CN101512113B - 增强滤烟器保护的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

披露了用于增强滤烟器(126)保护的一种装置、系统和方法。该方法通过解读基准再生计划(214)、估计当前滤烟器条件组(228)是否指示再生正在进行(414)、以及在内燃机(102)的工作产生阈值数量的烟粒时设置内燃机工作指示器(404)，从而增强滤烟器的保护。该方法可继续基于基准再生计划(214)和内燃机工作指示器(404)累加第一个计数器(610)，并在第一个计数器达到第一个阈值(612)时激活再生请求指示器(412)。该方法可进一步包括在再生请求指示器(412)处于活动状态时累加第二个计数器(618)，其中第二个计数器(618)的累加值是基于再生是否进行。该方法进一步包括在第二个定时器达到第二个阈值(620)时禁用再生请求指示器。

Description

增强滤烟器保护的装置、系统和方法

发明背景

发明领域

本发明与内燃机后处理(aftertreatment)系统有关，具体来说与滤烟器(soot filter)的保护有关。

相关技术说明

环保问题已促使世界的大部分地区开始实施内燃机排放要求。美国环保署(EPA)等政府机构认真监控内燃机的尾气质量，并设置所有内燃机都必须遵守的可接受排放标准。一般来说，排放要求取决于内燃机的类型。压缩点火(柴油)内燃机的尾气检测一般监控柴油颗粒物质(PM)、氮氧化合物(NOx)和未燃烧碳氢化合物(UHC)的排放。尾气后处理系统中已经采用的催化器用于清除尾气中存在的大部分污染物。但若要清除柴油颗粒物质，通常必须在催化器下游或与催化器联合来安装柴油颗粒过滤器(DPF)。

常用的柴油颗粒过滤器由一个多孔陶瓷基质组成，内含允许尾气通过的多个平行通道。这样，颗粒物质就会在过滤器表面聚积，形成一个垢层，而为了防止阻碍尾气流，最终必须将此垢层清除。常见的颗粒物质有灰和烟粒。灰一般是机油燃烧后的残渣，几乎是不可燃烧的，并在过滤器内缓慢累积。而烟粒主要由碳组成，来自燃油的不完全燃烧，在颗粒物质累积中一般占有很大比例。各种条件(包括但不限于内燃机的工作条件、行驶里程、驾驶习惯、地形等)影响着柴油颗粒过滤器内颗粒物质的累积速度。

颗粒物质累积一般会导致尾气系统中的背压。内燃机承受过多背压会使其性能下降。一般来说，颗粒物质会在适中温度下存在NO2时或在较高温度下存在氧气时氧化。如果在氧化过程开始时已经聚积了过多的颗粒物质，氧化速度有可能非常高，足以引发不受控制的温度偏移。其产生的热量会损坏过滤器，破坏周围结构。修复费用可能非常昂贵。

为了防止潜在的危险情况，最好是在颗粒物质累积到过量水平前，以可控的再生过程氧化累积的颗粒物质。为了氧化累积的颗粒物质，温度通常必须超过过滤器进气口处一般达到的温度。在某些应用中，氧化温度可在正常工作温度下取得，但在另外一些应用中，必须使用其他方法来启动柴油颗粒过滤器的再生。在一种方法中，反应物(比如柴油)被引入尾气后处理系统中，以产生较高温度并启动过滤器中累积颗粒的氧化。至于是部分再生还是完全再生，取决于过滤器处于较高温度下的时间长度以及过滤器中剩余颗粒物质的数量。由可控再生或不受控制的再生引发的部分再生可导致颗粒物质在颗粒过滤器基质上的不规则分布。

可控再生过去一直以设定的间隔启动，例如行驶里程或时间。但由于几方面的原因，基于间隔的再生未被证明完全有效。首先，对于一个很少或没有颗粒累积的颗粒过滤器，再生降低了内燃机的燃油经济性，并且不必要地将颗粒过滤器置于破坏性的温度周期下。其次，如果颗粒物质在下一次再生前显著累积，由尾气流阻塞而导致的背压则会对内燃机的性能造成不利影响。另外，对于含大量累积颗粒的颗粒过滤器所进行的(有意或无意的)再生会变得无法控制，并有可能导致过滤器故障或类似情况。因此，许多以固定间隔再生的颗粒过滤器必须频繁更换以保持尾气后处理系统的完整性。

最近，有人尝试估计颗粒过滤器中累积的颗粒物质的数量以更有效地响应实际的颗粒累积，例如一种广为使用的方法就是通过柴油颗粒过滤器两端的压力差来估算。但这些尝试通常没有考虑内燃机工作条件、传感器噪音测量水平、尾气流估计误差以及累积颗粒不均匀分布的差异。在很多情况下，这些方法也包含随时间产生的误差，并偏离了实际的烟负荷情况。

这些问题中的一部分已经通过综合基于模型和基于传感器的烟粒估计值而得到克服。虽然此方法显著改善了燃油经济性和后处理应用中滤烟器的耐用性，但在某些情况下新的方法仍不能保护滤烟器。

在一些应用中，滤烟器会加热和氧化中间的烟粒，但其周边并没有达到能够完全再生的温度。虽然综合的烟粒负荷模型和传感器方法可生成正确的总体烟粒负荷，但周边烟粒浓度会随时间而累积，并可导致不可控制的再生。

在其他应用中，车辆一般可在没有任何活跃烟粒再生的情况下氧化烟粒。例如，车辆可产生足够的温度和NO2，使得总体烟粒负荷从不需要基于氧气的较高温度的再生。但稳定状态的烟粒清除不能清洁整个过滤器，而且这些应用不能用于过滤器内烟粒浓度较高的区域。如果车辆产生高温，例如可能在长距离爬坡中产生，烟粒的局部高浓度可触发不受控制的再生。

最后，一些应用可能在低流量下度过相当长的时间。在目前的技术中，直接的滤烟器估计器(例如压差传感器)要求较高的尾气流速才较为可靠，即使是在过滤器上的烟粒呈理想分布的情况下。基于传感器和模型的混合方法能够在传感器测量不再可靠之后，仍保持几个小时内烟粒负荷估计值的准确性，但在不允许任何长期直接烟粒测量的应用中，综合模型中的置信水平最终必然会下降。

根据上述讨论，可以明显看出存在一个需求，需要一种能够基于目前工艺水平为滤烟器提供额外保护的装置、系统和方法。这样的装置、系统和方法将有利地(尤其是在应用于尾气后处理系统时)有效保护和再生滤烟器，且不会降低应用的燃油经济性或干扰应用的基本控制和再生机制。

发明概述

本发明的目的在于应对技术现状，特别是应对当前滤烟器再生控制系统尚未完全解决的各种技术问题及需要。因此，本发明可以为增强滤烟器保护而提供一种装置、系统及方法，以此克服上面讨论的技术中的许多或全部缺陷。

本发明提供了一个带有保护性再生定时器、保护性烟粒估计器和一个诊断工具的设备，能够对滤烟器执行增强保护功能。所述实施例中的保护性再生定时器包括一个工作检测模块、一个再生启动定时模块、一个再生停止定时模块、一个再生请求模块、一个基准再生模块和一个再生估计模块。所述实施例中的保护性烟粒估计器包括一个次级保护模块。所述实施例中的诊断工具包括一个燃油剂量模块、一个烟粒验证模块和一个催化剂检测模块。

工作检测模块可配置为确定内燃机是否在生成最少量烟粒的状态下工作。基准再生模块可解读来自内燃机控制器基准的再生计划。再生启动定时模块可配置为利用内燃机工作信息和基准再生计划运行再生计数器。再生启动定时模块可在再生计数器达到阈值时设置一个再生请求指示器。由再生启动定时模块请求的再生叫做“保护性再生”。

再生估计模块可配置为基于滤烟器中的当前状态估计再生事件的发生时间。再生启动定时模块可配置为基于再生事件的发生时间调整再生计数器。

再生停止定时模块可配置为利用再生请求指示器和再生事件信息来运行再生停止计数器。再生停止定时模块可在再生停止定时器达到阈值时重置再生请求指示器。再生请求模块可在再生请求指示器处于设置状态时从控制器请求再生。

次级保护模块可配置为在内燃机的某些工作条件下提供保护性烟粒估计值。次级保护模块可配置为提供基于传感器的烟粒估计值和基准控制烟粒估计值中的较大者作为保护性烟粒估计值。在一个实施例中，次级保护模块可调整控制器内的信任因子以操控烟粒估计值和提供保护性烟粒估计值。

燃油剂量模块可配置为在某些工作条件下测试碳氢化合物剂量计。催化器测试模块可配置为在某些工作条件下测试催化组分的效力。催化剂测试模块可使用预期的温度上升值和观察到的温度上升值来测试催化组分。

烟粒验证模块可配置为测试烟粒负荷估计值的准确性。烟粒验证模块可利用滤烟器的当前状态基于烟粒燃烧来预测温度上升值，而烟粒验证模块可比较观察到的温度上升值和预期的温度上升值以测试烟粒负荷估计值。

在一个实施例中，给出了一种由计算机编程产品组成的方法，包括按照本发明执行滤烟器增强保护的逻辑程序。该计算机编程产品可包括的操作有：解读基准再生计划、估计一组当前的滤烟器状态是否指示再生正在进行、以及在内燃机的工作产生了阈值数量的烟粒时设置内燃机工作指示器。所述操作可进一步包括基于基准再生计划和内燃机工作指示器累加第一个计数器，并在第一个定时器达到第一个阈值时设置再生请求指示器。所述操作可进一步包括在再生请求指示器激活时累加第二个计数器，其中第二个计数器的累加值是基于再生是否发生。所述操作可包括在第二个定时器达到第二个阈值时重置再生请求指示器。

在一个实施例中，所述操作可进一步包括在请求指示器已设置、但长时间未完成再生时重置再生请求指示器。在一个实施例中，其操作可包括在再生指示器激活时进行诊断，其中诊断测试是燃油剂量计工作检查、催化预期温度上升值检查和滤烟器温度上升值检查之一。

在一个实施例中，所述操作可进一步包括初始化第一个计数器，使得应用的第一个保护性再生比后续的保护性再生更快或更慢地发生。

依照本发明提供了一个用于增强滤烟器保护的系统。该系统可包括一个内燃机、一个通过管路连接到内燃机的后处理系统，其中该后处理系统包含一个滤烟器。该系统可进一步包括一个滤烟器保护工具，其中至少包含保护性再生计数器和保护性烟粒估计器中的一个。

保护性再生定时器可包含一个装置，其内含执行滤烟器保护定时器功能的模块。所述实施例中的模块包括一个工作检测模块、一个再生启动定时模块、一个再生停止定时模块、一个再生请求模块、一个基准再生模块和一个再生估计模块。所述实施例中的保护性烟粒估计器可包括一个执行保护性烟粒估计器功能的次级保护模块。

本说明书中提及的功能、优点或类似语言并不意味着本发明的任何单个实施例应该或是已经具备本发明中可以实现的所有功能及优点。相反，应该理解为有关功能及优点的描述是指与实施例有关的特定功能、优点或特征存在于本发明的至少一个实施例之中。因此，本说明书中功能、优点的所有讨论或类似语言可能但未必是指同一实施例。

另外，本发明中描述的功能、优点及特征可以采用任何适当方式结合在一个或多个实施例之中。熟悉相关技术的人士将会发现，将发明付诸实践时，在特定的设备上，可能会缺少一个或多个特定功能或优点。在其它例子中，在某些实施例上发现的其它功能及优点可能并不存在于本发明的所有实施例中。

通过以下描述及附加的申请专利范围，或是通过学习下面所介绍的发明方法，本发明的这些功能及优点将更加明显。

附图简述

为了便于理解本发明的优点，我们将通过附加图表所示的某些实施例，更加详细地描述上述发明。请注意，这些图表仅描述了发明中的典型设备，因此不应认为是对其范围做出了限制。我们将使用附图对发明做出更加具体详细的描述及解释，其中：

图1是一个示意结构图，描绘了依照本发明建立的一个增强滤烟器保护系统的实施例；

图2是一个示意结构图，描绘了依照本发明建立的一个滤烟器保护工具的实施例；

图3A是依照本发明模拟的成功再生事件的图解；

图3B是依照本发明模拟的部分失败再生事件的图解；

图4是一个示意结构图，描绘了依照本发明建立的一个保护性再生定时器的实施例；

图5是依照本发明确定的一组当前滤烟器状态的图解；

图6是一个示意流程图，描绘了依照本发明增强滤烟器保护的方法的实施例；

图7是一个示意流程图，描绘了依照本发明增强滤烟器保护的替代方法的实施例；

图8是一个示意流程图，描绘了依照本发明操作再生启动定时器的方法的实施例；以及

图9是一个示意流程图，描绘了依照本发明操作再生停止定时器的方法的实施例。

发明的详细说明

本说明书中描述的许多功能性单元已被标记为模块，旨在更具体地强调其实施的独立性。例如，一个模块可由包含自定义VLSI电路或门阵列、现成半导体(如逻辑芯片)、晶体管或其他独立元件的硬件电路实现。一个模块也可由可编程硬件装置(如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或类似产品)实现。

模块也可由各类处理器执行的软件实现。例如，可执行代码的识别模块包含计算机指令的一个或多个物理或逻辑模块，这些指令以对象、步骤或功能的形式组织起来。然而，识别模块的可执行内容无需在物理意义上放在一起，但可包括储存在不同位置的完全不同的指令，其在逻辑上联合在一起时，就组成该模块并可实现该模块的指定目的。

实际上，一个可执行代码模块可以是单条指令或多条指令，甚至可以分布在几个不同的代码段内、不同的程序中和几个存储设备上。同样，工作数据可在此于模块内识别和描述，并可以用任何适当的形式实现，在任何适当的数据结构类型中组织起来。工作数据可作为单个数据集收集起来，也可分布在不同的位置，包括在不同的存储设备上，并可(至少部分地)仅作为系统或网络上的电子信号存在。

本说明书中提及的“一个实施例”或类似说法均指与实施例有关的特定功能、结构或特征存在于本发明的至少一个实施例之中。因此，在本说明书各处出现的“一个实施例”和类似说法并不一定总是指同一实施例。

提及的计算机编程产品可以是能够生成信号、导致信号生成或导致一个机器可读指令程序在数字处理装置上执行的任何形式。计算机编程产品可通过传输线路、光盘、数字视频磁盘、磁带、伯努里式驱动器、磁盘、打孔卡、闪存、集成电路或其他数字处理装置内存设备实现。

另外，发明中描述的功能、结构及特征可以采用任何适当方式结合在一个或多个实施例之中。在以下描述中，提供了多个具体细节，例如编程、软件模块、用户选择、网络交易、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等，以便彻底理解本发明的实施例。但是，熟悉相关技术的人士将会发现，在发明付诸实践时，可能缺少一个或多个特定细节，或是采用了其它方法、部件、材料等。在其它例子中，我们没有详细展示或描述大家熟知的结构、材料或操作，以免影响发明的各个方面。

图1是一个示意结构图，描绘了依照本发明实现滤烟器增强保护的系统100的一个实施例。系统100可包含内燃机102。内燃机102可包括进气歧管104和排气歧管106。系统100可进一步包括涡轮增压器108，其配置为吸入和压缩吸入空气110，同时扩展和接受来自离开排气歧管106的尾气流114的能量。涡轮增压器108可有一个尾气阀112，其配置为在内燃机102的某些工作点上让一些尾气流绕过涡轮增压器108。

系统100可进一步包括一个尾气再循环(EGR)流116，其配置为将一些含氧较低的尾气送回到进气歧管104。EGR流116可由EGR阀118控制，而EGR流116可在回到进气歧管104前在EGR冷却器120中冷却。图1中的EGR阀118显示在“热侧(hot side)”上或EGR冷却器120的上游，但EGR阀118可位于“冷侧(cold side)”或其他位置。EGR流116也可毫无限制地包含一定数量的尾气，这些尾气通过内燃机102中的汽缸阀定时调制而留在汽缸中，同时没有任何物理EGR流116的再循环。

尾气流114可在最终排放到大气中之前引流到后处理系统。该后处理系统可包含第一个催化组件122、第二个催化组件124和一个滤烟器126。后处理组件不同数目和位置的各种配置已在技术上广为人知，而所有的配置均被视为在本发明的范围内。在一个实施例中，第一个催化组件122包括一个柴油氧化催化剂，其配置为清除来自内燃机的未燃烧碳氢化合物(UHC)，燃烧由外部剂量计添加的燃油，以及提供NOx从NO到NO2的部分转化。

在一个实施例中，第二个催化组件124包括一个NOx吸收催化剂，其配置为从尾气流114中吸收NOx，并随后在NOx转换为N2的情况下释放NOx。在一个实施例中，滤烟器126配置为吸收和滞留尾气流114中的烟粒，并随后允许在相对适中温度下基于NOx的反应中或相对较高温度下基于氧气的反应中对这些颗粒进行氧化。在本文档中，任一机制对烟粒的氧化均被称为“再生”。

系统100可包括一个输送装置128，以使反应物通向尾气流114。该反应物可以是一种碳氢化合物燃料，其配置为在催化组件122上燃烧。在这样的实施例中，该碳氢化合物燃料可来自油箱130。在一个实施例中，输送装置128可输送一种反应物，例如尿素或氨水，用于选择性催化还原(SCR)。在一些实施例中，系统100可包括一个以上的输送装置128。

系统100可包括一个控制器132。控制器132可以是一个控制内燃机102工作的控制器，或者其可与独立控制内燃机102工作的控制器(不在图内)通信。控制器132可与系统100中的各种温度传感器134和压力传感器136通信142、144。温度传感器134和压力传感器136的位置如图所示，但温度传感器134和压力传感器136在一些实施例中可处于其他位置。控制器132可与温度传感器134和压力传感器136直接通信，或者通过系统100中其他控制器(未显示)进行通信。系统100的任何给定实施例可能不包含图1中指示的所有温度传感器134和压力传感器136。

控制器132可与输送装置128通信138。通信138包括一个到输送装置128的命令和/或来自输送装置128的一些反馈。在一个实施例中，控制器132可确定何时发生再生事件，而控制器132可根据尾气流114的温度和流速开始命令输送装置128输送一定数量的燃油。输送装置128可将信息报告回控制器132，例如输送了多少燃油，定量阀有没有正确打开，以及类似信息。

控制器132可与压差传感器(P传感器)132通信140。P传感器132可包括单个压差传感器，其两个探头分别位于滤烟器126的上下游。P传感器132也可包括位于滤烟器126上游的单个传感器136，其中滤烟器126下游的压力可估计为大气压力。另外，P传感器132可包括一对压力传感器136，其中压差使用两个传感器之间的差异进行估算。

控制器132可包括一个滤烟器保护工具146。滤烟器保护工具146可配置为通过以下方式增强对滤烟器126的保护：按照内燃机102的工作所确定的间隔请求滤烟器126的再生，通过提供对滤烟器126上烟粒负荷的保守估计(在了解滤烟器126的基本再生计划的不足之处出现的时间时)，以及通过提供关于系统100的诊断信息(其他方式无法获得)。滤烟器保护工具146可包括一个保护性再生定时器和/或一个保护性烟粒估计器。

图2是一个示意结构图，描绘了依照本发明的一个滤烟器保护工具146的实施例。滤烟器保护工具146可包括一个保护性再生定时器202、一个保护性烟粒估计器202和一个诊断工具220。

保护性再生定时器202可配置为智能地触发偶然的再生事件，以确保滤烟器126累积的烟粒浓度(比如在滤烟器126周边)不会引发不受控制的再生事件。保护性再生定时器202可包括一个工作检测模块204，其配置为在内燃机102的工作产生阈值数量的烟粒时设置内燃机工作指示器。工作检测模块204可按照具体系统100中可用的信息进行配置。在一个示例中，如果提供了来自内燃机控制器(参见图1的描述)的内燃机速度指示信息，工作检测模块204可在内燃机速度超出阈值时设置内燃机工作指示器以表示内燃机在产生烟粒。如果提供了烟粒估计值，比如参见在此通过参考而综合的专利申请律师签号8-02-12830《估计颗粒产生的装置、系统和方法》，那么可使用阈值烟粒生成值--例如任何大于每小时0.1烟粒的值可被视为足以设置内燃机工作指示器。内燃机工作指示器的目的是指示在内燃机工作并生成烟粒时，滤烟器中烟粒浓度的不确定性(特别是在周边)正在不断增加。如果有此目的，熟知技术的人可基于多种参数设置内燃机工作指示器，包括但不限于系统100中某处的速度、流速、压力或温度，而且所有这些实施例都可在本发明的范围内预期。

保护性再生定时器202可进一步包含一个再生启动定时模块206，其配置为基于内燃机工作指示器累加第一个计数器，以及在第一个计数器达到第一个阈值时设置再生请求指示器。在一个实施例中，第一个阈值包括一个时间，第一个计数器包括一个定时器，而再生启动定时模块206会累加第一个计数器直到达到第一个阈值时间。

例如，第一个阈值可设置为一个月，这样在内燃机工作指示器时间为一个月时，将达到第一个阈值并设置再生请求指示器。第一个阈值应按照应用的需求和系统100的基本再生计划的能力而设置。例如，如果现场测试数据显示周边烟粒负荷可在完全再生后两个月内达到支持不受控制的再生的浓度水平，则第一个阈值应设置为不到两个月的时间值。在第一个阈值不能预先确定时，熟知技术的人可借助于为生产准备后处理系统的一般经验而确定第一个阈值的适当值。

保护性再生定时器202可进一步包含一个再生停止定时模块208，其配置为基于内燃机工作指示器累加第二个计数器，以及在第二个计数器达到第二个阈值时重置再生请求指示器。在一个实施例中，第二个阈值包括一个时间，第二个计数器包括一个定时器，而再生停止定时模块208会累加第二个计数器直到达到第二个阈值时间。

例如，第二个阈值可设置为一小时。在示例中，再生启动定时模块206可激活再生请求指示器，而再生停止定时模块208则开始累加第二个计数器。在第二个计数器达到第二个阈值时，再生停止定时模块208重置再生请求指示器。

保护性再生定时器202可进一步包括一个再生请求模块210。再生请求模块210可基于再生请求指示器请求再生事件。在一个实施例中，再生请求模块210在再生请求指示器被设置时请求再生。请求再生的操作取决于应用。例如，再生请求模块210可将再生请求传递到内燃机控制器(未显示)或控制器132中的其他软件组件。在一个实施例中，再生请求模块210可基于再生请求指示器激活输送装置128。

保护性再生定时器202可进一步包括一个保护性烟粒估计器202。保护性烟粒估计器可包括一个次级保护模块212。次级保护模块212可配置为解读基准再生计划214。基准再生计划214可通过定义基准再生计划214的用户输入解读，也可通过控制器132或内燃机控制器(未显示)内的软件组件解读。基准再生计划214可包括次级保护模块补偿或修改应用内烟粒负荷估计所必要的参数和逻辑。

例如，应用可有一个代表烟粒负荷估计的参数，而次级保护模块212可通过读取该参数的名称而解读基准再生计划214。在一个示例中，基准再生计划214可以是基于传感器和模型的烟粒负荷综合估计，类似于在此通过参考综合的专利申请律师签号8-02-12824《提供综合传感器和估计反馈的装置、系统和方法》，而次级保护模块212可通过读取参数名称而为信任因子解读基准再生计划214。在一个示例中，信任因子选择由传感器或模型主导的烟粒负荷估计值。

次级保护模块212可配置为使用基于传感器的烟粒负荷估计值，如果基于传感器的烟粒负荷估计值指示了高于基准烟粒负荷估计值的烟粒负荷。使用基于传感器的烟粒负荷估计值可包括提供一个保护性烟粒估计值218以便用在内燃机控制器中或控制器132的其他软件组件中。

例如，如果基于传感器的烟粒负荷估计值指示滤烟器126中的烟粒负荷为100克，而来自专利申请律师签号8-02-12824的传感器和模型混合估计值指示烟粒负荷为60克，则次级保护模块212可配置为提供100克的保护性烟粒估计值218。提供保护性烟粒估计值218可包括补偿内燃机控制器中的烟粒估计值，烟粒估计值218也可包括操控信任因子以便基于传感器的烟粒负荷估计值得到更多考虑(与处于基准再生计划214中的相同环境相比)。

在一个实施例中，基准再生计划214可使用一个传感器和一个模型估计滤烟器126上的烟粒负荷，而计划214可利用信任因子在传感器和模型之间平衡。在一个实施例中，传感器可在高温再生事件中因“钻鼠洞(rat-holing)”和烟粒层燃烧导致了烟粒负荷相关的复杂压差而变得不可靠。

见图3A，曲线302上描绘了滤烟器126随时间累积烟粒的一个示例。高温再生事件在时间304点上发生。压差特征通常可在曲线306上显示的高温再生事件中看到。曲线308显示了再生事件中基于模型的烟粒负荷变化，其会遵循正常情况下滤烟器上实际的烟粒负荷。再生事件在时间310点上停止，而随着烟粒层中的“鼠洞”被快速填满，基于传感器的烟粒负荷估计沿曲线312行进并回到基于模型的曲线314。基于传感器的烟粒负荷估计值轨迹在再生事件中低于基于模型的烟粒负荷和实际烟粒负荷，除非在给定应用内的最高流速下。因此，用于图3A工作示例的次级保护模块212不会提供保护性烟粒估计值218或使用基于传感器的烟粒负荷估计值。

见图3B，滤烟器126随时间累积烟粒的一个示例在曲线302上描绘。高温再生事件在时间304点上发生。再生事件中的压差特征在曲线316上显示，而基于模型的特征在曲线308上显示。如果图3B的模型输入与图3A的模型输入相同，则曲线308为相同的曲线。但是，系统100中的发生的事件可让图3B中的模型无效，因为如果大量的烟粒已经实际上再生，则传感器曲线会与曲线306相似，而不是316。在示例中，基于传感器的估计继续沿曲线318填充烟粒，而基于模型的估计继续沿曲线320填充烟粒。

这有几个可能的原因，至少包括可能在尾气214中不使用氧气浓度作为输入值的简化模型、滤烟器126上有惰化的催化剂、以及导致模型所使用的任何温度传感器未检测到冷却的滤烟器126上的水渍。另外，内燃机102可出现故障情况或导致内燃机102生成的烟粒比烟粒估计器目前预测值要多的工作状态。无论图3B中模型失效的真实原因是什么，基于传感器模型的许多故障模式，例如滤烟器126上烟粒的不均匀分布，倾向于让基于传感器的模型读数低于实际烟粒量，所以当基于传感器的模型读数较高时，其有可能是正确的。图3B工作示例的次级保护模块212可通过提供保护性烟粒估计值218而响应。提供保护性烟粒估计值218可包括使用如曲线316所示基于传感器的烟粒估计值，或设置信任因子使其强烈倾向于基于传感器的烟粒估计值而不是基于模型的烟粒估计值，尽管基于传感器的估计值读数高于综合估计值。

见图2，保护性再生定时器202可进一步包含一诊断工具220。诊断工具220可配置为在再生请求指示器处于活动状态时进行诊断测试。诊断工具220可包括一个燃油剂量模块222、一个催化剂测试模块224和一个烟粒验证模块226。

燃油剂量模块222可配置为确定输送装置128是否正常工作。燃油剂量模块222可检查来自输送装置128的诊断信号，检查催化组件122中温度上升时的响应时间或者检查电压和电子信号是否与正常工作的输送装置128一致。燃油剂量模块222的功能是很重要的，因为在一些没有活动再生的情况下即可再生滤烟器126的应用中，输送装置128不得以很长间隔执行测试，或者在对滤烟器126没有任何再生好处的情况下，必须在输送装置128上燃烧碳氢化合物进行特定测试。燃油剂量模块222可基于对输送装置128的检查设置诊断指示器。

催化剂测试模块224可配置为观察催化组件122上的温度上升值232以及比较观察到的温度上升值232和预期的温度上升值。在一个实施例中，预期的温度上升值在稳定状态下使用尾气流114数量和加热能力、输送装置128注入的碳氢化合物的数量、碳氢化合物的燃烧热以及预期的碳氢化合物转换效率—即应燃烧的碳氢化合物比例—在催化组件122的上游尾气流114的当前温度下估计。

根据到环境的热损失、催化组件122底物的加热能力以及温度传感器响应时间，催化剂测试模块224可配置为在比较估计和观察到的温度前等待几秒钟。在一个实施例中，催化组件122需要约15秒达到预期温度，但熟知技术的人利用各种大气温度下的几个简单测试就可为具体应用得出时间延迟值。在一个实施例中，比较估计和观察温度前的几秒钟延迟时间的长度取决于运行时间并基于大气温度和尾气流速。

燃油剂量模块222的工作很重要，因为在一些没有再生的情况下即可再生滤烟器126的应用中，催化组件122不得以很长间隔执行测试，或者在对滤烟器126没有任何再生好处的情况下，必须在催化组件122上燃烧碳氢化合物进行特定测试。指示观察温度上升值232显著低于预期温度上升值的测试可能表明催化剂惰化。催化剂测试模块224可基于对催化组件122的检查而设置诊断指示器。

烟粒验证模块226可配置为观察滤烟器126上的温度上升值以及比较观察到的温度上升值和预期的温度上升值。在一个实施例中，预期的温度上升值是使用滤烟器126内温度生成的速率、尾气流114和滤烟器126上游尾气流114的温度估计的。使用烟粒的预期氧化速度、以及由输送装置128注入的应进入滤烟器126并在126中燃烧的碳氢化合物的预期数量，可以计算得到滤烟器126内温度生成的速率。例如，如果催化组件122预计燃烧85％的注入燃油，而滤烟器126预计燃烧进入滤烟器126的90％的碳氢化合物，则(忽略催化组件124)滤烟器126应预计燃烧由输送装置128注入1000份燃油中的(0.9*0.15*1000＝)135份。

烟粒的预期氧化速度可按照当前的滤烟器条件228估计。可能相关的条件包括总烟粒负荷、可用氧化剂的浓度以及滤烟器126的温度。各种估计烟粒氧化速度的方法也在技术上熟知，而通过参考在此综合的专利申请律师签号8-02-12832《估计颗粒消耗的装置、系统和方法》的原理，对此计算很有帮助。

根据到环境的热损失、滤烟器126的加热能力以及温度传感器响应时间，烟粒验证模块226可配置为在比较估计和观察到的温度前等待几秒钟。在一个实施例中，滤烟器126需要约30秒达到预期温度，但熟知技术的人利用各种大气温度下的几个简单测试就可为具体应用得出时间延迟值。在一个实施例中，比较估计和观察温度前的几秒钟延迟时间的长度取决于运行时间并基于大气温度和尾气流速。

烟粒验证模块226的工作很重要，因为在滤烟器126中直接测量烟粒的机会不多。高于预期的观察温度上升值230可能指示滤烟器126中滞留了比主要烟粒估计值更多的烟粒。低于预期的观察温度上升值230可能指示滤烟器126中滞留了比主要烟粒估计值更少的烟粒。在一个实施例中，如果烟粒验证模块226指示主烟粒估计器低估了烟粒，保护性再生事件的频率可通过降低再生启动定时模块206使用的第一个阈值的最大值而增加。同样，在一个实施例中，如果烟粒验证模块226指示主烟粒估计器正确估计了烟粒，保护性再生事件的频率可通过增加再生启动定时模块206使用的第一个阈值的最大值而降低。

图4是一个示意结构图，描绘了依照本发明的一个保护性再生定时器202的实施例。保护性再生定时器202可包括一个基准再生模块410、一个工作检测模块204、一个再生估计模块416、一个再生启动定时模块206、一个再生停止定时模块208和一个再生请求指示器412。

基准再生模块410可配置为解读基准再生计划214。再生启动定时模块206可配置为基于基准再生计划214累加第一个计数器406。例如，基准再生计划214可以是一个基于时间的再生计划，而再生启动定时模块206可对第一个计数器406累加零，从而有效禁用保护性再生功能。

在一个实施例中，基准再生计划214可包括应用可不太有机会主动再生滤烟器126的指示—例如参见通过参考在此综合的专利申请律师签号8-02-12899《确定再生可用性配置的装置、系统和方法》—而再生启动定时模块206可对第一个计数器406累加相对较大的数字，从而导致保护性再生定时器202相对频繁地提供一个再生事件请求420。在进一步的示例中，基准再生计划214可包括一个指示所有再生尝试均应暂停的参数—例如在卡车停在装卸台旁时—而再生启动定时模块206可在此期间对第一个计数器406累加零，从而防止保护性再生定时器202产生一个再生事件请求420。按照上述示例，解读基准再生计划214的基准再生模块410的其他用途对于熟知技术的人来说很明显，而所有这些用途均在本发明的预期范围内。

保护性再生定时器202可包括一个工作检测模块204，其配置为接收工作信息402。工作信息402可包括确定内燃机102的工作状态是否能产生阈值数量的烟粒。另外，工作信息402可包含向工作检测模块204提供的足够信息以估计内燃机102的工作状态是否能产生阈值数量的烟粒。工作检测模块204可配置为在内燃机102的工作状态产生阈值数量的烟粒时设置内燃机工作指示器。

保护性再生定时器202可包括一个再生启动定时模块206。再生启动定时模块206可配置为基于内燃机工作指示器404和基准再生计划214累加第一个计数器406。再生启动定时模块206可进一步配置为在第一个计数器406达到阈值406时设置再生请求指示器412。第一个计数器406可配置为在再生启动定时模块206设置再生请求指示器412时重置到一个值。

在进一步的实施例中，第一个计数器406可在计数器406第一次工作时设置到第一个计数器的初始值408。例如，第一个计数器的初始值408可以是一个低于第一个计数器406标准重置值的值，从而让第一个保护性再生事件请求420需要相对较长的时间。对于全新的滤烟器126，因其需要相对较长时间才会在周边开始累积烟粒，在此类应用中这一点非常有用。在另一个示例中，第一个计数器的初始值408可以是一个高于第一个计数器406标准重置值的值，从而让第一个保护性再生事件请求420需要相对较短的时间。对于全新的滤烟器126，因其会发生相对较早的“去青(de-greening)”再生事件，在此类应用中这一点非常有用。

保护性再生定时器202可进一步包括一个再生估计模块416，其配置为估计一组当前的滤烟器条件228是否指示再生正在进行中。再生估计模块416可通过再生状态414传递再生事件的发生。再生启动定时模块206可配置为在再生估计模块416指示再生发生时对第一个计数器406累加第一个负值。再生启动定时模块206可配置为在再生估计模块416指示再生不发生时对第一个计数器406累加第一个正值。第一个负值可由当前滤烟器条件组228计算得到。使用负值累加到第一个计数器406代表着从滤烟器126周边清除烟粒，因而对滤烟器126进行保护性再生的需求在此期间内下降。

见图5，当前滤烟器条件组228可包含氧化剂水平，例如阈值氧气水平502、氧气浓度510、阈值氮氧化物水平504和氮氧化物浓度512。当前滤烟器条件组228可进一步包含周边温度估计值506、周边烟粒浓度估计值508、滤烟器温度估计值514和烟粒负荷估计值516。

滤烟器周边的温度估计是熟知技术人熟练掌握的技能，而所提供的简单估计方法(使用大量滤烟器温度和大气温度间加权平均值)是为了阐明和便于使用本发明。例如，滤烟器126的周边温度可估计为Tp＝α*(Tsf-Tamb)+Tamb，其中Tp为滤烟器126周边的温度，Tsf是大体积滤烟器温度，而Tamb是大气温度。0.5的α值会在很多情况下有效，而对于绝缘的滤烟器126来说，甚至可能略高。熟知技术的人可快速用简单的实验为具体应用确定更准确的α值。熟知技术的人也可基于Tsf、Tamb和尾气流114流速快速构建一个α值查询表，如果具体应用要求更高的准确性。更高的准确性仅在燃油经济性和滤烟器126的保护同样关键的应用中要求。

同样，熟知技术的人可使用估计的滤烟器126周边的温度和基于模型的烟粒估计器计算周边烟粒浓度估计值508。在一个实施例中，可使用一个简化模型，其中包括基于温度的烟粒氧化速度的估计值以及反应发生所要求的阈值氧气水平。例如，模型可要求尾气中含最低5％的氧气，而反应速度随温度呈现指数变化。周边烟粒浓度估计值508的反馈值可能不可用，所以模型的不确定性可能随时间而提高，而此增长的不确定性可用于设置第一个计数器阈值406。例如，如果周边烟粒浓度估计值508的不确定性在两周内超出可接受水平，则第一个计数器阈值406可以是一个少于两周的阈值时间。周边烟粒浓度估计值508可在发生成功的保护性再生事件后重置。

见图4，保护性再生定时器202可进一步包括一个再生停止定时模块208。再生停止定时模块208可配置为基于活动的再生请求指示器412累加第二个计数器418。再生停止定时模块208可进一步配置为在再生估计模块416估计再生正在进行时对第二个计数器418累加第二个正值，并在再生估计模块416估计再生未进行时对第二个计数器418累加第二个负值。

在一个实施例中，当再生停止定时模块208对第二个计数器418累加第二个负值时，再生停止定时模块208不会将第二个计数器418累加到低于零或初始值的值。正累加表示烟粒成功地从滤烟器126上氧化脱离，而负累加表示未能从滤烟器126上氧化烟粒，而烟粒相应累积回滤烟器126上。第二个正值可由当前滤烟器条件组228计算。如果第二个计数器达到第二个计数器阈值418，则再生停止定时模块208可配置为重置再生请求指示器412。第二个计数器阈值418应依照“以足够长的时间再生滤烟器126以实现完全再生，包括基本清除滤烟器126周边的烟粒”的目的而设置为适当的值。根据感兴趣的具体应用，此数字对于熟知技术的人来说已经确定，但许多应用一般最低为30-60分钟。

这里的示意流程图一般为逻辑流程示意图。因此，描述顺序和标记的步骤只是表示了所介绍方法的一个实施例。根据此处所描绘方法的一个或多个步骤或其部分，可以扩展到功能、逻辑或效果相当的其他步骤和方法。另外，这里采用的格式和符号仅用于解释此方法的逻辑步骤，而且应理解为并不限制本方法的范围。虽然流程图中可采用各种箭头和线条类型，但应理解为它们并不限制相应方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接符号仅用于指示本方法的逻辑流程。例如，一个箭头可表示所描述方法列举的步骤间未指定长度的等待或监控时间。另外，具体方法中的顺序可能会，也可能不会与所显示相应步骤的顺序严格保持一致。

图6是一个示意流程图，描绘了依照本发明增强滤烟器保护的方法600的一个实施例。此方法可以是一个配置为执行本方法功能的计算机编程产品。方法600可从基准再生模块410解读602基准再生计划开始。再生估计模块416可估计604一组滤烟器条件228是否指示再生正在进行。然后工作检测模块204可在内燃机102的工作状态产生阈值数量的烟粒时设置608内燃机工作指示器404。如果内燃机工作指示器404指示内燃机102未产生烟粒，则方法600可结束。

方法600可在再生启动定时器工作616时继续。如果内燃机工作指示器404指示内燃机102产生烟粒，则再生启动定时模块206可累加610第一个计数器406。第一个计数器406可从方法600以前的执行中设置第一个计数器406的值。再生启动定时模块206可检查612第一个计数器406是否达到阈值。如果没有，方法600可结束。如果第一个定时器406达到阈值，则再生启动定时模块206可设置614再生请求指示器412。

方法600可在再生停止定时器工作624时继续。请注意，如果再生停止定时器的工作624在执行方法600时保持活动状态，则再生停止定时器的工作624可在方法600的后续执行中保持激活，而无需启动616再生启动定时器。执行此功能的逻辑对于熟知技术的人来说很清楚，并会使图6出现不必要的混乱，所以未在图6上显示。

再生停止定时模块208可累加618第二个计数器418。第二个计数器418可从方法600以前的执行中设置第二个定时器418的值。再生停止定时模块208可检查620第二个计数器418是否达到阈值。如果没有，方法600可结束。如果第二个定时器418达到阈值，则再生停止定时模块208可重置622再生请求指示器412。

图7是一个示意流程图，描绘了依照本发明增强滤烟器保护替代方法700的一个实施例。替代方法700显示的实施例与方法600的实施例基本相同，不同的只是替代方法700可包括诊断工具220执行702诊断测试。诊断测试可包括燃油剂量模块222(检查燃油剂量计的工作)、催化剂测试模块224(检查催化组件的预期温度上升)和/或烟粒验证模块226(根据观察的温度上升值230和当前滤烟器条件组228验证滤烟器126的预期烟粒负荷)。

图8是一个示意流程图，描绘了依照本发明操作一个再生启动定时器616的方法的实施例。再生启动定时器616的工作可从再生启动定时模块206检查802第一个计数器406是否初始化开始。如果第一个计数器406未初始化，则再生启动定时模块206可初始化804计数器406到第一个计数器初始值408。然后再生启动定时器616的工作可按照图6所示进行。

图9是一个示意流程图，描绘了依照本发明操作一个再生停止定时器624的方法的实施例。再生停止定时器624可从再生停止定时模块208检查902再生是否正在进行开始。如果再生未进行，则再生停止定时模块208可累加904一个无效再生定时器。此无效再生定时器可开始从工作624的以前执行中设置无效再生定时器的值。再生停止定时模块208可检查906无效再生定时器是否达到指定时间。如果无效再生定时器已经达到指定时间，则再生停止定时模块208可重置622再生请求。

无效再生定时器的指定时间的设计旨在防止应用在不可能成功再生的情况下连续尝试再生，从而使性能和燃油经济性下降。因此，指定时间的选择是一个由应用需求所推动的营销决策。在设计道路牵引卡车的实施例中，两小时的指定时间对一些应用来说是可接受的。在再生尝试的燃油经济性和性能影响不是问题的应用中，指定时间应设置成一个非常长的时间以便不会绕过保护性再生。熟知技术的人能够权衡具体应用的成本和优势并为具体应用确定一个合适的无效再生定时器指定时间。

再生停止定时模块208可基于当前滤烟器条件228确定908第二个计数器的累加。这允许再生停止定时模块208执行较长或较短的保护性再生事件，如果特定再生有着与较慢或较快再生一致的当前滤烟器条件228的话。另外，再生停止定时模块208可基于当前滤烟器条件228对第二个计数器418累加负值。例如，如果内燃机102产生的烟粒多于再生的烟粒，则再生停止定时模块208可对第二个计数器418累加负值以强制保护性再生随后在停止保护性再生事件前氧化过多的烟粒。

然后再生停止定时模块208可累加618第二个计数器418，并检查620第二个计数器418是否达到第二个阈值。如果第二个定时器418达到第二个阈值，则再生停止定时模块208可重置622再生请求。

上述讨论中可以看出，本发明明确地为增强滤烟器保护提供了一个系统、方法和装置。本发明通过请求额外的烟粒再生以清除可能在当前可用的再生计划下漏掉的烟粒，克服了过去在技术上的限制。另外，本发明在系统中提供了一般无法实现的诊断机会，而且本发明为目前技术中已知容易低估烟粒的情况提供了一个保护性的烟粒估计。本发明的所有功能合在一起能够降低不受控制的再生事件发生的机会以及相应的对滤烟器的损坏。

在不偏离其精神或本质特征的情况下，本发明可以通过其它特定形式实施。在各种情况下，上述实施例仅应视为示例而非限制。因此，发明的范围应该通过附加的申请专利范围来表示，而非使用上述描述表示。与申请专利范围等效的含义及范围内的所有变更均应包含在其范围之内。

Claims (18)

1.一种增强滤烟器保护的装置，该装置包含：

一个工作检测模块，配置为检测内燃机工作状态，检测到的工作状态与内燃机生成烟粒的速度有关，以及当检测到的工作状态高于与阈值烟粒生成速度相关的阈值时设置内燃机工作指示器；

一个再生启动定时模块，配置为基于内燃机工作指示器累加第一个计数器，以及在第一个计数器达到第一个阈值时设置再生请求指示器；

一个再生停止定时模块，配置为基于所设置的再生请求指示器累加第二个计数器，以及在第二个计数器达到第二个阈值时重置再生请求指示器；和

一个再生请求模块，配置为基于再生请求指示器请求再生事件。

2.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个配置为解读基准再生计划的基准再生模块，其中再生启动定时模块进一步配置为基于基准再生计划累加第一个计数器。

3.如权利要求1所述的装置，其中第一个计数器包含第一个定时器，而第二个计数器包含第二个定时器。

4.如权利要求2所述的装置，进一步包括一个配置为在以下情况下使用基于传感器的烟粒负荷估计值的次级保护模块：

基准再生计划包含由模型和传感器组成的混合烟粒负荷估计值；以及

基于传感器的烟粒负荷估计值指示烟粒负荷高于由模型和传感器组成的混合烟粒负荷估计值。

5.如权利要求4所述的装置，其中使用基于传感器的烟粒负荷估计值包含补偿烟粒负荷估计值和将传感器信任因子设置到相对较高的值中之一。

6.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个再生估计模块，配置为估计一组当前的滤烟器条件是否指示再生正在进行，其中再生启动定时模块进一步配置为在再生估计模块估计再生正在进行时对第一个计数器累加第一个负值，并在再生估计模块估计再生未进行时对第一个计数器累加第一个正值。

7.如权利要求6所述的装置，其中第一个负值包括一个从当前滤烟器条件组中计算得出的值。

8.如权利要求6所述的装置，其中再生启动定时模块进一步配置为初始化第一个计数器使得再生启动定时模块第一次设置再生请求指示器时经过的时间相对较短。

9.如权利要求6所述的装置，其中再生启动定时模块进一步配置为初始化第一个计数器使得再生启动定时模块第一次设置再生请求指示器时经过的时间相对较长。

10.如权利要求6所述的装置，其中当前滤烟器条件组包括一个阈值氧气水平和一个周边温度估计值。

11.如权利要求10所述的装置，其中当前滤烟器条件组进一步包括一个周边烟粒浓度估计值。

12.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个配置为估计当前滤烟器条件组是否指示再生正在进行的再生估计模块，其中再生停止定时模块进一步配置为在再生估计模块估计再生正在进行时对第二个计数器累加第二个正值，并在再生估计模块估计再生未进行时对第二个计数器累加第二个负值。

13.如权利要求12所述的装置，其中第二个正值包括一个从当前滤烟器条件组中计算得出的值。

14.如权利要求12所述的装置，其中当前滤烟器条件组包括一个阈值氧气水平和一个周边温度估计值。

15.如权利要求14所述的装置，其中当前滤烟器条件组进一步包括一个周边烟粒浓度估计值。

16.一种增强滤烟器保护的系统，所述系统包含：

一个内燃机；

一个通过管路连接到内燃机的后处理系统，所述后处理系统包含一个滤烟器；

一个至少由一个保护性再生定时器和一个保护性烟粒估计器组成的滤烟器保护工具；

其中保护性再生定时器包括一个工作检测模块、一个再生启动定时模块、一个再生停止定时模块以及一个再生请求模块，其中所述工作检测模块配置为在内燃机的工作状态产生阈值数量的烟粒时设置内燃机工作指示器，所述再生启动定时模块配置为基于内燃机工作指示器累加第一个计数器并在第一个计数器达到阈值时设置再生请求指示器，所述再生停止定时模块配置为基于所设置的再生请求指示器累加第二个计数器并在第二个计数器达到阈值时重置再生请求指示器，以及所述再生请求模块配置为基于再生请求指示器请求再生事件；以及

其中保护性烟粒估计器包括一个次级保护模块，所述次级保护模块配置为当基准再生计划包含由模型和传感器组成的混合烟粒负荷估计值以及基于传感器的烟粒负荷估计值指示烟粒负荷高于由模型和传感器组成的混合烟粒负荷估计值时，使用基于传感器的烟粒负荷估计值。

17.如权利要求16所述的系统，其中保护性再生定时器进一步包括一个再生估计模块，所述再生估计模块配置为估计当前滤烟器条件组是否指示再生正在进行，其中再生停止定时模块进一步配置为在再生估计模块估计再生正在进行时对第二个计数器累加第二个正值，并在再生估计模块估计再生未进行时对第二个计数器累加第二个负值。

18.如权利要求17所述的系统，其中内燃机包括一个内燃机控制器，所述内燃机控制器配置为与滤烟器保护工具相互通信，其中内燃机控制器进一步配置为提供混合烟粒负荷估计值和与滤烟器保护工具的当前滤烟器状态组相关的上游条件中的至少一个。

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