CN204020887U - 用于发动机的系统和用于车辆的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供多种用于发动机的系统和用于车辆的系统。在一实例中，所述系统包括排气通道(116)，排气配置成从所述发动机(104)流动通过所述排气通道(116)。所述系统进一步包括设置在所述排气通道中的后处理系统，所述后处理系统包括后处理装置(132)和具有旁路控制元件(136)的旁路(134)，所述旁路控制元件(136)可调地以减少在穿隧道操作期间通过所述后处理装置(132)的排气流。

Description

用于发动机的系统和用于车辆的系统
技术领域
本实用新型中公开的主题的实施例涉及用于具有后处理系统的发动机的系统。 
背景技术
一些车辆如轨道车辆可能经历穿隧道(tunneling)操作，其中车辆行进穿过受限的空间如隧道。在穿隧道操作期间，车辆的各种部件如发动机、后处理系统和冷却系统的温度可能上升。在一些实例中，温度可能大幅增加，从而导致轨道车辆的发动机的功率降低和过热。 
在一个实例中，在穿隧道操作期间，由于从车辆自身的发动机、从车辆所联接的列车中的其他发动机的排气装置或从先前在隧道中操作的其他发动机导入了排气，所以来自发动机的排气的温度上升并且发动机出口烟灰的水平增加。因此，后处理系统的温度上升并且后处理系统的后处理装置的负载率增加。当后处理装置负载过多的烟灰时，后处理装置可能会发生堵塞，从而导致发动机上的背压(backpressure)增加，这最终会阻塞并且使发动机停机。此外，当在足够高的温度下易燃材料例如烟灰使后处理装置过载时，烟灰可能会开始燃烧并且反应可能会失控(例如再生失控)，从而导致后处理系统的劣化。 
实用新型内容
在一个实施例中，一种用于发动机的系统包括排气通道，排气配置用于从发动机流动通过所述排气通道。所述系统进一步包括设置在排气通道中的后处理系统。所述后处理系统包括后处理装置和具有旁路控制元件的旁路。所述旁路控制元件可调地以减少在穿隧道操作期 间通过后处理装置的排气流。 
其中，所述旁路控制元件基于所述排气的条件而自行致动。 
其中，所述后处理装置是颗粒过滤器。 
所述系统进一步包括控制单元，所述控制单元用于调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流，其中所述控制单元在穿隧道操作期间配置用于将所述旁路控制元件控制到打开位置。 
其中，所述控制单元进一步配置用于基于所述排气的温度和所述后处理装置的颗粒负载来确认隧道出口，并且配置用于响应于确认的所述隧道出口而将所述旁路控制元件控制到关闭位置。 
其中，所述控制单元进一步配置用于基于操作条件来调整所述旁路控制元件打开的程度。 
所述系统进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于当所述后处理装置的温度大于阈值温度时，响应于所述后处理装置的增加的负载率，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
所述系统进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于响应于所述发动机的进气通道中降低的氧浓度或所述排气通道中降低的氧浓度，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
所述系统进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于响应于所述后处理系统上游的所述排气通道中增加的压力，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
在另一个实施例中，一种用于车辆中的后处理系统的方法包括：接收与穿隧道操作相关的信号；并且响应于所述信号来调整旁路控制元件，所述旁路控制元件可操作地联接至所述后处理系统的旁路，所述旁路围绕所述后处理系统的后处理装置输送排气流，所述后处理系统设置在所述车辆的发动机的排气通道中的涡轮机的下游。 
所述方法进一步包括基于操作条件确认所述穿隧道操作，并且响应于确认的所述穿隧道操作而产生所述信号，其中所述操作条件包括以下各项中的一个或多个：排气氧浓度下降到阈值以下或进气氧浓度 下降到阈值以下。 
所述方法进一步包括基于操作条件确认所述穿隧道操作，并且响应于确认的所述穿隧道操作而产生所述信号，其中所述操作条件包括以下各项中的一个或多个：所述后处理装置的温度超过阈值温度或所述后处理系统中包括的所述后处理装置的负载率超过阈值。 
所述方法进一步包括基于操作条件确认所述穿隧道操作，并且响应于确认的所述穿隧道操作而产生所述信号，其中所述操作条件包括所述后处理系统上游的所述排气通道中的压力超过阈值压力。 
所述方法进一步包括确认隧道出口，并且响应于所述隧道出口的所述确认，基于排气温度和所述后处理装置的负载来调整所述旁路控制元件以增加通过所述后处理装置的排气流。 
所述方法进一步包括响应于发动机启动的指示而调整所述旁路控制元件。 
所述方法进一步包括响应于瞬态条件的指示而调整所述旁路控制元件。 
在再一个实施例中，一种用于车辆的系统包括：排气通道，排气配置用于从所述车辆的发动机流动通过所述排气通道；后处理系统，其设置在所述排气通道中，所述后处理系统包括至少一颗粒过滤器和具有旁路控制元件的旁路；以及控制单元，所述控制单元配置用于确认穿隧道操作，并且响应于穿隧道操作的所述确认，至少部分地打开所述旁路控制元件以减少通过所述颗粒过滤器的排气流。 
其中，所述控制单元基于操作条件来确认穿隧道操作，所述操作条件包括以下各项中的一个或多个：所述排气通道中降低的氧浓度、所述发动机的进气通道中降低的氧浓度、所述后处理系统上游的所述排气通道中增加的压力，或当所述颗粒过滤器的温度大于阈值温度时所述颗粒过滤器的增加的负载率。 
其中，所述控制单元进一步配置用于基于以下各项中的一个或多个来控制所述旁路控制元件打开的程度：所述排气通道中所述氧浓度 降低的程度、所述进气通道中所述氧浓度降低的程度、所述后处理系统上游的所述排气通道中所述压力增加的程度，或当所述颗粒过滤器的所述温度大于所述阈值温度时所述颗粒过滤器的所述负载率增加的程度。 
其中，所述控制单元进一步配置用于确认所述在穿隧道操作期间所述车辆行进穿过的隧道的出口，并且响应于所述隧道的所述出口的所述确认，基于所述车辆离开所述隧道之后的排气温度和所述颗粒过滤器的负载来调整所述旁路控制元件以增加通过所述颗粒过滤器的气流。 
所述系统进一步包括具有定位在所述排气通道中的涡轮机的涡轮增压器，并且其中所述后处理系统设置在所述涡轮机的下游。 
在又一实施例中，一种用于车辆的系统包括：控制单元，其配置用于接收数据；其中所述控制单元进一步配置用于响应于所述数据而产生信号，以用于控制旁路控制元件以将排气输送通过旁路并且围绕与车辆发动机相关联的后处理系统的后处理装置输送。 
所述系统进一步包括：所述旁路，其中所述旁路配置用于联接至所述后处理装置上游的所述发动机的排气通道并且联接至所述后处理装置下游的所述排气通道；以及所述旁路控制元件，其中所述旁路控制元件配置用于可操作地联接至旁路导管或联接至所述排气通道，并且其中当可操作地联接至所述旁路导管或所述排气通道时，所述旁路控制元件可由所述控制单元来控制以改变通过所述旁路导管和围绕所述后处理装置的所述排气的流动。 
其中，所述控制单元配置用于基于所接收到的数据来确定所述车辆是否通过隧道，并且其中所述控制单元配置用于响应于确定的所述车辆通过隧道而产生所述信号。 
通过包括围绕后处理装置的具有旁路控制元件的旁路，排气流可在例如穿隧道操作的条件下输送离开后处理装置。因此，当在穿隧道操作期间排气温度上升和/或排放的颗粒物(例如烟灰)的水平增加时， 可调整旁路控制元件以减少通过后处理装置的排气流。以此方式，可将后处理装置的温度维持在一个较低的温度，并且可减少后处理装置中烟灰的堆积，从而导致降低发动机上的背压并且减轻后处理装置的劣化。 
应了解：提供以上概述来以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的理念的选择。这并不意味着确认所要求的主题的关键或必要特征，所要求的主题的范围唯一由具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，所要求的主题并不限于解决以上或本实用新型的任何部分中所指出的任何缺点的实现方式。 
附图说明
通过参考附图阅读以下非限制性实施例的描述将更好地理解本实用新型，其中在下文中： 
图1示出了包括具有阀式旁路的后处理系统的发动机的示意图。 
图2示出了包括多个轨道车辆的列车的示意图。 
图3示出了通过隧道的列车的示意图。 
图4示出了流程图，所述流程图图解了一种用于在穿隧道操作期间控制通过后处理系统的排气流的方法。 
图5示出了流程图，所述流程图图解了一种用于在离开隧道之后控制通过后处理系统的排气流的方法。 
图6示出了流程图，所述流程图图解了一种用于控制通过后处理系统的排气流的方法。 
图7示出了流程图，所述流程图图解了一种用于控制通过后处理系统的排气流的方法。 
具体实施方式
以下描述涉及用于定位在发动机的排气通道中的后处理系统的系统和方法的各种实施例。在一个示例性实施例中，一种用于发动机的系统包括排气通道，排气配置用于从发动机流动通过所述排气通 道。所述系统进一步包括设置在排气通道中的后处理系统。所述后处理系统包括至少一个后处理装置和具有旁路控制元件的旁路。旁路控制元件是可调整的以用于减少在穿隧道操作期间通过后处理装置的排气流。在这种配置中，当在穿隧道操作期间排气温度增加和/或通过发动机输出的颗粒物(例如烟灰)的水平增加时，可调整旁路控制元件来减少通过后处理装置的排气流。因此，可将后处理装置的温度维持在一个较低的温度并且可减少后处理装置中烟灰的堆积，从而导致降低发动机上的背压并且减轻后处理装置的劣化。此外，当车辆未行进穿过隧道时，如发动机启动之后或瞬态条件下之后，在发动机操作期间可调整旁路控制元件来减少通过后处理装置的排气流。以此方式，可改进发动机操作并且可减轻非在穿隧道操作期间后处理装置的劣化。 
本实用新型中所描述的方法可用于多种发动机类型和多种发动机驱动的系统，包括半移动式或移动式平台。可在操作周期之间对半移动式平台进行重新定位，如安装在平板拖车上。移动式平台包括自行推进的车辆。此类车辆可包括道路运输车辆和非公路车辆(OHV)，如轨道车辆、采矿设备和海洋船只。出于说明的清晰性起见，提供机车或其他轨道车辆作为支撑结合有本实用新型的实施例的系统的示例性移动式平台。 
在进一步论述后处理装置旁路方法之前，将描述轨道车辆(所述轨道车辆上可能部署了本实用新型的实施例)的一个实例以提供背景。例如，图1示出了示例性机车或其他轨道车辆106的方块图，所述机车或其他轨道车辆106配置用于通过多个车轮112而在轨道102上运行。如所描绘，轨道车辆106包括内燃式发动机104。(如上所述，本实用新型的其他实施例可适用于海洋船只或其他非公路车辆推进系统的发动机。) 
发动机104从进气通道114接收用于燃烧的进气。进气通道114从空气过滤器(未示出)接收环境空气，所述空气过滤器对来自轨道 车辆106的外部的空气进行过滤。将发动机104内由燃烧产生的排气供应到排气通道116中。排气流动通过排气通道116，并且流出轨道车辆106的排气管道。在一个实例中，发动机104是通过压缩点火来燃烧空气和柴油燃料的柴油机。在其他非限制性实施例中，发动机104可通过压缩点火(和/或火花点火)来燃烧包括以下各项的燃料：天然气、汽油、煤油、生物柴油或具有类似密度的其他石油馏出物。 
发动机系统110包括安排在进气通道114和排气通道116之间的涡轮增压器120。涡轮增压器120使吸入到进气通道114的环境空气的空气装载量增加以便于在燃烧期间提供更大的装载密度，从而提高功率输出和/或发动机操作效率。涡轮增压器120可包括至少部分地由涡轮机(未示出)驱动的压缩机(未示出)。虽然在这种情况下包括单个涡轮增压器，但系统可包括多级涡轮机和/或压缩机。 
发动机系统110进一步包括联接在涡轮增压器120下游的排气通道中的后处理系统130。后处理系统130可包括一个或多个后处理装置132。在一个示例性实施例中，后处理系统130可包括柴油颗粒过滤器(DPF)。在其他实施例中，后处理系统130可另外或替代地包括柴油氧化催化剂(DOC)、选择性催化还原(SCR)催化剂、三效催化剂、NOx捕集器或各种其他排放控制装置或其组合。DPF可经由再生来清洁，再生可通过增加温度来燃烧过滤器内已收集的颗粒物作为主动再生采用。当排气的温度高到足以燃烧过滤器内的颗粒物时，可以发生被动再生。在主动再生期间，可调整空气-燃料比或其他操作参数，和/或可将燃料注入到DPF上游的排气通道中并在其中燃烧以便于驱使DPF的温度上升到颗粒物将燃烧的温度。 
当车辆在隧道外部操作时，进气通道114中接收的进气主要由新鲜空气形成，即使机车与操作并且将排气排放到环境空气中的其他机车发动机一起定位在列车中。然而，当机车在隧道中操作时(如下文相对于图2进一步所描述)，进气通道114中接收的进气可包括大量排气(来自其自身的发动机，或来自列车中其他发动机的排气装置或 来自隧道中先前操作的发动机)。通过发动机导入的增加的排气使得排气通道116中的颗粒物如烟灰的水平增加，所述颗粒物被递送到包括颗粒过滤器的后处理系统130中。由于颗粒过滤器的负载率增加，所以颗粒过滤器在穿隧道操作期间可能会变得堵塞，从而导致发动机上的背压增加并且最终引起发动机停止运转。 
因此，如图1中所描绘，后处理系统130进一步包括具有旁路控制元件136的旁路134，所述旁路控制元件136可受控来调整后处理装置132周围的排气的流动。例如，旁路控制元件136与旁路134可操作地联接，以使得旁路控制元件136的位置控制旁路134打开用于使流体如排气通过的程度。旁路控制元件136可以是可受控制来有选择地部分或完全阻塞通道的任何元件。例如，旁路阀可以是闸阀、蝶形阀、球形阀、可调舌阀等。在一个实例中，系统配置用于调整旁路控制元件136以减少在穿隧道操作期间通过后处理装置132的排气流。例如，在一个实施例中，系统包括控制单元，所述控制单元可包括下文描述的控制器148，所述控制器148配置用于响应于穿隧道操作的指示而调整旁路控制元件136(例如，通过产生阀会作出响应的一个或多个控制信号)以减少通过后处理系统的排气流。如下文将参考图4更为详细地描述，穿隧可基于以下操作条件来指示：如减少的进氧浓度、减少的排氧浓度、后处理系统上游的排气通道的压力的增加、颗粒物负载率的增加等。 
在另一个实施例中，旁路控制元件136配置用于在穿隧道操作期间自行致动到至少部分打开的位置，以用于减少通过后处理系统的排气流。(为此目的，在这种实施例中，阀可包括对与瞬态操作条件相关联的温度有响应的温度依赖性致动机构，如双金属构件。)在一个实例中，旁路控制元件136可打开成使得通过后处理装置132的排气流在穿隧道操作期间大幅地减少。 
在后处理系统包括一个以上的后处理装置的一些实例中，旁路可配置用于围绕(around)一些但非全部后处理装置输送排气。例如， 如果后处理系统包括两个后处理装置，可仅旁路一个后处理装置。再例如，如果后处理系统包括四个后处理装置，可旁路一个、两个或三个后处理装置。在其他实例中，可旁路所有的后处理装置。 
发动机系统110进一步包括排气再循环(EGR)系统160，其将排气从涡轮增压器120上游的排气通道116输送至涡轮增压器120下游的进气通道114。EGR系统160包括EGR通道162和可操作地设置在EGR通道162中以用于控制从发动机104的排气通道116再循环至发动机104的进气通道114的排气的量的EGR阀164。通过将排气引入到发动机104中，可供用于燃烧的氧气的量减少，由此降低了燃烧火焰温度并且减少了氮氧化物(例如NOx)的形成。EGR阀164可以是由控制器148控制的开/关阀，或所述阀可控制例如可变量的EGR。应了解：EGR阀164可以是可受控制来有选择地部分或完全阻塞通道的任何元件。例如，EGR阀164可以是闸阀、蝶形阀、球形阀、可调舌阀等。在一些实施例中，如图1中所示，EGR系统160进一步包括EGR冷却器166以在排气进入到进气通道114之前降低所述排气的温度。如图1的非限制性示例性实施例中所示，EGR系统160是高压EGR系统。在其他实施例中，发动机系统110可另外或替代地包括低压EGR系统，从而将EGR从涡轮机的下游输送到压缩机的上游。 
轨道车辆106进一步包括控制器148以控制与车辆系统100相关的各种部件。在一个实例中，控制器148包括计算机控制系统。控制器148进一步包括计算机可读存储介质(未示出)，其包括用于实现车载监控和对轨道车辆操作的控制的代码。控制器148在监视车辆系统100的控制和管理的同时可配置用于接收来自多个发动机传感器的信号，如本实用新型中进一步详述，以便于确定操作参数和操作条件，并且相应地调整各种发动机致动器来控制轨道车辆106的操作。例如，控制器148可接收来自各种发动机传感器的信号，所述信号包括(但不限于)发动机速度、发动机负载、增压压力、排气压力144、环境 压力、排气温度、进氧浓度146、排氧浓度142等。相应地，控制器148可通过向各种部件如牵引电动机、交流发电机、气缸阀、节流阀等发送命令来控制车辆系统100。 
在一个实例中，控制器148可使用来自定位传感器如全球定位系统(GPS)接收器154的信号来估算轨道车辆106的地理坐标。车辆106的地理坐标可进行估算或计算。例如，可使用来自GPS接收器154的GPS信号来计算车辆的地理坐标。车辆如轨道车辆106的路径的地理特征可通过操作员来发送信号或计算。例如，一组预定义的地理特征的地理坐标可储存在表中。可计算车辆与所述组的预定义地理特征之间的距离以使得可确定最近的地理特征和其距离。可储存在所述组的预定义地理特征中的地理特征的非限制性实例包括隧道入口、隧道出口、陡坡(steep grade)和城市区界。此外，GPS可包括储存的关于预定义地理特征的信息如隧道的长度和隧道的坡度(grade)。 
此外，车辆的位置信息还可基于操作条件来确定。例如，基于瞬时增加的发动机进气温度和/或增加的冷却剂温度，例如车辆可确认所述车辆已进入隧道。瞬时增加的温度的一个实例可以是针对阈值持续时间温度每分钟改变的程度在阈值数值以上。类似地，瞬时降低的温度可指示车辆已离开隧道。此类位置信息可通过一个车辆与列车中的另一个车辆来相关联，以使得列车中的其他车辆(如相对于行进方向来说朝向列车的尾部的车辆)可确定其相对于隧道的位置。 
在一些实施例中，可安装在轨道车辆中的升级套件(upgrade kit)包括用于后处理系统的旁路、旁路控制元件和非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括如上文所描述响应于穿隧道操作而用于控制旁路控制元件的指令。升级套件可进一步包括一个或多个传感器或其他机械元件如压力传感器、温度传感器等。 
图1中所描绘的轨道车辆106可以是构成轨道车辆编组(例如列车)(如图2中所示的示例性列车200)的多个轨道车辆中的一个。列车200包括配置用于在导轨210上运行的多个轨道车辆如机车202、 204、206和车厢208。多个机车202、204、206包括引导机车202和一个或多个远距离机车204、206。虽然所描绘的实例示出了三个机车和四个车厢，但列车200中可包括任何适当数量的机车和车厢。此外，在图2至图3的实例中，列车200向右行进，但所述列车可在任一方向上行进。 
机车202、204、206各自由相应的发动机214提供动力，而车厢208可能是非动力的(至少关于无法自推进来说)。在一个实例中，机车202、204、206可以是由柴油机提供动力的柴油电力机车。然而，在替代实施例中，所述机车可用替代的发动机配置例如汽油机、生物柴油机、天然气发动机或路旁(例如，悬链线或第三轨道)电力来提供动力。 
机车202、204、206和车厢208通过联接件212联接至彼此。虽然所描绘的实例说明了机车202、204、206通过散置的车厢208连接至彼此，但在替代实施例中，一个或多个机车可连续连接作为一个编组，同时一个或多个车厢208可连续联接至远距离机车(即，不处于引导编组中的机车)。 
每个机车可包括配置用于从列车200的每个机车接收信息并且将信号传输至列车200的每个机车的机车控制器218。此外，机车控制器218可从列车200上的多个传感器接收信号，并且相应地调整列车操作。每个机车控制器218可联接至发动机控制器216，如上文参考图1描述的控制器148，以用于调整每个机车的发动机操作。如参考图4和图5所详述，每个发动机控制器216可接收关于靠近的隧道或隧道出口相对于列车中其机车位置的位置的信号。当检测到穿隧道操作时，每个发动机控制器216可基于隧道的条件调整后处理旁路的旁路阀，以减少通过定位在其机车中的后处理系统的排气流。当检测到隧道出口时，每个发动机控制器216可基于后处理系统的后处理装置的温度和/或负载调整后处理旁路的旁路阀，以增加通过定位在其机车中的后处理系统的排气流。 
图3示出了包括多个轨道车辆的穿过隧道的列车的实例。具体地说，图3示出了列车300如参考图2描述的列车200的实例，所述列车300具有已离开隧道312的引导机车302，处于隧道312内部的远距离机车304和306，尚未进入隧道312的远距离机车310，以及多个车厢308。如下文所描述，在穿隧道操作期间旁路可能会出现在定位在每个机车中的后处理系统。 
每个车辆的每个发动机可包括独立的后处理旁路控制元件控制，其中每个车辆可基于其相对于列车中其他机车的具体位置关系，其在隧道内的位置和/或每个后处理装置的条件而独立地旁路其发动机后处理装置。例如，在隧道312内的设置在远距离机车304中的具有较高颗粒负载的第一后处理装置可在隧道中在比设置在远距离机车306中的具有较低颗粒负载的第二后处理装置更后的位置处被旁路。在这种实例中，因为仅一个机车处于远距离机车304的前方并且两个机车处于远距离机车306的前方，所以远距离机车304在隧道312内可吸入较少的排气，从而导致对减少通过其后处理装置的排气流的需求降低。 
在一些实例中，每个机车的旁路控制元件可于隧道内的相同位置打开，然而，旁路控制元件打开的程度和所得的通过相应后处理装置的排气流的减少可基于每个后处理装置的条件和列车中机车的位置而不同。例如，当控制器接收到来自GPS系统的机车已进入隧道312的信号时，旁路控制元件可受控制以便打开。在这种实例中，当引导机车302进入隧道312时，设置在引导机车302中的后处理装置可能会发生最小程度的旁路(minimal bypassing)，然而，当远距离机车310进入隧道312时，由于隧道312中存在来自机车302、304和306的大量排气，所以远距离机车310的旁路阀可调整至完全打开。 
在其他实例中，如下文参考图4所描述，可基于相应的机车的操作条件来单独地控制每个旁路控制元件。例如，穿隧道操作可通过以下各项来指示：进气或排气氧气浓度减少、发动机上背压的增加、颗 粒过滤器的负载率的增加等。当在机车中检测到这种条件时，可根据所述条件(例如，针对更大的背压的增加，旁路控制阀比背压的较小增加将打开得更大)来控制相应的旁路控制元件。以此方式，可将在穿隧道操作期间的排放达标性维持更长的持续时间，同时还将在穿隧道操作期间维持发动机性能。 
在一些实例中，在定位有后处理装置的车辆进入隧道之前，可在每个后处理装置中进行再生。在这种实例中，在穿隧期间可基于隧道前再生将后处理装置清洁的有效程度和相对于隧道入口再生完成的接近程度来调整旁路控制元件。例如，如果算错再生并且在进入隧道时隧道前再生仅完成20％，那么与进入隧道时如果隧道前再生完成80％相比，后处理装置的旁路可在隧道中更早和/或在更大程度上发生。 
此外，一旦车辆离开隧道，如图3中所示的引导机车302，将调整旁路控制元件以增加通过后处理系统的排气流。在一些实例中，自车辆离开隧道后的一段预定时间之后，可关闭旁路控制元件。可基于机车的操作条件单独地确定每个机车的预定时间，或者对于每个机车来说，预定时间可以是相同的。预定时间可能是车辆离开隧道后，允许排气和后处理装置的温度降低以使得后处理装置的劣化减少的持续时间。在其他实例中，可以基于排气温度、后处理装置温度、每个后处理装置的颗粒负载等来关闭旁路控制元件。例如，与远距离机车306相比，引导机车302可能需要较短的时间量来从高温冷却下来，因为所述引导机车在隧道出口处可以较低的发动机冷却剂温度操作，这是因为引导机车302在穿隧道操作期间吸入了较少的排气。因此，与列车中其他机车的旁路控制元件相比，列车中一些机车的旁路控制元件可以在离开隧道之后的更少的时间内关闭。 
图4至图7示出了流程图，所述流程图图解了用于控制可操作地联接至车辆(如上文参考图1描述的轨道车辆106)中的后处理系统的旁路的旁路控制元件的方法。在一些实施例中，如本实用新型中所 解释，车辆可以是轨道车辆编组(例如列车)(如上文参考图2描述的列车200)中的多个轨道车辆中的一个。图4描绘了一种响应于车辆的穿隧道操作而用于减少通过后处理装置的气流(flow)的方法。图5描绘了一种响应于隧道出口的确认而用于增加通过后处理装置的气流的方法。图6和图7示出了车辆未行进穿过隧道条件下用于减少通过后处理装置的气流的方法。 
在一个实施例中，用于车辆中的后处理系统的方法包括基于操作条件来指示穿隧道操作。所述方法进一步包括响应于穿隧道操作的指示而调整旁路控制元件。旁路控制元件可操作地联接至后处理系统的旁路，所述旁路在后处理系统的后处理装置周围输送气流。后处理系统设置在车辆的发动机的排气通道中的涡轮机的下游。 
图4示出了流程图，所述流程图图解了示例性方法400，如上文所描述的方法。具体地说，所述方法包括基于一个或多个操作条件来确定车辆是否处于穿隧道操作下。取决于操作条件，调整旁路控制元件如旁路阀以减少通过后处理装置的排气流。例如，可关闭旁路阀以使得通过后处理装置的气流大幅地减少(例如，无流动)或者可调整旁路阀以使得通过后处理装置的气流部分地减少。 
在402，确定进气通道中的一个或多个氧浓度(例如，进氧浓度)和/或排气通道中的氧浓度(例如，排氧浓度)、后处理系统上游的排气通道中的压力和/或后处理装置的温度和/或负载率。 
在404，确定车辆是否处于隧道中(例如，在穿隧道操作下)。在一个实例中，基于进氧浓度和/或排氧浓度，可确定车辆处于隧道中。例如，在隧道外部，导入到发动机中的进气实质上包含环境空气，所述环境空气在给定的大气压或海拔下具有已知的成分浓度。当车辆进入可能截留了来自其他车辆的排气的隧道时，进气的成分浓度可能会发生改变，因此也会改变排气的成分浓度。例如，隧道中截留的较高水平的发动机排气可以稀释隧道内的发动机所导入的环境空气，从而减少进气通道和排气通道中的氧浓度。因此，当进氧浓度下降到阈值 以下或排氧浓度下降到阈值以下时，可能指示了穿隧道操作。 
在另一个实例中，基于后处理系统上游的排气通道中所测量到的压力，可确定车辆处于隧道中。例如，在车辆行进穿过可能截留了来自其他车辆的排气的隧道时，发动机出口烟灰可能增加，从而增加后处理装置如颗粒过滤器的负载率。由于颗粒过滤器的负载增加，所以发动机上的背压可能会随着通过后处理装置的气流因增加的负载而变得受限而增加。因此，后处理系统上游的排气通道中的压力可能会增加到指示穿隧道操作的阈值压力以上。 
在另一个实例中，基于后处理装置的温度和/或负载率，可确定车辆处于隧道中。例如，如上文所描述，由于在车辆行进穿过隧道时吸入了排气，所以发动机可产生更高温度的排气以及数量增加的发动机出口烟灰，从而增加后处理系统的温度和负载率。此外，因为散热可能因隧道环境内的更高的温度而降低，所以排气温度可能甚至会更高。因此，穿隧道操作可在后处理装置的温度超过阈值温度和/或后处理装置的负载率超过阈值时得以指示。 
在其他实例中，可利用其他操作条件来确定车辆是否行进穿过隧道。例如，GPS可指示车辆在隧道内的位置，发动机油或冷却剂温度在隧道内会增加，环境温度在隧道环境中会增加，EGR在隧道中可能会关闭，发动机操作可调整来补偿穿隧道操作等。 
如果确定车辆不处于隧道中，那么所述方法进入步骤408并且继续当前的操作。另一方面，如果在步骤404确定车辆处于隧道中，那么所述方法进行至步骤406并且调整旁路阀以至少部分地打开旁路。例如，控制单元如上文参考图1所描述的控制器148可基于操作参数改变的程度而控制旁路阀打开的程度。例如，如果进氧浓度或排氧浓度下降到其对应的阈值以下，那么可以通过一个较大量而非较小量来将旁路阀调整至打开得更大。类似地，如果后处理系统上游的排气通道中的压力自阈值压力的变化相对较小，那么可调整旁路阀以使得通过后处理装置的排气流仅稍有减少。以此方式，可仅按照所需的程度 旁路后处理装置。再例如，如果颗粒过滤器的负载率明显增加超过阈值，那么可调整旁路阀以使得通过颗粒过滤器的排气流实质性地减少。在其他实例中，所述阀可以是开/关阀以使得全部排气都流动通过后处理装置或者通过后处理装置的排气流实质性地减少。 
因此，可控制旁路控制元件如旁路阀以减少在车辆的在穿隧道操作期间通过后处理装置的排气流。此外，可基于操作参数如进氧浓度或后处理装置的负载率与对应阈值的相差程度来调整旁路打开来减少通过后处理装置的气流的程度(degree)(即，程度(extent))或在隧道中的时机(较早、更接近入口，或较晚、进一步远离入口)。如上文所描述，在穿隧道操作期间后处理装置的旁路程度也可基于机车在列车中的位置。例如，设置在远距离机车内的后处理装置中的颗粒负载率可能大于设置在引导机车内的后处理装置中的颗粒负载率，因为远距离机车吸入了比引导机车更大量的排气。以此方式，可减少在穿隧道操作期间后处理装置和发动机的劣化。 
图5示出了车辆离开隧道时用于控制旁路阀的方法500。具体地说，所述方法确认隧道出口并且基于车辆通过隧道出口之后后处理装置的温度和颗粒负载来增加通过后处理装置如颗粒过滤器的气流。 
在步骤502，确认隧道的出口。在一些实例中，当进氧浓度和/或排氧浓度增加到对应的阈值以上时，所述阈值指示发动机正导入不再由排气稀释的环境空气，可确认隧道出口。在其他实例中，隧道出口可通过例如GPS来确认。 
在步骤504，确定排气的温度。如上文所描述，由于吸入了排气，所以发动机可产生更高温度的排气，从而增加后处理系统的温度。如果颗粒过滤器具有的颗粒负载太高并且颗粒过滤器的温度变得太大，那么可能会发生再生失控(runaway)，从而导致至少后处理系统的劣化。因此，在步骤506确定排气温度是否大于阈值温度。如果排气温度小于阈值温度，那么所述方法继续至步骤508并且关闭旁路阀。通过关闭旁路阀，排气再次流动通过后处理装置并且可减少调节的排放 以使得排放达标。 
在另一方面，如果确定温度大于阈值温度，那么所述方法进入步骤510，其中确定颗粒过滤器的颗粒负载是否大于阈值。如果颗粒负载小于阈值，即使排气温度大于阈值温度，再生失控的几率也可实质性地降低。因此，所述方法进入步骤508并且关闭旁路阀以增加通过后处理装置的排气流。 
如果确定颗粒负载大于阈值负载，那么所述方法继续至步骤512，其中调整旁路阀。例如，可基于排气的温度、后处理装置的温度和/或后处理装置的颗粒负载来调整旁路阀打开的程度(degree)(即，程度(extent))。例如，基于在穿隧道操作期间后处理装置至少部分地被旁路的持续时间，颗粒负载超过阈值的量可发生改变。此外，后处理装置的温度可基于在穿隧道操作期间后处理装置至少部分地被旁路的持续时间而改变。因此，即使排气温度大于阈值温度，由于后处理装置温度较低和/或颗粒负载与阈值之间差值较小，所以可调整旁路阀以使得至少一些排气流动通过后处理装置。可继续调整旁路阀，直到排气温度足够低或颗粒负载足够低以至于可关闭所述阀。在一些实例中，可随着后处理装置的温度的降低而逐渐关闭旁路阀。例如，可基于后处理装置的降温而逐渐关闭旁路阀。一旦后处理装置的温度下降到阈值温度以下，就可完全关闭旁路阀以使得所有的排气都流动通过后处理装置。 
因此，可基于排气温度、后处理装置温度和/或后处理装置的颗粒负载来控制旁路控制元件如旁路阀，以响应于隧道出口的确认而增加通过后处理装置的排气流。以此方式，可尽可能快地恢复通过后处理装置的排气流，以使得在隧道外部实现排放达标并且后处理装置的劣化减少。 
继续至图6，示出了方法600，所述方法用于控制可操作地联接至后处理系统如上文参考图1所描述的后处理系统130的旁路的旁路控制元件如阀。具体地说，所述方法基于发动机启动来控制旁路阀。 
在步骤602，确定发动机是否处于启动条件下。例如，发动机启动可通过以下各项中的一个或多个来指示：小于阈值温度的发动机温度、小于阈值温度的发动机冷却剂温度等。 
如果确定发动机不处于启动条件下，那么所述方法进入步骤606并且继续当前操作。另一方面，如果确定发动机处于启动条件下，那么所述方法进行至步骤604并且打开旁路阀。在一些实例中，可打开旁路阀以使得通过后处理装置的排气流实质性地减少。在其他实例中，可调整旁路阀以使得一些排气流动通过旁路并且一些排气流动通过后处理系统。例如，旁路阀打开的程度可基于发动机的温度、发动机冷却剂的温度或另一个合适的参数。例如，在发动机启动条件下通过至少部分地旁路后处理装置，因发动机排出的排气中的未燃烧的烃所致的后处理装置的劣化可减少。 
继续至图7，示出了方法700，所述方法用于控制可操作地联接至后处理系统如上文参考图1所描述的后处理系统130的旁路的旁路控制元件如阀。具体地说，所述方法基于瞬态操作条件来控制旁路阀。 
在步骤702，确定发动机功率设置是否改变。例如，当联接至发动机的带槽口的节流阀的槽口从与第一功率设置对应的第一槽口切换至与第二不同功率设置对应的第二槽口(例如，从槽口7到槽口8)时，功率设置可发生改变。例如，与第一功率设置相比，第二功率设置可与更高功率水平对应。在一些实例中，可由其中定位有发动机系统的车辆的操作人员来改变功率设置。在其他实例中，功率设置可基于车辆的行程计划来改变。 
如果确定功率设置未改变，那么所述方法进入步骤706并且继续当前操作。另一方面，如果确定功率设置已发生改变，那么所述方法继续至步骤704并且打开旁路阀以使得通过后处理装置的排气流实质性地减少(例如，没有排气流动通过后处理装置)。以此方式，在瞬态条件下可改进负载率。 
在其他实例中，可响应于其他发动机操作条件来调整旁路控制元 件。例如，可响应于发动机问题如发动机点火失败、严重漏油、涡轮增压器故障或类似物来调整旁路控制元件以减少通过后处理装置的气流。再例如，可响应于空转发动机操作来调整旁路控制元件以减少通过后处理装置的气流。以此方式，可减少后处理装置中过量的颗粒物的堆积，以使得可减小失控再生的可能性，从而延长后处理装置的寿命。 
应了解，上文参考图4至图7所描述的方法可在单个发动机控制器如上文参考图1所描述的控制器148中一起执行。例如，发动机控制器可控制在穿隧道操作期间、紧接着隧道出口的操作期间、瞬态条件下和发动机启动期间后处理装置的旁路。也就是说，虽然已相对于发动机控制器或其他控制器(例如，微控制器或基于处理器的装置)描述了实施例，但更通常可使用控制单元来实施本实用新型的实施例。“控制单元”指配置用于执行一个或多个指定功能，例如接收一个或多个输入并产生一个或多个控制输出的一个或多个硬件和/或软件模块；硬件模块是包括一个或多个电子/电气部件的电子装置，并且软件模块是储存在一个或多个非瞬态有形媒体中的一组或多组电可读取指令，当所述指令由硬件模块读取并执行时会使硬件模块根据指令的内容执行一个或多个指定功能。 
另一个实施例涉及一种用于车辆中的后处理系统的方法，例如一种用于控制后处理系统或与其相关的部件的方法。所述方法包括接收与穿隧道操作相关的信号。(“涉及”意指含有穿隧道操作和/或响应于穿隧道操作(例如响应于可能发生穿隧道操作的确定)而产生的数据。)所述方法进一步包括响应于信号而调整旁路控制元件。旁路控制元件可操作地联接至后处理系统的旁路，所述旁路在后处理系统的后处理装置周围输送排气流。后处理系统设置在车辆的发动机的排气通道中的涡轮机的下游。 
在另一个实施例中，所述方法进一步包括接收与例如车辆的操作相关的数据。所述方法进一步包括基于接收到的数据来确认穿隧道操 作。(例如，在建立的参数内，可至少周期性地评价所述数据以用于确定所述数据是否指示了穿隧道操作的发生。)所述方法进一步包括响应于确认的穿隧道操作而产生用于调整旁路控制元件的信号。 
另一个实施例涉及一种用于车辆的系统。所述系统包括配置用于接收数据的控制单元。例如，可从车辆上的传感器或车辆中的其他控制系统或子系统接收数据。所述数据可能与车辆的操作条件(例如，部件温度)或车辆的操作模式(例如，车辆处于特定操作模式或从一种模式过渡到另一种模式)相关。控制单元进一步配置用于产生信号，对数据作出响应，用于控制旁路控制元件以使排气输送通过旁路并且在与车辆发动机相关联的后处理系统的后处理装置(或一个以上后处理装置)周围输送。 
在另一个实施例中，系统另外包括旁路和旁路控制元件。旁路配置用于联接至后处理装置上游的发动机的排气通道并且联接至后处理装置下游的排气通道。旁路控制元件配置用于可操作地联接至旁路导管或排气通道。当旁路控制元件安装并且可操作地联接至旁路导管或排气通道时，所述旁路控制元件可由控制单元来控制以改变通过旁路导管和处理装置周围的排气流动。 
在另一实施例中，控制单元配置用于基于接收到的数据来确定车辆是否通过隧道(例如，控制单元确定车辆将通过隧道或正通过隧道)。控制单元配置用于响应于确定车辆通过隧道而产生信号(用于控制旁路控制元件)。 
另一个实施例涉及一种用于车辆的系统。系统包括控制单元。响应于车辆的穿隧道操作的指示，控制单元配置用于调整旁路控制元件以减少通过后处理系统的排气流。 
如本实用新型中所使用，以单数形式列举并通过字词“一”或“一个”引出的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确指出这种排除情况。此外，对本实用新型的“一个实施例”的参考并不旨在解释为排除同样结合所述特征的其他实施例的存在。另外， 除非明确指出相反情况，否则“包括(comprising)”、“包括(including)”或“具有”拥有具体特性的某个元件或多个元件的实施例可包括不具有所述特性的另外的此类元件。术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作对应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效物。另外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字要求或具体位置顺序。 
本实用新型使用实例来揭示本实用新型，包括最佳模式，并且还使得相关领域的一般技术人员能够实践本实用新型，包括制造和使用任何装置或系统以及执行所涵盖的任何方法。本实用新型的专利范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面语言相同，或如果此类其他实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面语言无实质差别，则此类其他实例旨在是在权利要求书的范围内。 

Claims (17)

1.一种用于发动机的系统，所述系统包括： 
排气通道，排气配置成从所述发动机流动通过所述排气通道；以及 
后处理系统，其设置在所述排气通道中，所述后处理系统包括后处理装置和具有旁路控制元件的旁路，所述旁路控制元件可调地以减少在穿隧道操作期间通过所述后处理装置的排气流。 
2.如权利要求1所述的系统，其中所述旁路控制元件基于所述排气的条件而自行致动。 
3.如权利要求1所述的系统，其中所述后处理装置是颗粒过滤器。 
4.如权利要求1所述的系统，其进一步包括控制单元，所述控制单元用于调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流，其中所述控制单元在穿隧道操作期间配置用于将所述旁路控制元件控制到打开位置。 
5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制单元进一步配置用于基于所述排气的温度和所述后处理装置的颗粒负载来确认隧道出口，并且配置用于响应于确认的所述隧道出口而将所述旁路控制元件控制到关闭位置。 
6.如权利要求4所述的系统，其中所述控制单元进一步配置用于基于操作条件来调整所述旁路控制元件打开的程度。 
7.如权利要求1所述的系统，其进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于当所述后处理装置的温度大于阈值温度时，响应于所述后处理装置的增加的负载率，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
8.如权利要求1所述的系统，其进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于响应于所述发动机的进气通道中降低的氧浓度或所述排气通道中降低的氧浓度，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
9.如权利要求1所述的系统，其进一步包括控制单元，所述控制单元配置用于响应于所述后处理系统上游的所述排气通道中增加的压力，调整所述旁路控制元件以减少通过所述后处理装置的排气流。 
10.一种用于车辆的系统，其包括： 
排气通道，排气配置用于从所述车辆的发动机流动通过所述排气通道； 
后处理系统，其设置在所述排气通道中，所述后处理系统包括至少一颗粒过滤器和具有旁路控制元件的旁路；以及 
控制单元，所述控制单元配置用于确认穿隧道操作，并且响应于穿隧道操作的所述确认，至少部分地打开所述旁路控制元件以减少通过所述颗粒过滤器的排气流。 
11.如权利要求10所述的系统，其中所述控制单元基于操作条件来确认穿隧道操作，所述操作条件包括以下各项中的一个或多个：所述排气通道中降低的氧浓度、所述发动机的进气通道中降低的氧浓度、所述后处理系统上游的所述排气通道中增加的压力，或当所述颗粒过滤器的温度大于阈值温度时所述颗粒过滤器的增加的负载率。 
12.如权利要求11所述的系统，其中所述控制单元进一步配置用于基于以下各项中的一个或多个来控制所述旁路控制元件打开的程度：所述排气通道中所述氧浓度降低的程度、所述进气通道中所述氧浓度降低的程度、所述后处理系统上游的所述排气通道中所述压力增加的程度，或当所述颗粒过滤器的所述温度大于所述阈值温度时所述颗粒过滤器的所述负载率增加的程度。 
13.如权利要求10所述的系统，其中所述控制单元进一步配置用于确认所述在穿隧道操作期间所述车辆行进穿过的隧道的出口，并且响应于所述隧道的所述出口的所述确认，基于所述车辆离开所述隧道之后的排气温度和所述颗粒过滤器的负载来调整所述旁路控制元件以增加通过所述颗粒过滤器的气流。 
14.如权利要求10所述的系统，其进一步包括具有定位在所述排 气通道中的涡轮机的涡轮增压器，并且其中所述后处理系统设置在所述涡轮机的下游。 
15.一种用于车辆的系统，其包括： 
控制单元，其配置用于接收数据； 
其中所述控制单元进一步配置用于响应于所述数据而产生信号，以用于控制旁路控制元件以将排气输送通过旁路并且围绕与车辆发动机相关联的后处理系统的后处理装置输送。 
16.如权利要求15所述的系统，其中所述系统进一步包括： 
所述旁路，其中所述旁路配置用于联接至所述后处理装置上游的所述发动机的排气通道并且联接至所述后处理装置下游的所述排气通道；以及 
所述旁路控制元件，其中所述旁路控制元件配置用于可操作地联接至旁路导管或联接至所述排气通道，并且其中当可操作地联接至所述旁路导管或所述排气通道时，所述旁路控制元件可由所述控制单元来控制以改变通过所述旁路导管和围绕所述后处理装置的所述排气的流动。 
17.如权利要求15所述的系统，其中所述控制单元配置用于基于所接收到的数据来确定所述车辆是否通过隧道，并且其中所述控制单元配置用于响应于确定的所述车辆通过隧道而产生所述信号。 
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