一种DPF后处理系统及碳载量预估方法

本发明涉及汽车尾气后处理，尤其是涉及一种dpf后处理系统及碳载量预估方法。

背景技术：

1、柴油机排气中的污染物包括一氧化碳(co)、碳氢(hc)、氮氧化合物、颗粒物(pm)。尾气后处理系统常包括柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst，doc)、柴油机颗粒物捕集器(diesel particulate filter，dpf)、选择性催化还原器(selectivecatalytic reduction，scr)。

2、颗粒物严重危害人类健康，颗粒物排放限制法规日益严苛。柴油机颗粒物捕集器捕集颗粒物质量的效率大于95％，是目前公认的能够有效处理颗粒物排放的技术手段之一。目前应用最广泛的是壁流式蜂窝过滤体的dpf，壁流式蜂窝载体的出口及入口端面上布满很多沿轴向相互平行的窄小孔道，相邻孔道之间有多孔介质壁相连，各个孔道的入口和出口两端交替封堵，呈现出一个蜂窝状结构。这种结构迫使尾气从入口孔道进入，流经多孔壁面，从相邻的出口孔道流出，在该过程中，颗粒物被捕集到多孔壁面内或沉积在壁面上。随着行驶里程的增加，捕集的颗粒积累在捕集器内，导致排气背压增加，造成柴油机经济性和动力性下降。因此，需通过主、被动再生及时将捕集器中的颗粒物清除。主动再生一般指利用外加能量提高排气温度，使得颗粒物燃烧；被动再生指的是依靠原本的排气温度和no2在催化剂涂层的作用下与碳颗粒反应去除颗粒物。

3、现在较为普遍的确定碳载量的方法是基于排气被压计算碳载量，然而在发动机处于低温或排气体积流量较小等状态时，依据背压计算得到的碳载量精确度较低与实际值偏差较大，会造成主动再生时机的错误判断，还需要结合其他碳载量预估方法协调获取准确的碳载量。因此，为解决现有技术的不足，亟需研究一种能够实时准确获取dpf载体中碳载量的方法和dpf后处理系统。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种dpf后处理系统及碳载量预估方法，通过在dpf上下游安装二氧化碳传感器，获取dpf中的碳载量，再结合计算方法，能准确实时获取dpf碳载量、提供准确的主动再生时机，避免碳载量过大，dpf载体熔融、烧毁的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种dpf后处理系统，包括柴油发动机、doc和dpf，还包括co2质量流量传感器；

4、所述柴油发动机、doc、dpf依次连接；

5、所述dpf包括上游排气管路和下游排气管路；

6、所述co2质量流量传感器包括上游co2质量流量传感器和下游co2质量流量传感器；

7、所述上游co2质量流量传感器固定于所述上游排气管路上，用于检测doc上游以及dpf上游排气中co2质量流量；

8、所述下游co2质量流量传感器固定于所述下游排气管路上，用于检测dpf下游排气中co2质量流量。

9、进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器的两个测点分别固定于所述dpf的入口端和出口端上，用于测量dpf背压。

10、进一步地，所述dpf内设有dpf过滤体，用于捕集尾气中的颗粒物。

11、本发明还提供一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，包括以下步骤：

12、s1：建立基于dpf背压的碳载量预估模型，根据所述预估模型获得dpf碳载量l1；

13、s2：计算发动机尾气中未经后处理系统处理的碳烟，即原始碳烟排放；

14、s3：根据dpf上游co2质量流量和下游co2质量流量差计算dpf中被动再生时氧化的碳烟质量流量；

15、s4：用s2中计算的原始碳烟质量流量减去s3中被动再生时氧化的碳烟质量流量，得到dpf载体中碳载量的质量流量，将计算得到的dpf载体中碳载量的质量流量使用离散积分器进行积分，获得dpf载体中的碳载量l2；

16、s5：根据协调条件，将s1中的碳载量l1和s4中的碳载量l2进行协调，获得最终的碳载量l3。

17、进一步地，s1中，所述获得dpf碳载量l1包括以下步骤：

18、s1-1基于发动机台架开展dpf碳载量加载试验，获取不同碳载量cload下的排气背压p，将p与cload进行拟合，采用最小二乘法拟合原则，并根据拟合情况确定多项式拟合的最高阶数为5阶，得出碳载量预估模型：p＝f(cload)；

19、s1-2读取dpf前后的压力传感器数据并计算dpf背压数值，根据s1-1中的预估模型得到dpf碳载量l1。

20、进一步地，s2中，原始碳烟排放的计算方法为：通过发动机试验，将碳烟的排放与发动机转速及扭矩的关系进行试验标定，获得碳烟map图，再进行插值获得碳烟的原始排放。

21、进一步地，所述碳烟的排放与发动机转速及扭矩的关系表示为：dm_soot＝f(n,t)，其中，dm_soot为原始的碳烟排放质量流量g/s，n为发动机转速r/min，t为发动机扭矩n·m。

22、进一步地，s3中，被动再生氧化的碳烟质量流量的计算方法为：读取dpf上游co2的质量流量值和下游co2的质量流量值，再计算获得dpf被动再生氧化的碳烟质量流量。

23、进一步地，所述dpf被动再生氧化的碳烟质量流量的计算过程为：

24、消耗的碳烟质量流量＝(下游co2质量流量-上游co2质量流量)×化学反应系数。

25、进一步地，s5中，所述协调条件为：当|l1-l2|<δ，则l3＝(l1+l2)/2；当|l1-l2|>δ，则l3＝l2，其中，δ为设定的最大碳载量差值。

26、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

27、1、本发明提供的dpf后处理系统简单，通过在dpf上游和下游排气管路上分别添加co2质量流量传感器，以检测dpf上游和下游位置的co2质量流量，从而获取dpf中的碳载量。

28、2、本发明提供的碳载量预估方法是基于背压预估和co2质量流量差的方法获得两个碳载量，并将两种计算方式得到的碳载量经协调后得到碳载量最终的估算值，提高了碳载量估算的精确度，能够准确实时获得dpf中的碳载量，提供准确的主动再生时机，避免碳载量过大，dpf载体熔融、烧毁的问题。

技术特征：

1.一种dpf后处理系统，包括柴油发动机(1)、doc(2)和dpf(3)，其特征在于，还包括co2质量流量传感器；

2.根据权利要求1所述的一种dpf后处理系统，其特征在于，还包括压力传感器(5)，所述压力传感器(5)的两个测点分别固定于所述dpf(3)的入口端和出口端上，用于测量dpf背压。

3.根据权利要求1所述的一种dpf后处理系统，其特征在于，所述dpf(3)内设有dpf过滤体(4)，用于捕集尾气中的颗粒物。

4.一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，s1中，所述获得dpf碳载量l1包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，s2中，原始碳烟排放的计算方法为：通过发动机试验，将碳烟的排放与发动机转速及扭矩的关系进行试验标定，获得碳烟map图，再进行插值获得碳烟的原始排放。

7.根据权利要求6所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，所述碳烟的排放与发动机转速及扭矩的关系表示为：dm_soot＝f(n,t)，其中，dm_soot为原始的碳烟排放质量流量g/s，n为发动机转速r/min，t为发动机扭矩n·m。

8.根据权利要求4所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，s3中，被动再生氧化的碳烟质量流量的计算方法为：读取dpf上游co2的质量流量值和下游co2的质量流量值，再计算获得dpf被动再生氧化的碳烟质量流量。

9.根据权利要求8所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，所述dpf被动再生氧化的碳烟质量流量的计算过程为：

10.根据权利要求5所述的一种用于dpf后处理系统的碳载量预估方法，其特征在于，s5中，所述协调条件为：当|l1-l2|<δ，则l3＝(l1+l2)/2；当|l1-l2|>δ，则l3＝l2，其中，δ为设定的最大碳载量差值。

技术总结
本发明涉及一种DPF后处理系统及碳载量预估方法，通过在DPF上游和下游的排气管路上分别安装二氧化碳传感器，检测DPF上游和下游位置的CO<subgt;2</subgt;质量流量，从而可以获取DPF中的碳载量。预估方法具体为基于背压预估DPF碳载量、基于CO<subgt;2</subgt;质量流量差预估DPF中的碳载量，综合考虑两个计算方法得到的碳载量，获取最终的碳载量的值，可以提升碳载量的精度。与现有技术相比，本发明能准确实时获取DPF碳载量、提供准确的主动再生时机，避免碳载量过大引起DPF载体熔融、烧毁的问题。

技术研发人员：张允华,向倍宏,楼狄明,谭丕强,胡志远,房亮
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15