CN107208564B - 用于管理颗粒过滤器的再生的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于管理颗粒过滤器(DPF)的再生的方法，颗粒过滤器包括入口和出口，该方法包括关于第一条件的第一检查过程和关于第二条件的第二检查过程，其中，第一条件即为计算出的颗粒过滤器的所述入口与所述出口之间的压差的函数，第二条件即为在颗粒过滤器的出口处测得的温度的函数，并且其中，该方法在所述第一检查过程和/或第二检查过程中的一者给出肯定结果时中断所述再生过程。

Description

用于管理颗粒过滤器的再生的方法和系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机领域，并且具体地涉及对减少污染物的这些部件的管理。更具体地，本发明涉及用于管理颗粒过滤器的再生的方法和系统。
背景技术
DPF过滤器长期以来一直被用于约束由内燃发动机、特别是柴油机的燃烧产生的颗粒。
这些过滤器就形成在其中的通道的形状而言被称为封闭式过滤器。
这些通道由多孔陶瓷材料制成，从而存留包含在穿过所述通道的气体中的颗粒。
过滤器堵塞通过测量过滤器上游的压力(背压)或通过测量过滤器上游和下游的压差来进行检测。
根据车辆的使用状况，颗粒过滤器可能经受更大频率或更小频率的再生循环以燃烧积聚的颗粒，从而清洁过滤器。
这种再生循环通过在排气阶段将燃料注入到燃烧室中以使未燃烧的燃料直接进入包括颗粒过滤器的用于排气后处理的装置(ATS)中来实现。这种策略被称为后注入策略。一方面，这种后注入引起ATS中的高温，但是另一方面，后注入常常使内燃发动机的润滑油变质。
特别地，大量注入的燃料通过与发动机油混合而喷出。这种混合对内燃发动机产生影响，内燃发动机可能被损坏，并且也对燃料消耗量产生影响。
为了便于实施，考虑到可能对完全的再生产生不利影响的可能的环境条件，再生过程的持续时间被固定并且被预先确定。
发明内容
本发明的第一目的是限制对所述再生循环的不利影响。
本发明的基本构思为通过不干涉再生循环的频率、但干涉每个再生过程的持续时间来限制再生循环。
更具体地，本发明的基本构思是执行两个或更多个并行过程，所述两个或更多个并行过程估算再生循环可以何时被中断以及这些过程中的至少一个过程何时具有有利的结果，然后颗粒过滤器的再生过程被强制中断。
明显的是，由于自然的再生过程持续地进行并且因为其避免了强制再生而被一直倡导，所以颗粒过滤器的再生过程可以仅在其是强制再生的情况下中断。
强制再生策略通常涉及将未燃烧的燃料注入到排气的排气管线中，使得未燃烧的燃料在过滤器中燃烧，从而引起存储在过滤器中的灰烬的燃烧。
根据基于对DPF颗粒过滤器的入口与出口之间的压差进行监测的第一过程来判定再生过程的中断。具体地，随时间推移对DPF入口与DPF出口之间的压差进行监测，并且当所述压差对时间的导数的绝对值低于第三预定阈值时，中断再生过程。并行地，根据对DPF的出口处的排气的温度进行监测的第二过程来判定再生过程的中断。
优选地，当DPF的出口温度与计算出的理论温度值之间的差低于第一预定阈值时，再生过程被中断。为了方便起见，这种比较称为“比较策略”。
计算出的DPF的出口处的理论温度优选地在有意忽略颗粒燃烧的放热效应的情况下基于DPF几何特征、室温、DPF的入口温度、旋转/载荷相关的发动机状态以及后注入的燃料量借助于算法来进行估算。在再生过程期间，颗粒的氧化有助于DPF的出口温度的升高。因此，当DPF的出口温度接近计算出的所述理论值时，这意味着没有更多颗粒要燃烧，或者在任何情况下颗粒残留物是可以忽略的。
替代性地，当DPF的出口温度的导数的绝对值低于第二预定阈值时，再生过程被中断。为了方便起见，该策略被称为“微分”。
优选地，当对DPF的出口温度的监测判定中断再生过程时，也判定中断对压差的导数的监测，并且当对压差的导数的监测判定中断再生过程时，中断对DPF的出口温度的监测。
根据本说明书，DPF的入口和DPF的出口由排气的流动方向来标记，并且DPF的入口处和DPF的出口处的温度暗指排气的循环流动。
有利的，本发明允许限制由再生产生的油的稀释，从而延长发动机油的更换间隔期，并降低再生对燃料消耗量的影响。
本发明的另一目的是一种用于管理颗粒过滤器的再生的系统以及一种内燃发动机，该内燃发动机包括上述管理系统。
权利要求书描述了本发明的优选变型，从而形成本说明书的不可缺少的部分。
附图说明
本发明的其它目的和优点将通过下面的对本发明的实施方式(及其变型)的详细描述和仅用于说明而非限制性目的提供的附图而变得清楚，在附图中：
图1示出了表示本发明的基本构思的框图，
图2示出了根据本发明的优选变型的详细说明图1的框图的第一部分的框图，
图3示出了根据本发明的优选变型的详细说明图1的框图的第二部分的框图，
图4示出了配备有颗粒过滤器、传感器以及执行前述图的框图的处理装置的内燃发动机的示意性示例。
在附图中，相同的附图标记和相同的字母标识相同的元件或部件。
在本说明书中，术语“第二”部件并不意味着存在“第一”部件。实际上这些术语仅被用于清楚的目的而并不意在作为限制。
具体实施方式
现在描述本发明的方法，当车辆DPF的再生过程启动时，该方法自动地启用(1开始)。在其启用之后，该方法连续地运行并且在该再生过程通过该方法被中断时停止。
参照图1，启动下述两个并行的过程：一个过程基于估算出的颗粒过滤器的出口处的温度(过程2)，另一过程基于计算出的颗粒过滤器的入口与出口之间的压差(过程1)。
指示过滤器的再生合理地完成的第一过程强制中断再生过程。
根据本发明的优选实施方式，在这两个过程中的一个过程检测到其所基于的传感器有错误的情况下，该过程在不对另一过程的操作产生影响的情况下停止。这使得不仅可以实现本发明的目的，即，限制发动机油的稀释，而且还可以实现监测系统的较高冗余度。
根据本发明的优选变型，就第一过程而言，对计算出的作为颗粒过滤器的入口处的压力与出口处的压力之间的差的压差进行监测。当这种压差的导数的绝对值低于第三预定阈值Th3时，该再生过程中断。
参照图2：
步骤1：监测DPF再生过程的启动，
步骤32：等待时间t1，
步骤33：获取DPF的排气流动阻力(FlowRes)的信号，即，DPF的入口与DPF的出口之间的所述压差的值的信号，
步骤34：计算所述DPF排气流动阻力的信号对时间的导数(DResflow)的绝对值(DFlowRes)，
步骤35：检查所述导数的绝对值是否低于所述第三预定阈值(DFlowRes<Th3？)；如果否(N)，则返回至步骤33，而如果是(Y)，则转至
步骤12：等待时间间隔t2，接着
步骤13：获取压力传感器的错误状态，
步骤14：检查压力传感器是否存在错误，如果不存在错误，则
步骤15：中断该再生并且中断当前的方法，但是如果压力传感器存在错误，则
步骤16：在不干涉另一并行过程的情况下中断当前的过程。
如果在传感器上检测到任何错误，这并不意味着再生会永久地持续进行，而是再生保持受其他过程的控制。就这点而言，还清楚的是，中断的概念在与任何其他并行过程进行对比的情况下是绝对的。
第二过程可以基于DPF的入口温度、发动机状态、后注入的燃料和室温来估算颗粒氧化时间并且可以保持再生过程，而与DPF的出口温度无关。另有，不管操作条件如何，计时器在其启用之后停止再生过程。
根据本发明的优选变型，还通过执行与前述过程并行的基于对DPF的入口温度和出口温度进行监测的另一过程来对DPF的出口处的温度进行监测。
当基于DPF温度监测的过程判定中断DPF的再生过程时，则基于压差监测的过程被中断，并且当基于压差监测的过程判定中断DPF的再生过程时，则基于DPF温度监测的过程被中断。
根据用于对DPF的出口处的温度进行监测的过程的优选变型，将测得的温度与计算出的理论值进行比较，从而获得温度差，并且当该温度差低于第一预定阈值时，该再生过程被中断。
根据用于对DPF的出口温度进行监测的过程的另一优选变型，将DPF的出口温度的导数的绝对值与第二预定阈值进行比较，并且当所述导数的绝对值低于所述第二预定阈值时，假定颗粒过滤器中的残余颗粒是可以忽略的。
图3借助于包含以下连续步骤的流程图示出了本发明的第一变型的优选实施方案。
步骤1至步骤7始终被执行，而右分支或左分支根据可以在ECU发动机控制单元的校准期间设定的标志来执行，其中，ECU发动机控制单元通常对与内燃发动机和相应的ATS相关的过程、包括DPF再生过程进行控制。
参照图3，于是：
步骤1：检测DPF再生过程的启动，
步骤2：测量DPF的入口温度(TinDPF)，
步骤3：如果DPF的入口温度高于第四预定阈值(TinDPF＞Th4？)，则
步骤4：等待时间间隔t1；否则，如果DPF的入口温度不高于所述第四预定阈值，则返回至步骤2，接着
步骤5：估算无颗粒时的DPF的出口温度，从而获得计算出的所述理论温度值(ToutDPFcalc)，
步骤6：测量DPF的出口温度(ToutDPFmis)，从而获得相对值，
步骤7：检测待被实施的策略是比较的还是微分的：如果是比较的，则转至步骤8，否则转至步骤10：
步骤8：计算计算出的所述理论温度与所述DPF的出口温度之间的差(ToutDPFmis－ToutDPFcalc)，
步骤9：检查所述差是否低于第一预定阈值(ToutDPFmis－ToutDPFcalc<Th1？)；如果所述差不低于所述第一预定阈值，则返回至步骤6，如果所述差低于所述第一预定阈值，则转至步骤12；
然而，如果该策略是微分的，则
步骤10：计算DPF的出口温度对时间的导数(DToutDPFmis)，以及
步骤11：检查DPF的出口温度的导数的绝对值是否低于所述第二预定阈值(DToutDPFmis<Th3？)，接着
步骤12：等待时间t2，接着
步骤13：获取温度传感器的错误状态，
步骤14：检测温度传感器是否存在错误，如果不存在错误，则
步骤15：中断再生并且中断当前的方法，但是如果温度传感器存在错误，则
步骤16：在不干涉再生过程的情况下中断当前的方法。
很明显，步骤1以及步骤12至步骤16被编号并与图2中的这些步骤对应，准确地说，这是鉴于下述事实：这两种方法优选地以并行的方式执行，从而共享一些步骤。
很明显的是，不管估算出的颗粒积聚以及相应的氧化的作用如何，用于估算温度的理论值的算法明显比替代地基于该估算出的颗粒积聚的这些过程更稳定且更可靠。
还必须清楚的是，右分支(步骤10和步骤11)和左分支(步骤8和步骤9)也可以并行地执行，它们中的每个分支实际上均能够独立地执行步骤15。
根据本发明的优选变型，除了前述的方法之外，还可以并行地监测由积聚在DPF中的颗粒产生的压差。
为了使再生过程稳定，优选的是在从再生过程的启动开始的预定时间间隔之后对压差以及DPF的出口温度进行监测。
前述压差优选地通过公知的传感器来测量。
温度传感器的错误与压力传感器的错误一样一般由通常在发动机控制单元中执行的过程来检测。因此，将传感器存在的错误存储在发动机控制单元的数据库中的步骤是已知的。
内燃发动机E、优选地为柴油机包括排气后处理装置ATS，该排气后处理装置ATS包括过滤器DPF。
该内燃发动机在入口处包括温度传感器ST1并且在出口处包括温度传感器ST2。该内燃发动机还包括压差传感器SPD。所述传感器与对内燃发动机和ATS的运行进行监控的处理单元ECU连接。
本发明可以有利地由计算机程序来实施，所述计算机程序包括用于在计算机上运行该程序时执行所述方法的一个或更多个步骤的编码装置。因此，意图在于，保护范围延伸至所述计算机程序，并且进一步延伸至包含记录信息的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括用于在计算机上运行该程序时执行所述方法的一个或更多个步骤的程序编码装置。
在不背离本发明的保护范围的情况下，所描述的非限制性示例的各种实施方式、包括对于本领域技术人员而言的所有等同实施方式都是可能的。
通过以上描述，本领域技术人员能够在不引入任何进一步的结构细节的情况下实现本发明的目的。在不背离本申请的保护范围的情况下，可以对各种优选实施方式中示出的元件和特征进行组合。除非在详细描述中特别地否认或排除，否则在现有技术中描述的所有特征可以被考虑为与在以下详细描述中所描述的变型的特征进行组合，从而形成本发明的不可缺少的部分。如果每个优选变型或附图的各特征没有出现在独立权利要求中，则不是必需的，因此每个优选变型或附图的各特征可以与描述的其他变型单独组合。

Claims (9)

1.一种用于管理颗粒过滤器(DPF)的再生的方法，所述颗粒过滤器包括入口和出口，所述方法包括执行确定再生过程的中断的关于第一条件的第一检查过程并且同时执行确定所述再生过程的中断的关于第二条件的第二检查过程，其中，所述第一条件即为计算出的所述颗粒过滤器的所述入口与所述出口之间的压差的函数，所述第二条件即为在所述颗粒过滤器的所述出口处测得的温度的函数，执行关于所述第二条件的所述第二检查过程包括估算所述颗粒过滤器的出口处的温度值，并且其中，所述方法在所述第一检查过程和所述第二检查过程中的至少一者返回肯定结果时中断所述再生过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一检查过程包括：
-预先获取所述颗粒过滤器的所述入口与所述出口之间的压差(FlowRes)，并且计算所述压差对时间的导数(DFlowRes)，以及
-检查所述压差对时间的所述导数的绝对值是否低于第三预定阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，关于所述第一条件的所述第一检查过程包括以下步骤：
步骤1检测所述颗粒过滤器的再生过程的启动，
步骤32等待第一预定时间间隔(t1)，接着
步骤33获取所述颗粒过滤器的排气流动阻力的信号，接着
步骤34计算所述排气流动阻力的信号对时间的导数的绝对值，接着
步骤35检查所述阻力的信号的所述导数的绝对值是否低于第三预定阈值，如果否(N)，则返回至步骤33，而如果是(Y)，则转至
步骤12等待第二预定时间间隔(t2)，接着
步骤13获取用于获取所述排气流动阻力的值的压力传感器的错误状态，
步骤14检查所述压力传感器是否存在错误；如果不存在错误，则
步骤15中断所述再生过程并且中断当前的方法，但是如果所述压力传感器存在错误，则
步骤16在不干涉所述再生过程的情况下中断当前的关于所述第一条件的检查。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，关于所述第二条件的所述第二检查过程是进行比较的并且包括下述预备步骤：
-测量所述颗粒过滤器的入口温度，
-至少基于下述各者来估算所述颗粒过滤器的出口处的理论温度值，
环境参数，
相关的内燃发动机的操作参数，
所述颗粒过滤器的入口温度，
其中，所述估算步骤忽略积聚在所述颗粒过滤器中的任何颗粒的任何氧化的作用，并且其中，在所述出口处测得的温度的所述函数包括计算所述理论温度值与在所述颗粒过滤器的出口处测得的所述温度之间的差(ToutDPFmis–ToutDPFcalc)，并且其中，所述中断所述再生过程的步骤在所述差低于第一预定阈值(ToutDPFmis–ToutDPFcalc<Th1)时执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，关于所述第二条件的所述第二检查过程是进行微分的并且包括：
-预先监测所述颗粒过滤器的出口温度并且计算所述颗粒过滤器的出口温度对时间的导数，
-检查所述第二条件，即测得的所述温度对时间的所述导数的绝对值，是否低于第二预定阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，关于所述第二条件的所述第二检查过程包括下述步骤：
步骤1检测所述颗粒过滤器(DPF)的再生过程的启动，
步骤2测量所述颗粒过滤器的入口温度(TinDPF)，
步骤3如果所述颗粒过滤器的入口温度高于第四预定阈值(TinDPF>Th4？)，则
步骤4等待第一预定时间间隔(t1)，
否则，如果所述颗粒过滤器的入口温度不高于所述第四预定阈值，则返回至步骤2，接着
步骤5在忽略任何颗粒的任何作用的情况下估算所述颗粒过滤器的出口温度，从而获得计算出的理论温度值(ToutDPFcalc)，
步骤6测量所述颗粒过滤器的出口温度(ToutDPFmis)，从而获得相对值，
步骤7检查可设定参数的条件指示所述第二条件是包括比较检查还是微分检查：如果所述第二条件是比较的，则：
步骤8计算计算出的所述理论温度值与所述颗粒过滤器的出口温度之间的差(ToutDPFmis–ToutDPFcalc)，
步骤9检查所述差是否低于第一预定阈值(ToutDPFmis–ToutDPFcalc<Th1？)；如果所述差不低于所述第一预定阈值，则返回至步骤6，如果所述差低于所述第一预定阈值，则转至步骤12；
另一方面，如果策略是微分的，则
步骤10计算所述颗粒过滤器的出口处的温度对时间的导数，以及
步骤11检查所述颗粒过滤器的出口处的温度导数的绝对值是否低于所述第二预定阈值，接着
步骤12等待第二预定时间间隔(t2)，接着
步骤13获取温度传感器的错误状态，
步骤14检查所述温度传感器是否存在错误，如果不存在错误，则
步骤15中断所述再生过程并且中断当前的方法，另一方面，如果所述温度传感器存在错误，则
步骤16在不干涉所述再生过程的情况下中断当前的关于所述第二条件的所述第二检查过程。
7.一种用于管理颗粒过滤器的再生的系统，所述系统包括用于获取所述颗粒过滤器的入口与所述颗粒过滤器的出口之间的压差(FlowRes)的装置以及用于执行权利要求1的所有步骤的处理装置。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理装置包括内燃发动机的控制单元。
9.一种内燃发动机，包括用于处理排气的装置(ATS)，所述用于处理排气的装置包括颗粒过滤器(DPF)并且所述用于处理排气的装置的特征在于所述用于处理排气的装置包括根据权利要求7所述的用于管理所述颗粒过滤器的再生的系统。
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