CN112814794A - 一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置，所述方法包括：采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。本申请提供的技术方案，在不改变现有发动机相关硬件的条件下，通过对空燃比进行调节，进而实现尾气含氧量的降低，提升再生所需温度值，以实现当前工况条件下，颗粒过滤器被动再生终止。

Description

一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机尾气处理领域，尤其是涉及一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置。

背景技术

在我国，随着雾霾天气逐渐成为天气的常态，对人们的身体健康和交通出行造成了严重的影响。雾霾主要来源于空气中悬浮的细小颗粒物，而汽车尾气是城市颗粒物排放的主要来源之一。为了改善空气质量，2016年，中国轻型车排放标准第六阶段正式发布。国六标准对汽油机颗粒物质量(particle mass，PM)和颗粒物数量(particle number，PN)的排放提出了严格的要求，不仅PM的限制降低为3mg/km，而且PN不得高于6×10¹¹个/km。

随着国六排放法规的全面推行，广泛运用于汽车市场的缸内直喷汽油机难以达到新的排放标准，改善缸内直喷发动机后处理系统成为新的发展趋势。汽油机颗粒过滤器(Gasoline Particulate Filter，GPF)被认为是解决颗粒物排放最有效的尾气后处理技术，尾气在通过颗粒过滤器时，GPF对颗粒物的过滤工作主要通过拦截、扩散、惯性碰撞、重力和静电等捕集机理来完成，如图1所示为颗粒过滤器捕集机理的原理图。

但随着尾气中的颗粒物不断在GPF中沉积，如不及时对沉积的颗粒物进行处理，必然会导致发动机的排气背压升高，当排气背压达到一定值时，发动机性能将开始显著恶化，表现为动力下降、油耗上升。因此，现有技术经常采用再生的方式，即使颗粒过滤器中的碳烟颗粒再次氧化燃烧，去除集聚的颗粒物。

但是，由于颗粒物粒径是纳米级，颗粒过滤器的载体过滤孔径是微米级，二者差异过大，颗粒过滤器过滤的有效性还必须依赖于一定的碳积层(颗粒物在GPF内集聚形成的覆盖层)。在需要合理控制碳积层厚度的情况下，由于GPF的被动再生几乎可以存在于汽油机运行的全工况，会出现由于排温过高导致过度再生使PN控制不达标的情况。

发明内容

本发明提供一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置，通过被动再生控制方法避免过度再生的问题，从而使碳积层处于合理的厚度，以控制PN达标。

在本申请第一方面提供了一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法，所述方法包括：

采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；

根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；

在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

可选的，所述方法还包括：

若所述碳载量大于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值，若达到，则启动主动再生。

可选的，所述调整空燃比包括：

通过调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值。

可选的，所述调整空燃比包括：

通过调整发动机凸轮轴相位以使进气有效时域小于阈值。

可选的，所述调整空燃比包括：

通过调整废气再循环阀门开启时长以使废气量在工质中占比大于阈值。

可选的，所述根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量，包括：

根据所述温度数据与所述压力数据采用压差法或基于碳载量模型估算碳载量的方法计算得到碳载量。

在本申请第二方面提供了一种汽油机颗粒过滤器再生控制装置，所述装置包括：

采集单元、计算单元与调整单元；

所述采集单元，用于采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；

所述计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；

所述调整单元，用于在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

可选的，所述装置还包括：

判断单元，用于若所述碳载量大于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值，若达到，则启动主动再生。

可选的，所述调整单元包括：

喷油器调整单元，用于通过调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值。

可选的，所述计算单元包括：

压差法计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据采用压差法计算得到碳载量。

相对于现有技术，本申请上述技术方案的优点在于：

在不改变现有发动机相关硬件的条件下，通过对空燃比进行调节，进而实现尾气含氧量的降低，提升再生所需温度值，以实现当前工况条件下颗粒过滤器被动再生终止。通过调整空燃比降低尾气含氧量，一方面提升了再生的起燃温度，另一方面又降低了当前尾气温度，实现了对导致碳积层破坏、PN不达标的GPF被动再生控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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它的附图。

图1为现有技术中颗粒过滤器捕集机理的原理图；

图2为本申请提供的一种带有GPF的后处理系统；

图3为本申请提供的一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法的流程图；

图4为本申请提供的又一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法的流程图；

图5为本申请提供的一种汽油机颗粒过滤器再生控制结构的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

GPF的再生方式主要分为主动再生和被动再生两大类，被动再生即发动机在正常工况下自然发生的再生，主动再生则需要增加外部条件促进和控制再生的发生。

申请人根据研究发现，被动再生几乎可以存在于汽油机运行的全工况。具体来说就是，GPF再生的方法主要是微粒氧化，而微粒有效氧化的要素是温度、氧量和氧化时间。氧化进行所需温度与尾气含氧量相关，理论空燃比下，GPF内部温度达到650℃时载体开始再生；空燃比增大到17时，充足的氧气可使载体再生温度降为500℃，即再生的起始温度随尾气含氧量增加而降低。GPF催化剂涂层则有利于低温时GPF的再生，甚至可以在250℃～450℃时可以进行连续不断的被动再生。被动再生因为其不受控，在高强化、尤其是紧藕式布置时，GPF的进口温度存在相当比例的满足GPF再生的自然发生条件，即，被动再生几乎可以存在于汽油机运行的全工况。但是，由于颗粒物粒径是纳米级，颗粒过滤器的孔径是微米级，二者差异过大，颗粒过滤器过滤的有效性还必须依赖于一定的碳积层(颗粒物在GPF内集聚形成的覆盖层)。在需要合理控制碳积层厚度的情况下，由于GPF的被动再生几乎可以存在于汽油机运行的全工况，会出现由于排温过高导致过度再生削减有效过滤所需的碳载量使PN控制不达标的情况。

基于此，申请人提供一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法及装置，其中，根据采集的温度数据与压力数据计算GPF的碳载量，在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。在不改变现有发动机相关硬件的条件下，通过对空燃比进行调节，进而实现对尾气含氧量的降低，提升再生所需温度值，以实现当前工况条件下的颗粒过滤器被动再生终止。通过调整空燃比降低尾气含氧量，一方面提升了再生的起燃温度，另一方面又降低了当前尾气温度，实现了对导致碳积层破坏、PN不达标的GPF被动再生控制。

为了便于理解本申请，对本申请的应用场景进行介绍，参见图2，该图为本申请实施例提供的示例性应用场景图，本申请提供的汽油机颗粒过滤器再生控制方法可以应用于多种布置方式的GPF中，尤其适用于紧耦合式布置的GPF中。实际应用中可以采用多种温度数据与压力数据以实现对GPF碳载量的计算，下面以图2应用场景为例对本申请的技术方案进行说明。

如图2所示，是本申请提供的一种带有GPF的后处理系统，包括控制单元10及依次连接的三元催化器(three way catalytic converter，TWC)20、GPF30及布置于其间的氧传感器40、GPF前后的压差传感器50、温度传感器60、温度传感器70、温度传感器80。控制单元10通过温度传感器60、70、80采集三元催化器前口温度、后口温度、颗粒过滤器后口温度，通过GPF30前后的压差传感器50采集颗粒过滤器前口压力、后口压力。在具体实现时，采集的温度数据与压力数据计算GPF的碳载量，在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止，从而避免出现由于排温过高导致过度再生使PN控制不达标的情况。

为便于本领域技术人员对本申请技术方案的理解，下面将结合附图对本申请提供的列车温度检测方法进行详细描述。

参见图3，图3是本申请提供的一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法的流程图，该方法可以包括以下步骤301-303。

步骤301：采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力。

具体来说，若采用如图2所示的应用场景，控制单元10控制温度传感器60采集TWC前口温度、控制温度传感器70采集TWC后口温度、控制温度传感器80采集GPF后口温度，控制单元10控制压力传感器50采集GPF前口压力、后口压力。

步骤302：根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量。

控制单元10中会贮存GPF碳载量模型，基于模型，通过采集的温度数据与压力数据计算出当前工况条件的碳载量。

需要说明的是，GPF碳载量模型可以是压差法模型，还可以是基于碳载量模型估算碳载量的方法模型，计算所采用的模型在此不做限定。

步骤303：在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

控制单元综合运用现有发动机相关硬件，如喷油器、发动机凸轮轴相位、废气再循环阀门等对空燃比进行调节，进而实现对尾气含氧量进行调控，以实现常用工况条件下GPF的被动再生控制。

需要说明的是，对空燃比进行调整可以采用例如通过调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值、通过调整发动机凸轮轴相位以使进气有效时域小于阈值或通过调整废气再循环阀门开启时长以使废气量在工质中占比大于阈值，以实现被动再生终止。

需要说明的是，上述阈值不做具体限定，可以根据国六标准亦或是实际情况进行调整。

本方法以常规配置(包括TWC、GPF、氧传感器、压差传感器、温度传感器)为伍，在不改变现有发动机相关硬件的条件下，控制单元基于贮存于其中的GPF碳载量模型和各传感器(如氧传感器、GPF前后的压差传感器、温度传感器)感知的再生条件，综合运用现有发动机相关硬件(如喷油器、发动机凸轮轴相位、废气再循环阀门等)对工质的空燃比进行调节，进而实现对尾气含氧量进行调控。降低尾气含氧量一方面提升了再生的起燃温度，另一方面又降低了当前尾气温度，二者叠加，事半功倍地实现了对导致碳积层破坏、PN不达标的GPF被动再生控制。

基于上述一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法，本申请还提供一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法，该方法结合主动再生控制，适时与适量地控制被拦截颗粒的氧化程度，从而实现了不影响GPF的拦截效率与载体寿命。下面将结合附图对本申请提供的方法进行解释说明。

参见图4，图4是本申请提供的一种汽油机颗粒过滤器再生控制方法的流程图，该方法包括以下步骤401-步骤405。

步骤401：采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力。

步骤402：根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量。

步骤403：判断所述碳载量是否小于GPF有效过滤所需的碳载量。

步骤404：若所述碳载量小于GPF有效过滤所需的碳载量，调整空燃比以实现被动再生终止；

步骤405：若所述碳载量大于GPF有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值；

步骤406：若达到，则启动主动再生；

步骤407：若未达到，则系统不作为。

本方法结合主动再生方法，通过控制主动再生与被动再生的开启时机，适时与适量地控制被拦截颗粒的氧化程度，从而实现了不影响GPF的拦截效率与载体寿命。

基于以上实施例提供的方法，本发明实施例还提供了对应的装置，下面结合附图进行解释说明。

参见图5，图5是本发明提供的一种汽油机颗粒过滤器再生控制装置的结构图，该装置可以包括以下单元：

采集单元100、计算单元200与调整单元300；

所述采集单元100，用于采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；

所述计算单元200，用于根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；

所述调整单元300，用于在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

为了适时与适量地控制被拦截颗粒的氧化程度，通过控制主动再生与被动再生，所述装置还包括：

判断单元，用于若所述碳载量大于有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值，若达到，则启动主动再生。

为了更好地调整空燃比，所述调整单元可以包括喷油器调整单元、发动机凸轮轴相位调整单元或废气再循环阀门调整单元，通过采用以下方式实现空燃比的调整。例如：喷油器调整单元调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值；发动机凸轮轴相位调整单元调整发动机凸轮轴相位以使进气有效时域小于阈值；废气再循环阀门调整单元调整废气再循环阀门开启时长以使废气量在工质中占比大于阈值。

可以采用压差法或者是基于碳载量模型估算碳载量的方法计算GPF的碳载量，基于此，所述计算单元可以包括压差法计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据采用压差法计算得到碳载量，或者包括碳载量模型计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据采用基于碳载量模型估算碳载量的方法计算得到碳载量。

通过本申请实施例提供的装置，利用采集单元采集所需温度数据与压力数据；将采集到的数据输入到计算单元中，通过计算单元可以计算出GPF的碳载量，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，通过调整单元调整空燃比，以实现被动再生终止。从而避免出现由于排温过高导致过度再生使PN控制不达标的情况。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽油颗粒过滤器再生控制方法，其特征在于，包括：

采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；

根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；

在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述碳载量大于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值，若达到，则启动主动再生。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整空燃比包括：

通过调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整空燃比包括：

通过调整发动机凸轮轴相位以使进气有效时域小于阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整空燃比包括：

通过调整废气再循环阀门开启时长以使废气量在工质中占比大于阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量，包括：

根据所述温度数据与所述压力数据采用压差法或基于碳载量模型估算碳载量的方法计算得到碳载量。

7.一种汽油机颗粒过滤器再生控制装置，其特征在于，包括：

采集单元、计算单元与调整单元；

所述采集单元，用于采集温度数据与压力数据；所述温度数据包括三元催化器前口温度、所述三元催化器后口温度、所述颗粒过滤器后口温度，所述压力数据包括所述颗粒过滤器前口压力、所述颗粒过滤器后口压力；

所述计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据计算得到碳载量；

所述调整单元，用于在所述颗粒过滤器处于被动再生时，若所述碳载量小于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，调整空燃比，以实现被动再生终止。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断单元，用于若所述碳载量大于所述颗粒过滤器有效过滤所需的碳载量，根据预设再生MAP图判断所述碳载量是否达到主动再生阈值，若达到，则启动主动再生。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

喷油器调整单元，用于通过调整喷油器喷油时长以使进油量大于进油量阈值。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括：

压差法计算单元，用于根据所述温度数据与所述压力数据采用压差法计算得到碳载量。

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