DE102008047132A1

DE102008047132A1 - Drahtloses Steuersystem für die Regeneration eines in Zonen aufgeteilten Partikelmaterialfilters

Info

Publication number: DE102008047132A1
Application number: DE102008047132A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Pinckney Gonze; Michael J. Jr. Howell Paratore; Kevin W. Kirby; Amanda Malibu Phelps; Daniel J. Thousand Oaks Gregoire
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2009-04-16
Also published as: US20090217818A1; CN101397924A; US8029582B2; CN101397924B

Abstract

Eine Anordnung umfasst einen Partikelmaterial(PM)-Filter, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen umfasst. Eine absorbierende Schicht absorbiert Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche und ist mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet. N ist eine ganze Zahl. Ein frequenzselektiver Filter weist M frequenzselektive Segmente auf und nimmt in den N Frequenzbereichen Mikrowellenenergie auf. M ist eine ganze Zahl. Eines der M frequenzselektiven Segmente lässt Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche durch und lässt Mikrowellenenergie in dem anderen der N Frequenzbereiche nicht durch.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der am 18. September 2007 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/973,284. Die Offenbarung der vorstehenden Anmeldung wird hierin durch Erwähnung in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Erklärung von Regierungsrechten
Diese Offenbarung wurde gemäß U.S.-Regierungsauftrag Nr. DE-FC-04-03 AL67635 mit dem Energieministerium (DoE) entwickelt. Die U.S.-Regierung hat gewisse Rechte an dieser Offenbarung.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Partikelmaterial(PM)-Filter und insbesondere elektrisch beheizte PM-Filter.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
Brennkraftmaschinen wie Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen Partikelmaterial (PM), das durch einen PM-Filter aus Abgas gefiltert wird. Der PM-Filter ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet. Der PM-Filter senkt die Emission von PM, das während Verbrennung erzeugt wird.
Im Laufe der Zeit wird der PM-Filter voll. Während Regeneration kann das PM in dem PM-Filter verbrannt werden. Die Regeneration kann das Erwärmen des PM-Filters auf eine Verbrennungstemperatur des PM umfassen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten des Durchführens von Regeneration, einschließlich Abwandeln von Brennkraftmaschinensteuerung, Verwenden eines Kraftstoffbrenners, Verwenden eines katalytischen Oxidationsmittels zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff, Verwenden von Widerstandsheizspulen und/oder Verwenden von Mikrowellenenergie. Die Widerstandsheizspulen sind typischerweise in Kontakt mit dem PM-Filter angeordnet, um ein Beheizen sowohl durch Leitung als auch Konvektion zu ermöglichen.
Diesel-PM verbrennt, wenn Temperaturen über einer Verbrennungstemperatur, beispielsweise 600°C, erreicht werden. Der Start der Verbrennung bewirkt einen weiteren Temperaturanstieg. Während fremdgezündete Brennkraftmaschinen typischerweise niedrige Sauerstoffwerte im Abgasstrom aufweisen, weisen Dieselbrennkraftmaschinen signifikant höhere Sauerstoffwerte auf. Während die erhöhten Sauerstoffwerte eine schnelle Regeneration des PM-Filters möglich machen, können sie auch einige Probleme aufwerfen.
PM-Reduktionssysteme, die Kraftstoff verwenden, pflegen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu mindern. Viele auf Kraftstoff beruhende PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zum Beispiel um 5%.
Elektrisch beheizte PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit um einen vernachlässigbaren Betrag. Eine Langlebigkeit der elektrisch beheizten PM-Reduktionssysteme ist aber schwierig zu verwirklichen.
Zusammenfassung
Es ist eine Anordnung vorgesehen, die einen Partikelmaterial(PM)-Filter umfasst, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen umfasst. Eine absorbierende Schicht absorbiert Mikrowellenergie in einem von N Frequenzbereichen und ist mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet. N ist eine ganze Zahl. Ein frequenzselektiver Filter weist M frequenzselektive Segmente auf und empfängt Mikrowellenenergie in den N Frequenzbereichen. M ist eine ganze Zahl. Eines der M frequenzselektiven Segmente lässt Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche durch und lässt Mikrowellenenergie in dem anderen der N Frequenzbereiche nicht durch.
Es ist eine Anordnung vorgesehen, die einen Partikelmaterial(PM)-Filter umfasst, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen umfasst. Ein frequenzselektiver absorbierender Filters ist mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet, nimmt das Abgas auf, absorbiert Mikrowellenergie in einem der N Frequenzbereiche und lässt den Durchlass von Mikrowellenenergie in dem anderen der N Frequenzbereiche in den PM-Filter zu. N ist eine ganze Zahl.
Es ist ein Verfahren vorgesehen, das ein Aufnehmen eines Abgases mittels eines Partikelmaterial(PM)-Filters umfasst, der ein stromaufwärts befindli ches Ende, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen aufweist. In einem der N Frequenzbereiche wird Mikrowellenenergie erzeugt. Die Absorption von Mikrowellenenergie in Verbindung mit einer ersten Zone des PM-Filters wird zugelassen. Die Absorption von Mikrowellenenergie in Verbindung mit einer zweiten Zone des PM-Filters wird beschränkt.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschränken sollen.
Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems, das eine Partikelmaterial(PM)-Filteranordnung und eine Mikrowellenheizschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm und eine Querschnittansicht einer Mikrowellenheizschaltung und PM-Filteranordnung, die Mikrowellenheizelemente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer PM-Filteranordnung, die eine Filterschicht mit selektiver Frequenz und eine Breitbandabsorptionsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 ist eine grafische Darstellung des Strahlungsdurchlassverhaltens für drei Frequenzwahl-Filtersegmente für einen PM-Filter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine perspektivische Ansicht der PM-Filteranordnung von 3, die eine erste Frequenzabsorption und -reflexion veranschaulicht;
6 ist eine perspektivische Ansicht der PM-Filteranordnung von 3, die eine dritte Frequenzabsorption und -reflexion veranschaulicht;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer PM-Filteranordnung mit einer Frequenzwahl-Absorptionsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine grafische Darstellung von Strahlungsabsorbierverhalten für drei Frequenzwahl-Absorber für einen PM-Filter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine perspektivische Ansicht der PM-Filteranordnung von 7, die eine erste Frequenzabsorption veranschaulicht;
10 ist ein Flussdiagramm, das von dem Steuermodul ausgeführte Schritte zum Regenerieren eines in Zonen aufgeteilten PM- Filters veranschaulicht, der Mikrowellenheizelemente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist; und
11 ist ein Flussdiagramm, das beim Herstellen eines PM-Filters mit Mikrowellenheizelementen ausgeführte Schritte veranschaulicht.
Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Nutzungsmöglichkeiten zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Drahtlose Regeneration bezeichnet das Koppeln elektromagnetischer Energie an einen PM-Filter oder eine PM-Filter-Heizanordnung ohne die Verwendung von Drahtkontakten. Die drahtlose Regeneration kann direkte Absorption von elektromagnetischer Energie, beispielsweise Mikrowellenheizung und Strahlungsheizung, umfassen.
Zum Verringern von Energieverbrauch und Steigern von Haltbarkeit eines PM-Filters während der Regeneration können einzelne Zonen beheizt werden. Die einzelnen Zonen können mittels unterschiedlicher Frequenzwahl-Absorptionstechniken, die hierin beschrieben werden, beheizt werden.
Unter Bezug nun auf 1 ist ein beispielhaftes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 schematisch gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Es versteht sich, dass das Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 lediglich beispielhafter Natur ist und dass das hierin beschriebene zonenbeheizte Partikelfilterregenerationssystem in verschiedenen Brennkraftmaschinensystemen implementiert werden kann, die einen Partikelfilter verwenden. Solche Brennkraftmaschinensysteme können Brennkraftmaschinensysteme mit Benzindirekteinspritzung und Brennkraftmaschinensysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt. Zur Erleichterung der Erläuterung wird die Offenbarung im Zusammenhang mit einem Dieselbrennkraftmaschinensystem erläutert.
Ein turboaufgeladenes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 12, die ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Luft tritt durch Strömen durch einen Luftfilter 14 in das System ein. Luft dringt durch den Luftfilter 14 und wird in einen Turbolader 18 gesaugt. Der Turbolader 18 verdichtet die in das System 10 eintretende Frischluft. Je größer die Verdichtung der Luft allgemein ist, umso größer ist die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 12. Die verdichtete Luft tritt dann durch einen Luftkühler 20, bevor sie in einen Ansaugkrümmer 22 eintritt.
Die Luft in dem Ansaugkrümmer 22 wird in Zylinder 26 verteilt. Obwohl vier Zylinder 26 dargestellt sind, können die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylin dern ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht ausschließlich mit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylindern. Es versteht sich auch, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in einer V-Zylinderkonfiguration ausgeführt sein können. Kraftstoff wird durch Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 in die Zylinder 26 eingespritzt. Wärme von der verdichteten Luft zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Abgas. Das Abgas tritt aus den Zylindern 26 in die Abgasanlage ein.
Die Abgasanlage umfasst einen Abgaskrümmer 30, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 32 und eine Partikelfilter(PM-Filter)-Anordnung 34 sowie eine Mikrowellenheizschaltung 35 für zonenweises Beheizen des PM-Filters. Optional führt ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) einen Teil des Abgases wieder in den Ansaugkrümmer 22 zurück. Der Rest des Abgases wird in den Turbolader 18 geleitet, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine erleichtert die Verdichtung der von dem Luftfilter 14 aufgenommenen Frischluft. Das Abgas strömt aus dem Turbolader 18 durch den DOC 32 und in die PM-Filteranordnung 34. Der DOC 32 oxidiert das Abgas auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach der Verbrennung. Das Ausmaß der Oxidation erhöht die Temperatur des Abgases. Die PM-Filteranordnung 34 empfängt Abgas von dem DOC 32 und filtert jegliche in dem Abgas vorhandenen Partikel heraus. Die Mikrowellenheizschaltung 35 erwärmt den Ruß auf eine Regenerationstemperatur, wie später beschrieben wird.
Ein Steuermodul 44 steuert die Brennkraftmaschine und die PM-Filter-Regeneration auf der Grundlage verschiedener erfasster Informationen und der Rußbeladung. Genauer gesagt schätzt das Steuermodul 44 die Beladung der PM-Filteranordnung 34. Wenn die geschätzte Beladung bei einem vorbestimmen Wert liegt und/oder der Abgasdurchfluss innerhalb eines Sollbereichs liegt, wird zu einer Stromquelle 46, die eine Mikrowellenquelle 48 betreibt, elektrischer Strom geleitet. Dies leitet den Regenerationsprozess ein. Die Mikrowellenquelle kann zum Beispiel ein Magnetron sein. Die Dauer des Regenerationsprozesses kann auf der Grundlage der geschätzten Menge an Partikelmaterial in der PM-Filteranordnung 34, der Anzahl an Zonen, etc. verändert werden. Die Mikrowellenquelle 48 erzeugt beruhend auf der von der Stromquelle erhaltenen Leistung und auf von dem Steuermodul erhaltenen Steuersignalen Mikrowellen(Hochfrequenz)leistung. Der Begriff Mikrowelle bezeichnet elektromagnetische Energie mit einer Frequenz von mehr als 1 Gigahertz (Milliarden Zyklen pro Sekunde), was einer Wellenlange von weniger als 30 Zentimetern entspricht.
Die Mikrowellenstrahlung kann eine Frequenz von in etwa 300 MHz–300 GHz oder genauer gesagt von in etwa 1 GHz–300 GHz haben. Die Mikrowellenenergie wird zu der Mikrowellenheizschaltung geleitet, die vorbestimmte Zeiträume lang ausgewählte Abschnitte des PM-Filters beheizt. Die Wärme bewirkt, dass Ruß in den ausgewählten Abschnitten einen Zündpunkt (Anspringen) erreicht und somit die Regeneration beginnt. Das Entzünden des Rußes erzeugt ein Exotherm, das sich entlang des PM-Filters ausbreitet und Ruß stromabwärts der beheizten Zone auf den Zündpunkt erwärmt, was den Regenerationsprozess fortsetzt.
In einer Ausführungsform ist der Regenerationsprozess in Regenerationszeiträume unterteilt. Jeder Zeitraum ist der Regeneration in einem axialen oder radialen Teil des PM-Filters zugeordnet. Zum Beispiel wählt das Steuermodul und/oder die Mikrowellenquelle Zonen zum Regenerieren mit der Frequenzwahl der erzeugten Mikrowellenstrahlung. Die Dauer oder Länge jedes Zeitraums kann unterschiedlich sein. Die Aktivierung des Heizelements erwärmt Ruß in einem Bereich einer Zone. Der Rest des Re generationsprozesses, der diesem Regenerationszeitraum zugeordnet ist, wird mit Hilfe der Wärme verwirklicht, die durch den erwärmten Ruß und durch das durch diesen Bereich tretende erwärmte Abgas erzeugt wird, und umfasst somit konvektives Beheizen. Regenerationsfreie Zeiträume oder Zeiträume, in denen keine Mikrowellenenergie erzeugt wird, können zwischen Regenerationszeiträumen vorhanden sein, um ein Abkühlen des PM-Filters und somit eine Abnahme von Innendrücken in dem PM-Filter zu ermöglichen.
Das vorstehende System kann Sensoren 50 zum Ermitteln von Abgasströmwerten, Abgastemperaturwerten, Abgasdruckwerten, Sauerstoffwerten, Ansaugluftströmungsgeschwindigkeiten, Ansaugluftdruck, Ansauglufttemperatur, Brennkraftmaschinendrehzahl, AGR, etc. umfassen. Es sind ein Abgasstromsensor 52, ein Abgastemperatursensor 54, Abgasdrucksensoren 56, Sauerstoffsensor 58, ein AGR-Sensor 60, ein Ansaugluftmengenmesser 62, ein Ansaugluftdrucksensor 64, ein Ansauglufttemperatursensor 66 und ein Brennkraftmaschinendrehzahlsensor 68 gezeigt.
Unter Bezug nun auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm und eine Querschnittansicht einer Mikrowellenheizschaltung 100 und einer PM-Filteranordnung 102 mit Mikrowellenheizelementen 104 gezeigt. Die Mikrowellenheizschaltung 100 umfasst eine Mikrowellenquelle 106, einen Wellenleiter 108 und eine oder mehrere Antennen 110 oder andere Hochfrequenzenergiesender. Die PM-Filteranordnung 102 umfasst ein Gehäuse (Behälter) 112 mit einem darin enthaltenen PM-Filter 114. Die Mikrowellenheizelemente 104 sind an, nahe und/oder als Teil des PM-Filters 102 angeordnet. In der Ausführungsform von 2 umfasst das Mikrowellenheizelement 104 einen Mikrowellenabsorber 116. Der Mikrowellenabsorber 116 absorbiert von der Antenne 110 abgestrahlte Mikrowellenleistung. In einer Reihe von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung be finden sich die Mikrowellenheizelemente 104 an einer vorderen Einlassfläche 118 des PM-Filters 114. Die PM-Filteranordnung 102 kann eine Matte 120 umfassen.
Als weiteres Beispiel kann die PM-Filteranordnung 102 genau so viele Mikrowellenenergie-Punktquellen wie zu beheizende einzelne Zonen umfassen, wobei jede Punktquelle eine andere Frequenz aufweist. Zum einzelnen Beheizen von drei unterschiedlichen Zonen können drei Mikrowellenstrahlungsquellen, die jeweils eine andere Frequenzleistung aufweisen, verwendet werden.
Ein Magnetron kann als selbst angeregter Oszillator bezeichnet werden, der als Mikrowellensenderrohr verwendet wird. Magnetrone sind durch hohe Spitzenleistung, kleine Größe, leistungsstarken Betrieb und hohe Betriebsspannung gekennzeichnet. Magnetrone pflegen an einer Kathode eine hohe elektrische Spannung aufzuweisen und nutzen daher eine Hochspannungsstromversorgung. Emittierte Elektronen wirken zum Erzeugen von Mikrowellenenergie mit einem elektrischen Feld und einem starken Magnetfeld zusammen. Da die Richtung des elektrischen Felds, das den Elektronenstrahl beschleunigt, senkrecht zur Achse des Magnetfelds ist, werden Magnetrone manchmal als Querfeldrohre bezeichnet. Ein Magnetron kann eine elektrische Schaltung in einem starken Magnetfeld umfassen. Das Magnetfeld kann fest oder veränderlich sein. An der Kathode werden Elektronen erzeugt und werden veranlasst, in dem Magnetfeld zu drehen. Die Wirkung ihres Drehens ist die Erzeugung kurzwelliger Strahlung. Der Magnetron enthält einen Hohlraum, der so eingestellt werden kann, dass er bei der gewählten Frequenz der Strahlung mitschwingt, die von den Elektronen erzeugt wird. Die gewählte Frequenz wird als Mikrowellen übertragen.
Unter Bezug nun auf 3 und 4 werden eine perspektivische Ansicht einer PM-Filteranordnung 150, die eine Filterschicht 152 selektiver Frequenz und eine Breitbandabsorptionsschicht 154 veranschaulicht, sowie eine grafische Darstellung von Strahlungsdurchlassverhalten für drei Frequenzwahl-Filtersegmente 156 für einen PM-Filter 158 gezeigt. Auch wenn drei Filtersegmente gezeigt werden, kann eine beliebige Anzahl an Filtersegmenten integriert werden.
Das selektive Beheizen eines Segments einer Vorderfläche zum Erreichen von Anspringen und Regeneration in einer einzelnen Zone kann mit Hilfe der Frequenzfilterschicht 152 und der Breitbandabsorptionsschicht 154 ausgeführt werden. Die Frequenzfilterschicht 152 kann ein bei hoher Temperatur reflektierendes, elektrisch leitendes und metallisches Material umfassen, das oxidationsbeständig ist. Die Frequenzfilterschicht 152 kann Edelstahl, Platin, eine Superlegierung, austenitische Superlegierungen auf Nickelbasis, eine Legierung auf Eisen-/Nickelbasis, ein Edelmetall, Kupfer etc. umfassen. In einer Ausführungsform wird eine Eisen-Nickel-FeNi-Legierung mit etwa 64% Eisen, etwa 36% Nickel und etwas Kohlenstoff und Chrom verwendet. Die Frequenzfilterschicht 152 umfasst ein oder mehrere offene Frequenzwahlmuster, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie ein unabhängiges schmales Strahlungsfrequenzband durchlassen. Die drei Segmente 156 der Frequenzfilterschicht 152 unterscheiden sich in der Strahlungsfrequenz, die sie durchlassen, wie allgemein durch die Bezugsfrequenzen f₁–f₃ gezeigt wird.
Die Breitbandabsorptionsschicht 154 absorbiert die durch die Segmente 156 getretene Frequenzenergie. Der Begriff Breitband kann einen breiten Bereich von Frequenzen bezeichnen. Die Breitbandabsorptionsschicht 154 kann ein Breitbandmikrowellenabsorptionsmaterial, beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) und Siliciumcarbid, umfassen. Die Breitbandabsorpti onsschicht 154 kann ein oder mehrere magnetische Dipole, elektrische Dipole und halbleitende Materialien umfassen. Die halbleitenden Materialien können bei Umgebungstemperaturen leiten. Die Breitbandabsorptionsschicht 154 kann oxidierte Materialien umfassen.
4 zeigt, wie Mikrowellenenergie bei den entsprechenden Frequenzen f₁–f₃ der drei Segmente 156 durchtritt. Jedes der Segmente 156 hat ein anderes Muster an unterschiedlichen Schnitten und unterschiedlichen Abständen zwischen Schnitten. Die Muster jedes der Segmente 156 sehen jeweilige Schmalbanddurchlassbereiche vor, die wie gezeigt den ausgewählten Frequenzen f₁–f₃ zugeordnet sind.
Unter Bezug nun auf 5 und 6 werden perspektivische Ansichten der PM-Filteranordnung 150 gezeigt, die Frequenzabsorption und -reflexion veranschaulichen. Strahlung mit einer Frequenz, die einem der Segmente entspricht, tritt durch dieses Segment und wird von den anderen Segmenten reflektiert.
Folglich führt Mikrowellenabsorption durch die Breitbandabsorptionsschicht 154 unter dem Segment, das der Frequenz f₁ zugeordnet ist, zu Anspringen und Regeneration des PM-Filters 158 in einer einzelnen Zone, die durch diese Segmentgeometrie festgelegt ist. 6 reproduziert diesen Prozess in einer anderen Zone des PM-Filters 158 durch Nutzen von Mikrowellen mit der Frequenz f₃.
Die Mikrowellenenergie kann in einer Abgasanlage stromaufwärts des PM-Filters 158 kontinuierlich reflektiert werden, bis sie durch das entsprechende Segment tritt. Somit wird wenig Mikrowellenenergie absorbiert bzw. geht wenig Mikrowellenenergie aufgrund von Reflexion verloren.
Ein zweites Verfahren zum Verwenden verschiedener Strahlungsfrequenzen zum Beheizen und Regenerieren einzelner Zonen eines PM-Filters erfolgt durch die Verwendung eines frequenzselektiven Absorbers. Dieses Verfahren muss keine Breitbandmikrowellenabsorptionsbeschichtung an einer Vorderfläche eines PM-Filters umfassen. Stattdessen wird ein frequenzselektiver Filter mit Segmenten verwendet, die Strahlung bei ausgewählten Frequenzen absorbieren. Der frequenzselektive Filter kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann direkt auf eine Fläche der Stirnseite eines PM-Filters strukturiert sein. Ein Beispiel eines solchen PM-Filters wird nachstehend unter Bezug auf die Ausführungsform von 7–9 beschrieben.
Unter Bezug nun auf 7 und 8 werden eine perspektivische Ansicht einer PM-Filteranordnung 200 mit einer frequenzselektiven Absorptionsschicht 202 und eine grafische Darstellung von Strahlungsabsorptionsverhalten für drei frequenzselektive Absorber 204 für einen PM-Filter 206 gezeigt. Die Segmente 204 können als Mikrowellenheizelemente betrachtet werden.
Die frequenzselektive Absorberschicht 202 umfasst Materialien und/oder Muster, die eine selektive Absorption einer Frequenz oder eines Frequenzbereichs ermöglichen. Jedes der Segmente 204 absorbiert minimal Mikrowellenenergie mit einem anderen Segmenten zugeordneten Frequenzbereich. Zum Beispiel absorbiert das der Absorptionsfrequenz f₁ zugeordnete Segment minimal andere Frequenzen oder Frequenzen außerhalb eines Absorptionsbereichs. Die anderen Segmente dagegen lassen Mikrowellenenergie mit der Absorptionsfrequenz f₁ durch. Dies wird in 8 gezeigt.
8 zeigt Absorptionseigenschaften der frequenzselektiven Absorptionsschicht 202. Jedes der Segmente 204 absorbiert Mikrowellenstrahlung bei einer oder mehreren Frequenzen, die sich von der der anderen Segmente unterscheiden. Die Absorptionsselektivität ergibt sich sowohl aus dem Muster als auch der Wahl der Materialien der Schicht (Deckschicht). Jedes der Segmente 204 absorbiert Energie bei Frequenzen innerhalb eines schmalen Absorptionsbereichs. Spitzen jeder Kurve in 8 sind dem schmalen Absorptionsbereich und der gewählten Absorptionsfrequenz, beispielsweise einer der Frequenzen f₁–f₃, zugeordnet.
Unter Bezug nun auf 9 wird eine perspektivische Ansicht der PM-Filteranordnung 200 gezeigt, die die Absorption der ersten Frequenz f₁ durch ein erstes Segment 208 und die Nichtabsorption der ersten Frequenz f₁ durch andere Segmente 210 zeigt. 9 veranschaulicht, wie die frequenzselektive Absorptionsschicht 202 ein Beheizen und eine Regeneration einzelner Zonen des PM-Filters 206 vorsieht. Mikrowellenenergie mit der selektiven Frequenz wird durch eine einzelne Zone des PM-Filters 206 für Anspringen dieser Zone absorbiert.
Ein PM-Filter kann eine vorbestimmte Spitzenbetriebstemperatur aufweisen. Die Spitzenbetriebstemperatur kann einem Punkt potentieller PM-Filterdegradation zugeordnet sein. Ein PM-Filter kann zum Beispiel bei Betriebstemperaturen über 800°C beginnen, Schaden zu erleiden. Die Spitzenbetriebstemperatur kann bei verschiedenen PM-Filtern unterschiedlich sein. Die Spitzenbetriebstemperatur kann einer mittleren Temperatur eines Teils des PM-Filters oder einer mittleren Temperatur des PM-Filters als ganzes zugeordnet sein.
Um eine Beschädigung eines PM-Filters zu verhindern und somit die Lebensdauer eines PM-Filters zu verlängern, können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Regeneration des PM-Filters beruhend auf Rußbeladung anpassen. Es wird eine maximale Sollbetriebstempera tur für einen PM-Filter festgelegt. Regeneration wird durchgeführt, wenn die Rußbeladung kleiner oder gleich einem Rußbeladungswert ist, der der maximalen Betriebstemperatur zugeordnet ist. Die Regeneration kann ausgeführt werden, wenn die Rußbeladungswerte niedrig oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs sind. Der vorbestimmte Bereich weist einen oberen Rußbeladungsschwellwert S_ut auf, der der maximalen Betriebstemperatur zugeordnet ist. Das Begrenzen der Spitzenbetriebstemperaturen eines PM-Filters minimiert Drücke in dem PM-Filter und ein Ausdehnen des PM-Filters. In einer Ausführungsform wird die Rußbeladung geschätzt und eine Regeneration darauf beruhend ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform werden Minderungsstrategien durchgeführt, um Spitzentemperaturen des PM-Filters während Regeneration zu senken, wenn die Rußbeladung größer als für die Regeneration erwünscht ist.
Die Rußbeladung kann aus Parametern, beispielsweise Fahrleistung, Abgasdruck, Abfalldruck des Abgases über einem PM-Filter, durch ein prognostisches Verfahren etc., geschätzt werden. Fahrleistung bedeutet die Fahrzeugfahrleistung, die in etwa einer Betriebsdauer einer Fahrzeugbrennkraftmaschine und/oder der erzeugten Abgasmenge entspricht oder zum Schätzen derselben verwendet werden kann. Zum Beispiel kann eine Regeneration ausgeführt werden, wenn ein Fahrzeug etwa 200–300 Meilen zurückgelegt hat. Die erzeugte Rußmenge hängt von dem Fahrzeugbetrieb im Zeitverlauf ab. Bei Leerlaufdrehzahlen wird weniger Ruß erzeugt als bei Betrieb bei Fahrgeschwindigkeiten. Die erzeugte Abgasmenge steht im Zusammenhang mit dem Zustand der Rußbeladung in dem PM-Filter.
Der Abgasdruck kann zum Schätzen der im zeitlichen Verlauf erzeugten Abgasmenge verwendet werden. Wenn ein Abgasdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt oder wenn ein Abgasdruck unter einen vorbestimmten Wert sinkt, kann eine Regeneration ausgeführt werden. Wenn zum Bei spiel der in einen PM-Filter gelangende Abgasdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, kann Regeneration ausgeführt werden. Wenn als weiteres Beispiel aus einem PM-Filter austretender Abgasdruck unter einem vorbestimmten Wert liegt, kann eine Regeneration ausgeführt werden.
Der Abfalldruck von Abgas kann zum Schätzen der Rußmenge in einem PM-Filter verwendet werden. Wenn zum Beispiel der Abfalldruck steigt, steigt der Betrag der Rußbeladung. Der Abfalldruck des Abgases kann durch Ermitteln von Druck eines in einen PM-Filter gelangenden Abgases minus des Drucks des aus dem PM-Filter austretenden Abgases ermittelt werden. Zum Vorsehen dieser Drücke können Abgasanlagen-Drucksensoren verwendet werden.
Ein prognostisches Verfahren kann die Ermittlung einer oder mehrerer Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen umfassen, beispielsweise Brennkraftmaschinenlast, Kraftstoffzufuhrprogramme, Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten und Abgasrückführung (AGR). Beruhend auf den Brennkraftmaschinenbedingungen kann ein kumulativer Gewichtungsfaktor verwendet werden. Der kumulative Gewichtungsfaktor steht mit der Rußbeladung in Verbindung. Wenn der kumulative Gewichtungsfaktor einen Schwellenwert übersteigt, kann Regeneration ausgeführt werden.
Beruhend auf der geschätzten Rußbeladung und einer bekannten Spitzenbetriebstemperatur für einen PM-Filter wird Regeneration ausgeführt, um ein Arbeiten des PM-Filters bei Temperaturen über der Spitzenbetriebstemperatur zu verhindern.
Das Konzipieren eines Steuersystems, um eine ausgewählte Rußbeladung anzugehen, ermöglicht PM-Filterregenerationen ohne intrusive Steuerungen. Eine stabile Regenerationsstrategie, wie sie hierin vorgesehen wird, entfernt Ruß aus einem PM-Filter, während die Spitzenbetriebstemperaturen beschränkt werden. Das Beschränken von Spitzenbetriebstemperaturen verringert Wärmespannungen an einem Substrat eines PM-Filters und verhindert somit eine Beschädigung des PM-Filters, was durch hohe Rußexotherme erzeugt werden kann. Die Haltbarkeit des PM-Filters kann verbessert werden.
Wenn die Rußbeladung größer als ein Schwellenwert ist, der einer festgelegten Spitzenregenerationstemperatur zugeordnet ist, können Minderungsstrategien ausgeführt werden, um Spitzentemperaturen des PM-Filters während Regeneration zu verringern. Wenn zum Beispiel ein maximaler Rußbeladungsschwellenwert bei etwa 2 g/l festgelegt ist und eine aktuelle Rußbeladung 4 g/l beträgt, wird zum Minimieren von Temperaturen in einem PM-Filter während der Regeneration der Brennkraftmaschinenbetrieb angepasst. Die Anpassung kann Sauerstoffsteuerung und Abgasströmsteuerung umfassen.
Die Rußbeladung kann größer als ein oberer Schwellenwert sein, zum Beispiel wenn eine Brennkraftmaschine so betrieben wird, dass sie über einen längeren Zeitraum einen hohen Ansaugluftdurchfluss aufnimmt. Ein solcher Betrieb kann an einer langen Autobahn-Auffahrt oder während Beschleunigung auf einer Autobahn erfolgen. Als weiteres Beispiel kann ein oberer Schwellenwert einer Rußbeladung überschritten werden, wenn eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine über einen längeren Zeitraum ständig zwischen vollständig EIN und vollständig AUS betrieben wird. Hohe Luftströmungsgeschwindigkeiten können die Regeneration eines PM-Filters verhindern oder beschränken.
Während Sauerstoffsteuerung wird die in den PM-Filter eindringende Sauerstoffmenge gesenkt, um die Exothermtemperaturen des PM-Filters wäh rend der Regeneration zu senken. Zum Verringern von Sauerstoffwerten kann der Luftstrom verringert werden, die AGR kann angehoben werden und/oder die Kraftstoffeinspritzung kann angehoben werden. Die Kraftstoffeinspritzung kann in Brennkraftmaschinenzylindern und/oder in die zugeordnete Abgasanlage verstärkt werden. Das Verbrennen von mehr Kraftstoff verringert die in der Abgasanlage vorhandene Sauerstoffmenge.
Ein großer Anstieg des Abgasstroms kann zum Erkennen oder Minimieren einer exothermen Reaktion in einem PM-Filter beitragen. Eine Abgasstromsteuerung kann ein Anheben des Abgasstroms durch ein Herunterschalten in einem Getriebe oder durch einen Anstieg der Leerlaufdrehzahl umfassen. Der Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine steigert die Menge des Abgasstroms.
10 ist ein Flussdiagramm, das von dem Steuermodul ausgeführte Schritte zum Regenerieren eines in Zonen aufgeteilten PM-Filters zeigt, der Mikrowellenheizelemente aufweist. Auch wenn die folgenden Schritte vorrangig bezüglich der Ausführungsformen von 1–9 beschrieben werden, können die Schritte ohne Weiteres abgewandelt werden, um sie bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzuwenden.
Bei Schritt 300 beginnt eine Steuerung eines Steuermoduls, beispielsweise des Steuermoduls 44, und rückt zu Schritt 301 vor. Bei Schritt 301 werden Sensorsignale erzeugt. Die Sensorsignale können ein Abgasstromsignal, ein Abgastemperatursignal, ein Abgasdrucksignal, ein Sauerstoffsignal, ein Ansaugluftstromsignal, ein Ansaugluftdrucksignal, ein Ansauglufttemperatursignal, ein Brennkraftmaschinendrehzahlsignal, ein AGR-Signal etc. umfassen, die durch die vorstehend beschriebenen Sensoren erzeugt werden können.
Bei Schritt 302 schätzt die Steuerung die aktuelle Rußbeladung S_l des PM-Filters. Die Steuerung kann die Rußbeladung wie vorstehend beschrieben schätzen. Die Schätzung kann auf Fahrleistung des Fahrzeugs, Abgasdruck, Abfalldruck des Abgases über dem PM-Filter und/oder einem prognostischem Verfahren beruhen. Das prognostische Verfahren kann Schätzung beruhend auf einem oder mehreren Brennkraftmaschinenbetriebsparametern umfassen, beispielsweise Brennkraftmaschinenlast, Kraftstoffzufuhrmodelle, Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten und AGR. Bei Schritt 303 ermittelt die Steuerung, ob die aktuelle Rußbeladung S_l größer als ein unterer Schwellenwert S_lt der Rußbeladung ist. Wenn die aktuelle Rußbeladung S_l größer als der untere Schwellenwert S_lt ist, rückt die Steuerung zu Schritt 304 vor, ansonsten kehrt die Steuerung zu Schritt 302 zurück.
Bei Schritt 304 ermittelt die Steuerung, ob die aktuelle Rußbeladung S_l kleiner als ein oberer Schwellenwert S_ut der Rußbeladung ist. Wenn die aktuelle Rußbeladung S_l unter dem oberen Schwellenwert Sut liegt, dann rückt die Steuerung zu Schritt 308 vor. Wenn die aktuelle Rußbeladung S_l größer oder gleich dem oberen Schwellenwert S_ut ist, dann rückt die Steuerung zu den beiden Schritten 308 und 310 vor. Bei Schritt 310 führt die Steuerung wie vorstehend beschrieben Minderungsstrategien aus, um während Regeneration Spitzentemperaturen in dem PM-Filter zu beschränken. Schritt 310 wird ausgeführt, während die Regenerationsschritte 312–324 ausgeführt werden.
Wenn die Steuerung bei 304 ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist, wählt die Steuerung bei Schritt 308 eine oder mehrere Zonen aus und aktiviert bei Schritt 312 eine Mikrowellenquelle, um Mikrowellenenergie mit Frequenzen zum Beheizen der ausgewählten Zone(n) zu erzeugen. Die Mikrowellenquelle kann aktiviert werden, um etwa 30–90 Sekunden lang 1000–7000 Watt Mikrowellenenergie zu erzeugen.
Der PM-Filter wird durch selektives Beheizen einer oder mehrerer der Zonen in dem PM-Filter und durch Entzünden des Rußes mit Hilfe von drahtlosem Mikrowellenbeheizen regeneriert. Wenn Ruß in den ausgewählten Zonen eine Regenerationstemperatur erreicht, kann die Mikrowellenenergie abgeschaltet werden, und der brennende Ruß breitet sich dann kaskadenartig den PM-Filter hinab aus, was einer brennenden Zündschnur an einem Feuerwerkskörper ähnelt. Die Mikrowellenquelle muss mit anderen Worten nur lange genug aktiviert werden, um die Rußzündung zu starten, und wird dann abgeschaltet. Andere Regenerationssysteme nutzen typischerweise beides, Leitung und/oder Konvektion, und halten die Leistung zu einer Heizvorrichtung (bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise 600°C) während des Rußverbrennungsprozesses aufrecht. Dadurch pflegen diese Systeme mehr Leistung zu verbrauchen als das in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagene System.
In einer Ausführungsform werden radial äußerste Zonen zuerst regeneriert, gefolgt von radial inneren Zonen. Die Zonen können in einer ausgewählten, vorbestimmten, aufeinander folgenden, unabhängigen oder willkürlichen Weise regeneriert werden. Während des gleichen Zeitraums können mehrere Zonen gewählt und beheizt werden.
Bei Schritt 315 kann die Steuerung elektrischen Strom und/oder elektrische Spannung zum Versorgen einer Mikrowellenquelle und/oder Liefern einer Frequenz von Mikrowellenenergie aus der Mikrowellenquelle ermitteln. Der elektrische Strom, die elektrische Spannung und/oder die Frequenz können vorbestimmt und in einem Speicher gespeichert werden, mittels einer Lookup-Tabelle ermittelt werden oder beruhend auf Brenn kraftmaschinenbetriebsparametern ermittelt werden, wovon einige hierin genannt werden.
Bei Schritt 316 schätzt die Steuerung beruhend auf mindestens einem von: elektrischem Strom, elektrischer Spannung, Abgasstrom, Abgastemperatur und vorbestimmten Mikrowellenschaltungseigenschaften, beispielsweise Ausgangsleistung und Frequenz einer Mikrowellenschaltung, einen Heizzeitraum, der zum Erreichen einer Mindestrußtemperatur ausreicht. Der Heizzeitraum kann auch auf Eigenschaften der Mikrowellenheizelemente, beispielsweise Absorptions- und Reflexionseigenschaften, beruhen. Die Mindestrußtemperatur sollte ausreichen, um die Rußverbrennung zu starten und eine Kaskadenwirkung zu erzeugen. Lediglich beispielhaft kann die Mindestrußtemperatur auf 700°C oder mehr gesetzt werden. In einem zu Schritt 316 alternativen Schritt 320 schätzt die Steuerung beruhend auf einem vorbestimmten Heizzeitraum, auf Abgasstrom und Abgastemperatur einen elektrischen Strom und eine elektrische Spannung, die zum Erreichen der Mindestrußtemperatur erforderlich sind.
Bei Schritt 324 ermittelt die Steuerung, ob der Heizzeitraum beendet ist. Wenn Schritt 324 bejaht wird, ermittelt die Steuerung bei Schritt 326, ob zusätzliche Zonen regeneriert werden müssen. Wenn Schritt 326 bejaht wird, kehrt die Steuerung zu Schritt 308 zurück.
Der brennende Ruß ist der Kraftstoff, der die Regeneration fortsetzt. Der Prozess wird für jede Heizzone fortgesetzt, bis der PM-Filter vollständig regeneriert ist. Bei Schritt 328 endet die Steuerung.
Das vorstehend beschriebene Verfahren sieht Mikrowellenbeheizen von Zonen eines PM-Filters vor, während spontaner Energieverbrauch in dem PM-Filter gesenkt wird, und verbessert somit die Stabilität und Lebensdauer des PM-Filters.
Bei Einsatz ermittelt das Steuermodul, wann der PM-Filter einer Regeneration bedarf. Die Ermittlung beruht auf Rußwerten in dem PM-Filter. Alternativ kann die Regeneration regelmäßig oder beruhend auf einem Ereignis ausgeführt werden. Das Steuermodul kann schätzen, wann der gesamte PM-Filter einer Regeneration bedarf oder wann Zonen in dem PM-Filter einer Regeneration bedürfen. Wenn das Steuermodul ermittelt, dass der gesamte PM-Filter einer Regeneration bedarf, aktiviert das Steuermodul nacheinander jeweils eine oder mehrere der Zonen, um eine Regeneration in dem zugeordneten stromabwärts befindlichen Teil des PM-Filters auszulösen. Nachdem die Zone oder Zonen regeneriert wurde(n), werden ein oder mehrere andere Zonen aktiviert, während die anderen deaktiviert sind. Diese Vorgehensweise wird fortgeführt, bis alle Zonen aktiviert sind. Wenn das Steuermodul ermittelt, dass eine der Zonen einer Regeneration bedarf, aktiviert das Steuermodul die Zone, die dem zugeordneten stromabwärts befindlichen Teil des PM-Filters entspricht, der einer Regeneration bedarf.
11 ist ein Flussdiagramm, das bei der Herstellung eines PM-Filters mit Mikrowellenheizelementen ausgeführte Schritte veranschaulicht.
Bei Schritt 350 wird eine Vorderseite eines PM-Filters in eine Aufschlämmung oder ein Bad aus wässriger Lösung getaucht. Die wässrige Lösung umfasst ein Mikrowellenenergie absorbierendes Material, beispielsweise ITO oder Siliciumcarbid, das in der Lösung suspendiert ist.
Bei Schritt 352 wird der PM-Filter aus dem Bad genommen und überschüssiges Beschichtungsmaterial wird entfernt.
Bei Schritt 354 wird der PM-Filter getrocknet. Der PM-Filter kann bei einer Temperatur von zum Beispiel 100°C getrocknet werden.
Bei Schritt 356 wird die auf den PM-Filter aufgebrachte und verbleibende Beschichtung hart, verfestigt sich und geht mit dem PM-Filter eine Bindung ein. Das Hartwerden kann durch Wärmebehandeln gefördert werden. Der PM-Filter kann einen vorbestimmten Zeitraum lang bei zum Beispiel etwa 650°C wärmebehandelt werden.
Die vorstehend beschriebenen Schritte von 10 und 11 sind als veranschaulichende Beispiele gedacht; die Schritte können abhängig von der Anwendung nacheinander, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während überlappender Zeiträume oder in anderer Reihenfolge ausgeführt werden.
Die vorliegende Offenbarung bietet ein Regenerationsverfahren mit geringem Energieverbrauch mit kurzen Regenerationszeiträumen und somit einer kurzen gesamten Regenerationszeit eines PM-Filters. Die vorliegende Offenbarung kann den Kraftstoffmehrverbrauch erheblich verringern, die Endrohrtemperaturen senken und die Robustheit des Systems aufgrund der kürzeren Regenerationszeit verbessern.
Der Fachmann kann nun anhand der vorstehenden Beschreibung erkennen, dass die breite Lehre der Offenbarung in unterschiedlicher Form umgesetzt werden kann. Während diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, sollte daher der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt werden, da für den Fachmann bei genauer Prüfung der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche andere Abwandlungen offenkundig werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 04-0367635 [0002]

Claims

Anordnung umfassend: einen Partikelmaterial(PM)-Filter, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen umfasst; eine absorbierende Schicht, die Mikrowellenenergie in einem von N Frequenzbereichen absorbiert und die mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet ist, wobei N eine ganze Zahl ist; und einen frequenzselektiven Filter, der M frequenzselektive Segmente aufweist und der Mikrowellenenergie in den N Frequenzbereichen aufnimmt, wobei M eine ganze Zahl ist, wobei eines der M frequenzselektiven Segmente Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche durchlässt und in dem anderen der N Frequenzbereiche nicht durchlässt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die absorbierende Schicht mindestens eines von: Indiumzinnoxid und Siliciumcarbid umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die absorbierende Schicht mindestens eines von: einem magnetischen Dipol und einem elektrischen Dipol umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei jedes der M frequenzselektiven Segmente einen zugeordneten Bandpass-Frequenzbereich aufweist.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die M frequenzselektiven Segmente frequenzselektive Muster umfassen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der frequenzselektive Filter umfasst: ein erstes frequenzselektives Segment, das Mikrowellenenergie in einem ersten Frequenzbereich durchlässt; und ein zweites frequenzselektives Segment, das Mikrowellenenergie in einem zweiten Frequenzbereich durchlässt, der sich von dem ersten Frequenzbereich unterscheidet.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei das erste frequenzselektive Segment ein Durchtreten von Mikrowellenenergie in dem zweiten Frequenzbereich verhindert und wobei das zweite frequenzselektive Segment ein Durchtreten von Mikrowellenenergie in dem ersten Frequenzbereich verhindert.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der frequenzselektive Filter reflektierende, elektrisch leitende und metallische Materialien umfasst.
System, welches die Anordnung von Anspruch 1 umfasst und weiterhin umfasst: eine mit dem PM-Filter gekoppelte Antenne; einen Mikrowellengenerator, der Mikrowellen erzeugt; und einen Wellenleiter, der die Mikrowellen zu der Antenne befördert.
System nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: ein Steuermodul, das mittels des Mikrowellengenerators selektiv die Zonen beheizt.
Anordnung umfassend: einen Partikelmaterial(PM)-Filter, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas, ein stromabwärts be findliches Ende und mehrere Zonen umfasst; und einen frequenzselektiven absorbierenden Filter, der mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet ist, der das Abgas aufnimmt, der Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche aufnimmt und der einen Durchlass von Mikrowellenenergie in dem anderen der N Frequenzbereiche in den PM-Filter zulässt, wobei N eine ganze Zahl ist.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei der frequenzselektive absorbierende Filter M frequenzselektive absorbierende Segmente umfasst, wobei eines der frequenzselektiven absorbierenden Segmente Mikrowellenenergie in dem einen der N Frequenzbereiche absorbiert, und wobei das andere der M frequenzselektiven absorbierenden Segmente einen Durchlass von Mikrowellenenergie in dem anderen der N Frequenzbereiche zulässt, wobei M eine ganze Zahl ist.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei der frequenzselektive absorbierende Filter umfasst: ein erstes frequenzselektives absorbierendes Segment, das Mikrowellenenergie in einem ersten Frequenzbereich absorbiert; und ein zweites frequenzselektives absorbierendes Segment, das Mikrowellenenergie in einem zweiten Frequenzbereich absorbiert, der sich von dem ersten Frequenzbereich unterscheidet.
Anordnung nach Anspruch 13, wobei das erste frequenzselektive absorbierende Segment Mikrowellenenergie in dem zweiten Frequenzbereich durchlässt; und wobei das zweite frequenzselektive absorbierende Segment Mikrowellenenergie in dem ersten Frequenzbereich durchlässt.
System, welches die Anordnung von Anspruch 11 umfasst und weiterhin umfasst: eine mit dem PM-Filter gekoppelte Antenne; einen Mikrowellengenerator, der Mikrowellen erzeugt; und einen Wellenleiter, der die Mikrowellen zu der Antenne befördert.
System nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: ein Steuermodul, das mittels des Mikrowellengenerators selektiv die Zonen beheizt.
Verfahren umfassend: Aufnehmen eines Abgases mittels eines Partikelmaterial(PM)-Filters, der ein stromaufwärts befindliches Ende, ein stromabwärts befindliches Ende und mehrere Zonen aufweist; Erzeugen von Mikrowellenenergie in einem der N Frequenzbereiche; Zulassen von Absorption der Mikrowellenenergie in Verbindung mit einer ersten Zone des PM-Filters; und Beschränken von Mikrowellenenergieabsorption in Verbindung mit einer zweiten Zone des PM-Filters.
Verfahren nach Anspruch 17 umfassend: Erzeugen von Mikrowellenenergie in einem ersten Frequenzbereich, um die erste Zone zu regenerieren; und Erzeugen von Mikrowellenenergie in einem zweiten Frequenzbereich, der sich von dem ersten Frequenzbereich unterscheidet, um die zweite Zone zu regenerieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Beschränken der Mikrowellenenergieabsorption in Verbindung mit der zweiten Zone das Reflektieren der Mikrowellenenergie zum Verhindern von Eindringen in die zweite Zone umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Beschränken der Mikrowellenenergieabsorption in Verbindung mit der zweiten Zone das Durchlassen der Mikrowellenenergie durch die zweite Zone umfasst.