CN102124190B - 提高碳粒负荷估测准确性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高过滤器效果的方法，其通过提高清洗后残留在过滤器中微粒物负荷估测的准确性而实现。在一实施方式中，本发明方法包括：通过清洗，从柴油微粒滤清器除去碳粒，并为一组预定标准而测量若干参数。然后，基于德尔塔压力估测出柴油微粒滤清器中的碳粒负荷量。所得到的碳粒负荷的估测值可以说明干扰因素，例如扩展操作之后的碳粒负荷。随后，在后续的清洗处理之后，该值用于调节柴油微粒滤清器中进一步的碳粒负荷估测和/或用于诊断清洗的效果。本发明的方法也可用于柴油微粒滤清器的诊断。当在健康的再生过程中观测到基于德尔塔压力的碳粒负荷估测和基于模型的碳粒负荷估测的差异，可以探测出失败的工作状态例如堵塞、极端的灰分负荷或基体熔化。

Description

提高碳粒负荷估测准确性的方法

优先权信息

本申请是以康明斯过滤IP有限公司的名义提出的PCT国际申请，并要求申请号为12/138493、申请日为2008年6月13日、名称为“提高碳粒负荷估测准确性的方法”的美国申请为优先权，该申请的全部内容均包含于本申请内。

技术领域

一般而言，本发明涉及一种清洗滤清器后分析测量误差的方法；更具体地讲，本发明涉及一种提高微粒滤清器(particulate filter)中碳粒负荷(soot load)估测准确性的方法，该微粒滤清器用于柴油机尾气的后处理。

背景技术

后处理装置广为人知，并广泛用于各种内燃机之尾气的后处理中。这类装置，如柴油氧化催化剂(DOC)和柴油微粒滤清器(DPF)，对于处理和/或除去有害成分非常有用，这些有害成分包括一氧化碳、一氧化氮、未燃烧的烃、以及发动机排气中的碳粒。

当柴油微粒滤清器从尾气中收集微粒物例如碳粒时，背压(backpressure)将增加。除非除去碳粒，否则碳粒在过滤器中的积累会降低燃料效率。

为了除去柴油微粒滤清器中的碳粒，经常通过加热，将捕获的碳粒转化为二氧化碳，使柴油微粒滤清器再生。通常，再生过程的健康程度(也即碳粒的脱除程度)是基于德尔塔压力(delta pressure)的碳粒负荷估测而确定的。然而，估测中的误差可能会导致失败的模式，例如再生过程失控或燃料经济性下降。因而，有必要提高基于德尔塔压力的碳粒负荷估测的准确性。

发明内容

本发明公开了一种提高基于德尔塔压力的碳粒负荷估测准确性的方法，其可用于确定柴油微粒滤清器的再生过程是否健康。尽管该方法特别适用于尾气后处理***中柴油微粒滤清器的再生过程中估算碳粒的负荷，但该方法也可用于其它希望测量过滤器清洗后或再生后是否健康的过滤器技术。

本发明公开的方法考虑了某些干扰因素(noise factors)，以提高估测的准确性。所使用的估测值是一能表征滤清器清洗后所残留的微粒物量的数值，而不是微粒物的实际测量值，从而提高了准确性，并能更好地识别出未能适当再生/清洗的滤清器。

在一实施方式中，本发明方法涉及在柴油微粒滤清器清洗之后调节用于估算碳粒负荷的参考值(reference value)。本发明方法包括通过清洗从柴油微粒滤清器去除碳粒，并为一组预定的标准而测量若干参数。清洗过程一直持续，直到达到所有的预定标准。之后，就可以基于德尔塔压力估算出柴油微粒滤清器中的碳粒负荷。所得到的碳粒负荷的估测结果，可以说明干扰因素，例如扩展操作之后的灰分负荷。在后续的清洗处理后，该值用于调节柴油微粒滤清器内碳粒负荷的进一步估测。

在另一实施方式中，本发明的方法涉及通过核实是否达到制造商规定的标准、来判断滤清器的再生是否健康。该方法包括将柴油微粒滤清器的入口温度与目标温度进行比较、以及将柴油微粒滤清器的入口体积流率(flow rate)与要求的体积流率进行比较。在再生过程中，如果达到标准的时间大于预定的阈值，则该柴油微粒滤清器判断为健康。该方法还涉及在达到预定标准的再生过程结束时，确定基于德尔塔压力的碳粒负荷估测，然后通过将基于德尔塔压力的碳粒负荷估测与预定的阈值进行比较，以确定是否达到制造商定义的标准。

附图说明

图1显示了在柴油微粒滤清器中德尔塔压力与体积流率之比的特征曲线；

图2显示了来自典型样本的、未调节的、基于德尔塔压力的碳粒负荷估测数据；

图3显示了具有预定标准的滤清器清洗后，基于干净的滤清器的流动阻力测量值的、调节过的、基于德尔塔压力的碳粒负荷估测；

图4显示了本发明方法的一实施方式；

图5显示了可从滤清器随时间的诊断中所得到的数值的典型代表。

具体实施方式

以下描述了如何提高可除去的微粒物之负荷估测的准确性的方法，该微粒物之负荷是经过清洗之后残留在滤清器内的。本发明所公开的方法可以调节因偏置因素(或称偏移因子，offsetting factor)如滤清器之间的流动阻力的变化所导致的误差。下面描述中，滤清器为柴油微粒滤清器(DPF)，需要过滤的材料为尾气。然而，在适当的条件下，这里所描述的概念可应用于其它类型的过滤器和过滤***，例如，过滤水的水过滤***。

在一实施方式中，本发明所公开的方法包括基于德尔塔压力估算滤清器中的碳粒负荷。在估算碳粒负荷时，柴油微粒滤清器在使用之前要先进行校准。校准所使用的柴油微粒滤清器是几乎没有污染的新滤清器。校准通常包括使尾气以特定的体积流率流经几乎无污染或无污染的柴油微粒滤清器，然后测量德尔塔压力。这种相对于体积流率的德尔塔压力的测量值，代表了干净的柴油微粒滤清器中流动阻力的基线。校准进一步包括用已知数量的碳粒，对几乎无污染或无污染的柴油微粒滤清器施加负荷，再使尾气以特定的体积流率通过，然后测量德尔塔压力。

图1显示了由这样的校准生成的特征曲线图，其表示了在不同的碳粒负荷下尾气以特定的体积流率通过时所测得的柴油微粒滤清器的德尔塔压力值。特别地，圆形标记的曲线代表碳粒负荷为9g/L，星形标记的曲线代表碳粒负荷为5g/L，十字形标记的曲线代表碳粒负荷为3g/L。三角形标记的曲线代表碳粒负荷为0g/L，其可以作为干净的柴油微粒滤清器中流动阻力的基线。这些曲线随后用作估算柴油微粒滤清器中碳粒负荷的参考点，例如，在扩展操作之后，比较特定流率下由德尔塔压力的后续测量所生成的数据。

为了测量经过一段时间使用后的干净滤清器的流动阻力，柴油微粒滤清器必须除去积累的碳粒。本发明所公开的方法中包括清洗柴油微粒滤清器，例如，在柴油微粒滤清器的上游使用柴油氧化催化剂(DOC)，以达到一项或多项预定的标准。需要认识到，清洗柴油微粒滤清器以除去碳粒的工艺并不特别限定于此，其可以是具有不同结构的不同清洗***。

预定标准的参数并无特别限制，其可以包括清洗的持续时间、清洗过程中的流率以及清洗过程中的DPF入口温度。用作标准的预定标准必须在测量基于德尔塔压力的碳粒负荷估测测量之前达到。

在一实现方式中，如果下列要求满足，则达到预定标准：(1)在清洗过程中，DPF入口温度达到目标温度的时间百分比高于预定阈值；以及(2)在清洗过程中，DPF体积流率达到要求的体积流率的时间百分比高于预定阈值。

如果在清洗过程结束的时候，未达到所有的预定标准，则延长清洗过程，以确保大部分碳粒从滤清器中除去。另一方面，如果达到所有的预定标准，则以特定的流率测量德尔塔压力，以获得碳粒负荷的估测。

在某些情况下，基于德尔塔压力的碳粒负荷估测可能不会指示零碳粒水平。不拘泥于理论，一个可能的原因解释如下。

如前所述，特征曲线是通过校准几乎无污染的新滤清器生成的。然而，实际上，使用的柴油微粒滤清器可能与产生上述曲线的柴油微粒滤清器不同。由于不同柴油微粒滤清器之间其流动阻力是显著不同的，可以预料用于产生上述曲线的DPF干净滤清器的流动阻力，与替代的DPF的流动阻力不同。

除此之外，在扩展操作后暴露于尾气中的DPF，积累了碳粒之外的微粒物，例如灰分(ash)，这些微粒物经上述清洗过程后，依然残留在滤清器中。这类碳粒之外的微粒物可能导致在清洗过程之后，测量基于德尔塔压力的碳粒负荷估测时发生偏差。

为了说明这类偏差的原因，本发明公开的方法将清洗后测量的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测(该清洗达到了所有的预定标准)与校准的基线进行了比较。随后计算出二者的差，并生成一个差异值(disparate value)。通过调节在干净的DPF中基于差异值的流动阻力的基线，而使该差异值用于调节后续测量中得到的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测。

当进行后续测量时，可以将后续得到的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测值，与先前的测量值进行比较。通过调节已调节的基线，可利用后续测量值和先前测量值之差来调节之后的测量。与先前测量进行比较的、用于进行调节的后续测量的次数并无特别限定。

实验验证

图2显示了在一实施方式中DPF的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测的数据组，该组DPF来自满足上述预定标准清洗之后的一队越野卡车。在这个数据组中，样本量为78，平均值为9.5925，标准偏差为9.7867。图2同时显示了正态测试(Anderson-Darling test)的结果。计算出的A²值非常小，为0.58，相应的p值非常大，为0.128。

图3显示了上述数据组基于清洗过程后的干净滤清器流动阻力测量值和校准的基线之间的差值进行调节后的标准化调节值。在本例中，平均值9.5925调节至0，使得标准偏差变为5.5513。此处，计算出的A²值非常大，为1.11，并且p值非常小。同样地，统计表明分布更窄并且更集中。

在上述例子中，平均值9.7867用作差异值。该平均值可以用于调节经另一满足预定标准的清洗之后、所得到的后续基于德尔塔压力的碳粒负荷估测。需要认识到，用于调节后续测量以说明偏差原因的数学计算并非是特别限定的，其可以通过减去差值、乘以一个常数或其它方法而实现。

在另一实施方式中，本发明所公开的方法包括判断清洗后滤清器是否符合某些特定的标准，例如，制造商规定的标准。该方法包括将清洗后微粒物的负荷与预定的阈值进行比较，以进一步判断清洗的效果。在一操作模式中，柴油微粒滤清器可由车载故障诊断(OBD)符合性监控进行判断。为了满足车载故障诊断符合性监控的要求，需要设计一个检测仪，以便在需要除去碳粒的情况下，能够检测到从柴油微粒滤清器中除去碳粒的失败。在这种操作模式中，从柴油微粒滤清器中除去碳粒包括通过加热将捕集的碳粒转化为二氧化碳、以使柴油微粒滤清器再生。

在一实现方式中，车载故障诊断(OBD)符合性的判断方法包括通过监测预定标准的参数而检查再生的效果。图4显示了该方法所涉及步骤的一实例100。

如图4所示，方法100包括在一运行的再生过程中，将柴油微粒滤清器的入口温度与目标温度进行比较110、将柴油微粒滤清器的入口体积流率与要求的体积流率进行比较120。然后，基于比较110和比较120，计算出在再生过程中符合下列条件的时间百分比：(1)柴油微粒滤清器的入口温度达到目标温度；(2)柴油微粒滤清器的入口体积流率达到要求的体积流率。然后，确定是否达到预定的标准130。

如果在再生过程结束之前，计算的百分比高于预定的阈值，而且基于模型的碳粒负荷估测低于预定的阈值，则达到预定的标准。如果达到预定的标准，那么再生过程确定为健康140。否则，再生过程确定为不健康150，并停止诊断。

在停止诊断的情况下，在后续的再生过程中重复上述步骤110、120、130。如果在第二次尝试后，再生过程仍然确定为不健康，将标记为故障190。

一旦再生过程确定为健康，将再生过程中基于德尔塔压力的碳粒负荷估测进行比较160和分析170。如果基于德尔塔压力的碳粒负荷估测低于预定的阈值，则诊断为通过180。另一方面，如果基于德尔塔压力的碳粒负荷估测高于预定的阈值，则诊断为失败，并标记为故障190。

图5显示了随时间从滤清器的诊断中得到的数值的典型代表，其中时间由y轴表示。从上到下，图5显示了：(1)基于模型的碳粒负荷估测曲线270，在图的这一部分，其纵轴表示基于模型的碳粒负荷估测；(2)再生触发280，在图的这一部分，其纵轴上的正值表示运行的再生过程，纵轴上的零值表示未运行的再生过程；(3)线230代表了柴油微粒滤清器的入口温度达到目标温度的所计算出的时间百分比，在图的这一部分，其纵轴表示柴油微粒滤清器的入口温度达到目标温度的时间的百分比；(4)线250代表了体积流率达到要求的流率的所计算出的时间百分比，在图的这一部分，其纵轴表示体积流率达到要求的体积流率的时间的百分比；(5)曲线290、295代表了测量出的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测，在图的这一部分，其纵轴表示基于德尔塔压力的碳粒负荷估测。虚线纵轴210和220依次表示在y轴上运行再生过程的开始时间的参考位置和再生过程的结束时间的参考位置。

图5显示了：(1)在再生过程结束之前，线230穿越阈值线240之上；(2)在再生过程结束之前，线250穿越阈值线260之上；(3)在再生过程结束之前，曲线270穿越阈值线275之下。线230、25和曲线270是再生过程被确定为健康的典型代表。

图5中的曲线295是进行再生的柴油微粒滤清器中所测量的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测的一实例，曲线295在再生过程结束之前，穿越阈值线300之下，因而其是柴油微粒滤清器通过了车载故障诊断(OBD)符合性之诊断的代表性实例；另一方面，曲线290是进行再生的柴油微粒滤清器中所测量的基于德尔塔压力的碳粒负荷估测的另一实例，在再生过程结束之前，其位于阈值线300的上方，因而，曲线290是柴油微粒滤清器未通过车载故障诊断(OBD)符合性之诊断的代表性实例，所以，其将被记录为故障。

本发明所公开方法的许多优点之一是，该方法能探测出由较高灰分负荷、管道堵塞或熔融所导致的滤清器的失败状态。另外，本发明公开的方法能显著地增加确定滤清器的清洁是否有效的机会。除此之外，本发明方法通过提高可靠性以及使发动机背压所造成的燃油损耗最小化，而有助于维持***的性能，进而降低了服务成本和保修申请。

虽然通过优选的实施方式，披露了本发明的***和方法，但显而易见，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明之发明范围前提下，可以将其它改进内容结合进所披露的***和方法。

以上的公开在其各个方面和公开形式上，适合实现本发明的目的和其它优点。所公开的细节不应理解为对权利要求的限制。

Claims (13)

1.一种补偿滤清器测量误差的方法，该方法包括：

在滤清器进行了以去除可移除之微粒物的清洗过程之后，确定该清洗过程之后该滤清器内所残留的可移除的微粒物负荷的估测；以及

通过量化以下二者之间的差值，而确定第一差异值：

（1）清洗过程之后该滤清器中所残留的可移除微粒物的估测负荷；以及

（2）参考值；

其中，所述的参考值是通过与基本上没有污染物的新滤清器进行校准而获得的；

其中，在所述滤清器上的清洗过程持续进行到达到至少一个预定的标准，该预定的标准用于指示何时足够量的可移除的微粒物被去除了；

其中，当满足下列条件即为达到所述预定的标准：

（1）在清洗过程中，滤清器的入口温度达到或超过目标温度的时间百分比高于预定的阈值；以及

（2）在清洗过程中，通过滤清器的体积流率达到或超过要求的体积流率的时间百分比高于预定的阈值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定估测包括：

在滤清器压力降和体积流率的函数中进行输入，该输入包括观测的滤清器上的压力降和观测的体积流率；

基于所述参考值，估测残留在该滤清器中的可移除的微粒物负荷。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定的标准包括至少下列之一：该滤清器的清洗时间；通过该滤清器的流体的体积流率；或者该滤清器清洗过程中滤清器入口的温度。

4.如权利要求1所述的方法，其进一步包括根据所述差异值调节所述参考值，以生成第一调节参考值。

5.如权利要求4所述的方法，其进一步包括：

进行滤清器的后续清洗；

确定后续清洗之后该滤清器中残留的可移除的微粒物负荷的估测；

通过量化以下二者的差值，而确定第二差异值：

（1）在后续清洗之后该滤清器中所残留的可移除微粒物的估测负荷；以及

（2）第一调节参考值；

基于该第二差异值调节第一调节测量值，以生成第二调节参考值。

6.如权利要求5所述的方法，其中，确定该滤清器中所残留的微粒物负荷的估测包括：

在滤清器压力降和体积流率的函数中进行输入，该输入包括观测的滤清器上的压力降和观测的体积流率；

基于第一调节参考值，估算残留在该滤清器中的可移除的微粒物负荷。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述的滤清器为柴油微粒滤清器，所述的可移除的微粒物为碳粒。

8.如权利要求7所述的方法，其中，确定估测包括：测量基于德尔塔压力的碳粒负荷估测。

9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括：确定当预定的条件满足、在清洗过程结束时，基于德尔塔压力所测量的碳粒负荷估测是否高于预定的阈值。

10.如权利要求9所述的方法，其中，当所述基于德尔塔压力的碳粒负荷估测高于预定的阈值则记录为故障。

11.一种判断柴油微粒滤清器的再生是否健康的方法，该方法包括：

在运行再生过程期间，确定所述柴油微粒滤清器内的碳粒负荷的估测；

确定在运行再生过程期间，是否达到再生过程健康程度的预定标准，当达到预定标准时，再生过程为健康；以及

当再生过程确定为健康，通过在再生过程结束时、该柴油微粒滤清器中估测的碳粒负荷是否高于预定阈值而核实该再生过程为健康；

其中，当下列条件满足则达到所述的预定标准：

（1）在运行再生过程中，入口温度达到或高于目标入口温度的时间百分比高于预定的阈值；

（2）在运行再生过程中，体积流率达到或高于要求的体积流率的时间百分比高于预定的阈值；以及

（3）在再生过程结束时，基于模型的碳粒负荷估测低于预定的阈值。

12.如权利要求11所述的方法，其中，确定估测包括：

在德尔塔压力和体积流率的函数中进行输入，该输入包括观测的德尔塔压力和观测的体积流率，以及

基于基本上没有污染物的新滤清器所进行的校准，估算碳粒负荷。

13.如权利要求11所述的方法，其进一步包括：在再生过程结束时，当该柴油微粒滤清器中估测的碳粒负荷高于预定的阈值，则记录为故障。

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