[发明专利]一种柴油机微粒捕集器微波再生系统控制策略及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微粒捕集器微波再生系统控制策略及其相关装置。 

背景技术

微粒捕集器作为公认的最有效率与应用前景的柴油机微粒后处理装置，最重要的一项技术要求就是精确控制其再生过程。所谓微粒捕集器的再生就是利用自身排气热量或者外加能量点燃沉积在过滤体中的碳烟，使微粒捕集器恢复正常工作状态。通常以微粒捕集器两端的压差超过限定值与否作为再生开始判断依据，也有以过滤体内的微粒沉积量超过限定值与否作为再生开始判断依据。由于标定背压值随工况关系MAP图是一项工作量巨大且存在一定误差的工作，而且实验中不易控制微粒捕集器始终处于洁净状态，因此本发明中的再生终止判断MAP图，及其考虑不可燃烧灰烬更新后的MAP图都是由数学模型计算得来，现有研究表明，背压数学模型的精度达到了实际应用精度。另外再生判断MAP图由发动机台架试验标定得来。 

现有的技术条件下，过滤体的使用寿命成为限制微粒捕集器普及的重要原因之一。影响微粒捕集器的使用寿命主要有以下几个方面：首先再生过程中实时温度与温度上升速率超过过滤体的限定值，都容易使过滤体烧裂或者过滤孔塌陷失去捕集效用。因此有必要实时监控再生过程中过滤体的温度变化，当温度峰值与温度上升速率超过限定值时采取相应措施。 

排气管中交变的气流冲蚀，排气温度快速变化引发的热应力都会加剧过滤体的损伤。因此对于主动再生方式而言，选取合适的再生工况很重要。 

当微粒捕集器达到再生效果后，需要快速关闭外部再生装置，否则无 谓的加热会增加过滤体的热负荷，同时对于本发明而言，容易造成微波泄漏。相关实验研究表明，微粒捕集器两端轻微的背压上升对发动机性能影响可以忽略不计，因此适当的提前结束再生对发动机正常工作影响不大。当然终止再生的时机需要恰当，结束太早，达不到再生效果，反之会加重过滤体的热负荷同时增大外部再生装置能耗。 

对于上述影响微粒捕集器使用寿命问题，使用微波再生方式可以得到很好的改善。微波加热利用了沉积微粒对微波能量的选择吸收性，使得微波对过滤体本身的升温作用甚微，同时微波加热属于体积加热，没有热量的传递过程，随之产生的热应力也小。但是微波加热也有其缺点，比如：放热速率快，再生控制难，存在微波泄漏安全问题。因此对再生开始、结束、微波功率大小都要有精准的控制。 

沉积在过滤体中的微粒分两部分。一部分可以通过再生燃烧掉，即通常所说的碳烟(soot)；另外一部分是灰烬(ash)，由燃油添加剂、润滑油、环境空气中的盐类、发动机磨损物等构成，随着微粒捕集器使用时间的延长，不断在过滤体中累积，并且不能通过主动再生的方式去除。灰烬的沉积是影响微粒捕集器使用寿命的主要因素之一，同时沉积灰烬改变了过滤体的基本尺寸，随之变化的是洁净状态下相同工况微粒捕集器两端的背压值，因此要精确的判断再生结束，就必须考虑灰烬沉积带来的影响。在Yoshihisa Tashiro等人的专利US 6,622,480 B2中提到，当需要更新再生终止判断MAP图时，ECU根据此时的工况信息计算出背压修正参数a，用a乘以原来的压差值得到更新后的压差值，据此更新再生终止判断MAP图。首先用固定的a值代替所有工况下的背压修正系数是不准确的，另外根据何种算法得到a值也未提及。因此有必要采用更科学的方法更新再生终止判断MAP图。 

由于不可燃烧灰烬的沉积，堵塞过滤体孔道，微粒捕集器逐渐达到使用寿命上限，需要ECU做出判断并提醒车主更换过滤体或用特殊方法进行清理。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种微粒捕集器微波再生整个过程的控制策略，在利用微波体积加热、再生窗口宽等优点的同时，避免微波功率难以控制、微波易泄漏的缺点。技术方案包含再生终止判断MAP图更新、再生时机判断、实时诊断、再生结束判断四大功能模块。本控制策略的益处在于：考虑了不可燃烧灰烬的沉积，用排气背压数学模型更新再生终止判断MAP图。控制内容涉及再生的每一个阶段，精确可靠。微粒捕集器使用过程中需要经历数千次的再生，每一次都做到精确合理，这对于延长微粒捕集器使用寿命、减小微波发生器能耗有很大的积极作用。