专利名称：用于电加热微粒过滤器分区再生的可变功率分布的制作方法
技术领域：
本发明涉及微粒物质(PM)过滤器，更具体地是，涉及电加热PM过滤器的 功率管理。 背景,
本部分的陈述仅提供与本发明内容相关的背景S^信息，但并不构成现有 技术。
发动机，例如柴油发动机，产生微粒物质(PM)，该微粒物质3IilPM过滤 器AAit气中过滤掉。所述PM过滤器置于发动机的排气系统上。PM过滤飄少 在燃烧期间所生成的PM排放。
随着时间的过去，PM过滤器变得饱和。在再生期间，PM可在PM过滤器 内燃烧。再生可包括加热PM过滤器以达到PM的燃烧温度。有各种不同的方 法执行再生，包括改进发动机管理，^OT燃料燃烧器，使用催化氧化剂来提高 燃料喷射后的im,，使用耐热线圈，和/或JOT1^波能量。所述耐热线圈典 型地以与PM过滤器接触的方式进行布置，以允许通过传导和对流进行加热。
当鹏达到例如60(TC的燃烧鹏之上时，柴油PM燃烧。开始燃烧后，会 促使温度的进一步升高。尽管火花点火式发动机典型地在废气流中具有较低的 氧浓度，柴油发动机却具有明显较高的氧浓度。尽管氧浓度的提高能使PM过 滤器快速再生，但也引起一些问题。
4顿燃料的PM还原系繊于 >燃料的经济性。例如，许多燃料基PM 还原系统减少5%的燃料经济性。电加热PM还原系统在M^燃料经济方面可以忽略不计。然而，4fei获得电加热pm还原系统的耐用性。并且，功率对电加
热pm而言也很重要。
发明内容
在一个示例性实施例中，提供了一种系统，该系统包括具有多个区域的微 粒物质(pm)过滤器、电加热器和控制模块。该电加热器包括多个加热段，齡 加热m应于区域中的各个区域。该电加热 置在pm加热器的上游瓶近 pm过滤器。该控制模±^1^所述加热器段中的第一段有选择地将第一能量水平 应用至IJ所述区域中的第一区域，以启动第一区域的再生。该控制模块也通过所 述加热器段中的第二段有选择地将小于第一能量水平的第二能量水平应用到所 述区域中的第二区域，以启动第二区域的再生。
在别的特征中，提供了一种方法，该方法包括提供了具有多个区域的微粒 (pm)过滤器。电加热器包括加热段，每个加热舰应于所述区域中的各个区域，
其布置在pm加热器的上游并接近pm过滤器。第一能量水平通掛; 述加热器
段中的第一段有选择地应用到所述区域中的第一区域，以启动第一区域的再生。 第二能量水平通过所述加热器段中的第二段有选择地应用到所述区域中的第二 区域，以启动第二区域的再生。
还在别的特征中，提供了一种系统，该系统包括具有多个区域的微粒物质 (pm)过滤器、电加热器和控制模块。该电加热器包括多个加热段，各加热段分 别对应于所述区域中的各个区域。该电加热駒置在pm力口繊的上游瓶近 pm过滤器。该控制模块Mil有选择地将不同的能量水平应用至U所述区域中的各 个区域以再生所述区域。
通过本文的描述，进一步的应用范围将变得显而易见。应当理解，本发明 的描述和具体的实施例柳于阐述的目的，而非用来限制本发明的范围。
在此，所描述的附图仅为了阐述的目的，而非以任何方式来限制本发明的范围。
图1为示例性发动机系统的功能结构图，其结合了用于电加热微粒物质(pm) 过滤器的功率分布系统；
图2示出了用于图1中的电加热pm过滤器的分区入口加热器的示例性分
区；图3示出了用于图1中的电加热PM过滤器的分区入口加热器的示例性分
区；
图4示出了图3中的分区入口加热器的一个区域中的示例性电阻加，； 图5示出了具有分区电加热器的图1的电加热PM过滤器； 图6示出了图1和图5中的分区电加繊内的加热；
图7为示例性步骤的流程图，该步骤由控制模i她行，以在启动再生之前 增加输入到电加热PM过滤器的扫汽a^
图8为示例性步骤的流程图，该步骤用来再生与PM过滤器相关的分区电 加鹏
图9为示例性图表，其示出了 PM过滤器再生期间的流动再分布； 图10为输入到图9中的5个区域中的各个区域的能量示例图表。
具体实施例方式
以下描述实质上仅仅是示例性的，耐師来限制本发明公开、应用或!顿。 应当理解，在全部附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
如这里所使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一 个或多个软件或固件禾聘的处理教共享的、专有的或组群吻和存储器、组合逻 辑电路、和/鹏供所描述功能的其它适宜部件。
本发明在再生之謝顿电加热器升高输入排气》鹏，使得PM过滤器的再 生具有更加有效。例如，在正常运行期间，入口鹏》鹏在PM过滤器接触处 可提高至最大废气温度之上，但小于烟灰氧化温度。iSAPM过滤器入口的废 气温度可M改变发动机的管理、使用燃料燃烧器、使用催化氧化剂以提高燃 料喷射后的^、^，禾口/或其它适当的方法而得以提高。
例如，排气温度可上升到340摄氏度至540摄氏度之间的温度范围。该温 度范围低于典型的烟灰氧化温度，但高于自然的排气温度。典型地，高效率发 动机在低于大约300摄氏度的、皿下工作。
—旦iiAPM过滤器的排气，上升了，电加热器、;^r活加热区域，逸就会 引起烟灰燃凝波m PM过滤器通道以清、,滤器。这个过程持续到所有的加 热区域再生为止。当PM过滤器再生运行至赃这里所描述的增加 鹏变化范围 内的入口排气鹏时，燃烧火焰头不太可能会熄灭。增加的入口排气、鹏也产 生了较小的纟破增量(delta)，该增量减少作用在PM过滤器上的热应力。电加热器可以分区或不分区。电加热器可与PM过滤 触或者隔离。该 加热旨选择地加热PM过滤器的全部或部分。该PM过滤器可接触^够接 近PM过滤器的前部从而控制加热模式。可对加热器的长度进行设置以优化废 气亂
热肯纵电加热鹏俞到PM过滤器。PM过滤器可通舰流和/或传导进行 加热。该电加热器可分成区域，以减少加热PM过滤器的功率需求。所述区域 也加热PM过滤器内的所选下游部分。通过iW过滤器的所选部分进行加热， 底层上力的大小由于热膨胀而减少。结果，在 坏PM过滤器的情况下，在 再生期间，可使用较高的局部烟灰温度。
ilii使用加热的i^有选^i也加热PM过滤器前部的一个或多个区域和点 燃烟灰微粒，可实现PM过滤器的再生。当iiSU足够的表面温度时，可关闭加 ，然后，燃烧烟灰微粒沿PM过滤器鹏的长度层叠，这^f呈与用焰火 燃烧保险丝相似。燃烧烟灰微粒作为燃烧的燃料，使再生持续下去。对于每个 加热区域，这个ai呈相继发生，鼓齡PM过滤辦皮完全再生。
加热区域可以某种方式隔开，使得活性加热器之间的热应力减轻。因而， 因加热引起的全部应力量变得更小，并在整个电加热PM过滤器体积范围内分 布。这方法允许在电加热PM过滤器的更大段内再生，而不产生破坏电加热PM 过滤器的应力。
最大的驗梯度易于在分区加热器的纖发生。因而，激活一个通过另一 加热器的局部应力区的加热器，可使加热再生容积更加活跃，而不增加旨应 力。由于系统并不需要独立地作为许多区域再生，这就会在一个驱动循环内改 善再生机会、减少费用和M^、旨性，
现参考图l，示出了根据本发明的示例'!^油发动机系统10的示意图。应 了解，此柴油发动机系统10实质上仅是示例性的，并且本文所描述的区域加热 微粒过滤器再生系统可在不同的使用微粒过滤器的发动机系统内使用。这样的 发动机系统可包括，但不限于，汽油直喷式发动机系统和均质充气压缩点燃发 动机系统。为便于讨论，本发明将基于柴油发动机系 行讨论。
发动机系统10包括管理应用到电加热器35的功率的功率分布系统11 。该 功率分布系统11包括控翁擴块44，功率源46，功率切换模块47和觔卩热器35， 该加热器35具有与微粒物质(PM)过滤器34中的区鄉目关的加热段。示例性加热段如图4所示。控制模块44包括脉冲带宽调审J(PWM)模块49，其控制包括 电力在内的能量和将电力应用到加热器段的擀卖时间。功率切换模块47可为包 括继电器和/或开关51的功率分布箱，其与多个加热器段相关。控制模块44为 开关51提供控制信号，以允许来自功率源46的功率传递到所选柳卩热器段。
涡轮增压柴油发动机系统10包括燃烧空气和燃料混合物以产生驱动力矩的 发动机12。空气通过空气过滤器14 iSA系统。空气M31空气过滤器14后iJA 涡轮增压器18。该涡轮增压器18压缩iSA到系统10的新鲜空气。 一般而言， 空气的压缩比越高，发动机的输出越大。然后，压缩空气在iSAit气歧管22前 M31空气7賴卩器20。
进气歧管22内的空气分配到汽缸26内。尽管示出了 4个汽缸26的情况， 本发明的系统和方法可在具有多个汽缸的发动机里实现，包括但不限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10和12个汽缸。也应了解，本发明的系统和方法可以V型汽缸配置 的形式实现。燃料iffiiM料喷射器28喷射入汽缸26。来自压缩空气的热量点燃 空 燃料混合物。空 燃料混，的燃烧产生排气。排气自汽缸26排入排气 系统。
排气系统包括排气歧管30、柴油氧化催化齐lJ(DOQ32以及具有入口加 35的微粒过滤II(PM过滤器)组件34。加热器35可分区域。任意地，EGR阀(未 示出)回收部分排气并将其送回进气歧管22。剩余的部分排气被弓l入到涡轮增压 器18以驱动涡轮。涡轮i跌自空气过滤器14的新鲜空气更加容易压縮。排气 自涡l^ii压器18流经DOC32、加热器35， iaXPM过滤器组件34。该DOC32 基于在后燃烧空，燃料比氧化排气。氧化剂的数量提高了排气的、鹏。PM过 滤器组件34接 自DOC 32的排气，并过滤存在于排气中的任何烟鄉粒。 入口加热器与PM过滤器组件34接触或与PM过滤器组件34隔开，并加热排 气使之达到再生皿，这将在下^it行描述。
基于不同的检测和/或估计信息，控帝帳块44控制发动机和PM过滤器再生。 检测信息可来自传麟53或可基于检测信息和发动机系统10的运行状态进行 估计。
传 可包括温度传感器、发动机传 和模±央、与空气有关的传感器以 及压力传麟。传麟可包括用于确定排气流浓度、排气 鹏值、排气压力值、 氧浓度、进气^3I率、进气压力、进气空气、皿、发动+7UI度、EGR等的传感器。
MJ^传感器可包括进气MJ^传感器、发动机冷却液TO传感器、发动机油
温传自、废气旨传 、 PM过滤^^^传g、环境MS传S^，还可以 包括其它发动机驢传感器。所述进气纟鹏传感器可产生进气、鹏(IAT，号。 所述发动机^4卩液M传繊可产生发动机^4卩液鹏(ECT膽号。所述发动机 油温传感器可产生发动机油温(TonX言号。所述]^^^传 可产生与PM过 滤器相关的入口、内部和出口排气温度信号。所述环境、鹏传感器可产生环境 鹏AMB)信号。
发动机传感器禾喊块可包括汽缸空气评估模块、发动机输出扭矩传感器或 模块、发动机负荷模i央、发动机运行时间指示器，发动+腿度传麟。所述汽 缸空气评估模块确定发动机汽缸内的空气状态。所述状态可包括，例如，■ 和汽缸空气质量。所述汽缸空气评估模块基于空气传感器所产生的与空气相关 的信号和发动机输出扭矩确定状态。所述发动机输出扭矩可直接或间接地测量 或评估。所述发动机输出扭矩可借助一个或多个传感器，例如驱动轴扭矩传感 器、或应变仪或其它扭矩传感器，直接地测量。所述发动机输出扭矩也可基于
运行参数间接j&ia行估计，部分运行参数在此公开，例如使用检查表。所述发
动机速度传感器，例如凸轮轴、曲轴、飞轮或传动系传感器，产生指示发动机 皿RPM的il^信号。所述控制模块可由3I)t信号确定发动机速度。应注意地 是，发动t腿度也可基于发动机运行参数进行间接地估计。
空气传感器可包括空气流量传感器、节气门位置传感器、进气压力传感器， 以及可包括其它与空气相关的传感器。空气流量传感器可为监视流过节气门的 空气^it的空气质量流量传感器(MAF)。所述节气门位置传感器响应于节流板 的位置，并产生节气门位置信号TPS。所皿气压力传感器产生歧管绝对压力 (MAP)j言号。
压力传感器可响应大气压九并可产生大气压力(BARO)i言号。 .更具体地，控制模块44基于检测和估计信息估计PM过滤器组件34的负 载。当所估计的负载在预定水平并且排气流速在期望范围内时，可借助功率源 46控制PM过滤器组件34的电流，以启动再生过程。再生i^呈的持续时间可根 据PM过滤器组件34内微粒物的估计数量而有所变化。
在再生过程期间，电流供应到加热器35。更具体地，在预定期间内，能量可分别加热PM过滤器组件34柳卩热器35的所选区域。舰加鄉35的废气 可被激活区域加热。加热的废气传到PM过滤器组件34的下游过滤器，并M 对流和/或传导对过滤器进行加热。4顿由加热的废气舰PM过滤器所产生的 热量，可以完成剩余的再生过程。
现参考图2，示出了用于PM过滤器组件34的示例性分区入口加热器35'。 所述电加热PM过滤器组件34布置成与PM过滤器组件34接触或隔离。所述 PM过滤器组件34包括多个间隔开的加热区域，包括区域l(具有子区域1A， 1B 和1C)、区域2(具有子区域2A， 2B和2C)和区域3(具有子区域3A， 3B和3C)。 该区域l、 2和3可在不同的各个时期被撒活。
当航流过加热器的撒活区域时，在PM过滤器的相应部分发生再生，该 相应部分是最早接收加热废气的区嫩例如激活区域的下游区域)或是被层叠燃 烧烟鄉粒所点燃的下游区域。并不在激活区域的下游的PM过滤器的相应部 分充当应力减轻区域。例如在图2中，子区域1A、 1B和1C被激活，子区域 2A、 2B、 2C、 3A、 3B和3C充当应力减轻区域。
所述激活加皿子区域1A、 1B和1C下游的PM过滤器的相应部分在加热 和冷却期间热膨胀和收缩。应力减轻子区域2A和3A、 2B和3B以及2C和3C 减轻因加热器子区域1A、 1B和1C的热膨胀和收缩所弓胞的应力。在区域l结 束再生后，区域2可f皮^T活，并且区域1和3充当应力,区域。在区域2结 束再生后，区域3可被激活，并且区域1和2充当应力减轻区域。
现参考图3，示出了另一个示例性分区入口加热器35"。中心部分可被包括 第一周向区域带的中间区域所包围。中间部分可被包括第二周向区域带的外部 区:1#万包围。
在此示例中，中心部分包括区域l。第一周向区域带包括区域2和区域3。 第二周向区域带包括区域l、 4和5。如上面的实施例所描述的，当非活动区域 的下游部分提供应力减轻时，活动区域的下游部分被再生。如所了解的一样， 区域l、 2、 3、 4和5中的一个区域可一下子波撒活。别的区域仍保持非活动状态。
现参考图4，示例性电阻加热器200布置在图3所示的第一周向区域带的其 中一个区域上C例如区域3)。电阻加热器200可包括一个或多个线圈、多个加热 段或覆盖各自区域提供足够加热的传导元件。电阻加热器200，如图所示，包括3个电传导的加热段201。
现参考图5，进一步详细地示出PM过滤器组件34。该PM过滤器组件34 包括外罩200、过滤器202以及分区加热器35。该过滤器202可包括后部端塞 208。该加热器35可布置在薄片状流动元件210和过滤器底层202之间。电连 接器211可为Jl^的PM过滤器组件34的区域提供电流。
兽,了解，加热器35可与过滤器202接触或隔开，使得加热舰流柳或传 导式的加热。绝缘体212可布置在加热器35和外罩200之间。废气自上游入口 214iJAPM过滤器组件34，并被PM过滤器组件34的一个或多个区働口热。 加热的废气被过滤器202接收。
现参考图6，详细地示出了PM过滤器组件34内的进一步加热。废气250 M加热器35并被加热器35的一个或多个区鄉卩热。如果和过滤器202隔开， 加热的废^MjE巨离"d"，然后被过滤器202所接收。例如，距离"d"可为1/2 英寸或更短。该过滤器202可具有中心入口240、 ilii242、 il滤器材料244和 位于入口径向外侧的出口246。该过滤器可被催化。被加热的^t致iM滤器内 的微粒物质燃烧，这使得PM过滤器再生。该加热器35M对流和/或传导传递 热量，以点燃过滤器202的前面部分。当前部正面部分的烟灰ii到足够高的温 度，加热器关闭。烟灰的燃烧然后在过滤器鹏254上层叠赚开，而不需要 继续供给加热器电力。
现参考图7，在步骤300开始控制。在步骤304，控制确定是否需要再生。 在步骤308，控制确定输入到PM过滤器的排气M^是否大于第一^^阈值Tra 。 该第一温度阈值Trai可大于发动机正常运行期间的正常废气温度，并小于烟灰 氧化、mm。例如，第一温度阈值TM可在340。C-500。C的温度范围内进行选择。 例如，第一鹏阈值TTO可在39(T049(rC的鹏范围内进^^择。例如，第一 M阈值T加可在430XM7Crc的、，范围内进行选择。例如，第一MJt阈值 TTM可选择为大约44(TC46(rC的鹏范围内进行选择。如此^b^刑顿的，用语 "大约"表示+/-5摄氏度。
如果步骤308为假，在步骤302中发动机控制模块使用任何适宜方法增加 排气、,。控制模块自步骤312和步骤308(如果步骤308为真)继续执行到步骤 316。如果步骤316为真，控制模块确定PM过滤器的、鹏是否大于第二、鹏阈 値Tto。如果步骤316为真，控制模i她行PM过滤器的再生控制。控制模块自步骤M6(如果步骤316为假)和执行到步骤324。
例如，PM过滤器内的再生温度可设定为约大于或等于600摄氏度。例如, PM过滤器内的再生温度可设定为约大于或等于700摄氏度。例如，PM过滤器 内的再生温度可设定为约大于或等于800摄氏度。在一个实施例中，目标^M 设定在900摄氏度。加热段^S可设定在大约等于或大于上面所述的^jt。
现参考图8，示出了用于再生分区PM过滤器的示例性步骤。在步骤400， 控制开始，并进行到步骤404。在步骤404中，如果控带猴±央确定需要再生时， 控制模块在步骤408中选f个或多个区域，
在步骤412，控制模块估计达到最小过滤器正耐，(face temperature)所 需的足够能量。该估计能量包括功率和加热周期，从而将固定的或可变的功率 级应用到所选区域或应用到它的所选部分。该估计能量以功率，包括电流和电 压，预定周期、排气流和排气、鹏中的至少一个为基础。估计能量也可以与加 热段相关的横截面面积，区域个数、与区域相关的电阻特性以及其中的部分因 素在 行了描述的其它因素为基础。该估计育遣水平可基于自PM过滤器的 入口到出口的压力P旨行估计，这一点将在下文描述。
穿过区域的流动分布的变化可用来估计供应的肖^量水平。该最小正面、鹏 应该足够启动烟M烧并且产生层叠效果。例如，该最小正面温度可设定为700 摄氏度或更高。可基于预定周期确定功率，反之亦然。
在步骤416，基于估计能量、相应功率和应用功率的预定周期，控讳鹏块激 活用于所选区域的所述加热器。与所选区域相关的所述加热段被激活。作为示 例，对于第一预定周期(应用功率的持续时间)，具有相应第一功率zK平的第一能 量水平应用到加热段。例如，控制模块44可给功率切换模块47信号来为加热 段提供功率。脉冲带宽调制信号可ffiil控制模块44产生，，供给功率切换模 块47，并加以调整以提供预定的能量水平。
在步骤418，控制模块确定是否达到了预定加热周期。如果步骤418为真， 控制模块确定在步骤420中其它区域是否需要再生。如果步骤420为真，控制 进行到步骤422，否贝赃步骤428结束控制。
在步骤422，控制模,择另一个用于再生的区域。在步骤424，控娜穀央 估计应用到与步骤422的所选区域相关的加热段的能量。该估计肯讀水平可由 类似于步骤412的过程方式确定。该估计能量水平小于应用到步骤416先前激活区域和/或第一区域的能量水平。为了提f，少的能量水平，功率或功率应用 的持续时间可减少。当确定流量分布时，控制模块说明了再生数目和非再生区 域。因而，小于先前和/或第一功率7jC平的第二或其后的功率7jC平可得到应用。 作为备选或与功率减少相结合，确定小于先前和/或第一预定时间的第二或其后 的预定时间。在步骤426中，Mil将相应的功率水平持续应用一段时间，控制 '欲活步骤422所选的区域以提供在步骤424中确定的會遣水平。
上面所描述的步骤旨在为示例说明。所述步骤可在重叠时间期间按次序地、 同步地、同时地、连续地执行，娜据应用以不同的)IW^行。
现参考图9，示出了PM过滤器再生期间的流量再分布的示例性图表。该图 表包括PM过滤器5个区域再生期间各再生状态下的流量。5个再生状态如图所 示。对于5个状态中的每一个，示出了5个条形棒。旨条形棒与PM过滤器 的特定区嫩眹。.
第一状态与再生之前的PM过滤器相关，此时5个区域加载或基本上加载 有烟灰颗粒。第二状态指此时的PM过滤器的第一区域已被再生。因而，第一 区域的流量增加，如图所示。由于第一区域的流量增加，其它区域的流量减少。 皿的减少考虑到了用于非再生区域的再生的M^能量水平的应用。当区域再 生时，那些区域由于烟鄉粒的缺乏，使得流动阻力下降，从而导致较高的流 量。由于烟灰累积弓胞高流动阻力，后期发生的区域能获得流量M^所带来的 好处。减少的流量有助于将能量自电加热駒专蹈唬气和PM过滤器。
该第一再生区域可接收最大的能量水平，其随后的区域可接收逐渐减少的 會匯水平。育遣和/或功率的分布可仿效流量的分布。
第三状态与PM过滤器相关，此时第一区鄉卩第二区域己被再生。因而， 第一区域和第二区域的流量减少，同时第三区域、第四区域和第五区域的流量 >，如图所示。第四状态和第五状态与第三状态具有相似的臓结果。
现参考图10，示出了输入到图9中的五个区域中的每一个的肖遣示例图表。 该垂直轴线^能量百分比，其中100%对应最大的肯遣值。示出了 5个再生状 态。对于5个状态中的每一个，示出了2个条形棒。第一条形棒描述了均匀能 量水平应用到5个区域中的每一个的示例。第二条形棒描述了逐步M^的育遣 te用到5个区域中的每一个的示例。当5个区働卩t^基本上加载有烟， 粒时，该第一状态与再生之前的PM过滤器相关。当第一区域已被再生时，该
14第二状态与PM过滤器相关。当第二区域己被再生时，，三状态与PM过滤 器相关。当第三区域已被再生时，该第四状态与PM过滤器相关。当第四区域 已被再生时，该第五状态与PM过滤器相关。
图9和图10中的图表^例性的，此时PM过滤器的区域为单3i^接的 PM过滤親莫型，其中的每一愧滤器具有大约相等的烟 粒负载。调节能量 7乂平以解释不相等的烟 粒加载量。穿过用于清洁的、加载区域的PM过滤 器的压力降可描述成不同因素的函数。主要因素可包括驢和烟灰加载。
例如，清洁PM过滤器中的压力降可以通过方程[1]^^。线性术语指由于 通道流动所引起的压力损失，达西(Darcy)术语,lil烟灰层和PM过滤， 的流量。二次术语表示由于PM过滤器入口的热胀和出口的冷缩所弓胞的损失， 〔壁的2阶惯量损失。
，
M>0
2
"V , o
也作为示例提供,加载有烟灰(i^渣层)穿过的PM过滤器的压力降由方程[2]
wo
「
3、("-2w)4
, d
术语列表
鹏宽度(液压直径)
F正方形通道的摩擦因子，28.45-《。PM过滤皿洁壁的渗透性m2《。PM过滤器烟，壁的渗透性m2
烟，粒层的渗透性m2
PM过滤器通道的有效长度(没有ttS)m
尸 '。'm大气压力N/m2
PM过滤器的进气流量m3/s
PM过滤器的有效容积mw0 壁厚度 m
w 立层厚度 m
p 多孑L壁的Forchheimer系数 m'1
C 用于惯量压力损失的膨胀-收縮系数 -
气相粘度 kg/m/s
p。 气体密度 kg/m3
可以假定，PM过滤器的区域具有大体相同的压力降。因而，调节流量，使
得M:清洁部分的压力附B通过加载部分的压力降相同。当区域被再生时，方
程l和方程2可用来计算流量。控制模块也可说明区域间的皿差别。
为了计算应用到区域的能量，可假定电加热器和/働fl热段处于稳定状态。 输入到电加热器的齡能量与传礙忾相的总能量成比例。因而，Mil^以流 速，再乘以废气温度，育遣大体为常数。随着流速的增加，更多的能量被应用 到电加热器以加热废气达到预定温度。相反地，当流速减少时，由于存在另一 个用于废气的^Mit，艮隨洁部分，M^的會遣觀来加热4顿气达到同样 的预定纟UJto
上文所描述的实施例在PM过滤器再生期间减少了从功率源汲取的功率值, 比如电池。该实施伊M^用来再生PM过滤器的电加热器的功率消耗。由于PM 过滤器的各区域接收相应数量的再生育遣，该实施例也可改善底层/PM过滤器
、本发明想要改善PM过滤器的再生。此处所描述的方法想要^>热量增量， 从而改善底层的耐用性。由于热膨胀和收缩形成的力定义为"A花(加")，其中a 为膨胀系数，E为杨氏模数，A^为环形面积，等于nz)， Ar为温度增量。如
理解的那样，在j顿电加热器前，增加的废气^Jt减少了Ar，逸就减少了因热
膨胀和收縮所产生的力。本公开内容也试图提供更一致的加热模式并^4、火焰 头。
本领域技术人员从之前的描述应当能够理解，本发明的清楚教导可以不同 的形式实现。因此，尽管结合其具体的实施例描述了本发明，但是基于对附图、 说明书以及所附权利要求的研究，其它修改对于本领域技术人员是显而易见的， 因lt体发明的实际范围应当不限于此。
权利要求
1、一种系统，包括微粒物质(PM)过滤器，其包括多个区域；电加热器，其包括多个加热段，各加热段对应所述多个区域的每一个；其中，所述电加热器布置在所述PM过滤器的上游并接近所述PM过滤器；以及控制模块，其借助所述多个加热段中的第一段有选择地将第一能量水平应用到所述多个区域中的第一区域，以启动所述第一区域的再生；其中，所述控制模块借助所述多个加热段中的第二段有选择地将小于第一能量水平的第二能量水平应用到所述多个区域中的第二区域，以启动所述第二区域的再生。
2、 如权利要求l所述的系统，其中，所述电加繊邻接并与所述PM过滤離触。
3、 如权利要求l所述的系统，其中，所述控制模±央有选择地将第一功率水 平应用到所述第一加热段；且其中所述控制模块将小于第一功率水平的第二功率水平应用至,述第二加 热段。
4、 如权利要求1所述的系统，其中在第一機时间，所述控細對贿选择 地将第一功率水平应用到所述第一加热段；并且在第二持续时间，所述控鹏對央将第二功率水平应用至IJ所述第二加热段。
5、 如权利要求4所述的系统，其中，所述第一功率水平大体上等于或大于 所述第二功率水平。
6、 如权利要求4所述的系统，其中，所述控制模块基于排气流量、排气温 度和供应到所述加热段功率中的至少一个，估计所述多个加热段中的一个加热 段的温度；并且其中，所述控制模块基于所述加热段、驗，调节应用至断述多个加热段中 的所述一个加热段的能量水平中的至少一个。
7、 如权利要求1所述的系统，进一步包括 功率源；功率切换开关，其电联接再所述功率源和所述电加热器之间；其中，所述控帝鹏±^昔助所述功率切换模±央选择所述多个加热段中的一个。
8、 如权利要求8所述的系统，其中，所鹏制模i央产生脉冲带宽调帝腊号，并且其中，所述功率切换模块基于所述脉冲带宽调审H言号将功率应用到所述电 加 。
9、 如权禾腰求l所述的系统，其中，所述控伟鹏块为第一加热段产生第一 脉冲带宽调制信号，并且其中，所，制模块为第二加热段产生第二脉冲带宽调伟'腊号。
10、 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制模* ^>应用到用于各个 随后区域再生的所述电加热器的功率。
11、 如权利要求1所述的系统，其中，所述控制模块相继启动所述多个区 域的各个区域的再生。
12、 一种方法，包括 提供包括多个区域的微粒物质(PM)过滤器；将包括多个加热段的电加热器布置在PM过滤器的上游瓶近PM过滤器， 其中每个加热段对应所述多个区域的每一个；借助所述多个加热段中的第一段，有选择地将第一能量水平应用到所述多 个区域的第一区域，以启动所述第一区域的再生；并且借助所述多个加热段的第二段，有选择地将小于所述第一肖疆水平的第二 能量水平应用至U所述多个区域的第二区域，以启动所述第二区域的再生。
13、 如权利要求1所述的方法，包括 有选择地将第一功率水平应用至,述第一加热段； 有选择地将小于第一功率水平的第二功率7k平应用到所述第二加热段。
14、 如权利要求1所述的方法，在第一持续时间，有选择地将第一功率水 平应用到所述第一加热段，并且在第二持续时间，有选择地将小于第一功率水平的第二功率水平应用到所 述第二加热段。
15、 如权利要求14所述的方法，其中，所述第一功率水平大体上等于或大 于所述第二功率水平。
16、 如权利要求14所述的方法，进一步包括基于排气流量、排气温度和供给所述加热段功率中的至少一个，估计所述 多个加热段中的一个加热段的温度，并且基于所述加热段纟鹏，调节功率和应用至斷述多个加热段的所述一个加热 段的肖瞳水平的擀卖时间中的至少一个。
17、 一种系统，包括 微粒物质(PM)过滤器，其包括多个区域；电加热器，其包括多个加热段，各加热舰应所述多个区域的每一个； 其中，所述电加热器布置在所述PM过滤器的上游并接^^述PM过滤器;以及控制模块，其舰有选择地将不同能量7乂平应用至IJ所述多个区域的每一个， 以傲万述区域再生。
18、 如权禾腰求17所述的系统，其中，所述控制模块相继启动所述多个区域的各个区域的再生。
19、 如权利要求17所述的系统，其中，所述控制模块再生第一区域，同时再生第二区域。
20、 如权禾腰求17所述的系统，其中，所述控制模块基于排气流量、排气 温度和供给所述加热段的功率中的至少一个，估计所述多个加热段的一个加热 段的^JS，并且其中，所述控制模块基于所述加热段温度，调节功率和所述不同能量水平 中的一个的辦卖时间中的至少一个。
全文摘要
本发明涉及用于电加热微粒过滤器分区再生的可变功率分布。其中一种系统包括具有多个区域的微粒物质(PM)过滤器、电加热器和控制模块。所述电加热器包括多个加热段，各加热段对应所述多个区域的每一个。所述电加热器布置在所述PM过滤器的上游并接近所述PM过滤器。所述控制模块借助所述多个加热段的第一段有选择地将第一能量水平应用到所述多个区域的第一区域，以启动所述第一区域的再生。所述控制模块也可借助所述多个加热段的第二段有选择地将小于第一能量水平的第二能量水平应用到所述多个区域的第二区域，以启动所述第二区域的再生。
文档编号F01N3/027GK101429884SQ20081017690
公开日2009年5月13日 申请日期2008年10月6日 优先权日2007年10月4日
发明者E·V·冈策, G·巴蒂亚, M·J·小帕拉托尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司