专利名称：分层颗粒过滤器再生系统的制作方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及用于内燃发动机的排气处理系统，更具体地，涉及一种具有在内燃发动机工作期间进行选择性再生的分层颗粒过滤器(“PF”)的排气处理系统。
背景技术：
从内燃发动机中释放出的排气是异质混合物，该混合物含有诸如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“N0X”)的气体排放物，还含有构成颗粒物(“PM”)的凝聚相物质(液体和固体)。目前采用的用于高水平地减少颗粒物的排气处理技术可包括捕集颗粒物的颗粒过滤器(“PF”)。再生是从PF中去除积累的颗粒物的过程。然而，在某些工作状况期间会发生非受控的再生。具体地说，如果在再生期间发动机转速降低到怠速，则流经PF的排气将显著地减少，而同时PF中的氧浓度将增大。因为进 行中的再生导致PF的载体温度升高，所以流量减小与氧浓度增大相结合会引起使PF温度升高到较高温度的非受控反应。这种高温度梯度往往会增加PF的应力。反复的热冲击会造成可能最终导致PF的载体开裂的累积效应。在某些情况下，甚至单个的降低到怠速事件(drop-to-idle event)有可能会引起使PF的载体开裂的温度梯度。当进入PF的排气的温度设定点以取决于PF的温度和烟炱载荷的增量升高时，发生PF的两阶段或三阶段再生。然而，多阶段再生并未考虑到在再生期间PF的烟炱载荷将持续变化。这样，因为温度设定点是基于再生之前的烟炱载荷而设定的，所以在再生期间PF的温度通常低于高再生效率所需的温度。此外，PF的载体具有分层温度，其中温度从PF的中心到外表面逐渐降低。PF的分层温度导致在整个PF中具有不同的烟炱燃烧速率。多阶段再生并未考虑到PF载体的分层温度。因此，期望提供一种用于使PF再生同时使PF中的温度梯度和非受控再生的风险最小化的有效方法。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供一种用于内燃发动机的排气处理系统，该系统包括排气管道、碳氢化合物供应装置、颗粒过滤器(“PF”)、至少一个传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、和控制模块。排气管道与内燃发动机流体连通，并且用于接收来自内燃发动机的排气。碳氢化合物供应装置连接到排气管道并与排气管道流体连通。可选择性地调节碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送，以控制排气温度。PF与排气管道流体连通并且具有用于去除排气中颗粒的过滤器结构。该过滤器结构具有最内区和最外区。在内燃发动机工作期间，选择性地对PF进行再生。PF具有分层温度结构，该温度结构导致在再生期间捕集于颗粒过滤器最内区中的颗粒在捕集于颗粒过滤器最外区中的颗粒之前燃尽。控制模块具有存储器，该存储器中存储有无限级温度控制曲线(infinite stagetemperature control curve)。所述至少一个传感器与排气管道相连通。所述至少一个传感器检测PF的工作状况，并且生成指示捕集于PF的过滤器结构内的颗粒量的信号。第一温度传感器和第二温度传感器均与排气管道相连通。第一温度传感器设置在PF的上游，第二温度传感器设置在PF的下游。控制模块与碳氢化合物供应装置、所述至少一个传感器、第一温度传感器、和第二温度传感器通信。控制模块具有存储器，该存储器中存储有无限级温度控制曲线。该温度控制曲线显示在PF上游的温度设定点。在再生期间温度设定点持续地变化从而对应于仍然捕集于PF的过滤器结构内的颗粒量。温度控制曲线至少基于PF的分层温度结构、捕集于PF最内区中的颗粒和捕集于PF最外区中的颗粒。控制模块包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于持续地监测所述至少一个传感器以获知捕集于PF过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值。控制模块还包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于持续地监测第一温度传感器以获知第一温度读数和持续地监测第二温度传感器以获知第二温度读数。控制模块包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于如果捕集于PF过滤器结构内的颗粒量超过颗粒阈值并且如果第一和第二温度读数超过PF阈值温度则启动颗粒过滤器的再生。控制模块还包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于使来自第一温度传感器的感测温度与温度控制曲线的温度设定点互相关联。可基于捕集于PF过滤器结构内的颗粒量和第一温度传感器处的温度来 调节温度控制曲线的温度设定点。控制模块还包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于基于温度控制曲线的温度设定点而持续地调节碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度。本发明还涉及以下技术方案。方案I. 一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括
排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气；
碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并与所述排气管道流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度；
颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区和最外区，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器最外区中的颗粒之前燃尽；
至少一个与所述排气管道连通的传感器，其中，所述至少一个传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述至少一个传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号；
与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及
控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述至少一个传感器、所述第一温度传感器、和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于仍然捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量，其中，所述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、和捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒，所述控制模块包括
用于持续地监测所述至少一个传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑；
用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数并持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑；
用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑； 用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及
用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度的控制逻辑。方案2.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器包括中间区，其中，所述颗粒过滤器的分层温度结构导致捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒比捕集于所述中间区中的颗粒更快速地燃尽，并且其中，捕集于所述中间区中的颗粒比捕集于所述最外区中的颗粒更快速地燃尽。方案3.如方案2所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线基于测试数据，其中，通过在所述颗粒过滤器的最内区、中间区和最外区每个中对所述颗粒过滤器进行监测而生成所述测试数据。方案4.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器的所述过滤器结构是由董青石材料所构成。方案5.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于再生时间，其中，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量。方案6.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料性质。方案7.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于所述颗粒过滤器的颗粒氧化速率。方案8.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于流入所述颗粒过滤器的空气流量。方案9.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述控制器包含这样的控制逻辑，所述控制逻辑用于在再生期间持续地调节排气温度使得所述颗粒过滤器不超过材料限值，其中，所述材料限值代表所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的最高容许温度。方案10.如方案I所述的排气处理系统，其中，所述至少一个传感器是背压传感器和压差传感器中的一种。
方案11.如方案I所述的排气处理系统，还包括位于所述颗粒过滤器的上游且与所述排气管道流体连通的氧化催化剂装置(“0C”)，并且其中，选择性地启用所述氧化催化剂装置以引起排气的氧化。方案12. —种用于内燃发动机的排气处理系统,包括
排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气；
碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并且与所述排气管流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度；
颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区、最外区、以及材料限值，所述材料限值代表所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的最高容许温度，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒之前燃尽，其中，在再生时间内对所述颗粒过滤器进行再生，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量；
氧化催化剂装置(“0C”)，所述氧化催化剂装置位于所述颗粒过滤器的上游并与所述排气管道流体连通，其中，选择性地启用所述氧化催化剂装置以弓I起排气的氧化；
压力传感器，所述压力传感器与所述排气管道连通，其中，所述压力传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述压力传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号；
与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及
控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述压力传感器、所述第一温度传感器、和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的剩余颗粒的量，其中，所述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒、和所述颗粒过滤器的再生时间，所述控制模块包括
用于持续地监测所述压力传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑；用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数并持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑；
用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑；
用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及
用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度使得所述颗粒过滤器的任意点不超过所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料限值的控制逻辑。方案13.如方案12所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器包括中间区，其中，所述颗粒过滤器的分层温度结构导致捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒比捕集于所述中间区中的颗粒更快速地燃尽，并且其中，捕集于所述中间区中的颗粒比捕集于所述最外区中的颗粒更快速地燃尽。方案14.如方案13所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线基于测试数据，其中，通过在所述颗粒过滤器的最内区、中间区和最外区每个中对对所述颗粒过滤器进行监测而生成所述测试数据。
方案15.如方案12所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器的所述过滤器结构是由董青石材料构成。方案16.如方案12所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于所述颗粒过滤器的颗粒氧化速率。方案17.如方案12所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于流入所述颗粒过滤器的空气流量。方案18.如方案12所述的排气处理系统，其中，所述压力传感器是背压传感器和压差传感器中的一种。方案19. 一种用于内燃发动机的排气处理系统,包括
排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气；
碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并与所述排气管道流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度；
颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区、中间区和最外区、以及材料限值，所述材料限值代表所述过滤器结构的最高容许温度，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒之前燃尽、以及捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒之前燃尽，其中，在再生时间内对所述颗粒过滤器进行再生，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量；
氧化催化剂装置(“0C”)，所述氧化催化剂装置位于所述颗粒过滤器的上游并与所述排气管道流体连通，其中，选择性地启用所述氧化催化剂装置以引起排气的氧化；
与所述排气管道连通的压力传感器，其中，所述压力传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述压力传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号；与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及
控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述压力传感器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量，其中，所述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、测试数据、所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料性质、所述颗粒过滤器的颗粒氧化速率、流入所述颗粒过滤器的空气流量、仍然捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒、和所述颗粒过滤器的再生时间，并且其中，通过在所述颗粒过滤器的最内区、中间区和最外区每个中对所述颗粒过滤器进行监测而生成所述测试数据，所述控制模块包括
用于持续地监测所述压力传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内 的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑；用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数和持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑；
用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑；
用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及
用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度使得所述颗粒过滤器的任意点不超过所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料限值的控制逻辑。方案20.如方案19所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器的所述过滤器结构是由董青石材料构成。基于下面的本发明的详细说明并结合附图，将容易地理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
仅通过举例，在下面的实施例的详细说明中其它特征、优点和细节将变得显而易见，该详细说明参照附图进行。图I是具有颗粒过滤器装置(“PF”)和控制模块的排气处理系统的示例图。图2是图I中所示PF的图示。图3是存储在图I中所示控制模块的存储器中的温度控制曲线的图示。
具体实施方式
下面的描述在本质上只是示例性的，并非意图限制本公开、其应用或使用。应当理解的是，在所有附图中相应的附图标记表示类似或相应的部件和特征。本文中使用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行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、或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它合适构件。现在参照图1，一个示例性实施例涉及排气处理系统10，该系统是用于减少内燃(IC)发动机12的受管制的排气成分。本文中所述的排气处理系统10可以应用于使用颗粒过滤器的各种发动机系统。这种发动机系统可以包括但不限于柴油发动机系统、汽油直接喷射系统、和均质充气压缩点火发动机系统。排气处理系统10通常包括一条或多条排气管道14、以及一个或多个排气处理装置。在图示的实施例中，排气处理系统的装置包括氧化催化剂装置(“0C”)18和颗粒过滤器装置(“PF”)20。正如可以理解的，本公开的排气处理系统10可以包括一个或多个图I中所示排气处理装置的各种组合、和/或其它排气处理装置(未图示)，并且不限于本实例。·
在图I中，可以包括数段的排气管道14将排气15从内燃发动机12输送到排气处理系统10的各种排气处理装置。氧化催化剂装置18可包括例如流过式金属或陶瓷整体型载体，该载体被包裹在被加热时发生膨胀从而对载体产生固定和绝缘作用的绝缘垫或其它合适支撑物中。可将载体封装入具有与排气管道14流体连通的进口和出口的不锈钢壳或罐中。载体可以包含设置在该载体上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可以用载体涂层(wash coat)的形式加以涂布，氧化催化剂化合物可包含钼族金属，例如钼(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或者其它合适的氧化催化剂、或者其组合。氧化催化剂装置18可用于处理未燃烧的气态和非挥发性HC及CO，这些物质被氧化而形成二氧化碳和水。HC或燃料喷射器40可位于与排气管道14中的排气15流体连通的氧化催化剂装置18的上游。燃料喷射器40与HC供应装置(未图示)流体连通，并且用于将未燃烧的HC25导入用于输送到氧化催化剂装置18的排气流中。也可在排气管道14内非常靠近HC喷射器40的部位设置混合器或湍流器44，用以进一步帮助HC 25与排气15的彻底混合从而形成排气与碳氢化合物的混合物。PF 20可设置在氧化催化剂装置18的下游。PF 20的作用是从排气15中过滤出碳和其它颗粒。在各种实施例中，可利用陶瓷壁流式整体型过滤器30来构成PF 20，过滤器30被包裹在被加热时发生膨胀从而对过滤器30起固定和绝缘作用的绝缘垫或其它合适支撑物中。可将过滤器30封装入壳或罐中，该壳或罐例如为不锈钢并具有与排气管道14流体连通的进口和出口。在一个示例性实施例中，过滤器30由基于董青石的材料构成，然而应该理解，也可以使用其它类型的材料。陶瓷壁流式整体型过滤器30可具有被纵向延伸壁所限定的多个纵向延伸的通道。所述通道包括一个子组的具有开放进口端和封闭出口端的进口通道、以及一个子组的具有封闭进口端和开放出口端的出口通道。经过进口通道的进口端进入过滤器30的排气15被迫经过相邻的纵向延伸壁而移动到出口通道。正是通过此壁流式机构对排气15中的碳和其它颗粒进行过滤。过滤出的颗粒沉积在进口通道的纵向延伸壁上并且随时间的推移将会有增大内燃发动机12所经历的排气背压的影响。应理解的是，该陶瓷壁流式整体型过滤器在本质上只是示例性的，并且PF 20可以包括其它过滤器装置，例如绕线式或填充式纤维过滤器(wound or packed fiber filter)、开孔泡沫、烧结金属纤维等。由于颗粒物在整体型过滤器30中的积累所造成的排气背压的增大，通常要求对PF 20定期地进行清理或再生。再生涉及到积累的碳和其它颗粒在通常为高温环境(>600°C)中的氧化或燃烧。控制模块50可操作地经由一些传感器连接到发动机12和排气处理系统10并对它们进行监测。具体地，图I示出了控制模块50，该控制模块50与位于排气管道14内的两个温度传感器52、54、以及背压传感器60通信。第一温度传感器52位于氧化催化剂装置18的下游且位于PF 20的上游，第二温度传感器54位于第一温度传感器52和PF 20的下游。温度传感器52、54将各自指示排气管道14内特定位置的温度的电信号发送给控制模块50。背压传感器60位于PF 20的上游，并且生成指示整体型过滤器30中的碳载荷和颗粒载荷的信号。应当指出的是，虽然图I示出了用于测定整体型过滤器30中的碳载荷的背压传感器60，但也可利用其它方法来测定碳载荷。例如，在一个替代的实施例中，可替代地利用压差传感器来测量经过PF 20前后的压差。控制模块50包括控制逻辑，该控制逻辑 用于持续地监测背压传感器60、第一温度传感器52和第二温度传感器54。具体地，控制模块50包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于监测背压传感器60以获知捕集于PF 20的整体型过滤器30内的颗粒量。控制模块50还包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于持续地监测第一温度传感器52以获知第一温度读数并监测第二温度传感器54以获知第二温度读数。控制模块50包括用于启动PF 20的再生的控制逻辑。如果捕集于PF 20的整体型过滤器30内的颗粒量超过指示再生需要的压力阈值、以及如果来自第一和第二温度传感器52和54的第一和第二温度读数超过指示再生需要的温度阈值，则再生发生。在确定PF 22的背压以及第一和第二温度读数已经达到相应的指示需要对PF 22进行再生的阈值水平时，控制器50包含这样的控制逻辑，该控制逻辑用于将排气14的温度升高到适合于整体型过滤器30中的碳和颗粒物再生的水平。排气14的升高的温度是基于图3中所示的无限级温度控制曲线80，下面将对温度控制曲线80进行更详细的论述。具体地，在一个实施例中，控制模块50与燃料喷射器40通信。控制模块50包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于控制由燃料喷射器40喷射入排气流15中的碳氢化合物或燃料25的量从而控制排气15的温度。可以想到，在某些情况下可以省略燃料喷射器40，并且控制器50可以包含用于持续地调节发动机12的工作参数(例如燃料喷射正时和量)从而控制排气15的温度的控制逻辑。现在转向图2，图示的示例性PF 20与排气15之间成错流(cross flow)。PF 20具有分层温度，这表示PF 20的温度从PF 20的中心部62到外表面64逐渐降低。PF 20的分层温度导致再生期间在整个PF 20中具有不同的颗粒燃烧速率。在图示的实施例中，PF20包括最内区70、中间区72和最外区74。类似地，由于PF 20具有分层温度，因而在再生期间捕集于PF 20的最内区70中的颗粒在捕集于PF 20的最外区74中的颗粒之前燃尽。分层温度结构也导致捕集于PF 20的最内区70中的颗粒比捕集于中间区72中的颗粒更快速地燃尽。捕集于中间区72中的颗粒比捕集于PF 20的最外区74中的颗粒更快速地燃尽。例如，在一个说明性实施例中，在再生期间最内区70的温度可以约为615°C，中间区72的温度可以在约575°C到约600°C之间，最外区74的温度可以在约490°C到约550°C之间，然而应该理解的是也可采用其它温度范围。图3是存储在控制模块50 (示于图I)的存储器中的无限级温度控制曲线80的示例性图示。温度控制曲线80显示再生期间在一个给定的时间点在PF 20(示于图I)的上游的温度设定点。温度设定点是位于温度控制曲线80上的特定点，温度设定点持续地变化从而对应于在再生期间仍然捕集于PF 20的整体型结构30内(示于图I)的颗粒量。将再生期间仍然被捕集于PF 20的整体型结构30内的颗粒量图示为颗粒曲线82。在PF 20的再生期间仍然被捕集于PF 20的整体型结构30内的颗粒量将作为时间的函数而减少；这由颗粒曲线82示出。现在参照图2和图3，温度控制曲线80至少基于PF 20的分层温度(示于图2)、以及在再生期间捕集于PF 20内的颗粒量。具体地，温度控制曲线80把PF 20的分层温度考虑进去，因为PF 20的温度从中心部62到外表面64逐渐降低(示于图2)。例如，在一个实施例中，温度控制曲线80可基于通过对PF 20在最内区70、中间区72和最外区74每个中的各种位置进行监测所采集的测试数据。
温度控制曲线80还基于再生期间仍然被捕集于PF 20内的颗粒的分层结构。捕集于PF 20中的颗粒量从中心部62到外表面64逐渐减小(示于图2)。也就是说，温度控制曲线80还基于在最内区70、中间区72和最外区74每个中捕集于PF 20内的颗粒量，其中捕集的颗粒基于PF 20的特定区70、72和74而变化。捕集于PF 20内的颗粒作为温度、局部颗粒载荷和氧气(“02”)浓度的函数而燃尽。因此，捕集于PF 20的中心部62中的颗粒比捕集于PF 20的外表面64中的颗粒更快速地燃尽。在一个实施例中，可基于通过对温度、局部颗粒载荷和氧气(“02”)浓度进行监测所采集的测试数据来建立PF 20的颗粒燃烧速率的模型。可通过对PF 20的最内区70、中间区72和最外区74的各种位置的温度、局部颗粒载荷和氧气(“02”)浓度进行监测而进行测试。温度控制曲线80也可基于PF 20的再生时间。再生时间是PF完全再生所需时间的量。温度控制曲线80也可基于PF 20的材料性质。具体地，温度控制曲线80可将构成PF 20的整体型过滤器30的材料的温度限值考虑进去。温度控制曲线80也可基于捕集于PF 20内的颗粒的颗粒氧化速率。颗粒氧化速率至少取决于进入PF 20的排气15 (示于图
I)的温度。颗粒氧化是放热反应，该放热反应产生越多的热则颗粒的氧化就发生得越快。温度控制曲线80也可基于流入PF 20的空气流量。具体地，可利用与控制器50通信的质量空气流量传感器(未图示)来监测空气流量，其用于确定进入发动机12的空气质量。在PF 20的再生期间，控制模块50包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于使由第一温度传感器52感测的温度与温度控制曲线80的温度设定点互相关联。可基于捕集于PF20(图I)的整体型过滤器30内的颗粒量和第一温度传感器52 (图I)处的温度来调节温度控制曲线80的温度设定点。控制模块50还包括这样的控制逻辑，该控制逻辑用于基于温度控制曲线80的温度设定点持续地调节发动机12 (示于图I)的多个工作参数从而控制排气15的温度。因此，在再生期间，当由第一温度传感器52所显示温度上升时仍然捕集于PF 20内的颗粒的量减小。控制模块50还包含这样的控制逻辑，该控制逻辑用于持续地调节发动机12(图I)的多个工作参数，使得在再生期间PF 20的任意位置的温度不超过材料限值。材料限值代表构成PF 20整体型过滤器30的材料的最大容许温度。例如，参照图2，如果PF 20的整体型过滤器30是由基于董青石的材料所构成，那么PF 20的最内区70、中间区72和最外区74处的温度通常将不超过董青石的材料温度限值。PF 20的颗粒氧化是放热反应，该放热反应产生越多的热则颗粒氧化就发生得越快。因此，PF 20内的高温或温度的快速升高会导致由于快速颗粒氧化所造成的不希望有的温度漂移(excursion)。然而，因为温度控制曲线80的温度设定点基于PF 20的分层温度和颗粒载荷而持续地调节或升高，所以发生这种飘移的概率显著降低或者几乎被排除。温度漂移的降低也将减小PF 20所经历的热冲击，这转而减少或显著地排除PF 20中的过滤器30的开裂的发生。减少过滤器30的开裂的发生将转而提高PF 20的耐久性和可靠性。此夕卜，因为温度控制曲线80的温度设定点基于PF 20的分层温度和颗粒载荷而持续地升高，所以PF 20的颗粒氧化速率会增大。这是因为PF 20的再生是在将过滤器30的材料限值考虑在内的最高容许温度下进行的。在最高容许温度下对PF 20进行再生有助于缩短再生时间。较短的再生时间导致发动机12的燃料效率提高。在再生期间，温度控制曲线80的温度设定点持续地调节或升高，使得PF 20的分层温度不超过材料限值。具体地，参照图2，PF 20的最内区70、中间区72和最外区74各区内的温度一般不超过过滤器30的材料限值。因此，PF 20可由与部分的目前正在使用的·其它类型材料相比较具有较低温度限值的材料所构成。例如，在一个实施例中，诸如董青石的材料可用于以前采用碳化硅(“SiC”)的应用中。虽然已参照示例性实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，可做出各种变化并且本发明的各要素可被其等同物所代替。另外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可做出许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是本发明将包括落在本申请的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括 排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气； 碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并与所述排气管道流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度； 颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区和最外区，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器最外区中的颗粒之前燃尽； 至少一个与所述排气管道连通的传感器，其中，所述至少一个传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述至少一个传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号； 与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及 控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述至少一个传感器、所述第一温度传感器、和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于仍然捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量，其中，所述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、和捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒，所述控制模块包括 用于持续地监测所述至少一个传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑； 用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数并持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑； 用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑； 用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及 用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度的控制逻辑。
2.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器包括中间区，其中，所述颗粒过滤器的分层温度结构导致捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒比捕集于所述中间区中的颗粒更快速地燃尽，并且其中，捕集于所述中间区中的颗粒比捕集于所述最外区中的颗粒更快速地燃尽。
3.如权利要求2所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线基于测试数据，其中，通过在所述颗粒过滤器的最内区、中间区和最外区每个中对所述颗粒过滤器进行监测而生成所述测试数据。
4.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述颗粒过滤器的所述过滤器结构是由董青石材料所构成。
5.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于再生时间，其中，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量。
6.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料性质。
7.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于所述颗粒过滤器的颗粒氧化速率。
8.如权利要求I所述的排气处理系统，其中，所述温度控制曲线还基于流入所述颗粒过滤器的空气流量。
9.一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括 排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气； 碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并且与所述排气管流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度； 颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区、最外区、以及材料限值，所述材料限值代表所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的最高容许温度，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒之前燃尽，其中，在再生时间内对所述颗粒过滤器进行再生，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量； 氧化催化剂装置(“0C”)，所述氧化催化剂装置位于所述颗粒过滤器的上游并与所述排气管道流体连通，其中，选择性地启用所述氧化催化剂装置以引起排气的氧化； 压力传感器，所述压力传感器与所述排气管道连通，其中，所述压力传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述压力传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号； 与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及 控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述压力传感器、所述第一温度传感器、和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的剩余颗粒的量，其中，所述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒、和所述颗粒过滤器的再生时间，所述控制模块包括 用于持续地监测所述压力传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑；用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数并持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑； 用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑； 用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及 用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度使得所述颗粒过滤器的任意点不超过所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料限值的控制逻辑。
10.一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括 排气管道，所述排气管道与所述内燃发动机流体连通，并且构造成接收来自所述内燃发动机的排气； 碳氢化合物供应装置，所述碳氢化合物供应装置连接到所述排气管道并与所述排气管道流体连通，其中，能选择性地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度； 颗粒过滤器(“PF”)装置，所述颗粒过滤器装置与所述排气管道流体连通并且具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构，所述过滤器结构具有最内区、中间区和最外区、以及材料限值，所述材料限值代表所述过滤器结构的最高容许温度，在所述内燃发动机工作期间选择性地对所述颗粒过滤器进行再生，所述颗粒过滤器具有分层温度结构，所述分层温度结构导致在再生期间捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒之前燃尽、以及捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒在捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒之前燃尽，其中，在再生时间内对所述颗粒过滤器进行再生，所述再生时间代表完成所述颗粒过滤器的再生所需时间的量； 氧化催化剂装置(“OC”)，所述氧化催化剂装置位于所述颗粒过滤器的上游并与所述排气管道流体连通，其中，选择性地启用所述氧化催化剂装置以引起排气的氧化； 与所述排气管道连通的压力传感器，其中，所述压力传感器检测所述颗粒过滤器的工作状态，并且其中，所述压力传感器生成指示捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量的信号； 与所述排气管道连通的第一温度传感器和第二温度传感器，其中，所述第一温度传感器设置在所述颗粒过滤器的上游，所述第二温度传感器设置在所述颗粒过滤器的下游；以及控制模块，所述控制模块与所述碳氢化合物供应装置、所述压力传感器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器通信，所述控制模块具有存储器，所述存储器中存储有无限级温度控制曲线，所述温度控制曲线显示在所述颗粒过滤器上游的温度设定点，在再生期间所述温度设定点持续地变化从而对应于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量，其中，所 述温度控制曲线至少基于所述颗粒过滤器的分层温度结构、测试数据、所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料性质、所述颗粒过滤器的颗粒氧化速率、流入所述颗粒过滤器的空气流量、仍然捕集于所述颗粒过滤器的最内区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的中间区中的颗粒、捕集于所述颗粒过滤器的最外区中的颗粒、和所述颗粒过滤器的再生时间，并且其中，通过在所述颗粒过滤器的最内区、中间区和最外区每个中对所述颗粒过滤器进行监测而生成所述测试数据，所述控制模块包括 用于持续地监测所述压力传感器以获知捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量并且判断捕集于所述过滤器结构内的颗粒量是否超过颗粒阈值的控制逻辑；用于持续地监测所述第一温度传感器以获知第一温度读数和持续地监测所述第二温度传感器以获知第二温度读数的控制逻辑； 用于如果捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量超过所述颗粒阈值并且如果所述第一和第二温度读数超过颗粒过滤器过滤器阈值温度则启动所述颗粒过滤器的再生的控制逻辑； 用于使由所述第一温度传感器所感测的温度与所述温度控制曲线的温度设定点互相关联的控制逻辑，其中，能基于捕集于所述颗粒过滤器的所述过滤器结构内的颗粒量和所述第一温度传感器处的温度来调节所述温度控制曲线的温度设定点；以及 用于基于所述温度控制曲线的温度设定点持续地调节所述碳氢化合物供应装置对碳氢化合物的输送从而控制排气温度使得所述颗粒过滤器的任意点不超过所述颗粒过滤器的所述过滤器结构的材料限值的控制逻辑。
全文摘要
本发明涉及分层颗粒过滤器再生系统，具体提供一种用于内燃发动机的排气处理系统，该系统包括排气管道、碳氢化合物供应装置、颗粒过滤器(“PF”)、至少一个传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、和控制模块。颗粒过滤器与排气管道流体连通并具有用于去除排气中的颗粒的过滤器结构。过滤器结构具有最内区和最外区。在内燃发动机工作期间选择性地对颗粒过滤器进行再生。颗粒过滤器具有分层的温度结构，该温度结构导致在再生期间捕集于颗粒过滤器最内区中的颗粒在捕集于颗粒过滤器最外区中的颗粒之前燃烬。控制模块具有存储器，该存储器中存储有无限级温度控制曲线。
文档编号F01N9/00GK102900495SQ20121026067
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者J.李, R.米塔尔, M.V.泰勒, T.小拉罗斯, T.J.索布查克, P.贾辛基维奇, R.J.达 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司