CN104481655B - 颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法、控制器和发动机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法、控制器和发动机，该方法应用于发动机的控制器上，发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，该方法包括：在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，控制器依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；依据当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；判断持续时间是否大于预设标定时间，如果是，则结束流程。采用本申请实施例，不仅可以提高计算DPF内碳颗粒的消耗量的准确率，也可以使得DPF的主动再生过程在更合适的情况下退出。

Description

颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法、控制器和发动机

技术领域

本申请涉及柴油机领域，特别涉及一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法、控制器和发动机。

背景技术

发动机的排气颗粒物主要包含三种成分：未燃的碳烟(Soot)、表面上吸附的有机可溶性物质(Soluble organic fractions，SOF)和硫酸盐，其中颗粒排放物质大部分是由碳和碳化物的微小颗粒组成的。颗粒物捕集器(DPF)是一种安装在柴油发动机排放系统中的颗粒物过滤器，它将尾气中的颗粒物质进入大气之前将其捕捉。DPF的颗粒捕集技术是比较好的降低排气中颗粒物的方法，发动机排气流经过滤器时，排气中的颗粒物经过拦截、扩散、重力沉降和惯性碰撞等过程被过滤器捕集，捕集效率主要受到过滤器材质构造、微粒粒径、排气温度及排气流速等因素的影响，目前壁流式蜂窝陶瓷颗粒捕集器对颗粒物的过滤效率可高达90％以上。

而随着工作时间的加长，DPF上堆积的颗粒物越来越多，不仅影响DPF的过滤效果，还会增加排气背压，从而影响发动机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增加，所以如何及时消除DPF上的颗粒物(即DPF再生)是该技术的关键。DPF再生是指在DPF长期工作中，捕集器里的颗粒物质逐渐增多会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。DPF再生有主动再生和被动再生两种方式，其中，主动再生指的是利用外界能量来提高DPF内的温度，使颗粒物着火燃烧。当DPF前后压差传感器检测到DPF前后的背压过大时，认为已达到DPF所能承载的碳累积量，此时能量来提高DPF内的温度，使DPF内的温度达到一定温度，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，达到再生的目的。

发明内容

发明人在研究过程中发现，DPF温度上升至550℃以上时，使其中捕集的颗粒进行燃烧从而使DPF恢复捕集能力，但如果DPF主动再生过程中发动机突然回怠速，排气流量突然变小，氧浓度上升，DPF中气流带走的热量变少，此时DPF中温度会急剧上升，虽然此时停止提供外部能力，但DPF内部的高温会使其捕集的碳颗粒继续与氧气发生反应，从而导致DPF内的碳颗粒消耗量的判断不准确。

而本申请所要解决的技术问题是提供一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法，用以解决现有技术中无法准确获知DPF内碳颗粒的消耗量的技术问题，进一步的，还可以使得DPF在更为合适的实际情况下退出主动再生。

本申请还提供了一种控制器和发动机，用以保证上述方法在实际中的实现及应用。

为了解决上述问题，本申请公开了一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法，该方法应用于发动机的控制器上，所述发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，该方法包括：

在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，所述控制器依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；

依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；

判断持续时间是否大于预设标定时间，如果是，则结束流程，如果否，则执行所述控制器依据所述氧传感器检测的氧气浓度确定DPF两侧的氧气质量流量的步骤；其中，所述持续时间为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间。

可选的，所述依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量，包括：

获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度；

采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

可选的，所述依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量，包括：

对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值；

将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

可选的，还包括：

依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量；

判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件，如果是，则退出DPF再生过程。

可选的，所述预设触发条件为：发动机的转速和负荷在预设时间内降至预设转速阈值和负荷阈值，且DPF靠近DOC设备一侧的温度大于预设温度阈值。

本申请实施例还公开了一种控制器，所述控制器所在的发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，该控制器包括：

第一确定模块，用于在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；

计算模块，用于依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；

第一判断模块，用于判断持续时间是否大于预设标定时间；其中，所述持续时间为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间；

第一退出模块，用于在所述判断模块的结果为是的情况下，结束流程；

触发模块，用于在所述判断模块的结果为否的情况下，触发所述确定模块。

可选的，所述确定模块包括：

获取子模块，用于获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度；

计算子模块，用于采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

可选的，所述计算模块包括：

积分子模块，用于对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值；

相乘子模块，用于将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

可选的，还包括：

第二确定模块，用于依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量；

第二判断模块，用于判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件；

第二退出模块，用于在所述判断模块的结果为是的情况下，退出DPF再生过程。

本申请实施例还提供了一种发动机，该发动机的控制器为前述任一项所述的控制器。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

在本申请实施例中，当DPF发生主动再生时，通过在DPF前后设置的氧浓度传感器检测DPF前后氧气浓度，在满足预设触发条件的情况下，可以对DPF前后氧质量流量进行积分，从而计算出DPF内氧气的消耗，然后再根据碳与氧气反应方程系数，可以获取到DPF烧掉的碳颗粒质量。在DPF内温度急剧变化的情况下，本申请实施例通过设置氧传感器从而可以实现对DPF内碳颗粒的消耗量进行准确的获取，从而提高得到的碳颗粒的消耗量的准确率。

采用本申请实施例，不仅可以提高计算DPF内碳颗粒的消耗量的准确率，进一步的，也可以使得DPF的主动再生过程在更合适的情况下退出，从而降低DPF的过滤效果对发动机换气和燃烧等的影响。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法实施例的流程图；

图2是本申请在实际应用中带有DPF和氧传感器的发动机的简单结构示意图；

图3是本申请中计算持续时间的一个示意图；

图4是本申请中一种控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请可用于众多通用或专用的计算装置环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器装置、包括以上任何装置或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

参考图1，示出了本申请一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法实施例的流程图，该方法应用于发动机的控制器上，所述发动机内部的颗粒物捕集器(DPF)两侧分别设置了氧传感器，本实施例可以包括以下步骤：

步骤101：控制器依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

因为在DPF两侧安装了氧传感器(Oxygen sensor)用于测量DPF前后氧气的浓度，因此，在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，控制器可以依据氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。所述预设触发条件为：发动机的转速和负荷在预设时间内降至预设转速阈值和负荷阈值，且DPF靠近DOC设备一侧的温度大于预设温度阈值。例如，在DPF再生发生时，如果发动机转速和负荷在几秒内降低至较低水平(例如怠速工况，释放油门到关闭状态，即废气流量从大流量降至小流量)，且，DPF前温度大于550℃(这是碳与氧气能够快速反应的最低温度)，则满足预设触发条件。其中，可以通过发动机转速传感器和喷油器的反馈信号来监控发动机的转速和负荷情况，

参考图2所示，为本申请实施例在实际应用中带有DPF和氧传感器的发动机的简单结构示意图，需要说明的是，在图2中，只示出了本申请实施例中必要的基本部件，并不包括发动机的全部部件，例如，燃油喷嘴(HC Injector)，氮氧传感器(NOx sensor)，尿素喷嘴(Urea Injector)，等等。其中，控制器201可以通过设置在DPF203两侧的氧传感器204来获知DPF两侧的氧气浓度，其中，压力传感器203可以用于测量DPF前后压力差，温度传感器205可以用于测量废气温度。

在实际应用中，步骤101在具体实现时可以包括：

步骤A1：获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度。

控制器首先通过氧传感器来获取到DPF前后的当前氧气浓度。

步骤A2：采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

根据氧气已知的摩尔浓度以及步骤A1获取的氧气浓度，利用氧气的气体状态方程计算出当前时刻下DPF两侧的氧气质量流量。其中，气体状态方程是描述气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量和温度间关系的状态方程。

步骤102：依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

接着，控制器依据当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量的过程，具体可以包括：

步骤B1：对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值。

首先对步骤A2得到的DPF前后的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF前后的氧气质量流量的积分值：∑DPF前氧气质量流量和∑DPF后氧气质量流量。

步骤B2：将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

得到积分值之后，DPF前氧气质量流量的积分值减去DPF后氧气质量流量的积分值，可以得到碳颗粒急剧燃烧需要的氧气量。由于柴油机氧气充足且DPF内部涂有一定量氧化催化剂，可以认为碳与氧反应物主要是二氧化碳，因此，再利用碳氧反应方程式：C＝0.375*(∑DPF前氧气质量流量-∑DPF后氧气质量流量)，可以计算得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

步骤103：判断持续时间是否大于预设标定时间，如果是，则结束流程，如果否，则返回步骤101。

其中，判断截止到当前时刻，步骤101和步骤102执行的持续时间是否大于预设标定时间，如果大于，则可以结束流程，即推出图1所示的流程，如果不大于预设标定时间，则返回步骤101继续计算。该持续时间可以为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间。具体的，参考图3所示，为持续时间计算的一个示意图。可见在图3中，DPF前氧气浓度301减去DPF后氧气浓度302的差值的绝对值，满足该绝对值小于或者等于预设差值限值303的条件的总时间。

其中，差值限值可以预先设置，一般可以设为1，主要根据DPF中碳的燃烧完全情况确定，如果DPF中的碳基本燃烧完全，那么DPF前后浓度基本不发生变化，误差将会在1以内。而标定时间可以根据实际工况变化时DPF前后氧浓度稳定的时间来设置，以排除由于工况变化导致的氧浓度变化的误判。

可以看出，在本申请实施例中，当DPF发生主动再生时，通过在DPF前后设置的氧浓度传感器检测DPF前后氧气浓度，在满足预设触发条件的情况下，可以对DPF前后氧质量流量进行积分，从而计算出DPF内氧气的消耗，然后再根据碳与氧气反应方程系数，可以获取到DPF烧掉的碳颗粒质量。在DPF内温度急剧变化的情况下，本申请实施例通过设置氧传感器从而可以实现对DPF内碳颗粒的消耗量进行准确的获取，从而提高得到的碳颗粒的消耗量的准确率。

在本申请实施例中，当DPF发生主动再生时，通过在DPF前后设置的氧浓度传感器检测DPF前后氧气浓度，在满足预设触发条件的情况下，可以对DPF前后氧质量流量进行积分，从而计算出DPF内氧气的消耗，然后再根据碳与氧气反应方程系数，可以获取到DPF烧掉的碳颗粒质量。在DPF内温度急剧变化的情况下，本申请实施例通过设置氧传感器从而可以实现对DPF内碳颗粒的消耗量进行准确的获取，从而提高得到的碳颗粒的消耗量的准确率。

在不同的实施例中，在步骤103之后，还可以包括：

步骤104：依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量。

在本实际应用中，因为DPF发生主动再生时的碳颗粒总量是一定的，因此根据步骤103的结果就可以得到DPF内剩余碳颗粒质量。

步骤105：判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件，如果是，则退出DPF再生过程。

因为DPF进行再生是为了消耗DPF内的碳颗粒的含量，因此，可以预设当DPF的碳颗粒的剩余质量为5g时，就退出DPF再生过程。当然，本领域技术人员也可以根据实际需求来设置其他数值。

采用本申请实施例，不仅可以提高计算DPF内碳颗粒的消耗量的准确率，进一步的，也可以使得DPF的主动再生过程在更合适的情况下退出，从而降低DPF的过滤效果对发动机换气和燃烧等的影响。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

与上述本申请一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法实施例1所提供的方法相对应，参见图4，本申请还提供了一种获取颗粒物捕集器内碳消耗量的控制器的实施例，在本实施例中，控制器所在的发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，该控制器可以包括：

第一确定模块401，用于在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

其中，所述第一确定模块401具体可以包括：获取子模块，用于获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度；和，计算子模块，用于采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量。

计算模块402，用于依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

其中，所述计算模块402具体可以包括：积分子模块，用于对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值；和，相乘子模块，用于将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量。

第一判断模块403，用于判断持续时间是否大于预设标定时间；其中，所述持续时间为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间。

第一退出模块404，用于在所述第一判断模块的结果为是的情况下，结束流程。

触发模块405，用于在所述第一判断模块的结果为否的情况下，触发所述确定模块。

在不同的实施例中，除了401～405，该控制器还可以包括：

第二确定模块406，用于依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量。

第二判断模块407，用于判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件。

第二退出模块408，用于在所述判断模块的结果为是的情况下，退出DPF再生过程。

采用本申请实施例，不仅可以提高计算DPF内碳颗粒的消耗量的准确率，进一步的，也可以使得DPF的主动再生过程在更合适的情况下退出，从而降低DPF的过滤效果对发动机换气和燃烧等的影响。

本申请还公开了一种发动机，该发动机的控制器为图4所示意的控制器。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法、控制器和发动机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种颗粒物捕集器内碳消耗量的获取方法，其特征在于，该方法应用于发动机的控制器上，所述发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，所述方法包括：

在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，所述控制器依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；所述预设触发条件为：发动机的转速和负荷在预设时间内降至预设转速阈值和负荷阈值，且DPF靠近DOC设备一侧的温度大于预设温度阈值；所述控制器依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量，包括：获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度；和，采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；

依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；其中，所述依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量包括：对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值；将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；

判断持续时间是否大于预设标定时间，如果是，则结束流程，如果否，则执行所述控制器依据所述氧传感器检测的氧气浓度确定DPF两侧的氧气质量流量的步骤；其中，所述持续时间为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量；

判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件，如果是，则退出DPF再生过程。

3.一种控制器，其特征在于，所述控制器所在的发动机内部的颗粒物捕集器DPF两侧分别设置了氧传感器，该控制器包括：

第一确定模块，用于在发动机的转速和负荷在DPF再生过程中满足预设触发条件的情况下，依据所述氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度确定当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；所述预设触发条件为：发动机的转速和负荷在预设时间内降至预设转速阈值和负荷阈值，且DPF靠近DOC设备一侧的温度大于预设温度阈值；所述第一确定模块包括：获取子模块，用于获取氧传感器检测的DPF两侧的当前氧气浓度；计算子模块，用于采用气体状态方程计算得到当前时刻DPF两侧的氧气质量流量；

计算模块，用于依据所述当前时刻DPF两侧的氧气质量流量计算当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；所述计算模块包括：积分子模块，用于对当前时刻DPF两侧的氧气质量流量进行积分，以分别得到DPF两侧的氧气质量流量的积分值；相乘子模块，用于将两个积分值的差值与常数0.375相乘，以得到当前时刻DPF内消耗的碳颗粒质量；

第一判断模块，用于判断持续时间是否大于预设标定时间；其中，所述持续时间为：DPF两侧的氧气浓度差值的绝对值小于或等于预设差值限值的总时间；

第一退出模块，用于在所述判断模块的结果为是的情况下，结束流程；

触发模块，用于在所述判断模块的结果为否的情况下，触发所述确定模块。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，还包括：

第二确定模块，用于依据所述DPF内消耗的碳颗粒质量确定DPF内的碳剩余量；

第二判断模块，用于判断所述碳剩余量是否满足预设再生退出条件；

第二退出模块，用于在所述判断模块的结果为是的情况下，退出DPF再生过程。

5.一种发动机，其特征在于，该发动机的控制器为权利要求3～4任一项所述的控制器。