專利名稱：電加熱柴油機(jī)微粒過濾器(dpf)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)，并且更具體地涉及柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)再生。
背景技術(shù)：
此處的背景資料陳述只是為了大體上介紹本發(fā)明的背景。在此背景技術(shù)部分中所 描述的當(dāng)前署名發(fā)明人的工作以及在提交時(shí)否則可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描述的各方面， 既不明示地也不默示地被承認(rèn)為是針對(duì)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。 柴油機(jī)的燃燒循環(huán)產(chǎn)生微粒，這些微粒通常要從排氣中濾出。柴油機(jī)微粒過濾器 (DPF)可沿著排氣流布置從而從排氣中濾出柴油機(jī)微粒。隨著碳微粒積聚在過濾器中，排氣 的流動(dòng)阻力增大。DPF會(huì)變滿，必須進(jìn)行再生以清除所捕集的柴油機(jī)微粒。在再生過程中， 柴油機(jī)微粒在DPF內(nèi)燃燒從而使得DPF能夠繼續(xù)其過濾功能。 再生可涉及在主燃燒事件之后向排氣流中噴射燃料。該燃燒后噴射的燃料在排氣 流中的催化劑上燃燒。燃料在催化劑上的燃燒期間所釋放的熱量加熱排氣以使DPF內(nèi)捕集 的碳煙微粒燃燒。然而，這種方法會(huì)在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生大的超溫。

發(fā)明內(nèi)容
因此， 一種柴油機(jī)微粒過濾器組件，包括柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)和在該DPF的上 游端一體形成的電加熱器。電加熱器包括加熱基底和電阻加熱元件。加熱基底包括中心區(qū) 和圍繞該中心區(qū)的邊界區(qū)。電阻加熱元件包括多個(gè)導(dǎo)電部。中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第 一間距。邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第二間距。 在一個(gè)特征中，第二間距小于第一間距。在另一個(gè)特征中，邊界區(qū)中的導(dǎo)電部具有 的單位長度電阻大于中心區(qū)中的。 從下面的詳細(xì)描述中將明顯看出本發(fā)明的更多適用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，該詳細(xì)描述 和特定例子，盡管表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但只用于說明之目的而不意圖限制本發(fā)明 的范圍。


通過詳細(xì)描述和附圖可以更充分地理解本發(fā)明，其中 圖1是包含依據(jù)本發(fā)明的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)組件的示例性柴油機(jī)系統(tǒng)的示 意圖； 圖2是包含依據(jù)本發(fā)明的電加熱器的DPF組件的截面示意圖；以及
圖3是依據(jù)本發(fā)明的DPF組件的電加熱器的平面圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述本質(zhì)上只是示例性的，絕不意圖限制本發(fā)明、其應(yīng)用或 用途。為了清楚起見，在附圖中，會(huì)使用相同的附圖標(biāo)記表征相似的元件。本文所用的術(shù) 語"模塊"是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的處理器 (共享的、專用的或成組的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、或其它提供所述功能的適當(dāng)部件。
柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)組件可包括與DPF成一體的電加熱器。電加熱器包括加 熱基底和具有多個(gè)導(dǎo)電部的電阻加熱元件。在加熱基底的中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第一 間距。在加熱基底的邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成比第一間距小的第二間距。這樣，邊界區(qū) 中的導(dǎo)電部每單位加熱基底面積產(chǎn)生更多的熱以補(bǔ)償邊界區(qū)中不充足的輻射熱。
現(xiàn)在參照?qǐng)Dl，示意性地示出了依據(jù)本發(fā)明的示例性柴油機(jī)系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 柴油機(jī)系統(tǒng)10本質(zhì)上只是示例性的，并且本文所述的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)再生系統(tǒng)可 以在各種使用DPF的柴油機(jī)系統(tǒng)中實(shí)施。柴油機(jī)系統(tǒng)10包括柴油機(jī)12、進(jìn)氣歧管14、共軌 燃料噴射系統(tǒng)16和排氣系統(tǒng)18。示例性發(fā)動(dòng)機(jī)12包括六個(gè)氣缸20，其設(shè)置成V型布局的 相鄰氣缸組22、24。盡管圖1示出了六個(gè)氣缸(N = 6)，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，發(fā)動(dòng)機(jī)12可以包括 更多或更少的氣缸20。例如，可以設(shè)想具有2、4、5、8、10、12和16個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)。還可 知，本發(fā)明的DPF可以在直列型氣缸配置中實(shí)施，將在下文詳細(xì)描述。 空氣經(jīng)由節(jié)氣門(未示出)吸入進(jìn)氣歧管14中?？諝鈴倪M(jìn)氣歧管14吸入氣缸20 中并且在其中壓縮。通過共軌噴射系統(tǒng)16將燃料噴入氣缸20中，并且壓縮空氣的熱量點(diǎn) 燃空氣/燃料混合物。排氣從氣缸20排出并且排入排氣系統(tǒng)18中。柴油機(jī)系統(tǒng)10可包 括渦輪增壓器26，其將額外的空氣泵入氣缸20中，使該空氣與燃料和從進(jìn)氣歧管14吸入的 空氣一起燃燒。 排氣系統(tǒng)18包括排氣歧管28、30，排氣管32、34，催化劑36，包含柴油機(jī)微粒過濾 器(DPF)38和電加熱器40的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)組件。由第一和第二氣缸組22、24 限定出第一和第二排氣段。排氣歧管28、30將這些排氣段從相應(yīng)的氣缸組22、24引向排氣 管32、34。排氣被引入渦輪增壓器26中以驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器26。組合排氣流從渦輪增壓器 26經(jīng)過催化劑36和加熱器40流向DPF 38。在排氣流釋放到大氣中之前，DPF 38從組合 排氣流中濾出微粒。電加熱器40可以集成到DPF 38中并且可選擇性地加熱流過電加熱器 40的排氣流從而使DPF 38再生，這將在下文進(jìn)行更詳細(xì)地解釋。 控制模塊42調(diào)節(jié)柴油機(jī)系統(tǒng)10的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且與進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器 44和發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器46通訊。MAP傳感器44產(chǎn)生指示進(jìn)氣歧管14內(nèi)空氣壓力的信號(hào)， 發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器46產(chǎn)生指示發(fā)動(dòng)機(jī)速度(RPM)的信號(hào)?？刂颇K42基于RPM和燃料供 給速度確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。燃料供給速度通常以每次燃燒事件的燃料體積來度量。利用燃料 供給速度控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。 電加熱器40可經(jīng)由電接線柱(未示出)連接到電源48。當(dāng)在再生模式下工作時(shí)， 電流選擇性地流經(jīng)電加熱器40，以便電加熱器40能夠生熱。 參照?qǐng)D2，DPF 38可包括整體式微粒捕集器并且包括限定出交替的進(jìn)口通道50和 出口通道52的側(cè)壁49。 DPF 38的側(cè)壁49可包括堇青石材料制成的陶瓷蜂窩壁。排氣，例 如由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的排氣，流過進(jìn)口通道50和側(cè)壁49并且經(jīng)過出口通道52排出。當(dāng)排
4氣從進(jìn)口通道50流向出口通道52時(shí)，碳煙微粒56沉積在側(cè)壁49上。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，任何陶瓷蜂窩材料都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 電加熱器40可一體地安裝到DPF 38的上游端62的端壁62上并且可限定出多個(gè)通道64從而允許排氣和碳煙微粒56通過。作為加熱基底70的合適材料包括但不限于，堇青石和碳化硅。 在再生過程期間，電加熱器40產(chǎn)生熱從而對(duì)流過通道64的碳煙微粒56加熱。例如，控制模塊42可啟動(dòng)電源48從而給電加熱器40提供電流。從電加熱器40向碳煙微粒56傳遞足夠的熱量從而引起其放熱燃燒，釋放額外的熱。然后，熱量流入DPF 38從而加熱其中的碳煙微粒56。因此，在DPF 38中獲得級(jí)聯(lián)效應(yīng)。由上游碳煙微粒56的燃燒產(chǎn)生的熱量引起下游碳煙微粒56的燃燒。換句話說，電加熱器40起著點(diǎn)火催化劑的作用，其點(diǎn)燃或點(diǎn)著上游的碳煙微粒56，這些微粒的燃燒熱又點(diǎn)燃下游的碳煙微粒56。通過這種方式，DPF 38內(nèi)的所有碳煙微粒56都燃燒掉，從而再生DPF 38。 參照?qǐng)D3，電加熱器40可包括加熱基底70和圍繞加熱基底70的環(huán)形安裝部72。環(huán)形安裝部72包括多個(gè)孔74?？赏ㄟ^孔74將電加熱器40螺栓連接到DPF 38的壁62上。
加熱基底70包括中心區(qū)76和圍繞中心區(qū)76的邊界區(qū)78。所示的中心區(qū)76的尺寸/直徑只是示例性的，可以增大或減小。電阻加熱元件80形成在加熱基底70的表面上或嵌置在加熱基底70中。電阻加熱元件80可包括，僅作為實(shí)例，電阻絲或電阻膜。電阻絲/膜可具有不變的直徑/寬度，從而沿著電阻加熱元件80的長度方向具有不變的單位長度電阻。因此，沿著電阻加熱元件80的長度方向，電阻加熱元件80產(chǎn)生不變的熱量。電阻加
熱元件80可由，例如INVAR42⑧(鎳鐵合金)、不銹鋼、nichrome⑧(鎳鉻合金)或任何其它高溫合金制成。 電阻加熱元件80布置成形成連續(xù)的螺旋狀圖案，并且包括多個(gè)導(dǎo)電部82、84、86、88、90和92。這多個(gè)導(dǎo)電部82、84、86、88、90和92可具有環(huán)狀構(gòu)造，并且串聯(lián)起來形成單個(gè)單元。這多個(gè)導(dǎo)電部82、84、86、88、90和92限定出與相鄰導(dǎo)電部的間距Sl、 s2、 s3、 s4和s5。相鄰導(dǎo)電部之間的間距可變化并且可具有這樣的關(guān)系僅作為實(shí)例，如圖3所示，Sl >s2 > s3 > s4 > s5。可替代地，這些間距可具有這樣的關(guān)系僅作為實(shí)例，Si > s2 = s3 = s4> Sg、Si = s2 = s3 = s4 > S5或Si > s2 = s3 = s4 = S5。在任何情況下，最大間距Si存在
于中心區(qū)76中并且在導(dǎo)電部82與84之間。最小間距85存在于邊界區(qū)78中并且在導(dǎo)電部90與92之間。由于邊界區(qū)78中的較小間距，來自邊界區(qū)78中的相鄰導(dǎo)電部的輻射熱可增大。 通常，加熱基底70某區(qū)域中的總熱輸出包括由位于該區(qū)域中的導(dǎo)電部產(chǎn)生的熱量和來自該區(qū)域外的相鄰導(dǎo)電部的輻射熱。點(diǎn)輻射源所發(fā)出的單位面積輻射能隨著從該源到檢測點(diǎn)的距離的平方而減小。 當(dāng)電阻加熱元件的導(dǎo)電部布置成具有相等間距時(shí)，邊界區(qū)78中的加熱基底70的表面溫度通常低于中心區(qū)76中的，因?yàn)閬碜韵噜弻?dǎo)電部的輻射熱不充足。邊界區(qū)78只從一個(gè)方向(也就是，從中心)接收輻射熱，而中心部76從多個(gè)方向(也就是，從圍繞中心區(qū)76的導(dǎo)電部沿徑向)接收輻射熱。 通過在邊界區(qū)78中形成較小間距，邊界區(qū)78中的單位面積輻射熱可增大。邊界區(qū)78的表面溫度可增大成等于或高于中心區(qū)76的表面溫度。因此，在再生期間，邊界區(qū)中捕集的碳煙微?？傻玫接行紵?可替代地，電阻加熱元件80的導(dǎo)電部82、84、86、88、90和92可布置成具有不變的 間距，也就是，Sl = s2 = s3 = s4 = s5。在這種情況下，電阻加熱元件80沿著電阻加熱元 件80的長度方向可具有變化的單位長度電阻，從而沿著電阻加熱元件80的長度方向產(chǎn)生 變化的熱量。變化的電阻可以通過，僅作為實(shí)例，沿其長度改變電阻絲/膜的直徑/寬度來 實(shí)現(xiàn)。為了在整個(gè)加熱基底上獲得更均勻的表面溫度或在邊界區(qū)78中獲得更高的表面溫 度，可通過減小導(dǎo)電部92的直徑/寬度使邊界區(qū)78中的導(dǎo)電部92具有更大的單位長度電 阻。因此，邊界區(qū)78中的導(dǎo)電部92可產(chǎn)生更多的單位面積熱量，從而補(bǔ)償來自相鄰導(dǎo)電部 90的不充足的輻射熱。 現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從上文的描述中認(rèn)識(shí)到，可以以多種形式實(shí)施本發(fā)明的 寬泛教導(dǎo)。因此，盡管本發(fā)明用其特定例子進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明的實(shí)際范圍不應(yīng)該如 此局限，因?yàn)閷?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求可以很明顯地 想到其它修改。
權(quán)利要求
一種柴油機(jī)微粒過濾器組件，包括柴油機(jī)微粒過濾器；和在所述柴油機(jī)微粒過濾器的上游端一體形成的電加熱器，所述電加熱器包括加熱基底，其包括中心區(qū)和圍繞所述中心區(qū)的邊界區(qū)；和電阻加熱元件，其包括多個(gè)導(dǎo)電部，其中，所述中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第一間距，所述邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成小于所述第一間距的第二間距。
2. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電部的電阻在所述 電阻加熱元件的單位長度上是不變的。
3. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電部具有相等直徑。
4. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電部具有相等寬度。
5. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述多個(gè)導(dǎo)電部串聯(lián)連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述電阻加熱元件包括嵌入所 述加熱基底中的加熱絲。
7. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述電阻加熱元件包括在所述 加熱基底表面上的電阻涂層。
8. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述電加熱器包括圍繞所述加 熱基底并且將所述加熱基底固定到所述柴油機(jī)微粒過濾器的壁上的安裝部。
9. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述加熱基底包括多孔陶瓷基底。
10. 如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述導(dǎo)電部具有環(huán)形構(gòu)造。
11. 一種柴油機(jī)微粒過濾器組件，包括 柴油機(jī)微粒過濾器；禾口設(shè)在所述柴油機(jī)微粒過濾器的上游端的電加熱器，所述電加熱器包括 加熱基底，其包括中心區(qū)和圍繞所述中心區(qū)的邊界區(qū)；禾口電阻加熱元件，其設(shè)在所述基底上并且包括多個(gè)導(dǎo)電部，其中，所述邊界區(qū)中的導(dǎo)電部 具有的單位長度電阻大于所述中心區(qū)中導(dǎo)電部的單位長度電阻。
12. 如權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部 具有第一間距，所述邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部具有第二間距，其中，所述第一間距等于所述第 二間距。
13. 如權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部 具有第一間距，所述邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部具有小于所述第一間距的第二間距。
14. 如權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述邊界區(qū)中的至少一個(gè)導(dǎo) 電部具有的直徑小于所述邊界區(qū)外的導(dǎo)電部的直徑。
15. 如權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述邊界區(qū)中的至少一個(gè)導(dǎo) 電部具有的寬度小于所述邊界區(qū)外的導(dǎo)電部的寬度。
16. 如權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)微粒過濾器組件，其中，所述導(dǎo)電部串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電加熱柴油機(jī)微粒過濾器。一種柴油機(jī)微粒過濾器組件，包括柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)和在該DPF的上游端一體形成的電加熱器。電加熱器包括加熱基底和電阻加熱元件。加熱基底包括中心區(qū)和圍繞該中心區(qū)的邊界區(qū)。電阻加熱元件包括多個(gè)導(dǎo)電部。中心區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第一間距。邊界區(qū)中的相鄰導(dǎo)電部形成第二間距。第二間距小于第一間距。
文檔編號(hào)F01N3/027GK101725391SQ20091020618
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者E·V·岡策, M·J·小帕拉托爾, M·R·查普曼 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司