CN103946507B - 用于柴油微粒过滤器的过热/过压安全装置 - Google Patents

Abstract

用于排放气体后处理系统的安全装置在排放气体后处理系统的再生微粒过滤器内的高温或高压情形下提供替代排气路径，该高温或高压情形可能造成微粒过滤器的损坏。安全装置包括阀，当到达或超过指定温度或压力阈值时该阀重新定向来自再生微粒过滤器的排放气体流。

Description

用于柴油微粒过滤器的过热/过压安全装置

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2011年10月26日提交的第61/551,794号美国临时专利申请的的权益，其通过引用整体地并入本文。

技术领域

本发明通常涉及排放气体后处理装置，更具体地涉及用于排放气体后处理装置的安全装置和系统。

背景技术

柴油机使用热压缩来启动点火以燃烧注入到燃烧室的燃料。由于燃料和空气在燃烧过程中的不均匀分配，这个过程通常造成不完全燃烧。因此，产生有害微粒。这些微粒主要是微粒物质(PM和烟灰)、未燃尽的碳氢化合物、和硫氧化物。

因此许多柴油机配备有微粒消减系统以减少释放到大气中的微粒量。这些微粒消减系统可以采取被动再生系统的形式，该被动再生系统使用催化过滤器俘获微粒。带过滤器的系统在给定温度的或更高温度下催化地氧化被俘获的微粒。

然而，因为发动机超出时间范围(在该时间范围内过滤器应该已经被再生)运行，这种被动再生系统可能遇到异常情况。这些异常情况可导致过滤器中的过热或过压情况，该过热或过压情况可对过滤器和/或发动机造成损害。

其它的微粒消减系统可采取主动再生过滤系统的形式，该主动再生过滤系统不使用催化剂俘获微粒。这些主动再生过滤器使用外部热源来启动过滤器再生。

发明内容

因此，期望可以在这种状况下用于保护发动机和过滤器至少一个的装置、系统和/或方法。在一些配置中，期望用于降低柴油微粒过滤器中的过热或过压情况的可能性的安全装置、系统和/或方法。在一些配置中，安全装置理想地降低了柴油微粒过滤器(DPFs)达到过滤器过载到某一点的情况的可能性，在该点处，在过滤器内积累微粒示出潜在的过热情况，该过热情况可损坏过滤器壳体和过滤器基底的完整性。

在一些配置中，用于排放气体后处理系统的安全装置包括阀、压力解除装置和控制器。阀位于第一柴油微粒过滤器和第二柴油微粒过滤器的上游。压力解除装置位于第二柴油微粒过滤器的上游。控制器被配置以控制致动器，当系统检测到在第一柴油微粒过滤器内的一个或多个预定的温度条件和预定的压力条件时，该致动器在打开状态和关闭状态之间操作阀。

在一些配置中，用于排放气体后处理系统的安全装置包括：容纳柴油微粒过滤器的主体、连接至排气管的排放气体入口管、连接至主体的第二端的排放气体出口管、爆破盘和阀。排放气体入口管连接至主体的第一端并适于将排放气体引入柴油微粒过滤器。排放气体出口管连接至主体的第二端并适于排放经过处理的排放气体。爆破盘位于柴油微粒过滤器上游的排放气体入口管内。阀位于排放气体入口管上游的排气管内，以便于阀可以使排放气体改变方向进入排放气体入口管。

在一些配置中，排放气体后处理装置包括：第一柴油微粒过滤器、第二柴油微粒过滤器、阀、和用于控制阀的操作的控制装置。第一柴油微粒过滤器具有连接至排气管的第一排放气体入口和用于排放经过处理的排放气体的第一排放气体出口，排气管被配置以将排放气体引入第一柴油微粒过滤器。第二柴油微粒过滤器具有连接至排气管的第二排放气体入口和用于排放经过处理的排放气体的第二排放气体出口，排气管用于将排放气体引入第二柴油微粒过滤器。第二排放气体入口还包括第二柴油微粒过滤器上游的压力解除装置。阀位于第一柴油微粒过滤器上游的排气管中并由控制装置控制。

在一些配置中，用于控制排放气体后处理系统的方法包括以下步骤：确定在排放气体后处理系统的微粒过滤器上加载的微粒的最大安全级别是否已经达到；确定预设的时间界值是否已经达到；如果微粒负载的最大安全级别已经达到，则激活安全装置，该安全装置被配置以改变来自排放气体后处理系统的微粒过滤器的排放气体流的方向；以及如果预设的时间界值已经达到，则激活安全装置，该安全装置被配置以改变来自排放气体后处理系统的微粒过滤器的排放气体流的方向。

附图说明

本发明的某些实施例的这些和其他的特征、方面和优点将参考以下附图进行说明。

图1是根据本发明的某些特征、方面和优点设置和配置的安全装置和排气后处理装置的示意图。

图2A是安全装置和排气后处理装置的示意图。

图2B是图2A所示的安全装置和排气后处理装置的立体图。

图3是安全装置的立体图。

图4是配置为控制安全装置中的阀的电子控制系统的示意图。

图5是示出用于执行根据本发明的某些特征、方面和优点设置和配置的安全装置的安全阀的诊断测试的处理的流程图。

图6是示出用于确定是否执行如图5所示的阀诊断过程的处理的流程图。

图7A是示出安全装置的部分操作方法的流程图。

图7B是继续图7A所示的安全装置的操作方法的流程图。

图7C是继续图7B所示的安全装置的操作方法的流程图。

图7D是继续图7C所示的安全装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

图1示出柴油机排放气体后处理系统110的安全装置100。所示安全装置100理想地降低了以下可能性：柴油机排放气体后处理系统110的柴油微粒过滤器(DPF)140中的微粒过载情况可能造成过高温度和压力从而损坏微粒过滤器的基底。在一些配置中，根据可能促进自动再生情况的特定的预定情况而从排出气流中物理移除DPF，安全装置100可以降低DPF损坏的可能性，该自动再生情况可能涉及过高的热量和压力。安全装置100可被用于任何柴油机排放气体后处理系统，包括在美国专利公开号2011/0041478A1中所公开的系统，该专利在此通过引用整体地并入本文。

在一些配置中，因为安全装置100理想地降低了操作员忽视由系统发出的警告和警报(指示在DPF 140的基底内的可能过载情况)的可能性，所以安全装置100理想地降低了在DPF 140中热失控事件的可能性。因此，安全装置100降低了由于过载情况下DPF 140的再生事件而在金属、陶瓷或碳化硅过滤基底中的过热情况的可能性。

仍然参考图1，在一些配置中，安全装置100设计为排放气体后处理系统110的一部分，排放气体后处理系统110包括柴油微粒过滤器(DPF)140。在一些配置中，增加安全装置100没有显著地改变在常规操作中DPF 140的过滤能力、效率、或通常操作。例如，安全装置100理想地改变了发动机的排气流路线，并降低了在可导致热失控事件的不利操作条件的情况下发动机排气流进入DPF 140的可能性。通过降低在某些异常操作情况下排气流进入DPF 140的可能性，氧气和热量理想地改变路线而远离过滤系统，所以不可能有助于DPF中的热事件。因此，安全装置100理想地降低了热情况的可能性，其中该热情况可能熔化或损坏DPF 140的基底或者对排放气体后处理系统110造成其他损坏。

如图1示意性所示，柴油发动机120具有连接至发动机排气管122的排放气体出口121。排放气体出口121可以是排气歧管的出口、歧管等的下游管道。来自发动机120的排放气体流过排气管道122，流向排放气体后处理系统110。

在图示配置中，排放气体后处理系统110包括被容纳在壳体内的柴油微粒过滤器(DPF)140。壳体包括排放气体入口142和排放气体出口144。在柴油微粒过滤器140和排放气体后处理系统110的正常操作中，排放气体通过DPF 140从入口142流到出口144。在DPF 140中，排放气体被进行微粒过滤。

在一些配置中，热电偶152可放置在DPF 140的排气入口142处或附近。入口热电偶152可以测量进入DPF 140的排放气体的温度。在一些配置中，热电偶154可放置在DPF 140的排放气体出口144处。排气热电偶154可测量离开DPF 140的排放气体的温度。也可以使用其他技术来测量进入或离开DPF 140的排放气体的温度。

继续参考图1，安全装置100可位于DPF 140的上游。在一些配置中，安全装置100沿着从发动机120到DPF 140的出口144的排放气体流进行设置。在一些配置中，安全装置更靠近排气出口121(例如，在排气歧管的端部)而不是靠近DPF 140。在一些配置中，安全装置更靠近DPF 140而不是靠近排气出口121。在一些配置中，安全装置100直接位于DPF 140的入口的前面。在一些配置中，没有其它管道放置在安全装置100和DPF 140之间。在一些配置中，安全装置100直接联接至DPF 140。

继续参考图1，所示安全装置100通常包括安全阀124、联接件125、第二排气管126、容纳在壳体128内的爆破盘、和微型DPF过滤器130。当后处理系统110检测到DPF 140中的异常情况时(例如过载情况)，安全装置100将通过关闭阀124来降低排气流从发动机到DPF140的可能性。一旦阀124被关闭，排放气体将通过排气管道122从发动机120流入联接件125。在一些配置中，通过DPF 140的气流将被阀124阻止。在一些配置中，联接件125可提供发动机120的第二排放气体流路线。当发动机排放气体进入第二排气管126，压力将在第二排气管126内增强。当接触到在爆破盘的压力额定值之上的反向压力时，容纳在壳体128内的爆破盘将理想地爆破。例如，当由于关闭安全阀124而使排放气体改变路线时，或者通过另一示例，如果微粒物质的积累而引起DPF 140过载时排气系统压力上升过高，该反向压力情况将可能会发生。一旦爆破，排放气体就流入微型DPF 130中，在该DPF 130中排放气体在通过安全装置排气出口134被排放到大气中之前被过滤。

在一些配置中，排放气体流的重新导向有利地触发了通知系统，该通知系统通知操作者后处理系统110存在问题。在一些配置中，触发是自动的。例如但不限于，给操作者的通知可以是音响喇叭形式的或者可以使用车辆驾驶室内的DPF控制单元。警报理想地持续到DPF 140和/或阀124的问题被解决。

图2A、2B和3示出根据本发明的某些特征、方面和优点而设置和配置的安全装置100的一个实施方式。图2A和2B示出作为柴油机排放气体后处理系统110的一部分的安全装置100。图3示出与柴油机排放气体后处理系统分离的安全装置100。如图所示，所示安全装置100包括联接件125以将安全装置联接至与柴油发动机120关联的排气管道122。如图1、2A和2B所示，安全装置100优选联接至DPF 140的排气管道上游。联接件125理想地提供了安全装置100和DPF 140之间的接口。在一些配置中，联接件125允许使用用于将安全装置100连接到排放气体后处理系统110的简单的四螺栓连接。也可以使用任何其它合适的连接技术。

在一些配置中，通过关闭安全阀124，从DPF 140到安全装置100的排气流被重新导向。在一些配置中，安全阀124的功能是封锁起始于发动机120且通过DPF 140的排气出口144的流动通道。在一些配置中，安全阀124的功能是封锁通过PDF 140的流动通道。在一些配置中，安全阀124的功能是封锁通过排气管道122的流动通道以基本上或完全限制排放气体流入DPF 140并利用通过安全装置100的替代路线而被强制离开排气系统。例如但不限于，在系统感测到或检测到DPF 140内的正常情况之后或者一旦指示或发生其他关闭情况(例如在下面进一步详细讨论的)，安全阀124可以被关闭。

安全阀124是碟型阀，但是也可以使用其他类型的阀。在优选实施方式中，阀124是例如由Race Ready Performance,LLC制造的部件号为5410000和5510000的双密封蝶型阀。在一些配置中，安全阀124具有两个位置传感器404、406，位置传感器404、406在图4中示例性示出，将位置传感器404、406并入安全阀124中以使系统接收反馈并确认阀124处于电子控制单元(ECU)所要求的位置。系统的阀位置故障指令启动ECU内部的错误代码并触发通知给操作员，如将在下面更详细地讨论。

例如，当由于安全阀124的关闭气流被重新导向至安全装置100时，例如气流进入第二排气管道126。与来自发动机的排气管122相比，第二排气管126理想地具有显著减小的直径。在一些配置中，第二排气管126的直径与排气管122的直径的比率小于1。在一些配置中，第二排气管126的直径可小于排气管122的直径的一半。在一些配置中，第二排气管126的直径可小于排气管122的直径的四分之一。该管126的较小直径对发动机120产生反压力影响，使发动机性能下降，发动机性能下降理想地为操作人员提供DPF 140内部异常情况的另一指示。

如上面参考图1所讨论的，当反压力超过爆破盘的压力额定值时，爆破盘将爆破并允许排放气体流入微型DPF 130中。进一步参考图2A和2B，爆破盘容纳在壳体128内以防止其被暴露。爆破盘优选地容纳在壳体128内，在示例的配置中，壳体128是双面夹式壳体。优选地，壳体128围绕爆破盘的外部基本上均匀地分配夹紧负荷以提供在压力之下的基本均匀负荷。爆破盘的壳体128具有入口208和出口218以便在爆破盘已经破裂之后使得排放气体从发动机120通过第二排气管126流入微型DPF 130中。

爆破盘放置在壳体128的入口208和出口218之间。爆破盘通常阻止排放气体直到足够压力引起爆破盘失效或破裂。在排放气体后处理系统110的正常运行期间以及当安全阀124关闭而且排放气体被压出替代路线，爆破盘作为压力释放机械装置运行。爆破盘可以是直接放置在替代排气流路径中的冰球状石墨盘。在优选的配置中，爆破盘可以是由ZookEnterprises,LLC制造的部件号为CF118306的单型石墨爆破盘，其在华氏100摄氏度具有15psig的爆破压力和+/-2psi的爆破容许误差。

爆破盘的壳体128的上游是联接件125，爆破盘128的下游是微型DPF过滤器130。为了通常保护爆破盘免受外部干预，壳体可以被配置为阻止未经许可的干预。例如在一些配置中，在安装过程中4 1/2英寸x 3英寸长的螺栓可被焊接至紧固螺母以降低对壳体128内的爆破盘进行未被检测的干预的可能性。在一些配置中，微型DPF过滤器130位于爆破盘的下游并且壳体128和弯管被包括在安全装置100的排气离开管134中。排气离开管134中的弯管降低了对爆破盘进行干预的能力。在一些配置中，弯管约为90°。在一些配置中，弯管大于90°。在一些配置中，弯管包括在不同方向中的多个弯管。

一旦爆破盘失效或者破裂，排放气流持续进入微型DPF 130。微型DPF 130理想地是不进行催化的微型过滤器并且将从排放气流中收集微粒物质。此外，微型DPF 130理想地对发动机提供反压力，该反压力降低发动机性能并优选地强制车辆操作员采取行动以纠正关于排放气体后处理系统110和DPF 140的问题。微型过滤器130理想地具有容纳微粒物质的有限容量，在优选实施方式中将在安全阀关闭之后发动机运行不到15分钟之后达到其容量。在一些实施例中，微型DPF 130的容量将使反压力超过500毫巴、超过750毫巴或者超过1000毫巴。在优选实施方式中，微型过滤器130可以是由Notox Ceramic Filters A/S制造的部件号为5432100或LiqTech NA,Inc.制造的部件号为5432200的不进行催化的碳化硅过滤器。在其他配置中，微型过滤器130可以是陶瓷柴油机微粒过滤器。

图1、2A、2B和3也示出了微型DPF 130下游的安全装置100内的热电偶132的优选放置。理想地，热电偶132将测量离开的排放气体的温度。这些测量值期望地用于识别爆破盘128失效或破裂的条件。在优选的实施方式中，热电偶可以由316不锈钢制成，该不锈钢具有约从200摄氏度到1250摄氏度的K型范围并具有0到50mV之间的输出，例如那些由SungYeonSensor制造的部件号为5433200的热电偶。

在一些配置中，例如图3所示，警示器(例如但不不限于喇叭416)可在安全装置的出口134处或靠近操作者而放置在安全装置100上。在一些配置中，警示器可以生成声音警报作为排放气体流通过警示器内的一个或多个通道的结果以使警示器在流气通过安全装置时自动运行。在一些配置中，如图4所示，无论何时安全阀被命令关闭，警示器或喇叭416优选地由ECU激活，下面将进一步详细讨论。当安全阀124被怀疑出故障时，喇叭416也可以被激活。在一个实施方式中，喇叭由ECU命令打开并且从标准汽车继电器获得电源。在优选的实施方式中，喇叭416是现有卡车或汽车上使用的振动喇叭或标准型的“D”喇叭。

为了降低外部干预警示器416的可能性，在优选的实施方式中，喇叭416可被安装在仅露出喇叭416的前膜片表面的防干预盒中。在这样的实施方式中，喇叭416的电源线可以穿过一块金属导管离开箱子，该金属导管远离警示器416组件延伸并处于车辆驾驶室的下方。

在爆破盘失效之后并且排放气体利用由安全装置100提供的替代排气路径，车辆操作者将理想地被强制采取行动以解决DPF 140的问题。安全装置100通过警示器416将产生高分贝的声音直到DPF 140的问题被解决，该声音优选地引起操作者和车辆附近的其他人的注意。

在一些配置中，安全装置100被配置，以便当微型过滤器130的载荷变大时，引起车辆发动机和动力系统的显著性能降低并理想地降低操作者利用发动机120的全功率电势的可能性。发动机的完整性能在DPF 140的问题解决之后并更换了爆破盘和更换了安全装置100内的微型DPF 130之后才能理想地被实现。

电气连接

图4示出了排放气体后处理系统110的安全装置100和电子控制单元(ECU)410之间的接口的一个实施方式。在图示的配置中，安全阀124由致动器402驱动，致动器402从ECU410接收控制信号。控制信号408根据排放气体后处理系统110内感测到的情况向阀124发送信号以打开或者关闭阀124。两个传感器404和406理想地被设置在安全装置100内以监控安全阀124的打开或关闭状态。在一些配置中，可以使用单个传感器。图示的热电偶132可被放置在微型DPF 130的出口以监控离开微型DPF 130的排放气体的温度。离开微型DPF 130的排放气体的温度可以被发送到ECU。喇叭或者其它警示器416理想地通过继电器被连接至ECU 410。当系统确定安全阀被关闭或出现下面描述的其他情况时，ECU发送激活警示器的信号以便提供DPF系统140内不期望情况的声音警报。ECU 410理想地由车辆电池412供电。

诊断检查程序

如上所讨论的，安全阀124将发动机排放气体的流动路径从通过DPF 140改变到通过安全装置的微型DPF 130。因此，如果没有正确地操作安全阀，安全装置存在失效的风险。相应地，图5示出了执行安全阀124的诊断检查的处理500的流程图。当发动机停止时、在发动机启动之前或者在任意合适时间段可执行该处理。在一些配置中，当发送机关闭时启动该处理。在一些配置中，当发动机处于关闭状态，以预定时间间隔启动该处理。

处理500始于开始步骤505并转到步骤510，在步骤510中，指令指示安全阀124被命令关闭。在一些配置中，阀124关闭一段预定时间。在一些配置中，阀关闭一段超过3秒的时间。

随着安全阀124移动到被认为是关闭位置的位置，传感器404用于确认安全阀124是否已经关闭。参见步骤515。如果传感器404确认阀124没有关闭，给出指令以确定是否这是第一次失败情况。见步骤520。如果是第一次失败，重复进行命令关闭指令。参见步骤510。但是，如果由传感器确认阀124已经关闭失败了不止一次，指令指示阀124被命令关闭，设置错误代码，错误指示灯(ERROR LED)被点亮以显示给操作者，并且警示器在下一个按键ON事件上被激活。参见步骤525。一旦步骤525已经完成，则处理500结束。参见步骤530。

然而，如果传感器404确认阀124关闭，指令指示阀124被命令打开。参见步骤535。在一些配置中，阀打开超过一段时间。在一些配置中，阀打开超过3秒。

然后，指令指示传感器406确认阀124是否已经按照命令打开。见步骤540。类似于上面描述的处理，如果传感器406确认阀124没有打开，给出指令以确定是否这是第一次失败。参见步骤545。如果是第一次失败，然后重复进行命令打开指令，参见步骤535。然而，如果传感器406不止一次未能确认阀124按照命令打开，阀124被命令关闭，设置错误代码，错误指示灯被点亮，并且警示器在下一个按键ON事件上被激活。参见步骤550。一旦步骤550已经完成，处理500结束。参见步骤555。

然而，传感器406确认阀124已经按照命令打开(参见步骤540)，指令指示阀124被命令打开以便于排放气体可以流入DPF 140。参见步骤560。然后指令指示记录成功的阀诊断测试(参见步骤565)，处理500结束(参见步骤570)。

启动阀诊断测试

图6描述用于确定是否进行阀124的诊断检查的处理600，如上关于图5所描述的处理500的讨论。当发动机不运行时诊断检查可以以预定的时间间隔进行。在一些配置中，诊断测试仅在点火钥匙处于关闭位置时启动。

开始处理600(参见步骤605)并且给出指令以确定点火钥匙是否已经处于关闭(OFF)位置30秒以上(参见步骤610)。点火钥匙处于关闭(OFF)位置表明发动机不运行。

如果点火钥匙不处于关闭位置30秒以上，给出指令以确定点火钥匙是否在诊断处理期间已经转到打开(ON)位置。参见步骤615。点火钥匙在打开位置表明发动机120在运行中。

如果点火钥匙已经转到打开(ON)位置，给出指令以打开阀124并启动计数器，以便一旦下次点火钥匙处于关闭(OFF)状态则启动图5概述的阀诊断处理500。参见步骤620。然后处理600结束。参见步骤625

然而，如果点火钥匙在诊断期间没有转到打开位置，处理600就结束。参见步骤630。

如果点火钥匙已经处于关闭位置30秒以上(参见步骤610)，给出指令以确定图5所示的阀诊断是否在规定时间间隔已经完成。参见步骤630。在一些配置中，这些间隔可以是运行1小时之后、运行8小时之后、运行第一个8小时之后在每次运行8小时之后，这仅是示例而非限制。如果阀诊断在每个规定时间间隔已经完成，处理600结束。参见步骤645。然而，如果阀诊断在规定时间间隔没有完成，指令指示进行图5所示的阀诊断处理500。参见步骤635。然后处理600结束。参见步骤640。

安全装置的操作方法

根据本发明的某些特征、方面和优点而设置和配置的安全装置100的操作方法在图7A-7D中示出。

图7A示出增加图5所示的阀诊断处理的完成可能性的操作方法。参见步骤700。如图所示，一旦开始(参见步骤705)，就给出指令以确定阀诊断处理(如图5所示，这仅是示例而非限制)是否在发动机运行的每个期望时间间隔已经完成(即，成功地完成)。参见步骤710。在一些配置中，期望的时间间隔是发动机运行每8小时之后，但是可以使用其他间隔。

如果当诊断在每个期望发动机运行阶段之后被运行时，阀诊断处理500还没有被执行，那么指令就指示阀124关闭(即阻止排出气体流向DPF 140)，设置错误代码，向操作者发送可见的警报，警示器被激活，DPF 140再生被阻止。参见步骤715。然后处理700结束。参见步骤720。如果阀诊断处理500已经运行并且在每个期望的发动机运行阶段之后已经完成，指令指示进行下一个处理800，如图7B所示。参见步骤725。

图7B示出如果在DPF 140内指定温度被超过，设置警报代码的操作方法。参见步骤800。处理800开始之后(参见步骤805)，指令指示确定DPF 140出口的温度(To)。参见步骤810。在一些配置中，通过位于DPF 140出口的热电偶154来测量温度。如果通过两次或多于两次的连续读数，温度To大于或等于约750摄氏度，则指令指示关闭阀124，设置错误代码，设置操作者可见的警报，激活警示器，阻止DPF 140再生。参见步骤835。在一些配置中，阀124在约10秒的预设时段中被命令关闭，但是可以使用其它预设时间段。在一些配置中，当阀124关闭时，排放气体不能流入DPF 140。在阀124已经关闭之后，处理800就结束。参见步骤840。

但是，如果经过两次或两次以上连续的读数，温度To不大于或不等于约750摄氏度，指令指示确定DPF 140的温度差(表示为To-Tf)，其中，To在上文定义，Tf是DPF 140的入口处的温度。参见步骤815。在一些配置中，温度Tf由热电偶152测量。其它的配置也是可能的。如果通过过滤器140的温度差To-Tf大于或等于约450摄氏度并且To的两次或两次以上的连续读数大于或等于约600摄氏度，指令指示关闭阀125和激活警报，如上所述。参见步骤835、如上，然后处理800结束。参见步骤840。

但是，如果经过两次或两次以上的连续读数而没出现上面的情况，指令指示确定Tf和TWAPPe，TWAPPe定义为如美国临时专利申请第61/594,158号公开的时间加权平均峰值压力计算，该申请通过引用整体地并入本文。参见步骤820。

在DPF 140的上游侧的压力测量值可以是微粒含量、发动机工作循环、和温度(在某种程度上)的函数。为了为过滤器负载和再生点的识别提供更具鲁棒性的压力界限，美国临时专利申请第61/594,158中开发和公开了平均方法论。该方法将平均化方法和峰值与保持概念相结合，以确定不是DPF 140的上游侧的瞬间压力测量值而是考虑峰值压力和发动机空转压力的压力。峰值和保持函数识别出可能具有延伸空转阶段，其不能反映出过滤器中微粒含量的程度。时间加权平均方法论优选地允许计算用于时间加权平均的不同时间段，从一些实施方式中的秒到其他实施方式中的15分钟或更多。

用于TWAPPe的方程式可以为如下：

TWAPPe_n＝A*TWAPPe_n-1+B*(0.5*TWA_n+0.5*TWA_n-1)

其中，TWA是x分钟的Pe的运行时间加权平均，其通过下式给出

TWA＝∑Pe_1…x/x,∑Pe_2…x+1/x,etc。

Pe被定义为在1Hz的频率下测量的DPF 140上游侧的瞬间压力。

系数A和B是实验确定的基于DPF 140的微粒含量的系数。

为了确定是否已经达到压力阈值，TWAPPe_new计算如下：

TWAPPe_new＝IF(TWA_n>TWA_n-1,TWAPPe_n,TWAPPe_n-1)

返回图7B，如果经过多于五次的连续读数，温度Tf大于或等于约600摄氏度并且如上计算的TWAPPe大于或等于约110英寸的H₂O(参见步骤820)，那么指令指示关闭阀124并激活警报以及激活警示器。参见步骤835。然后处理800结束。参见步骤840。

但是，如果没有碰到上述情况，那么指令指示进行下一个处理900,，如图7C所示。参见步骤825。

图7C示出如果DPF 140内的指定温度被超过则设置警报代码的操作方法。开始之后(参见步骤905)，指令指示进行如上定义的TWAPPe的判断。参见步骤910。如果经过两次或两次以上的连续读数，TWAPPe大于或等于约200英寸的H₂O，指令指示在下一个钥匙关闭(OFF)事件时关闭阀124。参见步骤935。此外，指令设置错误代码，设置操作者可见的警报，激活警示器，并阻止DPF再生，这仅是举例而非限制。参见步骤935。然后处理900结束。参见步骤940。

然而，如果经过两个或两个以上的连续读数，TWAPPe没有大于或等于约200英寸的H₂O，指令指示进行DPF 140的入口温度Tf的确定。参见步骤915。如果温度Tf大于或等于约550摄氏度超过三十秒，指令指示关闭如上所述的阀和警报激活。参见步骤935。如上，然后处理900结束。参见步骤940。

但是，如果上述情况没有出现超过三十秒，指令指示进行Ts或安全装置100的出口温度的确定。参见步骤920。在一些配置中，安全装置100的出口处温度通过热电偶132测量，如图3所示。如果经过两次或两次以上的连续读数温度Ts大于约100摄氏度，指令指示阀和警报激活的关闭，如上所示。参见步骤935。如上，然后处理900结束。参见步骤940。

但是，如果经过两次或两次以上的连续读数上述情况没有出现，指令指示执行下一个处理1000，如图7D所示。参见步骤925。

图7D示出如果排放气体后处理系统110不能诊断出问题，就设置警报代码并关闭阀124的操作方法。开始之后(参见步骤1005)，通过合理性和连续性检测，指令指示热电偶152、154、132和阀位置传感器404、406的正确性能的确定。参见步骤1010。如果这些检测失败，指令指示在下一个钥匙关闭(OFF)事件时关闭阀124，设置错误代码，设置操作者可见的警报，激活警示器，并阻止DPF 140再生。参见步骤1020。然后处理1000结束。参见步骤1025。

但是，如果热电偶152、154、132和位置传感器404、406的合理性和连续性检测没有失败，处理1000结束。参见步骤1015。

因此，在如上所述的一些配置中，响应于指定情况，ECU 410将直接关闭安全阀124或者在钥匙转到关闭(OFF)之后关闭阀124。在这两种情况下，阀124将理想地保持关闭直到引起ECU 410命令阀124关闭的问题被处理。

在一些配置中，可以触发阀124立即关闭的情况包括DPF 140内的热事件的迹象(在一个实施例中，由升高的温度To读数大于或等于大约750摄氏度表明)；DPF 140的温度差(由To-Tf大于或等于约450摄氏度并且温度To大于或等于约600摄氏度表明)；或者负荷的DPF 140的高发动机载荷(由温度Tf大于或等于约600摄氏度和TWAPPe大于或等于约110英寸的H₂O表明)。在一些配置中，在其它的考虑因素中，根据安全装置100中使用的过滤器130的类型的标准，其他指定的温度和压力也可以触发阀124的立即关闭。

在一些配置中，在下一个钥匙关闭(OFF)事件来触发阀124关闭的情况包含：例如，DPF 140不再生的发动机的延长运行和由TWAPPe大于或等于约200英寸的H₂O表明的过大反压力；由大于或等于约500摄氏度的Tf表明的在过滤器入口处引起高温的发动机问题；或者如热电偶Ts检测的超过100摄氏度的温度Ts(表明壳体128内爆破盘失效)。在一些配置中，在其他的考虑因素中，根据用于安全装置100中的过滤器130的类型的标准，其他指定的温度和压力也可以触发阀124在下一个钥匙OFF事件处关闭。

尽管已经参照某些实施方式，实施例和变型描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解本发明可以从具体公开实施方式延伸至本发明的其他替代的实施方式和/或本发明的使用和本发明的明显变型和等同物。例如，在需要批量生产的情况下，所有系统部件可以被重新设计/组合等，以降低成本。另外，虽然详细描述了本发明的许多变型，但是在本发明范围内的其他改进将对本文的领域的技术人员是显而易见的。特别是，可进行本实施方式的具体特征和方面的各种组合和子组合，并仍属于本发明的范围。应当理解，所公开的实施方式的各种特征和方面可与其他的特征和方面相结合或代替其他的特征和方面，以形成本公开发明的变化模式。而且，相对于一个实施方式而不是其他实施方式描述的一些变型可以与这种其它实施方式一起使用。本文也描述了许多其他变化并且交叉应用在物理层面上也是可能的。因此，应当理解本文所公开的本发明的范围不应由上述特定公开的实施方式限制，而应该由通过对权利要求的正确解读所决定。

Claims (27)

1.一种用于排放气体后处理系统的安全装置，包括：

阀，位于第一柴油微粒过滤器的排放气体入口和与第二柴油微粒过滤器连接的排气管的入口之间，所述第一柴油微粒过滤器连接至第一排气流出口，并且所述第二柴油微粒过滤器连接至与所述第一排气流出口分离的第二排气流出口，以使得排气流通过所述第一排气流出口或所述第二排气流出口，所述第一排气流出口和所述第二排气流出口中的每个均将经过处理的排放气体排放到大气；

压力解除装置，位于所述第二柴油微粒过滤器的上游；以及

控制器，配置为控制致动器，当所述系统检测到所述第一柴油微粒过滤器的预定温度条件、所述第一柴油微粒过滤器内的预定压力条件和所述系统的诊断条件中的一个或多个时，所述致动器在打开状态和关闭状态之间操作所述阀，以使得在所述阀关闭时没有排气流流至所述第一柴油微粒过滤器。

2.如权利要求1所述的安全装置，其中，所述阀是蝶形阀。

3.如权利要求1所述的安全装置，其中，所述压力解除装置是爆破盘。

4.如权利要求1所述的安全装置，其中，所述第一柴油微粒过滤器是能够再生的金属柴油微粒过滤器。

5.如权利要求1所述的安全装置，其中，所述第二柴油微粒过滤器是陶瓷柴油微粒过滤器或碳化硅柴油微粒过滤器。

6.如权利要求1所述的安全装置，其中，所述第一柴油微粒过滤器具有比所述第二柴油微粒过滤器更大的容量。

7.如权利要求1所述的安全装置，还包括警示器，如果所述阀被关闭，所述警示器就发出声音。

8.如权利要求1所述的安全装置，还包括警示器，如果所述阀在下一个钥匙关闭事件将被命令关闭，所述警示器就发出声音。

9.一种用于排放气体后处理系统的安全装置，包括：

主体，容纳柴油微粒过滤器；

排放气体入口管，连接至排气管，所述排放气体入口管连接至所述主体的第一端并适于将排放气体引导至所述柴油微粒过滤器；

排放气体出口管，连接至所述主体的第二端，适于向邻近于所述主体的所述第二端的大气排放经过处理的排放气体；

压力解除装置，位于所述柴油微粒过滤器上游的所述排放气体入口管内；以及

阀，位于所述排放气体入口管上游的所述排气管内，以便所述阀响应于柴油微粒过滤器内的预定温度条件和柴油微粒过滤器内的压力条件中的一个使排放气体改变方向进入另一柴油微粒过滤器，以使得在所述阀关闭时没有排气流流至所述柴油微粒过滤器。

10.如权利要求9所述的安全装置，其中，所述阀是蝶形阀。

11.如权利要求9所述的安全装置，其中，所述压力解除装置是爆破盘。

12.如权利要求9所述的安全装置，其中，所述柴油微粒过滤器是陶瓷柴油微粒过滤器或碳化硅柴油微粒过滤器。

13.如权利要求9所述的安全装置，其中，所述排放气体入口管的直径与所述排气管的直径之比小于1.0。

14.如权利要求9所述的安全装置，还包括警示器，如果阀被关闭，所述警示器则发出声音。

15.一种排放气体后处理装置，包括：

第一柴油微粒过滤器，具有连接至排气管的第一排放气体入口和用于向大气排放经过处理的排放气体的第一排放气体出口，所述排气管配置为将排放气体引入所述第一柴油微粒过滤器；

第二柴油微粒过滤器，具有连接至排气管的第二排放气体入口和用于向大气排放经过处理的排放气体的第二排放气体出口，所述排气管用于将排放气体引入所述第二柴油微粒过滤器，所述第二排放气体出口与所述第一排放气体出口分离，其中，所述第二排放气体入口还包括所述第二柴油微粒过滤器的上游的压力解除装置；

阀，位于所述第一柴油微粒过滤器的所述第一排放气体入口与所述第二柴油微粒过滤器的所述第二排放气体入口之间；以及

控制装置，用于控制所述阀的操作，以使得当检测到所述第一柴油微粒过滤器内的预定温度条件、所述第一柴油微粒过滤器内的预定压力条件以及预定诊断条件中的一个或多个时，所述阀被命令关闭，并且在所述阀关闭时，没有排气流流至所述第一柴油微粒过滤器。

16.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，其中，所述阀是蝶形阀。

17.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，其中，所述压力解除装置是爆破盘。

18.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，其中，所述第一柴油微粒过滤器是金属柴油微粒过滤器。

19.如权利要求18所述的排放气体后处理装置，其中，所述第一柴油微粒过滤器能够被再生。

20.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，其中，所述第二柴油微粒过滤器是陶瓷柴油微粒过滤器或碳化硅柴油微粒过滤器。

21.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，其中，所述第二排放气体入口的直径与所述排气管的直径之比小于1.0。

22.如权利要求15所述的排放气体后处理装置，还包括警示器，如果所述阀被关闭，所述警示器则发出声音。

23.一种用于控制排放气体后处理系统的方法，包括：

确定所述排放气体后处理系统的第一柴油微粒过滤器上所加载的微粒的最大安全级别是否已经达到；

确定预设的时间界值是否已经达到；

如果所加载的微粒的最大安全级别已经达到，则激活安全装置，其中所述安全装置配置为使排放气体流从所述排放气体后处理系统的第一柴油微粒过滤器改变方向至第二柴油微粒过滤器；以及

如果预设的时间界限已经达到，则激活所述安全装置，其中所述安全装置配置为使所述排放气体流从所述排放气体后处理系统的第一柴油微粒过滤器改变方向至第二柴油微粒过滤器。

24.如权利要求23所述的方法，其中，激活所述安全装置还包括：从控制器发送信号以关闭阀并阻止所述排放气体流进入所述第一柴油微粒过滤器。

25.如权利要求23所述的方法，其中，确定第一柴油微粒过滤器上所加载的微粒的最大安全级别还包括：测量所述第一柴油微粒过滤器的入口的温度，以及比较所述入口的温度与预定界值。

26.如权利要求23所述的方法，其中，确定第一柴油微粒过滤器上所加载的微粒的最大安全级别还包括：测量所述第一柴油微粒过滤器的入口处的温度，测量所述第一柴油微粒过滤器的出口处的温度，以及对所述第一柴油微粒过滤器的入口和出口处的温度差与预定界值进行比较。

27.如权利要求23所述的方法，其中，确定第一柴油微粒过滤器上加载的微粒的最大安全级别还包括：测量所述第一柴油微粒过滤器的出口的温度，以及比较所述出口的温度与预定界值。