CN101970826A - 用于确定接入内燃机的废气管线的微粒过滤器的加载状态的方法和用于降低内燃机的微粒排放的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定接入内燃机的废气管线内的微粒过滤器的加载状态的方法，该方法包括如下步骤：确定废气流动方向上微粒过滤器(2)后方的废气体积流量，检测废气管线(1)内废气流动方向上微粒过滤器(2)前方所存在的压力，将流动方向上微粒过滤器(2)后方确定的废气体积流量与在微粒过滤器(2)前方检测到的所存在的压力进行比较，且在考虑未加载的微粒过滤器(2)的废气背压以及由于微粒过滤器的加载而导致的与未加载的微粒过滤器相比较高的废气背压的情况下分析比较结果。本发明还描述了一种用于降低内燃机的微粒排放的相应装置。

Description

用于确定接入内燃机的废气管线的微粒过滤器的加载状态的方法和用于降低内燃机的微粒排放的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定接入内燃机(特别是柴油机)的废气管线的微粒过滤器的加载状态的方法。本发明还涉及一种用于降低内燃机(特别是柴油机)的微粒排放的装置，所述装置包括接入内燃机废气管线的微粒过滤器和用于确定微粒过滤器的加载状态的装置。
背景技术
柴油机的废气管线内接入有用于收集废气流内输送的固体颗粒(特别是炭黑微粒)的微粒过滤器。这样的微粒过滤器必须定期清洁，从而使得由于在微粒过滤器上积累的炭黑而导致的废气背压不过分地升高且因此损害柴油机的工作效率。为将积累的炭黑微粒从微粒过滤器的来流侧表面清除，可触发主动的炭黑氧化，即所谓的炭黑燃烧，或者使所述炭黑氧化在存在合适条件的情况下自发形成。如果微粒过滤器来流的废气温度高于炭黑的燃点且在废气流中输送了充足的氧量，则发生作为后者的自发炭黑燃烧。
在通过主动触发炭黑氧化的微粒过滤器再生的构思中，仅当微粒过滤器具有一定的加载状态时才发生所述触发，因此保证由于在微粒过滤器的来流侧表面上存在充足的积累炭黑量而使得希望的氧化也按计划进行。如果在微粒过滤器炭黑加载过低时触发。则炭黑氧化可能不完全地进行，其结果是在微粒过滤器的一些区域内炭黑未被氧化。因此，由于微粒所导致的废气背压升高，这对于柴油机的经济性和工作效率产生负面影响。由于此原因，在触发过滤器再生之前，通常与主动再生过程相关联地进行微粒过滤器加载状态的确定。为检测微粒过滤器的加载状态，典型地检测微粒过滤器前后的废气流内的压力。基于压力差以及供给到内燃机的空气和燃料的量可根据内燃机的相应特征曲线确定微粒过滤器的当前加载状态。为以此方式确定接入内燃机(特别是柴油机)的废气管线的微粒过滤器的加载状态，需要发动机的特征数据。因此，此方法不适合或仅有限地适合于改装方案或小批量情况，因为在每个系统中必须进行对于各发动机特征数据的匹配。此外，有时在此方法中被视作缺点的是，必须检测为内燃机供给的用于燃烧过程的空气量，因为不总能够提供充分的空间来布置这样的空气体积流量测量设备。
发明内容
由于所讨论的现有技术，本发明所要解决的技术问题在于将前述方法以及前述装置进行改进或扩展，使得也能够不取决于发动机特征数据的提供以及对为内燃机供给的空气量的检测来确定接入内燃机的废气管线的微粒过滤器的加载状态。
此技术问题根据本发明通过前述方法解决，所述方法具有如下步骤：
-确定废气流动方向上微粒过滤器后方的废气体积流量，
-检测废气管线内废气流动方向上微粒过滤器前方所存在的压力，
-将流动方向上微粒过滤器后方确定的废气体积流量与微粒过滤器前方检测的所存在的压力进行比较，和
-在考虑未加载的微粒过滤器的废气背压以及由于微粒过滤器加载导致的与未加载的微粒过滤器相比较高的废气背压的情况下分析比较结果。
涉及本发明装置的技术问题通过前述根据本发明的装置解决，其中加载状态确定装置具有废气管线内在废气流动方向上布置在微粒过滤器前方的用于检测废气管线内所存在的压力的压力传感器和在废气流动方向上布置在微粒过滤器后方的体积流量传感器，所述两个传感器连接到控制单元上以用于分析测量结果。
在此方法中，同时也适用于前述装置，在废气流内且在废气流动方向上在微粒过滤器后方测量或确定体积流量。将体积流量传感器布置在废气管线内的优点是不需要为其提供另外的结构空间。此外，体积流量传感器或其测量体因其布置在微粒过滤器后方而不受污染。这通过将微粒过滤器接在前方而避免了污染。优选地，与在微粒过滤器后方进行体积流量确定同时或几乎同时在微粒过滤器前方检测废气管线内存在的压力。通过将所获得的测量值进行比较，其中通过确定微粒过滤器后方的废气体积流量不仅确定了废气的体积流量，而且在此过程中也检测了静压力，可以确定由微粒过滤器以其加载建立的废气背压。在考虑由微粒过滤器在其未加载状态下提供的废气背压的情况下对此结果进行分析。此量是微粒过滤器特定的已知的量。在考虑此值的情况下针对于由于微粒过滤器加载造成的废气背压分量进行所述分析。在此要考虑到的是，在带有炭黑的微粒过滤器中由微粒过滤器提供的废气背压大于未加载的微粒过滤器。此废气背压分量又是用于微粒过滤器加载的量度，且因此是用于在微粒过滤器的来流侧表面上积累的炭黑量的量度。因此，可以以此方式进行加载状态确定，而无需发动机特征数据或者对向内燃机供给的空气流的体积流量的确定。为能够给此分析提供对应于同一个过滤器加载状态的测量值，体积流量检测和压力检测优选地同时或几乎同时地进行，在任何情况中合适的是仅仅相互有这样一个时间间隔，即在所述时间间隔中可以对应于与内燃机的各运行状态相对应的炭黑积累速度输出基本上不变的炭黑加载。
作为校正量，在分析中引入对应于未加载的微粒过滤器的废气背压。因为此值可能由于已执行的过滤器再生过程所导致的灰分沉积而随时间改变，所以可规定按照时间间隔或与一定的运行状态相耦合地校正或重新标定此值。
为实现一定的测量值冗余且因此实现加载状态确定结果的质量改进，可规定在分析前进行多次废气体积流量确定和相应的多次压力确定，其中在分析中分别使用平均值或加权平均值。平均值的加权可取决于所确定的废气体积流量进行，因为在废气体积流量较大时，即例如在内燃机带负载运行时，可实现较高的测量精度。同时也可以进行多次分析以及在做决定时对平均值或加权平均值的一定操作。
除废气体积流量确定和压力测量外，优选地也进行温度检测，以便可以将所得到的测量值针对于废气管线内存在的温度进行校正。
所述方法和所述装置适用于主动微粒过滤器再生策略。同样，此方法和此装置也可用于在被动再生策略中检查或监测微粒过滤器的加载状态。
附图说明
如下根据实施例参考附图描述本发明。各图为：
图1示出了穿过柴油机的废气管线的示意性纵截面图，所述柴油机带有微粒过滤器和用于确定微粒过滤器加载状态的装置；和
图2示出了沿线A-B穿过废气管线的横截面图。
具体实施方式
在废气管线1内布置了微粒过滤器2，图1中仅给出了废气管线1的截面图，且所述废气管线连接在柴油机上。微粒过滤器2用作从柴油机所排出的废气的过滤器。处于废气流中的固体颗粒、特别是炭黑微粒被微粒过滤器2保留。此类过滤器是充分已知的。
为按照时间间隔通过引入炭黑氧化来使微粒过滤器2再生，为废气管线1对应配设用于确定微粒过滤器2的加载状态的装置。此装置因此用于确定微粒过滤器的来流侧表面上积累的炭黑量。此装置包括压力传感器3，所述压力传感器3在废气流动方向上(通过图1中的粗体箭头指示)连接在微粒过滤器2前方。
布置压力传感器3以测量废气管线的处于微粒过滤器2前方的部分内的静压力。因此，压力传感器3自身布置在废气管线外且通过开口在废气管线内的测量管4与废气管线连接。加载状态确定装置此外包括在废气的流动方向上连接在微粒过滤器2后方的体积流量传感器5。体积流量传感器5具有用作测量体的测量锥体6，其中布置了两个测量位置。测量锥体6在图示的实施例中是在图1中以纵截面图示出的旋转对称体。测量锥体6具有在基本上如图1中可见的逆着废气的流动方向倾斜的锥体上的圆柱形突出7。在所述突出7内形成盲孔8，所述盲孔8又通过测量通道9与压力传感器10连接。压力传感器10用于检测废气在盲孔8内流动时形成的滞止压力(Staudruck)，且因此用于检测通过废气流所提供的总压力。另外的盲孔11布置为开口到测量锥体7的流出侧区域内。所述盲孔11通过测量通道12连接在另外的压力传感器13上。因为位于盲孔11内部的压力传感器13测量位置在流过废气管线的废气的流动投影内，所以在所述压力传感器13上测量了在微粒过滤器2的废气侧存在的静压力。
测量体6在图示的实施例中通过支承体14保持在图中示出的形成废气管线1的管15上。支承体14与管15的内侧焊接。在支承体14内布置了两个形成测量通道9、12的孔。在连接本身的压力传感器10和13之前，测量通道12、13在管15外部分别延伸到测量管16和17内。压力传感器3、10和13都布置在废气管线1外侧且将其测量信号提供到典型地为微处理器的控制单元18。控制单元18将由压力传感器3、10、13获得的测量值根据预定的算法进行分析。此外，一个在图1中未示出的温度测量装置与所述控制单元18相连接，使用所述温度测量装置检测废气管线1内存在的温度。温度在对所获得的测量值的分析中用作校正量。
图1的测量锥体6具有流动技术上起作用的轮廓边缘19。所述轮廓边缘19用于产生涡流且因此积极地支持通过体积流量传感器5的测量值获得，也就是关于为盲孔11对应配设的测量位置检测静压力。
在图2中示出的横截面图中，可见锥体6悬挂在管15内。
为确定微粒过滤器2的加载状态，使用压力传感器3检测在废气管线1内部在微粒过滤器2前方存在的静压力。同时或几乎同时地使用体积流量传感器5执行废气流的体积流量测量。这通过使用压力传感器10检测总压力以及通过压力传感器13检测静压力来进行。在废气流内在微粒过滤器前方和后方存在能量相等的水平的前提下，可将微粒过滤器2前方确定的测量值与其后方确定的测量值直接相互比较。将比较结果进行分析，这例如通过关于由微粒过滤器2及其炭黑加载所产生的废气背压求减来确定。因为未加载的微粒过滤器2的废气背压是已知的，所以可以毫无困难地确定所检测到的废气背压的与炭黑加载相对应的部分。因为与微粒过滤器2的加载相对应的废气背压与积累在微粒过滤器2的来流侧上的炭黑量成比例，所以以此方式得到了反映所积累的炭黑量的值。根据加载状态确定装置在所使用的废气净化系统内的使用，可取决于所确定的加载状态通过控制单元18触发或不触发动作。在图1中示出的实施例中，以未示出的方式在控制单元8上连接了加热装置，使用所述加热装置可提高来流侧的温度以触发过滤器再生。如果检测到的微粒过滤器加载状态超过了预先给定的阈值，则触发加热装置以进行希望的炭黑烧除，且使微粒过滤器2再生。在此将阈值选择为使得在超过该阈值时保证以较高概率进行完全的过滤器再生。根据前述实施例，在确定了充足的炭黑加载时直接启动过滤器再生。因此，在确定加载状态之后的分析单元信号是再生信号。根据替代的构造可规定，除了通过此方法提供的再生信号外，在分析中使用其它的对炭黑再生起到影响的参数(例如发动机的当前运行状态或当前的行驶形式)的相应信号。
在分析中涉及的未加载的微粒过滤器的废气背压在废气净化设备的运行寿命中变化。因为所述废气背压特别地通过连续的灰分积累而升高，所以与个别或每个过滤器的再生相连地执行另外的加载状态确定，以获得已再生的且因此未加载的微粒过滤器的当前废气背压值。因此，在此实施形式中，概念“未加载的微粒过滤器”不仅理解为新出厂的微粒过滤器以及由此新出厂的微粒过滤器提供的废气背压，而且理解为在其寿命中其废气背压通过灰分填充而升高了的微粒过滤器。这样的标定可根据废气净化系统的构造和/或废气净化策略限制于如下过滤器再生，其中，系统侧以很大概率可推断过滤器再生完全地进行，且因此将微粒过滤器的来流侧表面上积累的炭黑全部或几乎全部地氧化。
在附图中在例子中仅描述了本发明的构造。也可构思其他构造，特别是关于体积流量传感器及其测量体的构造。因此，作为图中示出的测量锥体6的替代可毫无困难地使用板体，通过所述板体提供了滞止压力测量位置和在流动投影中的静压力测量位置。
本发明的描述表明，所述方法以及所述装置特别地也在如下柴油内燃机中可整合在废气管线内，在所述柴油内燃机中，与发动机管理的接口和/或与发动机特定特征值的检测的接口不存在或是不可能的。因此，在此方法且在此装置中涉及了可自给自足(autark)运行的系统。这是此方法和此装置为何特别地适用于改装或也适用于做功机械的内燃机的原因。
附图标记列表
1    废气管线
2    微粒过滤器
3    压力传感器
4    测量管
5    体积流量传感器
6    测量锥体
7    圆柱形突出
8    盲孔
9    测量通道
10   压力传感器
11   盲孔
12   测量通道
13   压力传感器
14    支承体
15    管
16    测量管
17    测量管
18    控制单元
19    轮廓边缘

Claims (14)

1.一种用于确定接入内燃机、特别是柴油机的废气管线内的微粒过滤器(2)的加载状态的方法，其特征在于如下步骤：
-确定废气流动方向上微粒过滤器(2)后方的废气体积流量，
-检测废气管线(1)内废气流动方向上微粒过滤器(2)前方所存在的压力，
-将所确定的、流动方向上微粒过滤器(2)后方的废气体积流量与所检测到的、微粒过滤器(2)前方所存在的压力进行比较，和
-在考虑未加载的微粒过滤器(2)的废气背压以及由于微粒过滤器的加载导致的与未加载的微粒过滤器相比较高的废气背压的情况下，对比较结果进行分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在废气流动方向上微粒过滤器(2)后方的废气体积流量的确定和在废气流动方向上微粒过滤器(2)前方的废气管线(1)内存在的压力的检测同时或几乎同时地进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为确定在废气流动方向上微粒过滤器(2)后方的废气体积流量和/或为检测在废气流动方向上微粒过滤器(2)前方的废气管线(1)内存在的压力，分别按照所限定的时间间隔进行多次测量，且对于随后的分析分别使用平均值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在分析中使用测量的加权平均值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：为在微粒过滤器(2)后方进行的体积流量确定，执行用于检测总压力的测量和用于检测静压力的测量，其中，根据此测量结果确定与体积流量确定相关的动压力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：对于微粒过滤器(2)后方的体积流量确定的结果和微粒过滤器(2)前方的压力测量的结果进行温度校正。
7.根据权利要求1至6中一项所述的方法，其特征在于：在确定微粒过滤器的充分的炭黑加载时生成再生信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：只有在除了与必要的炭黑加载相对应的再生信号之外满足一个或多个另外的炭黑再生条件时，才触发用于微粒过滤器再生的再生过程。
9.一种用于降低内燃机、特别是柴油机的微粒排放的装置，所述装置包括接入内燃机的废气管线(1)的微粒过滤器(2)和用于确定微粒过滤器(2)的加载状态的加载状态确定装置，其特征在于：加载状态确定装置具有废气管线(1)内在废气流动方向上布置在微粒过滤器(2)前方的用于检测废气管线内所存在的压力的压力传感器(3)，和在废气流动方向上布置在微粒过滤器(2)后方的体积流量传感器(5)，所述两个传感器(3、5)连接到控制单元(18)上以用于分析测量结果。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：体积流量传感器(5)包括布置在废气管线(1)内的测量锥体，所述测量锥体的纵向轴线平行于废气管线(1)在此部分内的纵向轴线走向，且所述测量锥体以其锥面逆着废气管线(1)内的废气的流动方向布置，其中，位于逆着废气的流动方向的锥体中心内具有用于测量滞止压力的测量位置，且在测量锥体的流动投影内具有用于测量静压力的测量位置。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：测量位置分别通过测量通道(9、12)与布置在废气管线(1)外的压力传感器(10、13)连接。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：测量锥体(6)通过形成测量通道(9、12)之一或二者的支承体(14)保持在废气管线(1)内。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：测量通道(9、12)布置在将测量锥体(6)保持在废气管线(1)内的支承体(14)内。
14.根据权利要求10至13中一项所述的装置，其特征在于：测量锥体(6)在其具有最大直径的径向结束处具有在流动技术上有效的轮廓边缘(19)。
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