专利名称：使用催化剂剥离的电加热颗粒过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉^于加热颗粒过滤器(或称vf斜立捕集器)的方法和系统。
背景技术：
本节的陈述只是为了提供与本发明相关的背景信息,可能并不构成i贿技术。柴油机通常具有比汽油机更高的效率，因为柴油燃料的压缩比增大并且 能量密度更高。柴油机的燃烧循环产生颗粒，通常是通过布置在废气流中的颗粒 过滤器(PF)对柴油机排气中的颗粒进行过滤捕集。随着时间的过去，PF会变满 并且必须清除所捕集的柴油机颗粒。再生过程中，柴油初灝粒在PF内燃烧。传统的再生方法是在主燃烧事件之后向废气流中喷射燃料。该燃烧后喷 射燃料在置于废气流中的一个或多个催化剂上燃烧。燃料在催化剂上的燃烧期间， 所IN文的热量提高了排气温度，该温度使PF内捕集的颗粒燃烧。然而，这种方法 会导致比所预期的更高的温度剧增，这对排气系统部件包括PF有害。
发明内容
因此，本发明提供了一种排气系统，用于处理发动机产生的排气。该系 统主要包括颗粒过滤器(PF)，其对排气颗粒进行过滤捕集，其中，PF的上游端 接收发动机排气。电阻材料的格4附^^到PF上游外表面上并且选择'f:ii也加热^i至 该格栅的排^/人而引起PF内颗粒的燃烧。催化剂涂层被涂在PF上，^W是高了PF
内的颗粒燃烧温度。另一方面，本发明提供了一种用于再生排气系统的颗粒过滤器(PF)的方法。该方法主要包括将电阻材料的格栅加到PF的前方外表面上；向电阻材 料通电以加热该格栅；通过被加热的格栅引起存在于PF前表面上的颗粒燃烧；通 过排气将颗粒燃烧产生的热量导入PF内从而引起PF内颗粒的燃烧；以及通过排 气的一氧^/友转化来提高颗粒燃烧温度。根据本文的描述，可明显看出本发明适用于更多领域。应当理解，详细 描述和特定例子只A^到举例的作用，而无意限制本发明的范围。
本文所述附图只是为了起到举例的作用，而无意用来限制本发明的范围。图1是示例性汽车的功能框图，该汽车具有根据本发明各方面的颗粒过
滤器和颗粒过滤器再生系统。图2是示例性壁流蒼沐式颗粒过滤器的截面图。
图3包括颗粒过滤器的示例性前表面的透视图，其示出了电阻路径的各 种模式。图4是示例性颗粒过滤器和加热器垫片的前表面的透3见图。
图5是图2所示示例性颗粒过滤器的截面图，其具有根据本发明各方面 的催化剂涂层。
M实施方式下列描述实际上只是示例性的并且不意图卩艮制本发明、应用或用途。应 当理解，在所有附图中，用相同的附图标i汰示相同或相应的零件和特征。本文 所用的术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、扭^亍一种或多种软件 或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和务賭器、组合逻辑电路、和/ 或其它的4是供所述功能的适当部件。现在参照图1，示出了包括根据本发明各方面的柴油机系统11的示例 性汽车IO。应当理解，柴油机系统ll实际上只是示例性的，并iL^文所述颗粒过 滤器再生系统可以在采用了颗粒过滤器的各种发动机系统中应用。这些发动机系 统可以是但不限于直喷式汽油机系统和均质充^燃M动机系统。为了便于论 述，将就柴油机系统i^ii^发明。涡轮增压柴油机系统11包括燃烧空气和燃料》V^4勿以产生驱动转矩的 发动机12。空气经由空气滤清器14iiA该系统。空气流经空气滤清器14并且被 吸入涡轮增压器18中。涡轮增压器18对进入系统11的新鲜空气进行压缩。通常，空^缩^^大，发动机12的输出f姚大。然后，压缩空^i^进^t支管22 之前流经空气冷却器20。进^t支管22内的空^i皮分入气缸26。尽管只示出四个气缸26，但应当 理解本发明的系统和方法可以在具有多个气釭的发动机中应用，包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12个气缸。也应当理解，本发明的系统和方法可以在v型 气缸结构中应用。由燃料喷射器28将燃料喷入气缸26。压缩空气的热量点燃了空 ^V燃料';f曰o^4勿。空~燃泮牛';曰^4勿的燃烧产生废气。废^/人气釭26排入排气系统。排气系统包括排气歧管30、柴油枳^ll化催化剂(催化剂)32和颗粒过 滤器(PF) 34。可选地，EGR阀(未示出)将~"#分废气再循环回进^>支管22 中。其余废气被引入涡轮增压器18中来驱动涡轮。该涡4^ii了从空气滤清器14 出来的新鲜空气的压缩。废^A渴轮增压器18流出，流过催化剂32和PF 34。催 化剂32根据在后燃烧空燃比对废气进行氧化。PF34接收从催化剂32出来的废气 并il^t废气中存在的颗粒物质进行过滤捕集。控制才狭44根据各种检测信息和/或模型信息来控制发动机12和PF再 生。更详细地说，控制才莫块44估算PF34的颗粒物质负载量。当估算的颗粒物质 负载量ii^J阈值(如，5克/升的颗粒物质)并JLA气^i4处于预定范围内时，通 过电源46来控制供给PF 34的电流从而启动再生过程。根据PF 34内的颗粒物质 量来改变再生过程的持续时间。预料再生过程能持续1-6^4中。然而，只在再生过 程的起始时期通电。更详细地说，电育&于PF 34的前方加热一段阈时期(如，1-2 ^4中)。对流经前表面的废气进行加热。利用由PF34的被加热面附近的颗粒物质 的燃烧产生的热量或是流经PF 34的^^热废气产生的热量来完成再生过程的剩 余时期。特别参照图2， PF 34优选为M式颗粒过滤器并且包括交替的封闭单 iL/孔道50和开口单iL/^ii52。这些单it/孔道50、 52通常是方形截面，沿轴向 贯穿该部件。PF 34的壁面58优选为由堇青石材料制成的多孔的蜂窝陶瓷壁面组 成。应当理解，任何蜂窝陶瓷材料都在本发明范围内。相邻孔道是交替地堵住一 端，如56所示。这就迫使柴油颗粒穿过多孔的载体壁面，其充当初4^t滤器。颗 粒物质沉积在封闭孔道50内，废气经过开口孑L道52排出。颗粒物质59济A PF 34 并i^皮捕集在其中。为了再生的目的，包含电阻材料的格栅64 *]^到PF 34的前方外表面 (称作前表面)上。向电阻材M电来产生热能。应当理解，可采用厚膜加热技 术来将格栅64贴到PF 34上。例如，可以在PF 34的前表面涂」J。热材申h^4Ml 镍^^金然后被腐蚀或加上一层遮罩。在其它不同实施例中，格栅64由电阻材料如不锈钢组成，并且利用粘接剂或压商洽到PF 34的方式贴到PF 34上。也应当理解，电阻材料可应用为各种单膝f圣或多赠4劲莫式,如图3所示。 可以移除电阻材料的一些片段来产生通路。在各种实施例中，如图4所示，在PF34 的前表面贴上多孔的加热器垫片70。在上述任一实施例中，流过PF34的排气带 着在PF34前表面产生的热能顺着孑Ui50、 52往下一小^^巨离。增加的热能点燃 了 PF34的入口附近的颗粒物质。然后，颗粒燃烧所产生的热量^皮引导通过PF34 从而引起PF 34内其余颗粒的燃烧。M参照图5，在PF34上额外涂有催化剂涂层。根据本发明，该催化 剂涂层按不同的密度分成子节段，由PF34的工作温度来优化。如所预料地，可以 对催化剂涂层的密度应用阶梯形式或连续或线性形式。如图5所示，示例性PF 34包括允许废气iiX PF 34的入口和允许废气 排出PF 34的出口 。该PF 34包括第一子节段72和第二子节段74。第一子节段72 位于离入口第一距离处。第二子节段74位于离入口第二距离处，其中第二距离大 于第一距离。第一子节段72按第一密度涂上催化剂。该第一涂层可以包括用于降 ^M氢化合物和一氧^/友的氧化催化剂。氧化催化剂包括但不限于钯、铂和/或类 似的。第二子节段74可以按第二密度涂上催化剂或者可以#4^不涂。如果涂了， 第二密度就小于第一密度。第二涂层也可以包括用于降j^友氢化合物和一氧^^
的氧化催化剂，如上所述。当PF34在入口附近有催化剂涂层时，经过一氧^5友转化，催化剂材料 就提高了废气流温度并且促进了颗粒燃烧。通过在PF34的前部^ii^贞粒燃烧，就 减緩了高温废气流的总,4^P效应。在PF 34的出口附近则相反。通过去除或减少 PF 34后部的催化剂涂层，就可以降低可負M员害PF 34的过高温度。现在本领域技术人员能够从上文的描述知道,可以以多种形式实施本发 明的宽泛教导。因此，尽管用特定例子描述了本发明，但是，本发明的实际范围 不会因此受到限制，因为对本领域技术人员来^it过研究附图、说明书和下列权 利要求可以很明显地得到其它变型。
权利要求
1、一种用于处理发动机产生的排气的排气系统，包括颗粒过滤器，其对排气颗粒进行过滤捕集，其中，颗粒过滤器的上游端接收发动机的排气；电阻材料制成的格栅，将其加到颗粒过滤器的上游外表面上，并且选择性地加热流经该格栅的排气从而引起颗粒过滤器内颗粒的燃烧；以及催化剂涂层，将其涂在颗粒过滤器上，并且其提高了颗粒过滤器内的颗粒燃烧温度。
2、 如权利要求1所述的排气系统，其中，催化剂涂层是按第一 密度涂在颗粒过滤器的第一子节段上。
3、 如权利要求2所述的排气系统，其中，催化剂涂层是按第二 密度涂在颗粒过滤器的第二子节段上，且其中第一密度大于第二密 度。
4、 如权利要求3所述的排气系统，其中，第一子节段离颗粒过 滤器入口为第一距离，第二子节段离颗粒过滤器入口为第二距离，且 第二距离大于第一距离。
5、 如权利要求1所述的排气系统，还包括控制模块，该控制模 块在颗粒过滤器再生循环的起始时期控制向格栅的通电。
6、 如权利要求5所述的排气系统，其中，控制模块估算颗粒过 滤器内的颗粒量，且其中，当该颗粒量超过阈值时控制电流。
7、 如权利要求1所述的排气系统，其中，催化剂涂层包括氧化 催化剂材料。
8、 如权利要求1所述的排气系统，其中，催化剂涂层是按阶梯 形式涂覆的。
9、 如权利要求1所述的排气系统，其中，催化剂涂层是按线性 形式涂覆的。
10、 一种用于再生排气系统的颗粒过滤器的方法，包括 将电阻材料制成的格栅施加到颗粒过滤器的前方外表面； 向电阻材津+通电以加热该档4册；通过被加热的格栅引起存在于颗粒过滤器前表面上的颗粒燃烧；通过排气将颗粒燃烧产生的热量导入颗粒过滤器内从而引起颗粒过滤器内颗粒的燃烧；以及通过排气的 一 氧化碳转化来提高颗粒燃烧温度。
11、 如权利要求10所述的方法，还包括给颗粒过滤器提供催化 剂涂层，且其中，该催化剂涂层执行一氧化碳转化。
12、 如权利要求11所述的方法，其中，提供催化剂涂层包括 提供包含氧化催化剂材料的催化剂涂层。
13、 如权利要求11所述的方法，其中，提供催化剂涂层包括 按阶梯形式提供催化剂涂层。
14、 如权利要求11所述的方法，其中，提供催化剂涂层包括 按线性形式提供催化剂涂层。
15、 如权利要求11所述的方法，其中，提供催化剂涂层包括 在颗粒过滤器的第 一 子节段按第 一 密度提供催化剂涂层。
16、 如权利要求15所述的方法，其中，提供催化剂涂层包括 在颗粒过滤器的第二子节段按第二密度提供催化剂涂层，且其中，第 一密度大于第二密度。
17、 如权利要求15所述的方法，其中，在第一子节段按第一密 度提供催化剂涂层还包括在离颗粒过滤器的入口第 一距离的第 一子 节段上提供催化剂涂层，其中，在第二子节段按第二密度提供催化剂 涂层还包括在离颗粒过滤器的入口第二距离的第二子节段上提供催 化剂涂层，并且其中，第二距离大于第一距离。
18、 如权利要求10所述的方法，还包括在颗粒过滤器再生循 环的起始时期控制供给颗粒过滤器的电流以启动再生。
19、 如权利要求18所述的方法，还包括估算颗粒过滤器内的 颗粒量，且其中，当颗粒量超过阈值时，执行该控制。
全文摘要
本发明涉及使用催化剂剥离的电加热颗粒过滤器。具体地，提供了一种用于处理发动机产生的排气的排气系统。该系统主要包括颗粒过滤器，其对排气颗粒进行过滤捕集，其中，颗粒过滤器的上游端接收发动机排气。电阻材料的格栅被加到颗粒过滤器上游外表面上并且选择性地加热流经该格栅的排气从而引起颗粒过滤器内颗粒的燃烧。催化剂涂层被涂在颗粒过滤器上，其提高了颗粒过滤器内的颗粒燃烧温度。
文档编号F01N3/027GK101418711SQ200810149758
公开日2009年4月29日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年10月22日
发明者E·V·冈策, F·阿门特, M·J·小帕拉托尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司