专利名称：监测颗粒过滤器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及排气后处理系统，更具体地说涉及监测排气后处理系统中的颗粒过滤
O
背景技术：
本节中的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。用于控制和处理排气供给流的已知后处理系统包括去除颗粒物(例如来自供给 流的元素碳颗粒)的颗粒过滤器装置。颗粒过滤器装置的已知应用包括在化学计量比稀侧 运行的内燃发动机，例如包括压缩点火(柴油)式发动机和稀薄燃烧火花点火式火发动机。 已知的颗粒过滤器装置在工作期间可能发生故障，这些故障会影响该装置从排气供给流去 除颗粒物的能力。
发明内容
一种监测具有入口、出口和基体的颗粒过滤器的方法，其中基体具有多孔壁并位 于入口与出口中间，该方法包括确定流到颗粒过滤器的排气供给流的质量流率；确定流 经基体多孔壁的排气供给流的质量流率；确定与流到颗粒过滤器的排气供给流的质量流率 和流经基体多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应的等效旁通面积；以及将等效 旁通面积与阈值进行比较。本发明还涉及以下技术方案。方案1. 一种监测颗粒过滤器的方法，所述颗粒过滤器具有入口、出口、和设置于 所述入口与所述出口中间并具有多孔壁的基体，所述方法包括
确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率； 确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率；
确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率和流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应；以及 将所述等效旁通面积与阈值进行比较。方案2.如方案1所述的方法，其中，确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的 质量流率包括
确定所述排气供给流在所述入口与所述出口之间的压力差； 确定所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度；以及
基于所述排气供给流在所述入口与所述出口之间的压力差以及所述颗粒过滤器上游 的排气供给流的温度，来确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率。方案3.如方案1所述的方法，其中，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质 量流率包括
测量流到产生排气供给流的内燃发动机的进气流量；以及
基于所述进气流量，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率。
方案4.如方案1所述的方法，还包括当所述等效旁通面积超过所述阈值时，检 测出所述颗粒过滤器中的故障。方案5.如方案1所述的方法，还包括 以迭代方式确定所述等效旁通面积；
对所述以迭代方式确定的等效旁通面积进行滤波，以确定经滤波的等效旁通面积；以
及
将所述经滤波的等效旁通面积与所述阈值进行比较。方案6. —种监测颗粒过滤器的完整性的方法，所述颗粒过滤器具有入口、出口 和设置于所述入口与所述出口中间的过滤基体，所述过滤基体具有多个交替闭合的平行流 道，所述平行流道具有取向平行于所述入口与所述出口之间的轴线的多孔壁，所述方法包 括
对所述颗粒过滤器进行再生；以及 在所述再生之后
确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率； 确定流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给流的质量流率；
确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率和流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应；以及 将所述等效旁通面积与阈值进行比较。方案7.如方案6所述的方法，其中，确定流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给 流的质量流率包括
监测所述颗粒过滤器两端的压力差；
确定所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度；以及
基于所述颗粒过滤器两端的压力差以及所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度，确 定流经所述过滤基体的多孔壁的排气的质量流率。方案8.如方案6所述的方法，其中，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质 量流率包括
测量流到产生排气供给流的内燃发动机的进气流量；以及
基于所述进气流量，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率。方案9.如方案6所述的方法，还包括当所述等效旁通面积超过所述阈值时，检 测出所述颗粒过滤器中的故障。方案10.如方案6所述的方法，还包括 以迭代方式确定所述等效旁通面积；
对所述以迭代方式确定的等效旁通面积进行滤波，以确定经滤波的等效旁通面积；以
及
将所述经滤波的等效旁通面积与所述阈值进行比较。方案11. 一种监测经再生的颗粒过滤器的方法，所述颗粒过滤器包括基体，所述 基体被配置成过滤排气，所述方法包括
确定流到所述颗粒过滤器的排气的质量流率； 确定所述排气的温度和所述颗粒过滤器两端的压力差；确定与所述排气的温度以及所述颗粒过滤器两端的压力差相对应的流经所述基体的 排气的质量流率；
确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气的质量流率和流 经所述基体的排气的质量流率之间的差相对应；
将所述等效旁通面积与阈值旁通面积进行比较；以及 当所述等效旁通面积超过所述阈值旁通面积时，检测出故障。 方案12.如方案11所述的方法，还包括 以迭代方式计算所述等效旁通面积；
将数字滤波器应用于所述以迭代方式计算出的等效旁通面积，以确定经滤波的等效旁 通面积；
将所述经滤波的等效旁通面积与所述阈值旁通面积进行比较；以及 当所述经滤波的等效旁通面积超过所述阈值旁通面积时，检测出故障。
现在将通过实例并参照附图对一个或多个实施例进行描述。图1是根据本发明的排气后处理系统和附随的内燃发动机的示意图。图2是根据本发明的用于排气后处理系统的颗粒过滤器装置的示意图。图3是根据本发明的流程图。
具体实施例方式现在参见附图，其中附图的目的仅仅是为了说明某些示例性实施例而不是限制这 些实施例，图1中示意性示出了排气后处理系统45、和包括根据本发明实施例而构造成的 控制模块5的附随的控制系统。在一个实施例中，排气后处理系统45流体联接到内燃发动 机10的排气歧管39，但本文所述的方法并不局限于此。在附图中相同的附图标记是指相同 的元件。在一个实施例中，发动机10包括多缸直喷四冲程内燃发动机，该发动机可在化学 计量空气/燃料比稀侧运行，从而产生可以被传递给传动系(未图示)的机械动力。进气系 统将进气引导至进气歧管29，该歧管将空气导向进气通道并分配入发动机10的各燃烧室。 进气系统包括空气流管道系统和用于监测并控制发动机进气流量的装置。优选地，该装置 包括用于监测流经发动机10的质量空气流量和进气温度的空气质量流量传感器32。其他 发动机控制装置，例如节气门(未图示)，可以控制流向发动机10的空气流量。发动机包括 排气歧管39，该歧管输送来自发动机10的排气并且将排气供给流引导至排气后处理系统 45。排气后处理系统45包括至少一个颗粒过滤器70，该颗粒过滤器被配置成去除来 自排气供给流的颗粒物。在图1所示的一个实施例中，在第二后处理装置60的上游存在有 第一后处理装置50。颗粒过滤器70是第三后处理装置，其位于第一后处理装置50和第二 后处理装置60的下游。在一个实施例中，第一后处理装置50包含氧化催化剂，第二后处理 装置60包含选择性催化还原装置。可以将后处理装置50、60和70组装成流体连接的并在 发动机舱和车身下部中的组装的结构。
排气后处理系统45配备有多个传感装置，用以监测排气供给流。优选地，所述传 感装置包括大范围空气/燃料比传感器40，该传感器可操作以监测来自排气歧管39的排 气供给流输出。第一温度传感器42监测颗粒过滤器70上游的排气供给流温度。第一压力 传感器44监测颗粒过滤器70上游的排气供给流压力。第二压力传感器46监测颗粒过滤 器70下游的排气供给流压力。第二温度传感器48监测颗粒过滤器70下游的排气供给流 温度。传感装置的信号输出由控制模块5监测。在一个实施例中，第一温度传感器42和第 二温度传感器48以及第一压力传感器44和第二压力传感器46被图示为单独的部件，但是 本发明并不局限于此。此外，第一压力传感器44和第二压力传感器46可以被包含单个传 感器(未图示)的压差传感系统所代替；该压差传感系统可操作以监测在颗粒过滤器70的 入口 58与出口 59之间的压力差，并且可操作以监测颗粒过滤器70的入口压力。 控制系统包括一组在控制模块5中被执行的控制算法。优选地，控制模块5包含 通用数字计算机，该计算机包括微处理器或中央处理单元、包含非易失性存储器(包括只 读存储器和电可编程只读存储器、随机存取存储器)的存储介质、高速时钟、模拟_数字转 换电路和数字-模拟电路、输入/输出电路系统和装置、以及适当的信号调节和缓冲电路系 统。控制模块5执行控制算法来监测颗粒过滤器70。控制算法包括存储于非易失性存储器 中的、被执行以提供控制系统的功能的常驻程序指令和校准(calibration)。在预设的循 环周期内执行该算法，使得每个算法在各循环周期内至少被执行一次。中央处理单元执行 该算法以监测来自上述传感装置的输入并且执行控制与诊断程序，优选地包括使用预设的 校准。在正在进行的发动机运行期间以有规律的间隔执行循环周期，例如，每3. 125,6. 25、 12. 5、25和100毫秒执行一次。可替代地，可以响应于事件的发生而执行该算法。在一个 实施例中，控制系统还能够控制发动机10的运行，包括控制以优选的空气/燃料比工作，从 而实现与驾驶员请求、燃料消耗、排放和驾驶性能有关的性能参数，同时控制进气流量从而 实现优选的空气/燃料比。发动机控制可以包括周期性地控制发动机工作而使颗粒过滤器 70再生。图2中示意性示出了颗粒过滤器70的实施例的细节，该颗粒过滤器被配置成去除 来自排气供给流的颗粒物。后处理装置70包括具有入口 58和出口 59的金属容器51，该金 属容器为设置在入口 58与出口 59中间的基体60提供结构性壳体。入口 58流体连接到第 二后处理装置60的流体出口(未图示)。出口 59流体连接到排气管(未图示)。绝缘的支 承材料52环绕基体60，并且机械地支撑和固定在金属容器51内的位于入口 58与出口 59 中间的基体60。绝缘的支承材料52还提供密封功能，以确保排气供给流从入口 58流经基 体60而流到出口 59。可以用载体涂层(washcoat)材料56涂覆基体60，在一个实施例中， 如图所示在基体60的入口侧涂覆载体涂层材料56。优选的载体涂层材料可以包括基于氧 化铝的载体涂层，包括例如钼、钯、铑和铈。优选地，基体60具有由挤制堇青石构成的蜂窝结构，并形成有多条平行于入口 58 与出口 59之间轴线的平行流道62。在多条流道62之间的、由挤制堇青石构成的基体60的 壁是多孔的。优选地，每条流道62在其一端闭合。优选地，相邻的流道62在相对的入口 58 和出口 59处交替地闭合。交替闭合的流道62导致在发动机工作期间当排气由于排气供给 流在入口 58与出口 59之间的压力差而从入口 58流向出口 59时，排气供给流流经基体60 的多孔壁。排气供给流在基体60多孔壁中流经，起着过滤或脱除排气供给流中的颗粒物并且使排气供给流非常接近于载体涂层的作用。可替代地，可以用其他过滤基体(包括泡沫) 来代替具有本文所述壁流式(wall-flow)设计的基体60。图3中示出了用于监测颗粒过滤器70 (包括监测其结构完整性)从而确定颗粒 过滤器70的功效的流程图300。优选地，对颗粒过滤器70的监测包括最初执行再生操作 (步骤310)来从基体60的壁清除所捕获的颗粒物。在示出的实施例中，再生操作可以包 括向包含氧化催化剂的第一后处理装置50提供过量的碳氢化合物以提高排气供给流的 温度。在使颗粒过滤器70再生之后，对排气供给流的参数(包括颗粒过滤器70的入口压 力以及颗粒过滤器70的入口 58与出口 59之间的压力差)进行监测。优选地，对颗粒过滤 器70的入 口 58和出口 59处的排气供给流的温度进行监测。然后确定流向颗粒过滤器70 的排气供给流的质量流率(步骤312)。可以利用空气质量流量传感器32来确定排气供给
流的质量流量]^exh。可替代地，可以用转速和负荷的发动机工况来确定排气供给流的质量
流景清洁的或经再生的颗粒过滤器70两端的压力差(‘ ΔΡε1_’ )可以表示为如下
权利要求
1.一种监测颗粒过滤器的方法，所述颗粒过滤器具有入口、出口、和设置于所述入口与 所述出口中间并具有多孔壁的基体，所述方法包括确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率； 确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率；确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率和流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应；以及 将所述等效旁通面积与阈值进行比较。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量 流率包括确定所述排气供给流在所述入口与所述出口之间的压力差； 确定所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度；以及基于所述排气供给流在所述入口与所述出口之间的压力差以及所述颗粒过滤器上游 的排气供给流的温度，来确定流经所述基体的多孔壁的排气供给流的质量流率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率包括测量流到产生排气供给流的内燃发动机的进气流量；以及基于所述进气流量，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率。
4.如权利要求1所述的方法，还包括当所述等效旁通面积超过所述阈值时，检测出所 述颗粒过滤器中的故障。
5.如权利要求1所述的方法，还包括 以迭代方式确定所述等效旁通面积；对所述以迭代方式确定的等效旁通面积进行滤波，以确定经滤波的等效旁通面积；以及将所述经滤波的等效旁通面积与所述阈值进行比较。
6.一种监测颗粒过滤器的完整性的方法，所述颗粒过滤器具有入口、出口和设置于所 述入口与所述出口中间的过滤基体，所述过滤基体具有多个交替闭合的平行流道，所述平 行流道具有取向平行于所述入口与所述出口之间的轴线的多孔壁，所述方法包括对所述颗粒过滤器进行再生；以及 在所述再生之后确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率； 确定流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给流的质量流率；确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率和流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应；以及 将所述等效旁通面积与阈值进行比较。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定流经所述过滤基体的多孔壁的排气供给流的 质量流率包括监测所述颗粒过滤器两端的压力差；确定所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度；以及基于所述颗粒过滤器两端的压力差以及所述颗粒过滤器上游的排气供给流的温度，确定流经所述过滤基体的多孔壁的排气的质量流率。
8.如权利要求6所述的方法，其中，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流 率包括测量流到产生排气供给流的内燃发动机的进气流量；以及基于所述进气流量，确定流到所述颗粒过滤器的排气供给流的质量流率。
9.如权利要求6所述的方法，还包括当所述等效旁通面积超过所述阈值时，检测出所 述颗粒过滤器中的故障。
10.一种监测经再生的颗粒过滤器的方法，所述颗粒过滤器包括基体，所述基体被配置 成过滤排气，所述方法包括确定流到所述颗粒过滤器的排气的质量流率； 确定所述排气的温度和所述颗粒过滤器两端的压力差；确定与所述排气的温度以及所述颗粒过滤器两端的压力差相对应的流经所述基体的 排气的质量流率；确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到所述颗粒过滤器的排气的质量流率和流 经所述基体的排气的质量流率之间的差相对应；将所述等效旁通面积与阈值旁通面积进行比较；以及 当所述等效旁通面积超过所述阈值旁通面积时，检测出故障。
全文摘要
本发明涉及监测颗粒过滤器的方法和装置。具体地，提供了一种监测颗粒过滤器的方法，所述方法包括确定等效旁通面积，所述等效旁通面积与流到颗粒过滤器的排气供给流的质量流率和流经基体多孔壁的排气供给流的质量流率之间的差相对应。
文档编号F01N3/023GK102128069SQ20111002159
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者孙 M. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司