CN112282905B - 一种dpf碳载量估算方法及装置 - Google Patents

一种dpf碳载量估算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种DPF碳载量估算方法及装置，涉及柴油机后处理技术领域，其通过DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，并得到补偿后的碳载量估算总值，由于该补偿可准确反映DPF内的碳烟在被动再生过程中的实时积累和消耗的情况，使得碳载量估算总值不会受到碳烟分布形式的影响，因此，可通过本申请对DPF内的碳载量估算总值进行补偿并得到补偿后的碳载量估算总值，无需受限于碳烟的分布情况，提高了DPF碳载量估算的准确度，有效避免了主动再生时机出现错误判断的问题。

Description

一种DPF碳载量估算方法及装置
技术领域
本申请涉及柴油机后处理技术领域，特别涉及一种DPF碳载量估算方法及装置。
背景技术
DPF(Diesel Particulate Filter，柴油机颗粒捕集器)是柴油机满足排放法规要求的必备后处理装置。DPF通过物理过滤的方式对柴油机排气中的颗粒物进行捕集，进而降低柴油机的颗粒物排放。但是，随着颗粒物在DPF孔道中的累积，DPF的压降会越来越大，进而增大柴油机的排气背压，使得柴油机的燃油消耗率上升，严重时甚至会直接堵塞排气管，导致柴油机损坏。因此，在DPF使用过程中，一般需要周期性地对DPF执行再生操作，以将DPF中累积的碳烟氧化去除，使DPF的流动阻力控制在合理的范围内，保证柴油机和DPF的正常工作。
目前，DPF的再生技术从再生方式上可分为被动式再生和主动式再生。被动式再生是利用可能存在的柴油机的高速高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧；主动式再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF中颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门系统。
传统再生时机控制方法中，判断DPF内碳载量的主要方法有排气背压法、行驶时间法、碳烟排放量法和基于压差的碳载量估计法，其中，判断结果较准确的是基于压差的碳载量估计法，该方法根据DPF两端压差值与DPF内部碳载量的对应关系，利用压差传感器测量柴油机在不同工况下DPF两端的压差值，并根据气流温度对压差值的影响进行补偿，当DPF两端压差超过极限值时，即可判断DPF需要进行主动再生。
不过，在DPF被动再生过程中，载体中心部分的碳颗粒数量由于被动燃烧会明显减少，而载体边缘的碳颗粒分布相比中心部分偏浓，此时基于压差的碳载量估计值会降低。因此，在上述载体内部碳分布不均的情况下，基于压差的碳载量估计法会造成主动再生时机判断错误，致使载体中局部的碳载量超标，有烧坏载体的风险。
发明内容
本申请实施例提供一种DPF碳载量估算方法及装置，以解决相关技术中DPF碳载量估算误差较大的问题。
第一方面，提供了一种DPF碳载量估算方法，包括以下步骤：
计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量；
计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量；
计算DPF内的碳载量估算总值；
根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
一些实施例中，在得到补偿后的碳载量估算总值之后，还包括步骤：根据所述补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态。
所述计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量的具体步骤包括：
通过被动再生燃烧模型计算DPF内的碳烟氧化速率；
对所述碳烟氧化速率进行积分得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
所述计算DPF被动再生过程中发动机所生成的碳载量的具体步骤包括：
通过原机排放模型计算发动机的碳烟生成速率；
对所述碳烟生成速率进行积分得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
所述DPF被动再生开始时的碳载量、所述DPF被动再生结束时的碳载量和所述碳载量估算总值均通过基于压差的方法计算得到。
第二方面，提供了一种DPF碳载量估算装置，包括：
第一计算单元，所述第一计算单元用于计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量；
第二计算单元，所述第二计算单元用于计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量；
第三计算单元，所述第三计算单元用于计算DPF内的碳载量估算总值；
补偿计算单元，所述补偿计算单元用于根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
一些实施例中，所述装置还包括判定单元，所述判定单元用于在得到补偿后的碳载量估算总值之后，根据所述补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态。
所述第二计算单元具体用于：
通过被动再生燃烧模型计算DPF内的碳烟氧化速率；
对所述碳烟氧化速率进行积分得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
所述第二计算单元具体还用于：
通过原机排放模型计算发动机的碳烟生成速率；
对所述碳烟生成速率进行积分得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
所述DPF被动再生开始时的碳载量、所述DPF被动再生结束时的碳载量和所述碳载量估算总值均通过基于压差的方法计算得到。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：可提高DPF碳载量估算的准确度，有效避免了主动再生时机出现错误判断的问题。
本申请实施例提供了一种DPF碳载量估算方法及装置，通过DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，并得到补偿后的碳载量估算总值，由于该补偿可准确反映DPF内的碳烟在被动再生过程中的实时积累和消耗的情况，使得碳载量估算总值不会受到碳烟分布形式的影响，因此，可通过该方法对DPF内的碳载量估算总值进行补偿并得到补偿后的碳载量估算总值，无需受限于碳烟的分布情况，提高了DPF碳载量估算的准确度，有效避免了主动再生时机出现错误判断的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种DPF碳载量估算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种DPF碳载量估算装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种DPF碳载量估算方法及装置，其能解决相关技术中DPF碳载量估算误差较大的问题。
图1是一种DPF碳载量估算方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1：计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量。
S2：计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量。
S3：计算DPF内的碳载量估算总值。
S4：根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
本申请实施例提供的DPF被动再生开始时的碳载量、DPF被动再生结束时的碳载量和碳载量估算总值均可通过基于压差的方法计算得到，具体的：根据DPF两端压差值与DPF内部碳载量的对应关系，利用压差传感器测量发动机不同工况下DPF两端的压差值并根据气流温度、排气质量流量(由进气流量传感器测得的值加上燃油喷射量得到)对压差值的影响进行修正。其中，用于计算DPF被动再生开始时的碳载量的压差指的是被动再生开始时刻的压差；用于计算DPF被动再生结束时的碳载量的压差指的是被动再生结束时刻的压差；用于计算碳载量估算总值的压差指的是DPF通过物理过滤的方式对柴油机排气中的颗粒物进行捕集全过程中的总压差，而碳载量估算总值指的是颗粒物在DPF孔道中的总累积量。
本申请实施例提供的DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量，具体可通过以下步骤得到：可先通过被动再生燃烧模型(该被动再生燃烧模型为计算DPF内碳烟氧化速率的通用模型)计算DPF内的碳烟氧化速率，即通过排气中的NOx浓度、排气温度等得到DPF被动再生速率；然后对碳烟氧化速率进行积分即可得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
本申请实施例提供的DPF被动再生过程中发动机所生成的碳载量，具体可通过以下步骤得到：可先通过原机排放模型(该原机排放模型为计算DPF内碳烟生成速率的通用模型)计算发动机的碳烟生成速率，即通过发动机的空燃比、EGR(Exhaust Gas Re-circulation，废气再循环系统)率、轨压、油量等计算得到；然后对碳烟生成速率进行积分即可得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
其中，本申请实施例提供的DPF碳载量具体的估算方法如下：在DPF前后端加装压差传感器，DPF入口处加装温度传感器，通过流量传感器等获得排气质量流量；通过DPF入口温度、排气Nox浓度判断当前是否发生被动再生；如果被动再生正在发生，则计算被动再生开始时的碳载量，并计算DPF被动再生结束时的碳载量，然后将两者相减得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量(由于DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量均是通过基于压差的方法计算得到，其未考虑被动再生过程中载体内部碳分布不均的因素，进而会导致DPF被动再生过程中减少的总碳载量会大于DPF被动再生过程中实际减少的总碳载量)；其次，通过被动再生燃烧模型计算DPF被动再生过程中的碳烟氧化速率，且对其在被动再生持续期间进行积分，得到被动再生期间DPF所消耗的碳载量；再通过原机排放模型计算DPF被动再生过程中发动机的碳烟生成速率，且对其在被动再生持续期间进行积分，得到被动再生期间发动机所生成的碳载量；最后将DPF被动再生过程中减少的总碳载量减去DPF所消耗的碳载量再加上发动机所生成的碳载量计算得到碳载量补偿值，该补偿可准确反映DPF内的碳烟在被动再生过程中的实时积累和消耗的情况，使得碳载量估算总值不会受到碳烟分布形式的影响，并将碳载量补偿值与碳载量估算总值相加即可得到补偿后的碳载量估算总值。因此，可通过该方法对DPF内的碳载量估算总值进行补偿并得到补偿后的碳载量估算总值，无需受限于碳烟的分布情况，减少由被动再生后碳烟分布形式变化所带来的DPF碳载量估算误差，提高了DPF碳载量估算的准确度，有效避免了主动再生时机出现错误判断的问题。
优选的，在得到补偿后的碳载量估算总值之后，还包括步骤：根据补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态，若补偿后的碳载量估算总值超过预设阈值，即可触发DPF进入主动再生状态，以将DPF中累积的碳烟氧化去除，使DPF的流动阻力控制在合理的范围内，保证柴油机和DPF的正常工作。通过该补偿后的碳载量估计值可准确判断进入主动再生的时机，防止载体中局部的碳载量超标，降低载体被烧坏的风险。
参见图2所示，本申请实施例还提供了一种DPF碳载量估算装置，包括：
第一计算单元，其用于计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量；
第二计算单元，其用于计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量；
第三计算单元，其用于计算DPF内的碳载量估算总值；
补偿计算单元，其用于根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
本申请实施例通过DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，并得到补偿后的碳载量估算总值，由于该补偿可准确反映DPF内的碳烟在被动再生过程中的实时积累和消耗的情况，使得碳载量估算总值不会受到碳烟分布形式的影响，因此，可通过该装置对DPF内的碳载量估算总值进行补偿并得到补偿后的碳载量估算总值，无需受限于碳烟的分布情况，提高了DPF碳载量估算的准确度，有效避免了主动再生时机出现错误判断的问题。
优选的，DPF碳载量估算装置还包括判定单元，其用于在得到补偿后的碳载量估算总值之后，根据补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态。
优选的，第二计算单元具体用于：通过被动再生燃烧模型计算DPF内的碳烟氧化速率；对碳烟氧化速率进行积分得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
优选的，第二计算单元具体还用于：通过原机排放模型计算发动机的碳烟生成速率；对碳烟生成速率进行积分得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
优选的，DPF被动再生开始时的碳载量、DPF被动再生结束时的碳载量和碳载量估算总值均通过基于压差的方法计算得到。
在本申请的描述中，需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种DPF碳载量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量；
计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量；
计算DPF内的碳载量估算总值；
根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
2.如权利要求1所述的一种DPF碳载量估算方法，其特征在于，在得到补偿后的碳载量估算总值之后，还包括步骤：根据所述补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态。
3.如权利要求1所述的一种DPF碳载量估算方法，其特征在于：所述计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量的具体步骤包括：
通过被动再生燃烧模型计算DPF内的碳烟氧化速率；
对所述碳烟氧化速率进行积分得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
4.如权利要求1所述的一种DPF碳载量估算方法，其特征在于：所述计算DPF被动再生过程中发动机所生成的碳载量的具体步骤包括：
通过原机排放模型计算发动机的碳烟生成速率；
对所述碳烟生成速率进行积分得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
5.如权利要求1所述的一种DPF碳载量估算方法，其特征在于：所述DPF被动再生开始时的碳载量、所述DPF被动再生结束时的碳载量和所述碳载量估算总值均通过基于压差的方法计算得到。
6.一种DPF碳载量估算装置，其特征在于，包括：
第一计算单元，所述第一计算单元用于计算DPF被动再生开始时的碳载量和DPF被动再生结束时的碳载量，得到DPF被动再生过程中减少的总碳载量；
第二计算单元，所述第二计算单元用于计算DPF被动再生过程中DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量；
第三计算单元，所述第三计算单元用于计算DPF内的碳载量估算总值；
补偿计算单元，所述补偿计算单元用于根据DPF被动再生过程中减少的总碳载量、DPF所消耗的碳载量和发动机所生成的碳载量，对DPF内的碳载量估算总值进行补偿，得到补偿后的碳载量估算总值。
7.如权利要求6所述的一种DPF碳载量估算装置，其特征在于：所述装置还包括判定单元，所述判定单元用于在得到补偿后的碳载量估算总值之后，根据所述补偿后的碳载量估算总值判定是否触发DPF进入主动再生状态。
8.如权利要求6所述的一种DPF碳载量估算装置，其特征在于：所述第二计算单元具体用于：
通过被动再生燃烧模型计算DPF内的碳烟氧化速率；
对所述碳烟氧化速率进行积分得到DPF在被动再生期间所消耗的碳载量。
9.如权利要求6所述的一种DPF碳载量估算装置，其特征在于：所述第二计算单元具体还用于：
通过原机排放模型计算发动机的碳烟生成速率；
对所述碳烟生成速率进行积分得到发动机在被动再生期间所生成的碳载量。
10.如权利要求6所述的一种DPF碳载量估算装置，其特征在于：所述DPF被动再生开始时的碳载量、所述DPF被动再生结束时的碳载量和所述碳载量估算总值均通过基于压差的方法计算得到。
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