专利名称：识别颗粒过滤器中的燃烧情况的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明要求2008年5月30日提交的0853563号法国专利申请的优先权，该申请 的内容(说明书、附图和权利要求书)被引用于本申请文件中。本发明与内燃机的防污染领域有关，特别与能够配置于内燃机的排气管路的颗粒 过滤器的控制有关，旨在吸附内燃机中因燃烧而生的颗粒。
背景技术：
内燃机运转时由于燃料的燃烧而产生要排出的气体，其中包括一定量的受控污染 物。特别是内燃机的燃烧而产生的污染物可能包括一些碳化的固体颗粒。由于不能限制内 燃机以使它仅排出允许数量的可控污染物，排出的气体必须经过处理以将这些污染物降低 到容许的界限以下。处理排气的装置通常位于内燃机的排放回路中。我们说的是对排气的后处理。这 种处理装置可能由一个或几个部件组成，特别是包括一个颗粒过滤器。机动车的颗粒过滤器能够通过过滤除去内燃机、通常是柴油机的排气中出现的固 体粒子。一旦在过滤器中被捕获，这些粒子必须被周期性地消除，方式是将过滤器中的温度 从450°C提高到700°C，以促成粒子的燃烧。这个操作自然地被称作颗粒过滤器的“再生”。 通常地，再生所需的能量通过使排气温度升高而得到。通常在再生阶段将排气的温度从内燃机运转时的正常温度提高所需的额外能量 是通过使用后喷射，也就是说在压缩循环的上死点之后的延后喷油，而提供的，或通过燃烧 收益的降低，再或是通过直接向排气管路中喷油提供。在使用后喷射的情况下碳氢燃料可能在内燃机内完全或部分地燃烧，使排气的温 度上升，或者，如果后喷射足够延迟，增加了排气中一氧化碳(CO)和碳化氢(HC)的含量，这 两者会在接触氧化性催化剂时氧化而产生热量。如果我们向内燃机的排气管路中直接喷入 雾状或汽态的碳氢燃料，上述现象同样可以发挥作用。但是，被过滤器捕获的碳化粒子是一些易燃材料，如果过滤器中应用了有助于再 生的添加剂，它们可能在温度大约高于450°C时自动燃烧，不然的话只要存在足够的燃料， 它们也会在温度达到600°C时自动燃烧。通常内燃机的排气中存在氧气，当颗粒过滤器中的炭黑量较大时，炭黑粒子就可 能发生燃烧，导致过滤器中释放出大量的能量，造成对它的损害(例如出现裂纹)或者破 坏。特别是在配置有过滤器的机动车辆主要在市内行驶的情况下，换句话说，在经常 低速行驶并频繁停驶的情况下，可观察到过滤器中的炭黑含量增加。在这些情况下，很难使 过滤器再生，因为排气的温度与颗粒过滤器再生的温度相去甚远，或者排气只在用于完成 再生的很短的短暂时段就达到启动再生的温度。典型地，柴油机动车辆被涡轮增压机增压 时，在涡轮增压机的涡轮出口处测量到的排气的温度在150°c左右，而为了启动加有添加剂 的过滤器的再生应该至少达到大约450°C的温度。
另外，如果颗粒过滤器中的炭黑量接连多次达到极限，内燃机就被拖入强负载的 状态下运转，排气的温度可能自动引发过滤器中的炭黑燃烧。另外，在某些情形下，在内燃 机停转前开始的炭黑的燃烧可以在停转后继续，甚至，如果排气回路非常热和过滤器未能 被排出的气流冷却的时候，炭黑的燃烧可以在内燃机停转稍后启动。这些非受控制的炭黑的燃烧如果发生在较高的温度下或者导致过滤器中的温度 快速上升，就可能损害过滤器。这种损害从不止一个方面而言都是不利的。一方面，这影响 到后处理系统的效率，另一方面，根据现行的和即将实行的有关车载诊断(0BD功能)的规 定，有必要在一个使用时间段内(根据EUR05标准，典型地为160 000公里)确保后处理系 统的效率，或者确保在后处理系统出故障时能够提醒开车的司机。法国雷诺集团的FM814498号专利提供了一种诊断颗粒过滤器故障或者通过观 察过滤器再生期内释出的能量来计算它的负载的装置。如果说通过不同的策略控制颗粒过 滤器的再生已为人所知，则现有技术并未掌握对过滤器中的粒子的这种自发燃烧进行控制 的方法，及其可能引致的过滤器的故障。此外，这种非受控制的粒子的燃烧会影响过滤器中炭黑的含有量，目前在测定炭 黑含有量的模块中尚未考虑这种情况。
发明内容
本发明的目的在于提出一种识别配置在内燃机排气管路中的颗粒过滤器中的燃 烧，特别是非受控燃烧的方法。这种对所检测到的燃烧的识别和定性可以诊断过滤器的故 障，或者了解燃烧对过滤器中的炭黑含有量的作用，且可在内燃机运转的整个过程中执行 这些功能。本发明可以在过滤器应用中的所有阶段对其进行控制，而非如现有技术所做到 的那样，仅在其受控再生的阶段对其进行控制。为此，所提的方法包括一个测定或估算所述颗粒过滤器中的燃烧的代表性参数 的步骤，以及一个处理所述参数以诊断燃烧情况和估算燃烧强度的步骤，该方法中的这些 步骤是在内燃机运转的整个过程中进行的，特别是在颗粒过滤器受控再生的时段之外进行 的，在一变型中，也在内燃机停止运转后的一预定的连续时间内进行。优选地，所考虑的代表性参数分别是该颗粒过滤器的入口处的温度和该颗粒过滤 器的出口处的温度。创新之处在于，对这些参数的估算、测定和处理也可以在过滤器的受控再生的时 段之外进行。此外，对所述参数估算、测量或处理在内燃机停止运转之后继续进行。通过这种方法，如果在一个预设的时间段内该颗粒过滤器的出口处的温度超过该 颗粒过滤器的入口处的温度的程度达到一个预设的界限，就可推断该颗粒过滤器中的颗粒 发生了不可控燃烧，此时内燃机的控制部件未发再生指令。在一个变型中，借助于该颗粒过滤器的入口处和出口处的温度的演变而估算出该 颗粒过滤器中的温度梯度，如果该被估算出的温度的梯度高于一个预设的最大值，就可推 断该颗粒过滤器中的颗粒发生了燃烧。当检测到所述颗粒过滤器中发生了燃烧时，借助于该次燃烧期间所述颗粒过滤器 的入口处和出口处的温度的演变和借助于该次燃烧的时间，可以估计在该次燃烧中烧出的炭漂量。5
所提出的方法可以用于诊断内燃机的排气管路中配置的颗粒过滤器的故障。如果 在一个预设的时间段内，颗粒过滤器的下游的温度超过颗粒过滤器的上游的温度的程度达 到一个预设的界限，事实上即可得出该颗粒过滤器出故障的推论。如果观察到的温度的梯度高于一个预设的限值，也可推断过滤器出了故障。对于一使用内燃机的车辆，该车辆包括一配置在该内燃机的排气管路中的一颗粒 过滤器，另外还包括一个车载诊断(OBD)模块，当检测到该颗粒过滤器的故障时，一个该颗 粒过滤器的故障信息被记入该模块。如果车辆，例如在其驾驶室内，还另外带有一提示颗粒过滤器异常的光报警装置， 当检测到颗粒过滤器的故障时，所述光报警装置被操控，以警示使用者出现了故障。本发明还包括一种实施所述方法的装置。该装置包括一带有配置一颗粒过滤器的 排气管路的内燃机，控制所述颗粒过滤器的再生的装置，估算在所述颗粒过滤器中的燃烧 的代表性参数的装置，处理所述代表性参数以便诊断燃烧情况及和据其确定燃烧强度的装 置，其特征在于，所述装置在内燃机运转的整个过程中周期性地被启动，而不是如现有技术 做到的那样，仅在颗粒过滤器受控再生的时段内被启动。优选地，该装置被配置一种估算或测量该颗粒过滤器入口处的温度的装置和一置 于该颗粒过滤器出口处的温度探测器。
图1中示出一个内燃机和它的主排气口，亦即它的进气和排气回路，以及排气后 处理装置，和根据本发明的优选实施例对颗粒过滤器实施诊断策略所需的装置。
具体实施例方式以下参考一幅附图对本发明做更详细的介绍，该图示意地表示根据一种优选的实 施方式，实施本发明的方法的装置。柴油内燃机1借助于一台涡轮增压机2而被增压。通过进气管3实现内燃机的进 气。通过排气管4实现燃烧后的排气。在本实施例中，排气的后处理应用了氧化性催化剂5和一个颗粒过滤器6。一个内燃机计算机7 (这里被表示为一个集合，事实上可以由几个部件组成，或划 分为多个电子卡或电子盒)指挥着内燃机的数个不同的控制规则、碳氢燃料喷射策略，以 及后处理装置的调用，特别是跟踪颗粒过滤器的填充。计算机7还包括一些控制装置，适于 控制颗粒过滤器6的周期性再生。内燃机计算机7还具有OBD (On Board Diagnostic，车载 诊断)功能，为内燃机及其外设的主要故障和异常进行了编目并进行记录，例如在出现功 能障碍的情况下，用光报警装置发出警报，提醒内燃机的操作者或者如上述装备的车辆的 驾驶员。在所介绍的优选实施例中，一个温度探测器10位于排气管4之中，在氧化性催化 剂5和颗粒过滤器6之间，且在颗粒过滤器6的入口处。一个温度探测器11位于排气管4 之中，且在颗粒过滤器6的出口处。注意过滤器入口处的温度探测器10可以很容易地被一种装入内燃机计算机中的 数字化测量模块而取代，其测量颗粒过滤器上游的温度。这个变型具有某种经济价值，牺牲一定的精确性，却可以与传统的机动车兼容。过滤器6入口处的温度探测器10和过滤器6出口处的温度探测器11与内燃机计 算机7例如通过总线12和13相互交流，另外，该计算机内含本发明所提出的方法。总体而 言，被研发出的该方法包括比较颗粒过滤器的上游温度和下游温度，以及这些温度在使用 内燃机1期间及一个预设的时段内的变化，比如在内燃机停止运转后的一分钟内。这些温 度并不是仅仅在过滤器6被内燃机的控制部件启动再生的期间被比较。通过跟踪上述两温度及其变化，所提出的诊断方法允许一方面识别颗粒过滤器6 中的自发燃烧，另一方面诊断过滤器6由过强或过快的能量释放而致的破坏。典型地，如果在某特定时段内，由过滤器6出口处的温度探测器11测量到的温度 超过过滤器入口处的探测器10的温度的程度达到某个特定值，在内燃机的控制部件7没有 命令过滤器6进行再生(例如通过碳氢燃料后喷射)时，根据本发明的策略就可推断在过 滤器6中发生了炭黑的非受控燃烧。上述温度和时段的设定值使得可以将过滤器6中的燃 烧和内燃机1的负载降低区分开来，当内燃机1的负载降低的时候，产生的排气温度降低， 由于过滤器6的热惯性，会短暂地造成探测器10测得的温度低于探测器11测得的温度。因 此我们可以容易地理解，上述温度和时段的设定值根据所应用的过滤器、内燃机和内燃机 的控制部件所允许的运转情况而有差异。另外，跟踪过滤器6的入口处和出口处的温度可以估算过滤器中的温度梯度。较 大的温度梯度是过滤器6中的非受控燃烧的好指标。检测一个这样的非受控燃烧，以及观察颗粒过滤器的上游和下游的温度以及它们 在自发燃烧期间的变化，还可以通过考虑非受控再生期间被氧化的粒子的数量，来纠正原 来估算的颗粒过滤器6的负载水平。另外，对于颗粒过滤器的受控或非受控再生，比较过滤器6的上游和下游的温度 可以推断过滤器的一些受到破坏的情况。在一个特定周期(可能与检测自发燃烧所用的时 段长度不同)内，当探测器11测得的温度超过探测器10的温度的程度达到一个特定值(可 能与检测非受控燃烧所用的限值不同)，就可推断过滤器受到破坏。同样，如果估算出的过滤器6中的温度梯度高于一个预设的最大值，就可推断过 滤器受到破坏。如果根据本发明的策略推断过滤器受到破坏，内燃机计算机7的OBD模块8会被 提醒。根据现行和未来的法律，信息可以被写入计算机7或OBD模块8的内存，一个提示故 障的发光装置会警示司机遇到了异常。根据现行的和即将实行的规定，例如欧洲标准EUR05就强制要求在160 000公里 的行驶里程内监控过滤器的过滤效率，那么在汽车应用中，必须能够提醒司机颗粒过滤器 发生了危急性的再生以及它的性能可能受到损害，这种再生是由于车辆的运转情况而引起 的、或非受控的以及可能运转被自动引发的。
权利要求
1.一种识别内燃机⑴的排气管路中配置的颗粒过滤器(6)中的燃烧情况的方法，该 颗粒过滤器(6)的周期性再生由适当的方式控制，所述方式包括一个测定或估算所述颗粒 过滤器(6)中的燃烧的代表性参数的步骤，以及一个处理所述参数以诊断所述燃烧情况和 估算燃烧强度的步骤，其特征在于，所述步骤是在内燃机(1)运转的整个过程中进行的，特 别是在颗粒过滤器(6)受控再生的时段之外进行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤在内燃机(1)停止运转后一段预 设时间内仍然进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述代表性参数是该颗粒过滤器(6) 的入口处的温度和该颗粒过滤器(6)的出口处的温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果在一个预设的时间段内该颗粒过滤 器(6)的出口处的温度超过该颗粒过滤器(6)的入口处的温度的程度达到一个预设的界 限，就可推断该颗粒过滤器(6)中的颗粒发生了燃烧。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，借助于该颗粒过滤器(6)的入口处和 出口处的温度的变化而估算出该颗粒过滤器(6)中的温度梯度，如果该被估算出的温度的 梯度高于一个预设的最大值，就可推断该颗粒过滤器(6)中的颗粒发生了燃烧。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，当检测到所述颗粒过滤 器(6)中发生了燃烧时，借助于该次燃烧期间所述颗粒过滤器(6)的入口处和出口处的温 度的变化和借助于该次燃烧的时间，可以估计在该次燃烧中烧出的炭黑量。
7.一种当实施权利要求2至4中的任意一项所述的燃烧识别方法时判断内燃机(1)的 排气管路中配置的颗粒过滤器(6)的故障的方法，其特征在于，如果在一个预设的时间段 内，该颗粒过滤器(6)的出口处的温度超过该颗粒过滤器(6)的入口处的温度的程度达到 一个预设的界限，即可推断该颗粒过滤器(6)出现了故障。
8.一种当实施权利要求2、3或5中的任意一项所述的燃烧识别方法时判断内燃机(1) 的排气管路中配置的颗粒过滤器(6)的故障的方法，其特征在于，如果该被估算出的温度 的梯度高于一个预设的限值，即可推断该颗粒过滤器(6)出现了故障。
9.根据权利要求7或8所述的方法，应用于一使用所述内燃机(1)的车辆，该车辆包括 一配置在该内燃机(1)的排气管路中的该颗粒过滤器(6)，另外还包括一个车载诊断模块 (8)，其特征在于，当检测到该颗粒过滤器(6)的故障时，一个该颗粒过滤器(6)的故障信息 被记入该车载诊断模块(8)。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，应用于一车辆，该车辆另外带有一提 示该颗粒过滤器(6)异常的光报警装置(9)，其特征在于，当检测到该颗粒过滤器(6)的故 障时，操控所述光报警装置(9)报警。
11.一种装置，包括一带有配置一颗粒过滤器(6)的排气管路的内燃机(1)，控制所 述颗粒过滤器(6)的再生的装置，估算在所述颗粒过滤器(6)中的燃烧的代表性参数的装 置，处理所述代表性参数以便判断该燃烧情况及燃烧强度的装置，其特征在于，所述装置是 在内燃机(1)运转的整个过程中运行的，特别是在颗粒过滤器(6)受控再生的时段之外运 行的。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，估算所述代表性参数的装置是一种估 算或测量该颗粒过滤器(6)入口处的温度的装置和一置于该颗粒过滤器(6)出口处的温度探测器(11)。
全文摘要
本发明涉及一种识别内燃机(1)的排气管路中配置的颗粒过滤器(6)中的燃烧情况的方法，该过滤器(6)的周期性再生由适当的方式控制，所述方式包括一个测量或估算所述过滤器(6)中的燃烧的代表性参数的步骤，以及一个处理所述参数以诊断所述燃烧情况和估算燃烧强度的步骤，其特征在于这些步骤是在内燃机(1)运行的整个过程中进行的，特别是在过滤器(6)受控再生的时段之外进行的。本发明也涉及一个能够实施上述方法的装置。
文档编号F01N11/00GK102046936SQ200980119935
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月30日
发明者W·佩拉尔 申请人:标致·雪铁龙汽车公司