CN109312653B - 估测热力发动机的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种调节特别是机动车辆的热力发动机的排气管路中的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率(Vsuies/02‑N)的估测的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的再生阶段期间，所述方法包括：‑估测步骤，根据标准估测模型估测烟灰燃烧速率，‑检测步骤，检测排放气体中的稳定的氧气浓度，以及‑修改步骤，通过在检测稳定的氧气浓度之后的增益(gainstab 02)对烟灰燃烧速率进行加权来修改标准估测模型。

Description

估测热力发动机的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率的调节方法
技术领域
本发明涉及一种调节热力发动机的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率的估测的方法。本发明特别有利但非排他地应用于所有配备有微粒过滤器的车辆，特别是柴油型的车辆。
背景技术
热力发动机的排放气体通常包含污染物，特别是排放到大气中的颗粒。为了消除这些排放物，将过滤器安置在排气管路中以阻挡颗粒。这些颗粒过滤器(FAP)通常是陶瓷制成的圆筒，其由具有较小直径(大约十微米)的多个通道组成。颗粒以烟灰的形式被捕获在这些通道中，这导致过滤器逐渐被阻塞。因此，需要周期性地再生过滤器。
为此，加热过滤器以燃烧捕获的颗粒。再生技术包括通过升高排放气体的温度来加热排放气体的过滤器。通常，相对于发动机的正常运转的温度升高温度所需的过量能量通过以下方式提供：使用后喷射，即在循环的上止点之后的延迟的燃料喷射、或通过燃烧效率的降低、或直接在排气管路中的燃料喷射。
EP2213853A1，WO2010/007282A1和EP2423477A1公开了根据标准模型估测烟灰燃烧速率的方法。
实验观察到，在某些情况下，颗粒过滤器中实际的烟灰燃烧速率大于发动机控制模拟的燃烧速率。因此，再生被延长而微粒过滤器已经空了。由于将过量燃料引入发动机油中导致了发动机的润滑效果的降低，并且增加了颗粒过滤器的再生阶段期间的燃料消耗。
发明内容
特别地，已经发现，当排放气体中的氧气的比例稳定时，烟灰燃烧速率增加。因此，本发明提出修改估测烟灰燃烧速率的车载估测器，以在氧气稳定阶段期间考虑烟灰的过量燃烧。
更具体地，本发明涉及一种调节特别是机动车辆的热力发动机的排气管路中的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率的估测的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的再生阶段期间，所述方法包括：
-估测步骤，根据标准估测模型估测烟灰燃烧速率，
-检测步骤，检测排放气体中的稳定的氧气浓度，以及
-修改步骤，通过在检测稳定的氧气浓度之后的增益对烟灰燃烧速率进行加权来修改标准估测模型。
因此，本发明提供了颗粒过滤器中烟灰过量燃烧的优化估测。因此，可以定义恰好所需的再生时间来限制燃料的过量消耗和发动机油的稀释。此外，本发明允许在严格的再生期间精确地估测微粒过滤器的温度，以正确地评估其潜在的劣化水平。
根据实施例，通过氧气浓度的导数的滑动平均值来检测排放气体中的稳定的氧气浓度。
根据实施例，在微粒过滤器的上游估测氧气浓度。
根据实施例，在微粒过滤器的上游的氧气浓度是基于发动机计算机的估测的。
根据实施例，在颗粒过滤器的上游的氧气浓度是通过使用位于排气管路中的传感器获得的。
根据实施例，当氧气浓度稳定时，用于计算颗粒过滤器中的烟灰燃烧速率的修改的模型如下：
Figure BDA0001914370160000021
其中：
-
Figure BDA0001914370160000022
是在氧气稳定阶段期间考虑到烟灰过量燃烧的通过氧气燃烧的烟灰燃烧速率；
-k0是燃烧反应的动力学常数；
-Ea是反应的活化能；
-R是理想气体常数；
-T是微粒过滤器中的温度；
-msuies是微粒过滤器中的烟灰的质量，并且MC是碳的摩尔质量；
-
Figure BDA0001914370160000031
是氧气的分压，其是微粒过滤器中的压力和在微粒过滤器的上游的氧气浓度的函数；
-
Figure BDA0001914370160000032
是对烟灰燃烧的动力学的增益。
本发明还涉及一种发动机计算机，包括存储器，存储器中存储有实施上述限定的方法的软件指令。
附图说明
通过阅读下文的描述并参照附图，将更好地理解本发明。给出的这些附图是为了说明而非限制本发明。
图1示出了根据本发明的调节颗粒过滤器的烟灰燃烧速率的估测的方法的步骤图；
图2是根据本发明的用于检测稳定的氧气的滤波器的图；
图3是示出了根据本发明的在计算烟灰燃烧速率中集成有图2中的增益的图。
图4是检测稳定的氧气的滤波器的示例性响应的示图。
具体实施方式
图1示出了一种调节特别是机动车辆的热力发动机的排气管路中的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率
Figure BDA0001914370160000033
的估测的方法的步骤图。
在颗粒过滤器再生的步骤100期间，发动机计算机在步骤101中根据称为阿伦尼乌斯(Arrhenius)模型的标准估测模型估测烟灰燃烧速率
Figure BDA0001914370160000034
在步骤102中，在通过过滤器检测排放气体中的稳定的氧气浓度Cons_02之后，在步骤103中，通过增益
Figure BDA0001914370160000035
对烟灰燃烧速率
Figure BDA0001914370160000036
进行加权来修改标准估测模型。换句话说，通过增益
Figure BDA0001914370160000037
对阿伦尼乌斯估测模型进行加权，以获得如下用于计算烟灰燃烧速率的修改的模型：
Figure BDA0001914370160000041
其中：
-
Figure BDA0001914370160000043
是在氧气稳定阶段期间考虑到烟灰过量燃烧的通过氧气燃烧的烟灰燃烧速率；
-
Figure BDA0001914370160000044
是根据阿伦尼乌斯标准模型计算的通过氧气燃烧的烟灰燃烧速率；
-k0是燃烧反应的动力学常数；
-Ea是反应的活化能；
-R是理想气体常数；
-T是微粒过滤器中的温度；
-msuies是微粒过滤器中的烟灰的质量，并且MC是碳的摩尔质量；
-
Figure BDA0001914370160000042
是氧气的分压，其是微粒过滤器中的压力和在微粒过滤器的上游的氧气浓度的函数；
-
Figure BDA0001914370160000045
是对烟灰燃烧的动力学的增益。
图2示出了能够检测稳定的氧气的滤波器的实施例。该滤波器在输入端接收在颗粒过滤器的上游的氧气浓度Cons_02。发动机计算机根据喷射的燃料量和进入发动机的氧气量估测该氧气浓度Cons_02。可变型地，可以通过专用的传感器测量在颗粒过滤器的上游的氧气浓度Cons_02。
方框201计算氧气浓度Cons_02的导数。方框201例如是具有离散时间步长的微分器。这使得能够检测与该浓度的稳定阶段相对应的氧气浓度的变化中的较小斜率。
方框202对微分器201的输出值U施加幂指数V，使得较小的导数值趋近于0。换句话说，方框202能够放大较小的导数值。
为了平滑氧气浓度的变化，在方框202的输出端应用低通滤波器203。应当注意，低通滤波器203可以特别地配置为具有采样周期且初始值不为零，以避免在实施低通滤波器的开始时应用较高的增益。布尔值也允许重置该低通滤波器。
映射204能够根据低通滤波器203的输出提供增益
Figure BDA0001914370160000053
滤波器203输出的值越低，应用于烟灰燃烧速率的增益
Figure BDA0001914370160000054
越高，因为这对应于氧气浓度稳定的运转阶段。滤波器203输出的值越高，应用于烟灰燃烧速率的增益
Figure BDA0001914370160000055
越低，因为这对应于氧气浓度不稳定的运转阶段。
因此，可以通过氧气浓度Cons_02的导数的滑动平均值来检测排放气体中的稳定的氧气浓度Cons_02。
图3是示出了在计算烟灰燃烧速率
Figure BDA0001914370160000056
中集成有图2中的增益
Figure BDA0001914370160000057
的图。
更确切地，微粒过滤器的内部温度T_deg由发动机计算机估测。方框301能够通过将温度T_deg加上值273来将由发动机计算机提供的以摄氏度为单位的温度T_deg转换为以开尔文为单位的温度T_K。
方框302将方框301输出的温度T_K乘以理想气体常数R。整体经由方框303乘以-1。
方框304能够计算预定活化能Ea与来自方框303的乘积-RT之间的比率。
开关305能够选择根据来自方框304的值-Ea/RT与方框306产生的阈值S之间的比较而计算的指数值。实际上，在值-Ea/RT大于阈值S的情况下，开关305选择第一映射307和第一增益G_D1输出的值。在值-Ea/RT小于阈值S的情况下，开关305选择第二映射308和第二增益G_D2输出的值。
方框309将由此计算的指数值乘以燃烧反应的动力学常数k0。应当注意，来自先前映射的增益
Figure BDA0001914370160000058
经由方框309施加。因此，在方框309的输出端获得乘积
Figure BDA0001914370160000051
可变型地，可以经由另一个乘法方框来应用增益
Figure BDA0001914370160000059
例如，下文描述的方框310或311。
方框309的输出乘以氧气的分压
Figure BDA0001914370160000052
以经由方框310获得增益乘积
Figure BDA0001914370160000061
方框310的输出经由方框311乘以比率
Figure BDA0001914370160000062
以获得对应于所需计算的乘积增益，以尽可能接近地估测在氧气浓度稳定阶段期间微粒过滤器的烟尘燃烧速率
Figure BDA0001914370160000063
不同的方框在机动车辆的发动机计算机中可以以功能方式实现，其中发动机计算机包括存储器，该存储器存储用于实现根据本发明的方法的软件指令。
图4是检测稳定的氧气的滤波器的示例性响应的示图。
值得注意的是，在C1循环中，氧气浓度Cons_02稳定，滤波器Sf的输出趋于0，且对烟灰燃烧的动力学的增益
Figure BDA0001914370160000064
变得大于1。这在高速公路类型的C1循环上且在颗粒过滤器的严格再生RGS期间可观察到。此外，在循环C2中，滤波器Sf的输出的响应不为0，且对烟灰燃烧的动力学的增益
Figure BDA0001914370160000065
为1。

Claims (7)

1.一种调节热力发动机的排气管路中的颗粒过滤器的烟灰燃烧速率（v suies / 02_N ）的估测的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的再生阶段期间，所述方法包括：
- 估测步骤（101），根据标准估测模型估测烟灰燃烧速率（v suies / 02_N ），
- 检测步骤（102），检测排放气体中的稳定的氧气浓度（Cons_02），以及
- 修改步骤（103），在检测稳定的氧气浓度（Cons_02）之后，通过增益（gain stab 02 ）对烟灰燃烧速率（v suies / 02_N ）进行加权来修改标准估测模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过氧气浓度（Cons_02）的导数的滑动平均值来检测排放气体中的稳定的氧气浓度（Cons_02）。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的上游估测氧气浓度（Cons_02）。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的上游的氧气浓度（Cons_02）是基于发动机计算机的估测。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器的上游的氧气浓度（Cons_02）是通过使用位于排气管路中的传感器获得的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当氧气浓度（Cons_02）稳定时，用于计算颗粒过滤器中的烟灰燃烧速率的修改的模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中：
- v suies / 02_N 是在氧气稳定阶段期间考虑到烟灰过量燃烧的通过氧气燃烧的烟灰燃烧速率；
- k 0 是燃烧反应的动力学常数；
- E a 是反应的活化能；
- R是理想气体常数；
- T是颗粒过滤器中的温度；
- m suies 是颗粒过滤器中的烟灰的质量，并且M C 是碳的摩尔质量；
-
Figure 378201DEST_PATH_IMAGE002
是氧气的分压，其是颗粒过滤器中的压力和在颗粒过滤器的上游的氧气浓度的函 数；
- gain stab 02 是对烟灰燃烧的动力学的增益。
7.一种发动机计算机，包括存储器，存储器中存储有实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的软件指令。
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