CN100422519C - 识别颗粒过滤器的吸附浓度的方法 - Google Patents

Abstract

识别颗粒过滤器(10)的吸附浓度的方法，尤其是用于过滤内燃机废气的颗粒过滤器，其特征在于，根据颗粒过滤器(10)中的温度和颗粒过滤器(10)中的压力确定一个表征颗粒过滤器(10)的流动阻力的参数，根据流动阻力得出颗粒过滤器(10)的吸附浓度。

Description

识别颗粒过滤器的吸附浓度的方法

技术领域

本发明涉及一种识别颗粒过滤器的吸附浓度的方法，尤其是用于过滤内燃机废气的颗粒过滤器。

背景技术

由DE 100 14 224 A1已知一种带有废气后处理系统的内燃机的控制方法和装置，其中根据内燃机的至少一个工作特征参数取定表征废气后处理系统的状态的一个参数。

由DE 101 00 418 A1已知一种废气后处理系统的控制方法和装置，其中在内燃机的第一工作状态下，根据至少一个在废气后处理系统前后的压力的压差可规定一个表征废气后处理系统的状态的状态参数，在第二工作状态下，根据内燃机的至少一个工作特征参数模拟所述表征废气后处理系统的工作状态的状态参数。这里，作为工作特征参数最好用与废气体积流、转数、喷油量、新鲜空气输入量或者驾驶员意愿有关的参数。在该废气后处理系统中，颗粒过滤器的吸附状态由上述压差确定。由此可以非常精确地获知吸附状态。相反，在第二工作状态模拟该吸附状态。该第二工作状态的特征是，其无法精确地获知，例如由于在某些工况下的测量参数不准确，这里特别是指废气体积流的值非常小。通过获知颗粒过滤器上的压差，甚至可以得知颗粒过滤器中积聚的炭黑物质。但是开过滤器上的被测压差与没有考虑过的过滤器中流动状态尤其是废气体积流有关。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种识别颗粒过滤器的吸附浓度的方法，其进一步提高了识别颗粒过滤器吸附浓度的精确度，尤其是考虑了流经颗粒过滤器的废气体积流。

本发明的基本构思是，用过滤器的流动阻力作为吸附浓度的特征参数，该流动阻力通过获知经过过滤器的压力损失和确定通过过滤器的废气体积流来得到。以此方式，能够得到与工作点无关的吸附浓度特征数，就是说颗粒过滤器吸附状态的提供可以与发动机负荷点无关。

颗粒过滤器中的温度最好由沿流动方向在颗粒过滤器前后的由温度传感器测得的温度通过一个模型确定。

在本发明方法的另一种设计方案中，只需一个温度传感器，也是由沿流动方向在颗粒过滤器前后测得的温度借助一个模型迭代确定。

为了确定颗粒过滤器中的压力，最好确定经过颗粒过滤器的压差，再根据该压差考虑另一个影响压力的参数来模拟颗粒过滤器中的压力。

此外，还可以测取颗粒过滤器前面的压力来确定颗粒过滤器中的压力，并根据该压力考虑另一个影响压力的参数来模拟颗粒过滤器中的压力。

上述做法即用测得的物理参数计算过滤器中的情况尤其是过滤器中的温度和压力，其好处是明显提高了吸附浓度的测量精确度。

附图说明

通过下面的描述和图示本发明实施例给出了本发明的其它优点和特征。

图1是应用本发明方法的一种颗粒过滤器的示意图。

图2示出了按图1所示颗粒过滤器的流动阻力定义。

具体实施方式

如图1所示，一个颗粒过滤器10通过一根排气管20输入废气(用箭头30示意表示)。在过滤器中净化后的废气通过一根管道22排到周围大气中，过滤器10可以例如装在一个废气后处理系统中，例如由DE 100 14 224 A1所公开，尤其是第1栏第67行第3栏，其公开的内容在此一并引入本申请中。

在颗粒过滤器10中的流动情况在图2中示意表示。在流经的过滤器中的压力损失可以近似地用所谓的达西法则(Darcy-Gesetz)。这里过滤器10中装了一种多孔的介质。假设流动是稳定态的并且忽略流入流出损失以及达西法则的平方修正产生下面的压力梯度：

-dp/dx＝(v/K)·u

其中υ表示气体粘度，K表示过滤器10的渗透性，u表示流动气体的速度。颗粒过滤器10的流动阻力resflow_DPF可以设为经过过滤器10的压差和流经过滤器10的废气体积流之间的商：

resflow_DPF＝(p_vDPF-p_nDPF)/(dV_Abgas/dt)＝Δp_DPF/(dV_Abgas/dt)其中p_vDPF是过滤器前的压力，p_nDPF是过滤器后的压力，dV_Abgas/dt是废气的体积流。该废气的体积流可以根据下面的方程式确定，其中空气流量dm_Luft/dt可通过一个空气量测量计确定，燃料的流量例如柴油流量dm_Diesel/dt可在一个控制装置中确定。

dV_Abgas/dt＝((dm_Luft/dt)+(dm_Diesel/dt))·R·T/p

由前面的方程式和下面的关系式

U·A＝dV_Abgas/dt

考虑到气体的粘度υ同样与温度有关，对流动阻力产生下面的关系式：

resflow_DPF＝Δp_DPF/(dV_Abgas/dt)＝(L·v(T))/(A·K)，

其中L是过滤器10的长度，A是其横截面，该横截面是不变的，因此是过滤器10的特征值。只要过滤器10没有被炭黑加载上述的关系式就成立。过滤器10被炭黑加载改变了渗透性K因此改变了流动阻力resflow_DPF。由与吸附浓度有关的渗透性K^*产生流动阻力的下式：

resflow^* _DPF＝(Δp_DPF ^*/(dV_Abgas/dt))·(v(T_o)/v(T))＝(L/A)·(v(T_o)/K^*)＝const/K^*

换句话说，渗透性随着吸附浓度而变化，因此颗粒过滤器10的流动阻力也变化，其中为了确定流动阻力，必须已知过滤器10中的温度T和压力p。为了获知这两个参数，目前有很多种做法。

例如为了获知过滤器10中的温度，可以沿废气流动方向在过滤器10前面布置一个温度传感器40，在过滤器10后面布置一个温度传感器50。用测出的过滤器10前后的温度T_vDPF和T_nDPF可以通过平均这两个温度得出一个平均的气体温度T_{Gas_mittel}。

T_{Gas_mittel}＝0.5·(T_vDPF+T_nDPF).

此外，假设废气温度在流经过滤材料时与过滤器10本身的温度相当，则过滤器10上的热平衡改善了这种模拟，其中这种模拟按照下面的算式进行：

T_DPF＝(1/C_DPF)·∫(dm_Abgas/dt)·c_pAbgas·(T_nDPF-T_vDPF)·dt

这里，C_DPF表示过滤器的比热容，c_pAbgas表示废气流量dm_Abgas/dt的热容。

另一个实施例中，只使用了过滤器10前面的温度传感器40。在这种情况下过滤器10后面的温度的确定基于前面的方程式按照下面的迭代公式进行：

T_nDPF＝(T_DPF·β)+(T_nDPF·(1-β))

这里，在一个(为示出的)控制装置中的第一次计算通过一个初始化值规定颗粒过滤器温度T_DPF。从第二步迭代开始，使用前一步迭代得出的温度T_DPF。由于过滤器10的温度变化的时间标度基本大于模型计算时间，因此上述方法是可行的。这里所用的参数β是指参与过滤器10热交换的废气流的一部分。(1-β)表示没有参与热交换就流过过滤器10的那部分废气流。

过滤器中的压力p_DPF以下述方式确定。通常，沿流动方向在过滤器10前面布置一个压力传感器60，在沿流动方向在过滤器10后面布置一个压力传感器70或者在过滤器10上布置一个测量经过过滤器10的差值压力的压差传感器，所述差值压力表示过滤器10的压力损失。此外还可以只使用沿流动方向位于过滤器10前的一个压力传感器60来确定过滤器10中的压力。

过滤器10中的压力p_DPF由大气压p_atm和布置在排气管22中的消声器(未示出)的压力损失

以及由于过滤器产生的压力损失Δp_DPF按下式得出：

$p_{\mathrm{DPF}}=p_{\mathrm{atm}}+{\mathrm{\Δp}}_{\mathrm{Schalld}\stackrel{..}{a}\mathrm{mpfer}}+0.5*{\mathrm{\Δp}}_{\mathrm{DPF}}$

当只有颗粒过滤器10前面的绝对压力传感器60时，按照下式：

$p_{\mathrm{DPF}}=0.5*(p_{\mathrm{atm}}+{\mathrm{\Δp}}_{\mathrm{Schalld}\stackrel{..}{a}\mathrm{mpfer}}+p_{\mathrm{vPF}}).$

上述方法的显著优点在于，在内燃机的废气后处理系统中使用过滤器10时可以与发动机负荷点无关地给出吸附状态。通过将测得的物理特征参数换算成表征过滤器10情况的参数，明显提高了确定吸附浓度的精确度。

Claims (6)

1. 识别颗粒过滤器(10)的吸附浓度的方法，其中根据颗粒过滤器(10)中的温度和颗粒过滤器(10)中的压力P_DPF确定一个表征颗粒过滤器(10)的流动阻力的参数，根据流动阻力得出颗粒过滤器(10)的吸附浓度，其特征在于，测量至少在上游位于颗粒过滤器(10)前面的温度T_vDPF，根据测量的温度T_vDPF通过颗粒过滤器(10)的温度模型确定颗粒过滤器(10)中的温度T_DPF，该温度模型考虑了颗粒过滤器(10)的比热容C_pDPF、废气的热容C_pAbgas以及废气流量d_mAbgas/dt。

2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还测量在下游位于颗粒过滤器(10)后面的温度T_nDPF。

3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据在上游位于颗粒过滤器(10)前面的温度T_vDPF通过迭代确定颗粒过滤器(10)中的温度T_DPF。

4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定颗粒过滤器(10)中的压力P_DPF，确定经过颗粒过滤器(10)的压差Δp，再由该压差Δp通过颗粒过滤器(10)的一个压力模型模拟颗粒过滤器(10)中的压力P_DPF。

5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定颗粒过滤器(10)中的压力P_DPF，测量在上游位于颗粒过滤器(10)前面的压力P_vDPF，再由该压力P_vDPF通过颗粒过滤器(10)的一个压力模型模拟颗粒过滤器(10)中的压力P_DPF。

6. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，颗粒过滤器(10)设置用于过滤内燃机的废气。

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