CN102084095B - 颗粒过滤器温度调节的适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排气管线(1)的颗粒过滤器在其再生阶段期间通过在该废气中喷入碳氢燃料的温度调节，包括以下步骤：测量颗粒过滤器上的温度(T5)；确定待喷入该废气的碳氢燃料数量(Q_igec)，这个数量包括一个借助于伺服装置的开环回路在不考虑实测温度的情况下确定的第一分量(Q_c1c)，而且该数量包括一个借助于伺服装置的闭环回路在考虑到实测温度的情况下确定的第二分量(Q_c2)，根据第二分量相对于已确定的碳氢燃料数量的幅度，确定第一分量的一个修正项(Kc)，并在伺服装置的开环回路中应用该修正项。

Description

颗粒过滤器温度调节的适应方法

技术领域

本发明要求2008年6月25日提交的法国专利申请书0855119的优先权，其内容(本文，附图和权利要求书)通过引用引作参考。

本发明涉及颗粒过滤器，更具体地说，涉及与在排气管中喷射柴油燃料的系统相联系的颗粒过滤器温度调节方法。

背景技术

为了减少柴油发动机废气的颗粒含量，在柴油发动机出口处利用捕集这些颗粒的过滤器进行废气排放。

这些颗粒积聚在该过滤器中构成碳烟，必须处理这些碳烟，以避免过滤器堵塞。该处理在使过滤器处于使积累的碳烟燃烧的温度下进行。

为了最优地实现该处理，第一种途径是在碳氢燃料中加入把碳烟燃烧温度从600℃降低至450℃用的添加剂。

按照第二种途径，直接把柴油喷入废气。柴油在过滤器的上游在氧化催化器内部的燃烧允许加热该废气，并使该过滤器达到要求的600℃的温度。应该对该温度进行调节，以便把温度维持得尽可能稳定，以便保证快速和有效的再生。

本申请人的登记号为FR07 57789的申请书描述了过滤器入口温度调节方法。该方法与调节颗粒过滤器入口气体温度用的一个开环回路和一个闭环回路，以便保证碳烟的燃烧。开环回路和闭环回路确定喷入排气管的碳氢燃料数量的各自分量。对这些分量进行累计，确定喷入排气管的碳氢燃料数量。

但是这样的调节有一些缺点。事实上，要调节的排气管元件，特别是催化器、不同的温度探测器、空气流量计和碳氢燃料喷射器会老化。排气管的制造同样包含分散性。催化器热效率随着老化而降低，需要向排气管喷射更大的碳氢燃料数量，以保证该再生。正常运行时，正是该闭环回路来补偿这不足的碳氢燃料。由于排气管回路的热惯性，用该闭环回路进行的修正产生效果有点迟缓。为了保证该温度仍旧维持在希望的温度范围内，一个解决方案可以是损害发动机的运行，延长再生阶段。此外，该调节方案可能对导致催化器入口施加非常高的温度，这可能导致其破坏。

发明内容

本发明旨在解决这些缺点中的一个或几个。本发明还提出一种排气管线颗粒过滤器在其再生阶段上通过向废气喷射碳氢燃料进行温度调节的适应方法，包括在颗粒过滤器上测量温度的步骤、确定喷入废气的碳氢燃料数量，这个数量包括伺服装置的开环回路在不考虑实测温度的情况下确定的第一分量，而且这个数量还包括借助于伺服装置的闭环回路在考虑到该实测温度的情况下确定的第二分量，而且根据第二分量相对于已确定的碳氢燃料数量的幅度，确定一个第一分量的修正项，并将该修正项应用于伺服装置的开环回路。

按照一个方案，该方法包括计算一个代表第二分量相对于所喷射的碳氢燃料数量的幅度的指标，当该指标超过一个预定的阈值时，在伺服装置的开环回路中应用该第一分量的修正项。

按照再一个方案，该阈值根据该发动机的至少一个运行参数计算。

按照另一个方案，只有当连续算出的指标的几个值都超过所述阈值时，在该伺服装置的开环回路中才使用该第一分量的修正项。

按照再一个方案，用下列公式计算其指标I：

其中RG为再生持续时间，Q_c2ini和Q_c2是分别在参考时刻和在进展计算期间分别确定的第二分量的流量值，Q_igecini和Q_igec是喷射在参考时刻和在进展计算期间分别确定的废气中的碳氢燃料数量的流量值。

按照再一个方案，该伺服装置的开环回路基于这样一个模型，该指数根据废气流量、位于颗粒过滤器的上游氧化催化器的上游废气温度和在该废气中喷射的碳氢燃料数量估算颗粒过滤器上的温度。

按照一个方案，该方法包括检测发动机的不正常工作情况，并当检测出不正常工作情况时使所使用修正项保持不变。

按照再一个方案，该伺服装置的闭环回路包括一个比例积分调节器。

本发明还涉及设有一个包括颗粒过滤器的排气管线的汽车，它包括向颗粒过滤器的上游排气管线喷射碳氢燃料的装置；测量颗粒过滤器上温度的装置；和计算待喷入废气的碳氢燃料数量的装置，用以调节颗粒过滤器上的温度，包括伺服装置的开环回路，不考虑实测温度并确定所述碳氢燃料数量的第一分量，和包括伺服装置的闭环回路，考虑到该实测温度并确定所述碳氢燃料数量的第二分量。

确定待喷射碳氢燃料数量的计算装置确定第一分量的修正项，并根据第二分量相对于所确定的喷射碳氢燃料数量的幅度在该伺服装置的开环回路中应用该修正项。

附图说明

参照附图阅读以下说明性的而非限制性的描述将会清晰地看出本发明的其他特征和优点，附图中：

●图1示意地举例说明实施本发明的排气管线；

●图2举例说明颗粒过滤器再生的温度调节过程的一个示例；而

●图3示意地举例说明开环回路幅度修正项的应用过程。

具体实施方式

本发明提出一种改变喷入排气管的碳氢燃料数量两个各自的分量的方法。一个由伺服装置的闭环回路考虑到颗粒过滤器上的温度而确定的分量幅度被改变作为伺服装置的开环回路不考虑该温度的情况下确定的一个分量的幅度的函数。

图1举例说明包括排气管线1的柴油发动机9。排气管线1包括排气管收集器2。该废气在用温度探测器7测量的温度T4和一般由未示出的流量计测量的流量Qair下穿过收集器。排气管线包括柴油喷射器3。喷射器3位于氧化催化器4的上游。催化器4位于颗粒过滤器5的上游。当颗粒过滤器再生时进入颗粒过滤器5的空气温度T5应该维持在约600℃的温度，以便允许由这些被捕集的颗粒形成的碳烟的燃烧。为此，借助于喷射器3把柴油喷入排气管。所喷射的碳氢燃料在放热反应时被催化器4氧化。温度探测器6一般在联结氧化催化器4和颗粒过滤器5之间的管道中测量颗粒过滤器5上的温度。

在图2举例说明的控制装置8允许控制碳氢燃料通过喷射器3的喷射，以便当其再生时调节颗粒过滤器5上的温度T5。温度探测器6测量在颗粒过滤器5入口上的废气温度T5。这个温度T5既不应该太高，以致使过滤器和催化器退化或使其过早老化，又不应太低，以致使的燃烧停止并延长过滤器再生的总时间。由于探测器6，过滤器5入口的温度T5是已知的。按照这个探测器6的位置，该温度力求有差别，因为过滤器5核心的温度高于其周边。

控制装置8确定喷入废气的碳氢燃料数量。这个数量在喷射期限过程中是以喷射器3的碳氢燃料流量命令值Q_igec的形式确定的。于是，与该期限相关的流量命令值构成碳氢燃料数量的命令值。要喷射的碳氢燃料流量由两个分量Q_c1c和Q_c2确定。这两个分量的总和相当于流量命令值Q_igec的数值。

第一分量Q_c1c借助于伺服装置的开环回路确定。这个伺服装置的开环回路不考虑探测器测量的温度T5。伺服装置的开环回路用来提供快速响应时间。伺服装置最好用来确定所确定的喷射碳氢燃料数量幅度的85至90％。

伺服装置的开环回路，例如，根据柴油喷射器流量Q_igec、废气温度T4和催化器4上游的废气流量，使用催化器4的热学行为模型。为此，用计算模块83来利用催化器4热学行为模型，计算颗粒过滤器5上温度T5的估计值。

催化器4的热学行为取决于快速调节参数，诸如排气管线1收集器2中的空气流量。实际上，空气流量越高，这个管线1中温度的均质化越快。第二个快速调节参数是排气管线1入口2处的废气温度T4。发动机9产生的这个温度T4急剧上升驱使催化器4入口的温度上升。催化器4入口的温度的这个上升驱使过滤器5温度T5的上升，类似地，使向外部附近耗散的热量上升。除这些快速调节参数外，还存在过滤器温度的缓慢调节参数，其中热量向催化器内部的传播特征影响过滤器温度T5。

专业知识表明，非常近似地，是催化器4内部的碳氢化合物浓度产生温度T5的上升水平。这个浓度由碳氢燃料流量和空气流量之间的比例确定，而且可以在该模型中加以考虑。

计算模块83根据该模型建立流量命令值Qc1。

该第二分量Q_c2是借助于伺服装置闭环回路确定的。伺服装置闭环回路考虑用这些探测器6测量的温度T5。这个温度T5与温度命令值Ct加以比较。例如，温度命令值Ct是600℃。T5和Ct之间的差值用于比例积分调节器81的入口。调节器81根据与这个差值对应的误差确定第二流量分量Q_c2。该调节器81考虑到该差值的比例项和该差值的积分项来确定该第二分量Q_c2。积分项的目标是保证温度T5应尽可能接近温度命令值Ct。

控制装置8包括修正装置84。该修正装置84确定第二分量Q_c2相对于碳氢燃料流量Q_igec的幅度。根据这个幅度，该修正装置84确定一个应用于该第一分量的修正项Kc。这时该修正项应用于伺服装置的开环回路。修正项Kc是流量命令值Q_C1的一个乘法系数，即Q_c1c＝Q_C1*Kc。人们同样可以考虑该修正项应该加入命令值Q_c1。

通过修正由开环回路产生的第一分量的幅度，颗粒过滤器的温度的调节不受排气管线1组件老化、碳氢燃料定量件(例如，定量泵或者喷射器)积垢、温度探测器6和7的漂移或者空气流量计的漂移影响。事实上，第一分量在所喷射的碳氢燃料数量命令值中的比例应该维持不变，使得这些组件的老化不会导致闭环回路计算的第二分量增大的优势(preponderance)。于是，该调节不会经受修正延时的延长。于是，再生阶段的持续时间可能保持不变。此外，催化器4被废气温度短暂过高破坏的危险同样由于该第二分量的幅度受第一分量修正的限制而减小。

当第二分量Q_c2的幅度相对于所喷射的碳氢燃料数量Q_igec增大时，该修正装置84一般使修正项Kc的数值增大。

为了使第一分量Q_c1c中修正项Kc的应用生效，装置84计算代表第二分量Q_c2相对于所喷射的碳氢燃料数量Q_igec的幅度的指标I。该修正项Kc只有当指标I高于一个预定的阈值时才会应用。这时算出的修正项Kc代替先前应用的修正项数值。使新修正项Kc的应用生效的阈值尤其可以根据诸如汽车的速度、发动机的力矩或发动机的状态等发动机运行参数计算。于是，第一分量的适应条件取决于汽车行驶的类型。

于是，可以避免当运行出现暂态条件时不适时地应用新的修正项。为了进一步减少该修正项不适时地改变的危险，同样可以要求该指标连续几次超过所述阈值才使应用新计算修正项Kc生效。事实上，组件的老化或漂移都是一种缓慢的现象，故希望在非常短的时间间隔里不应用新的修正项。

为了避免发动机不正常工作，例如，燃料的外部渗漏或内部泄漏不会导致修正项Kc的错误应用，当检测出这样的不正常工作时，最好维持应用中的修正项。

指标I可以用下列公式计算：

$I=\frac{\underset{\mathrm{RG}}{\∫}(\frac{\mathrm{Qc}2}{\left|\mathrm{Qc}2\right|+Q_{\mathrm{IGEC}}}-\frac{{\mathrm{Qc}2}_{\mathrm{ini}}}{{\left|\mathrm{Qc}2\right|}_{\mathrm{ini}}+Q_{{\mathrm{IGEC}}_{\mathrm{ini}}}})\mathrm{dt}}{\underset{\mathrm{RG}}{\∫}\mathrm{dt}}$

其中RG是再生持续时间，和Q_c2是分别在参考时刻和最近计算时确定的第二分量的流量值，和是分别在参考时刻和最近计算时确定的喷入该废气碳氢燃料数量的流量值。参考时刻的值I可以对应于以前存储的值和汽车起动时读出的值。该指标I基于伺服装置闭环回路的积分部分。该指标的数值越高，伺服装置的开环回路的调整越差。该修正项的数值可以基于指标I。

一般说来，乘法系数Kc是标称值的0.5和1.5之间或者±50％之间。事实上，试验时，有效范围在0.8和1.2之间。

图3示意地表示第一分量的修正项Kc的应用过程。在步骤101，根据Q_c2和Q_igec的值计算指标I。在步骤102期间，阈值S根据诸如发动机速度或发动机转矩等发动机参数计算。在步骤103，指标I与阈值S对比。如果指标I超过阈值S，产生修正项有效信号。在步骤104，根据指标I计算该修正项。若修正项有效信号已经产生，则应用修正项Kc来修正第一分量。

修正项的计算及其应用的生效可以在每次再生结束时实现。若新的修正项有效，则该项可以更新并用于颗粒过滤器的再生。该修正项可以储存在控制器8的非易失存储器中。该修正项可以在需要时更新，特别是当更换催化器时。当用新的催化器更换催化器时，该修正项应该修改，以免过量消耗或排气管温度过高。

装置82最好根据在排气管线1中气体的充足度的明显饱和来修改柴油喷射器的流量命令值。碳氢燃料流量命令值可能在进入(soumise)喷射器3之前饱和。实际上，在伺服装置的开环回路中考虑饱和允许更准确的调节。

这种饱和主要来源于排气管线1中估计的氧浓度。实际上，喷入排气管的碳氢燃料数量受催化器4还原的可能性限制，后者取决于可用的氧数量。

Claims (9)

1.用于在颗粒过滤器（5）再生阶段通过在废气中喷射碳氢燃料调节在排气管线（1）中的颗粒过滤器（5）的温度的方法，包括下列步骤：

●测量颗粒过滤器（5）上的温度（T5）；

●确定待喷入废气中的碳氢燃料数量（Q_igec)，这个数量包括借助于伺服装置的开环回路在不考虑该测量温度的情况下确定的第一分量(Q_c1c)，和这个数量还包括借助于伺服装置的闭环回路在考虑到该测量温度的情况下确定的第二分量（Q_c2）；

●根据第二分量相对于所确定的碳氢燃料数量的幅度，确定第一分量的修正项(Kc)，并在该伺服装置的开环回路中应用该修正项。

2.按照权利要求1的调节方法，其特征在于，包括计算代表第二分量（Q_c2）相对于喷射的碳氢燃料数量(Q_igec)的幅度的指标(I)，当该指标高于一个预定的阈值(S)时，在该伺服装置的开环回路中应用该第一分量的修正项。

3.按照权利要求2的调节方法，其特征在于，该阈值（S）根据发动机的至少一个运行参数计算。

4.按照权利要求2或者权利要求3的调节方法，其特征在于，该第一分量的修正项(Kc)只在当指标(I)连续计算的多个值都超过所述阈值(S)时才应用于伺服装置的开环回路。

5.按照权利要求2的调节方法，其特征在于，该指标I用下列公式计算：

$I=\frac{\underset{\mathrm{RG}}{\∫}(\frac{Q_{c2}}{\left|Q_{c2}\right|+Q_{\mathrm{igec}}}-\frac{Q_{c2\mathrm{ini}}}{\left|Q_{c2\mathrm{ini}}\right|+Q_{\mathrm{igecini}}})\mathrm{dt}}{\underset{\mathrm{RG}}{\∫}\mathrm{dt}}$

其中RG是再生持续时间，Q_c2ini和Q_c2是分别在参考时刻和进展计算期间确定的第二分量的流量值，Q_igecini和Q_igec是分别在参考时刻和进展计算期间确定的废气中的碳氢燃料数量流量值。

6.按照权利要求1的调节方法，其特征在于，该伺服装置的开环回路基于这样一个模型，该模型根据废气流量、位于颗粒过滤器（5）上游的氧化催化器（4）的上游的废气温度，并根据喷入废气的碳氢燃料数量(Q_igec)估算颗粒过滤器上的温度。

7.按照权利要求1的调节方法，其特征在于，包括检测发动机（9）的不正常工作，当检测出不正常工作时使所应用的修正项保持不变。

8.按照权利要求1的调节方法，其特征在于，该伺服装置的闭环回路包括一个比例积分调节器（81）。

9.设有包括颗粒过滤器（5）的排气管线（2）的汽车，包括在颗粒过滤器上游的排气管线中喷射碳氢燃料（3）的装置；计算待喷入废气的碳氢燃料数量以便调节在颗粒过滤器上温度(T5)的装置（8），包括伺服装置的开环回路，所述开环回路不考虑实测温度并确定所述碳氢燃料数量的第一分量(Q_c1c)，和包括伺服装置的闭环回路，所述闭环回路考虑到实测温度并确定所述碳氢燃料数量的第二分量(Q_c2)；

其特征在于，根据该第二分量相对于所确定的喷射的碳氢燃料数量的幅度，确定待喷射的碳氢燃料数量的计算装置确定第一分量的修正项(Kc)，并在该伺服装置的开环回路中应用该修正项。

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