用於確定接入內燃機的廢氣管線的微粒過濾器的加載狀態的方法和用於降低內燃機的微...的製作方法

2023-09-23 15:42:15

專利名稱：用於確定接入內燃機的廢氣管線的微粒過濾器的加載狀態的方法和用於降低內燃機的微 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定接入內燃機(特別是柴油機)的廢氣管線的微粒過濾器 的加載狀態的方法。本發明還涉及一種用於降低內燃機(特別是柴油機)的微粒排放的裝 置，所述裝置包括接入內燃機廢氣管線的微粒過濾器和用於確定微粒過濾器的加載狀態的
直O
背景技術：
柴油機的廢氣管線內接入有用於收集廢氣流內輸送的固體顆粒(特別是炭黑微 粒)的微粒過濾器。這樣的微粒過濾器必須定期清潔，從而使得由於在微粒過濾器上積累 的炭黑而導致的廢氣背壓不過分地升高且因此損害柴油機的工作效率。為將積累的炭黑微 粒從微粒過濾器的來流側表面清除，可觸發主動的炭黑氧化，即所謂的炭黑燃燒，或者使所 述炭黑氧化在存在合適條件的情況下自發形成。如果微粒過濾器來流的廢氣溫度高於炭黑 的燃點且在廢氣流中輸送了充足的氧量，則發生作為後者的自發炭黑燃燒。在通過主動觸發炭黑氧化的微粒過濾器再生的構思中，僅當微粒過濾器具有一定 的加載狀態時才發生所述觸發，因此保證由於在微粒過濾器的來流側表面上存在充足的積 累炭黑量而使得希望的氧化也按計劃進行。如果在微粒過濾器炭黑加載過低時觸發。則炭 黑氧化可能不完全地進行，其結果是在微粒過濾器的一些區域內炭黑未被氧化。因此，由於 微粒所導致的廢氣背壓升高，這對於柴油機的經濟性和工作效率產生負面影響。由於此原 因，在觸發過濾器再生之前，通常與主動再生過程相關聯地進行微粒過濾器加載狀態的確 定。為檢測微粒過濾器的加載狀態，典型地檢測微粒過濾器前後的廢氣流內的壓力。基於 壓力差以及供給到內燃機的空氣和燃料的量可根據內燃機的相應特徵曲線確定微粒過濾 器的當前加載狀態。為以此方式確定接入內燃機(特別是柴油機)的廢氣管線的微粒過濾 器的加載狀態，需要發動機的特徵數據。因此，此方法不適合或僅有限地適合於改裝方案或 小批量情況，因為在每個系統中必須進行對於各發動機特徵數據的匹配。此外，有時在此方 法中被視作缺點的是，必須檢測為內燃機供給的用於燃燒過程的空氣量，因為不總能夠提 供充分的空間來布置這樣的空氣體積流量測量設備。

發明內容
由於所討論的現有技術，本發明所要解決的技術問題在於將前述方法以及前述裝 置進行改進或擴展，使得也能夠不取決於發動機特徵數據的提供以及對為內燃機供給的空 氣量的檢測來確定接入內燃機的廢氣管線的微粒過濾器的加載狀態。此技術問題根據本發明通過前述方法解決，所述方法具有如下步驟-確定廢氣流動方向上微粒過濾器後方的廢氣體積流量，-檢測廢氣管線內廢氣流動方向上微粒過濾器前方所存在的壓力，-將流動方向上微粒過濾器後方確定的廢氣體積流量與微粒過濾器前方檢測的所
4存在的壓力進行比較，和-在考慮未加載的微粒過濾器的廢氣背壓以及由於微粒過濾器加載導致的與未加 載的微粒過濾器相比較高的廢氣背壓的情況下分析比較結果。涉及本發明裝置的技術問題通過前述根據本發明的裝置解決，其中加載狀態確定 裝置具有廢氣管線內在廢氣流動方向上布置在微粒過濾器前方的用於檢測廢氣管線內所 存在的壓力的壓力傳感器和在廢氣流動方向上布置在微粒過濾器後方的體積流量傳感器， 所述兩個傳感器連接到控制單元上以用於分析測量結果。在此方法中，同時也適用於前述裝置，在廢氣流內且在廢氣流動方向上在微粒過 濾器後方測量或確定體積流量。將體積流量傳感器布置在廢氣管線內的優點是不需要為其 提供另外的結構空間。此外，體積流量傳感器或其測量體因其布置在微粒過濾器後方而不 受汙染。這通過將微粒過濾器接在前方而避免了汙染。優選地，與在微粒過濾器後方進行 體積流量確定同時或幾乎同時在微粒過濾器前方檢測廢氣管線內存在的壓力。通過將所獲 得的測量值進行比較，其中通過確定微粒過濾器後方的廢氣體積流量不僅確定了廢氣的體 積流量，而且在此過程中也檢測了靜壓力，可以確定由微粒過濾器以其加載建立的廢氣背 壓。在考慮由微粒過濾器在其未加載狀態下提供的廢氣背壓的情況下對此結果進行分析。 此量是微粒過濾器特定的已知的量。在考慮此值的情況下針對於由於微粒過濾器加載造成 的廢氣背壓分量進行所述分析。在此要考慮到的是，在帶有炭黑的微粒過濾器中由微粒過 濾器提供的廢氣背壓大於未加載的微粒過濾器。此廢氣背壓分量又是用於微粒過濾器加載 的量度，且因此是用於在微粒過濾器的來流側表面上積累的炭黑量的量度。因此，可以以此 方式進行加載狀態確定，而無需發動機特徵數據或者對向內燃機供給的空氣流的體積流量 的確定。為能夠給此分析提供對應於同一個過濾器加載狀態的測量值，體積流量檢測和壓 力檢測優選地同時或幾乎同時地進行，在任何情況中合適的是僅僅相互有這樣一個時間間 隔，即在所述時間間隔中可以對應於與內燃機的各運行狀態相對應的炭黑積累速度輸出基 本上不變的炭黑加載。作為校正量，在分析中引入對應於未加載的微粒過濾器的廢氣背壓。因為此值可 能由於已執行的過濾器再生過程所導致的灰分沉積而隨時間改變，所以可規定按照時間間 隔或與一定的運行狀態相耦合地校正或重新標定此值。為實現一定的測量值冗餘且因此實現加載狀態確定結果的質量改進，可規定在分 析前進行多次廢氣體積流量確定和相應的多次壓力確定，其中在分析中分別使用平均值或 加權平均值。平均值的加權可取決於所確定的廢氣體積流量進行，因為在廢氣體積流量較 大時，即例如在內燃機帶負載運行時，可實現較高的測量精度。同時也可以進行多次分析以 及在做決定時對平均值或加權平均值的一定操作。除廢氣體積流量確定和壓力測量外，優選地也進行溫度檢測，以便可以將所得到 的測量值針對於廢氣管線內存在的溫度進行校正。所述方法和所述裝置適用於主動微粒過濾器再生策略。同樣，此方法和此裝置也 可用於在被動再生策略中檢查或監測微粒過濾器的加載狀態。


如下根據實施例參考附圖描述本發明。各圖為
圖1示出了穿過柴油機的廢氣管線的示意性縱截面圖，所述柴油機帶有微粒過濾 器和用於確定微粒過濾器加載狀態的裝置；和圖2示出了沿線A-B穿過廢氣管線的橫截面圖。
具體實施例方式在廢氣管線1內布置了微粒過濾器2，圖1中僅給出了廢氣管線1的截面圖，且所 述廢氣管線連接在柴油機上。微粒過濾器2用作從柴油機所排出的廢氣的過濾器。處於廢 氣流中的固體顆粒、特別是炭黑微粒被微粒過濾器2保留。此類過濾器是充分已知的。為按照時間間隔通過引入炭黑氧化來使微粒過濾器2再生，為廢氣管線1對應配 設用於確定微粒過濾器2的加載狀態的裝置。此裝置因此用於確定微粒過濾器的來流側表 面上積累的炭黑量。此裝置包括壓力傳感器3，所述壓力傳感器3在廢氣流動方向上(通過 圖1中的粗體箭頭指示)連接在微粒過濾器2前方。布置壓力傳感器3以測量廢氣管線的處於微粒過濾器2前方的部分內的靜壓力。 因此，壓力傳感器3自身布置在廢氣管線外且通過開口在廢氣管線內的測量管4與廢氣管 線連接。加載狀態確定裝置此外包括在廢氣的流動方向上連接在微粒過濾器2後方的體積 流量傳感器5。體積流量傳感器5具有用作測量體的測量錐體6，其中布置了兩個測量位 置。測量錐體6在圖示的實施例中是在圖1中以縱截面圖示出的旋轉對稱體。測量錐體6 具有在基本上如圖1中可見的逆著廢氣的流動方向傾斜的錐體上的圓柱形突出7。在所述 突出7內形成盲孔8，所述盲孔8又通過測量通道9與壓力傳感器10連接。壓力傳感器10 用於檢測廢氣在盲孔8內流動時形成的滯止壓力(Staudruck)，且因此用於檢測通過廢氣 流所提供的總壓力。另外的盲孔11布置為開口到測量錐體7的流出側區域內。所述盲孔 11通過測量通道12連接在另外的壓力傳感器13上。因為位於盲孔11內部的壓力傳感器 13測量位置在流過廢氣管線的廢氣的流動投影內，所以在所述壓力傳感器13上測量了在 微粒過濾器2的廢氣側存在的靜壓力。測量體6在圖示的實施例中通過支承體14保持在圖中示出的形成廢氣管線1的 管15上。支承體14與管15的內側焊接。在支承體14內布置了兩個形成測量通道9、12 的孔。在連接本身的壓力傳感器10和13之前，測量通道12、13在管15外部分別延伸到測 量管16和17內。壓力傳感器3、10和13都布置在廢氣管線1外側且將其測量信號提供到 典型地為微處理器的控制單元18。控制單元18將由壓力傳感器3、10、13獲得的測量值根 據預定的算法進行分析。此外，一個在圖1中未示出的溫度測量裝置與所述控制單元18相 連接，使用所述溫度測量裝置檢測廢氣管線1內存在的溫度。溫度在對所獲得的測量值的 分析中用作校正量。圖1的測量錐體6具有流動技術上起作用的輪廓邊緣19。所述輪廓邊緣19用於 產生渦流且因此積極地支持通過體積流量傳感器5的測量值獲得，也就是關於為盲孔11對 應配設的測量位置檢測靜壓力。在圖2中示出的橫截面圖中，可見錐體6懸掛在管15內。為確定微粒過濾器2的加載狀態，使用壓力傳感器3檢測在廢氣管線1內部在微 粒過濾器2前方存在的靜壓力。同時或幾乎同時地使用體積流量傳感器5執行廢氣流的體 積流量測量。這通過使用壓力傳感器10檢測總壓力以及通過壓力傳感器13檢測靜壓力來
6進行。在廢氣流內在微粒過濾器前方和後方存在能量相等的水平的前提下，可將微粒過濾 器2前方確定的測量值與其後方確定的測量值直接相互比較。將比較結果進行分析，這例 如通過關於由微粒過濾器2及其炭黑加載所產生的廢氣背壓求減來確定。因為未加載的微 粒過濾器2的廢氣背壓是已知的，所以可以毫無困難地確定所檢測到的廢氣背壓的與炭黑 加載相對應的部分。因為與微粒過濾器2的加載相對應的廢氣背壓與積累在微粒過濾器2 的來流側上的炭黑量成比例，所以以此方式得到了反映所積累的炭黑量的值。根據加載狀 態確定裝置在所使用的廢氣淨化系統內的使用，可取決於所確定的加載狀態通過控制單元 18觸發或不觸發動作。在圖1中示出的實施例中，以未示出的方式在控制單元8上連接了 加熱裝置，使用所述加熱裝置可提高來流側的溫度以觸發過濾器再生。如果檢測到的微粒 過濾器加載狀態超過了預先給定的閾值，則觸發加熱裝置以進行希望的炭黑燒除，且使微 粒過濾器2再生。在此將閾值選擇為使得在超過該閾值時保證以較高概率進行完全的過濾 器再生。根據前述實施例，在確定了充足的炭黑加載時直接啟動過濾器再生。因此，在確定 加載狀態之後的分析單元信號是再生信號。根據替代的構造可規定，除了通過此方法提供 的再生信號外，在分析中使用其它的對炭黑再生起到影響的參數(例如發動機的當前運行 狀態或當前的行駛形式)的相應信號。在分析中涉及的未加載的微粒過濾器的廢氣背壓在廢氣淨化設備的運行壽命中 變化。因為所述廢氣背壓特別地通過連續的灰分積累而升高，所以與個別或每個過濾器的 再生相連地執行另外的加載狀態確定，以獲得已再生的且因此未加載的微粒過濾器的當前 廢氣背壓值。因此，在此實施形式中，概念「未加載的微粒過濾器」不僅理解為新出廠的微粒 過濾器以及由此新出廠的微粒過濾器提供的廢氣背壓，而且理解為在其壽命中其廢氣背壓 通過灰分填充而升高了的微粒過濾器。這樣的標定可根據廢氣淨化系統的構造和/或廢氣 淨化策略限制於如下過濾器再生，其中，系統側以很大概率可推斷過濾器再生完全地進行， 且因此將微粒過濾器的來流側表面上積累的炭黑全部或幾乎全部地氧化。在附圖中在例子中僅描述了本發明的構造。也可構思其他構造，特別是關於體積 流量傳感器及其測量體的構造。因此，作為圖中示出的測量錐體6的替代可毫無困難地使 用板體，通過所述板體提供了滯止壓力測量位置和在流動投影中的靜壓力測量位置。本發明的描述表明，所述方法以及所述裝置特別地也在如下柴油內燃機中可整 合在廢氣管線內，在所述柴油內燃機中，與發動機管理的接口和/或與發動機特定特徵 值的檢測的接口不存在或是不可能的。因此，在此方法且在此裝置中涉及了可自給自足 (autark)運行的系統。這是此方法和此裝置為何特別地適用於改裝或也適用於做功機械的
內燃機的原因O
附圖標記列表
1廢氣管線
2微粒過濾器
3壓力傳感器
4測量管
5體積流量傳感器
6測量錐體
7圓柱形突出
7
8盲孔
9測量通道
10壓力傳感器
11盲孔
12測量通道
13壓力傳感器
14支承體
15管
16測量管
17測量管
18控制單元
19輪廓邊緣
說明書
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權利要求
一種用於確定接入內燃機、特別是柴油機的廢氣管線內的微粒過濾器(2)的加載狀態的方法，其特徵在於如下步驟 確定廢氣流動方向上微粒過濾器(2)後方的廢氣體積流量， 檢測廢氣管線(1)內廢氣流動方向上微粒過濾器(2)前方所存在的壓力， 將所確定的、流動方向上微粒過濾器(2)後方的廢氣體積流量與所檢測到的、微粒過濾器(2)前方所存在的壓力進行比較，和 在考慮未加載的微粒過濾器(2)的廢氣背壓以及由於微粒過濾器的加載導致的與未加載的微粒過濾器相比較高的廢氣背壓的情況下，對比較結果進行分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在廢氣流動方向上微粒過濾器(2)後方 的廢氣體積流量的確定和在廢氣流動方向上微粒過濾器(2)前方的廢氣管線(1)內存在的 壓力的檢測同時或幾乎同時地進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於為確定在廢氣流動方向上微粒過濾 器(2)後方的廢氣體積流量和/或為檢測在廢氣流動方向上微粒過濾器(2)前方的廢氣管 線⑴內存在的壓力，分別按照所限定的時間間隔進行多次測量，且對於隨後的分析分別 使用平均值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於在分析中使用測量的加權平均值。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於為在微粒過濾器(2)後方 進行的體積流量確定，執行用於檢測總壓力的測量和用於檢測靜壓力的測量，其中，根據此 測量結果確定與體積流量確定相關的動壓力。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於對於微粒過濾器(2)後方 的體積流量確定的結果和微粒過濾器(2)前方的壓力測量的結果進行溫度校正。
7.根據權利要求1至6中一項所述的方法，其特徵在於在確定微粒過濾器的充分的 炭黑加載時生成再生信號。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於只有在除了與必要的炭黑加載相對應的 再生信號之外滿足一個或多個另外的炭黑再生條件時，才觸發用於微粒過濾器再生的再生 過程。
9.一種用於降低內燃機、特別是柴油機的微粒排放的裝置，所述裝置包括接入內燃機 的廢氣管線(1)的微粒過濾器(2)和用於確定微粒過濾器(2)的加載狀態的加載狀態確定 裝置，其特徵在於加載狀態確定裝置具有廢氣管線(1)內在廢氣流動方向上布置在微粒 過濾器(2)前方的用於檢測廢氣管線內所存在的壓力的壓力傳感器(3)，和在廢氣流動方 向上布置在微粒過濾器(2)後方的體積流量傳感器(5)，所述兩個傳感器(3、5)連接到控制 單元(18)上以用於分析測量結果。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於體積流量傳感器(5)包括布置在廢氣管 線(1)內的測量錐體，所述測量錐體的縱向軸線平行於廢氣管線(1)在此部分內的縱向軸 線走向，且所述測量錐體以其錐面逆著廢氣管線(1)內的廢氣的流動方向布置，其中，位於 逆著廢氣的流動方向的錐體中心內具有用於測量滯止壓力的測量位置，且在測量錐體的流 動投影內具有用於測量靜壓力的測量位置。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於測量位置分別通過測量通道(9、12)與 布置在廢氣管線(1)外的壓力傳感器(10、13)連接。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於測量錐體(6)通過形成測量通道(9、 12)之一或二者的支承體(14)保持在廢氣管線(1)內。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於測量通道(9、12)布置在將測量錐體 (6)保持在廢氣管線⑴內的支承體(14)內。
14.根據權利要求10至13中一項所述的裝置，其特徵在於測量錐體(6)在其具有最 大直徑的徑向結束處具有在流動技術上有效的輪廓邊緣(19)。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定接入內燃機的廢氣管線內的微粒過濾器的加載狀態的方法，該方法包括如下步驟確定廢氣流動方向上微粒過濾器(2)後方的廢氣體積流量，檢測廢氣管線(1)內廢氣流動方向上微粒過濾器(2)前方所存在的壓力，將流動方向上微粒過濾器(2)後方確定的廢氣體積流量與在微粒過濾器(2)前方檢測到的所存在的壓力進行比較，且在考慮未加載的微粒過濾器(2)的廢氣背壓以及由於微粒過濾器的加載而導致的與未加載的微粒過濾器相比較高的廢氣背壓的情況下分析比較結果。本發明還描述了一種用於降低內燃機的微粒排放的相應裝置。
文檔編號F01N9/00GK101970826SQ200980109195
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月6日 優先權日2008年3月15日
發明者克勞斯·施賴維, 魯迪格·曼特 申請人:Hjs汽車技術有限公司