通過確定煙塵的阻力靈敏度來避免柴油顆粒過濾器內的煙塵低估的製作方法

2023-06-02 19:20:31

專利名稱：通過確定煙塵的阻力靈敏度來避免柴油顆粒過濾器內的煙塵低估的製作方法
技術領域：
本申請涉及發動機排氣顆粒過濾器，尤其涉及用來估算柴油發動機排氣中的顆粒 過濾器內煙塵水平的方法。
背景技術：
包括關於發動機尾氣排放的環境職責以及現代環境保護法規在內的多種因素已 經減小了那些可能在化石燃料的燃燒之後排入大氣中的某些汙染物的可允許的可接受的 水平。日益嚴格的排放標準要求上述發動機內的燃料燃燒進行更好的控制，並且可能要求 對排氣進行後期燃燒處理。例如，氧化氮(NOX)和顆粒物質的允許水平在最近幾年裡就大 大降低了。在其它方面，為了著手於所關注的環境，很多柴油發動機現在都在發動機的排氣 系統中設有廢氣顆粒過濾器，目的在於減少排入大氣的顆粒物質的量。為了提高廢氣顆粒過濾器的使用壽命，發動機控制模塊可能會命令發動機執行廢 氣顆粒過濾器的再生循環，該再生循環通過燃燒捕獲的顆粒物質來使得廢氣溫度上升到一 定水平從而再生廢氣顆粒過濾器。再生循環增加了發動機的燃料用量。因此，精確地估算 廢氣顆粒過濾器中到底具有多少顆粒物質尤為重要，其也被稱之為廢氣顆粒過濾器的煙塵 負載，從而避免顆粒過濾器的過早再生以及伴隨再生的燃料用量的增加。

發明內容
根據一方面，一種方法被用來估算廢氣顆粒過濾器內的煙塵水平。該方法基於從 廢氣過濾器的進口到出口的壓力變化，產生一個在第一時間的廢氣顆粒過濾器內的基於壓 力變化的煙塵負載估計。基於從廢氣過濾器的進口到出口的壓力變化，產生一個在第二時 間的廢氣顆粒過濾器內的基於壓力變化的煙塵負載估計。該方法利用在第一時間和第二時 間廢氣顆粒過濾器內的阻力數量(restriction amounts)以及廢氣顆粒過濾器內的煙塵負 載估計計算出廢氣顆粒過濾器的阻力靈敏度(restriction sensitivity)。當阻力靈敏度 下降至低於預定的閾值時，為廢氣顆粒過濾器選擇基於模型的煙塵負載估算。根據另一方面，一種方法被用來確定對柴油發動機廢氣中的柴油顆粒過濾器進行 再生的需要。該方法以穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化為基礎，在第一時間和第二時間用 基於壓力變化的煙塵負載估算預測柴油顆粒過濾器的煙塵負載。基於在第一時間和第二時 間穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化，為柴油顆粒過濾器計算阻力靈敏度。當阻力靈敏度下 降至低於預定閾值時，該方法從基於壓力變化的煙塵負載估算轉換為基於模型的柴油顆粒 過濾器的煙塵負載的煙塵累積估算。當估算的煙塵水平達到基於煙塵累積模型的預設水平 後請求再生柴油顆粒過濾器。根據又一方面，一種方法被用來為柴油顆粒過濾器選擇煙塵估算模式。該方法監 控發動機排氣的體積流量。獲取柴油顆粒過濾器的溫度信息。該方法在第一時間測量從柴 油顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。以廢氣顆粒過濾器進口到出口的壓力變化為基礎在第一時間生成一個基於壓力變化的柴油顆粒過濾器內的煙塵負載估算。該方法將在第一 時間的基於壓力變化的煙塵負載估算與預定的閾值比較。當在第一時間的基於壓力變化的 煙塵負載估算高於預定的閾值時，為柴油顆粒過濾器選擇基於模型的煙塵負載估算。該方 法在第二時間測量從柴油顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。以廢氣顆粒過濾器進口到 出口的壓力變化為基礎在第二時間生成一個基於壓力變化的柴油顆粒過濾器內的煙塵負 載估算。該方法利用在第一時間和第二時間穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化以及在第一時 間和第二時間的基於壓力變化的柴油顆粒過濾器內的煙塵負載估算為柴油顆粒過濾器計 算阻力靈敏度。當阻力靈敏度低於預置的閾值時，為柴油顆粒過濾器選擇基於模型的煙塵 負載估算。根據一個實施例，廢氣顆粒過濾器包括進口，出口，過濾元件；以及至少一個測量 點。所述至少一個測量點獲取表示廢氣顆粒過濾器從進口到出口的壓力變化的輸入量。本發明的其它特點將通過結合以下附圖進行的說明體現出來。


為了理解本發明，下面通過舉例並參考相應附圖的方式說明本發明，其中圖1的流程圖描述了根據一個流程選擇估算廢氣顆粒過濾器的煙塵負載模型的 方法；以及圖Ia的流程圖描述了一個抽樣和記錄子迴路，其採用了選擇估算廢氣顆粒過濾 器的煙塵負載的模型的方法。圖1和圖Ia中DPSLE 基於ΔΡ的煙塵負載估算ACMS 實 際體積流量DPF Restriction (R) :DPSLE/ACMSThd 閾值Regen 再生DPF 柴油顆粒過濾器 TSLR 自最後一次記錄後的時間
具體實施例方式這樣的流程能夠通過多種不同形式來完成，附圖以及本文的詳細描述示出了方法 的某些流程，應當理解本公開是作為該流程原理的範例，而不能將方法的寬範圍限定為所 圖示的流程。根據圖1所示的一個流程，其示出了選擇估算廢氣顆粒過濾器煙塵負載的形式的 方法10。發動機的電子控制模塊(ECM)來實施所述方法。流程從塊12開始並且接著確定 在塊14中是否提出了再生請求。如果提出了再生請求，流程重置存儲的數據並回到流程 10的開始。如果在塊14沒有檢測到再生請求，流程在塊18開始抽樣和記錄子迴路100 (圖 la)。抽樣和記錄子迴路100在圖Ia中詳細描述。如圖Ia所示，抽樣和記錄子迴路100從塊102開始，然後如塊104所示，確定發動 機廢氣的體積流量值是否處於兩個預定的閾值之間。體積流量值是在特定時間流出發動機 的廢氣量。如果廢氣的體積流量沒有處於閾值之間，抽樣和記錄子迴路在塊106重置抽樣 時間，並重新開始抽樣和記錄子迴路100。如塊108所示，如果廢氣的體積流量處在閾值之 間，流程接著確定廢氣顆粒過濾器溫度是否處於兩個預定的閾值溫度之間。如塊106所示， 如果廢氣顆粒過濾器溫度沒有處於兩個閾值溫度之間，抽樣時間重置。如塊110所示，如果 廢氣顆粒過濾器溫度處於閾值溫度之間，流程通過加上最後一次抽樣後所經過的時長從而 增加抽樣時間。確保發動機廢氣體積流量和 氣顆粒過濾器的溫度處於閾值水平之間，減少了對發動機瞬時運行的影響，例如發動機初始加載，或者發動機怠速工況，或加速過程， 這些都會引起廢氣顆粒過濾器煙塵負載的不精確指示。接下來流程在塊112中確定抽樣時間是否是預定的時間。如果抽樣時間不是預定 的時間，流程重新開始抽樣和記錄子迴路100。如果抽樣時間是預定的時間，在塊114，流程 對廢氣顆粒過濾器的阻力水平(R)進行抽樣和記錄，並且計算和記錄顆粒過濾器內煙塵負 載的基於壓力變化的煙塵負載估算(DPSLE)。廢氣顆粒過濾器的阻力水平根據下面的公式來計算^二二 = 二二其
中，廢氣顆粒過濾器的Δ P是從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。以廢氣顆粒過濾器的進口和廢氣顆粒過濾器出口之間的壓力變化為基礎來估算 顆粒過濾器內煙塵負載的基於壓力變化的煙塵負載估算。廢氣顆粒過濾器內較大量的煙塵 會引起穿過廢氣顆粒過濾器的較大壓力變化。回到圖1，如塊20所示，一旦測量了廢氣顆粒過濾器的阻力水平並且產生了基於 壓力變化的煙塵負載估算，流程通過加上自最後一次抽樣被記錄後所經過的時間來增加自 最後一次記錄後的時間。然後，如塊22所示，流程確定自最後一次記錄後的時間量是否等 於一個預定的時間段。如塊20所示，如果自最後一次記錄後的時間不等於所述的預定的時 間段，流程繼續增加自最後一次記錄後的時長。如塊24所示，如果自最後一次記錄後的時 間等於所述預定的時間段，執行與圖Ia所示以及前面所述的流程相同的第二個抽樣和記 錄子迴路100。如塊26所示，一旦執行了第二抽樣和記錄子迴路100，流程為廢氣顆粒過濾器計
R] — R-j
算阻力靈敏度(RS)。利用下述公式來計算阻力靈敏度弊=DPSIJ\ _ ^MA其中，R1是
第一時間從塊18記錄的廢氣顆粒過濾器的阻力水平，R2是第二時間從塊24記錄的廢氣顆 粒過濾器的阻力水平。類似地，DPSLE1是第一時間在塊18得到的基於壓力變化的煙塵負載 估算，DPSLE2是第二時間在塊24得到的基於壓力變化的煙塵負載估算。在塊28將阻力靈敏度與一個存儲的阻力靈敏度閾值水平進行比較。如塊30所 示，如果阻力靈敏度低於存儲的阻力靈敏度閾值水平，則啟動基於一模型的煙塵負載估算。 所述基於模型的煙塵負載估算被用來確定廢氣顆粒過濾器何時需要再生。一旦啟動了基於 模型的煙塵負載估算，在基於模型的煙塵負載估算指示顆粒過濾器正達到容量並要求再生 時，將會發生廢氣顆粒過濾器的再生。由於基於模型的煙塵負載估算被容納在電子控制模 塊內，因此電子控制模塊將在基於模型的煙塵負載估算指示下啟動再生。但是，如果阻力靈敏度高於存儲的阻力靈敏度閾值水平，如塊32所示，基於壓力 變化的煙塵負載估算持續，且流程在塊16中如所示的重置記錄的值並重啟流程10。阻力靈敏度被用來選擇估算廢氣顆粒過濾器的煙塵負載的模型，以便更精確地指 示何時需要再生。可以利用在多種條件下從廢氣顆粒過濾器的物理試驗得到的數據來建立 基於模型的煙塵負載估算，這樣可以預測出過濾器內部煙塵量的精確表示。一旦阻力靈敏 度下降至低於某個水平，則僅採用基於模型的煙塵負載估算，因此對於煙塵負載高於預定 值來說，基於模型的煙塵負載估算是最合適的。由於基於模型的煙塵負載估算不必覆蓋過 濾器內煙塵負載的所有水平，因此該基於模型的煙塵負載估算可以提供精確的高於預定煙塵負載的煙塵負載估算，這有助於避免廢氣顆粒過濾器的過早再生。基於壓力變化的煙塵負載估算同樣適合於低於某估算的煙塵負載水平的煙塵負 載。基於壓力變化的煙塵負載估算被持續的計算和監控，因此，在其確定阻力靈敏度低於閾 值水平的任何時刻電子控制模塊都可以切換到基於模型的煙塵負載估算。該流程避免了不 必要的廢氣顆粒過濾器再生，同時也確保在不作妥協將排放物排入大氣中或不縮短過濾器 使用壽命的情況下廢氣顆粒過濾器在其壽命周期內有效地工作。結合發動機，更具體地說是柴油機，來描述了上面的流程，但是所述流程適於用於 多種燃燒過程，例如利用化石燃料發電的發電廠、製造廠爐子、建築鍋爐、加熱油爐以及其 它來自化石燃料燃燒的顆粒物來源。在此已經對本發明的具體實施方式
進行了解釋和說明，在不明顯脫離本發明精神 的情況下，很容易想到多種改變，保護範圍僅通過所附的權利要求的範圍來限定。
權利要求
一種廢氣顆粒過濾器內部煙塵水平的估算方法，其中所述過濾器具有一個進口和一個出口，包括以從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化為基礎，在第一時間生成一個基於壓力變化的廢氣顆粒過濾器內的煙塵負載估算；以從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化為基礎，在第二時間生成一個基於壓力變化的廢氣顆粒過濾器內的煙塵負載估算；利用在第一時間和第二時間廢氣顆粒過濾器內的阻力數量以及在第一時間和第二時間廢氣顆粒過濾器內的煙塵負載估算計算出廢氣顆粒過濾器的阻力靈敏度；以及當阻力靈敏度下降至低於預定的閾值時，為廢氣顆粒過濾器選擇基於模型的煙塵負載估算。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括在第一時間測量廢氣顆粒過濾器進口和出口之間的壓力變化； 在第一時間確定廢氣的體積流量；利用測得的廢氣顆粒過濾器內部的壓力變化和確定的廢氣體積流量，在第一時間確定 廢氣顆粒過濾器內的阻力數量；在第二時間測量廢氣顆粒過濾器進口和出口之間的壓力變化； 在第二時間確定廢氣的第二體積流量；利用廢氣顆粒過濾器內部的壓力變化和確定的第二廢氣體積流量，在第二時間確定廢 氣顆粒過濾器內的阻力數量。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括在第一時間確定廢氣顆粒過濾器內的阻力數量之前，檢測廢氣顆粒過濾器的溫度；以及如果溫度在預定的溫度範圍之外，重啟廢氣顆粒過濾器內的煙塵水平估算方法。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括在第二時間確定廢氣顆粒過濾器內的阻力數量之前，檢測廢氣顆粒過濾器的溫度；以及如果在第二時間的溫度在預定的溫度範圍之外，允許經過！^+ ；的時間，其中T2是第二 時間，Tn是額外的時間。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括當阻力靈敏度保持在預定的閾值之上時，繼續採用基於壓力變化的煙塵負載估算。
6.如權利要求1所述的方法，進一步包括將在第一時間的廢氣體積流量與一個低的流量極限值和一個高的流量極限值進行比 較；以及如果體積流量值不處於低的流量極限值和高的流量極限值之間，重啟廢氣顆粒過濾器 內的煙塵水平估算方法。
7.如權利要求1所述的方法，其中，利用下面的公式確定阻力靈敏度R、- R2 DPSLE, - DPSLE2其中，R1是在第一時間柴油顆粒過濾器內的阻力，R2是在第二時間柴油顆粒過濾器內的阻力，DPSLE1是在第一時間基於壓力變化的煙塵負載估算，DPSLE2是在第二時間基於壓 力變化的煙塵負載估算。
8.如權利要求1所述的方法，其中，利用下面的公式確定廢氣顆粒過濾器內的阻力R_廢氣顆粒過濾器的AP「發動機廢氣的體積流量其中，廢氣顆粒過濾器的ΔΡ是從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。
9.一種確定柴油發動機廢氣中的柴油顆粒過濾器需要執行再生的方法，包括基於穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化，在第一時間和第二時間，用基於壓力變化的煙 塵負載估算預測柴油顆粒過濾器的煙塵負載；以在第一時間和第二時間穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化為基礎，為柴油顆粒過濾器 計算阻力靈敏度；以及當阻力靈敏度下降至低於預定閾值時，從基於壓力變化的煙塵負載估算轉換為用基於 模型的煙塵累積估算估算柴油顆粒過濾器的煙塵負載。
10.如權利要求9所述的方法，進一步包括根據煙塵累積模型，估算的煙塵水平達到預定水平後要求柴油顆粒過濾器再生。
11.如權利要求9所述的方法，其中，利用下面的公式確定阻力靈敏度RS-_ A— R2DPSLEx - DPSLE2其中，R1是在第一時間柴油顆粒過濾器內的阻力，R2是在第二時間柴油顆粒過濾器內 的阻力，DPSLE1是在第一時間基於壓力變化的煙塵負載估算，DPSLE2是在第二時間基於壓 力變化的煙塵負載估算。
12.如權利要求9所述的方法，其中，利用下面的公式確定廢氣顆粒過濾器內的阻力廢氣顆粒過濾器的AP_發動機廢氣的體積流量其中，廢氣顆粒過濾器的ΔΡ是從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。
13.如權利要求9所述的方法，其中，預測煙塵負載、計算阻力靈敏度、轉換到基於模型 的煙塵累積估算以及請求再生都發生在柴油發動機電子控制模塊中。
14.一種用於為柴油顆粒過濾器選擇煙塵估算模型的方法，包括 監控發動機排氣的體積流量；獲取柴油顆粒過濾器的溫度信息；在第一時間測量從柴油顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化； 以從廢氣顆粒過濾器進口到出口的壓力變化為基礎在第一時間生成一個基於壓力變 化的柴油顆粒過濾器內的煙塵負載估算；將在第一時間基於壓力變化的煙塵負載估算與預定的閾值比較； 當在第一時間基於壓力變化的煙塵負載估算高於預定的閾值時，為柴油顆粒過濾器選 擇基於模型的煙塵負載估算；在第二時間測量從柴油顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化； 以從廢氣顆粒過濾器進口到出口的壓力變化為基礎在第二時間生成一個基於壓力變 化的柴油顆粒過濾器內的塵負載估算；利用在第一時間和第二時間穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化以及在第一時間和第二時間的基於壓力變化的柴油顆粒過濾器內的煙塵負載估算，為柴油顆粒過濾器計算阻力靈 敏度；當阻力靈敏度低於預置的閾值時，為柴油顆粒過濾器選擇基於模型的煙塵負載估算。
15.如權利要求14所述的方法，其中，利用下面的公式確定阻力靈敏度RS= R\ ~ R2DPSLE、- DPSLE1其中，R1是在第一時間柴油顆粒過濾器內的阻力，R2是在第二時間柴油顆粒過濾器內 的阻力，DPSLE1是在第一時間基於壓力變化的煙塵負載估算，DPSLE2是在第二時間基於壓 力變化的煙塵負載估算。
16.如權利要求14所述的方法，其中，利用下面的公式確定廢氣顆粒過濾器內的阻力廢氣顆粒過濾器的AP—發動機廢氣的體積流量其中，廢氣顆粒過濾器的ΔΡ是從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化。
17.如權利要求14所述的方法，進一步包括當阻力靈敏度保持在預定的閾值之上時，繼續採用基於壓力變化的煙塵負載估算。
18.如權利要求14所述的方法，進一步包括當柴油顆粒過濾器的溫度信息沒有處於預置的運行範圍內時，為柴油顆粒過濾器選擇 基於模型的煙塵負載估算。
19.如權利要求14所述的方法，進一步包括當廢氣的體積流量沒有處於預置的運行範圍內時，為柴油顆粒過濾器選擇基於模型的 煙塵負載估算。
20.一種廢氣顆粒過濾器，包括 進口 ；出口 ；過濾元件；以及至少一個測量點，其用於獲取指示從廢氣顆粒過濾器的進口到出口的壓力變化的輸入測量。
21.如權利要求20所述的廢氣顆粒過濾器，進一步包括 在進口生成壓力讀數的第一壓力傳感器；以及在出口生成壓力讀數的第二壓力傳感器；其中，在進口的壓力讀數和在出口的壓力讀書被用於測量點的輸入測量。
全文摘要
一種確定柴油發動機廢氣中的柴油顆粒過濾器需要執行再生的方法，該方法基於穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化，在第一時間和第二時間用基於壓力變化的煙塵負載估算預測柴油顆粒過濾器的煙塵負載。基於第一時間和第二時間穿過柴油顆粒過濾器的壓力變化，為柴油顆粒過濾器計算阻力靈敏度。該方法在阻力靈敏度下降至低於預定閾值時，從基於壓力變化的煙塵負載估算轉換為基於模型的柴油顆粒過濾器的煙塵負載的煙塵累積估算。在估算的煙塵水平達到基於煙塵累積模型的預設水平時，請求柴油顆粒過濾器的再生。
文檔編號F01N3/021GK101936207SQ20101027004
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者N·辛格 申請人:萬國引擎智慧財產權有限責任公司