CN105317509B - 维持dpf再生以改进dpf过滤器耐久性的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法和系统。一种维持DPF再生以改进柴油机微粒过滤器(DPF)的耐久性的方法，可以包括：通过控制器确定在DPF再生期间车辆是否进入怠速状态；当车辆进入怠速状态时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值；并且通过控制器执行再生过程直到在DPF中的烟尘质量可以等于或低于目标参考值。
Description
技术领域
本发明涉及一种维持DPF再生以改进柴油机微粒过滤器(diesel particulatefilter，DPF)的耐久性的方法和系统，并且更特别地，涉及一种通过如下方式改进DPF过滤器耐久性的维持DPF再生的方法和系统：通过在车辆行驶时，即使当车辆进入怠速状态时，也维持DPF再生直到DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值。
背景技术
从发动机排放出的排放气体引入至布置在排气管的中间的催化转化器并且由该催化转化器净化，并且在穿过消声器噪音减少之后，排放气体通过尾排气管排放进入空气中。
同时，从发动机排放出的排放气体需要符合OBD规定，OBD规定定义了排放气体的规定和关联于在诊断和售后服务(A/S)市场方面的标准化的若干规定，以用于检测排放相关部件的故障及恶化。
因此，为了符合北美柴油机Tier2BIN5规定或Euro 6规定，柴油车辆已经使用氧化催化剂(oxidation catalyst)、柴油机微粒过滤器(DPF)、选择性催化还原(selectivecatalytic reduction,SCR)催化剂等等及其组合，并且这些催化剂的位置设置根据车辆的设计而不同地确定。
在这种情况下，柴油机微粒过滤器物理地捕获包含在排放气体内的微粒物质例如烟尘，并且当在车辆行驶了预定距离之后或者在柴油机微粒过滤器两端之间具有压力差(其等于或高于设定参考压力)的情况下柴油机微粒过滤器捕获微粒物质的时候，由于排放气体基于后喷射控制而升至约500℃到650℃的高温，所以捕获的物质燃烧并且再生。
同时，在柴油机微粒过滤器基于后喷射控制再生微粒材料时的同时，车辆进入怠速状态时，氧的浓度升高并且排放气体的流量减少而引起不正常的DPF再生。在这种情况下，当柴油机微粒过滤器超过过滤器的耐受极限温度和极限温度梯度时，融化、裂缝等会发生在柴油机微粒过滤器中，使得柴油机微粒过滤器可能会损坏。
通常地，DPF过滤器可以主要由可能会损坏的例如SiC和堇青石材料制备。在这种情况下，过滤器的耐受极限温度是大约1100℃并且极限温度梯度是大约400℃/cm。
如上所述，在DPF再生过程期间，当车辆进入怠速状态时，氧的浓度增加并且排放气体的流量减少而引起不正常的DPF再生，使得DPF可能会损坏。
图1是显示了在DPF再生期间，当车辆进入怠速状态时，过滤器的运行温度和过滤器的梯度温度的图。如图1所示，在其中显示通常的行驶状态的部段“A”中，在发动机以大约2000rpm驱动的同时，DPF再生过程进行，并且DPF的前端的氧的浓度控制在15％或更低，当在怠速下降(部段“B”)期间车辆进入所谓的怠速状态时，车辆以大约700rpm到800rpm驱动，并且DPF的前端的氧的浓度控制在8％或更低，然后在部段“C”中，DPF的前端的氧的浓度不受控制。
在这种情况下，当车辆进入怠速状态时并且DPF再生过程在经过预定时间之后退出，如所示出的，过滤器的运行温度上升，并且因此达到最高温度的点“a”，并且过滤器的梯度温度也达到最高温度的点“b”。
也就是说，当再生过程在其中大量烟尘仍然存在于DPF中的状态下退出时，氧的浓度上升，并且当过量的氧供应至燃烧的过滤器(ignitedfilter)时，过滤器内的温度突然地上升并且因此过滤器的梯度温度也突然地上升。
因此，DPF的损坏可能性升高，并且因此，本发明涉及一种维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法和系统，用于解决所存在的问题。
用于解决上述存在的问题的相关技术被公开。关于相关技术，一项名为“用于保护柴油机微粒过滤器的装置和方法”的相关技术，通过在柴油机微粒过滤器的再生的期间，当车辆进入怠速状态时，判断不正常的DPF再生是否发生而实施，以防止柴油机微粒过滤器升至极限温度或更高，但是该相关技术具有的限制在于，其没有公开本发明的技术精神，也就是即使当车辆进入怠速状态时，维持DPF再生持续预定的时间，直到DPF中的烟尘质量达到预定参考值或更低。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的能够防止DPF的损坏的方法和系统，即使当车辆在DPF再生过程期间进入怠速状态时，其也能够通过维持DPF再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或小于目标参考值，从而防止当车辆在DPF再生过程期间进入怠速状态时发生的DPF的损坏。
在本发明的一个方面中，一种维持DPF再生以改进柴油机微粒过滤器(DPF)的耐久性的方法，可以包括：通过控制器确定在DPF再生期间车辆是否进入怠速状态；当车辆进入怠速状态时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值；以及通过控制器，执行再生过程直到在DPF中的烟尘质量等于或低于目标参考值。
本方法可以进一步包括，在确定在DPF再生期间所述车辆是否进入怠速状态之后，当车辆进入怠速状态时，通过控制器比较DPF中的烟尘质量和预设烟尘参考值。
本方法可以进一步包括，当车辆进入怠速状态时，在DPF中的烟尘质量与预设烟尘参考值之间的比较中，当DPF中的烟尘质量等于或高于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，并且当DPF中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于比第一参考值更高的第二参考值。
引入至DPF中的氧的浓度通过使用安装在发动机前部的截止阀(shutoff valve)控制。
在本发明的另一方面，一种维持DPF再生以改进柴油机微粒过滤器(DPF)的耐久性的系统，可以包括DPF和控制器，所述DPF捕获被捕获在排放气体中的烟尘，所述控制器接收关于车辆是否正处于怠速状态的信号，以在车辆的怠速状态下维持DPF再生，直到DPF中的烟尘质量达到目标参考值，从而防止DPF达到极限温度和极限温度梯度。
控制器接收关于车辆是否正处于怠速状态的信号，并且将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值以维持DPF的再生，直到DPF中的烟尘质量达到目标参考值。
控制器接收关于车辆是否正处于怠速状态的信号，并且然后确定DPF中的烟尘质量是否等于或高于预设烟尘参考值。
当DPF中的烟尘质量等于或高于预设烟尘参考值时，控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，而当DPF中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于比第一参考值更高的第二参考值，以维持DPF再生直到DPF中的烟尘质量达到目标参考值。
控制器将信号传输至安装在发动机前部的截止阀以控制引入至DPF中的氧的浓度。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃油车辆(例如源于非石油的能源的燃油)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是显示了根据相关技术，在车辆行驶中当车辆进入怠速状态时，在退出DPF再生过程时发生的DPF的运行温度和梯度温度的变化的图。
图2和图3是根据本发明的示例性实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法的流程图。
图4是显示了根据本发明的示例性实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法的每个过程的具体控制的流程图。
图5是根据本发明的示例性实施方案的确认DPF的耐久性通过控制逻辑而改进的图。
图6是根据本发明的示例性实施方案的显示了取决于控制过程的引入至DPF中的氧的浓度和保留在DPF中的烟尘质量的图。
图7是根据本发明的示例性实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的系统的示意图。
应当了解，所附附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理各个特征。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的不同实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施方案。
图2是根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法的总流程图。如图2所示，根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法，主要包括确定车辆是否进入怠速状态(S100)，控制引入至DPF中的氧的浓度为等于或低于设定第一参考值(S200)，并且进行DPF再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值(S300)。
首先，确定在DPF过滤器的再生过程期间车辆是否进入怠速状态(S100)被执行，并且可以根据例如油门踏板信号和传动比的各种信息，来检测车辆是否进入怠速状态。
同时，通过使用上述车辆的数个信号，确认的是在DPF再生期间车辆进入了怠速状态，执行使引入至DPF中的氧的浓度为等于或低于设定第一参考值的控制(S200)。
也就是说，为了改进DPF的耐久性，氧浓度被控制为等于或小于设定第一参考值，以防止DPF过滤器暴露在高温中，其中作为第一参考值的氧浓度可以控制在8％左右。
同时，当如上所述，引入至DPF中的氧的浓度被控制为等于或低于第一参考值时，执行再生过程直到在DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值。
也就是说，根据相关技术，在DPF再生过程期间当车辆进入怠速状态时，DPF再生过程在经过预定时间之后退出。在这种情况下，在大量烟尘仍然保留在DPF中的同时再生过程中止，并且然后，氧浓度增加，使得在DPF中燃烧的烟尘由于过量供氧而过度燃烧的同时，DPF过滤器的温度可能升高。为了防止以上问题，本发明的各个实施方案具有特征在于，即使在DPF再生过程期间车辆进入怠速状态，也维持DPF再生过程直到DPF的烟尘质量下降至设定目标参考值或更低。
同时，目标参考值可以设定为2％，但是DPF的体积是不同的。通常地，如果假设当DPF的每1L体积中存在8g的烟尘质量时目标参考值是100％，则执行再生过程直到目标参考值达到根据该量的2％。
而且，众所周知，用于测量DPF中的烟尘质量的方法使用安装在DPF的前端和后端的压力传感器，根据压力差测量烟尘质量。
通过前述过程，即使在再生过程期间车辆进入怠速状态，引入至DPF中的氧的浓度也受到控制，同时，执行再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值，以防止DPF达到DPF过滤器的最大极限温度和极限温度梯度，从而能够预先防止DPF损坏。
同时，如图3所示，根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法进一步包括在确定在DPF的再生期间车辆是否进入怠速状态(S100)之后，当车辆进入怠速状态时，比较DPF中的烟尘质量和预设烟尘参考值(S110)。也就是说，当DPF中的烟尘质量等于或高于30％(其是烟尘参考值)时，DPF中的烟尘质量很多，并且因此当引入至DPF中的氧的浓度过高时，大量烟尘过度燃烧，从而过度提高DPF的温度，并且因此引入至DPF中的氧的浓度被控制为等于或低于设定第一参考值。
在这种情况下，在当车辆进入怠速状态时DPF中的烟尘质量与预设烟尘参考值的比较中(S110)，当DPF中的烟尘质量等于或高于预设烟尘参考值，根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法进一步包括将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，并且当DPF中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于比第一参考值更高的第二参考值，其中第二参考值可以设定为15％。
也就是说，在DPF中的烟尘质量低于30％的情况中，即使当引入至DPF中的氧的浓度被控制为15％，而不是8％时，待在氧(其被引入至DPF中)中燃烧的DPF中的烟尘质量也相对更低。因此，DPF的再生能够迅速地完成，同时因为与DPF中的烟尘质量超过30％的情况相比，DPF的温度升高相对较低，所以避免了DPF的损坏。
同时，图4是显示根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法的每个过程的具体控制的流程图。
具体的控制方法已在先描述，并且因而在此省略。然而，执行再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值，并且然后再生过程结束，并且在确认车辆的发动机是否起动之后，如果确定发动机没有起动，控制逻辑结束，而如果确定为车辆起动，则再次确定DPF中的烟尘质量是否是100％，并且然后再次执行如上所述的控制逻辑。
图5是显示了实验结果的图，实验结果为即使当在再生期间车辆进入怠速状态时，也根据前述控制过程通过维持再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于目标参考值，而使DPF的耐久性得到改进。
如所示出的，当在再生过程期间车辆进入怠速状态时，执行再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于目标参考值，并且因此与现有技术相比，DPF的运行温度X和在过滤器中的梯度温度Y形成为小于极限值，从而确定DPF的耐久性得到改进。
以供参考，区域“A”为其中将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于15％的区域，区域“B”为其中将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于8％的区域，区域“C”为其中将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于15％的区域，并且区域“D”为其中使引入至DPF中的氧的浓度不再受控制的区域。
而且，图6是显示了根据本发明的各个实施方案的通过控制发动机转速和引入至DPF中的氧的浓度而在DPF中的烟尘质量的变化的改变的图。
如所示出的，在车辆行驶中执行再生过程时，当车辆进入怠速状态时，根据本发明的各个实施方案的引入至DPF中的氧的浓度受到控制，并且执行再生过程直到DPF中的烟尘质量等于或低于设定目标参考值，从而改进DPF的耐久性。
同时，引入至DPF中的氧的浓度通过使用安装在发动机前部的截止阀控制。
图7是根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的系统的总配置图。如图所示，该系统包括DPF和控制器100，DPF捕获被捕获在排放气体中的烟尘，控制器100接收关于车辆是否正处在怠速状态的信号，以在车辆的怠速状态下维持再生，直到DPF中的烟尘质量达到设定目标参考值，从而防止DPF达到极限温度和极限温度梯度。
控制器100接收关于车辆是否正处在怠速状态的信号，并且将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值以维持再生直到DPF中的烟尘质量达到设定目标参考值。
而且，控制器100进一步包括接收关于车辆是否正处在怠速状态的信号，并且然后当DPF中的烟尘质量等于或高于预设烟尘参考值时，将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，并且当DPF中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至DPF中的氧的浓度控制为等于或低于比第一参考值大的第二参考值，直到DPF中的烟尘质量达到设定目标参考值。
其具体控制方法已经在上面描述，并且其说明将在此省略。
根据通过如上所述的配置和控制，根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法和系统，即使当在DPF再生过程期间车辆进入怠速状态时，也可以通过执行DPF再生过程直到DPF中的烟尘质量降至目标参考值或更低，而改进DPF的耐久性。
根据如上所述配置的根据本发明的各个实施方案的维持DPF再生以改进DPF过滤器耐久性的方法和系统，可以通过控制引入至DPF中的氧质量以使DPF的温度低于DPF过滤器的运行温度极限和并且极限温度梯度，并且通过执行DPF再生过程直到在DPF中的烟尘质量等于或低于目标参考值，从而改进DPF的耐久性。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其它们的实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (4)
1.一种维持柴油机微粒过滤器再生以改进柴油机微粒过滤器的耐久性的方法，包括：
通过控制器确定在柴油机微粒过滤器再生期间车辆是否进入怠速状态；
在确定在柴油机微粒过滤器再生的期间所述车辆是否进入怠速状态之后，当车辆进入怠速状态时，通过所述控制器比较所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量和预设烟尘参考值；
当所述车辆进入怠速状态时，通过所述控制器将引入至所述柴油机微粒过滤器的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值；
在再生过程期间当车辆进入怠速状态时，通过所述控制器执行再生过程直到在所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量等于或低于目标参考值；
在所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量与所述预设烟尘参考值之间的比较中，当所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量等于或高于所述预设烟尘参考值时，通过所述控制器将引入至所述柴油机微粒过滤器的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，并且当柴油机微粒过滤器中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，将控制器控制引入至柴油机微粒过滤器中的氧的浓度通过为等于或低于比第一参考值高的第二参考值。
2.根据权利要求1所述的维持柴油机微粒过滤器再生以改进柴油机微粒过滤器的耐久性的方法，其中引入至所述柴油机微粒过滤器的氧的浓度通过使用安装在发动机前部的截止阀控制。
3.一种维持柴油机微粒过滤器再生以改进柴油机微粒过滤器的耐久性的系统，包括：
柴油机微粒过滤器，其捕获被捕获在排放气体中的烟尘；
控制器，其接收关于车辆是否正处于怠速状态的信号，以在车辆的怠速状态下维持柴油机微粒过滤器再生，直到在再生过程期间当车辆进入怠速状态时在柴油机微粒过滤器中的烟尘质量达到目标参考值，从而防止所述柴油机微粒过滤器达到极限温度和极限温度梯度；
其中所述控制器接收关于所述车辆是否正处于怠速状态的信号，并且将引入至所述柴油机微粒过滤器的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值以维持所述柴油机微粒过滤器的再生，直到所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量达到目标参考值；
其中所述控制器接收关于车辆是否正处于怠速状态的信号，并且然后确定所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量是否等于或高于预设烟尘参考值；
其中当所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量等于或高于预设烟尘参考值时，所述控制器将引入至所述柴油机微粒过滤器的氧的浓度控制为等于或低于第一参考值，并且当柴油机微粒过滤器中的烟尘质量低于预设烟尘参考值时，通过控制器将引入至柴油机微粒过滤器中的氧的浓度控制为等于或低于比第一参考值更高的第二参考值，以维持柴油机微粒过滤器再生直到所述柴油机微粒过滤器中的烟尘质量达到目标参考值。
4.根据权利要求3所述的维持柴油机微粒过滤器再生以改进柴油机微粒过滤器的耐久性的系统，其中所述控制器将信号传输至安装在发动机前部的截止阀以控制引入至柴油机微粒过滤器中的氧的浓度。
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