CN115711166A - 一种电加热式颗粒捕集器系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电加热式颗粒捕集器系统及控制方法，该系统包括：发动机；通过被过滤空气的进气管路组件：出气口与发动机进气口连接的第一进气管路和第二进气管路；尾气排放组件，包括第一进气口与发动机出气口连接且第二进气口与第二进气管路出气口连接的颗粒捕集器(GPF)；加热组件，包括围绕GPF的接入高频交流电以电磁加热的非接触式加热线圈；控制加热组件及第二进气管路中气体流量的控制器、位于GPF检测温度的温度传感器和位于第二进气管路检测空气流量的气体流量传感器，通过高频交流电以电磁加热，使GPF处于具有一定温度的待工作状态，可快速相应，并通过控制进气管路的气体流量，保证GPF中的氧气浓度，从而实现GPF再生以延长发动机寿命。

Description

一种电加热式颗粒捕集器系统及控制方法

技术领域

本申请实施例涉及车辆技术领域，尤其涉及颗粒捕集器技术领域，具体涉及一种电加热式颗粒捕集器系统及控制方法。

背景技术

为了符合国家排放法规要求，越来越多的汽油车上配置了颗粒捕集器GPF(Gasoline Particulate Filter)，用来过滤和搜集汽油机排气中的颗粒状物质(如：碳烟颗粒或灰分)，降低了汽油机燃烧期间产生的颗粒物排放。但是随着车辆行驶，GPF中的碳载量会越来越高，汽油机排气背压升高，导致性能下降。因此需要定期烧掉GPF中碳烟颗粒(即GPF再生)，以保证汽油机运转正常。

现有技术方案中往往采用“氧化催化器+颗粒捕集器”方法，通过氧化催化器净化氧化反应产生发动机尾气，再由GPF拦截并存储、燃烧排期中的颗粒物，此方法并不适于全部日常状况，当发动机在特定状况下如低速、低负荷或排气温度较低时，不能提供足够热量和氧气，使得再生失败，从而，排气系统背压上升，动力下降，甚至会有发动机报废的风险。此外，催化氧化颗粒捕集器中的积碳所需的再生温度较高，再生时间较长，并难以实现完全再生，同时催化氧化积碳所用的催化剂寿命较短，价格较高，增加了整个尾气处理装置的成本。

为解决上述问题，本发明申请采用电加热式颗粒捕集器及控制方法，提高GPF温度，加快满足再生条件，调节新鲜空气流量，保证GPF中的氧气浓度，从而实现GPF再生，延长发动机寿命，给车辆驾驶者带来更好的驾驶体验。

发明内容

本申请公开的一种电加热式颗粒捕集器系统及控制方法，通过接入高频交流电利用非接触式加热线圈进行电磁加热，可以使GPF处于具有一定温度的待工作状态，以快速响应颗粒再生，同时，通过控制进气管路的气体流量，调节新鲜空气流量，保证GPF中的氧气浓度处于合理范围，从而实现GPF再生，延长发动机寿命。

本发明一方面实施例提供了一种颗粒捕集器系统，包括：

发动机；

进气管路组件，进气管路组件用于通过被过滤的空气，包括第一进气管路和第二进气管路，第一进气管路的出气口与发动机的进气口连接；

尾气排放组件，尾气排放组件包括颗粒捕集器，颗粒捕集器的第一进气口与发动机的出气口连接，颗粒捕集器的第二进气口与第二进气管路的出气口连接；

加热组件，包括围绕在颗粒捕集器外围的非接触式加热线圈，非接触式加热线圈用于通过接入高频交流电进行电磁加热；

控制器、温度传感器和气体流量传感器，温度传感器位于颗粒捕集器上，用于检测颗粒捕集器的温度，控制器用于根据颗粒捕集器的温度控制加热组件的开启和关闭，气体流量传感器位于第二进气管路上，用于检测进入颗粒捕集器的空气流量，控制器还用于根据进入颗粒捕集器的空气流量调整第二进气管路的气体流量。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：沿第一进气管路的空气流通方向依次设置的第一空气过滤器、第一增压器、中冷器和节气门，节气门位于发动机的进气口处。

进一步地，第二进气管路的进气口与第一增压器和中冷器之间的管路连通；或者，第二进气管路的进气口与中冷器和节气门之间的管路连通。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：沿第二进气管路的空气流通方向依次设置的空气泵和节流阀，气体流量传感器位于节流阀的下游位置，空气泵和节流阀分别与控制器连接。

进一步地，第二进气管路还包括进气支路，进气支路的进气口与空气泵上游的第二进气管路连通，进气支路的出气口与空气泵和节流阀之间的第二进气管路连通，进气支路上设置有旁通阀，旁通阀与控制器连接。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：第一压力传感器和第二压力传感器，分别与控制器连接，第一压力传感器用于采集第二进气管路的进气口的第一压力，第二压力传感器用于采集颗粒捕集器的第二进气口的第二压力，控制器用于根据第一压力和第二压力控制第二进气管路的开启与关闭，以及进气支路的开启与关闭。

可选地，第一进气管路和第二进气管路分立设置，还包括：沿第二进气管路的空气流通方向依次设置的第二空气过滤器、空气泵和节流阀，空气泵和节流阀分别与控制器连接，气体流量传感器位于节流阀的下游位置。

可选地，尾气排放组件还包括：第二增压器、三元催化器和消声器，第二增压器位于发动机的出气口处，三元催化器位于颗粒捕集器与第二增压器之间的管路中，消声器位于颗粒捕集器的出气口处，第二进气管路的出气口与三元催化器和颗粒捕集器之间的管路连通。

可选地，加热组件还包括高频电子振荡器和直流电源，高频电子振荡器分别与直流电源和非接触式加热线圈连接，用于将直流电源输出的直流电转换为高频交流电，并输出至非接触式加热线圈。

本发明另一方面实施例提出了一种颗粒捕集器控制方法，基于第一方面任一项的颗粒捕集器系统实现，包括以下步骤：

S1，开始，实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度，以及第二进气管的气体流量；

S2，判断碳载量是否大于第一预设碳载量，若是，则执行S3，若否，则执行S4；

S3，判断温度是否小于预设温度，若是，则执行S5，若否，则执行S6；

S4，颗粒捕集器不再生；

S5，控制加热组件打开对颗粒捕集器进行加热，返回S3，并当温度大于预设温度执行S6之前，控制加热组件关闭；

S6，控制空气泵和节流阀打开；

S7，根据第二进气管路的气体流量调整节流阀的开度；

S8，颗粒捕集器启动再生；

S9，判断碳载量是否小于第二预设碳载量，若是，则执行S10，若否，则返回S8，其中第二预设碳载量小于第一预设碳载量；

S10，颗粒捕集器停止再生，控制空气泵和节流阀关闭，结束。

可选地，颗粒捕集器系统还包括第一压力传感器和第二压力传感器，第二进气管路还包括进气支路，进气支路设置有旁通阀，控制方法中，

S1还包括：获取第一压力传感器采集的第一压力和第二压力传感器采集的第二压力；

在S5之后，S6之前，还包括：S11，判断第一压力是否小于第二压力，若是，则执行S6，若否，则执行S12；

S12，控制节流阀和旁通阀打开；其中，S12位于S7之前；

若执行S12，S10为，颗粒捕集器停止再生，控制旁通阀和节流阀关闭，结束。

根据本发明提供的电加热式颗粒捕集器系统及控制方法，电加热式颗粒捕集器系统包括发动机；进气管路组件，进气管路组件用于通过被过滤的空气，包括第一进气管路和第二进气管路，第一进气管路的出气口与发动机的进气口连接；尾气排放组件，尾气排放组件包括颗粒捕集器，颗粒捕集器的第一进气口与发动机的出气口连接，颗粒捕集器的第二进气口与第二进气管路的出气口连接；加热组件，包括围绕在颗粒捕集器外围的非接触式加热线圈，非接触式加热线圈用于通过接入高频交流电进行电磁加热；控制器、温度传感器和气体流量传感器，温度传感器位于颗粒捕集器上，用于检测颗粒捕集器的温度，控制器用于根据颗粒捕集器的温度控制加热组件的开启和关闭，气体流量传感器位于第二进气管路上，用于检测进入颗粒捕集器的空气流量，控制器还用于根据进入颗粒捕集器的空气流量调整第二进气管路的气体流量。通过接入高频交流电利用非接触式加热线圈进行电磁加热，解决了当发动机在特定状况下如低速、低负荷或排气温度较低时，不能提供足够热量和氧气，使得再生失败，排气系统背压上升，动力下降，甚至会有发动机报废的风险的问题，还解决了颗粒捕集器中的积碳所需的再生温度较高，再生时间较长，也难以实现完全再生的问题，由此，该系统可以使GPF处于具有一定温度的待工作状态，可快速响应，同时，通过控制气管路的气体流量，调节新鲜空气流量，保证GPF中的氧气浓度，从而实现GPF再生，延长发动机寿命。本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本发明实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图；

图2是根据图1提供的电加热式颗粒捕集器系统的控制线路连接示意图；

图3是根据本发明另一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器的控制方法的流程图；

图6是根据本发明另一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器的控制方法的流程图。

其中，1-发动机；2-节气门；3-中冷器；4-第一空气过滤器；5-第一增压器；6-三元催化器；7-颗粒捕集器；8-消声器；9-空气泵；10-节流阀；11-气体流量传感器；12-温度传感器；13-非接触式加热线圈；14-高频电子振荡器；15-直流电源；16-旁通阀；17-第一压力传感器；18-第二压力传感器；19-第二空气过滤器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图，该系统可用于汽车的颗粒捕集器系统，具体包括：

发动机；

进气管路组件，进气管路组件用于通过被过滤的空气，包括第一进气管路和第二进气管路，第一进气管路的出气口与发动机的进气口连接；

尾气排放组件，尾气排放组件包括颗粒捕集器，颗粒捕集器的第一进气口与发动机的出气口连接，颗粒捕集器的第二进气口与第二进气管路的出气口连接；

加热组件，包括围绕在颗粒捕集器外围的非接触式加热线圈，非接触式加热线圈用于通过接入高频交流电进行电磁加热；

控制器、温度传感器和气体流量传感器，温度传感器位于颗粒捕集器上，用于检测颗粒捕集器的温度，控制器用于根据颗粒捕集器的温度控制加热组件的开启和关闭，气体流量传感器位于第二进气管路上，用于检测进入颗粒捕集器的空气流量，控制器还用于根据进入颗粒捕集器的空气流量调整第二进气管路的气体流量。

其中，发动机包括但不限于机械增压发动机、涡轮增压发动机等燃油类发动机，颗粒捕集器用来过滤和搜集燃油类发动机排气中的颗粒状物质(如：碳烟颗粒或灰分)，进气端分别与发动机的出气口和输送被过滤空气的第二进气管路的出气口连接，加热组件中的非接触式加热线圈，不同于其他加热器件如加热电阻，感应加热的效果由两部分叠加，一部分是因材料电阻率引起的涡流加热，另一部分是由交变电流通过线圈产生交变磁场而导致的磁滞加热，从而可以高效、快速加热；用于检测颗粒捕集器温度的温度传感器，包括但不限于感温元件例如热电偶传感器、热敏电阻传感器、集成模拟温度传感器和数字输出传感器等；用于检测进入颗粒捕集器的空气流量的气体流量传感器，包括但不限于节流式气体流量传感器、容积式气体流量传感器和编码器式传感器等，值得注意的是控制器的具体操作在后文结合图2进行解释说明。

发动机1的进气口和出气口分别与第一进气管路的出气口和尾气排放组件中颗粒捕集器7的第一进气口连接，设置有气体流量传感器11的第二进气管路的出气口与设置有用于改变温度的非接触式加热线圈13和用于检测温度的温度传感器12的颗粒捕集器7的第二进气口连接，可以理解的是，被过滤的空气由第一进气管路输送至发动机，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机1的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，同时被过滤的空气由第二进气管路输送经颗粒捕集器7的第二进气口到达颗粒捕集器7，控制器根据温度传感器12所检测到的颗粒捕集器的温度，改变非接触式加热线圈13的工作状态，并根据气体流量传感器11所检测到进入颗粒捕集器7的空气流量，对进入颗粒捕集器7的空气流量进行调控，为颗粒捕集器提供足够热量和氧气，满足颗粒捕集器再生条件，从而避免排气系统出现背压上升，动力下降的问题，最终使得所排放尾气符合国家法规要求。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：沿第一进气管路的空气流通方向依次设置的第一空气过滤器4、第一增压器5、中冷器3和节气门2，节气门2位于发动机的进气口处。

其中，空气过滤器是通过多孔过滤材料的作用从气固两相流中捕集粉尘，并使气体得以净化的设备，将净化处理后符合工艺要求的洁净的空气送入发动机，以保证发动机内的空气洁净度，包括但不限于干式空气过滤器和/或湿式空气过滤器；增压器用于压缩空气以提高空气的密度使更多的空气充填到气缸里，从而增大发动机功率，增压器包括但不限于废气涡轮增压器、机械涡轮增压器和电辅助涡轮增压器；中冷器为增压器的配套器件，经过增压器的热传导会提高气体的温度，中冷器3可以是水冷式样或风冷式样对其进行降温；节气门2为用于控制发动机的进气量的节气阀；第一空气过滤器4和第一增压器5依空气进入方向设置在第一进气管路的进气口处，在第一进气管路中第一增压器5和出气口之间设置中冷器3，在发动机1的进气口处，即第一进气管路的出气口处设置节气门2。

可以理解的是，经第一空气过滤器4净化处理后将符合工艺要求的清洁空气，在第一增压器5的作用下进入第一进气管路，控制器开启节气门2，过滤后的空气进入发动机，参与反应，提供动力。

进一步地，如图1所示，第二进气管路的进气口与第一增压器5和中冷器3之间的管路连通。

可以理解的是，流经第二进气管路的气体与流经中冷器3的气体相同均为被第一空气过滤器净化处理后的气体。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：沿第二进气管路的空气流通方向依次设置的空气泵9和节流阀10，气体流量传感器11位于节流阀10的下游位置，空气泵9和节流阀10分别与控制器连接。

其中，空气泵用于将第一进气管路的气体泵入第二进气管路，节流阀用于控制由第二进气管路流入颗粒捕集器的气体流量，气体流量传感器11位于节流阀的下游位置，近颗粒捕集器的第二进气口，所采集的数据更准确，控制器根据所检测数据对空气泵和节流阀分别进行控制。

示例性地，当空气泵9辅助第一进气管路的气体进入第二进气管路时，控制器根据所检测数据调节节流阀10控制第二进气管路中气体流量，并由气体流量传感器11进行监测。

进一步地，第二进气管路还包括进气支路，进气支路的进气口与空气泵9上游的第二进气管路连通，进气支路的出气口与空气泵9和节流阀10之间的第二进气管路连通，进气支路上设置有旁通阀16，旁通阀16与控制器连接。

可以理解的是，进气支路的设置为颗粒捕集器的进气路径增加了选择，旁通阀16与空气泵9并联，空气泵也可以不参加第二进气管路的进气。

示例性地，当发动机处于低性能工作状态如大负荷时，产生高压气体，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体进入第二进气管路，在气体流量传感器11监测下，控制器调整节流阀10，改变第二进气管路的气体流量，从而调控颗粒捕集器7的进气量。

进一步地，颗粒捕集器系统，具体还包括：第一压力传感器17和第二压力传感器18，分别与控制器连接，第一压力传感器17用于采集第二进气管路的进气口的第一压力，第二压力传感器18用于采集颗粒捕集器7的第二进气口的第二压力，控制器用于根据第一压力和第二压力控制第二进气管路的开启与关闭，以及进气支路的开启与关闭。

可以理解的是，当第一压力传感器17采集到第二进气管路的进气口的第一压力小于第二压力传感器18采集到颗粒捕集器7的第二进气口的第二压力，气体进入第二进气管路受阻，需要空气泵9进行辅助，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体在空气泵9泵送进入第二进气管路，在气体流量传感器13监测下控制器调整节流阀10，增大第二进气管路的气体流量，从而增加颗粒捕集器7的进气量；当第一压力传感器17采集到第二进气管路的进气口的第一压力不小于第二压力传感器18采集到颗粒捕集器7的第二进气口的第二压力，气体可顺畅进入第二进气管路，无需空气泵9进行辅助，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体进入第二进气管路，在气体流量传感器13监测下控制器调整节流阀10，改变第二进气管路的气体流量，从而调控颗粒捕集器7的进气量。值得注意的是，旁通阀16的存在还可以对空气泵9进行保护，防止第一压力与第二压力的压力差值过大，导致倒吸，损害空气泵。其中，当第一压力大于第二压力的时候，进气支路可以对第一进气管路进行泄压。

示例性地，当发动机处于高性能工作状态如小负荷时，产生低压气体，压力传感器检测到第一压力小于第二压力，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体进入第二进气管路，在气体流量传感器13检测下控制器调整节流阀10，改变第二进气管路的气体流量，从而调控颗粒捕集器7的进气量。当发动机处于低性能工作状态如大负荷时，产生高压气体，压力传感器检测到第一压力不小于第二压力，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，大量气体进入第二进气管路，在气体流量传感器13监测下控制器调整节流阀10，改变第二进气管路的气体流量，从而调控颗粒捕集器7的进气量。

图2是根据图1提供的电加热式颗粒捕集器系统的控制线路连接示意图，可结合图1、图2对本发明实施例提供的一种电加热式颗粒捕集器系统进行说明。该控制线路可用于汽车的颗粒捕集器系统，具体包括：

控制器作为发动机电子控制单元可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件，包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。控制器分别连接第一压力传感器17、温度传感器12、气体流量传感器11、第二压力传感器18、旁通阀16、空气泵9、节流阀10和高频电子振荡器14，控制器实时收集温度传感器12采集的颗粒捕集器的温度数据、气体流量传感器11采集的颗粒捕集器的空气流量数据及第一压力传感器17和第二压力传感器18分别采集的第二进气管路的进气口的第一压力和颗粒捕集器的第二进气口的第二压力数据，并结合数据控制相应器件，具体为：

控制器根据温度传感器12采集的颗粒捕集器的温度控制加热组件中高频电子振荡器14的开启和关闭，对颗粒捕集器进行加热，即当颗粒捕集器的温度低于预设温度，控制器开启高频电子振荡器14，将直流电转变为交流电，非接触式加热线圈对颗粒捕集器加热，温度升高至预设温度，若颗粒捕集器的温度高于预设温度，则控制器关闭高频电子振荡器14，非接触式加热线圈停止对颗粒捕集器加热；当颗粒捕集器的温度不低于预设温度，无需对颗粒捕集器加热，控制器关闭高频电子振荡器14或保持关闭状态。

控制器根据温度传感器12采集的颗粒捕集器的温度控制旁通阀16、空气泵9及节流阀10进行尾气处理，即当颗粒捕集器的温度不低于预设温度，控制器打开节流阀10和旁通阀16或打开节流阀10和空气泵9调整及状态进行尾气处理。

控制器还用于根据气体流量传感器11采集的颗粒捕集器的空气流量数据控制旁通阀16、空气泵9及节流阀10开启或关闭及调整节流阀10的开度，控制第二进气管路的开启与关闭，以及进气支路的开启与关闭，调控第二进气管路的气体流量。

控制器还用于根据第一压力传感器17和第二压力传感器18分别采集的第二进气管路的进气口的第一压力和颗粒捕集器的第二进气口的第二压力数据控制第二进气管路的开启与关闭，以及进气支路的开启与关闭。当第一压力传感器17采集到第二进气管路的进气口的第一压力小于第二压力，气体进入第二进气管路受阻，需要空气泵9进行辅助，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体在空气泵9泵送进入第二进气管路，在气体流量传感器11监测下控制器调整节流阀10，增大第二进气管路的气体流量，从而增加颗粒捕集器7的进气量；当第一压力传感器17采集到第二进气管路的进气口的第一压力不小于第二压力传感器18采集到颗粒捕集器7的第二进气口的第二压力，气体可顺畅进入第二进气管路，无需空气泵9进行辅助，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体经进气支路通过第二进气管路，在气体流量传感器13监测下控制器调整节流阀10，改变第二进气管路的气体流量，从而调控颗粒捕集器7的进气量。

结合图1和图2，空气经第一空气过滤器4净化处理后在第一增压器5作用下进入第一进气管路，一部分气体经中冷器3降温后输送至发动机1，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，另一部分气体则进入第二进气管路，在第一压力小于第二压力时，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体在空气泵9作用下经第二进气管路泵送至颗粒捕集器7，或在第一压力不小于第二压力时，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体经进气支路通过第二进气管路，气体则进入第二进气管路由第二进气口到达颗粒捕集器7，同时经控制器根据所收集数据改变加热组件的工作状态，为颗粒捕集器7提供足够热量和氧气，满足颗粒捕集器再生条件，从而影响颗粒捕集器的工作状态，避免排气系统背压上升，动力下降，并使得所排放尾气符合国家法规要求，经尾气处理后经消音器8排出。

根据本发明的一方面，提供了一种电加热式颗粒捕集器系统，图3是根据本发明另一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图，参考图3，该电加热式颗粒捕集器系统具体包括：发动机1、节气门2、中冷器3、第一空气过滤器4、第一增压器5、三元催化器6、颗粒捕集器、消声器8、第一压力传感器17、旁通阀16、空气泵9、节流阀10、气体流量传感器11、第二压力传感器18、温度传感器12、非接触式加热线圈13、高频电子振荡器14和直流电源15。

其中，第二进气管路的进气口与中冷器3和节气门2之间的管路连通。发动机1的进气口处设置有节气门，发动机1的进气口和出气口分别与第一进气管路的出气口和尾气排放组件中颗粒捕集器7的第一进气口连接，第一进气管路的进气口依空气进入方向设置有第一空气过滤器4和第一增压器5，第一进气管路中设置有中冷器3，第二进气管路的进气口和出气口分别与第一进气管路和尾气排放组件中颗粒捕集器7的第二进气口连接，第二进气管路的进气口位于中冷器3和节气门2之间，在第二进气管路上气体流通方向依次设置有空气泵9和节流阀10，气体流量传感器11位于节流阀10的下游位置，另设置与空气泵并联的旁通阀16为进气支路，颗粒捕集器7的第一进气口和第二进气口分别与第一进气管路的出气口和第二进气管路的出气口连接，颗粒捕集器7的出气口与消音器8相连。

可以理解的是，空气经第一空气过滤器4净化处理后在第一增压器5作用下进入第一进气管路，经中冷器3降温后一部分气体输送至发动机1，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，另一部分气体则进入第二进气管路，在第一压力小于第二压力时，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体在空气泵9作用下经第二进气管路泵送至颗粒捕集器7，或在第一压力不小于第二压力时，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体经进气支路通过第二进气管路，气体则进入第二进气管路由第二进气口到达颗粒捕集器7，同时经控制器根据所收集数据改变加热组件的工作状态，即启动高频电子振荡器14将直流电源15提供的直流电转换为交流电，处于交变磁场的非接触式加热线圈13，为颗粒捕集器7提供足够热量和氧气，满足颗粒捕集器再生条件，从而影响颗粒捕集器的工作状态，避免排气系统产生背压上升，动力下降的问题，并使得所排放尾气符合国家法规要求，经尾气处理后经消音器8排出。

值得说明的是，在本发明实施例中，经第一空气过滤器4净化处理后的空气通过中冷器3后分别进入发动机1和第二进气管路，经过降温的气体流经第二进气管路和/或进气支路，进入颗粒捕集器7，避免经第一增压器压缩后的高温气体对置于进气支路的旁通阀16与置于第二进气管路的空气泵9、节流阀10和气体流量传感器11产生的影响，如高温产生的形变和老化及使用寿命的缩短，同时气体温度的降低有利于提升发动机效率。

可选地，第一进气管路和第二进气管路分立设置，具体还包括：沿第二进气管路的空气流通方向依次设置的第二空气过滤器19、空气泵9和节流阀10，空气泵9和节流阀10分别与控制器连接，气体流量传感器11位于节流阀10的下游位置。

图4是根据本发明又一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图，参考图4。

可以理解的是，空气经第一空气过滤器4净化处理后在第一增压器5作用下进入第一进气管路，经中冷器3降温后全部气体输送至发动机1，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，同时，空气经第二空气过滤器19净化处理后进入第二进气管路，在第一压力小于第二压力时，控制器关闭旁通阀16同时开启空气泵9和节流阀10，气体在空气泵9作用下经第二进气管路泵送至颗粒捕集器7，或在第一压力不小于第二压力时，控制器关闭空气泵9同时开启旁通阀16和节流阀10，气体经进气支路通过第二进气管路，气体则进入第二进气管路由第二进气口到达颗粒捕集器7，同时经控制器根据所收集数据改变加热组件的工作状态，即启动高频电子振荡器14将直流电源15提供的直流电转换为交流电，处于交变磁场的非接触式加热线圈13，为颗粒捕集器7提供足够热量和氧气，满足颗粒捕集器再生条件，从而影响颗粒捕集器的工作状态，避免排气系统背压上升，动力下降，并使得所排放尾气符合国家法规要求，经尾气处理后经消音器8排出。

值得说明的是，第一进气管路和第二进气管路分立设置，一方面可以减小第一进气管路的压力，减少器件损耗，延长器件寿命，如第一空气过滤器和第二空气过滤器可以根据需要选择匹配但类型不同的过滤器，并且可以单独更换；另一方面，便于对第一进气管路和第二进气管路的分别检测和控制，减小管路之间的相互影响，如第二进气管路可以直接由外界供气避免进入的空气携带大量热量对颗粒捕集器产生影响，同时减少经过第一进气管路中中冷器的气体，减轻中冷器的负担，有助于颗粒捕集器效率的提升和中冷器使用寿命的延长。

可选地，尾气排放组件还包括：第二增压器、三元催化器6和消声器8，第二增压器位于发动机1的出气口处，三元催化器6位于颗粒捕集器7与第二增压器之间的管路中，消声器8位于颗粒捕集器7的出气口处，第二进气管路的出气口与三元催化器6和颗粒捕集器7之间的管路连通。

其中，第二增压器为与第一增压器配套的器件，三元催化器为采用物理和/或化学方式对尾气中颗粒进行吸附和转化至排放标准的催化器，三元催化器位于颗粒捕集器与第二增压器之间的管路中，可以将第一进气管路和第二进气管路的气体充分混合后经过颗粒捕集器处理，消声器用于降低尾气排放音量，减小噪音，为用户和行人带来良好的体验。

可选地，加热组件还包括高频电子振荡器14和直流电源15，高频电子振荡器14分别与直流电源15和非接触式加热线圈13连接，用于将直流电源15输出的直流电转换为高频交流电，并输出至非接触式加热线圈。

其中，加热组件中，高频电子振荡器14将直流电源15提供的直流电转换为交流电，处于交变磁场的非接触式加热线圈13，为颗粒捕集器7提供足够热量和氧气，满足颗粒捕集器再生条件，从而影响颗粒捕集器的工作状态，加热组件中的非接触式加热线圈，不同于其他加热器件如加热电阻，感应加热的效果由两部分叠加，一部分是因材料电阻率引起的涡流加热，另一部分是由交变电流通过线圈产生交变磁场而导致的磁滞加热，从而可以高效、快速加热；用于检测颗粒捕集器温度的温度传感器，包括但不限于感温元件例如热电偶传感器、热敏电阻传感器、集成模拟温度传感器和数字输出传感器等；用于检测进入颗粒捕集器的空气流量的气体流量传感器，包括但不限于节流式气体流量传感器、容积式气体流量传感器和编码器式传感器等。

图5是根据本发明一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器的控制方法的流程图，该方法基于上述任一项的颗粒捕集器系统实现，图1是根据本发明实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图，参考图1并结合图2和图5所示，该控制方法包括以下步骤：

S1，开始，实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度，以及第二进气管的气体流量；

其中，控制器需要根据所采集颗粒捕集器的碳载量、温度，以及第二进气管的气体流量等数据进行实际操作。

S2，判断碳载量是否大于第一预设碳载量，若是，则执行S3，若否，则执行S4；

S3，判断温度是否小于预设温度，若是，则执行S5，若否，则执行S6；

其中，所测温度为颗粒捕集器的温度，由位于颗粒捕集器上的温度传感器12完成实时检测。

S4，颗粒捕集器不再生；

其中，颗粒捕集器不再生是指所排尾气可直接经消声器8排出，无需颗粒捕集器处理。

S5，控制加热组件打开对颗粒捕集器进行加热，返回S3，并当温度大于预设温度执行S6之前，控制加热组件关闭；

S6，控制空气泵和节流阀打开；

其中，当空气泵和节流阀打开，气体可以进入第二进气管路，其中气体可以来自第一进气管路，也可以是经第二空气过滤器的空气。

S7，根据第二进气管路的气体流量调整节流阀的开度；

可以改变节流阀的打开的角度和面积，调整第二进气管路的气体流量。

S8，颗粒捕集器启动再生；

S9，判断碳载量是否小于第二预设碳载量，若是，则执行S10，若否，则返回S8，其中第二预设碳载量小于第一预设碳载量；

S10，颗粒捕集器停止再生，控制空气泵和节流阀关闭，结束。

可以理解的是，运行开始，气体流量传感器13和温度传感器12等器件实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度，以及第二进气管的气体流量的数值，空气经第一空气过滤器4净化处理后在第一增压器5作用下进入第一进气管路，一部分气体经中冷器3降温后输送至发动机1，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，另一部分气体则进入第二进气管路，当颗粒捕集器的温度低于预设温度，控制器开启高频电子振荡器14，将直流电转变为交流电，非接触式加热线圈对颗粒捕集器加热，温度升高至预设温度，若颗粒捕集器的温度高于预设温度，则控制器关闭高频电子振荡器14，非接触式加热线圈停止对颗粒捕集器加热；当颗粒捕集器的温度不低于预设温度，无需对颗粒捕集器加热，控制器关闭高频电子振荡器14或保持关闭状态，控制器打开节流阀10和旁通阀16或打开节流阀10和空气泵9调整及状态进行尾气处理；之后当判断碳载量小于第二预设碳载量时，颗粒捕集器停止再生，控制空气泵和节流阀关闭，当判断碳载量不小于第二预设碳载量时，颗粒捕集器继续工作，直至碳载量小于第二预设碳载量，颗粒捕集器停止再生，控制空气泵和节流阀关闭，结束。

图6是根据本发明另一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器的控制方法的流程图，该方法基于上述任一项的颗粒捕集器系统实现，图3为根据本发明另一个实施例提供的电加热式颗粒捕集器系统的结构示意图，参考图3并结合图2和图6所示，

可选地，颗粒捕集器系统还包括第一压力传感器和第二压力传感器，第二进气管路还包括进气支路，进气支路设置有旁通阀，该控制方法包括以下步骤：

S1，开始，实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度，以及第二进气管的气体流量；获取第一压力传感器采集的第一压力和第二压力传感器采集的第二压力；

S2，判断碳载量是否大于第一预设碳载量，若是，则执行S3，若否，则执行S4；

S3，判断温度是否小于预设温度，若是，则执行S5，若否，则执行S11；

S4，颗粒捕集器不再生；

S5，控制加热组件打开对颗粒捕集器进行加热，判断温度是否大于预设温度，若是，则控制加热组件关闭，执行S11，若否，则返回S5；

S6，控制空气泵和节流阀打开；

S7，根据第二进气管路的气体流量调整节流阀的开度；

S8，颗粒捕集器启动再生；

S9，判断碳载量是否小于第二预设碳载量，若是，则执行S10，若否，则返回S8，其中第二预设碳载量小于第一预设碳载量；

S10，若执行S12，颗粒捕集器停止再生，控制旁通阀和节流阀关闭，结束；若执行S6，颗粒捕集器停止再生，控制空气泵和节流阀关闭，结束；

S11，判断第一压力是否小于第二压力，若是，则执行S6，若否，则执行S12；

S12，控制节流阀和旁通阀打开。

可以理解的是，运行开始，第一压力传感器17、气体流量传感器13、第二压力传感器18和温度传感器12等器件实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度、第二进气管的气体流量、第一压力和第二压力的数值，空气经第一空气过滤器4净化处理后在第一增压器5作用下进入第一进气管路，经中冷器3降温后全部气体输送至发动机1，参与产生动力后混合碳烟颗粒或灰分等颗粒状物质，经发动机的出气口和颗粒捕集器7的第一进气口到达颗粒捕集器7，同时，空气经第二空气过滤器19净化处理后进入第二进气管路，判断碳载量是否大于第一预设碳载量，若是，则判断温度是否小于预设温度，若否，则颗粒捕集器不再生，气体可直接通过消音器8排出；判断温度是否小于预设温度，若是，当颗粒捕集器的温度低于预设温度，控制器开启高频电子振荡器14，将直流电转变为交流电，非接触式加热线圈13对颗粒捕集器加热，温度升高，若颗粒捕集器的温度高于预设温度，则控制器关闭高频电子振荡器14，非接触式加热线圈13停止对颗粒捕集器加热；当颗粒捕集器的温度不低于预设温度，则判断第一压力是否小于第二压力。若第一压力小于第二压力，则气体进入第二进气管路受阻，需要空气泵9辅助，控制器控制空气泵9和节流阀10打开，大量气体进入第二进气管路；若第一压力大于第二压力，则气体在压力差下可以顺畅进入第二进气管，控制器控制节流阀10和旁通阀16打开，气体通过进气支路到达颗粒捕集器；根据第二进气管路的气体流量调整节流阀的开度，调整第二进气管路的气体流量，颗粒捕集器再生，第一进气管的气体和第二进气管的气体混合后，通过再生的颗粒捕集器，由三元催化器采用物理和/或化学方式对混合气体中颗粒进行吸附和转化后，当载碳量大于第二预设载碳量，经消音器8排放，当载碳量不大于第二预设载碳量，颗粒捕集器再生，直至所排气体载碳量均大于第二预设载碳量，经消音器8排放。

根据本发明提供的电加热式颗粒捕集器系统及控制方法，电加热式颗粒捕集器系统包括发动机；进气管路组件，进气管路组件用于通过被过滤的空气，包括第一进气管路和第二进气管路，第一进气管路的出气口与发动机的进气口连接；尾气排放组件，尾气排放组件包括颗粒捕集器，颗粒捕集器的第一进气口与发动机的出气口连接，颗粒捕集器的第二进气口与第二进气管路的出气口连接；加热组件，包括围绕在颗粒捕集器外围的非接触式加热线圈，非接触式加热线圈用于通过接入高频交流电进行电磁加热；控制器、温度传感器和气体流量传感器，温度传感器位于颗粒捕集器上，用于检测颗粒捕集器的温度，控制器用于根据颗粒捕集器的温度控制加热组件的开启和关闭，气体流量传感器位于第二进气管路上，用于检测进入颗粒捕集器的空气流量，控制器还用于根据进入颗粒捕集器的空气流量调整第二进气管路的气体流量。其中，当需要颗粒捕集器再生时，颗粒捕集器已经非接触式加热线圈升温至待工作状态，可及时参与尾气处理，同时，非接触式加热线圈具有多种加热方式叠加可以在节约能源消耗的基础上快速加热，解决了当发动机在特定状况下如低速、低负荷或排气温度较低时，不能提供足够热量和氧气，使得再生失败，排气系统背压上升，动力下降，甚至会有发动机报废的风险的问题以及颗粒捕集器中的积碳所需的再生温度较高，再生时间较长，也难以实现完全再生的问题，可以使颗粒捕集器处于具有一定温度的待工作状态，可快速相应，同时，通过相应的控制方法可根据器件实时获取颗粒捕集器的碳载量、温度、第二进气管的气体流量、第一压力和第二压力的数值控制气管路的气体流量，调节新鲜空气流量，保证颗粒捕集器中的氧气浓度，从而实现颗粒捕集器再生，延长发动机寿命。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种颗粒捕集器系统，其特征在于，包括：

发动机；

进气管路组件，所述进气管路组件用于通过被过滤的空气，包括第一进气管路和第二进气管路，所述第一进气管路的出气口与所述发动机的进气口连接；

尾气排放组件，所述尾气排放组件包括颗粒捕集器，所述颗粒捕集器的第一进气口与所述发动机的出气口连接，所述颗粒捕集器的第二进气口与所述第二进气管路的出气口连接；

加热组件，包括围绕在所述颗粒捕集器外围的非接触式加热线圈，所述非接触式加热线圈用于通过接入高频交流电进行电磁加热；

控制器、温度传感器和气体流量传感器，所述温度传感器位于所述颗粒捕集器上，用于检测所述颗粒捕集器的温度，所述控制器用于根据所述颗粒捕集器的温度控制所述加热组件的开启和关闭，所述气体流量传感器位于所述第二进气管路上，用于检测进入所述颗粒捕集器的空气流量，所述控制器还用于根据进入所述颗粒捕集器的空气流量调整所述第二进气管路的气体流量。

2.根据权利要求1所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，还包括：沿所述第一进气管路的空气流通方向依次设置的第一空气过滤器、第一增压器、中冷器和节气门，所述节气门位于所述发动机的进气口处。

3.根据权利要求2所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，所述第二进气管路的进气口与所述第一增压器和所述中冷器之间的管路连通；或者，所述第二进气管路的进气口与所述中冷器和所述节气门之间的管路连通。

4.根据权利要求3所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，还包括：沿所述第二进气管路的空气流通方向依次设置的空气泵和节流阀，所述气体流量传感器位于所述节流阀的下游位置，所述空气泵和所述节流阀分别与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，所述第二进气管路还包括进气支路，所述进气支路的进气口与所述空气泵上游的所述第二进气管路连通，所述进气支路的出气口与所述空气泵和所述节流阀之间的所述第二进气管路连通，所述进气支路上设置有旁通阀，所述旁通阀与所述控制器连接。

6.根据权利要求5所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，还包括：第一压力传感器和第二压力传感器，分别与所述控制器连接，所述第一压力传感器用于采集所述第二进气管路的进气口的第一压力，所述第二压力传感器用于采集所述颗粒捕集器的第二进气口的第二压力，所述控制器用于根据所述第一压力和所述第二压力控制所述第二进气管路的开启与关闭，以及所述进气支路的开启与关闭。

7.根据权利要求2所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，所述第一进气管路和所述第二进气管路分立设置，还包括：沿所述第二进气管路的空气流通方向依次设置的第二空气过滤器、空气泵和节流阀，所述空气泵和所述节流阀分别与所述控制器连接，所述气体流量传感器位于所述节流阀的下游位置。

8.根据权利要求1所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，所述尾气排放组件还包括：第二增压器、三元催化器和消声器，所述第二增压器位于所述发动机的出气口处，所述三元催化器位于所述颗粒捕集器与所述第二增压器之间的管路中，所述消声器位于所述颗粒捕集器的出气口处，所述第二进气管路的出气口与所述三元催化器和所述颗粒捕集器之间的管路连通。

9.根据权利要求1所述的颗粒捕集器系统，其特征在于，所述加热组件还包括高频电子振荡器和直流电源，所述高频电子振荡器分别与所述直流电源和所述非接触式加热线圈连接，用于将所述直流电源输出的直流电转换为高频交流电，并输出至所述非接触式加热线圈。

10.一种颗粒捕集器控制方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的颗粒捕集器系统实现，包括以下步骤：

S1，开始，实时获取所述颗粒捕集器的碳载量、温度，以及所述第二进气管的气体流量；

S2，判断所述碳载量是否大于第一预设碳载量，若是，则执行S3，若否，则执行S4；

S3，判断所述温度是否小于预设温度，若是，则执行S5，若否，则执行S6；

S4，所述颗粒捕集器不再生；

S5，控制所述加热组件打开对所述颗粒捕集器进行加热，返回所述S3，并当所述温度大于所述预设温度执行S6之前，控制所述加热组件关闭；

S6，控制所述空气泵和所述节流阀打开；

S7，根据所述第二进气管路的气体流量调整所述节流阀的开度；

S8，所述颗粒捕集器启动再生；

S9，判断所述碳载量是否小于第二预设碳载量，若是，则执行S10，若否，则返回所述S8，其中所述第二预设碳载量小于所述第一预设碳载量；

S10，所述颗粒捕集器停止再生，控制所述空气泵和所述节流阀关闭，结束。

11.根据权利要求10所述的颗粒捕集器控制方法，其特征在于，所述颗粒捕集器系统还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第二进气管路还包括进气支路，所述进气支路设置有旁通阀，所述控制方法中，

所述S1还包括：获取所述第一压力传感器采集的第一压力和所述第二压力传感器采集的第二压力；

在所述S5之后，所述S6之前，还包括：S11，判断所述第一压力是否小于所述第二压力，若是，则执行所述S6，若否，则执行S12；

S12，控制所述节流阀和所述旁通阀打开；其中，所述S12位于所述S7之前；

若执行所述S12，所述S10为，所述颗粒捕集器停止再生，控制所述旁通阀和所述节流阀关闭，结束。

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