CN102797536A - 确定颗粒过滤器的负载的方法 - Google Patents

确定颗粒过滤器的负载的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102797536A
CN102797536A CN2012101654390A CN201210165439A CN102797536A CN 102797536 A CN102797536 A CN 102797536A CN 2012101654390 A CN2012101654390 A CN 2012101654390A CN 201210165439 A CN201210165439 A CN 201210165439A CN 102797536 A CN102797536 A CN 102797536A
Authority
CN
China
Prior art keywords
particulate filter
rate
determining
regeneration
particulate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101654390A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102797536B (zh
Inventor
M.孙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN102797536A publication Critical patent/CN102797536A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102797536B publication Critical patent/CN102797536B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1606Particle filter loading or soot amount
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

当流体地联接到内燃发动机时,颗粒过滤器被监测颗粒物质负载。颗粒过滤器的监测通过以下步骤实现:确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率、颗粒过滤器内的颗粒物质捕获速率、颗粒过滤器的再生速率、以及颗粒过滤器中收集的颗粒物质的量。

Description

确定颗粒过滤器的负载的方法
技术领域
本发明涉及排气后处理系统。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本发明有关的背景信息。因而,这种陈述不旨在构成承认现有技术。
用于管理和处理排气供应流的已知后处理系统包括从供应流去除颗粒物质(例如,成分碳颗粒)的颗粒过滤器装置。颗粒过滤器装置的已知应用包括稀于化学计量比操作的内燃发动机,包括例如压缩点火(柴油)发动机和稀燃火花点火发动机。已知颗粒过滤器装置可使用高温排气在特定时间段内再生,而与负载无关。
发明内容
当流体地联接到内燃发动机时,颗粒过滤器被监测颗粒物质负载。颗粒过滤器的监测通过以下步骤实现:确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率、颗粒过滤器内的颗粒物质捕获速率、颗粒过滤器的再生速率、以及颗粒过滤器中收集的颗粒物质的量。
方案1. 一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定颗粒过滤器的再生速率;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率和所述再生速率相对应。
方案2. 根据方案1所述的方法,其中,捕获速率根据产生速率和颗粒过滤器的过滤器效率来确定。
方案3. 根据方案1所述的方法,其中,确定再生速率包括:确定与第一反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率和确定与第二反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率。
方案4. 根据方案3所述的方法,其中,第一反应包括碳和氧的反应。
方案5. 根据方案4所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定氧转化效率。
方案6. 根据方案4所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定与再生效率有关的排气供应流温度增加。
方案7. 根据方案6所述的方法,其中,确定排气供应流温度增加包括确定与颗粒过滤器内的颗粒物质的着火点相对应的着火点极限值。
方案8. 根据方案7所述的方法,还包括:操作发动机以将排气供应流温度保持低于着火点极限值。
方案9. 根据方案7所述的方法,其中,确定着火点极限值包括在再生事件期间响应于颗粒过滤器的再生速率修正着火点极限值。
方案10. 根据方案3所述的方法,其中,第二反应包括碳和二氧化氮的反应。
方案11. 根据方案10所述的方法,其中,确定与碳和二氧化氮的反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率包括确定与碳烟温度和二氧化氮气体流率浓度相对应的二氧化氮转化效率项。
方案12. 根据方案11所述的方法,其中,确定二氧化氮转化效率项包括根据包括第一和第二表的预定标定值来确定二氧化氮转化效率项,其中:
第一表包括与二氧化氮倍增因数和碳烟温度相关的二氧化氮基本转化效率的预定标定值;以及
第二表包括与二氧化氮基本转化效率和二氧化氮气体流率浓度相关的二氧化氮转化效率的预定标定值。
方案13. 一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率;
确定与碳和二氧化氮的反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率和所述再生速率相对应。
方案14. 根据方案13所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定氧转化效率。
方案15. 根据方案14所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定与颗粒过滤器内的颗粒物质的着火点相对应的着火点极限值。
方案16. 根据方案15所述的方法,还包括:操作发动机以将排气供应流温度保持低于着火点极限值。
方案17. 一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率,所述第一再生速率与预定氧转化效率相对应;
确定与碳和二氧化氮的反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率,所述第二再生速率与预定二氧化氮转化效率相对应;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率以及所述第一和第二再生速率相对应。
方案18. 根据方案17所述的方法,其中,所述预定二氧化氮转化效率根据二氧化氮基本转化效率与二氧化氮气体流率浓度的预定对应关系来确定。
方案19. 根据方案18所述的方法,其中,所述基本转化效率根据碳烟温度与二氧化氮倍增因数的预定对应关系来确定。
附图说明
现在通过示例的方式参考附图描述一个或多个实施例,在附图中:
图1图示根据本发明构造的发动机和排气后处理系统以及附随控制系统;
图2图示了根据本发明的计算流程图,示出了输入以及输入相对于确定主动化学反应速率的关系;
图3以图形的方式示出了根据本发明的氧转化效率根据碳烟温度Tsoot和O2倍增输入ξO2而变的关系;
图4示意性地图示了根据本发明的计算流程图,示出了输入以及输入相对于确定被动化学反应速率的关系;
图5以图形的方式示出了根据本发明的NO2转化效率表、NO2基本转化效率、以及二氧化氮气体流率的浓度之间的关系;
图6以图形的方式示出了根据本发明的NO2基本转化效率、碳烟温度、以及NO2倍增输入之间的关系;
图7图示了根据本发明的试验测试数据,包括在与主动再生持续时间开始相对应的指定时间内的碳烟负载和颗粒过滤器入口温度;和
图8图示了根据本发明的在一定时间内的碳烟量,其中,左竖直轴线是发动机操作的燃烧开始和被动再生过程的开始。
具体实施方式
现在参考附图,其中,附图仅仅是为了图示某些示例性实施例且不是为了限制于此,图1示意性地图示发动机10和排气后处理系统45以及包括控制模块5的附随控制系统。排气后处理系统45流体地联接到内燃发动机10的排气歧管39。
发动机10包括以稀于化学计量比空气-燃料比操作以产生可传输给传动系的机械功率的多缸直接喷射四冲程内燃发动机。空气进气系统将进气空气引导给进气歧管29,进气歧管29将空气引导并分配到进气通道中到达发动机10的每个燃烧室。空气进气系统包括空气流管道系统和装置,用于监测和控制发动机进气空气流。所述装置优选包括用于监测通过发动机10的空气质量流量和进气空气温度的空气质量流量传感器32。其它发动机控制装置包括例如用于控制至发动机10的空气流的节气门阀。排气歧管39将排气供应流引导给排气后处理系统45。
排气后处理系统45包括配置成从排气供应流去除颗粒物质的颗粒过滤器70。第一后处理装置50在第二后处理装置60的上游。颗粒过滤器70是设置在第一和第二后处理装置50和60下游的第三后处理装置。第一后处理装置50包括氧化催化剂,第二后处理装置60包括选择性催化还原装置。后处理装置50、60和70作为排气系统45的一部分流体地连接以处理发动机排气。
排气后处理系统45配备有监测排气供应流的多个传感装置。所述传感装置优选包括可操作监测从发动机10输出的排气供应流的宽范围空气-燃料比传感器40。第一温度传感器42监测颗粒过滤器70上游的排气供应流的温度。第一压力传感器44监测颗粒过滤器70上游的排气供应流的压力。第二压力传感器46监测颗粒过滤器70下游的排气供应流的压力。第二温度传感器48监测颗粒过滤器70下游的排气供应流的温度。传感装置由控制模块5监测。第一和第二温度传感器42和48以及第一和第二压力传感器44和46在一个实施例中显示为独立部件,但是本发明并不如此限制。此外,第一和第二压力传感器44和46可以用包括可操作监测颗粒过滤器70的入口和出口之间的压力差且可操作监测颗粒过滤器70的入口压力的单个传感器的差压传感系统取代。第一压力传感器44可以是歧管绝对压力传感器。在一个实施例中可以省去第二压力传感器46。传感器的配置是一个实施例的说明且不意在限制性的。
控制系统包括在控制模块5中执行的一组控制例程,包括控制方案105以监测颗粒过滤器70。控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选为微处理器)和相关存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其他合适部件中的一个或多个的任何合适一种或各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语指的是任何控制器可执行指令组,包括标定值和查询表。控制模块具有被执行用来提供需要功能的一组控制例程。例程例如通过中央处理单元执行,并可以操作用来监测来自传感装置和其它联网控制模块的输入且执行控制和诊断例程来控制致动器的操作。例程可以以规则间隔或循环执行,例如在持续发动机和车辆操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替代地,例程可以响应事件的发生而执行。控制系统还可能能够控制发动机10的操作,包括控制以优选空气-燃料比操作,以实现与操作者请求、燃料消耗、排放物和驾驶性能有关的性能参数,进气空气流被控制以实现优选空气-燃料比。发动机控制可包括定期地控制发动机操作以再生颗粒过滤器70。控制模块5还信号地连接到操作者接口,用于与操作者通信。
颗粒过滤器70包括具有入口58和出口59的金属壳体51,其提供用于设置在入口58和出口59之间的基底64的结构壳体。入口58流体地连接到第二后处理装置60的出口。出口59流体地连接到排气系统的其余部分。绝缘支撑材料52包绕基底64且在金属壳体51内机械地支撑并紧固基底64。绝缘支撑材料52还提供密封功能,以确保排气供应流通过基底54从入口58流向出口59。基底64可以用涂层材料56涂覆,在一个实施例中显示为涂覆在基底64的入口侧上。优选涂层材料可以包括氧化铝基涂层或锆基涂层,且可包括催化剂金属,例如铂、钯、铑和铈。
基底64优选具有由挤压堇青石形成的蜂窝结构,具有平行于入口58和出口59之间的轴线形成的多个平行流动通道62。由挤压堇青石在流动通道62之间形成的基底64的壁是多孔的。每个流动通道62优选在一端封闭。优选地,流动通道62以棋盘方式在面向入口58的过滤器基底60的端部处和在面向出口59的过滤器基底60的端部处交替地封闭。在发动机操作期间,由于在入口58和出口59之间的排气供应流的压力差,交替封闭的流动通道62使得排气供应流随着排气从入口58流向出口59而流经基底64的多孔壁。排气供应流流经基底64的多孔壁用于将颗粒物质过滤或剥离出排气供应流且使得排气供应流紧邻涂层。替代地,其它过滤基底可以取代具有本文所述的壁流式设计的基底64使用。
控制方案105监测发动机操作、排气供应流和颗粒过滤器70,以监测碳烟生成和检测何时需要颗粒过滤器70的再生。再生是去除由颗粒过滤器70捕获的颗粒物质的过程。颗粒过滤器再生的已知策略包括通过使用修正空气/燃料比控制方案、氧化催化剂和/或加热元件增加排气供应流中的温度而燃烧颗粒过滤器70中所捕获颗粒物质。控制模块5使用与表示碳烟生成的参数有关的预定标准来执行再生颗粒过滤器70的指令。表示碳烟生成的参数包括例如发动机运行时间、驾驶里程、燃料消耗、排气压力变化和其它标准,且可以用于产生碳烟生成模拟模型。碳烟生成模拟模型可以使用表示碳烟生成的参数中的一个或多个执行。
控制模块5使用碳烟负载模型205来监测碳烟生成模拟模型,以确定收集在颗粒过滤器70中的颗粒物质的量。控制模块5使用碳烟负载模型205来确定何时需要再生事件、再生事件的持续时间和再生温度。碳烟负载模型205包括上限碳烟负载阈值和下限碳烟负载阈值。上限碳烟负载阈值确定这样的点,高于该点,再生事件基于碳烟负载特性开始。下限碳烟负载阈值确定下限,低于该下限,再生事件基于碳烟负载特性终止。上限碳烟负载阈值和下限碳烟负载阈值两者都可以在安装之前针对特定应用根据试验数据确定,或者可以在碳烟负载模型205内确定。控制模块5发送开始再生事件的指令和终止再生事件的指令。
当由碳烟负载模型205确定超过上限碳烟负载阈值时,需要再生事件。碳烟负载模型205确定在当前操作状况下在操作时由发动机10产生的碳烟流率,且可以是任何合适单位,例如质量流率或摩尔流率。例如,当发动机10在高负载下操作时,比发动机10在低负载下操作时产生更多的碳烟。碳烟负载模型205使用来自于发动机10的碳烟流率和颗粒过滤器70过滤效率来确定在颗粒过滤器70中收集的碳烟量或碳烟负载。碳烟负载可以使用任何合适度量(例如,质量(克)或体积标准化质量(克每升))测量。过滤效率考虑清洁过滤器和在过滤器用碳烟加载时之间的过滤器效率变化。
碳烟负载模型205确定在颗粒过滤器70内存在的温度下来自于主动和被动化学反应的碳烟反应速率。主动化学反应在较高排气温度范围(例如,与浓发动机操作有关的温度)下发生,颗粒过滤器70内将碳烟和氧转化为二氧化碳分子。被动化学反应包括将碳烟和二氧化氮分子转化为二氧化碳和一氧化氮分子,在较低排气温度范围(例如,与稀发动机操作有关的温度)下在颗粒过滤器70内发生。被动化学反应可以通过使得涂层56设计成将一氧化氮转化为二氧化氮而增强。在颗粒过滤器70没有涂层56的实施例中,被动化学反应也以较少程度发生。
碳烟负载模型205可确定用于主动化学反应的优选温度。应当理解的是,颗粒过滤器70内的收集碳烟量具有与碳烟负载有关的特定着火点。着火点是碳烟不受控地燃烧的温度。应当理解的是,再生效率随着增加的燃烧温度而增加。因而,碳烟负载模型205可用于确定与颗粒过滤器70内的碳烟负载有关的用于主动化学反应的优选温度。与颗粒过滤器70内的碳烟负载有关的用于主动化学反应的优选温度是在与颗粒过滤器70内的碳烟负载有关的着火点下发生的最大燃烧温度。碳烟负载模型205可计算或使用查询表来建立用于主动化学反应的优选温度,以用于有效再生。碳烟负载模型205可响应于颗粒过滤器70上的碳烟负载变化而调节优选温度。这允许在再生事件期间碳烟负载减少时增加再生效率且防止不受控燃烧的操作。
碳烟负载模型205可使用二维查询表取代用多于两个输入确定结果的三维或更高查询表。碳烟负载模型205能够将两个输入组合为二维查询表的单个倍增输入ξ。倍增输入ξ表示碳烟负载每升和被动化学反应和主动化学反应的停留时间的乘积。以这种方式使用二维查询表导致更快的计算、更少的控制模块存储器、和确定被动化学反应和主动化学反应的反应速率的更稳固结果。
因而,颗粒过滤器70可以通过确定来自于内燃发动机10的颗粒物质产生速率而被监测颗粒物质负载。颗粒物质捕获速率基于所产生颗粒物质量和颗粒过滤器70的效率来确定。被动化学反应和主动化学反应的反应速率两者的再生速率被确定以计算颗粒过滤器70中的颗粒物质负载量。
由于碳烟负载模型205可以确定颗粒过滤器70内的碳烟量、再生事件和特定碳烟负载的再生速率,因而可以开发错误检测方案以确定何时发生过多再生。关于错误检测的附加细节可以见于共同拥有的且同在审查中的美国专利NO 12/_,_(代理案卷号No. P010742-RD-MJL),其内容通过参考引入本文。
碳烟负载模型205还可以通过察看与其有关的方程来阐述。在高排气温度下发生的主动化学反应可以表示为:
Figure 2012101654390100002DEST_PATH_IMAGE001
                                               [1]
其中,C表示碳,
O2表示氧分子,以及
CO2表示排气流率的二氧化碳分子。
在低排气温度下发生的被动化学反应可以表示为:
Figure 493176DEST_PATH_IMAGE002
                                            [2]
其中,
NO2表示二氧化氮分子,以及
NO表示排气流率的一氧化氮分子。
碳烟负载模型205可以通过以下管理方程来表示:
t                              [3]
其中,Msoot_t是当前控制循环的碳烟负载,
Msoot_t-Δt是先前控制循环的碳烟负载,
PMengine是由发动机产生的碳烟流率,
ηdpf_fil是颗粒过滤器的过滤效率,
RO2是方程1表示的反应的主动化学反应速率,
RNO2是方程2表示的反应的被动化学反应速率,以及
Δt是在先前控制循环和当前控制循环之间经过的时间。
图2示意性地图示计算流程图,示出了输入以及输入相对于确定方程1的主动化学反应速率的关系。确定方程1的主动化学反应速率的叠加方程可以通过以下方程计算:
Figure 738212DEST_PATH_IMAGE004
                                         [4]
其中,RO2 100是方程中表示的主动化学反应速率。
Figure 2012101654390100002DEST_PATH_IMAGE005
 110是流入颗粒过滤器70的碳烟层中的氧的分子流率(单位,摩尔),以及
 115是与氧转化效率表112相对应的氧转化效率。
氧转化效率表112通过碳烟温度Tsoot 120和O2倍增输入ξO2 125的关系确定氧转化效率。O2倍增输入ξO2 125可以通过以下方程确定:
Figure 2012101654390100002DEST_PATH_IMAGE007
                                             [5]
其中,
Figure 270748DEST_PATH_IMAGE008
是在颗粒过滤器容积内的碳烟负载量,以及
是碳烟和氧的化学反应的停留时间。
图3以图形的方式示出了氧转化效率、碳烟温度Tsoot 120和O2倍增输入ξO2 125之间的关系,其中,氧转化效率
Figure 85121DEST_PATH_IMAGE006
115可以与碳烟温度Tsoot 120和O2倍增输入ξO2 125相关地表示。相关性可以执行为二维查询表112。碳烟和氧的化学反应的停留时间
Figure 235479DEST_PATH_IMAGE009
可以从以下方程确定:
Figure 502513DEST_PATH_IMAGE010
                                            [6]
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是颗粒过滤器容积,以及
Figure 498150DEST_PATH_IMAGE012
是通过颗粒过滤器70的排气体积流率。
图4示意性地图示了计算流程图,示出了输入以及输入相对于确定方程2的被动化学反应速率的关系。确定方程2的被动化学反应速率的叠加方程可以通过以下方程计算:
Figure DEST_PATH_IMAGE013
                                     [7]
其中,
Figure 996390DEST_PATH_IMAGE014
 150是方程2表示的被动化学反应速率,
Figure DEST_PATH_IMAGE015
 130表示流入颗粒过滤器70的碳烟层中的NO2的分子流率(单位,摩尔),以及
Figure 52071DEST_PATH_IMAGE016
 165是从NO2转化效率表162确定的NO2转化效率。
NO2转化效率表162通过流入颗粒过滤器的碳烟层中的NO2气体流率的浓度 160和NO2的基本转化效率
Figure 806400DEST_PATH_IMAGE018
 170之间的关系确定NO2转化效率。
图5以图形的方式示出了NO2转化效率 165、NO2基本转化效率
Figure 863535DEST_PATH_IMAGE018
 170、以及二氧化氮气体流率的浓度
Figure 621275DEST_PATH_IMAGE017
 160之间的关系,其中,NO2转化效率
Figure 862901DEST_PATH_IMAGE016
 165可以与NO2基本转化效率
Figure 138024DEST_PATH_IMAGE018
 170、以及二氧化氮气体流率的浓度
Figure 100206DEST_PATH_IMAGE017
 160相关地表示。NO2基本转化效率
Figure 435372DEST_PATH_IMAGE018
 170从以下方程确定:
Figure DEST_PATH_IMAGE019
                                            [8]
其中,
Figure 226610DEST_PATH_IMAGE020
是根据NO2查询表172确定的基本二氧化氮转化效率。
NO2查询表172相对于碳烟温度Tsoot 175和NO2倍增输入ξNO2 180确定基本二氧化氮转化效率 170。NO2倍增输入ξNO2 180可以通过以下方程确定:
Figure DEST_PATH_IMAGE021
                                                  [9]
其中,
Figure 131298DEST_PATH_IMAGE008
表示在颗粒过滤器容积内的碳烟负载量,以及
Figure 902945DEST_PATH_IMAGE022
表示碳烟和二氧化氮的反应的停留时间。
图6以图形的方式示出了NO2基本转化效率
Figure 650322DEST_PATH_IMAGE018
 170、碳烟温度Tsoot 175和NO2倍增输入ξNO2 180之间的关系,其中,NO2基本转化效率 170可以与碳烟温度Tsoot 175和NO2倍增输入ξNO2 180相关地表示。碳烟和氮的反应的停留时间
Figure 885311DEST_PATH_IMAGE022
可以根据以下方程确定:
                                         [10]
其中,
Figure 657220DEST_PATH_IMAGE011
是颗粒过滤器70的容积,以及
Figure 157471DEST_PATH_IMAGE024
是流入颗粒过滤器70的碳烟层用于碳烟和二氧化氮反应的排气体积流率。
在颗粒过滤器70用催化剂56涂覆的情况下,方程7的NO2浓度可以修改以考虑催化剂的影响。流入颗粒过滤器的碳烟层的NO2浓度
Figure 578089DEST_PATH_IMAGE017
可以在修改方程7时通过体积流率加权平均来计算,如下:
                            [11]
其中,
Figure 847396DEST_PATH_IMAGE017
是体积流率加权平均浓度,
Figure 960845DEST_PATH_IMAGE026
是排气体积流率,
Figure DEST_PATH_IMAGE027
是流入颗粒过滤器的排气的NO2浓度,
Figure 213972DEST_PATH_IMAGE028
是颗粒过滤器面积,
Figure 2012101654390100002DEST_PATH_IMAGE029
是排气的有效分子扩散速度,以及
Figure 733553DEST_PATH_IMAGE030
是颗粒过滤器70内的催化剂56处的NO2浓度。
方程10的排气体积流率可以修改为考虑来自于多个流动源的总体积流率的因素。修改方程10用于多个流动源,方程10变为如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE031
                                     [12]
图7以图形的方式图示了在沿水平轴线的指定时间215内的试验测试数据,包括在左竖直轴线上且由实线195表示的碳烟负载190(克每升)和在右竖直轴线上且由虚线210表示的颗粒过滤器入口温度200(℃),其中,左竖直轴线与主动再生持续时间开始相对应。碳烟负载模型205确定颗粒过滤器70中的碳烟负载190超过上限碳烟负载阈值(例如,超过7 g/l)。碳烟负载模型205启动主动再生,其开始与左竖直轴线重合。控制模块5命令发动机10将燃料喷射到排气中,从而增加排气温度。基于由碳烟负载模型205计算的碳烟负载190,低于着火点的最大排气温度被确定且设定为着火点极限值。温度开始升高到低于着火点极限值的温度且碳烟开始转化为二氧化碳分子。随着趋近下限碳烟负载阈值,碳烟负载模型205在达到下限碳烟负载阈值(例如,2 g/l)之前命令再生事件停止。由碳烟负载模型205计算的碳烟负载190的量与试验结束时的测量量208匹配。
图8以图形的方式图示了在水平轴线上的一定时间225(小时)内的在竖直轴线上的碳烟量220(克每升),其中,左竖直轴线是发动机操作的燃烧开始和被动再生过程的开始,其中,碳烟负载模型输出由实线235表示且测量结果由点230表示。在涂层56涂覆到颗粒过滤器70的情况下,在稀发动机操作期间发生示例性被动再生。发动机操作产生碳烟,碳烟收集在颗粒过滤器70内。碳烟负载增加,直到被动再生开始,以开始以大约等于发动机碳烟产生的速率转化碳烟,从而形成碳烟负载的稳定(leveling out)。碳烟负载模型结果235和实际测量值两者都指示该模式。在该时间段内在整个曲线上,来自于碳烟负载模型205的计算碳烟量非常接近实际测量结果。确定碳烟负载模型结果235超过上限碳烟负载阈值可导致主动再生过程开始。
本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。在阅读和理解该说明书之后,本领域技术人员可以想到其它的变型和改变。因此,本发明并不旨在限于作为设想用于实现该发明的最佳模式公开的具体实施例,而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定颗粒过滤器的再生速率;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率和所述再生速率相对应。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,捕获速率根据产生速率和颗粒过滤器的过滤器效率来确定。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,确定再生速率包括:确定与第一反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率和确定与第二反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,第一反应包括碳和氧的反应。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定氧转化效率。
6.根据权利要求4所述的方法,其中,确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率包括确定与再生效率有关的排气供应流温度增加。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,确定排气供应流温度增加包括确定与颗粒过滤器内的颗粒物质的着火点相对应的着火点极限值。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括:操作发动机以将排气供应流温度保持低于着火点极限值。
9.一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率;
确定与碳和二氧化氮的反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率和所述再生速率相对应。
10.一种用于监测流体地联接到内燃发动机的颗粒过滤器中的颗粒物质负载的方法,包括:
确定来自于内燃发动机的颗粒物质的产生速率;
确定颗粒过滤器内的颗粒物质的捕获速率;
确定与碳和氧的反应有关的颗粒过滤器的第一再生速率,所述第一再生速率与预定氧转化效率相对应;
确定与碳和二氧化氮的反应有关的颗粒过滤器的第二再生速率,所述第二再生速率与预定二氧化氮转化效率相对应;以及
确定颗粒过滤器中收集的颗粒物质量,所述颗粒物质量与所述产生速率、所述捕获速率以及所述第一和第二再生速率相对应。
CN201210165439.0A 2011-05-25 2012-05-25 确定颗粒过滤器的负载的方法 Active CN102797536B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/115,915 2011-05-25
US13/115,915 US9027329B2 (en) 2011-05-25 2011-05-25 Method for determining load of a particulate filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102797536A true CN102797536A (zh) 2012-11-28
CN102797536B CN102797536B (zh) 2015-01-07

Family

ID=47140608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210165439.0A Active CN102797536B (zh) 2011-05-25 2012-05-25 确定颗粒过滤器的负载的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9027329B2 (zh)
CN (1) CN102797536B (zh)
DE (1) DE102012208539B4 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106224065A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 安徽江淮汽车股份有限公司 柴油机dpf碳累积量的检测方法
CN106414966A (zh) * 2014-05-28 2017-02-15 丰田自动车株式会社 内燃机的排气控制装置
CN106703941A (zh) * 2017-01-12 2017-05-24 万志帅 一种汽车尾气颗粒排放物主动过滤系统
CN107690515A (zh) * 2015-06-17 2018-02-13 大陆汽车有限公司 用于确定排气颗粒过滤器的负载状况的方法和装置
CN108278146A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 中国第汽车股份有限公司 内燃机微粒过滤器控制系统
CN108952894A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 上汽通用汽车有限公司 一种控制颗粒物捕集器的再生的装置和方法
CN109488417A (zh) * 2019-01-16 2019-03-19 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 用于dpf被动再生过程的控制方法和系统
CN110107386A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 马涅蒂-马瑞利公司 用于确定适于内燃发动机的微粒过滤器中积聚的金属粉末量的方法
CN110735696A (zh) * 2015-12-02 2020-01-31 康明斯排放处理公司 在空载或低负载期间估计碳烟负载的系统、方法和装置
CN112682144A (zh) * 2020-12-25 2021-04-20 潍柴动力股份有限公司 Dpf的碳载量确定方法和装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013008426A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, Steuereinheit sowie Kraftfahrzeug
US9352280B2 (en) * 2014-01-24 2016-05-31 GM Global Technology Operations LLC Method of estimating hydrocarbon storage in a catalytic device
DE102014203621B4 (de) * 2014-02-27 2016-02-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Ascheerkennung in einem Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, Steuereinrichtung und Brennkraftmaschine
US9927780B2 (en) 2015-12-10 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC System and method for adjusting target actuator values of an engine using model predictive control to satisfy emissions and drivability targets and maximize fuel efficiency
US9909481B2 (en) 2015-12-10 2018-03-06 GM Global Technology Operations LLC System and method for determining target actuator values of an engine using model predictive control while satisfying emissions and drivability targets and maximizing fuel efficiency
US10550781B2 (en) 2017-09-12 2020-02-04 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for particulate filter load estimation
US11566555B2 (en) * 2018-08-30 2023-01-31 University Of Kansas Advanced prediction model for soot oxidation
US11118518B2 (en) * 2019-07-23 2021-09-14 Caterpillar Inc. Method and system for aftertreatment control
CN115095437A (zh) * 2022-06-02 2022-09-23 东风柳州汽车有限公司 汽油机颗粒捕捉器状态监测方法、装置、设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1626166A2 (en) * 2004-08-10 2006-02-15 Nissan Motor Co., Ltd. Estimation of particulate matter deposit amount in diesel particulate filter
US20070056274A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Wills J S Apparatus, system, and method for estimating particulate production
US20100126145A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Suhao He Methods For Estimating Particulate Load In A Particulate Filter, And Related Systems
CN101936207A (zh) * 2009-06-10 2011-01-05 万国引擎知识产权有限责任公司 通过确定烟尘的阻力灵敏度来避免柴油颗粒过滤器内的烟尘低估

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2370932A (en) 2001-01-09 2002-07-10 Sony Uk Ltd Reduction in defect visibilty in image signals
DE10234340B4 (de) 2002-03-27 2009-08-20 Volkswagen Ag Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine
US8196392B2 (en) * 2008-05-30 2012-06-12 Caterpillar Inc. Exhaust system having regeneration temperature control strategy
GB2467970A (en) 2009-02-24 2010-08-25 Gm Global Tech Operations Inc Estimating the heat exchange rate of a diesel oxidation catalytic converter
GB2472816B (en) 2009-08-19 2013-10-16 Gm Global Tech Operations Inc Method for regenerating a diesel particulate filter
GB2476959B (en) 2010-01-15 2016-03-09 Gm Global Tech Operations Inc Method for operating post injections of fuel in an internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1626166A2 (en) * 2004-08-10 2006-02-15 Nissan Motor Co., Ltd. Estimation of particulate matter deposit amount in diesel particulate filter
US20070056274A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Wills J S Apparatus, system, and method for estimating particulate production
US20100126145A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Suhao He Methods For Estimating Particulate Load In A Particulate Filter, And Related Systems
CN101936207A (zh) * 2009-06-10 2011-01-05 万国引擎知识产权有限责任公司 通过确定烟尘的阻力灵敏度来避免柴油颗粒过滤器内的烟尘低估

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106414966A (zh) * 2014-05-28 2017-02-15 丰田自动车株式会社 内燃机的排气控制装置
CN106414966B (zh) * 2014-05-28 2019-04-12 丰田自动车株式会社 内燃机的排气控制装置
CN107690515A (zh) * 2015-06-17 2018-02-13 大陆汽车有限公司 用于确定排气颗粒过滤器的负载状况的方法和装置
CN110735696A (zh) * 2015-12-02 2020-01-31 康明斯排放处理公司 在空载或低负载期间估计碳烟负载的系统、方法和装置
CN110735696B (zh) * 2015-12-02 2021-09-21 康明斯排放处理公司 在空载或低负载期间估计碳烟负载的系统、方法和装置
CN106224065A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 安徽江淮汽车股份有限公司 柴油机dpf碳累积量的检测方法
CN106703941A (zh) * 2017-01-12 2017-05-24 万志帅 一种汽车尾气颗粒排放物主动过滤系统
CN108952894A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 上汽通用汽车有限公司 一种控制颗粒物捕集器的再生的装置和方法
CN108278146A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 中国第汽车股份有限公司 内燃机微粒过滤器控制系统
CN108278146B (zh) * 2018-01-29 2021-04-06 中国第一汽车股份有限公司 内燃机微粒过滤器控制系统
CN110107386A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 马涅蒂-马瑞利公司 用于确定适于内燃发动机的微粒过滤器中积聚的金属粉末量的方法
CN110107386B (zh) * 2018-02-01 2022-03-25 马涅蒂-马瑞利公司 用于确定适于内燃发动机的微粒过滤器中积聚的金属粉末量的方法
CN109488417A (zh) * 2019-01-16 2019-03-19 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 用于dpf被动再生过程的控制方法和系统
CN112682144A (zh) * 2020-12-25 2021-04-20 潍柴动力股份有限公司 Dpf的碳载量确定方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102797536B (zh) 2015-01-07
DE102012208539A1 (de) 2012-11-29
US20120297751A1 (en) 2012-11-29
US9027329B2 (en) 2015-05-12
DE102012208539B4 (de) 2023-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102797536A (zh) 确定颗粒过滤器的负载的方法
JP5552488B2 (ja) Scr触媒コンバータとその上流側に取付けられた酸化触媒作用のある排ガス浄化コンポーネントを備えた排ガス浄化装置を作動させるための方法
US6735941B2 (en) Exhaust gas purification system having particulate filter
JP5756013B2 (ja) ラムダコントロールを有する排気ガスシステムを操作するための方法
WO2007066502A1 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法
US20120297750A1 (en) Method for monitoring an exhaust particulate filter
JP2009533597A (ja) 汚染防止システムの再生をモニタする方法および装置
JP2011530029A5 (zh)
US9234474B2 (en) Control oriented model for LNT regeneration
WO2015122443A1 (ja) 排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法
WO2008004704A1 (en) Control unit and control method for internal combustion engine
JP5251711B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
EP3267002B1 (en) Internal combustion engine control device
US10132256B2 (en) Particulate filter device monitoring system for an engine
US8281580B2 (en) Method and apparatus for monitoring a particulate filter
JP2008144711A (ja) NOx触媒の異常診断装置及び異常診断方法
CN110857650B (zh) 半经验引擎排放烟尘模型
JP2006250058A (ja) 燃料噴射量の制御方法
CN109538341B (zh) 排放控制系统及其计算机实施方法
JP5862497B2 (ja) 触媒劣化判定装置
JP2012036856A (ja) 触媒劣化診断装置
JP6380022B2 (ja) センサ制御装置
JP2004245109A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US9080483B2 (en) System and method for particulate filter regeneration
JP5332664B2 (ja) エンジンの排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant