CN108087071B - 对dpf碳载量的判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对DPF碳载量的判断方法，包括以下步骤：a.计算soot瞬态排放量；b.计算CO2瞬态排放量；c.将CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值进行对比；d.得到碳消耗量；e.导出DPF碳载量；f.如步骤e中得到的DPF碳载量超出设定值，则启动DOC前喷射柴油程序；g.如步骤c中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值的一致性不符合要求，则对DPF催化载体进行拆开检查。上述对DPF碳载量的判断方法通过测量的浓度计算DPF内消耗碳的质量，通过传感器测量的浓度偏差较小，可以准确计算DPF内消耗的碳载量，判断DPF内剩余的碳载量，为DPF再生有主动再生程序提供可靠的参考参数。

Description

对DPF碳载量的判断方法
技术领域
本发明涉及汽车尾气处理技术领域，具体涉及对DPF碳载量的判断方法。
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。
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。
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(DPF再生)是该技术的关键。所谓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法：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，此时通过外界能量，例如在DOC前喷射柴油并燃烧，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。DPF温度上升至550℃以上使其中捕集的颗粒进行燃烧从而使DPF恢复捕集能力。但主动再生过程中，如果碳载量判断偏差过大，会导致DPF内温度提升过高过快，超过DOC/DPF/SCR催化剂的最高耐温能力，导致催化剂烧熔，后处理系统功能丧失，尾气排放超过法规要求，此时发动机会采取一系列限扭报警等措施。
发明内容
本发明要解决的技术问题是单位服现有技术的不足，提供了对DPF碳载量的判断方法，基于CO2传感器测量CO2浓度，通过测量的浓度计算DPF内消耗碳的质量，通过传感器测量的浓度偏差较小，可以准确计算DPF内消耗的碳载量，判断DPF内剩余的碳载量，为DPF再生有主动再生程序提供可靠的参考参数。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：对DPF碳载量的判断方法，包括以下步骤：
a.计算soot瞬态排放量，并根据soot瞬态排放量对soot排放质量进行积分计算；
b.计算CO2瞬态排放量，并根据CO2瞬态排放量对CO2排放质量进行积分计算；
c.将步骤b中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值进行对比，以确定CO2排放质量积分计算值的准确性；
d.如步骤c中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值的一致性符合要求，则使用CO2排放质量积分所得值与碳元素在CO2中的质量分数得到碳消耗量；
e.将步骤a中得到的soot排放质量值减去步骤d中得到的碳消耗量导出DPF碳载量；
f.如步骤e中得到的DPF碳载量超出设定值，则启动DOC前喷射柴油程序；
g.如步骤c中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值的一致性不符合要求，则对DPF催化载体进行拆开检查。
所述步骤a中soot瞬态排放量计算公司如下，
Figure BDA0001494850620000031
其中，λS为稳态工况下过量空气系数；λT为瞬态工况下过量空气系数；MS为稳态工况下soot排放，mg/s；MT为soot瞬态排放，mg/；c0、c1、c2为修正系数。
所述步骤c中CO2传感器安装在DPF出气管上。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
基于CO2传感器测量CO2浓度，通过测量的浓度计算DPF内消耗碳的质量，通过传感器测量的浓度偏差较小，可以准确计算DPF内消耗的碳载量，判断DPF内剩余的碳载量，为DPF再生有主动再生程序提供可靠的参考参数。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1为本发明DPF碳载量计算原理示意图；
图2为本发明尾气后处理系统布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
颗粒物的氧化催化技术(Diesel Oxidation Catalysis,DOC)是在蜂窝陶瓷载体上涂覆贵金属催化剂(如Pt等)，其目的是为了降低发动机尾气中的HC、CO和SOF的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应并最终转化为CO2和H2O。氧化型催化转化器不需要再生系统和控制装置，具有结构简单、可靠性好的特点，已经在现代小型发动机上得到了一定的应用。
颗粒物的捕集技术(Diesel Particulate Filter,DPF)主要是通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集发动机排气中微粒的。排气流经捕集器时，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中。目前应用较多的是壁流式蜂窝陶瓷过滤器，目前主要用于工程机械和城市公共汽车，特点是操作简单、过滤效率高，但存在过滤器的再生和对燃油中的硫成分比较敏感的问题。
颗粒物捕集系统基本工作原理是：当发动机排气流过氧化型催化剂(DOC)时，在200-600℃温度条件下，CO和HC首先几乎全部被氧化成CO2和H2O，同时NO被转化成NO2。排气从DOC出来进入颗粒捕集器(DPF)后，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中，DPF的捕集效率可达90％以上。
NO2对被捕集的颗粒有很强的氧化能力，利用产生的NO2作为氧化剂除去微粒捕集器中的微粒并生成CO2，而NO2又被还原为NO，从而达到去除微粒的目的。
过滤器的再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高捕集器内的温度，使微粒着火燃烧。当过滤器中的温度达到300℃时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，如果温度达不到300℃，过多的沉积物就会堵塞过滤器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。被动再生指的是利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的发动机排气温度下着火燃烧。添加剂(有铈，铁和锶)要以一定的比例加到燃油中，添加剂过多影响不大，但是如果过少，就会导致再生延迟或再生温度升高。
灰分是指在DPF再生循环完成后仍然存留在DPF中的不可燃物质。润滑油添加剂被认为是发动机灰分排放的主要来源，但是灰分的来源还有其它方面：发动机磨损；发动机和排气系统的腐蚀；常用柴油燃料和生物柴油中的微量金属；降低DPF再生温度的燃油添加剂。
从发动机排出的灰分主要由金属氧化物，硫化物和硫酸盐组成。通常使用的发动机润滑油中包括70％-83％的有机提纯物和5％-8％的粘性调节物，剩余的12％-18％是无机添加物，即灰分排放的主要来源。常用机油中典型的无机元素含量在1％-1.5％之间，其主要元素为Zn、Mg、Ca、S和P。除了润滑油的贡献，Fe、Cr、Pb、Al、Cu、Ti和Ni也在灰分中发现，来源于发动机磨损和排气系统的腐蚀。除了硫化物，柴油燃料对灰分的贡献很少。然而燃油消化率要远大于机油消耗，极微量的燃油成分对发动机灰分生成有重要影响。为了降低DPF再生温度使用含Pt、Ce和Fe的燃油添加剂的燃油造成的灰分排放占了50％-80％。
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(DPF再生)是该技术的关键。所谓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法：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，此时通过外界能量，例如在DOC前喷射柴油并燃烧，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。DPF温度上升至550℃以上使其中捕集的颗粒进行燃烧从而使DPF恢复捕集能力。但主动再生过程中，如果碳载量判断偏差过大，会导致DPF内温度提升过高过快，超过DOC/DPF/SCR催化剂的最高耐温能力，导致催化剂烧熔，后处理系统功能丧失，尾气排放超过法规要求，此时发动机会采取一系列限扭报警等措施。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种对DPF碳载量的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.计算碳烟(soot)瞬态排放量，并根据碳烟(soot)瞬态排放量对碳烟(soot)排放质量进行积分计算；
b.计算CO2瞬态排放量，并根据CO2瞬态排放量对CO2排放质量进行积分计算；
c.将步骤b中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值进行对比，以确定CO2排放质量积分计算值的准确性；
d.如步骤c中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值的一致性符合要求，则使用CO2排放质量积分所得值与碳元素在CO2中的质量分数得到碳消耗量；
e.将步骤a中得到的碳烟(soot)排放质量值减去步骤d中得到的碳消耗量导出颗粒物捕集器(DPF)碳载量；
f.如步骤e中得到的颗粒物捕集器(DPF)碳载量超出设定值，则启动氧化型催化转化器(DOC)前喷射柴油程序；
g.如步骤c中CO2排放质量积分所得值与CO2传感器检测数值的一致性不符合要求，则对颗粒物捕集器(DPF)催化载体进行拆开检查。
2.根据权利要求1所述的对DPF碳载量的判断方法，其特征在于：所述步骤a中碳烟(soot)瞬态排放量计算公式如下，
Figure FDA0003147977380000011
其中，λS为稳态工况下过量空气系数；λT为瞬态工况下过量空气系数；MS为稳态工况下碳烟(soot)排放，mg/s；MT为soot瞬态排放，mg/s；c0、c1、c2为修正系数。
3.根据权利要求1所述的对DPF碳载量的判断方法，其特征在于：所述步骤c中CO2传感器安装在颗粒物捕集器(DPF)出气管上。
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