專利名稱：具有減少的應力的電加熱微粒過濾器的制作方法
具有減少的應力的電加熱微粒過濾器
政府權利聲明 本公開依照美國政府與能源部(DoE )的合同號DE-FC-04-03 AL67635產生。美國政府在該7>開中具有一定的4又利。
相關申請的交叉引用 本/>開涉及微粒(PM )過濾器，且更特定地涉及用于PM 過濾器的灰分減少系統。
背景技術：
該部分的陳述僅提供與本公開有關的背景信息，且可能不 構成現有技術。 諸如柴油發動機的發動機產生微粒(PM),微粒通過PM 過濾器從排氣過濾。PM過濾器布置在發動機的排氣系統中。PM過濾器 減少在燃燒期間產生的PM排放。 隨著時間的過去，PM過濾器裝滿。在再生期間，PM在 PM過濾器內燃燒。再生包括將PM過濾器加熱至PM的燃燒溫度。有 多種途徑進行再生，包括修正發動機管理，使用燃料燃燒器，通過燃料 后噴射使用催化氧化劑以增加排氣溫度，使用電阻加熱線圏，和/或使用 微波能量。 柴油PM在獲得高于燃燒溫度如600。C的溫度時燃燒。燃 燒的啟動使得溫度進一步增加。雖然火花點火式發動機典型地在排氣氣
流中具有低氧氣水平，但是柴油發動機具有顯著較高的氧氣水平。雖然 增加的氧氣水平使得PM過濾器的快速再生變成可能，它也可能引起一 些問題。 4吏用燃料的PM減少系統趨于降低燃料經濟性。例如，許 多基于燃并牛的PM減少系統降4氐燃泮+經濟性5 % 。電加熱PM減少系統 以可忽略的量降〗氐燃并牛經濟性。然而，)^以實現電加熱PM減少系統的 耐用性。
發明內容
—種系統，其包括具有進口以接收排氣的微粒(PM)過 濾器。分區加熱器布置在所述進口中且包括電阻加熱器，所述電阻加熱 器包括N個區域，其中N是大于1的整數。所述N個區域中的每個包 括M個子區域，其中M是大于1的整數。控制模塊選擇性地起用所述 N個區域中的 一個以在從所述N個區域中的所述一個的PM過濾器下游 部分中啟動再生，且停用所述N個區域中的其它區域。 在其它特征中，所述N個區域中的所述其它區域提供應力 減輕區域。所述N個區域布置在中心部分、在所述中心部分的徑向外部 的第一圓周部分和在所述第一圓周部分的徑向外部的第二圓周部分中。 所述中心部分包括第一區域。所述第二圓周部分包括所述第一區域、第 二區域和第三區域。所述第一、第二和第三區域圍繞所述第二圓周部分 交替。所述第一圓周部分包括交替的第四和第五區域。 進一步的應用范圍/人在此才是供的it明顯而易見。應當理 解，說明和具體示例僅為圖示說明的目的，且不限定本公開的范圍。
本文所示的附圖4又僅是示意性目的，而不是以任何方式限 制本公開的范圍。 圖1是示范性發動機的功能方塊圖，包括帶有分區進口加 熱器的電加熱微粒(PM)過濾器； 圖2更詳細地圖示了圖1的電加熱微粒(PM)過濾器的 分區進口加熱器的示范性分區； 圖3更i羊細:l也圖示了圖1的電加熱PM過濾器的分區進口
加熱器的示范性分區；和 圖4圖示了圖3的分區進口加熱器中的區域之一中的示范 性電阻加熱器。
具體實施例方式
下面的描述實質上僅僅是示意性的，而不是限制本公開、 應用或使用。應當理解，在整個附圖中，相應的附圖標記表示相同或相
應的部件和特;fi。 如在此使用的，術語"模塊"指的是特殊應用集成電路 (ASIC)、電子電路、執行一個或更多軟件或固件程序的處理器(共享、 專用、或群組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它適 當部件。 本/>開采用在整個電加熱PM過濾器的進口上分布的加熱
器區域。加熱器區域以使得熱應力在起用的加熱器之間減輕的方式隔 開。因此，由于加熱引起的總體應力更小，且在整個電加熱PM過濾器 的容積上分布。該途徑允i午在電加熱PM過濾器的4交大的部分中再生， 而不產生損壞電加熱PM過濾器的熱應力。 最大溫度梯度在加熱器的邊緣處產生。因而，起用越過另 一加熱器的局部化應力區域的一個加熱器允許更多的主動加熱的再生 體積而不增加總體應力。這趨于改進駕駛循環中的再生機會，且減少成 本和復雜性，因為系統不需要獨立地再生那么多的區域。 現在參見圖1，根據本公開示意性地圖示了示范性柴油發 動#幾系統10。應當理解，柴油發動機系統10實質上僅為示范性的，且 在此所述的區域加熱的微粒過濾器再生系統可以用于采用微粒過濾器 的各種發動機系統中。這種發動機系統包括但不限于汽油直接噴射發 動機系統和均質充氣壓燃發動機系統。為了討論簡單，本公開將關于柴 油發動才幾系統討i侖。 渦輪增壓的柴油發動機系統10包括發動機12,發動機12 燃燒空氣和燃料混合物產生驅動轉矩。空氣通過空氣過濾器14進入系 統。空氣通過空氣過濾器14且被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓
縮進入系統10的新鮮空氣。總體上來說空氣壓縮越大，發動機12的輸 出越大。然后，壓縮空氣在進入進氣歧管22之前通過空氣冷卻器20。 進氣歧管22中的空氣分配到汽缸26中。雖然圖示了 4個 汽缸26,本7>開的系統和方法可以用于具有多個汽缸的發動才幾中，包括 但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個汽缸。也應當理解，本公開 的系統和方法可以用于V型汽缸結構。燃料通過燃料噴射器28噴入汽 缸26中。來自壓縮空氣的熱點燃空氣/燃料混合物。空氣/燃料混合物的 燃燒產生排氣。排氣離開汽缸26進入排氣系統。 排氣系統包括排氣歧管30、柴油氧化催化劑(DOC)32、 和帶有分區進口加熱器35的微粒過濾器(PF)34。可選地，EGR閥(未 示出)將部分排氣再循環回到進氣歧管22中。排氣的其余部分引入渦 輪增壓器18以驅動渦輪。渦輪利于從空氣過濾器14接收的新鮮空氣的 壓縮。排氣從渦輪增壓器18流動通過DOC32,通過分區進口加熱器35 且進入PF34。 DOC32基于后燃燒空氣/燃料比氧化排氣。氧化量增加排
分區進口加熱器35加熱排氣至再生溫度，如下所述。 控制模塊44基于各種感測信息控制發動機和PF再生。更 具體而言，控制模塊44估計PF34的載荷。當所估計的載荷達到預定水 平且4非氣流率在希望范圍內，電流經由電源46^皮控制到PF34以啟動再 生過程。再生過程的持續時間可以基于PF34中的微粒的估計量變動。 在再生過程期間，電流施用于分區進口加熱器35。更具體 而言，電能分別加熱PF34的分區進口部分35的選定部分達預定時間段。 通過前表面的排氣由起用的區域加熱。再生過程的其余部分使用由PF34 的已加熱面附近存在的微粒的燃燒或由通過PF的已加熱排氣產生的熱 實現。 現在參見圖2，更詳細地示出了用于PM過濾器34的示范 性分區進口加熱器35。電加熱PM過濾器34包括多個隔開的加熱器區 域，包括區域1 (帶有子區域1A、 1B和1C)、區域2(帶有子區域2A、 2B和2C)和區域3 (帶有子區域3A、 3B和3C )。區域1、 2和3在各 個不同的時間段期間起用。 當排氣流動通過已起用的區域時，再生在從已起用的區域 下游的PF的相應部分中發生。不在已起用的區域下游的PF的相應部分
用作應力減輕區域。例如，在圖2中，子區域1A、 1B和1C一皮起用， 而子區域2A、 2B、 2C、 3A、 3B和3C用作應力減輕區域。 已起用的加熱器子區域1A、 1B和1C下游的PM過濾器
的相應部分在加熱和冷卻期間熱膨H長和收縮。應力減輕子區域2A和3A、 2B和3B、以及2C和3C減輕由加熱器子區域1A、 1B和1C的膨脹和 收縮引起的應力。在區域l完成再生之后，區域2可以起用，且區域l 和3用作應力減輕區域。在區域2完成再生之后，區域3可以起用，且 區域1和2用作應力減輕區域。 現在參見圖3,示出了另一示范性分區進口加熱器布置。 中心部分可以由包括第 一 圓周區域帶的中間區域環繞。中間部分可以由 包括第二圓周區域帶的外部部分環繞。 現在參見圖4，示出了靠近圖3中的第一圓周區域帶中的 區域中的一個(例如，區域3 )布置的示范性電阻加熱器200。電阻加 熱器200可以包括覆蓋相應區域的 一個或更多線圈以提供足夠的加熱。 使用中，控制沖莫塊確定PM過濾器何時需要再生。可替換 地，再生可以周期性地或基于事件進行。控制才莫塊可以估計整個PM過 濾器何時需要再生或PM過濾器中的區域何時需要再生。當控制模塊確 定整個PM過濾器需要再生時，控制模塊順序地每次起用所述區域中的 一個以在PM過濾器的相關下游部分中啟動再生。在一個區域再生之后， 另一區域起用同時其它區域停用。該方法繼續，直到所有區域都已經起 用過。當控制模塊確定所述區域中的一個需要再生時，控制模塊啟用與 需要再生的PM過濾器的相關下游部分相對應的區域。
權利要求
1.一種系統，包括具有進口以接收排氣的微粒(PM)過濾器；分區進口加熱器，所述分區進口加熱器布置在所述進口中且包括電阻加熱器，所述電阻加熱器包括N個區域，其中N是大于1的整數，所述N個區域中的每個包括M個子區域，其中M是大于1的整數；和控制模塊，所述控制模塊選擇性地起用所述N個區域中的一個以在從所述N個區域中的所述一個的所述PM過濾器下游部分中啟動再生，且停用所述N個區域中的其它區域。
2. 根據權利要求l所述的系統，其特征在于，所述N個區域中的所 述其它區域提供應力減輕區域。
3. 根據權利要求l所述的系統，其特征在于，所述N個區域位于中 心部分、在所述中心部分的徑向外部的第一圓周部分和在所述第一圓周 部分的徑向外部的第二圓周部分中。
4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述中心部分包括第 一區域，所述第二圓周部分包括所述笫一區域、第二區域和第三區域。
5. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述第一、第二和第 三區域圍繞所述第二圓周部分交替布置。
6. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述第一圓周部分包 括交替布置的笫四和第五區域。
7. —種電加熱微粒過濾器，包括 具有進口以接收排氣的微粒(PM)過濾器；分區進口加熱器，所述分區進口加熱器布置在所述進口中且包括電 阻加熱器，所述電阻加熱器包括N個區域，其中N是大于1的整數，所述 N個區域中的每個包括M個子區域，其中M是大于1的整數，其中，所述N個區域中的每個區域可以獨立于所述N個區域中的其 它區域纟皮起用。
8. 根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述N個區域中的所 述其它區域提供應力減輕區域。
9. 根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述N個區域布置在 中心部分、在所述中心部分的徑向外部的第一圓周部分和在所述第一圓 周部分的徑向外部的第二圓周部分中。
10. 根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述中心部分包括 第一區域，所述第二圓周部分包括所述第一區域、第二區域和第三區域。
11. 根據權利要求10所述的系統，其特征在于，所述第一、第二和第三區域圍繞所述第二圓周部分交替布置。
12. 根據權利要求10所述的系統，其特征在于，所述第一圓周部分 包括交替布置的第四和第五區域。
13. —種方法，包括設置具有進口以接收排氣的微粒(PM)過濾器；設置分區進口加熱器，所述分區進口加熱器布置在所述進口中且包 括電阻加熱器，所述電阻加熱器包括N個區域，其中N是大于1的整數， 所述N個區域中的每個包括M個子區域，其中M是大于1的整數；和選^f性地起用所述N個區域中的 一個以在y^人所述N個區域中的所述 一個的所述PM過濾器下游部分中啟動再生，同時停用所述N個區域中的 其它區域。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述N個區域中的 所述其它區域提供應力減輕區域。
15. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，還包括將所述N個 區域布置在中心部分、在所述中心部分的徑向外部的第一圓周部分和在 所述第一圓周部分的徑向外部的第二圓周部分中。
16. 根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述中心部分包括 第一區域，所述第二圓周部分包括所述第一區域、第二區域和第三區域。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和 第三區域圍繞所述第二圓周部分交替布置。
18. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一圓周部 分包括交替布置的第四和第五區域。
全文摘要
本發明涉及具有減少的應力的電加熱微粒過濾器。一種系統，其包括具有進口以接收排氣的微粒(PM)過濾器。分區加熱器布置在所述進口中且包括電阻加熱器，所述電阻加熱器包括N個區域，其中N是大于1的整數。所述N個區域中的每個包括M個子區域，其中M是大于1的整數。控制模塊選擇性地起用所述N個區域中的一個以在從所述N個區域中的所述一個的PM過濾器下游部分中啟動再生，且停用所述N個區域中的其它區域。
文檔編號B01D46/00GK101367021SQ20081014598
公開日2009年2月18日 申請日期2008年8月14日 優先權日2007年8月14日
發明者E·V·岡策 申請人:通用汽車環球科技運作公司