[發(fā)明專利]一種微粒捕集器微粒加載量計算方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711327043.0
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108194168B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔金科;劉偉強;劉冠麟;李炯
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: F01N3/023
• 分類號: F01N3/023;F02D41/02;G06F30/20
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本發(fā)明公開了一種微粒捕集器微粒加載量計算方法。計算方法包括微粒沉積層佩克萊數(shù)判斷、微粒沉積層微觀參數(shù)計算、根據(jù)壓降反推微粒沉積厚度與加載量以及微粒加載飽和度四個步驟。其裝置包括ECU、壓力傳感器、溫度傳感器、氧傳感器、空氣質(zhì)量流量傳感器等。本發(fā)明的目的在于考慮發(fā)動機不同工況下，微粒沉積微觀形態(tài)的不同，利用理論壓降模型，計算微粒捕集器內(nèi)的微粒加載量，從而精確控制再生時機，同時計算微粒加載飽和度，用以表征微粒捕集器加載程度，對于延長微粒捕集器壽命，減小再生能耗有很大的積極作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微粒捕集器微粒加載量計算方法及其裝置

背景技術(shù)

在當前眾多柴油機微粒后處理技術(shù)中，微粒捕集器被認為最具有應(yīng)用前景與發(fā)展?jié)摿?。微粒捕集器在?yīng)用過程中主要有兩大應(yīng)用難關(guān)，一是過濾體材料的選擇，必須具有高過濾效率，低流動阻力，同時還要具備良好的抗高溫性能與機械強度。二是載體的再生，即微粒捕集器工作一段時間后，微粒沉積到達一定程度，微粒捕集器兩端壓降到達限定值，影響正常的微粒捕集與發(fā)動機工作，需要采取特定的方式將沉積在載體孔道內(nèi)的微粒去除。其中，前者的技術(shù)難關(guān)已經(jīng)基本攻克，而微粒捕集器的再生仍是阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的難題。具體到再生過程，最重要的一點是如何判斷再生開始的時機，即某項指標達到預(yù)先設(shè)定的限定值時，再生開始。

當前應(yīng)用最為普遍的再生時機判斷方法是壓降法，即事先標定微粒捕集器在各個工況下，微粒加載量達到限定值的壓降MAP圖，存儲在ECU內(nèi)，當ECU接收到傳感器傳送的尾氣溫度、質(zhì)量流量和壓差信號，在MAP圖中查詢當前的限定壓降值，與當前壓差傳感器信號值對比，決定是否開始再生。此種方法的弊端明顯，一是壓降數(shù)據(jù)不能直觀反映微粒捕集器內(nèi)的微粒加載量，因為微粒捕集器的最大加載量通常由廠家提供，并以總的微粒質(zhì)量給出；二是事先標定的MAP圖不夠精確，微粒的加載沉積過程受到發(fā)動機工況等各種因素的影響，其孔隙率、加載密度等微觀參數(shù)變化較大，造成事先標定的MAP圖不符合實際情況，另外標定MAP圖也是一項耗費人力物力的過程。

另外一種常見的再生時機判斷方法，在于實時監(jiān)測排氣管內(nèi)的微粒排放量與微粒捕集器內(nèi)的氮氧化物與沉積微粒反應(yīng)速率(被動再生)，計算出孔道內(nèi)的微粒凈增長速率，通過對從上一次再生結(jié)束后的時間域進行積分，即可得出載體內(nèi)的微粒沉積量。這種方法直接給出了微粒沉積量，但是對傳感器要求高，計算過程復(fù)雜，ECU負擔加重，離實際應(yīng)用有一定的距離。

隨著微粒捕集器兩端壓降理論模型的愈發(fā)精確，使得利用壓降模型的逆向推演得出微粒加載量成為可能。具體來說，ECU接收微粒捕集器前端的溫度信號、壓差信號、發(fā)動機進氣質(zhì)量流量信號以及燃油消耗率信號，結(jié)合微粒捕集器的幾何參數(shù)，利用理論壓降模型反推出微粒加載量，與廠商提供的限定加載量對比，進而確定再生開始時機。這一過程中的關(guān)鍵參數(shù)在于孔道內(nèi)微粒沉積層的滲透率k_soot與加載密度ρ_soot。由滲透率與壓降數(shù)據(jù)推演出孔道內(nèi)的微粒層厚度，再結(jié)合加載密度得出載體總的微粒加載量。

微粒在孔道內(nèi)的沉積微觀形態(tài)對于確定實際加載量具有決定性的作用，而其沉積形態(tài)取決于微粒運動過程中擴散與對流作用的綜合作用。當擴散作用占主導(dǎo)時，微粒沉積層呈現(xiàn)較為疏松的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)在孔隙率ε較大，而加載密度較小。當對流作用占主導(dǎo)時，微粒沉積層呈現(xiàn)較為致密的結(jié)構(gòu)，孔隙率ε較小，加載密度較大。而微粒運動中擴散與對流作用的綜合可以用佩克萊數(shù)Pe＝u_w·d_primary/D_p來表征。當佩克萊數(shù)較大時，微粒沉積趨向于致密，當佩克萊數(shù)較小時，微粒沉積趨向于疏松。

佩克萊數(shù)與微粒沉積層孔隙率的關(guān)系可以描述為，隨著佩克萊數(shù)的增加，孔隙率以非常快的速度趨向一個漸進值，當佩克萊數(shù)減小時，孔隙率與佩克萊數(shù)呈現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)上，可以表示為ε＝A·Pe^-B+C，其中A、B、C為常數(shù)，其具體數(shù)值可以通過數(shù)值模擬求得。同時微粒的沉積過程屬于無晶格有軌生長沉積，在機理上將微粒層的孔隙率限定在一個較小的范圍，再結(jié)合佩克萊數(shù)與孔隙率的函數(shù)特性，根據(jù)佩克萊數(shù)的估計值來計算微粒層孔隙率，誤差將會非常小。