柴油机DPF碳累积量的检测方法与流程

本发明涉及柴油微粒过滤领域，尤其涉及一种柴油机DPF碳累积量的检测方法。

背景技术：

柴油机因良好的经济性、动力性、可靠性和较低的CO、HC排放，被广泛应用于交通运输、工程机械等领域。但柴油机的微粒排放一直没有得到最优控制，为了降低环境污染和保护人类身体健康，国内外均制定了较为严格的排放标准。

目前，排放后处理装置已经成为柴油车用于解决碳微粒排放问题的一种标准配置，采用柴油微粒过滤器(DPF)进行处理被公认为是一种非常有效的方法。DPF的工作原理：柴油机排放的含有大量碳烟微粒的污染物通过排气管道进入DPF，其内部为蜂窝状结构，两端一边是敞开，一边是堵塞的通道壁，废气从敞开的一端进入，穿越多孔的蜂窝壁，然后从相邻的通道排出。大部分微粒由于体积过大而无法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不会排放到空气中。随着过滤下来的颗粒的积存，过滤孔逐渐堵塞，使排气阻力增加，导致发动机动力性和经济性恶化，因此必须及时除去DPF中的颗粒，称为DPF再生，即在合适的时机通过喷油在DPF中燃烧掉积存的碳微粒。

现有的柴油机DPF系统中计算碳微粒质量的方法主要基于DPF前后压差、废气体积流量，然后通过大量的试验数据形成MAP图估算碳微粒的质量。但是，此种检测方法需要在大量的试验数据基础上得到，其准确性很难确保，而且DPF前后压差在某些工况下存在较大的误差，直接影响DPF再生时刻；此外，现有检测方法较为粗糙，只能覆盖柴油机的部分行驶工况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，以解决现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，进而提高DPF系统的工作寿命。

本发明提供了一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，包括如下步骤：

步骤S1、对未装配使用且符合产品设计要求的标准DPF进行空载参数标定并记录，所述空载参数包括排气流量、DPF前后压差、入口温度和入口压力；

步骤S2、根据标定得到的所述空载参数确定用于计算空载压差的空载状态方程，并通过空载状态方程计算得到空载压差；

步骤S3、使发动机在行驶工况下运行以使所述标准DPF中碳的累计量持续增多，采集该状态下所述标准DPF前后的工况压差；

步骤S4、根据所述空载压差和所述工况压差，计算去除所述空载压差后的净压差；

步骤S5、根据所述净压差计算标准状态下的标准压差；

步骤S6、发动机在碳颗粒物排放量最大的工况点时的运行过程中，测量所述标准DPF中的碳累积量；

步骤S7、根据所述标准压差和所述碳累积量确定标准压差与碳累积量的标准压差标定曲线；

步骤S8、在发动机各工况下对待测DPF进行监控，得到所述待测DPF的标准压差，将所述待测DPF的标准压差与所述标准压差标定曲线进行比对，得到所述待测DPF的碳累积量。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，对所述标准DPF的所述DPF前后压差进行标定，具体包括：

通过设置在所述标准DPF的入口和出口处的压差传感器得到所述DPF前后压差。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，空载状态下参数标定的频率为2Hz，标定时间为1800s。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，根据标定得到的所述空载参数确定用于计算空载压差的空载状态方程具体包括：

步骤S21、根据理想气体状态方程以及所述排气流量、所述入口温度与所述入口压力获取排气体积；

步骤S22、根据压差标准公式和所述排气体积获取空载压差因子，所述压差标准公式如下：

ΔP’＝a₁×μ×Q+a₂×ρ×Q²

其中，a₁和a₂为空载压差因子，ΔP’为DPF前后压差，μ为排气粘度，ρ为排气密度，Q为排气体积；

步骤S23、根据所述空载压差因子获取空载状态方程，并通过空载状态方程计算得到空载压差；所述空载状态方程如下：

ΔP＝a₁×μ×Q+a₂×ρ×Q²

其中，ΔP为空载压差。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，根据所述净压差计算标准状态下的标准压差具体包括：

ΔP_index＝0.0018×ΔPsoot/(μ×Q)

其中，ΔP_soot为净压差，ΔP_index为标准压差。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，测量所述标准DPF中的碳累积量具体包括：

称量所述标准DPF累碳前后的重量，并做差值计算获得所述标准DPF中的碳累积量。

如上所述的柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，优选的是，称量所述标准DPF累碳前后的重量具体包括：

在设定的频次下称量标准DPF累碳前后的重量。

本发明提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法，解决了现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，提高了DPF系统的工作寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的两种不同柴油机系列的标准压差标定曲线。

附图标记说明：

1-第一系列DPF的标准压差标定曲线 2-第二系列DPF的标准压差标定曲线

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1为本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供了一种柴油机DPF碳累积量的检测方法，其中，包括如下步骤：

步骤S1、对未装配使用且符合产品设计要求的标准DPF进行空载参数标定并记录，所述空载参数包括排气流量、DPF前后压差、入口温度和入口压力。

具体地，未装配使用且符合产品设计要求的标准DPF可以采用全新的DPF。

其中，对标准DPF的DPF前后压差进行标定具体可以包括：通过设置在标准DPF的入口和出口处的压差传感器得到DPF前后压差。

该步骤可以分为以下几个步骤进行：

步骤S11、在标准DPF的入口和出口处设置压差传感器；

步骤S12、使发动机在空载下运行；

步骤S13、通过读取压差传感器记录的数据得到DPF前后压差。

步骤S2、根据标定得到的所述空载参数确定用于计算空载压差的空载状态方程，并通过空载状态方程计算得到空载压差。

具体地，空载状态下参数标定的频率为2Hz，标定时间为1800s，通过频率和时间可以获得空载状态下标定的总次数为3600次，同时可以获得3600组数据，以保证足够的数据支持。

具体地，根据标定得到的空载参数确定用于计算空载压差的空载状态方程可具体包括：

步骤S21、根据理想气体状态方程以及排气流量、入口温度与入口压力获取排气体积；

其中，理想气体状态方程采用现有技术中的理想气体状态方程：

pQ＝nRT

其中，p为理想气体的压强，Q为排气体积，n为气体物质的量，R为理想气体常数，T为入口温度。

步骤S22、根据压差标准公式和排气体积获取空载压差因子，其中，压差标准公式如下：

ΔP’＝a₁×μ×Q+a₂×ρ×Q²

其中，a₁和a₂为空载压差因子，ΔP’为DPF前后压差，μ为排气粘度，ρ为排气密度，Q为排气体积。

根据压差标准公式和排气体积获取空载压差因子具体可以包括：

步骤S221、根据标准压差公式以及步骤S21中计算得出的排气体积与排气粘度、排气密度和步骤S1中记录的DPF前后压差，反推出3600组空载压差因子的数值；

步骤S222、将3600组空载压差因子的数值通过最小二乘法得到空载压差因子的精确值。

步骤S23、根据空载压差因子获取空载状态方程，并通过空载状态方程计算得到空载压差；其中，空载状态方程如下：

ΔP＝a₁×μ×Q+a₂×ρ×Q²

其中，ΔP为空载压差。

步骤S3、使发动机在行驶工况下运行以使标准DPF中碳的累计量持续增多，采集该状态下标准DPF前后的工况压差。

具体地，采集发动机行驶工况下标准DPF前后的工况压差具体包括：

步骤S31、在标准DPF的入口和出口处设置压差传感器；

步骤S32、使发动机在行驶工况下运行；

步骤S33、通过读取压差传感器记录的数据得到DPF前后的工况压差。

步骤S4、根据空载压差和工况压差，计算去除所述空载压差后的净压差。

步骤S5、根据净压差计算标准状态下的标准压差。

具体地，根据净压差计算标准状态下的标准压差可具体包括：

ΔP_index＝0.0018×ΔP_soot/(μ×Q)

其中，ΔP_soot为净压差，ΔP_index为标准压差。

步骤S6、发动机在碳颗粒物排放量最大的工况点时的运行过程中，测量标准DPF中的碳累积量。

具体地，测量标准DPF中的碳累积量具体可以包括：

称量标准DPF累碳前后的重量，并做差值计算获得标准DPF中的碳累积量。

具体地，称量标准DPF累碳前后的重量具体可以包括：

在设定的频次下称量标准DPF累碳前后的重量。

步骤S7、根据所述标准压差和所述碳累积量确定标准压差与碳累积量的标准压差标定曲线。

具体地，确定标准压差与碳累积量的标准压差标定曲线具体可以包括：

步骤S71、建立横坐标和纵坐标，其中横坐标代表标准压差，纵坐标代表碳累积量。

具体地，建立横坐标和纵坐标具体可以包括：

步骤S711、将纵坐标上碳累积的质量点分别设定为5g、10g、15g、20g、25g、30g，以保证标准压差标定曲线较为精确。

图2为本发明实施例提供的两种不同柴油机系列的标准压差标定曲线，如图2所示：

步骤S72、根据检测获得的标准压差和称重获得的碳累积量，在坐标系内建立一种标准压差和碳累积量的标准压差标定曲线。

具体地，在坐标内建立一种标准压差和碳累积量的标准压差标定曲线具体可以包括：

步骤S721、对不同成型使用的DPF定义为不同系列，将第一系列DPF的标准压差标定曲线1建立在坐标系内；

步骤S722、在第一系列DPF的标准压差标定曲线1所在坐标系内建立第二系列DPF的标准压差标定曲线2。

需要说明的是，可以将多个不同系列的DPF标准压差标定曲线建立在同一坐标系内，以便于实现多种DPF碳累积量的监控和比对。

步骤S8、在发动机各工况下对待测DPF进行监控，得到待测DPF的标准压差，将待测DPF的标准压差与标准压差标定曲线进行比对，得到待测DPF的碳累积量。

具体地，在发动机各工况下对待测DPF进行监控，得到待测DPF的标准压差具体可以包括：

步骤S81、根据空载状态方程确定待测DPF的空载压差；

步骤S82、通过压差传感器获取待测DPF的工况压差；

步骤S83、根据待测DPF的工况压差和空载压差，获取去除空载压差后待测DPF的净压差；

步骤S84、根据待测DPF的净压差获取待测DPF的标准压差。

本发明实施例提供的柴油机DPF碳累积量的检测方法，解决了现有柴油机DPF再生时刻不准确的问题，提高了DPF系统的工作寿命。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。