監(jiān)測(cè)車輛排氣后處理裝置中顆粒過濾器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】監(jiān)測(cè)排氣后處理裝置的顆粒過濾器的方法，包括在第一時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第一壓力降和在第二時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第二壓力降?？刂破骺梢噪S后計(jì)算第一時(shí)間和第二時(shí)間之間的壓力降的變化率，同時(shí)感測(cè)通過排氣后處理裝置的排氣流動(dòng)速率。使用感測(cè)的排氣流動(dòng)速率，控制器可以確定變化率閾值，并隨后將計(jì)算變化率與變化率閾值比較。方法進(jìn)一步包括，如果計(jì)算的變化率小于變化率閾值，則使用感測(cè)的第二壓力降更新煤煙模型。
【專利說明】監(jiān)測(cè)車輛排氣后處理裝置中顆粒過濾器的系統(tǒng)和方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用差壓模塊(differential pressure module)監(jiān)測(cè)排氣后處理系統(tǒng)中的顆粒過濾器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)開發(fā)各種排氣后處理裝置，例如顆粒過濾器和其他裝置，以有效地限制來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。在壓縮點(diǎn)火式或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，持續(xù)進(jìn)行了大量的努力，用于開發(fā)實(shí)用且高效的裝置和方法，以減少存在于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的大量含碳顆粒。
[0003]用于現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的后處理系統(tǒng)通常整合有柴油顆粒過濾器(DPF)，用于在排氣被排放到大氣之前收集和處理通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煤煙顆粒物質(zhì)。典型的DPF用作捕獲器，用于從排氣流去除顆粒物質(zhì)。DPF可包含貴金屬，例如白金和/或鈀，其用作進(jìn)一步氧化存在于排氣流中的煤煙和碳?xì)浠衔锏拇呋瘎Ｔ谠S多情況下，DPF可以使用過熱的排氣燃燒掉收集的顆粒，從而被再生或清理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]車輛可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)、和與該發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通的排氣后處理裝置。排氣后處理裝置可以包括用于將煤煙與從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的燃燒氣體分開的顆粒過濾器。
[0005]用于監(jiān)測(cè)排氣后處理裝置的顆粒過濾器的系統(tǒng)包括第一流體管、第二流體管、差壓模塊和控制器。第一流體管可以設(shè)置為與顆粒過濾器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的排氣后處理裝置流體連通。第二流體管可以設(shè)置為與排氣后處理裝置流體連通，且位于顆粒過濾器的與第一流體管的相對(duì)側(cè)上。從而第一流體管可以在顆粒過濾器的“上游”，且第二流體管可以在的“下游”。
[0006]差壓模塊可以與控制器通信，且可以配置為監(jiān)測(cè)第一流體管和第二流體管之間的壓力降。控制器可以配置為在第一時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第一壓力降和在第二時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第二壓力降。其可以隨后計(jì)算第一時(shí)間和第二時(shí)間之間的壓力降的變化率，同時(shí)感測(cè)流過排氣后處理裝置的排氣的流動(dòng)速率?？刂破骺梢允褂酶袦y(cè)的流動(dòng)速率來確定變化率閾值，且可以隨后將計(jì)算的變化率與變化率閾值比較。如果計(jì)算的變化率小于變化率閾值，則控制器可以使用感測(cè)的第二壓力降更新煤煙模型。
[0007]同樣，監(jiān)測(cè)排氣后處理裝置的顆粒過濾器的方法包括在第一時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第一壓力降和在第二時(shí)間感測(cè)顆粒過濾器的第二壓力降?？刂破骺梢噪S后計(jì)算第一時(shí)間和第二時(shí)間之間的壓力降的變化率，同時(shí)感測(cè)流過排氣后處理裝置的排氣的流動(dòng)速率。使用感測(cè)的排氣流動(dòng)速率，控制器可以確定變化率閾值，且隨后將計(jì)算的變化率與變化率閾值比較。方法進(jìn)一步包括，如果計(jì)算的變化率小于變化率閾值，則使用感測(cè)的第二壓力降更新煤煙模型。
[0008]在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1是用于處理來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣后處理系統(tǒng)不意圖。
[0010]圖2是作為排氣流動(dòng)速率函數(shù)的壓力變化率閾值的示意圖。
[0011]圖3是排氣后處理裝置的監(jiān)測(cè)顆粒過濾器的方法的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]參見附圖，其中在各種附圖中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的部件，圖1示意性地示出了車輛10，其包括發(fā)動(dòng)機(jī)12和排氣后處理系統(tǒng)14。如可以理解的，發(fā)動(dòng)機(jī)12可以燃燒燃料和空氣的混合物，以為車輛10提供原動(dòng)力。排氣后處理系統(tǒng)14可以隨后在燃燒副產(chǎn)物(即排氣)從發(fā)動(dòng)機(jī)12流出(通過流動(dòng)箭頭16表示)時(shí)引導(dǎo)和處理該燃燒副產(chǎn)物。通常，排氣后處理系統(tǒng)14可以在氣體從車輛10排出之前從排氣流16除去懸浮顆粒物質(zhì)和NOx氣體。在一種構(gòu)造中，發(fā)動(dòng)機(jī)12可以是壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；然而，可以類似地使用其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。
[0013]排氣后處理系統(tǒng)14通常可以包括顆粒過濾器20，所述顆粒過濾器可以配置為從發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣過濾顆粒物質(zhì)，即煙黑(soot)。顆粒過濾器20可以包括一個(gè)或多個(gè)基質(zhì)22，其限定多個(gè)孔24，排氣必須通過所述孔流動(dòng)。在排氣流經(jīng)顆粒過濾器20時(shí)，懸浮的空氣攜帶的顆粒物質(zhì)會(huì)收集在基質(zhì)22上，在該處，顆粒物質(zhì)可以從排氣流16中分離。
[0014]在車輛10的整個(gè)壽命中，顆粒過濾器20偶爾可需要再生，以除去任何收集的顆粒物質(zhì)。在一種構(gòu)造中，顆粒過濾器20的再生可以包括將顆粒過濾器20加熱到足以燃燒掉基質(zhì)22的顆粒物質(zhì)的溫度。這樣的高溫可以隨后被保持達(dá)足以從基質(zhì)22燃燒掉大多數(shù)顆粒物質(zhì)的時(shí)間段。通常，“燃燒”顆粒物質(zhì)的過程可包括將捕獲的顆粒物質(zhì)轉(zhuǎn)換為允許被排放到大氣中的二氧化碳。
[0015]為了確定何時(shí)需要顆粒過濾器20的再生事件，控制器30可以經(jīng)由跨顆粒過濾器20設(shè)置的差壓傳感器模塊32監(jiān)測(cè)顆粒過濾器20的排氣流阻抗。通過將第一流體管34中的壓力與第二流體管36中的壓力進(jìn)行比較，差壓傳感器模塊32可監(jiān)測(cè)跨基質(zhì)22的壓力降，所述第一流體管34與過濾器20上游(即過濾器20和發(fā)動(dòng)機(jī)12之間)的排氣后處理系統(tǒng)14連通，所述第二流體管36與過濾器20下游(即在顆粒過濾器20的相對(duì)于第一流體管34的相對(duì)側(cè)上)的后處理系統(tǒng)14流體連通。替換地，流體管34、36中之一或兩者可以用電子壓力傳感器替換，所述電子壓力傳感器可以分別與排氣流16流體連通。這種電子壓力傳感器可以包括例如壓敏電阻傳感器、壓電傳感器、MEMS傳感器和/或電容傳感器，其可以配置為將感測(cè)到的壓力轉(zhuǎn)換為代表感測(cè)到的壓力的模擬或數(shù)字信號(hào)。差壓模塊32可以檢測(cè)相應(yīng)第一和第二流體管34、36之間的壓力降,且可以向控制器30提供表不差的大小的信號(hào)38 (即壓差信號(hào)38)。
[0016]除了差壓模塊32，后處理系統(tǒng)14還可以包括流動(dòng)速率傳感器40。流動(dòng)速率傳感器40可以配置為向控制器30提供信號(hào)42，所述信號(hào)表示通過排氣系統(tǒng)的排氣流16的速度。在一種構(gòu)造中，流動(dòng)速率傳感器40可以是設(shè)置在排氣流16中的物理傳感器，且例如可以包括空氣質(zhì)量流量傳感器、應(yīng)變計(jì)、葉輪(impeller )或一些其他類型的物理流量傳感器。在另一構(gòu)造中，流動(dòng)速率傳感器40可以通過與發(fā)動(dòng)機(jī)12的進(jìn)氣口有關(guān)的空氣質(zhì)量流量傳感器、排氣再循環(huán)傳感器/促動(dòng)器、和/或其他有關(guān)的/感測(cè)到的參數(shù)推斷流動(dòng)速率。
[0017]通常，控制器30可以使用感測(cè)到的來自差壓模塊32的壓差以及排氣流動(dòng)速率作為煙黑模型44的輸入，其可以估計(jì)顆粒過濾器20的狀態(tài)。在一種構(gòu)造中，煙黑模型44可以使用感測(cè)到的跨顆粒過濾器的壓力降來估計(jì)顆粒過濾器20中收集的煙黑的克數(shù)。
[0018]在煙黑模型44估計(jì)出顆粒過濾器20需要再生(即確定的煙黑量超過煙黑閾值)時(shí)，控制器30可以隨后調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行以執(zhí)行再生。在一個(gè)構(gòu)造中，控制器30可以通過增加提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量、從而燃料/空氣比略微富于化學(xué)計(jì)量的平衡而開始過濾器再生事件。
[0019]控制器30可以包括計(jì)算機(jī)和/或處理器，且包括監(jiān)測(cè)和控制排氣后處理系統(tǒng)14、發(fā)動(dòng)機(jī)12和/或差壓模塊32必要的所有軟件、硬件、存儲(chǔ)器、算法、連接件、傳感器等。從而，操作以估計(jì)煙黑模型44和/或啟動(dòng)再生的控制方法可以實(shí)施為與控制器30相關(guān)的軟件或固件。應(yīng)理解控制器30也可以包括能分析來自各種傳感器的數(shù)據(jù)、比較數(shù)據(jù)、做出控制排氣后處理系統(tǒng)14所需的必要決定以及監(jiān)測(cè)差壓模塊32的任何裝置。
[0020]由于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)和駕駛員的駕駛習(xí)慣，壓差信號(hào)38可以在不同驅(qū)動(dòng)條件下波動(dòng)。作為壓力讀數(shù)的內(nèi)部核實(shí)，控制器30可以檢查壓差信號(hào)38在短時(shí)間段(SP
0.5-60秒)的變化率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與顆粒過濾器20的狀態(tài)相比，變化壓力信號(hào)38在短時(shí)間段內(nèi)的大的變化更緊密地與駕駛員的駕駛習(xí)慣有關(guān)。
[0021]在一種構(gòu)造中，噪聲閾值可以通過控制器30實(shí)施，從而感測(cè)的跨顆粒過濾器20的壓力降可以僅在壓力降相對(duì)穩(wěn)定的情況下在煙黑模型44中更新。在一種構(gòu)造中，如果壓力信號(hào)38中的變化率低于噪聲閾值則該壓力降可以被認(rèn)為是“相對(duì)穩(wěn)定的”。換句話說，控制器可以連續(xù)監(jiān)測(cè)差壓信號(hào)，以確定相對(duì)于以前的讀數(shù)的變化率。如果變化率高于閾值，則控制器30可以忽視壓力更新，因?yàn)槠洳豢煽俊?br> [0022]盡管靜態(tài)噪聲/變化率閾值可以提供排除不準(zhǔn)確讀數(shù)的一種方式，但可能難以選擇能在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)的整個(gè)范圍內(nèi)正確過濾讀數(shù)的單個(gè)閾值。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與相對(duì)低的流動(dòng)速率相比，噪聲/波動(dòng)的大小在更高排氣流動(dòng)速率下更大。以這種方式，設(shè)定低的變化率閾值在低流動(dòng)速率下可以有合適的限制作用，但是在高流動(dòng)速率下可能排除過多的有效讀數(shù)。相反地，高閾值可以在高流動(dòng)速率下有適當(dāng)?shù)南拗谱饔?，但是在低流?dòng)速率下會(huì)接受隨噪聲波動(dòng)的讀數(shù)。
[0023]因此，在另一構(gòu)造中，變化率閾值可以是感測(cè)的排氣流動(dòng)速率的函數(shù)。以這種方式，與較低排氣流動(dòng)速率相比，在較高排氣流動(dòng)速率下允許更大的短期壓力波動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，變化率閾值50作為感測(cè)的排氣流動(dòng)速率52的函數(shù)指數(shù)增加(垂直軸線代表壓力變化率54)。在另一實(shí)施例中，變化率閾值50可作為感測(cè)的排氣流動(dòng)速率52的函數(shù)直線地增加。在另一實(shí)施例中，變化率閾值50可以作為感測(cè)的排氣流動(dòng)速率52的對(duì)數(shù)或分段函數(shù)增加。為了快速參考，變化率閾值50可以作為查詢表存儲(chǔ)在控制器30中，其中多個(gè)變化率閾值可以作為感測(cè)排氣流動(dòng)速率52的函數(shù)被記錄。
[0024]圖3大致示出了使用差壓模塊32監(jiān)測(cè)顆粒過濾器20狀態(tài)的方法60。方法60在步驟62開始，例如在緊接燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)12的鑰匙啟動(dòng)事件之后。在步驟64，控制器30可以輪詢差壓模塊32，以在第一時(shí)間Tl記錄第一、基線壓力讀數(shù)。在步驟66，在從Tl開始的預(yù)定時(shí)間段之后，控制器30可以再次輪詢差壓模塊32以記錄第二壓力讀數(shù)(即在第二時(shí)間T2，其中Tl在Τ2之前)。在步驟68，控制器30可以將第二壓力讀數(shù)與第一壓力讀數(shù)比較，以確定跨顆粒過濾器的壓力是否已經(jīng)改變。如果兩個(gè)讀數(shù)沒有差異(和/或差異在傳感裝置的預(yù)設(shè)定的誤差界限之內(nèi))，第二讀數(shù)可以在步驟70中被提供到煙黑評(píng)估模型。在步驟72，第一、基線壓力讀數(shù)可以隨后被第二讀數(shù)覆蓋。
[0025]如果在步驟68中在第一和第二壓力讀數(shù)之間檢測(cè)到變化，則控制器30可以隨后在步驟74輪詢排氣流動(dòng)速率、在步驟76查找針對(duì)該感測(cè)流動(dòng)速率的變化率閾值50 (例如從與控制器相關(guān)的查詢表)，和在步驟78將變化量與變化率閾值50比較。如果變化量低于閾值水平，則第二讀數(shù)可以在步驟70傳遞到煙黑評(píng)估模型，且第一、基線壓力讀數(shù)可以在步驟72被第二讀數(shù)覆蓋。如果在步驟78中變化量高于閾值水平，則控制器30可以排除第二讀數(shù)和/或在預(yù)定時(shí)間段之后在步驟66再輪詢差壓模塊32。
[0026]在一種構(gòu)造中，如果壓力讀數(shù)被排除，則控制器30可以使用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒參數(shù)(即質(zhì)量空氣流量、排氣再循環(huán)和/或燃料質(zhì)量)估計(jì)顆粒過濾器中增加的煙黑累積。替換地，顆粒過濾器中積累煙黑的估計(jì)值可以保持恒定，直到隨后的壓力讀數(shù)被獲取和被確認(rèn)有效。
[0027]盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。目的是上述和在附圖中所示的所有內(nèi)容應(yīng)被理解為僅是示例性的而不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)測(cè)排氣后處理裝置的顆粒過濾器的方法，包括: 在第一時(shí)間感測(cè)跨顆粒過濾器的第一壓力降； 在第二時(shí)間感測(cè)跨顆粒過濾器的第二壓力降； 計(jì)算第一時(shí)間和第二時(shí)間之間壓力降的變化率； 感測(cè)流過排氣后處理裝置的排氣的流動(dòng)速率； 從感測(cè)的排氣流動(dòng)速率確定變化率閾值； 將計(jì)算的變化率與所述變化率閾值進(jìn)行比較；和 如果計(jì)算的變化率小于所述變化率閾值，則使用感測(cè)的第二壓力降更新煙黑模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括，根據(jù)更新的煙黑模型啟動(dòng)顆粒過濾器的再生。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中啟動(dòng)顆粒過濾器的再生包括增加提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的量，所述發(fā)動(dòng)機(jī)與排氣后處理裝置聯(lián)接。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括，如果計(jì)算的變化率大于所述變化率閾值，則忽略第二壓力降。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述變化率閾值是排氣流動(dòng)速率的遞增函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從感測(cè)的排氣流動(dòng)速率確定變化率閾值包括從查詢表獲取變化率閾值，該變化率閾值對(duì)應(yīng)于感測(cè)的流動(dòng)速率，且作為感測(cè)的流動(dòng)速率的函數(shù)而增加。
7.一種用于監(jiān)測(cè)排氣后處理裝置的顆粒過濾器的系統(tǒng)，所述排氣后處理裝置與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通，所述系統(tǒng)包括: 第一流體管，設(shè)置為與排氣后處理裝置流體連通，且在顆粒過濾器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間；第二流體管，設(shè)置為與排氣后處理裝置流體連通，且在顆粒過濾器的與第一流體管相對(duì)的側(cè)上； 差壓模塊，配置為監(jiān)測(cè)第一流體管和第二流體管之間的壓力降；和 控制器，與差壓模塊通信，且配置為: 在第一時(shí)間感測(cè)跨顆粒過濾器的第一壓力降； 在第二時(shí)間感測(cè)跨顆粒過濾器的第二壓力降； 計(jì)算第一時(shí)間和第二時(shí)間之間壓力降的變化率； 感測(cè)流過排氣后處理裝置的排氣的流動(dòng)速率； 從感測(cè)的排氣流動(dòng)速率確定變化率閾值； 將計(jì)算的變化率與所述變化率閾值進(jìn)行比較；和 如果計(jì)算的變化率小于所述變化率閾值，則使用感測(cè)的第二壓力降更新煙黑模型。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括流動(dòng)速率傳感器，其與控制器通信，且配置為監(jiān)測(cè)流過排氣后處理裝置的排氣的流動(dòng)速率。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中控制器進(jìn)一步配置為，根據(jù)更新的煙黑模型啟動(dòng)顆粒過濾器的再生。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中控制器進(jìn)一步配置為，通過增加提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量而啟動(dòng)再生。
【文檔編號(hào)】F01N9/00GK103573363SQ201310331611
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】C.C.斯沃伊施, C.惠特, D.C.薩森 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司