CN101307713B - 电加热微粒过滤器重启动策略 - Google Patents

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Abstract

一种电加热微粒过滤器重启动策略。提供一种控制微粒过滤器再生的控制系统。该系统大体上包括估计微粒过滤器中微粒物质的燃烧传播状态的传播模块。再生模块根据传播状态控制流向微粒过滤器的电流以重启动再生。

Description

电加热微粒过滤器重启动策略
政府权利声明
本发明是根据美国政府能源部(DoE)合约No.DE-FC-04-03AL67635做出的。美国政府对本发明拥有一定的权利。
技术领域
本发明涉及用于加热微粒过滤器的方法和系统。
背景技术
这一部分的说明仅仅提供与本发明有关的背景技术而并不构成现有技术。
柴油发动机因压缩比更高以及柴油燃料的能量密度更高而通常比汽油发动机具有更高的效率。柴油燃烧循环产生微粒，这些微粒通常由布置在废气气流中的微粒过滤器(PF)从柴油废气中过滤得到。一段时间之后，PF变得充满并且必须清除收集的柴油微粒。在再生过程中，柴油微粒在PF内燃烧。
一些再生方法通过前表面加热器点燃在PF前面存在的微粒物质。随后利用由PF加热面附近存在的微粒物质的燃烧或由穿过PF的加热废气产生的热量实现对PF内存在的微粒物质的再生。在一些情况下，PF表面上的微粒物质的燃烧可以在火焰达到PF末端之前熄灭。在这些情况下，PF的后部装有大量微粒物质。
发明内容
因而，提供一种控制微粒过滤器再生的控制系统。该系统大体上包括估计微粒过滤器中的微粒物质的燃烧传播状态的传播模块。再生模块根据传播状态控制流向微粒过滤器的电流以重新启动再生。
在其它特征中，提供一种控制微粒过滤器再生的方法。该方法大体上包括：估计微粒过滤器中的微粒物质的燃烧传播状态；以及根据传播状态控制流向微粒过滤器的电流以重新启动微粒过滤器的再生。
从在此提出的描述中将会清楚地了解到其它应用领域。应该认识到所述描述和具体实例仅仅是为了示例说明，而并不是要限制本发明的范围。
附图说明
在此描述的附图仅仅是示例性的，而绝不是要限制本发明的范围。
图1是根据本发明不同方面的示例性车辆的功能结构图，所述车辆包括微粒过滤器和微粒过滤器再生重启动系统。
图2是示例性壁流整体式微粒过滤器的横截面图。
图3包括示例性微粒过滤器的示例性前表面的透视图，其示出多种型式的电阻通路。
图4是示例性微粒过滤器的前表面和加热器插入件的透视图。
图5是图2所示的示例性微粒过滤器的一部分包括导电涂层的横截面图。
图6是表示根据本发明不同方面的示例性微粒过滤器再生重启动系统的数据流程图。
图7是表示根据本发明不同方面的示例性微粒过滤器再生重启动方法的流程图。
具体实施方式
以下描述实质上仅仅是示例性的，并不是要限制本发明公开的内容、应用或用途。应该认识到在所有附图中，相应附图标记表示相同或相应的部件和特征。在此采用的术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电路、执行一个或多个软件或硬件程序的处理器(共用、专用或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所需功能的适当部件。
现在参照图1，根据本发明的不同方面示出了包括示例性柴油发动机系统11的示例性车辆10。认识到柴油发动机系统11实质上仅仅是示例性的并且可以在包含微粒过滤器的多种发动机系统中实施在此描述的微粒过滤器再生重启动系统。这些发动机系统可以包括但不局限于汽油直喷发动机系统和均电荷压缩点燃发动机系统。为了便于论述，以柴油发动机系统为例论述本发明。
涡轮增压柴油发动机系统11包括燃烧空气和燃料混合物以产生驱动转矩的发动机12。空气通过穿过空气过滤器14进入系统。空气穿过空气过滤器14并被吸入涡轮增压器18。涡轮增压器18压缩进入系统11的新鲜空气。通常对空气的压缩越大，发动机12的输出越大。压缩空气随后在进入进气歧管22之前穿过空气冷却器20。
进气歧管22内的空气被分配到气缸26内。尽管示出了四个气缸26，但将会认识到本发明的系统和方法可以在具有多个气缸-包括但不局限于2、3、4、5、6、8、10和12个气缸的发动机中得到实施。还将会认识到本发明的系统和方法可以在V型气缸构造中得到实施。通过燃料喷射器28将燃料喷入气缸26内。来自压缩空气的热量点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧形成废气。废气从气缸26中排入废气系统内。
废气系统包括废气歧管30、柴油氧化催化剂(DOC)32、以及微粒过滤器(PF)34。可选择地，EGR阀(未示出)使一部分废气重新循环回到进气歧管22内。其余废气被导入涡轮增压器18以驱动涡轮。涡轮便于对从空气过滤器14接收到的新鲜空气进行压缩。废气从涡轮增压器18流动穿过DOC 32和PF 34。DOC 32根据后燃空气/燃料比氧化废气。氧化量提高了废气的温度。PF 34从DOC 32接收废气并对废气中存在的任何微粒物质进行过滤。
控制模块44根据不同的感应和/或模制信息控制发动机和PF再生。更具体地，控制模块44估计PF 34的加载。当估计的加载达到界限值(例如每升中5克微粒物质)并且废气流速处于所需范围内时，控制经由电源46到达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内微粒物质的量而改变。可以预见再生过程持续1-6分钟。然而，在再生过程的初始段仅应用电流。更具体地，电能在界限期(例如1-2分钟)内加热PF 34的表面。穿过前表面的废气得到加热。利用通过在PF 34的加热表面附近存在的微粒物质的燃烧或通过穿过PF 34的加热废气产生的热量完成其余再生过程。
在一些情况下，在PF 34表面附近存在的微粒物质的燃烧在PF 34完成再生之间熄灭。为了防止这种熄灭情况，控制模块44根据本发明的微粒过滤器再生重启动方法和系统控制随后的再生启动。将在下文详细描述的是，控制模块44根据感应信息和/或模制信息控制随后的再生启动。在不同实施方式中，废气温度传感器47根据废气的温度产生废气温度信号。质量气流传感器48根据进入或排出发动机12的空气产生废气信号。电流和/或电压传感器49根据由电源46向PF 34供给的电压和/或电流产生电流和/或电压信号。氧传感器51根据废气中的含氧量产生含氧量信号。
控制模块44可以接收这些传感器信号并根据一个或多个传感器信号确定微粒物质燃烧状态。如果燃烧状态表明再生已经停止，则控制模块44实施微粒过滤器加载模型以确定存在足够的微粒物质重启动再生程序的时刻并根据该时刻重启动再生。
具体参照图2，PF 34优选是整体式微粒收集装置并包括交替关闭的单元/通道50和打开的单元/通道52。单元/通道50，52通常横截面为正方形，轴向延伸穿过所述部件。PF 34的壁58优选由堇青石材料的多孔陶瓷蜂窝壁构成。可以认识到任何陶瓷蜂窝材料都被认为是落入本发明的范围内。相邻通道在以56表示的每一端交替被塞住。这样迫使柴油悬浮微粒穿过作为机械过滤器的多孔基底壁。微粒物质布置在关闭通道50内并且废气穿过打开通道52排出。微粒物质59流入PF34内并被收集在其中。
为了进行再生，包括电阻材料的栅格64粘附在被称为PF 34前表面的前外表面上。向电阻材料施加电流以产生热能。认识到可以采用厚膜加热技术将栅格64粘附在PF 34上。例如，可以向PF 34的前表面涂敷随后刻蚀加热材料例如银或镍铬合金或者施加掩模。在不同的其它实施方式中，栅格64包括电阻材料例如不锈钢并利用粘合剂粘附在PF 34上或压配合在PF 34上。
还认识到可以以图3所示的各种单或多路径型式施加电阻材料。可以去除部分电阻材料以形成通道。在不同的实施方式中，图4所示的多孔加热器插入件70可以粘附在PF 34的前表面上。在上述任何一种实施方式中，穿过PF 34的废气携带在PF 34前表面产生的热能沿通道50，52移动短距离。增加的热能点燃在PF 34入口附近存在的微粒物质。通过微粒燃烧产生的热量随后被引导穿过PF 34以引发PF 34内其余微粒的燃烧。
具体参照图5，在通道50，52的入口62处另外涂敷热传导层72。层72可以沿关闭通道50的打开端短距离延伸。在不同实施方式中，传导层在PF 34的前表面的一英寸内延伸。栅格64的电阻材料接触传导层72。当电能经过电阻材料时，热能被传导到传导层。来自传导层72的热量点燃PF 34入口附近存在的微粒物质。
现在参照图6，数据流程图表示嵌入控制模块44内的微粒过滤器再生重启动系统的不同实施方式。根据本发明的微粒过滤器再生重启动系统的不同实施方式可以包括嵌入控制模块44内的任意数量的子模块。可以认识到，图6中所示的子模块可以组合和/或进一步分开以同样控制PF 34的再生。对系统的输入可以从车辆10(图1)感应，由车辆10(图1)内的其它控制模块(未示出)接收，和/或通过控制模块44内的其它子模块(未示出)确定/模制。在不同实施方式中，图6所示的控制模块44包括传播模块80、微粒物质含量模块82和再生模块84。
传播模块80接收废气温度86、栅格温度88、含氧量90、废气流动92以及微粒物质含量94作为输入。在不同实施方式中，根据来自电压和/或电流传感器49(图1)的电压和/或电流信号确定栅格温度88。根据废气温度86、栅格温度88、微粒物质含量94以及含氧量96中的至少一个，传播模块80估计PF 34(图1)中的微粒物质的燃烧温度。利用微粒物质燃烧温度和废气流动92，传播模块80确定燃烧的传播状态95并由此确定燃烧是否已经熄灭。例如，如果再生停止，则传播状态95被设定为真(TRUE)。相反，如果再生已经完成，则传播状态95被设定为假(FALSE)。
微粒物质含量模块82接收例如模型参数96作为输入。微粒物质含量模块82根据一种或多种微粒物质含量估计方法和模型产生96估计PF 34(图1)中的微粒物质94的含量。这些方法可以包括但不局限于预定义微粒物质模型、基于已知发动机微粒物质输出的里程计算方法、以及基于废气流入PF 34(图1)的温度和废气流出PF 34(图1)的温度的不同压力方法。
再生模块84接收微粒物质含量94和传播状态95作为输入。基于所估计的在PF 34(图1)中存在的微粒物质含量94，再生模块84控制通过电流控制信号98流向PF 34(图1)的电流以加热栅格64(图2)并点燃在PF 34(图1)表面上或附近存在的微粒物质。当传播状态95表明再生停止时，再生模块84重启动再生。在不同实施方式中，根据通过微粒物质含量94和PF 34(图1)的基底类型估计的预定限值控制电流。
现在参照图7，流程图表示可以通过根据本发明不同方面的图6所示的微粒过滤器再生重启动系统完成的示例性微粒过滤器再生重启动方法。可以认识到，在不改变本方法精神的前提下可以改变该示例性微粒过滤器再生重启动方法中各步骤的执行顺序。示例性微粒过滤器再生重启动方法可以被设计成根据某些情形例如在开始再生之后运行。
在一种实例中，所述方法在100开始。在110估计微粒物质燃烧温度。在120确定传播状态95。如果在130传播状态95表明已经完成完全再生，则所述方法可以在170结束。相反，如果在130传播状态95表明再生已经在完成完全再生之前熄灭，则在140确定微粒物质含量94。一旦在150微粒物质含量94达到再生限值，则在160向PF 34(图1)供给电流以重启动再生。此后，所述方法在170结束。
本领域技术人员现在从以上描述中可以认识到可以通过多种方式实施本发明的主要教导。因此，尽管已经结合本发明的具体实例对本发明进行了描述，但本发明的真实范围并非局限于此，因为专业技术人员在研究了附图、说明书和以下权利要求之后显然可以做出其它修改。

Claims (11)

1.一种控制微粒过滤器再生的控制系统，包括：
估计微粒过滤器中微粒物质的燃烧传播状态的传播模块；
估计微粒过滤器中的微粒物质含量的微粒物质模块；以及
根据传播状态和微粒过滤器中的微粒物质含量控制流向微粒过滤器的电流以重启动再生的再生模块；
其中所述传播模块根据废气温度、废气含氧量、微粒过滤器中的微粒物质含量以及微粒过滤器温度中的至少一个估计燃烧温度；以及
其中传播模块还根据废气流动和燃烧温度中的至少一个估计传播状态。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，微粒过滤器的温度基于微粒过滤器的电阻栅格的温度。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，微粒过滤器的温度基于向微粒过滤器供给的电流和向微粒过滤器供给的电压。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在传播状态表明没有完成再生时，再生模型控制电流以重启动再生。
5.一种控制微粒过滤器再生的方法，包括：
估计微粒过滤器中的微粒物质含量；
根据废气温度、废气含氧量、微粒过滤器中的微粒物质含量以及微粒过滤器温度中的至少一个估计燃烧温度；
根据废气流动和燃烧温度的至少之一估计微粒过滤器中的微粒物质的燃烧传播状态；以及
根据传播状态和微粒过滤器中的微粒物质含量控制流向微粒过滤器的电流以重启动微粒过滤器的再生。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括根据微粒过滤器的电阻栅格温度确定微粒过滤器温度。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据向微粒过滤器供给的电流和向微粒过滤器供给的电压确定微粒过滤器的温度。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制还包括在传播状态表明没有完成再生时控制电流以重启动再生。
9.一种车辆，包括：
过滤发动机废气中的微粒物质的微粒过滤器，其中微粒过滤器的上游端接收发动机废气；
电阻材料的栅格，其被施加在微粒过滤器外部上游表面并选择性加热穿过栅格的废气以启动微粒过滤器内微粒物质的燃烧；以及
控制模块，其根据发动机废气温度、发动机废气含氧量、微粒过滤器中的微粒物质含量以及微粒过滤器温度中的至少一个估计燃烧温度，根据发动机废气流动和燃烧温度中的至少一个估计微粒过滤器中微粒物质的燃烧传播状态并根据传播状态和微粒过滤器中的微粒物质含量控制流向栅格的电流以重启动微粒过滤器。
10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，控制模块根据栅格温度确定微粒过滤器温度。
11.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，控制模块根据向栅格供给的电流和向栅格供给的电压确定微粒过滤器温度。
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