CN112343693B - 一种gpf碳载量分区预估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GPF碳载量分区预估方法，将GPF划分为同轴布置的3个区域，第一区域为圆柱体、第二和第三区域为圆环体，第一区域的直径60mm，第二区域的外圆直径为80mm、内径为60mm，第三区域的外圆直径为100mm，内圆直径为80mm；通过GPF排气温度计算GPF每个区域的分区温度；根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量。本发明先对GPF实体进行分区，然后单独计算分区温度，最终计算得到分区燃烧速率和碳载量，有效的提高了GPF中的碳载量的预估精度、防止GPF堵塞或烧毁。

Description

一种GPF碳载量分区预估方法
技术领域
本发明属于GPF控制技术领域，具体公开了一种GPF碳载量分区预估方法和控制方法。
背景技术
为满足排放法规中颗粒物的要求，GPF是一种有效直接的机外净化装置，可以捕捉绝大部分颗粒物(soot)，但汽油机在使用GPF后，若长时间运行在低温低速工况，soot会迅速积累堵塞GPF，影响发动机动力性甚至烧毁GPF。
为了避免GPF累碳较多造成的堵塞、烧毁、动力性降低，ECU需要计算GPF中碳的质量(碳载量)，当碳载量上升到一定值时，可以通过主动再生，把GPF中的碳燃烧掉，因此GPF中碳载量的预估对于保护GPF和发动机尤为重要。
碳载量的预估主要包括两部分，GPF捕集的碳预估和烧掉(再生)的碳预估，捕集的碳减去再生的碳即是GPF目前的碳载量，再生的燃烧速率主要通过排气氧流量、GPF温度、碳载量三个要素在ECU中拟合计算。
目前已有的逻辑策略在预估GPF温度时把GPF的温度定义为一个值，而由于管路和GPF的壁面存在一定的散热损失，导致GPF的实际温度中间高两边低，中间温度高，碳再生得快，两边温度低碳再生慢，这种温度梯度目前已有的策略没有考虑，会造成GPF中局部碳再生速率预估不准确，GPF局部碳载量过高导致GPF烧毁。
发明内容
为消除背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种GPF碳载量分区预估方法和控制方法，其先对GPF实体进行分区，然后单独计算分区温度，最终计算得到分区燃烧速率和碳载量，有效的提高了GPF中的碳载量的预估精度、防止GPF堵塞或烧毁。
本发明公开了一种GPF碳载量分区预估方法，将GPF划分为同轴布置的n个区域,n≥2；通过GPF排气温度计算GPF每个区域的分区温度；根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量。
本发明的一种优选实施方案中，根据GPF温度梯度确定分区的数量和尺寸。
本发明的一种优选实施方案中，GPF温度梯度越大，GPF划分的区域越多。
本发明的一种优选实施方案中，所述GPF排气温度通过车载排气温度传感器获取。
本发明的一种优选实施方案中，GPF第x区域的分区温度Tx，Tx＝kx*Tx-1，T0为GPF排气温度，kx均为标定值。
本发明的一种优选实施方案中，kx与排气流量和GPF排气温度T0相关。
本发明的一种优选实施方案中，根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量的步骤包括：步骤1，根据GPF第x区域的分区温度Tx获取该区域内燃烧掉的碳质量OXDx；步骤2，根据碳质量OXDx计算第x区域的碳载量。
本发明的一种优选实施方案中，OXDx与GPF每个区域的分区温度、GPF每个区域的氧气质量流量、GPF每个区域的已存储的碳质量Mx相关。
本发明的一种优选实施方案中，SLx＝(Mx-OXDx)/Vx，Mx为第x区域已存储的碳质量，OXDx为第x区域烧掉的碳质量，Vx为第x区域的体积，SLx为第x区域的碳载量，x＝1、2、3…、n。
本发明还公开了一种GPF碳载量控制方法，其利用GPF碳载量分区预估方法监测GPF第x区域的碳载量SLx，当GPF任意一个区域的SLx累计超过标定值时，主动烧GPF内的碳，直到该区域的SLx不超过标定值。
本发明的有益效果是：本发明通过对GPF进行主动分区，并通过每个分区的温度计算每个分区的再生速率和碳载量，从而可以精确预估GPF局部碳载量，防止局部碳载量过大，燃烧时温度过高烧毁GPF，保护GPF及发动机。
附图说明
图1为本发明一种GPF碳载量分区预估方法的示意图；
图中，A-GPF；B-排温传感器；C-温度传感器测点；。
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由附图1可知，附图1，发动机排气中含有一定量的固体碳，经过GPF时80％以上的碳会被GPF的蜂巢结构捕集并保留在GPF中，存于GPF中的碳在温度、氧流量满足要求时可自行燃烧掉，GPF中温度越高、氧流量越高、碳载量越多则燃烧的速率会越快，当碳载量超过标定限值时，ECU可以通过提高排气温度和氧流量加快碳燃烧。
本发明公开了一种GPF碳载量分区预估方法，将GPF划分为同轴布置的n个区域,n≥2；通过GPF排气温度计算GPF每个区域的分区温度；根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量。
优选地，根据GPF温度梯度确定分区的数量和尺寸。
优选地，GPF温度梯度越大，GPF划分的区域越多。
优选地，所述GPF排气温度通过车载排气温度传感器获取。
优选地，GPF第x区域的分区温度Tx，Tx＝kx*Tx-1，T0为GPF排气温度，kx均为标定值。
优选地，kx与排气流量和GPF排气温度T0相关。
优选地，根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量的步骤包括：步骤1，根据GPF第x区域的分区温度Tx获取该区域内燃烧掉的碳质量OXDx；步骤2，根据碳质量OXDx计算第x区域的碳载量。
优选地，OXDx与GPF每个区域的分区温度、GPF每个区域的氧气质量流量、GPF每个区域的已存储的碳质量Mx相关。
优选地，SLx＝(Mx-OXDx)/Vx，Mx为第x区域已存储的碳质量，OXDx为第x区域烧掉的碳质量，Vx为第x区域的体积，SLx为第x区域的碳载量，x＝1、2、3…、n。
本发明还公开了一种GPF碳载量控制方法，其利用GPF碳载量分区预估方法监测GPF第x区域的碳载量SLx，当GPF任意一个区域的SLx累计超过标定值时，主动烧GPF内的碳，直到该区域的SLx不超过标定值。
需要指出，本发明的kx、OXDx均是通过预存于车载ECU或VCU内的标定试验表格查询获取，kx、OXDx的试验获取方法可以有多种，现以一个直径为100mm、长度为100mm的GPF为例，对kx、OXDx获取的方法做出解释：
上述GPF被划分为了三个区域，第一区域为圆柱体、第二和第三区域为圆环体，第一区域的直径60mm，第二区域的外圆直径为80mm、内径为60mm，第三区域的外圆直径为100mm，内圆直径为80mm。试验主要设备包括台架、AVL483(用于测量发动机排气中的碳流量)、标定软件(用于标定模型，如T0、kx关系、碳载量计算等)、GPF称重设备(用于GPF内碳载量的质量称重)、温度传感器(用于测量GPF内部温度分布)。
安装GPF温度传感器：为识别GPF内部的温度场分布，以建立GPF分区模型，需要在GPF内部不同位置安装温度传感器测量不同区域的温度梯度，GPF划分为三个分区。
1区：安装3个温度传感器，分别置于中轴线的1/6L,1/2L,5/6L处，3个传感器的平均值T1s即1区的实际温度；
2区：安装6个温度传感器，分别置于2区圆环横截面中间1/6L,1/2L,5/6L处，6个传感器的平均值T2s即2区的实际温度；
3区：安装6个温度传感器，分别置于3区圆环横截面中间1/6L,1/2L,5/6L处，6个传感器的平均值T3s即3区的实际温度；
GPF入口处的排温传感器为ECU自带传感器，温度读值为Tin(即为T0)。
试验中扫描获取各个分区的温度Tx、排气流量mf、Tin(即为T0)、kx的值，通过Tx/Tx-1＝kx计算出每个分区的kx，然后将kx值录入标定的三维表格(X轴为Tin，Y轴为排气流量mf，Z轴为kx)中，这样ECU就可以根据运行时的Tin、mf和标定中的kx值求出Tx。
T1温度得到后，再使用T1拟合T2和T3，同上一步，根据试验数据求出k2和k3。
当三个区域的温度均可预估时，就可建立三个分区再生速率的模型：
分区的实际再生速率可通过称重获得，然后使用分区温度Tx、分区氧气质量流量O2x、分区碳载量Mx与实际再生速率建立数学模型，此数据模型写入标定中，这样ECU就可以仿真计算出燃烧速率OXDx；
GPF捕集的碳质量Mx，由排气碳排放模型获得，本专利不提及Mx计算方法；
实际车辆运行中，当SLx累计超过标定限值，存在堵塞或烧毁GPF风险时，ECU则会启用主动再生，主动烧掉GPF中的碳，直到GPF中碳降低到合理范围，但由于主动再生并不是一次就可以完成，需要有一些判断条件才能进入，因此碳的积累和再生是一个动态、并存的状态，一边积累一边烧，公式SLx＝(Mx-OXDx)/Vx同样也是一个动态过程。
如下示例，展示的整体预估和分区预估方案的试验结果，可见3区实际温度低于1区温度75度，导致在再生之后3区仍有0.8g/L碳,使用目前的整体方案ECU预估的GPF碳载量为0g/L,实际称重为1.2g/L,采用分区计算1、2、3区碳载量相加值为1.1g/L,精度高于整体方案。
本发明的实施例效果如下表所示：
Figure GDA0003403832690000041

Claims (10)

1.一种GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：将GPF划分为同轴布置的3个区域，第一区域为圆柱体、第二和第三区域为圆环体，第一区域的直径60mm，第二区域的外圆直径为80mm、内径为60mm，第三区域的外圆直径为100mm，内圆直径为80mm；通过GPF排气温度计算GPF每个区域的分区温度；根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量。
2.根据权利要求1的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：根据GPF温度梯度确定分区的数量和尺寸。
3.根据权利要求2的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：GPF温度梯度越大，GPF划分的区域越多。
4.根据权利要求1的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：所述GPF排气温度通过车载排气温度传感器获取。
5.根据权利要求1的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：GPF第x区域的分区温度Tx，Tx＝kx*Tx-1，T0为GPF排气温度，kx均为标定值。
6.根据权利要求5的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：kx与排气流量和GPF排气温度T0相关。
7.根据权利要求1的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：根据GPF每个区域的分区温度计算每个区域的碳载量的步骤包括：步骤1，根据GPF第x区域的分区温度Tx获取该区域内燃烧掉的碳质量OXDx；步骤2，根据碳质量OXDx计算第x区域的碳载量。
8.根据权利要求7的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：OXDx与GPF每个区域的分区温度、GPF每个区域的氧气质量流量、GPF每个区域的已存储的碳质量Mx相关。
9.根据权利要求7的GPF碳载量分区预估方法，其特征在于：SLx＝(Mx-OXDx)/Vx，Mx为第x区域已存储的碳质量，OXDx为第x区域烧掉的碳质量，Vx为第x区域的体积，SLx为第x区域的碳载量，x＝1、2、3…、n。
10.一种GPF碳载量控制方法，其特征在于：利用如权利要求1-9任意一项权利要求所述的GPF碳载量分区预估方法监测GPF第x区域的碳载量SLx，当GPF任意一个区域的SLx累计超过标定值时，主动烧GPF内的碳，直到该区域的SLx不超过标定值。
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