CN106224065A - 柴油机dpf碳累积量的检测方法 - Google Patents

柴油机dpf碳累积量的检测方法 Download PDF

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代永刚
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张焕岩
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Abstract

本发明公开了一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，在第一时间段、第一温度区间和设定的空燃比的条件下，检测发动机原排时生成碳的原排质量；在第二时间段和第二温度区间下，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量；在第三时间段和第三温度区间下，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量；通过将所述碳的原排质量与所述碳的被动消耗质量和所述碳的主动消耗质量做差值运算获取DPF中剩余的碳的剩余质量，即DPF碳累积量。本发明提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法，解决了现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，提高了DPF系统的工作寿命。

Description

柴油机DPF碳累积量的检测方法
技术领域
本发明涉及柴油微粒过滤领域，尤其涉及一种柴油机DPF碳累积量的检测方法。
背景技术
柴油机因良好的经济性、动力性、可靠性和较低的CO、HC排放，被广泛应用于交通运输、工程机械等领域。但柴油机的微粒排放一直没有得到最优控制，为了降低环境污染和保护人类身体健康，国内外均制定了较为严格的排放标准。
目前，排放后处理装置已经成为柴油车用于解决碳微粒排放问题的一种标准配置，采用柴油微粒过滤器(DPF)进行处理被公认为是一种非常有效的方法。DPF的工作原理：柴油机排放的含有大量碳烟微粒的污染物通过排气管道进入DPF，其内部为蜂窝状结构，两端一边是敞开，一边是堵塞的通道壁，废气从敞开的一端进入，穿越多孔的蜂窝壁，然后从相邻的通道排出。大部分微粒由于体积过大而无法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不会排放到空气中。随着过滤下来的颗粒的积存，过滤孔逐渐堵塞，使排气阻力增加，导致发动机动力性和经济性恶化，因此必须及时除去DPF中的颗粒，称为DPF再生，即在合适的时机通过喷油在DPF中燃烧掉积存的碳微粒。
现有的柴油机DPF系统中计算碳微粒质量的方法主要基于DPF前后压差、废气体积流量，然后通过大量的试验数据形成MAP图估算碳微粒的质量。但是，此种检测方法需要在大量的试验数据基础上得到，其准确性很难确保，而且DPF前后压差在某些工况下存在较大的误差，直接影响DPF再生时刻；此外，现有检测方法较为粗糙，只能覆盖柴油机的部分行驶工况。
发明内容
本发明的目的是提供一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，以解决现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，进而提高DPF系统的工作寿命。
本发明提供了一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，包括如下步骤：
步骤A、在第一时间段、第一温度区间和设定的空燃比的条件下，检测发动机原排时生成碳的原排质量；
步骤B、在第二时间段和第二温度区间下，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量；
步骤C、在第三时间段和第三温度区间下，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量；
步骤D、通过将所述碳的原排质量与所述碳的被动消耗质量和所述碳的主动消耗质量做差值运算获取DPF中剩余的碳的剩余质量，即DPF碳累积量。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测发动机原排时生成碳的原排质量具体包括：
步骤A1、检测发动机原排时碳产生的速率；
步骤A2、将所述碳产生的速率对所述第一时间段进行积分，获取在所述第一温度区间和所述设定的空燃比条件下生成碳的原排质量。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测发动机原排时碳产生的速率具体包括：
通过设置在发动机排气歧管附近的烟度计获取所述碳产生的速率。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量具体包括：
步骤B1、检测DPF入口和出口处的NO2的流量；
步骤B2、根据所述NO2的流量换算出NO2的消耗速率；
步骤B3、根据被动再生反应公式和所述NO2的消耗速率换算出碳的被动消耗速率，所述被动再生反应公式如下：
C+2NO2＝CO2+2NO
步骤B4、将所述碳的被动消耗速率对所述第二时间段进行积分，获取碳的被动消耗质量。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测DPF入口和出口处的NO2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的NO2传感器获取所述NO2的流量。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量具体包括：
步骤C1、检测DPF入口和出口处的O2的流量；
步骤C2、根据所述O2的流量换算出O2的消耗速率；
步骤C3、根据主动再生反应公式和所述O2的消耗速率换算出碳的主动消耗速率，所述主动再生反应公式如下；
C+O2＝CO2
步骤C4、将所述碳的主动消耗速率对所述第三时间段进行积分，获取碳的主动消耗质量。
如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，检测DPF入口和出口处的O2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的氧传感器获取所述O2的流量。
本发明提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法，解决了现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，提高了DPF系统的工作寿命。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
图1为本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供了一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，包括如下步骤：
步骤A、在第一时间段、第一温度区间和设定的空燃比的条件下，检测发动机原排时生成碳的原排质量。
具体地，检测发动机原排时生成碳的原排质量具体包括：
步骤A1、检测发动机原排时碳产生的速率；
步骤A2、将碳产生的速率对第一时间段进行积分，获取在第一温度区间和设定的空燃比条件下生成碳的原排质量。
具体地，检测发动机原排时碳产生的速率可具体包括：
通过设置在发动机排气歧管附近的烟度计获取碳产生的速率。
需要说明的是，第一温度区间与被动再生反应所在的温度区间无重叠。
具体地，可以检测不同空燃比状态下碳产生的速率，进而获取不同空燃比状态下生成碳的质量，所述不同空燃比状态下碳产生的速率如下表所示：
空燃比 碳产生速率
15 0.002823
16 0.001911
17 0.001307
18 0.000898
19 0.000677
21 0.000479
24 0.000509
30 0.000629
50 0.000677
70 0.000519
100 0.000029
步骤B、在第二时间段和第二温度区间下，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量。
具体地，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量具体包括：
步骤B1、检测DPF入口和出口处的NO2的流量；
步骤B2、根据NO2的流量换算出NO2的消耗速率；
步骤B3、根据被动再生反应公式和NO2的消耗速率换算出碳的被动消耗速率，其中，被动再生反应公式如下：
C+2NO2＝CO2+2NO
步骤B4、将碳的被动消耗速率对第二时间段进行积分，获取碳的被动消耗质量。
需要说明的是，第二时间段在第一时间段之后，且第二温度区间的最小温度点大于第一温度区间的最大温度点。
具体地，检测DPF入口和出口处的NO2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的NO2传感器获取NO2的流量。
具体地，可以检测在第二温度区间内不同温度点下不同时刻NO2消耗的速率，所述NO2消耗的速率如下表所示：
100℃ 150℃ 200℃ 275℃ 350℃ 400℃ 550℃ 700℃
1s 0 0.000778 0.010620 0.035294 0.071747 0.105667 0 0
2s 0 0.001572 0.021255 0.070602 0.143509 0.211319 0 0
3s 0 0.002350 0.031876 0.105896 0.215256 0.316986 0 0
4s 0 0.003128 0.042480 0.141190 0.287018 0.422653 0 0
5s 0 0.003525 0.047806 0.158844 0.322891 0.475479 0 0
6s 0 0.002594 0.035080 0.116592 0.237000 0.348999 0 0
7s 0 0.001953 0.026474 0.088074 0.179031 0.263626 0 0
8s 0 0.001328 0.018066 0.060059 0.122055 0.179733 0 0
9s 0 0.000656 0.008698 0.028839 0.058594 0.086288 0 0
步骤C、在第三时间段和第三温度区间下，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量。
具体地，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量具体包括：
步骤C1、检测DPF入口和出口处的O2的流量；
步骤C2、根据O2的流量换算出O2的消耗速率；
步骤C3、根据主动再生反应公式和O2的消耗速率换算出碳的主动消耗速率，其中，主动再生反应公式如下；
C+O2＝CO2
步骤C4、将碳的主动消耗速率对时间进行积分，获取碳的主动消耗质量。
需要说明的是，第三时间段在第二时间段之后，且第三温度区间的最小温度点大于第二温度区间的最大温度点。
具体地，检测DPF入口和出口处的O2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的氧传感器获取所述O2的流量。
具体地，可以检测在第三温度区间内不同温度点下不同时刻O2消耗的速率，所述O2消耗的速率如下表所示：
100℃ 300℃ 400℃ 500℃ 580℃ 600℃ 620℃ 660℃
0.5s 0 0 0.000015 0.000046 0.000763 0.001343 0.002640 0.008575
1.5s 0 0 0.000015 0.000137 0.002228 0.003998 0.007813 0.025055
2.5s 0 0 0.000015 0.000275 0.003693 0.006516 0.012787 0.041138
3.5s 0 0 0.000015 0.000336 0.005112 0.008972 0.017731 0.057037
4.5s 0 0 0.000015 0.000473 0.006516 0.011505 0.022598 0.072662
5.5s 0 0 0.000015 0.000565 0.007980 0.014023 0.027527 0.088318
6.5s 0 0 0.000031 0.000656 0.009384 0.016495 0.032333 0.103989
7.5s 0 0 0.000076 0.000748 0.010803 0.018951 0.037155 0.119492
步骤D、通过将碳的原排质量与碳的被动消耗质量和碳的主动消耗质量做差值运算获取DPF中剩余的碳的剩余质量，即DPF碳累积量。
具体地，当DPF碳累积量达到设定的质量点时，发动机控制单元自动触发强制再生功能提醒，指示用户开启强制再生功能，以燃烧掉DPF中累积的碳，从而延长DPF的使用寿命。
需要说明的是，“设定的质量点”需根据不同车型使用的不同系列的DPF而定，在本发明实施例中，“设定的质量点”可以是25g。
本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法，解决了现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，进而提高DPF系统的工作寿命。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、在第一时间段、第一温度区间和设定的空燃比的条件下，检测发动机原排时生成碳的原排质量；
步骤B、在第二时间段和第二温度区间下，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量；
步骤C、在第三时间段和第三温度区间下，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量；
步骤D、通过将所述碳的原排质量与所述碳的被动消耗质量和所述碳的主动消耗质量做差值运算获取DPF中剩余的碳的剩余质量，即DPF碳累积量。
2.根据权利要求1所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测发动机原排时生成碳的原排质量具体包括：
步骤A1、检测发动机原排时碳产生的速率；
步骤A2、将所述碳产生的速率对所述第一时间段进行积分，获取在所述第一温度区间和所述设定的空燃比条件下生成碳的原排质量。
3.根据权利要求2所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测发动机原排时碳产生的速率具体包括：
通过设置在发动机排气歧管附近的烟度计获取所述碳产生的速率。
4.根据权利要求1所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测DPF中发生被动再生时的碳的被动消耗质量具体包括：
步骤B1、检测DPF入口和出口处的NO2的流量；
步骤B2、根据所述NO2的流量换算出NO2的消耗速率；
步骤B3、根据被动再生反应公式和所述NO2的消耗速率换算出碳的被动消耗速率，所述被动再生反应公式如下：
C+2NO2＝CO2+2NO
步骤B4、将所述碳的被动消耗速率对所述第二时间段进行积分，获取碳的被动消耗质量。
5.根据权利要求4所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测DPF入口和出口处的NO2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的NO2传感器获取所述NO2的流量。
6.根据权利要求1所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测DPF中发生主动再生时的碳的主动消耗质量具体包括：
步骤C1、检测DPF入口和出口处的O2的流量；
步骤C2、根据所述O2的流量换算出O2的消耗速率；
步骤C3、根据主动再生反应公式和所述O2的消耗速率换算出碳的主动消耗速率，所述主动再生反应公式如下；
C+O2＝CO2
步骤C4、将所述碳的主动消耗速率对所述第三时间段进行积分，获取碳的主动消耗质量。
7.根据权利要求6所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其特征在于，检测DPF入口和出口处的O2的流量具体包括：
通过设置在DPF入口和出口处的氧传感器获取所述O2的流量。
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