CN101054915B - 分区加热柴油机微粒过滤器电连接 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于微粒过滤器的电连接系统。该系统包括：布置在外壳中的微粒过滤器(PF)，其中所述PF分成多个加热区域；外部垫层，布置在所述微粒过滤器与所述外壳之间；电连接器，连接到所述PF的所述外壳上；以及多个印刷电路连接，其沿着所述PF的外表面从所述电连接器延伸到所述多个加热区域。

Description

分区加热柴油机微粒过滤器电连接
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年3月24日提交的美国临时申请No.60/786,060的优选权。通过参考将上述申请的内容并入本文。
政府权利声明
本申请的部分主题是在能源部门授予的合同号DE-FC-04-03AL67635下开展的。美国政府在本发明中具有一定的权利。
技术领域
本发明涉及加热微粒过滤器的方法和系统。
背景技术
这一部分的陈述仅仅提供涉及本发明的背景信息，并且可以不构成现有技术。
由于柴油机提高的压缩比及柴油燃料更高的能量密度，所以柴油机通常具有比汽油机更高的效率。柴油机燃烧循环产生微粒，这些微粒通常由布置在排出气流中的微粒过滤器(PF)从柴油机废气中过滤掉。随着时间的过去，PF饱合，必须去除捕集的柴油微粒。在再生期间，柴油微粒在PF之中燃烧。
传统的再生方法是在主燃烧事件之后将燃料喷进排出气流中。燃烧后喷射的燃料在置于排出气流中的一个或多个催化剂之上燃烧。燃料在催化剂上燃烧期间释放的热量提高了排气温度，这燃烧了PF中捕集的碳烟。但是，这会导致比所需温度更高的温度，这对排气系统部件包括PF有害。
发明内容
因此，提供了一种用于微粒过滤器的电连接系统。该系统包括：布置在外壳中的微粒过滤器(PF)，其中所述PF分成多个加热区域；外部垫层，布置在所述微粒过滤器与所述外壳之间；电连接器，连接到所述PF的所述外壳上；以及多个印刷电路连接，其沿着所述PF的外表面从所述电连接器延伸到所述多个加热区域。
在其它特征中，提供了一种处理发动机产生的废气的排气系统。该系统包括：微粒过滤器(PF)，布置在所述发动机的下游，并从所述废气中过滤掉微粒；应用于所述PF上游外表面的栅格，其由非导电材料分成多个区域，其中各区域包括由电阻材料形成的路径；以及电连接器，连接到所述微粒过滤器上，并向各所述多个区域的所述电阻材料供电。
从本文提供的描述能够清楚地了解本申请的其它方面。应当理解，其描述及具体实施例仅仅是示意性目的的，而不是限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本发明的范围。
图1为包括微粒过滤器的车辆的功能结构图；
图2为壁流整体式微粒过滤器的横截面图；
图3为图2的PF一部分的横截面图；
图4为PF正面的透视图；
图5为PF的侧视图，包括到PF的电连接的详细视图。
具体实施方式
下列描述实质上仅仅是示意性的，而不是限制本发明的应用或使用。应当理解，全部图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或组群)和存储器、组合逻辑电路和/或可提供所述功能的其它适合部件。
现在参考图1，根据本发明示意性地示出了典型柴油机系统10。应当理解，柴油机系统10实质上仅仅是示意性的，本文描述的分区加热微粒过滤器再生系统可在执行微粒过滤的各种发动机系统中使用。这种发动机系统可包括，但不限于，汽油直喷发动机系统和均质压燃发动机系统。为方便描述，本发明描述柴油机系统。
涡轮增压柴油机系统10包括燃烧空气与燃料混合物以产生驱动转矩的发动机12。空气通过空气滤清器14进入该系统。空气通过空气滤清器14，吸入涡轮增压器18。涡轮增压器18压缩进入系统10的新鲜空气。通常空气的压缩越高，发动机12的输出就越大。然后压缩空气在进入进气歧管22之前通过空气冷却器20。
进气歧管22中的空气分配进入气缸26。尽管示出了四个气缸26，但是应当理解，本发明的系统和方法可在具有多个气缸的发动机中使用，包括但不限于2、3、4、5、6、8、10和12个气缸。还应当理解，本发明的系统和方法可在V型气缸结构中使用。燃料通过燃料喷射器28喷入气缸26。来自压缩空气的热点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧产生废气。废气排出气缸26，进入排气系统。
排气系统包括排气歧管30、柴油氧化催化剂(DOC)32和微粒过滤器(PF)34。可选择地，EGR阀(未示出)将一部分废气再循环进进气歧管22。剩余的废气通往涡轮增压器18以驱动涡轮。涡轮有助于从空气滤清器14接收的新鲜空气的压缩。废气从涡轮增压器18流过DOC32和PF 34。DOC 32基于燃烧后的空气/燃料比氧化废气。氧化的量提高了废气的温度。PF 34从DOC 32接收废气，并过滤掉废气中存在的所有碳烟。
控制模块44基于各种检测信息控制发动机和PF再生。更具体地，控制模块44估计PF 34的负载。当估计的负载达到阈值水平(例如，5克/公升的微粒物质)，并且废气流率处于期望范围中时，控制通过电源46到PF 34的电流以启动再生过程。再生过程的持续时间基于PF 34之中的微粒物质的量而变化。预计再生过程可持续在4-6分钟之间。但是，仅在再生过程的启动部分期间施加电流。更具体地，电能加热PF的入口一段阈值时间(例如，1-2分钟)。使用在PF 34的加热的入口上具有的微粒物质的燃烧产生的热量实现其余再生过程。
具体参考图2，优选地，PF 34为整体式微粒捕集器，包括交替的封闭单元/通道50和开口单元/通道52。PF垫层材料53环绕着整体式微粒捕集器。外壳55环绕着PF垫层53。单元/通道50和52通常为方形横截面，轴向地穿过其部分。优选地，PF 34的壁58包括堇青石材料的多孔陶瓷蜂窝壁。应当理解，任何陶瓷蜂窝材料都被视为在本发明的范围内。相邻的通道交替地在56所示的各末端塞紧。这逼迫柴油悬浮微粒通过用作机械过滤器的多孔基底壁。微粒物质沉积在封闭通道50之中，废气通过开口通道52排出。碳烟微粒59流进PF 34，并在其中被捕集。
为了再生的目的，将包括电阻材料的栅格64附装到称为PF 34正面的前外表面上。向电阻材料供电以产生热能。应当理解，可使用厚膜加热技术将栅格64连接到PF 34上。例如，可覆有加热材料，例如银或镍铬合金，然后在PF的正面蚀刻或采用掩模。在各种其它实施例中，栅格由电阻材料组成，例如不锈钢，并使用陶瓷粘合剂连接到PF上。还应当理解，可以各种单路或多路图案应用电阻材料。通过PF 34的废气将在PF 34正面产生的热量向通道50、52下面带走小段距离。提高的热能将PF 34入口附近存在的微粒物质点燃。然后，微粒燃烧产生的热量被引导通过PF而导致PF中其余的微粒燃烧。
具体参考图3，可在通道50、52的入口62处额外应用导热覆层72。覆层72可向封闭通道50开口端以下延伸一小段距离。在各种实施例中，导热覆层可在PF的正面延伸一英寸以内。栅格64的电阻材料接触导热覆层72。当电能经过电阻材料时，热量传递到导热覆层。来自导热覆层72的热量点燃了PF 34入口附近存在的微粒。
参考图4，为了减少再生期间对车辆的电影响，PF 34的栅格64可分成多个区域。各区域可通过向位于各区域中的电阻路径供电而单独地加热。应当理解，PF 34的表面可根据多个形式通过将PF分成多个区域以加热，因此不限于当前实施例。如图4中所示，PF的栅格分成三个区域70-74。PF 34中可集成进单个的电连接器76以接收电源46(图1)的电能。印刷电路连接78-84绕着PF 34的外表面从电连接延伸至区域70-74。印刷电路连接为蚀刻在PF的非导电基底上的导电路径或迹线。焊盘75从电连接器接收电能(下面将会更加详细地描述)，并向印刷电路连接78-84传送电能。然后印刷电路连接78-84向各区域70-74传送电能。
图5示出了有助于通过单点连接来分区加热PF 34正面的电连接系统。在PF垫层53中嵌有导电网栅材料100(例如，柔性石墨(Grafoil))。绝缘材料98(例如，氧化铝)基于PF 34之中区域的数量将导电网栅材料100分成多个部分。在PF 34正面分成三个区域的图4中的实例情况下，导电网栅材料100分成四个部分，三个与区域70-74的正接头相连，另一个与负接头相连。导电网栅材料100与印刷电路连接80-82电连接。连接90包括压配合进连接90的管脚96。管脚96环绕有绝缘密封94。管脚96连接到高温绝缘线92以完成到图1的车辆电源46的连接。应当理解，可使用抽头(pigtail)结构以连接到车辆电系统。
本领域的技术人员从前面的描述应当能够理解，本发明的清楚教导可以各种不同的形式执行。因此，尽管根据其具体实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书以及所附权利要求的研究，其它修改对于本领域的技术人员是显而易见的，因此本发明的实际范围应当不限于此。

Claims (18)

1.一种用于微粒过滤器的电连接系统，包括：
布置在外壳中的微粒过滤器，其中所述微粒过滤器分成多个加热区域；
外部垫层，布置在所述微粒过滤器与所述外壳之间；
电连接器，连接到所述微粒过滤器的所述外壳上；以及
多个印刷电路连接，其沿着所述微粒过滤器的外表面从所述电连接器延伸到所述多个加热区域。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述电连接器包括多个管脚，其中在所述微粒过滤器的所述外部垫层中嵌有导电网栅材料，并且所述导电网栅材料分成多个部分以与所述多个管脚相配，其中所述导电网栅材料的各部分被绝缘材料环绕。
3.如权利要求2所述的系统，还包括电连接到所述多个印刷电路连接的多个焊盘，并且其中所述导电网栅材料的各部分与所述多个焊盘中的一个相接触。
4.如权利要求2所述的系统，还包括与所述多个管脚电连接并从所述电连接器延伸的绝缘铁氟龙电线。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述绝缘铁氟龙电线形成抽头结构。
6.如权利要求2所述的系统，其中所述导电网栅材料为柔性石墨。
7.如权利要求2所述的系统，其中所述绝缘材料为氧化铝。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述微粒过滤器包括分成多个加热区域的由电阻材料形成的栅格，其应用于所述微粒过滤器的上游外表面。
9.一种处理发动机产生的废气的排气系统，包括：
微粒过滤器，布置在所述发动机的下游，并从所述废气中过滤掉微粒；
应用于所述微粒过滤器上游外表面的栅格，其由非导电材料分成多个区域使得所述微粒过滤器分成多个加热区域，其中所述栅格的每个区域包括由电阻材料形成的路径；
电连接器，连接到所述微粒过滤器上，并向所述栅格的所述多个区域中每个的所述电阻材料供电；以及
蚀刻在所述微粒过滤器外表面从所述电连接器到所述栅格的所述多个区域的多个印刷电路连接。
10.如权利要求9所述的系统，还包括布置在所述微粒过滤器外表面与外壳之间的外部垫层。
11.如权利要求10所述的系统，还包括嵌入所述外部垫层材料之中的导电网栅材料。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述导电网栅材料为柔性石墨。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述导电网栅材料分成多个部分以与所述多个印刷电路连接相配，并且其中绝缘材料环绕分成多个部分的所述导电网栅材料。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述绝缘材料为氧化铝。
15.如权利要求9所述的系统，其中所述电连接器包括压配合进所述电连接器的多个管脚。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述电连接器包括环绕所述管脚的绝缘密封。
17.如权利要求15所述的系统，还包括从所述多个管脚延伸的绝缘铁氟龙电线。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述电连接器根据抽头结构形成。
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