CN103314202B - 微粒过滤器再生过程中降低燃料消耗的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种柴油机微粒过滤器系统，包括：位于所述柴油机微粒过滤器的入口侧的温度传感器；位于所述柴油机微粒过滤器的出口侧的温度传感器；位于所述柴油机微粒过滤器的入口侧的压力传感器；以及与所述温度传感器和压力传感器连接的控制模块，并且所述控制模块装载有将柴油机微粒过滤器中负载烟灰含量与由压力传感器测得压力相关联的查阅表；其中，当所述柴油机微粒过滤器的烟灰负载达到预设的烟灰负载时，所述控制模块启动再生循环。

Description

微粒过滤器再生过程中降低燃料消耗的方法和装置
优先权声明
本申请涉及2010年9月9日提交的序列号为61/381,290的美国临时申请，其内容纳入本文作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及一种包括微粒过滤器以控制排放物的系统，并且更特别地涉及一种方法，用以最优化微粒过滤器的再生循环，计算微粒过滤器的最优化尺寸，并当引擎速度降低至空转的时候控制微粒过滤器的温度。
背景技术
典型的引擎具有排气系统，其包括用于将微粒过滤出排气流的过滤处理，以使得排出排气系统的排放符合地区环境法规和/或世界环境法规。这些环境标准和法规正在变得更加严格，并且需要使排出排气系统的氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的量降低，从而满足法规所制定的标准。其它的排放物消除部件，例如选择性催化还原系统(SCR)、柴油机氧化催化剂(DOC)、氮氧化物吸收催化剂 (NAC)、稀油氮氧化物捕集器(LNT)及其组合在排放系统中可能是需要的，以使得排气可以被进一步清洁(例如从排气流移除氮氧化物)。排放标准的严格化需要使更多的污染物从排气流中移除。一个或多个这些部件的引入减少了在排气系统中可提供的空间容量。随着排气部件的引入，总体燃料消耗会增加，并且其需要改善总体燃料消耗和/或改善燃料效率。举例来说，所消耗的总燃料的百分之一到百分之三被用于执行再生循环。
当所述微粒过滤器达到目标烟灰负载的时候和/或排气通过微粒过滤器越来越困难的时候，所述微粒过滤器的再生就被执行。就目前来说，并不存在精确的方法来计算微粒过滤器的实际烟灰负载(即目标烟灰负载)，由此，再生循环基于燃料消耗、行车里程、引擎运行时间和引擎排放速率来触发。已经做出了基于烟灰负载触发再生循环的尝试；然而，当前的微粒过滤器和微粒过滤器系统在计算目标烟灰负载的时候具有相当高的偏差(variability)。例如，当目标烟灰负载达到的时候再生循环开始；然而，其它的过程变量使用所计算的最大烟灰负载来设定，以使得柴油机微粒过滤器不至于被损坏。用于触发再生循环的最大烟灰负载可以通过使目标烟灰负载与计算烟灰负载的偏差相加而计算得出。举例来说，最大烟灰负载可以通过使5克/升的目标烟灰负载与计算烟灰负载时的±2克/升的偏差相加来计算得出。因此，在这种系统中，当目标烟灰负载为5克/升的时候将开始所述的再生循环。然而，由于计算最大烟灰负载的偏差，微粒过滤器实际上可能会包含约3克/升至约7克/升。由此，由于计算微粒过滤器的目标烟灰负载的偏差，入口气体温度可能会相对于最大烟灰负载来设定，其将会导致增加的再生时间、比目标温度更高或更低的温度、不同的再生具有不一致的效率、低再生效率、在低于和/或高于目标烟灰负载时发生再生循环、或其组合。
在微粒过滤器再生过程中所面对的另一个挑战为在最大化再生温度的同时不发生“失控的”反应，或者不超过约800℃的温度，以使得排气系统部件不至于被损坏。大于约1000℃的温度可能会导致微粒过滤器的破裂、熔融、失活或降低涂覆在微粒过滤器上的催化剂的效率，或其组合。如果所述的微粒过滤器破裂、熔融，或者所涂覆的催化剂失活，那么就可能不能再满足环境法规的要求(例如环境保护署(EPA)的法规)。
就目前来说，如果再生循环在进行中并且引擎速度降低至空转，那么排气系统的温度就会由于流过排气系统的排气有所降低急剧地升高，并且特别地，微粒过滤器的温度会急剧地升高。已尝试通过在空转的时候维持高引擎速度以维持通过微粒过滤器的高空气流来降低过滤器的温度。然而，维持所述引擎在空转过程中更高的速度会产生其它的挑战，例如引擎噪音、排放，并且还可能会导致燃料附加损耗。在再生循环过程中用以控制柴油机微粒过滤器温度的某些尝试在美国专利US 7,275,365，以及公开号为2007/0193258、2008/0016856和2009/0241512 的美国专利申请中公开，其全文在此作为参考而被引入。所期望的是，微粒过滤器和微粒过滤器控制系统需要较少的装填空间，燃料消耗降低，再生温度升高，再生持续时间缩短，再生效率改善，排气系统的成本降低，或其组合，而不导致失控的反应或者排气系统部件的损坏。
发明概述
本发明寻求通过提供对于微粒过滤器系统再生方法的改善控制来解决这些问题中的一个或多个，其通过最优化微粒过滤器的尺寸、通过更加精确地确定微粒过滤器的烟灰负载、或者通过上述两者来实现。特别地，本发明寻求提供改善的柴油机微粒过滤器以及改善的柴油机微粒过滤器系统。微粒过滤器系统被组装在机动车、柴油发动机或上述二者中。举例来说，微粒过滤器可以被组装在客车、卡车、船只、重型机械、发电机或任意其它的使用矿物燃料来产生能源的发动机中。所述的微粒过滤器系统可以具有通过制造商、环境法规、装填空间可利用度或其组合来定义的过程参数。本发明寻求实施更好的过程控制，从而达到并且甚至是超过一个或多个所定义的过程参数，同时改善系统效率。本发明可以使所述过程参数中的一个或多个保持恒定(即所定义的过程参数)，同时调节一个或多个过程变量以实现高再生循环效率。
本发明的一种可能的实施方式包括：柴油机微粒过滤器系统，包括：位于所述柴油机微粒过滤器的入口侧的温度传感器；位于所述柴油机微粒过滤器的出口侧的温度传感器；位于所述柴油机微粒过滤器的入口侧的压力传感器；位于所述柴油机微粒过滤器的出口侧的压力传感器；以及与所述温度传感器和压力传感器连接的控制模块，并且所述控制模块装载有将柴油机微粒过滤器中负载的烟灰含量与通过压力传感器测得的压力变化关联的查阅表；其中，当所述柴油机微粒过滤器所负载的烟灰达到预设的烟灰负载时(即目标烟灰负载)，所述控制模块启动再生循环。
本发明的另一种可能的实施方式包括：控制柴油机微粒过滤器再生循环的方法，包括：获得如在本文中所教导的柴油机微粒过滤器系统；测定所述柴油机微粒过滤器的入口侧和出口侧的压力；基于所述柴油机微粒过滤器的入口侧和出口侧之间的压力变化来计算过滤器的烟灰负载；基于最大柴油机微粒过滤器床温度等温线来计算目标入口气体温度，所述等温线为入口气体温度和烟灰负载的函数；控制所述柴油机微粒过滤器在入口侧的温度，以使得所测得的入口温度等于计算得出的目标入口气体温度；在目标烟灰负载量下执行再生循环；并且基于计算得出的烟灰负载、计算得出的温度、以及在计算得出的柴油机微粒过滤器的入口气体温度下的烟灰氧化速率常数来计算再生循环的持续时间，从而达到目标再生率(例如约90％)。
本发明的另一种可能的实施方式还包括：计算用于过滤器系统的柴油机微粒过滤器的长度，包括：(a)提供在目标烟灰负载、目标入口气体温度和目标体积流量下的目标压力降，以确定柴油机微粒过滤器的初始基线过滤器长度；(b)基于烟灰负载预期的偏差、基于压力降来计算最大烟灰负载；(c)基于在步骤(b)中计算得出的最大烟灰负载使用入口气体温度查阅表来计算入口气体温度；(d)使用目标再生效率、利用持续时间查阅表来计算再生持续时间；(e)使用入口气体温度查阅表来计算新的目标入口气体温度，以使得再生循环效率为约90％或更大； (f)在新的入口气体温度和再生效率下，使用持续时间查阅表来计算新的目标烟灰量负载；(g)基于压力降，使用新的目标烟灰负载和烟灰负载预期的偏差来计算用于所述柴油机微粒过滤器的最大烟灰负载；(h) 使用新的最大烟灰负载来计算所述柴油机微粒过滤器的新的长度；(i) 重复步骤(a)至(h)，直至再生的次数和再生效率与步骤(a)的柴油机微粒过滤器的基线相同或者小于步骤(a)的柴油机微粒过滤器的基线。用于过滤器系统的柴油机微粒过滤器的长度计算方法还可以包括步骤：升高目标入口气体温度并使用入口气体温度查阅表来确定再生效率为 90％或更高时的新的目标烟灰量；使用计算得出的目标烟灰量负载和烟灰负载预期的偏差来计算最大烟灰负载能力；和基于计算得出的最大烟灰负载能力以及在再生过程中所花费的时间总量来计算新的柴油机微粒过滤器长度。
在一种实施方式中，本发明提供一种柴油机微粒过滤器系统，其具有减小的尺寸并解决一个或多个在本文中所讨论的问题。本发明提供的柴油机微粒过滤器系统中，在微粒过滤器中负载的烟灰量可以被精确地计算。更加精确的柴油机微粒过滤器的烟灰负载允许所述系统在最优化的时间下再生并且允许温度被更加精确地控制，从而升高在再生过程中所述柴油机微粒过滤器的温度，缩短再生循环的时间，提高再生效率，或其组合。
本发明寻求在再生循环中通过控制过程参数来降低燃料消耗。本发明可以使用于任意的内燃机。如在本文中所讨论的，本发明可以使用于汽油机。特别地，本发明可以使用于柴油机。如在本文中所讨论的，本发明可以使用于在烟灰负载和微粒过滤器的压力降之间呈基本线性关系的任意的过滤器。例如，通过监测穿过所述柴油机微粒过滤器的压力降，所述柴油机微粒过滤器中负载的烟灰量就可以被精确地计算出。本发明的系统可以提高再生循环过程中柴油机微粒过滤器的温度，同时降低不可控反应(即失控反应)的发生率，因为所述柴油机微粒过滤器的烟灰负载能够被精确地测定。随着再生温度的提高，每个再生循环均可以更快地执行，再生循环的效率可以被提高，在所述柴油机微粒过滤器的寿命期内执行再生循环所需要的总体燃料消耗被降低，或其组合。
在本发明的另一种实施方式中，所述柴油机微粒过滤器的尺寸(即长度、直径、横截面积或其组合)可以被降低，同时不牺牲性能或者不会不必要地增加需要被执行的再生循环的次数。所述柴油机微粒过滤器的尺寸上的减小可以在排气系统中提供用于包含其它排放部件的空间，而不会降低所述柴油机微粒过滤器的效率、不会降低所述排气系统的效率、降低所述排气系统的系统成本、或其组合。最优化的柴油机微粒过滤器尺寸可以通过测定穿过所述柴油机微粒过滤器的压力降并且使用查阅表来计算得出，以使得再生循环过程中的燃料消耗量被降低。
在本发明的再一种实施方式中，控制系统可以调节引擎速度、排气再循环、节流阀开启或其组合，从而使得引擎速度降低至空转的时候微粒过滤器的温度可以在再生循环过程中被控制。当引擎速度被降低至空转的时候，本发明能够增加或维持穿过所述柴油机微粒过滤器的空气流，以使得热量能够从微粒过滤器移除并降低出口温度峰值，从而使得微粒过滤器不至于被损坏。当引擎速度被降低的时候，排气的空气流和 /或空速可以通过开启节流阀或保持节流阀处于开启位置来控制。排气的空气流和/或空速可以进一步通过降低或消除再循环排气的量来增加。当在将引擎的速度降低至空转之前再生循环已经运行了五分钟或更少的时间时，本发明能够通过增加节流阀的开启和/或减少排气再循环约两分钟或更少的时间来将微粒过滤器的温度降低至低于可能会损坏所述微粒过滤器的温度。
附图说明
图1描述了与引擎相结合的柴油机微粒过滤器的一种可能的实施方式；
图2描述了一种可能的压力降查阅表；
图3描述了另一种可能的压力降查阅表；
图4A和4B描述了在不同的烟灰负载下再生的柴油机微粒过滤器的可能负载特征的实例；
图5A和5B描述了入口气体温度查阅表的实例；
图6描述了入口气体温度查阅表的一个实例；
图7描述了入口气体温度查阅表的另一个实例；
图8描述了持续时间查阅表的一个实例；
图9描述了示出用于计算尺寸减小的微粒过滤器的一种可能的方法的方法流程图；
图10描述了入口气体温度为630℃下当质量流动速率在降低至空转的过程中从8磅/分钟降低至2磅/分钟时，7.2英寸过滤器的峰值出口温度；
图11描述了入口气体温度为630℃下，当质量流动速率在降低至空转的过程中从9磅/分钟降低至5磅/分钟时7.2英寸过滤器的峰值出口温度；
图12描述了入口气体温度为630℃下，当质量流动速率在降低至空转的过程中从19磅/分钟降低至5磅/分钟时7.2英寸过滤器的峰值出口温度；
图13描述了在入口气体温度为630℃并降低至575℃，并且在降低至空转之前维持在这一温度的情况下，当质量流动速率在降低至空转的过程中从8磅/分钟降低至2磅/分钟时7.2英寸过滤器的峰值出口温度；
图14描述了入口气体温度为625℃下，当质量流动速率在降低至空转的过程中从8磅/分钟降低至2磅/分钟时，6英寸过滤器的峰值出口温度；
图15描述了入口气体温度为630℃下当质量流动速率在降低至空转的过程中从19磅/分钟降低至5磅/分钟时6英寸过滤器的峰值出口温度；以及
图16描述了一种流程图，其列出了一种可能的步骤组合，示出本发明是如何实施的。
发明详述
下述优选实施方式的说明仅为示例性的性质，并且其不意图以任何方式来限制本发明、其应用或用途。
本发明提供一种改善的柴油机微粒过滤器，一种改善的用于再生柴油机微粒过滤器的系统，以及一种改善的设计用于系统的柴油机微粒过滤器的方法。本发明进一步调节引擎以使得当引擎速度降低至空转的时候，虽然再生循环处于运行状态，但是微粒过滤器的温度会被控制并且所述微粒过滤器不会被损坏。
一种排气系统，包括微粒过滤器。所述微粒过滤器可以由能够将烟灰从排气流、并且特别是从柴油机排气流中移除的任意恰当的材料构成。优选地，所述柴油机微粒过滤器可以由烟灰负载和穿过柴油机微粒过滤器的压力降之间基本线性相关的任意材料所构成。例如大多数的数据点为线性的，例如约70％或更多、优选约80％或更多、或者更优选约90％或更多、或者最优选95％或更多。所述柴油机微粒过滤器可以由陶瓷材料构成，其可以经设计以将烟灰过滤出排气流，提供充足的空气流给引擎以正常运行，并且其可以经受得住排气的条件(例如温度、压力、侵蚀、潮湿等，或其组合)。所述柴油机微粒过滤器可以由针状莫来石、堇青石、金刚砂(SiC)、钛酸铝或其混合物构成，其可以人工地包括识别层。所述识别层可以是在过滤器上的任意层，其允许烟灰被均匀地收集在微粒过滤器之上和/或之中，以使得烟灰负载和压力降具有基本上呈线性的关系。所述识别层可以是与过滤器一起使用以产生能够在其上收集烟灰的表面的任意层。所述识别层可以是能够防止烟灰初始填充微粒过滤器的孔从而形成烟灰结块的任意层。优选地，所述柴油机微粒过滤器可以由不包括识别层的针状莫来石构成。更优选地，所述柴油机微粒过滤器可以由针状莫来石构成。
所述的柴油机微粒过滤器可以是适用于将烟灰从废气流移除以使得从排气系统排出的废气能够满足环境标准的任意尺寸。所述柴油机微粒过滤器的尺寸可以依赖于引擎的尺寸和所定义的操作条件而有所不同。所述柴油机微粒过滤器的长度可以是约51cm(例如约20英寸)或更小，约38cm(例如约15英寸)或更小，约30.5cm(例如约12.0英寸) 或更小，约28cm(例如约11.0英寸)或更小，优选约23cm(例如约9.0 英寸)或更小，或者更特别地为约20m(例如约8.0英寸)或更小(即约20.8cm或约8.2英寸)。所述柴油机微粒过滤器的长度甚至是可以被进一步小型化，以使得过滤器的长度为约18cm(例如约7.0英寸)或更小，或者甚至是约15cm(例如约6.0英寸)或更小(例如约18.5cm至约16.5cm，或者约7.3英寸至约6.5英寸)。所述柴油机微粒过滤器可以具有直径。所述柴油机微粒过滤器的直径可以是约38cm(例如约15 英寸)或更小，约31cm(例如约12英寸)或更小，约25cm或更小，或者甚至是约20cm或更小。所述柴油机微粒过滤器的直径可以是约 20cm(例如约8英寸)至约25cm(例如约10英寸)之间(即约23cm 或约9英寸)。所述柴油机微粒过滤器可以具有横截面积。所述横截面积可以是约1500cm2或更小，约1200cm2或更小，或者约1000cm2或更小。所述横截面积可以是约300cm2或更大，约400cm2或更大，或者约 500cm2或更大。
本发明可以使用限定的操作参数来最优化再生效率、计算烟灰处理能力、计算系统尺寸或其组合。所限定的操作参数或者所限定的参数可以是任意的过程参数，其可以被选择、设定或计算以最优化系统的性能或者可以是预设定的常量。举例来说，为了选择目标烟灰处理能力，首先确定给定尺寸过滤器的压力降，使其不会反作用于引擎性能，并且随后使压力降与系统的烟灰处理能力相关联。由此，在这种实施例中，所限定的操作参数为过滤器的尺寸以及给定过滤器的压力降。所限定的过程参数的实例可以是过滤器的尺寸、过滤器的材料组成、过滤器的孔尺寸、出口温度、入口温度、压力降、再生循环持续时间、烟灰负载、质量流动速率、空速或其组合。某些所限定的操作参数可以由设备制造商、环境法规、设计选择、空间限制或其组合来预设定。某些所限定的操作参数可以被使用为过程变量。举例来说，可以计算或改变一个过程参数 (即过程变量)同时维持所限定的过程参数恒定。
所述的柴油机微粒过滤器可以包括目标烟灰处理能力。所述的目标烟灰处理能力可以依赖于所述柴油机微粒过滤器的材料、所述柴油机微粒过滤器的尺寸(例如长度、直径、横截面积或其组合)、所限定的操作参数或其组合而增加、降低或其组合。所述目标烟灰处理能力可以通过挑选与压力变化相关联的烟灰容量来选择。优选地，所述的目标烟灰处理能力可以被选择以使得穿过微粒过滤器的压力增加和/或空气流降低的程度并不会大到影响引擎性能。更优选地，所述的目标烟灰处理能力可以是柴油机微粒过滤器中触发再生循环但不降低通过柴油机微粒过滤器的空气流量的负载烟灰量，以使得热量被移除和/或柴油机微粒过滤器的背压不会增加，从而不会反作用于引擎性能。所述柴油机微粒过滤器的目标烟灰处理能力可以是约95克或更小，约75克或更小，或者约55克或更小。所述柴油机微粒过滤器的目标烟灰处理能力可以是约 15克或更大，优选约25克或更大，或者更优选为约35克或更大(例如约38克至约48克)。所述柴油机微粒过滤器可以负载的烟灰为约5.0克/升或更大，约6克/升或更大，约7克/升或更大，或者约8克/升或更大。所述柴油机微粒过滤器可以负载的烟灰为约11克/升或更小，约10 克/升或更小，或者约9克/升或更小。所述柴油机微粒过滤器可以负载的烟灰为约3克/升至约8克/升。优选地，所述柴油机微粒过滤器可以负载的烟灰为约5克/升至约7克/升。
所述的柴油机微粒过滤器可以具有最大烟灰处理能力(即最大烟灰负载)。所述的最大烟灰处理能力可以通过将目标烟灰处理能力与计算烟灰负载的偏差相加而计算得出。基于压力降计算的烟灰负载的偏差 (即烟灰质量的可信度(predictability))可以是约±3g/L或更小，优选约±2.0g/L或更小，更优选为约±1.0g/L或更小，或者最优选为约±0.5g/L 或更小。所述烟灰质量可信度与低滞后相关联，并且反之亦然。所述柴油机微粒过滤器的滞后可以是约±3g/L或更小，优选约±2.0g/L或更小，更优选为约±1.0g/L或更小，或者最优选为约±0.5g/L或更小。最大烟灰保持能力可以基于过滤器的尺寸而有所不同。例如长为28cm并且直径为23cm的过滤器相对于长度为18英寸并且直径为23cm的过滤器来说可以保持更多的烟灰。所述柴油机微粒过滤器的最大烟灰处理能力可以是约200克或更少，约150克或更少，约100克或更少。所述柴油机微粒过滤器的最大烟灰处理能力可以是约10克或更多，20克或更多，或者甚至是30克或更多(例如约41克至约52克之间)。所述的最大烟灰处理能力可以基于过滤器的组成而有所不同。例如，由堇青石、钛酸铝、针状莫来石、金刚砂或其混合物构成的过滤器中的每一种均可以具有不同的偏差，不同的最大烟灰处理能力(即最大烟灰负载)，或者二者。所述的最大烟灰处理能力可以与入口气体温度查阅表一起用来计算出不超过最大出口温度的入口气体温度，以使得所述柴油机微粒过滤器不会被损坏。
所述的柴油机微粒过滤器可以包括操作烟灰处理能力。所述的操作烟灰处理能力可以是允许所述微粒过滤器恰当地运行而不损坏所述过滤器的任意量。所述的操作烟灰处理能力可以是允许所述微粒过滤器恰当地运行并最小化再生循环次数的任意量。所述的操作烟灰处理能力可以是在再生循环过程中从所述过滤器移除的烟灰量。例如，如果目标烟灰处理能力为50克并且再生效率为90％，那么操作烟灰处理能力就为 45克。所述的操作烟灰处理能力可以是负载至所述柴油机微粒过滤器内并且接下来在再生循环中从所述柴油机微粒过滤器移除的烟灰量。所述的操作烟灰处理能力可以是约150克或更少，约100克或更少，或者约 50克或更少。所述的操作烟灰处理能力可以是约20克或更多，约25克或更多，或者约30克或更多(例如约34克至约43克)。
所述的柴油机微粒过滤器系统可以包括一个或多个温度传感器。优选地，所述的柴油机微粒过滤器系统在柴油机微粒过滤器的入口侧包括至少一个温度传感器，并且在柴油机微粒过滤器的出口侧包括至少一个温度传感器。然而，所述微粒过滤器系统可以在不具有任何温度传感器的情况下运行。所述温度传感器可以是适用于测量排气流温度的任意温度传感器。举例来说，热电偶、热敏电阻、热阻温度计(RTD)、负系数温度传感器、正系数温度传感器或其组合可被用于测量所述系统的温度。所述的温度传感器可以是能够经受得住排气条件的任意温度传感器。所述的至少一个温度传感器可以是能够经受得住约500℃或更高的温度，优选约800℃或更高的温度，或者更优选约1000℃或更高的温度 (即约700℃至约900℃之间)的任意温度传感器。优选地，如果仅使用一个温度传感器的话，那么其位于微粒过滤器的入口侧。
所述柴油机微粒过滤器系统可以包括一个或多个压力传感器。所述一个或多个压力传感器可以位于柴油机微粒过滤器的出口侧，柴油机微粒过滤器的入口侧，或者二者。优选地，如果仅使用一个压力传感器的话，那么其位于柴油机微粒过滤器的入口侧。更优选地，压力传感器可以位于柴油机微粒过滤器的入口侧以及出口侧。所述的压力传感器可以是能够经受得住排气条件的任意压力传感器。所述至少一个压力传感器可以是能够经受得住约500℃或更高的温度，优选约800℃或更高的温度，或者更优选约1000℃或更高的温度(即约700℃至约900℃之间) 的任意压力传感器。
所述的柴油机微粒过滤器系统可以包括一个或多个控制模块(例如车载电脑或者行车电脑)。所述的一个或多个控制模块可以连接所述一个或多个温度传感器、所述一个或多个压力传感器、或其组合。所述控制模块可以位于排气系统内部。优选地，所述控制模块位于排气系统的外部，并且连接用于监测排气系统内部的传感器。所述的一个或多个控制模块可以包括一个或多个程序。所述一个或多个程序可以包括一个或多个查阅表。优选地，所述控制模块将装载有至少三个查阅表。例如，所述控制模块可以包括压力降查阅表、入口气体温度查阅表、持续时间查阅表或其组合。
所述的一个或多个查阅表可以在控制器在再生循环之前、期间或之后监测所述柴油机微粒过滤器的时候由控制器生成(例如，测绘由传感器监测的数据并且使所测绘的数据参引控制性能)。优选地，查阅表可以在将所述柴油机微粒过滤器系统装载至车辆中之前生成并装载至控制模块中。所述查阅表可以基于理论计算的数据来生成。所述查阅表可以通过实际测试数据来生成。所述查阅表可以被预装载至控制器中，并且所述控制模块可以内推或外推得到实时数据，以实现使用一个或多个查阅表以及存储在所述控制模块中的存档数据点进行计算。所述查阅表可以帮助控制器确定包含在柴油机微粒过滤器内的烟灰量(例如，克)，基于穿过柴油机微粒过滤器的压力降的量值、入口气体温度、峰值出口气体温度、微粒过滤器长度、排气的空速、微粒过滤器的直径、所限定的参数、或其组合。例如，压力降查阅表可被用于通过测量穿过微粒过滤器的压力降来计算给定微粒过滤器(例如9英寸×11英寸过滤器)的烟灰量。所述查阅表可以帮助控制器确定可与微粒过滤器的最大烟灰负载一起使用而不会损坏所述微粒过滤器的入口气体温度。对于给定入口气体温度、出口气体温度、过滤器尺寸(即长度、直径、横截面积或其组合)、过滤器材料、烟灰负载(例如最大或目标烟灰负载)、所限定的参数或其组合的柴油机微粒过滤器，所述查阅表可以帮助控制器确定再生循环持续时间和/或再生效率。
所述柴油机微粒过滤器可以通过主动再生循环或者被动再生循环来再生。在本文中所讨论的再生循环涉及主动再生循环。当燃料(例如柴油机燃料)被注入排气系统并且点燃燃料以加热微粒过滤器内的烟灰从而使得所述烟灰转化为二氧化碳、一氧化碳或二者的时候，产生主动再生循环。被动再生循环在柴油机引擎的运行过程中连续地发生。例如，随着氮氧化物(NOx)进入微粒过滤器，柴油机微粒过滤器内的烟灰可以被NO2氧化，并将烟灰(例如碳)转化为二氧化碳、一氧化碳或者二者。微粒过滤器的被动再生率可能会影响所计算的柴油机微粒过滤器的烟灰负载；由此，烟灰负载的量可以被调节以补偿被动移除的烟灰的量。优选地，被动再生并不会影响没有滞后的过滤器，以及目标和/或最大烟灰处理能力的计算。被动再生可以被认为是当触发再生循环时的一个参数。
再生柴油机微粒过滤器的时机可能会受到再生循环过程中柴油机微粒过滤器的温度、精确控制再生循环过程中的温度的能力、或者二者的影响。再生循环过程中所述柴油机微粒过滤器的温度可以是约500℃至约700℃，优选约525℃至约675℃，并且更优选约575℃至约650℃。再生循环的时间受到计算柴油机微粒过滤器烟灰负载的精确性的影响。再生循环的持续时间量为最大烟灰负载和入口气体温度的产物。例如，进入柴油机微粒过滤器的烟灰负载越多，再生循环过程中达到的温度越高。由此，精确计算的过滤器烟灰负载能够使再生循环过程中的温度在提高的同时而不会导致“失控的”反应。如在本文中所讨论的，“失控的”反应可能导致排气系统及其部件的损坏。本发明降低了不可控反应 (例如失控的反应)过程中微粒过滤器的温度，和/或降低了不可控反应发生的几率，以使得微粒过滤器不至于被损坏。
再生循环的效率可以通过控制如在本文中所定义的过程条件、过程参数或二者来进行控制。例如，如果控制器计算的烟灰负载为100克而实际烟灰负载为120克，那么再生循环过程中的反应就可能因为所述柴油机微粒过滤器具有太多的烟灰(即燃料)而变为失控的反应。在另一种实例中，如果控制器计算的烟灰负载为100克而实际烟灰负载为80 克，那么再生循环就会被抑制并导致更低的效率(例如，过滤器中烧掉较少的烟灰，由此，再生循环将不得不更快地再次发生和/或再生温度会更低，导致再生循环更长)。出于这些原因，能够精确地计算柴油机微粒过滤器的烟灰负载降低了失控的反应或者低效率再生循环的可能性。
再生效率为位于过滤器中的烟灰通过从碳转化为二氧化碳(CO2) 或一氧化碳(CO)并从所述柴油机微粒过滤器移除的百分比。本发明可以从过滤器中移除约75％或更多的烟灰。优选地，本发明从过滤器中移除约85％或更多的烟灰。更优选地，本发明可以从过滤器中移除约90％或更多的烟灰。例如，如果所述柴油机微粒过滤器负载有100克的烟灰，那么本发明将从柴油机微粒过滤器移除约90克或更多的烟灰(例如约 90％的烟灰被移除或者再生循环效率为约90％)。
再生循环持续时间可以执行为不同长度的持续时间，以使得达到所限定的参数组。再生循环可以执行为约40分钟或更短。再生循环可以执行为约30分钟或更短，优选约25分钟或更短，更优选约20分钟或更短，甚至是更优选约16分钟或更短，或者最优选为约14分钟或更短。需要用于执行再生循环的时间可以缩减约10％或更多，约15％或更多，约20％或更多，约30％或更多，优选约40％或更多，更优选约45％或更多，或者最优选约50％或更多。再生循环的持续时间可以通过查阅表来确定(即持续时间查阅表)。
再生循环的持续时间可以是基于所限定的参数(例如烟灰负载、入口气体温度、过滤器尺寸、出口温度或其组合)而预设定的持续时间。例如，入口温度越高，再生循环越快完成。在给定温度下的再生循环的持续时间可以是足够长的，以使得所述柴油机微粒过滤器的烟灰被移除 80％或更多，并且优选90％或更多。再生循环的持续时间可以通过计算在给定的入口气体温度下获得给定的再生循环效率所需要的时间量来确定。例如，所述持续时间可以持续直至从所述柴油机微粒过滤器移除的烟灰达到70％或更多、80％或更多、或者优选90％或更多。
再生循环的持续时间可以基于烟灰氧化温度(即入口气体温度)而有所不同。例如，如果烟灰入口温度为600℃，那么所述持续时间将会是一个时间长度(例如约17分钟来移除35g)，并且如果烟灰入口温度为625℃，所述持续时间将会是一个更短的持续时间(例如约11分钟来移除35g)。再生循环的持续时间相对于入口温度数据绘制曲线可能不是线性的。例如，入口气体温度越高，数据绘制曲线的斜率约大。
持续时间查阅表可被用于改善再生效率。优选地，所述持续时间查阅表可被用于将再生效率提高至约90％或更大，而不会增加损坏微粒过滤器的危险性。持续时间查阅表可被用于确定给定持续时间的再生效率。例如，如果再生循环的持续时间为38分钟，并且入口气体温度为 565℃，而且效率为75％，那么持续时间查阅表可被用于确定90％的效率可以在600℃、23分钟获得。
改善的柴油机微粒过滤器和柴油机微粒过滤器控制系统可以降低在所述柴油机微粒过滤器的寿命期中所使用的燃料量。优选地，改善的柴油机微粒过滤器和柴油机微粒过滤器控制系统可以降低在每个再生循环中所使用的燃料量。本发明可以减少每个再生循环所需要的时间以使得较少的燃料需要用来执行每个再生持续时间，再生效率有所增加从而使得再生循环可以较不频繁地发生，或者二者。所述柴油机微粒过滤器的每个再生持续时间所需要的燃料量可以降低约10％或更多，约20％或更多，或者约25％或更多，优选约30％或更多，更优选约35％或更多，或者甚至是更优选约40％或更多。每个再生循环中所使用的燃料消耗量可以通过提高再生循环的温度而降低。引擎所需要的总体燃料消耗量可以降低约0.25％或更多，优选约0.5％或更多，更优选约0.75％或更多，或者甚至是更优选约1.0％或更多。发动机所使用的燃料总量可以通过降低微粒过滤器再生所需的时间和/或通过获得更高的再生效率以使得被处理的的烟灰量更多而降低。
在本文中所讨论的控制器和部件可以结合在方法中使用以使得再生循环被控制。所述系统可以测量由位于柴油机微粒过滤器的入口侧的流体流所产生的压力。所述系统可以测量位于过滤器的出口侧的流体的压力。柴油机微粒过滤器的出口侧可以不包括压力传感器。柴油机微粒过滤器的出口侧的压力可以保持恒定，而不考虑柴油机微粒过滤器入口侧的压力。所述压力可以由在本文中所讨论的一个或多个压力传感器来测量。压力测量值可以传送至控制模块以使得计算可以被执行。
控制模块或者某些其它的计算设备(例如车载电脑系统)可以接收由一个或多个压力传感器采集的测量值。穿过所述柴油机微粒过滤器的压力降可以通过入口压力减去出口压力来计算，从而计算得出压力降 (即高压减去低压)。出口压力可以是恒定的数值，以使得由入口压力减去所述恒定的数值来获得压力降。所述的压力降可以与一个或多个查阅表相关联。
查阅表可以包括压力降，将压力降的数值与包含在所述柴油机微粒过滤器中的烟灰含量关联(即压力降查阅表)。压力降的数值和包含在柴油机微粒过滤器中的烟灰含量可以是曲线相关的(例如指数曲线)。优选地，压力降的数值和包含在柴油机微粒过滤器中的烟灰含量在所述曲线(例如数据作图)的至少一部分上具有基本上线性的关系。例如，所述数据图的线性区域可以是数据图总长度的约50％或更多，优选约 75％或更多，更优选约90％或更多，或者甚至是更优选约95％或更多。最优选地，所述数据图在其整个长度上均可以是线性的。压力降和柴油机微粒过滤器中的烟灰含量之间的关系可能会受到柴油机微粒过滤器的长度、直径、横截面积或其组合的影响。例如，8.2英寸长的柴油机微粒过滤器上的约22.5kPa(例如约225mbar)的压力降可以导致58克的烟灰负载，6.5英寸长的柴油机微粒过滤器上22.5kPa(例如约225mbar) 的压力降会导致38克的烟灰负载。由此，当查阅表被装载至控制模块中的时候，所使用的相应柴油机微粒过滤器的长度通过电子控制单元校准组而被考虑。
控制模块可以基于所计算的柴油机微粒过滤器中的烟灰负载、入口气体温度、或者二者来控制再生循环，以使得所述柴油机微粒过滤器不至于被损坏。所述控制模块可以在查阅表上具有目标烟灰负载，并且当获得相应的压力降的时候，所述控制模块会触发再生循环，以使得在每个再生循环过程中均获得用于再生的最优化温度，并且再生效率满足所限定的百分比，例如约90％或更大。再生循环的温度可以通过在更高或更低的烟灰负载下执行再生循环、通过提高或降低入口气体温度、或者通过其组合来控制。例如，如果需要更高的温度，那么再生循环将不会开始直至保持入口气体温度恒定的同时更多的烟灰被负载至柴油机微粒过滤器中，或者通过保持烟灰负载恒定的同时提高入口气体温度，或者二者。例如，如果需要更低的温度，那么再生循环可以在更低的烟灰负载下执行。
控制模块可以连续地或者间歇地测量柴油机微粒过滤器的出口侧、入口侧或者两侧的温度和压力。优选地，在再生循环过程中，所述控制模块至少测量柴油机微粒过滤器的出口侧的温度。更优选地，所述控制模块测量柴油机微粒过滤器的入口侧和出口侧的温度。如果所述柴油机微粒过滤器的出口侧温度变得过高，那么所述控制模块会控制再生循环。例如，如果所述温度变得过高，那么所述控制模块可以降低燃料的添加量，以使得再生温度被降低。在另一种实例中，所述控制模块可以降低下一个再生循环的目标烟灰负载，以使得柴油机微粒过滤器中的烟灰含量降低，并且使温度降低，从而避免“失控的”反应。所述控制模块在再生循环过程中不会测量微粒过滤器的入口气体温度、出口气体温度或者二者。所述控制模块可以基于在再生循环过程中添加至排气系统的燃料用量来计算入口气体温度。所述控制模块可以基于烟灰负载、入口气体温度、注入排气系统的燃料用量或其组合来计算出口气体温度。
所述控制模块可以包括用于计算目标入口气体温度的查阅表(即进入柴油机微粒过滤器的排气)。所述目标入口气体温度可以通过使最大微粒过滤器床温度等温线与微粒过滤器的烟灰负载相关联来确定。所述的微粒过滤器床温度等温线可以相关于出口气体温度；因此，降低出口气体温度就会降低床温度等温线。所述入口气体温度可以影响再生循环的持续时间，再生循环过程中的柴油机微粒过滤器的最大温度，再生效率，或其组合。例如，更高的入口气体温度会加速氧化反应，并导致柴油机微粒过滤器的温度升高，其缩短了再生循环时间并提高了再生效率。所述入口气体温度可以通过将燃料添加至入口气流，从而点燃并加热入口气流来提高。所述的入口气体温度可以通过降低添加至入口气流的燃料量来降低。所述入口气体温度可以在再生循环的整个持续时间维持恒定，由此，整个再生循环可以仅包括一个阶段(即一个入口气体温度)。例如，所述入口气体温度可以被设定在620℃，并且这一温度可以在再生循环的整个持续时间被维持。所述入口气体温度可以在再生循环开始时仅包括一个阶段。例如，所述的入口气体温度可以在开始时的 0分钟至约10分钟，优选在约0分钟至约8分钟，或者更优选在约3分钟至约5分钟被维持在585℃，然后入口气体温度发生变化。所述再生循环可以在再生循环过程中包括多个阶段。例如，控制器可以在整个再生循环期间连续地提高入口气体温度。控制器可被用于基于入口气体温度的变化来计算再生循环的持续时间。例如，如果所述入口气体温度从 585℃升高至600℃，那么再生循环可以在约2分钟或更少的持续时间内实现90％的再生。
温度传感器(即热敏电阻)可被用于调节添加至入口气体的燃料量，以使得实际的入口气体温度基本上等同于目标入口气体温度。例如，如果实际入口气体温度超过目标气体温度，那么热敏电阻将降低添加至入口气体的燃料量以使得实际入口气体温度被降低。入口气体温度的控制可以控制最大柴油机微粒过滤器床温度等温线。例如，通过升高入口气体温度，所述柴油机微粒过滤器床温度等温线就能够被升高。所述柴油机微粒过滤器床温度等温线的温度还可以通过控制穿过排气系统的空气流量来控制。例如，如果穿过柴油机微粒过滤器的空气流量增加，那么从柴油机微粒过滤器移除的热量就会增加，并且柴油机微粒过滤器的温度将会降低。
在再生循环的持续时间中，入口气体温度可以被升高至目标入口气体温度并保持恒定。所述入口气体温度可以被升高至目标入口气体温度，并且随后，在通过基于保留在微粒过滤器中的烟灰量再次计算目标入口气体温度之后而被逐步地升高。所述入口气体温度可以在整个再生循环持续时间随着烟灰负载的逐步降低而均匀地增加，以使得再生效率可以被最大化并且再生循环的持续时间可以被最小化。
本发明可以进一步包括设计系统的方法，其包括计算用于引擎的在本文中描述的柴油机微粒过滤器的最有效尺寸(例如长度)的步骤，以使得再生循环导致高再生效率、降低的燃料消耗、增加的再生温度、降低的再生循环持续时间、过滤器的封装尺寸被降低、或其组合。用于所有引擎的一种标准尺寸微粒过滤器并不会在使用所述微粒过滤器的每个引擎中都产生有效的再生循环；因此，能够使用压力降、烟灰负载、入口气体温度或其组合来计算过滤器的最优化尺寸会使得用户和/或制造商能够组装将产生更有效的再生循环的过滤器。
目标压力降可以被选择以使得最优化尺寸的过滤器可以被计算得出。所述的目标压力降可以是任意的压力降。优选地，所述的目标压力降为比新的过滤器和完全负载烟灰的过滤器之间的差值小的压力降。目标压力降可以被选择以使得引擎性能基本上不降低。目标压力降可以被选择以使得柴油机微粒过滤器的烟灰保持能力足够高，以使得再生循环被最小化。目标入口气体温度可以被选择。所述的目标入口气体温度可以是在正常额定条件下引擎的正常操作温度(即引擎在非空转下运行直至引擎在扭矩曲线下运行)。目标体积流量可以被选择。所述的目标体积流量可以是在正常至额定条件下引擎的正常运行体积流量(即引擎在非空转下运行直至引擎在扭矩曲线下运行)。例如，所述的目标体积流量可以是每分钟移动通过柴油机微粒过滤器的排气的立方英尺量。体积流速、空速或者二者可以被选择以使得热量被从微粒过滤器移除，并且所述微粒过滤器不会被损坏。体积流速、空速或者二者可以被选择以使得足量的排气被从排气系统移除，从而使得引擎不会被塞住和/或关闭。
柴油机微粒过滤器的初始目标长度可以基于目标压力降和目标烟灰负载量(例如过滤器可以保持的烟灰克数)计算得出。所述柴油机微粒过滤器的初始目标长度可以使用查阅表来计算。优选地，所述柴油机微粒过滤器的初始目标长度可以通过使用压力降查阅表来计算。
对于具有“计算得出”初始目标长度的柴油机微粒过滤器而言，柴油机微粒过滤器的最大烟灰处理能力(即最大烟灰负载)可以通过目标烟灰负载减去烟灰负载偏差来计算得出。如在本文中所讨论的，所述目标烟灰负载可被选择为烟灰负载能力和压力降的函数。
在再生循环过程中所使用的入口气体温度可以基于预期的最大烟灰负载而计算得出。可被预期的最大烟灰负载越精确，在再生循环过程中可被使用的入口气体温度越高，从而使得“失控的”放映的可能性被降低。所述入口气体温度可以通过使用查阅表来计算得出。优选地，所述入口气体温度可以使用包括最大烟灰负载和目标最大出口温度的入口气体温度查阅表计算得出。
本发明可被用于使柴油机微粒过滤器小型化、减少所述柴油机微粒过滤器花费于再生的时间量、降低用以再生柴油机微粒过滤器的燃料消耗、或其组合。本发明设计了使用一个或多个查阅表来实现如在本文中所讨论的一个或多个优点的方法。所述的柴油机微粒过滤器可以通过确定当前使用的柴油机微粒过滤器的目标过程参数、制造商目标参数、环境目标参数或其组合而被小型化。新的微粒过滤器尺寸(例如长度、直径、横截面积、或其组合)可以被选择，以获得已经被确定的目标过程参数。压力降查阅表可被用于使用其它的所确定的过程参数和/或所提供的过程参数来计算某些目标过程参数。一旦获得所述目标过程参数(例如所确定的过程参数)，不会损坏微粒过滤器的最大入口气体温度就可以被计算得出，用以使用给定过滤器的最大烟灰负载来小型化微粒过滤器。可被提供的某些目标过程参数的例子为：柴油机微粒过滤器的初始长度、在输入质量流速下的压力降、入口气体温度、过滤器的材料组成、最大烟灰负载质量、目标烟灰负载质量、操作烟灰负载质量、再生循环持续时间、再生循环频率、或其组合。最大烟灰负载可被提供；然而，最大烟灰负载可以使用目标烟灰负载和用于微粒过滤器材料的最大滞后来计算得出。再生循环持续时间可以使用持续时间查阅表计算得出。再生循环持续时间可以使用操作烟灰负载、对于给定尺寸的过滤器和/ 或入口气体温度来说已知的再生效率、目标再生效率、或其组合来计算得出。对于给定的微粒过滤器，用以获得再生效率的入口气体温度可以使用计算得出的持续时间、目标过程参数、操作烟灰质量负载、或其组合以及持续时间查阅表来计算得出。用于使过滤器小型化的最大烟灰负载可以使用持续时间查阅表、对于微粒过滤器材料来说已知的最大滞后、新的目标烟灰负载、或其组合来计算得出。新的过滤器尺寸(例如长度、直径、横截面积或其组合)可以基于计算得出的最大烟灰负载能力来计算得出。新的过滤器尺寸(例如长度、直径、横截面积或其组合) 可以小于小型化的微粒过滤器。这些步骤可以被重复一次或多次，直至再生次数、再生持续时间、或二者等于或小于基线小型化过滤器的。
微粒过滤器的尺寸(例如长度、直径、横截面积或其组合)可以被小型化并实现相同的或类似的燃料消耗；然而，可以执行最优化步骤，其改善燃料效率以使得在每个再生循环中使用较少的燃料。已经被计算出不会对压力降、再生循环的次数、再生持续时间、或其组合产生影响的小型化的微粒过滤器可以进一步优化其燃料效率，并且甚至能够被进一步小型化。用于给定过滤器的目标入口气体温度可以以给定的量值来提高(例如约10℃、20℃、25℃等)。用于给定微粒过滤器的目标烟灰负载随后可以基于提高的入口气体温度和90％的操作效率使用持续时间查阅表而计算得出。用于获得在给定的再生效率和目标入口气体温度下的新的目标烟灰质量所需的微粒过滤器的尺寸(例如长度、直径、横截面积或其组合)可以被计算得出。再生效率和执行再生所花费的时间总量可以使用持续时间查阅表来计算得出。新的微粒过滤器在再生中花费的时间总量可以与基线小型化过滤器的相比对。然而，如果所述时间总量不小于基线小型化过滤器的时间总量，那么所述方法将会被重复，直至总体再生时间被降低。如果所述时间总量小于基线小型化过滤器的时间总量，那么燃料效率将被改善。所述方法可以被重复以获得更多的改进；然而，过滤器的最小尺寸可能会受到再生频率、烟灰存储、或者二者的限制。
所述排气系统可以包括与排气系统连接的控制模块、控制器、计算机、车载电脑系统或其组合。优选地，本发明中将使用车载电脑。所述电脑能够监测引擎、排气系统或者二者的一个或多个条件。优选地，所述电脑监测引擎的速度。举例来说，所述电脑可以监测引擎的速度以使得当车辆停止的时候，引擎的速度降低至空转。更优选地，所述电脑监测并控制引擎速度、节流阀、排气再循环系统或其组合。
所述电脑可以监测引擎速度。优选地，所述电脑在再生循环被启动时即监测引擎速度，以使得排气系统和并且特别地使微粒过滤器不被损坏。所述电脑可以连续地监测引擎速度。所述电脑可以间歇地监测引擎速度。所述电脑可以仅当再生循环开始的时候才监测引擎速度。所述引擎速度在再生循环持续时间被维持在空转速度。可以不增加所述引擎的速度以控制穿过微粒过滤器的空气体积。所述电脑可以控制穿过微粒过滤器的空气流体积而不改变引擎的速度。
所述电脑可以监测再生循环持续时间。所述电脑可以监测再生循环持续时间以使得目标再生效率可以被实现。所述电脑可以监测再生循环持续时间以使得所述电脑可以停止增加微粒过滤器的入口气体温度。优选地，所述电脑监测再生循环持续时间以使得在再生循环过程中当降低至空转发生的时候微粒过滤器不会被损坏。更优选地，所述电脑监测再生循环持续时间以使得如果降低至空转发生的话，所述电脑可以采取如在本发明所描述的恰当的措施。所述电脑可以在目标入口气体温度下监测再生循环持续时间。
所述电脑可以监测再生循环持续时间。所述电脑可以测量再生循环的整个持续时间。所述电脑可以仅在再生循环的开始测量再生循环的持续时间。例如，依赖于构成微粒过滤器的材料，再生循环可以被监测约 15分钟或更短，约10分钟或更短，优选约8分钟或更短，或者更优选约6分钟或更短。所述电脑可以在再生循环的整个持续时间中监测再生循环；然而，所述电脑可以仅在再生循环开始的时候对引擎速度的变化作出响应。例如，所述电脑可以测量再生循环持续时间，并且如果降低至空转发生在再生循环开始10分钟之后，所述电脑就不会作出响应。在另一种实例中，所述电脑可以测量再生循环持续时间并且如果降低至空转发生在再生循环的首个5分钟之内，所述电脑就会改变过程参数，例如节流阀位置、排气再循环、或者二者。如果降低至空转发生在约10 分钟或更短、约7分钟或更短、优选约6分钟或更短、或者更优选约5 分钟或更短之后，所述电脑可以改变过程参数。依赖于用于构成微粒过滤器的材料，用于所述电脑调节过程参数的时间量可以是有所不同的。
节流阀可以基于标准操作参数(即再生循环没有发生)来设置。节流阀开启可以基于再生循环过程中操作的操作参数来设置。节流阀的设置可以是允许足够量的空气流穿过微粒过滤器以使得微粒过滤器不被损坏的任意位置。当引擎降低至空转的时候，所述节流阀可以在再生循环过程中完全地开启。如果引擎在再生循环过程中降低至空转，所述的节流阀就可以保持和/或维持在开启(即未闭合)位置。如果引擎在再生循环过程中降低至空转，所述的节流阀就可以保持在基本上开启的位置。例如，所述节流阀可以保持在约60％开启或更大、约70％开启或更大、优选约80％开启或更大、或者更优选约90％开启或更大的位置。
所述排气再循环可以在常规操作过程(即再生循环未发生)中使用标准控制参数来控制。所述排气再循环可以在再生循环过程中使用标准控制参数来控制。所述排气再循环可以在再生循环过程中使用再生循环控制参数来控制。控制器可以使用用于再生循环一部分的标准操作参数以及用于再生循环一部分的再生循环控制参数。所述排气再循环控制参数不会在再生循环过程中改变操作。所述废气再循环控制参数可以降低再生循环过程中再循环的排气量。所述再循环的排气量可以是允许微粒过滤器的温度被控制以使得微粒过滤器不被损坏的任意量。优选地，在再生循环过程中，排气再循环可以完全地停止。所述排气再循环可以在常规引擎速度下使用标准控制参数来控制。当引擎速度被降低至空转的时候，所述排气再循环可以在再生循环过程中使用再生循环参数来控制。优选地，所述排气再循环可以在引擎速度被降低至空转的再生循环过程中被极大地降低。例如，相对于标准操作参数，排气再循环流可以被降低至约30％或更低，优选约20％或更低，或者更优选约10％或更低。更优选地，当引擎速度被降低至空转的时候，所述排气再循环可以在再生循环过程中被基本上停止。
所述电脑可以控制添加至排气系统以使得再生循环被启动的燃料量。如果引擎速度被降低至空转以使得入口气体温度、出口气体温度、或者二者被降低，那么所述电脑还可以消除和/或降低添加至排气系统的燃料量以使得微粒过滤器不会被损坏。再循环的循环持续时间可以通过减少和/或消除进入排气系统的燃料而被缩短。再生循环过程中的氧化反应可以在添加至排气系统的燃料量被减少和/或消除之后而终止。节流阀可以在任意时刻开启以使得微粒过滤器不会被损坏。一旦降低至空转在再生循环过程中发生，所述节流阀就可以在一段时间之后被关闭和/或减小开启。例如，在所述节流阀由电脑维持/开启之后，节流阀可以在约5 分钟或更短、约4分钟或更短、优选约3分钟或更短、或者更优选约2分钟或更短之后被随后关闭。所述节流阀可以在约1分钟至约2分钟之后被关闭。节流阀开启可以被关闭，并且排气再循环在预设定的时间量之后被启动。所述预设定的时间量可以是防止微粒过滤器被损坏的任意的时间量。所述预设定的时间量可以基于所执行的测试来计算得出。所述预设定的时间量可以基于过滤器的材料特性而有所不同。例如，堇青石过滤器可以使节流阀维持开启3分钟，而针状莫来石过滤器可以维持开启2分钟。所述节流阀可以被关闭，并且一旦出口温度达到预设定温度所述排气再循环就被启动。例如，所述节流阀可被维持在开启位置直至出口温度达到700℃，并且随后所述电脑将开始关闭所述节流阀并启动排气再循环。
所述电脑可以监测流过微粒过滤器的空气量。所述电脑可以测量在给定的时间内经过微粒过滤器的空气体积(例如m3/min或m3/hr)。经过微粒过滤器的空气体积可以是足以保持过滤器的温度足够低以使得过滤器不会被损坏的任意体积。基于空气穿过微粒过滤器的空速，所述电脑可以控制流过滤器的空气量。微粒过滤器的空速可以通过采集通过过滤器的体积流量并除以过滤器的体积而计算得出。在降低至空转的过程中，经过过滤器的空速的量值可以是约15,000/hr或更大，优选约 20,000/hr或更大，或更优选约25,000/hr或更大。在降低至空转的过程中，经过过滤器的空速的量值可以是约50,000/hr或更小，优选约40,000/hr 或更小，或更优选约35,000/hr或更小(例如约21,000/hr至约31,000/hr 之间)。过滤器的长度可以影响空速。例如，如果需要更高的空速，那么可以使用更短的过滤器，或者如果需要更低的空速，那么可以使用更长的过滤器。
所述微粒过滤器可使用的过滤器为约50cm或更短、约40cm或更短、优选约30cm或更短、更优选约25cm或更短、或者甚至是更优选约20cm 或更短。所述微粒过滤器的长度可以基于微粒过滤器的直径而有所不同。例如，更长的微粒过滤器可以具有更小的直径，更短的微粒过滤器可以具有更大的直径，或其组合。所述微粒过滤器的直径可以是约40cm 或更小，优选约30cm或更小，或者更优选约25cm或更小。所述过滤器可以具有以升表示的体积。所述过滤器的体积可以是足够大的以使得当引擎降低至空转的时候所述过滤器能够从排气系统充分地移除污染物并且不会被损坏。所述过滤器的体积可以是约0.5L或更大，约1.0L或更大，约5L或更大，或者甚至约10L或更大。所述过滤器的体积可以是约100L或更小，约75L或更小，约60L或更小，约50L或更小，或者约40L或更小。
过滤器的体积可以与引擎的尺寸具有一定的比例。过滤器尺寸与引擎尺寸的比值可以是当引擎降至空转的时候不会损坏过滤器的任意比值。过滤器尺寸与引擎尺寸的比值可以是从排气流中充分移除污染物的任意比值。过滤器尺寸(例如以升表示)与引擎尺寸(例如以升表示的引擎体积空间)的比值可以是约2∶1或更小，约1.8或更小，优选约1.5 或更小，更优选约1.2或更小，最优选为约1.1或更小。
出口气体温度可以是足够低以使得微粒过滤器不会被损坏的任意温度。最大气体出口温度可以基于微粒过滤器的材料而有所不同。峰值出口气体温度可以被维持在低于约1000℃。优选地，峰值出口气体温度可以被维持在低于约900℃。更优选地，峰值出口气体温度可以被维持在低于约850℃。最优选地，峰值出口气体温度可以被维持在低于约800 ℃。在再生循环过程中当引擎速度降低至空转的时候，本发明可以充分地降低峰值出口气体温度以使得过滤器不会被损坏。本发明可以降低峰值出口气体温度约150℃或更多，约175℃或更多，优选约200℃或更多，或者更优选约250℃或更多，或者最优选约300℃或更多。
通过排气系统的排气质量流量可以被控制。通过所述系统的排气质量流量可以是允许峰值出口温度被充分地降低以使得微粒过滤器不会被损坏的任意流量。通过过滤器的排气质量流量可以是约0.5Kg/min或更高，优选约1.0Kg/min或更高，更优选约2.0Kg/min或更高，或者最优选约3.0Kg/min或更高。在本文中所讨论的排气质量流速可以被转化为空速以使得空速可以被定义为用于在本文中所讨论和所描述的所有过滤器，而不考虑长度、直径、横截面积或其组合。例如，对于5.2L的过滤器来说0.5kg/min的质量流速具有约4,784/hr的空速，并且对于6L 的过滤器来说3.0kg/min的质量流速具有约24,922/hr的空速。
所述排气系统可以不含有氧气传感器。来自于氧气传感器的信号可以不被用于控制引擎的速度(例如每分钟转数(RPM))，流过微粒过滤器的排气体积，流过微粒过滤器的排气速率，或其组合。微粒过滤器的温度可以单独地控制而不升高引擎的RPM。流经微粒过滤器的空气量可以被增加，而不升高引擎的RPM。在再生循环过程中，氧气的浓度和 /或质量流速不被用于控制微粒过滤器的温度。再生循环的温度可以不依赖于氧气的浓度、氧气质量流速、或者二者而被控制。微粒过滤器的温度可以不通过降低流进微粒过滤器的氧气浓度而被控制。被加入至所述系统中的新鲜空气(即氧气)的用量(例如浓度和质量)可以被增加以使得所述微粒过滤器不会被损坏。
图1说明了本发明的一种可能的构型。排气系统2通过在引擎4和排气系统2之间延伸的排气管6连接至引擎4。所述排气系统2包括涡轮增压机8、柴油机氧化催化剂10、柴油机微粒过滤器12以及选择性催化还原系统14。所述柴油机微粒过滤器12具有入口侧16和出口侧 18。所述柴油机微粒过滤器12的入口侧16包括温度传感器20和压力传感器22。所述柴油机微粒过滤器12的出口侧18包括温度传感器24 和压力传感器26。所述柴油机微粒过滤器12包括直径(D)和长度(L)。入口温度传感器20、出口温度传感器24、入口压力传感器22和出口压力传感器24连接至控制模块28，并连续地或间歇地发送温度和/或压力读数至控制模块28。所述控制模块28和柴油机微粒过滤器12被连接，从而在再生循环过程中控制模块28可以控制柴油机微粒过滤器的温度和/或离开排气系统2的气体30的温度。
图2说明了一种可能的压力降查阅表，其将压力降与柴油机微粒过滤器内的烟灰负载量相关联。图2包括对于针状莫来石和堇青石柴油机微粒过滤器的可能的图形。针状莫来石柴油机微粒过滤器表现出基本上呈线性的数据图。在0％填充、50％填充和100％填充下，堇青石图形也表现出基本上呈线性的数据图。表示所述的柴油机微粒过滤器为50％填充和100％填充的堇青石数据图上可以具有初始非线性负载区域。图形还示出相对于堇青石柴油机微粒过滤器，更小的针状莫来石柴油机微粒过滤器表现出更高的烟灰负载特性，其具有更低的压力降。
图3说明了所述柴油机微粒过滤器长度的减小降低了柴油机微粒过滤器的最大烟灰负载。图3还说明了柴油机微粒过滤器的长度不会影响针状莫来石柴油机微粒过滤器的数据图的形状。图3进一步说明了随着压力降变化的增加，包含在所述柴油机微粒过滤器内的烟灰量会成比例地增加。例如，在22.5kPa的压力降下(例如约225mbar)，20.8cm(例如约8.2英寸)的过滤器可以保持约58克的烟灰；18.5cm(例如约7.3 英寸的过滤器)可以保持约48克的烟灰；并且16.5cm(例如约6.5英寸) 的过滤器可以保持约38克的烟灰。现认为通过降低柴油机微粒过滤器的长度和最大烟灰负载能力，再生循环的频率并不会增加。图3可被用于设计一种系统，其中，过滤器的尺寸适配于所述系统以使得再生效率被最大化，使得过滤器的尺寸被最小化，使得烟灰操作能力被最大化，或其组合。图2和3中的压力降查阅表被用于计算柴油机微粒过滤器内的压力降的量，以在最大烟灰负载下触发再生循环。例如，图3中8.2 英寸的AERIFY过滤器产生了约95mbar的初始压力降，并且在约58克的目标烟灰质量负载下产生了约220mbar的压力降。在这种实施例中，一旦压力降达到220mbar或者压力降的变化达到约125mbar，再生循环就被触发。
图4A和4B说明了新的过滤器、在一次再生循环之后的过滤器、以及在两次再生循环之后的过滤器的负载特性的实施例。如在图4A中可以看出的，第一次负载的针状莫来石柴油机微粒过滤器表现出基本上呈线性的数据图。一旦过滤器被再生，所述的柴油机微粒过滤器就第二次负载烟灰，并且在柴油机微粒过滤器的第二次负载过程中，所述数据图会显示为初始的倾斜上升以及随后的基本上线性的数据图。第二次负载的柴油机微粒过滤器的数据图基本上与第一次负载的柴油机微粒过滤器的数据图对齐。这种类型的数据图随后可以在第二次再生循环完成之后的第三次负载中被再次观察到。数据图的线性特性能够执行烟灰负载的精确计算，以使得再生循环过程中柴油机微粒过滤器的温度可以被最大化，并且“失控的”反应的风险可以被最小化。如在图4B中可以看出的，部分再生(即再生循环并没有从过滤器100％地移除烟灰)的柴油机微粒过滤器的数据图表现出与图4A-4B的新的柴油机微粒过滤器相类似的特性。如在图4B中可以看出的，部分再生的数据图表现出在变为基本线性之前相同的倾斜上升的特征。对于新的、完全再生的、部分再生的、或其组合，图4A和4B中的所有数据图均基本上没有表现出滞后。如果可以被进一步观察到，在图4A和4B中的数据图中，当烟灰负载范围为约30克至约60克的时候数据图不会表现出滞后，以使得计算得出的烟灰负载的可信度与实际的烟灰负载基本相似。
图5A和5B示出不同入口气体温度查阅表以及入口气体温度和峰值出口温度之间的关联性随柴油机微粒过滤器烟灰含量变化的实施例。如在图5A中所描述的，在给定入口气体温度下烟灰负载的增加急剧地提高了峰值出口温度。例如，在约47克的烟灰负载和约605℃的入口气体温度下所获得的峰值出口温度为约720℃；并且在约50克的烟灰负载和约605℃的入口气体温度下所获得的峰值出口温度为约800℃。在这种实施例中，如果计算是不精确的并且导致额外三克的烟灰，那么峰值出口温度将提高约80℃，导致峰值出口温度达到柴油机微粒过滤器将会被损坏的温度。因此，对于给定的入口气体温度通过能够更加精确地计算烟灰负载，所述的峰值出口温度可以被控制以使得过滤器不会由失控的反应所损坏。图5B是以不同于在图5A中所示图形的方式排列数据的实施例。图5B说明了峰值出口温度(例如最大温度过滤器床等温线)的某些实施例，其可以图形的方式说明烟灰负载与入口气体温度之间的关联。图6和7与表1至4结合在一起来说明烟灰负载和入口气体温度(即图5B)是如何可以被操控以使得柴油机微粒过滤器不会超过峰值出口温度的实施例。
图6说明了烟灰负载、入口气体温度和峰值出口温度(即最大温度过滤器床等温线)之间相互作用的一种实施例。图6中的图形为可以被装载至控制模块中的入口气体温度查阅表、以及查阅表如何使用的一种实施例。入口气体温度可以被选择为将不会超过峰值出口温度，该出口温度基于由目标烟灰负载加上烟灰质量可信度计算得出的最大烟灰负载得到。图6和表1示出了可以使用而不存在损坏柴油机微粒过滤器风险的最大入口气体温度的计算结果。用于给定过滤器的最大烟灰负载必须使用目标烟灰质量负载和柴油机微粒过滤器的负载可信度来首先确定。在表1中，9×11英寸的堇青石过滤器具有80克的最大烟灰负载，9×7.3 英寸的针状莫来石过滤器具有52克的最大烟灰负载。表1示出堇青石过滤器具有约±2.0g/L的烟灰质量可信度，针状莫来石过滤器具有约±0.5g/L的烟灰质量可信度，其随后用于计算可用于图6的最大烟灰负载以确定入口气体温度。
表1：再生7.3”及11”长度的最大入口气体温度比较
一旦确定最大烟灰质量负载，就能够确定将不会损坏过滤器的最大出口温度。在图6的实施例中，表示800℃的曲线被用作为最大出口温度。因此图6示出，给定80g的最大烟灰质量和800℃的最大出口温度下，堇青石过滤器应当不会具有大于约565℃的入口气体温度，具有约52g 的最大烟灰质量和800℃的最大出口温度的针状莫来石过滤器的入口气体温度应当不会超过600℃。
图8接下来可被用于确定每个再生的持续时间以及给定持续时间的再生效率。对于第一实施例，使用目标烟灰负载为58克的堇青石过滤器，并且使用565℃的目标入口气体温度。再生循环将会持续直至曲线的斜率开始变得平缓。对于565℃曲线来说，所述的平缓在烟灰约15克时出现。由此，再生循环的持续时间将会是约38分钟并且将移除约43 克的烟灰，再生效率为约75％，如表2中所示。例如，约9英寸×8.2 英寸的针状莫来石过滤器的目标烟灰质量为约58克，所计算的目标入口气体温度为约585℃。再一次地，所述再生循环将会持续直至在数据图曲线中持续时间达到平缓状态。在585℃曲线中，平缓在约15克的烟灰保留在过滤器中的时候出现，具有约23分钟的持续时间，导致约75％的再生循环效率，如表2中所示。由此，更小的过滤器可以获得相同的效率，从而需要较少的封装空间。
在针状莫来石过滤器的另一种实施例中，将使用约48克的目标烟灰质量，并且所计算的目标入口气体温度为约600℃。再一次地，再生循环将会持续直至数据图曲线中持续时间达到平缓状态。600℃曲线中的平缓在约5克的烟灰保留在过滤器中时出现，具有约23分钟的持续时间，获得约90％的再生循环效率，如表2中所示。
表2：较长和较短的过滤器的再生效果对比
图7说明了另一种可能的入口气体温度查阅表。在表1中，9英寸×11英寸的堇青石过滤器具有80克的最大烟灰负载，9英寸×6.5英寸的针状莫来石过滤器具有41克的最大烟灰负载。接下来必须获得每种过滤器的烟灰质量可信度。表3示出堇青石过滤器具有的烟灰质量可信度为约±2.0g/L，针状莫来石过滤器具有的烟灰质量可信度为约±0.5 g/L，其随后被用于计算可被输入至图7中的最大烟灰质量负载。
表3：用于再生6.5”和11”长度的最大入口气体温度的比较
一旦最大烟灰质量负载得以确定，就可以确定不会损坏过滤器的最大出口温度。在图7的实施例中，代表800℃的曲线被用作为最大出口温度。由此，图7示出当给定80克的最大烟灰质量以及800℃的最大出口温度的时候，堇青石过滤器应当不会具有大于565℃的入口气体温度，具有约41g的最大烟灰质量以及800℃的最大出口温度的针状莫来石过滤器的入口气体温度应当不超过625℃。
图8接下来可被用于确定每个再生持续时间以及给定持续时间的再生效率。对于第一个实施例，使用具有58克的目标烟灰负载和565℃的目标入口气体温度的堇青石过滤器。所述再生循环将会持续，直至曲线的斜率开始趋于平缓。对于565℃曲线来说，所述的平缓在约15克烟灰时出现。由此，再生循环的持续时间将会是约38分钟，并且将移除约 43克的烟灰，再生效率为约75％，如在表4中所指出的。对于另一种实施例来说，针状莫来石的目标烟灰质量为约38克，并且计算得出的目标入口气体温度为约625℃。再一次地，所述再生循环将会持续直至数据图曲线中的持续时间达到平缓。625℃曲线中的平缓发生在约4克的烟灰保留在过滤器中，持续时间为约16分钟，导致约90％的再生循环效率，如在表2中所指出的。
表4：较长的与较短的过滤器的再生效果对比
当提高气体入口温度的步骤被执行的时候，图8还可被用于计算再生循环的持续时间。例如，如果目标烟灰质量负载为60克并且入口气体温度为575℃，而且再生循环已经运行了6分钟，那么当前的烟灰负载将会是约47g。气体入口温度随后可以被提高至600℃并且如果这一过程持续5分钟(即总的持续时间为11分钟)，那么当前的烟灰负载将会是33克。所述的气体入口温度随后可以被第二次提高至约625℃持续11分钟(即约22分钟的总体持续时间)然后终止再生循环，其导致最终的烟灰质量负载为约5克。如果将分步骤的再生持续时间与未分步骤的再生相比，其总体持续时间可以减少16分钟，并且再生效率可以改善至约91％。在步进的入口气体温度下，再生效率和再生持续时间会被降低。
实施例1为可以使用在图9中所规定的方法步骤的一种方法，其使用在图1-8中描述的查阅表。基线过滤器长度使用由原始设备制造商 (OEM)详细说明的参数计算得出。基线过滤器长度使用在图1和2中所描述的压力降查阅表来确定。在指定的输入质量流量、入口气体温度和最大烟灰质量下的压力降被用于确定基线过滤器的尺寸。在实施例1 中，用于柴油机微粒过滤器的基线长度为8.2英寸，直径为9英寸。
再生循环的最大入口气体温度使用在图4A-7中说明的计算得出的最大烟灰负载和最大出口气体温度来计算。所述的最大烟灰负载使用目标烟灰负载和所述过滤器的最大滞后来计算。在实施例1中，柴油机微粒过滤器的最大滞后为±0.5g/L，其导致68g的最大烟灰质量，如在表1 中所说明的。图6说明了在最大烟灰质量为68g并且最大出口温度为800℃下，入口气体温度为585℃。
再生持续时间使用持续时间查阅表和75％的再生效率来计算。所述再生持续时间在585℃下为22分钟，如在表1中所说明的。操作烟灰负载质量使用22分钟的持续时间和在图8中说明的持续时间查阅表来计算。对于9英寸×8.2英寸的过滤器来说，操作烟灰负载质量为43g。对于在之前步骤中计算得出的相同的或更短的持续时间，目标再生效率从75％提高至90％，并且新的入口气体温度被确定。在图8中说明的持续时间查阅表被用于计算600℃的新的入口气体温度。
对于600℃的新的入口气体温度，柴油机微粒过滤器的最大烟灰负载使用在图6中说明的入口气体温度查阅表来确定。新的目标烟灰负载基于计算得出的最大烟灰负载和提供给柴油机微粒过滤器的最大滞后来计算。用于实施例1的新的目标烟灰负载被计算为是48克。在所述目标烟灰负载下的柴油机微粒过滤器的新的长度使用图3中的压力降查阅表来计算。新的目标过滤器长度使用图3的压力降查阅表来计算得出，并且9英寸直径下新计算的长度为7.3英寸。再生次数和再生循环的持续时间与基线小型化过滤器的值相比对。如果再生次数和再生持续时间等于或者小于基线小型化过滤器的值，那么小型化就是成功的。如果再生次数和再生持续时间不等于或者不小于，那么该过程就会被重复直至它们等于或者小于。
燃料消耗通过其它的方法步骤来改善。对于新的目标柴油机微粒过滤器长度，目标入口气体温度被提高。将目标入口气体温度提高25℃，并且使用图6中说明的入口气体温度查阅表来计算新的目标烟灰质量，为38g。操作烟灰质量随后使用图8中说明的持续时间查阅表和90％的再生效率计算。对于新的入口气体温度，所获得的操作质量为34g。最大烟灰负载能力使用所提供的最大滞后来计算得出，其导致38g的最大烟灰负载能力。所述柴油机微粒过滤器的新的长度使用最大烟灰负载能力、目标压力降和在图3中说明的压力降查阅表来计算得出。
在柴油机微粒过滤器长度下的再生频率和操作烟灰负载被确定。对于计算得出的柴油机微粒过滤器来说，在图8中说明的持续时间查阅表被用于计算每个再生循环的持续时间。如在表4中所说明的，计算得出的柴油机微粒过滤器的新的尺寸(9英寸×6.5英寸)导致231小时的总体再生时间，而初始基线长度(9英寸×11英寸)下总体再生时间为434 小时。该步骤被重复直至获得最小的烟灰存储能力、最大的再生循环频率或二者。
如在图10-15中所示出的和在本文中所描述的下述实施例在12个位置测量了柴油机微粒过滤器的温度。四个传感器位于柴油机微粒过滤器的入口侧中，四个位于柴油机微粒过滤器的中央区域中，并且四个位于柴油机微粒过滤器的出口侧区域中。所述传感器在每个区域中分开布置以使得柴油机微粒过滤器的边缘、中心、以及所述边缘和中心之间的区域的温度均被测量。穿过柴油机微粒过滤器的空气体积被测量，从而能够在降低至空转的过程中测量穿过所述柴油机微粒过滤器的空气体积对于温度的影响。图10-13说明了使用7.2英寸的柴油机微粒过滤器在再生循环过程中降低至空转的实施例，并且图13-14说明了使用6英寸的柴油机微粒过滤器的实施例。
图10中所描述的实施例2为在再生循环过程中当引擎降低至空转的时候不执行任何控制的一种实施例。在正常引擎操作过程中，通过柴油机微粒过滤器的体积流量为约9磅/分钟，在降低至空转的过程中，流量降低至约2磅/分钟。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约225℃至约250℃。如在图9中可以看出的，在约7 分钟之后再生循环被触发，并且入口气体温度和出口气体温度升高。在约3分钟40秒(即总时间约10分钟40秒)之后，引擎速度降低至空转，并且峰值出口温度在位于柴油机微粒过滤器出口侧的某些位置中提高到950℃的高温，其可能损坏所述柴油机微粒过滤器。
图11中所描述的实施例3为实施本发明教导的一种实施例，其在再生循环过程中将引擎降低至空转。在正常引擎操作过程中，通过所述柴油机微粒过滤器的体积流量为约9磅/分钟，并且在降低至空转的过程中，所述流量被降低至约5磅/分钟(而不是在空转下的约2磅/分钟的正常流量)，因为节流阀被开启并且排气再循环被关闭。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约250℃至约275 ℃。如在图11中可以看到的，在约4分钟之后再生循环被触发，入口气体温度和出口气体温度升高。在约3分钟40秒(即总时间约7分钟 40秒)之后，引擎速度降低至空转，并且峰值出口温度在柴油机微粒过滤器的出口侧的某些位置中升高至高达720℃。在以约5磅/分钟的高体积流量通过柴油机微粒过滤器约2分钟后，节流阀和排气再循环会返回至约2磅/分钟的正常流量。本发明的实施使出口气体温度降低了约230 ℃，其低于柴油机微粒过滤器可能会损坏的温度。
图12中所描述的实施例4为在再生循环过程中当引擎降低至空转的时候实施本发明教导的一种实施例。在正常引擎操作过程中，通过柴油机微粒过滤器的体积流量为约19磅/分钟，并且在降低至空转的过程中，所述流量被降低至约5磅/分钟(而不是在空转下的约2磅/分钟的正常流量)，因为节流阀被开启并且排气再循环被关闭。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约250℃至约275 ℃。如在图12中可以看到的，在约5分钟之后再生循环被触发，入口气体温度和出口气体温度升高。在约4分钟20秒(即总时间约9分钟 20秒)之后，引擎速度降低至空转，并且峰值出口温度在柴油机微粒过滤器的出口侧的某些位置中升高至高达740℃。同样，在以约5磅/分钟的高体积流量通过柴油机微粒过滤器约2分钟后，节流阀和排气再循环会返回至正常空转控制参数并且体积流量返回至约2磅/分钟。本发明的实施使出口气体温度降低了约210℃，其低于柴油机微粒过滤器可能会损坏的温度。
图13中所描述的实施例5为在再生循环过程中当引擎降低至空转的时候不执行任何控制的一种实施例，因为再生循环具有5分钟或更长的持续时间。在正常引擎操作过程中，通过柴油机微粒过滤器的体积流量为约8磅/分钟，并且在降低至空转的过程中，所述流量被降低至约2 磅/分钟。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约300℃。如在图13中可以看到的，在约8分钟之后再生循环被触发，入口气体温度和出口气体温度升高。当引擎降低至空转的时候，所述的柴油机微粒过滤器在约4分钟后达到约575℃的稳定入口气体温度。降低至空转发生在再生循环被启动之后约5分钟(即总时间约13 分钟)，并且峰值出口温度在柴油机微粒过滤器的出口侧的某些位置中升高至高达830℃。在这种实施例中，没有实施本发明来控制过滤器的出口温度，因为再生循环持续时间超过了5分钟。一旦再生循环持续时间持续5分钟或更长，损坏柴油机微粒过滤器的风险就被极大地降低，并且通过过滤器的体积流量不会被控制。
图14中所描述的实施例6为在再生循环过程中当引擎降低至空转的时候不执行任何控制的一种实施例。在这种实施例中，过滤器的长度由7.2英寸降低至6英寸。在正常引擎操作过程中，通过柴油机微粒过滤器的体积流量为约8磅/分钟，并且在降低至空转的过程中，所述体积流量被降低至约2磅/分钟。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约250℃至约275℃。如在图14中可以看到的，在约2分钟之后再生循环被触发，入口气体温度和出口气体温度升高。在约6分钟20秒(即总时间约8分钟20秒)之后，引擎速度降低至空转，并且峰值出口温度在柴油机微粒过滤器的出口侧的某些位置中升高至高达1020℃。将图10与图14的结果相比，图14中的峰值出口温度比图10的峰值出口温度还要高。峰值出口温度的升高是由于柴油机微粒过滤器长度的降低。由此，所使用的过滤器越短，在再生循环过程中当降低至空转发生的时候在低流速下损坏的风险就越大。
图15中所描述的实施例7为在再生循环过程中当引擎降低至空转的时候实施本发明教导的一种实施例。在正常引擎操作过程中，通过柴油机微粒过滤器的流量为约19磅/分钟，并且在降低至空转的过程中，所述流量被降低至约5磅/分钟(而不是在空转下的约2磅/分钟的正常流量)，因为节流阀被开启并且排气再循环被关闭。在正常操作步骤过程中，进入柴油机微粒过滤器的入口气体温度为约225℃至约250℃。如在图15中可以看到的，在约2分钟之后再生循环被触发，入口气体温度和出口气体温度升高。在约4分钟40秒(即总时间约6分钟40秒) 之后，引擎速度降低至空转，并且峰值出口温度在柴油机微粒过滤器的出口侧的某些位置中升高至620℃。将图11至图15进行比较，可以看出图15的更短的柴油机微粒过滤器的峰值出口温度并不会与图12的更长的柴油机微粒过滤器增加得同样多。将图14和图15相比，可以看出通过实施本发明，出口气体温度降低了约600℃，低于柴油机微粒过滤器可能会被损坏的温度。
图16说明了电脑可被用于控制峰值出口温度的决策树的一种实施例。所述的决策树通过确定柴油机微粒过滤器内的烟灰负载是否为足够的以使得再生循环需要被触发来开始。如果烟灰负载尚未达到目标烟灰负载，那么电脑将继续检测柴油机微粒过滤器的烟灰负载。如果所述柴油机微粒过滤器内的烟灰负载已经达到目标烟灰负载，那么再生循环将被触发。所述电脑将通过启动气缸内的燃料后喷射或者外部喷射进入排气流内来启动再生循环。燃料在排气流内的燃烧将升高柴油机微粒过滤器的入口气体温度。所述电脑将检测入口气体温度以使得所述的入口气体温度将不会上升至高于目标入口气体温度。同时地，为了开始并控制再生循环，所述电脑将监测引擎速度。如果在再生循环中引擎不降低至空转，那么所述电脑将在再生循环过程中维持其标准设定，或者继续采取如编程至所述电脑内的校准流量。如果在再生循环过程中所述引擎降低至空转，那么所述电脑将评估再生循环的当前持续时间。如果再生已经在目标入口气体温度下持续了多于4分钟的时间，那么所述电脑将不会采取任何行动，并且所述电脑将继续采取如被编程至电脑中的校准的空转流量。如果再生循环运行4分钟或更少的时间，那么电脑将使校准的空转流量分支，并且实施再生循环空转流动。在再生循环空转流动过程中，所述电脑将同时关闭排气再循环(EGR)，并维持和/或开启节流阀。所述电脑将持续开启节流阀并关闭EGR直至空速达到约21,000至约31,000每小时之间。随后，所述电脑将测量EGR已被降低并且节流阀已被增大的时长。如果所述时长为2分钟或者更短，那么所述电脑将维持再生循环空转流动直至所述时长为2分钟或更长。如果所述时长长于2分钟，那么柴油机微粒过滤器不再存在会被损坏的风险，并且所述电脑将会回复校准的空转流动。
在本文中所述的数值包括在所提供的一个单位的增量中从下限值至上限值的所有数值，在任意的下限值和任意的上限值之间具有至少两个单位的间隔。作为例子，如果指出的部件用量或者过程参数数值，例如，举例来说，温度、压力、时间等，例如从1至90、优选从20至80、更优选从30至70，其意图指例如15至85、22至68、43至51、30至 32等的数值被清楚地在本说明中所列举。对于小于1、一个单位的数值，恰当的是认为其是0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅为特别提出的示例，并且在所列举的下限值和上限值之间的数值的所有可能的组合均被认为是以类似的方式在本说明中清楚地指出的。
除非另有所指，所述的范围均包括两个端点和端点之间的所有数值。与范围联合使用的“约”或“大约”适用于所述范围的两个末端。因此，“约20至30”意图覆盖“约20至约30”，至少包括所指定的端点。
所述文章和文献的公开内容，包括专利申请和公开，就各方面而言将通过参考被引入。术语“基本上由……构成”用于描述包括所指定的元件、组分、组件或步骤的组合，并且其它元件、组分、部件或步骤不会实质地影响所述组合的基本和新的特性。术语“包括”或“包含”的使用用于描述在本文中的元件、组分、部件或步骤的组合，以及所设计的基本上由元件、组分、部件或步骤构成的实施方式。
多个元件、组分、部件或步骤可以通过单个整合的元件、组分、部件或步骤来提供。或者，单个整合的元件、组分、部件或步骤可被分割成相分离的多个元件、组分、部件或步骤。所公开的“一”或“一个”用于描述一个元件、组分、部件或步骤，其不意图用于排除其它的元件、组分、部件或步骤。
应当理解上文的说明为说明性的而不是限制性的。除了所提供的实施例，多种实施方式以及多种应用都将在本领域技术人员阅读了上文的说明之后而变得显而易见。因此，本发明的范围将不会参照上文的说明来确定，而且应当通过参照所提交的权利要求、以及这些权利要求所涵盖的全部范围的等价形式来确定。所述文章和文献的公开内容，包括专利申请和公开，就各方面而言将通过参考被引入。在本文中公开的但在下述权利要求主题中未记载的任何方面不应认为是排除保护这样的主题，也不应当被认为是本发明人不将这样的主题考虑为本发明公开主题的一部分。

Claims (23)

1.一种柴油机微粒过滤器系统，包括：
a)具有基本线性的烟灰负载与压力降的图的柴油机微粒过滤器；其中基本线性是指所述图的至少70％是线性的；
b)位于所述柴油机微粒过滤器入口侧的压力传感器；
c)与所述压力传感器连接的控制模块，并且所述控制模块装载有一个或多个查阅表；和
d)所述查阅表中的至少一个为压力降查阅表，其考虑到了柴油机微粒过滤器的烟灰负载的偏差，并将在所述柴油机微粒过滤器中的烟灰负载量与通过压力传感器测量的压力变化相关联；
其中，当柴油机微粒过滤器的烟灰负载达到预设定的烟灰负载时，所述控制模块启动再生循环；其中所述的柴油机微粒过滤器是针状莫来石而不具有识别层。
2.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，所述柴油机微粒过滤器中的烟灰负载通过使用压力降查阅表和通过压力传感器测量的压力降计算得出。
3.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，所述柴油机微粒过滤器在所述预设定的烟灰负载下具有±1.0g/L的烟灰负载偏差，无论是否所述柴油机微粒过滤器在烟灰仅部分地或全部地移除之后填充有烟灰。
4.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，进一步包括位于柴油机微粒过滤器入口侧的温度传感器和位于柴油机微粒过滤器出口侧的温度传感器，其均连接至控制模块。
5.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其具有入口气体温度，其中所述柴油机微粒过滤器的所述入口气体温度仅在再生开始时在一个阶段中增加，以启动再生循环。
6.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，目标柴油机微粒过滤器入口气体温度通过使用第二查阅表来精确地判断，所述第二查阅表将最大柴油机微粒过滤器床温度等温线与柴油机微粒过滤器入口气体温度和烟灰负载相关联以使得床温度被维持在低于给定柴油机微粒过滤器的最大温度，从而使柴油机微粒过滤器不会被损坏。
7.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，通过精确地计算柴油机微粒过滤器中的烟灰负载量将再生过程中的温度控制在目标温度。
8.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，使用所述查阅表控制一个或多个过程条件、一个或多个过程参数或者两者，以使得再生效率为90％或更大。
9.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，使用所述查阅表控制一个或多个过程条件、一个或多个过程参数或者两者，以使得再生循环时间缩减20％或更长，并且在再生循环过程中所使用的燃料用量降低20％或更多。
10.根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统，其中，使用所述查阅表控制一个或多个过程条件、一个或多个过程参数或者两者，以使得柴油机微粒过滤器的长度降低10％或更长，并且背压不会增加。
11.一种控制柴油机微粒过滤器的再生循环的方法，包括：
a)获得根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统；
b)测量位于柴油机微粒过滤器的入口侧和出口侧的压力；
c)定义目标烟灰负载；
d)基于所选择的目标烟灰负载使用压力降查阅表来计算最大烟灰负载；
e)基于所述柴油机微粒过滤器的入口侧和出口侧之间的压力变化来计算过滤器的实际烟灰负载；
f)基于柴油机微粒过滤器床温度等温线使用入口气体温度查阅表来计算目标入口气体温度，所述的柴油机微粒过滤器床温度等温线为入口气体温度和最大烟灰负载的函数；
g)控制柴油机微粒过滤器入口侧的温度，以使得入口温度为计算得出的目标入口气体温度；
h)在目标烟灰负载质量下开始再生循环；
i)定义目标再生率百分比；和
j)基于最大烟灰负载和入口气体温度使用持续时间查阅表来计算再生循环持续时间，从而获得所定义的再生率。
12.根据权利要求11所述的控制柴油机微粒过滤器的再生循环的方法，进一步包括提高用于再生循环持续时间的入口气体温度，使用持续时间查阅表来基于新的入口气体温度计算新的持续时间，以使得再生循环持续时间被最小化并且再生效率被提高。
13.根据权利要求11所述的控制柴油机微粒过滤器的再生循环的方法，其中，在再生过程中的柴油机微粒过滤器的温度为500℃至650℃。
14.计算根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统的柴油机微粒过滤器的长度的方法，包括：
a)提供在目标烟灰负载、目标入口气体温度和目标体积流量下的目标压力降，以确定柴油机微粒过滤器的初始基线过滤器长度；
b)基于烟灰负载预期偏差、基于压力降来计算最大烟灰负载；
c)基于在步骤b)中计算得出的最大烟灰负载使用入口气体温度查阅表来计算入口气体温度；
d)使用目标再生效率、使用持续时间查阅表来计算再生持续时间；
e)使用入口气体温度查阅表来计算新的目标入口气体温度，以使得再生循环效率为90％或更大；
f)在新的入口气体温度和再生效率下使用持续时间查阅表来计算新的目标烟灰质量负载；
g)基于压力降，使用新的目标烟灰负载和烟灰负载预期偏差来计算柴油机微粒过滤器的最大烟灰负载；
h)使用新的最大烟灰负载来计算柴油机微粒过滤器的新的长度；和
i)重复步骤(a)至(h)，直至再生次数和再生效率等于或者小于步骤(a)的基线柴油机微粒过滤器。
15.根据权利要求14所述的计算过滤器系统的柴油机微粒过滤器的长度的方法，进一步包括步骤：提高目标入口气体温度并使用入口气体温度查阅表来确定再生效率为90％或更大时的新的目标烟灰质量；
使用计算得出的目标烟灰负载质量和烟灰负载预期偏差来计算最大烟灰负载能力；并且
基于计算得出的最大烟灰负载能力，以及在再生过程中花费的时间总量计算新的柴油机微粒过滤器长度。
16.根据权利要求14至15任一项所述的计算过滤器系统的柴油机微粒过滤器的长度的方法，其中，再生循环的次数被增加，并且柴油机微粒过滤器花费于再生循环中的时间总量被缩减。
17.降低根据权利要求1所述的柴油机微粒过滤器系统中的柴油机微粒过滤器内部的峰值出口温度的方法，所述方法包括：
a)监测再生循环过程中的引擎速度；
b)测量再生循环持续时间；
c)如果步骤(a)的引擎速度降低至空转，那么维持节流阀处于开启位置以使得排气流被增加；和
d)缩减排气再循环；
其中，仅当在步骤(b)中测得的持续时间为5分钟或更短的时候，步骤(c)和(d)才被执行。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在引擎速度被降低至空转的时刻起5分钟或更长时间之后关闭节流阀的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括步骤：
如果步骤(c)和(d)被执行，那么在引擎速度被降低至空转的时刻起1分钟至2分钟之后关闭节流阀。
20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括步骤：
调节通过微粒过滤器的空气流，以使得通过微粒的排气空速为15,000/Hr或更大。
21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括步骤：
在步骤(a)、(b)和(d)过程中连接车载电脑；和
将指令从所述车载电脑发送至排气系统，以使得排气系统中的峰值出口温度被降低。
22.根据权利要求17所述的方法，其中在节流阀被开启的情况下，所述的峰值出口温度降低150℃或更多。
23.根据权利要求17至22任一项所述的方法，其中过滤器尺寸和引擎尺寸的比值为1:1或更小，从而获得更高的空速。
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