CN114087058A - 一种检测dpf过载的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测DPF过载的方法及系统，该方法包括，当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态；若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态。满足废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值的稳态条件，将稳态条件作为DPF过载监控的前提条件，从而提高判断的准确性。通过在DPF上安装压差传感器，采集上下游压差和下游压力，判断其是否满足判定条件，从而开始累积监控时间，判断监控时间是否超过时间阈值，从而报出过载问题，实现对DPF过载的准确监控。避免在实际环境使用下DPF内碳载量估算不准，造成的损失。

Description

一种检测DPF过载的方法及系统

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种检测DPF过载的方法及系统。

背景技术

DPF，（Diesel Particulate Filter）颗粒物捕集器，是一种安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它可以在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。从而降低排放向大气中的灰尘量，根据法规和实际需要，要对DPF进行实时监控。

DPF主要是通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集发动机排气中微粒的。排气流经捕集器时，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中。工作原理为：当发动机排气流过氧化型催化剂（DOC）时，在200-600℃温度条件下，CO和HC首先几乎全部被氧化成CO2和H2O，同时NO被转化成NO2。排气从DOC出来进入颗粒捕集器（DPF）后，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中，DPF的捕集效率可达90%以上。

发动机的排气颗粒物主要包含两种成分：未燃的碳烟(Soot)、灰分（ash），其中颗粒排放物质大部分是由碳和碳化物的微小颗粒组成的。随着工作时间的加长，DPF上堆积的颗粒物越来越多，不仅影响DPF的过滤效果，还会增加排气背压，从而影响发动机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增加，所以如何及时消除DPF上的颗粒物（DPF再生）是该技术的关键。所谓DPF再生是指在DPF长期工作中，捕集器里的颗粒物质逐渐增多会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。应用较多的是壁流式蜂窝陶瓷过滤器，目前主要用于工程机械和城市公共汽车，特点是操作简单、过滤效率高。

DPF中颗粒物过多，没有及时清理，容易导致堵塞，引起过载故障。目前现有技术中检测DPF过载仅仅通过压差传感器进行诊断，但是由于压差传感器设备受到其自身一致性、准确度等因素影响，且压差传感器还会受外部的管路漏气或结冰的影响。因压差传感器内部和外部的原因，导致测量出现偏差，从而产生误报过载或漏报的问题。

因此，如何精准检测出DPF过载问题，避免误报或漏报，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种检测DPF过载的方法，用以解决现有技术中存在的传感器检测不准确，有漏报或误报等问题，该方法应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，包括：

当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态；

若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态；

其中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

在本申请一些实施例中，根据所述DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态，具体为：

若所述上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

在本申请一些实施例中，在开始累积监控时间之后，所述方法还包括：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

在本申请一些实施例中，若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略，具体为：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

相应的，本发明还提出了一种检测DPF过载的系统，应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，包括：

监控模块，用于当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态；

确定模块，用于若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态；

其中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

在本申请一些实施例中，所述监控模块，具体用于：

若所述上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

在本申请一些实施例中，所述确定模块，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

在本申请一些实施例中，所述确定模块，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

因此，本发明采用上述方法和系统，具有以下有益效果：

满足废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值的稳态条件，将稳态条件作为DPF过载监控的前提条件，从而提高判断的准确性。通过在DPF上安装压差传感器，采集上下游压差和下游压力，判断其是否满足判定条件，从而开始累积监控时间，判断监控时间是否超过时间阈值，从而报出过载问题，实现对DPF过载的准确监控。避免在实际环境使用下DPF内碳载量估算不准，造成的损失。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1示出了本发明实施例提出的一种检测DPF过载的方法的流程示意图；

图2示出了本发明实施例提出的一种检测DPF过载的系统的结构示意图；

图3示出了本发明另一实施例提出的一种检测DPF过载的方法的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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。

关于本发明的相关技术背景如下：

颗粒物的捕集技术（Diesel Particulate Filter, DPF）主要是通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集发动机排气中微粒的。排气流经捕集器时，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中。目前应用较多的是壁流式蜂窝陶瓷过滤器，目前主要用于工程机械和城市公共汽车，特点是操作简单、过滤效率高。

颗粒物的氧化催化技术(Diesel Oxidation Catalysis, DOC)是在蜂窝陶瓷载体上涂覆贵金属催化剂（如Pt铂等），其目的是为了降低发动机尾气中的HC碳氢化合物（Hydrocarbon）、CO一氧化碳和SOF可溶性有机物的化学反应活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应并最终转化为CO2二氧化碳和H2O水。氧化型催化转化器不需要再生系统和控制装置，具有结构简单、可靠性好的特点，已经在现代小型发动机上得到了一定的应用。

颗粒物捕集系统基本工作原理是：当发动机排气流过氧化型催化剂（DOC）时，在200-600℃温度条件下，CO一氧化碳和HC碳氢化合物首先几乎全部被氧化成CO2二氧化碳和H2O水，同时NO一氧化氮被转化成NO2二氧化氮。排气从DOC出来进入颗粒捕集器（DPF）后，其中微粒被捕集在过滤体的滤芯内，剩下较清洁的排气排入大气中，DPF的捕集效率可达90%以上。

发动机的排气颗粒物主要包含两种成分：未燃的碳烟(Soot)、灰分（ash），其中颗粒排放物质大部分是由碳和碳化物的微小颗粒组成的。随着工作时间的加长，DPF上堆积的颗粒物越来越多，不仅影响DPF的过滤效果，还会增加排气背压，从而影响发动机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增加，所以如何及时消除DPF上的颗粒物（DPF再生）是该技术的关键。所谓DPF再生是指在DPF长期工作中，捕集器里的颗粒物质逐渐增多会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。

DPF再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高DPF内的温度，使颗粒物着火燃烧。当DPF前后压差传感器检测到DPF前后的背压过大时，认为已达到DPF所能承载的碳累积量，此时通过外界能量，例如在DOC前喷射柴油并燃烧，来提高DPF内的温度，使DPF内的温度达到一定温度，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，达到再生的目的。DPF温度上升至550℃以上使其中捕集的颗粒进行燃烧从而使DPF恢复捕集能力。被动再生指的是在一定温度区间内，尾气中的NO2二氧化氮对被捕集的颗粒有很强的氧化能力，因此可以利用NO2二氧化氮作为氧化剂除去微粒捕集器中的微粒，并生成CO2二氧化碳，而NO2二氧化氮又被还原为NO一氧化氮，从而达到去除微粒的目的。被动再生的发生不需要额外的燃油，因此在DPF的生命周期内，进行被动再生的次数越多，需要进行主动再生的周期就越长，后处理系统消耗的燃油就越少，从而改善发动机的整体油耗。

DPF具有良好燃油经济性和动力性的柴油机广泛应用于各个行业，如机动车、发电机组、船舶等。然而，柴油机的颗粒物（PM）排放一直备受关注。PM能长时间悬浮在空气中，污染环境并影响到人类的身心健康。随着柴油机排放标准的日趋严格，柴油机颗粒捕集器（DPF）成为了柴油车尾气排放达到标准的必备技术之一。DPF在设计上必须从功能、性能、维护等方面考虑，即过滤效率、压差损失、耐高温、抗灰分腐蚀、清灰里程等。

因此，DPF在处理发动机尾气方面至关重要，而对其过载问题的检测，更是重中之中，但现有技术中对DPF的过载监测，由于压差传感器一致性、精度等影响，且压差传感器还会受管路漏气或结冰的影响，导致测量的压差出现偏差，从而存在误报的问题。

针对以上问题，本发明提供了一种检测DPF过载的方法，应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态。

本实施例中，当发动机的状态符合预设的稳态条件策略时，稳态不符合则重新判断发动机状态，直至符合预设稳态条件策略。再根据DPF上下游压差和下游压力判断是否符合进入监控状态的前提条件，符合后DPF进入监控状态，不符合则清空监控时间。

为了保证可靠性，在本申请的一些实施例中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

可选的，所述预设的稳态条件策略还包括环境压力处于预设压力范围内、环境温度处于预设温度范围内；燃油液位大于液位阈值；压差传感器准备完成；发动机转速、燃油喷射量处于预设范围之内；碳载量处于预设范围之内；没有相关故障发生。所有稳态符合条件后，即得到满足。若稳态条件不满足，则重新监控，直至稳态条件满足，方可进行下一步骤。稳态条件是否满足是整个检测DPF过载的前提条件。

本领域技术人员也可选择其它预设的稳态条件策略，这并不影响本申请的保护范围。

为了进一步提高检测可靠性，在本申请的一些实施例中，根据所述DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认所述DPF是否进入监控状态，具体为：

若所述上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

本实施例中，上述稳态条件满足后，通过设置在DPF上下游处的压差传感器，采集上下游压差和下游压力，若所述上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

步骤S102，若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态。

本实施例中，若DPF持续处于监控状态的时间超过了时间阈值，则确认DPF处于过载的状态。此时间阈值是根据发动机、DPF、传感器等实际情况综合得到的，可以随情况不同而进行适应性调整。若未超过则DPF未出现过载状态。

为了保证检测的准确性，在本申请的一些实施例中，在开始累积监控时间之后，所述方法还包括：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

本实施例中，若持续累积的监控时间没有超过时间阈值，则重新返回判断发动机当前的状态是否符合上述稳态条件，直至符合条件。注意，处于监控状态的时间必须是连续的，方能作为判断标准，不连续的监控时间得出的结果并不准确。

为了进一步提高检测的准确性，在本申请的一些实施例中，若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略，具体为：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

本实施例中，若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，进一步的若DPF处于监控状态结束的依据为稳态条件不满足，即发动机当前的稳态条件不符合时，监控时间停止连续累积，得到持续累积的监控时间。

通过应用以上技术方案，本发明提供了一种检测DPF过载的方法，该方法包括，当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据所述DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认所述DPF是否进入监控状态；若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态。满足废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值的稳态条件，将稳态条件作为DPF过载监控的前提条件，从而提高判断的准确性。通过在DPF上安装压差传感器，采集上下游压差和下游压力，判断其是否满足判定条件，从而开始累积监控时间，判断监控时间是否超过时间阈值，从而报出过载问题，实现对DPF过载的准确监控。避免在实际环境使用下DPF内碳载量估算不准，造成的损失。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

其中，本发明涉及到的逻辑关系如图3所示，

首先监控稳态条件策略是否得到满足，其中稳态条件策略包括以下条件：

环境压力处于预设压力范围内；

环境温度处于预设温度范围内；

燃油液位大于液位阈值；

废气体积流量超过流量阈值且变化率小于设定值；

压差传感器准备完成；

发动机转速、燃油喷射量处于预设范围之内；

碳载量处于预设范围之内；

没有相关故障发生；

以上条件同时满足，得到稳态条件策略满足结果。稳态条件策略可以包括上述若干条件但不限于此，具体条件可根据实际应用场景进行改变。

稳态条件策略满足后，通过在DPF上、下游位置处安装有压差传感器，获取压力信息，得到上下游的压差值以及下游的压力值。首先判断上下游的压差值是否大于上限值，若是进入到下游压力判断中，再判断下游的压力值是否不小于下限值，若是则开始连续累积监控时间（从0开始）。

其中，上下游的压差值以及下游的压力值判断中不满足时，则将监控时间清零。若进入到下游压力判断，则证明上下游的压差值已经大于上限值。下游的压力值不小于下限值时，上下游的压差值此时肯定大于上限值。上、下限值由废气体积流量和当前碳载量分别查表得到。

下游的压力值不小于下限值后，监控时间开始连续累积。当稳态条件不满足时，监控时间停止累积。判断连续累积的监控时间是否超过时间阈值（如20s），若超过，则报出DPF过载。若否，则重新监控稳态条件，按照上述步骤顺序循环。如果稳态条件一直满足，则监控时间一直连续累积，直至超过时间阈值（如20s），报出DPF过载。注意，此监控时间为连续的，方能作为判断标准。若上下游的压差值或下游的压力值判断不符合条件，则将监控时间清零。

上述内容涉及到的预设压力范围、预设温度范围、各种相关参数阈值、设定值、限值等均为根据实际发动机和DPF情况而定，会随着情况不同而进行调整。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施场景所述的方法。

相对应的，本发明还提供了一种检测DPF过载的系统，应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，如图2所示，该系统包括：

监控模块201，用于当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据所述DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认所述DPF是否进入监控状态；

确定模块202，用于若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态；

其中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

在本申请具体的应用场景中，监控模块201，具体用于：

若所述上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

在本申请具体的应用场景中，确定模块202，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

在本申请具体的应用场景中，确定模块202，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种检测DPF过载的方法，应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，其特征在于，包括：

当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态；

若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态；

其中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认所述DPF是否进入监控状态，具体为：

若上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在开始累积监控时间之后，所述方法还包括：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略，具体为：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

5.一种检测DPF过载的系统，应用于包含压差传感器与DPF颗粒物捕集器对应设置的发动机中，其特征在于，包括：

监控模块，用于当判断所述发动机当前的状态符合预设的稳态条件策略时，根据DPF上下游的压差值以及下游的压力值确认DPF是否进入监控状态；

确定模块，用于若所述DPF持续处于所述监控状态的时间超过时间阈值，确认所述DPF处于过载状态；

其中，所述预设的稳态条件策略包括废气体积流量超过预设体积且变化率小于阈值。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述监控模块，具体用于：

若上下游的压差值大于上限值且所述下游的压力值不小于下限值，则进入所述监控状态，开始累积监控时间；

若所述上下游的压差值不大于所述上限值或所述下游的压力值小于所述下限值，则将监控时间清零。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述确定模块，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值，则重新判断发动机当前的状态是否符合所述预设的稳态条件策略。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述确定模块，还用于：

若持续累积的监控时间未超过所述时间阈值且所述发动机当前的状态不符合所述预设的稳态条件策略，则停止累积监控时间，得到持续累积的监控时间。

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