CN109958502B - 滤烟器主动再生方法 - Google Patents

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Abstract

一种滤烟器主动再生方法，利用量测燃烧后的滤烟器的进气口与后开口的温度差、压力差及排气流量，计算得到滤烟器的粒状污染物的第二预估值，并将第二预估值与一基准值比对，即可得到残留于滤烟器的灰分残留值，而可更易于估算滤烟器的再生时程。

Description

滤烟器主动再生方法
技术领域
本发明涉及一种滤烟器再生方法，特别是涉及一种车辆引擎的滤烟器主动再生方法。
背景技术
由于环保意识抬头及全球日趋严苛的环保法规，因此，有关各式排放废气的污染管控技术也越趋受到重视。以柴油车辆排放废气的粒状污染物(Particulate matters,PM)的排放控管为例，柴油滤烟器(Diesel Particulate Filter,DPF)是目前用于PM排放控管的最佳方法。利用在柴油引擎加装DPF捕捉收集柴油燃烧废气并过滤碳微粒(即粒状污染物)，可有效减少排放废气的粒状污染物。
然而，当碳微粒堆积在DPF内造成堵塞时滤烟器的效能即会受到影响，此时需透过让滤烟器再生(Regeneration)，以使滤烟器恢复过滤的功能。
滤烟器再生的种类大致有被动式再生及主动式再生两大类。其中，主动式再生一般是利用电热燃烧、燃油燃烧或引擎控制管理等，主动提供热源，使柴油滤烟器温度可高于碳微粒燃烧温度，而可进一步燃烧堆积于滤烟器碳微粒以进行柴油滤烟器再生。然而，此燃烧再生过程常会因为一些干扰因素，例如燃油量不足/过多、燃烧温度低等，导致粒状污染物无法完全燃烧，此外，再生后的滤烟器内一般都还会残留无法被移除的灰分，但目前的再生系统并无残留灰分的估测。而滤烟器内的灰分残留所造成的压差，会增加燃油消耗并降低滤烟器的使用效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于车辆滤烟器的滤烟器主动再生方法。
该滤烟器可用以吸附车辆引擎排放废气的粒状污染物，具有与该车辆引擎的排气口连通的进气口、可引进燃油的前开口，及远离该前开口用以让通过该滤烟器的气体排出的后开口。
本发明所述的滤烟器主动再生方法包含下述步骤。
步骤(a)，利用该滤烟器的该进气口与该后开口的温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器的粒状污染物的第一预估值。
步骤(b)，导入燃油于该滤烟器燃烧，令所述粒状污染物于燃烧温度下燃烧，再利用燃烧后的该滤烟器的该进气口与该后开口的温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器于燃烧后的残留粒状污染物的第二预估值。
步骤(c)，将该第二预估值与基准值比对，得到该滤烟器当次燃烧后的灰分残留值。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该步骤(a)还进一步将该第一预估值与第一预设值进行比对，当该第一预估值大于该第一预设值，则进行该步骤(b)。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该步骤(c)进一步将该第二预估值归零。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该步骤(c)进一步利用该灰分残留值得到灰分残留累积值。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该步骤(c)的该灰分残留累积值是该次燃烧后得到该灰分残留值与先前燃烧后的所有灰分残留值的总合。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，还包含步骤(d)，将该灰分残留累积值与第二预设值进行比对，当该灰分残留累积值小于该第二预设值，则重复进行该步骤(a)至(d)。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，还包含步骤(e)，当该灰分残留累积值不小于该第二预设值，则进行该步骤(e)，对外显示警示信号。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该滤烟器具有一邻近该前开口的再生区，及一邻近该后开口，用以吸附该粒状污染物的吸附区，该步骤(a)还包含将具有孔洞的阻隔件设置于该再生区及该吸附区间，该步骤(b)的燃油是自该前开口进入该再生区并于邻近该吸附区燃烧，且燃烧的火焰会受该阻隔件阻隔。
较佳地，本发明所述的滤烟器主动再生方法，其中，该阻隔件的所述孔洞的孔径介于0.1mm至1.3mm，厚度小于1.5mm。
本发明的有益效果在于：利用量测燃烧后的滤烟器的进气口与后开口的温度差、压力差及排气流量，计算得到滤烟器的粒状污染物的第二预估值，并将第二预估值与一基准值比对，即可得到残留于滤烟器的灰分残留值，而可更易于估算滤烟器的再生时程，更有效的维持该滤烟器的效能。
附图说明
图1是说明该滤烟器、侦测装置、燃油导入器，及点燃器的剖视示意图；
图2是说明本发明该实施例的实施步骤的文字流程图；及
图3是辅助说明该实施例的流程示意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明滤烟器主动再生方法的一实施例是用于一车辆引擎的滤烟器2，用以估算该滤烟器2的粒状污染物累积量及该滤烟器2燃烧后的灰分残留量Rn，而可用于管控该滤烟器2的再生及清理时程。
该车辆(图未示)具有一滤烟器2、一侦测装置3、一燃油导入器4，及一点燃器5。
该滤烟器2具有一界定出一吸附空间的壳体21、一供燃油及空气进入的前开口22、一远离该前开口22用以让通过该吸附空间的气体(废气)排出的后开口23，及一与该车辆引擎的排气口(图未示)连通，用以让废气W进入的进气口24。
该吸附空间具有一邻近该前开口22的再生区25，及一邻近该后开口23用以吸附该粒状污染物的吸附区26，于本实施例中是以该吸附区26具有多条沿该吸附区26的长度方向延伸，并有一预定管壁厚度(w)的中空吸附管(图未示)，以吸附该粒状污染物为例。该燃油导入器4邻近该前开口22设置，而可用于将燃油导入该再生区25。该点燃器5设置于该再生区25邻近该吸附区26位置，用于将导入该再生区25的燃油点燃燃烧。
该侦测装置3具有一处理器31，及分别与该处理器31讯号连接的一温度传感器T、一压力传感器P，及一流量传感器F。该温度传感器T可侦测该滤烟器2的该进气口24与该后开口23的温度；该压力传感器P可侦测该滤烟器2的该进气口24与该后开口23的压力；该流量传感器F可侦测通过该吸附空间的气体流量。
配合参阅图1至3，本发明该滤烟器主动再生方法的该实施例，包含下述步骤11至15。
首先，进行步骤11，计算该滤烟器2的粒状污染物的一第一预估值A1，并将该第一预估值A1与一第一预设值D1进行比对。
详细的说，该步骤11是利用该温度传感器T、该压力传感器P，及该流量传感器F侦测得到该滤烟器2的该进气口24与该后开口23的温度、压力及气体流量，得到该进气口24与该后开口23的温度差、压力差及排气流量。利用该温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器2的粒状污染物的一第一预估值A1，并将该第一预估值A1与一第一预设值D1进行比对。
该第一预设值D1可以是该滤烟器2的粒状污染物(PM)负载量的临界值。
该第一预估值A1则为该滤烟器2当前的内部粒状污染物负载量，可利用该滤烟器2的该进气口24与该后开口23的压力差、温度及气体的体积流率，经由下述算式(Darcy’sLaw)，利用算法推算而得。
Figure BDA0001522403370000041
Figure BDA0001522403370000042
ΔP：压差、μ：气体黏滞系数、Q：气体体积流率
α：吸附区26的口径宽度、
w：吸附区26中空吸附管的管壁厚度
Vdpf：吸附区26体积
ko：干净吸附区26的渗透系数
ksoot：吸附区26累积PM后的渗透系数
ws：吸附区26的PM负载厚度
m：PM负载量，相当于本案的第一预估值A1
Ncell：吸附区26中空吸附管的数量
ρPM：PM密度、L：吸附区26长度
此外，该步骤11可以是利用该侦测装置3设定自动于一预定时间，或是于使用该滤烟器2一预定时间后重复启动量测，或是也可以手动方式启动量测。
当该第一预估值A1小于该第一预设值D1时，表示该滤烟器2的效能正常，可持续使用；当该第一预估值A1不小于该第一预设值D1时，即表示该滤烟器2的粒状污染物负载量已超出，需进行该滤烟器2的再生。此时，即可进行该步骤12。
该步骤12是计算该滤烟器2于燃烧完成后的残留粒状污染物的一第二预估值A2。
详细的说，该步骤12是导入燃油于该滤烟器2燃烧，令所述粒状污染物于所述粒状污染物的燃烧温度下燃烧，并计算得到该滤烟器2于燃烧完成后的残留粒状污染物的一第二预估值A2。
更具体的说，该步骤12可先利用该滤烟器2的温度、气体流率及燃油参数，通过下式的算法(能量守恒)估测维持燃烧温度所需的喷油喷射率f而可令该滤烟器2于燃烧过程可维持一定温度，以稳定并提升再生的效果。
Figure BDA0001522403370000051
f：燃油喷射率、ɑdpf：吸附区26的截面积
hdpf：吸附区26的热传系数
Tdpf：吸附区26中央的温度
Tex排气温度、Tɑ：环境温度
Cp：吸附区26热容系数、Wout：排气质量流率
Kf：燃油燃烧反应系数、ΔHf：燃油焓值
然后，将该燃油导入器4以预定的燃油喷射率(f)将燃油导入该再生区25，再利用该点燃器5点燃燃油，而使该吸附空间，特别是该吸附区26达到足以燃烧该粒状污染物的温度(约650℃)，令该等粒状污染物于该燃烧温度下燃烧，以进行该滤烟器2的燃烧再生。
燃烧结束后再侦测燃烧再生完成后的该滤烟器2的该进气口24与该后开口23的温度差、压力差及排气流量，并利用燃烧后的该滤烟器2的温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器2于当次燃烧再生后的残留粒状污染物的一第二预估值A2。
然后，进行步骤13，利用该第二预估值A2得到一灰分残留累积值Rsum，并将该第二预估值A2归零。
详细的说，该步骤13是将该步骤12得到的该第二预估值A2与一基准值B比对，得到该滤烟器2该次燃烧再生后的一灰分残留值Rn，再进一步利用该灰分残留值Rn得到该灰分残留累积值Rsum，并将该第二预估值A2归零。
该基准值B可以是0(即无灰分残留)，或是使用者自行设定的该滤烟器2的一灰分残留起始值。该第二预估值A2与该基准值B比对后得的差值即视为该次燃烧再生为不完全燃烧时，该滤烟器2的灰分残留值Rn。而该灰分残留累积值Rsum则是利用将该次燃烧再生得到该灰分残留值(Rn)与该次燃烧再生前的所有燃烧再生后得到的灰分残留值(R1至Rn-1)加总(Σ(R1+R2+…Rn-1+Rn))而得。
接着，进行该步骤14，将该灰分残留累积值Rsum与一第二预设值D2进行比对。
其中，该第二预设值D2可以是用户定义的该滤烟器2的灰分残留累积的允许上限值。当该灰分残留累积值Rsum小于该第二预设值D2，表示该滤烟器2的残留灰分总量尚不足以过于影响该滤烟器2的效能，因此，可持续使用并重复进行该步骤11至14，持续监控该滤烟器2。
当该灰分残留累积值Rsum大于或等于该第二预设值D2，表示该滤烟器2的灰分残留总量已超过允许值，此时，则进行该步骤15，对外发出一警示信号，主动提醒用户更换该滤烟器2或清理该滤烟器2的残留灰分。此外，该警示信号可以是影像或声音的提醒信号，且可以是在每次车辆重新启动时即同步产生该警示信号以提醒用户。
理论上，经过燃烧再生后的滤烟器，其粒状污染物应完全燃烧而不会有灰分残留。然而，此燃烧再生过程常会因为一些干扰因素，导致粒状污染物无法完全燃烧，而有灰分生成并累积，使得滤烟器的效能会随着使用时间而递减。此外，传统滤烟器的燃烧再生，是将每一次的燃烧再生结果均视为完全燃烧，并不会将燃烧不完全的残留灰分考虑至滤烟器的更换及清理时程，因此，针对滤烟器因为残留灰分累积所导致的效能降低问题，一般则是要使用者自行于使用一固定时间后径行清理或更换该滤烟器。
据此，本发明除了利用侦测该滤烟器2的温度、气体流率及燃油参数，估测维持燃烧温度所需的喷油喷射率f，令该滤烟器2于燃烧过程可维持一定温度，以稳定并提升再生的效果，并于该滤烟器2燃烧再生后，进一步计算该滤烟器2于燃烧再生后的粒状污染物的一第二预估值A2，而得到因当次燃烧不完全所残留的灰分残留值Rn，并利用监控每次燃烧再生后的该灰分残留累积值Rsum，即可得知该滤烟器2的灰分残留状况，而可于该灰分残留累积值Rsum超过允许值时，主动提醒使用者更换该滤烟器或清理该滤烟器2的残留灰分，而可更有效的维持该滤烟器2的效能。
值得一提的是，于一些实施例中，该步骤11还可先将一具有孔洞的第一阻隔件6(如图1所示)设置于该再生区25及该吸附区26间，且其中，所述孔洞的孔径介于0.1mm至1.3mm，厚度小于1.5mm。因此，该步骤12的燃油于燃烧时产生的火焰可借由该第一阻隔件6的阻隔稳定于该再生区25进行，而可更稳定燃烧的参数并有助于燃烧温度的稳定，而益于该滤烟器2的再生。要说明的是，该第一阻隔件6只要是能耐高温(约650℃)的材料，例如陶瓷、金属即可，并无需特别限制。
此外，于一些实施例中，还可进一步于该燃油导入器4及该点燃器5之间再设置一第二阻隔件(图未示)，该第二阻隔件的结构及材料与该第一阻隔件6相同，故不再赘述。该第二阻隔件可避免燃烧的火焰因为气流的导引，回烧该燃油导入器4的缺点。
综上所述，本发明除了利用侦测该滤烟器2的温度、气体流率及燃油参数，估测维持燃烧温度所需的喷油喷射率f，令该滤烟器2于燃烧过程可维持一定温度，以稳定并提升再生的效果，并于该滤烟器2燃烧再生后，进一步计算得到该滤烟器2于当次燃烧不完全所残留的灰分残留值Rn，利用监控每次燃烧再生后的该灰分残留累积值Rsum，得知该滤烟器2的灰分残留状况，而可于该灰分残留累积值Rsum超过允许值时，主动提醒使用者更换该滤烟器2或清理该滤烟器2的残留灰分，而可更有效的维持该滤烟器2的效能，故确实可达成本发明的目的。

Claims (8)

1.一种滤烟器主动再生方法，该滤烟器可用以吸附车辆引擎排放废气的粒状污染物，具有与该车辆引擎的排气口连通的进气口、可引进燃油的前开口，及远离该前开口用以让通过该滤烟器的气体排出的后开口，其特征在于：包含：
步骤(a)，利用该滤烟器的该进气口与该后开口的温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器的粒状污染物的第一预估值；
步骤(b)，利用该滤烟器的温度、气体流率及燃油参数估测维持燃烧温度所需的喷油喷射率，导入燃油于该滤烟器燃烧，令所述粒状污染物于燃烧温度下燃烧，再利用燃烧后的该滤烟器的该进气口与该后开口的温度差、压力差及排气流量计算得到该滤烟器于燃烧后的残留粒状污染物的第二预估值；及
步骤(c)，将该第二预估值与基准值比对，得到该滤烟器当次燃烧后的灰分残留值，将该第二预估值归零。
2.根据权利要求1所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：该步骤(a)还进一步将该第一预估值与第一预设值进行比对，当该第一预估值大于该第一预设值，则进行该步骤(b)。
3.根据权利要求1所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：该步骤(c)，进一步利用该灰分残留值得到灰分残留累积值。
4.根据权利要求3所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：该步骤(c)的该灰分残留累积值是该次燃烧后得到该灰分残留值与先前燃烧后的所有灰分残留值的总合。
5.根据权利要求3所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：还包含步骤(d)，将该灰分残留累积值与第二预设值进行比对，当该灰分残留累积值小于该第二预设值，则重复进行该步骤(a)至(d)。
6.根据权利要求5所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：还包含步骤(e)，当该灰分残留累积值不小于该第二预设值，则进行该步骤(e)，对外显示警示信号。
7.根据权利要求1所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：该滤烟器具有一邻近该前开口的再生区，及一邻近该后开口，用以吸附该粒状污染物的吸附区，该步骤(a)还包含将具有孔洞的阻隔件设置于该再生区及该吸附区间，该步骤(b)的燃油是自该前开口进入该再生区并于邻近该吸附区燃烧，且燃烧的火焰会受该阻隔件阻隔。
8.根据权利要求7所述的滤烟器主动再生方法，其特征在于：该阻隔件的厚度小于1.5mm，且所述孔洞的孔径介于0.1mm至1.3mm。
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