一种柴油机微粒捕集器dpf碳累积量估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车尾气后处理领域，特别是涉及一种新的柴油机微粒捕集器（DPF) 碳累积量估计方法。
【背景技术】
[0002] 柴油机的燃烧热效率和动力性、经济性都要优于汽油机，因此柴油机应用越来越 广泛，但是由于柴油机的排放特性较汽油机差，对环境危害较大。其污染物主要是微粒排放 物质，微粒排放物质对人体健康有严重影响。随着排放法规的日趋严格，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。目前，柴油机微粒捕集器OPF) 是公认的最有效的一种柴油机微粒后处理方法。
[0003] DPF是一种安装在柴油发动机排放系统中的过滤器，主要用蜂窝陶瓷过滤体、陶瓷 纤维编织物、金属蜂窝过滤体和金属编织物等作为过滤材料，它能捕捉尾气中的微粒物质， 能减少柴油发动机工作所产生的碳微粒的90%以上。它的基本工作原理是：DPF安装于柴 油机尾气排放管上，尾气进入DPF，微粒会吸附在过滤材料上，从而减少尾气中的微粒物； 但是工作一段时间后，DPF吸附的微粒逐渐增多以至于将过滤材料的孔隙堵塞，引起发动 机背压升高，影响柴油机尾气的正常排放，导致发动机性能下降，此时就必须对DPF进行再 生，即去除过滤材料上吸附的微粒，让DPF可以重新吸附微粒，继续工作。
[0004] 目前主要的主动再生方法是喷油助燃再生、电加热再生、微波加热再生、红外加热 再生、逆向喷气再生等。在DPF上安装用于提高管道温度以便燃烧掉吸附在DPF过滤器上 的碳微粒的加热装置，控制系统根据接收到的数据判断是否达到再生条件，当条件满足时， 控制加热装置加热过滤器，燃烧掉吸附在DPF过滤器上的碳微粒，完成DPF的主动再生。因 此何时进行再生是目前DPF控制策略的关键技术问题。目前对再生时机判断的方法有很 多，如阈值排气背压法、燃油消耗量法、排气背压，转速和负载三者结合法，但这些方法都存 在一定不足，如不可靠、计算复杂等，直接影响了判断再生时机的准确性。
[0005] 中国专利公告号CN103016104A公布了一种计算碳累积量的方法和装置，但是其 计算过程使用了很多物理意义不明确的修正系数，系数获取较困难，同时也导致计算精度 不高，而且其计算过程过于繁复，实用性不高；中国专利公告号CN103511043A提出了根 据发动机排气体积流量和DPF修正后的压差值查询碳载量的方法，但是这种方法考虑的因 素较少，得到的碳累积量数据精确性较差；中国专利公告号CN104061051A公布了一种柴 油机颗粒捕捉器再生时机控制方法，该方法是通过查阅压差值与碳载量的对应表得出DPF 碳载量估计值，这种方法对标定数据的要求较高，且需要针对不同的工况设定不同的表格， 实现难度和估计精度较差；其他专利文献中对于碳累积量的计算方法缺乏详细描述，大多 都是采用的排气背压法，但是都没有具体描述如何利用排气背压法确定碳累积量。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种新的柴油机微粒捕集器（DPF) 碳累积量估计方法，该方法可以快速准确的计算出微粒捕集器中的微粒累积量，为判断再 生时机提供科学合理的依据。
[0007] 本发明实施例公开了如下技术方案：
[0008] 通过压差传感器测得DPF前后总压力差；
[0009] 利用压差传感器采集的DPF两端的压差信号使用低通滤波器进行过滤，以提高压 差f目号的精确度；
[0010] 根据DPF前后总压力差和废气体积流量得到DPF的总流阻；
[0011] 根据灰分质量和废气体积流量得到DPF残余碳产生的流阻，总流阻减去白载体流 阻及残余碳产生的流阻即可得到积碳所产生的流阻，根据积碳产生的流阻与废气体积流量 即可得到碳积累量。
[0012] 优选的，在计算积碳产生的流阻过程中，引入了电路压降模型，采用等效模型由 DPF前后压降和废气体积流量得到DPF的总流阻。
[0013] 优选的，本发明提出了一种碳积累量的增量估计方法，将碳积累量的增量部分分 为由总流阻的变化引起的积碳量变化、由灰分质量引起的积碳量变化和由废气体积流量引 起的积碳量变化三部分，可以方便的基于已有碳积累量的数据对下一时刻的碳积累量进行 估计。
[0014] 具体推导过程如下：
[0015] 其中APm为测量得到的DPF前后压力差，
[0016] Rs为白载体的流阻，
[0017] Rh为再生残余碳的流阻，
[0018] Rc为积碳后的流阻，
[0019] Qv为废气体积流量，
[0020] m。'为灰分质量流量，
[0021] m。为灰分质量，
[0022] Qm为废气质量流量，
[0023] C为DPF碳积累量，
[0024] 下标i和i+1分别表不不同的时刻。
[0025] C=C(Rc，Qv)
【主权项】
1. 一种柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：包括： 通过压差传感器测得DPF前后总压力差Λ Pm; 利用压差传感器采集的DPF两端的压差信号使用低通滤波器进行过滤，以提高压差信 号的精确度； 根据DPF前后总压力差和废气体积流量得到DPF的总流阻； 根据灰分质量和废气体积流量得到DPF残余碳产生的流阻，总流阻减去白载体流阻及 残余碳产生的流阻即可得到积碳所产生的流阻，根据积碳产生的流阻与废气体积流量即可 得到碳积累量。
2. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：所 述的DPF总流阻通过测得的DPF前后总压力差和废气体积流量由等效压降模型得到；所述 总流阻包括白载体流阻、残余碳产生的流阻和积碳产生的流阻。
3. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：所 述积碳产生的流阻由所述总流阻与所述白载体流阻及所述残余碳产生的流阻的差得到。
4. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：所 述残余碳产生的流阻由灰分质量和废气体积流量得到；灰分质量由以下方式得到： 通过发动机转速和废气质量流量得到灰份质量流量； 将灰份质量流量积分得到灰份质量。
5. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：所 述白载体流阻由DPF的结构决定，该数据由DPF厂商提供。
6. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：根 据积碳产生的流阻和废气体积流量计算得到对应的DPF碳累积量。
7. 根据权利要求1所述的柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，其特征在于：碳 积累量可由增量方式得到，碳积累量的增量部分具体包括：由总流阻的变化引起的积碳量 变化、由灰分质量引起的积碳量变化和由废气体积流量引起的积碳量变化，如下式所示：
【专利摘要】本发明公开了一种柴油机微粒捕集器DPF碳累积量估计方法，通过压差传感器测得DPF前后总压力差，根据DPF前后总压力差和废气体积流量得到DPF的总流阻，根据灰分质量和废气体积流量得到DPF残余碳产生的流阻，总流阻减去白载体流阻及残余碳产生的流阻即可得到积碳所产生的流阻，根据积碳产生的流阻与废气体积流量即可得到碳积累量；所述灰分质量通过废气质量流量和发动机转速经过积分计算得到。本发明提出了碳积累量增量估计方法，可以基于当前总流阻、当前灰分质量和当前废气体积流量计算出碳积累量的增量，然后得到当前的碳积累量。本发明方法得到的DPF碳累积量估计精度更高，而且避免了使用现有估计方法中物理意义不明确的参数，估计过程更加快速精确，从而大大提高了判断DPF再生时机的准确性。
【IPC分类】F01N11-00
【公开号】CN104832258
【申请号】CN201510214118
【发明人】胡广地, 余胜, 郭瑞华, 张轲, 杜艳婷
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月30日