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1、(10)申请公布号 CN 103133091 A(43)申请公布日 2013.06.05CN103133091A*CN103133091A*(21)申请号 201210477380.9(22)申请日 2012.11.2213/302,225 2011.11.22 USF01N 3/027(2006.01)F01N 9/00(2006.01)(71)申请人通用汽车环球科技运作有限责任公司地址美国密执安州(72)发明人 E.V.冈策 M.J.小帕拉托尔(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人原绍辉 傅永霄(54) 发明名称电加热颗粒过滤器的重燃方法及系统(57) 摘要本发。
2、明涉及电加热颗粒过滤器的重燃方法及系统。具体地，提供了一种使包括电加热器的颗粒过滤器再生的方法。该方法包括：基于再生事件被熄灭来确定剩余在颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及，基于颗粒物质的位置来选择性地控制到电加热器的多个区中的区的电流，以启动再生事件的重燃。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书7页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书7页 附图4页(10)申请公布号 CN 103133091 ACN 103133091 A1/1页21.一种使包括电加热器的颗粒过滤器再生的方法，包括：基于再生事件被熄灭来。
3、确定剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及基于所述颗粒物质的位置来选择性地控制到所述电加热器的多个区中的区的电流，以启动所述再生事件的重燃。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述颗粒物质的位置向发动机产生控制信号，以使离开所述发动机的排气的温度升高。3.根据权利要求2所述的方法，其中，选择性地控制所述电加热器是基于所述排气的温度的升高。4.根据权利要求1所述的方法，还包括评估所述颗粒过滤器内的温度的均匀性，并且其中选择性地控制所述电热器是基于所述颗粒过滤器内的温度的所述均匀性。5.根据权利要求4所述的方法，其中，评估温度的所述均匀性包括：基于排气流量和所述位置预测所。
4、述颗粒过滤器内的流型，和评估离开所述发动机的排气的所述流型和温度。6.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述颗粒过滤器的至少一个区域的再生事件，并且其中确定所述位置是基于离开所述颗粒过滤器的排气的温度和在所述区域的再生事件期间经过的时间。7.一种用于包括电加热器的颗粒过滤器的控制系统，包括：第一模块，其基于所述颗粒过滤器的再生事件被熄灭来确定剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及第二模块，其基于所述颗粒物质的位置来选择性地控制到所述电加热器的多个区中的区的电流，以启动所述颗粒过滤器的所述再生事件的重燃。8.根据权利要求7所述的控制系统，还包括第三模块，其基于所述颗粒物质的。
5、位置向发动机产生控制信号，以使离开所述发动机的排气的温度升高。9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述第二模块基于所述排气的温度的升高来选择性地控制到所述电加热器的电流。10.一种用于内燃发动机的排气颗粒过滤器系统，包括：颗粒过滤器，其构造成从所述内燃发动机接收排气；加热器装置，其具有接近所述颗粒过滤器的入口设置的多个区；以及控制模块，其确定在再生事件之后剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置，并且其基于所述颗粒物质的位置选择性地控制所述加热器装置，以激活所述多个区中的区，从而使所述颗粒过滤器的再生重燃。权 利 要 求 书CN 103133091 A1/7页3电加热颗粒过滤器。
6、的重燃方法及系统技术领域0001 本发明涉及用于使颗粒过滤器再生的方法、系统和计算机程序产品。背景技术0002 从内燃发动机排出的排气是非单一成分的混合物，其包含诸如一氧化碳（“CO”）、未燃碳氢化合物（“HC”）和氮氧化物（“NOx”）之类的气体排放物以及构成颗粒物质的凝相材料（液体和固体）。在柴油发动机排气系统中设置有通常布置在催化剂载体或基底上的催化剂组成，以将某些或所有的这些排气成分转化成未受管控的排气组分。0003 颗粒过滤器从排气去除颗粒物质。颗粒物质积聚在颗粒过滤器内。积聚的颗粒物质引起发动机所经受的排气系统背压的升高。为了解决该升高，周期性地使颗粒过滤器清洁或再生。车辆应用中的。
7、颗粒过滤器的再生典型地是自动的，并且基于由发动机和/或排气系统传感器产生的信号由发动机或其他控制器控制。再生事件包括将颗粒过滤器的温度升高至通常高于600的水平，以便燃烧积聚的颗粒。0004 在有些情况下，在再生期间的排气流量的升高可能会降低颗粒过滤器内的温度，从而导致再生被熄灭。因此，所期望的是，提供用于在再生熄灭之后使所述再生重燃以便完成所述再生的方法和系统。发明内容0005 在一个示例性实施例中，提供了一种使包括电加热器的颗粒过滤器再生的方法。该方法包括：基于再生事件被熄灭来确定剩余在颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及，基于颗粒物质的位置来选择性地控制到电加热器的多个区中的。
8、区的电流，以启动再生事件的重燃（或再触发）。0006 在另一示例性实施例中，提供了一种用于包括电加热器的颗粒过滤器的控制系统。该控制系统包括第一模块，其基于颗粒过滤器的再生事件被熄灭来确定剩余在颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置。第二模块基于颗粒物质的位置来选择性地控制到电加热器的多个区中的区的电流，以启动颗粒过滤器的再生事件的重燃。0007 在又一示例性实施例中，提供了一种用于内燃发动机的排气颗粒过滤器系统。该系统包括有构造成从内燃发动机接收排气的颗粒过滤器。加热器装置具有接近颗粒过滤器的入口设置的多个区。控制模块确定在再生事件之后剩余在颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置，并。
9、且基于颗粒物质的位置选择性地控制加热器装置，以激活多个区中的区，从而使颗粒过滤器的再生重燃。0008 本发明还包括以下方案：1. 一种使包括电加热器的颗粒过滤器再生的方法，包括：基于再生事件被熄灭来确定剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及基于所述颗粒物质的位置来选择性地控制到所述电加热器的多个区中的区的电流，以说 明 书CN 103133091 A2/7页4启动所述再生事件的重燃。0009 2. 根据方案1所述的方法，还包括：基于所述颗粒物质的位置向发动机产生控制信号，以使离开所述发动机的排气的温度升高。0010 3. 根据方案2所述的方法，其中，选择性地控制所述电加热器。
10、是基于所述排气的温度的升高。0011 4. 根据方案1所述的方法，还包括评估所述颗粒过滤器内的温度的均匀性，并且其中选择性地控制所述电热器是基于所述颗粒过滤器内的温度的所述均匀性。0012 5. 根据方案4所述的方法，其中，评估温度的所述均匀性包括：基于排气流量和所述位置预测所述颗粒过滤器内的流型，和评估离开所述发动机的排气的所述流型和温度。0013 6. 根据方案1所述的方法，还包括控制所述颗粒过滤器的至少一个区域的再生事件，并且其中确定所述位置是基于离开所述颗粒过滤器的排气的温度和在所述区域的再生事件期间经过的时间。0014 7. 一种用于包括电加热器的颗粒过滤器的控制系统，包括：第一模块。
11、，其基于所述颗粒过滤器的再生事件被熄灭来确定剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置；以及第二模块，其基于所述颗粒物质的位置来选择性地控制到所述电加热器的多个区中的区的电流，以启动所述颗粒过滤器的所述再生事件的重燃。0015 8. 根据方案7所述的控制系统，还包括第三模块，其基于所述颗粒物质的位置向发动机产生控制信号，以使离开所述发动机的排气的温度升高。0016 9. 根据方案8所述的控制系统，其中，所述第二模块基于所述排气的温度的升高来选择性地控制到所述电加热器的电流。0017 10. 根据方案7所述的控制系统，还包括确定所述颗粒过滤器内的温度的均匀性的第三模块，并且其中所述第二。
12、模块基于所述颗粒过滤器内的温度的均匀性来选择性地控制到所述电加热器的电流。0018 11. 根据方案10所述的控制系统，其中，所述第三模块通过下述来评估温度的所述均匀性：基于排气流量和所述位置预测所述颗粒过滤器内的流型，以及评估离开所述发动机的排气的所述流型和温度。0019 12. 根据方案7所述的控制系统，还包括控制所述颗粒过滤器的至少一个区域的再生事件的第三模块，并且其中所述第一模块基于离开所述颗粒过滤器的排气的温度和在所述区域的再生事件期间经过的时间来确定所述位置。0020 13. 一种用于内燃发动机的排气颗粒过滤器系统，包括：颗粒过滤器，其构造成从所述内燃发动机接收排气；加热器装置，其。
13、具有接近所述颗粒过滤器的入口设置的多个区；以及控制模块，其确定在再生事件之后剩余在所述颗粒过滤器的至少一个区域内的颗粒物质的位置，并且其基于所述颗粒物质的位置选择性地控制所述加热器装置，以激活所述多个区中的区，从而使所述颗粒过滤器的再生重燃。0021 14. 根据方案13所述的系统，其中，所述控制模块还构造成基于所述颗粒物质的位置控制所述发动机，以使离开所述发动机的排气的温度升高。说 明 书CN 103133091 A3/7页50022 15. 根据方案14所述的系统，其中，所述控制模块基于所述排气的温度的升高来选择性地控制所述加热器装置。0023 16. 根据方案13所述的系统，其中，所述控。
14、制模块评估所述颗粒过滤器内的温度的均匀性，并基于所述颗粒过滤器内的温度的均匀性来选择性地控制所述加热器装置。0024 17. 根据方案16所述的系统，其中，所述控制模块通过基于排气流量和所述位置预测所述颗粒过滤器内的流型来评估温度的所述均匀性。0025 18. 根据方案17所述的系统，其中，所述控制模块还通过评估排气温度和所述流型来评估温度的所述均匀性。0026 19. 根据方案13所述的系统，其中，所述控制模块一个区域接着一个区域地控制所述颗粒过滤器的再生，并且其中所述控制模块基于离开所述颗粒过滤器的排气的温度和在所述区域的再生期间经过的时间来确定所述位置。0027 当结合附图理解时，本发明。
15、的以上特征和优点及其他的特征和优点将容易从本发明的以下详细说明中显见。附图说明0028 仅作为示例，其他的特征、优点和细节在对实施例的以下的详细说明中将显见，所述详细说明参考了附图，附图中：图1是内燃发动机以及包括了根据示例性实施例的再生重燃系统的相关排气处理系统的功能框图；图2A和2B是根据示例性实施例的颗粒过滤器的侧向剖视图；图3是图示了根据示例性实施例的再生重燃系统的数据流示意图；以及图4是图示了根据示例性实施例的再生重燃方法的流程图。具体实施方式0029 以下的说明本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明、其应用或使用。应理解的是，遍及附图，对应的附图标记指示相同或对应的部分和特征。0。
16、030 如在此所使用地，术语“模块”指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共用的、专用的或组）和存储器、组合逻辑电路、和/或提供了所述功能性的其他合适的部件。0031 现在参考图1，示例性实施例涉及排气处理系统10，排气处理系统10用于减少内燃发动机12的受管控的排气成分。在此描述的排气处理系统10可在各种发动机系统中实现，并且实现颗粒过滤器。这样的发动机系统可包括但不局限于：柴油发动机系统、汽油直喷系统和均质充量压燃式发动机系统。0032 排气处理系统10通常包括一根或多根排气导管14和一个或多个排气处理装置。排气处理装置例如包括氧化催化剂装置（OC。
17、）18、选择性催化还原装置（SCR）20和颗粒过滤器装置（PF）22。如可意识到地，本发明的排气处理系统可包括图1所示的排气处理装置中的一个或多个的各种组合和PF 22、和/或其他排气处理装置（未示出），并且不局限于本示例。0033 在图1中，可包括若干段的排气导管14将排气15从发动机12运送至排气处理系说 明 书CN 103133091 A4/7页6统10的各排气处理装置。OC 18例如可包括可流动穿过的金属或陶瓷整体衬底（或基底）。衬底可封装在具有入口和出口并且与排气导管14流体连通的壳或罐中。衬底可包括设置在其上面的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可作为载体涂料（wash coat）。
18、被涂覆，并且可包含诸如铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）之类的铂族金属或其他合适的氧化催化剂、或它们的组合。OC 18可用于处理未燃烧的气态且稳定的HC和CO，所述HC和CO被氧化以形成二氧化碳和水。0034 SCR 20可设置在OC 18的下游。以类似于OC 18的方式，SCR 20例如还可包括可流动穿过的陶瓷或金属整体衬底。衬底可封装在具有入口和出口并且与排气导管14流体连通的壳或罐中。衬底可包括涂覆至其的SCR催化剂组成。SCR催化剂组成可包含沸石以及诸如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）或钒（V）之类的一种或多种贱金属组分，从而能够有效地操作，以在具有诸如氨（NH3）之类的还原剂的情况。
19、下转化排气15中的NOx成分。0035 NH3还原剂可从还原剂供应源24供应，并可利用喷射器26在SCR 20上游的位置处喷射到排气导管14中，或者可利用还原剂的其他合适的输送方法输送至排气15。还原剂可以是气体、液体或尿素水溶液的形式，并且可与喷射器26中的空气混合，以帮助喷射喷雾的散布。混合器或湍流器28同样可紧接喷射器26设置在排气导管14内，以进一步帮助还原剂与排气15的完全混合。0036 PF 22可设置在SCR 20的下游。PF 20进行操作，以过滤排气15中的碳颗粒及其他颗粒。在各种实施例中，PF 22可利用包裹在膨胀垫或其他合适的支撑物中的陶瓷壁流式整体过滤器23构成，所述膨胀。
20、垫或其他合适的支撑物在受热时膨胀，以固定和隔离过滤器23。过滤器23可封装在壳或罐中，所述壳或罐例如是不锈钢，具有入口25和出口27并且与排气导管14流体连通。陶瓷壁流式整体过滤器23可具有由纵向延伸的壁限定的多个纵向延伸的通道。通道包括进入通道子集和排出通道子集，所述进入通道具有开放的入口端和封闭的出口端，并且所述排出通道具有封闭的入口端和开放的出口端。通过进入通道的入口端进入过滤器23的排气15被迫通过相邻的纵向延伸的壁迁移至排出通道。通过该壁流式机构，排气15被滤掉碳颗粒及其他颗粒。被滤掉的颗粒沉积在进入通道的纵向延伸壁上，并且随着时间的过去，将具有增加IC发动机12所经历的排气背压的效。
21、应。应意识到的是，陶瓷壁流式整体过滤器本质上仅是示例性的，并且PF 22可包括诸如缠绕或填装的纤维过滤器、开口泡沫塑料、烧结金属纤维等的其他过滤装置。0037 周期性地使PF 22内积聚的颗粒物质得到清洁，或者周期性地使PF 22再生。再生包括使积聚的碳及其他颗粒在通常为高温（600）的环境中氧化或燃烧。0038 为了再生目的，将电加热装置（EHD） 30设置在PF 22的罐内。在各种实施例中，EHD 30位于过滤器23的入口25处或靠近过滤器23的入口25。EHD 30可由诸如缠绕或堆叠的金属整料之类的任何合适的导电材料构成。连接至诸如车辆电气系统之类的电气系统的电缆32将电供应至EHD 3。
22、0，从而加热该装置。EHD 30在受热时使穿过EHD 30的排气15的温度升高和/或使过滤器23在EHD 30处或者靠近EHD 30的部分的温度升高。温度的升高提供了再生所需的高温环境。0039 如图1的放大剖视图所示，在各种实施例中，EHD 30被分割成可单独加热的一个或多个区。例如，EHD 30可包括也称为中心区的第一区Z1和也称为周边区的多个其他区Z2、Z3、Z4和Z5。如可意识到地，EHD 30可包括任意数量的区。为便于讨论，将在示例性中说 明 书CN 103133091 A5/7页7心区Z1和周边区Z2、Z3、Z4和Z5的背景下讨论本发明。0040 如图1所示，选择性地控制包括一个或。
23、多个开关的开关装置38，以允许电流从车辆电源40通过电缆32流向EHD 30的区Z1-Z5。控制模块42可基于感测的和/或建模的数据控制发动机12和开关装置38。这样的感测信息例如可以是指示了排气15的温度和/或PF 22内的各种元件的温度的温度信息。感测的信息例如可从温度传感器44和46接收。0041 在各种实施例中，控制模块42基于本发明的再生重燃系统和方法来控制发动机12和通过开关装置38流到EHD 30的电流的流动。再生重燃系统和方法基于对再生事件之后剩余颗粒物质在PF 22内的位置的估计来确定PF 22的将要再生的区域，并且通过控制排气温度和/或控制流到EHD 30的与该区域相关联的。
24、区Z1-Z5的电流来启动该区域的重燃。0042 例如，如图2A所示，在再生之后可能有剩余在PF 22内的颗粒物质（例如，当再生在完成之前熄灭时）。控制模块42可确定的是，PF的与EHD 30的区Z2对应的上部径向区域（例如区域50）在其中具有剩余的PM，并且该区域具有最热温度。因此，控制模块42激活EHD 30的区Z2，以将热传递至该上部径向区域，从而进行使再生重燃的操作（如由箭头52所指示地）。0043 如图2B所示，控制模块42然后确定PF 22的与EHD 30的区Z1对应的中心区域在其中具有剩余的PM 54。因此，控制模块42激活EHD 30的区Z1，以将热传递至该中心区域并进行使再生重。
25、燃的操作（如由箭头56所指示地）。0044 现在参考图3，该数据流示意图图示了可嵌入控制模块42内的颗粒过滤器再生重燃系统的各种实施例。根据本发明的颗粒过滤器再生重燃系统的各种实施例可包括嵌入在控制模块42内的任意数量的子模块。如可意识到地，图3所示的子模块可组合和/或进一步分割，以便类似地控制PF 22（图1）的再生。系统的输入可以从发动机12（图1）感测，从其他控制模块（未示出）接收，和/或由控制模块42内的其他子模块（未示出）确定/建模。在各种实施例中，控制模块42包括再生评估模块60、排气温度控制模块62、区确定模块64和加热器控制模块66。0045 再生评估模块60接收排气温度70、。
26、排气流量72和当前再生区74作为输入。在各种实施例中，排气温度70是离开PF 22的排气的温度。基于输入70、72、74，再生评估模块60评估再生在PF 22的与当前再生区74相关联的区域中是否已完成，并且如果再生没有完成，则评估再生在PF 22中的什么位置处已熄灭。例如，可基于在当前再生区的再生期间经过的时间来评估排气温度70，以了解再生是否已经熄灭以及何时熄灭，并基于上述评估来设定PM位置76。再生模块60为已再生并且再生在完成之前熄灭的各个区及相关联的区域确定PM位置76。0046 排气温度控制模块62接收PM位置76作为输入。如果PM位置76指示再生在PF 22的区域中的至少一个区域中。
27、没有完成，则排气温度控制模块62向发动机12和/或喷射器26产生控制信号78，以使进入PF 22的排气15的温度升高。在各种实施例中，排气温度控制模块62将排气15的温度控制到预定温度（例如，700摄氏度或其他温度）。0047 区确定模块64接收PM位置76、排气温度70和排气流量72作为输入。基于所述输入，区确定模块64确定多个区Z1-Z5中的哪个区84要激活，以重新激活再生。在各实施说 明 书CN 103133091 A6/7页8例中，区确定模块64可基于PM位置76通过确定PF 22中具有最靠近PF 22入口25的最多剩余颗粒物质的区域来确定区84，并选择与该区域对应的区84。0048 。
28、在各种其他实施例中，区确定模块64除PM位置76之外还可评估排气温度70和排气流量72，并确定是否应使PF 22中具有最靠近PF 22入口25的最多剩余颗粒物质的区域或者某一其他区域再生。例如，可从PM位置76确定PF 22内的流型（flow pattern）（例如，排气沿最小阻力的路径（也就是说，具有最少的颗粒物质量的路径）流动，从而可基于颗粒物质的位置预测流型）。然后可评估流型和测量的排气温度70，以预测PF 22内的温度的均匀性（例如，如果流型是中心占有优势，则中心的温度通常要比外部的温度高）。区确定模块64然后可基于PF 22内的温度的均匀性来选择区84。0049 在各种实施例中，一旦。
29、选择了区84，则区确定模块64就等待以接收该区的再生状态86，然后再评估输入70、72、76来选择下一个区84。如可意识到地，再生状态86和输入70、72、76的评估可重复任意次数和/或直到PF 22的完全再生被完成为止。0050 加热器控制模块66接收区84作为输入。基于区84，加热器控制模块66向开关装置38产生控制信号88，以激活特定的区Z1-Z5。加热器控制模块66评估离开PF 22的排气的温度，并产生再生状态86，以指示与区Z1-Z5相关联的区域的再生是否完成。一旦该区域的再生完成，则加热器控制模块66就向开关装置38产生控制信号88，以停用特定的区Z1-Z5。0051 现在参考图4。
30、并继续参考图1和图3，该流程图图示了可由根据本公开的图1的控制模块42执行的再生控制方法。如根据本公开可意识到地，方法内的操作的顺序不局限于如图4所图示的顺序执行，而是可以根据本公开以可应用的一个或多个变化的顺序进行。如可意识到地，在不改变方法的精神的情况下，可去除方法的一个或多个步骤。0052 在各种实施例中，可将方法排定设置成：基于预定事件运行；和/或在发动机12的操作期间连续运行。0053 在一个示例中，方法可从100开始。在110处评估PF 22的区域的再生。在120处确定区域的再生是否在完成再生之前已熄灭。如果再生在该区域中完成，则方法继续评估下一区域中的再生。然而，如果区域没有完全。
31、再生，则在130处如以上所述的那样关于该区域确定PM位置76。使再生重新发生和评估该再生的过程重复，直到在140处已经（即完全地或部分地）使每个区域再生为止。0054 一旦在140处已经（即完全地或部分地）使每个区域再生，并且如果在150处确定至少有一个没有完全再生的区域，则在160处例如通过控制发动机12来将排气温度升高至预定温度。然后，在170处确定PF 22的温度是否到处都均匀。如果在170处确定PF 22的温度均匀，则在180处选择由PM位置76指示的与具有最靠近PF 22入口25的颗粒物质的区域相关联的区84，并且在200处产生控制信号88，以在选择的区84中激活EHD 30。005。
32、5 然而，如果在170处确定PF 22的温度不均匀，则在190处评估排气流量72和排气温度70，以选择具有最高温度的区84。在200处产生控制信号88以在选择的区84中激活EHD 30，直到再生在210处完成为止。0056 一旦选择的区84的再生在210处完成，那么就在220处产生控制信号88，以在选择的区84中停用EHD 30。在230处确定PF 22的再生是否完成（即，是否存在具有PM位置的另外的区域）。在230处如果PF 22的再生没有完成，则方法继续在170处评估温度的均说 明 书CN 103133091 A7/7页9匀性和在180-220处进行下一选择区84的再生。0057 一旦PF 22的再生在230处完成，则方法就可在240处结束。0058 尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同可替代本发明的元件。另外，可作出许多修改，以在不偏离本发明的本质范围的情况下，使特定的情形或材料适应于本发明的教导。因此，本发明旨在不局限于所公开的特定的实施例，而是本发明应包括落入本申请的范围内的所有实施例。说 明 书CN 103133091 A1/4页10图 1说 明 书 附 图CN 103133091 A10。