CN101458108A - 用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法和装置。该方法可以包括：确定再生效率是否存在；如果再生效率存在，则确定是否满足灰分系数的获得条件；如果满足灰分系数获得条件则检测排气流量Q_exh；计算由灰分引起的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))；通过使用由灰分引起的排气压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))和排气流量Q_exh计算灰分系数的变化δ(a₄)；通过使用灰分系数的变化δ(a₄)和先前的灰分系数a_4(n－1)计算当前灰分系数a_4(n)；以及通过使用当前灰分系数a_4(n)和第一过滤器系数a₁计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e。

Description

用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月14日提交的韩国专利申请No.10-2007-0131669为优先权，其全部内容在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法。更特别地，本发明涉及一种用于通过基于获得的灰分(ash)系数的值精确地计算柴油机微粒过滤器的有效容积而精确地确定使得炭黑(soot)再生的时间的柴油机微粒过滤器的有效容积的方法，并且减少了用于改变灰分量的时间和成本。

背景技术

通常，当灰分堆积在柴油机微粒过滤器中时，炭黑可以堆积的有效容积减小。这样的有效容积和排气的温度是用于确定柴油机微粒过滤器中炭黑的再生时间的最重要的因素。

根据公知的方法，根据车辆的行驶距离和燃料消耗的由灰分引起的有效容积的变化存储在映射表(map table)中。因此，人们在通过使用映射表而改进炭黑堆积的预报的准确度的方面作出了各种努力。然而，由于为了形成映射表将进行大量的实验，形成映射表需要大量的时间和成本。

此外，由于炭黑堆积受到除车辆的行驶距离和燃料消耗外的各种因素的影响，存在映射表并不是非常精确的问题。

为了解决这样的问题，作出了一种用于计算由灰分引起的有效容积的变化的方法的发明。根据该方法，各种驾驶模式被分成三个典型的驾驶模式，例如城市模式，高速公路模式，以及混合道路模式，并且在各个模式中根据燃料消耗和耗油量计算由灰分引起的灰分堆积和压力差。然后，计算由灰分引起的有效容积的变化。然而，由于燃料消耗和耗油量根据车辆的类型和状态会进行各种变化，由灰分引起的有效容积的变化必须被修正。

背景技术部分中公开的信息仅仅是为了增加对本发明的总体背景的理解，其不应该作为该信息形成本领域技术人员已知现有技术的承认或者任何形式的暗示。

发明内容

本发明的各个方面涉及一种提供用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法，其具有通过使用获得的灰分系数的值精确地计算出柴油机微粒过滤器的有效容积的优点。

此外，为了提供一种具有更多优点的用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法而作出了本发明，该方法与车辆的类型和状态，燃料消耗，和耗油量无关通过使用传感器的测量值计算由灰分引起的有效容积的变化。

本发明的各个方面中，一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的方法，可以包括在炭黑再生后确定再生效率是否存在；如果再生效率存在，则确定是否满足灰分系数δ(a₄)的获得条件；如果满足灰分系数δ(a₄)获得条件则检测排气的排气流量Q_exh，计算由灰分引起的排气的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))，通过使用由灰分引起的排气压力差的变化Δ(ΔP_ashn))和排气流量Q_exh计算灰分系数δ(a₄)的变化，通过使用灰分系数的变化δ(a₄)和先前的灰分系数a_4(n-1)计算当前灰分系数a_4(n)，和/或通过使用当前灰分系数a_4(n)和第一过滤器系数a₁确定柴油机微粒过滤器的有效容积V_e。

该方法还可以进一步包括从柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的确定而确定炭黑的再生时间。

当再生后炭黑的量小于阈值炭黑量时可以确定再生效率存在。

在排气流量在预定范围内，每单位时间的过滤器压力差的变化率小于预定变化率，以及车辆速度大于或等于预定速度的情况下，可以确定满足灰分系数的获得条件。

从等式 $\mathrm{\δ}\left(a_4\right)=\frac{\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ash}\left(n\right)}\right)}{\mathrm{\μ}\·Q_{\mathrm{exh}}}$ 可以计算出灰分系数的变化δ(a₄)，其中Δ(ΔP_ash(n))表示由灰分引起的的压力差的变化，μ表示排气的粘度系数，以及Q_exh表示排气流量。

从等式a_4(n)＝(a_4(n-1)+δ(a₄)可以计算出当前灰分系数a_4(n)，其中a_4(n-1)表示先前的灰分系数，δ(a₄)表示灰分系数的变化。

从等式 $V_e=\frac{a_1}{a_1+a_{4\left(n\right)}}*L*A$ 可以计算出有效容积V_e，其中a₁表示第一过滤器系数，a_4(n)表示当前灰分系数，L表示过滤器中通道的长度，以及A表示过滤器的有效截面。

通过最小二乘法可以确定灰分系数的变化δ(a₄)。

可以通过通常安装在发动机中的流量计，或空气流量传感器和燃料流量计检测排气流量Q_exh，可以通过压力传感器检测压力差Δ(ΔP_ash(n))；和/或可以通过控制单元确定有效容积V_e。

在本发明的另一各个方面中，一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的系统，可以包括：用于在炭黑再生后确定再生效率是否存在的装置，用于在如果再生效率存在，则确定是否满足灰分系数δ(a₄)的获得条件的装置，用于在如果满足灰分系数δ(a₄)获得条件则检测排气的排气流量Q_exh的装置，用于计算由灰分引起的排气的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))的装置，用于通过使用由灰分引起的排气压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))和排气流量Q_exh计算灰分系数δ(a₄)的变化的装置，用于通过使用灰分系数的变化δ(a₄)和先前的灰分系数a_4(n-1)计算当前灰分系数a_4(n)的装置，和/或用于通过使用当前灰分系数a_4(n)和第一过滤器系数a₁确定柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的装置。

该系统还可以包括用于从柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的计算而确定炭黑的再生时间的装置。

本发明的方法和装置具有的其它特征和优点将从附图和下面的具体实施方式部分中变得明朗，或者说将在附图和下面的具体实施方式部分中进行更加具体地说明，所述附图合并于此，与所述具体实施方式部分一起用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出了安装在排气管上的示例性的柴油机微粒过滤器的示意图。

图2是根据本发明可应用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法的示意图。

图3是根据本发明用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积的示例性方法的流程图。

图4是示出了在用于计算根据本发明的柴油机微粒过滤器的有效容积的示例性方法中使用的灰分系数的变化的图表。

图5显示了可应用于计算根据本发明的柴油机微粒过滤器的有效容积的示例性的方法的示例性柴油机微粒过滤器的内部的示意图。

图6是示出了实际有效长度与通过用于计算根据本发明的柴油机微粒过滤器的有效容积的示例性方法计算的计算出的有效长度的图表。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的不同实施方案，其例子在附图中说明并且在下面进行描述。当结合示例性实施方案对本发明进行描述时，应该理解的是当前的描述并不用于将本发明限制在那些示例性实施方案中。相反地，本发明意在不但覆盖所述示例性实施方案，还覆盖可能包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的不同选择形式、修改形式、等价形式以及其它实施方案。

图1是示出了安装在排气管上的柴油机微粒过滤器的示意图。

如图1所示，柴油机微粒过滤器30安装在前排气管20与后排气管50之间。因此，从发动机10流出的排气通过前排气管20流入到柴油机微粒过滤器30中，并且柴油机微粒过滤器30将排气过滤。然后，过滤后的排气通过后排气管50流出到大气中。

图2是可应用于计算根据本发明的各个实施例的柴油机微粒过滤器的有效容积的方法的系统的示意图。

如图2所示，可应用到用于计算根据本发明的各个实施例的柴油机微粒过滤器的有效容积的方法的系统包括粘度系数传感器110，密度传感器120，车速传感器130，压力传感器140，温度传感器150，流量计160，和控制单元170。

粘度系数传感器110安装在前排气管20中，检测排气的粘度系数，并且将对应的信号传递到控制单元170。代替使用粘度系数传感器110，排气的粘度系数可以存储为控制单元170中排气温度的函数并且使用温度传感器150的测量值计算得到。

密度传感器120安装在前排气管20中，检测排气的密度，并且将对应的信号传递到控制单元170。代替使用密度传感器120，排气的密度可以使用控制单元170中的压力传感器140和温度传感器150的测量值计算出。

车速传感器130安装在车轮上，检测车辆速度，并且将对应的信号传递到控制单元170。

压力传感器140分别安装在前排气管20和后排气管管50上，检测前排气管20的排气压力和后排气管50的排气压力，并且将对应的信号传递到控制单元170。

温度传感器150安装在柴油机微粒过滤器30的进口处，检测排气的温度，并且将对应的信号传递到控制单元170。

流量计160安装在前排气管20或后排气管50处，检测排气的流量，并且将对应的信号传递到控制单元170。代替使用流量计160，排气流量可以使用空气流量传感器和通常安装在发动机10中的燃料流量计的测量值计算出。

控制单元170可以通过由预定程序激活的一个或多个处理器实现，并且可以编出预定程序从而执行用于计算根据本发明的各个实施例的柴油机微粒过滤器的有效容积的方法的每个步骤。

控制单元170接受对应于分别来自粘度系数传感器110，密度传感器120，车速传感器130，压力传感器140，温度传感器150，以及流量计160的粘度系数和排气密度，车辆速度，前排气管20和后排气管50的排气压力，排气温度，以及排气流量的信号。控制单元170根据接收到的信号计算灰分系数的变化δ(a₄)，当前灰分系数a_4(n)，以及柴油机微粒过滤器30的有效容积V_e。

此外，控制单元170计算过滤器压力差，该压力差是前排气管20的排气压力与后排气管50的排气压力之间的差值。

图3是根据本发明的各个实施例的、计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法的流程图。

在步骤S210炭黑再生后，控制单元170在步骤S220中确定再生效率是否存在。再生效率意思是炭黑的再生完成，并且在炭黑量小于阈值炭黑量S_th的情况下，控制单元170确定再生效率存在并且结束炭黑的再生。将会理解阈值炭黑量S_th可以按需要设定。

如果再生效率不存在，则控制单元170继续炭黑的再生。

如果再生效率存在，则控制单元170在步骤S230中确定是否满足灰分系数的获得条件。

通常，过滤器压力差ΔP由以下的等式1计算出。

等式1：ΔP＝ΔP_{clean_filter}+ΔP_soot+ΔP_ash

这里，ΔP_{clean_filter}表示干净过滤器中的压力差并且是常量，ΔP_soot表示由炭黑引起的压力差并且是变量，以及ΔP_ash表示由灰分引起的压力差并且是变量。

此外，由以下的等式2，等式3，以及等式4分别计算出干净过滤器中的压力差ΔP_{clean_filter}，由炭黑引起的压力差ΔP_soot，以及由灰分引起的压力差ΔP_ash。

等式2：ΔP_{clean_filter}＝a1·μ·Q_exh+a₂·ρ·Q_exh ²

等式3：ΔP_soot＝a₃·μ·Q_exh

等式4：ΔP_ash＝a₄·μ·Q_exh

这里，μ表示排气的粘度系数，Q_exh表示排气的流量，以及ρ表示排气的密度。

此外，a₁表示第一过滤器系数，a₂表示第二过滤器系数，a₃表示炭黑系数，以及a₄表示灰分系数。

根据通过使用没有炭黑与灰分的全新的柴油机微粒过滤器完成的实验设定a₁和a₂，并且同样通过使用全新的柴油机微粒过滤器根据炭黑堆积实验设定a₃。

然而，a₄是根据灰分量的变量，并且因此必须满足灰分系数的获得条件从而测量a₄。

在排气流量在预定范围内，每单位时间的过滤器压力差的变化率小于预定变化率，以及车辆速度大于或等于预定速度的情况下，满足灰分系数的获得条件。即，在由炭黑堆积引起的压力差的变化非常小的状态下，开始灰分系数的获得。通过本领域普通技术人员可以任意地设定预定范围，预定变化率，与预定速度。

如果满足灰分系数的获得条件，则控制单元170在步骤S240重新设定时钟(即，n由1代替)，流量计160在步骤S250检测排气流量Q_exh，并且控制单元170在步骤S260计算由灰分引起的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))。

通过将由灰分引起的当前压力差ΔP_ash(n)减去由灰分引起的先前的压力差ΔP_ash(n-1)计算出由灰分引起的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))。在这种情况下，由于由炭黑引起的压力差的变化非常小，通过将压力传感器140检测的过滤器压力差ΔP减去由等式2计算出的干净过滤器中的压力差ΔP_{clean_filter}计算出由灰分引起的压力差ΔP_ash(n)。同时，由灰分引起的初始压力差ΔP_ash(0)设定为0。

然后，控制单元170在步骤S270由以下等式5计算灰分系数的变化δ(a₄)。

等式5： $\mathrm{\δ}\left(a_4\right)=\frac{\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ash}\left(n\right)}\right)}{\mathrm{\μ}\·Q_{\mathrm{exh}}}$

如图4所示，根据最小二乘法计算出灰分系数的变化δ(a₄)。

然后，控制单元170在步骤S280由以下等式6计算当前灰分系数a_4(n)。

等式6：a_4(n)＝a_4(n-1)+δ(a₄)

这里，a_4(n-1)是先前的灰分系数，以及a₄₍₀₎设定为0。

然后，控制单元170通过预定时钟n_p重复步骤S250至步骤S280。

即，控制单元170在步骤S290确定时钟n是否与预定时钟n_p相同。

如果时钟n与预定时钟n_p不同，则在步骤S310时钟增加1(即，n＝n+1)，并且控制单元170重复步骤S250至步骤S280。

如果时钟n与预定时钟n_p相同，则控制单元170在步骤S300存储当前灰分系数a_4(n)并且计算有效容积。

按如下计算有效容积。

如果在炭黑的再生完成的状态下假定均匀流动，则如图5所示简化柴油机微粒过滤器30的内部。

根据达西定律(Darcy’s law)，过滤器压力差ΔP表示为如下的等式7。

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\μvw}}{k}=\frac{\mathrm{\μ}(Q_{\mathrm{exh}}/A)w}{k}=\frac{{\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}w}{{4\mathrm{kD}}_{h}x}$

等式7： $=(a_1+a_{4\left(n\right)}){\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}$

这里，k表示壁透射率，W表示壁厚，D_h表示流动直径，x表示通道的有效长度，以及A表示过滤器的有效截面并且由等式A＝4D_hx表示。

在灰分不存在的情况下，即，在通道的有效长度x与通道的长度L相同并且当前灰分系数a_4(n)为0的情况下，过滤器压力差ΔP由以下的等式8表示。

等式8： $\mathrm{\ΔP}=\frac{{\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}w}{{4\mathrm{kD}}_{h}L}=a_1{\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}$

在灰分堆积并且通道的有效长度x与Le相同的情况下，过滤器压力差ΔP由以下的等式9表示。

等式9： $\mathrm{\ΔP}=\frac{{\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}w}{{4\mathrm{kD}}_h\mathrm{Le}}=(a_1+a_{4\left(n\right)}){\mathrm{\μQ}}_{\mathrm{exh}}$

下面的等式10可以由等式8和等式9获得。

等式10： $\frac{\mathrm{Le}}{L}=\frac{a_1}{a_1+a_{4\left(n\right)}}$

因此，由以下的等式11计算出有效容积V_e。

等式11： $V_e=\frac{a_1}{a_1+a_{4\left(n\right)}}*L*A$

图6是示出了实际有效长度与通过用于计算根据本发明的各个实施例的计算柴油机微粒过滤器的有效容积的方法计算出的有效长度的图表。

如图6所示，由通过用于计算根据本发明的各个实施例的柴油机微粒过滤器的有效容积的方法计算出的有效长度在实际有效长度的5％的范围之内。因此，根据本发明的各个实施例，可以精确地计算出柴油机微粒过滤器的有效容积。

如上所述，通过获得的灰分系数的值可以精确地计算出柴油机微粒过滤器的有效容积。

此外，由于通过使用传感器的测量值可以计算出无论车辆的类型和状态的由灰分引起的有效容积的变化，从而可以减少用于修正灰分量的燃料消耗，以及耗油量，时间和精力。

为了方便起见，在解释和所附的权利要求中精确限定中，术语＂前＂或＂后＂，＂内部＂用于参考图中显示的特征的位置描述示例性实施方案的这些特征。。

前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多修改形式和变化形式都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述以解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的不同示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (18)

1、一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的方法，包括：

在炭黑再生后确定再生效率是否存在；

如果再生效率存在，则确定是否满足灰分系数δ(a₄)的获得条件；

如果满足灰分系数δ(a₄)获得条件则检测排气的排气流量Q_exh；

计算由灰分引起的排气的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))；

通过使用由灰分引起的排气压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))和排气流量Q_exh计算灰分系数δ(a₄)的变化；

通过使用灰分系数的变化δ(a₄)和先前的灰分系数a_4(n-1)计算当前灰分系数a_4(n)；以及

通过使用当前灰分系数a_4(n)和第一过滤器系数a₁确定柴油机微粒过滤器的有效容积V_e。

2、如权利要求1所述的方法，还包括通过确定柴油机微粒过滤器的有效容积V_e而确定炭黑的再生时间。

3、如权利要求1所述的方法，其中当再生后炭黑的量小于阈值炭黑量时确定再生效率存在。

4、如权利要求1所述的方法，其中在排气流量在预定范围内，每单位时间的过滤器压力差的变化率小于预定变化率，以及车辆速度大于或等于预定速度的情况下，确定满足灰分系数的获得条件。

5、如权利要求1所述的方法，其中从等式 $\mathrm{\δ}\left(a_4\right)=\frac{\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ash}\left(n\right)}\right)}{\mathrm{\μ}\·Q_{\mathrm{exh}}}$ 计算出灰分系数的变化δ(a₄)，其中Δ(ΔP_ash(n))表示由灰分引起的的压力差的变化，μ表示排气的粘度系数，以及Q_exh表示排气流量。

6、如权利要求1所述的方法，其中从等式a_4(n)＝a_4(n-1)+δ(a₄)计算出当前灰分系数a_4(n)，其中a_4(n-1)表示先前的灰分系数，δ(a₄)表示灰分系数的变化。

7、如权利要求1所述的方法，其中从等式 $V_e=\frac{a_1}{a_1+a_{4\left(n\right)}}*L*A$ 计算出有效容积V_e，其中a₁表示第一过滤器系数，a_4(n)表示当前灰分系数，L表示过滤器中通道的长度，以及A表示过滤器的有效截面。

8、如权利要求1所述的方法，其中通过最小二乘法确定灰分系数的变化δ(a₄)。

9、如权利要求1所述的用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的方法，其中：

通过通常安装在发动机中的流量计，或空气流量传感器和燃料流量计检测排气流量Q_exh；

通过压力传感器检测压力差Δ(ΔP_ash(n))；以及

通过控制单元确定有效容积V_e。

10、一种用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的系统，包括：

用于在炭黑再生后确定再生效率是否存在的装置；

用于在如果再生效率存在，则确定是否满足灰分系数δ(a₄)的获得条件的装置；

用于在如果满足灰分系数δ(a₄)获得条件则检测排气的排气流量Q_exh的装置；

用于计算由灰分引起的排气的压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))的装置；

用于通过使用由灰分引起的排气压力差的变化Δ(ΔP_ash(n))和排气流量Q_exh计算灰分系数δ(a₄)的变化的装置；

用于通过使用灰分系数的变化δ(a₄)和先前的灰分系数a_4(n-1)计算当前灰分系数a_4(n)的装置；以及

用于通过使用当前灰分系数a_4(n)和第一过滤器系数a₁确定柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的装置。

11、如权利要求10所述的系统，还包括通过确定用于柴油机微粒过滤器的有效容积V_e而确定炭黑的再生时间的装置。

12、如权利要求10所述的系统，其中当再生后炭黑的量小于阈值炭黑量时确定再生效率存在。

13、如权利要求10所述的系统，其中在排气流量在预定范围内，每单位时间的过滤器压力差的变化率小于预定变化率，以及车辆速度大于或等于预定速度的情况下，确定满足灰分系数的获得条件。

14、如权利要求10所述的系统，其中从等式 $\mathrm{\δ}\left(a_4\right)=\frac{\mathrm{\Δ}\left({\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{ash}\left(n\right)}\right)}{\mathrm{\μ}\·Q_{\mathrm{exh}}}$ 计算出灰分系数的变化δ(a₄)，其中Δ(ΔP_ash(n))表示由灰分引起的的压力差的变化，μ表示排气的粘度系数，以及Q_exh表示排气流量。

15、如权利要求10所述的系统，其中从等式a_4(n)＝a_4(n-1)+δ(a₄)计算出当前灰分系数a_4(n)，其中a_4(n-1)表示先前的灰分系数，δ(a₄)表示灰分系数的变化。

16、如权利要求10所述的系统，其中从等式 $V_e=\frac{a_1}{a_1+a_{4\left(n\right)}}*L*A$ 计算出有效容积V_e，其中a₁表示第一过滤器系数，a_4(n)表示当前灰分系统，L表示过滤器中通道的长度，以及A表示过滤器的有效截面。

17、如权利要求10所述的系统，其中通过最小二乘法确定灰分系数的变化δ(a₄)。

18、如权利要求10所述的用于计算柴油机微粒过滤器的有效容积V_e的系统，其中：

通过通常安装在发动机中的流量计，或空气流量传感器和燃料流量计检测排气流量Q_exh；

通过压力传感器检测压力差Δ(ΔP_ash(n))；以及

通过控制单元确定有效容积V_e。

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