CN113710882A - 使用射频传感器确定柴油颗粒过滤器中碳烟负载的估计值 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用射频传感器以用于确定柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的估计值的方法。该方法包括：接收从针对由射频传感器检测的第一射频带内的第一多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第一平均衰减值；以及接收针对与第一射频带内的第一多个射频相关的平均衰减值的第一标准偏差数据。该方法还包括：确定标准偏差数据是否超过标准偏差阈值。在标准偏差数据不超过标准偏差阈值的情况下，该方法使用第一平均衰减值来推断针对柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值。在标准偏差数据超过标准偏差阈值的情况下，该方法包括：接收从针对第二射频带内的第二多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第二平均衰减值；以及接收与针对由射频传感器检测的第二射频带内第二多个射频的平均衰减值相关的第二标准偏差数据。在第二标准偏差数据不超过标准偏差阈值的情况下，该方法使用第二平均衰减值来推断针对柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值。

Description

使用射频传感器确定柴油颗粒过滤器中碳烟负载的估计值

技术领域

本发明涉及使用射频(RF)感测来测量例如柴油颗粒过滤器中的碳烟的领域。

背景技术

已知使用射频传感器来感测柴油颗粒过滤器中的碳烟负载。此布置利用了包括射频发送器和射频接收器的射频传感器。射频波跨发送器的频率扫描被发送到柴油颗粒过滤器中。一旦受到穿过柴油颗粒过滤器的影响，接收器便会接收射频波。柴油颗粒过滤器中的碳烟会影响穿过柴油颗粒过滤器的射频波。由接收器接收到的射频波然后被解释以确定柴油颗粒过滤器内的碳烟负载的程度。

一般来讲，处理器(可能是发动机管理系统的构成)接收来自传感器的原始射频数据，并且解释该数据以推断柴油颗粒过滤器内的碳烟负载。

传感器可以确定针对最小射频值与最大频率值之间的多个射频中的每个射频的衰减值。传感器也可以提供针对多个射频的衰减值的平均衰减值。传感器还可以提供与平均衰减值相关的标准偏差数据。

从传感器接收数据的处理器可以使用从传感器接收的平均衰减值、标准偏差数据以及最大频率值和最小频率值，以推断碳烟负载。以这种方式，由传感器提供的数据量明显小于所有衰减值的完整数据集，衰减值是针对最小射频值与最大频率值之间的多个射频中的每个射频。这可以在传感器与处理器之间的数据的传输中节省相当大的带宽，以及节省处理器中相当大的处理能力。

该系统的本质是，对于某些射频，可能存在导致显著衰减的共振影响。在某些频率下的这种显著衰减可能会在一定程度上影响平均衰减值，即意味着用于推断柴油颗粒过滤器中碳烟负载的能力可能会受到损害。

对于处理器来说，仔细检查大量原始射频衰减数据代替平均、最小、最大和标准偏差数据可能是不可取的。在任何情况下，为了能够提供此数据，可能要求明显更加复杂的传感器，涉及到更高的硬件成本，以及用于在传感器和处理器之间传输数据的更大带宽。

发明内容

在这种背景下，提供了一种使用射频传感器以用于确定柴油颗粒过滤器中碳灰负载的估计值的方法，该方法包括：

接收从针对第一射频带内的第一多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第一平均衰减值；

接收针对与第一射频带内的第一多个射频相关的平均衰减值的第一标准偏差数据；

确定标准偏差数据是否超过标准偏差阈值；

(a)在标准偏差数据不超过标准偏差阈值的情况下：

使用第一平均衰减值来推断针对柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值；

(b)在标准偏差数据超过标准偏差阈值的情况下：

接收从针对第二射频带内的第二多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第二平均衰减值；

接收与针对第二射频带内的第二多个射频的平均衰减值相关的第二标准偏差数据；以及

在第二标准偏差数据不超过标准偏差阈值的情况下：

使用第二平均衰减值来推断针对柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值。

附图说明

图1示出了用于与本发明的方法一起使用的包括内燃发动机和后处理装置的发动机组件；

图2示出了射频衰减数据与频率和碳烟负载的三维图形表示；

图3示出了对于归一化碳烟负载为零的衰减与频率的曲线图；

图4示出了对于归一化碳烟负载为35的衰减与频率的曲线图；并且

图5示出了对于归一化碳烟负载为100的衰减与频率的曲线图。

具体实施方式

图1示出了发动机组件100的硬件布置，该发动机组件包括内燃发动机200和后处理装置300，该后处理装置包括用于根据本发明的方法使用的射频碳烟传感器350。

除了内燃发动机和后处理装置之外，发动机组件100还可以包括涡轮增压器400和废气再循环回路500。

废气再循环回路包括EGR预冷却器510、EGR阀520、EGR冷却器530和EGR混合器540。

内燃发动机200可以包括燃烧室，在该燃烧室中，燃料可以与空气燃烧以产生动能。空气可以经由空气滤清器(过滤器)430、涡轮增压器400的压缩机410、空气冷却器440和废气再循环回路500的废气再循环混合器540提供给燃烧室。

由燃烧室中的燃烧得来的废气可以至少部分经由废气再循环回路500再循环到废气再循环混合器510，使得其可以与来自涡轮增压器400的压缩机410的空气相结合穿过燃烧室返回。废气再循环阀520可以控制通过废气再循环回路500的流量。

由燃烧室中的燃烧得来的废气的第二部分可以穿过涡轮增压器的涡轮420。电子废气门430可以控制旁通路线，通过该旁通路线，流量可以选择性地绕过涡轮增压器涡轮420。排气背压阀440可以位于涡轮420的下游。

后处理装置300可以包括：包括柴油氧化催化剂的柴油氧化催化剂模块310、包括柴油颗粒过滤器的柴油颗粒过滤器模块320和包括选择性还原催化剂的选择性催化还原模块330。喷射器340可以位于选择性还原催化剂模块330的上游，以提供还原剂来促进与氮氧化物(NO_x)的适当反应。NOx传感器331、332可以设在选择性催化还原模块的上游和下游两者处。

与本发明的方法特别相关的是与柴油颗粒过滤器模块320相关联的射频碳烟传感器350。射频碳烟传感器350可以包括天线和接收器。天线与接收器之间可以具有间隙。该间隙可以在柴油颗粒过滤器320的上游端与下游端之间，或者可以在柴油颗粒过滤器320的相对侧之间。天线和接收器的相对位置可能会影响由射频碳烟传感器350提供的数据，包括在柴油颗粒过滤器320内没有碳烟的情况下。由射频碳烟传感器350提供的数据也可能受到柴油颗粒过滤器320的几何形状的影响。

在一些实施例中，可以设有另外的传感器。例如，可以设有：柴油氧化催化剂模块入口温度传感器333；柴油颗粒过滤器入口温度传感器334；和选择性催化还原模块入口温度传感器335。也可以设有其他传感器。

图2示出了相对于射频值和碳烟负载被绘制为针对特定硬件布置的三维超曲面的原始测量衰减数据。应当注意，衰减数据受到更多因素的影响，如图2曲线所示。例如，温度可能对衰减数据有重大影响。为简单起见，并且由于不可能以诸如图2的图形格式来示出额外的维度，因此图2的数据中未示出温度的影响。相反，图2的数据是针对特定温度的。相应地，对于不同的温度，可能有与图2曲线等同的曲线。在一种布置中，对于从柴油颗粒过滤器入口温度传感器334获得的每个温度，可以有不同的图2曲线。从柴油颗粒过滤器入口温度传感器334获得的测量温度可以用来确定图2曲线的范围中的哪个范围被用作根据本发明的方法的部分。

从图2的数据中可以看出，即使没有碳烟负载，衰减也会随着频率而变化。在图2数据中，有一种趋势，即在跨整个碳烟负载频谱的较低频率下，衰减一般会更大。也就是说，衰减与碳烟负载之间的关系在这个示例数据集中是复杂的，如同在其他观测数据集中一样。这可以至少部分归因于柴油颗粒过滤器模块320的几何形状。

图2数据集中的衰减值范围粗略地在-5dB到-25dB之间。然而，在一个具体区域中，在低频率下，并且对于归一化碳烟负载值的特定子集，衰减增加得非常快。这可能是共振效应的结果。衰减的快速下降似乎像是超曲面上的沉洞(sinkhole)。仅为了解释清楚起见，本发明引用了沉洞。沉洞术语仅仅是一个标签，并且不意味着任何数字定义的特征，只是在针对特定碳烟负载下的特定频率的衰减的显著和突然增加。可能存在多个沉洞。沉洞的数量和尺寸可能取决于一系列变量，包括硬件几何形状。

沉洞附近的衰减值有可能归因于共振效应，而共振效应不能给碳烟负载提供有意义的理解。

由于整个数据集可能不是由射频碳烟传感器350输出的(或者，即使它是由传感器350输出的，也可能是不能够被发动机控制模块解释的)，所以沉洞的存在可能不会立即显现。也就是说，沉洞对由射频碳烟传感器350输出的数据的影响可能是相当大的。

更具体地来讲，沉洞特征可能对平均衰减数据具有显著且无益的影响，这可能掩盖发动机控制模块推断碳烟负载的能力。沉洞特征也可能对标准偏差衰减数据有显著影响。

本发明涉及一种用于减轻超曲面中的沉洞行为的影响的方法。

在一种布置中，发动机控制模块以设定的时间间隔接收关于射频扫描的数据。频率扫描最初可以对应于第一射频带。在每个时间间隔接收的数据可以包括平均衰减值和标准偏差衰减值。对于特定碳烟负载，平均衰减值有效地对应于通过超空间的二维线的平均值，并且标准偏差值是针对这些值的标准偏差。

该方法可以包括将标准偏差衰减数据与标准偏差阈值进行比较。用于特定实施例的标准偏差阈值可以被校准以识别可能存在的沉洞。

图3、图4和图5各自示出了通过超曲面的二维线，该超曲面表示针对不同归一化碳烟负载的衰减与频率之间的关系。

由射频碳烟传感器350提供的数据可以是平均衰减、标准偏差以及最小和最大频率。相应地，沉洞的存在和位置(如存在于图4数据集中的)可能不是立即自显现的。

根据本发明的方法，可以将标准偏差衰减值与阈值标准偏差衰减值进行比较。

在标准偏差衰减值不超过阈值标准偏差衰减值的情况下，可以推断不存在沉洞。相应地，一方面，平均衰减与标准偏差衰减之间的对应关系，并且另一方面，与碳烟负载的对应关系，可以由从传感器接收数据的处理器(可能是发动机管理系统的构成)来推断。

在标准偏差衰减值超过阈值标准偏差衰减值的情况下，可以推断存在碳烟。在这些情形中，可能的是处理器推断存在沉洞。

在此情形中，处理器可以向传感器发送信号以进行第二(或随后的)射频扫描，该第二(或随后的)射频扫描对应于避开了有可能在沉洞附近的第一频率子集的第二射频带。可以以若干种方式来避开第一频率子集。例如，可以通过排除第一射频带内的特定频带来避开第一频率子集。另选地，可以通过将频带频移朝向较高的频率或者朝向较低的频率来实现。任何可以避开所讨论的频率的技术都是合适的。在图4数据集的示例中，可以排除的频率可以是在频率扫描的频率值的最低10％的那些频率。

然后，由第二频率扫描提供的数据可以由处理器评估，以看出标准偏差衰减数据是否超过阈值。在不超过阈值的情况下，可以推断数据不再包括与沉洞相关的数据。在超过阈值的情况下，可以推断数据仍包括至少一些与沉洞相关的数据。

然后可以重复该过程，由此可以进行进一步的射频扫描，从而避开第二频率子集。第二频率子集可以构成相对于第一频率子集的简单频移。在另选方案中，第二频率子集可以落在相同的最小频率与最大频率之间，但是可以排除其间的一些频率。这可以被称作带阻频率区域。在又一另选方案中，第二频率子集可以由频移、缩窄和带阻的任何组合得来。该过程可以重复足够次数，以达到落到阈值以下的标准偏差值。

带阻频率区域可以覆盖导致标准偏差数据超过标准偏差阈值的最小频率范围。

在标准偏差数据超过标准偏差阈值的情况下，带阻频率区域的位置可以被递增地频移到导致标准偏差数据落入标准偏差阈值内所必需的最小程度。

带阻频率区域的位置可以被频移朝向较高的频率或者朝向较低的频率。

在标准偏差数据超过标准偏差阈值的情况下，带阻频率区域的宽度可以递增地增加到导致标准偏差数据落入标准偏差阈值内所必需的最小程度。

前馈控制逻辑可以被采用以在导致高标准偏差的频率的频移的同时频移带阻频率区域。

第一平均衰减值、第一标准偏差数据、第二平均衰减值和第二标准偏差数据可以由射频传感器提供。该方法可以包括向传感器提供定义第二射频带的指令。

本发明的方法可以按连续循环的方式来执行。

以这种方式，与平均衰减、衰减的标准偏差和被包括在频率扫描内的频率相比，无需要求额外的数据便可以推断明显更加精确的碳烟负载数据。

通过给处理器提供定义对于特定柴油颗粒过滤器几何形状和发动机参数所预期的超空间的至少一些特征的数据，可能的是处理器能够推断随着碳烟负载的增加沉洞(或多个沉洞)的可能进展。以这种方式，要避开的频率子集的移动并非任意的。相反，作为本发明的方法的一部分，沉洞的移动的可能方向可以用来告知要避开的频率的初步子集。

在一些实施例中，前馈控制逻辑可以用来寻求避开有可能导致沉洞影响的频率。

可能的是针对特定硬件布置的典型超空间会因除碳烟负载以外的因素而随着设备的老化而改变。其他因素可以包括柴油颗粒过滤器中的灰分(ash)堆积。其他因素也可以包括穿过柴油颗粒过滤器的几何形状的改变(例如，由于碳烟负载和灰分负载)。这些因素可能会影响通过柴油颗粒过滤器的流体流动行为，这也可能对超空间有影响。一些因素(例如温度)可能对特定超空间有短期影响，一些因素可能对特定超空间有中期影响，而其他因素可能对特定超空间有长期影响。

相应地，特定沉洞相对于碳烟负载的位置可能在设备的寿命期间内由于这些额外的因素而被改变。本发明的方法认识到了这种发展，并且该方法寻求识别并且减轻沉洞的实际影响，而非简单地是当硬件是新的并且老化效应还没有开始有影响时预期会受到所述沉洞影响的那些频率。以这种方式，该方法可以随着时间以及碳烟负载而动态变化。

此外，对于具有相同规格的两个新柴油颗粒过滤器模块，针对一个模块的实际超空间可能与针对另一个模块的对应实际超空间不相同。这可能归因于标准制造变化。本发明的方法的反馈属性使得该方法能够相对快速地调整以适应此变化，以及适应归因于使用的短期和长期变化。

因而，该方法可以包括短期、中期和长期前馈控制逻辑。

工业实用性

以这种方式，对于该方法可能的是识别基线超空间(在不存在碳烟负载效应的情况下)何时由于其他(例如长期)变化而改变，并且动态地补偿此效应。例如，该方法可以识别超空间中的适度蠕变，并且减轻其影响。这可以包括当DPF被看作处于已知状态时(例如，在延长的再生之后)重定基线，或者基于灰分累积的估计值来修正所使用的频率范围。

该方法在相对短期以及长期两者中寻求对于数据范围的改变(例如，通过从频率扫描中排除某些频率)的能力，引起了使传感器硬件和操作的细节与特定硬件配置的细节分离的可能性，尤其是因为取决于硬件和条件，该方法允许传感器操作用以被调整并且允许其发展。这继而可以使得能够为更大范围的柴油颗粒过滤器尺寸购买单个物理射频碳烟传感器。柴油特定过滤器尺寸具体校准可以是被发动机控制模块用来推断根据本发明的模型使用的超空间特性的信息的一部分。

除了柴油颗粒过滤器的尺寸和形状考虑之外，还可以确定部件到部件的可变性和更长时间的影响(例如，灰分累积)，这可能会影响系统的基线频率响应，并且可以使用模型的补偿来提供更准确的碳烟负载估计值。

Claims (14)

1.一种使用射频传感器以用于确定柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的估计值的方法，所述方法包括：

接收从针对由所述射频传感器检测的第一射频带内的第一多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第一平均衰减值；

接收针对与所述第一射频带内的所述第一多个射频相关的平均衰减值的第一标准偏差数据；

确定所述第一标准偏差数据是否超过标准偏差阈值；

(a)在所述第一标准偏差数据不超过所述标准偏差阈值的情况下：

使用所述第一平均衰减值来推断针对所述柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值；

(b)在所述第一标准偏差数据超过所述标准偏差阈值的情况下：

接收从针对第二射频带内的第二多个射频中的每个射频的衰减值中导出的第二平均衰减值；

接收与针对由所述射频传感器检测的所述第二射频带内的第二多个射频的平均衰减值相关的第二标准偏差数据；以及

在所述第二标准偏差数据不超过所述标准偏差阈值的情况下：

使用所述第二平均衰减值来推断针对所述柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二射频带形成所述第一射频带的子集。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第二射频带包括下频带和上频带，其中，所述下频带与所述上频带由带阻频率区域分开。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述带阻频率区域覆盖导致所述标准偏差数据超过所述标准偏差阈值的最小频率范围。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在所述标准偏差数据超过所述标准偏差阈值的情况下，所述带阻频率区域的位置被递增地频移到导致所述标准偏差数据落入所述标准偏差阈值内所必需的最小程度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述带阻频率区域的所述位置被频移朝向较高的频率。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述带阻频率区域的所述位置被频移朝向较低的频率。

8.根据权利要求3或取决于权利要求3的任意一项权利要求所述的方法，其中，在所述标准偏差数据超过所述标准偏差阈值的情况下，所述带阻频率区域的宽度递增地增加到导致所述标准偏差数据落入所述标准偏差阈值内所必需的最小程度。

9.根据权利要求3或取决于权利要求3的任意一项权利要求所述的方法，还包括：采用前馈控制逻辑以在导致高标准偏差的频率的频移的同时频移所述带阻频率区域。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述第一平均衰减值、所述第一标准偏差数据、所述第二平均衰减值和所述第二标准偏差数据由射频传感器提供，其中，所述方法还包括：

向所述传感器提供定义所述第二射频带的指令。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述方法按连续循环的方式来执行。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，还包括长期前馈控制逻辑，以补偿行为随时间的缓慢频移。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，使用所述第一平均衰减值或所述第二平均衰减值来推断针对所述柴油颗粒过滤器中的碳烟负载的值的所述步骤包括参考针对所述柴油颗粒过滤器的温度的值。

14.一种发动机组件，包括内燃发动机、后处理装置、发动机控制模块和用于提供与所述后处理装置相关的射频数据的射频碳烟传感器，

其中，所述发动机控制模块和所述射频碳烟传感器被配置为执行根据前述权利要求中任意一项所述的方法。

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