CN101548079A - 用于测试内燃机废气中粒子过滤器的再生完全性的方法 - Google Patents

用于测试内燃机废气中粒子过滤器的再生完全性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种方法，用于评价被内燃机(12)的废气流经的粒子过滤器(10)的再生完全性，其中获取压力差(dp)并评估该压力差以用于评价，所述压力差在所述粒子过滤器(10)被流经时在所述粒子过滤器(10)上产生。该方法特征在于，形成了所获取的压力差(dp)的时间导数(z)，并且依照该时间导数(z)来对再生完全性进行评价。

Description

用于测试内燃机废气中粒子过滤器的再生完全性的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及这种方法的一种应用，还涉及一种根据权利要求6的前序部分所述的控制器。
背景技术
从带有柴油机的客车的批量使用中已经得知这样的方法、这样的应用和这样的装置。粒子过滤器是有效的工具，用于降低内燃机(尤其是柴油机)的烟尘的排放。包含在废气中的烟尘颗粒在流经粒子过滤器时沉积在该粒子过滤器中。随着该粒子过滤器的烟尘载荷的增加，废气排气背压增加了。因此该内燃机的效率下降了。燃料消耗增加并且车辆加快变坏。为了限制该烟尘载荷的不良影响，就必须不时地把粒子过滤器从存入的烟尘颗粒中释放出来，这也称作为再生。用从废气中的氧气把粒子过滤器中沉积的烟尘燃烧变成二氧化碳来进行再生。
通过发动机方面的引起废气温度的增加的措施来引发这种燃烧。这通过到该内燃机的空气系统中的干涉(例如调节气门)和/或到喷射过程中的干涉来达到。当废气温度超过粒子过滤器中的烟尘的点火温度时，再生就开始了。
在车辆中，在大约300至800km的行驶距离后，根据烟尘粒子过滤器的空气载荷，典型地来进行这样的再生。该载荷依赖于内燃机的烟尘粗略排放和粒子过滤器的大小。为识别载荷，在已知的物件中对压力差传感器的信号进行评判，该压力差传感器检测压力差，该压力差在粒子过滤器被流经时出现。在废气体积流恒定的前提条件下，该压力差随着粒子过滤器的烟尘载荷的增加而增加。对体积流量标准化的压力差是用于流动阻力的尺度和因此用于粒子过滤器的烟尘载荷的尺度。控制器计算依照内燃机的运行参数来计算这样尺度，并依照所述的尺度来控制粒子过滤器的再生。
当标准化的压力差超出第一阈值时，那么就例如开始再生。当从压力差和废气体积流量中的商值低于下阈值时，则引起的再生通常持续几分钟并且在已知的物件中结束。
发明内容
对于带有粒子过滤器的废气净化系统的正确运行重要的是，再生在正确的时间点产生和尽可能完全地实施。从以下原因中得出重复出现不完全的再生是不利的：现代内燃机、尤其是现代柴油机的良好效率要在相应低的废气温度和粒子过滤器温度下才能实现。由于烟尘燃烧需要很高的废气温度，每次再生都会导致温度-交变载荷，其会使粒子过滤器老化。因此，频繁引发的再生会加速老化，并因此不期望地减少粒子过滤器的寿命。此外，每次再生还要求一定的燃料消耗，用于加热废气装置。此外，不完全的再生还继续增加了燃料消耗，因为该再生在时间平均值中增加了废气排气背压，该废气排气背压对内燃机的效率产生不利的影响。
令人吃惊的是，为可靠地识别粒子过滤器的不完全再生，从压力差和废气质量流量中的商的已知评价是不够的，所述评价在柴油机运行时采用尽可能恒定的废气质量流量，尤其是在运行时采用在再生期间和在再生之后尽可能恒定的废气质量流量。
用已知的方法控制的再生在这些内燃机中尤其经常结束得太早。这产生以下结果，即粒子过滤器相应快速地被重新完全装载，以致要引发新的再生尝试。因此总的说来，再生尝试的频率高得不恰当，该频率的所谓缺点是，使老化加快，增加了燃料的消耗。
不利之处还有，用于监控再生完全性的监控功能以引起的再生尝试的频率的评价为基础。因此，一直到确定了再生的不完全性，该再导致了太大的频率数值，在现有技术中流逝了比较长的时间，在这段时间内该内燃机采用平均太高的废气排气背压和因而增加的燃料消耗来运行。
在该背景下，本发明的目的是，更好地识别粒子过滤器的不完全再生，其中，该说明不仅涉及到方法方面，也涉及到应用方面和装置方面。
分别用独立权利要求的特征来实现此目的。已经显示了，与已知的压力差的评价相比，根据本发明的、对已获取的压力差的时间导数进行评价可更可靠地声明再生完全性。另外的优点在于，本发明已经允许直接在粒子过滤器的单个再生之后，对再生效果进行评价。由此，也可以比在已知的方法更快地发现系统错误，该方法评价再生尝试的频率和因此必须等待若干再生尝试。通过更快地识别不足够的再生，可以更快地参与到再生的控制中。因此，下述情况，即频繁引发的再生会增加燃料消耗，还会增加粒子过滤器的由老化引起的磨损，就可以避免或至少可以降低。
由从属权利要求、描述和附图中体现另外的优点。
不言而喻的是，上述提及的和在以下还要阐述的特征不仅可以应用在各个已说明的结合中，也可以应用在其他的结合中或单独应用，而不用离开本发明的框架。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出了，并在接下来的描述中进一步阐述。分别以示意图的形式显示了：
图1显示了一种内燃机，其具有带有粒子过滤器的废气装置；
图2以流程图形式显示了根据本发明的方法的实施例；
图3显示了在完全的再生和不完全的再生之后，在粒子过滤器上的压力差的时间走向；和
图4显示了在一个实施例中，压力差的时间导数值关于再生结果的函数关系图。
具体实施方式
其中，图1显示了通过粒子过滤器10的截面，内燃机12的废气从左往右流经该粒子过滤器。该粒子过滤器10具有多孔的过滤器结构14，其对于废气是可透过的，但是包含在废气中的烟尘颗粒不能或仅有小部分是可透过的。该多孔的过滤器14在图1的实施例中具有交互的、分别向左或向右关闭的通道16、18，其通过多孔的侧壁20互相分开。为了经过粒子过滤器10，废气必须流经该多孔的侧壁20。其中，包含在废气中的烟尘颗粒沉积在侧壁20的细孔中，这渐渐地堵塞了这些细孔并且增加该粒子过滤器10的流动阻力。
该流动阻力在流经粒子过滤器时导致了压力下降，该压力降作为压力差dp被压力差传感器22中获得并且递交给控制器24。下面，不仅压力差而且压力信号都用相同的参考标记dp表示。控制器24形成了依照压力信号dp的用于带烟尘的粒子过滤器10的载荷的尺度。分别根据实施例，压力信号dp也可以直接作为载荷的尺度来应用，因为在粒子过滤器10上的压力差dp单调地以粒子过滤器10的烟尘载荷来增加。
控制器24优选是指这样的控制器，即，其形成依赖于压力差传感器22的信号dp和其它传感器26、28的信号BP、T的、用于操作内燃机10的控制变量S_L和S_K。在传感器26的信号BP中描绘了内燃机12的运行参数，如转速，进气质量，载荷压力，驾驶员期望，燃烧室压力，燃烧噪音等等，其中，该列表的不是封闭式的，并且控制器24也不必处理所有指定的运行参数的信号。传感器28在粒子过滤器10之前或之中检测温度T。在优选的实施例中，该温度T作为实际值用于温度控制，利用该温度控制在粒子过滤器10的再生期间把粒子过滤器的温度维持在烟尘的点燃温度之上。控制器24利用控制变量S_L接合到空气系统32上(那里例如到节流阀或废气回流阀上)，并且控制器24利用控制变量S_K接合到内燃机12的燃料系统30上(那里例如到喷射器装置上)。
此外，控制器24设置成、尤其是编程成，用于控制根据本发明的方法的流程，或用于控制一个或多个改进方案的流程。
图2以流程图形式显示了根据本发明的方法的实施例。其中，步骤34代表了主程序HP用于控制内燃机12，该程序执行在控制器24中。在步骤34的主程序中内燃机12在正常运行NB中运行。正常运行的概念是用于给再生运行的概念划定界限，并且因此包括所有运行种类BA，在这些运行种类中不发生粒子过滤器10的再生。因此，在步骤34的主程序中适用的是，所选的运行种类BA是正常运行NB(BA＝NB)。
为了监控粒子过滤器10的烟尘载荷，从步骤34中的主程序又产生分支进入步骤36中，其中获取了在粒子过滤器10上的压力差dp，如同它由压力传感器22提供的一样。在此连接了步骤38，其中，把获取的压力差dp与阈值SW1进行比较。只要dp不超出阈值SW1，则程序产生分支回到步骤34中，在此步骤中内燃机12继续在正常运行NB中运行。
与之相反，假如压力差dp超出阈值SW1，则步骤40连接到步骤38，其中，内燃机12的运行种类BA从正常运行NB切换或变更到再生运行RB。在该再生运行RB中控制器24这样控制内燃机12，即其废气的温度增加如此高，以致达到或超出了在粒子过滤器10中的烟尘的点火温度。这优选地通过改变用于空气系统32的控制变量S_L和/或改变用于燃料系统30的控制变量S_K来实现。
为了增加废气温度，可行的是，提前的燃烧的或积聚的后喷射、主喷射的延迟和进气节流或废气回流率的增加。这些措施的结合同样是可能的。备选地或补充地，推后的后喷射也是可行的，其通过在氧化尾气处理器中对燃烧室中不再燃烧的燃料进行氧化，来进一步提高废气温度。
为了也在不利的环境条件中确保粒子过滤器10的可靠再生，在优选的实施例中要控制在再生时的废气温度。温度传感器28的温度信号当作用于废气温度控制的输入变量，该温度传感器设置在粒子过滤器10之前或粒子过滤器10之中。为了备选地或补充地获取粒子过滤器的或废气的实际温度，这样的实际温度也可以从内燃机12的运行特征量(如吸入的空气量和喷入的燃料量)在控制器24中通过作为软件模块实现的废气温度模型来计算。
紧接着步骤40，在步骤42中，在再生运行RB时存在的压力差dp在粒子过滤器10上获取，并且在步骤44中与第二阈值SW2进行比较。第二阈值SW2比第一阈值SW1小。如果粒子过滤器10重新继续再生，则低于该第二阈值。可是在再生开始时，压力差dp还将比第二阈值SW2大，以致否定在步骤44中的询问并且程序产生分支返回到步骤40中，在此步骤中继续进行再生运行RB。通过重复地经历步骤40、42和44的循环，再生运行RB运行如此长时间，直到在步骤44中确定，压力差dp基于粒子过滤器10的累进的再生而低于第二阈值SW2。
在这种情况下，离开步骤40、42和44的所述循环，并且程序产生分支进入步骤46中，其中，内燃机12的运行种类BA从再生运行RB回控到正常运行NB。其中，控制器24内部的时间计数器的时间变量或计数变量t设置到开始数值t0上。紧接着在步骤48中，重新获取压力差dp。紧接着在步骤50中，形成时间导数z＝d/dt(dp)。在步骤52中，时间导数和随即的压力差dp的改变速度与阈值z_S进行比较。
在粒子过滤器10的尽可能完全的再生中，压力差dp在再生之后仅比较慢地重新增加。斜率将是相应平缓的，时间导数z的数量将是相应小的，以致在步骤52中不会超出阈值z_S。在这种情况下连接到步骤52，其中，时间变量或计数变量t与阈值t_S进行比较。首先还不是这种情况，以致否定了步骤54中的询问并且连接到步骤56，其中，时间变量或计数变量t的数值增加了增量dt。
之后，在步骤48中重新获取了压力差dp。然后，步骤48、50、52、54和56的循环重复地运行了如此长的时间，直到时间变量或计数变量t的数值通过重复的增量超过了步骤54中的阈值t_S。然后程序产生分支进入步骤58中，其中，再生R被评价为完全的。那么在结果中，在再生结束之后形成的时间导数z与阈值z_S进行比较，如果时间导数比预先给定的阈值更小时，则再生R被评价为成功的。紧接着，本方法返回到步骤34的主程序中。在步骤54中的时间询问的作用是，最多在时间间隔t_S的长度中监控斜率值z。因此，与用于斜率的阈值的比较仅在限定的时间间隔t_S之内在再生结束之后产生。
与之相反，假如再生R不是足够的，则在连接的正常运行NB中压力差dp首先会比较快地增加。由此在步骤50中产生导数z的比较大的数值，以致步骤52中的阈值z_S在足够不完全的再生R中会被超出。然后本方法从步骤52中产生分支进入步骤60中，其中，再生R被评价为不完全的。与现有技术不同的是，该评价是紧接在单独的再生之后进行的。
图3显示了压力差dp经时间t的走向。在时间点t_x上，粒子过滤器完全地卸载烟尘颗粒，然后紧接着经过小时数量级的时间间隔后进行加载。其中，切线64说明了dp(t)曲线的初始斜率，该曲线然后在接下来的过程中继续减少。在时间点t1中，粒子过滤器进行再生。与时间点t_x相反，在时间点t_y上的再生仅仅是不完全的。因此在时间点t_y上，沉积的烟尘颗粒仅仅燃烧了大约10％。正如在压力过程中的突然下跌所显示的，可是其中压力差dp已经减少到数值的大约一半，该压力差在再生之前，即在时间点t_y之前就具有了该数值。基于压力差的这种明显的反应，估计要进行进一步的的再生。可是，在粒子过滤器的更新的装载时，压力差的快速重新增加对于不完全再生是典型的，该装载发生在时间点t_y之后。快速的重新增加也在切线66的斜率中描绘了。从切线66和64中的比较中，从质量上讲显而易见的是，比起在时间点t_x上的更完全再生，该在时间点t_y上的不完全再生伴随着更大的切线斜率数值。
图4继续说明了这种相互关系。曲线68给出了压力差dp的起始斜率、即其紧接着再生之后的时间导数值d/dt(dp)与再生效果以百分数形式沿横轴表示的数值的相互关系。其中，百分比数值说明了燃烧的烟尘颗粒与积存的烟尘颗粒的比例。其中，100％的数值相当于完全的再生。对于10g的烟尘载荷，在再生时燃烧了4g的烟尘，则例如产生了数值为40％的再生效果。
比大约10％更大的再生效果可效仿地通过单调下降的曲线68的进程来描绘，并且因此可对已进行的再生，有质量地评价它的再生效果。尤其可以明显地看到，时间导数d/dt(dp)在再生根本不完全的情况中比在再生完全的情况中具有明显更高的数值
已经显示了，这种方法也在柴油机的运行中在静止的工作点中允许可靠地评价再生效果。因此，优选的实施例规定了本方法的应用，或规定了在内燃机(尤其是指柴油机)中的实施例之一的应用，该内燃机在静止的工作点中运行。可是该应用不是限制在仅仅静止运行的内燃机的应用上。因此更多的优选的实施例规定，在静止可运行的内燃机中形成用于内燃机的废气质量流量的尺度，并且只能应用这样的结果，即，此结果是在尽可能恒定的废气质量流量中获取的。

Claims (7)

1.一种方法，用于评价被内燃机(12)的废气流经的粒子过滤器(10)的再生完全性，其中获取压力差(dp)并评估该压力差以用于评价，所述压力差在所述粒子过滤器(10)被流经时在所述粒子过滤器(10)上产生，其特征在于，形成所获取的压力差(dp)的时间导数(z)，并且依照所述时间导数(z)来对再生完全性进行评价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在再生结束之后形成的时间导数(z)与预先给定的阈值(z_S)进行比较，并且当所述时间导数(z)比预先给定的阈值(z_S)更小时，则把再生评价为成功的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，与阈值(z_S)的比较仅在限定的时间间隔之内在再生结束之后进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，形成用于所述内燃机(12)的废气质量流量的尺度，并且仅应用这样的结果，即，该结果是在尽可能恒定的废气质量流量中获取的。
5.一种应用方法，其在柴油机中应用根据权利要求1至3中任一所述的方法，该柴油机在静止的工作点中运行。
6.一种控制器(24)，其设置成用于评价被内燃机(12)的废气流经的粒子过滤器(10)的再生完全性，其中所述控制器(24)对压力差(dp)进行处理并评估该压力差以用于评价，所述压力差在所述粒子过滤器(10)被流经时在所述粒子过滤器(10)上产生，其特征在于，所述控制器(24)设置成用于形成所获取的压力差(dp)的时间导数(z)并依照所述时间导数(z)来评价再生完全性。
7.根据权利要求6所述的控制器(24)，其特征在于，其设置成用于控制根据权利要求2至5中任一项所述的方法的流程。
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