CN105201607B - 估计柴油发动机的颗粒过滤器中累积颗粒量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

柴油发动机系统包括插入发动机的排气管线中的颗粒过滤器及与发动机的缸体相关联的多个燃料喷射器。在估计过滤器内累积的颗粒量大于阈值时，借助于给送至过滤器的排出气体的足以焚烧过滤器内的颗粒的温度升高而启用引起过滤器的自动再生的喷射器的控制模式。应用基于发动机和机动车辆的运行状况来估计过滤器中每单位时间累积的颗粒量(积碳负载)的统计模型。系统包括用于感测颗粒过滤器的出口处的排出气体的温度的传感器。累积在过滤器中的颗粒的上文提到的估计(积碳负载)在过滤器的各次再生之后基于真实情况下由传感器检测到的再生期间的温度的真实变化与之前在过滤器清空情况下的再生期间按经验检测到的温度的储存的基准变化之间的比较来校正。

Description

估计柴油发动机的颗粒过滤器中累积颗粒量的系统及方法
技术领域
本发明涉及柴油发动机，并且具体地涉及一种用于估计存在于沿柴油发动机的排出管线提供的颗粒过滤器中的颗粒量的系统及方法。
背景技术
柴油发动机的排气管处的颗粒排放减少构成了满足关于无害排放的当前和将来的法规的关键问题。为了观察对颗粒排放提出的极限，所需的是利用用于处理排出气体的系统，如，具体是颗粒过滤器或捕集器，其用作适于防止颗粒通过的机械隔层。上文提到的捕集器整体结合到发动机排气管线中，且能够将燃烧过程期间生成的颗粒保持在其内，其中效率接近100%。然而，颗粒累积在过滤表面上引起发动机排气管处压力升高，这确定了发动机的效率降低。因此，定期需要借助于捕集器内累积的颗粒的燃烧(点燃)来再生捕集器。为此，控制与发动机的缸体相关联的燃料喷射器的电子单元编程为用于在过滤器内累积的颗粒量估计为大于阈值时借助于给送至过滤器的排出气体的足以焚烧过滤器内的颗粒的温度升高来启用确定过滤器的自动再生的喷射器的控制模式。该温度升高例如通过控制相同发动机循环内的燃料多次喷射(以大于五的数目)来获得。这由于所谓的"公轨"类型的现代燃料喷射系统的极大灵活性而是可能的。
图1为示意性地示出现代柴油发动机的喷射控制系统和排气系统的附图。在该附图中，参考数字1表示发动机，其具有多个缸体，缸体分别设有由电子控制单元E控制的燃料电磁喷射器2。参考标号4表示吸气导管，其中插入了流量计5、节流阀6、排出气体再循环阀7(EGR阀)和过载压缩机8。参考标号9大体上表示发动机排气管线，其中插入了涡轮10，涡轮10机械地连接到过载压缩机8、预催化区段11、催化转换器12和颗粒过滤器13上。参考标号14表示用于将排出气体从发动机出口再循环至EGR阀7的管线。传感器15检测用于处理排出气体的系统上游与下游的区域之间的压差，该系统由成组的催化转换器和颗粒过滤器构成。电子控制单元E从该传感器15、从与用于处理排出气体的装置相关联的温度传感器S5和从流量计5接收信号，且将控制信号发送至节流阀6、EGR阀7和喷射器2。
电子控制单元能够通过控制各个发动机循环处的燃料多次喷射来启用过滤器的自动生成模式，以便使给送至过滤器13的排出气体的温度暂时达到不低于600℃的值，这引起颗粒的焚烧(点燃)。
根据现有技术，存在于过滤器内的颗粒量由电子控制单元借助于统计模型来估计。对于发动机和车辆的各个使用状况，电子控制单元基于平均统计检测来估计颗粒累积值，其以过滤器内的颗粒的克/小时(g/h) ("积碳负载")表示。
该已知解决方案的缺陷明显的是其可引起相对背离真实值的估计。颗粒排放实际上取决于许多不同因素，如，喷射的时间位置、排出气体(EGR)的再循环百分比、喷射器的类型。发动机的设置运行必须以对应于相应变化范围内的平均值或刚好对应于设计规则的各种相关参数的值来执行。然而，由于不同构件的制造中的公差，各种参数可根据高斯分布在各个构件的最大值与最小值之间较宽地变化。
在"最坏情形"中，发动机的所有喷射器可能没有校准，喷射器喷射大于电子控制单元预见的燃料量，以致于相对于具有能够喷射对应于设计值的燃料量的"理想"喷射器的发动机在排出处将形成更大量的烟。甚至在各个构件总之保持低于由制造公差允许的最大变化时，背离理想状况的所有那些构件的效果的重叠也可导致发动机排气处的烟的增加。
在已知系统中使用的统计模型根据开环运行，且因此不能考虑构件的变化和在车辆寿命器件可发生的故障。对于实用目的，统计模型考虑了例如根据"城市"循环使用的n个机动车辆的相同的"城市"任务轮廓，认为在此情况下，以g/h为单位的积碳负载对于所有机动车辆都具有单个预定值，其独立于各个车辆的特定特征。
本发明的目的在于提供一种具有控制系统的柴油发动机，其用于基于累积在过滤器内的颗粒的更精确估计来再生颗粒过滤器，这允许了克服上文所述的缺陷。本发明的另一个目的在于以简单且廉价的手段来实现上文提到的目的。
发明内容
鉴于实现上文指出的目的，本发明提供了一种用于机动车辆的柴油发动机系统，其包括插入发动机的排气管线中的颗粒过滤器，以及控制与发动机的缸体相关联的燃料喷射器的电子控制单元，所述电子控制单元编程为在所述过滤器中累积的颗粒的估计量超过阈值时启用喷射器的控制模式，其中过滤器的再生通过给送至过滤器的排出气体的足以焚烧过滤器内的颗粒的温度升高来获得，
其中电子控制单元构造成用于应用统计模型，统计模型基于发动机和车辆的运行状况来估计过滤器内累积的颗粒的每单位时间的量(积碳负载)，
其特征在于，所述系统包括用于检测颗粒过滤器的出口处的排出气体的温度的传感器，且所述电子控制单元构造成在各次过滤器再生之后基于实际情况下的再生期间由所述传感器检测到的所述温度的实际变化与储存在所述电子控制单元中且为之前在所述过滤器清空、即没有颗粒累积在其内的情况下再生期间按经验检测到的所述温度的基准变化之间的比较来校正颗粒累积的所述估计量(积碳负载)。
本发明还提供了一种用于控制包括插入发动机的排气管线中的颗粒过滤器和与发动机的缸体相关联的多个燃料喷射器的类型的柴油发动机系统的方法，
其中在累积在所述过滤器内的颗粒的估计量超过阈值时，喷射器的控制模式被启用，通过给送至过滤器的排出气体的足以焚烧过滤器内的颗粒的温度升高来提供过滤器的再生，其中应用了统计模型，其基于发动机和车辆的运行状况来估计过滤器内累积的每单位时间的颗粒量(积碳负载)，
所述方法的特征在于，所述系统包括用于检测颗粒过滤器的出口处的排出气体的温度的传感器，且在各次过滤器再生之后基于实际情况下的过滤器再生期间由所述传感器检测到的所述温度的实际变化与储存在所述电子控制单元中且为之前在所述过滤器清空、即没有颗粒累积在其内的情况下的过滤器再生期间按经验检测到的所述温度的基准变化之间的比较来校正累积在过滤器内的颗粒的所述估计量(积碳负载)。
附图说明
根据以下描述，参照仅通过非限制性实例给出的附图，本发明的其它特征和优点将变得清楚，在附图中：
图1已经在前文中论述，其示意性地示出了本发明应用于其的类型的柴油发动机，
图2示出了根据本发明中提供的内容的如图1中所示的相同系统，添加了用于感测颗粒过滤器的出口处的排出气体的温度的传感器S6，
图3为示出电子控制装置在本发明的情况下针对其编程的操作的框图，以及
图4,5为示出在"空过滤器"的情况下(即，没有颗粒累积在其中)和真实情况下的过滤器再生期间排出气体的温度变化的图表。
具体实施方式
在图1的已知系统的情况下和图2中所示的根据本发明的系统的情况下，电子控制单元E编程为在累积在过滤器内的颗粒量超过预定水平时启用颗粒过滤器的自动再生。在现有技术的情况下，如前文已经指出那样，只借助于过滤器内的颗粒累积过程的统计模型来估计该量，这允许了基于车辆的使用状况(对应于车辆的所谓"任务轮廓")来确定该累积量。如也已经指出那样，已知系统的运行模式并未提供过滤器中的颗粒累积(积碳负载)的高精度估计。
根据本发明的系统利用了也在已知系统中使用的统计模型，但基于由过滤器的再生确定的热生成的分析校正了利用该统计模型获得的信息。
在图2中，除在过滤器13的出口处添加温度传感器之外，所有构件都刚好对应于已经参照图1描述的那些。传感器S6自身已经关于柴油发动机提出，以便满足欧洲法规EU6。在这些发动机中，已经引入了该传感器，以便优化颗粒过滤器再生的持续时间。然而，本发明提供了由该构件给出的信息的新的使用。
附图中的图3为框图，其示出了电子控制单元在本发明的系统的情况下针对其编程的操作。
在该图中，框S.M.("统计模型")旨在表示用于估计颗粒累积的操作，类似于现有技术，电子控制单元E针对其编程。在该框中，电子控制单元基于关于车辆的"任务轮廓"(如"城市循环"、"城外循环"、"混合循环")的输入信息M.P.来按累积在过滤器13内的克/小时的颗粒(积炭负载)来计算累积。对于各个"任务轮廓"，电子控制单元构造成取决于发动机的运行状况来执行预定计算模型，这可通过一个或多个参数来识别。
框S.M.输出关于一般适于已知系统的积碳负载的信息S.L.。
在本发明的情况下，信息S.L.发送至框C，在该处，其基于由框E.R.C.发送的信号Δ来校正。框E.R.C基于从颗粒过滤器13的各次再生输送的热生成的分析来确定校正信号Δ。
这根据下文更详细描述的内容，通过比较颗粒过滤器的真实再生期间温度T6的变化和之前在过滤器清空、即没有颗粒累积在其中的情况下的再生期间按经验测得的所述温度T6的储存变化来完成。
如图3中所示，框E.R.C.接收表示过滤器13的真实再生期间由传感器S6检测到的温度的信号T6。
框E.R.C还从框"T6mod"接收信号，在该处，储存了之前在完全"清空"过滤器13、即没有颗粒累积在其中的情况下的再生(用作参考标准)期间按经验检测到的温度T6的变化。在框T6mod中，还可取决于各种任务轮廓(为此，框T6mod也可接收信号M.P.)来储存该基准标准变化的不同模型。
框E.R.C基于信号T6和T6mod之间的差异以下文所示的方式计算校正信号△。
图4示出了在过滤器13完全清空的情况下、即没有颗粒累积在其中的情况下基准标准再生期间由传感器S5和S6检测到的温度T5和T6的变化。该图还示出了变化T6mod，其在此情况明显与变化T6一致。
图5改为示出真实再生期间由传感器S5和S6检测到的温度T5和T6的变化，其中过滤器13含有一些颗粒。在该图中，还指出了图4的基准变化T6mod。
图3的框E.R.C.通过进行图5中的信号T6和T6mod之间的比较考虑了再生引起的热生成。
作为优选，根据本发明，不但计算了温差，而且在图5的温度-时间的图表中计算了信号T6和T6mod之间的面积Z，以便获得关于再生期间由真实存在于过滤器内的颗粒量释放的能量的信息。
又在本实施例的情况下，在过滤器13内的颗粒量达到触发自动再生的最大值(该最大值对于各个任务轮廓不同)的情况下，计算了各个任务轮廓的面积Z。
由于以上提到的特征，故根据本发明的系统能够执行积碳负载的估计，其大致相对于已知系统更精确，这允许了在存在其真实需要的情况下启用过滤器再生，从而导致燃料消耗减少和机油更换频率降低。较少数目的燃料附加喷射(为了再生过滤器的目的)实际上提供了除燃料节省外的减少能够穿过发动机的弹性环外以致于与机油接触而由此引起其质量降低的燃料量的优点。
自然，尽管本发明的原理保持相同，但构造和实施例的细节可相对于仅作为实例描述和示出的内容较宽地变化，而不会脱离由以下权利要求限定的本发明的范围。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的柴油发动机系统，其包括插入发动机的排气管线(9)中的颗粒过滤器(13)，以及控制与所述发动机的缸体相关联的燃料喷射器(2)的电子控制单元(E)，所述电子控制单元编程为在所述过滤器中累积的颗粒的估计量超过阈值时启用所述喷射器(2)的控制模式，其中通过给送至所述过滤器(13)的排出气体的足以焚烧所述过滤器内的颗粒的温度升高来获得所述过滤器(13)的再生，
其中所述电子控制单元(E)构造成用于应用统计模型(SM)，其基于所述发动机和所述车辆(MP)的运行状况来估计所述过滤器内累积的颗粒的每单位时间的量，
其特征在于，所述系统包括用于检测颗粒过滤器(13)的出口处的排出气体的温度的传感器(S6)，且所述电子控制单元(E)构造成在各次过滤器再生之后基于实际情况下的再生期间由所述传感器(S6)检测到的所述温度的实际变化与储存在所述电子控制单元(E)中且为之前在所述过滤器(13)清空、即没有颗粒累积在其内的情况下的再生期间按经验检测到的所述温度的基准变化(T6mod)之间的比较来校正颗粒累积的估计的量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子控制单元(E)构造成计算在温度-时间图表中在对应于所述温度的实际变化和所述温度的基准变化的信号(T6,T6mod)之间的面积(Z)，以便获得关于实际上存在于所述过滤器(13)内的颗粒质量的再生期间释放的能量的信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，针对所述发动机和所述车辆的一系列不同运行状况确定所述面积(Z)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述过滤器(13)中的颗粒量达到触发所述过滤器再生的最大值的情况下，针对所述发动机和所述车辆的各个运行状况来计算所述面积(Z)。
5.一种用于控制柴油发动机系统的方法，所述柴油发动机系统包括插入发动机的排气管线(9)中的颗粒过滤器(13)，以及与所述发动机的缸体相关联的多个燃料喷射器(2)，
其中在累积在所述过滤器内的颗粒的估计量超过阈值时，启用所述喷射器(2)的控制模式，从而通过给送至所述过滤器(13)的排出气体的足以焚烧所述过滤器(13)内的颗粒的温度升高来提供所述过滤器(13)的再生，
其中应用了统计模型(SM)，其基于所述发动机和车辆(MP)的运行状况估计累积在所述过滤器(13)内的每单位时间的颗粒量，
所述方法的特征在于，所述系统包括用于检测所述颗粒过滤器的出口处的排出气体的温度的传感器(S6)，且在各次所述过滤器再生之后基于实际情况下的过滤器再生期间由所述传感器(S6)检测到的所述温度的实际变化与储存在电子控制单元中且为之前在所述过滤器(13)清空、即没有颗粒累积在其内的情况下的过滤器再生期间按经验检测到的所述温度的基准变化(T6mod)之间的比较来校正累积在过滤器内的颗粒的估计的量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其提供了对应于所述温度的实际变化和所述温度的基准变化的信号(T6,T6mod)之间的温度-时间的图表中的面积(Z)，以便获得关于实际上存在于所述过滤器(13)内的颗粒质量的再生期间释放的能量的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对所述发动机和所述车辆的一系列不同运行状况确定所述面积(Z)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述过滤器(13)内的颗粒量达到触发所述过滤器再生的最大值的情况下，针对所述发动机和所述车辆的各个运行状况计算所述面积(Z)。
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