一种dpf柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，该方法通过温度传感器实时采集DPF系统温度数值，将其传送到电控单元，电控单元根据温度数值通过开环控制算法加闭环PID控制算法计算出将DPF过滤器当前温度调整为目标温度所需的燃油喷射量，并将其转化为相应脉宽信号驱动燃油控制阀，实现对DOC催化器前燃油喷射量的精确控制，以控制发动机排气温度，进而控制DPF过滤器温度。本发明通过开环+闭环控制燃油控制阀喷射燃油量，实现DPF柴油机颗粒系统再生过程温度柔性可变控制，既能保证DPF过滤器中捕集的烟尘颗粒被燃烧掉，又能避免再生温度的失控导致DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象。
【专利说明】一种DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机尾气排放后处理【技术领域】，尤其涉及一种DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法。
【背景技术】
[0002]烟尘颗粒是柴油机尾气排放中最主要的污染物之一，DPF(Diesel ParticulateFitter，柴油机颗粒过滤器)柴油机颗粒过滤系统是目前用来降低柴油机烟尘颗粒排放最有效的设备。但随着工作时间的加长，DPF柴油机颗粒过滤系统内积累的烟尘颗粒越来越多，不仅影响捕捉效果，也会使发动机燃油燃烧不完全，需要采用特殊措施才能把DPF柴油机颗粒过滤系统捕集的烟尘颗粒去除，以实现DPF再生。在诸多再生方式中，喷油助燃再生技术不受油品质量限制，燃烧器采用与柴油机相同的燃料，装车使用时不需要对发动机原结构做太大的改动，是一种适应性好、效率高、可靠性好的再生技术。传统的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生技术，再生过程中温度控制仅通过单一的PID(Proport1nIntegrat1n Differentitat1n，比例积分微分)闭环控制，容易造成温度值过高或过低，过低的温度值会导致DPF过滤器内积累的烟尘颗粒燃烧不完全，影响再生效率；过高的温度值容易造成DPF柴油机颗粒过滤系统损伤。
【发明内容】
[0003]针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种喷油助燃DPF柴油机颗粒过滤系统再生温度控制方法，该方法通过开环控制算法加闭环控制算法，精确控制DOC (DieselOxidat1n Catalyst，柴油机氧化催化器)催化器前燃油喷射量以改变发动机排气温度，进而实现再生过程中DPF柴油机颗粒过滤系统温度柔性可变控制。既能保证再生过程中DPF过滤器中捕集的烟尘颗粒被燃烧掉，又能避免再生温度的失控导致DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象。
[0004]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]一种DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，该DPF系统采用直接在DOC催化器前喷入柴油，依靠DOC催化器催化氧化放出热量并改变排气温度的方法对DPF进行再生，包括下述步骤:
[0006]A、开始再生，传感器采集数据，传送给电控单元:
[0007]DOC催化器前进气口处温度传感器实时采集DOC催化器前温度数值，
[0008]DPF过滤器前进气口处温度传感器实时采集DPF过滤器前温度数值，
[0009]压力传感器实时采集DPF过滤器前后压差数值；
[0010]B、电控单元将传感器采集的数据与电控单元设定的对应阈值相比较，并根据比较结果判断是否向DOC催化器中喷入燃油，若是，则执行步骤C ;
[0011]C、电控单元根据发动机相关参数对应开环喷油脉谱，得到开环控制燃油喷射油量值，根据DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值与电控单元设定的DPF过滤器目标温度数值的差值，运行PID算法，得到闭环控制燃油喷射油量值，根据开环控制燃油喷射油量值和闭环控制燃油喷射油量值得到燃油喷射总油量值；
[0012]D、电控单元将燃油喷射总油量值转换为相应脉宽的驱动信号传送给燃油控制阀；
[0013]E、燃油控制阀根据电控单元传送的驱动信号向DOC催化器中喷射燃油，DOC催化器催化氧化放出热量，改变排气温度，从而改变DPF过滤器温度。
[0014]特别地，所述步骤B具体包括:
[0015]B1、电控单元设定DPF过滤器目标温度数值、DOC催化器前温度阈值、DPF过滤器前温度阈值和DPF过滤器压差阈值；
[0016]B2、电控单元将DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值与电控单元设定的DPF过滤器前温度阈值相比较，若DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器前温度阈值，则执行步骤B3 ;
[0017]B3、电控单元比较DOC催化器前进气口处温度传感器传入的DOC催化器前温度数值与电控单元设定的DOC催化器前温度阈值，同时比较压力传感器传入的DPF过滤器压差数值与电控单元设定的DPF过滤器压差阈值，根据比较结果判断是否进行燃油喷射；当DOC催化器前温度数值大于DOC催化器前温度阈值，且DPF过滤器压差数值大于DPF过滤器压差阈值，则判断进行燃油喷射。
[0018]特别地，所述步骤C中电控单元根据开环控制燃油喷射油量值和闭环控制燃油喷射油量值得到燃油喷射总油量值，具体包括:
[0019]DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值_闭环控制燃油喷射油量值；
[0020]DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值+闭环控制燃油喷射油量值。
[0021]特别地，所述DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法中:
[0022]DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值大于电控单元设定的DPF过滤器前温度阈值，中止向DOC催化器中喷入燃油。
[0023]本发明提出的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，电控单元根据温度传感器采集的温度数值，通过开环控制算法加闭环PID控制算法计算燃油喷射总油量值，转换为相应脉宽的驱动信号传送给燃油控制阀，实现对DOC催化器燃油喷射量的精确控制，完成对DPF柴油机颗粒过滤系统温度的控制。本发明通过开环+闭环控制燃油控制阀喷射燃油量，实现DPF柴油机颗粒过滤系统再生过程温度柔性可变控制。既能保证DPF过滤器中捕集的烟尘颗粒被燃烧掉，又能避免再生温度的失控导致DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例提供的DPF柴油机颗粒过滤系统结构图；
[0025]图2是本发明实施例提供的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0027]请参照图1所示，图1是本发明实施例提供的DPF柴油机颗粒过滤系统结构图。
[0028]本实施例中DPF柴油机颗粒过滤系统采用DOC与DPF相结合的技术，包括:油箱1、燃油泵2、滤清器3、压力传感器4、蓄压腔5、燃油控制阀6、喷嘴7、DOC催化器前进气口处温度传感器8、压差传感器9、温度传感器10、DOC催化器11、DPF过滤器前进气口处温度传感器12、DPF过滤器13、电控单元14和发动机CAN线信号15。DOC催化器11与DPF过滤器13安装在发动机排气管路中，在发动机正常工作状态下，DPF过滤器13正常捕捉发动机尾气中的烟尘颗粒，随着时间的推移，烟尘颗粒积累到一定程度将启动再生过程，燃烧掉DPF过滤器13内积累的烟尘颗粒。具体的再生过程包括燃油控制阀6打开，从DOC催化器11上游喷入柴油，与发动机排气混合雾化，经DOC催化器11氧化产生大量热量，改变DOC催化器11后排气温度，进而改变DPF过滤器13的温度，达到烟尘颗粒燃烧温度时，点燃DPF过滤器13捕集的烟尘颗粒，完成积累颗粒的清除工作，再生过程结束。为了将DPF过滤器13内积累的烟尘颗粒较快的完全燃烧，DPF过滤器13需要保持较高温度，但若温度过高又会损坏DPF过滤器13，所以DPF过滤器13再生过程温度控制必须是柔性可变的。
[0029]请参照图2所示，图2是本发明实施例提供的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法流程图。
[0030]本实施例中DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法包括如下步骤:[0031 ] 步骤S201:传感器实时采集DOC催化器11前温度、DPF过滤器前温度和DPF过滤器压差数值，并将其传送给电控单元14。
[0032]DPF柴油机颗粒过滤系统中，DOC催化器前进气口处温度传感器8设置于DOC催化器11前进气口处；DPF过滤器前进气口处温度传感器12设置于DOC催化器11与DPF过滤器13之间；压力传感器9设置于DPF过滤器13进气口和出气口之间。DOC催化器前进气口处温度传感器8、DPF过滤器前进气口处温度传感器12、压力传感器9与电控单元14电连接。
[0033]在DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生期间，再生开始，DOC催化器前进气口处温度传感器8采集DOC催化器11前温度数值，并将其传送给电控单元14 ;DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集DPF过滤器13前温度数值，并将其传送给电控单元14 ;压力传感器9采集DPF过滤器13前后压差数值，并将其传送给电控单元14。
[0034]步骤S202:电控单元14设定DPF过滤器目标温度数值，以及DOC催化器11前温度、DPF过滤器前温度、DPF过滤器压差的阈值；
[0035]DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生过程中，电控单元14设定既保护DPF过滤器13不受损伤又能使烟尘颗粒燃烧完全的温度数值，做为温度控制力求达到的温度数值，即DPF过滤器13目标温度数值；电控单元14设定DOC催化器11起燃温度数值，即DOC催化器11前温度阈值；电控单元14设定允许DPF过滤器13达到的最高温度数值，即DPF过滤器13前温度阈值；电控单元14设定允许DPF过滤器13达到的最高压差数值，即DPF过滤器13压差阈值。
[0036]步骤S203:传感器采集的DPF过滤器前温度数值不大于电控单元14设定的对应阈值。
[0037]考虑DPF柴油机颗粒过滤系统使用寿命，为避免温度过高导致DPF过滤器13烧裂，再生过程最高温度应低于其耐热温度以防烧熔，电控单元14比较DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值不大于电控单元14设定的DPF过滤器13前温度阈值后，才能进入是否向DOC催化器11中喷入燃油的判断；若比较的结果为DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值大于电控单元14设定的DPF过滤器13前温度阈值，则返回步骤S201。
[0038]步骤S204:传感器采集的DOC催化器11前温度数值、DPF过滤器压差数值大于电控单元14设定的对应阈值。
[0039]电控单元14通过比较DOC催化器前进气口处温度传感器8传入的DOC催化器11前温度数值与电控单元14设定的DOC催化器11前温度阈值，同时比较压力传感器9传入的DPF过滤器13压差数值与电控单元14设定的DPF过滤器13压差阈值，判断是否进行燃油喷射；当DOC催化器11前温度数值大于DOC催化器11前温度阈值，同时DPF13过滤器压差数值大于DPF13过滤器压差阈值，则判断向DOC催化器11喷入燃油。DOC催化器11前温度数值不大于DOC催化器11前温度阈值，或者DPF过滤器13压差数值不大于DPF过滤器13压差阈值，则返回步骤S201。
[0040]步骤S205:电控单元14根据发动机相关参数，对应开环喷射油量脉谱，得到燃油控制阀开环控制燃油喷射油量值。
[0041]电控单元14通过CAN总线与发动机EQJ (Electronic Control Unit，电子控制单元)连接，实时接收发动机各项参数信息，根据接收的发动机转速、循环喷油量数值查找开环喷油脉谱，得到燃油控制阀6开环控制喷射燃油量。
[0042]步骤S206:电控单元14根据传感器采集的DPF过滤器前温度数值与电控单元14设定的DPF过滤器目标温度数值的差值，运行PID算法，得到闭环控制燃油喷射油量值。
[0043]电控单元14根据DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值与电控单元14设定的DPF过滤器13目标温度数值之差，运行PID算法，计算闭环控制中比例控制、积分控制、微分控制燃油喷射油量值，并对其求和得到闭环控制燃油喷射油量值。比例输出部分燃油喷射量数值=比例系数XDPF过滤器13前温度数值与DPF过滤器13目标温度数值之差；积分输出部分燃油喷射油量值=积分系数XDPF过滤器13前温度数值与DPF过滤器13目标温度数值之差；微分输出部分燃油喷射油量值=微分系数X升温微分速率。
[0044]升温微分速率计算公式:
[0045]当前DPF过滤器13再生温度差=当前DPF过滤器温度数值-DPF过滤器目标温度数值；
[0046]上一次DPF再生温度差=上一次DPF过滤器温度数值-DPF过滤器目标温度数值；
[0047]升温微分速率=当前DPF过滤器再生温度差-上一次DPF过滤器再生温度差
[0048]其中，比例系数、积分系数、微分系数确定是通过具体台架和整车标定得到的参数，不同型号的发动机标定出的参数不同；DPF过滤器13前温度数值是DPF过滤器前进气口处温度传感器12实时采集的温度数值；DPF过滤器13目标温度数值是电控单元14设定的再生目标温度数值。
[0049]步骤S207:电控单元14根据燃油喷射阀开环控制燃油喷射油量值和闭环控制油量值得到燃油喷射总油量值。
[0050]DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器前温度数值大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值-闭环控制燃油喷射油量值。
[0051]DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值大于DPF过滤器13目标温度数值时，说明当前DPF过滤器13温度过高，闭环控制部分需要减小喷油量，燃油控制阀6燃油喷射总油量值=燃油控制阀开环控制燃油喷射油量值-燃油控制阀闭环控制燃油喷射油量值。
[0052]DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值+闭环控制燃油喷射油量值。
[0053]DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值不大于DPF过滤器13目标温度数值时，说明当前DPF过滤器13温度过低，闭环控制部分需要增大喷油量，燃油控制阀6燃油喷射总油量值=燃油控制阀开环控制燃油喷射油量值+燃油控制阀闭环控制燃油喷射油量值。
[0054]步骤S208:电控单元14将燃油控制阀6燃油喷射总油量值转换为相应脉宽的驱动信号发送到燃油控制阀6。
[0055]电控单元14根据燃油控制阀6燃油喷射总油量值对应占空比曲线，得到燃油控制阀6喷射脉宽，将该脉宽的驱动信号发送到燃油控制阀6。
[0056]步骤S209:燃油控制阀6根据电控单元发送的驱动信号控制阀门打开时间，向DOC中喷入燃油，燃油与发动机排气混合雾化，经DOC氧化产生热量，改变排气温度，改变DPF温度。
[0057]DPF柴油机颗粒过滤系统中，燃油提供是通过排气管燃油后喷射实现，燃油压力由机械齿轮泵在驱动电机带动下实现恒压提供燃油，燃油喷射时间通过调节计量阀驱动脉宽实现，从而实现对燃油喷射量的精确控制。
[0058]燃油与发动机排气混合雾化，经DOC催化器11氧化产生热量，燃油喷射油量的多少决定了排气温度所达到的数值，也即决定了 DOC催化器11和DPF过滤器13的温度值。从而对燃油控制阀6的燃油喷射量进行控制实现了对DPF柴油机颗粒过滤系统再生过程温度的控制。燃油控制阀6接收电控单元14计算后得到的脉宽的驱动信号，根据该驱动信号控制阀门打开时间，控制向DOC催化器11中喷射的燃油量。
[0059]步骤S210:传感器采集的DPF前温度数值大于电控单元设定的对应阈值
[0060]为了使DPF过滤器13捕集的烟尘颗粒较快燃烧完全，DPF过滤器13需要保持高温，但若温度过高，又会损坏DPF过滤器13，所以需要对DPF过滤器13前温度加以限制，避免过高的温度对其造成的损害。电控单元14要对DPF过滤器前温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值和电控单元设定的DPF过滤器13前温度阈值进行比较，当DPF过滤器13前温度数值大于DPF过滤器13前温度阈值时，执行步骤S211。
[0061 ] 步骤S211:中止向DOC中喷入燃油。
[0062]再生过程中DOC催化器11后的排气需要保持高温，这就需要较多的喷油量，但若温度过高，又会损坏DPF过滤器13，所以电控单元14对DPF过滤器前进气口处温度传感器12采集的DPF过滤器13前温度数值和电控单元设定的DPF过滤器13前温度阈值进行比较，当DPF过滤器13前温度数值大于DPF过滤器13前温度阈值时，中止向DOC催化器11中喷入燃油。中止后，返回步骤S201，进行下一轮扫描。
[0063]本发明的技术方案能够实现DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生过程温度有效递增递减，同时避免再生过程中由于再生温度失控从而导致的颗粒捕集器老化、破损现象。
[0064]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，其特征在于包括如下步骤: A、开始再生，传感器采集数据，传送给电控单元: DOC催化器前进气口处温度传感器实时采集DOC催化器前温度数值， DPF过滤器前进气口处温度传感器实时采集DPF过滤器前温度数值， 压力传感器实时采集DPF过滤器前后压差数值； B、电控单元将传感器采集的数据与电控单元设定的对应阈值相比较，并根据比较结果判断是否向DOC催化器中喷入燃油，若是，则执行步骤C ; C、电控单元根据发动机相关参数对应开环喷油脉谱，得到开环控制燃油喷射油量值，根据DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值与电控单元设定的DPF过滤器目标温度数值的差值，运行PID算法，得到闭环控制燃油喷射油量值，根据开环控制燃油喷射油量值和闭环控制燃油喷射油量值得到燃油喷射总油量值； D、电控单元将燃油喷射总油量值转换为相应脉宽的驱动信号传送给燃油控制阀； E、燃油控制阀根据电控单元传送的驱动信号向DOC催化器中喷射燃油，DOC催化器催化氧化放出热量，改变排气温度，从而改变DPF过滤器温度。
2.根据权利要求1所述的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，其特征在于所述步骤B具体包括: B1、电控单元设定DPF过滤器目标温度数值、DOC催化器前温度阈值、DPF过滤器前温度阈值和DPF过滤器压差阈值； B2、电控单元将DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值与电控单元设定的DPF过滤器前温度阈值相比较，若DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器前温度阈值，则执行步骤B3; B3、电控单元比较DOC催化器前进气口处温度传感器传入的DOC催化器前温度数值与电控单元设定的DOC催化器前温度阈值，同时比较压力传感器传入的DPF过滤器压差数值与电控单元设定的DPF过滤器压差阈值，根据比较结果判断是否进行燃油喷射；当DOC催化器前温度数值大于DOC催化器前温度阈值，且DPF过滤器压差数值大于DPF过滤器压差阈值，则判断进行燃油喷射。
3.根据权利要求2所述的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，其特征在于所述步骤C中电控单元根据开环控制燃油喷射油量值和闭环控制燃油喷射油量值得到燃油喷射总油量值，具体包括: DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值-闭环控制燃油喷射油量值； DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器目标温度数值时，燃油喷射总油量值=开环控制燃油喷射油量值+闭环控制燃油喷射油量值。
4.根据权利要求1至3之一所述的DPF柴油机颗粒过滤系统喷油助燃再生温度控制方法，其特征在于DPF过滤器前进气口处温度传感器采集的DPF过滤器前温度数值大于电控单元设定的DPF过滤器前温度阈值，中止向DOC催化器中喷入燃油。
【文档编号】F01N3/025GK104454085SQ201410593406
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】臧志成 申请人:凯龙高科技股份有限公司