專利名稱：微粒捕集器再生系統(tǒng)及控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微粒捕集器再生系統(tǒng)，尤其涉及一種微粒捕集器再生系統(tǒng)及控制策略。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)和其它本領(lǐng)域已知的發(fā)動機(jī)之類的發(fā)動機(jī)會排出復(fù)雜的空氣污染物的混合物。這些空氣污染物可由氣態(tài)和固態(tài)材料組成，比如微粒物質(zhì)。微粒物質(zhì)可包括灰分及被稱為煤灰的未燃燒碳顆粒。
由于對環(huán)境的關(guān)注日益加強(qiáng)，廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)變得愈加嚴(yán)苛?？梢愿鶕?jù)發(fā)動機(jī)的類型、尺寸和/或種類來調(diào)節(jié)從發(fā)動機(jī)排出的微粒物質(zhì)和氣體污染物的量。為了滿足這些排放標(biāo)準(zhǔn)，有些發(fā)動機(jī)制造商在數(shù)個不同的發(fā)動機(jī)技術(shù)中，比如在燃油噴射、發(fā)動機(jī)操控以及空氣吸入方面謀取改進(jìn)。此外，發(fā)動機(jī)制造商已經(jīng)開發(fā)出用于處理離開發(fā)動機(jī)之后的發(fā)動機(jī)廢氣的裝置。
發(fā)動機(jī)制造商已經(jīng)采用了被稱作微粒捕集器的廢氣處理裝置來將微粒物質(zhì)從發(fā)動機(jī)廢氣流中除去。一個微粒捕集器可包括一被設(shè)計用來捕集微粒物質(zhì)的過濾器。然而，該微粒捕集器在使用一段較長時間之后會在過濾器中聚積起微粒物質(zhì)，從而造成過濾器被破壞和/或發(fā)動機(jī)性能下降。
恢復(fù)微粒捕集器性能的一個方法包括再生。可通過加熱再生來對微粒捕集器過濾器系統(tǒng)進(jìn)行再生，該方法包括將過濾器和所捕集到的微粒物質(zhì)的溫度提高到微粒物質(zhì)的燃燒溫度以上，從而將所聚積的微粒物質(zhì)燒掉并再生過濾器系統(tǒng)。這一溫度升高可通過各種方式來完成。例如，一些系統(tǒng)采用加熱元件(例如電加熱元件)以直接加熱微粒捕集器的一個或多個部分(例如過濾材料或外部殼體)。其它系統(tǒng)被構(gòu)造成用來在微粒捕集器的上游加熱廢氣，從而使加熱氣流通過微粒捕集器以向微粒捕集器傳送熱量。例如，某些系統(tǒng)可改變一個或多個如空氣/燃油混合比的發(fā)動機(jī)操作參數(shù)以產(chǎn)生被升溫了的廢氣。用“富集的”空氣/燃油混合物來運行一發(fā)動機(jī)可提高廢氣溫度。其它系統(tǒng)使用了在導(dǎo)向微粒捕集器的廢氣管中產(chǎn)生火焰的一燃燒器在微粒捕集器的上游加熱廢氣。
可以周期性地而非持續(xù)地進(jìn)行再生。也就是說，在發(fā)生一觸發(fā)工況之后，加熱再生系統(tǒng)可響應(yīng)該觸發(fā)工況以啟動再生觸發(fā)工況。有些系統(tǒng)被構(gòu)置成響應(yīng)單一類型的觸發(fā)工況，例如發(fā)動機(jī)的一預(yù)定時間量的運行或廢氣系統(tǒng)的一壓力特性(例如廢氣系統(tǒng)中的背壓)來啟動再生。有些系統(tǒng)被構(gòu)置成響應(yīng)兩種類型的觸發(fā)工況來啟動再生。例如，一種這樣的再生系統(tǒng)被揭示在2003年9月23日授予Tashiro等人的美國專利6,622,480(‘480專利)中。該‘480專利揭示了一種再生系統(tǒng)，該系統(tǒng)被構(gòu)置成響應(yīng)以下中首先發(fā)生的工況來啟動再生微粒捕集器的上游處的預(yù)定背壓或微粒聚積模式(model)(即根據(jù)數(shù)個因素得到的、對聚集在微粒捕集器中的煤灰量的一個估計)。
可將該‘480專利揭示的該系統(tǒng)構(gòu)置成響應(yīng)兩個不同的觸發(fā)工況而啟動再生，其中任何一個工況的征兆均為在微粒捕集器中聚積了大量的微粒物質(zhì)。然而，‘480專利的系統(tǒng)并不涉及與這兩個觸發(fā)工況無關(guān)的一個或多個其它的參數(shù)，而這些參數(shù)可表示微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的聚積情況。例如，‘480專利并沒有揭示出再生系統(tǒng)被構(gòu)造成響應(yīng)于其它潛在的觸發(fā)工況來啟動再生，比如發(fā)動機(jī)運行了預(yù)定的時間或燃油已經(jīng)消耗了一預(yù)定的量。
本發(fā)明旨在提高現(xiàn)有的微粒捕集器再生系統(tǒng)和控制策略。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種微粒捕集器再生系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括一微粒捕集器，該微粒捕集器被構(gòu)造成用來從一發(fā)動機(jī)的一廢氣流中去除一種或多種類型的微粒物質(zhì)。該系統(tǒng)還可包括一再生裝置，該裝置被構(gòu)造成用來減少微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量。該系統(tǒng)還可包括一控制器，該控制器被構(gòu)造成用來響應(yīng)于至少三個觸發(fā)工況中首先發(fā)生的一個來致動再生裝置。
在另一個方面，本發(fā)明涉及一種再生一微粒捕集器的方法。該方法可包括監(jiān)測一產(chǎn)生廢氣流的發(fā)動機(jī)和一被構(gòu)造成將發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的廢氣從發(fā)動機(jī)帶出的一廢氣系統(tǒng)的三個方面。該方法還包括響應(yīng)于被確定滿足一觸發(fā)工況的三個方面中的至少一個工況來致動一被構(gòu)造成用來減少一微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量的再生裝置，該微粒捕集器被構(gòu)造成用來從發(fā)動機(jī)的廢氣流中去除一種或多種微粒物質(zhì)。


圖1是根據(jù)所揭示的一個示例性實施例的一工作機(jī)械的示意圖。
圖2是根據(jù)所揭示的一個示例性實施例的一微粒捕集器再生系統(tǒng)的示意圖。
圖3A是根據(jù)所揭示的一個示例性實施例的、對一微粒捕集器再生系統(tǒng)的一控制策略的流程圖。
圖3B是對圖3A所示流程圖的繼續(xù)。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照附圖。只要可能，在附圖中將使用相同標(biāo)號來表示相同的或類似的零件。
圖1示出了一工作機(jī)械10。該工作機(jī)械10可包括一操作者工作臺11、一或多個牽引裝置12、一發(fā)動機(jī)14和一微粒捕集器再生系統(tǒng)16。
雖然將工作機(jī)械10顯示為一卡車，但工作機(jī)械10也可為任意類型的、具有一可產(chǎn)生廢氣的發(fā)動機(jī)的機(jī)械。因此，牽引裝置12可為任意類型的牽引裝置，比如輪子(如圖1所示)、履帶、皮帶或它們的任意組合。
發(fā)動機(jī)14可為會產(chǎn)生廢氣流的任意類型的發(fā)動機(jī)。例如，發(fā)動機(jī)14可為一內(nèi)燃機(jī)，比如汽油發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)或任何其它會產(chǎn)生廢氣的發(fā)動機(jī)。
系統(tǒng)16可包括一后處理裝置18。該后處理裝置18可為任意類型的裝置，它被構(gòu)造成用來從發(fā)動機(jī)14的廢氣流去除一種或多種成分并可通過加熱和其它方法再生。在一個實施例中，后處理裝置18可包括一微粒捕集器19，如圖2所示?？蓪⒃撐⒘２都?9構(gòu)造成可從發(fā)動機(jī)14所產(chǎn)生并流經(jīng)一廢氣管20的廢氣中去除一種或多種微粒物質(zhì)，該廢氣管被構(gòu)造成用來將發(fā)動機(jī)14所產(chǎn)生的所有或部分廢氣引導(dǎo)到后處理裝置18。微粒捕集器19可包括一外殼體22，該外殼體可將用來捕集微粒物質(zhì)的一過濾材料24(例如金屬網(wǎng))包住。
雖然此處所討論的后處理裝置18主要為微粒捕集器，當(dāng)在其它的實施例中，后處理裝置18可包括一催化變換器、催化微粒捕集器、NOx吸收器或任何其它可以被再生的后處理裝置。作為替代或附加方案，后處理裝置18可包括這些裝置的組合。例如，后處理裝置18可包括串聯(lián)的微粒捕集器和催化變換器，在某些實施例中，它們可被集成在同一個單元中(例如在同一個殼體中)。
可將后處理裝置18構(gòu)造成通過加熱被再生。即，后處理裝置18的再生可通過提高后處理裝置18的溫度來完成。后處理裝置18的溫度的這種提高可以多種方式來產(chǎn)生。例如，可通過與后處理裝置18成一體或與其相鄰的一加熱裝置直接對后處理裝置18施加熱量，比如用一電加熱元件(未示出)。作為替代或附加方案，可通過從流經(jīng)后處理裝置18的廢氣傳送給該裝置的熱量來提高后處理裝置18的溫度。在這樣的實施例中，可在后處理裝置18的上游加熱廢氣。
可以通過一種或多種方法來提高廢氣的溫度。例如改變發(fā)動機(jī)參數(shù)可以對廢氣溫度發(fā)生影響。用“富集的”空氣/燃油混合物來運行發(fā)動機(jī)14可提高廢氣溫度。發(fā)動機(jī)負(fù)荷的上升也可提高廢氣溫度。還可通過后噴射來加熱廢氣，后噴射包括在進(jìn)行燃燒之后向燃燒室再額外噴入燃油，這可使額外噴入的燃油在廢氣系統(tǒng)中燃燒，從而提升系統(tǒng)中的廢氣溫度。還可通過加熱廢氣或廢氣管20來提高廢氣溫度。例如，可配置一電加熱元件和/或火焰生成燃燒器來加熱廢氣或廢氣管20。
在一個實施例中，系統(tǒng)16可包括一再生裝置25，該裝置被構(gòu)造成用來減少后處理裝置18中的微粒物質(zhì)的量。例如，再生裝置25可包括一燃燒器組合件26，該組合件被構(gòu)造成用來在后處理裝置18的上游提高流經(jīng)廢氣管20的廢氣的溫度?？蓪⑷紵鹘M合件26構(gòu)造成用來通過加熱再生來保持或恢復(fù)后處理裝置18的性能。廢氣流成分在后處理裝置18中的聚積會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降和/或?qū)筇幚硌b置18和/或系統(tǒng)16的其它組件造成可能有的損壞?？蓪⑷紵鹘M合件26構(gòu)造成可防止或恢復(fù)發(fā)動機(jī)的任何的性能下降并避免對后處理裝置18和/或系統(tǒng)16的其它組件可能造成的損壞。例如，可將燃燒器組合件26構(gòu)造成用來燃盡聚積在后處理裝置18中的至少一部分微粒物質(zhì)。
盡管圖示出系統(tǒng)16只有一單個后處理裝置18和一單個再生裝置25，但系統(tǒng)16也可包括一個以上的后處理裝置18和/或一個以上的再生裝置25。例如，在一個實施例中，系統(tǒng)16可包括被構(gòu)造成用來再生兩個后處理裝置的一單個再生裝置25。在另一個實施例中，系統(tǒng)16可包括被構(gòu)造成用來再生兩個后處理裝置的兩個再生裝置25。在這樣的一個實施例中，可將每個再生裝置構(gòu)造成用來再生后處理裝置之一或再生兩個后處理裝置。系統(tǒng)16還可包括以一任何適于再生的方式組合的任意數(shù)量的再生裝置和/或后處理裝置。
圖2示出了廢氣處理系統(tǒng)16的一個示例性實施例。為了以下的解釋，將后處理裝置18作為微粒捕集器19來討論，而再生裝置25將作為燃燒器組合件26來討論。然而，應(yīng)該注意的是后處理裝置18和再生裝置25可為任意上述已經(jīng)揭示的類型的后處理裝置和再生裝置。系統(tǒng)16還可包括一控制器28，該控制器被構(gòu)造成接收來自不同來源的信息并根據(jù)這些信息來控制系統(tǒng)16的一個或多個組件。
燃燒器組合件26可沿廢氣管20設(shè)于發(fā)動機(jī)14和微粒捕集器19之間的任意位置處。燃燒器組合件26可包括被一構(gòu)造成用來向燃燒器組合件26供應(yīng)燃油的燃油噴射器30。可將燃燒器組合件26構(gòu)造成用來生成火焰，該火焰可與廢氣流進(jìn)行熱交換?？蓪⑾到y(tǒng)16構(gòu)造成用來向該燃油噴射器30供應(yīng)新鮮空氣以用于與燃油混合而燃燒以及用于在燃燒器組合件26工作之前和/或之后沖洗燃油噴射器30中的任何燃油和碎片。
可將系統(tǒng)16構(gòu)造成向燃油噴射器30供應(yīng)新鮮空氣以用于與燃油混合而在燃燒器組合件26中燃燒，其中新鮮空氣源為發(fā)動機(jī)14的一空氣進(jìn)氣系統(tǒng)32。也就是說，可將空氣從比如一進(jìn)氣總管34的空氣進(jìn)氣系統(tǒng)32的一部分從一壓縮機(jī)36的下游進(jìn)入，該壓縮機(jī)被構(gòu)造成為發(fā)動機(jī)14產(chǎn)生強(qiáng)制進(jìn)氣。壓縮機(jī)36可包括一渦輪增壓器、增壓器或任何其它的裝置，這些裝置被構(gòu)造成用來壓縮進(jìn)入空氣從而為發(fā)動機(jī)14產(chǎn)生強(qiáng)制進(jìn)氣。可將空氣通過一空氣管38從進(jìn)氣總管34引導(dǎo)到燃油噴射器30。向燃油噴射器30供應(yīng)的空氣可由一空氣閥39調(diào)節(jié)并可由控制器28控制。
可將系統(tǒng)16構(gòu)造成在不同的發(fā)動機(jī)工況下，比如在發(fā)動機(jī)快速加速或發(fā)動機(jī)快速減速的過程中，以一先導(dǎo)引燃模式(pilot mode)工作以防止熄火。在該先導(dǎo)引燃模式中，燃油噴射器30可向燃燒器組合件26輸送一預(yù)定的空氣和燃油混合物。例如，該空氣和燃油混合物可與發(fā)動機(jī)在基本穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下運行時所輸送的混合物不同。
燃燒器組合件26還可包括一火花塞40，它被構(gòu)造成提供火花以點燃燃油噴射器30所輸送的空氣/燃油混合物。可由一點火線圈42向該火花塞40供應(yīng)電流，該點火線圈可由控制器28控制。雖然將燃燒器組合件26顯示和描述為包括火花塞40，但也可采用另外的點火源，比如電熱塞或任何其它用于對空氣/燃油混合物點火的裝置。
控制器28可包括任何用于接收關(guān)于工作機(jī)械的操作參數(shù)的信息以及/或者用于監(jiān)測、記錄、存儲、索引、處理和/或傳送這類信息的裝置。這些裝置可包括諸如一存儲器、一個或多個數(shù)據(jù)存儲裝置、一中央處理單元或任何可用于進(jìn)行一操作的其它組件之類的組件。雖然可將本發(fā)明的各方面總的描述為存放在存儲器中，但熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人會知道這些方面可儲存在各種類型的計算機(jī)程序產(chǎn)品或計算機(jī)可讀介質(zhì)中或可從中讀取，比如計算機(jī)芯片和二級存儲裝置，包括硬盤、軟盤、光介質(zhì)、CD-ROM或其它形式的RAM或ROM。各種其它的已知線路可與控制器28相連，比如供電線路、信號處理線路、電磁線圈驅(qū)動線路、通訊線路和其它適當(dāng)?shù)木€路。
可將控制器28構(gòu)造成響應(yīng)至少三個觸發(fā)工況中首先發(fā)生的一個工況而啟動再生裝置25。也就是說，控制器28可監(jiān)測至少三個觸發(fā)工況，如果其中任意一個滿足，則控制器28將啟動再生裝置25。觸發(fā)工況可包括例如發(fā)動機(jī)14工作了一預(yù)定長的時間、發(fā)動機(jī)14消耗了一預(yù)定量的燃油、監(jiān)測到微粒捕集器19上游的一背壓上升到超過一預(yù)定的壓力、監(jiān)測到微粒捕集器19兩邊的一壓差大于一預(yù)定的值以及確定計算得到的聚積在微粒捕集器19中的微粒物質(zhì)的量超出一預(yù)定的量。
也可由工作機(jī)械10的操作人員、所有人、維護(hù)技術(shù)人員等來手動啟動再生?？赏ㄟ^開關(guān)、按鈕或與工作機(jī)械相連的類似裝置以及/或者被構(gòu)造成與工作機(jī)械10連系的一維修工具來完成手動觸發(fā)再生。
系統(tǒng)16可包括各種被構(gòu)造成用來產(chǎn)生關(guān)于系統(tǒng)16的操作參數(shù)的信息的傳感器。這樣的信息可由控制器28接收。例如，系統(tǒng)16可包括上游溫度傳感器44、上游壓力傳感器46、下游溫度傳感器48和下游壓力傳感器50。這些傳感器可沿廢氣管20分別放置在微粒捕集器19的上游和下游并被構(gòu)造成在各自的位置測量廢氣管20中的廢氣溫度和壓力。這樣的測量值可由控制器28接收。
上游壓力傳感器46和下游壓力傳感器50可組成一壓差測量系統(tǒng)。可將這樣的一個系統(tǒng)構(gòu)造成用來測量微粒捕集器19上游的一廢氣流上游壓力和微粒捕集器19下游的一廢氣流下游壓力之間的差?；蛘?，作為對上游壓力傳感器46和下游壓力傳感器50的替代，壓差測量系統(tǒng)可包括一單個壓差傳感器(未示出)，該傳感器被構(gòu)造成用來測量微粒捕集器19上游和下游的廢氣流之間的壓差。
系統(tǒng)16還可包括一行駛速度傳感器52，該傳感器被構(gòu)造成用來監(jiān)測工作機(jī)械10的行駛速度(即工作機(jī)械10相對于其所行進(jìn)的表面的速度)。系統(tǒng)16還可設(shè)置有一火焰?zhèn)鞲邢到y(tǒng)，該系統(tǒng)連接有燃燒器組合件26并被構(gòu)造成用來檢測燃燒器組合件26是否正產(chǎn)生火焰。這樣的火焰?zhèn)鞲邢到y(tǒng)可包括例如一火焰?zhèn)鞲衅?4。此外，系統(tǒng)16可包括一發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器56，該傳感器被構(gòu)造成用來測量發(fā)動機(jī)14的工作轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)。
上述傳感器可包括任意類型的傳感裝置，該裝置適于監(jiān)測它們各自的參數(shù)。具體來說，火焰?zhèn)鞲衅?4可包括任何適于監(jiān)測一火焰的存在的傳感器，比如溫度傳感器(即熱電偶)、光傳感器、紫外線傳感器和離子傳感器。可將火焰?zhèn)鞲衅?4構(gòu)造成用來監(jiān)測火焰附近的狀況(例如溫度、紫外線、離子等)。可在靠近火焰足夠近的范圍內(nèi)的任意位置來監(jiān)測這樣的一狀況，從而可監(jiān)測到火焰的存在。作為附加或替代方案，可將火焰?zhèn)鞲邢到y(tǒng)構(gòu)造成用來監(jiān)測狀況的變化速率。例如，在火焰位置附近的溫度以預(yù)定的速度增加可表明火焰被點燃從而使溫度上升了。
作為對火焰?zhèn)鞲衅?4的附加或替換方案，可將火焰?zhèn)鞲邢到y(tǒng)構(gòu)造成用來確定下游溫度傳感器48所測量的下游廢氣溫度是否比上游溫度傳感器44所測量的上游廢氣溫度超出一預(yù)定的量。高得多的下游溫度表明火焰被點燃并故而在廢氣流經(jīng)燃燒器組合件26時而被加熱了。
控制器28可包括一定時裝置58?？蓪⒖刂破?8構(gòu)造成用來將來自該定時裝置58的信息與來自其它來源的信息相結(jié)合。例如，控制器28可采用與關(guān)于發(fā)動機(jī)14的工作的信息(即來自發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器56)相結(jié)合的、來自定時裝置58的信息來確定發(fā)動機(jī)14工作了多長時間。還可利用定時裝置58來監(jiān)測可控制再生過程的持續(xù)時間或系統(tǒng)16和/或工作機(jī)械10的其它操作參數(shù)。
可將系統(tǒng)16構(gòu)造成用來控制一個或多個附加的系統(tǒng)功能和/或參數(shù)。可將控制器28構(gòu)造成控制傳送給燃油噴射器30的燃油壓力(從而控制燃油噴射速率)。一燃油打開/關(guān)閉閥門60可與燃油噴射器30連接以選擇性地允許將燃油輸送給燃油噴射器30，該閥門可由控制器28控制。除了該燃油打開/關(guān)閉閥門60以外，系統(tǒng)16還可包括一燃油壓力調(diào)節(jié)閥62，該閥門可由控制器28控制以調(diào)節(jié)燃油壓力，并由此調(diào)節(jié)給燃油噴射器30的燃油輸送速率。在某些實施例中，可將控制器28構(gòu)造成用來以一閉環(huán)方式(closed loopfashion)，即響應(yīng)于在燃油噴射器30處或其附近測得的壓力值(例如通過燃油壓力傳感器，未示出)，來控制輸送給燃油噴射器30的燃油的壓力。
可將控制器28進(jìn)一步構(gòu)造成用來響應(yīng)于系統(tǒng)16的其它參數(shù)來控制燃油打開/關(guān)閉閥門60和/或燃油壓力調(diào)節(jié)閥62(即，控制流向燃油噴射器30的燃油流量)。例如，可將控制器28構(gòu)造成用來響應(yīng)于來自上游溫度傳感器44的回饋來控制進(jìn)入微粒捕集器19的廢氣溫度。可通過調(diào)節(jié)供應(yīng)給燃油噴射器30的燃油和/或空氣的量來控制該上游廢氣溫度，而通過控制燃油打開/關(guān)閉閥門60和/或燃油壓力調(diào)節(jié)閥62能實現(xiàn)對燃油和/或空氣量的調(diào)節(jié)。可響應(yīng)于上游溫度傳感器44所進(jìn)行的測量來控制其它類型的再生裝置或方法。例如，可改變后噴射的量(例如通過控制器28)來控制進(jìn)入任意種類的后處理裝置18的廢氣溫度。
系統(tǒng)16可包括多個燃油壓力調(diào)節(jié)閥，可以對它們進(jìn)行獨立的控制?？蓪⒅辽僖粋€燃油壓力調(diào)節(jié)閥62被構(gòu)造成用來調(diào)節(jié)主燃油壓力，而將一第二燃油壓力調(diào)節(jié)閥(未示出)構(gòu)造成用來調(diào)節(jié)先導(dǎo)引燃燃油壓力。先導(dǎo)引燃燃油壓力可在先導(dǎo)引燃模式中使用，在該模式中系統(tǒng)16采用一預(yù)定的空氣/燃油混合比以防止在各種發(fā)動機(jī)工況下熄火，例如緊急加速和快速減速。
可監(jiān)測系統(tǒng)16的其它操作參數(shù)以保持和/或優(yōu)化再生工藝的控制。例如，下游溫度傳感器48可監(jiān)測下游廢氣溫度是否高于一預(yù)定的溫度之上。如果下游廢氣溫度過高，則這就會表明微粒捕集器19中的溫度處于不希望的高水平，而且/或者再生會有些不穩(wěn)定(例如煤灰的焚化和/或催化劑驅(qū)動的反應(yīng)在后處理裝置18中的劇烈程度會超出控制器28所指令的)。
還可將系統(tǒng)16構(gòu)造成用來通過確定上游溫度傳感器44所測量的上游廢氣溫度和下游溫度傳感器48所測量的下游廢氣溫度之間的差來監(jiān)測再生工藝的穩(wěn)定性。如果下游溫度傳感器48所測量的溫度比上游溫度傳感器44所測量的溫度超出一預(yù)定量的情況持續(xù)超出一預(yù)定的時間，則控制器28可減小再生工藝的規(guī)?；蚪K止再生工藝。例如，在這樣的情況下，控制器28可降低燃燒器組合件26所產(chǎn)生的火焰的強(qiáng)度。在某些情況下，如果再生工藝十分不穩(wěn)定(例如如果下游廢氣溫度超出一預(yù)定量或比上游廢氣溫度超過比一預(yù)定量還多)，則控制器28可終止再生工藝。
可將控制器28構(gòu)造成在下游廢氣溫度超出一預(yù)定的溫度或下游廢氣溫度比上游廢氣溫度超過比一預(yù)定量還多時記錄為發(fā)生錯誤。還可將控制器28構(gòu)造成如果錯誤的數(shù)量達(dá)到一預(yù)定值(例如當(dāng)發(fā)生三次錯誤時)就終止再生工藝。否則，控制器28可啟動一開始序列(start-up sequence)。
系統(tǒng)16可包括一顯示器64。該顯示器64可位于工作機(jī)械10上的任意合適的位置上，比如在操作者工作臺11中。顯示器64可為任意類型的顯示器，包括屏幕顯示器，比如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子屏幕等?？蓪@示器64構(gòu)造成可顯示關(guān)于系統(tǒng)16的操作參數(shù)的信息。例如，顯示器64可包括報警指示器66(例如報警燈、信息報警等)?？蓪⒖刂破?8構(gòu)造成在監(jiān)測到預(yù)定數(shù)量的錯誤之后將報警指示器66點亮。作為對顯示器64的替代或附加方案，系統(tǒng)16可包括用來向操作人員傳送關(guān)于系統(tǒng)16的操作參數(shù)的信息的一個或多個聽覺報警器。除了提供關(guān)于系統(tǒng)16的操作參數(shù)視覺回饋以外，顯示器64還被構(gòu)造成顯示關(guān)于系統(tǒng)16或任何其它連接于工作機(jī)械10的裝置和/或系統(tǒng)的其它信息。顯示器64還可被構(gòu)造成表明何時發(fā)生再生或即將發(fā)生再生。
圖3示出了操作系統(tǒng)16的一個示例性控制策略。下面將詳細(xì)討論圖3所示的示例性控制策略。
工業(yè)適用性所揭示的微粒捕集器再生系統(tǒng)16可適用于加強(qiáng)對發(fā)動機(jī)的廢氣排放的控制。系統(tǒng)16可用于發(fā)動機(jī)的任何一個應(yīng)用場合。這樣的應(yīng)用場合可包括例如發(fā)動機(jī)組之類的固定裝置或如車輛之類的機(jī)動裝置。所揭示的系統(tǒng)可用于任何類型的車輛，比如汽車、工作機(jī)械(包括那些道路用或非道路用的)以及其它重型裝置。
在圖3A和3B中列出了一個示例性的控制策略。用于系統(tǒng)16的這一控制策略可以一連續(xù)的回路或一周期性基礎(chǔ)進(jìn)行。參見圖3A，該控制策略開始(步驟68)且系統(tǒng)16開始監(jiān)測是否多個觸發(fā)器中的任意一個被釋放(即滿足觸發(fā)工況)。例如，在具有三個觸發(fā)器的系統(tǒng)中(如圖3所示)，該策略可確定觸發(fā)器1是否被釋放(步驟70)，如果不是，則該策略將進(jìn)行詢問是否觸發(fā)器2被釋放(步驟72)，如果不是，則看觸發(fā)器3是否被釋放(步驟74)。如果觸發(fā)器3未被釋放，則該策略將回到“開始”(步驟68)，并且重新開始以一連續(xù)的回路進(jìn)行。雖然這些對觸發(fā)器是否被釋放的詢問被顯示并描述為連續(xù)的，但這些詢問也可并列進(jìn)行(例如每個詢問可基本同時地進(jìn)行)。
如果觸發(fā)器1、2或3中的任意一個被釋放，則該策略將請求來自系統(tǒng)16的、關(guān)于發(fā)動機(jī)14的工況(例如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻劑溫度等)是否有利于再生的信息(步驟76)。此外，步驟76可確定工作機(jī)械10的行駛速度是否大于3英里/小時以及發(fā)動機(jī)14所產(chǎn)生的廢氣溫度處于有利于再生的水平。如果這些參數(shù)和/或工況中的一個不在規(guī)格之內(nèi)(即不利于再生)，則該策略將重復(fù)步驟76直到這樣的條件落入規(guī)格之內(nèi)(即有利于再生)。應(yīng)該注意的是步驟76中的行駛速度的極限可為任意的預(yù)定速度且可改變。此外，這樣的可變性是可以選擇的。雖然沒有顯示出，但步驟76所進(jìn)行的詢問還可包括確定工作機(jī)械10的傳動裝置是否處于空檔和/或手制動器是否接合。如果工作機(jī)械10的傳動裝置處于空檔或手制動器被接合，則要避免再生。
如果確定這些參數(shù)和/或工況有利于再生，則該策略可進(jìn)行到步驟80，此時可提醒系統(tǒng)16以打開起動火花(例如以一適于開始起動、即點燃一火焰的速率和動力水平對火花塞40點火)。此外，在步驟82處，系統(tǒng)16可打開起動空氣(例如流向燃油噴射器30的、適于開始起動即點燃火焰的空氣)，以例如清洗燃油噴射器30并點燃由燃油噴射器30供應(yīng)燃油的火焰。在步驟84處，系統(tǒng)16可打開起動燃油(以一適于開始起動、即點燃火焰的速率供應(yīng)的燃油)。
系統(tǒng)16可通過確定燃燒器火焰是否被點燃(步驟86)來監(jiān)測點火。如果沒有點燃，則該策略將確定點火定時器所設(shè)定的時間是否屆滿(步驟88)。如果沒有，則該策略將循環(huán)回到步驟86以確定火焰是否點燃。在再次進(jìn)行這一詢問之前將進(jìn)行一次延遲(未示出)。如果點火定時器所設(shè)定時間屆滿，則該策略將開始關(guān)閉序列，包括切斷起動燃油(步驟90)、切斷起動空氣和火花(步驟92)以及記錄錯誤，從而對失敗的點火存檔(步驟94)。作為附加或替代的方案，步驟94可包括增加一個“點火失敗”的計數(shù)。
在步驟96處，該策略還將確定是否已經(jīng)記錄了一次以上的錯誤(例如如圖3A所示的3次)。在一個實施例中，步驟96可確定“點火失敗”計數(shù)是否在一預(yù)定的限值之上(例如2次)。如果不是，則在一次延遲(例如30分鐘；步驟98)之后，該策略將循環(huán)回到步驟76以嘗試進(jìn)行另一次起動(例如點火)。然而，如果記錄下的錯誤在一次以上(在這個例子中是3次)，則可記錄另一次錯誤(步驟100)，將點亮一個報警燈(步驟102)，并且結(jié)束該策略(步驟106)。
回到步驟86，如果監(jiān)測到火焰被點燃則前進(jìn)到圖3B，系統(tǒng)16將打開再生運行空氣(regeneration running air)、火花和燃油(例如適于繼續(xù)再生的空氣、火花和燃油，與起動或關(guān)閉相反)。還可將系統(tǒng)16構(gòu)造成用來控制后處理裝置18的進(jìn)口處的溫度。在步驟110處，該策略會詢問進(jìn)口溫度是否是如所要求的。如果不是，則可由系統(tǒng)16來調(diào)節(jié)輸送給燃油噴射器30的燃油量(例如速率)(步驟112)，而且可重復(fù)步驟110?；蛘?，在對燃油輸送速率進(jìn)行檢查后該策略可繼續(xù)前進(jìn)而不再檢查進(jìn)口溫度。
如果確定進(jìn)口溫度是所要求的，則系統(tǒng)16可開始監(jiān)測一系列其它的參數(shù)，同時運行再生工藝。該策略可通過詢問火焰是否被點燃(步驟114)來檢查熄火(flameouts)(即火焰無意的熄滅)。該策略還檢查工作機(jī)械10的行駛速度是否在小于一預(yù)定的極限速度的情況下持續(xù)的時間超過一預(yù)定的時間(例如至少5分鐘速度小于3英里/小時；步驟116)。極限速度和持續(xù)時間可為任意的適當(dāng)?shù)闹?。極限速度和持續(xù)時間也是可以調(diào)節(jié)的。此外，該策略可確定工作機(jī)械的傳動裝置是否處于空檔(步驟118)。雖然沒有在步驟118中顯示，但該策略還可確定手制動器是否接合，從而如果手制動器已接合則暫停再生。另外，該策略可確定出口溫度以及進(jìn)口溫度和出口溫度之間的差(ΔT)是否在一預(yù)定范圍內(nèi)(步驟120)。
可以并行(例如如圖3B所示)或連續(xù)監(jiān)測這些參數(shù)。如果確定這些參數(shù)中的任意一個不在規(guī)格之內(nèi)(即，如果確定火焰沒有點燃、確定行進(jìn)速度在3英里/小時以下至少持續(xù)了5分鐘、確定工作機(jī)械10處于空檔和/或出口溫度(ΔT)在預(yù)定范圍以外)，那么可將錯誤紀(jì)錄下來(步驟122)。在某些實施例中，只有在選定的參數(shù)超出規(guī)格之后才會產(chǎn)生錯誤。如果確定這些錯誤被記錄了多次(例如在這個例子中是3次；步驟124)，則將記錄下另一個錯誤代碼(步驟126)，一個報警燈將被點亮(步驟130)，并且該策略將結(jié)束(步驟131)。
不論這些錯誤是否發(fā)生一次以上，該策略都將開始切斷燃油、空氣和火花(步驟132)。該策略可隨后詢問該再生工藝是否完成了一預(yù)定的百分比以上(例如90％；步驟134)。如果是，則再生和策略都將結(jié)束(步驟136)。如果不是，則該策略將延遲(例如30分鐘；步驟137；見圖3A)，循環(huán)回到步驟76并開始嘗試起動一個新的再生循環(huán)。該策略將在開始試圖重新啟動一個新的再生循環(huán)之前延遲。在某些實施例中，根據(jù)監(jiān)測到的一錯誤情況(例如參數(shù)超出規(guī)格)而進(jìn)行的一個或多個步驟可以一不同的順序來進(jìn)行。例如，步驟134可在步驟122之前進(jìn)行。也就是說，該策略可在記錄錯誤之前可確定再生是否完成了90％。
回到在再生工藝過程中對參數(shù)的監(jiān)測(步驟114-120；圖3B)，如果所有受到監(jiān)測的參數(shù)在規(guī)格之內(nèi)，則該策略將確定再生是否完成(步驟38)。如果不是，則該策略將循環(huán)回到步驟110以繼續(xù)監(jiān)測再生參數(shù)。系統(tǒng)16可通過例如監(jiān)測再生定時器所設(shè)定時間是否屆滿來確定再生是否完成。在其它的實施例中，可采用一個模型來根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)確定用戶要求定制的再生強(qiáng)度和/或持續(xù)時間。在某些實施例中，在再生過程中可對一個參數(shù)重復(fù)檢查一次或多次。這些參數(shù)可包括例如背壓和/或壓差(例如微粒捕集器19的上、下游廢氣之間的壓差)。如果背壓和壓差超出一預(yù)定的極限，則可確定再生過程完成。
如果確定再生完成，則可開始關(guān)閉此作業(yè)。系統(tǒng)16可切斷再生運行燃油(步驟140)、打開清掃空氣(即向燃油噴射器30供應(yīng)用來清理碎片和殘留的燃油的空氣；步驟142)、打開適于將任何殘留在燃油噴射器30中的燃油燃盡的火花(步驟140)以及結(jié)束再生和此策略(步驟146)。系統(tǒng)16可以幾種方法來確定再生過程完成。在一個實施例中，可在一個具體的時間段中進(jìn)行再生。在某些實施例中，該時間段是可以改變的。這樣的可變的時間段可手動或自動選擇(例如根據(jù)發(fā)動機(jī)14和系統(tǒng)16的各種操作參數(shù))。
所揭示的該系統(tǒng)和控制策略能可靠地監(jiān)測微粒捕集器19中的煤灰載荷，這是因為在系統(tǒng)的工作過程中至少可監(jiān)測三個觸發(fā)工況。以下是對幾種類型的觸發(fā)機(jī)構(gòu)的互相之間的作用的討論。雖然以下的討論提及的是具有某些類型的觸發(fā)器的實施例，但應(yīng)該認(rèn)為這些討論只是示例性的，因為可采用各種觸發(fā)器的組合形式。
在某些實施例中，一個簡單的時間觸發(fā)器(例如發(fā)動機(jī)工作時間)可提供最好的可靠性，因為沒有物理特性需要被感測以監(jiān)控這樣一個觸發(fā)工況。然而，根據(jù)其它的因素，微粒捕集器19中的煤灰載荷會達(dá)到有理由在早于該時間觸發(fā)器所設(shè)定的時間間隔的一時間就要進(jìn)行再生的一個量值。在這樣的情況下，在某些實施例中，系統(tǒng)16可根據(jù)發(fā)動機(jī)14和系統(tǒng)16的各種參數(shù)來計算微粒捕集器19中可能承載的煤灰量。例如，如果在一特定的時間間隔中發(fā)動機(jī)14在較高的負(fù)荷下工作，則煤灰負(fù)載會更高，這樣可能有理由對微粒捕集器19頻繁地進(jìn)行再生。
另外，如果由于某些沒有在計算中考慮到的因素使煤灰負(fù)載超負(fù)荷，則可配置背壓或壓差觸發(fā)器來監(jiān)控較高量值的煤灰負(fù)載。這樣，在當(dāng)一計算和其它類型的觸發(fā)工況不能表明需要進(jìn)行再生的情況下，一背壓或壓差觸發(fā)器可甚至在滿足一時間觸發(fā)器工況之前就觸發(fā)再生以糾正過大的煤灰負(fù)載。不論何種原因，如果監(jiān)測物理參數(shù)的觸發(fā)器中沒有一個表明需要進(jìn)行一次再生，那么時間觸發(fā)器將確保以一相對固定的間隔進(jìn)行再生。不論何種原因，如果沒有確定其它的觸發(fā)工況得以滿足，然而操作人員、所有人、維護(hù)技術(shù)人員等根據(jù)他們的觀察認(rèn)為進(jìn)行再生是適當(dāng)?shù)模敲匆部墒謩佑|發(fā)再生。
對于那些具有本領(lǐng)域中的普通技術(shù)的人員來說，顯然可以對所揭示的微粒捕集器再生系統(tǒng)和控制策略進(jìn)行各種修改和變型而不會背離本發(fā)明的范圍。在閱讀了說明書和此處所揭示的實際應(yīng)用之后，本發(fā)明的其它實施方式對于那些具有本領(lǐng)域中的普通技術(shù)的人員來說是顯而易見的。應(yīng)該認(rèn)為說明書和例子只是示例性的，本發(fā)明的實際范圍由所附權(quán)利要求及其等效內(nèi)容限定。
權(quán)利要求
1.一種微粒捕集器再生系統(tǒng)，包括一微粒捕集器，該微粒捕集器被構(gòu)造成用來從一發(fā)動機(jī)的一廢氣流中去除一種或多種類型的微粒物質(zhì)；一再生裝置，該裝置被構(gòu)造成用來減少微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量；以及一控制器，該控制器被構(gòu)造成用來響應(yīng)于至少三個觸發(fā)工況中首先發(fā)生的一個工況來致動再生裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少三個觸發(fā)工況是從包括以下因素的組中選取的一預(yù)定的發(fā)動機(jī)工作時間量、被發(fā)動機(jī)消耗了的一預(yù)定量的燃油、監(jiān)測到微粒捕集器上游的背壓上升到一預(yù)定壓力以上、監(jiān)測到微粒捕集器兩端的壓差大于一預(yù)定值、確定一算得的聚積在微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量超過一預(yù)定量以及致動一手動觸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，再生裝置被構(gòu)造成可用來提升微粒捕集器的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，再生裝置包括一燃燒器組合件，該燃燒器組合件具有一燃油噴射器并被構(gòu)造成用來產(chǎn)生一火焰，該火焰與廢氣流進(jìn)行換熱。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還被構(gòu)造成向燃油噴射器供應(yīng)空氣，從而與燃油混合以在燃燒器組合件中燃燒，其中，空氣源是在一壓縮機(jī)下游的發(fā)動機(jī)空氣吸入系統(tǒng)，該壓縮機(jī)被構(gòu)造成可為發(fā)動機(jī)形成強(qiáng)制進(jìn)氣。
6.一種再生一微粒捕集器的方法，包括監(jiān)測一產(chǎn)生廢氣流的發(fā)動機(jī)和一被構(gòu)造成將發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的廢氣流從發(fā)動機(jī)帶出的廢氣系統(tǒng)的三個方面；以及響應(yīng)于被確定滿足一觸發(fā)工況的三個方面中的至少一個工況來致動被構(gòu)造成用來減少一微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量的一再生裝置，該微粒捕集器被構(gòu)造成用來從發(fā)動機(jī)的廢氣流中去除一種或多種類型的微粒物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少三個觸發(fā)工況是從包括以下因素的組中選取的一預(yù)定的發(fā)動機(jī)工作時間量、被發(fā)動機(jī)消耗了的一預(yù)定量的燃油、監(jiān)測到微粒捕集器上游的背壓上升到一預(yù)定壓力以上、監(jiān)測到微粒捕集器兩端的壓差大于一預(yù)定值、確定一算得的聚積在微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量超過一預(yù)定量以及致動一手動觸發(fā)器。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，再生包括提高微粒捕集器的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，用具有一燃油噴射器的一燃燒器組合件來產(chǎn)生一火焰，該火焰與廢氣流進(jìn)行換熱。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，向燃油噴射器供應(yīng)空氣并將空氣與燃油混合以在燃燒器組合件中燃燒，其中，空氣源是在一壓縮機(jī)下游的發(fā)動機(jī)的一空氣吸入系統(tǒng)，該壓縮機(jī)被構(gòu)造成可為發(fā)動機(jī)形成強(qiáng)制進(jìn)氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微粒捕集器再生系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括一微粒捕集器，該微粒捕集器被構(gòu)造成用來從一發(fā)動機(jī)的一廢氣流中去除一種或多種類型的微粒物質(zhì)。該系統(tǒng)還可包括一再生裝置，該裝置被構(gòu)造成用來減少微粒捕集器中的微粒物質(zhì)的量。該系統(tǒng)還可包括一控制器，該控制器被構(gòu)造成用來響應(yīng)于至少三個觸發(fā)工況中首先發(fā)生的一個工況來致動再生裝置。
文檔編號F01N3/023GK1916378SQ20061009566
公開日2007年2月21日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者S·J·芬克, J·K·布勞姆斯, A·A·柯尼特, C·M·阿米納尼, M·P·維斯羅 申請人:卡特彼勒公司