專利名稱：采用微波再生的柴油機微粒過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及柴油機微粒過濾系統(tǒng)，更尤其涉及利用陶瓷過濾器來捕獲含微粒的排氣的柴油機微粒過濾系統(tǒng)，其結合有設置在陶瓷過濾器內的微粒蓄積區(qū)域附近的微波吸收介質的局部目標，使得對該目標的加熱會導致蓄積的微粒發(fā)生燃燒和汽化，以便于清理該過濾器。容納陶瓷過濾器和微波吸收介質的腔適合于通過相互激勵有90度相位差的輸入耦合器接收微波頻率電磁輻射的輸入信號，以減少通過目標的加熱模式的徑向不均勻性，以便于促進穿過該過濾器的均勻的微粒去除。
背景技術：
利用陶瓷過濾器來俘獲柴油機排氣流攜帶的微粒是已知的。在運行過程中，這種陶瓷柴油機微粒過濾器在一端接收排氣流，并且當排氣通過薄的通道壁擴散時俘獲微粒，并且在另一端排出。
微粒的持續(xù)蓄積導致過濾器變得阻塞，從而引起通過過濾器的不希望的增加的壓差，并且導致減少發(fā)動機效率的背壓。因此，必須在達到阻塞的臨界水平之前對微粒蓄積進行清除?？赏ㄟ^提升微粒蓄積位置的溫度達到高于碳氫化合物微粒的著火點的水平，從而導致微粒的燃燒和蒸發(fā)，從而實施對這種微粒的清除。一旦微粒汽化，燃燒產(chǎn)物可通過排氣流從過濾器中掃出。
為了進行局部加熱以從過濾器中有效的除去微粒，這種加熱優(yōu)選應用到過濾器的基本上整個橫截面上。如果穿過過濾器橫截面的區(qū)域未受熱，在這些區(qū)域的微粒將不會汽化并且過濾器將產(chǎn)生存在封堵區(qū)域的模式。因此，希望提供一種過濾器的基本上整個平面上的均勻加熱的有效方法，以便促進整個過濾器平面上的微粒燃燒。
已知利用微波頻率的電磁輻射對在其它的環(huán)境中加熱電介質材料是有效的。然而，使用微波頻率的輻射存在的挑戰(zhàn)是整個目標材料上的均勻溫度分布的實現(xiàn)。特別地，利用線性偏振模式的微波頻率輻射非常容易造成目標熱點和冷點的產(chǎn)生。如上所述的，這種不均勻性通常不符合微粒過濾器再生的要求。而且，在柴油機排氣系統(tǒng)中的微粒過濾器的環(huán)境提供了關于空間利用和成本限制的挑戰(zhàn)。并不認為目前可獲得基于微波加熱的用于柴油機排氣過濾器再生的合適的系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供優(yōu)于現(xiàn)有技術的優(yōu)點和替換物，通過提供一種柴油機微粒過濾器，其包括設置在波導空腔內的限定設置處的微波吸收目標，其中波導空腔適合于通過相互有90度相位差的輸入耦合器接收微波頻率電磁輻射以激勵圓偏振(CP)加熱模式。通過CP模式的激勵，模式型式是均時的以在方位角上消除在加熱模式下的熱點和冷點，從而相對于相應的線性偏振模提供更大的均勻性。通過激勵CP模式的組合可以實現(xiàn)更進一步的均勻性，以便于從加熱分布圖中消除徑向冷環(huán)?？梢栽O想微波吸收目標材料優(yōu)選嵌入在柴油機微粒過濾器的輸入端上或附近，雖然如果需要的話，沿著過濾器的長度的其它位置也是可利用的。微波吸收介質的加熱導致微粒蓄積得到汽化并且通過排氣流的流動從過濾器中除去。


結合在說明書中并且構成本說明書一部分的下面附圖示出了本發(fā)明的示例的實施例，并且與上述的概述和下面的詳細說明一起，用來說明本發(fā)明的原理，其中圖1是柴油機微粒過濾器系統(tǒng)的剖視圖，其結合有穿過在一個腔內的陶瓷過濾器而設置的微波吸收目標，該腔適合于通過相互之間激勵有90度相位差的輸入耦合器接收微波頻率的分散信號，以激勵圓偏振(CP)加熱模式；圖2示出了用于線性偏振的TE11模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明用于圓偏振的TE11模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖3A示出了用于線性偏振的TE21模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明用于圓偏振的TE21模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖4A示出了用于線性偏振的TE21模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；
圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明用于圓偏振的TE12模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖5A示出了用于線性偏振的TE22模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明用于圓偏振的TE22模式的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明用于激勵圓偏振的TE11和TE21模式的組合的、在具有傳導壁的直圓形腔中的目標的加熱型式；和圖7是相對于從圖6中的目標的中心的距離的加熱強度曲線，示出了在半徑延伸部分上的基本均勻性。
雖然本發(fā)明的實施例已經(jīng)示出并且大概如上描述出，并且將結合一定潛在優(yōu)選方案和過程在下文中進行描述，需要的知道和理解的是本發(fā)明決不會限制在在此示出和描述的這樣的實施例和過程中。相反地，本發(fā)明的意圖在于應該延伸到包含本發(fā)明的真實精神和范圍內的本發(fā)明的寬泛原理的所有的替換物和修改。
具體實施例方式
現(xiàn)在將對多個附圖進行參考，其中在可允許的范圍內在多個附圖中相同的部件采用對應的附圖標記。在圖1中，示出了沿著從柴油機(未示出)的排氣流動通道下游設置的柴油機微粒過濾器裝置10。氣流的方向在圖中用指示方向的箭頭示出。根據(jù)示出的結構，柴油機微粒過濾器包括腔部分12，其用來容納多孔的陶瓷過濾器14和微波吸收材料16，該微波吸收材料16基本上在整個過濾器14的橫截面上布置為嵌入接觸關系。該腔部分12可由諸如金屬等的適當?shù)牟牧闲纬?。在這種利用金屬腔的結構中，包圍過濾器14的內壁可以是傳導性的。該微波吸收材料16可以是在暴露在微波輻射下時可經(jīng)受加熱的任一已知物質或者結合。例如，這種材料可包括SiC(金剛砂)，ITO(氧化銦-錫)，各種的鐵氧體，包括對本領域技術人員已知的這些材料的組合等等。
如圖所示，柴油機微粒過濾器裝置10提供有對本領域技術人員熟知的一對微波連接輸入口20，以可操作地連接到大于1kW的外部大功率微波電源22上，例如已知和容易獲得的標準的2.45GHz/2kW電源。允許氣流通過但會阻止過度的俘獲微波能的微波反射器24提供在柴油機微粒過濾器裝置10的入口和出口端處。
如圖所示，0-90功率分配器26設置在微波源22和輸入口20之間。該功率分配器26對功率進行改變，通過將它相等地分在兩個輸入端之間，同時將傳送到一個輸入端的信號的相位移動90度。該功率分配器借助于低損耗連接機構連接到輸入口。輸入口20優(yōu)選地位于圓形截面的平面上，并且以大約90度的角距隔開。在輸入口20之間間距和在傳送到輸入口的功率信號之間的90度的相移的總效果在于激勵在腔12內的圓偏振模式。
通過激勵圓偏振模式，相對于線性偏振模在方位角上使加熱模式平滑，以基本上消除在加熱目標上的熱點和冷點的產(chǎn)生，有利于過渡的溫度環(huán)，從而提供更均勻的平均溫度分布。
在運行中，柴油機排氣通過入口孔32進入，通過進氣通道進入過濾器14，通過過濾器通道壁擴散，從過濾器輸出通道流出并且通過排氣輸出孔34排出該腔。在流動過程中，由排氣流攜帶的微粒沉積在當離開過濾器時排氣通過通過通道壁擴散的區(qū)域。當發(fā)動機持續(xù)運轉時，微粒量蓄積直到排氣流被阻塞。在基于系統(tǒng)內測量背壓的所選取的最優(yōu)點處，微波電源22被激活，例如通過連接到壓力傳感器(未示出)的開關，并且微波能進入該腔中，從而加熱微波吸收材料16。微波吸收材料16設置為接近微粒蓄積區(qū)域，并且當其吸收能量時，其加熱至超過蓄積碳氫化合物微粒的著火點的溫度點。因此微粒被點燃并且通過排氣的流動以汽化形式除去。
如上所述，根據(jù)潛在地優(yōu)選操作，圓偏振模式在腔內被有意地激勵，以消除方位角變化。也就是說，在通過離中心等距的微波吸收材料定義的圓形目標上的點具有基本上相同的加熱分布的特征，而不管它們的方位角度。通過消除局部的熱點和冷點，這提供了對目標的加熱分布上的更均勻的程度。
通過將在圖2A，3A，4A1和5A中示出的線性偏振模中的加熱型式分別與在圖2B，3B，4B和5B中的相應的圓偏振模式中的加熱型式進行比較，示出在加熱分布中的提高的均勻性。特別地，圖2A示出用于線性偏振的TE11模式在直圓形腔中的目標的加熱型式，而圖2B示出用于圓偏振的TE11模式的加熱型式。圖3A示出用于線性偏振的TE21模式在直圓形腔中的目標的加熱型式，而圖3B示出用于圓偏振的TE21模式的加熱型式。圖4A示出用于線性偏振的TE12模式在直圓形腔中的目標的加熱型式，而圖4B示出用于圓偏振的TE12模式的加熱型式。圖5A示出用于線性偏振的TE22模式在直圓形腔中的目標的加熱型式，和圖5B示出用于圓偏振的TE22模式的加熱型式。在這些圖中，較淺的區(qū)域對應于較高的溫度，較暗的區(qū)域對應于較低的溫度。
在圖2A，3A，4A和5A中可看出，線性偏振模產(chǎn)生徑向變化和方位角或者角度變化。也就是說，距離中心等距但是相對于假設的赤道線處于不同角度的點具有基本上相互不同的溫度(即方位角變化)，并且與處于相同的角度但是離中心不同的距離的點溫度也是不同的(即徑向變化)。相反地，在圖2B，3B，4B，和5B中示出的，圓偏振模式消除了這種方位角變化的產(chǎn)生，雖然在離中心不同距離的、以環(huán)的型式的徑向變化可能仍然存在。
方位角變化的消除允許在沒有熱點和冷點的情況下、在該目標上的更規(guī)則的溫度分布。因此，有效的加熱總的說來更加均勻。例如，圓偏振的TE11，圓偏振的TE21和圓偏振的TE22模式顯示了在超過50％的橫截面表面面積上小于50％的溫度變化。這些是對于線性偏振模加熱型式的相當大的改進。
雖然單個的圓偏振模式加熱型式表現(xiàn)出對于線性偏振模加熱型式的相當大的改進，可以設想到通過激勵圓偏振模式的結合(重疊來消除徑向的冷環(huán))，加熱型式的均勻性可得到更進一步的改善。僅僅是舉例而不是限制，圖6示出了用于圓偏振的TE11和TE21模式的結合的加熱型式，它們重疊以消除在TE11模式的加熱型式的中心上的熱點以及TE21模式的接近壁處的高溫區(qū)域。因此可以實現(xiàn)具有更平緩混和的徑向分布的型式。這些有利之處在圖7中用圖形示出，其中可以看出加熱型式的強度改變在總橫截面上小于50％，在70％的橫截面上小于20％。
可以設想到標準微波激勵技術可用于同時在腔12內激勵兩種模式，而不需要改變在圖1中示出和描述的電源結構或者輸入口結構。僅僅是舉例而不是限制，用于兩種模式同時激勵的一種技術在于設計腔半徑和長度以在兩種模式下同時諧振，通過滿足用于兩種模式的諧振長度方程。
L Bz，TE11＝n和L Bz，TE21＝m
其中L是腔長度，m和n是整數(shù)，Bz，TE11和Bz，TE21是相應的軸向模式的波數(shù)。
應該理解的是雖然本發(fā)明已經(jīng)關于潛在的優(yōu)選實施例，結構和過程進行了示出和描述，這些實施例，結構和過程僅僅是示意的并且本發(fā)明決不意圖限制于此。相反地，可以設想體現(xiàn)本發(fā)明的原理的修改和變化將被本領域普通技術人員毫無疑問地想到。因此，設想并且意圖本發(fā)明應該延伸到所有這些結合包含在本發(fā)明的真實的精神和范圍之內的本發(fā)明的寬泛的方面的修改和變化。
權利要求
1.一種用于從柴油機的排氣流中除去微粒的柴油機微粒過濾器系統(tǒng)，該柴油機微粒系統(tǒng)包括容納在容納腔內的過濾器，該過濾器在用于接收發(fā)動機排氣流的腔入口和用于排出發(fā)動機排氣流的腔出口之間，從而使得發(fā)動機排氣流的氣體通過過濾器，并且在發(fā)動機排氣流中的至少一部分微粒捕獲在該過濾器中；嵌入在過濾器之內的微波吸收材料目標，其中微波吸收材料具有微波加熱特性，從而使得當暴露在微波輻射中時，微波吸收材料加熱到在過濾器內捕獲的至少一部分微粒的燃燒溫度之上；和微波電源，其可操作地連接到微波輸入口上，以在容納腔中激勵至少一個圓偏振微波模式，使得當微波電源啟動時，微波吸收材料目標以基本上沒有方位角變化的型式進行加熱，并且與微波吸收材料處于相鄰關系的、在過濾器內捕獲的至少一部分微粒被汽化，從而減少在過濾器內的微粒的蓄積。
2.如權利要求1所述的發(fā)明，其中過濾器是陶瓷過濾器。
3.如權利要求2所述的發(fā)明，其中微波吸收材料是從SiC(金剛砂)，ITO(氧化銦-錫)，鐵氧體和它們的組合所組成的組中選出。
4.如權利要求1所述的發(fā)明，其中該容納腔具有大體上圓筒形的內部橫截面并且過濾器是具有大體上圓形截面的圓柱形。
5.如權利要求1所述的發(fā)明，其中容納腔包括傳導材料的內壁。
6.如權利要求5所述的發(fā)明，其中內壁是金屬。
7.如權利要求1所述的發(fā)明，其中微波電源通過功率分配器可操作地連接到一對微波輸入口，從而使得來自微波電源的功率基本上相等地分配在該對微波輸入口之間。
8.如權利要求7所述的發(fā)明，其中功率分配器將傳送到一個輸入口的信號的相位移動90度。
9.如權利要求8所述的發(fā)明，其中輸入口圍繞圓形平面在相互之間具有大約90度角距的情況下設置。
10.如權利要求1所述的發(fā)明，其中所述腔在至少兩個模式下是共振的，從而使得所述兩個模式同時激勵。
11.一種用于從柴油機的排氣流中除去微粒的柴油機微粒過濾器系統(tǒng)，該柴油機微粒系統(tǒng)包括容納在容納腔內的陶瓷過濾器，該陶瓷過濾器在用于接收發(fā)動機排氣流的腔入口和用于排出發(fā)動機排氣流的腔出口之間，從而使得發(fā)動機排氣流的氣體通過陶瓷過濾器，并且在發(fā)動機排氣流中的至少一部分微粒捕獲在該過濾器中；以相對于排氣流的流向成橫向的關系嵌入陶瓷過濾器內的微波吸收材料目標，其中微波吸收材料具有微波加熱特性，從而使得當暴露微波輻射中時，微波吸收材料加熱到在過濾器內捕獲的至少一部分微粒的燃燒溫度之上；和微波電源，其通過功率分配器可操作地連接到適于發(fā)射微波輻射到容納腔內的第一微波輸入口中，和適于發(fā)射微波輻射到容納腔中的第二微波輸入口，其中功率分配器將來自微波電源的功率基本上相等地在第一和第二微波輸入口之前分配，同時將傳送到一個輸入口的信號的相位移動90度，并且其中第一和第二微波輸入口相互之間成大約90度的角距進行設置，以便于在容納腔中激勵至少一個圓偏振微波模式，從而使得當微波電源啟動時，微波吸收材料目標以基本上沒有方位角變化的型式進行加熱，并且與微波吸收材料處于相鄰關系的、在過濾器內捕獲的至少一部分微粒被汽化，從而減少在過濾器內的微粒的蓄積。
12.如權利要求11所述的發(fā)明，其中微波吸收材料是從SiC(金剛砂)，ITO(氧化銦-錫)，鐵氧體和它們的組合所組成的組中選出。
13.如權利要求11所述的發(fā)明，其中該容納腔具有大體上圓筒形的內部橫截面并且過濾器是具有大體上圓形截面的圓柱形。
14.如權利要求11所述的發(fā)明，其中容納腔包括傳導材料的內壁。
15.如權利要求14所述的發(fā)明，其中該內壁是金屬。
16.如權利要求11所述的發(fā)明，其中所述腔在至少兩個模式中諧振，從而使得所述兩個模式同時被激勵。
17.一種用于從柴油機的排氣流中除去微粒的柴油機微粒過濾器系統(tǒng)，該柴油機微粒系統(tǒng)包括容納在容納腔內的陶瓷過濾器，該陶瓷過濾器在用于接收發(fā)動機排氣流的腔入口和用于排出發(fā)動機排氣流的腔出口之間，從而使得發(fā)動機排氣流的氣體通過陶瓷過濾器，并且在發(fā)動機排氣流中的至少一部分微粒捕獲在該過濾器中；以相對于排氣流的流向成橫向的關系嵌入陶瓷過濾器內的微波吸收材料目標，其中微波吸收材料具有微波加熱特性，從而使得當暴露微波輻射中時，微波吸收材料加熱到在過濾器內捕獲的至少一部分微粒的燃燒溫度之上；和微波電源，其通過功率分配器可操作地連接到適于發(fā)射微波輻射到容納腔內的第一微波輸入口中，和適于發(fā)射微波輻射到容納腔中的第二微波輸入口，其中功率分配器將來自微波電源的功率基本上相等地在第一和第二微波輸入口之間分配，同時將傳送到一個輸入口的信號的相位移動90度，并且其中第一和第二微波輸入口相互之間成大約90度的角距進行設置，以便于在容納腔中激勵至少一個圓偏振微波模式，從而使得當微波電源啟動時，微波吸收材料目標以基本上沒有方位角變化的型式進行加熱，并且與微波吸收材料處于相鄰關系的、在過濾器內捕獲的至少一部分微粒被汽化，從而減少在過濾器內的微粒的蓄積，其中容納腔具有采用金屬內壁的基本上圓形的截面，并且其中腔在至少兩個模式中諧振，從而使得所述至少兩個模式同時被激勵。
全文摘要
一種包括在波導空腔(12)內的微波吸收目標(16)的柴油機微粒過濾器(10)。該腔(12)通過相互之間存在90度的相位差的輸入耦合器(20)接收微波頻率電磁輻射，以激勵圓偏振加熱模式。通過圓偏振模式的激勵，加熱型式是均時的以在方位角上消除在加熱模式下的熱點和冷點，從而相對于相應的線性偏振模的加熱型式提供更大的均勻性。
文檔編號F01N3/028GK101056685SQ200580038750
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權日2004年11月12日
發(fā)明者D·J·格雷格伊雷, J·S·科爾伯恩 申請人:通用汽車公司