一种基于射频技术监控碳累积量实现dpf准确再生的方法及设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种颗粒捕捉器的辅助设备，特别涉及一种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的方法及设备。该设备包括：控制器、RF发生器、RF接收器，所述的RF发生器用于获取RF信号；所述的控制器分别与所述的RF发生器和RF接收器连接，所述的控制器用于基于RF谐振频率和碳累积量的对应关系实时进行DPF过滤体中碳累积量的测量；控制器还与DPF内的再生装置相连，当碳累积量达到再生启动阈值时，控制器启动再生装置进行再生。该设备可以在DPF中碳累积量达到再生极限值时候，准确再生，防止因碳累积过多而导致的DPF对尾气处理效果下降，防止漏排现象的发生。
【专利说明】
-种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的方法及 设备
技术领域
[0001] 本发明设及一种颗粒捕捉器的辅助设备，特别设及一种基于射频技术监控碳累积 量实现DPF准确再生的方法及设备。
【背景技术】
[0002] 颗粒捕捉器DPF(Diesel Particulate Filter)是一种安装在柴油发动机排放系 统中的陶瓷过滤器，它可W在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。催化氧化器D0C (Diesel Oxidation化化lyst)是安装在发动机排气管路中，通过氧化反应，将发动机排气 中一氧化碳(C0)和碳氨化合物(HC)转化成无害的水(也0)和二氧化碳(0)2)的装置。
[0003] DPF技术是减少柴油发动机尾气PM排放量的有效手段，然而，DPF目前再生过程中 存在的主要问题是再生不完全和过滤体损坏，判断再生时机实质上就是判断DPF中碳累积 量是否满足再生的需求，决定再生系统何时开始工作。再生过早，微粒沉积质量过少，持续 燃烧溫度过低，燃烧过程中火焰容易焰灭，再生不彻底;再生过迟，微粒质量过多，会造成 DPF再生时过热损坏，因此准确判断再生时机对保证再生的安全性具有重要意义。
[0004] 另外，准确判断再生时机对提高发动机燃油经济性再生频率过高会增加后处理系 统的能量消耗而导致发动机燃油经济性下降，而再生频率过低则又会因捕集器中碳累积量 过多而导致排气背压上升使得发动机性能下降，油耗增加。然而在车辆实际运行过程中， DPF再生控制技术一般使用的是压差传感器控制，捕集器内碳累积量是没有办法直接测量 的，常常采用前后压差来间接测量碳累积量，并借助数学模型来判断再生时机，由于其方法 准确性极低，为了保证再生完全，此方法普遍再生时间远大于实际需要的再生时间，造成了 油耗的增加，并加速了过滤体的损坏，较少DPF的使用寿命，同时DPF吸附的颗粒逐渐增多会 致使过滤体材料的孔隙堵塞，引起发动机背压过高，导致发动机性能下降，影响驾驶体验， 也会加速发动机的老化。DPF寿命短剧良制DPF普及和使用的一大难题，只有将此问题解决， 才有可能真正推广DPF，切实贯彻节能减排的政策。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的设备，本设备可 W在DPF中碳累积量达到再生极限值时候，准确再生，防止因碳累积过多而导致的DPF对尾 气处理效果下降，防止漏排现象的发生。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的设备，该设备包括:控制器、 RF发生器、RF接收器，所述的RF发生器用于获取RF信号;所述的控制器分别与所述的RF发生 器和RF接收器连接，所述的控制器用于基于R巧皆振频率和碳累积量的对应关系实时进行 DPF过滤体中碳累积量的测量;控制器还与DPF内的再生装置相连，当碳累积量达到再生启 动阔值时，控制器启动再生装置进行再生。再生装置用于喷油再生，燃烧掉吸附在DPF过滤 体上的碳微粒，完成DPF的主动再生。
[0008] 本发明的装置和方法设计，是基于DPF中过滤体碳烟积累量不同时，经过腔体与 之发生谐振的射频信号(RF:Radio化equency)的频率也会有相应的偏移，而且通过实验发 现，谐振频率的偏移与碳烟颗粒质量浓度存在一定的一一对应关系。其适用性不随着发动 机工况的影响，因此可W实时对DPF碳烟浓度进行在线检测。
[0009] 作为优选，控制器包含RF处理模块和再生控制模块，RF处理模块对RF接收器接收 到的信号进行傅里叶变换，转换到能量谱，对所述能量谱曲线进行平滑处理，得到峰值所对 应的频率，即为R巧皆振频率，将所得到的谐振频率与预先存储的RF谐振频率和碳累积量的 函数关系进行查找，得到碳累积量，当达到再生启动阔值时，再生控制模块发出再生信号， 控制喷油再生。
[0010] 作为优选，DPF系统内自进气到出气方向依次安装有再生装置、D0C和DPF过滤体， RF发生器设置于D0C和DPF过滤体之间，RF接收器设置于DPF过滤体之后。
[0011] -种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的方法，该方法包括：
[0012] ① DPF启动后，RF发生器发射各个频段等幅射频信号进入腔体；
[0013] ②经过累积有碳烟颗粒的DPF过滤体后，RF接收器将采集到的改变后的RF信号传 输到控制器，并对采集到的信号进行傅里叶变换和电路处理得到谐振频率；
[0014] ③参考标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲线，用所得到谐振频率确定DPF中 碳累积量，根据碳累积量与事先标定的再生启动阔值进行比较，
[0015] 当低于再生启动阔值时，回到步骤①；
[0016] 当达到或高于再生启动阔值时，控制器传输给再生装置一个启动信号，开启DPF再 生过程；
[0017] ④RF发生器继续工作，RF发生器发射各个频段等幅射频信号进入腔体；
[0018] ⑤经过累积有碳烟颗粒的DPF过滤体后，RF接收器将采集到的改变后的RF信号传 输到控制器，并对采集到的信号进行傅里叶变换和电路处理得到谐振频率；
[0019] ⑥参考标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲线，用所得到谐振频率确定DPF中 碳累积量，根据碳累积量与事先标定的再生终止阔值进行比较，
[0020] 当达到或低于再生终止阔值时，控制器传输给再生装置一个终止信号，DPF再生过 程结束；
[0021 ]当高于再生终止阔值时，回到步骤④。
[0022 ]作为优选，等幅射频信号的范围在0.4-2.4G化。
[0023] 作为优选，得到的谐振频率一碳累积量曲线的方法是:将所述设备接到柴油机台 架后，利用柴油机稳定工况下碳累积量与工作时间近线性的关系，得到工作时间内碳累积 量的变化曲线，利用本设备测出工作时间内谐振频率的变化曲线，两条曲线拟合到一起，即 得到标定的谐振频率一碳累积量曲线。
[0024] 作为优选，再生启动阔值为12g，再生终止阔值为O.lg。当DPF碳累积量达到15g时， DPF的捕集效率已经严重受到影响，并导致了漏排的现象，因此我们将再生启动阔值定为 12g，再生终止阔值定为O.lg。
[0025] -种含有所述的设备的柴油机微粒捕集器DPF。
[0026] 本发明的有益效果是:本设备可W在DPF中碳累积量达到再生极限值时候，准确再 生，防止因碳累积过多而导致的DPF对尾气处理效果下降，防止漏排现象的发生;并且与传 统使用的压差传感器不同，其再生结束的时间控制更为准确，可W减少再生过程燃油消耗 量。同时，运一装置的成本较低，可W达到节约成本和消耗，实施较为容易，应用范围较广。
【附图说明】
[0027]图1为采用了 RF传感器的DPF系统图；
[00%]图2为RF传感器工作的流程图；
[0029 ] 图中：再生装置1，D0C2，RF发生器3，DPF过滤体4，RF接收器5，控制器6。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应 当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或 改变都将落入本发明保护范围。
[0031] 实施例：
[0032] 如图1所示的DPF系统内安装有基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的设 备，该设备包括:控制器6(包含RF处理模块、再生控制模块）、RF发生器3、RF接收器5"DPF系 统内自进气到出气方向依次安装有再生装置1、D0C2和DPF过滤体4，RF发生器3设置于D0C2 和DPF过滤体4之间，RF接收器5设置于DPF过滤体4之后。所述的RF发生器用于获取RF信号； 所述的控制器分别与所述的RF发生器和RF接收器连接，用于基于R内皆振频率和碳累积量的 对应关系实时进行DPF过滤体中碳累积量的测量。控制器还与DPF内的再生装置1相连，W实 现碳累积量达到再生启动阔值时，控制器启动再生装置进行再生的目的。再生装置1用于喷 油再生，燃烧掉吸附在DPF过滤体上的碳微粒，完成DPF的主动再生。
[0033] RF处理模块对RF接收器接收到的信号进行傅里叶变换，转换到能量谱，对所述能 量谱曲线进行平滑处理，得到峰值所对应的频率，即为谐振频率，将所得到的谐振频率与预 先存储的R巧皆振频率和碳累积量的函数关系进行查找，得到碳累积量，当达到再生启动阔 值时，再生控制模块发出再生信号，控制喷油再生。
[0034] 利用上述设备的基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的方法具体如下： [00巧]一)测量方法
[0036] 尾气从柴油机后经过联通管道进入DPF，进入DPF后，尾气先通过氧化型催化剂 D0C2,先处理一氧化碳(C0)、碳氨化合物化C)，经过D0C2处理的尾气进入D0C2与DPF过滤体4 之间的腔体，并不断在DPF过滤体上累积，RF发生器3分别发射出范围在0.4-2.4G化各个频 率波段的等幅度射频波段进入腔体，经过累积有碳烟颗粒的DPF过滤体后，RF信号受到碳烟 颗粒的吸收作用，信号特性改变，不同的碳累积量对于RF信号的吸收作用不同，因此在RF 接收器5上接收到的信号特性随着碳积累量的不同而发生改变。
[0037] RF接收器5将采集到的改变后的RF信号传输到控制器，并对采集到的信号进行傅 里叶变换，转换到能量谱。并计算处理能量谱中能量衰减最小部分，即波峰处的频率，根据 所得波峰的频率，对照事先进行标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲线进行确定DPF中 碳累积量。根据碳累积量与再生发生的最低碳累积量(再生启动阔值)进行比较，当达到再 生启动阔值时，给再生装置1 一个启动信号，再生过程发生，此时RF发生器3继续工作，随着 DPF过滤体上碳烟颗粒的高溫氧化，RF发生器3分别发射出范围在ο. 4-2.4G化各个频率波段 的等幅度射频波段进入腔体，RF接收器3将采集到的改变后的RF信号传输到控制器，并对采 集到的信号进行傅里叶变换，转换到能量谱。并计算处理能量谱中能量衰减最小部分，即波 峰处的频率，根据所得波峰的频率，对照事先进行标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲 线进行确定DPF中的碳累积量。根据碳累积量与再生结束的碳累积量(再生终止阔值)进行 比较，当达到再生终止阔值时，给再生装置1 一个终止信号，再生过程结束。
[0038] 二)标定方法
[0039] 本发明中，是在0.4-2.4G化的频域内对DPF中RF信号进行分析。DPF中RF的谐振频 率与碳累积量关联方法通过下述步骤确定：
[0040] 1、对DPF过滤体进行称重，获得未加载碳烟颗粒的DPF过滤体的质量
[0041] 使用正负误差为O.Olg的电子天平对未加载的碳烟颗粒的DPF过滤体称重，称重 前先对天平进行调零、清理。然后将DPF过滤体轻放在电子天平上，待示数稳定后记录数据， 重复称量Ξ次，将Ξ次称量平均值作为DPF过滤体质量。
[0042] 2、将带有DPF碳累积量测量设备的DPF接到柴油车尾气排放口进行DPF中碳烟颗粒 的加载。
[0043] 3、对加载后的DPF过滤体进行质量称量，所得值与未加载碳烟颗粒的DPF过滤体质 量进行比较后得到质量差，将质量差数值记录下来。
[0044] 4、RF发生器3分别发射各个频率波段的等幅度射频波段进入第一次加载碳烟颗粒 的DPF腔体内。
[0045] 5、DPF腔体内的RF接收器引尋RF信号传输至频谱分析仪，使用频谱分析仪对RF信号 进行处理，通过傅里叶变换，转换到能量谱，对所述能量谱曲线进行平滑处理，得到峰值所 对应的频率，即为谐振频率，将该谐振频率记录下来，与上述质量差进行对应。
[0046] 6、再次将DPF接到柴油车尾气排放口进行DPF中碳烟颗粒的第二次加载。
[0047] 7、重复上述4-5步骤获得谐振频率与碳累积量的对应关系。
[004引对比实验
[0049] 本实验采用传统DPF和带有DPF碳累积量测量设备的DPF进行对比控制，比较其实 验结果。
[0050] 其中，传统DPF保留压力传感器和溫度传感器，
[0051 ]带有DPF碳累积量测量设备的DPF中，RF发生器和RF接收器安装在DPF中，分别安 装在DPF过滤体前后。将此DPF安装至290F双缸风冷柴油机进行本装置测量值与实际碳载量 的对比实验，柴油机为立式、双缸、风冷、四冲程、直喷式型号柴油机，实验得到，传统DPF和 带有DPF碳累积量测量设备的DPF对碳累积量的测量值的对比，W及与用电子天平称量得到 的实际碳累积量的误差值。具体实验数据见表1。
[0化2] 表1
[0化3]
[0054] 根据实验结果，传统DPF测量出的碳累积量的精确度为l.lg，与文献记载采用压差 传感器控制而言精确度1.5g相近，而采用RF传感器进行控制时，控制的精确度达到了 O.lg。
[0055] W上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【主权项】
1. 一种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的设备，其特征在于该设备包括： 控制器、RF发生器、RF接收器，所述的RF发生器用于获取RF信号；所述的控制器分别与所述 的RF发生器和RF接收器连接，所述的控制器用于基于RF谐振频率和碳累积量的对应关系实 时进行DPF过滤体中碳累积量的测量;控制器还与DPF内的再生装置相连，当碳累积量达到 再生启动阈值时，控制器启动再生装置进行再生。2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于:控制器包含RF处理模块和再生控制模块， RF处理模块对RF接收器接收到的信号进行傅里叶变换，转换到能量谱，对所述能量谱曲线 进行平滑处理，得到峰值所对应的频率，即为RF谐振频率，将所得到的谐振频率与预先存储 的RF谐振频率和碳累积量的函数关系进行查找，得到碳累积量，当达到再生启动阈值时，再 生控制模块发出再生信号，控制喷油再生。3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于:DPF系统内自进气到出气方向依次安装有 再生装置、DOC和DPF过滤体，RF发生器设置于DOC和DPF过滤体之间，RF接收器设置于DPF过 滤体之后。4. 一种基于射频技术监控碳累积量实现DPF准确再生的方法，其特征在于该方法包括： ① DPF启动后，RF发生器发射各个频段等幅射频信号进入腔体； ② 经过累积有碳烟颗粒的DPF过滤体后，RF接收器将采集到的改变后的RF信号传输到 控制器，并对采集到的信号进行傅里叶变换和电路处理得到谐振频率； ③ 参考标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲线，用所得到谐振频率确定DPF中碳累 积量，根据碳累积量与事先标定的再生启动阈值进行比较， 当低于再生启动阈值时，回到步骤①； 当达到或高于再生启动阈值时，控制器传输给再生装置一个启动信号，开启DPF再生过 程； ④ RF发生器继续工作，RF发生器发射各个频段等幅射频信号进入腔体； ⑤ 经过累积有碳烟颗粒的DPF过滤体后，RF接收器将采集到的改变后的RF信号传输到 控制器，并对采集到的信号进行傅里叶变换和电路处理得到谐振频率； ⑥ 参考标定实验得到的谐振频率一碳累积量曲线，用所得到谐振频率确定DPF中碳累 积量，根据碳累积量与事先标定的再生终止阈值进行比较， 当达到或低于再生终止阈值时，控制器传输给再生装置一个终止信号，DPF再生过程 结束； 当高于再生终止阈值时，回到步骤④。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于:等幅射频信号的范围在0.4-2.4GHz。6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：得到的谐振频率一碳累积量曲线的方法 是:将所述设备接到柴油机台架后，利用柴油机稳定工况下碳累积量与工作时间近线性的 关系，得到工作时间内碳累积量的变化曲线，利用本设备测出工作时间内谐振频率的变化 曲线，两条曲线拟合到一起，即得到标定的谐振频率一碳累积量曲线。7. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于：再生启动阈值为12g，再生终止阈值为 0.1 g08. -种含有权利要求1所述的设备的柴油机微粒捕集器DPF。
【文档编号】F01N3/035GK105927340SQ201610309409
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】高翔, 竺新波, 郑成航, 岑可法, 骆仲泱, 倪明江, 张烁, 林国鑫, 胡帮, 虞培峰, 张嘉瑀, 戴慧纯, 周劲松, 翁卫国, 吴卫红, 张涌新
【申请人】浙江大学