CN101169059B

CN101169059B - 微波再生控制系统及减少其反射波和检验其运作的方法

Info

Publication number: CN101169059B
Application number: CN2006101627487A
Authority: CN
Inventors: W·S·威廉森; E·V·贡泽
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: CN101169059A

Abstract

用于柴油机微粒过滤器的微波再生控制系统，一种微波系统具有为再生柴油机微粒过滤器(DPF)产生微波信号的微波源，所述微波系统包括一个对从DPF反射的微波信号的功率电平进行取样的取样装置和一个与微波源和所述取样装置通信的调整器模块。调整器模块还根据反射微波信号的功率电平和预定功率临界值的比较结果调整微波源的操作。

Description

微波再生控制系统及减少其反射波和检验其运作的方法

技术领域

本发明涉及一种车辆排气系统，尤其涉及柴油机微粒过滤器的微波再生系统的控制操作。

背景技术

柴油发动机运转包括产生废气的燃烧过程。在燃烧过程中，空气/燃料混合物通过进气阀被传送到气缸并在其中燃烧。燃烧后，活塞将气缸中的废气强制排到排气系统中。废气可能含有柴油机微粒，通常称其为烟灰。

柴油机微粒过滤器(DPF)可以用来减少废气中的烟灰等级。DPF通常包括分隔介质和内腔，内腔有用来捕集烟灰的小细孔。废气流过细孔并且烟灰堆积在壁面上。随着堆积量的增加，可能会阻碍废气流并且使DPF内部的压力增加。使用微波辐射使DPF再生以烧掉烟灰，并允许废气流动来降低压力。DPF涂有一种磁性微波吸收材料，比如铁氧体，从而在烟灰堆积的区域中集中微波吸收。

用来再生DPF的微波系统通常包括微波源和电源。将微波引到DPF腔并被吸收材料吸收。来自微波的热量造成吸收材料温度增加，因而使堆积的烟灰燃烧。一旦燃烧，来自少量烟灰的热量起杠杆作用来燃烧更大量的烟灰。当吸收材料的温度超过居里温度时，材料就丧失了吸收能力。不能被吸收的微波被反射回微波源并以热量形式散失。

发明内容

因此，本发明提供一种微波系统，其具有一个微波源为再生柴油机微粒过滤器(DPF)产生微波信号。微波系统包括一个对从DPF反射的微波信号的功率电平进行取样的取样装置，和一个与微波源和取样装置相通信的调整器模块。调整器模块还根据反射微波信号的功率电平和预定的功率临界值调整微波源的运作。

在一方面，微波系统还包括一个与调整器模块和取样装置相通信并将功率电平与预定的功率临界值进行比较的比较器模块。

在另一方面，微波源与延伸入DPF内部的第一天线相通信。

在另一方面，微波源与可操作地处于开启和关闭状态的电源相连接。

仍然在另一方面，柴油机微粒过滤器包括一个将功率电平信号传递到比较器模块的第二天线。

仍然在另一方面，当反射微波的功率电平大于预定的临界值时，调整器模块关闭电源。

仍然在另一方面，功率电平信号表示反射微波的功率电平。

附图说明

通过详细描述和附图可以更充分地理解本发明，其中：

图1是柴油发动机系统的功能框图，包括根据本发明的微波再生系统；

图2是微波再生系统的功能框图，包括根据本发明的控制系统；

图3是示出微波再生系统的一个替代布置的功能框图，包括根据本发明的控制系统和适用于检测反射微波的柴油机微粒过滤器；以及

图4是一个流程图，示出了根据本发明的微波再生系统所执行的步骤。

具体实施方式

下面对优选实施例的说明实际上仅用于解释，而决不能用于限定本发明、及其应用或用途。为了清楚起见，附图中用相同的参考标记表示相同的部件。这里所用的术语“模块”表示特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或成组的)和内存、组合逻辑电路和/或提供期望功能的其它合适元件。

现在参照图1，示意性地示出一个柴油发动机系统10。柴油发动机系统10包括柴油发动机12、排气系统14和微波系统16。柴油发动机12包括气缸18和进气歧管20。空气通过进气歧管20进入发动机12中。空气充入气缸18中并和燃料一起燃烧驱动活塞(未示出)。虽然只示出一个气缸18，但应当理解柴油发动机12可以包括另外的气缸18。例如，可设想柴油发动机有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸。

作为燃烧过程的结果，气缸18内部产生废气。在废气排到大气中之前，排气系统14处理废气。排气系统14包括排气歧管22和柴油机微粒过滤器(DPF)24。排气歧管22引导从气缸18排出的废气通过DPF24。通过DPF24处理废气来减少排放。更具体地说，DPF腔内部的细孔捕集与废气相关的柴油机微粒(即，烟灰)。细孔涂有微波吸收材料例如铁氧体或由吸收材料例如铁氧体形成。

微波系统16包括可选择地处于关闭和开启模式的电源25，和产生微波的微波源26。微波被微波吸收材料吸收。热量烧掉烟灰并再生DPF24，下面会更详细讨论。微波系统16进一步使用控制系统27，该控制系统包括比较器模块28和调整微波系统16操作的调整器模块30，下面会进一步讨论。

现在参照图2，图中更详细示出了微波系统16’。微波系统16’与上文详细描述的微波系统16类似。因此用类似参考标记表示类似部件。微波系统16’包括微波源26’、电源25’、第一天线34和控制系统27’。微波源26’使用来自电源25’的能量产生微波。微波由波导36引到第一天线34。波导36可以包括同轴电缆或其它装置，用于将微波引到第一天线34上。第一天线34延伸入DPF腔内部并发出微波来烧掉堆积的烟灰。

控制系统27’包括微波取样装置38、比较器模块28’和调整器模块30’。微波取样装置38与DPF24’耦合并延伸入DPF腔内部，从而将功率电平信号传送到比较器模块28’。功率电平信号(P_RFL)表示反射微波信号的功率电平。比较器模块28’将功率电平信号的功率电平与预定的功率电平相比较。调整器模块30’与比较器模块28’通信并根据比较结果调整微波的功率电平，这将在下面进一步讨论。

比较器模块28’将功率电平信号(P_REL)与预定的功率临界值(P_HR)进行比较。比较结果传递到调整器模块30’。当P_REL超过P_THR时，调整器模块30’产生一个关闭电源25’以停止微波产生的信号。

控制系统27’还检验DPF24’和微波系统16’是否正确运作。DPF腔包含具有预定居里温度(T_CURIE)的吸收材料。把材料加热到居里温度T_CURIE使周围的烟灰燃烧。当P_REL超过P_THR时，调整器模块30’假设烟灰燃烧温度符合并且微波系统16’正确地再生DPF24’。而且，调整器模块30’可以将微波源26’的开启时间与预定的时间段进行比较，预定时间段表示期望何时接收功率电平信号的时间段(t_{NO_RFL})。通过测量在激励微波源26’之后吸收材料达到T_CURIE的时间确定参数t_{NO_RFL}。例如，铁氧体的居里温度大约是500摄氏度。根据实验，微波使铁氧体达到T_CURIE需要大约30秒。此后，微波反射回微波源26’。在产生微波后，调整器模块30’将微波源26’的开启时间(t_ON)与t_RFL进行比较。如果30秒后还未接收到与反射微波相关的功率电平信号，则调整器模块30’就输出一个指示故障的信号并关闭电源25。

受损的DPF会强化反射微波的功率电平。在这种情况下，微波信号被反射而不是被吸收并且DPF24’得不到充分再生。调整器模块30’将t_{NO_RFL}与P_RFL超过P_{RFL_HR}的时间(t_PRF＞THR)相比较。如果t_PRF＞THR于T_{NO_RFL}出现，则调整器30’输出一个指示故障的信号。

此外，强化反射微波信号可能造成在关闭微波源之后，P_RFL超过P_THR的时间更长。比如，在关闭微波源26’后，P_RFL通常大约3毫秒降到低于P_THR。如果DPF24’被损坏，则反射微波的功率电平需要大约9毫秒降到低于P_THR。

在关闭微波源26’后，控制系统27’分析反射信号的功率电平。当关闭微波源26’时，比较器模块28’重置定时器并监视关闭时间。在微波源26’保持关闭达到预定时间段(t_OFF)后，比较器模块28’比较P_RFL和P_THR。当P_RFL超过P_THR时，调整器模块30’输出一个指示故障的信号。

现在参照图3，示意性地示出一个替代的柴油机系统10”，包括排气系统14”和微波系统16”。排气系统14”包括装有至少一个感应孔(未示出)的DPF24”。第二天线40与感应孔耦合。第二天线40延伸入DPF腔内部并与比较器模块28”通信。

微波系统16”包括微波源26”、电源25”、第一天线34’和控制系统27”。电源25”可选地处于开启和关闭状态并连接到微波源26”上。微波源26”直接与DPF24”耦合。第一天线34’与微波源26”耦合并延伸入DPF腔内部。微波源26”激发第一天线34’在DPF腔内部发出微波辐射。第二天线40将功率电平信号传递到比较器模块28”。功率电平信号(P_RFL)表示在DPF腔内部特定位置处的功率电平。选择这个位置使得在第一天线34’发射的微波是被反射而不是被吸收的情况下，第二天线40接收的功率电平大大增加。调整器模块30”根据p_RFL与p_THR的比较结果调整微波源26”的操作。变量p_RFL可以指用图2所示的取样装置38所检测的功率电平，或指用图3所示的第二天线40所检测的功率电平。在下面的讨论中，给这两个量保持一个变量名p_RFL，因为对于两种情况来说使用这些量的逻辑是相同的。

现在参照图4，流程图示出根据本发明的微波系统16所执行的步骤。在步骤400中，控制确定FLAG_{SYS_FAULT}是否为真。如果FLAG_{SYS_FAULT}为真，则控制结束以防止微波系统16不正确运作。如果FLAG_{SYS_FAULT}不为真，则控制过程进入步骤401。在步骤401中，控制确定微波源26是否开启。如果微波源26关闭，则控制回到步骤401。否则，在步骤402中微波源26产生微波。在步骤404中，控制启动监视微波源26的开启时间(t_ON)的定时器。在步骤406中，控制确定t_ON。在步骤408中，控制确定反射微波的功率电平p_RFL)。在步骤410中，控制确定开始接收功率电平信号的时间(t_RFL)。在步骤412中，控制将p_RFL与p_THR进行比较。如果p_RFL大于p_THR，则在步骤414中控制确定T_PRF＞THR。如果p_RFL没有发生，则在步骤416中控制确定微波系统26是否已经工作了通常产生反射微波的时间段。具体说，控制比较T_ON与t_{NO_RFL}。如果T_ON没有到t_{NO_RFL}，则控制返回步骤412中比较p_RFL与p_THR。否则，在步骤418中控制设置FLAG_{SYS_FAULT}为真并指示故障。

在确定t_PRF＞THR后，在步骤420中控制确定T_PRF＞THR是否早于t_{NO_RFL}发生。如果t_PRF＞THR早于t_{NO_RFL}发生，则有可能损坏DPF24并且在步骤418中控制指示出现故障。否则，在步骤422中电源与微波源26断开。

进一步指示DPF24受损的是，在电源与微波源26已被断开预定时间段(t_OFF)之后p_RFL没有正常地衰减。在步骤424中，控制确定t_OFF是否过去。如果t_OFF还未过去，则控制返回步骤424。否则，在步骤426中控制确定p_RFL是否降到低于p_THR。如果p_RFL没有降到低于p_THR，则控制确定DPF24可能损坏。因此，在步骤418中控制指示一个故障系统并设置FLAG_{SYS_FAULT}为真，控制结束。如果p_RFL降到低于p_THR，则控制结束。

本领域的技术人员可以从上述说明理解到，能够以不同形式实现本发明的广泛教导。因此，虽然本发明以其具体例子进行描述，但本发明的真实范围不能仅限于此，因为其它的改进对于本领域的技术人员在研究附图、说明书以及下列权利要求后而变得显而易见。

Claims

1.一种微波系统，具有一个为再生柴油机微粒过滤器DPF产生微波信号的微波源，包括：

一个对从DPF反射的微波信号的功率电平和表示从DPF腔反射回微波源的微波功率的DPF腔内部的功率电平中的至少一个进行取样以获得功率电平信号的取样装置；和

一个与所述微波源和所述取样装置通信并且根据所述反射的微波信号的功率电平和预定功率临界值调整所述微波源的操作的调整器模块。

2.如权利要求1所述的微波系统，进一步包括一个与所述调整器模块和所述取样装置通信并将所述功率电平信号与预定功率临界值进行比较的比较器模块。

3.如权利要求1所述的微波系统，其中，微波源与延伸入DPF内部的第一天线通信。

4.如权利要求1所述的微波系统，其中，所述微波源与一个可操作成处于开启和关闭状态的电源相连接。

5.如权利要求2所述的微波系统，其中，柴油机微粒过滤器包括一个将所述功率电平信号传递到所述比较器模块的第二天线。

6.如权利要求4所述的微波系统，其中，当所述反射微波的所述功率电平超过所述预定功率临界值时，所述调整器模块关闭所述电源。

7.如权利要求1所述的微波系统，其中，所述功率电平信号表示所述反射微波的功率电平。

8.一种微波系统，具有一个为再生柴油机微粒过滤器DPF产生微波信号的微波源，包括：

一个对从DPF反射的微波信号的功率电平进行取样的取样装置；和

一个与微波源和所述取样装置通信的调整器模块，将所述功率电平与预定功率临界值进行比较并根据所述比较结果检验微波系统是否正确运作。

9.如权利要求8所述的微波系统，其中，当所述功率电平超过所述预定功率临界值时，所述调整器模块关闭与所述微波源相关的电源。

10.如权利要求9所述的微波系统，其中，在一个测量时间段上对所述功率电平进行取样。

11.如权利要求8所述的微波系统，其中，当所述反射微波在期望的反射时间段内没有出现时，所述调整器模块指示出现了故障。

12.如权利要求8所述的微波系统，其中，当在所述反射微波信号没有出现的时间段内所述功率电平超过所述预定功率临界值时，所述调整器模块指示出现了故障。

13.如权利要求8所述的微波系统，其中，当在关闭所述微波源后所述功率电平不能降到低于所述预定功率临界值时，所述调整器模块指示出现了故障。

14.如权利要求11所述的微波系统，其中，所述期望的反射时间段包括开始时间和结束时间，所述开始时间表示期望对所述反射微波信号进行取样的最早时间点，所述结束时间表示期望对所述反射微波信号进行取样的最迟时间点。

15.一种减少用于再生柴油机微粒过滤器(DPF)的微波系统的反射微波的方法，包括：

对反射微波信号的功率电平进行取样；

将所述功率电平和预定功率临界值进行比较；并且

根据所述比较结果调整微波源的操作。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括根据所述比较结果检验所述微波系统是否正确运作。

17.如权利要求15所述的方法，进一步包括当所述功率电平超过所述预定功率临界值时，关闭与所述微波源相关的电源。

18.一种检验微波系统是否正确运作的方法，所述微波系统产生微波以再生用于柴油发动机系统的柴油机微粒过滤器(DPF)，所述方法包括：

对反射微波信号的功率电平进行取样；

根据所述功率电平与预定功率临界值的比较结果，调整所述反射微波的所述功率电平；并且

根据所述比较结果，指示出现了故障。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

测量表示微波源开启时间的时间段；以及

测量表示所述反射微波开始取样的时间段的取样时间段。

20.如权利要求18所述的方法，进一步包括当所述功率电平超过所述预定功率临界值时通过关闭与微波源相关的电源来调整所述反射微波的所述功率电平。

21.如权利要求18所述的方法，进一步包括当在期望的反射时间段内没有出现所述反射微波时，指示出现了故障。

22.如权利要求18所述的方法，进一步包括当在所述反射微波信号没有出现的时间段内所述功率电平超过所述预定功率临界值时，指示出现了故障。

23.如权利要求18所述的方法，进一步包括当在所述微波源保持关闭预定时间段后所述功率电平继续超过所述预定功率临界值时，指示出现了故障。

24.如权利要求21所述的方法，其中，所述期望的反射时间段包括开始时间和结束时间，所述开始时间表示期望对所述反射微波信号进行取样的最早时间点，所述结束时间表示期望对所述反射微波信号进行取样的最迟时间点。

25.如权利要求19所述的方法，其中，所述开启时间在所述微波源开启的时候开始，且在所述微波源关闭的时候结束。

26.如权利要求19所述的方法，其中，所述取样时间段包括一个表示所述反射微波信号开始取样的开始时间和一个表示结束所述取样的结束时间。