CN102454461B - 用于确定机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法，包括：计算名义积聚效率；确定微粒质量通量；计算存储的碳烟质量、未燃烧的燃料和存储的灰的体积；确定微粒过滤器两侧的压差；产生存储在过滤器中的细尘的极限函数；产生存储的细尘的估算值；如果存储的细尘的估算值在极限函数的外面，则通过从存储的细尘的估算质量减去极限函数的极限并除以适配时间率以产生适配信号；通过适配信号改变估算的收集的细尘的质量平衡或者碳烟燃烧的速率；计算过滤器下游的碳烟质量通量；计算积聚效率的适配速率；通过积分的积聚效率的适配速率对名义积聚效率进行修正。所述方法可提高机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率。

Description

用于确定机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法。
背景技术
诸如柴油机微粒过滤器(DPF)的微粒过滤器收集在排气流经它的孔壁时进入的碳烟。随着越来越多的碳烟装载在过滤器中，过滤器元件两侧的压降增加，所述压降还取决于排气的空气质量流和过滤器材料的性能(具体为空隙率)。这样，能够通过测量或者估算过滤器元件两侧的压降和空气质量流来确定碳烟的积聚的质量。
通常，用于计算在微粒过滤器中积聚的碳烟的质量的两种方法是已知的，第一是前馈控制，第二是反馈。
在通过反馈或者闭环控制回路进行估算的情况下，通过减去因气流通过过滤器时产生的摩擦而造成的压力损失来修正在过滤器两侧测得的压差。随后利用过滤器元件上游的压力和温度来计算通过过滤器元件的空气质量流。估算微粒过滤器中灰的含量。最后，根据修正的压差、空气质量流和积聚的灰的估算值来计算碳烟的积聚的质量。
在实施中，所述方法求助于特征曲线，其中针对预定碳烟载荷在试验台上产生各特征曲线。此处，最低阈值限定了泄漏的或者损坏的过滤器。位于机动车辆中的控制器计算出相对于预定载荷曲线的压差和空气质量流的测得的值对或者计算的值对的位置。如果值对的位置低于最低阈值，则产生诊断信息，表明过滤作用低于诊断阈值。所述算法不可能识别过滤效率的迟缓恶化。
发明内容
本发明的目的是提高机动车辆的微粒过滤器的过滤效率。
根据本发明通过权利要求1的特征实现目的。从属权利要求限定了本发明的有利的改进。
根据本发明的第一方面，用于确定机动车辆的排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法包括以下步骤：
根据在先前时间点存储的碳烟质量、存储的灰的体积和基体的壁温度计算出名义积聚效率；
确定微粒过滤器上游的微粒质量通量；
通过积聚效率、基体温度和微粒质量通量计算出存储的碳烟质量、未燃烧的燃料和存储的灰的体积；
确定微粒过滤器两侧的压差，其中考虑了空过滤器的基本压降和/或存储的碳烟的总质量和空气质量流对压降的影响和/或存储在壁孔中的碳烟和空气质量流对压降的影响和/或存储的灰的体积和空气质量流对压降的影响和/或存储的易挥发的组分和空气质量流对压降的影响；
通过在过滤器两侧测得的压降和空气质量流产生存储在过滤器中的细尘或者微粒的极限函数；
通过确定的压差和空气质量流产生存储的细尘的估算值；
如果存储的细尘的估算值位于极限函数之外，则通过从存储的细尘的估算质量减去极限函数的极限并除以适配时间率以产生适配信号；
通过适配信号改变估算的收集的细尘的质量平衡或者碳烟燃烧的速率；
根据收集的细尘、壁温度和碳烟燃烧的适配速率计算出过滤器下游的碳烟质量通量；
根据确定的过滤器上游的微粒质量通量和下游的微粒质量通量计算出积聚效率的适配速率；
通过积分的积聚效率的适配速率对名义积聚效率进行修正。
根据本发明的方法包括基于积聚的碳烟质量的连续适配程序来确定在微粒的积聚中的过滤效率的算法。该算法在预期相关范围的极限内利用反馈进行估算。该方法还能够识别过滤效率的缓慢或者逐渐的恶化。这样，可以更好、更全面地对微粒过滤器进行监测，这样可以改善排气后处理装置的操作。
极限函数可以具有最小极限和最大极限。通过两个极限，极限函数能够简单且精确地适于相应的情况。
确定的压差可以被延时和/或被低通过滤器过滤。延时可以考虑到达下游的传感器的位置的传播时间，同时低通过滤考虑了传感器模型的时间常数。所述测量允许改进建模。
如果积聚质量低于空过滤器的低的阈值并且如果壁温度在约200℃和约400℃之间，则可以计算过滤器下游的碳烟质量通量。在所述条件下，能够以简单可靠的方式计算过滤器下游的碳烟质量通量。
通过下游的负微粒质量通量除以确定的上游微粒质量通量并除以适配时间常数，可以计算出积聚效率的适配速率。通过适配时间常数，能够以简单的方式使积聚效率的适配速率适于排气后处理系统的不同的模式、状态或特性。
为了获得碳烟质量通量和确定的上游微粒质量通量的高可靠性，可以选择适配时间常数以使得快速进行适配。
积分的积聚效率的适配速率或者修正的积聚效率可以存储在非易失性存储器中。因为修正值是已经可以获得的，因此这允许即使在机动车辆刚刚重新起动之后也能改善排气后处理系统的操作。
如果积聚效率低于阈值则可以产生诊断信息。低于限定阈值和新的可适配的阈值或者新的被校准的阈值的积聚效率表明微粒过滤器严重老化或者损坏，过滤器的使用寿命的预期值较短。诊断信息可以指出应该更换微粒过滤器和/或何时更换微粒过滤器。
附图说明
下面基于附图将更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的用于确定机动车辆的排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法的流程图。
图2示出过滤器下游的碳烟质量通量的计算的图。
图3示出积聚效率的适配效率的计算的图。
图4示出该方法的实施结果的图。
具体实施方式
附图仅用于本发明的解释说明，并不是限定本发明。附图以及各个部分不必按照比例绘制。相同的附图标记用于指相同或相似的部分。
图1示出根据本发明的用于确定机动车辆的排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法的流程图。
在步骤1中，根据在先前时间点存储的碳烟质量、存储的灰的体积和基体的壁温度计算出名义积聚效率。先前时间点可以是该方法的过程中的前面的步骤或前面的时间点，或者是在机动车辆停下之前存储在非易失性存储器中的值。碳烟质量包括总碳烟质量以及存储在基体壁的孔中的碳烟质量。基体的壁温度可以是测得的或者估算的。
在接下来的步骤2中，确定微粒过滤器上游的微粒质量通量。可以直接测得或者计算出微粒质量通量。微粒质量通量包括可溶有机组分(例如，诸如未燃烧的燃料等的易挥发组分)的质量通量以及不溶有机组分(例如碳烟、灰等)。可以使用布置在上游的微粒或固体传感器直接测量这些污染物的通量。
在步骤3中，通过积聚效率、基体温度和微粒质量通量计算出存储的碳烟质量、未燃烧的燃料和存储的灰的体积。存储的碳烟质量考虑了沉积在壁中以及管道中的碳烟的质量。
在步骤4中，确定微粒过滤器两侧的压差。为此，考虑随空气质量流和基体的壁温度变化的基本压降。基本压降表示空过滤器的影响。存储的碳烟(其包括在壁的孔中以及在管道的表面上的沉积物)的总质量和空气质量流对压降有进一步的影响。考虑了存储在壁孔中的碳烟和空气质量流对压降有进一步的影响。还有存储的灰的体积和空气质量流对压降有进一步的影响。存储的易挥发的组分(例如未燃烧的燃料)和空气质量流对压降有最终的影响。上面定义的各影响、上面定义的影响中的几个或者上面定义的影响中的全部可用于确定微粒过滤器两侧的压差。可以根据所需的准确性、可获得的测量值和/或排气系统的独特性来决定使用哪些影响。
在步骤5中，产生存储在过滤器中的细尘的极限函数。这通过在过滤器两侧测得的压降和空气质量流而获得。极限函数包括最大极限和最小极限。
在步骤6中，产生存储的细尘的估算值。为此，确定的压差经受延时、被例如低通过滤器过滤，并且与空气质量流一起用于产生存储的细尘的估算值。
然后在步骤7中，将估算值与最大极限和最小极限进行比较。如果估算值在极限函数内，也就是说高于最小极限或者低于最大极限，则分支程序返回至该方法的起点，例如返回至步骤1。
如果存储的细尘的估算值在极限函数之外，也就是说，高于最大极限或者低于最小极限，则在步骤8中产生适配信号。
从存储的细尘的估算质量减去相关极限并且除以适配时间率以产生适配信号。适配时间率随壁温度和空气质量流而变化。
在步骤9中，适配信号被用于在出现低于550℃的低的壁温度时对估算的积聚的细尘的质量值进行直接修正，或者在出现高于550℃的高的壁温度时改变碳烟燃烧的速率。
在下面的步骤10、11和12中，计算出用于积聚效率的算法。
在步骤10中，如图2所示，根据积聚的细尘、壁温度和碳烟燃烧的改变速率计算出过滤器下游的碳烟质量通量。如果积聚的质量低于低的阈值(这是空过滤器的情况)并且如果壁温度在约200℃的下限(用于蒸发易挥发的未燃烧的燃料组分所需的温度)与约400℃的上限(用于确保碳烟不发生燃烧所需的温度)之间，则进行所述计算。在这些条件下，过滤器下游的碳烟质量通量取决于碳烟改变率，使得如果出现负改变则将所述碳烟改变率设定为等于碳烟质量改变的绝对值。否则，所述碳烟改变率设定为零。
在过滤器下游的位置使用传感器对细尘直接测量的情况下，直接从测得的信号计算出细尘的速率。然后利用传感器元件的周期性再生通过对用于积分细尘测量的所测得的信号进行求导计算出该速率。
在步骤11中，如图3所示，根据确定的过滤器上游的微粒质量通量和下游的微粒质量通量计算出积聚效率的改变速率。
通常，通过下游的负微粒质量通量除以确定的上游的微粒质量通量并除以适配时间常数计算出积聚效率的改变速率。为了获得碳烟质量通量和确定的上游的微粒质量通量的高可靠性，选择适配时间常数以使得快速进行适配。碳烟质量通量或者碳烟质量通量的适配信号基本上取决于随着空气质量流而变化的微分压力测量的准确程度。此外，可靠性取决于内燃机的操作点。
相似的情况适应于直接测量细尘的情况；然后，测量的准确性取决于温度窗口(为了确保诸如水蒸汽和未燃烧的燃料等可溶物质冷凝，温度窗口应该高于阈值)，并且取决于针对传感器的准确性而测得的微粒质量通量的速率。
在步骤12中，积聚效率的改变速率被积分，然后用于修正在步骤1中计算出的名义积聚效率。修正值，也就是说，修正过的名义积聚效率或者积分的积聚效率的改变速率随后被存储在非易失性存储器中，从而可以在重新起动机动车辆的情况下直接获得。
如果积聚效率低于阈值，这表明微粒过滤器被过度使用或者出现问题，此后产生诊断信息。通过诊断信息，可以更换微粒过滤器，由此确保排气系统永久可靠的运行。
图4示出根据本发明的上述用于确定机动车辆的排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法的实施的示例。
在约280秒处过滤器被突然破坏。在图4的第一个图中，存储的碳烟的质量开始时被调整为零。在图4的第二个图中能够看见在约280秒处所述适配信号为负偏离。图4的第三个图最后示出积聚效率的正规化数值从1改变为0，这表明过滤器完全失效。

Claims (8)

1.一种用于确定机动车辆排气系统中的微粒过滤器的过滤效率的方法，具有以下步骤：
根据在先前时间点存储的碳烟质量、存储的灰的体积和基体的壁温度计算出名义积聚效率；
确定所述微粒过滤器上游的微粒质量通量；
通过所述积聚效率、所述基体温度和所述微粒质量通量计算出存储的碳烟质量、未燃烧的燃料和存储的灰的体积；
确定所述微粒过滤器两侧的压差，其中考虑了空过滤器的基本压降和/或存储的碳烟的总质量和空气质量流对压降的影响和/或存储在壁孔中的碳烟和空气质量流对压降的影响和/或存储的灰的体积和空气质量流对压降的影响和/或存储的易挥发的组分和空气质量流对压降的影响；
通过在过滤器两侧测得的压降和空气质量流产生存储在过滤器中的细尘的极限函数；
通过确定的压差和空气质量流产生存储的细尘的估算值；
如果存储的细尘的估算值位于极限函数之外，则通过从存储的细尘的估算质量减去极限函数的极限并除以适配时间率以产生适配信号；
通过适配信号改变估算的收集的细尘的质量平衡或者碳烟燃烧的速率；
根据收集的细尘、壁温度和碳烟燃烧的适配速率计算出过滤器下游的碳烟质量通量；
根据确定的过滤器上游的微粒质量通量和下游的微粒质量通量计算出积聚效率的适配速率；
通过积分的积聚效率的适配速率对所述名义积聚效率进行修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述极限函数具有最小极限和最大极限。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定的压差被延时和/或被低通过滤器过滤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中如果积聚质量低于空过滤器的低的阈值并且如果壁温度在约200℃和约400℃之间，则计算过滤器下游的碳烟质量通量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过下游的负微粒质量通量除以确定的上游的微粒质量通量并除以适配时间常数，计算出积聚效率的适配速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中为了获得碳烟质量通量和确定的上游的微粒质量通量的高可靠性，选择适配时间常数以使得快速进行适配。
7.根据权利要求1所述的方法，其中积分的积聚效率的适配速率存储在非易失性存储器中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中如果积聚效率低于阈值则产生诊断信息。
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