CN109882274B - 一种基于dpf上下游动态温度变化的碳加载量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DPF上下游动态温度变化来计算碳加载量的方法。根据积碳量增加会导致DPF催化箱内流动阻力增加，因此在催化箱内气体平均流速降低，导致催化箱入口上游温度到下游温度的传递时间将增长。同时，积碳会附着在载体表面，导致气体跟催化箱的换热过程发生变化，所以催化箱上下游温度在动态工况下的变化与积碳量有显著相关性。因此，根据积碳量与动态温度之间的相关规律，提出在发动机转速或者负荷发生改变的动态工况条件下，采集上下游温度变化过程信息，应用动态温度变化来计算DPF催化箱中的积碳量。

Description

一种基于DPF上下游动态温度变化的碳加载量计算方法

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及一种基于DPF上下游动态温度变化的碳加载量测量方法。

背景技术

2018年6月22日，我国通过了《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(第六阶段)》，预计在2019年7月1日实施。为了满足未来的排放标准，国内厂家大多采用了DOC+DPF+SCR的主流技术路线。其中，DPF是柴油机PM处理的最主要技术。

DPF由于碳的累积，会导致堵塞。虽然DPF再生被动再生为主，但是必须具有主动再生能力。当碳加载量较少时，不能实现DPF的完全再生，燃油消耗大；当碳加载量过多时，由于再生温度峰值较高，导致DPF过滤通道壁面损坏。

如何精确估算DPF碳加载量是安全可靠再生DPF的关键。DPF碳加载量可以通过压差监测法来计算，基于DPF载体上积碳量越大，导致背压越高，因此碳加载量与DPF前后压差存在相关性。但是，实际发动机排气温度较高，缺少耐高温的压力传感器，只能使用低温压力传感器，连接压力传感器的上下游管路在降温同时，滤除动态压力，只能测量上下游静压差。压差监测法只有在DPF积碳量很大时，才能够监测出来。

DPF碳加载量能够通过模型来计算，包括通过柴油机的燃烧来预估形成的碳量，通过DOC中氮氧化物的量来计算DPF中连续再生的碳量。但是，模型中包含燃烧和化学反应，存在温度影响较大，累计误差较大，模型精度不够等问题，最终标定的工作量大，难度大。

上述两种方法都存在一定的问题，难以精确估算DPF碳加载量，急需一种使用传感器来直接有效表征积碳量的方法。

发明内容

由于压差监测和模型计算的方法存在一定的缺陷和问题，本发明的目的在于提供一种基于DPF上下游动态温度变化的碳加载量计算方法。

本发明通过以下步骤来实现：

S1：根据发动机的转速和负荷来定义工况，转速或负荷发生改变，则工况发生变化。其中负荷由油门踏板位置或者由来自发动机上的喷油比例决定。

S2：采用DPF催化箱到发动机之间，靠近DPF侧布置一个温度传感器，测量的温度为DPF上游温度。在DPF与大气侧靠近DPF布置一个温度传感器，为下游温度。

S3：当工况变化时，记录上游温度和下游温度随时间的变化过程。取上游温度温度跳变5％和95％对应的时刻，两个时刻对应的为上游温度动态变化时间差；取下游温度温度跳变5％和95％对应的时刻，两个时刻对应的为下游动态温度变化时间差。下游动态温度变化时间差减去上游动态温度变化时间差，即为该工况变化对应的温度滞后量。

S4：通过加载不同积碳量，在相同变化工况条件下进行试验，获得积碳量与温度滞后量的加载关系。选择下游动态温度变化的时间差为变量，依据温度滞后量与积碳量的关系，可以得出积碳量。

S5：在实际控制中，根据转速和负荷，判断工况变化模式和对应的动态温度滞后量，并根据S4做出来的温度滞后量和积碳量的关系，计算当前DPF的积碳量。

测量方法的原理是其特征为，DPF中积碳的产生会导致气体流动阻力的增加，气体从DPF上游流动到下游时，气体流速发生变化，上游温度传递到下游温度的时间发生变化。

积碳产生后，附着在载体表面，导致气体与催化箱的换热过程发生变化。上述两者共同作用下，上下游温度在动态工况下的变化与积碳量显性相关。

因此，基于上述原理的应用动态温度变化能够计算出DPF中的碳加载量。

本发明的有益效果为，创新性的提出一种基于DPF上下游温度传感器在动态工况下的一种DPF碳载量监测的方法，快速准确地估算DPF催化箱内碳载量。本发明的方法将能提高DPF碳载量的识别度，为DPF再生控制提供基础，并大幅降低DPF再生的标定量。

附图说明

图1为本发明方法的原理图。

图2为本发明实施例提供的测量结构图。

图3为本发明实施例提供的方法应用逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具有实施案例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅出示与本发明相关的部分而非全部内容。

根据图1所述，基于DPF上下游动态温度变化来计算碳加载量的方法。

主要原理是根据积碳改变了DPF内气体的流速和气体与催化箱的换热过程,导致DPF前后端温度变化。

积碳量增加，DPF过滤通道内流动阻力增加，排气流速降低，DPF上游气体到达下游截面的时间发生改变；

积碳量增加，DPF传热系数和热辐射系数将改变，DPF中的传热过程将发生变化。

积碳主要引起流速变化，对应的是动压改变，由于动压无法测量，基于流动与热能的相互内在关系，可在动态工况下，分析DPF上下游瞬态温度来表征积碳量。

积碳产生使催化箱内流阻改变，排气气体在催化箱内流速变化，同时积碳会改变载体的传热系数，从而改变排气和催化箱的传热过程。

这将改变动态工况时，上下游温度的滞后特性。这个滞后特性与催化箱上的积碳量有关，因此可以根据滞后特性来进行DPF碳加载量的计算。

通过时间来表示动态温度的变化程度，由于积碳变化与气体流速、传热系数等存在相关性，可以通过动态温度变化的时间来进行碳加载量的计算。

根据图2所示，本发明实施例提供测量装置结构图。

所示结构图主要特征为：DPF上下游均设置温度传感器，记录当工况变化时，上下游温度随时间的变化过程。

数据采集中心收集温度变化过程的数据，判定工况变化模式，通过碳加载量与上下游动态温度滞后量的关系，计算出碳加载量。

根据图3所示本发明的实际逻辑过程如下：

首先，通过发动机的转速和负荷定义发动机所处的工况。负荷由油门踏板位置或者由来自发动机上的喷油比例决定。

当工况发生变化时，温度传感器记录上下游温度随时间的变化过程。上游动态温度变化时间差为△t1，无积碳时下游动态温度变化时间差为△t2。

所述温度动态变化时间差，特征为选取温度跳变5％和95％对应的时刻，两个时刻对应的时间之差。

通过下游动态温度变化时间差减去上游动态温度变化时间差，得到工况变化对应的温度滞后量。

依据该工况下温度滞后量与积碳量的关系，选取下游动态温度变化的时间差为变量，计算得出积碳量。

Claims (1)

1.一种基于DPF上下游温度变化的碳加载量计算方法，其特征包括：

S1：根据发动机的转速和负荷来定义工况，转速或负荷发生改变，则工况发生变化， 其中负荷由油门踏板位置或者由来自发动机上的喷油比例决定；

S2：采用DPF催化箱到发动机之间，靠近DPF侧布置一个温度传感器，测量的温度为DPF上游温度， 在DPF与大气侧靠近DPF布置一个温度传感器，为下游温度；

S3：当工况变化时，记录上游温度和下游温度随时间的变化过程， 取上游温度温度跳变5％和95％对应的时刻，两个时刻对应的为上游温度动态变化时间差；取下游温度温度跳变5％和95％对应的时刻，两个时刻对应的为下游动态温度变化时间差， 下游动态温度变化时间差减去上游动态温度变化时间差，即为该工况变化对应的温度滞后量；

S4：通过加载不同积碳量，在相同变化工况条件下进行试验，获得积碳量与温度滞后量的加载关系， 选择下游动态温度变化的时间差为变量，依据温度滞后量与积碳量的关系，可以得出积碳量；

S5：在实际控制中，根据转速和负荷，判断工况变化模式和对应的动态温度滞后量，并根据S4做出来的温度滞后量和积碳量的关系，计算当前DPF的积碳量。

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