操作柴油微粒过滤器的方法.pdf

1、10申请公布号CN102337953A43申请公布日20120201CN102337953ACN102337953A21申请号201110198151922申请日201107151011900620100715GBF01N9/00200601F01N3/02320060171申请人通用汽车环球科技运作有限责任公司地址美国密歇根州72发明人克里斯琴泰比阿莱西亚图尼内蒂74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人侯宇54发明名称操作柴油微粒过滤器的方法57摘要操作柴油微粒过滤器的方法。本发明实施例提供操作柴油发动机11的柴油微粒过滤器15的方法，该柴油发动机配有位于柴油微粒过滤器15出口1

2、9的烟灰传感器18，烟灰传感器18根据由再生阶段相互分离的一连串烟灰加载阶段来操作，该方法包括步骤设定柴油微粒过滤器15效率的边界值EBDL；在烟灰传感器18的再生阶段过程中，重新设定计数器的值I，这个值I代表烟灰传感器18的烟灰加载水平；在烟灰传感器18的下一个烟灰加载阶段过程中，重复地增加这个计数器的值I，至少直到该值I达到计数器的预定阈值ITH；和如果烟灰传感器18的下一个再生阶段在计数器的所述值I低于计数器的所述预定阈值ITH时开始则检测到不合适的柴油微粒过滤器15的效率。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图3页CN1

3、02337966A1/2页21一种操作柴油发动机11的柴油微粒过滤器15的方法，所述柴油发动机配有位于所述柴油微粒过滤器15的出口19中的烟灰传感器18，所述烟灰传感器18根据由再生阶段相互分离的一连串烟灰加载阶段来操作，所述方法包括步骤设定所述柴油微粒过滤器15的效率的边界值EBDL；在所述烟灰传感器18的再生阶段过程中，重新设定计数器的值I，这个值I代表所述烟灰传感器18的烟灰加载水平；在所述烟灰传感器18的下一个烟灰加载阶段过程中，重复地增加这个计数器的所述值I，至少直到所述值I达到所述计数器的预定阈值ITH；如果所述烟灰传感器18的下一个再生阶段在所述计数器的所述值I低于所述计数器的所

4、述预定阈值ITH时开始，检测到不合适的所述柴油微粒过滤器15的效率。2如权利要求1所述的方法，其中，所述计数器的所述值I按以下步骤增加确定在所述柴油微粒过滤器15入口20处的烟灰浓度值SCIN；以在所述柴油微粒过滤器15的所述入口20处的所述烟灰浓度的这个值SCIN为基础，和以所述柴油微粒过滤器15的所述效率的所述边界值EBDL为基础，确定所述计数器的增量I；增加这个增量I到所述计数器的最近确定的值I。3如权利要求2所述的方法，其中，在所述柴油微粒过滤器15的所述入口20处的所述烟灰浓度的所述值SCIN是估计的。4如权利要求2所述的方法，其中，在所述柴油微粒过滤器15的所述入口20处的所述烟灰

5、浓度的所述值SCIN是测量的。5如权利要求2所述的方法，其中，所述计数器的所述增量I是按以下步骤确定的以在所述柴油微粒过滤器15的所述入口20处的所述烟灰浓度的所述值SCIN为基础，和以所述柴油微粒过滤器15的所述效率的所述边界值EBDL为基础，确定所述烟灰传感器18的响应时间RT；以这个响应时间RT为函数计算所述计数器的所述增量I。6如权利要求5所述的方法，其中，所述响应时间RT是按以下步骤确定的以在所述柴油微粒过滤器15的所述入口20处的所述烟灰浓度的所述值SCIN为函数，和以所述柴油微粒过滤器15的所述效率的所述边界值EBDL为函数，计算在所述柴油微粒过滤器15的所述出口19处的烟灰浓度

6、值SCOUT；以在所述柴油微粒过滤器15的所述出口19处的所述烟灰浓度的这个值SCOUT为基础，确定所述响应时间RT。7如权利要求5所述的方法，其中，所述计数器的所述增量I按所述确定的响应时间RT的倒数来计算，并且其中所述计数器的所述阈值ITH是单一值。8如权利要求1所述的方法，其中，所述柴油微粒过滤器15的所述效率的所述边界值EBDL是在包括以下步骤的实验活动过程中确定的为配有所述柴油发动机11、所述柴油微粒过滤器15和在所述柴油微粒过滤器15的所述出口19处的所述烟灰传感器18的汽车100设定驾驶循环；设定在所述整个驾驶循环过程中排出所述柴油微粒过滤器15的烟灰累积量的阈权利要求书CN10

7、2337953ACN102337966A2/2页3值；根据所述驾驶循环操作所述汽车100；测量在所述整个驾驶循环过程中进入所述柴油微粒过滤器15的烟灰累积量的实际值；以排出所述柴油微粒过滤器15的所述烟灰累积量的所述阈值为函数，和以进入所述柴油微粒过滤器15的所述烟灰累积量的所述实际值为函数，计算所述柴油微粒过滤器15的所述效率的所述边界值EBDL。9如权利要求8所述的方法，其中，所述驾驶循环和排出所述柴油微粒过滤器15的所述烟灰累积量的所述阈值是由防污法规来提供。10如任一前面权利要求所述的方法，包括如果所述计数器的所述值I达到所述预定的阈值ITH则检测所述柴油微粒过滤器15的适合效率的进一

8、步步骤，假如所述烟灰传感器18的所述下一个再生阶段还没有开始。11一种计算机程序，包括用于执行如任一前面权利要求所述的方法的计算机代码。12一种计算机程序产品，如权利要求11所述的计算机程序被储存于其上。13一种柴油发动机11，其配有柴油微粒过滤器15、位于所述柴油微粒过滤器15的出口19处的烟灰传感器18、连接到所述烟灰传感器18的发动机控制单元17、关联所述发动机控制单元17的数据载体21和储存在所述数据载体21中的如权利要求11所述的计算机程序。14一种电磁信号，其被调制作为载体用于代表如权利要求11所述的计算机程序的数据位序列。权利要求书CN102337953ACN102337966A

9、1/7页4操作柴油微粒过滤器的方法技术领域0001本发明涉及属于汽车柴油发动机的柴油机微粒过滤器DPF的操作方法。背景技术0002为了减少污染排放，现代的柴油发动机通常配有DPF，其位于排气管，以致于保留包含在排气管中的微粒物质烟灰。0003DPF的操作以其效率为特征，其可定义成保留在DPF中的烟灰量与进入到DPF中的烟灰量的比率。0004目前防止污染的规定没有对实际道路上汽车运行过程中的DPF效率提供任何要求，而只要求汽车在测试行驶工况过程中由汽车排放的烟灰累积量低于预定的阈值。0005然而，对于汽车的车载诊断系统OBD去评价在实际道路运行过程中的DPF效率和如果DPF效率低于容许限度时给驾

10、驶者提供指示来说是可行的。0006为了这个目的，几个研究已经提出，其建议借助于位于DPF出口的烟灰传感器来评价DPF效率。0007事实上，这些研究建议借助于所述烟灰传感器测量DPF出口处的烟灰浓度，借助于估计或者另一个烟灰传感器确定DPF入口处的烟灰浓度，并且以这些烟灰浓度作为函数计算DPF效率。0008然而，这些研究没有解释是否上面提到的策略真正能提供可靠的DPF效率确定，因为当前开发的烟灰传感器实际上不能提供排气管内烟灰浓度的连续测量，而仅仅是在宽的时间范围内的烟灰浓度的平均值。0009当前开发的烟灰传感器是电导测量的传感器，其包括在提供用于承载烟灰的隔离基质上相互分离的多个电极。0010

11、当烟灰加载在这个基质上时，电流在烟灰传感器的电极间开始流动，然后逐渐增加。0011当电流超过预定阈值时，烟灰传感器遭受再生阶段，在这个阶段所积累的烟灰借助于关联到基质的专用加热器被烧掉，以致于使得烟灰传感器为另一个烟灰加载阶段做好准备。0012事实上，烟灰传感器的操作以烟灰加载阶段与再生阶段的连续重复为特征。0013这个烟灰传感器的功能局限在于在每个烟灰加载阶段过程中电流的产生只在从烟灰加载开始后的某个延时后变得可以测量，然后其随指数规律快速增加。0014由于这个行为，在排气管内烟灰浓度的连续测量是不可能的。0015相反地，在排气管内的烟灰浓度和在烟灰加载阶段的持续时间之间有可能建立可靠的关系

12、，该持续时间通常指烟灰传感器的响应时间。0016然而，其必须隐含的是烟灰传感器只能返回在宽的时间范围在排气管内烟灰浓度的平均值。0017因此，上面提到的用于确定DPF效率的策略用当前开发的烟灰传感器基本上是不说明书CN102337953ACN102337966A2/7页5可行的。0018从上文看来，本发明实施例的目的是使用位于DPF出口的烟灰传感器提供用于评价在汽车的实际道路运行过程中的DPF效率的可靠策略，并且克服上面提到的缺点。0019另一个目的是用简单、合理和相当便宜的解决方案实现这个目标。发明内容0020这些和/或其它目的是通过本发明主要方面报告的本发明实施例的特征来获得。本发明其它方

13、面陈述了本发明实施例更优的和/或特殊的优点。0021本发明实施例提供了操作柴油发动机DPF的方法，其中柴油发动机配有位于DPF出口的烟灰传感器，并且其中烟灰传感器根据由再生阶段相互分离的一连串烟灰加载阶段来操作。0022根据本发明当前实施例的方法包括步骤0023设定DPF效率的边界值；0024在烟灰传感器的再生阶段过程中，重新设定计数器的值，其中这个值代表烟灰传感器的烟灰加载水平；0025在烟灰传感器的下一个烟灰加载阶段中重复地增加计数器的值，至少直到该值达到计数器的预定阈值，从而，如果DPF效率的值符合DPF效率的边界值，计数器的实际值表示烟灰传感器能够达到的烟灰加载水平；0026如果烟灰传

14、感器的下一个再生阶段在计数器的值低于计数器的所述预定阈值时开始，检测到不合适的DPF效率。0027因为计数器的值与DPF效率的边界值相关联，所以三种条件可能发生0028如果DPF效率的实际值与边界值相符合，烟灰传感器的再生阶段在计数器的值达到其预定阈值时正好开始；0029如果DPF效率的实际值大于边界值，烟灰传感器的再生阶段在计数器的值达到其预定阈值之后开始；0030如果DPF效率的实际值低于边界值，烟灰传感器的再生阶段在计数器的值达到其预定阈值之前开始。0031从上文看来，本发明的当前实施例提供了用于评价是否DPF效率的实际值低于边界值的可靠的策略。0032如果不合适的DPF效率被检测到，那

15、么这个信息可以被执行该方法的电子逻辑电路，如ECU，储存在适合的数据载体上。修车厂服务人员在之后时间可以导出这个信息，并且然后用新的DPF替换该DPF。此外，检测到不合适的DPF效率也可以用于警告驾驶者，如通过发出光和/或声音信号用于提示他去替换DPF。0033根据本发明实施例，计数器的值按下面步骤增加0034确定DPF入口处的烟灰浓度值；0035以DPF入口处的这个烟灰浓度值为基础，和以DPF效率的边界值为基础，确定计数器的增量；0036增加这个增量到计数器的最近确定的值。0037本发明的这个实施例提供了使计数器的值与DPF效率的边界值相关联的可靠方说明书CN102337953ACN1023

16、37966A3/7页6式。0038根据这个实施例的方面，可以估计在DPF入口处的烟灰浓度值。0039用于确定在DPF入口处的烟灰浓度值的策略已经知道，并且在根据本发明当前实施例的方法中可以很容易实现，因此避免了附加的成本。0040可替代的是，在DPF入口处的烟灰浓度值可以被测量，例如借助于位于DPF入口处的烟灰传感器。0041根据本发明实施例的另一个方面，计数器的增量可以按以下步骤确定0042以在DPF入口处的烟灰浓度值为基础，和以DPF效率的边界值为基础，确定烟灰传感器的响应时间；0043以这个响应时间为函数计算计数器的增量。0044通过使增量与烟灰传感器的响应时间相关联，这个解决方案提供了

17、强大的计数器，其提高了根据本发明当前实施例的方法的可靠性。0045响应时间可通过下面步骤确定0046以在DPF入口处的烟灰浓度值为函数，和以DPF效率的边界值为函数，计算在DPF出口处的烟灰浓度值；和0047以在DPF出口处的这个烟灰浓度值为基础，确定响应时间。0048如前文所述，关联烟灰传感器的响应时间和在废气内的烟灰浓度的关系已经被研究，并且对于当前的烟灰传感器可以很容易确定。0049借助于实例，在对测试发动机执行的实验活动过程中，这个关系可以由经验确定，其通常包括监控烟灰传感器响应时间和在适当传感器的帮助下测量流过它的烟灰浓度的步骤。0050这个关系因此可以在计算模型下实现，或者用于产生

18、数据集，以在DPF出口处的烟灰浓度值为基础能够提供烟灰传感器的响应时间。0051因此，本发明上面提到的方面允许简化烟灰传感器的响应时间的确定。0052根据另一方面，计数器的增量作为响应时间的倒数来计算，并且计数器的阈值是单一值UNITARYVALUE。0053这个解决方案为确定DPF效率的实际值是否低于其边界值提供了可靠的标准。0054事实上，这个标准从理论观点来说类似于传统用于评价材料疲劳寿命的标准。0055根据本发明的另一个方面，DPF效率的边界值是在包括以下步骤的实验活动过程中确定的0056为配有柴油发动机、DPF和在DPF出口的烟灰传感器的汽车设定驾驶循环；0057设定在整个驾驶循环过

19、程中排出DPF的烟灰累积量的阈值；0058根据该驾驶循环操作汽车；0059测定在整个驾驶循环过程中进入DPF的烟灰累积量的实际值；0060以排出DPF的烟灰累积量的阈值为函数，和以进入DPF的烟灰累积量的实际值为函数，计算DPF效率的边界值。0061这个解决方案提供了用于确定DPF效率边界值的可靠标准。0062特别是，驾驶循环和排出DPF的烟灰累积量的阈值可以由防污法规来提供。0063以这种方式，根据本发明当前实施例的方法可以用于检测汽车是否遵守这个防污说明书CN102337953ACN102337966A4/7页7法规。0064根据本发明的实施例，本方法包括如果计数器的值达到预定阈值检测DP

20、F适合效率的进一步步骤，假定烟灰传感器的下一个再生阶段还没有开始。0065以这种方式，有利于可能获得DPF正常工作的信息，而不需等待烟灰传感器经受下一个再生阶段，如果DPF完全有效其通常花费较长时间。0066根据本发明的方法在包含用于执行上面描述的方法的所有步骤的程序代码的计算机程序的帮助下，并且以包含计算机程序的计算机程序产品的形式可以执行。0067计算机程序产品可以体现为配有DPF的柴油发动机、位于DPF出口的烟灰传感器、连接到烟灰传感器的ECU、关联ECU的数据载体和储存在数据载体中的计算机程序，所以，当ECU执行计算机程序时，上面描述的本方法的所有步骤被执行。0068本方法也可体现为电

21、磁信号，所述信号被调制以携带数据位序列，其代表计算机程序去执行本方法的所有步骤。附图说明0069本发明将借助于实例参考附图进行描述。0070图1是内燃机系统的示意表示。0071图2是代表根据本发明实施例的方法的流程图。0072图3是配有图1的内燃机系统的汽车的示意表示。0073参考标号007410内燃机系统007511柴油发动机007612进气管007713排气管007814DOC007915DPF008016消音器008117ECU008218烟灰传感器008319DPF出口008420DPF入008521数据载体0086100汽车0087EBDLDPF效率的边界值0088I计数器的值008

22、9I计数器增量0090ITH计数器阈值0091SCIN在DPF入口处的烟灰浓度值0092SCOUT在DPF出口处的烟灰浓度值0093RT烟灰传感器的响应时间说明书CN102337953ACN102337966A5/7页8具体实施方式0094本发明实施例参考内燃机系统10在下文中公开，该内燃机系统包括柴油发动机11、用于吸入新鲜空气到发动机气缸中的进气管12、用于从发动机气缸排出废气到环境中的排气管13和多个后处理装置，该后处理装置位于排气管13中，以便在其释放到环境中之前从排气管中降低和/或移除污染物质。0095更详细的是，排气管13配备有柴油氧化催化剂DOC14，用于将碳氢化合物HC和一氧化

23、碳CO氧化成二氧化碳CO2和水H2O；配备有柴油机微粒过滤器DPF15，其位于DOC14的下游，用于从废气中移除柴油微粒物质烟灰；还配备有位于DPF15下游的传统的消音器16。0096DOC14和DPF15紧密连接并且包含在单个壳体内。0097发动机系统10还包括发动机控制单元ECU17，其借助于多个传感器控制柴油发动机11的操作。0098特别是，ECU17连接到热导测量的烟灰传感器18，其位于排气管13中，在DPF15的出口19，以便测量在排出DPF15的废气中的烟灰浓度。0099在柴油发动机11的操作过程中，烟灰传感器18根据由再生阶段相互分离的一连串烟灰加载阶段来操作。0100在每个烟灰

24、加载阶段过程中，微粒物质烟灰在烟灰传感器18的基质上逐渐累积，以至于在多个电极之间产生电流应用在那个基质上。0101当电流大小超过给的阈值时，累积的微粒物质通过关联到基质的电加热器被烧掉，因此执行烟灰传感器18的再生阶段。0102当再生阶段完成时，新的烟灰加载阶段开始，诸如此类。0103在烟灰传感器18的两个连续的再生阶段之间的时间周期，其是在它们之间的烟灰加载阶段的持续时间，通常被称为烟灰传感器18的响应时间。0104根据可确定的关系，烟灰传感器18的响应时间与在DPF出口19处的废气中的烟灰浓度相关联。0105本发明的实施例提供用于在柴油发动机11的正常操作过程中获得关于DPF15效率的信

25、息的方法。0106DPF的效率可以定义为保留在DPF15中的烟灰量与进入到DPF15中的烟灰量的比率。0107如图2所示，这个方法首先提供用于设定DPF效率的边界值EBDL。0108这个边界值EBDL在对配有内燃机系统10如图3的测试汽车100执行的实验活动过程中被确定。0109实验活动提供用于为汽车100设定测试驾驶循环，和在整个测试驾驶循环过程中用于设定排出DPF15的烟灰累积量的阈值QOUT，TH。0110测试驾驶循环和阈值QOUT，TH可通过特定的防污法规来确定，例如OBD法规。0111实验活动然后根据测试驾驶循环提供用于操作汽车100，并用于测量在整个测试驾驶循环过程中进入到DPF1

26、5的烟灰累积量的实际值QIN。0112在这个实验活动的结尾，DPF效率的边界值EBDL可根据下面的方程式进行计算说明书CN102337953ACN102337966A6/7页901130114现在返回图2，本方法提供用于在零点设定计数器的值I。0115然后，本方法提供用于执行增加上面提到的计数器的值I的例行程序。0116这个例行程序被设定，从而，如果DPF效率的实际值与DPF效率的边界值EBDL相符合，计数器的值I表示烟灰传感器18将达到的烟灰加载水平。0117更详细的是，例行程序首先提供用于确定在DPF15的入口20处流入到排气管13中的废气的烟灰浓度值SCIN。0118值SCIN是借助于本

27、来已知的估计策略来估计的。0119可替代的是，值SCIN可以借助于位于DPF入口20的附加的传感器来测量。0120例行程序然后提供用于计算在DPF出口19流入排气管13的废气中的烟灰浓度值SCOUT。0121值SCOUT根据下式计算0122SCOUTSCINEBDL0123事实上，值SCOUT代表在DPF出口19处的烟灰浓度值，如果DPF15的实际效率与DPF效率的边界值EBDL相符合，这将是期待的。0124值SCOUT然后用于确定烟灰传感器18的响应时间RT，如果在DPF出口19处的废气中的烟灰浓度与对宽的时间范围内的值SCOUT相符合，这将是期待的。0125响应时间RT可以借助于映射表或者

28、计算模块来确定，其中在烟灰传感器18的响应时间RT和在DPF出口19处的烟灰浓度之间的可确定的关系被实现。0126然后，例行程序提供用于确定计数器的增量I。0127增量I以之前确定的响应时间RT为函数根据下式进行计算01280129增量I然后被增加到计数器的最近确定的值I，以便获得新值I。0130在这一点上，本方法提供用于检查烟灰传感器18的再生阶段是否已经开始。0131如果烟灰传感器18经受再生阶段，那么本方法提供用于检查是否计数器的当前值I低于计数器的预定阈值ITH。0132在当前实施例中，计数器的阈值ITH等于一。0133因为计数器的当前值I以DPF效率的边界值EBDL为基础计算，所以如

29、果当前值I低于单一的阈值ITH时烟灰传感器18的再生阶段开始，那么其意味着DPF15的实际效率低于边界值EBDL，否则其意味着DPF15的实际效率高于或者至少等于边界值EBDL。0134因此，如果计数器的当前值I低于单一的阈值ITH时，本方法提供用于检测不合适的DPF效率。0135当前值I是否低于单一的阈值ITH，本方法最后提供用于在零点重新设定计数器的值I，以便先前描述的所有步骤在烟灰传感器18的随后的烟灰加载阶段过程中可以被重复。0136在烟灰传感器18不经受再生阶段的情况下，也就是当其经受烟灰加载阶段时，方法相似的提供用于检查是否计数器的当前值I低于阈值ITH。说明书CN10233795

30、3ACN102337966A7/7页100137在这种情况下，如果计数器的当前值I等于或者大于计数器的预定的阈值ITH，那么其意味着DPF15的实际效率必定大于边界值EBDL。0138因此，如果计数器的当前值I不低于阈值ITH，那么本方法提供用于直接检测合适的DPF效率。0139当前值I是否低于单一的阈值ITH，本方法然后提供用于重复之前描述的例行程序，以至于逐渐增加计数器的值I，直到烟灰传感器18的再生阶段开始。0140事实上，例行程序可以很频繁的重复，例如每秒一次，以便获得计数器的精确值I。0141用于评价DPF效率的这个方法可以在包括用于执行上面描述的所有步骤的程序代码的计算机程序的帮助

31、下进行管理。0142计算机程序储存在关联到ECU17的数据载体21中。0143以这种方式，当ECU17执行计算机程序时，上面描述的本方法的所有步骤也被执行。0144虽然至少一个示范的实施例在前述的总结和详细描述中被提出，但是可以理解的是大量的变化存在。也应当理解的是示范的实施例或多个示范的实施例仅仅是实例，并不是限制范围、适用性、或者在任何方面的结构。而是，前述的总结和详细描述将给本领域那些技术人员提供方便的指示，用于实现至少一个示范的实施例，可以理解的是在示范的实施例中描述的功能和元件布置可以作不同的变化，而不脱离如在所附权利要求和在其合法等价物中提出的范围。说明书CN102337953ACN102337966A1/3页11图1说明书附图CN102337953ACN102337966A2/3页12图2说明书附图CN102337953ACN102337966A3/3页13图3说明书附图CN102337953A