一種模擬DPF失效的診斷裝置和方法與流程

2023-09-18 12:11:05 1

本發明涉及內燃機排放控制領域，尤其是一種模擬DPF失效的診斷裝置和方法。

背景技術：

柴油機具有熱效率高、燃油經濟性好、轉矩特性好、低排放、可靠性高、使用壽命長等優點，正逐漸成為車輛的主要動力。柴油機排氣中的主要汙染物是氮氧化物和微粒，尤其是微粒排放，其對人體具有很大危害。柴油機微粒捕集技術是目前國際上公認的最為有效的柴油機排氣微粒後處理技術，也是目前國際上商用前景最好的排氣微粒後處理技術。

目前應用最廣的顆粒物步集器(Diesel Particulate Filter，DPF)類型是壁流式蜂窩陶瓷過濾體，在載體的出入口端面上布滿很多沿軸向相互平行的窄小孔道，相鄰孔道之間有多孔介質壁相連，各個孔道的入口和出口兩端交替封堵，尾氣流經多孔壁面時，PM被捕集到多孔壁面內或沉積在壁面上。然而當DPF內部積聚的顆粒物不斷增多，會引起柴油機排氣背壓過高，從而影響柴油機的性能，因此需要對DPF進行再生。但是再生溫度過高、溫度梯度過大會引起燒熔、燒裂，同時機械振動會導致DPF結構損壞，並且再生不完全或者再生失敗會引起DPF堵塞等問題，因此需要對DPF進行失效診斷。

常規模擬DPF失效的診斷方法為：在DPF兩端安裝壓差傳感器，根據DPF兩端的壓差的變化判斷失效程度。

常規模擬DPF失效的診斷裝置是基於DPF壓差來診斷失效程度的，其主要缺陷在於不能直接測量PM排放，也不能有效檢測DPF的不同失效模式。此外，排氣背壓本身是一個脈動信號，利用壓差傳感器在各種工作環境準確實時的監測排氣壓力難度很大，其結果不夠準確。因此，基於壓差的DPF失效診斷方法將難以滿足愈發嚴格的OBD標準，需要用傳感器直接測量排氣管內的顆粒物濃度。

技術實現要素：

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種模擬DPF失效的診斷裝置和方法，旨在解決傳統模擬DPF失效診斷時不可直接測量排氣管內的顆粒物濃度、測量精度差以及不能檢測DPF不同失效模式等問題。。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種模擬DPF失效的診斷裝置，包括與發動機排氣管連通的第一質量流量計，在發動機與第一質量流量計之間的排氣管上依次設有第一熱電偶溫度傳感器和第一顆粒物傳感器裝置；所述第一質量流量計與第一流量調節閥連通，所述第一流量調節閥與DPF進氣口接通，所述DPF出氣口排氣管上依次設有第二熱電偶溫度傳感器和第二顆粒物傳感器裝置，還包括與所述第一流量調節閥和DPF並聯連接的旁通管。

優選地，所述旁通管前端固定連接在位於第一質量流量計和第一流量調節閥之間的排氣管，中間依次連通第二流量調節閥和第二質量流量計，後端與DPF的出氣口端的排氣管道連接；

優選地，所述第一顆粒物傳感器裝置包括與排氣管連通的第一穩流盒、與所述第一穩流盒連通的第一抽氣泵和與第一抽氣泵連通的第一顆粒物傳感器；

優選地，所述第二顆粒物傳感器裝置包括與排氣管連通的第二穩流盒、與所述第二穩流盒連通的第二抽氣泵和與第二抽氣泵連通的第二顆粒物傳感器；

優選地，所述第一顆粒物傳感器裝置通過螺紋接口安裝在發動機排氣管上。

優選地，所述第二顆粒物傳感器裝置通過螺紋接口安裝在發動機排氣管上。

優選地，所述第一顆粒物傳感器和第二顆粒物傳感器採用漏電流式顆粒物傳感器。

一種應用權利要求1所述的模擬DPF失效的診斷裝置的方法，包括以下步驟：

S1：發動機在穩態工況時，關閉第二流量調節閥，打開第一流量調節閥，此時模擬DPF正常的工作狀態；

S2：逐漸打開流量調節閥，使部分排氣流向旁通管，這樣部分顆粒隨著排氣流出，此時模擬DPF部分失效的狀態；

S3：隨著第二流量調節閥開度的逐漸變大，流經旁通管的排氣流量越來越大，完全關閉第一流量調節閥，此時模擬DPF4完全失效的狀態；

S4：記錄不同工況和旁通管不同流量狀態下第一顆粒物傳感器和第二顆粒物傳感器輸出電壓的變化規律。

本發明取消了常規在DPF兩端安裝壓差傳感器的診斷方式，分別在DPF上下遊安裝顆粒物傳感器，並通過控制旁通管的氣體流量來模擬DPF失效程度，從而達到直接測量不同失效狀態下的PM濃度以及模擬DPF失效診斷功能的目的。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1.本發明通過在顆粒物傳感器前加裝穩流盒和抽氣泵，消除脈動氣流，實現穩流測量顆粒物濃度，測量結果準確。

2.在發動機排氣管上和旁通管上均設有流量計，通過兩個流量計的讀數可以得到具體的廢氣洩漏量，結果精確，避免了常規診斷方法的不準確性。

3.本發明在DPF上下遊安裝顆粒物傳感器裝置，可以直接測量PM的濃度，測量結果準確，誤差較小。通過記錄不同工況和旁通流量下第一顆粒物傳感器和第二顆粒物傳感器的輸出電壓變化規律，分析並確定DPF完全失效狀態時第二顆粒物傳感器輸出的極限值，實現模擬DPF失效的診斷功能。

附圖說明

圖1為本發明所述的模擬DPF失效的診斷裝置的結構示意圖。

圖2為本發明在發動機2200轉每分時測得的顆粒物傳感器輸出電壓隨時間變化的曲線。

其中，1.第一熱電偶溫度傳感器；2.第一質量流量計；3.第一流量調節閥；4.DPF；5.第二流量調節閥；6.第二質量流量計；7.第二熱電偶溫度傳感器；8.第一穩流盒；9.第一抽氣泵；10.第一顆粒物傳感器；11.第二穩流盒；12.第二抽氣泵；13.第二顆粒物傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於此。

如圖1所示，一種模擬DPF失效的診斷裝置，包括與發動機排氣管連通的第一質量流量計2，在發動機與第一質量流量計2之間的排氣管上依次設有第一熱電偶溫度傳感器1和第一顆粒物傳感器裝置；所述第一顆粒物傳感器裝置包括與排氣管連通的第一穩流盒8、與所述第一穩流盒8連通的第一抽氣泵9和與第一抽氣泵9連通的第一顆粒物傳感器10；所述第一質量流量計2與第一流量調節閥3連通，所述第一流量調節閥3與DPF4進氣口接通，所述DPF4出氣口排氣管上依次設有第二熱電偶溫度傳感器7和第二顆粒物傳感器裝置，所述第二顆粒物傳感器裝置包括與排氣管連通第二穩流盒11、與所述第二穩流盒11連通的第二抽氣泵12和與第二抽氣泵12的第二顆粒物傳感器13；所述第一穩流盒8、第一抽氣泵9、第二穩流盒11、第二抽氣泵12用於消除脈動氣流，實現穩流狀態下測量顆粒物濃度，測量結果準確。所述第一熱電偶溫度傳感器1和第二熱電偶溫度傳感器8是為了將該裝置接入到OBD(車載診斷系統)中後，根據排氣溫度的不同對所測得的兩個熱電偶溫度傳感器的漏電流信號進行處理與補償，實現第一顆粒物傳感器10和第二顆粒物傳感器13在不同排氣溫度時均能測得正確的顆粒物濃度信號。

旁通管與所述流量調節閥3和DPF4並聯連接，所述旁通管前端固定連通在位於第一質量流量計2和第一流量調節閥3之間的排氣管，中間依次連通第二流量調節閥5和第二質量流量計6，後端與DPF的出氣口端的排氣管道連通。

實施例1

發動機在預熱到穩態工況後，關閉第二流量調節閥5，打開第一流量調節閥3，發動機排出的所有廢氣直接通過DPF4，此時模擬DPF4正常的工作狀態；然後逐漸打開流量調節閥5，使部分排氣流向旁通管，這樣部分顆粒隨著排氣流出，通過DPF4的排氣流量減小，DPF4捕捉的顆粒相應的減少，第二顆粒物傳感器13檢測到的PM濃度變大，此時模擬DPF4部分失效的狀態；隨著第二流量調節閥5開度的逐漸變大，流經旁通管的排氣流量越來越大，完全關閉第一流量調節閥3，此時所有廢氣全部通過旁通管，第二顆粒物傳感器13測得的PM濃度達到極限值，此時模擬DPF4完全失效狀態。

柴油機在從怠速到其他轉速的穩態工況下運轉，記錄不同工況和旁通管不同流量狀態下第二顆粒物傳感器13輸出電壓的變化規律，分析並確定DPF4完全失效狀態時，第二顆粒物傳感器13輸出的極限值，實現模擬DPF4失效的診斷功能。

實施例2

在實施例1方法的基礎上，使發動機運行轉速在2200r/min，扭矩為85Nm，在60秒時逐漸打開旁通管閥門，80秒時關閉DPF4閥門。初始狀態廢氣全部通過DPF4時第二顆粒物傳感器13輸出電壓約為0.05V，旁通管打開後第二顆粒物傳感器13輸出電壓逐漸變大至0.1V，當DPF4完全關閉後第二顆粒物傳感器13輸出電壓達到極限值約0.2V，第一顆粒物傳感器10輸出電壓約為0.7V。具體見圖2曲線。

所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。