專利名稱：電加熱微粒過濾器重啟動策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加熱微粒過濾器的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
這一部分的說明僅僅提供與本發(fā)明有關(guān)的背景技術(shù)而并不構(gòu)成現(xiàn) 有技術(shù)。
柴油發(fā)動機因壓縮比更高以及柴油燃料的能量密度更高而通常比 汽油發(fā)動機具有更高的效率。柴油燃燒循環(huán)產(chǎn)生微粒，這些微粒通常 由布置在廢氣氣流中的微粒過濾器(PF)從柴油廢氣中過濾得到。一 段時間之后，PF變得充滿并且必須清除收集的柴油微粒。在再生過程 中，柴油微粒在PF內(nèi)燃燒。
一些再生方法通過前表面加熱器點燃在PF前面存在的微粒物質(zhì)。 隨后利用由PF加熱面附近存在的微粒物質(zhì)的燃燒或由穿過PF的加熱 廢氣產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)對PF內(nèi)存在的微粒物質(zhì)的再生。在一些情況下， PF表面上的^:粒物質(zhì)的燃燒可以在火焰達到PF末端之前熄滅。在這 些情況下，PF的后部裝有大量微粒物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
因而，提供一種控制微粒過濾器再生的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上 包括估計微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)的傳播模塊。再生 模塊根據(jù)傳播狀態(tài)控制流向微粒過濾器的電流以重新啟動再生。
在其它特征中，提供一種控制微粒過濾器再生的方法。該方法大 體上包括估計微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)；以及根據(jù) 傳播狀態(tài)控制流向微粒過濾器的電流以重新啟動微粒過濾器的再生。
從在此提出的描迷中將會清楚地了解到其它應用領(lǐng)域。應該認識到所述描述和具體實例僅僅是為了示例說明，而并不是要限制本發(fā)明 的范圍。


在此描述的附圖僅僅是示例性的，而絕不是要限制本發(fā)明的范圍。 圖1是根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性車輛的功能結(jié)構(gòu)圖，所述車 輛包括微粒過濾器和微粒過濾器再生重啟動系統(tǒng)。
圖2是示例性壁流整體式微粒過濾器的橫截面圖。
圖3包括示例性微粒過濾器的示例性前表面的透視圖，其示出多
種型式的電阻通路。
圖4是示例性微粒過濾器的前表面和加熱器插入件的透視圖。
圖5是圖2所示的示例性微粒過濾器的一部分包括導電涂層的橫
截面圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性微粒過濾器再生重啟動 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明不同方面的示例性微粒過濾器再生重啟動 方法的流程圖。
具體實施例方式
以下描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并不是要限制本發(fā)明公開的內(nèi) 容、應用或用途。應該認識到在所有附圖中，相應附圖標記表示相同 或相應的部件和特征。在此采用的術(shù)語"模塊，，指的是專用集成電路 (ASIC)、電路、執(zhí)行一個或多個軟件或硬件程序的處理器(共用、 專用或組)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其它提供所需功能的適當 部件。
現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的不同方面示出了包括示例性柴油發(fā)動 機系統(tǒng)11的示例性車輛10。認識到柴油發(fā)動機系統(tǒng)11實質(zhì)上僅僅是 示例性的并且可以在包含微粒過濾器的多種發(fā)動機系統(tǒng)中實施在此描 述的微粒過濾器再生重啟動系統(tǒng)。這些發(fā)動機系統(tǒng)可以包括但不局限 于汽油直噴發(fā)動機系統(tǒng)和均電荷壓縮點燃發(fā)動機系統(tǒng)。為了便于論述， 以柴油發(fā)動機系統(tǒng)為例論述本發(fā)明。
渦輪增壓柴油發(fā)動機系統(tǒng)11包括燃燒空氣和燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機12?？諝馔ㄟ^穿過空氣過濾器14進入系統(tǒng)?？諝獯┻^ 空氣過濾器14并被吸入渦輪增壓器18。渦輪增壓器18壓縮進入系統(tǒng) ll的新鮮空氣。通常對空氣的壓縮越大，發(fā)動機12的輸出越大。壓縮 空氣隨后在進入進氣歧管22之前穿過空氣冷卻器20。
進氣歧管22內(nèi)的空氣被分配到氣缸26內(nèi)。盡管示出了四個氣缸 26，但將會認識到本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在具有多個氣缸 一 包括但 不局限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12個氣缸的發(fā)動機中得到實施。還 將會認識到本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以在V型氣缸構(gòu)造中得到實施。通 過燃料噴射器28將燃料噴入氣缸26內(nèi)。來自壓縮空氣的熱量點燃空 氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物的燃燒形成廢氣。廢氣從氣缸26中 排入廢氣系統(tǒng)內(nèi)。
廢氣系統(tǒng)包括廢氣歧管30、柴油氧化催化劑(DOC)32、以及微 粒過濾器(PF) 34?？蛇x擇地，EGR閥(未示出)使一部分廢氣重新 循環(huán)回到進氣歧管22內(nèi)。其余廢氣被導入渦輪增壓器18以驅(qū)動渦輪。 渦輪便于對從空氣過濾器H接收到的新鮮空氣進行壓縮。廢氣從渦輪 增壓器18流動穿過DOC 32和PF 34。 DOC 32根據(jù)后燃空氣/燃料比 氧化廢氣。氧化量提高了廢氣的溫度。PF34從DOC32接收廢氣并對 廢氣中存在的任何微粒物質(zhì)進行過濾。
控制模塊44根據(jù)不同的感應和/或模制信息控制發(fā)動機和PF再 生。更具體地，控制^t塊44估計PF34的加載。當估計的加載達到界 限值(例如每升中5克微粒物質(zhì))并且廢氣流速處于所需范圍內(nèi)時， 控制經(jīng)由電源46到達PF34的電流以啟動再生過程。再生過程的持續(xù) 時間基于PF34內(nèi)微粒物質(zhì)的量而改變。可以預見再生過程持續(xù)1-6分 鐘。然而，在再生過程的初始段僅應用電流。更具體地，電能在界限 期(例如1-2分鐘)內(nèi)加熱PF 34的表面。穿過前表面的廢氣得到加熱。 利用通過在PF 34的加熱表面附近存在的微粒物質(zhì)的燃燒或通過穿過 PF 34的加熱廢氣產(chǎn)生的熱量完成其余再生過程。
在一些情況下，在PF34表面附近存在的^t粒物質(zhì)的燃燒在PF34 完成再生之間熄滅。為了防止這種熄滅情況，控制模塊44根據(jù)本發(fā)明 的微粒過濾器再生重啟動方法和系統(tǒng)控制隨后的再生啟動。將在下文 詳細描述的是，控制模塊44根據(jù)感應信息和/或模制信息控制隨后的再 生啟動。在不同實施方式中，廢氣溫度傳感器47根據(jù)廢氣的溫度產(chǎn)生廢氣溫度信號。質(zhì)量氣流傳感器48根據(jù)進入或排出發(fā)動機12的空氣 產(chǎn)生廢氣信號。電流和/或電壓傳感器49根據(jù)由電源46向PF 34供給 的電壓和/或電流產(chǎn)生電流和/或電壓信號。氧傳感器51根據(jù)廢氣中的 含氧量產(chǎn)生含氧量信號。
控制模塊44可以接收這些傳感器信號并根據(jù)一個或多個傳感器信 號確定微粒物質(zhì)燃燒狀態(tài)。如果燃燒狀態(tài)表明再生已經(jīng)停止，則控制 模塊44實施微粒過濾器加載模型以確定存在足夠的微粒物質(zhì)重啟動再 生程序的時刻并才艮據(jù)該時刻重啟動再生。
具體參照圖2， PF34優(yōu)選是整體式微粒收集裝置并包括交替關(guān)閉 的單元/通道50和打開的單元/通道52。單元/通道50, 52通常橫截面 為正方形，軸向延伸穿過所述部件。PF 34的壁58優(yōu)選由堇青石材料 的多孔陶瓷蜂窩壁構(gòu)成。可以認識到任何陶瓷蜂窩材料都被認為是落 入本發(fā)明的范圍內(nèi)。相鄰通道在以56表示的每一端交替凈皮塞住。這樣 迫使柴油懸浮微粒穿過作為機械過濾器的多孔基底壁。微粒物質(zhì)布置 在關(guān)閉通道50內(nèi)并且廢氣穿過打開通道52排出。微粒物質(zhì)59流入PF 34內(nèi)并#:收集在其中。
為了進行再生，包括電阻材料的柵格64粘附在被稱為PF34前表 面的前外表面上。向電阻材料施加電流以產(chǎn)生熱能。認識到可以采用 厚膜加熱技術(shù)將柵格64粘附在PF34上。例如，可以向PF34的前表 面涂敷隨后刻蝕加熱材料例如銀或鎳鉻合金或者施加掩模。在不同的 其它實施方式中，柵格64包括電阻材料例如不銹鋼并利用粘合劑粘附 在PF 34上或壓配合在PF 34上。
還認識到可以以圖3所示的各種單或多路徑型式施加電阻材料。 可以去除部分電阻材料以形成通道。在不同的實施方式中，圖4所示 的多孔加熱器插入件70可以粘附在PF 34的前表面上。在上述4壬何一 種實施方式中，穿過PF 34的廢氣攜帶在PF 34前表面產(chǎn)生的熱能沿通 道50， 52移動短距離。增加的熱能點燃在PF34入口附近存在的孩吏粒 物質(zhì)。通過微粒燃燒產(chǎn)生的熱量隨后被引導穿過PF 34以引發(fā)PF 34 內(nèi)其余微粒的燃燒。
具體參照圖5，在通道50, 52的入口 62處另外涂敷熱傳導層72。 層72可以沿關(guān)閉通道50的打開端短-巨離延伸。在不同實施方式中， 傳導層在PF34的前表面的一英寸內(nèi)延伸。柵格64的電阻材料接觸傳導層72。當電能經(jīng)過電阻材料時，熱能被傳導到傳導層。來自傳導層 72的熱量點燃PF 34入口附近存在的微粒物質(zhì)。
現(xiàn)在參照圖6，數(shù)據(jù)流程圖表示嵌入控制模塊44內(nèi)的微粒過濾器 再生重啟動系統(tǒng)的不同實施方式。根據(jù)本發(fā)明的微粒過濾器再生重啟 動系統(tǒng)的不同實施方式可以包括嵌入控制模塊44內(nèi)的任意數(shù)量的子模 塊?？梢哉J識到，圖6中所示的子才莫塊可以組合和/或進一步分開以同 樣控制PF34的再生。對系統(tǒng)的輸入可以從車輛10 (圖1)感應，由車 輛10 (圖1)內(nèi)的其它控制模塊(未示出)接收，和/或通過控制模塊 44內(nèi)的其它子模塊(未示出)確定/模制。在不同實施方式中，圖6所 示的控制模塊44包括傳播模塊80、微粒物質(zhì)含量模塊82和再生模塊 84。
傳播模塊80接收廢氣溫度86、柵格溫度88、含氧量90、廢氣流 動92以及微粒物質(zhì)含量94作為輸入。在不同實施方式中，根據(jù)來自 電壓和/或電流傳感器49(圖1)的電壓和/或電流信號確定柵格溫度88。 根據(jù)廢氣溫度86、柵格溫度88、微粒物質(zhì)含量94以及含氧量96中的 至少一個，傳播模塊80估計PF34 (圖1)中的微粒物質(zhì)的燃燒溫度。 利用微粒物質(zhì)燃燒溫度和廢氣流動92,傳播模塊80確定燃燒的傳播狀 態(tài)95并由此確定燃燒是否已經(jīng)熄滅。例如，如果再生停止，則傳播狀 態(tài)95被設(shè)定為真(TRUE)。相反，如果再生已經(jīng)完成，則傳播狀態(tài) 95被設(shè)定為假(FALSE)。
微粒物質(zhì)含量模塊82接收例如模型參數(shù)96作為輸入。微粒物質(zhì) 含量模塊82根據(jù)一種或多種微粒物質(zhì)含量估計方法和模型產(chǎn)生96估 計PF34(圖1)中的微粒物質(zhì)94的含量。這些方法可以包括但不局限 于預定義微粒物質(zhì)模型、基于已知發(fā)動機微粒物質(zhì)輸出的里程計算方 法、以及基于廢氣流入PF34 (圖1 )的溫度和廢氣流出PF34 (圖1 ) 的溫度的不同壓力方法。
再生模塊84接收微粒物質(zhì)含量94和傳播狀態(tài)95作為輸入?；?所估計的在PF 34 (圖1 )中存在的微粒物質(zhì)含量94,再生模塊84控 制通過電流控制信號98流向PF34(圖1 )的電流以加熱柵格64(圖2) 并點燃在PF34(圖1)表面上或附近存在的微粒物質(zhì)。當傳播狀態(tài)95 表明再生停止時，再生模塊84重啟動再生。在不同實施方式中，根據(jù) 通過微粒物質(zhì)含量94和PF34(圖l)的基底類型估計的預定限值控制電流。
現(xiàn)在參照圖7,流程圖表示可以通過根據(jù)本發(fā)明不同方面的圖6所 示的微粒過濾器再生重啟動系統(tǒng)完成的示例性微粒過濾器再生重啟動 方法。可以認識到，在不改變本方法精神的前提下可以改變該示例性 微粒過濾器再生重啟動方法中各步驟的執(zhí)行順序。示例性微粒過濾器 再生重啟動方法可以被設(shè)計成根據(jù)某些情形例如在開始再生之后運 行。
在一種實例中，所述方法在100開始。在110估計微粒物質(zhì)燃燒 溫度。在120確定傳播狀態(tài)95。如果在130傳l番狀態(tài)95表明已經(jīng)完成 完全再生，則所述方法可以在170結(jié)束。相反，如果在130傳l番狀態(tài) 95表明再生已經(jīng)在完成完全再生之前熄滅，則在140確定微粒物質(zhì)含 量94。 一旦在15(M效粒物質(zhì)含量94達到再生限值，則在160向PF34 (圖1 )供給電流以重啟動再生。此后，所述方法在170結(jié)束。
本領(lǐng)域:技術(shù)人員現(xiàn)在從以上描述中可以iU只到可以通過多種方式 實施本發(fā)明的主要教導。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的具體實例對本 發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明的真實范圍并非局限于此，因為專業(yè)技術(shù) 人員在研究了附圖、說明書和以下權(quán)利要求之后顯然可以做出其它修 改。
權(quán)利要求
1.一種控制微粒過濾器再生的控制系統(tǒng)，包括估計微粒過濾器中微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)的傳播模塊；以及根據(jù)傳播狀態(tài)控制流向微粒過濾器的電流以重啟動再生的再生模塊。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳播模塊還根據(jù)廢氣 流動和燃燒溫度中的至少 一個估計傳播狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳播模塊還根據(jù)廢氣 溫度、廢氣含氧量、微粒過濾器中的微粒物質(zhì)含量以及微粒過濾器溫 度中的至少一個估計燃燒溫度。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括估計微粒過濾 器中的微粒物質(zhì)含量的微粒物質(zhì)模塊。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，微粒過濾器的溫度基 于微粒過濾器的電阻柵格的溫度。
6. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，微粒過濾器的溫度基 于向微粒過濾器供給的電流和向微粒過濾器供給的電壓。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，在傳播狀態(tài)表明沒有 完成再生時，再生模型控制電流以重啟動再生。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，再生模塊還根據(jù)微粒 過濾器中的微粒物質(zhì)含量控制電流以重啟動再生。
9. 一種控制微粒過濾器再生的方法，包括 估計微粒過濾器中的微粒物質(zhì)的燃燒狀態(tài)；以及根據(jù)傳播狀態(tài)控制流向微粒過濾器的電流以重啟動微粒過濾器的 再生。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)廢氣流動和燃燒 溫度的至少之一估計傳播狀態(tài)。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)廢氣溫 度、廢氣含氧量、微粒過濾器中的微粒物質(zhì)含量以及微粒過濾器溫度 中的至少一個估計燃燒溫度。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括估計微粒過 濾器中的微粒物質(zhì)含量。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)微粒過濾器的電阻柵格溫度確定微粒過濾器溫度。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，根據(jù)向微粒過濾器 供給的電流和向微粒過濾器供給的電壓確定微粒過濾器的溫度。
15. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制還包括在傳 ，潘狀態(tài)表明沒有完成再生時控制電流以重啟動再生。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制還包括根 據(jù)微粒過濾器中的微粒物質(zhì)含量控制電流以重啟動再生。
17. —種車輛，包括過濾發(fā)動機廢氣中的微粒物質(zhì)的微粒過濾器，其中微粒過濾器的 上游端接收發(fā)動一幾廢氣；電阻材料的柵格，其被施加在微粒過濾器外部上游表面并選擇性 加熱穿過柵格的廢氣以啟動微粒過濾器內(nèi)微粒物質(zhì)的燃燒；以及控制模塊，其估計微粒過濾器中微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)并根據(jù) 傳播狀態(tài)控制流向柵格的電流以重啟動微粒過濾器。
18. 如權(quán)利要求17所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)發(fā)動 機廢氣流動和燃燒溫度中的至少 一 個估計傳播狀態(tài)。
19. 如權(quán)利要求18所述的車輛，其特征在于，控制模塊還根據(jù)發(fā) 動機廢氣溫度、發(fā)動機廢氣含氧量、微粒過濾器中的微粒物質(zhì)含量以 及微粒過濾器溫度中的至少一個估計燃燒溫度。
20. 如權(quán)利要求19所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)柵格 溫度確定微粒過濾器溫度。
21. 如權(quán)利要求19所述的車輛，其特征在于，控制模塊根據(jù)向柵 格供給的電流和向柵格供給的電壓確定微粒過濾器溫度。
22. 如權(quán)利要求17所述的車輛，其特征在于，控制模塊還根據(jù)微 粒過濾器中的-徵粒物質(zhì)含量控制電流以重啟動再生。
全文摘要
一種電加熱微粒過濾器重啟動策略。提供一種控制微粒過濾器再生的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)大體上包括估計微粒過濾器中微粒物質(zhì)的燃燒傳播狀態(tài)的傳播模塊。再生模塊根據(jù)傳播狀態(tài)控制流向微粒過濾器的電流以重啟動再生。
文檔編號F01N3/027GK101307713SQ20081009957
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者E·V·貢澤, 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