CN102330591A - 一种柴油机尾气过滤器再生点的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种柴油机尾气过滤器再生点的测量装置及测量方法，用于对柴油机汽车尾气过滤器再生点进行判断，以便及时对所述的过滤器进行再生。测量装置包括：进气管、尾气过滤器、压力传感器、电动阀（21、31）、检测压力并判断再生点的压力检测仪，所述的尾气过滤器通过电动阀（21）与进气管连接，所述的压力传感器装在进气管上，其特征是：所述的测量装置还包括具有一定阻力系数的压力参比管，压力参比管通过电动阀（31）与进气管连接。其测量方法是通过交替测量并比较压力参比管与过滤陶瓷的压力从而判断出再生点。其有益效果是：可抵消柴油机工况不同、型号不同、磨损程度不同等因素带来的误差，再生点判断精确，对车辆改装的场合调试方便。

Description

一种柴油机尾气过滤器再生点的测量装置及测量方法

技术领域

一种柴油机尾气过滤器再生点的测量装置及测量方法，用于对柴油机汽车尾气过滤器再生点进行判断，以便及时对所述的过滤器进行再生。

背景技术

现有技术对柴油机尾气排放的颗粒一般采用壁流式陶瓷过滤器进行过滤，当陶瓷过滤器中的颗粒积累到一定量时，即到再生点时，对陶瓷过滤器进行再生，通过加热、燃烧将颗粒清除以便再次进行过滤。所述的再生点必须有一合适的范围，过低燃烧不充分，过高燃烧时会使过滤陶瓷损伤，所述的再生点可通过试验得出。由于过滤陶瓷中的颗粒积累量不能直接测量，所以现有技术对再生点的判断一般通过对柴油机转速、排气温度及陶瓷过滤器的压力差等参数的测量然后计算得出，由于柴油机的工况和柴油机自身的磨损情况不同，对不同的柴油机按照同一计算公式计算得出的颗粒积累量与实际的颗粒积累量有误差，不能精确地判断出再生点。

申请号为2007101398868的发明专利“尾气净化器”，根据行驶距离、柴油机的转数、过滤陶瓷的压力差、柴油机的负荷（柴油机的负荷与排气温度相关）等参数来计算颗粒积累量，将计算结果与一判断值进行比较，确定再生点。为排除计算误差，在颗粒燃烧时测量燃烧温度，将颗粒燃烧最高温度与一设定温度进行比较，当燃烧温度大于设定温度时减小判断值，当燃烧温度小于温度设定时增大判断值，以获得下一次合适的再生点。但对于不同的柴油机在预设判断值时需要在安装尾气净化器后对柴油机运行情况进行多次测试后，才能设定，调试不方便。另外根据颗粒燃烧温度来修正判断值，必须排除影响燃烧温度其他因素，例如颗粒燃烧温度除与颗粒积累量的多少有关外还与燃烧时进气量有关，因此必须有对进气量进行可靠控制的装置，这对原有的柴油机汽车来说，增装该净化器时，还需安装进气量控制装置，安装工作量大、不方便。 

发明内容

针对现有技术不足之处本发明提出一种柴油机尾气过滤器再生点的测量装置及方法，要解决的技术问题是排除柴油机的工况、磨损以及柴油机个体差异等因素带来的再生点计算误差，精确地测量出过滤陶瓷中颗粒积累量是否达再生点；减少传感器的种类，方便安装；在尾气过滤器使用前即可确定判断再生点的设定值，方便调试。

测量装置的结构包括：进气管1、尾气过滤器2、压力传感器4、电动阀21、31、检测压力并判断再生点的压力检测仪5，压力检测仪5的输入端接压力传感器4压力检测仪5的二输出端分别接电动阀21、31，所述的尾气过滤器2通过电动阀21与进气管1连接，所述的压力传感器4装在进气管1上，其特征是：所述的测量装置还包括具有一定阻力系数的压力参比管3，压力参比管3通过电动阀31与进气管1连接。

通过试验得知所述的压力参比管的阻力系数在所述的尾气过滤器达再生点时的阻力系数的100%至110%范围内得出的再生点误差最小。

测量方法是：

压力采样：即先测量尾气过滤器上的过滤压力，然后测量压力参比管上的参比压力，然后再一次测量尾气过滤器上的过滤压力，将两次测量的过滤压力进行比较，如果两者相等则测量的压力值有效，转比值计算步骤，如果两者不等则重复压力采样步骤；

比值计算：即计算有效的过滤压力值与有效的参比压力值的比值K，

K=过滤压力/参比压力；

再生点判断：即将比值K与一设定值K’比较，如果K≧K’表明尾气过滤器达再生点；如果K﹤K’则隔一段等待时间从压力采样步骤开始继续重复上述方法过程。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：根据所述的测量装置的结构可知电动阀21可控制尾气过滤器2中尾气的通、断，电动阀31可控制压力参比管3中尾气的通、断，当电动阀21打开、电动阀31关闭时，压力检测仪5通过压力传感器4测量的压力为过滤压力；当电动阀21关闭、电动阀31打开时，压力检测仪5通过压力传感器4测量的压力为参比压力；压力参比管3不过滤颗粒，压力参比管对尾气的阻力不会变化即其阻力系数不会变化；而尾气过滤器由于过滤颗粒其阻力系数会随时间发生变化；在柴油机工况稳定时即尾气流量、温度不变，交替测量并比较压力参比管与过滤陶瓷的压力，可判断出再生点；由于压力参比管的阻力系数是不变的，所述的参比压力与过滤压力的比较实际是两个阻力系数的比较，因此可抵消柴油机工况不同、个体差异等因素带来的误差，从而使再生点判断精确。

使用的传感器少，对车辆改装的场合来说安装方便。

由于压力参比管的阻力系数为一常数且与尾气过滤器达再生点时的阻力系数有一比例关系，因此在预设判断再生点的设定值时，无需考虑柴油机个体的差异，可以根据过滤陶瓷的规格与压力参比管的尺寸直接确定，无需现场调试。

附图说明

图1为本发明柴油机尾气过滤器再生点测量装置结构示意图。

图2为本发明柴油机尾气过滤器再生点测量装置的压力检测仪结构方框图。

图3为本发明柴油机尾气过滤器再生点测量方法流程图。

图4为图3中f步骤的等待时间自动确定方法流程图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明实施方式：

测量装置的结构包括：进气管1、尾气过滤器2、压力传感器4、电动阀21、31、检测压力并判断再生点的压力检测仪5，所述的尾气过滤器2通过电动阀21与进气管1连接，所述的压力传感器4装在进气管1上，其特征是：所述的测量装置还包括具有一定阻力系数的压力参比管3，压力参比管3通过电动阀31与进气管1连接。

所述的尾气过滤器的阻力系数主要与尾气过滤器中的过滤陶瓷22的颗粒积累量有关，颗粒积累越多阻力系数越大，反之亦然，其阻力系数是一变量；所述的压力参比管的阻力系数主要与压力参比管的变径管32的内径及长度有关，在长度一定时，其内径越小阻力系数越大，反之亦然，当其内径确定后其阻力系数为常量；尾气过滤器达再生点时并且柴油机尾气的流量和温度在此时间段保持不变，尾气流过过滤器产生的压力与尾气流过压力参比管产生的压力的比值应为一常数，该常数可作判断再生点的设定值K’。

压力参比管的阻力系数的取值分别为尾气过滤器达再生点时的阻力系数的0.5、0.8、1.0、1.2、1.5，在试验台架上保持柴油机的扭矩不变，改变柴油机的转速，不同的压力参比管阻力系数与比值K（K=过滤压力/参比压力）试验数据见下表：

转速（转/分）	参比阻力系数=0.5时的K值	参比阻力系数=0.8时的K值	参比阻力系数=1.0时的K值	参比阻力系数=1.2时的K值	参比阻力系数=1.5时的K值
						1000	1.78	1.12	0.98	0.82	0.65
1500	1.95	1.24	0.99	0.84	0.68
						2000	2.01	1.38	1.01	0.87	0.69
3000	2.25	1.40	1.02	0.89	0.74
						标准值	2.00	1.25	1.00	0.834	0.667
最大误差	12.5%	11.2%	2.0%	6.8%	11.1%

由此可见当压力参比管的阻力系数与尾气过滤器达再生点时的阻力系数相接近时，在尾气过滤器达再生点时改变柴油机的功率，测量出的过滤压力与参比压力的比值K几乎不变，说明对柴油机工况变化带来的误差能充分抵消。在本实施例中压力参比管的阻力系数为尾气过滤器达再生点时的阻力系数的100%—110%

现对照流程图图3说明压力测量与再生点判断的步骤：

a、打开电动阀21、关闭电动阀31，使尾气仅通过尾气过滤器，测量的压力为过滤压力；

b、打开电动阀31、关闭电动阀21，尾气仅通过压力参比管，测量的压力为参比压力；

c、再次测量过滤压力；

d、比较a步骤与c步骤所测量的过滤压力是否相等，如果a步骤、c步骤所测量的过滤压力不等则继续重复a、b、c步骤；如果a步骤、c步骤所测量的过滤压力相等转到e步骤；a步骤、c步骤所测量的过滤压力相等说明在a、b、c步骤的时间段中柴油机尾气的流量和温度没有发生变化，

e、将所测量的过滤压力与参比压力按式“K=过滤压力/参比压力”计算后，将比值K与设定值K’进行比较，如果K﹤K’则执行f步骤即隔一段等待时间继续重复a、b、c、d、e步骤；如果K≧K’参比压力则说明尾气过滤器达再生点，发出再生信号，再生点测量判断过程结束。

f步骤所述的等待时间应有一合适的范围，原因是当尾气过滤器中的颗粒积累量小于且接近再生点时，在所述的等待时间内尾气过滤器中的颗粒量还在继续增加，如果等待时间过长，会使尾气过滤器中的颗粒量过多而超出再生点允许的偏差范围（所述的偏差范围一般为再生点的±10%）；实际运行时压力参比管的阻力系数调整为比尾气过滤器达再生点时阻力系数高10%，等待时间取3-5分钟不至于使尾气过滤器中陶瓷的颗粒积累量过多而超差。

需要说明的是：在b步骤中尾气是通过压力参比管直接排入大气，但b步骤所需的时间很短不到2秒而f步骤所述的等待时间为3-5分钟，因此b步骤对大气的污染可忽略。

为减少b步骤发生的次数以及减小再生点的判断误差，对f步骤人为规定等待时间的方法改为按过滤陶瓷中的颗粒积累量来产生等待时间，思路是：对过滤压力的瞬时值进行积分运算，即每隔Δt时间测量一次过滤压力，Δt为50毫秒—500毫秒，对所测量的过滤压力值累加，累加结果与一设定值t比较，当两者相等时对累加结果清0。这样在过滤初期，过滤陶瓷的颗粒积累量少，过滤压力小，过滤压力累加值的增加速率小，达到设定值t的时间就长，所述的等待时间相应地也长，相对应地b步骤发生的次数减少；在过滤后期，过滤陶瓷的颗粒积累量多，过滤压力大，过滤压力累加值的增加速率大，达到设定值t的时间就短，所述的等待时间相应地也短，减小再生点的判断误差。改进后的f步骤用标号f’表示。

现对照流程图图4说明f’步骤：

a1’、打开电动阀21、关闭电动阀31，使尾气仅通过尾气过滤器；

a2’、定时Δt时间 ；

a3’、测量过滤压力；

a4’、测量的过滤压力值累加；

a5’、 如果过滤压力累加值≧设定值t转a6’步骤，如果过滤压力累加值﹤设定值t转a2’步骤；

a6’、令累加值为0；

在a2’步骤中定时时间Δt为100毫秒

所述设定值t确定的方法是：根据过滤陶瓷的容积确定相应的柴油量，该油量被柴油机烧尽时，可在过滤陶瓷中产生达到再生点时的颗粒量；从干净的陶瓷过滤开始，到达再生点时结束，在此过程中按Δt时间间隔测量过滤压力（所述的Δt时间的长短应与a2’步骤中定时时间Δt相等），对所测量的过滤压力值累加，在过滤压力累加值的1/5至1/4的范围段内选择设定值t。

柴油机在额定转速、额定功率的工况下，f步骤规定的等待时间取4分钟，采用改进后的f’步骤，过滤初期的等待时间为12分钟左右，过滤后期的等待时间为2分钟左右，b步骤发生次数为4—5次。

上述的压力测量与再生点的判断，可由压力检测仪5自动完成。图2为压力检测仪5的结构方框图，压力检测仪5的输入端接压力传感器4，压力检测仪5的二输出端接电动阀21、31；压力检测仪5主要包括：将压力传感器的信号电流转换成电压信号的“电流/电压转换单元”、将电压信号转换成数字信号的“数/模转换单元”、由单片机和使单片机工作的振荡电路、复位电路组成的“单片机系统”，将单片机输出信号进行功率放大驱动电动阀的“功率放大单元”，所述的单片机内装有执行a步骤至e步骤的程序，再生点经判断得出后，单片机输出一信号提示对过滤陶瓷进行再生。

Claims (7)

1.一种柴油机尾气过滤器再生点测量装置，包括进气管(1)、尾气过滤器(2)、压力传感器(4)、电动阀(21、31)、检测压力并判断再生点的压力检测仪(5)，压力检测仪（5）的输入端接压力传感器（4）、压力检测仪（5）的二输出端分别接电动阀（21、31），所述的尾气过滤器(2)通过电动阀(21)与进气管(1)连接，所述的压力传感器(4)装在进气管(1)上，其特征是：所述的测量装置还包括具有一定阻力系数的压力参比管(3)，压力参比管(3)通过电动阀(31)与进气管(1)连接。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是：所述的压力参比管的阻力系数为所述的尾气过滤器达再生点时的阻力系数的100%至110%中一个。

3.一种根据权利要求1所述的柴油机尾气过滤器再生点测量装置的测量方法，其步骤是：

压力采样：即先测量尾气过滤器上的过滤压力，然后测量压力参比管上的参比压力，然后再一次测量尾气过滤器上的过滤压力，将两次测量的过滤压力进行比较，如果两者相等则测量的压力值有效，转比值计算步骤，如果两者不等则重复压力采样步骤；

比值计算：即计算有效的过滤压力值与有效的参比压力值的比值K，

K=过滤压力/参比压力；

再生点判断：即将比值K与一设定值K’比较，如果K≧K’表明尾气过滤器达再生点，测量结束；如果K﹤K’则隔一段等待时间从压力采样步骤开始继续重复上述方法过程。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征是：所述的等待时间为3—5分钟。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征是：所述的等待时间可按下列步骤自动产生：

a1’、打开电动阀(21)、关闭电动阀(31)；

a2’、定时Δt时间；

a3’、测量过滤压力；

a4’、测量的过滤压力值累加；

a5’、如果过滤压力累加值≧设定值t转a6’步骤，否则转a2’步骤；

a6’、令累加值为0。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征是所述设定值t确定的方法是：根据过滤陶瓷的容积确定相应的柴油量，该油量被柴油机烧尽时，可在过滤陶瓷中产生达到再生点时的颗粒量；从干净的陶瓷过滤开始，到达再生点时结束，在此过程中按Δt时间间隔测量过滤压力，对所测量的过滤压力值累加，在过滤压力累加值的1/5至1/4的范围段内选择设定值t。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的测量方法，其特征是：所述的Δt时间为100毫秒。

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