行了預處理，就不^/fff貞 處理并向PF34 (圖1)供電以開始再生。在260處的再生期間，在270處監(jiān)控燃燒溫度93。如^ 270處燃燒 溫度93高(也就是高于預定閾值)，就^fii顯度控制來限制270處的再生期間的 最高燃燒溫度。然而，如果270處的燃燒溫度93是正常的，就繼續(xù)再生。在260 處完成了再生之后，就在292處結束該方法。J脈參照圖8, ^f呈釋了顆粒i^慮絲生方法的示斜f生溫度控制方 法，其由根據本發(fā)明各方面的圖6的顆粒過濾器再生系統(tǒng)執(zhí)行。如所預料地，示 例性溫度控制方法所扭行步驟的順序可以改變，只要不改變本發(fā)明的實質。示例 性溫度控制方法在控制才^:運行期間周期'^iWW亍或者根據特定事件預定運行。在一個例子中，該方法在300處開始。在310處估算顆粒物質的燃燒溫 度93并在320處對其進行評定。如果320處燃燒溫度93太高(也就是高于閾值)， 就在330處通過控制發(fā)動積^lt如發(fā)動機空氣和/或燃津恃限制燃燒溫度93 。在340 處結^i亥方法。
[0040pM本領域技術人員能夠/AJi文的描述知道，可以以多種形式實^^發(fā) 明的寬泛教導。因此，盡管用特定例子描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明的實際范圍 不會因此受到限制，因為對本領域技術人員來^if過研究附圖、說明書和下列權 利要求可以很明顯地得到其它變型。
權利要求
1、一種用于處理發(fā)動機產生的排氣的排氣系統(tǒng)，包括顆粒過濾器，其從排氣中過濾出顆粒，其中，顆粒過濾器的上游端接收發(fā)動機排出的排氣；電阻材料制成的格柵，其選擇性地加熱流經該上游端的排氣從而引起顆粒過濾器內顆粒的燃燒；以及涂在顆粒過濾器上的碳氫化合物吸附劑涂層，其將碳氫化合物釋放到排氣中從而提高顆粒過濾器內的顆粒燃燒溫度。
2、 如權利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，碳氫化合物吸附劑涂 層按第 一 密度涂在顆粒過濾器的第 一 子節(jié)段上。
3、 如權利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其中，碳氫化合物吸附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、 如權利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其中，第一子節(jié)段是離顆粒 過濾器上游端的第 一距離，第二子節(jié)段是離顆粒過濾器上游端的第二 距離，且其中，第二距離大于第一距離。
5、 如權利要求1所述的排氣系統(tǒng)，還包括控制模塊，其選擇性 地控制燃料向流過顆粒過濾器的排氣的噴射，且其中，碳氫化合物吸 附劑存儲來自燃料中的碳氫化合物。
6、 如權利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中，控制模塊通過控制發(fā) 動機的燃料噴射器來控制燃料的噴射。
7、 如權利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中，控制模塊通過控制布 置在排氣流中的后置燃料噴射器來控制燃料的噴射。
8、 如權利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中，在燃料已經噴入排氣 中之后，控制模塊控制向顆粒過濾器的通電來開始再生。
9、 一種用于再生排氣系統(tǒng)的顆粒過濾器的方法，包括 在顆粒過濾器的前端處提供電阻材料制成的格柵；向電阻材沖+通電以加熱該格才冊;通過被加熱的格柵引起存在顆粒過濾器前表面上的顆粒燃燒； 通過排氣將顆粒燃燒產生的熱量導入顆粒過濾器內從而引起顆 粒過濾器內顆粒的燃燒；以及通過將碳氬化合物從碳氫化合物吸附劑中釋放到排氣中來提高 顆粒燃燒的溫度。
10、 如權利要求9所述的方法，還包括給顆粒過濾器提供碳氬化 合物吸附劑涂層。
11、 如權利要求10所述的方法，其中，提供碳氫化合物吸附劑 涂層包括在顆粒過濾器的第一子節(jié)段按第一密度提供碳氬化合物吸 附劑涂層。
12、 如權利要求11所述的方法，其中，提供碳氫化合物吸附劑 涂層包括在顆粒過濾器的第二子節(jié)段按第二密度提供碳氬化合物吸 附劑涂層，且其中，第一密度大于第二密度。
13、 如權利要求12所述的方法，其中，在第一子節(jié)段按第一密 度提供碳氫化合物吸附劑涂層還包括在離顆粒過濾器的前端第 一 距 離的第一子節(jié)段上提供碳氫化合物吸附劑涂層，其中，在第二子節(jié)段 按第二密度提供碳氫化合物吸附劑涂層還包括在離顆粒過濾器的前 端第二距離的第二子節(jié)段上提供碳氬化合物吸附劑涂層，并且其中， 第二距離大于第一距離。
14、 如權利要求9所述的方法，還包括選擇性地控制燃料向流過顆粒過濾器的排氣的噴射；以及 由碳氫化合物吸附劑存儲來自燃料的碳氬化合物。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，選擇性地控制燃料噴射 包括通過控制發(fā)動機的燃料噴射器來選擇性地控制燃料的噴射。
16、 如權利要求14所述的方法，其中，選擇性地控制燃料噴射 包括通過控制布置在排氣流中的后置燃料噴射器來控制燃料的噴射。
17、 如權利要求9所述的方法，還包括在燃料已經噴入排氣中之 后，控制向顆粒過濾器的通電來開始再生。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用碳氫化合物吸附劑的電加熱顆粒過濾器再生。具體地，提供了一種用于處理發(fā)動機產生的排氣的排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般包括顆粒過濾器，其從排氣中過濾出顆粒，其中，顆粒過濾器的上游端接收發(fā)動機排出的排氣。電阻材料制成的格柵選擇性地加熱流經該上游端的排氣從而引起顆粒過濾器內顆粒的燃燒。涂在顆粒過濾器上的碳氫化合物吸附劑涂層將碳氫化合物釋放到排氣中從而提高顆粒過濾器內顆粒的燃燒溫度。
文檔編號F01N9/00GK101418712SQ20081014977
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權日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)球科技運作公司