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监测车辆排气后处理装置中颗粒过滤器的系统和方法
申请号	CN201310331611.X	申请日	2013-08-01	公开(公告)号	CN103573363B	公开(公告)日	2017-08-18
申请人	通用汽车环球科技运作有限责任公司;			发明人	C.C.斯沃伊施; C.惠特; D.C.萨森;
摘要	监测排气后处理装置的颗粒过滤器的方法，包括在第一时间感测颗粒过滤器的第一压力降和在第二时间感测颗粒过滤器的第二压力降。控制器可以随后计算第一时间和第二时间之间的压力降的变化率，同时感测通过排气后处理装置的排气流动速率。使用感测的排气流动速率，控制器可以确定变化率阈值，并随后将计算变化率与变化率阈值比较。方法进一步包括，如果计算的变化率小于变化率阈值，则使用感测的第二压力降更新煤烟模型。
权利要求	1.一种监测排气后处理装置的颗粒过滤器的方法，包括：在第一时间感测跨颗粒过滤器的第一压力降；在第二时间感测跨颗粒过滤器的第二压力降；计算第一时间和第二时间之间压力降的变化率；感测流过排气后处理装置的排气的流动速率；从感测的排气流动速率确定变化率阈值；将计算的变化率与所述变化率阈值进行比较；和如果计算的变化率小于所述变化率阈值，则使用感测的第二压力降更新烟黑模型，以使烟黑模型利用第二压力降估计收集在颗粒过滤器中的烟黑量。 2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，根据更新的烟黑模型启动颗粒过滤器的再生。 3.如权利要求2所述的方法，其中启动颗粒过滤器的再生包括增加提供到发动机的燃料的量，所述发动机与排气后处理装置联接。 4.如权利要求1所述的方法，进一步包括，如果计算的变化率大于所述变化率阈值，则忽略第二压力降。 5.如权利要求1所述的方法，其中所述变化率阈值是排气流动速率的递增函数。 6.如权利要求1所述的方法，其中从感测的排气流动速率确定变化率阈值包括从查询表获取变化率阈值，该变化率阈值对应于感测的流动速率，且作为感测的流动速率的函数而增加。 7.一种用于监测排气后处理装置的颗粒过滤器的系统，所述排气后处理装置与车辆发动机流体连通，所述系统包括：第一流体管，设置为与排气后处理装置流体连通，且在颗粒过滤器和发动机之间；第二流体管，设置为与排气后处理装置流体连通，且在颗粒过滤器的与第一流体管相对的侧上；差压模块，配置为监测第一流体管和第二流体管之间的压力降；和控制器，与差压模块通信，且配置为：在第一时间感测跨颗粒过滤器的第一压力降；在第二时间感测跨颗粒过滤器的第二压力降；计算第一时间和第二时间之间压力降的变化率；感测流过排气后处理装置的排气的流动速率；从感测的排气流动速率确定变化率阈值；将计算的变化率与所述变化率阈值进行比较；和如果计算的变化率小于所述变化率阈值，则使用感测的第二压力更新烟黑模型，以使烟黑模型利用第二压力降估计收集在颗粒过滤器中的烟黑量。 8.如权利要求7所述的系统，进一步包括流动速率传感器，其与控制器通信，且配置为监测流过排气后处理装置的排气的流动速率。 9.如权利要求7所述的系统，其中控制器进一步配置为，根据更新的烟黑模型启动颗粒过滤器的再生。 10.如权利要求9所述的系统，其中控制器进一步配置为，通过增加提供到发动机的燃料量而启动再生。
说明书全文	监测车辆排气后处理装置中颗粒过滤器的系统和方法技术领域 [0001] 本发明涉及使用差压模块（differential pressure module）监测排气后处理系统中的颗粒过滤器的方法。背景技术 [0002] 已经开发各种排气后处理装置，例如颗粒过滤器和其他装置，以有效地限制来自内燃发动机的废气排放。在压缩点火式或柴油发动机的情况下，持续进行了大量的努力，用于开发实用且高效的装置和方法，以减少存在于发动机排气中的大量含碳颗粒。 [0003] 用于现代柴油发动机排气的后处理系统通常整合有柴油颗粒过滤器（DPF），用于在排气被排放到大气之前收集和处理通过柴油发动机排出的煤烟颗粒物质。典型的DPF用作捕获器，用于从排气流去除颗粒物质。DPF可包含贵金属，例如白金和/或钯，其用作进一步氧化存在于排气流中的煤烟和碳氢化合物的催化剂。在许多情况下，DPF可以使用过热的排气燃烧掉收集的颗粒，从而被再生或清理。发明内容 [0004] 车辆可以包括发动机、和与该发动机流体连通的排气后处理装置。排气后处理装置可以包括用于将煤烟与从发动机排出的燃烧气体分开的颗粒过滤器。 [0005] 用于监测排气后处理装置的颗粒过滤器的系统包括第一流体管、第二流体管、差压模块和控制器。第一流体管可以设置为与颗粒过滤器和发动机之间的排气后处理装置流体连通。第二流体管可以设置为与排气后处理装置流体连通，且位于颗粒过滤器的与第一流体管的相对侧上。从而第一流体管可以在颗粒过滤器的“上游”，且第二流体管可以在的“下游”。 [0006] 差压模块可以与控制器通信，且可以配置为监测第一流体管和第二流体管之间的压力降。控制器可以配置为在第一时间感测颗粒过滤器的第一压力降和在第二时间感测颗粒过滤器的第二压力降。其可以随后计算第一时间和第二时间之间的压力降的变化率，同时感测流过排气后处理装置的排气的流动速率。控制器可以使用感测的流动速率来确定变化率阈值，且可以随后将计算的变化率与变化率阈值比较。如果计算的变化率小于变化率阈值，则控制器可以使用感测的第二压力降更新煤烟模型。 [0007] 同样，监测排气后处理装置的颗粒过滤器的方法包括在第一时间感测颗粒过滤器的第一压力降和在第二时间感测颗粒过滤器的第二压力降。控制器可以随后计算第一时间和第二时间之间的压力降的变化率，同时感测流过排气后处理装置的排气的流动速率。使用感测的排气流动速率，控制器可以确定变化率阈值，且随后将计算的变化率与变化率阈值比较。方法进一步包括，如果计算的变化率小于变化率阈值，则使用感测的第二压力降更新煤烟模型。 [0008] 在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。附图说明 [0009] 图1是用于处理来自发动机的排气的发动机和排气后处理系统示意图。 [0010] 图2是作为排气流动速率函数的压力变化率阈值的示意图。 [0011] 图3是排气后处理装置的监测颗粒过滤器的方法的示意性流程图。具体实施方式 [0012] 参见附图，其中在各种附图中相同的附图标记用于表示相同的部件，图1示意性地示出了车辆10，其包括发动机12和排气后处理系统14。如可以理解的，发动机12可以燃烧燃料和空气的混合物，以为车辆10提供原动力。排气后处理系统14可以随后在燃烧副产物（即排气）从发动机12流出（通过流动箭头16表示）时引导和处理该燃烧副产物。通常，排气后处理系统14可以在气体从车辆10排出之前从排气流16除去悬浮颗粒物质和NOx气体。在一种构造中，发动机12可以是压燃式柴油发动机；然而，可以类似地使用其他类型的发动机技术。 [0013] 排气后处理系统14通常可以包括颗粒过滤器20，所述颗粒过滤器可以配置为从发动机12的排气过滤颗粒物质，即烟黑（soot）。颗粒过滤器20可以包括一个或多个基质22，其限定多个孔24，排气必须通过所述孔流动。在排气流经颗粒过滤器20时，悬浮的空气携带的颗粒物质会收集在基质22上，在该处，颗粒物质可以从排气流16中分离。 [0014] 在车辆10的整个寿命中，颗粒过滤器20偶尔可需要再生，以除去任何收集的颗粒物质。在一种构造中，颗粒过滤器20的再生可以包括将颗粒过滤器20加热到足以燃烧掉基质22的颗粒物质的温度。这样的高温可以随后被保持达足以从基质22燃烧掉大多数颗粒物质的时间段。通常，“燃烧”颗粒物质的过程可包括将捕获的颗粒物质转换为允许被排放到大气中的二氧化碳。 [0015] 为了确定何时需要颗粒过滤器20的再生事件，控制器30可以经由跨颗粒过滤器20设置的差压传感器模块32监测颗粒过滤器20的排气流阻抗。通过将第一流体管34中的压力与第二流体管36中的压力进行比较，差压传感器模块32可监测跨基质22的压力降，所述第一流体管34与过滤器20上游（即过滤器20和发动机12之间）的排气后处理系统14连通，所述第二流体管36与过滤器20下游（即在颗粒过滤器20的相对于第一流体管34的相对侧上）的后处理系统14流体连通。替换地，流体管34、36中之一或两者可以用电子压力传感器替换，所述电子压力传感器可以分别与排气流16流体连通。这种电子压力传感器可以包括例如压敏电阻传感器、压电传感器、MEMS传感器和/或电容传感器，其可以配置为将感测到的压力转换为代表感测到的压力的模拟或数字信号。差压模块32可以检测相应第一和第二流体管34、36之间的压力降，且可以向控制器30提供表示差的大小的信号38（即压差信号38）。 [0016] 除了差压模块32，后处理系统14还可以包括流动速率传感器40。流动速率传感器40可以配置为向控制器30提供信号42，所述信号表示通过排气系统的排气流16的速度。在一种构造中，流动速率传感器40可以是设置在排气流16中的物理传感器，且例如可以包括空气质量流量传感器、应变计、叶轮（impeller）或一些其他类型的物理流量传感器。在另一构造中，流动速率传感器40可以通过与发动机12的进气口有关的空气质量流量传感器、排气再循环传感器/促动器、和/或其他有关的/感测到的参数推断流动速率。 [0017] 通常，控制器30可以使用感测到的来自差压模块32的压差以及排气流动速率作为烟黑模型44的输入，其可以估计颗粒过滤器20的状态。在一种构造中，烟黑模型44可以使用感测到的跨颗粒过滤器的压力降来估计颗粒过滤器20中收集的烟黑的克数。 [0018] 在烟黑模型44估计出颗粒过滤器20需要再生（即确定的烟黑量超过烟黑阈值）时，控制器30可以随后调整发动机12的运行以执行再生。在一个构造中，控制器30可以通过增加提供到发动机的燃料量、从而燃料/空气比略微富于化学计量的平衡而开始过滤器再生事件。 [0019] 控制器30可以包括计算机和/或处理器，且包括监测和控制排气后处理系统14、发动机12和/或差压模块32必要的所有软件、硬件、存储器、算法、连接件、传感器等。从而，操作以估计烟黑模型44和/或启动再生的控制方法可以实施为与控制器30相关的软件或固件。应理解控制器30也可以包括能分析来自各种传感器的数据、比较数据、做出控制排气后处理系统14所需的必要决定以及监测差压模块32的任何装置。 [0020] 由于发动机的动力学特点和驾驶员的驾驶习惯，压差信号38可以在不同驱动条件下波动。作为压力读数的内部核实，控制器30可以检查压差信号38在短时间段（即0.5-60秒）的变化率。已经发现，与颗粒过滤器20的状态相比，变化压力信号38在短时间段内的大的变化更紧密地与驾驶员的驾驶习惯有关。 [0021] 在一种构造中，噪声阈值可以通过控制器30实施，从而感测的跨颗粒过滤器20的压力降可以仅在压力降相对稳定的情况下在烟黑模型44中更新。在一种构造中，如果压力信号38中的变化率低于噪声阈值则该压力降可以被认为是“相对稳定的”。换句话说，控制器可以连续监测差压信号，以确定相对于以前的读数的变化率。如果变化率高于阈值，则控制器30可以忽视压力更新，因为其不可靠。 [0022] 尽管静态噪声/变化率阈值可以提供排除不准确读数的一种方式，但可能难以选择能在发动机动力学特点的整个范围内正确过滤读数的单个阈值。例如，已经发现与相对低的流动速率相比，噪声/波动的大小在更高排气流动速率下更大。以这种方式，设定低的变化率阈值在低流动速率下可以有合适的限制作用，但是在高流动速率下可能排除过多的有效读数。相反地，高阈值可以在高流动速率下有适当的限制作用，但是在低流动速率下会接受随噪声波动的读数。 [0023] 因此，在另一构造中，变化率阈值可以是感测的排气流动速率的函数。以这种方式，与较低排气流动速率相比，在较高排气流动速率下允许更大的短期压力波动。在一个实施例中，如图2所示，变化率阈值50作为感测的排气流动速率52的函数指数增加（垂直轴线代表压力变化率54）。在另一实施例中，变化率阈值50可作为感测的排气流动速率52的函数直线地增加。在另一实施例中，变化率阈值50可以作为感测的排气流动速率52的对数或分段函数增加。为了快速参考，变化率阈值50可以作为查询表存储在控制器30中，其中多个变化率阈值可以作为感测排气流动速率52的函数被记录。 [0024] 图3大致示出了使用差压模块32监测颗粒过滤器20状态的方法60。方法60在步骤62开始，例如在紧接燃烧发动机12的钥匙启动事件之后。在步骤64，控制器30可以轮询差压模块32，以在第一时间T1记录第一、基线压力读数。在步骤66，在从T1开始的预定时间段之后，控制器30可以再次轮询差压模块32以记录第二压力读数（即在第二时间T2，其中T1在T2之前）。在步骤68，控制器30可以将第二压力读数与第一压力读数比较，以确定跨颗粒过滤器的压力是否已经改变。如果两个读数没有差异（和/或差异在传感装置的预设定的误差界限之内），第二读数可以在步骤70中被提供到烟黑评估模型。在步骤72，第一、基线压力读数可以随后被第二读数覆盖。 [0025] 如果在步骤68中在第一和第二压力读数之间检测到变化，则控制器30可以随后在步骤74轮询排气流动速率、在步骤76查找针对该感测流动速率的变化率阈值50（例如从与控制器相关的查询表），和在步骤78将变化量与变化率阈值50比较。如果变化量低于阈值水平，则第二读数可以在步骤70传递到烟黑评估模型，且第一、基线压力读数可以在步骤72被第二读数覆盖。如果在步骤78中变化量高于阈值水平，则控制器30可以排除第二读数和/或在预定时间段之后在步骤66再轮询差压模块32。 [0026] 在一种构造中，如果压力读数被排除，则控制器30可以使用发动机的燃烧参数（即质量空气流量、排气再循环和/或燃料质量）估计颗粒过滤器中增加的烟黑累积。替换地，颗粒过滤器中积累烟黑的估计值可以保持恒定，直到随后的压力读数被获取和被确认有效。 [0027] 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。

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