CN103917756B - 用于废气颗粒过滤器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于确定内燃机（100）废气颗粒过滤器（105）的再生阶段的系统，包括用于检测提高的废气温度的温度传感器（155）、用于检测在从废气颗粒过滤器排出的废气流中的颗粒含量的传感器（170）和用于基于测得的值来确定再生阶段的处理装置（190）。用于确定内燃机废气颗粒过滤器的再生阶段的方法，包括如下步骤：检测提高的废气温度（205）；对用于检测在从废气颗粒过滤器（105）排出的废气流中的颗粒含量的传感器（170）的信号进行探测；检测颗粒含量提高；确定再生阶段。

Description

用于废气颗粒过滤器的方法和系统

本发明涉及具有独立权利要求的特征的方法和系统。本发明尤其涉及用于汽车废气颗粒过滤器的工作的方法和系统。

配设有柴油机的汽车日益装备用于截留在柴油燃油燃烧时会产生的碳烟颗粒的颗粒过滤器。为了把颗粒从内燃机的废气流中去除，往往采用壁流式过滤器。为了再把滤出的碳烟颗粒从壁流式过滤器去除，颗粒过滤器需要再生。

例如带有堇青石或碳化硅（SIC）涂层的壁流式过滤器允许催化辅助的再生。一方面，如果废气进而过滤器达到足够高的温度，则再生可以被动地进行，例如可以在汽车的大多数高速路行驶中进行。另一方面，如果汽车长时间地仅在低负载情况下工作，则可以引发主动的再生，其方式为，使得燃油喷入到废气中并燃烧，以便提高废气温度。

DE 10 2009 026 753 A1公开了一种用于内燃机的对所述类型的颗粒过滤器予以辅助的废气控制装置。

本发明的目的在于，提出用于改善内燃机的可再生颗粒过滤器的工作的方法和系统。

本发明借助具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求10的特征的系统来实现所述目的。从属权利要求给出了优选的实施方式。

本发明的用于确定内燃机废气颗粒过滤器的再生阶段的方法包括如下步骤：检测提高的废气温度；对用于检测在从废气颗粒过滤器排出的废气流中的颗粒含量的传感器的信号进行探测；检测颗粒含量提高；确定再生阶段。

在催化辅助颗粒过滤器特别是带有堇青石涂层的柴油碳灰颗粒过滤器的再生期间，过滤器的温度独特地高，从而已经可以由温度推断出再生阶段。在再生阶段快要结束时，颗粒过滤器的过滤效力下降，从而可以表明在由颗粒过滤器排出的废气流中有碳灰颗粒。这就是所谓的“烟灰滑脱”。于是根据内燃机的未处理的排放，废气中的颗粒浓度为每立方米约0~10mg。通过观察在排出的废气流中的颗粒含量以及温度，能以改善的可靠性和良好的时间精度确定再生阶段或其结束。这种确定可以有利地用于针对内燃机以及颗粒过滤器的诊断目的和运行控制。由此例如可以便于监视颗粒过滤器的灰尘负载。

据一种优选的实施方式，在提高之后的预定的时段内检测在从废气颗粒过滤器排出的废气流中的颗粒含量提高程度的下降。在大约10分钟内，这种提高又近乎下降至零。通过观察该判据，能以进一步改善的精度和质量确定再生阶段。

该方法例如可以用于结束废气颗粒过滤器的主动再生。为此可以在确定再生阶段结束之后结束为了激励废气颗粒过滤器再生而将燃油喷射到废气流中。因而可以在再生实际结束的时间点进行燃油喷射。由此可以缩短燃油喷射持续时间和节省燃油。通过这种方式可以使得因喷入的燃油引起的环境负荷保持较小。

根据另一实施方式，可以基于对再生阶段的确定来确定用于颗粒含量的传感器是否受到干扰。由于在再生阶段快要结束时废气颗粒过滤器的过滤效力减小，导致颗粒含量提高，在此期间，例如可以改变内燃机的燃烧状态，以便改变在进入废气颗粒过滤器的废气流中的颗粒含量。如果传感器信号未跟随这种改变，或者跟随程度不够，就可以推断出传感器受到干扰。

如果虽然可以检测到提高的温度以及提高的颗粒含量，但颗粒含量未在预定的时段内又下降到近乎为零的值，则也可以确定废气颗粒过滤器受到干扰。

通过对传感器或废气颗粒过滤器的改善诊断，可以对带有内燃机和废气颗粒过滤器的汽车进行改善的功能监视。汽车或其内燃机的有害物质排放可以保持较小，由此可以降低环境负荷。

一定的再生阶段也可以用于改善内燃机的运行。根据另一实施方式，基于内燃机的运行模式确定进入废气颗粒过滤器的废气流的第一颗粒含量，基于烟灰传感器的信号确定从废气颗粒过滤器排出的废气流的第二颗粒含量。在知道废气颗粒过滤器的过滤效力减小的情况下，一定的颗粒含量或排放可以相互比较。如果在截留效力减小情况下基于第二颗粒含量预测出的推测的未处理的排放与第一颗粒含量一致的话，一定的排放可以彼此相等。

由此可以相对于传感器信号验证运行模式的参数。这样就能检查运行模式或其参数，从而可以提高运行模式的可信性或可靠性。

根据一种实施方式，可以调整运行模式的参数，以便减小所希望的未处理的排放与第一颗粒含量之间的差。由此可以改善内燃机的运行模式，从而能改善地控制内燃机的燃烧状态，以便实现高效的燃烧或者实现减小废气流中的颗粒排放。

相反，如果推测的未处理的排放与一定的第二颗粒含量不一致的话，也可以确定传感器受到干扰。由此可以对传感器进行诊断，而无需在内燃机或废气颗粒过滤器的区域中使用附加的组件。

按照该方法的一种变型方案，也可以基于废气颗粒过滤器的一定的再生阶段来确定内燃机的未处理的排放。为此基于传感器信号和在再生期间减小的废气颗粒过滤器截留效力来确定未处理的排放，即进入废气颗粒过滤器的废气流的颗粒含量。废气颗粒过滤器的再生阶段由此可以用于基于测量而不是基于模式来确定未处理的排放。一定的未处理的排放可以用于按照改善输出效力或者减小废气颗粒排放来优化内燃机的燃烧状态。

所述方法和做法可以用带有程序代码块的计算机程序产品来表述。该计算机程序产品可以在处理装置上运行，或者存储在计算机可读的数据载体上。

本发明的用于确定内燃机废气颗粒过滤器的再生阶段的系统包括用于检测提高的废气温度的温度传感器、用于检测在从废气颗粒过滤器排出的废气流中的颗粒含量的传感器、用于基于测得的值来确定再生阶段的处理装置。

该系统有利地用于控制和监视内燃机或废气颗粒过滤器。

简短的附图说明

现在参照附图详述本发明，其中：

图1示出带有废气颗粒过滤器的内燃机；

图2示出图1的废气颗粒过滤器处的温度和颗粒排放物的时间曲线；

图3为第一方法的流程图；和

图4为第二方法的流程图。

详细的实施方式说明

图1示出带有废气颗粒过滤器105的内燃机100。该内燃机100优选是柴油机，且在所示实施方式中具有多个附加设备，这些附加设备对于废气颗粒过滤器105的功能来说并非一定需要。

新鲜空气经由进气道110进入，并将在涡轮增压器115的压缩级中被压缩。压缩后的空气在其被提供给内燃机100之前在中间冷却器120中冷却。在内燃机100中，供应的空气借助喷射系统125与燃油130混合并燃烧。燃烧时产生的废气经由排气道135排出。废气的一部分借助废气冷却器140冷却，并借助废气反馈阀145与供应给内燃机100的空气混合。剩下的废气被引导至涡轮增压器115的泵级。

由涡轮增压器115排出的废气150被引导至废气颗粒过滤器105。废气颗粒过滤器105优选被设计用于催化辅助再生，且带有催化涂层优选堇青石或碳化硅。在废气颗粒过滤器105中把颗粒从由内燃机100排出的废气150中去除。

去除的颗粒必须定期地从废气颗粒过滤器105中去掉。为了控制该过程，可以在废气颗粒过滤器105上安置有多个传感器，这些传感器可以用于控制再生阶段。在附图1中，在废气颗粒过滤器105的供应区域内设置有温度传感器155和第一压力传感器160。在废气颗粒过滤器105的排出区域内安置有第二压力传感器165和所谓的烟灰传感器170，该烟灰传感器用于检测从废气颗粒过滤器105排出的废气流175中的颗粒含量。温度传感器155也可以布置在废气颗粒过滤器105的排出区域中，或者布置在其供应区域与排出区域之间。借助于差压感应器180确定在废气颗粒过滤器105的入口侧与出口侧之间的差压。

此外，在内燃机100和废气颗粒过滤器105之间的区域内设置有燃油喷射机构185，以便提高废气150的温度，进而能实现激活废气颗粒过滤器105的再生。若内燃机100以足够的负载运行，从而废气150即使不附加地喷射燃油也能将废气颗粒过滤器105加热到再生所需要的温度，则可以进行被动的再生。

为了特别是控制废气颗粒过滤器105的主动再生，设置有控制装置190，其与传感器155~170以及180的连接情况为明了起见未示出。在某些实施方式中，控制装置190还被设计用于控制废气颗粒过滤器105的其它工作状态。根据另一实施方式，控制装置190也被设计用于控制内燃机100的燃烧状态。为此可以使得控制装置190与在内燃机100上的其它示出的和未示出的测量和调节构件连接。

控制装置190尤其被设计用于根据利用温度传感器155测得的温度和利用烟灰传感器170测得的在废气175中的颗粒含量来确定废气颗粒过滤器105的再生阶段何时进行或结束。

图2为在图1的废气颗粒过滤器105上的值的时间曲线图200。在水平方向上绘出时间，在竖直方向上定性地绘出温度和颗粒含量。

第一温度曲线205涉及废气颗粒过滤器105的温度。颗粒含量210的第二曲线涉及在从废气颗粒过滤器105排出的预定体积的废气175中存在的颗粒质量。

在时间点t1与时间点t2之间发生废气颗粒过滤器105的再生阶段215。再生阶段215可以被动地在内燃机100的正常运行中进行，或者可以利用燃油喷射机构185喷射燃油来主动地进行。在再生阶段215期间，废气颗粒过滤器105的温度205提高，即明显高于在再生阶段215之外出现的值。

再生阶段215通常要求废气温度在大约500~550℃的范围内。然而在负载较小时，内燃机100可以达到明显较低的大约200℃的废气温度，从而废气颗粒过滤器105不能进行再生。另一方面，在内燃机100输出额定功率时，废气温度可以达到大约700~800℃的值，从而可以在这种负载的持续时间内进行再生。仅借助废气温度不能确定或者只能低劣地确定再生是否彻底结束。

在再生阶段215之外，颗粒含量210具有很小的近乎为零的值。仅在再生阶段215结束之前不久，颗粒含量210上升，而在大约10分钟之后又回落到原先的近乎为零的值。根据在供应给废气颗粒过滤器105的废气150中的颗粒含量，在从废气颗粒过滤器105排出的每立方米废气175中上升量至多可以为10mg。

由于颗粒含量210上升，而温度205提高，由此可以确定再生阶段215或其结束。基于这种确定可以采用改善的方式来控制在内燃机100或废气颗粒过滤器105上的不同的功能。

图3所示为第一方法的流程图300。该方法300包括多种变型方案，下面将借助这些变型方案来表明可基于图2中所示的关系在图1的内燃机100或废气颗粒过滤器105上进行哪些确定和控制过程。该方法300尤其被设计用于在图1的控制装置190上实施。

在第一步骤305中确定提高的废气温度205。视温度传感器155的位置而定，检测的温度可以涉及输入的废气150、排出的废气175或者在废气颗粒过滤器105内部的废气。

接下来在步骤310中检测烟灰传感器170的信号，其指明了排出的废气175的颗粒含量210。

在步骤315中基于该信号检测在排出的废气175中的颗粒含量210的上升。与该上升相关的是废气颗粒过滤器105的截留效力降低。颗粒含量210的上升指明废气颗粒过滤器105的再生阶段215开始。

然后在步骤320中等待，直到颗粒含量210又下降了。步骤320可以用于诊断废气颗粒过滤器105。如果颗粒含量210未在预定的时间通常约10分钟内回落到近乎为零的值，则可以认为，存在对废气颗粒过滤器105的干扰。在这种情况下，所述方法300结束。

否则就在步骤325中基于颗粒含量210的下降来确定再生阶段215结束。

在已确定再生阶段215结束之后，可以在任选的步骤330中结束燃油喷射到内燃机100的排气道中，如果为了主动地引入再生阶段215而进行了所述燃油喷射的话。

在方法300的另一变型方案中，可以在再生阶段215期间检查烟灰传感器170的功能。为此在紧接于步骤315的步骤335中改变内燃机100的燃烧状态，以便改变在输入的废气150中的颗粒含量或温度，在所述步骤315中确定出提高的颗粒含量210。然后在随后的步骤340中检查利用烟灰传感器170测得的颗粒含量210是否反映了这种改变。如果情况并非如此，就可以认为烟灰传感器170受到干扰。

图4所示为另一方法400的流程图，将借助该流程图介绍其它做法，这些做法可以基于对在图1的内燃机100或废气颗粒过滤器105上的再生阶段215的确定来实施。步骤305~325引自上述方法300。

在步骤405中确定内燃机100的未处理的排放。未处理的排放相应于在从内燃机100排出且进入到废气颗粒过滤器105内的废气150中的颗粒含量。未处理的排放基于内燃机100的运行模式来确定。在此，内燃机100的运行参数用于借助计算模式来确定内燃机100的未处理排放的大小。在一种替代的实施方式中，在进入到废气颗粒过滤器105内的废气流150的区域中设置有另一烟灰传感器170（图1中未示出），并基于该另一烟灰传感器170的传感器信号来确定未处理的排放。

在随后的步骤410中基于烟灰传感器170的传感器信号来确定从废气颗粒过滤器105排出的废气流175的排放。步骤410和415的顺序也可以交换。

在步骤405和410中确定的两种排放现在可以相互对比。

按照方法400的第一变型方案，在步骤415中确定烟灰传感器170受到干扰，如果两种排放值不相等的话。为此可以确定基于烟灰传感器170的信号在知道废气颗粒过滤器105的截留效力减小的情况下预计会有哪种未处理的排放，并确定这种未处理的排放是否与在步骤405中确定的未处理的排放一致。由于废气颗粒过滤器105仅在颗粒含量210的上升与再次下降之间才将颗粒释放到排出的废气175中，所以所述确定仅在该时段内可行。

按照方法400的第二变型方案，在步骤420中改变步骤405的运行模式的参数，以便适当地调整运行模式，使得排放值彼此相等，如上所述。

然后在步骤425中借助改善的运行模式来控制内燃机100。方法400最好周期性地进行，以便能够连续地改善运行模式。参照图3和4所述的方法也可以相互组合，以便由所确定的值得到更多的益处。

Claims (8)

1.用于确定内燃机（100）废气颗粒过滤器（105）的再生阶段的方法（300、400），包括如下步骤：

- 检测（305）提高的废气温度；

- 对用于检测在从废气颗粒过滤器（105）排出的废气流（175）中的颗粒含量（210）的传感器（170）的信号进行探测（310）；

- 检测颗粒含量（210）提高；

- 在提高之后的预定的时段内检测在从废气颗粒过滤器（105）排出的废气流（175）中的颗粒含量（210）的提高程度的下降；和

- 确定（325）再生阶段（215）。

2.如权利要求1所述的方法（300、400），还包括如下步骤：结束（330）将燃油喷射到废气流（150）中，以便结束激励废气颗粒过滤器（105）再生。

3.如权利要求1或2所述的方法（300、400），还包括如下步骤：如果传感器信号与内燃机（100）的燃烧状态的变化不相应，就确定（320）传感器（170）受到干扰。

4.一种用于控制带有废气颗粒过滤器（105）的内燃机（100）的方法（300、400），包括如下步骤：

- 采用根据权利要求1~3中任一项的方法（300、400）确定（325）废气颗粒过滤器的再生阶段（215）；

- 基于内燃机的运行模式确定（410）进入废气颗粒过滤器的废气流的第一颗粒含量；

- 基于第一颗粒含量和废气颗粒过滤器（105）的在再生阶段（215）期间减小的截留效力确定（415）从废气颗粒过滤器排出的废气流的第二颗粒含量（210）；

- 基于传感器信号与一定的第二颗粒含量的比较相对于传感器信号验证（415、420）运行模式的参数。

5.如权利要求4所述的方法（300、400），其中，如果传感器信号与一定的第二颗粒含量不一致，则确定（415）传感器（170）受到干扰。

6.如权利要求4所述的方法（300、400），还包括：调整（420）参数。

7.一种用于控制带有废气颗粒过滤器（105）的内燃机（100）的方法（300、400），包括如下步骤：

- 采用根据权利要求1~3中任一项的方法（300、400）确定废气颗粒过滤器的再生阶段（215）；

- 基于传感器信号和废气颗粒过滤器（105）的在再生阶段（215）期间减小的截留效力确定（405）进入废气颗粒过滤器（105）的废气流（150）的颗粒含量。

8.一种用于确定内燃机（100）废气颗粒过滤器（105）的再生阶段（215）的系统，包括：

- 用于检测提高的废气温度的温度传感器（155）；

- 用于检测在从废气颗粒过滤器（105）排出的废气流（175）中的颗粒含量（210）的传感器（170）；

- 用于基于测得的值来确定再生阶段（215）的处理装置（190），所述处理装置（190）构造成采用如权利要求1、4或7中任一项所述的方法。