專利名稱：識別顆粒過濾器中的燃燒情況的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明要求2008年5月30日提交的0853563號法國專利申請的優先權，該申請 的內容(說明書、附圖和權利要求書)被引用于本申請文件中。本發明與內燃機的防污染領域有關，特別與能夠配置于內燃機的排氣管路的顆粒 過濾器的控制有關，旨在吸附內燃機中因燃燒而生的顆粒。
背景技術：
內燃機運轉時由于燃料的燃燒而產生要排出的氣體，其中包括一定量的受控污染 物。特別是內燃機的燃燒而產生的污染物可能包括一些碳化的固體顆粒。由于不能限制內 燃機以使它僅排出允許數量的可控污染物，排出的氣體必須經過處理以將這些污染物降低 到容許的界限以下。處理排氣的裝置通常位于內燃機的排放回路中。我們說的是對排氣的后處理。這 種處理裝置可能由一個或幾個部件組成，特別是包括一個顆粒過濾器。機動車的顆粒過濾器能夠通過過濾除去內燃機、通常是柴油機的排氣中出現的固 體粒子。一旦在過濾器中被捕獲，這些粒子必須被周期性地消除，方式是將過濾器中的溫度 從450°C提高到700°C，以促成粒子的燃燒。這個操作自然地被稱作顆粒過濾器的“再生”。 通常地，再生所需的能量通過使排氣溫度升高而得到。通常在再生階段將排氣的溫度從內燃機運轉時的正常溫度提高所需的額外能量 是通過使用后噴射，也就是說在壓縮循環的上死點之后的延后噴油，而提供的，或通過燃燒 收益的降低，再或是通過直接向排氣管路中噴油提供。在使用后噴射的情況下碳氫燃料可能在內燃機內完全或部分地燃燒，使排氣的溫 度上升，或者，如果后噴射足夠延遲，增加了排氣中一氧化碳(CO)和碳化氫(HC)的含量，這 兩者會在接觸氧化性催化劑時氧化而產生熱量。如果我們向內燃機的排氣管路中直接噴入 霧狀或汽態的碳氫燃料，上述現象同樣可以發揮作用。但是，被過濾器捕獲的碳化粒子是一些易燃材料，如果過濾器中應用了有助于再 生的添加劑，它們可能在溫度大約高于450°C時自動燃燒，不然的話只要存在足夠的燃料， 它們也會在溫度達到600°C時自動燃燒。通常內燃機的排氣中存在氧氣，當顆粒過濾器中的炭黑量較大時，炭黑粒子就可 能發生燃燒，導致過濾器中釋放出大量的能量，造成對它的損害(例如出現裂紋)或者破 壞。特別是在配置有過濾器的機動車輛主要在市內行駛的情況下，換句話說，在經常 低速行駛并頻繁停駛的情況下，可觀察到過濾器中的炭黑含量增加。在這些情況下，很難使 過濾器再生，因為排氣的溫度與顆粒過濾器再生的溫度相去甚遠，或者排氣只在用于完成 再生的很短的短暫時段就達到啟動再生的溫度。典型地，柴油機動車輛被渦輪增壓機增壓 時，在渦輪增壓機的渦輪出口處測量到的排氣的溫度在150°c左右，而為了啟動加有添加劑 的過濾器的再生應該至少達到大約450°C的溫度。
另外，如果顆粒過濾器中的炭黑量接連多次達到極限，內燃機就被拖入強負載的 狀態下運轉，排氣的溫度可能自動引發過濾器中的炭黑燃燒。另外，在某些情形下，在內燃 機停轉前開始的炭黑的燃燒可以在停轉后繼續，甚至，如果排氣回路非常熱和過濾器未能 被排出的氣流冷卻的時候，炭黑的燃燒可以在內燃機停轉稍后啟動。這些非受控制的炭黑的燃燒如果發生在較高的溫度下或者導致過濾器中的溫度 快速上升，就可能損害過濾器。這種損害從不止一個方面而言都是不利的。一方面，這影響 到后處理系統的效率，另一方面，根據現行的和即將實行的有關車載診斷(0BD功能)的規 定，有必要在一個使用時間段內(根據EUR05標準，典型地為160 000公里)確保后處理系 統的效率，或者確保在后處理系統出故障時能夠提醒開車的司機。法國雷諾集團的FM814498號專利提供了一種診斷顆粒過濾器故障或者通過觀 察過濾器再生期內釋出的能量來計算它的負載的裝置。如果說通過不同的策略控制顆粒過 濾器的再生已為人所知，則現有技術并未掌握對過濾器中的粒子的這種自發燃燒進行控制 的方法，及其可能引致的過濾器的故障。此外，這種非受控制的粒子的燃燒會影響過濾器中炭黑的含有量，目前在測定炭 黑含有量的模塊中尚未考慮這種情況。
發明內容
本發明的目的在于提出一種識別配置在內燃機排氣管路中的顆粒過濾器中的燃 燒，特別是非受控燃燒的方法。這種對所檢測到的燃燒的識別和定性可以診斷過濾器的故 障，或者了解燃燒對過濾器中的炭黑含有量的作用，且可在內燃機運轉的整個過程中執行 這些功能。本發明可以在過濾器應用中的所有階段對其進行控制，而非如現有技術所做到 的那樣，僅在其受控再生的階段對其進行控制。為此，所提的方法包括一個測定或估算所述顆粒過濾器中的燃燒的代表性參數 的步驟，以及一個處理所述參數以診斷燃燒情況和估算燃燒強度的步驟，該方法中的這些 步驟是在內燃機運轉的整個過程中進行的，特別是在顆粒過濾器受控再生的時段之外進行 的，在一變型中，也在內燃機停止運轉后的一預定的連續時間內進行。優選地，所考慮的代表性參數分別是該顆粒過濾器的入口處的溫度和該顆粒過濾 器的出口處的溫度。創新之處在于，對這些參數的估算、測定和處理也可以在過濾器的受控再生的時 段之外進行。此外，對所述參數估算、測量或處理在內燃機停止運轉之后繼續進行。通過這種方法，如果在一個預設的時間段內該顆粒過濾器的出口處的溫度超過該 顆粒過濾器的入口處的溫度的程度達到一個預設的界限，就可推斷該顆粒過濾器中的顆粒 發生了不可控燃燒，此時內燃機的控制部件未發再生指令。在一個變型中，借助于該顆粒過濾器的入口處和出口處的溫度的演變而估算出該 顆粒過濾器中的溫度梯度，如果該被估算出的溫度的梯度高于一個預設的最大值，就可推 斷該顆粒過濾器中的顆粒發生了燃燒。當檢測到所述顆粒過濾器中發生了燃燒時，借助于該次燃燒期間所述顆粒過濾器 的入口處和出口處的溫度的演變和借助于該次燃燒的時間，可以估計在該次燃燒中燒出的炭漂量。5
所提出的方法可以用于診斷內燃機的排氣管路中配置的顆粒過濾器的故障。如果 在一個預設的時間段內，顆粒過濾器的下游的溫度超過顆粒過濾器的上游的溫度的程度達 到一個預設的界限，事實上即可得出該顆粒過濾器出故障的推論。如果觀察到的溫度的梯度高于一個預設的限值，也可推斷過濾器出了故障。對于一使用內燃機的車輛，該車輛包括一配置在該內燃機的排氣管路中的一顆粒 過濾器，另外還包括一個車載診斷(OBD)模塊，當檢測到該顆粒過濾器的故障時，一個該顆 粒過濾器的故障信息被記入該模塊。如果車輛，例如在其駕駛室內，還另外帶有一提示顆粒過濾器異常的光報警裝置， 當檢測到顆粒過濾器的故障時，所述光報警裝置被操控，以警示使用者出現了故障。本發明還包括一種實施所述方法的裝置。該裝置包括一帶有配置一顆粒過濾器的 排氣管路的內燃機，控制所述顆粒過濾器的再生的裝置，估算在所述顆粒過濾器中的燃燒 的代表性參數的裝置，處理所述代表性參數以便診斷燃燒情況及和據其確定燃燒強度的裝 置，其特征在于，所述裝置在內燃機運轉的整個過程中周期性地被啟動，而不是如現有技術 做到的那樣，僅在顆粒過濾器受控再生的時段內被啟動。優選地，該裝置被配置一種估算或測量該顆粒過濾器入口處的溫度的裝置和一置 于該顆粒過濾器出口處的溫度探測器。
圖1中示出一個內燃機和它的主排氣口，亦即它的進氣和排氣回路，以及排氣后 處理裝置，和根據本發明的優選實施例對顆粒過濾器實施診斷策略所需的裝置。
具體實施例方式以下參考一幅附圖對本發明做更詳細的介紹，該圖示意地表示根據一種優選的實 施方式，實施本發明的方法的裝置。柴油內燃機1借助于一臺渦輪增壓機2而被增壓。通過進氣管3實現內燃機的進 氣。通過排氣管4實現燃燒后的排氣。在本實施例中，排氣的后處理應用了氧化性催化劑5和一個顆粒過濾器6。一個內燃機計算機7 (這里被表示為一個集合，事實上可以由幾個部件組成，或劃 分為多個電子卡或電子盒)指揮著內燃機的數個不同的控制規則、碳氫燃料噴射策略，以 及后處理裝置的調用，特別是跟蹤顆粒過濾器的填充。計算機7還包括一些控制裝置，適于 控制顆粒過濾器6的周期性再生。內燃機計算機7還具有OBD (On Board Diagnostic，車載 診斷)功能，為內燃機及其外設的主要故障和異常進行了編目并進行記錄，例如在出現功 能障礙的情況下，用光報警裝置發出警報，提醒內燃機的操作者或者如上述裝備的車輛的 駕駛員。在所介紹的優選實施例中，一個溫度探測器10位于排氣管4之中，在氧化性催化 劑5和顆粒過濾器6之間，且在顆粒過濾器6的入口處。一個溫度探測器11位于排氣管4 之中，且在顆粒過濾器6的出口處。注意過濾器入口處的溫度探測器10可以很容易地被一種裝入內燃機計算機中的 數字化測量模塊而取代，其測量顆粒過濾器上游的溫度。這個變型具有某種經濟價值，犧牲一定的精確性，卻可以與傳統的機動車兼容。過濾器6入口處的溫度探測器10和過濾器6出口處的溫度探測器11與內燃機計 算機7例如通過總線12和13相互交流，另外，該計算機內含本發明所提出的方法。總體而 言，被研發出的該方法包括比較顆粒過濾器的上游溫度和下游溫度，以及這些溫度在使用 內燃機1期間及一個預設的時段內的變化，比如在內燃機停止運轉后的一分鐘內。這些溫 度并不是僅僅在過濾器6被內燃機的控制部件啟動再生的期間被比較。通過跟蹤上述兩溫度及其變化，所提出的診斷方法允許一方面識別顆粒過濾器6 中的自發燃燒，另一方面診斷過濾器6由過強或過快的能量釋放而致的破壞。典型地，如果在某特定時段內，由過濾器6出口處的溫度探測器11測量到的溫度 超過過濾器入口處的探測器10的溫度的程度達到某個特定值，在內燃機的控制部件7沒有 命令過濾器6進行再生(例如通過碳氫燃料后噴射)時，根據本發明的策略就可推斷在過 濾器6中發生了炭黑的非受控燃燒。上述溫度和時段的設定值使得可以將過濾器6中的燃 燒和內燃機1的負載降低區分開來，當內燃機1的負載降低的時候，產生的排氣溫度降低， 由于過濾器6的熱慣性，會短暫地造成探測器10測得的溫度低于探測器11測得的溫度。因 此我們可以容易地理解，上述溫度和時段的設定值根據所應用的過濾器、內燃機和內燃機 的控制部件所允許的運轉情況而有差異。另外，跟蹤過濾器6的入口處和出口處的溫度可以估算過濾器中的溫度梯度。較 大的溫度梯度是過濾器6中的非受控燃燒的好指標。檢測一個這樣的非受控燃燒，以及觀察顆粒過濾器的上游和下游的溫度以及它們 在自發燃燒期間的變化，還可以通過考慮非受控再生期間被氧化的粒子的數量，來糾正原 來估算的顆粒過濾器6的負載水平。另外，對于顆粒過濾器的受控或非受控再生，比較過濾器6的上游和下游的溫度 可以推斷過濾器的一些受到破壞的情況。在一個特定周期(可能與檢測自發燃燒所用的時 段長度不同)內，當探測器11測得的溫度超過探測器10的溫度的程度達到一個特定值(可 能與檢測非受控燃燒所用的限值不同)，就可推斷過濾器受到破壞。同樣，如果估算出的過濾器6中的溫度梯度高于一個預設的最大值，就可推斷過 濾器受到破壞。如果根據本發明的策略推斷過濾器受到破壞，內燃機計算機7的OBD模塊8會被 提醒。根據現行和未來的法律，信息可以被寫入計算機7或OBD模塊8的內存，一個提示故 障的發光裝置會警示司機遇到了異常。根據現行的和即將實行的規定，例如歐洲標準EUR05就強制要求在160 000公里 的行駛里程內監控過濾器的過濾效率，那么在汽車應用中，必須能夠提醒司機顆粒過濾器 發生了危急性的再生以及它的性能可能受到損害，這種再生是由于車輛的運轉情況而引起 的、或非受控的以及可能運轉被自動引發的。
權利要求
1.一種識別內燃機⑴的排氣管路中配置的顆粒過濾器(6)中的燃燒情況的方法，該 顆粒過濾器(6)的周期性再生由適當的方式控制，所述方式包括一個測定或估算所述顆粒 過濾器(6)中的燃燒的代表性參數的步驟，以及一個處理所述參數以診斷所述燃燒情況和 估算燃燒強度的步驟，其特征在于，所述步驟是在內燃機(1)運轉的整個過程中進行的，特 別是在顆粒過濾器(6)受控再生的時段之外進行的。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟在內燃機(1)停止運轉后一段預 設時間內仍然進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述代表性參數是該顆粒過濾器(6) 的入口處的溫度和該顆粒過濾器(6)的出口處的溫度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，如果在一個預設的時間段內該顆粒過濾 器(6)的出口處的溫度超過該顆粒過濾器(6)的入口處的溫度的程度達到一個預設的界 限，就可推斷該顆粒過濾器(6)中的顆粒發生了燃燒。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，借助于該顆粒過濾器(6)的入口處和 出口處的溫度的變化而估算出該顆粒過濾器(6)中的溫度梯度，如果該被估算出的溫度的 梯度高于一個預設的最大值，就可推斷該顆粒過濾器(6)中的顆粒發生了燃燒。
6.根據上述權利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，當檢測到所述顆粒過濾 器(6)中發生了燃燒時，借助于該次燃燒期間所述顆粒過濾器(6)的入口處和出口處的溫 度的變化和借助于該次燃燒的時間，可以估計在該次燃燒中燒出的炭黑量。
7.一種當實施權利要求2至4中的任意一項所述的燃燒識別方法時判斷內燃機(1)的 排氣管路中配置的顆粒過濾器(6)的故障的方法，其特征在于，如果在一個預設的時間段 內，該顆粒過濾器(6)的出口處的溫度超過該顆粒過濾器(6)的入口處的溫度的程度達到 一個預設的界限，即可推斷該顆粒過濾器(6)出現了故障。
8.一種當實施權利要求2、3或5中的任意一項所述的燃燒識別方法時判斷內燃機(1) 的排氣管路中配置的顆粒過濾器(6)的故障的方法，其特征在于，如果該被估算出的溫度 的梯度高于一個預設的限值，即可推斷該顆粒過濾器(6)出現了故障。
9.根據權利要求7或8所述的方法，應用于一使用所述內燃機(1)的車輛，該車輛包括 一配置在該內燃機(1)的排氣管路中的該顆粒過濾器(6)，另外還包括一個車載診斷模塊 (8)，其特征在于，當檢測到該顆粒過濾器(6)的故障時，一個該顆粒過濾器(6)的故障信息 被記入該車載診斷模塊(8)。
10.根據權利要求7至9中的任一項所述的方法，應用于一車輛，該車輛另外帶有一提 示該顆粒過濾器(6)異常的光報警裝置(9)，其特征在于，當檢測到該顆粒過濾器(6)的故 障時，操控所述光報警裝置(9)報警。
11.一種裝置，包括一帶有配置一顆粒過濾器(6)的排氣管路的內燃機(1)，控制所 述顆粒過濾器(6)的再生的裝置，估算在所述顆粒過濾器(6)中的燃燒的代表性參數的裝 置，處理所述代表性參數以便判斷該燃燒情況及燃燒強度的裝置，其特征在于，所述裝置是 在內燃機(1)運轉的整個過程中運行的，特別是在顆粒過濾器(6)受控再生的時段之外運 行的。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，估算所述代表性參數的裝置是一種估 算或測量該顆粒過濾器(6)入口處的溫度的裝置和一置于該顆粒過濾器(6)出口處的溫度探測器(11)。
全文摘要
本發明涉及一種識別內燃機(1)的排氣管路中配置的顆粒過濾器(6)中的燃燒情況的方法，該過濾器(6)的周期性再生由適當的方式控制，所述方式包括一個測量或估算所述過濾器(6)中的燃燒的代表性參數的步驟，以及一個處理所述參數以診斷所述燃燒情況和估算燃燒強度的步驟，其特征在于這些步驟是在內燃機(1)運行的整個過程中進行的，特別是在過濾器(6)受控再生的時段之外進行的。本發明也涉及一個能夠實施上述方法的裝置。
文檔編號F01N11/00GK102046936SQ200980119935
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月7日 優先權日2008年5月30日
發明者W·佩拉爾 申請人:標致·雪鐵龍汽車公司