CN103573361A - 车辆排气后处理装置中烟黑质量估计期间的累积烟灰修正 - Google Patents

Abstract

一种修正车辆排气后处理装置中烟黑质量估计值的方法，包括监测跨颗粒过滤器的排气压力降，所述颗粒过滤器包括在车辆排气后处理装置中。在检测压力降之后，控制器可以从监测的压力降确定烟黑质量估计值；确定代表颗粒过滤器中烟灰量的烟灰体积估计值；从烟黑质量估计值和烟灰体积估计值确定烟灰修正因数；且通过将烟灰修正因数乘以烟黑质量估计值计算修正的烟黑质量值。如果修正烟黑质量值超过阈值，则控制器可以产生相应的颗粒过滤器再生请求。

Description

车辆排气后处理装置中烟黑质量估计期间的累积烟灰修正

技术领域

本发明涉及使用差压模块（differential pressure module）监测排气后处理系统中的颗粒过滤器的方法。

背景技术

已经开发各种排气后处理装置，例如颗粒过滤器和其他装置，以有效地限制来自内燃发动机的废气排放。在压缩点火式或柴油发动机的情况下，持续进行了大量的努力，用于开发实用且高效的装置和方法，以减少存在于发动机排气中的大量含碳颗粒。

用于现代柴油发动机排气的后处理系统通常整合有柴油颗粒过滤器（DPF），用于在排气被排放到大气之前收集和处理通过柴油发动机排出的烟黑颗粒物质。典型的DPF用作捕获器，用于从排气流去除颗粒物质。DPF可包含贵金属，例如白金和/或钯，其用作进一步氧化存在于排气流中的烟黑和碳氢化合物的催化剂。在许多情况下，DPF可以使用过热的排气燃烧掉收集的颗粒，从而被再生或清理。

包括在发动机排气中的颗粒物质可以包括含碳烟黑颗粒，所述颗粒可以被氧化以生产二氧化碳气体以及不能被氧化的其他不可燃颗粒（即烟灰）。排气的成分和形态主要由燃料、发动机类型、发动机设计、发动机运行和控制方法、环境的运行条件和其他因素造成。例如，进入燃烧室且至少部分地被燃烧的发动机润滑油产生大多数烟灰。作为进一步的例子，汽油发动机中的燃烧可以生产次微有机物（OM）以及硫酸盐和元素硅、铁、锌、或硫。元素硅、铁，和锌是不可燃颗粒，且会包含烟灰。作为另一例子，柴油发动机中的燃烧也可以生产OM、硫酸盐和元素硅、铁、锌或硫以及烟黑和氨盐。

发明内容

车辆可以包括发动机、和与该发动机流体连通的排气后处理装置。排气后处理装置可以包括用于将烟黑与从发动机排出的燃烧气体分开的颗粒过滤器。

用于监测排气后处理装置的颗粒过滤器的系统包括第一流体管、第二流体管、差压模块和控制器。第一流体管可以设置为与颗粒过滤器和发动机之间的排气后处理装置流体连通。第二流体管可以设置为与排气后处理装置流体连通，且位于颗粒过滤器的与第一流体管的相对侧上。从而第一流体管可以在颗粒过滤器的“上游”，且第二流体管可以在的“下游”。

差压模块可以与控制器通信，且可以配置为监测第一流体管和第二流体管之间的压力差。差压模块可以配置为产生对应于监测的排气压力降的压差信号。

控制器可以与差压模块通信，且可以配置为从差压模块接收压差信号和从接收的压差信号确定烟黑质量估计值。另外，控制器可以确定代表颗粒过滤器中烟灰量的烟灰体积估计、从烟黑质量估计值和烟灰体积估计值确定烟灰修正因数，和通过将烟灰修正因数乘以烟黑质量估计值来计算修正的烟黑质量值。如果修正的烟黑质量值超过阈值，则控制器可以产生再生请求，以将颗粒过滤器再生纳入队列。

在一种构造中，烟灰修正因数可以是小于1.0的数值，且可以按比例调节（scale）烟黑质量估计值，以计入烟灰累积。控制器可以包括二维查找表，所述二维查找表给出作为烟黑质量估计值和烟灰体积估计值两者函数的烟灰修正因数。控制器可以随后被配置为通过从二维查找表选择烟灰修正因数来确定烟灰修正因数。从而对于固定的烟灰体积估计值，烟灰修正因数可以随烟黑质量估计值增加减少。

同样，一种修正车辆排气后处理装置中烟黑质量估计值的方法包括：监测跨颗粒过滤器的排气压力降，所述颗粒过滤器包括车辆排气后处理装置；从监测的排气压力降确定烟黑质量估计值；确定代表颗粒过滤器中烟灰量的烟灰体积估计值；从烟黑质量估计值和烟灰体积估计值确定烟灰修正因数；通过将烟灰修正因数乘以烟黑质量估计值计算修正的烟黑质量值；和如果修正烟黑质量值超过阈值，则产生颗粒过滤器再生请求。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是发动机和用于处理来自发动机的排气的排气后处理系统的示意图。

图2是包括烟黑估计器、烟灰估计器和烟灰修正映射图的烟黑模型的示意图。

图3是针对固定的烟灰体积估计值的作为烟黑质量估计值函数的烟灰修正因数的示意性图。

具体实施方式

参见附图，其中在各种附图中相同的附图标记用于表示相同的部件，图1示意性地示出了车辆10，其包括发动机12和排气后处理系统14。如可以理解的，发动机12可以燃烧燃料和空气的混合物，以为车辆10提供原动力。排气后处理系统14可以随后在燃烧副产物（即排气）从发动机12流出（通过流动箭头16表示）时引导和处理该燃烧副产物。通常，排气后处理系统14可以在气体从车辆10排出之前从排气流16除去悬浮颗粒物质和NOx气体。在一种构造中，发动机12可以是压燃式柴油发动机；然而，可以类似地使用其他类型的发动机技术。

排气后处理系统14通常可以包括颗粒过滤器20，所述颗粒过滤器可以配置为从发动机12的排气过滤颗粒物质，即烟黑（soot）。颗粒过滤器20可以包括一个或多个基质22，其限定多个孔24，排气必须通过所述孔流动。在排气流经颗粒过滤器20时，悬浮的空气携带的颗粒物质会收集在基质22上，在该处，颗粒物质可以从排气流16中分离。

在车辆10的整个寿命中，颗粒过滤器20偶尔可需要再生，以除去任何收集的颗粒物质。在一种构造中，颗粒过滤器20的再生可以包括将颗粒过滤器20加热到足以燃烧掉基质22的颗粒物质的温度。这样的高温可以随后被保持达足以从基质22燃烧掉大多数颗粒物质的时间段。通常，“燃烧”颗粒物质的过程可包括将捕获的含烟黑的颗粒物质转换为允许被排放到大气中的二氧化碳。

为了确定何时需要颗粒过滤器20再生事件，控制器30可以经由跨颗粒过滤器20设置的差压传感器模块32监测颗粒过滤器20的排气流动阻抗。差压传感器模块32可监测跨基质22的和在第一流体管34与第二流体管36之间的压力降，所述第一流体管34与过滤器20上游（即过滤器20和发动机12之间）位置的排气后处理系统14流体连通，所述第二流体管36与过滤器20下游（即在颗粒过滤器20的相对于第一流体管34的相对侧上）位置的后处理系统14流体连通。在另一构造中，一个或多个电子压力传感器可以用于确定跨颗粒过滤器20的压力降。电子压力传感器可以包括压敏电阻传感器、压电传感器、MEMS传感器、和/或电容传感器，其配置为将感测的压力转换为表示感测的压力的模拟或数字信号。差压模块32可以检测相应第一和第二流体管34、36之间的压力降，且可以向控制器30提供信号38（即压差信号38），所述信号表示差的大小。

通常，控制器30可以使用感测的压力降（如通过差压模块32测量的）以及排气流动速率的任何可用估计值作为烟黑模型40的输入，以估计颗粒过滤器20的状态。如后文详述的，烟黑模型40可以使用感测的跨颗粒过滤器的压力降来估计收集在颗粒过滤器20中的烟黑的克数。

当烟黑模型40估计颗粒过滤器20需要再生（估计的烟黑量超过烟黑阈值）时，控制器30可以调整发动机12的运行以执行再生。在一种构造中，控制器30可以通过增加提供到发动机的燃料量、直到燃料/空气比略微富于化学计量平衡而开始过滤器再生事件。

控制器30可以包括计算机和/或处理器，且包括监测和控制排气后处理系统14、发动机12和/或差压模块32必要的所有软件、硬件、存储器、算法、连接件、传感器等。从而，操作以估计烟黑模型40和/或启动再生的控制方法可以实施为与控制器30相关的软件或固件。应理解，控制器30也可以包括能分析来自各传感器的数据、比较数据、做出控制排气后处理系统14所需的必要决定、以及监测差压模块32的任何装置。

图2示意性地示出了烟黑模型40的一种构造。烟黑模型40可以包括烟黑估计器50、烟灰估计器52和烟灰修正映射图（ash correction map）54。根据本领域已知的技术，烟黑估计器50可以接收各种输入，例如排气温度56、排气流动速率58、和/或差压读取/信号38，且可以产生收集在颗粒过滤器20中的烟黑质量的输出估计值60（即“烟黑质量估计值60”）。在一种构造中，烟黑估计器50可以包括多维查找表62，其可以提供作为各传感输入38、56、58函数的烟黑质量估计值60。查找表62可以使用通过经验测试或通过分析公式获得的数字数据。通常烟黑质量估计值60可以是差压读数38的递增函数，尽管也可以被温度56和/或流动速率58以较小程度影响。在一种构造中，烟黑质量估计值60可以是以烟黑克数表达的值。

烟灰估计器52可以基于发动机运行参数和/或其他诊断算法估计颗粒过滤器20中烟灰的总量。烟灰估计器52可以随后把该实时估计增加到持续的（running）烟灰体积估计值64，所述烟灰体积估计值64可以被输出到烟灰修正映射图54。因为烟灰不会在再生期间被燃烧掉，所以烟灰体积估计值64可以在颗粒过滤器20的寿命中维持不变，和/或可以仅在过滤器被更换或手动地清理时被重设。

烟灰修正映射图54可以包括二维查找表66，其可以使用烟黑质量估计值60和烟灰体积估计值64一起来选择烟灰修正因数68。烟灰修正因数68可以是小于1.0的值，其对应于颗粒过滤器20的针对给定烟黑/烟灰水平的成比例的（scaled）效率。该修正因数68可以随后被乘以烟黑质量估计值60，以形成修正的烟黑质量值70。修正的烟黑质量70的值可以随后与烟黑阈值相比（在72），以确定是否需要再生。

通常，烟灰修正因数68防止颗粒过滤器20的过再生。换句话说，随着烟灰在颗粒过滤器20中积累，其造成跨过滤器的增加的压力降。这种增加的压力降将通常使得后处理装置14更频繁地再生，因为压力降是对于被捕获颗粒物质的主要指标。如果不针对烟灰累积修正，则每一个相继的再生将发生效率的逐渐更大的降低（以每次再生时烟黑的减少而测量），因为烟灰不能以与烟黑相同的方式被燃烧。通过针对捕获的烟灰的量进行修正，再生效率可以保持相对恒定（即在触发再生事件之前，可积聚大体恒定的烟黑量）。进而，烟灰修正因数68可以取决于烟灰体积估计值64和烟黑质量估计值60，以随烟黑质量的增加计入非线性的烟灰估计值。图3在固定烟灰体积估计值64下通过所需烟灰修正因数68的示意性曲线74示出了该非线性关系，所述烟灰修正因数68为烟黑质量估计值60的函数。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种修正车辆排气后处理装置中烟黑质量估计值的方法，包括：

监测跨颗粒过滤器的排气压力降，所述颗粒过滤器被车辆排气后处理装置所包括；

从监测的排气压力降确定烟黑质量估计值；

确定代表颗粒过滤器中烟灰量的烟灰体积估计值；

从烟黑质量估计值和烟灰体积估计值确定烟灰修正因数；

通过将烟灰修正因数乘以烟黑质量估计值，计算修正的烟黑质量值；和

如果修正的烟黑质量值超过阈值，则产生颗粒过滤器再生请求。

2.如权利要求1所述的方法，其中监测跨颗粒过滤器的排气压力降包括：

从第一流体管获得第一压力读数，所述第一流体管设置为与排气后处理装置流体连通且在颗粒过滤器和发动机之间；

从第二流体管获得第二压力读数，所述第二流体管设置为与排气后处理装置流体连通且在颗粒过滤器的与第一流体管相对的侧上；

确定第一压力读数和第二压力读数之间的差。

3.如权利要求1所述的方法，其中烟灰修正因数是小于1.0的数值。

4.如权利要求1所述的方法，其中确定烟灰修正因数包括从查找表选择烟灰修正因数，所述查找表是二维查找表（two-dimensional look-up table），其给出烟灰修正因数，所述烟灰修正因数为烟黑质量估计值和烟灰体积估计值的函数。

5.如权利要求1所述的方法，其中针对固定的烟灰体积估计值，烟灰修正因数随烟黑质量估计值的增加而减小。

6.如权利要求1所述的方法，其中产生颗粒过滤器再生请求包括增加提供到发动机的燃料量，所述发动机与排气后处理装置联接。

7.一种用于监测排气后处理装置的颗粒过滤器的系统，所述排气后处理装置与车辆发动机流体连通，该系统包括：

第一流体管，设置为与排气后处理装置流体连通，且在颗粒过滤器和发动机之间；

第二流体管，设置为与排气后处理装置流体连通，且在颗粒过滤器的与第一流体管相对的侧上；

差压模块，与第一流体管和第二流体管通信，且配置为产生对应于第一流体管和第二流体管之间的压力降的压差信号；和

控制器，与差压模块通信，且配置为：

从差压模块接收压差信号；

从接收的压差信号确定烟黑质量估计值；

确定代表颗粒过滤器中烟灰量的烟灰体积估计值；

从烟黑质量估计值和烟灰体积估计值确定烟灰修正因数；

通过将烟灰修正因数乘以烟黑质量估计值，计算修正的烟黑质量值；和

如果修正的烟黑质量值超过阈值，则产生再生请求。

8.如权利要求7所述的系统，其中烟灰修正因数是小于1.0的数值。

9.如权利要求7所述的系统，其中控制器包括二维查找表，所述二维查找表给出烟灰修正因数，所述烟灰修正因数为烟黑质量估计值和烟灰体积估计值的函数；和

其中控制器配置为通过从二维查找表选择烟灰修正因数而确定烟灰修正因数。

10.如权利要求7所述的系统，其中针对固定烟灰体积估计值，烟灰修正因数随烟黑质量估计值的增加而减小。

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