[发明专利]用于测量过滤器中的滞留物的系统及方法

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案是2007年4月30日提出申请的第11/741,832号美国专利申请案的接续申请案，其主张2006年5月1日提出申请的美国临时专利申请案60/746,081的权益，所述专利申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

本申请案主张2008年11月3日提出申请的第61/110,965号美国临时专利申请案的权益，所述专利申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及确定过滤器上的污染物材料负载，且更特定来说涉及使用射频来确定负载。

背景技术

在许多领域中，需要对已由过滤器捕获的材料的量进行准确感测。实例为需要确定HVAC系统中的空气过滤器、工业应用中所使用的过滤袋壳体及甚至与液体一起使用的过滤器等等的负载。

又一实例为需要确定微粒过滤器上的烟尘的过滤器负载。为了确定再生启动的适当条件以及在已实现完整再生时确定的监测条件，必须知道微粒过滤器上的负载量。在此背景下负载水平是重要的，因为微粒过滤器的再生通常是通过其中烟尘是因游离氧的存在而点燃且燃烧波经产生而穿过所述过滤器的未经控制燃烧而实现的。在一些条件下，再生可能将产生非常高的温度，从而导致大的热应力，此可导致过滤器的有限疲劳寿命且最终导致其毁坏。因此，烟尘负载的水平对于成功的过滤器再生来说颇为重要。

微粒过滤器的特定应用是柴油微粒过滤器(DPF)。当前，使用过滤器压降测量来估计DPF中所积累的烟尘量。在一些情况下，也可使用预测模型来估计过滤器烟尘负载。压降测量单独地仅提供微粒过滤器中烟尘积累的间接且不精确的度量，且具有若干个缺点。废气组成、温度及流率全部影响过滤器压降且必须将其计及以准确地使压降与过滤器烟尘负载有关。此外，所积累烟灰与烟尘的空间分布也影响压降测量，且此分布可随时间改变，特别是在过滤器被加载有烟灰时。

在重复的再生之后，微粒过滤器中也可积累显著量的烟灰。压降测量不能在过滤器中的烟尘与烟灰积累之间进行区分，其中后者引入基于压降的烟尘负载估计的额外误差。另外，许多类型的过滤器取决于过滤器的负载状态及历史而展现非线性压降响应与压降滞后，此进一步使基于压力的过滤器负载测量复杂化。

对DPF中烟尘积累的基于压降的估计的特征还在于大体缓慢的响应时间及对烟尘负载的小改变的低灵敏度。此外，这些系统不能直接监测过滤器中的烟灰水平需要周期性地对过滤器进行检查，从而不论实际的过滤器烟灰水平如何均导致车辆或机器停机时间。另外，基于压降的测量不能检测过滤器故障中的几乎最灾难性的过滤器故障，且在大多数情况下无法满足严格的板上诊断要求。

为了解决过滤器压降测量固有的缺点中的一些缺点，通常结合这些测量使用各种预测模型。尽管存在各种类型的模型，但许多模型利用若干个发动机操作参数、来自各种发动机及排气传感器的输入及再生事件之间的时间来预测DPF中所积累的烟尘量。在许多情况下，将这些模型上载于发动机控制单元(ECU)中。通常针对特定发送机及燃料校准这些模型，从而需要针对每一特定应用的重新校准。此外，当与较洁净的燃烧燃料(与模型最初是针对其校准的燃料相比)一起使用时，模型往往过预测过滤器烟尘负载，从而导致不必要的过滤器再生及燃料经济惩罚。预测模型与过滤器压降测量的组合使用并无助于克服上文所列出的缺陷。这些缺点导致效率低的系统操作、燃料经济惩罚、增加的过滤器热循环及疲劳以及减少的过滤器使用寿命。

已提出废气烟尘传感器来直接测量进入微粒过滤器的废气中烟尘气溶胶的浓度。这些测量系统具有以下缺陷：微粒过滤器上所积累的烟尘量未必等效于进入过滤器的烟尘量，因为可发生某种水平的被动再生，此取决于排气条件。此外，废气烟尘传感器不提供关于DPF中的烟灰积累或烟尘与烟灰分布的信息。另外，这些传感器中的许多传感器具有烟尘积垢的问题、消耗过量的能量且经受由排气温度、废气速度及其它因子引入的误差。

还已提出基于射频(RF)的微粒负载监测系统。一个此种系统监测过滤器负载且基于通过过滤器发射的低频(RF)信号的量值起始过滤器再生。因限制对低于在腔中建立谐振所需的那些频率的低频率的使用，此系统忽略利用产生多种腔谐振模式所需的较高频率的优点中的许多优点。

还提出使用微波来检测微粒补集器中的烟尘含量。一个此种系统通过监测过滤器谐振频率的改变来检测微粒过滤器中的烟尘含量。然而，此类系统无法确定微粒过滤器内烟尘含量的空间分布。

迄今为止已知的所有RF及微波过滤器负载监测系统具有若干个缺点：