專利名稱：用于柴油機微粒過濾器的微波再生控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛排氣系統，尤其涉及柴油機微粒過濾器的微波再生系 統的控制操作。
背景技術：
柴油發動機運轉包括產生廢氣的燃燒過程。在'燃燒過程中，空氣/燃料混 合物fflil進氣閥被傳送至愾缸并在其中燃燒。燃燒后，活塞將氣缸中的廢氣強 制排到排氣系統中。廢氣可能含有柴油機微粒，通常稱其為煙灰。
柴油機微粒過濾器(DPF)可以用來減少廢氣中的煙灰等級。DPF通常包 括分隔介質和內腔，內腔有用來捕集煙灰的小細孔。廢氣流過細孔并且煙灰堆 積在壁面上。隨著堆積量的增加，可能會阻礙廢氣流并且使DPF內部的壓力 增加。使用微波輻射使DPF再生以燒掉煙灰，并允許廢氣流動來斷氏壓力。DPF 涂有一種磁性微波吸收材料，比如鐵氧體，從而在煙灰堆積的區域中集中微波
用來再生DPF的微波系統通常包括微波源和電源。^t波引到DPF腔并 被吸收材料吸收。來自微波的熱量造成吸收材料溫度增加，因而使堆積的煙灰 燃燒。 一旦燃燒，來自少量煙灰的熱量起杠桿作用來燃燒更大量的煙灰。當吸 收材料的溫度超過居里溫度時，材料就喪失了吸收能力。不能被吸收的微波被 反射回微波源并以熱量形式散失。

發明內容
因此，本發明提供一種微波系統，其具有一個微波源為再生柴油機微粒過 濾器(DPF)產生微波信號。微波系統包括一個對從DPF反射的微波信號的功 率電平進行取樣的取樣裝置，和一個與微波源和取樣裝置相通信的調整器模 塊。調整器模塊還根據反射微波信號的功率電平和預定的功率臨界值調整微波 源的運作。
在一方面，微波系統還包括一個與調整器模塊和取樣裝置相通信并將功率 電平與預定的功率臨界值進行比較的比較器漠塊。
在另一方面，微波源與延伸入DPF內部的第一天線相通信。
在另一方面，微波源與可操作地處于開啟和關閉狀態的電源相連接。 仍然在另一方面，柴油機微粒過濾器包括一個將功率電^ft號傳遞到比較
^t莫塊的第二天線。
仍然在另一方面，當反射微波的功率電平大于預定的臨界值時，調整器模
塊關閉電源。
仍然在另一方面，功率電平信號表示反射'i^r波的功率電平。


M詳細描述和附圖可以更充分地理解本發明，其中
圖1是柴油發動機系統的功能框圖，包括根據本發明的微波再生系統； 圖2是微波再生系統的功能框圖，包括根據本發明的控制系統-, 圖3 ^出微波再生系統的一個割t布置的功能框亂包括根據本發明的 控制系統和適用于檢測反射微波的柴油機微茅超濾器；以及
圖4是一個流程圖，示出了根據本發明的微波再生系統所執行的步驟。
具體實施例方式
下面對優選實施例的說明實際上僅用于解釋，而決不肖調于限定本發明、 及其應用或用途。為了清楚起見，附圖中用相同的參考標記表示相同的部件。 這里所用的術語"模塊"表示特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、用于執 行一個或多個軟件或固件禾歸的處理器(共享的、專用的、艦組的)和內存、 組^il輯電路和/或提供期望功能的其它合適元件。
現在參照圖l，示意性地示出一個柴油發動機系統10。柴油發動機系統IO 包括柴油發動機12、排氣系統14和微波系統16。柴油發動機12包括氣缸18 和進氣歧管20。空氣M3i進氣歧管20 iSA發動機12中。空氣充入氣缸18中 并和燃料一起燃燒驅動活塞(未示出)。雖然只示出一個氣缸18，但應當理解 柴油發動機12可以包括另外的氣缸18。例如，可設想柴油發動機有2、 3、 4、 5、 6、 8、 10、 12和16 4^:缸。
作為燃燒過程的結果，氣缸18內部產生廢氣。在廢氣排到大氣中之前，
排氣系統14處理廢氣。排氣系統14包括排氣歧管22和柴油機微粒過濾器 (DPF) 24。排氣歧管22引導從氣缸18排出的廢氣艦DPF24。通過DPF24 處理itn來M^排放。更具體地說，DPF腔內部的細孑L捕集與廢氣相關的柴油 機微粒(即，煙灰)。細孔涂有微波吸收材料例如鐵氧體或由吸收材料例如鐵
氧體形成。
微波系統16包括可選擇地處于關閉和開啟模式的電源25，和產生微波的 微波源26。微波被微波吸收材料吸收。熱量燒掉煙灰并再生DPF24，下面會 更詳細討論。微波系統16進一步使用控制系統27，該控制系統包括比較器模 塊28和調整微波系統16操作的調整器模±央30，下面會進一步討論。
現在參照圖2，圖中更詳細示出了微波系統16'。微波系統16'與上文詳細 描述的微波系統16對以。因此用對以參考標記表示類似部件。微波系統16'包 括微波源26'、電源25'、第一天線34和控制系統27'。微波源26l頓來自電 源25'的能量產生微波。微波由波導36弓l到第一天線34。波導36可以包括同 軸電纜或其它裝置，用于將微波引到第一天線34上。第一天線34延伸入DPF
腔內部并發出微波來燒掉堆積的煙灰。
控制系統27，包括微波取樣裝置38、比較器模塊28'和調整器模塊30'。微
波取樣裝置38與DPF24，耦合并延伸入DPF腔內部，從而將功率電平信號傳送
到比較器模塊28，。功率電平信號(Pi)表示反射微波信號的功率電平。比較
器模塊28，將功率電平信號的功率電平與預定的功率電平相比較。調整器模塊
30，與比較器模塊28'通信并根據比較結果調整微波的功率電平，這將在下面進
一步討論。
比較器模塊28'將功率電平信號(P,)與預定的功率臨界值(Pthr)進行 比較。比較結果傳遞到調整器模塊30'。當P皿艦P皿時，調整器模塊30' 產生一個關閉電源25'以停止微波產生的信號。
控制系統27'還檢驗DPF24'和微波系統16'是否正確運作。DPF腔包含具 有預定居里溫度(Ta^)的吸收材料。把材料加熱到居里溫度Tc,使周圍的 煙M^燒。當P,鵬PTOR時，調整器模塊30'假設煙鄉燒M符合并且微 波系統16，正確地再生DPF24'。而且，調整器模塊30'可以將微波源26'的開啟
時間與預定的時間段進行比較，預定時間段表示期望何時接收功率電平信號的
時間段(tN0—肌)。ilil測量在、W]微波源26，之后吸收材料超ij Tc，的時間確 定參數W,。例如，鐵氧體的居里 驢大約是500攝氏度。根據實驗，微波 使鐵氧體達到Tc,需要大約30秒。此后，微波反射回微波源26'。在產生微 波后，調整t^莫塊30ltm波源26'的開啟時間(toN)與W進行比較。如果30 秒后還未接收到與反射微波相關的功率電平信號，則調整器模塊30，就輸出一 個指示故障的信號并關閉電源25。
受損的DPF會強化反射微波的功率電平。在這種情況下，微波信號被反 射而不是被吸收并且DPF24'得不至梳分再生。調整親莫塊30'將與
PRFL—TOR的時間(tPRP>raR)相比較。如果tpR^TOR早于t^—RPL出現，則調整器
30'輸出一個指示故障的信號。
此外，強化反射微波信號可能造成在關閉微波源之后，P,^皿P皿的時 間更長。比如，在關閉微波源26'后，P^通常大約3毫秒降到低于PraR。如 果DPF24'被損壞，則反射微波的功率電平需要大約9毫秒降到低于PTOR。
在關閉微波源26'后，控制系統27'分析反射信號的功率電平。當關閉微 波源26'時，比較器模塊28'重置定時器并監視關閉時間。在微波源26'保持關 閉達到預定時間段(toPF)后，比較器模塊28'比較P旨和P皿。當P,皿P皿 時，調整器模塊30'輸出一個指示故障的信號。
現在參照圖3，示意性地示出一個替代的柴油機系統10"，包括排氣系統 14"和微波系統16"。排氣系統14"包括裝有至少一個感應孔(未示出)的 DPF24"。第二天線40與感應孔耦合。第二天線40延伸入DPF腔內部并與比 較親莫塊28，，通信。
微波系統16"包括微波源26"、電源25"、第一天線34'和控制系統27"。 電源25"可選i也處于開啟和關閉狀態并連接到微波源26"上。微波源26"直接 與DPF24"耦合。第一天線34'與微波源26"耦合并延伸入DPF腔內部。微波 源26"激發第一天線34，在DPF腔內部發出微波輻射。第二天線40將功率電平 信號傳遞到比較器模塊28"。功率電平信號(PRF。表示在DPF腔內部特定位 置處的功率電平。選擇這個位置使得在第一天線34'發射的微波是被反射而不 是被吸收的情況下，第二天線40接收的功率電平大大增加。調整器模塊30" 根據Ife與Pthr的比較結果調整微波源26"的操作。變量Prpl可以指用圖2所 示的取樣裝置38所檢測的功率電平，或指用圖3所示的第二天線40所檢測的
功率電平。在下面的討論中，給這兩個量保持一個變量名l，因為對于兩種 情況來說使用這些量的邏輯是相同的。
現在參照圖4，流程圖示出根據本發明的微波系統16所執行的步驟。在 步驟400中，控帝螨定FLAGSYS FAULT是否為真。如果FLAGSYSFA1XT為真，則 控制結束以防止微波系統16不正確運作。如果FLAGSYS FAULT不為真，貝啦制 過禾MfflA步驟401 。在步驟401中，控制確定微波源26是否開啟。如果微波源 26關閉，貝啦制回到步驟401。否則，在步驟402中微波源26產生微波。在 步驟404中，控制啟動監視微波源26的開啟時間(U)的定時器。在步驟406
中，控制確定U。在步驟408中，控制確定反射微波的功率電^F(PRn)。在步 驟410中，控制確定開始接收功率電平信號的時間(t，d)。在步驟412中，控 制將Prfl與Pthr進行比較。如果Pm大于Pthr，則在步驟414中控制確定tp^皿。 如果prfl沒有發生，則在步驟416中控制確定微波系統26是否已經工作了通 常產生反射微波的時間段。具體說，控制比較U與^。—^。如果t^沒有到 Vrfl，貝啦制返回步驟412中比較p^與p^。否則，在步驟418中控制設 置FLAGSYS—FAULT為真并指示故障。
在確定tPRF>TOR后，在步驟420中控制確定tPRMm是否早于t^，發生。 如果tpR^raR早于tNC)肌發生，貝陏可能損壞DPF24并且在步驟418中控制指 示出現故障。否則，在步驟422中電源與微波源26斷開。
進一步指示DPF24受損的是，在電源與微波源26已被斷開預定時間段 (topp)之后p^沒有正常itt減。在步驟424中，控制確定topp是否過去。如 果W還未過去，則控制返回步驟424。否則，在步驟426中控制確定是 否降到低于Pthr。如果Prfl沒有降到低于P ，貝啦制確定DPF24可能損壞。 因此，在步驟418中控制指示一個故障系統并設置FLAGSYS—FAULT為真，控制 結束。如果p^降到低于PjHR，則控制結束。
本領域的技術人員可以從上述說明理解到，能夠以不同形式實現本發明的 廣泛教導。因此，雖然本發明以其具體例子進行描述，但本發明的真實范圍不 能僅限于此，因為其它的改進對于本領域的技術人員在研究附圖、說明書以及 下列權利要求后而變得顯而易見。
9
權利要求
1、一種微波系統，具有一個為再生柴油機微粒過濾器(DPF)產生微波信號的微波源，包括一個對從DPF反射的微波信號的功率電平和表征從DPF腔反射回微波源的微波功率的DPF腔內部的功率電平中的至少一個進行取樣的取樣裝置；和一個與所述微波源和所述取樣裝置通信并且根據反射微波信號的功率電平和預定功率臨界值調整所述微波源的操作的調整器模塊。
2、 如權利要求1所述的微波系統，進一步包括一個與所述調整^莫塊和 所述取樣裝置通信并將所述功率電平與預定功率臨界值進行比較的比較器模 塊。
3、 如權利要求1所述的微波系統，其中，微波源與延伸入DPF內部的第一天線通信。
4、 如權利要求1所述的微波系統，其中，所述微波源與一個可操作成處 于開啟和關閉狀態的電源相連接。
5、 如權利要求1所述的微波系統，其中，柴油機微粒過濾器包括一個將 所述功率電平信號傳遞到所述比較器模塊的第二天線。
6、 如權禾腰求1所述的微波系統，其中，當所述反射微波的所述功率電 平艦所述預定臨界值時，所述調整激對央關閉所述電源。
7、 如權利要求1所述的微波系統，其中，所述功率電平信號表示所述反 射微波的功率電平。
8、 一種微波系統，具有一個為再生柴油機微粒過濾器(DPF)產生微波 信號的微波源，包括一個對從DPF目的微波信號的功率電平進行取樣的取樣裝置；禾口一個與微波源和所述取樣裝置通信的調整器莫塊，將所述功率電平與預定 功率臨界值進行比較并根據所述比較結果檢驗微波系統是否正確運作。
9、 如權利要求8所述的微波系統，其中，當所述功率電平iiii所述預定 功率臨界值時，所述調整器模塊關閉與所述微波源相關的電源。
10、 如權利要求9所述的微波系統，其中，在一個測量時間段上對所述功率電平進行取樣。
11、 如權禾腰求8所述的微波系統，其中，當所述反射微波在期望的反射 時間段內沒有出現時，所述調整激對央指示出現了故障。
12、 如權禾腰求8所述的微波系統，其中，當在所述反射微波信號沒有出 現的時間段內所述功率電平超過所述預定功率臨界值時，所述調整器模塊指示 出現了故障。
13、 如權禾腰求8所述的微波系統，其中，當在關閉所述微波源后所述功 率電平不能降到低于所述預定功率臨界值時，所述調整器模塊指示出現了故障。
14、 如權利要求11所述的微波系統，其中，所述期望的反射時間段包括 開始時間和結束時間，所述開始時間表示期望對所述反射微波l言號進行取樣的 最早時間點，所述結束時間表示期望對所述反射微波信號進行取樣的最遲時間點。
15、 一種減少用于再生柴油機微粒過濾器(DPF)的1^波系統的反射微波 的方法，包括對反射微波信號的功率電平進行取樣； 將所述功率電平和預定功率臨界值進行比較；并且 根據所述比較結果調整微波源的操作。
16、 如權利要求15所述的方法，進一步包括根據所述比較結果檢驗所述 微波系統是否正確運作。
17、 如權利要求15所述的方法，進一步包括當所述功率電平lii^;f述預 定臨界值時，關閉與所述微波源相關的電源。
18、 一種檢驗微波系統是否正確運作的方法，所述微波系統產生微波以 再生用于柴油發動機系統的柴油機微粒過濾器(DPF)，所述方法包括:對反射微波信號的功率電平進行取樣；根據所述功率電平與預定功率臨界值的比較結果，調整所述反射微波的所 述功率電平；并且根據所述比較結果，指示出現了故障。
19、 如權利要求18所述的方法，進一步包括測量表示微波源開啟時間的時間段；以及 測量表示所述反射微波開始取樣的時間段的取樣時間段。
20、 如權利要求18所述的方法，進一步包括當所述功率電平超^^ 述預 定功寧臨界值時通過關閉與微波源相關的電源來調整所述反射微波的所述功率電平。
21、 如權利要求18所述的方法，進一步包括當在期望的反射時間段內沒 有出現^f述反射微波時，指示出現了故障。
22、 如權利要求18所述的方法，進一步包括當在所述反射微波信號沒有 出現的時間段內所述功率電平m所述預定功率臨界值時，指示出現了故障。
23、 如權利要求18所述的方法，進一步包括當在所述微波源保持關閉預 定時間段后所述功率電平繼續JS1所述預定功率臨界值時，指示出現了故障。
24、 如權利要求21所述的方法，其中，所述期望的反射時間段包括開始 時間和結束時間，所述開始時間表示期望對所述反射微波信號進行取樣的最早 時間點，所述結束時間表示期望對所述反射微波信號進行取樣的最遲時間點。
25、 如權利要求19所述的方法，其中，所述開啟時間在所述微波源幵啟 的時候開始，且在所述微波源關閉的時候結束。
26、 如權利要求20所述的方法，其中，所述取樣時間段包括一鋪示所述反射微波信號開始取樣的開始時間和一個表示結束所述取樣的結束時間。
全文摘要
一種用于柴油機微粒過濾器的微波再生控制系統，具有為再生柴油機微粒過濾器(DPF)產生微波信號的微波源，所述微波系統包括一個對從DPF反射的微波信號的功率電平進行取樣的取樣裝置和一個與微波源和所述取樣裝置通信的調整器模塊。調整器模塊還根據反射微波信號的功率電平和預定功率臨界值的比較結果調整微波源的操作。
文檔編號F01N3/023GK101169059SQ200610162748
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年10月27日
發明者E·V·貢澤, W·S·威廉森 申請人:通用汽車環球科技運作公司