专利名称：电柴油颗粒过滤器再生的制作方法
技术领域：
本发明涉及柴油机，具体而言，涉及柴油颗粒过滤器再生。
背景技术：
由于柴油燃烧过程增加的压缩比以及柴油更高的能量密度，所以柴油机比汽油机具有更高的效率。从而，对比同体积的汽油机来说，柴油机提供了改善了的消耗单位燃料所行里程。
柴油燃烧循环产生颗粒，这些颗粒一般从废气中过滤而得。柴油颗粒过滤器(DPF)通常沿派出气流安置以从废气中滤出颗粒。但一段时间以后，DPF就会塞满而必须进行再生以去除截集的柴油颗粒。在再生期间，柴油颗粒在DPF内燃烧掉以使DPF恢复其过滤功能。
常规再生方法是在主燃烧事件结束后，向排出气体中注入燃料。后燃注入燃料在排出气体中的催化剂的作用下燃烧。燃料在催化剂作用下燃烧过程中释放的热量会增加废气的温度，这样烧掉了截集在DPF内的烟灰颗粒。但此种途径会引起比预设更大的温度偏差，这对包括DPF在内的排气系统元件是不利的。
发明内容
相应地，本发明提供了一种处理发动机所生废气的排气系统。该排气系统包括一个柴油颗粒过滤器(DPF)和一个电热器。柴油颗粒过滤器(DPF)置于发动机的下游并从废气中滤出颗粒。电热器置于DPF的上游并在废气通过时选择性地加热废气以引发废气内颗粒的燃烧。颗粒燃烧所产生的热量引起DPF内颗粒的燃烧。
其一特征，电热起器置于DPF一段距离处。
其另一特征，电热器为电阻式加热器。
其它特征，排起气系统还包括一个控制模件，它有选择地使电流流向电热器。控制模件判定DPF内颗粒物质的估计量，并在其量超过阈值时引发DPF再生。控制模件能使电流持续DPF再生循环的一个初始周期。
从后面的详细说明中，本发明适用性的其它方面将会趋于明朗。但应理解，在展示本发明的优选实施例时，详细说明以及具体例子仅意在解说目的，并不用来限定本发明范围。
从详细说明与附图中，将会对本发明有更加充分的了解。其中附图1为示范性的柴油机系统的示意图，它包括依据本发明的柴油颗粒过滤器(DPF)再生系统。
附图2为包括依据本发明的加热器的DPF的截面示意图。
附图3为附图2中运作于再生模型的DPF的局部截面示意图。
附图4为阐明本发明DPF再生控制的流程图。
具体实施例方式
以下对优选实施例的说明实质上是仅仅是示范性的，决不表示要限定本发明及其应用或使用。为简便起见，在附图中将用相同的参考数字来标示类似的元素。正如这里使用的，名词模件可指应用性具体集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共用型，专用型或群型)与执行一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路或其它合适的能提供所述功能的元件。
现参照附图1，它示意性地图示了依据本发明的示范性柴油机系统10，应当理解，柴油机系统10在实质上仅为示范性的，并且此处所述柴油颗粒过滤器(DPF)再生系统可应用于各种不同的使用DPF的柴油机系统中。柴油机系统10包括一个柴油机12，一个入口管道14，一套共轨燃料注入系统16和一套排气系统18，示范性发动机12包括六个气缸20，它们处于相邻气缸排22，24内并呈V型布局。虽然附图2描绘有六个汽缸(N＝6)，但应理解发动机12可包含更多或更少的汽缸20。如可考虑发动机具有2个，4个，5个，8个，10个，12个或明或16个汽缸。或者，如以下更加详细讨论的，可以预料本发明的DPF再生控制可应用于一字排列式汽缸构型中。
空气经过一个风门(无图)被吸入入口管道14。从入口管道14将空气吸入汽缸20中并在此将其压缩。由共轨注入系统16将燃料注入汽缸20中，压缩空气的热量点燃空气与燃料的混合物。废气从汽缸20中排出并进入排气系统18中。在某些情况下，柴油机系统10可包括一个涡轮机26，它将补充的空气抽入汽缸20中以供燃料与从入口管道14吸入的空气燃烧。
排气系统18包括排气管道28，30，排气导管29，31，催化剂38，柴油颗粒过滤器(DPF)40和加热器41。第一与第二排气区段由第一与第二汽缸排22，24限定。排气管道28，30将排气区段从相应的汽缸排22，24导入排气导管29，31。废气被导入涡轮机22以驱动涡轮机22。混合排出气流从涡轮机22经过催化剂38与加热器41流入DPF40。当混合排出气流流向大气时，DPF40从其中滤出颗粒。加热器41选择性地加热流经的排出气流以使DPF40再生，正如以下详细解说的那样。
控制模件42根据本发明的DPF再生控制来调整柴油机系统10的操作。更具体地说，控制模件42与入口管道绝对压力(MAP)传感器44及发动机测速器46相联系。MAP传感器44产生指示入口管道14内气压的信号。发动机测速器产生指示发动机转速(RPM)的信号。控制模件42根据RPM与燃料消耗率来判定发动机负载。燃料消耗率一般以每燃烧事件所耗燃料体积来量度。通过燃料消耗率来控制发动机输出。
具体参照附图2与附图3，DPF40为整体式颗粒捕集，并且包括交替的封闭槽/通道50及封闭槽/通道52。废气，如由发动机产生的那些废气，通过加热器41的通道53，进入用以蓄积颗粒物质54的端封闭通道50并从开放通道52流出去。孔塞56用来密封通道50，52的终端。DPF40的壁58优先由带状材料的多孔性陶瓷蜂窝状壁组成。应理解任何蜂窝状材料都在本发明范围之内。烟灰颗粒59流入DPF中并在那里截聚。
进一步参照附图2，加热器41偏置于DPF40上游X距离处。加热器41优选为电阻式加热器，它包括多个电阻元件60和接电引线62。接电引线62连接到电源66(见附图1)。当运作于再生模式时，电流有选择地流经加热器41以引起电阻元件60发热。更具体地说，当需要DPF再生时，电流作用于电阻元件60以产生热量。
具体参照附图3，在DPF再生过程中，热量传导到流过通道53的烟灰颗粒59。要传导足够的热量以引发烟灰颗粒59的放热燃烧。并释放多余的热量。热量流入DPF40中并加热其中的烟灰颗粒59。因此，通过DPF可取得级联效应，上游烟灰颗粒59的燃烧31引发下游烟灰颗粒59烧。换言之，加热器41作为一种点火触媒，它点燃或引燃上游烟灰颗粒59，其燃烧热量依次引燃下游烟灰颗粒59。以此种方式，DPF内的全部烟灰颗粒59都得以燃烧以使DPF40再生。
DPF再生过程周期性引发以使DPF40再生。更具体地说，控制模件42估计DPF的负载。当估计负载达到极限水平(如每升5克颗粒物质)并且废气流速进入预定范围内时，电流就会作用于加热器41以引发再生过程。DPF40颗粒物质的量不同，再生过程持续的时间就不同。可以预料，再生过程可持续4-6分钟。但电热器41仅仅8应用于再生过程的初始时段。具体而言，电热器41将流经的废气加热达到极限周期(如1-2分钟)。通过DPF内燃烧所产生的热量可得到再生过程的残余物。
现参照附图4，流程示了本发明的DPF再生控制。在步骤100中，控制决定是否执行DPF再生过程。如上所述，当DPF40内颗粒量超过阈值并且废气流速超过极限流速时，就会引发DPF再生过程。如控制判定不应执行DPF再生，那么控制就会循环返回。如控制判定应执行DPF再生，那么控制就会向电热器提供电流以执行步骤102。如以上详细讨论的，电热器41加热流经的废气以引发废气燃烧。燃烧过程所产生的热量进一步引起了DPF40内烟灰颗粒的燃烧以使DPF再生。在步骤104中，在极限期满(如1-2分钟)后，控制断开加热器的电流，控制过程结束。
本发明的DPF再生系统相比先前技术具有特殊的优势。具体而言，DPF再生系统防止了过大的温度偏差，而过大的温度偏差不利于排气系统元件。相对其它的基于电能的DPF再生系统，本发明的DPF再生系统具有更高的效率(效率约为80％-90％)。
那些精通技术的人员现在能从前述说明中了解到本发明的大概解说可运用于各种形式中。因此，当已结合具体例子对本发明作了描述以后，本发明的真实范围不应如此受限，因为熟练的专业人员在对附图，详细说明及以下权利要求书作一番研究后，作出其它改进将变得轻而易举。
权利要求
1.一种处理发动机所生废气的排气系统，包括一个柴油颗粒过滤器(DPF)，它置于发动机下游并从上述废气中滤出颗粒；一个电热器，它置于上述DPF的上游，并在上述废气经过时对其加热以引发废气内颗粒的燃烧，其中上述颗粒燃烧所产生的热量引起上述DPF内颗粒的燃烧。
2.依据权利要求1所述排气系统，其中所述电热器偏置于上述DPF一定距离处。
3.依据权利要求1所述排气系统，其中所述电热器为电阻式电热器。
4.依据权利要求1中所述排气系统还包括一个控制模件，它有选择地使电流流向上述电热器。
5.依据权利要求4所述排气系统，其中所述控制模件判定上述DPF内颗粒物质的估计量，并在上述量超过阈值时引发DPF再生。
6.依据权利要求4所述排气系统，其中所述控制模件能使上述电流持续DPF再生循环的一个初始周期。
7.排气系统中柴油颗粒过滤器(DPF)再生方法，包括产生含有颗粒的废气；用电热器对上述DPF上游废气加热以引起颗粒的燃烧；以及将上述颗粒燃烧所产生的热量传导到上述DPF中以引发上述DPF内颗粒的燃烧。
8.依据权利要求7所述方法，还包括将上述电热器偏置于上述DPF一定距离处。
9.依据权利要求7所述方法，其中所述电热器为电阻式电热器。
10.依据权利要求7所述方法，其中对上述废气加热步骤持续达DPF再生循环的一个初始周期。
11.依据权利要求7所述方法，还包括对上述DPF内颗粒物质的量作出估计，当上述量超过阈值时，就会执行对上述废气加热步骤。
12.使排气系统的柴油颗粒过滤器(DPF)再生的方法，包括引导含有颗粒的废气通过电热器；将电流应用到电热器；用所述电加热器加热上述DPF上游的废气以引起所述颗粒的燃烧；将所述颗粒燃烧所产生的热量引导到上述DPF中以引起上述DPF内颗粒的燃烧。
13.依据权利要求12所述方法，还包括将上述电热器偏置于上述DPF一定距离处。
14.依据权利要求12所述方法，其中所述电热器为电阻式电热器。
15.依据权利要求12所述方法，其中对上述废气加热步骤持续达DPF再生循环的一个初始周期。
16.依据权利要求12所述方法，还包括对上述DPF内颗粒物质的量作出估计，其中当上述量超过阈值时，就会执行对上述废气加热步骤。
全文摘要
一种处理发动机所生废气的排气系统包含一个柴油颗粒过滤器(DPF)，它置于发动机的下游并从废气中滤出颗粒。一个电热器置于DPF的上游，并在废气经过时对其加热以引发废气内颗粒的燃烧，颗粒燃烧所产生的热量引起DPF内颗粒的燃烧。
文档编号F01N3/027GK1920267SQ20061012160
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者E·V·贡泽, F·阿门特 申请人:通用汽车环球科技运作公司