微粒过滤器控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微粒过滤器控制系统，其特征是：包括气体扩散模块，计算气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率；过滤器过滤模块，计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率；过滤器载体气体浓度变化计算模块，计算模块计算在载体与排气接触表面由于化学反应引起的过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率；过滤器载体气体浓度计算模块，计算排气中各种气体成分的摩尔浓度值；排气气体浓度计算模块，计算在排气与过滤器载体接触表面各气体成分的摩尔浓度值；以及过滤器微粒物负荷计算模块，计算模块计算过滤器捕集的微粒物质量。本发明专利技术估算模型与实际气体流动过程相符，对微粒物加载量的估算既简单又准确。

Particle filter control system

The invention relates to a particle filter control system, which includes a gas diffusion module to calculate the rate of change in the molar concentration of the gas components and particles to the contact surface of the filter carrier; the filter filter module is used to calculate the mass change rate of the particulate matter captured by the filter; the filter carrier is used. The calculation module of the gas concentration change calculation module calculates the change rate of the molar concentration of the gas component of the filter carrier caused by the chemical reaction on the contact surface of the carrier and the exhaust. The calculation module of the gas concentration of the filter carrier is used to calculate the molar concentration of various gas components in the exhaust gas; the calculation module of the exhaust gas concentration is calculated. The mole concentration of each gas component on the contact surface of the exhaust and the filter carrier, and the calculation module of the filter particle load are calculated to calculate the mass of the particulate matter captured by the filter. The estimation model of the invention is consistent with the actual gas flow process, and the estimation of particle loading is simple and accurate.

【技术实现步骤摘要】
微粒过滤器控制系统
本专利技术涉及一种微粒过滤器控制系统，属于内燃机后处理设备

技术介绍
由于经济的快速发展，我国对煤炭、汽油、柴油等燃料使用量快速增长，这些燃料的燃烧伴随产生微粒物，如果不对燃料燃烧产生的微粒物进行处理直接排放到大气中会严重影响大气的清洁。近年来，进入冬季后我国北方和南方均不同程度受到雾霾的影响，严重影响人民的身体健康，因此对燃料燃烧后排气中含有的微粒物进行收集和处理至关重要。目前在柴油机后处理中含有的DPF模块，其主要作用就是捕集尾气中含有的颗粒物，并对颗粒物进行燃烧或者氧化再生。对颗粒物的再生时刻通过过滤器中微粒物的加载量计算得到，微粒物的加载量到一定程度，DPF触发再生。再生时刻太早，过滤器的再生效率降低。再生时刻太晚，会对过滤器及车辆安全产生影响。因此对排气中微粒物加载量的准确估算尤为重要。目前存在的解决方案主要分为三种：方案1：通过过滤器前后压降测量来估算过滤器中所累积的微粒物质量。过滤器中微粒物质量与过滤器前后压降值成正比，微粒物质量越大，过滤器前后压降越大。在利用过滤器前后压降测量微粒物质量时，会通过排气的质量流量以及排气温度对压差进行修正，消除排气流量及排气温度对过滤器前后压差的影响。中国专利申请CN103016104A公开了一种计算碳累积量的方法和装置。该专利申请采取的技术手段和达成效果是：通过压力差传感器测得DPF前后总压力差，根据DPF前温度和废气体积流量所产生的第一DPF前后压差，根据所述废气体积流量和灰分体积计算得到灰分体积所产生的第二DPF前后压力差系数，修正所述第一和第二DPF前后压差系数对所述DPF前后总压力差的影响，得到修正后的DPF前后压力差。计算修正后DPF前后压力差的流阻，根据所述流阻得到对应的DPF碳累积量。此专利申请中对第一DPF前后压差的修正是为了减小尾气排出速度对DPF前后压差的影响，对第二DPF前后压差的修正是为了减小尾气中灰尘对DPF前后压差的影响。该专利申请中的不足之处及原因：此专利申请对发动机的转速有限制，在设定转速范围外，计算结果无效；此专利申请主要考虑了废气体积流量和灰份体积对压差的影响，没有考虑碳分布对压差的影响，因此相同压差情况下，可能由于碳加载分布不同，碳的累积量也不同。方案2：通过过滤器所在金属腔内形成微波或RF能量监测微波响应的改变，确定污染物材料负载的空间分布。金属腔微波响应的所述改变与过滤器负载有关。通过微波的响应判断腔内过滤器的负载以及负载的分布情况。中国专利申请CN102203392A公开了一种用于测量过滤器中的滞留物的系统及方法。该专利申请采取的技术手段和达成效果是：通过过滤器所在金属腔内形成微波或RF能量并监测微波响应的改变，确定污染物材料负载的空间分布。金属腔微波响应的所述改变与过滤器负载有关。通过微波的响应判断腔内过滤器的负载以及负载的分布情况。该专利申请存在以下不足之处及原因：在复杂系统中通常会有多个处理器，专利申请中使用微波的响应判断腔内过滤器的负载以及负载的分布情况容易受到其他处理器电磁波的干扰，对结果产生影响；该专利申请需要使用微波发射天线和一个微波接收天线，结构复杂；需要标定出不同过滤器介质，不同过滤器金属外壳与过滤器负载及空间分布之间的曲线关系，变量较多，标定困难。方案3：由内燃机发动机的颗粒物质的产生速率、颗粒过滤器内的颗粒物质捕获速率、颗粒过滤器的再生速率、以及颗粒过滤器中收集的颗粒物质的量，通过模型估算的方法得到过滤器负载值。中国专利申请CN102797536A公开了一种确定颗粒过滤器的负载的方法。该专利申请采取的技术手段和达成效果是：确定来自于内燃机发动机的颗粒物质的产生速率、颗粒过滤器内的颗粒物质捕获速率、颗粒过滤器的再生速率、以及颗粒过滤器中收集的颗粒物质的量。该专利申请存在以下不足之处及原因：该专利申请中将过滤器看作一个整体，由于过滤器前后过滤效率以及再生速率均不同，所以按照该专利申请中将过滤器假设分割成均等的n份计算更加合理准确；此专利申请没有考虑由于的气体扩散作用，排气中碳颗粒物扩散到过滤器上的颗粒物质量，计算不精确。现有技术中主要还存在下列缺点：1、通过压差估算过滤器微粒物质量时，不能检测过滤器故障导致的压差上升；此外，由于过滤器内微粒物的分布对压差产生影响，而且这种分布会随着时间改变而变化，压差对微粒物的估算没有考虑微粒物分布对压差的影响；压差对微粒物的估算有滞后性。2、微波的响应判断腔内过滤器的负载以及负载的分布情况容易受到其他处理器电磁波的干扰,对结果产生影响；另外，需要增加微波发射和接收装置，结构复杂。3、利用预估模型计算过滤器中的负载量通常将过滤器看作一个整体计算，由于过滤器前端和后端微粒物分布不同，过滤效率不同。因此将过滤器看作一个整体计算不够准确。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种微粒过滤器控制系统，该控制系统利用排气流动过程中过滤器对微粒物的物理捕集过程、排气热量和能量在流动过程中的传递交换原理，估算过滤器载体上微粒物的加载量。按照本专利技术提供的技术方案，所述微粒过滤器控制系统，其特征是：包括气体扩散模块、过滤器过滤模块、过滤器载体气体浓度变化计算模块、过滤器载体气体浓度计算模块、排气气体浓度计算模块、以及过滤器微粒物负荷计算模块；所述气体扩散模块用于计算排气穿越过滤器载体时，气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率M；所述过滤器过滤模块用于计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率F；所述过滤器载体气体浓度变化计算模块用于计算在载体与排气接触表面由于化学反应引起的过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率R；所述排气气体浓度计算模块用于计算排气中各种气体成分的摩尔浓度值G；所述过滤器气体浓度计算模块用于计算在排气与过滤器载体接触表面各气体成分的摩尔浓度值S；所述过滤器微粒物负荷计算模块用于计算过滤器捕集的微粒物质量L。进一步的，所述气体扩散模块计算排气穿越过滤器载体时，气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率M，具体方法是：排气中气体的摩尔浓度值G减去排气与过滤器载体接触表面各种气体成分的摩尔浓度值S，乘以排气与载体接触的表面积与载体体积的比值Ga，最后乘以质量传播系数Km。进一步的，所述质量传播系数Km由排气压力、排气温度、以及过滤器半径查3维表得到。进一步的，所述过滤器过滤模块计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率F，具体方法是：由上一个计算循环计算出的微粒物加载质量查过滤效率表，得到过滤器的过滤效率；微粒物的质量流率乘以过滤器的过滤效率得出过滤器捕集的微粒物质量变化速率F。进一步的，所述过滤器载体气体浓度变化计算模块计算在载体与排气接触表面由于化学反应引起的过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率R，具体方法是：过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率R等于排气中气体成分化学反应速率乘以按照化学当量比反应时排气中各种物质摩尔浓度变化的比例值RM。进一步的，反应速率的计算：所述化学反应速率通过反应物浓度值查表得到表征反应速率的基本值，再通过反应时的温度值查表得到修正系数，反应速率基本值乘以修正系数得到化学反应的反应速率。进一步的，所述排气气体浓度计算模块计算排气中各种气体成分的摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微粒过滤器控制系统，其特征是：包括气体扩散模块、过滤器过滤模块、过滤器载体气体浓度变化计算模块、过滤器载体气体浓度计算模块、排气气体浓度计算模块、以及过滤器微粒物负荷计算模块；所述气体扩散模块用于计算排气穿越过滤器载体时，气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率M；所述过滤器过滤模块用于计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率F；所述过滤器载体气体浓度变化计算模块用于计算在载体与排气接触表面由于化学反应引起的过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率R；所述排气气体浓度计算模块用于计算排气中各种气体成分的摩尔浓度值G；所述过滤器气体浓度计算模块用于计算在排气与过滤器载体接触表面各气体成分的摩尔浓度值S；所述过滤器微粒物负荷计算模块用于计算过滤器捕集的微粒物质量L。

【技术特征摘要】
1.一种微粒过滤器控制系统，其特征是：包括气体扩散模块、过滤器过滤模块、过滤器载体气体浓度变化计算模块、过滤器载体气体浓度计算模块、排气气体浓度计算模块、以及过滤器微粒物负荷计算模块；所述气体扩散模块用于计算排气穿越过滤器载体时，气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率M；所述过滤器过滤模块用于计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率F；所述过滤器载体气体浓度变化计算模块用于计算在载体与排气接触表面由于化学反应引起的过滤器载体气体成分摩尔浓度变化速率R；所述排气气体浓度计算模块用于计算排气中各种气体成分的摩尔浓度值G；所述过滤器气体浓度计算模块用于计算在排气与过滤器载体接触表面各气体成分的摩尔浓度值S；所述过滤器微粒物负荷计算模块用于计算过滤器捕集的微粒物质量L。2.如权利要求1所述的微粒过滤器控制系统，其特征是：所述气体扩散模块计算排气穿越过滤器载体时，气体成分及微粒物扩散到排气与过滤器载体接触表面上的摩尔浓度变化速率M，具体方法是：排气中气体的摩尔浓度值G减去排气与过滤器载体接触表面各种气体成分的摩尔浓度值S，乘以排气与载体接触的表面积与载体体积的比值Ga，最后乘以质量传播系数Km。3.如权利要求2所述的微粒过滤器控制系统，其特征是：所述质量传播系数Km由排气压力、排气温度、以及过滤器半径查3维表得到。4.如权利要求1所述的微粒过滤器控制系统，其特征是：所述过滤器过滤模块计算过滤器捕集的微粒物的质量变化速率F，具体方法是：由上一个计算循环计算出的微粒物加载质量查过滤效率表，得到过滤器的过滤效率；微粒物的质量流率乘以过滤器的过滤效率得出过滤器捕集的微粒物质量变化速率F。5.如权利要求1所述的微粒过滤器控制系统，其特征是：所述过滤器载体气体浓度变化计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维，施华传，居钰生，王伏，周奇，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32