專利名稱：用于確定機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法。
背景技術(shù)：
諸如柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)的微粒過(guò)濾器收集在排氣流經(jīng)它的孔壁時(shí)進(jìn)入的碳煙。隨著越來(lái)越多的碳煙裝載在過(guò)濾器中，過(guò)濾器元件兩側(cè)的壓降增加，所述壓降還取決于排氣的空氣質(zhì)量流和過(guò)濾器材料的性能(具體為空隙率)。這樣，能夠通過(guò)測(cè)量或者估算過(guò)濾器元件兩側(cè)的壓降和空氣質(zhì)量流來(lái)確定碳煙的積聚的質(zhì)量。通常，用于計(jì)算在微粒過(guò)濾器中積聚的碳煙的質(zhì)量的兩種方法是已知的，第一是前饋控制，第二是反饋。在通過(guò)反饋或者閉環(huán)控制回路進(jìn)行估算的情況下，通過(guò)減去因氣流通過(guò)過(guò)濾器時(shí)產(chǎn)生的摩擦而造成的壓力損失來(lái)修正在過(guò)濾器兩側(cè)測(cè)得的壓差。隨后利用過(guò)濾器元件上游的壓力和溫度來(lái)計(jì)算通過(guò)過(guò)濾器元件的空氣質(zhì)量流。估算微粒過(guò)濾器中灰的含量。最后， 根據(jù)修正的壓差、空氣質(zhì)量流和積聚的灰的估算值來(lái)計(jì)算碳煙的積聚的質(zhì)量。在實(shí)施中，所述方法求助于特征曲線，其中針對(duì)預(yù)定碳煙載荷在試驗(yàn)臺(tái)上產(chǎn)生各特征曲線。此處，最低閾值限定了泄漏的或者損壞的過(guò)濾器。位于機(jī)動(dòng)車輛中的控制器計(jì)算出相對(duì)于預(yù)定載荷曲線的壓差和空氣質(zhì)量流的測(cè)得的值對(duì)或者計(jì)算的值對(duì)的位置。如果值對(duì)的位置低于最低閾值，則產(chǎn)生診斷信息，表明過(guò)濾作用低于診斷閾值。所述算法不可能識(shí)別過(guò)濾效率的遲緩惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高機(jī)動(dòng)車輛的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率。根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)目的。從屬權(quán)利要求限定了本發(fā)明的有利的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于確定機(jī)動(dòng)車輛的排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法包括以下步驟根據(jù)在先前時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、存儲(chǔ)的灰的體積和基體的壁溫度計(jì)算出名義積聚效率；確定微粒過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量；通過(guò)積聚效率、基體溫度和微粒質(zhì)量通量計(jì)算出存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、未燃燒的燃料和存儲(chǔ)的灰的體積；確定微粒過(guò)濾器兩側(cè)的壓差，其中考慮了空過(guò)濾器的基本壓降和/或存儲(chǔ)的碳煙的總質(zhì)量和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)在壁孔中的碳煙和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)的灰的體積和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)的易揮發(fā)的組分和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響；
通過(guò)在過(guò)濾器兩側(cè)測(cè)得的壓降和空氣質(zhì)量流產(chǎn)生存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的細(xì)塵或者微粒的極限函數(shù)；通過(guò)確定的壓差和空氣質(zhì)量流產(chǎn)生存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值；如果存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值位于極限函數(shù)之外，則通過(guò)從存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算質(zhì)量減去極限函數(shù)的極限并除以適配時(shí)間率以產(chǎn)生適配信號(hào)；通過(guò)適配信號(hào)改變估算的收集的細(xì)塵的質(zhì)量平衡或者碳煙燃燒的速率；根據(jù)收集的細(xì)塵、壁溫度和碳煙燃燒的適配速率計(jì)算出過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量；根據(jù)確定的過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量和下游的微粒質(zhì)量通量計(jì)算出積聚效率的適配速率；通過(guò)積分的積聚效率的適配速率對(duì)名義積聚效率進(jìn)行修正。根據(jù)本發(fā)明的方法包括基于積聚的碳煙質(zhì)量的連續(xù)適配程序來(lái)確定在微粒的積聚中的過(guò)濾效率的算法。該算法在預(yù)期相關(guān)范圍的極限內(nèi)利用反饋進(jìn)行估算。該方法還能夠識(shí)別過(guò)濾效率的緩慢或者逐漸的惡化。這樣，可以更好、更全面地對(duì)微粒過(guò)濾器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣可以改善排氣后處理裝置的操作。極限函數(shù)可以具有最小極限和最大極限。通過(guò)兩個(gè)極限，極限函數(shù)能夠簡(jiǎn)單且精確地適于相應(yīng)的情況。確定的壓差可以被延時(shí)和/或被低通過(guò)濾器過(guò)濾。延時(shí)可以考慮到達(dá)下游的傳感器的位置的傳播時(shí)間，同時(shí)低通過(guò)濾考慮了傳感器模型的時(shí)間常數(shù)。所述測(cè)量允許改進(jìn)建模。如果積聚質(zhì)量低于空過(guò)濾器的低的閾值并且如果壁溫度在約200°C和約400°C之間，則可以計(jì)算過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量。在所述條件下，能夠以簡(jiǎn)單可靠的方式計(jì)算過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量。通過(guò)下游的負(fù)微粒質(zhì)量通量除以確定的上游微粒質(zhì)量通量并除以適配時(shí)間常數(shù)， 可以計(jì)算出積聚效率的適配速率。通過(guò)適配時(shí)間常數(shù)，能夠以簡(jiǎn)單的方式使積聚效率的適配速率適于排氣后處理系統(tǒng)的不同的模式、狀態(tài)或特性。為了獲得碳煙質(zhì)量通量和確定的上游微粒質(zhì)量通量的高可靠性，可以選擇適配時(shí)間常數(shù)以使得快速進(jìn)行適配。積分的積聚效率的適配速率或者修正的積聚效率可以存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。 因?yàn)樾拚凳且呀?jīng)可以獲得的，因此這允許即使在機(jī)動(dòng)車輛剛剛重新起動(dòng)之后也能改善排氣后處理系統(tǒng)的操作。如果積聚效率低于閾值則可以產(chǎn)生診斷信息。低于限定閾值和新的可適配的閾值或者新的被校準(zhǔn)的閾值的積聚效率表明微粒過(guò)濾器嚴(yán)重老化或者損壞，過(guò)濾器的使用壽命的預(yù)期值較短。診斷信息可以指出應(yīng)該更換微粒過(guò)濾器和/或何時(shí)更換微粒過(guò)濾器。


下面基于附圖將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于確定機(jī)動(dòng)車輛的排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法的流程圖。
圖2示出過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量的計(jì)算的圖。圖3示出積聚效率的適配效率的計(jì)算的圖。圖4示出該方法的實(shí)施結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式附圖僅用于本發(fā)明的解釋說(shuō)明，并不是限定本發(fā)明。附圖以及各個(gè)部分不必按照比例繪制。相同的附圖標(biāo)記用于指相同或相似的部分。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于確定機(jī)動(dòng)車輛的排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法的流程圖。在步驟1中，根據(jù)在先前時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、存儲(chǔ)的灰的體積和基體的壁溫度計(jì)算出名義積聚效率。先前時(shí)間點(diǎn)可以是該方法的過(guò)程中的前面的步驟或前面的時(shí)間點(diǎn)，或者是在機(jī)動(dòng)車輛停下之前存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的值。碳煙質(zhì)量包括總碳煙質(zhì)量以及存儲(chǔ)在基體壁的孔中的碳煙質(zhì)量?；w的壁溫度可以是測(cè)得的或者估算的。在接下來(lái)的步驟2中，確定微粒過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量?？梢灾苯訙y(cè)得或者計(jì)算出微粒質(zhì)量通量。微粒質(zhì)量通量包括可溶有機(jī)組分(例如，諸如未燃燒的燃料等的易揮發(fā)組分)的質(zhì)量通量以及不溶有機(jī)組分(例如碳煙、灰等)?？梢允褂貌贾迷谏嫌蔚奈⒘；蚬腆w傳感器直接測(cè)量這些污染物的通量。在步驟3中，通過(guò)積聚效率、基體溫度和微粒質(zhì)量通量計(jì)算出存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、未燃燒的燃料和存儲(chǔ)的灰的體積。存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量考慮了沉積在壁中以及管道中的碳煙的質(zhì)量。在步驟4中，確定微粒過(guò)濾器兩側(cè)的壓差。為此，考慮隨空氣質(zhì)量流和基體的壁溫度變化的基本壓降?；緣航当硎究者^(guò)濾器的影響。存儲(chǔ)的碳煙(其包括在壁的孔中以及在管道的表面上的沉積物)的總質(zhì)量和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降有進(jìn)一步的影響?？紤]了存儲(chǔ)在壁孔中的碳煙和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降有進(jìn)一步的影響。還有存儲(chǔ)的灰的體積和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降有進(jìn)一步的影響。存儲(chǔ)的易揮發(fā)的組分(例如未燃燒的燃料)和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降有最終的影響。上面定義的各影響、上面定義的影響中的幾個(gè)或者上面定義的影響中的全部可用于確定微粒過(guò)濾器兩側(cè)的壓差?？梢愿鶕?jù)所需的準(zhǔn)確性、可獲得的測(cè)量值和/或排氣系統(tǒng)的獨(dú)特性來(lái)決定使用哪些影響。在步驟5中，產(chǎn)生存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的細(xì)塵的極限函數(shù)。這通過(guò)在過(guò)濾器兩側(cè)測(cè)得的壓降和空氣質(zhì)量流而獲得。極限函數(shù)包括最大極限和最小極限。在步驟6中，產(chǎn)生存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值。為此，確定的壓差經(jīng)受延時(shí)、被例如低通過(guò)濾器過(guò)濾，并且與空氣質(zhì)量流一起用于產(chǎn)生存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值。然后在步驟7中，將估算值與最大極限和最小極限進(jìn)行比較。如果估算值在極限函數(shù)內(nèi)，也就是說(shuō)高于最小極限或者低于最大極限，則分支程序返回至該方法的起點(diǎn)，例如返回至步驟1。如果存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值在極限函數(shù)之外，也就是說(shuō)，高于最大極限或者低于最小極限，則在步驟8中產(chǎn)生適配信號(hào)。從存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算質(zhì)量減去相關(guān)極限并且除以適配時(shí)間率以產(chǎn)生適配信號(hào)。適配時(shí)間率隨壁溫度和空氣質(zhì)量流而變化。
在步驟9中，適配信號(hào)被用于在出現(xiàn)低于550°C的低的壁溫度時(shí)對(duì)估算的積聚的細(xì)塵的質(zhì)量值進(jìn)行直接修正，或者在出現(xiàn)高于550°C的高的壁溫度時(shí)改變碳煙燃燒的速率。在下面的步驟10、11和12中，計(jì)算出用于積聚效率的算法。在步驟10中，如圖2所示，根據(jù)積聚的細(xì)塵、壁溫度和碳煙燃燒的改變速率計(jì)算出過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量。如果積聚的質(zhì)量低于低的閾值(這是空過(guò)濾器的情況)并且如果壁溫度在約200°C的下限(用于蒸發(fā)易揮發(fā)的未燃燒的燃料組分所需的溫度)與約 400°C的上限(用于確保碳煙不發(fā)生燃燒所需的溫度)之間，則進(jìn)行所述計(jì)算。在這些條件下，過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量取決于碳煙改變率，使得如果出現(xiàn)負(fù)改變則將所述碳煙改變率設(shè)定為等于碳煙質(zhì)量改變的絕對(duì)值。否則，所述碳煙改變率設(shè)定為零。在過(guò)濾器下游的位置使用傳感器對(duì)細(xì)塵直接測(cè)量的情況下，直接從測(cè)得的信號(hào)計(jì)算出細(xì)塵的速率。然后利用傳感器元件的周期性再生通過(guò)對(duì)用于積分細(xì)塵測(cè)量的所測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算出該速率。在步驟11中，如圖3所示，根據(jù)確定的過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量和下游的微粒質(zhì)量通量計(jì)算出積聚效率的改變速率。通常，通過(guò)下游的負(fù)微粒質(zhì)量通量除以確定的上游的微粒質(zhì)量通量并除以適配時(shí)間常數(shù)計(jì)算出積聚效率的改變速率。為了獲得碳煙質(zhì)量通量和確定的上游的微粒質(zhì)量通量的高可靠性，選擇適配時(shí)間常數(shù)以使得快速進(jìn)行適配。碳煙質(zhì)量通量或者碳煙質(zhì)量通量的適配信號(hào)基本上取決于隨著空氣質(zhì)量流而變化的微分壓力測(cè)量的準(zhǔn)確程度。此外，可靠性取決于內(nèi)燃機(jī)的操作點(diǎn)。相似的情況適應(yīng)于直接測(cè)量細(xì)塵的情況；然后，測(cè)量的準(zhǔn)確性取決于溫度窗口 (為了確保諸如水蒸汽和未燃燒的燃料等可溶物質(zhì)冷凝，溫度窗口應(yīng)該高于閾值)，并且取決于針對(duì)傳感器的準(zhǔn)確性而測(cè)得的微粒質(zhì)量通量的速率。在步驟12中，積聚效率的改變速率被積分，然后用于修正在步驟1中計(jì)算出的名義積聚效率。修正值，也就是說(shuō)，修正過(guò)的名義積聚效率或者積分的積聚效率的改變速率隨后被存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，從而可以在重新起動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛的情況下直接獲得。如果積聚效率低于閾值，這表明微粒過(guò)濾器被過(guò)度使用或者出現(xiàn)問(wèn)題，此后產(chǎn)生診斷信息。通過(guò)診斷信息，可以更換微粒過(guò)濾器，由此確保排氣系統(tǒng)永久可靠的運(yùn)行。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的上述用于確定機(jī)動(dòng)車輛的排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法的實(shí)施的示例。在約觀0秒處過(guò)濾器被突然破壞。在圖4的第一個(gè)圖中，存儲(chǔ)的碳煙的質(zhì)量開(kāi)始時(shí)被調(diào)整為零。在圖4的第二個(gè)圖中能夠看見(jiàn)在約280秒處所述適配信號(hào)為負(fù)偏離。圖4 的第三個(gè)圖最后示出積聚效率的正規(guī)化數(shù)值從1改變?yōu)?，這表明過(guò)濾器完全失效。
權(quán)利要求
1.一種用于確定機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法，具有以下步驟根據(jù)在先前時(shí)間點(diǎn)存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、存儲(chǔ)的灰的體積和基體的壁溫度計(jì)算出名義積聚效率；確定所述微粒過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量；通過(guò)所述積聚效率、所述基體溫度和所述微粒質(zhì)量通量計(jì)算出存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、未燃燒的燃料和存儲(chǔ)的灰的體積；確定所述微粒過(guò)濾器兩側(cè)的壓差，其中考慮了空過(guò)濾器的基本壓降和/或存儲(chǔ)的碳煙的總質(zhì)量和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)在壁孔中的碳煙和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)的灰的體積和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響和/或存儲(chǔ)的易揮發(fā)的組分和空氣質(zhì)量流對(duì)壓降的影響；通過(guò)在過(guò)濾器兩側(cè)測(cè)得的壓降和空氣質(zhì)量流產(chǎn)生存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的細(xì)塵的極限函數(shù)；通過(guò)確定的壓差和空氣質(zhì)量流產(chǎn)生存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值；如果存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值位于極限函數(shù)之外，則通過(guò)從存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算質(zhì)量減去極限函數(shù)的極限并除以適配時(shí)間率以產(chǎn)生適配信號(hào)；通過(guò)適配信號(hào)改變估算的收集的細(xì)塵的質(zhì)量平衡或者碳煙燃燒的速率； 根據(jù)收集的細(xì)塵、壁溫度和碳煙燃燒的適配速率計(jì)算出過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量； 根據(jù)確定的過(guò)濾器上游的微粒質(zhì)量通量和下游的微粒質(zhì)量通量計(jì)算出積聚效率的適配速率；通過(guò)積分的積聚效率的適配速率對(duì)所述名義積聚效率進(jìn)行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述極限函數(shù)具有最小極限和最大極限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述確定的壓差被延時(shí)和/或被低通過(guò)濾器過(guò)濾ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中如果積聚質(zhì)量低于空過(guò)濾器的低的閾值并且如果壁溫度在約200°C和約400°C之間，則計(jì)算過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)下游的負(fù)微粒質(zhì)量通量除以確定的上游的微粒質(zhì)量通量并除以適配時(shí)間常數(shù)，計(jì)算出積聚效率的適配速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中為了獲得碳煙質(zhì)量通量和確定的上游的微粒質(zhì)量通量的高可靠性，選擇適配時(shí)間常數(shù)以使得快速進(jìn)行適配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中積分的積聚效率的適配速率存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中如果積聚效率低于閾值則產(chǎn)生診斷fn息ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率的方法，包括計(jì)算名義積聚效率；確定微粒質(zhì)量通量；計(jì)算存儲(chǔ)的碳煙質(zhì)量、未燃燒的燃料和存儲(chǔ)的灰的體積；確定微粒過(guò)濾器兩側(cè)的壓差；產(chǎn)生存儲(chǔ)在過(guò)濾器中的細(xì)塵的極限函數(shù)；產(chǎn)生存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值；如果存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算值在極限函數(shù)的外面，則通過(guò)從存儲(chǔ)的細(xì)塵的估算質(zhì)量減去極限函數(shù)的極限并除以適配時(shí)間率以產(chǎn)生適配信號(hào)；通過(guò)適配信號(hào)改變估算的收集的細(xì)塵的質(zhì)量平衡或者碳煙燃燒的速率；計(jì)算過(guò)濾器下游的碳煙質(zhì)量通量；計(jì)算積聚效率的適配速率；通過(guò)積分的積聚效率的適配速率對(duì)名義積聚效率進(jìn)行修正。所述方法可提高機(jī)動(dòng)車輛排氣系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器的過(guò)濾效率。
文檔編號(hào)F01N9/00GK102454461SQ201110305200
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者Y·M·S·雅庫(kù)伯 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司