柴油机排气颗粒捕集器再生时刻的判定方法与流程

本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域，具体涉及柴油机排气颗粒捕集器再生时刻的判定方法，属于柴油机排气颗粒捕集器再生时刻的判定方法的创新技术。

背景技术：

柴油机的排气颗粒物主要有三种：碳粒(soot)、表面吸附的有机可溶性物质(solubleorganicfractions，简称sof)的颗粒和硫酸盐颗粒。柴油机排气颗粒大部分由soot和sof颗粒组成。柴油机排气颗粒捕集器（dpf）是一种安装在柴油机排放管路中的颗粒物过滤器，它捕捉排气中的颗粒物质，实现净化排气的目的。柴油机排气流经dpf时，排气中的颗粒物经过被拦截、扩散、重力沉降和惯性碰撞等过程被dpf捕集，捕集效率主要受到过滤器材质构造、颗粒粒径、排气温度及排气流速等因素的影响，目前壁流式蜂窝陶瓷颗粒捕集器对颗粒物的过滤效率可高达90％以上。

随着工作时间的加长，dpf中沉积的颗粒物越来越多，不仅影响dpf的过滤效果，还会增加排气背压，影响柴油机的换气和燃烧，导致功率输出降低，油耗增加，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复dpf的过滤性能，该过程称之为dpf再生。

dpf再生技术的关键之一是确定捕集器的再生时刻。过早开始再生会缩短dpf再生周期，导致主动再生消耗的能量增加，再生过晚则会增加再生时碳烟燃烧发出的热量，加大dpf热损坏的风险。一些相关研究提出以一定的汽车行驶里程或工作时长作为dpf的再生时机，此方法虽简单，成本低、实现起来也比较容易，但由于车辆实际运行中，柴油机的工况复杂多变，采用这些方法判断再生时机准确性不高。另一些研究提出采用维持发动机转速和输出扭矩不变的前提下，以柴油机油耗率增幅为5%作为捕集器再生的判定条件，该方法提高了判断再生时机准确性，但发动机油耗率和输出扭矩需要配备专门的测试设备方能测得，价格昂贵、使用不便，因此该法应用具有一定的局限性。因此，提供一种能够较准确、便捷地判断dpf再生时机的方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

本发明旨在解决如何确定柴油机排气颗粒捕集器再生时机的技术问题，提供一种dpf再生时刻的判定方法。本发明能够较准确地确定dpf的再生时机，促进dpf及时再生，避免因dpf再生过晚引起的dpf堵塞导致柴油机排气背压过高，使柴油机动力性、经济性劣化等，以及因再生热负荷过大导致dpf热损坏等问题，或者因再生过早带来的再生周期缩短，导致的主动再生能耗增大问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明柴油机排气颗粒捕集器再生时刻的判定方法，包括以下步骤：

1）选定柴油机系列稳态工况并测得各工况下通过柴油机排气颗粒捕集器的废气流量；

2）确定柴油机排气颗粒捕集器空载、限载状态在不同工况排气流量下对应的前后压降；

3）根据所述获取的柴油机排气颗粒捕集器限载状态对应的压降值，绘制柴油机排气颗粒捕集器再生门限压降图，对所绘的门限压降图进行修正得到最终的柴油机排气颗粒捕集器再生门限压降图；

4）在选定的柴油机稳态工况下首先确定该工况对应的排气流量，然后将实际测得的柴油机排气颗粒捕集器前后压降与所述门限压降图中该流量对应的门限压降进行比较；

5）判断实测的柴油机排气颗粒捕集器前后压降是否大于对应的门限压降，进而确定当前柴油机排气颗粒捕集器状态是否需要再生。

本发明方法只需测定发动机稳定工况下dpf前后压降，然后将该压降与预先制定好的dpf再生门限压降图中对应的压降限值进行比较，便可判定该dpf状态是否需要再生。本发明能够较准确地确定dpf的再生时机，促进dpf及时再生，避免因dpf再生过晚引起的dpf堵塞导致柴油机排气背压过高，使柴油机动力性、经济性劣化等，以及因再生热负荷过大导致dpf热损坏等问题，或者因再生过早带来的再生周期缩短，导致的主动再生能耗增大问题。本发明的方法简单可行，判定结果精确且易于实施，本发明为dpf再生时机判断提供了一种科学合理、简便有效的方法。

附图说明

图1为本发明dpf再生时刻的判定方法原理示意图。

图2为本发明测量dpf前后压降和排气流量的装置布置示意图。

图3为实验（实验用的柴油机型号为yc6l280-30,下同）获取的流经dpf的排气流量和发动机转速的关系图。

图4为实验获取的不同碳载量下流经dpf的流量和dpf前后压降关系图。

图5为修正前的dpf再生门限压降图。

图6为修正后的dpf再生门限压降图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式用于说明和解释本发明，但不限制本发明。

本发明柴油机排气颗粒捕集器再生时刻的判定方法，包括以下步骤：

1）选定柴油机系列稳态工况并测得各工况下通过柴油机排气颗粒捕集器的废气流量；

2）确定柴油机排气颗粒捕集器空载、限载状态在不同工况排气流量下对应的前后压降；

3）根据所述获取的柴油机排气颗粒捕集器限载状态对应的压降值，绘制dpf再生门限压降图，对所绘的门限压降图进行修正得到最终的dpf再生门限压降图；

4）在选定的柴油机稳态工况下首先确定该工况对应的排气流量，然后将实际测得的柴油机排气颗粒捕集器前后压降与所述门限压降图中该流量对应的门限压降进行比较；

5）判断实测的柴油机排气颗粒捕集器前后压降是否大于对应的门限压降，进而确定当前dpf状态是否需要再生。

所述步骤1）柴油机工作时通过柴油机排气颗粒捕集器的废气流量的测量包括如下步骤：

11）柴油机稳态工况的转速，取柴油机的怠速与其他转速；

12）柴油机稳态工况的油门开度，当取柴油机怠速工况时对应的负荷为0%，当取柴油机除怠速外的其他转速时可取一适当负荷，例如该转速下对应的最大扭矩的30%；

13）对应实车测试时应当确定车辆的档位和发动机转速；

如驻车时，则车辆挂空挡状态下驾驶员通过控制油门踏板改变发动机转速（转速数据在汽车仪表盘上显示）；若行车时测量，则车辆挂入一确定档位（如前进2挡,其它前进档也可。），驾驶员通过控制油门踏板改变发动机转速。）

14）当选定柴油机稳态工况时，使用流量测量装置测得流经dpf的废气流量；

柴油机的稳态工况可由发动机转速与负荷决定。发动机台架试验时通过台架测控系统调节发动机转速与负荷来实现工况的选择；车用柴油机实际工作时通过调节油门踏板开度与观察仪表板上的发动机转速表来选择或者获悉所需工况。发动机台架试验时，调节好发动机工况后，再测定排气流量。一种发动机转速对应一种流量。发动机台架实验有专门的流量测量装置，如下文所述。

柴油机的发动机排气流量主要取决于发动机转速，通过发动机台架实验测取发动机转速与排气流量一一对应的关系曲线。车用柴油机或其它用途的柴油机实际工作运行时流量的测定是间接式的，通过测量发动机转速，借助发动机台架实验获取的发动机转速与排气流量关系可以查询或者计算出发动机排气流量。

本发明专利申请发动机台架试验时由发动机台架控制系统设定发动机转速和负荷大小，流量测量装置为sensor公司研制的semtech-efm气体流量计，是皮托管形式的全流式流量计。流量计有多种形式，其它类型的流量计也可以用，只要能测出全部排气的流量就可以。

所述步骤2）柴油机排气颗粒捕集器空载状态、柴油机排气颗粒捕集器限载状态分别指：

所述柴油机排气颗粒捕集器空载状态是指dpf未捕集碳烟颗粒时所处于的状态；

所述柴油机排气颗粒捕集器限载状态是指柴油机排气颗粒捕集器捕集的碳烟颗粒量已达到生产厂家推荐的单位柴油机排气颗粒捕集器体积下碳载量限值状态；

本发明专利申请中给出的碳载量安全限值sml值是可以根据不同的柴油机排气颗粒捕集器产品进行变更的，需要使用者选择。若生产厂家未给出碳载量安全限值，可参考常见dpf载体材质所允许的安全碳载量经验限值：堇青石载体对应限值为4-8g/l；碳化硅、钛酸铝载体对应限值为6-10g/l。

不同柴油机排气颗粒捕集器生产厂家、不同柴油机排气颗粒捕集器产品限载状态的碳载量安全限值不同，在确定限值时首先考虑生产厂家的推荐值，如若厂家没有给出推荐值则根据载体材质参考经验限值。

所述步骤3）在某一排气流量下柴油机排气颗粒捕集器空载、限载以及其它碳载量状态对应的前后压降信息包括：

排气流量的确定方法如上述步骤14)

柴油机装配柴油机排气颗粒捕集器后，使柴油机在某稳态工况下运转；

柴油机排气颗粒捕集器前后端分别安装的压力传感器，测量当前柴油机工况下柴油机排气颗粒捕集器前后压降；

柴油机排气颗粒捕集器后端安装的流量测量装置，测量当前柴油机工况下流经dpf的废气流量；

完成废气流量测量后亦可拆卸流量测量装置。

所述步骤4）获取的限载状态对应的压降值，绘制柴油机排气颗粒捕集器再生门限压降图，对所绘的门限压降图进行修正得到最终的柴油机排气颗粒捕集器再生门限压降图。

在实际应用中选定柴油机某一稳态工况，首先确定该工况对应的排气流量，然后将实际测得的dpf前后压降与所述门限压降图中该流量对应的门限压降进行比较，当实测的dpf前后压降超出对应的门限压降值时，判定当前状态的dpf需要再生，否则，判定当前状态dpf不需要再生。

本发明实施例的dpf再生时刻的判定方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤一，选定柴油机装配dpf后运行的某稳态工况，确定该工况下流经dpf的废气流量。

步骤二，确定该柴油机工况下dpf空载状态对应的前后压降。

步骤三，确定该柴油机工况下dpf限载状态对应的前后压降。

步骤四，重复上述步骤一、二、三。

步骤五，根据所述获取的dpf限载状态对应的压降值，绘制dpf再生门限压降图，对所绘的门限压降图进行修正后的dpf再生门限压降图。

步骤六，实测时在选定的柴油机稳态工况下首先确定该工况对应的排气流量，然后将实际测得的dpf前后压降修正后与所述修正后的门限压降图中该流量对应的门限压降进行比较。

步骤七，判断实测的dpf前后压降是否大于对应的门限压降，进而确定当前dpf状态是否需要再生

根据所述对dpf前后压降测试与排气流量测试装置进行安装布置，如图2所示，测量数据包括：选定的柴油机某稳态工况下当前dpf工作状态的dpf前、后压力和流经dpf的排气流量。

根据所述测定的发动机工况与流经dpf排气流量数据，可以做出发动机转速与排气流量关系图，见图3。

根据所述确定的dpf不同碳载量状态下测得的排气流量及对应的前后压降，可以做出当碳载量一定时不同排气流量和dpf前后压降关系图，见图4；根据所述排气流量-dpf前后压降图推出，当dpf碳载量一定时排气流量与捕集器前后压降成正相关的线性关系，这种关系在不同的碳载量的情况下只是直线斜率的差异；根据分析可知当流经dpf的流量为0kg/s时，dpf前后压降应为0kpa，据此修正所述同一碳载量下排气流量和dpf前后压降关系图中限载情形下的流量与压降线，即得修正前后的dpf再生门限压降图，见图5，图6。

根据所述修正后的dpf再生门限压降图，在选定的柴油机稳态工况下首先确定该工况对应的排气流量，然后测量当前dpf前后压降，经修正后判断是否超出对应的修正后的门限压降，进而确定当前dpf状态是否需要再生。