专利名称：带有凹入式入口端塞子的电加热微粒物过滤器的制作方法
技术领域：
0003本发明涉及微粒物(PM)过滤器。
背景技术：
0004此处提供的背景技术描述是为了大概介绍本发明的背景。0005柴油机在有空气存在的情况下燃烧燃料以产生动力。燃 料的燃烧会产生包含微粒物(PM)的排气。使用PM过滤器可以从排气 中过滤PM。随着时间的过去，PM会积存在PM过滤器内，从而会限制 流过PM过滤器的排气流量。通过称为再生的过程去除堆积在PM过滤器 中的PM。在再生期间，将PM过滤器内的PM烧掉。
0006再生会包括将PM过滤器加热到PM的燃烧温度。进行再生 的方式有多种，包括改进发动机操纵，使用燃料燃烧器，在燃料喷射 后使用催化氧化剂来升高排气温度，使用电阻加热线圏，和/或使用微 波能量。
0007当温度达到例如60(TC的燃烧温度以上时，柴油机PM就 燃烧。燃烧的开始导致温度的进一步升高。 一旦PM被点燃，燃烧的PM 可被用于再生过滤器的剩余部分。换句话说，级联火焰前锋从PM过滤 器的入口移到出口 。虽然火花点火式发动机在排气流中通常具有低的 氧气值，但是柴油机具有高得多的氧气值。虽然增多的氧气值使PM过 滤器的再生能够更快，但它也带来一些问题。
0008现在参照图l,示出了一个用于再生PM过滤器的PM过滤器系统IO。 PM过滤器系统10包括加热器12。 PM过滤器系统10还包括微 粒物过滤器14,其包括壁16-1, 16-2,和16-6 (统称为壁16)。几 对相邻壁16限定出口通道，并可包括入口端塞子。其它几对相邻壁限 定入口通道并可包4舌出口端塞子。
0009具体地，相邻壁16-l和16-2， 16-3和16-4，以及16-5和16-6 限定出口通道，并分别包括入口端塞子18-1, 18-2,和18-3(统称为入 口端塞子18)。相邻壁16-2和16-3， 16-4和16-5限定入口通道，并分别包 括出口端塞子20-l和20-2 (统称为出口端塞子20 )。
0010使用中，排气流过加热器12,并流入过滤器14的入口通 道。来自入口通道的排气经过壁16流入相邻的出口通道。当排气经过 壁16时，PM被过滤，并积聚在入口通道的壁16上。PM也积聚在入口通 道中出口端塞子20周围的区域中。
0011现在参照图2-图4，示出了PM过滤器系统10中的再生。在 图2中，当加热器12被打开时，与加热器相邻的PM开始在燃烧区域中 燃烧。在燃烧区域外的区域中的载体温度可能低于PM的点燃温度。因 此，此时在这些区域中没有再生。
0012在图3中，燃烧区域沿PM过滤器14的长度方向移动。只 要燃烧区域的温度高于PM的点燃温度，PM的再生就继续。在图4中， 如果燃烧区域的温度降到PM的点燃温度以下，过滤器14将不能完全再 生。换句话说，PM可能残留在过滤器14的与出口端塞子20相邻的部分 中。
0013为了避免这种情况，加热器12可以被打开以将PM过滤器 加热到更高的初始温度。更高的温度趋于降低PM过滤器的耐久性。
发明内容
0014
一种微粒物(PM)过滤器，其包括过滤器壁，这些壁具 有入口端和出口端。过滤器壁的第一相邻对限定入口通道。过滤器壁 的第二相邻对限定出口通道。出口端塞子被布置在入口通道中且邻近 出口端。入口端塞子布置在出口通道中且与入口端间隔开。
0015在其它特征中，排气流入入口通道、经过入口通道的过 滤器壁、到达出口通道。排气还流入出口通道位于壁的入口端和入口 端塞子之间的部分。在工作期间PM积聚在这些部分中。0016
一种系统，其包括所述PM过滤器且还包括布置成邻近过 滤器壁的入口端的加热器。 一种控制模块选择性地启动加热器，以再 生PM过滤器。
0017从本文提供的详细描述中将更明显地看出本发明的更多
适用范围。应当理解，本描述和特定例子只是起到举例的作用，而不 意图限制本发明的范围。
0018通过详细说明和附图将更完整地理解本发明，其中0019图1是根据现有技术的PM过滤器组件的侧剖视图；0020图2是图1的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的
第一时间段内的再生温度曲线0021图3是图1的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的
第二时间段内的再生温度曲线0022图4是图1的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的
第三时间段内的再生温度曲线0023图5是根据本发明的示例性发动机和排气系统的原理框
0024图6是根据本发明的带有凹入式入口端塞子的PM过滤器 组件的侧剖^L0025图7是图6的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的 第一时间段内的再生温度曲线0026图8是图6的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的 第二时间段内的再生温度曲线图；以及
0027图9是图6的PM过滤器的侧剖视图，以及在再生开始后的 第三时间段内的再生温度曲线图。
具体实施例方式
0028下列描述本质上仅仅是示例性的，并且决不意图限制本 发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记 表示相似的元件。
0029本发明描迷了用于改善前方加热、壁流式PM过滤器的再生的系统和方法。根据本发明的P M过滤器使用凹入式入口端塞子来局 部化并增加这些区域中的PM堆积。堆积的PM改善了 PM过滤器的再生。
0030前方加热的PM (PM)过滤器的成功再生取决于施加给壁 流式载体的入口的热量。如果激活了PM起燃，就将确定峰值温度。如 果再生过程沿整个栽体的长度方向继续，就将确定热质量。换句话说， 施加给PM过滤器入口的热量是以(排气的热量)加(局部化的PM放热 量)加(任何外部热源)为根据。
0031根据本发明的凹入式入口端塞子在邻近加热器元件的PM 过滤器的入口端处提供PM堆积。与无凹入式入口端塞子相比，这种积 聚增加了入口处的局部化PM放热量。这些增加的能量能够增加沿PM 过滤器的长度方向传播燃烧的可能性。这种方法能够趋于减少由加热 器提供的热量。
0032换句话说，施加给PM过滤器的入口的热量是以(排气的 热量(其与图l中相同))力口 (局部化的PM放热量(其由于在凹入式入 口端塞子中堆积的PM而增加))加(外部热量(其能够被减少))为根据。
0033如所理解的，外部热量可由任何合适的方法提供。只是 为了示例，可以通过改进发动机操纵、使用燃料燃烧器、在燃料喷射 后使用催化氧化剂来增加排气温度、使用电阻加热线圈和/或使用微波 能量来提供热量。电阻加热线圈可以是分区或未分区的。
0034在图5中，示出了用于车辆的示例性发动机和排气系统IOO 的原理框图。发动机和排气系统100可包括柴油机系统102。虽然示出 了柴油机系统102，但是本发明也适用于汽油机系统、均质充气压燃式 发动机系统和/或其它发动机系统。
0035柴油机系统102包括发动机104和排气系统106。发动机104
燃烧空气和柴油燃料的混合物以产生动力(例如，转矩)。空气和燃料 混合物的燃烧产生排气，其可从发动机104排入排气系统106。由发动 机104产生的排气可包含气态化合物和PM的混合物，该混合物进入排 气系统，并可在排出排气系统106之前在排气系统中进行处理。
0036排气系统106可包括排气歧管组件108、中间管组件IIO、 PM过滤器组件112和消声器组件1M。 PM过滤器组件可包括加热器124, 其可被用来在再生期间增加PM过滤器的热量。0037由发动机104产生的排气流过排气歧管组件108、经过中 间管组件IIO、进入PM过滤器组件112。离开PM过滤器组件112的排气 流过消声器组件114,并通过尾管118排入大气。中间管组件110可包括 排气后处理系统，例如但不限于，柴油机氧化催化剂(DOC)组件和 选择性催化还原(SCR)组件。
0038PM过滤器组件112从流经PM过滤器组件112的排气中过滤 PM。在一个称为加载的过程中，PM堆积在PM过滤器组件112中，并且 由此限制流过P M过滤器组件112的排气流量。已经堆积在P M过滤器组 件112中的PM可通过再生被去除。在再生期间，使用热量来燃烧存在于 PM过滤器组件112中的PM。
0039车辆可包括控制模块130,其监控传感器132,例如进气 温度UAT)、歧管绝对压力(MAP)、质量空气流量(MAF)、发动机 转速、冷却液温度、节气门位置以及其它参数。控制模块130调节致动 器34,例如点火系统、电子节气门、燃料喷射系统以及其它发动机系 统。控制模块130还可确定PM过滤器需要再生的时间并且致动加热器 124。
0040现在参照图6，示出了用于再生PM过滤器的PM过滤器组 件210。 PM过滤器组件210包括加热器212。只是举例，加热器212可包 括电阻加热器。加热器可由控制模块打开和关闭。PM过滤器组件210 还包括PM过滤器214，其包括壁216-1、 216-1、...和216-6 (统称为壁 216)。壁216可布置得彼此相邻并大体上平行。
0041具体地，相邻壁216-l和216-2、 216-3和216-4以及216-5 和216-6限定出口通道，并分别包括凹入式入口端塞子218-1、 218-2和 218-3 (统称为凹入式入口端塞子218 )。相邻壁2I6-2和216-3、 216-4和 216-5限定入口通道，并分别包4舌出口端塞子220-l和220-2 (统称为出 口端塞子220 )。凹入式入口端塞子218可/人壁216的入口端凹入任何合 适的距离，从而在期望的再生间隔期间获得期望的PM积聚量。该距离 在某种程度上可由供排气从入口通道输送至出口通道所用的壁面积的 相应减少量来限制。
0042^f吏用中，排气流过加热器12,并流入由不具有凹入式入 口端塞子218的壁216形成的入口通道。而且，排气流入由具有凹入式 入口端塞子218的壁216形成的出口通道的部分219。由此，PM堆积在出口通道的部分219中。
0043排气/人入口通道流入相邻的出口通道。4非气还流入出口 通道的部分219,然后流入入口通道。当排气通过壁216时，PVH皮过滤 并堆积在壁216上。PM还堆积在出口端塞子220的周围区域中。
0044现在参照图7-图9,示出了PM过滤器系统210中的再生。 在图7中，当加热器212被打开时，邻近加热器212的PM开始在燃烧区 域中燃烧。部分219中的PM有助于提高燃烧区域中的再生热量。由此， 对于给定的目标再生温度，需要加热器提供较少的外部热量。
0045燃烧区域外的区域中的载体温度可能低于PM的点燃温 度。在图8中，燃烧区域移动并沿PM过滤器的长度方向形成波阵面。 只要燃烧区域的温度在PM的点燃温度以上，PM的再生就继续。在图9 中，由于燃烧区域有助于沿PM过滤器的长度方向的传播，所以过滤器 214被完全再生。加热器212可在再生完成之前纟皮关闭。
0046提出的系统和方法的优势包括对发动机操作条件的改善 的再生稳健性。还可能减少对加热器的热量需求量，因为堆积在出口 通道的凹入式入口端塞子中的PM可^L用来增加再生热量，所以来自加 热器的外部热量可以被减少。通过减少来自外部加热器的热量，PM过 滤器的耐久性趋于被提高。
0047现在，本领域4支术人员可以,人上面的描迷认识到本发明 的宽泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定例子， 但是本发明的真实范围不会由此受到限制，因为本领域技术人员在研 究附图、说明书和所附权利要求书的基础上，将很明显得到其它改型。
权利要求
1.一种微粒物过滤器，即PM过滤器，包括具有入口端和出口端的过滤器壁，其中，所述过滤器壁的第一相邻对限定入口通道，并且其中所述过滤器壁的第二相邻对限定出口通道；邻近所述出口端地布置在所述入口通道中的出口端塞子；以及与所述入口端间隔开地布置在所述出口通道中的入口端塞子。
2. 如权利要求1所述的PM过滤器，其中，排气流入所迷入口通道、 经过所迷入口通道的所述过滤器壁、进入所述出口通道，并且其中排 气流入位于所述壁的所述入口端和所述入口端塞子之间的所述出口通 道的部分中。
3. 如权利要求2所述的PM过滤器，其中，在工作期间，PM积聚 在所述部分中。
4. 一种包含如权利要求1所述的PM过滤器的系统，还包括 加热器，其布置成邻近所述过滤器壁的所述入口端；和控制模块，其选择性地启动所述加热器以再生所述PM过滤器。
5. 如权利要求1所迷的PM过滤器，其中，所述过滤器壁是平行的。
6. —种从PM过滤器中去除微粒物即PM的方法，包括 提供具有入口端和出口端的过滤器壁；使用所述过滤器壁的第 一相邻对限定入口通道； 使用所述过滤器壁的第二相邻对限定出口通道； 在所迷入口通道中邻近所述出口端处布置出口端塞子；以及 在所述出口通道中与所述入口端间隔开地布置入口端塞子。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，排气流入所述入口通道、经 过所述入口通道的所述过滤器壁、进入所述出口通道。
8. 如权利要求6所述的方法，其中，排气流入位于所述壁的所述 入口端和所述入口端塞子之间的所述出口通道的部分中。
9. 如权利要求8所述的方法，还包括 在工作期间允许PM积聚在所述部分中；以及 在再生期间燃烧所述P M以增加热量。
10. 如4又利要求6所迷的方法，还包括使用布置成邻近所述过滤器壁的所迷入口端的加热器来加热所述PM过滤器；以及选择性地启动所述加热器以再生所述PM过滤器。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述过滤器壁是平行的。
12. —种微粒物过滤器即PM过滤器，包括具有入口端和出口端的过滤器壁，其中，所迷过滤器壁的第一相 邻对限定入口通道，并且其中所述过滤器壁的第二相邻对限定出口通 道；布置在所述入口通道中且邻近所述出口端的出口端塞子；以及 布置在所述出口通道中且与所述入口端间隔开的入口端塞子，其 中，排气流入位于所迷过滤器壁的所述入口端和所述入口端塞子之间 的所述出口通道的部分中，并且在工作期间，PM积聚在所述部分中。
13. 如权利要求12所述的PM过滤器，其中，排气流入所述入口通 道、经过所述入口通道的所迷过滤器壁、进入所述出口通道。
14. 一种包含如权利要求12所述的PM过滤器的系统，还包括 加热器，其布置成邻近所述过滤器壁的所述入口端；和控制模块，其选择性地启动所述加热器以再生所述PM过滤器。
15. 如权利要求12所述的PM过滤器，其中，所述过滤器壁是平行
全文摘要
本发明涉及带有凹入式入口端塞子的电加热微粒物过滤器。一种微粒物(PM)过滤器包括过滤器壁，这些壁具有入口端和出口端。过滤器壁的第一相邻对限定入口通道。过滤器壁的第二相邻对限定出口通道。出口端塞子被布置在入口通道中且邻近出口端。入口端塞子布置在出口通道中且与入口端间隔开。
文档编号B01D46/24GK101537285SQ20091012895
公开日2009年9月23日 申请日期2009年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者E·V·冈策, F·阿门特 申请人:通用汽车环球科技运作公司