颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810518834.X
(22)申请日 2018.05.25
(71)申请人 上海汽车集团股份有限公司
地址 200438 上海市杨浦区军工路2500号
(72)发明人 姜山　尚明　高祥　胡建月　
(74)专利代理机构 上海科琪专利代理有限责任
公司 31117
代理人 郑明辉　叶知行
(51)Int.Cl.
F01N 3/023(2006.01)
F01N 11/00(2006.01)
(54)发明名称
颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法
(57)摘要
本发明公开了一种颗粒捕捉器灰分累积模
型的建模方法，包括：步骤1：检查发动机状态；步
骤2：颗粒捕捉器初始称重；步骤3：灰分加载循
环；步骤4：进入再生模式；步骤5：参考点测试，完
成灰分积累循环，进行下一次灰分积累循环；步
骤6：确认灰分积累循环次数；步骤7：对颗粒捕捉
器称重并更换机油，记录数据；步骤8：发动机运
行时间确认；步骤9：建模分析灰分积累与油耗对
应数值关系。

本发明可以准确地建立灰分累积速
率与燃油油耗和机油油耗的关系，能保证ECU对
于颗粒捕捉器再生过程的控制精度和实效性。

权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 108798833 A 2018.11.13
C N 108798833
A
1.一种颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：检查发动机状态；
步骤2：在颗粒捕捉器再生之后，进行灰分累积之前，对颗粒捕捉器进行重量初始称重，颗粒捕捉器内部没有灰分和颗粒；
步骤3：通过发动机循环对颗粒捕捉器进行加载，多次加载后完成一个完整的灰分加载循环；
步骤4：进入再生模式，将颗粒捕捉器内部累积的碳颗粒清除；
步骤5：进行参考点测试，完成一次灰分积累循环，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；
步骤6：确认灰分积累循环次数是否达到设定循环次数，若是，进入再生模式后执行步骤7，若否，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；
步骤7：对颗粒捕捉器称重并更换机油，每更换一次机油，记录一次发动机运行时间、颗粒捕捉器的重量、燃油油耗和机油消耗量；
步骤8：确认完整的发动机运行时间是否达到设定值，若是，发动机停机并执行步骤9，若否，返回步骤3；
步骤9：整理并分析数据，分析燃油油耗与机油油耗的关系，再分析机油油耗与灰分质量积累的关系，并建立燃油油耗与灰分质量的数值关系，建立完整的颗粒捕捉器灰分累积模型。

2.根据权利要求1所述的颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，其特征是：在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：倒拖检查：在发动机缸内未燃烧的情况下，通过测功机电机旋转带动发动机曲轴转动，记录转速、扭矩，使发动机活塞环与缸套配合；
步骤1.2：外特性检查：发动机转速逐次递增至额定转速，检查过程中记录每个外特性工况点的发动机烟度、排放物；
步骤1.3：参考点检查：在发动机部分负荷工况和全负荷工况各选择一个参考点，测试涡轮出口排放物和烟度，记录ECU变量。

3.根据权利要求1所述的颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，其特征是：在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：设定发动机运转工况；
步骤2.2：进入再生模式，将颗粒捕捉器载体内部的颗粒清除，判断颗粒捕捉器入口温度是否在590℃-630℃之间，若是，则保持再生模式20-30分钟后执行步骤2.3，若否，则返回检查ECU内部参数设置，等待颗粒捕捉器入口温度上升至590℃-630℃之间并稳定20-30分钟后执行步骤2.3；
步骤2.3：降低发动机负荷直到颗粒捕捉器入口温度低于200℃；
步骤2.4：停机，拆卸颗粒捕捉器并称重。

4.根据权利要求1所述的颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，其特征是：在所述的步骤3中，一个加载循环持续时间为60分钟，完整的灰分加载循环需要进行10次加载循环，耗时10小时，完成一次完整的灰分加载循环后进行再生，将颗粒捕捉器内部的碳颗粒清除，仅留下灰分。

权　利　要　求　书1/1页CN 108798833 A
颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及柴油机尾气后处理领域，尤其涉及一种颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法。

背景技术
[0002]随着现代科技和汽车工业的迅速发展，柴油机一直以来凭借着油耗低，动力强的优势，在交通运输行业中地位也不断提高。

但是由于柴油机独特的压燃方式，柴油燃烧后产生许多污染物，例如氮氧化物、碳氢、颗粒、一氧化碳等等，都对人体健康造成了威胁。

随着人们对环境保护的重视以及对自身健康的关注，柴油机排放法规也在不断地更新，对柴油机排放物的限制愈加严格。

[0003]目前，对于柴油机排放物之一的碳颗粒进行处理的技术之一，柴油颗粒捕集器（DPF）已经作为柴油机净化尾气的主流技术。

其载体内部具有许多细小的直列通道，颗粒随着排气只能从一个入口进入，经过通道壁面时由于其体积较大，被通道壁面过滤，留在载体内部。

当载体内部颗粒物接近饱和时，其流动阻力增加，排气背压增大，对发动机经济性和动力性均有不良影响，因此需要对其进行再生，通过提高排气温度将载体内部的碳颗粒烧掉。

[0004]由于柴油机工作过程中，许多零部件均需要机油润滑，机油会进入缸内与柴油一同燃烧。

机油内部的添加剂燃烧后会生成硫酸盐、磷酸盐以及其他钙、锌、镁氧化物，这些生成物随着排气进入DPF，就是通常说的灰分。

灰分在DPF内部沉积，一方面会减少DPF的有效过滤面积，降低其过滤效率，另一方面也会增加流动阻力，影响再生控制系统的判断。

发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，可以准确地建立灰分累积速率与燃油油耗和机油油耗的关系，能保证ECU对于颗粒捕捉器再生过程的控制精度和实效性。

[0006]本发明是这样实现的：
一种颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，包括如下步骤：
步骤1：检查发动机状态；
步骤2：在颗粒捕捉器再生之后，进行灰分累积之前，对颗粒捕捉器进行重量初始称重，颗粒捕捉器内部没有灰分和颗粒；
步骤3：通过发动机循环对颗粒捕捉器进行加载，多次加载后完成一个完整的灰分加载循环；
步骤4：进入再生模式，将颗粒捕捉器内部累积的碳颗粒清除；
步骤5：进行参考点测试，完成一次灰分积累循环，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；
步骤6：确认灰分积累循环次数是否达到设定循环次数，若是，进入再生模式后执行步
骤7，若否，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；
步骤7：对颗粒捕捉器称重并更换机油，每更换一次机油，记录一次发动机运行时间、颗粒捕捉器的重量、燃油油耗和机油消耗量；
步骤8：确认完整的发动机运行时间是否达到设定值，若是，发动机停机并执行步骤9，若否，返回步骤3；
步骤9：整理并分析数据，分析燃油油耗与机油油耗的关系，再分析机油油耗与灰分质量积累的关系，并建立燃油油耗与灰分质量的数值关系，建立完整的颗粒捕捉器灰分累积模型。

[0007]在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：倒拖检查：在发动机缸内未燃烧的情况下，通过测功机电机旋转带动发动机曲轴转动，记录转速、扭矩，使发动机活塞环与缸套配合；
步骤1.2：外特性检查：发动机转速逐次递增至额定转速，检查过程中记录每个外特性工况点的发动机烟度、排放物；
步骤1.3：参考点检查：在发动机部分负荷工况和全负荷工况各选择一个参考点，测试涡轮出口排放物和烟度，记录ECU变量。

[0008]在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：设定发动机运转工况；
步骤2.2：进入再生模式，将颗粒捕捉器载体内部的颗粒清除，判断颗粒捕捉器入口温度是否在590℃-630℃之间，若是，则保持再生模式20-30分钟后执行步骤2.3，若否，则返回检查ECU内部参数设置，等待颗粒捕捉器入口温度上升至590℃-630℃之间并稳定20-30分钟后执行步骤2.3；
步骤2.3：降低发动机负荷直到颗粒捕捉器入口温度低于200℃；
步骤2.4：停机，拆卸颗粒捕捉器并称重。

[0009]在所述的步骤3中，一个加载循环持续时间为60分钟，完整的灰分加载循环需要进行10次加载循环，耗时10小时，完成一次完整的灰分加载循环后进行再生，将颗粒捕捉器内部的碳颗粒清除，仅留下灰分。

[0010]本发明通过发动机台架试验，经过数个灰分加载循环与再生过程，在发动机或整车寿命之内，记录柴油颗粒捕集器内部灰分的质量、燃油油耗以及机油油耗，分析并找出三者的数值对应关系，从而为发动机ECU内部建立DPF灰分累积模型提供必要数据，相比较目前常用的软件仿真方法，本发明通过数次试验和称重可以更加准确地定量地研究灰分累积的速度与油耗的对应关系，精度高，确保柴油颗粒捕集器再生控制系统能对再生状况做出正确的判断，降低颗粒捕捉器过载的几率，防止颗粒捕捉器过载损坏的危险发生。

[0011]本发明可以准确地建立灰分累积速率与燃油油耗和机油油耗的关系，能保证ECU 对于颗粒捕捉器再生过程的控制精度和实效性。

附图说明
[0012]图1是本发明颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法的流程图。

具体实施方式
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0014]请参见附图1，一种颗粒捕捉器灰分累积模型的建模方法，包括如下步骤：步骤1：检查发动机状态；
步骤2：在颗粒捕捉器（DPF）经过再生之后，进行灰分累积之前，对颗粒捕捉器（DPF）进行重量初始称重，此时颗粒捕捉器（DPF）内部没有灰分和颗粒；
步骤3：通过发动机循环对颗粒捕捉器（DPF）进行快速加载，多次快速加载后完成一个完整的灰分加载循环；
步骤4：进入再生模式，过程持续30min，将颗粒捕捉器（DPF）内部累积的碳颗粒清除，再生过程中注意颗粒捕捉器（DPF）入口温度在590℃-630℃范围内；
步骤5：进行参考点测试，完成一次灰分积累循环，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；
步骤6：确认灰分积累循环次数是否达到设定循环次数，若是，进入再生模式后执行步骤7，若否，返回步骤3进行下一次灰分积累循环；优选的，可设定灰分积累循环次数为9次，即进行9次灰分积累循环之后，只需再进行一次再生，即可更换机油和称重颗粒捕捉器（DPF），在实际使用中循环次数可根据自身情况自行调整；
步骤7：对颗粒捕捉器（DPF）称重并更换机油，每更换一次机油，记录一次发动机运行时间、颗粒捕捉器（DPF）的重量、燃油油耗和机油消耗量；
步骤8：确认完整的发动机运行时间是否达到设定值，若是，发动机停机并执行步骤9，若否，返回步骤3；设定值可根据颗粒捕捉器（DPF）或发动机或整车寿命确定，取三者最小值，优选的，设定值可设为1500小时，可根据等油耗法针对具体项目折算具体时间；
步骤9：整理并分析数据，分析燃油油耗与机油油耗的关系，再分析机油油耗与灰分质量积累的关系，从而建立燃油油耗与灰分质量的数值关系，建立完整的颗粒捕捉器（DPF）灰分累积模型。

[0015]在所述的步骤1中，还包括如下分步骤：
步骤1.1：倒拖检查：在发动机缸内未燃烧的情况下，依靠测功机电机的旋转带动发动机曲轴的转动，同时记录转速、扭矩等常规数据，目的是检查发动机状态，确保发动机活塞环与缸套配合正常；检查过程中，发动机转速从额定转速开始，以200rpm为间隔依次降低至1000rpm，发动机水温设定为90℃，机油温度不超过130℃，轨压设定250bar，废气再循环阀（EGR阀）关闭，节流阀全开，增压器开度设定为最大；
步骤1.2：外特性检查：发动机转速从1000rpm开始，以200rpm为间隔逐次递增，最终测试转速为额定转速，检查过程中记录每个外特性工况点的发动机烟度、排放物和其他变量，其余记录变量根据需要可自行决定；
步骤1.3：参考点检查：目的是确定发动机在后续的循环过程中运转状态不变，为了确保参考点的可靠性，在发动机部分负荷工况和全负荷工况各选择一个参考点。

[0016]部分负荷时，选择参考点转速2000rpm，BMEP为6.5bar（BMEP为制动平均有效压力，即指示平均有效压力中减去用于克服摩擦损耗后所余下的那部分），测试并记录涡轮出口处排放物和烟度，整个工作过程用INCA软件记录ECU变量，也可根据实际情况采用其他的检查方式。

[0017]全负荷时，选择参考点转速为2000rpm；进行参考点检查时，均需要测试涡轮出口
排放物和烟度以及其他测量值，排放测点位于涡轮出口，氧化催化器（DOC）前，整个工作过程用INCA软件记录ECU变量；检查过程中也要注意比油耗是否在法规以内，曲轴箱压力和活塞漏气量是否正常，也可根据实际情况采用其他的检查方式。

[0018]在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：设定发动机运转工况，转速2000rpm，BMEP为6bar；
步骤2.2：进入再生模式，将颗粒捕捉器（DPF）载体内部的颗粒清除，判断颗粒捕捉器入口温度是否在590℃-630℃之间，若是，则保持再生模式20-30分钟后执行步骤2.3，若否，则返回检查ECU内部参数设置，确认ECU内部参数无误后等待颗粒捕捉器入口温度上升至590℃-630℃之间并稳定20-30分钟后执行步骤2.3；
步骤2.3：降低发动机负荷，直到颗粒捕捉器入口温度低于200℃；
步骤2.4：停机，拆卸颗粒捕捉器（DPF）并称重，称重时确保颗粒捕捉器（DPF）中心温度在200℃左右；称重时，保证称重设备的精度在±0.1g以内；每次称重之前，需用与颗粒捕捉器（DPF）重量接近的重物来校验称重设备；只需称重颗粒捕捉器（DPF），不需要称重氧化催化器（DOC）。

[0019]在所述的步骤3中，一个加载循环持续时间为60分钟，完整的灰分加载循环需要进行10次加载循环，耗时10小时；一个60分钟的加载循环如下表所示：
编号转速（rpm）负荷(%)时间(min) 118001008
234006011
3怠速01
43000504
538008015
6怠速01
736009019
8怠速01
完成一次完整的灰分加载循环后进行再生，将颗粒捕捉器（DPF）内部的碳颗粒清除，仅留下灰分。

[0020]在所述的步骤5中，对步骤1.3中部分负荷参考点和全负荷参考点进行测试，测试目的是定期检查监控发动机状态，若有其他测试方法，也可采用。

[0021]在所述的步骤7中，颗粒捕捉器（DPF）的称重过程是将颗粒捕捉器（DPF）拆下，放置在称重设备上进行称量重量，称重时确保颗粒捕捉器（DPF）中心温度在200℃左右，称重设备的精度在±0.1g以内；更换机油，记录机油消耗量，在此过程中需要排除称重和更换机油对发动机状态造成的影响。

[0022]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

图1。