一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)dpf準(zhǔn)確再生的方法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種顆粒捕捉器的輔助設(shè)備，特別涉及一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法及設(shè)備。該設(shè)備包括：控制器、RF發(fā)生器、RF接收器，所述的RF發(fā)生器用于獲取RF信號；所述的控制器分別與所述的RF發(fā)生器和RF接收器連接，所述的控制器用于基于RF諧振頻率和碳累積量的對應(yīng)關(guān)系實時進(jìn)行DPF過濾體中碳累積量的測量；控制器還與DPF內(nèi)的再生裝置相連，當(dāng)碳累積量達(dá)到再生啟動閾值時，控制器啟動再生裝置進(jìn)行再生。該設(shè)備可以在DPF中碳累積量達(dá)到再生極限值時候，準(zhǔn)確再生，防止因碳累積過多而導(dǎo)致的DPF對尾氣處理效果下降，防止漏排現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利說明】
-種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法及 設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種顆粒捕捉器的輔助設(shè)備，特別設(shè)及一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積 量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒捕捉器DPF(Diesel Particulate Filter)是一種安裝在柴油發(fā)動機排放系 統(tǒng)中的陶瓷過濾器，它可W在微粒排放物質(zhì)進(jìn)入大氣之前將其捕捉。催化氧化器D0C (Diesel Oxidation化化lyst)是安裝在發(fā)動機排氣管路中，通過氧化反應(yīng)，將發(fā)動機排氣 中一氧化碳(C0)和碳氨化合物(HC)轉(zhuǎn)化成無害的水(也0)和二氧化碳(0)2)的裝置。
[0003] DPF技術(shù)是減少柴油發(fā)動機尾氣PM排放量的有效手段，然而，DPF目前再生過程中 存在的主要問題是再生不完全和過濾體損壞，判斷再生時機實質(zhì)上就是判斷DPF中碳累積 量是否滿足再生的需求，決定再生系統(tǒng)何時開始工作。再生過早，微粒沉積質(zhì)量過少，持續(xù) 燃燒溫度過低，燃燒過程中火焰容易焰滅，再生不徹底;再生過遲，微粒質(zhì)量過多，會造成 DPF再生時過熱損壞，因此準(zhǔn)確判斷再生時機對保證再生的安全性具有重要意義。
[0004] 另外，準(zhǔn)確判斷再生時機對提高發(fā)動機燃油經(jīng)濟性再生頻率過高會增加后處理系 統(tǒng)的能量消耗而導(dǎo)致發(fā)動機燃油經(jīng)濟性下降，而再生頻率過低則又會因捕集器中碳累積量 過多而導(dǎo)致排氣背壓上升使得發(fā)動機性能下降，油耗增加。然而在車輛實際運行過程中， DPF再生控制技術(shù)一般使用的是壓差傳感器控制，捕集器內(nèi)碳累積量是沒有辦法直接測量 的，常常采用前后壓差來間接測量碳累積量，并借助數(shù)學(xué)模型來判斷再生時機，由于其方法 準(zhǔn)確性極低，為了保證再生完全，此方法普遍再生時間遠(yuǎn)大于實際需要的再生時間，造成了 油耗的增加，并加速了過濾體的損壞，較少DPF的使用壽命，同時DPF吸附的顆粒逐漸增多會 致使過濾體材料的孔隙堵塞，引起發(fā)動機背壓過高，導(dǎo)致發(fā)動機性能下降，影響駕駛體驗， 也會加速發(fā)動機的老化。DPF壽命短劇良制DPF普及和使用的一大難題，只有將此問題解決， 才有可能真正推廣DPF，切實貫徹節(jié)能減排的政策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的設(shè)備，本設(shè)備可 W在DPF中碳累積量達(dá)到再生極限值時候，準(zhǔn)確再生，防止因碳累積過多而導(dǎo)致的DPF對尾 氣處理效果下降，防止漏排現(xiàn)象的發(fā)生。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的設(shè)備，該設(shè)備包括:控制器、 RF發(fā)生器、RF接收器，所述的RF發(fā)生器用于獲取RF信號;所述的控制器分別與所述的RF發(fā)生 器和RF接收器連接，所述的控制器用于基于R巧皆振頻率和碳累積量的對應(yīng)關(guān)系實時進(jìn)行 DPF過濾體中碳累積量的測量;控制器還與DPF內(nèi)的再生裝置相連，當(dāng)碳累積量達(dá)到再生啟 動闊值時，控制器啟動再生裝置進(jìn)行再生。再生裝置用于噴油再生，燃燒掉吸附在DPF過濾 體上的碳微粒，完成DPF的主動再生。
[0008] 本發(fā)明的裝置和方法設(shè)計，是基于DPF中過濾體碳煙積累量不同時，經(jīng)過腔體與 之發(fā)生諧振的射頻信號(RF:Radio化equency)的頻率也會有相應(yīng)的偏移，而且通過實驗發(fā) 現(xiàn)，諧振頻率的偏移與碳煙顆粒質(zhì)量濃度存在一定的一一對應(yīng)關(guān)系。其適用性不隨著發(fā)動 機工況的影響，因此可W實時對DPF碳煙濃度進(jìn)行在線檢測。
[0009] 作為優(yōu)選，控制器包含RF處理模塊和再生控制模塊，RF處理模塊對RF接收器接收 到的信號進(jìn)行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜，對所述能量譜曲線進(jìn)行平滑處理，得到峰值所對 應(yīng)的頻率，即為R巧皆振頻率，將所得到的諧振頻率與預(yù)先存儲的RF諧振頻率和碳累積量的 函數(shù)關(guān)系進(jìn)行查找，得到碳累積量，當(dāng)達(dá)到再生啟動闊值時，再生控制模塊發(fā)出再生信號， 控制噴油再生。
[0010] 作為優(yōu)選，DPF系統(tǒng)內(nèi)自進(jìn)氣到出氣方向依次安裝有再生裝置、D0C和DPF過濾體， RF發(fā)生器設(shè)置于D0C和DPF過濾體之間，RF接收器設(shè)置于DPF過濾體之后。
[0011] -種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法，該方法包括：
[0012] ① DPF啟動后，RF發(fā)生器發(fā)射各個頻段等幅射頻信號進(jìn)入腔體；
[0013] ②經(jīng)過累積有碳煙顆粒的DPF過濾體后，RF接收器將采集到的改變后的RF信號傳 輸?shù)娇刂破?，并對采集到的信號進(jìn)行傅里葉變換和電路處理得到諧振頻率；
[0014] ③參考標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲線，用所得到諧振頻率確定DPF中 碳累積量，根據(jù)碳累積量與事先標(biāo)定的再生啟動闊值進(jìn)行比較，
[0015] 當(dāng)?shù)陀谠偕鷨娱熤禃r，回到步驟①；
[0016] 當(dāng)達(dá)到或高于再生啟動闊值時，控制器傳輸給再生裝置一個啟動信號，開啟DPF再 生過程；
[0017] ④RF發(fā)生器繼續(xù)工作，RF發(fā)生器發(fā)射各個頻段等幅射頻信號進(jìn)入腔體；
[0018] ⑤經(jīng)過累積有碳煙顆粒的DPF過濾體后，RF接收器將采集到的改變后的RF信號傳 輸?shù)娇刂破?，并對采集到的信號進(jìn)行傅里葉變換和電路處理得到諧振頻率；
[0019] ⑥參考標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲線，用所得到諧振頻率確定DPF中 碳累積量，根據(jù)碳累積量與事先標(biāo)定的再生終止闊值進(jìn)行比較，
[0020] 當(dāng)達(dá)到或低于再生終止闊值時，控制器傳輸給再生裝置一個終止信號，DPF再生過 程結(jié)束；
[0021 ]當(dāng)高于再生終止闊值時，回到步驟④。
[0022 ]作為優(yōu)選，等幅射頻信號的范圍在0.4-2.4G化。
[0023] 作為優(yōu)選，得到的諧振頻率一碳累積量曲線的方法是:將所述設(shè)備接到柴油機臺 架后，利用柴油機穩(wěn)定工況下碳累積量與工作時間近線性的關(guān)系，得到工作時間內(nèi)碳累積 量的變化曲線，利用本設(shè)備測出工作時間內(nèi)諧振頻率的變化曲線，兩條曲線擬合到一起，即 得到標(biāo)定的諧振頻率一碳累積量曲線。
[0024] 作為優(yōu)選，再生啟動闊值為12g，再生終止闊值為O.lg。當(dāng)DPF碳累積量達(dá)到15g時， DPF的捕集效率已經(jīng)嚴(yán)重受到影響，并導(dǎo)致了漏排的現(xiàn)象，因此我們將再生啟動闊值定為 12g，再生終止闊值定為O.lg。
[0025] -種含有所述的設(shè)備的柴油機微粒捕集器DPF。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是:本設(shè)備可W在DPF中碳累積量達(dá)到再生極限值時候，準(zhǔn)確再 生，防止因碳累積過多而導(dǎo)致的DPF對尾氣處理效果下降，防止漏排現(xiàn)象的發(fā)生;并且與傳 統(tǒng)使用的壓差傳感器不同，其再生結(jié)束的時間控制更為準(zhǔn)確，可W減少再生過程燃油消耗 量。同時，運一裝置的成本較低，可W達(dá)到節(jié)約成本和消耗，實施較為容易，應(yīng)用范圍較廣。
【附圖說明】
[0027]圖1為采用了 RF傳感器的DPF系統(tǒng)圖；
[00%]圖2為RF傳感器工作的流程圖；
[0029 ] 圖中：再生裝置1，D0C2，RF發(fā)生器3，DPF過濾體4，RF接收器5，控制器6。
【具體實施方式】
[0030] 下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或 改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0031] 實施例：
[0032] 如圖1所示的DPF系統(tǒng)內(nèi)安裝有基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的設(shè) 備，該設(shè)備包括:控制器6(包含RF處理模塊、再生控制模塊）、RF發(fā)生器3、RF接收器5"DPF系 統(tǒng)內(nèi)自進(jìn)氣到出氣方向依次安裝有再生裝置1、D0C2和DPF過濾體4，RF發(fā)生器3設(shè)置于D0C2 和DPF過濾體4之間，RF接收器5設(shè)置于DPF過濾體4之后。所述的RF發(fā)生器用于獲取RF信號； 所述的控制器分別與所述的RF發(fā)生器和RF接收器連接，用于基于R內(nèi)皆振頻率和碳累積量的 對應(yīng)關(guān)系實時進(jìn)行DPF過濾體中碳累積量的測量?？刂破鬟€與DPF內(nèi)的再生裝置1相連，W實 現(xiàn)碳累積量達(dá)到再生啟動闊值時，控制器啟動再生裝置進(jìn)行再生的目的。再生裝置1用于噴 油再生，燃燒掉吸附在DPF過濾體上的碳微粒，完成DPF的主動再生。
[0033] RF處理模塊對RF接收器接收到的信號進(jìn)行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜，對所述能 量譜曲線進(jìn)行平滑處理，得到峰值所對應(yīng)的頻率，即為諧振頻率，將所得到的諧振頻率與預(yù) 先存儲的R巧皆振頻率和碳累積量的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行查找，得到碳累積量，當(dāng)達(dá)到再生啟動闊 值時，再生控制模塊發(fā)出再生信號，控制噴油再生。
[0034] 利用上述設(shè)備的基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法具體如下： [00巧]一)測量方法
[0036] 尾氣從柴油機后經(jīng)過聯(lián)通管道進(jìn)入DPF，進(jìn)入DPF后，尾氣先通過氧化型催化劑 D0C2,先處理一氧化碳(C0)、碳氨化合物化C)，經(jīng)過D0C2處理的尾氣進(jìn)入D0C2與DPF過濾體4 之間的腔體，并不斷在DPF過濾體上累積，RF發(fā)生器3分別發(fā)射出范圍在0.4-2.4G化各個頻 率波段的等幅度射頻波段進(jìn)入腔體，經(jīng)過累積有碳煙顆粒的DPF過濾體后，RF信號受到碳煙 顆粒的吸收作用，信號特性改變，不同的碳累積量對于RF信號的吸收作用不同，因此在RF 接收器5上接收到的信號特性隨著碳積累量的不同而發(fā)生改變。
[0037] RF接收器5將采集到的改變后的RF信號傳輸?shù)娇刂破鳎Σ杉降男盘栠M(jìn)行傅 里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜。并計算處理能量譜中能量衰減最小部分，即波峰處的頻率，根據(jù) 所得波峰的頻率，對照事先進(jìn)行標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲線進(jìn)行確定DPF中 碳累積量。根據(jù)碳累積量與再生發(fā)生的最低碳累積量(再生啟動闊值)進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到再 生啟動闊值時，給再生裝置1 一個啟動信號，再生過程發(fā)生，此時RF發(fā)生器3繼續(xù)工作，隨著 DPF過濾體上碳煙顆粒的高溫氧化，RF發(fā)生器3分別發(fā)射出范圍在ο. 4-2.4G化各個頻率波段 的等幅度射頻波段進(jìn)入腔體，RF接收器3將采集到的改變后的RF信號傳輸?shù)娇刂破?，并對?集到的信號進(jìn)行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜。并計算處理能量譜中能量衰減最小部分，即波 峰處的頻率，根據(jù)所得波峰的頻率，對照事先進(jìn)行標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲 線進(jìn)行確定DPF中的碳累積量。根據(jù)碳累積量與再生結(jié)束的碳累積量(再生終止闊值)進(jìn)行 比較，當(dāng)達(dá)到再生終止闊值時，給再生裝置1 一個終止信號，再生過程結(jié)束。
[0038] 二)標(biāo)定方法
[0039] 本發(fā)明中，是在0.4-2.4G化的頻域內(nèi)對DPF中RF信號進(jìn)行分析。DPF中RF的諧振頻 率與碳累積量關(guān)聯(lián)方法通過下述步驟確定：
[0040] 1、對DPF過濾體進(jìn)行稱重，獲得未加載碳煙顆粒的DPF過濾體的質(zhì)量
[0041] 使用正負(fù)誤差為O.Olg的電子天平對未加載的碳煙顆粒的DPF過濾體稱重，稱重 前先對天平進(jìn)行調(diào)零、清理。然后將DPF過濾體輕放在電子天平上，待示數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)， 重復(fù)稱量Ξ次，將Ξ次稱量平均值作為DPF過濾體質(zhì)量。
[0042] 2、將帶有DPF碳累積量測量設(shè)備的DPF接到柴油車尾氣排放口進(jìn)行DPF中碳煙顆粒 的加載。
[0043] 3、對加載后的DPF過濾體進(jìn)行質(zhì)量稱量，所得值與未加載碳煙顆粒的DPF過濾體質(zhì) 量進(jìn)行比較后得到質(zhì)量差，將質(zhì)量差數(shù)值記錄下來。
[0044] 4、RF發(fā)生器3分別發(fā)射各個頻率波段的等幅度射頻波段進(jìn)入第一次加載碳煙顆粒 的DPF腔體內(nèi)。
[0045] 5、DPF腔體內(nèi)的RF接收器引尋RF信號傳輸至頻譜分析儀，使用頻譜分析儀對RF信號 進(jìn)行處理，通過傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜，對所述能量譜曲線進(jìn)行平滑處理，得到峰值所 對應(yīng)的頻率，即為諧振頻率，將該諧振頻率記錄下來，與上述質(zhì)量差進(jìn)行對應(yīng)。
[0046] 6、再次將DPF接到柴油車尾氣排放口進(jìn)行DPF中碳煙顆粒的第二次加載。
[0047] 7、重復(fù)上述4-5步驟獲得諧振頻率與碳累積量的對應(yīng)關(guān)系。
[004引對比實驗
[0049] 本實驗采用傳統(tǒng)DPF和帶有DPF碳累積量測量設(shè)備的DPF進(jìn)行對比控制，比較其實 驗結(jié)果。
[0050] 其中，傳統(tǒng)DPF保留壓力傳感器和溫度傳感器，
[0051 ]帶有DPF碳累積量測量設(shè)備的DPF中，RF發(fā)生器和RF接收器安裝在DPF中，分別安 裝在DPF過濾體前后。將此DPF安裝至290F雙缸風(fēng)冷柴油機進(jìn)行本裝置測量值與實際碳載量 的對比實驗，柴油機為立式、雙缸、風(fēng)冷、四沖程、直噴式型號柴油機，實驗得到，傳統(tǒng)DPF和 帶有DPF碳累積量測量設(shè)備的DPF對碳累積量的測量值的對比，W及與用電子天平稱量得到 的實際碳累積量的誤差值。具體實驗數(shù)據(jù)見表1。
[0化2] 表1
[0化3]
[0054] 根據(jù)實驗結(jié)果，傳統(tǒng)DPF測量出的碳累積量的精確度為l.lg，與文獻(xiàn)記載采用壓差 傳感器控制而言精確度1.5g相近，而采用RF傳感器進(jìn)行控制時，控制的精確度達(dá)到了 O.lg。
[0055] W上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的 限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
【主權(quán)項】
1. 一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括： 控制器、RF發(fā)生器、RF接收器，所述的RF發(fā)生器用于獲取RF信號；所述的控制器分別與所述 的RF發(fā)生器和RF接收器連接，所述的控制器用于基于RF諧振頻率和碳累積量的對應(yīng)關(guān)系實 時進(jìn)行DPF過濾體中碳累積量的測量;控制器還與DPF內(nèi)的再生裝置相連，當(dāng)碳累積量達(dá)到 再生啟動閾值時，控制器啟動再生裝置進(jìn)行再生。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于:控制器包含RF處理模塊和再生控制模塊， RF處理模塊對RF接收器接收到的信號進(jìn)行傅里葉變換，轉(zhuǎn)換到能量譜，對所述能量譜曲線 進(jìn)行平滑處理，得到峰值所對應(yīng)的頻率，即為RF諧振頻率，將所得到的諧振頻率與預(yù)先存儲 的RF諧振頻率和碳累積量的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行查找，得到碳累積量，當(dāng)達(dá)到再生啟動閾值時，再 生控制模塊發(fā)出再生信號，控制噴油再生。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于:DPF系統(tǒng)內(nèi)自進(jìn)氣到出氣方向依次安裝有 再生裝置、DOC和DPF過濾體，RF發(fā)生器設(shè)置于DOC和DPF過濾體之間，RF接收器設(shè)置于DPF過 濾體之后。4. 一種基于射頻技術(shù)監(jiān)控碳累積量實現(xiàn)DPF準(zhǔn)確再生的方法，其特征在于該方法包括： ① DPF啟動后，RF發(fā)生器發(fā)射各個頻段等幅射頻信號進(jìn)入腔體； ② 經(jīng)過累積有碳煙顆粒的DPF過濾體后，RF接收器將采集到的改變后的RF信號傳輸?shù)?控制器，并對采集到的信號進(jìn)行傅里葉變換和電路處理得到諧振頻率； ③ 參考標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲線，用所得到諧振頻率確定DPF中碳累 積量，根據(jù)碳累積量與事先標(biāo)定的再生啟動閾值進(jìn)行比較， 當(dāng)?shù)陀谠偕鷨娱撝禃r，回到步驟①； 當(dāng)達(dá)到或高于再生啟動閾值時，控制器傳輸給再生裝置一個啟動信號，開啟DPF再生過 程； ④ RF發(fā)生器繼續(xù)工作，RF發(fā)生器發(fā)射各個頻段等幅射頻信號進(jìn)入腔體； ⑤ 經(jīng)過累積有碳煙顆粒的DPF過濾體后，RF接收器將采集到的改變后的RF信號傳輸?shù)?控制器，并對采集到的信號進(jìn)行傅里葉變換和電路處理得到諧振頻率； ⑥ 參考標(biāo)定實驗得到的諧振頻率一碳累積量曲線，用所得到諧振頻率確定DPF中碳累 積量，根據(jù)碳累積量與事先標(biāo)定的再生終止閾值進(jìn)行比較， 當(dāng)達(dá)到或低于再生終止閾值時，控制器傳輸給再生裝置一個終止信號，DPF再生過程 結(jié)束； 當(dāng)高于再生終止閾值時，回到步驟④。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:等幅射頻信號的范圍在0.4-2.4GHz。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：得到的諧振頻率一碳累積量曲線的方法 是:將所述設(shè)備接到柴油機臺架后，利用柴油機穩(wěn)定工況下碳累積量與工作時間近線性的 關(guān)系，得到工作時間內(nèi)碳累積量的變化曲線，利用本設(shè)備測出工作時間內(nèi)諧振頻率的變化 曲線，兩條曲線擬合到一起，即得到標(biāo)定的諧振頻率一碳累積量曲線。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：再生啟動閾值為12g，再生終止閾值為 0.1 g08. -種含有權(quán)利要求1所述的設(shè)備的柴油機微粒捕集器DPF。
【文檔編號】F01N3/035GK105927340SQ201610309409
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】高翔, 竺新波, 鄭成航, 岑可法, 駱仲泱, 倪明江, 張爍, 林國鑫, 胡幫, 虞培峰, 張嘉瑀, 戴慧純, 周勁松, 翁衛(wèi)國, 吳衛(wèi)紅, 張涌新
【申請人】浙江大學(xué)