專(zhuān)利名稱(chēng)：確定內(nèi)燃機(jī)排氣流中微粒排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定內(nèi)燃機(jī)排氣流中微粒排放的方法。此外，本發(fā)明還涉 及確定位于內(nèi)燃機(jī)排氣流中的微粒過(guò)濾器中的沉積微粒質(zhì)量的方法。本發(fā)明 還涉及通過(guò)較佳的是基于特性圖的計(jì)算機(jī)模型來(lái)控制排氣處理裝置、尤其是 微粒過(guò)濾器再生的方法，其中處理裝置分成至少兩個(gè)、且較佳的是五個(gè)單元， 且通過(guò)沉積模型來(lái)建立每個(gè)單元的沉積負(fù)荷，且根據(jù)沉積負(fù)荷來(lái)啟動(dòng)處理裝 置的再生過(guò)程。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)有效的微粒過(guò)濾器再生，必須盡可能精確地獲知微粒過(guò)濾器的沉
積負(fù)荷狀態(tài)或微粒排放狀態(tài)。例如DE199 45 372 Al中描述了一種怎樣啟動(dòng) 再生的方法(根據(jù)微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷狀態(tài)和諸如時(shí)間或行進(jìn)距離的其它 參數(shù))。
已知通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)確定微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷狀態(tài)。但是由于這種測(cè)量 相當(dāng)不精確，還已知除了壓差以外考慮累積在微粒過(guò)濾器中的微粒的估計(jì)質(zhì)
為了該目的，己知從包括諸如內(nèi)燃機(jī)速度、扭矩等的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的運(yùn) 行特性圖中估計(jì)微粒排放。還已知根據(jù)穩(wěn)態(tài)特性圖和另外測(cè)得的諸如M直或排 氣再循環(huán)率之類(lèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)確定瞬時(shí)排放。這種類(lèi)型的特性圖是基于理想發(fā)
動(dòng)機(jī)。不能考慮由于老化和/或部件公差引起的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)排放與特性圖中存 儲(chǔ)的理想發(fā)動(dòng)機(jī)排放的偏差。
已知連續(xù)監(jiān)測(cè)微粒排放的測(cè)量系統(tǒng)，但是它們昂貴且易于磨損和發(fā)生故 障。例如DE101 24 235 Al描述了用于全面表征和監(jiān)測(cè)排氣并用于發(fā)動(dòng)機(jī)控 制的方法和裝置，其中同時(shí)或有短暫延遲地檢測(cè)和表征固體和流體微粒。該 方法基于單獨(dú)使用或組合使用激光感應(yīng)拉曼散射(Laser-induced Raman scattering)'、激光感應(yīng)分角軍光譜法(laser-induced Breakdown spectroscopy)、激光感應(yīng)電離法(laser-induced ionisationscopy)、激光感應(yīng)原子熒光光譜法(laser-induced atomic fluorescence spectroscopy) 、 IR-/VIS-/UV吸收光譜法(IR-/VIS-/UV-laser absorption spectroscopy)和激光感應(yīng)白熾技術(shù)(laser-induced in-candescence technology)。精確確定微粒排放所需的傳感和控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，使得該系統(tǒng)的批量生產(chǎn)應(yīng)用相對(duì)昂貴。
因?yàn)闆](méi)有考慮氧化氮對(duì)炭煙微粒的氧化影響，己知的用于微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷模型僅不充分地描述了真實(shí)情況炭煙。對(duì)微粒過(guò)濾器中的微粒質(zhì)量的估計(jì)僅根據(jù)排氣管內(nèi)存在的微粒而忽視氧化氮和它們的活性的積聚，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偏差。綜上所述，積聚在微粒過(guò)濾器中的微粒質(zhì)量會(huì)被估計(jì)過(guò)高，導(dǎo)致較高的過(guò)濾器再生循環(huán)數(shù)量并因此導(dǎo)致較高的油耗。
位于內(nèi)燃機(jī)排氣流中的微粒過(guò)濾器，尤其是"壁流"型過(guò)濾器，如果負(fù)荷有很多易燃微粒就必須進(jìn)行再生。為了實(shí)現(xiàn)有效的微粒過(guò)濾器再生，需要精確獲知沉積負(fù)荷狀態(tài)。例如DE 199 45 372 Al描述了一種用于根據(jù)微粒過(guò)濾器沉積負(fù)荷狀態(tài)和諸如時(shí)間和行進(jìn)距離之類(lèi)的其它參數(shù)啟動(dòng)再生的方法。
已知通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)確定微粒過(guò)濾器沉積負(fù)荷狀態(tài)。但由于這種測(cè)量相當(dāng)不精確，眾所周知除了壓差之外還考慮累積在過(guò)濾器內(nèi)微粒的估計(jì)質(zhì)量。為此已知從包含諸如內(nèi)燃機(jī)速度、扭矩等的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的操作特性圖中估計(jì)微粒排放。
一些已知方法僅考慮了過(guò)濾器中累積的微粒質(zhì)量，而忽略了該質(zhì)量在過(guò)濾器內(nèi)側(cè)的分布。這樣的僅考慮了微粒質(zhì)量但不考慮其分布的方法可稱(chēng)為微粒過(guò)濾器"零尺寸"模型。
從DE102 52 732 Al得知一種改進(jìn)的方法，其中使用過(guò)濾器中微?？臻g分布的一維模型來(lái)改進(jìn)確定沉積負(fù)荷的精確性。該公開(kāi)文本中所揭示的方法僅
為了從受沉積負(fù)荷的微粒過(guò)濾器的流動(dòng)阻力的改進(jìn)的確定中計(jì)算修正因子而采用微粒分布，不過(guò)該因子有助于更精確地確定微粒質(zhì)量。該修正因子用于修正通過(guò)壓力和溫度傳感器得到的微粒過(guò)濾器的某些特征量，并因此最終提高所確定沉積負(fù)荷的精確性。因此引起再生啟動(dòng)的沉積負(fù)荷通常由壓力傳感器確定。
Holger Hiilser博士等人在MTZ 1/2003,巻64，第30-37頁(yè)的論文"能夠革新發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的電子學(xué)"("Elektronik erm6glicht Innovationen in derMotorenentwicklung")中提出了一種計(jì)算模型，其將排氣處理裝置細(xì)分成多個(gè)單元并通過(guò)沉積模型確定每個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)。沉積負(fù)荷狀態(tài)一旦確定，僅需在超過(guò)某些臨界極限時(shí)才啟動(dòng)微粒過(guò)濾器的有效再生。與僅根據(jù)壓力測(cè)量的微粒過(guò)濾器系統(tǒng)相比，該情況需要較少數(shù)量的再生循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是避免這些缺點(diǎn)并提供一種以簡(jiǎn)單方式精確估計(jì)內(nèi)燃機(jī)排氣流中微粒排放的方法。本發(fā)明的另一目的是一種根據(jù)排氣中存在的氧化氮的估計(jì)來(lái)改進(jìn)對(duì)微粒過(guò)濾器中沉積微粒的估計(jì)。本發(fā)明的又另一目的是根據(jù)計(jì)算模型進(jìn)一步改進(jìn)微粒過(guò)濾器再生的管理
本發(fā)明可通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)
-根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性圖來(lái)準(zhǔn)備排放模型；
-在固定或可變的測(cè)量區(qū)間內(nèi)測(cè)量排氣流中的實(shí)際微粒排放并在測(cè)量該區(qū)間內(nèi)對(duì)微粒排放進(jìn)行積分；
-通過(guò)排放模型計(jì)算測(cè)量區(qū)間內(nèi)的理想微粒排放并在該測(cè)量區(qū)間內(nèi)對(duì)理想微粒排放進(jìn)行積分；
-比較測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放；
-根據(jù)測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放的差來(lái)確定修正因
子；
-在從排放模型確定理想微粒排放時(shí)考慮該修正因子。
根據(jù)本發(fā)明的方法提出了對(duì)積分微粒傳感器測(cè)量期間從根據(jù)特性圖的排放模型建立的排放進(jìn)行積分并與測(cè)量值比較。如果有差值，則將根據(jù)特性圖的模型確定的排放與因子相乘從而減小該差值。
在本發(fā)明的一簡(jiǎn)單變體中，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的所有運(yùn)行點(diǎn)選擇一個(gè)相同的修正因子。在最簡(jiǎn)單的情況下，修正因子可選擇為理想對(duì)測(cè)量排放比的倒數(shù)。如果修正因子在各測(cè)量之間僅有小的變化以消除波動(dòng)會(huì)尤其有利。
為此，可以這樣目前的修正因子f一K用修正因子f_K_alt的先前值和實(shí)際測(cè)得的和計(jì)算的理想微粒排放之比soot_ratio通過(guò)如下公式計(jì)算
f—K = fl*f—K—alt + (l-fl)/soot—ratio
其中系數(shù)fl的值在0至1之間，且較佳的是在0.85至0.95之間。為了避
免由于錯(cuò)誤測(cè)量而導(dǎo)致較大誤差，僅在其在某一合理范圍內(nèi)才使用該修正是有利的。如果對(duì)不同的運(yùn)行區(qū)域選擇不同的修正因子可得到更精確的結(jié)果，不同的修正因子有利地根據(jù)修正特性圖來(lái)確定。如果考慮內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的頻率分布來(lái)確定修正因子是尤其有利的。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)不同運(yùn)行狀態(tài)的路徑記錄某些扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間的頻率的柱狀圖形成確定修正因子的基礎(chǔ)。
所希望的是，通過(guò)至少一個(gè)微粒傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量并對(duì)一延長(zhǎng)期間(例如幾分鐘)的微粒排放進(jìn)行積分。這種類(lèi)型的積分傳感器是例如
WO03/006976 A2中已知的。
改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)的微粒排放的估計(jì)會(huì)允許改進(jìn)的微粒過(guò)濾器沉積負(fù)荷的確定。改進(jìn)的對(duì)微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷的知曉又會(huì)允許更好針對(duì)目標(biāo)的再生啟動(dòng)再生，這是因?yàn)榭梢詼p少防止在再生時(shí)受到熱損害的過(guò)載過(guò)濾器的安全余量。因此，可顯著降低由于柴油微粒過(guò)濾器的再生而導(dǎo)致的附加油耗。
因此本發(fā)明的方法會(huì)改進(jìn)微粒排放的估計(jì)。為了能夠根據(jù)需要再生排氣處理系統(tǒng)、尤其是壁流式微粒過(guò)濾器，關(guān)于微粒排放的詳細(xì)信息是很重要的。與用于微粒過(guò)濾器的適合沉積負(fù)荷模型結(jié)合會(huì)使再生頻率顯著地降低。本發(fā)明的該方法可作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
微粒過(guò)濾器內(nèi)沉積的微粒的改進(jìn)估計(jì)尤其可通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)
-準(zhǔn)備較佳的是根據(jù)特性圖的微粒物質(zhì)的排放模型；
-準(zhǔn)備至少一個(gè)、較佳的是基于特性圖的氧化氮排放模型；
-準(zhǔn)備較佳的是根據(jù)溫度的炭煙微粒被氧化氮氧化的模型；
-用所述微粒排放模型確定至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的理論微粒質(zhì)量和/或微粒濃
度；
-用所述氧化氮排放模型確定至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的氧化氮；
-用所述炭煙微粒被氧化氮氧化的模型確定如何所述地確定的氧化氮的負(fù)的等效微粒質(zhì)量和/或濃度；
-用所述微粒的排放模型和所述負(fù)的等效微粒質(zhì)量和/或濃度確定有效微粒質(zhì)量和/或濃度；以及
-在所述微粒過(guò)濾器模型中累計(jì)所述有效微粒質(zhì)量和/或濃度。
本發(fā)明考慮到存在于排氣中的炭煙微粒被排氣管和/或微粒過(guò)濾器內(nèi)同時(shí)存在的氧化氮氧化，并因此沒(méi)有留在微粒過(guò)濾器的事實(shí)。氧化氮對(duì)微粒的氧化已知為CRT效應(yīng)(連續(xù)再生套(Trap))并強(qiáng)烈地取決于微粒過(guò)濾器的溫度。為了考慮到這一點(diǎn)，如果在至少一個(gè)位置測(cè)量微粒過(guò)濾器的溫度是有利的，且負(fù)的相效微粒質(zhì)量和/或負(fù)的相等微粒濃度根據(jù)微粒過(guò)濾器的溫度來(lái)確定，該溫度較佳的是通過(guò)測(cè)量較佳的一微粒過(guò)濾器上游的排氣溫度來(lái)確定。也有可考慮微粒過(guò)濾器的不同點(diǎn)的不同溫度。
通過(guò)使用對(duì)于NO和N02排放分開(kāi)的基于特性圖的排放模型，并通過(guò)對(duì)至
少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)確定NO和N02排放，并通過(guò)根據(jù)NO和N02排放確定有效微粒質(zhì)量和/或濃度，可得到微粒沉積的更好的估計(jì)。這樣就考慮了諸如NO或N02的不同氧化氮對(duì)炭煙微粒的氧化效果的不同。
如果在確定有效微粒質(zhì)量時(shí)考慮了存在于排氣流中的氧化氮會(huì)更多地氧化存在于排氣流中的炭煙微粒而不是已經(jīng)沉積在微粒過(guò)濾器內(nèi)的那些，可實(shí)現(xiàn)對(duì)估計(jì)的進(jìn)一步改進(jìn)。
因?yàn)閷⒇?fù)的相效微粒質(zhì)量加到來(lái)自排放模型的炭煙微粒上，可獲得用于有效微粒的負(fù)值。為了照顧到即便氧化氮相比微粒有大量的剩余，已經(jīng)沉積在過(guò)濾器上的微粒也僅非常緩慢地被移除的事實(shí)，可規(guī)定有效微粒質(zhì)量的值不能低于某一極限。
替代排氣中成分的質(zhì)量流量，也可使用排氣的相應(yīng)濃度或體積流量。
改進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)的微粒排放的估計(jì)會(huì)允許改進(jìn)的微粒過(guò)濾器沉積負(fù)荷的確定。改進(jìn)的對(duì)微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷的知曉又會(huì)允許更好地針對(duì)目標(biāo)的再生啟動(dòng)再生，這是因?yàn)榭梢詼p少防止在再生時(shí)受到熱損害的過(guò)載過(guò)濾器的安全余量。因此，可顯著降低由于柴油微粒過(guò)濾器的再生而導(dǎo)致的附加油耗。
本發(fā)明的方法改進(jìn)了微粒過(guò)濾器內(nèi)沉積的炭煙微粒質(zhì)量的估計(jì)。為了能夠根據(jù)需要再生排氣處理系統(tǒng)、尤其是壁流式微粒過(guò)濾器，關(guān)于沉積微粒質(zhì)量的詳細(xì)信息是很重要的。與用于啟動(dòng)微粒過(guò)濾器再生的適合算法結(jié)合會(huì)使再生頻率顯著地降低。本發(fā)明的該方法可作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)微粒過(guò)濾器再生管理的進(jìn)一步改進(jìn)，提出對(duì)于每個(gè)單元限定用于最大允許沉積負(fù)荷的至少一個(gè)臨界值，且在至少一個(gè)單元的沉積負(fù)荷超過(guò)相
關(guān)臨界值時(shí)啟動(dòng)排氣處理系統(tǒng)的再生過(guò)程。替代地或附加地，可根據(jù)至少一個(gè)單元的沉積負(fù)荷確定數(shù)字沉積狀態(tài)指標(biāo)，根據(jù)該沉積狀態(tài)指標(biāo)啟動(dòng)再生過(guò)程。
與運(yùn)轉(zhuǎn)微粒過(guò)濾器的已知方法相反，過(guò)濾器內(nèi)微粒的空間不均勻分布不僅用于估計(jì)沉積微粒的總質(zhì)量，還會(huì)直接影響微粒過(guò)濾器再生的啟動(dòng)。該再生啟動(dòng)的改進(jìn)會(huì)使再生的次數(shù)減少，因此也降低了附加油耗。尤其是可以避免由于在尤其大的沉積負(fù)荷下的區(qū)域局部過(guò)熱而對(duì)微粒過(guò)濾器造成熱損害。
根據(jù)本發(fā)明，確定微粒過(guò)濾器的至少兩個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)。微粒過(guò)濾 器的單元不一定與物理實(shí)現(xiàn)的單元一致，而是可假設(shè)地進(jìn)行限定。為了描述 排氣流流動(dòng)方向和橫向于氣流方向的不同單元，微粒過(guò)濾器沉積負(fù)荷的計(jì)算 模型必需至少是一維的，即必需表示例如沿流動(dòng)方向和/或橫向于該方向的至 少一維長(zhǎng)度。除了總微粒質(zhì)量之外，還要考慮微粒過(guò)濾器不同區(qū)域的質(zhì)量以 根據(jù)微粒過(guò)濾器的不同單元內(nèi)微粒質(zhì)量和它們的分布來(lái)啟動(dòng)微粒過(guò)濾器再 生。
在計(jì)算模型中微粒過(guò)濾器較佳的是分割成相同大小的單元。這可將計(jì)算減 到最少。原理上也有可使單元具有不同大小。
在一尤佳的變體中，提出了沉積模型將進(jìn)入每個(gè)單元的微粒質(zhì)量分成沉積 在單元內(nèi)的部分和離開(kāi)單元的部分。沉積在每個(gè)單元內(nèi)的部分主要與沉積負(fù) 荷狀態(tài)有關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明，可設(shè)置成至少兩個(gè)單元的相應(yīng)臨界值是不同的，上游單元的 臨界值較佳的是小于下游單元的臨界值。如果至少一個(gè)單元的沉積負(fù)荷超過(guò) 了相應(yīng)臨界值則啟動(dòng)再生程序。也有可以從多個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)得出是 否進(jìn)行再生的決定。可從微粒過(guò)濾器模型的單元內(nèi)微粒分布得到關(guān)于沉積負(fù) 荷狀態(tài)的信息。將該信息輸入計(jì)算例程，該例程從沉積負(fù)荷狀態(tài)和可能的其 它數(shù)據(jù)得到有關(guān)必需再生的陳述。該陳述可采用二進(jìn)制請(qǐng)求(是/否)或表示 微粒過(guò)濾器再生的緊急性評(píng)估的數(shù)字沉積狀態(tài)指標(biāo)的形式。此外該再生請(qǐng)求 可在實(shí)際觸發(fā)微粒過(guò)濾器再生前與諸如發(fā)動(dòng)機(jī)或排氣參數(shù)的其它信息相結(jié)合。
為了得到關(guān)于微粒過(guò)濾器的沉積負(fù)荷狀態(tài)的精確陳述，如果至少對(duì)一組單 元限定至少兩個(gè)臨界值，較佳的是第一和第二臨界值，以及如果根據(jù)這些值 超過(guò)臨界值的頻率來(lái)確定沉積狀態(tài)指標(biāo)，且超過(guò)較高的臨界值較佳的是比超 過(guò)較低臨界值對(duì)沉積狀態(tài)指標(biāo)的影響要大，則是有利的。
如果將微粒分類(lèi)成可燃和不可燃微粒，對(duì)可燃和不可燃微粒分開(kāi)地確定每 個(gè)單元的負(fù)荷，且微粒過(guò)濾器的再生僅在一個(gè)或多個(gè)單元由于可燃微粒的負(fù) 荷超過(guò)用于可燃微粒的臨界值時(shí)才啟動(dòng)，則是尤其有利的。這又進(jìn)一步提高 了再生的效率。
在本發(fā)明的又一變體中，提出在每個(gè)節(jié)段中作為存在于排氣流中的氧化氮量的函數(shù)和/或作為微粒過(guò)濾器溫度的函數(shù)來(lái)確定的沉積負(fù)荷狀態(tài)。這將考慮 了尤其是微粒過(guò)濾器的溫度很高和/或過(guò)濾器具有催化劑涂層時(shí)排氣流中存在 的氧化氮可相當(dāng)大地降低微粒過(guò)濾器中的微粒沉積的事實(shí)。此外還有可能考 慮氧化氮對(duì)已經(jīng)沉積在微粒過(guò)濾器上的微粒質(zhì)量的影響。根據(jù)從微粒排放模 型得到的微粒質(zhì)量、從NOx排放模型得到的氧化氮質(zhì)量、以及微粒過(guò)濾器的 溫度，可確定由根據(jù)溫度的氧化氮的影響而降低、沉積在微粒過(guò)濾器上的有 效微粒質(zhì)量。
由于微粒因氧化氮的氧化取決于微粒過(guò)濾器的溫度，所以必需考慮微粒過(guò)
濾器溫度。溫度低于約200。C將不會(huì)因Nox而發(fā)生氧化。在簡(jiǎn)單變體中，在 氧化氮排放模型中，氧化氮的質(zhì)量被乘以取決于微粒過(guò)濾器的溫度的因子， 且從微粒質(zhì)量中減去該乘積，且相減的結(jié)果在下限受僅稍為負(fù)的值限制，從 而得出有效微粒質(zhì)量。該因子在低溫時(shí)是零且在高溫下為定值，其考慮了氧 化氮和炭煙的不同(平均)分子量。


現(xiàn)將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。所示的是
圖1是實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)的構(gòu)造；
圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中控制算法的有關(guān)細(xì)節(jié)；
圖3是用于排放模型的簡(jiǎn)單修正程序；
圖4是用于排放模型的改進(jìn)修正程序；
圖5是實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)的構(gòu)造的第二變體；
圖6是確定微粒沉積負(fù)荷的簡(jiǎn)單方法；
圖7是確定微粒沉積負(fù)荷的改進(jìn)方法；
圖8是實(shí)施本發(fā)明方法原理的系統(tǒng)的構(gòu)造；
圖9上微粒過(guò)濾器模型；
圖IO是本發(fā)明變體的方法步驟；
圖11是本發(fā)明第二變體的方法步驟；
圖12是沿微粒過(guò)濾器流動(dòng)方向的微粒分布；以及
圖13是每個(gè)單元的累積微粒質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
圖1示出了系統(tǒng)的基本構(gòu)造內(nèi)燃機(jī)1的排氣管內(nèi)設(shè)有微粒過(guò)濾器2。排 氣管5內(nèi)還設(shè)有微粒傳感器3，較佳的是在微粒過(guò)濾器2前面。內(nèi)燃機(jī)1由
電子控制單元ECU控制。微粒傳感器2也連接到控制單元ECU。還可以有 例如壓差傳感器的更多傳感器，但本發(fā)明的方法并不嚴(yán)格要求如此。
圖2示出了內(nèi)燃機(jī)控制單元4中控制算法的相關(guān)部分。根據(jù)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)速 度n、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M等的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，常規(guī)排放模型EM提供發(fā)動(dòng)機(jī) 排放的微粒質(zhì)量的理想值m—soot(t)。將該值輸入積分器I。除了用于微粒質(zhì) 量的信號(hào)輸入端口之外，積分器I還具控制輸入端口。
此外還設(shè)有用于求微粒傳感器積分的控制算法SP。這種積分微粒傳感器 累積測(cè)量區(qū)間中傳感器上的微粒。在測(cè)量區(qū)間終止時(shí)，確定傳感器上微粒的 總質(zhì)量m_S00t_real。通常積分微粒傳感器必須被再生，且在再生期間不能用 于進(jìn)一步的測(cè)量。因此如果積分微粒傳感器的控制算法SP除了微粒質(zhì)量的 輸出m一soot一real之外還具有至少一個(gè)另外的信號(hào)輸出，其指示微粒測(cè)量當(dāng)前 是否運(yùn)行(信號(hào)M—aktiv)。再生后，積分微粒傳感器可用于進(jìn)一步的測(cè)量。
信號(hào)M_aktiv應(yīng)用于積分器I的控制輸入端口。積分器設(shè)計(jì)成使得其對(duì)控 制輸入端口處存在信號(hào)M—aktiv的時(shí)間段內(nèi)的質(zhì)量輸入信號(hào)進(jìn)行積分。當(dāng)沒(méi) 有信號(hào)M_aktiv時(shí)，將積分值存儲(chǔ)在變量m一soot一ideal中并將積分器復(fù)位到 零。來(lái)自排放模型EM的排放m一sootjdeal的積分值現(xiàn)存在于積分器I的輸 出端口。
現(xiàn)將該值以及通過(guò)積分微粒傳感器在測(cè)量期間測(cè)得的實(shí)際積分微粒質(zhì)量 m一soot一real輸入比較器算法V。比較器V現(xiàn)在確定來(lái)自排放模型的積分排放 與微粒傳感器測(cè)得的實(shí)際排放的比值soot—ratio
soot—ratio = m—soot—ideal/m_soot_real。
諸如計(jì)算相對(duì)差的描述實(shí)際排放與通過(guò)排放模型得到的理想排放的偏差的 其它數(shù)學(xué)運(yùn)算也是可以的，并被本發(fā)明的方法所覆蓋。
現(xiàn)將偏差值、即較佳為sootjatio輸入用于修正排放模型EM的另一算反 MK。存在多種用于修正排放模型的可能性，將在下文中進(jìn)一步描述它們。
圖3表示用于修正MK的非常簡(jiǎn)單的程序。因子f一K得自偏差soot—ratio， 并與排放特性圖的輸出m一soot—roh(t)相乘。因此在時(shí)間t中的每點(diǎn)的修正的 估計(jì)微粒排放由下式給出
m—soot(t) = m_soot—roh(t)*f—K。在最簡(jiǎn)單情況下，修正因子由估計(jì)和測(cè)量排放之間的比值soot_ratio的倒 數(shù)值給出
f一K = 1/soot一ratio = m_soot_real/m—soot—ideal 。
但是如果基于soot—ratio的修正因子對(duì)于每個(gè)測(cè)量值僅稍微改變以消除波 動(dòng)是尤為有利的。為此在變量f—K—alt中存儲(chǔ)最后一個(gè)f_K的值，以及用于 由積分微粒傳感器新測(cè)得的改變的sootjatio的新值f—K由以下等式確定
f一K = fl*f—K—alt + (l-fl)/soot_ratio, 其中f 1是0至1之間的因子，較佳的是在0.85至0.95之間。當(dāng)每次信號(hào)M—aktiv 表示微粒測(cè)量循環(huán)終止時(shí)重新計(jì)算該修正因子。
此外，如果僅在soot一ratio位于某一似真性區(qū)間內(nèi)才改變f—K的值以避免 由于錯(cuò)誤測(cè)量產(chǎn)生的較大誤差是有利的。似真性區(qū)間的極限取決于積分微粒 傳感器的測(cè)量精確度，0.5和2的值是有利的。
圖4示出了修正排放模型EM的改進(jìn)方法。改進(jìn)的方法基于排放特性圖中 體現(xiàn)的理想發(fā)動(dòng)機(jī)的排放與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的排放之間偏差可取決于運(yùn)行狀態(tài)、 即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的假設(shè)。由于該原因，使用修正特性圖KK取代用于所有運(yùn) 行點(diǎn)的一個(gè)相同的因子，該圖包含取決于特定運(yùn)行點(diǎn)的修正因子。為了確定 微粒排放m—soot (t)，來(lái)自排放模型的值m—soot—roh(t)被乘以從修正特性圖 KK得到的、用于給定運(yùn)行點(diǎn)的修正因子。在該情況下，如果修正特性圖KK 具有與排放模型EM相同的獨(dú)立變量，例如發(fā)動(dòng)機(jī)速度n和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M， 則會(huì)比較有利。但是，修正特性圖以比排放特性圖數(shù)量少的獨(dú)立變量來(lái)限定 也是可以的。
現(xiàn)將解釋根據(jù)運(yùn)行點(diǎn)的修正因子的確定當(dāng)積分微粒傳感器進(jìn)行測(cè)量(信 號(hào)M—aktW)時(shí)，從又另一特性圖H ("柱狀圖")確定積分微粒傳感器測(cè) 量期間發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的相對(duì)頻率特性圖，所述特性圖H以與修正特性圖KK 相同的獨(dú)立變量來(lái)限定。在優(yōu)選變體中，修正圖KK和柱狀圖H以獨(dú)立變量 發(fā)動(dòng)機(jī)速度和扭矩來(lái)限定。軸線(xiàn)被細(xì)分為An的速度長(zhǎng)度區(qū)間和Am的扭矩長(zhǎng) 度區(qū)間，例如速度n的1 OOrpm區(qū)間和最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩M的5%寬度的扭矩 區(qū)間。修正圖KK和柱狀圖H的方格數(shù)量并因此采樣點(diǎn)數(shù)量相同。
在固定的時(shí)間區(qū)間At，例如每20ms，在積分微粒傳感器的測(cè)量期間，確 定包含本發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的方格。相應(yīng)方格的頻率值H一abs(n,M)增加1。當(dāng)積 分微粒傳感器的測(cè)量期間已經(jīng)終止時(shí)，通過(guò)將絕對(duì)頻率值H一abs(n,M)除以以At為單位的測(cè)量期間的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算出每個(gè)方格的相對(duì)頻率值 H_rel(n,M)。
在測(cè)量期間終止后，從以下等式計(jì)算修正因子f一K:
f_K = l/soot_ratio = m—soot—real/m_soot_ideal 并且，對(duì)于柱狀圖H的相應(yīng)方格內(nèi)的值h一rel(n,M)超過(guò)h一re1—min的值(例如 0.02)的修正圖KK的所有方格，修改修正圖KK的修正因子。
如上所述，對(duì)于這些方格，修正圖因子f一K(n,M)可用值f_K來(lái)替換。但 是和用于單一參數(shù)的上述程序類(lèi)似，將修正特性圖的所有方格的f—K(n,M)最 后值存儲(chǔ)在現(xiàn)在包含值f—K—alt(n，M)的correction_map—old中，是尤為有利的。 在積分微粒過(guò)濾器測(cè)量終止后，確定柱狀圖的相應(yīng)值h一rel(n，M)超過(guò)臨界值 h—rel_min (例如0.02)的所有方格的修正因子值。新的修正因子使用以下等 式計(jì)算
f—K(n,M) = fl*f—K_alt(n,M) + (l-fl)/soot—ratio
其中fl的值在0至1之間，較佳的是在0.85至0.95之間。 在修正圖KK更新后，柱狀圖的值H—abs(n,M)復(fù)位到零。
可在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中實(shí)現(xiàn)該控制程序。作為替代形式也有可以在例如常 用于重型車(chē)輛的"車(chē)輛控制計(jì)算機(jī)"的外部控制裝置中施行該控制程序。
如果使用的傳感器可區(qū)別易燃和不易燃微粒，則可對(duì)兩種微粒分別執(zhí)行該 程序。
圖5示出了該系統(tǒng)構(gòu)造的第二變體微粒過(guò)濾器12位于內(nèi)燃機(jī)11的排氣 管15內(nèi)。在該變體中，氧化催化轉(zhuǎn)換器16位于微粒過(guò)濾器12前面，但不是 必需的。為了確定微粒過(guò)濾器12的溫度，設(shè)置至少一個(gè)溫度傳感器13，其 可放置在微粒過(guò)濾器12前面或后面，還可以放置在氧化轉(zhuǎn)換器16前面。
內(nèi)燃機(jī)由電子控制裝置14控制。溫度傳感器13也連接到控制裝置14。 也可以有例如壓差傳感器的更多傳感器，但這不是本發(fā)明方法所必需的。
電子控制裝置14還包含使用至少一個(gè)溫度傳感器的信號(hào)和其它量來(lái)計(jì)算 微粒過(guò)濾器12的至少一個(gè)平均溫度的模型。也可以有計(jì)算微粒過(guò)濾器12的 多個(gè)位置(例如入口、中點(diǎn)、出口)溫度的更復(fù)雜模型，但這不是嚴(yán)格必需 的。
圖6示出了發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置14內(nèi)的控制算法的相關(guān)部分。 一種己知的微 粒排放模型EMP提供發(fā)動(dòng)機(jī)11排放的微粒質(zhì)量m soot的值。另一排放模型EMNOx提供進(jìn)入微粒過(guò)濾器12的排氣流中所存在的氧化氮的質(zhì)量m—NOx 的值。在簡(jiǎn)單情況下，量m—soot和/或m一NOx各賦予定值，在其它變體中， 其值從特性圖中作為諸如發(fā)動(dòng)機(jī)速度n和扭矩M之類(lèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的函 數(shù)來(lái)確定。也可以采樣包括更多運(yùn)行參數(shù)的更復(fù)雜模型。
在一特別變體中使用一排放模型，其為NO (—氧化氮)和N02 (二氧化 氮)提供兩個(gè)分開(kāi)的質(zhì)量值，而不是為這些氧化氮提供的一個(gè)質(zhì)量值。
控制算法還包含炭煙微粒被NOx氧化的模型CRT-M，其確定表示微粒過(guò) 濾器中氧化氮氧化存在于排氣中的微粒的程度的因子f—CRT。該因子主要取 決于微粒過(guò)濾器12的溫度。例如在200°C以下的溫度，NOx不會(huì)進(jìn)行氧化。
在一簡(jiǎn)單變體中，模型CRT-M包括對(duì)于微粒過(guò)濾器12溫度的性能曲線(xiàn)， 其在低溫時(shí)的值是零并在高溫時(shí)接近定值。該定值考慮了氧化氮和炭煙的不 同(平均)分子量，并因此對(duì)應(yīng)于試驗(yàn)確定的NOx-炭煙比的倒數(shù)值，即炭 煙微粒在其之上就不再沉積在微粒過(guò)濾器上的臨界值。
模型CRT-M進(jìn)一步的變體還擴(kuò)展到考慮到微粒過(guò)濾器12在不同位置的 不同溫度和/或?qū)⒀趸珠_(kāi)成NO和N02。
模型CRT-M可用于不涂層微粒過(guò)濾器和具有催化劑涂層的微粒過(guò)濾器。 對(duì)于具有催化劑涂層的微粒過(guò)濾器12，因子f—CRT通常會(huì)比同樣溫度的不涂 層微粒過(guò)濾器的高。
通過(guò)將因子f—CRT與m一NOx、即通過(guò)NOx-排放模型EMNOx確定氧化 氮的質(zhì)量相乘，確定負(fù)的微粒等效質(zhì)量，其表示排氣中可在微粒過(guò)濾器12的 給定溫度下被NOx氧化的炭煙微粒的質(zhì)量。
在另一計(jì)算步驟中，通過(guò)排放模型EMP估計(jì)的微粒質(zhì)量m—soot和負(fù)的微 粒相效質(zhì)量m_soot—neg相加，得出可沉積在微粒過(guò)濾器12上的有效微粒質(zhì) 量m一soot一eff。
現(xiàn)將有效微粒質(zhì)量m—soot_eff輸入微粒過(guò)濾器的計(jì)算模型DPF-M。在一 簡(jiǎn)單版本中，該模型僅包括簡(jiǎn)單積分器，其累計(jì)沉積在顧慮器12上的微粒。 在其它變體中，可使用更復(fù)雜的微粒過(guò)濾器12模型，例如具有沿著排氣流動(dòng) 方向上多個(gè)單元的模型。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明特別有利的變體這里還考慮到了，排氣管15內(nèi) 存在的氧化氮會(huì)更多地氧化排氣中目前存在的炭煙微粒而不是已經(jīng)沉積在微 粒過(guò)濾器12上的那些。根據(jù)以上給出的用于m_soot—eff的計(jì)算程序，如果排氣中NOx對(duì)微粒的比非常高，該量甚至可能是負(fù)值?？紤]到即使NOx相 對(duì)微粒高度過(guò)剩在排氣中很普遍，已經(jīng)沉積在微粒過(guò)濾器12上的微粒也僅會(huì) 十分緩慢地被移除，提供計(jì)算單元Be，其將進(jìn)入過(guò)濾器沉積負(fù)荷的計(jì)算的有 效微粒質(zhì)量限制到僅稍為負(fù)的值m—soot_eff_lim 。
盡管以上變體和圖示出了排氣成分的質(zhì)量流量，但也可使用排氣的相應(yīng)濃 度或體積流量。
可在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中實(shí)現(xiàn)該控制程序。或者也能夠在例如常用于重型車(chē) 輛的"車(chē)輛控制計(jì)算機(jī)"的外部控制裝置中實(shí)現(xiàn)控制程序。 本發(fā)明的方法適于柴油機(jī)以及火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖8大體地示出了系統(tǒng)的構(gòu)造。微粒過(guò)濾器103設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)101的排氣 管102中。氧化催化轉(zhuǎn)化器(這里未示出)可設(shè)置在微粒過(guò)濾器103前面。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元表示為CPU。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CPU確定的運(yùn)行點(diǎn)， 排放模型105計(jì)算原排放，諸如NOx、 HC、 CO和微粒排放等。計(jì)算排氣 中微粒質(zhì)量或濃度的估計(jì)值的微粒排放模型EMP是排放模型105的一部分。 提供微粒過(guò)濾器模型PF-M用于模擬微粒過(guò)濾器103上微粒的沉積。如果需 要，排放模型105、 EMP模型和微粒過(guò)濾器模型PF-M可通過(guò)傳感器106、 107 和修正步驟108、 109來(lái)加以修正。微粒過(guò)濾器模型PF-M確定沉積負(fù)荷狀態(tài) 并將再生要求傳遞到再生控制單元110，該單元通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CPU啟 動(dòng)微粒過(guò)濾器103的下一次再生過(guò)程。標(biāo)號(hào)111表示描述車(chē)輛狀態(tài)和驅(qū)動(dòng)情 況的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被輸入發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CPU。排放模型105、微粒排放 模型EMP和/或微粒過(guò)濾器模型PF-M可包含在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CPU內(nèi)。但 是也可以在分開(kāi)的控制單元或例如常用于重型車(chē)輛的"車(chē)輛控制計(jì)算機(jī)"的 外部控制裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)模型。
圖9示出了發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元CPU內(nèi)控制算法的相關(guān)部分。 一種已知的微 粒排放模型EMP提供排氣中微粒質(zhì)量m_S00t或濃度的值。EMP模型可利用 諸如發(fā)動(dòng)機(jī)速度n或扭矩M發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行變量和/或位于排氣管中的傳感器 106、 107提供的數(shù)據(jù)。排氣的體積流由n^表示。
控制算法還包括微粒過(guò)濾器模型PF-M，其模擬微粒過(guò)濾器103上微粒的 沉積。確定沉積微?？傎|(zhì)量的模型是本技術(shù)領(lǐng)域已知的。本發(fā)明的方法采用 由n個(gè)假想單元Zl、 Z2、…Zn組成的模型，n為值l或更多，且較佳為4至 8。如果單元Z1、 Z2、…Zn沿排氣的流動(dòng)方向?qū)R，即如果使用微粒過(guò)濾器103的一維模型，則是尤其有利的。
單元Z1、 Z2、 ...Zn可模擬具有不同長(zhǎng)度的微粒過(guò)濾器103節(jié)段，但如果 每個(gè)單元ZK Z2、…Zn模擬具有一個(gè)相同長(zhǎng)度的微粒過(guò)濾器103節(jié)段，則 計(jì)算會(huì)尤其簡(jiǎn)單。
從微粒過(guò)濾器模型PF-M的單元Zl、 Z2、 ...Zn的微粒分布推斷出關(guān)于沉 積負(fù)荷狀態(tài)的信息BZ，如下文更詳細(xì)解釋的那樣。將關(guān)于沉積負(fù)荷狀態(tài)的信 息BZ輸入計(jì)算例程R一ANF，其從BZ且可能從其它數(shù)據(jù)確定再生微粒過(guò)濾 器103的請(qǐng)求ANF。從文獻(xiàn)中可知，請(qǐng)求ANF可能表示為二進(jìn)制(是/否) 請(qǐng)求或表示微粒過(guò)濾器再生的緊急性評(píng)估的數(shù)字沉積狀態(tài)指標(biāo)。
如本技術(shù)領(lǐng)域還己知的那樣，請(qǐng)求ANF可以在其實(shí)際觸發(fā)微粒過(guò)濾器103 的再生之前在進(jìn)一步的計(jì)算例程(這里未示出)中再生與其它信息相結(jié)合。
圖IO示出了微粒過(guò)濾器103的模型PF-M。在n個(gè)單元Zl、 Z2、 ... Zn 中的單元i中，沉積有微粒質(zhì)量m_i，即第一單元Zl中m—1，第二單元Z2 中m—2等。計(jì)算微粒在單元Zl、 Z2.,.Zn上分布的簡(jiǎn)單算法在到達(dá)模型PF-M的每個(gè)單元Zl、 Z2、 ... Zn的入口處的微粒質(zhì)量mj_ein分成兩個(gè)分量 m—i_par禾t] mj一trans。這里m—i_par是平行于排氣的流動(dòng)方向112移動(dòng)的微 粒部分，而m_i—trans表示橫向于排氣流的方向112移動(dòng)并沉積在微粒過(guò)濾器 103壁上的部分。對(duì)于每個(gè)單元Z1、 Z2、 ...Zn，適用以下等式
m—i—ein = m—i—trans + m—i_par。
另一方面，平行與排氣管移出單元Zi的微粒質(zhì)量m—i_par等于到達(dá)單元 Zl、 Z2、 ...Zn中下一單元i+1的入口處的微粒質(zhì)量。因此 m—(i+l)一ein = m—i_par。
到達(dá)第一單元Z1入口處的總微粒質(zhì)量
m_l—ein = m一soot。
此外，可以假設(shè)壁流微粒過(guò)濾器將幾乎完全將微粒從排氣中移除，即在最
后單元的出口處不再有平行與流動(dòng)方向傳送的微粒
m—n_par 0 。
通過(guò)將橫向分量mj一trans對(duì)時(shí)間積分而得到沉積在每個(gè)單元Zl、 Z2、... Zn內(nèi)的質(zhì)量m_i。
有利的是由因子f_i描述了將m—i—ein分成兩個(gè)分量m_i_par和m_i—trans 的劃分，該因子對(duì)各單元不同<formula>formula see original document page 19</formula>
既然如上所述，在微粒過(guò)濾器末端不再流出微粒，則具有以下關(guān)系市
<formula>formula see original document page 19</formula>
從文獻(xiàn)中可知，過(guò)濾器壁上的微粒沉積隨著流動(dòng)通過(guò)壁的局部速度 v—i_trans而增加。因此通過(guò)v—i_trans的二次表達(dá)式計(jì)算因子f一i是有利的 1 — f_i = f + g* v_i_trans + h*(v—i—trans)2 。
通過(guò)文獻(xiàn)中已知的方法，可從微粒過(guò)濾器前排氣流速和從抵抗流動(dòng)通過(guò)每 個(gè)單元的壁的阻力得到速度v—i一trans，該阻力又取決于己經(jīng)沉積在單元Zi的 微粒質(zhì)量m一i。
應(yīng)當(dāng)理解也可以有更復(fù)雜的關(guān)系，但是為了清楚起見(jiàn)，在此不再詳細(xì)討論。
根據(jù)由每個(gè)單元Zi內(nèi)沉積的微粒質(zhì)量m_i表征的微粒過(guò)濾器103的沉積 負(fù)荷狀態(tài)，計(jì)算例程R-ANF現(xiàn)可輸出再生微粒過(guò)濾器103的請(qǐng)求。
在根據(jù)本發(fā)明方法的改進(jìn)中，沉積在每個(gè)單元Zi內(nèi)的微粒質(zhì)量m—i被除 以微粒過(guò)濾器103分配到單元Zi的體積，以得到每個(gè)單元Zi的微粒負(fù)荷B—i。 如果單元Zi的微粒負(fù)荷超出臨界值B—max,則請(qǐng)求再生。臨界值B—max取 決于微粒過(guò)濾器103的材料和微粒過(guò)濾器裝入排氣管102的方式。對(duì)于由碳 化硅(SiC)制成的微粒過(guò)濾器103，最大負(fù)荷在2g/l至12g/l之間，較佳的 是在8g/l至10g/l之間是有利的。
在另一有利變體中，與B—max的對(duì)比不是用單個(gè)單元的負(fù)荷Bj進(jìn)行的， 而是與多個(gè)單元、例如兩個(gè)或三個(gè)單元的平均負(fù)荷進(jìn)行的。
在另一變體中，對(duì)微粒過(guò)濾器103的不同部分采用不同的微粒負(fù)荷臨界值 B一max。這里，如果臨界值在微粒過(guò)濾器103的前部比在后部的值低，則是 尤為有利的，這是因?yàn)樵谖⒘＿^(guò)濾器103的前部中其極度高負(fù)荷可能迅速地 引起微粒過(guò)濾器103的堵塞。
如果再生請(qǐng)求ANF不表示為二進(jìn)制(是/否)值而是表示為微粒過(guò)濾器的 再生緊急性評(píng)估的數(shù)字沉積狀態(tài)指標(biāo)，則如果沉積狀態(tài)指標(biāo)取決于微粒過(guò)濾 器103中負(fù)荷Bj超過(guò)臨界值B—max的單元Zi數(shù)量是有利的。
在該情況下，如果有第一臨界值B一max—1和第二臨界值B_max—2，較佳的是B—max一2大于B_max—1 ，則更加有利。在根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)版本中， 沉積狀態(tài)指標(biāo)取決于其負(fù)荷B_i超過(guò)第一臨界值B—max一l的單元的數(shù)量且其 負(fù)荷B_i也超過(guò)第二臨界值B一max一2的單元的數(shù)量，其負(fù)荷B_i超過(guò)第一臨 界值B—max一2的單元的數(shù)量比其負(fù)荷超過(guò)第一臨界值B—max_l的單元Zi的 數(shù)量對(duì)沉積狀態(tài)指標(biāo)的影響更大。
此外，將微粒分為可燃的(炭煙)和不可燃的(灰)并分別計(jì)算可燃和不 可燃微粒在每個(gè)單元Zi上的負(fù)荷是有利的。
如果一個(gè)單元或平均數(shù)量的單元Zi上可燃微粒的負(fù)荷超過(guò)可燃微粒臨界 值B—brennbar—max就請(qǐng)求再生微粒過(guò)濾器103也是有利的。
圖11示出了本發(fā)明的另一有利變體。這里允許排氣流中存在的氧化氮(NOx) 可相當(dāng)大地降低微粒過(guò)濾器103中的微粒沉積(所謂的CRT效應(yīng))，尤其是 微粒過(guò)濾器103的溫度很高和/或過(guò)濾器具有催化劑涂層時(shí)。
由于該原因，提出除了微粒排放模型EMP之外還采用描述氧化氮排放的 進(jìn)一步的模型EMNOx。這種模型提供排氣流中氧化氮的質(zhì)量或濃度值 m—NOx，該值可從例如具有發(fā)動(dòng)機(jī)速度n、扭矩M或類(lèi)似運(yùn)行參數(shù)作為獨(dú)立 變量的特性圖得到。
此外還提供NOx-影響模型(NOx-MOD)，其考慮了氧化氮對(duì)沉積在微粒 過(guò)濾器103上微粒質(zhì)量的影響。根據(jù)從微粒排放模型EMP得到的微粒質(zhì)量 m—soot、從NOx排放模型EMNOx得到的氧化氮質(zhì)量m—NOx、以及微粒過(guò) 濾器的溫度T一PF，該模型確定了有效的微粒質(zhì)量m—Soot_eff，其由于根據(jù)溫 度的氧化氮的影響而減少并沉積在微粒過(guò)濾器103上。
由于NOx對(duì)微粒的氧化取決于微粒過(guò)濾器103的溫度，所以考慮了溫度 T一PF。溫度低于約200。C， NOx不會(huì)進(jìn)行氧化。
在簡(jiǎn)單實(shí)施例中，在模型NOx-MOD中，氧化氮的質(zhì)量m—Nox被乘以因 子fJTemp，該因子取決于微粒過(guò)濾器的溫度T—PF;從微粒質(zhì)量m—soot中減 去該乘積，且相減的結(jié)果在下限限制到僅稍為負(fù)的值，得出最終的有效微粒 質(zhì)量m_soot_eff。因子f—Temp在低溫時(shí)是零且在高溫下為定值，其考慮了氧 化氮和炭煙的不同(平均)分子量。
在圖12中示出了負(fù)荷發(fā)生后沿流動(dòng)方向相對(duì)于微粒過(guò)濾器內(nèi)的位置的微 粒質(zhì)量分布。曲線(xiàn)A是微粒的測(cè)得質(zhì)量mp，曲線(xiàn)B是從沉積模型得到的微 粒過(guò)濾器內(nèi)的微粒質(zhì)量mp，微粒過(guò)濾器103已被分隔成四個(gè)單元。圖13中示出了單元Zl、 Z2、 Z3、 Z4內(nèi)微粒的累積質(zhì)量mp。 A是測(cè)得的質(zhì)量且 B是從沉積模型得到的質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)測(cè)得和計(jì)算值之間很一致。
已經(jīng)用排氣成分的質(zhì)量流量解釋了本發(fā)明的方法。也可使用排氣的相應(yīng)濃 度或體積流量來(lái)替代質(zhì)量流量。
權(quán)利要求
1.用于確定內(nèi)燃機(jī)排氣流中微粒排放的方法，包括以下步驟-根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性圖來(lái)準(zhǔn)備排放模型；-在固定或可變的測(cè)量區(qū)間內(nèi)測(cè)量排氣流中的實(shí)際微粒排放并在所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)對(duì)微粒排放進(jìn)行積分；-通過(guò)所述排放模型計(jì)算所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)的理想微粒排放并在所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)對(duì)理想微粒排放進(jìn)行積分；-比較測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放；-根據(jù)測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放的差來(lái)確定修正因子；-在從所述排放模型確定理想微粒排放時(shí)考慮所述修正因子。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述內(nèi)燃機(jī)的所有運(yùn)行點(diǎn)選 擇統(tǒng)一的修正因子。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)不同的運(yùn)行區(qū)域選擇不同的 修正因子。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)修正特性圖來(lái)確定不同的 修正因子。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，考慮所述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的 頻率分布來(lái)確定不同的修正因子。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，新的修正因子f—K 從先前的修正因子f_K—alt和實(shí)際測(cè)得的與計(jì)算的理想微粒排放之間的比 soot—ratio、使用公式f—K = fl*f_K—alt + (l-fl)/soot—ratio來(lái)計(jì)算，在所述公式 中，系數(shù)fl的值在0至1之間，且較佳的是在0.85至0.95之間。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，僅在其值在似真 性區(qū)間內(nèi)時(shí)進(jìn)行所述修正。
8. 用于確定沉積在位于內(nèi)燃機(jī)的排氣管中的微粒過(guò)濾器內(nèi)的微粒負(fù)荷的 方法，包括以下步驟-較佳的是根據(jù)運(yùn)行特性圖來(lái)準(zhǔn)備微粒的排放模型； -準(zhǔn)備至少一個(gè)、較佳的是基于特性圖的氧化氮排放模型；-準(zhǔn)備較佳的是取決于溫度的炭煙微粒被氧化氮氧化的模型； -用所述微粒排放模型確定至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的理論微粒質(zhì)量和/或微粒濃度；-用所述氧化氮排放模型確定至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的氧化氮的質(zhì)量和/或濃度；-用所述炭煙微粒被氧化氮氧化的模型確定對(duì)于前述步驟中所確定的氧化 氮質(zhì)量和/或濃度的負(fù)的等效微粒質(zhì)量和/或濃度；-用所述微粒的排放模型和所述負(fù)的等效微粒質(zhì)量和/或濃度確定有效微粒 質(zhì)量和/或濃度；以及-在所述微粒過(guò)濾器模型中累計(jì)所述有效微粒質(zhì)量和/或濃度。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，準(zhǔn)備了用于NO和N02的分開(kāi) 的基于特性圖的排放模型，且對(duì)于至少一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)確定NO和N02排放，且 根據(jù)NO和N02排放確定有效微粒質(zhì)量和/或濃度。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在至少一點(diǎn)測(cè)量所述微 粒過(guò)濾器的溫度且根據(jù)所述微粒過(guò)濾器的溫度確定所述負(fù)的等效微粒質(zhì)量和/ 或負(fù)的等效微粒濃度，所述微粒過(guò)濾器的溫度較佳的是通過(guò)測(cè)量所述微粒過(guò) 濾器較佳的是上游的排氣溫度來(lái)確定。
11. 如權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了確定所述 有效微粒質(zhì)量，考慮了所述排氣管內(nèi)的氧化氮會(huì)更多地氧化存在于排氣中的 炭煙微粒而不是已經(jīng)沉積在所述微粒過(guò)濾器內(nèi)的炭煙微粒。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述有效微粒質(zhì)量的值受到 下限限制。
13. 用于借助于較佳的是基于特性圖的計(jì)算模型來(lái)控制排氣處理裝置、尤 其是微粒過(guò)濾器再生的方法，特性圖其中所述排氣處理裝置被分成至少兩個(gè) 單元且較佳的是至少五個(gè)單元，且其中每個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)通過(guò)沉積模 型來(lái)確定，且所述排氣處理裝置的再生過(guò)程根據(jù)所述沉積負(fù)荷狀態(tài)而啟動(dòng)， 其特征在于，確定沉積狀態(tài)指標(biāo)，該指標(biāo)根據(jù)至少一個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)， 且所述再生過(guò)程根據(jù)所述沉積狀態(tài)指標(biāo)的值而啟動(dòng)。
14. 用于借助于較佳的是基于特性圖的計(jì)算模型來(lái)控制排氣處理裝置、尤 其是微粒過(guò)濾器再生的方法，特性圖其中所述排氣處理裝置被分成至少兩個(gè) 單元且較佳的是至少五個(gè)單元，且其中每個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)通過(guò)沉積模 型來(lái)確定，且所述排氣處理裝置的再生過(guò)程根據(jù)所述沉積負(fù)荷狀態(tài)而啟動(dòng)，其特征在于，對(duì)每個(gè)單元限定最大允許沉積負(fù)荷狀態(tài)的至少一個(gè)臨界值，且 再生在至少一個(gè)單元的所述沉積負(fù)荷狀態(tài)超過(guò)相應(yīng)臨界值時(shí)啟動(dòng)所述排氣處 理裝置的再生過(guò)程。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在流動(dòng)方向一個(gè)接一 個(gè)地限定至少兩個(gè)單元。
16. 如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述各單元 限定成至少大約相同的尺寸。
17. 如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)每個(gè)單元 限定用于最大允許沉積負(fù)荷狀態(tài)的至少一個(gè)臨界值。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，至少兩個(gè)單元的臨界值限定 成具有不同的值，且將上游單元的臨界值限定得小于下游單元的臨界值。
19. 如權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在至少一個(gè) 單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)超過(guò)相應(yīng)臨界值時(shí)啟動(dòng)再生過(guò)程。
20. 如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在多個(gè)單元 的沉積負(fù)荷狀態(tài)平均值超過(guò)相應(yīng)臨界值時(shí)啟動(dòng)再生過(guò)程。
21. 如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)至少一 個(gè)單元的沉積負(fù)荷狀態(tài)確定沉積狀態(tài)指標(biāo)，并根據(jù)該沉積狀態(tài)指標(biāo)啟動(dòng)再生 過(guò)程。
22. 如權(quán)利要求13或20所述的方法，其特征在于，至少對(duì)于一組單元各 限定兩個(gè)臨界值，較佳的是第一和第二臨界值，并根據(jù)超過(guò)所述臨界值的頻 率來(lái)確定沉積狀態(tài)指標(biāo)，超過(guò)較高的臨界值較佳的是比超過(guò)較低臨界值對(duì)沉 積狀態(tài)指標(biāo)的影響要大。
23. 如權(quán)利要求13至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述排氣處理裝置的微粒負(fù)荷分成可燃和不可燃微粒，且對(duì)可燃和不可燃微粒分開(kāi)地確 定每個(gè)單元的沉積負(fù)荷。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，僅在一個(gè)或多個(gè)單元由于可 燃微粒的沉積負(fù)載超過(guò)用于可燃微粒的臨界值時(shí)才啟動(dòng)排氣處理裝置的再 生。
25. 如權(quán)利要求13至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，每個(gè)單元的 沉積負(fù)荷狀態(tài)根據(jù)存在于排氣流中的氧化氮和/或根據(jù)排氣處理裝置的溫度來(lái) 確定。
26.如權(quán)利要求13至25所述的方法，其特征在于，所述沉積模型將進(jìn)入每個(gè)單元的微粒質(zhì)量分成沉積在所述單元內(nèi)的部分和流出所述單元的部分。
全文摘要
確定進(jìn)入設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣流中的微粒過(guò)濾器中微粒的方法，其能夠通過(guò)考慮微粒和氧化氮排放來(lái)確定沉積微粒的質(zhì)量。該包括以下步驟根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性圖來(lái)準(zhǔn)備排放模型；在固定或可變的測(cè)量區(qū)間內(nèi)測(cè)量排氣流中的實(shí)際微粒排放并在所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)對(duì)微粒排放進(jìn)行積分；通過(guò)所述排放模型計(jì)算所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)的理想微粒排放并在所述測(cè)量區(qū)間內(nèi)對(duì)理想微粒排放進(jìn)行積分；比較測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放；根據(jù)測(cè)得的實(shí)際微粒排放和計(jì)算得的理想微粒排放的差來(lái)確定修正因子；在從所述排放模型確定理想微粒排放時(shí)考慮所述修正因子。
文檔編號(hào)F02D41/02GK101652552SQ200580040283
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者H·胡爾瑟, M·科睿克勒 申請(qǐng)人:Avl里斯脫有限公司