用於廢氣顆粒過濾器的方法和系統的製作方法

2023-09-23 15:42:55 7

用於廢氣顆粒過濾器的方法和系統的製作方法
【專利摘要】一種用於確定內燃機（100）廢氣顆粒過濾器（105）的再生階段的系統，包括用於檢測提高的廢氣溫度的溫度傳感器（155）、用於檢測在從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流中的顆粒含量的傳感器（170）和用於基於測得的值來確定再生階段的處理裝置（190）。用於確定內燃機廢氣顆粒過濾器的再生階段的方法，包括如下步驟：檢測提高的廢氣溫度（205）；對用於檢測在從廢氣顆粒過濾器（105）排出的廢氣流中的顆粒含量的傳感器（170）的信號進行探測；檢測顆粒含量提高；確定再生階段。
【專利說明】用於廢氣顆粒過濾器的方法和系統
[0001]本發明涉及具有獨立權利要求的特徵的方法和系統。本發明尤其涉及用於汽車廢氣顆粒過濾器的工作的方法和系統。
[0002]配設有柴油機的汽車日益裝備用於截留在柴油燃油燃燒時會產生的碳煙顆粒的顆粒過濾器。為了把顆粒從內燃機的廢氣流中去除，往往採用壁流式過濾器。為了再把濾出的碳煙顆粒從壁流式過濾器去除，顆粒過濾器需要再生。
[0003]例如帶有堇青石或碳化矽(SIC)塗層的壁流式過濾器允許催化輔助的再生。一方面，如果廢氣進而過濾器達到足夠高的溫度，則再生可以被動地進行，例如可以在汽車的大多數高速路行駛中進行。另一方面，如果汽車長時間地僅在低負載情況下工作，則可以引發主動的再生，其方式為，使得燃油噴入到廢氣中並燃燒，以便提高廢氣溫度。
[0004]DE 10 2009 026 753 Al公開了一種用於內燃機的對所述類型的顆粒過濾器予以輔助的廢氣控制裝置。
[0005]本發明的目的在於，提出用於改善內燃機的可再生顆粒過濾器的工作的方法和系統。
[0006]本發明藉助具有權利要求1的特徵的方法和具有權利要求10的特徵的系統來實現所述目的。從屬權利要求給出了優選的實施方式。
[0007]本發明的用於確定內燃機廢氣顆粒過濾器的再生階段的方法包括如下步驟:檢測提高的廢氣溫度；對用於檢測在從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流中的顆粒含量的傳感器的信號進行探測；檢測顆粒含量提高；確定再生階段。
[0008]在催化輔助顆粒過濾器特別是帶有堇青石塗層的柴油碳灰顆粒過濾器的再生期間，過濾器的溫度獨特地高，從而已經可以由溫度推斷出再生階段。在再生階段快要結束時，顆粒過濾器的過濾效力下降，從而可以表明在由顆粒過濾器排出的廢氣流中有碳灰顆粒。這就是所謂的「菸灰滑脫」。於是根據內燃機的未處理的排放，廢氣中的顆粒濃度為每立方米約(TlOmg。通過觀察在排出的廢氣流中的顆粒含量以及溫度，能以改善的可靠性和良好的時間精度確定再生階段或其結束。這種確定可以有利地用於針對內燃機以及顆粒過濾器的診斷目的和運行控制。由此例如可以便於監視顆粒過濾器的灰塵負載。
[0009]據一種優選的實施方式，在提高之後的預定的時段內檢測在從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流中的顆粒含量提高程度的下降。在大約10分鐘內，這種提高又近乎下降至零。通過觀察該判據，能以進一步改善的精度和質量確定再生階段。
[0010]該方法例如可以用於結束廢氣顆粒過濾器的主動再生。為此可以在確定再生階段結束之後結束為了激勵廢氣顆粒過濾器再生而將燃油噴射到廢氣流中。因而可以在再生實際結束的時間點進行燃油噴射。由此可以縮短燃油噴射持續時間和節省燃油。通過這種方式可以使得因噴入的燃油引起的環境負荷保持較小。
[0011]根據另一實施方式，可以基於對再生階段的確定來確定用於顆粒含量的傳感器是否受到幹擾。由於在再生階段快要結束時廢氣顆粒過濾器的過濾效力減小，導致顆粒含量提高，在此期間，例如可以改變內燃機的燃燒狀態，以便改變在進入廢氣顆粒過濾器的廢氣流中的顆粒含量。如果傳感器信號未跟隨這種改變，或者跟隨程度不夠，就可以推斷出傳感器受到幹擾。
[0012]如果雖然可以檢測到提高的溫度以及提高的顆粒含量，但顆粒含量未在預定的時段內又下降到近乎為零的值，則也可以確定廢氣顆粒過濾器受到幹擾。
[0013]通過對傳感器或廢氣顆粒過濾器的改善診斷，可以對帶有內燃機和廢氣顆粒過濾器的汽車進行改善的功能監視。汽車或其內燃機的有害物質排放可以保持較小，由此可以降低環境負荷。
[0014]一定的再生階段也可以用於改善內燃機的運行。根據另一實施方式，基於內燃機的運行模式確定進入廢氣顆粒過濾器的廢氣流的第一顆粒含量，基於菸灰傳感器的信號確定從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流的第二顆粒含量。在知道廢氣顆粒過濾器的過濾效力減小的情況下，一定的顆粒含量或排放可以相互比較。如果在截留效力減小情況下基於第二顆粒含量預測出的推測的未處理的排放與第一顆粒含量一致的話，一定的排放可以彼此相
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[0015]由此可以相對於傳感器信號驗證運行模式的參數。這樣就能檢查運行模式或其參數，從而可以提高運行模式的可信性或可靠性。
[0016]根據一種實施方式，可以調整運行模式的參數，以便減小所希望的未處理的排放與第一顆粒含量之間的差。由此可以改善內燃機的運行模式，從而能改善地控制內燃機的燃燒狀態，以便實現高效的燃燒或者實現減小廢氣流中的顆粒排放。
[0017]相反，如果推測的未處理的排放與一定的第二顆粒含量不一致的話，也可以確定傳感器受到幹擾。由此可以對傳感器進行診斷，而無需在內燃機或廢氣顆粒過濾器的區域中使用附加的組件。
[0018]按照該方法的一種變型方案，也可以基於廢氣顆粒過濾器的一定的再生階段來確定內燃機的未處理的排放。為此基於傳感器信號和在再生期間減小的廢氣顆粒過濾器截留效力來確定未處理的排放，即進入廢氣顆粒過濾器的廢氣流的顆粒含量。廢氣顆粒過濾器的再生階段由此可以用於基於測量而不是基於模式來確定未處理的排放。一定的未處理的排放可以用於按照改善輸出效力或者減小廢氣顆粒排放來優化內燃機的燃燒狀態。
[0019]所述方法和做法可以用帶有程序代碼塊的電腦程式產品來表述。該電腦程式產品可以在處理裝置上運行，或者存儲在計算機可讀的數據載體上。
[0020]本發明的用於確定內燃機廢氣顆粒過濾器的再生階段的系統包括用於檢測提高的廢氣溫度的溫度傳感器、用於檢測在從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流中的顆粒含量的傳感器、用於基於測得的值來確定再生階段的處理裝置。
[0021 ] 該系統有利地用於控制和監視內燃機或廢氣顆粒過濾器。
[0022]簡短的【專利附圖】

【附圖說明】
現在參照附圖詳述本發明，其中:
圖1示出帶有廢氣顆粒過濾器的內燃機；
圖2示出圖1的廢氣顆粒過濾器處的溫度和顆粒排放物的時間曲線；
圖3為第一方法的流程圖；和 圖4為第二方法的流程圖。
[0023]詳細的實施方式說明
圖1示出帶有廢氣顆粒過濾器105的內燃機100。該內燃機100優選是柴油機，且在所示實施方式中具有多個附加設備，這些附加設備對於廢氣顆粒過濾器105的功能來說並非
一定需要。
[0024]新鮮空氣經由進氣道110進入，並將在渦輪增壓器115的壓縮級中被壓縮。壓縮後的空氣在其被提供給內燃機100之前在中間冷卻器120中冷卻。在內燃機100中，供應的空氣藉助噴射系統125與燃油130混合併燃燒。燃燒時產生的廢氣經由排氣道135排出。廢氣的一部分藉助廢氣冷卻器140冷卻，並藉助廢氣反饋閥145與供應給內燃機100的空氣混合。剩下的廢氣被引導至渦輪增壓器115的泵級。
[0025]由渦輪增壓器115排出的廢氣150被引導至廢氣顆粒過濾器105。廢氣顆粒過濾器105優選被設計用於催化輔助再生，且帶有催化塗層優選堇青石或碳化矽。在廢氣顆粒過濾器105中把顆粒從由內燃機100排出的廢氣150中去除。
[0026]去除的顆粒必須定期地從廢氣顆粒過濾器105中去掉。為了控制該過程，可以在廢氣顆粒過濾器105上安置有多個傳感器，這些傳感器可以用於控制再生階段。在附圖1中，在廢氣顆粒過濾器105的供應區域內設置有溫度傳感器155和第一壓力傳感器160。在廢氣顆粒過濾器105的排出區域內安置有第二壓力傳感器165和所謂的菸灰傳感器170，該菸灰傳感器用於檢測從廢氣顆粒過濾器105排出的廢氣流175中的顆粒含量。溫度傳感器155也可以布置在廢氣顆粒過濾器105的排出區域中，或者布置在其供應區域與排出區域之間。藉助於差壓感應器180確定在廢氣顆粒過濾器105的入口側與出口側之間的差壓。
[0027]此外，在內燃機100和廢氣顆粒過濾器105之間的區域內設置有燃油噴射機構185，以便提高廢氣150的溫度，進而能實現激活廢氣顆粒過濾器105的再生。若內燃機100以足夠的負載運行，從而廢氣150即使不附加地噴射燃油也能將廢氣顆粒過濾器105加熱到再生所需要的溫度，則可以進行被動的再生。
[0028]為了特別是控制廢氣顆粒過濾器105的主動再生，設置有控制裝置190，其與傳感器155?170以及180的連接情況為明了起見未示出。在某些實施方式中，控制裝置190還被設計用於控制廢氣顆粒過濾器105的其它工作狀態。根據另一實施方式，控制裝置190也被設計用於控制內燃機100的燃燒狀態。為此可以使得控制裝置190與在內燃機100上的其它示出的和未示出的測量和調節構件連接。
[0029]控制裝置190尤其被設計用於根據利用溫度傳感器155測得的溫度和利用菸灰傳感器170測得的在廢氣175中的顆粒含量來確定廢氣顆粒過濾器105的再生階段何時進行或結束。
[0030]圖2為在圖1的廢氣顆粒過濾器105上的值的時間曲線圖200。在水平方向上繪出時間，在豎直方向上定性地繪出溫度和顆粒含量。
[0031]第一溫度曲線205涉及廢氣顆粒過濾器105的溫度。顆粒含量210的第二曲線涉及在從廢氣顆粒過濾器105排出的預定體積的廢氣175中存在的顆粒質量。
[0032]在時間點tl與時間點t2之間發生廢氣顆粒過濾器105的再生階段215。再生階段215可以被動地在內燃機100的正常運行中進行，或者可以利用燃油噴射機構185噴射燃油來主動地進行。在再生階段215期間，廢氣顆粒過濾器105的溫度205提高，即明顯高於在再生階段215之外出現的值。
[0033]再生階段215通常要求廢氣溫度在大約50(T55(TC的範圍內。然而在負載較小時，內燃機100可以達到明顯較低的大約200°C的廢氣溫度，從而廢氣顆粒過濾器105不能進行再生。另一方面，在內燃機100輸出額定功率時，廢氣溫度可以達到大約70(T80(TC的值，從而可以在這種負載的持續時間內進行再生。僅藉助廢氣溫度不能確定或者只能低劣地確定再生是否徹底結束。
[0034]在再生階段215之外，顆粒含量210具有很小的近乎為零的值。僅在再生階段215結束之前不久，顆粒含量210上升，而在大約10分鐘之後又回落到原先的近乎為零的值。根據在供應給廢氣顆粒過濾器105的廢氣150中的顆粒含量，在從廢氣顆粒過濾器105排出的每立方米廢氣175中上升量至多可以為10mg。
[0035]由於顆粒含量210上升，而溫度205提高，由此可以確定再生階段215或其結束。基於這種確定可以採用改善的方式來控制在內燃機100或廢氣顆粒過濾器105上的不同的功能。
[0036]圖3所示為第一方法的流程圖300。該方法300包括多種變型方案，下面將藉助這些變型方案來表明可基於圖2中所示的關係在圖1的內燃機100或廢氣顆粒過濾器105上進行哪些確定和控制過程。該方法300尤其被設計用於在圖1的控制裝置190上實施。
[0037]在第一步驟305中確定提高的廢氣溫度205。視溫度傳感器155的位置而定，檢測的溫度可以涉及輸入的廢氣150、排出的廢氣175或者在廢氣顆粒過濾器105內部的廢氣。
[0038]接下來在步驟310中檢測菸灰傳感器170的信號，其指明了排出的廢氣175的顆粒含量210。
[0039]在步驟315中基於該信號檢測在排出的廢氣175中的顆粒含量210的上升。與該上升相關的是廢氣顆粒過濾器105的截留效力降低。顆粒含量210的上升指明廢氣顆粒過濾器105的再生階段215開始。
[0040]然後在步驟320中等待，直到顆粒含量210又下降了。步驟320可以用於診斷廢氣顆粒過濾器105。如果顆粒含量210未在預定的時間通常約10分鐘內回落到近乎為零的值，則可以認為，存在對廢氣顆粒過濾器105的幹擾。在這種情況下，所述方法300結束。
[0041]否則就在步驟325中基於顆粒含量210的下降來確定再生階段215結束。
[0042]在已確定再生階段215結束之後，可以在任選的步驟330中結束燃油噴射到內燃機100的排氣道中，如果為了主動地引入再生階段215而進行了所述燃油噴射的話。
[0043]在方法300的另一變型方案中，可以在再生階段215期間檢查菸灰傳感器170的功能。為此在緊接於步驟315的步驟335中改變內燃機100的燃燒狀態，以便改變在輸入的廢氣150中的顆粒含量或溫度，在所述步驟315中確定出提高的顆粒含量210。然後在隨後的步驟340中檢查利用菸灰傳感器170測得的顆粒含量210是否反映了這種改變。如果情況並非如此，就可以認為菸灰傳感器170受到幹擾。
[0044]圖4所示為另一方法400的流程圖，將藉助該流程圖介紹其它做法，這些做法可以基於對在圖1的內燃機100或廢氣顆粒過濾器105上的再生階段215的確定來實施。步驟305?325引自上述方法300。
[0045]在步驟405中確定內燃機100的未處理的排放。未處理的排放相應於在從內燃機100排出且進入到廢氣顆粒過濾器105內的廢氣150中的顆粒含量。未處理的排放基於內燃機100的運行模式來確定。在此，內燃機100的運行參數用於藉助計算模式來確定內燃機100的未處理排放的大小。在一種替代的實施方式中，在進入到廢氣顆粒過濾器105內的廢氣流150的區域中設置有另一菸灰傳感器170 (圖1中未示出)，並基於該另一菸灰傳感器170的傳感器信號來確定未處理的排放。
[0046]在隨後的步驟410中基於菸灰傳感器170的傳感器信號來確定從廢氣顆粒過濾器105排出的廢氣流175的排放。步驟410和415的順序也可以交換。
[0047]在步驟405和410中確定的兩種排放現在可以相互對比。
[0048]按照方法400的第一變型方案，在步驟415中確定菸灰傳感器170受到幹擾，如果兩種排放值不相等的話。為此可以確定基於菸灰傳感器170的信號在知道廢氣顆粒過濾器105的截留效力減小的情況下預計會有哪種未處理的排放，並確定這種未處理的排放是否與在步驟405中確定的未處理的排放一致。由於廢氣顆粒過濾器105僅在顆粒含量210的上升與再次下降之間才將顆粒釋放到排出的廢氣175中，所以所述確定僅在該時段內可行。
[0049]按照方法400的第二變型方案，在步驟420中改變步驟405的運行模式的參數，以便適當地調整運行模式，使得排放值彼此相等，如上所述。
[0050]然後在步驟425中藉助改善的運行模式來控制內燃機100。方法400最好周期性地進行，以便能夠連續地改善運行模式。參照圖3和4所述的方法也可以相互組合，以便由所確定的值得到更多的益處。
【權利要求】
1.用於確定內燃機(100)廢氣顆粒過濾器(105)的再生階段的方法(300、400)，包括如下步驟: -檢測(305)提高的廢氣溫度； -對用於檢測在從廢氣顆粒過濾器(105)排出的廢氣流(175)中的顆粒含量(210)的傳感器(170)的信號進行探測(310)； -檢測顆粒含量(210)提高； -確定(325)再生階段(215)。
2.如權利要求1所述的方法(300、400)，還包括:在提高之後的預定的時段內檢測在從廢氣顆粒過濾器(105)排出的廢氣流(175)中的顆粒含量(210)的提高程度的下降。
3.如權利要求1或2所述的方法(300、400)，還包括如下步驟:結束(330)將燃油噴射到廢氣流(150)中，以便結束激勵廢氣顆粒過濾器(105)再生。
4.如前述權利要求中任一項所述的方法(300、400)，還包括如下步驟:如果傳感器信號與內燃機(100)的燃燒狀態的變化不相應，就確定(320)傳感器(170)受到幹擾。
5.一種用於控制帶有廢氣顆粒過濾器(105)的內燃機(100)的方法(300、400)，包括如下步驟: -採用根據權利要求1~4中任一項的方法(300、400)確定(325)廢氣顆粒過濾器的再生階段(215); -基於內燃機的運行模式確定(410)進入廢氣顆粒過濾器的廢氣流的第一顆粒含量； -基於第一顆粒含量和廢氣顆粒過濾器(105)的在再生階段(215)期間減小的截留效力確定(415)從廢氣顆粒過濾器排出的廢氣流的第二顆粒含量(210)； -基於傳感器信號與一定的第二顆粒含量的比較相對於傳感器信號驗證(415、420)運行模式的參數。
6.如權利要求5所述的方法(300、400)，其中，如果傳感器信號與一定的第二顆粒含量不一致，則確定(415)傳感器(170)受到幹擾。
7.如權利要求5所述的方法(300、400)，還包括:調整(420)參數。
8.一種用於控制帶有廢氣顆粒過濾器(105)的內燃機(100)的方法(300、400)，包括如下步驟: -採用根據權利要求1~4中任一項的方法(300、400)確定廢氣顆粒過濾器的再生階段(215)； -基於傳感器信號和廢氣顆粒過濾器(105)的在再生階段(215)期間減小的截留效力確定(405)進入廢氣顆粒過濾器(105)的廢氣流(150)的顆粒含量。
9.一種帶有程序代碼塊的電腦程式產品，用於實施根據權利要求51中任一項的方法(300、400)之一，如果該電腦程式產品在處理裝置(190)上運行或者存儲在計算機可讀的數據載體上。
10.一種用於確定內燃機(100)廢氣顆粒過濾器(105)的再生階段(215)的系統，包括: -用於檢測提高的廢氣溫度的溫度傳感器(155)； -用於檢測在從廢氣顆粒過濾器(105)排出的廢氣流(175)中的顆粒含量(210)的傳感器(170)；-用於基 於測得的值來確定再生階段(215)的處理裝置(190)。
【文檔編號】F01N9/00GK103917756SQ201280055210
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2011年11月10日
【發明者】J.安特, M.赫爾曼, W.賴特邁爾, D.舍德利希 申請人:大陸汽車有限公司