操作柴油微粒过滤器的方法 【技术领域】
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 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 )。
DPF 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。
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。
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驶者提供指示来说是可行的。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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， 该持续时间通常指烟灰传感器的响应时间。
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。
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
可行的。 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。
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 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。 本发明其它方面陈述了本发明实施例更优的和 / 或特殊的优点。
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。
根据本发明当前实施例的方法包括步骤 ：
- 设定 DPF 效率的边界值 ；
- 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 ；
- 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 ；
- 如果烟灰传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。
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 ：
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 ；
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 ；
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。
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。
如果不合适的 DPF 效率被检测到， 那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。
根据本发明实施例， 计数器的值按下面步骤增加 ：
- 确定 DPF 入口处的烟灰浓度值 ；
- 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 ；
- 增加这个增量到计数器的最近确定的值。
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
式。 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。
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。
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。
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 ：
- 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 ；
- 以这个响应时间为函数计算计数器的增量。
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。
响应时间可通过下面步骤确定 ：
- 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
- 以在 DPF 出口处的这个烟灰浓度值为基础， 确定响应时间。
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。
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。
这个关系因此可以在计算模型下实现， 或者用于产生数据集， 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。
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。
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 (unitary value)。
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。
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。
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 ：
- 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 ；
- 设定在整个驾驶循环过程中排出 DPF 的烟灰累积量的阈值 ；
- 根据该驾驶循环操作汽车 ；
- 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 ；
- 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。
这个解决方案提供了用于确定 DPF 效率边界值的可靠标准。
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。
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
法规。 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 DPF 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。
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。
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。
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。
本方法也可体现为电磁信号， 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
本发明将借助于实例参考附图进行描述。 图 1 是内燃机系统的示意表示。 图 2 是代表根据本发明实施例的方法的流程图。 图 3 是配有图 1 的内燃机系统的汽车的示意表示。 参考标号 10 内燃机系统 11 柴油发动机 12 进气管 13 排气管 14DOC 15DPF 16 消音器 17ECU 18 烟灰传感器 19DPF 出口 20DPF 入 21 数据载体 100 汽车 Ebdl DPF 效率的边界值 I 计数器的值 I* 计数器增量 Ith 计数器阈值 SCin 在 DPF 入口处的烟灰浓度值 SCout 在 DPF 出口处的烟灰浓度值 RT 烟灰传感器的响应时间具体实施方式
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。
更详细的是， 排气管 13 配备有柴油氧化催化剂 (DOC)14， 用于将碳氢化合物 (HC) 和一氧化碳 (CO) 氧化成二氧化碳 (CO2) 和水 (H2O) ； 配备有柴油机微粒过滤器 (DPF)15， 其 位于 DOC 14 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 DPF 15 下游 的传统的消音器 16。
DOC 14 和 DPF 15 紧密连接并且包含在单个壳体内。
发动机系统 10 还包括发动机控制单元 (ECU)17， 其借助于多个传感器控制柴油发 动机 11 的操作。
特别是， ECU 17 连接到热导测量的烟灰传感器 18， 其位于排气管 13 中， 在 DPF 15 的出口 19， 以便测量在排出 DPF 15 的废气中的烟灰浓度。 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。
在每个烟灰加载阶段过程中， 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。
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。
当再生阶段完成时， 新的烟灰加载阶段开始， 诸如此类。
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。
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。
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 DPF 15 效 率的信息的方法。
DPF 的效率可以定义为保留在 DPF 15 中的烟灰量与进入到 DPF 15 中的烟灰量的 比率。
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。
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。
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 DPF 15 的烟灰累积量的阈值 Qout， th。
测试驾驶循环和阈值 Qout， 例如 OBD 法规。 th 可通过特定的防污法规来确定，
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 DPF 15 的烟灰累积量的实际值 Qin。
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 ：
现在返回图 2， 本方法提供用于在零点设定计数器的值 I。
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。
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。
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。
值 SCin 是借助于本来已知的估计策略来估计的。
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。
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。
值 SCout 根据下式计算 ：
SCout ＝ SCin*Ebdl
事实上， 值 SCout 代表在 DPF 出口 19 处的烟灰浓度值， 如果 DPF 15 的实际效率与 DPF 效率的边界值 Ebdl 相符合， 这将是期待的。
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。
响应时间 RT 可以借助于映射表或者计算模块来确定， 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。
然后， 例行程序提供用于确定计数器的增量 I*。
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 ：
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。
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。
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。
在当前实施例中， 计数器的阈值 Ith 等于一。
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 DPF 15 的实际效率低于 边界值 Ebdl， 否则其意味着 DPF 15 的实际效率高于或者至少等于边界值 Ebdl。
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。
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。
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。
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 DPF 15 的实际效率必定大于边界值 Ebdl。
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。
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。
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。
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下进行管理。
计算机程序储存在关联到 ECU 17 的数据载体 21 中。
以这种方式， 当 ECU 17 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。
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。