一種柴油機微粒捕集器dpf碳累積量估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車尾氣后處理領域，特別是涉及一種新的柴油機微粒捕集器（DPF) 碳累積量估計方法。
【背景技術】
[0002] 柴油機的燃燒熱效率和動力性、經(jīng)濟性都要優(yōu)于汽油機，因此柴油機應用越來越 廣泛，但是由于柴油機的排放特性較汽油機差，對環(huán)境危害較大。其污染物主要是微粒排放 物質(zhì)，微粒排放物質(zhì)對人體健康有嚴重影響。隨著排放法規(guī)的日趨嚴格，排放后處理裝置已 經(jīng)成為柴油車用于解決碳微粒排放問題的一種標準配置。目前，柴油機微粒捕集器OPF) 是公認的最有效的一種柴油機微粒后處理方法。
[0003] DPF是一種安裝在柴油發(fā)動機排放系統(tǒng)中的過濾器，主要用蜂窩陶瓷過濾體、陶瓷 纖維編織物、金屬蜂窩過濾體和金屬編織物等作為過濾材料，它能捕捉尾氣中的微粒物質(zhì)， 能減少柴油發(fā)動機工作所產(chǎn)生的碳微粒的90%以上。它的基本工作原理是：DPF安裝于柴 油機尾氣排放管上，尾氣進入DPF，微粒會吸附在過濾材料上，從而減少尾氣中的微粒物； 但是工作一段時間后，DPF吸附的微粒逐漸增多以至于將過濾材料的孔隙堵塞，引起發(fā)動 機背壓升高，影響柴油機尾氣的正常排放，導致發(fā)動機性能下降，此時就必須對DPF進行再 生，即去除過濾材料上吸附的微粒，讓DPF可以重新吸附微粒，繼續(xù)工作。
[0004] 目前主要的主動再生方法是噴油助燃再生、電加熱再生、微波加熱再生、紅外加熱 再生、逆向噴氣再生等。在DPF上安裝用于提高管道溫度以便燃燒掉吸附在DPF過濾器上 的碳微粒的加熱裝置，控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)判斷是否達到再生條件，當條件滿足時， 控制加熱裝置加熱過濾器，燃燒掉吸附在DPF過濾器上的碳微粒，完成DPF的主動再生。因 此何時進行再生是目前DPF控制策略的關鍵技術問題。目前對再生時機判斷的方法有很 多，如閾值排氣背壓法、燃油消耗量法、排氣背壓，轉速和負載三者結合法，但這些方法都存 在一定不足，如不可靠、計算復雜等，直接影響了判斷再生時機的準確性。
[0005] 中國專利公告號CN103016104A公布了一種計算碳累積量的方法和裝置，但是其 計算過程使用了很多物理意義不明確的修正系數(shù)，系數(shù)獲取較困難，同時也導致計算精度 不高，而且其計算過程過于繁復，實用性不高；中國專利公告號CN103511043A提出了根 據(jù)發(fā)動機排氣體積流量和DPF修正后的壓差值查詢碳載量的方法，但是這種方法考慮的因 素較少，得到的碳累積量數(shù)據(jù)精確性較差；中國專利公告號CN104061051A公布了一種柴 油機顆粒捕捉器再生時機控制方法，該方法是通過查閱壓差值與碳載量的對應表得出DPF 碳載量估計值，這種方法對標定數(shù)據(jù)的要求較高，且需要針對不同的工況設定不同的表格， 實現(xiàn)難度和估計精度較差；其他專利文獻中對于碳累積量的計算方法缺乏詳細描述，大多 都是采用的排氣背壓法，但是都沒有具體描述如何利用排氣背壓法確定碳累積量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種新的柴油機微粒捕集器（DPF) 碳累積量估計方法，該方法可以快速準確的計算出微粒捕集器中的微粒累積量，為判斷再 生時機提供科學合理的依據(jù)。
[0007] 本發(fā)明實施例公開了如下技術方案：
[0008] 通過壓差傳感器測得DPF前后總壓力差；
[0009] 利用壓差傳感器采集的DPF兩端的壓差信號使用低通濾波器進行過濾，以提高壓 差f目號的精確度；
[0010] 根據(jù)DPF前后總壓力差和廢氣體積流量得到DPF的總流阻；
[0011] 根據(jù)灰分質(zhì)量和廢氣體積流量得到DPF殘余碳產(chǎn)生的流阻，總流阻減去白載體流 阻及殘余碳產(chǎn)生的流阻即可得到積碳所產(chǎn)生的流阻，根據(jù)積碳產(chǎn)生的流阻與廢氣體積流量 即可得到碳積累量。
[0012] 優(yōu)選的，在計算積碳產(chǎn)生的流阻過程中，引入了電路壓降模型，采用等效模型由 DPF前后壓降和廢氣體積流量得到DPF的總流阻。
[0013] 優(yōu)選的，本發(fā)明提出了一種碳積累量的增量估計方法，將碳積累量的增量部分分 為由總流阻的變化引起的積碳量變化、由灰分質(zhì)量引起的積碳量變化和由廢氣體積流量引 起的積碳量變化三部分，可以方便的基于已有碳積累量的數(shù)據(jù)對下一時刻的碳積累量進行 估計。
[0014] 具體推導過程如下：
[0015] 其中APm為測量得到的DPF前后壓力差，
[0016] Rs為白載體的流阻，
[0017] Rh為再生殘余碳的流阻，
[0018] Rc為積碳后的流阻，
[0019] Qv為廢氣體積流量，
[0020] m。'為灰分質(zhì)量流量，
[0021] m。為灰分質(zhì)量，
[0022] Qm為廢氣質(zhì)量流量，
[0023] C為DPF碳積累量，
[0024] 下標i和i+1分別表不不同的時刻。
[0025] C=C(Rc，Qv)
【主權項】
1. 一種柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：包括： 通過壓差傳感器測得DPF前后總壓力差Λ Pm; 利用壓差傳感器采集的DPF兩端的壓差信號使用低通濾波器進行過濾，以提高壓差信 號的精確度； 根據(jù)DPF前后總壓力差和廢氣體積流量得到DPF的總流阻； 根據(jù)灰分質(zhì)量和廢氣體積流量得到DPF殘余碳產(chǎn)生的流阻，總流阻減去白載體流阻及 殘余碳產(chǎn)生的流阻即可得到積碳所產(chǎn)生的流阻，根據(jù)積碳產(chǎn)生的流阻與廢氣體積流量即可 得到碳積累量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：所 述的DPF總流阻通過測得的DPF前后總壓力差和廢氣體積流量由等效壓降模型得到；所述 總流阻包括白載體流阻、殘余碳產(chǎn)生的流阻和積碳產(chǎn)生的流阻。
3. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：所 述積碳產(chǎn)生的流阻由所述總流阻與所述白載體流阻及所述殘余碳產(chǎn)生的流阻的差得到。
4. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：所 述殘余碳產(chǎn)生的流阻由灰分質(zhì)量和廢氣體積流量得到；灰分質(zhì)量由以下方式得到： 通過發(fā)動機轉速和廢氣質(zhì)量流量得到灰份質(zhì)量流量； 將灰份質(zhì)量流量積分得到灰份質(zhì)量。
5. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：所 述白載體流阻由DPF的結構決定，該數(shù)據(jù)由DPF廠商提供。
6. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：根 據(jù)積碳產(chǎn)生的流阻和廢氣體積流量計算得到對應的DPF碳累積量。
7. 根據(jù)權利要求1所述的柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，其特征在于：碳 積累量可由增量方式得到，碳積累量的增量部分具體包括：由總流阻的變化引起的積碳量 變化、由灰分質(zhì)量引起的積碳量變化和由廢氣體積流量引起的積碳量變化，如下式所示：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柴油機微粒捕集器DPF碳累積量估計方法，通過壓差傳感器測得DPF前后總壓力差，根據(jù)DPF前后總壓力差和廢氣體積流量得到DPF的總流阻，根據(jù)灰分質(zhì)量和廢氣體積流量得到DPF殘余碳產(chǎn)生的流阻，總流阻減去白載體流阻及殘余碳產(chǎn)生的流阻即可得到積碳所產(chǎn)生的流阻，根據(jù)積碳產(chǎn)生的流阻與廢氣體積流量即可得到碳積累量；所述灰分質(zhì)量通過廢氣質(zhì)量流量和發(fā)動機轉速經(jīng)過積分計算得到。本發(fā)明提出了碳積累量增量估計方法，可以基于當前總流阻、當前灰分質(zhì)量和當前廢氣體積流量計算出碳積累量的增量，然后得到當前的碳積累量。本發(fā)明方法得到的DPF碳累積量估計精度更高，而且避免了使用現(xiàn)有估計方法中物理意義不明確的參數(shù)，估計過程更加快速精確，從而大大提高了判斷DPF再生時機的準確性。
【IPC分類】F01N11-00
【公開號】CN104832258
【申請?zhí)枴緾N201510214118
【發(fā)明人】胡廣地, 余勝, 郭瑞華, 張軻, 杜艷婷
【申請人】西南交通大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月30日