CN101487413A - 发电机驱动的电加热柴油机微粒过滤器 - Google Patents

发电机驱动的电加热柴油机微粒过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发电机驱动的电加热柴油机微粒过滤器。用于车辆动力总成的控制电路，包括选择地中断了第一端子和第二端子之间的电流的开关。第一电源将电力提供到第一端子，且第二电源将电力提供到第二端子且提供到加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器。开关在DPF再生循环期间断开以防止第一电源在加热器加电时承担加热器负荷。

Description

发电机驱动的电加热柴油机微粒过滤器
与相关申请的交叉参考
本申请要求了2007年8月10日提交的美国临时专利申请N060/955,213的优先权。以上申请的披露在此通过参考合并。
政府权利声明
本发明依照与能源部(DoE)的美国政府合同No DE-FC-04-03AL67635产生。美国政府在本发明中具有一定的权利。
技术领域
本披露涉及用于电加热柴油机微粒过滤器的电力控制电路。
背景技术
在此提供的背景技术用于一般地给出披露的上下文的目的。在此提出的发明人的其程度在此背景技术部分中描述的工作以及描述的不能另外地视作提交时的现有技术的方面既不明显地也不隐含地被认为是针对本披露的现有技术。
电加热柴油机微粒过滤器(DPF)将微粒或烟炱从柴油内燃机的排气流中过滤掉。当DPF充满烟炱时，通过使电流通过靠近DPF的加热元件而将DPF再生。加热器将累积的烟炱的部分加热到其燃烧温度。已加热的烟炱点燃而转化为气体，且通过DPF，因此对于另一个过滤循环将DPF进行清洁。被加热器点燃的烟炱也开始了火焰或燃屑锋面，其传播通过剩余的烟炱以也在再生循环期间将剩余的烟炱从DPF清洁掉。
车辆的电气系统为加热器提供电力。因为排气从加热器带走热量且降低了加热器温度，所以点燃烟炱所需要的电力的量部分地基于通过DPF的排气流量。在高排气流量下，来自电气系统的电力可能不足以将加热器加热到在再生循环期间点燃烟炱的温度。
发明内容
用于车辆动力总成的控制电路包括开关，该开关选择地中断了第一端子和第二端子之间的电流。第一电源将电力提供到第一端子，且第二电源将电力提供到第二端子且提供到加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器。开关在DPF再生循环期间断开以防止第一电源在加热器加电时承担加热器负荷。
在一些特征中，第一电源是电池。第二电源是发电机。开关是继电器开关。控制电路进一步包括动力总成控制模块，该控制模块估计了DPF内的烟炱的量且在估计的量超过预先确定的量后断开继电器开关。控制电路也包括多个选择地将来自第二电源的电力连通到加热器的各加热器区的开关。开关是晶体管开关。电流感测电路生成了指示了流向加热器的电流的量的第一信号。电流感测电路包括与电流串联的感测电阻器和基于跨过感测电阻器的压降而生成第一信号的放大器。放大器基于第二电源的电压生成第二信号。
用于车辆动力总成的控制电路包括选择地中断了第一端子和第二端子之间的电流的第一开关，将电力提供到第一端子的电池，将电力提供到第二端子和加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器的发电机，选择地将来自第二电源的电力连通加热器的第二开关，和控制了第一和第二开关且估计了DPF内的烟炱的量的动力总成控制模块。动力总成控制模块在烟炱的估计的量超过预先确定的烟炱量后断开第一开关且闭合第二开关，因此以发电机驱动加热器且防止电池承担加热器的负荷。
在其他特征中，第一开关是继电器。加热的DPF包括多个电阻性加热器且第二开关包括多个选择地将来自第二电源的电力连通到电阻性加热器的各一个的晶体管开关。电流感测电路生成了指示了流向加热器的电流的量的第一信号。电流感测电路包括与电流串联的感测电阻器和基于跨过感测电阻器的压降生成第一信号的放大器。放大器基于第二电源的电压生成第二信号。
将电力提供到加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器的方法包括将第一和第二电源相互电连接，决定将加热器加电，将第一和第二电源相互电断开，和由第二电源驱动加热器。
在其他特征中，方法包括基于对到加热器的电压和电流的至少一个的监测诊断加热器。加热器包括多个加热器区且驱动步骤包括对到加热器区的每个的电力单独地进行排序。方法包括管理至少一个由第一电源在驱动步骤期间驱动的负荷。方法包括在第一和第二电源电断开时增加第二电源的输出电压。
在再其他的特征中，以上所述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实施。计算机程序可以驻在计算机可读取的介质中，例如但不限制于存储器，非易失性数据存储器和/或其他合适的实际存储介质中。
本披露的另外的应用性范围将从如下提供的详细描述中变得显见。应理解的是详细描述和特定的例子虽然指示了本披露的优选实施例，但它们仅意图于图示目的且不意图于限制本披露的范围。
附图说明
本披露将从详细描述和附图中变得更完整地被理解，各图为：
图1是用于加热的DPF的加热器控制电路的功能性方框图；和
图2是图1的加热的DPF的加热器区的横截面视图。
具体实施方式
如下的描述在本质上仅是典型的，且不意图于限制披露、其应用或使用。为清晰的目的，相同的参考数字将在附图中用于指示类似的元件。如在此使用，措辞“A、B和C的至少一个”应解释为意味着逻辑(A或B或C)，即使用非排除性“或”逻辑。应理解的是方法中的步骤可以以不同的次序执行而不改变本披露的原理。
如在此所使用，术语模块指特定用途集成电路(ASIC)，电子电路，执行了一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器，组合逻辑电路，和/或提供了所述的功能性的其他合适的部件。
现在参考图1，图中示出了车辆动力总成的功能性方框图，动力总成包括柴油发动机10，加热的柴油机微粒过滤器(DPF)12，和向加热的DPF 12的一个或多个加热器提供电力的控制电路。来自柴油发动机10的排气包括烟炱或微粒物，它们被加热的DPF 12捕获。控制电路时时将加热的DPF 12加电，以烧掉被捕获的烟炱且以此清空或再生加热的DPF 12。当控制电路将加热的DPF 12加电时，它也断开了继电器18。当继电器18断开时，它将来自发电机14的电力(B+)与来自电池16的电力电隔离。应认识到的是发电机14也可以以交流发电机和整理器实施，如在本领域中已知。
在再生循环期间，控制电路仅从发电机14驱动加热的DPF 12，且仅从电池16驱动其他车辆负荷19。控制电路因此防止加热的DPF 12的电负荷降低了其他车辆负荷19可利用的电压。作为结果，车辆负荷19在再生循环期间接收了充足的电力且在加热的DPF 12加电时无不希望的效果，例如降低的风扇速度，变暗的头灯和其他这样的效果。在一些实施例中，车辆负荷19可以是通过控制模块管理的负荷，以防止车辆载荷19降低电池16的输出电压到低于预先确定的电压。负荷管理也可以简单为在继电器18断开时抑制明显负荷，例如最高气候控制风扇速度，加热的后灯等。继电器18的断开也允许发电机14的输出电压在高于电池16电压的电压下调节而不损坏车辆负荷19。当发电机14以增加的输出电压运行时，它可以生成高于其输出电压调节为电池16的电压时的电力。在与当以电池16的电压运行时的加热器热输出相比时，增加的电力改进了加热器的热输出。
现在将更详细地描述控制电路。加热的DPF 12可以包括一个或多个可以单独地加电和加热的区或区域。例如，每个区可以通过相关的电阻性加热元件形成。简短地参考图2，加热的DPF 12的横截面视图A-A示出了五个加热器区。五个区标记为数字1至5。区1、2、4和5每个具有四分之一圆的形状且布置为形成圆。区3具有圆形形状且定位在由区1、2、4和5形成的圆的中心处。应认识到的是不同量和/或布置的区可以基于加热的DPF 12的横截面积，来自控制电路的可利用的电力，预计的通过加热的DPF 12的排气流量和其他影响加热器点燃加热的DPF 12内的烟炱的能力的因素来使用。
每个区与其他区无关地单独加电。加电的区将累积的烟炱的部分加热到其燃烧温度。一旦烟炱点燃，则区可以关闭。点燃的烟炱将火焰或燃屑的锋面传播通过剩余的烟炱以将过滤器的各部分再生。区的开启小于各区的再生循环的持续时间。因为再生的部分通过燃烧烟炱自身来供给燃料，所以区加热的DPF可以使用更少的电能且提供比其它类型加热的DPF 12改进的燃料经济性。区加热的DPF 12的例子在美国专利申请No.11/561,100中描述，在此通过参考将其完整合并。
现在转到图1，电池16的正端子与车辆负荷19连通。车辆负荷19的例子包括头灯、风扇马达等。电池16的正端子也与继电器18的第一端子F连通。继电器18的共用端子C与发电机14的输出连通。继电器18可以以电磁继电器、固态继电器、晶体管开关或其他合适的开关设备实施。二极管20可以越过继电器18的触点连接以甚至当继电器18断开时将发电机14的场偏置。
发电机14的输出也向晶体管Q1至Q5的漏极提供电力。晶体管Q1至Q5的源极选择地将电力提供到加热的DPF 12的各加热器区1至5(在图2中示出)。晶体管Q1至Q5的栅极通过驱动器控制模块22的各输出驱动。驱动器控制模块22将一个或多个晶体管Q1至Q5开启，以开启加热器区的各加热器区。驱动器控制模块22与动力总成控制模块(PCM)24连通以确定晶体管Q1至Q5的哪一个开启。在一些实施例中，晶体管Q1至Q5被相继开启且一次开启一个，使得每个相应的加热器区从发电机14在有限的时间内接收完全的电力。
在一些实施例中，到晶体管Q1至Q5的漏极的电流可以通过感测电阻器28。放大器30将跨过感测电阻器28的信号放大。放大的信号连通到PCM 24且代表了流向晶体管Q1至Q5且因此流向加热的DPF 12的加热器的电流的量。电阻器32可以用于向发电机14的输出给出一些最小的负荷。最小负荷防止了发电机14的输出电压变得过大且潜在地损坏晶体管Q1至Q5。放大器34可以用于放大或缓冲施加到晶体管Q1至Q5的漏极的电压。来自放大器34的信号连通到PCM 24且代表了施加到晶体管Q1至Q5且因此加热的DPF 12的激活的加热器区(多个区)的电压的量。PCM 24可以使用来自放大器30和/或34的信号来诊断晶体管Q1至Q5和/或它们的相应的加热器区。PCM 24估计了加热的DPF12内的烟炱的量。当估计的烟炱的量超过了预先确定的烟炱量时，PCM24断开了继电器18，指令晶体管Q1至Q5的一个开启，且增加了发电机14的输出电压。
PCM 24可以从电池16通过点火开关40接收电力。PCM 24也可以直接从电池16接收电力。在这样的构造中，PCM 24可以从点火开关36接收信号以指示发动机10可以运行。
PCM 24也可以将发电机场信号42连通到发电机14。PCM 24可以改变发电机场信号42的占空比以控制发电机14的电力的输出电压。PCM 24也可以接收发电机场诊断信号44，该信号44指示了在任何时刻发电机场是否开启或关闭。PCM 24可以然后基于发电机场信号42和发电机场诊断信号44来诊断发电机场。
本领域一般技术人员现在可从前述描述中认识到披露的广泛的教示可以以多种形式实施。因此，虽然此披露包括特定的例子，但披露的真实范围不应限制于此，因为在研读了附图、说明书和如下的权利要求书时其他修改将对于本领域一般技术人员显见。

Claims (21)

1.用于车辆动力总成的控制电路，包括：
选择地中断了第一端子和第二端子之间的电流的开关；
将电力提供到第一端子的第一电源；和
将电力提供到第二端子且提供到加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器的第二电源，其中开关在DPF再生循环期间断开以防止第一电源在加热器加电时承担加热器负荷。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中第一电源包括电池。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中第二电源包括发电机。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其中开关包括继电器开关。
5.根据权利要求4所述的控制电路，进一步包括动力总成控制模块，其估计了DPF内的烟炱的量且在估计的量超过预先确定的量后断开继电器开关。
6.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括多个选择地将来自第二电源的电力连通到加热器的各加热器区的开关。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其中开关包括晶体管开关。
8.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括生成了指示了流向加热器的电流的量的第一信号的电流感测电路。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其中电流感测电路包括与电流串联的感测电阻器和基于跨过感测电阻器的压降而生成第一信号的放大器。
10.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括基于第二电源的电压生成第二信号的放大器。
11.用于车辆动力总成的控制电路，包括：
选择地中断了第一端子和第二端子之间的电流的第一开关；
将电力提供到第一端子的电池；
将电力提供到第二端子和加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器的发电机；
选择地将来自第二电源的电力连通到加热器的第二开关；和
控制了第一和第二开关且估计了DPF内的烟炱的量的动力总成控制模块，其中动力总成控制模块在烟炱估计的量超过预先确定的烟炱量后断开第一开关且闭合第二开关，因此以发电机驱动加热器且防止电池承担加热器的负荷。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其中第一开关包括继电器。
13.根据权利要求11所述的控制电路，其中加热的DPF包括多个电阻性加热器且第二开关包括多个选择地将来自第二电源的电力连通到电阻性加热器的各一个的晶体管开关。
14.根据权利要求11所述的控制电路，进一步包括生成了指示了流向加热器的电流的量的第一信号的电流感测电路。
15.根据权利要求14所述的控制电路，其中电流感测电路包括与电流串联的感测电阻器和基于跨过感测电阻器的压降生成第一信号的放大器。
16.根据权利要求1所述的控制电路，进一步包括基于第二电源的电压生成第二信号的放大器。
17.将电力提供到加热的柴油机微粒过滤器(DPF)的加热器的方法，包括：
将第一和第二电源相互电连接；
选择地将加热器加电；
将第一和第二电源相互电断开；和
由第二电源驱动加热器。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括基于对到加热器的电压和电流的至少一个的监测诊断加热器。
19.根据权利要求17所述的方法，其中加热器包括多个加热器区且驱动步骤包括对到加热器区的每个的电力单独地进行排序。
20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括管理至少一个由第一电源在驱动步骤期间驱动的负荷。
21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在第一和第二电源电断开时增加第二电源的输出电压。
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