CN114458429A - 增强颗粒捕捉器被动再生的校准方法、校准模块及可读存储介质 - Google Patents

增强颗粒捕捉器被动再生的校准方法、校准模块及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于增强排气后处理***的DPF(48)的被动再生的校准方法，该***包括具有第一SCR(24)的密耦后处理***(20)和包括所述DPF(48)以及位于所述DPF(48)下游的第二SCR(44)的地下后处理***(40)，该方法包括：基于从DPF(48)上游排气中的NO2和烟尘的浓度比(RNO2/Soot)、DPF(48)内部的烟尘水平(LS)、DPF(48)的上游排气温度(T48UP)通过查询校准因子表或曲线来确定校准因子(F)的第一步骤(S1)；将校准因子(F)应用于将被喷射到所述第一SCR(24)的上游排气中的第一尿素计量喷射量(M25ini)、从而得到第一尿素校准喷射量(M25cor)的第二步骤(S2)。本申请还涉及包括处理器和存储有可执行指令的存储器的校准模块，以及存储有可执行指令可读存储介质，当可执行指令被执行时使得机器执行上述校准方法。

Description

增强颗粒捕捉器被动再生的校准方法、校准模块及可读存储 介质
技术领域
本申请涉及车辆排气后处理领域，具体涉及一种增强排气后处理***(本文中，简称ATS)的颗粒捕捉器(本文中，简称为DPF)的被动再生的校准方法。本申请还涉及执行该方法的校准模块和可读存储介质。
背景技术
为了满足世界各国日益严苛的车辆排气要求，已经开发了多种排气后处理***，来减少车辆、特别是柴油车辆排放到大气中的NOX和颗粒物质的量。
为了最大程度地减少排放到大气中的NOX，排气后处理***可以包括低温或密耦后处理***(Close Couple ATS或cc-ATS)和地下后处理***(Under Floor ATS或uf-ATS)，cc-ATS位于uf-ATS的上游。来自发动机的排气首先进入cc-ATS，通过其中的第一选择性催化还原装置(本文中简称SCR)还原并消除排气中的NOX含量的一部分。其中NOX含量降低了的排气接着进入uf-ATS，通过其中的第二SCR还原并消除排气中剩余NOX含量的另一或第二部分。从uf-ATS排出之后的排气直接排放到大气环境，此时排气中残余的NOX含量需要满足对应于特定排放要求的特定含量阈值。
除包括第二SCR之外，uf-ATS还包括用于捕捉、进而除去排气中的至少部分或所有颗粒的DPF。众所周知，为了确保颗粒捕捉器吸附或捕捉颗粒的能力或效率，DPF需要通过再生的方式除去累积颗粒。而DPF的主动再生需要向排气中注入燃油，在燃油的辅助下进行颗粒燃烧。
目前，向第一SCR和第二SCR喷射还原剂-尿素的量通常分别基于进入cc-ATS和uf-ATS的排气中的NOX含量确定，并没有考虑DPF再生的因素。希望能够增强DPF的被动再生以减少必要的主动再生。
发明内容
本申请的目的是增强或促进DPF的被动再生，以减少必要的主动再生，节省燃油。
根据本申请的第一方面，提供了一种用于增强排气后处理***的DPF的被动再生的校准方法，其中，所述排气后处理***包括具有第一SCR的密耦后处理***和包括所述DPF以及位于所述DPF下游的第二SCR的地下后处理***，所述方法包括下述步骤：
基于从DPF上游排气中的NO2和烟尘的浓度比、DPF内部的烟尘水平、DPF的上游排气温度通过查询校准因子表或曲线来确定校准因子的第一步骤；
将所述校准因子应用于将被喷射到所述第一SCR的上游排气中的第一尿素计量喷射量、从而得到第一尿素校准喷射量的第二步骤；
基于所述第一尿素校准喷射量获得所述密耦后处理***的效率或者所述地下后处理***的上游排气中NOx含量的第三步骤；
基于所述效率或所述地下后处理***的上游排气中NOx含量以及对应于特定排放要求的容许NOx含量阈值确定将被喷射到所述地下后处理***的第二SCR的上游排气中的第二尿素计量喷射量的第四步骤；
判断从所述地下后处理***排出的排气中的最终NOx含量是否在容许NOx含量阈值以内的第五步骤；
在所述最终NOx含量小于或等于容许NOx含量阈值时的第六结束步骤。
根据本申请的第二方面，提供了一种校准模块，包括：
处理器；以及
存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行上述校准方法。
根据本申请的第三方面，提供了一种可读存储介质，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行上述校准方法。
如上述，根据本申请，通过减少第一尿素喷射量，使后处理***的密耦后处理***的选择性还原催化装置能够还原或去除的NOX量减少，从而进入地下后处理***中的排气中的NOX量增加，有利于颗粒捕捉器的被动再生，相应地减少了必要的主动再生的次数或者使颗粒捕捉器主动再生间隔变长，减少了辅助主动再生所需的燃油的量，实现了节省燃油的目的。
附图说明
本申请的上述和其它特点和优势可以从下面参考附图给出的详细描述中得到。
图1是本申请的车辆排气后处理***的示意性简化框图；
图2是根据本申请的实施例的、用于增强车辆后处理***的地下后处理***的颗粒捕捉器的被动再生的校准方法的流程图；
图3示意性示出了图2的校准方法的校准算法的原理图；
图4a和4b分别是第一子校准因子表格和第二子校准因子表格的示例；
图5示意性示出了用于执行图2的方法的校准模块的简图。
具体实施方式
下面结合图中示出的实施例详细描述本发明的原理。本领域技术人员应理解的是，这些实施例仅仅是示例性的，并不对本发明构成任何限制。
本申请针对的是包括低温或密耦后处理***(cc-ATS)20和地下后处理***(uf-ATS)40的排气后处理***。
图1示出了根据本申请的实施例的排气后处理***的示意性简化框图。图中示出了车辆发动机10，从发动机10排出的排气沿流动方向D在排气管15中流动。在排气管15上设置有上述排气后处理***。在本文中，来自发动机10的排气在排气管15中流动的方向用D(实线箭头)表示，并且本文中使用的术语“上游”和“下游”均相对于排气在排气管15中的流动方向D而言的。例如，在本申请的排气后处理***中第一部件设置于第二部件的上游或者第二部件设置于第一部件的下游，均是指来自发动机10的排气先进入第一部件、然后再进入第二部件。另外，本领域内技术人员应理解，术语“包括”或“包含”具有开放性含义，表示除包括该术语后面的对象之外还可以包括其它的未列出的对象。
如图1所示，本申请的排气后处理***包括具有第一选择性催化还原装置(SCR)24的cc-ATS 20和具有第二选择性催化还原装置(SCR)44的uf-ATS 40。发动机10初始启动时产生的较低温度的排气主要由cc-ATS 20处理，而发动机正常工作时产生的较高温度的排气主要由uf-ATS 40处理。然而，通常情况下，cc-ATS 20和uf-ATS 40同时作用，来自发动机10的排气先进入cc-ATS 20通过其第一SCR 24进行部分NOX的还原，然后，从cc-ATS 20排出的部分NOx被还原了的排气再进入uf-ATS 40通过其第二SCR 44进行剩余NOx的还原，最后从uf-ATS 40排出的排气直接排放到大气环境中。
如图1所示，除包括第一SCR 24之外，cc-ATS 20还可以包括位于第一SCR 24上游的第一氧化催化器(简称DOC)22和位于第一SCR 24下游的第一氨逃逸催化器(简称ASC)26。除包括第二SCR 44之外，uf-ATS 40还可以包括位于第二SCR 44上游的第二氧化催化器(简称DOC)42和柴油颗粒捕捉器(简称DPF)48以及位于第二SCR 44下游的第二氨逃逸催化器(简称ASC)46。第一DOC 22和第二DOC 42分别被配置用于通过氧化反应将流经的排气中的一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和一氧化氮(NO)分别转化成无害的水(H20)，二氧化碳(CO2)和二氧化氮(NO2)。第一ASC 26和第二ASC 46分别设置于第一SCR 24和第二SCR 44的下游，用于通过催化氧化作用降低SCR下游排气中泄露的氨(NH3)。uf-ATS 40的DPF 48设置于第二DOC 42和第二SCR 44之间，用于吸附和除去流经的排气中的颗粒。
在图1的后处理***中，还包括向cc-ATS 20的第一SCR 24的上游喷射还原剂、例如尿素使其与排气中的NOX在第一SCR 24中发生化学反应进而除去NOX的第一尿素计量和喷射装置25，和向uf-ATS 40的第二SCR 44的上游喷射还原剂使其与排气中的NOX在第二SCR44中发生化学反应进而除去NOX的第二尿素计量和喷射装置45。第一尿素计量和喷射装置25和第二尿素计量和喷射装置45可以是或者包括计量阀。
尽管图1中未示出，但本领域内的技术人员应了解，本申请的排气后处理***还包括用于测量目的的一个或多个传感器，例如，包括、但不限于测量排气管15中一个或多个位置的排气温度的一个或多个温度传感器，测量排气管15中一个或多个位置的排气中NOX浓度的一个或多个NOX浓度传感器，等等。在一个实施例中，排气后处理***可以包括测量排气从发动机10排出时的温度和NOX浓度的温度传感器和NOX浓度传感器；排气从cc-ATS 20排出时的温度和NOX浓度的温度传感器和NOX浓度传感器；以及排气最终从本申请的后处理***排放到大气环境中、即从uf-ATS 40排出时的NOX浓度的NOx浓度传感器。当然，根据需要，还可以设置用于测量进入任何部件(第一DOC 22，第一SCR 24，第一ASC 26，第二DOC 24，第二SCR 44，第二ASC 46，DPF 48等)和流出任何部件的排气的温度、O2浓度或NOx浓度、氨浓度、颗粒等的传感器。
本申请考虑了排气中NOx含量对DPF 48的被动再生的影响提供了一种通过改变由第一尿素计量和喷射装置25喷射到cc-ATS 20的第一SCR 24的上游排气中的尿素量的方法来增强uf-ATS 40的DPF 48的被动再生并因而减少主动再生过程的新式校准方法。具体来说，本申请对由第一尿素计量和喷射装置25确定的尿素喷射量赋予了一个校准因子F。图2示出了该校准方法的流程图，图3示意性示出了本申请的校准方法的校准算法的原理图。下面结合图2和3描述本申请的用于增强uf-ATS 40的DPF 48的被动再生的校准方法。
本申请的校准方法主要包括确定校准因子F的步骤S1和将该校准因子F应用于第一尿素计量喷射量M25ini以对其进行修正的步骤S2。此处，第一尿素计量喷射量M25ini可以基于下述确定：cc-ATS 20的上游排气中的NOX含量N20UP；第一SCR 24的上游排气的温度T24UP；以及包括从发动机10排出的排气量FL在内的其他参数。本文中，某部件的上游排气指进入该部件的排气；某部件的下游排气指从该部件排出的排气。
其中确定校准因子F的步骤S1基于从DPF 48上游排气中的NO2和烟尘的含量比RNO2/Soot、DPF 48内部的烟尘水平LS和DPF 48的上游排气温度T48UP通过查询校准表或者校准曲线获得。
其中，DPF内的烟尘水平LS是指在DPF内已经累积的烟尘的量。首先，基于发动机转速和喷射到发动机内的燃油量通过查询标定表或曲线得到发动机排出的总Soot水平或量；基于发动机的排气量FL和第二DOC 42上游排气温度T42UP等参数通过查询表标定表或曲线得到DPF 48被动再生消耗掉的第一Soot量；基于DPF 48的上游排气中的O2浓度、发动机排气量FL和DPF 48的上游排气温度T48UP等参数查询标定表或曲线得到DPF 48主动再生消耗掉的第二Soot量，然后由总Soot水平或量减去DPF 48消耗掉的第一Soot量和第二Soot量得到DPF 48内部的烟尘水平LS。
其中，校准表或校准曲线根据实验进行记录总结并制成校准因子表或曲线得到。
如上述，校准因子F基于RNO2/Soot、LS、和T48UP三个参数确定，所以，校准表或校准曲线可以是基于上述三个参数的三维表格或曲线。
可选地，为了更方便图示以及方便操作，可以采用两个二维表格的形式，即，基于上述三个参数中的两个参数获得第一因子F1，基于上述三个参数中的不同两个参数获得第二因子F2，然后通过第一因子F1和第二因子F2获得校准因子F、例如校准因子F等于第一因子F1和第二因子F2的乘积。第一因子F1和第二因子F2都在0和1的范围内，所以校准因子F是不小于0且不大于1的数值。
如图4a和4b分别示出了基于DPF 48内的烟尘水平LS和DPF 48上游的排气温度T48UP标定的第一因子F1的示例性第一子校准因子表格，以及基于上述RNO2/Soot和DPF 48上游的排气温度T48UP标定的第二因子F2的示例性第二子校准因子表格。例如，当DPF 48内的烟尘水平LS为20g、DPF 48上游的排气温度T48UP为300℃时第一因子F1为0.14；当RNO2/Soot为50、DPF48上游的排气温度T48UP300℃时第二因子F2为0.07，此时校准因子F为0.0098。
此时，确定校准因子F的步骤S1包括：
步骤S11，获取DPF 48内的烟尘水平LS和DPF 48上游的排气温度T48UP并查询图4a的第一子校准因子表格而确定第一因子F1；
步骤S12，获取上述RNO2/Soot和DPF 48上游的排气温度T48UP并查询图4b的第二子校准因子表格而确定第二因子F2；和
步骤S13，使第一因子F1与第二因子F2相乘得到上述校准因子F。
得到校准因子F后，在步骤S2中，获取由第一尿素计量和喷射装置25确定的第一尿素计量喷射量M25ini并使其与此校准因子F相乘，得到第一尿素校准喷射量M25cor。
因为校准因子F是0-1的范围内的小于或等于1的数值，所以第一尿素校准喷射量M25cor通常小于或等于第一尿素计量喷射量M25ini，即被喷射到cc-ATS 20的第一SCR 24上游排气中的尿素的量被减少。因而，cc-ATS 20的第一SCR 24能够通过还原反应除去的NOX量减少，从cc-ATS 20排出而进入uf-ATS 40的排气中的NOx含量N40up增加。排气中NOx含量升高，有利于uf-ATS 40的DPF 48的被动再生。
本申请的校准方法还包括在步骤S2中确定出第一尿素校准喷射量M25cor之后：
步骤S3，基于所述第一尿素校准喷射量M25cor获得cc-ATS 20的效率η20或者uf-ATS40的上游排气中NOx含量，此NOx含量即为进入uf-ATS 40的排气中的NOx含量N40up；
步骤S4，基于cc-ATS 20的效率η20或uf-ATS 40上游排气中NOx含量N40up以及对应于特定排放要求的容许NOx含量阈值Tthreshold确定uf-ATS 40所需的第二尿素计量喷射量M45；
步骤S5中，判断从uf-ATS 40、具体从第二ASC 46中排出的排气中的NOx含量Nfinal是否符合特定排放要求，即是否在容许NOx含量阈值Nthreshold以内。若Nfinal小于或等于Nthreshold，则符合特定排放要求并执行步骤S6结束此方法流程。否则的话，若Nfinal超出或大于Nthreshold，则执行步骤S7。
在步骤S7中，基于Nfinal和Nthreshold更新第一尿素计量和喷射装置25确定的尿素量M25ini、具体为增加。然后从步骤S1开始重复执行图2的方法流程图。
根据本申请的校准方法，基于发动机以及从发动机排出的排气的一些实时参数，提供了在0-1范围内的校准因子，用于修改、特别是减少喷射到密耦后处理***的第一SCR上游排气中的尿素的量，减少了第一SCR能够还原除去的NOx的量。这样，进入位于密耦后处理***下游的地下后处理***的DPF的排气中NOx含量增加，促进了DPF的被动再生。被动再生的增加使得主动再生的需求减少，相应地节省了主动再生所必须的燃油需求量。
可以利用硬件和软件以及两者的结合来实施本发明的方法的至少一些步骤。当利用软件来实现或者部分地实现本发明的方法时，该软件可以用于执行本发明的方法的各个步骤。所需的软件和数据可以存储在存储器中，并由适当的指令执行***、装置或设备(例如，单核或多核的处理器或微处理器或处理器***)来执行。该软件可以包括用于实现逻辑功能的经排列的可执行指令列表，其可以体现在任何“处理器可读介质”中，以便由指令执行***、装置或设备来使用。这些***可以访问这些指令，并执行这些指令。
上述方法中的一些或所有步骤可以通过如图5所示的校准模块50来执行，该校准模块50可以被集成到车辆的电子控制单元(ECU)内，即上述方法可以由车辆的电子控制单元来执行。
应理解的是，该校准模块50也可以独立于车辆的电子控制单元提供，例如，控制模块50可以是单片机。控制模块50可以包括处理器52以及存储有可执行指令和各计算步骤的算法的存储器54。
校准模块50可以直接与各相关传感器通信进而获得各步骤所需参数，也可以从与各传感器通信连接的车辆电子控制单元(ECU)获得各参数。当校准模块50的存储器54中的可执行指令被执行时，处理器52从各传感器或车辆ECU获得计算所需参数并从存储器54获取相关算法依次执行如图2和3所示的校准方法。
以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种用于增强排气后处理***的DPF(48)的被动再生的校准方法，其中，所述排气后处理***包括具有第一SCR(24)的密耦后处理***(20)和包括所述DPF(48)以及位于所述DPF(48)下游的第二SCR(44)的地下后处理***(40)，所述方法包括下述步骤：
基于从DPF(48)上游排气中的NO2和烟尘的浓度比(RNO2/Soot)、DPF(48)内部的烟尘水平(LS)、DPF(48)的上游排气温度(T48UP)通过查询校准因子表或曲线来确定校准因子(F)的第一步骤(S1)；
将所述校准因子(F)应用于将被喷射到所述第一SCR(24)的上游排气中的第一尿素计量喷射量(M25ini)、从而得到第一尿素校准喷射量(M25cor)的第二步骤(S2)；
基于所述第一尿素校准喷射量(M25cor)获得所述密耦后处理***(20)的效率(η20)或者所述地下后处理***(40)的上游排气中NOx含量(N40up)的第三步骤(S3)；
基于所述效率(η20)或所述地下后处理***(40)的上游排气中NOx含量(N40up)以及对应于特定排放要求的容许NOx含量阈值(Tthreshold)确定将被喷射到所述地下后处理***(40)的第二SCR(44)的上游排气中的第二尿素计量喷射量(M45)的第四步骤(S4)；
判断从所述地下后处理***(40)排出的排气中的最终NOx含量(Nfinal)是否在容许NOx含量阈值(Nthreshold)以内的第五步骤(S5)；
在所述最终NOx含量(Nfinal)小于或等于容许NOx含量阈值(Nthreshold)时的第六结束步骤(S6)。
2.根据权利要求1所述的校准方法，还包括在所述最终NOx含量(Nfinal)大于或超出容许NOx含量阈值(Nthreshold)时基于所述最终NOx含量(Nfinal)和容许NOx含量阈值(Nthreshold)更新所述第一尿素计量喷射量(M25ini)的第七步骤(S7)。
3.根据权利要求2所述的校准方法，还包括以更新的第一尿素计量喷射量(M25ini)重复执行第一步骤(S1)至第五步骤(S5)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的校准方法，其中，第一步骤(S1)包括：
基于DPF(48)内的烟尘水平(LS)和DPF(48)上游的排气温度(T48UP)通过第一子校准因子表或曲线来确定第一因子(F1)的第一子步骤(S11)；
基于所述含量比(RNO2/Soot)和DPF(48)上游的排气温度(T48UP)通过第一子校准因子表或曲线来确定第二因子(F2)的第二子步骤(S12)；和
使第一因子(F1)与第二因子(F2)相乘得到上述校准因子(F)的第三子步骤(S13)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的校准方法，其中，所述第一因子(F1)和第二因子(F2)都在0-1的范围内，包含0和1两个端点。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的校准方法，其中，所述第一尿素校准喷射量(M25cor)通过使所述校准因子(F)与所述第一尿素计量喷射量(M25ini)相乘得到。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的校准方法，其中，所述第一尿素计量喷射量(M25ini)至少基于下述确定：所述密耦后处理***(20)的上游排气中的NOX含量(N20UP)；第一SCR(24)的上游排气的温度(T24UP)；从发动机车辆发动机排出的排气量(FL)。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的校准方法，其中，所述密耦后处理***(20)和所述地下后处理***(40)还包括分别位于所述第一SCR(24)和第二SCR(44)上游的第一DOC(22)和第二DOC(42)。
9.一种校准模块，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行根据权利要求1至8中任一项所述的校准方法。
10.根据权利要求9所述的校准模块，其特征在于，所述校准模块被集成于车辆的电子控制单元内，或者与车辆的电子控制单元通信地连接。
11.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行根据权利要求1至8中任一项所述的校准方法。
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