CN109139196A - 一种柴油机dpf主动再生控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种柴油机DPF主动再生控制方法包括如下步骤：通过采集发动机的排气质量流量、DOC入口温度和DPF出口和入口的气压差，并判断此时的再生触发条件是否满足，当满足时，则触发再生控制，计算当前状态下初始喷油量，控制喷油装置开始喷油，同时检测DPF入口温度是否满足设定的再生目标温度，当满足时，则以当前的喷油量喷油，当不满足时，通过再生控制器对燃油喷射量进行调节，保证一个合适的喷油量进行再生，同时检测DPF前后气压差是否降至设定的下限值，当满足再生结束条件，停止喷油，完成再生过程。本方法需要标定的参数少，通用性高，减少前馈油量瞬态工况下的计算波动，提高了再生效率。
Description
技术领域
本发明涉及发动机尾气净化技术领域，特别涉及到一种柴油机颗粒捕集器的主动再生控制方法。
背景技术
颗粒物是柴油机尾气排放中的主要污染物之一。国六排放法规不仅对PM质量排放限值加严了67％，而且增加了对固态颗粒物PN浓度的限制。为了满足严格的PM和PN排放要求，柴油机颗粒捕集器DPF是目前公认的能够有效消除柴油机排放颗粒的后处理装置。柴油机DPF再生控制是国六柴油机后处理的关键技术之一。由于国六排放标准加大了对低速、低负荷工作区域的排放控制要求，一般柴油机整体的排气温度较低，在大部分工况下发动机的排气温度都达不到颗粒的起燃温度，这就需要通过缸内或排气管后喷的燃油来提高排气温度来实现再生。发动机工况的不断变化给再生过程中温度的控制造成了较大困难。
柴油机DPF的再生温度控制方法使得DPF入口温度控制在一个合理的再生目标温度，让DPF安全可靠的完成整个再生过程而对发动机各个性能不产生任何影响，因此柴油机DPF的再生温度控制方法在DPF再生控制***中不可缺少。DPF再生控制最为关键的是保证再生过程中温度控制的平稳、准确，实现这一目标的前提是要保证DPF入口温度控制的平稳、准确。中国专利公开号：CN 107100703 A，公开日：2017年8月29日，发明名称《一种非道路柴油机燃烧器DPF再生温度控制方法》，该方法包括设定DPF目标再生温度；DPF控制器判断DPF实际温度与所述DPF目标再生温度的差值即DPF再生温度差；DPF控制器通过带前馈的PID控制器将DPF再生温度差转化为排气管燃油喷射量大小，燃油喷射量在DOC催化器上进行化学反应产生温度，从而加热DPF催化器得到DPF实际温度和DPF再生温度差，完成基于目标再生温度的DPF再生温度闭环控制。在各种柴油机工况下，DPF催化器入口实际温度与DPF目标再生温度误差会控制在25℃以内，实现DPF***在各种工况下进行可靠再生温度管理。但是该技术有以下缺点：再生温度控制精度低，DPF入口实际温度与目标温度相差25℃左右；需要标定的参数过多，难度大、耗时长，控制一致性较差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中再生温度控制精度低，再生温度反馈控制中需要标定的参数数量多、难度大、耗时长，控制一致性较差的缺陷，提供一种柴油机DPF主动再生控制方法。它所需参数少，控制精度高好，能够减少油耗。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案如下：
一种柴油机DPF主动再生控制方法，通过向DOC喷射燃油氧化放热来加热DPF，包括如下步骤：
(1)触发再生控制后，根据喷油前的DOC入口温度和DPF入口再生目标温度计算出当前状态下的初始喷油量，再生控制器DCU控制DPM喷油泵和DOC入口前面的HC喷射单元按照初始喷油量向DOC内喷油燃烧；
(2)通过DPF入口温度传感器检测DPF入口温度，将测得的DPF入口温度与DPF入口再生目标温度相比较，确定本次调节后的喷油量qk+1；
当测得DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk；
当测得DPF入口温度小于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk加上调节油量；
当测得DPF入口温度大于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk减去调节油量；k＝1，2，3，4，5…，当k＝1时，q1是初始喷油量；
所述的调节油量等于DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值乘以调节参数，所述的调节参数为：0.005～0.015，单位：kg/(h·℃)；
(3)再生控制器DCU控制DPM喷油泵和DOC入口前面的HC喷射单元按照本次调节后的喷油量qk+1向DOC内喷油燃烧；
(4)重复上述步骤(2)、(3),当DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则以达到DPF入口再生目标温度时的喷油量喷油燃烧；
所述步骤(1)之前，先通过再生控制器DCU读取发动机的工况，采集发动机ECU反馈的发动机的排气质量流量、DOC入口温度传感器测得的DOC的入口温度和设置在DPF出口和入口的气压差传感器测得的DPF出口和入口的气压差，判断上述三个数值是否都达到再生触发值，当上述三个数值均达到各自的再生触发值时，则触发再生控制，开始步骤(1)；所述的发动机排气质量流量、DOC入口温度以及DPF出口和入口的气压差的再生触发值分别为：DOC入口温度≥270℃，发动机排气质量流量≥200kg/h，DPF出口和入口的气压差≥15kPa。
所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：550℃～600℃。
所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：580℃。
所述步骤(1)中初始喷油量的计算公式：
式中，q为燃油喷射量，单位为kg/h；cp为排气比定压热容，单位为J/(kg·℃)；Qm为排气质量流量，单位为kg/h；Hfuel为燃油的热值，单位为J/kg；η为燃油氧化效率，％；Δt为DPF入口再生目标温度与喷油前DOC入口温度的差值，单位为℃。
所述步骤(2)中当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于2℃，小于等于5℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于5℃，小于等于10℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)～0.008kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于10℃，小于等于20℃时，调节参数：0.008kg/(h·℃)～0.012kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于20℃，小于等于30℃时，调节参数：0.012kg/(h·℃)～0.015kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于30℃时，调节参数：0.015kg/(h·℃)。
所述步骤(1)中，在HC喷射单元按照初始喷油量开始喷油后，即开始检测DPF出口和入口的气压差传感器，当DPF出口和入口的气压差值≤4kPa，则再生控制器DCU控制DPM喷油泵并控制喷射单元停止喷油，完成再生过程。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明再生启动第二条件是DOC入口温度为270℃～300℃，当DOC入口温度低于270℃时，不利于HC在DOC内部完全燃烧，剩余的HC会吸附在管壁上或随尾气排入空气中，造成环境污染。
2.本发明DPF入口再生目标温度选择550℃～600℃，当温度低于550℃时，再生效率低，DPF上碳颗粒短时间内无法清除到碳载量的下限值，当温度高于600℃时，高温会对DPF载体造成一定损害。所以选择550℃～600℃的再生温度范围能保证整个再生过程平稳进行，对DPF载体造成的损害较小，再生效率高，其中580℃是再生效率最高，对DPF载体损害最小的再生温度。
3.本发明计算初始喷油量计算公式简单，减少目标油量与实际所需油量的误差，同时式中参数多与发动机性能和DOC效率有关，主要变量为温差，通用性高。
4.本发明以前一次调节后喷油量为基础，通过反馈得到的DPF入口温度与DPF入口再生温度差值来调节喷油量，跟现有技术中以初始喷油量为调节基础相比，减少了调节幅度，提高了温度控制精度，同时只有一个调节参数，参数少，调节过程简单，耗时少，通用性高。
5.本发明中调节参数根据不同的温差进行选择，当DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值大于2℃，小于等于5℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值大于5℃，小于等于10℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)～0.008kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值大于10℃，小于等于20℃时，调节参数：0.008kg/(h·℃)～0.012kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值大于20℃，小于等于30℃时，调节参数：0.012kg/(h·℃)～0.015kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值大于30℃时，调节参数：0.015kg/(h·℃)。这样的调节参数选择有利于油量与温度的精确控制，避免需要多次增加油量或减少油量，能够精确控制油量，避免不必要的油量损耗。
6.本发明中再生结束条件为DPF入口与出口的气压差值≤4kPa。当DPF内有一定碳颗粒时，DPF的工作效率比DPF内无碳颗粒时的效率高，所以一般不除尽碳颗粒，保持一定的碳颗粒，所以在气压差小于等于4kPa的下结束再生。
附图说明
图1是本发明DPF再生控制结构示意图；
图2是本发明的DPF再生控制流程图；
图中，1、DOC，2、DPF，3、DOC入口温度传感器，4、DPF入口温度传感器(即DOC出口温度传感器)，5、DPF出口和入口气压差传感器，6、再生控制器DCU，7、发动机ECU，8、DPM喷油泵，9、HC喷射单元，T1为DOC入口温度，T2为DPF入口温度(DOC出口温度)，ΔP为DPF出口和入口的气压差。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对发明的限定。
参见图1和图2，本发明的技术解决方案：一种柴油机DPF主动再生控制方法，通过向DOC1喷射燃油氧化放热来加热DPF2，包括如下步骤：
(1)触发再生控制后，根据喷油前的DOC入口温度和DPF入口再生目标温度计算出当前状态下的初始喷油量，再生控制器DCU6控制DPM喷油泵8和DOC1入口前面的HC喷射单元9按照初始喷油量向DOC1内喷油燃烧；
(2)通过DPF入口温度传感器4检测DPF入口温度，将测得的DPF入口温度与DPF入口再生目标温度相比较，确定本次调节后的喷油量qk+1；
当测得DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk；
当测得DPF入口温度小于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk加上调节油量；
当测得DPF入口温度大于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk减去调节油量；k＝1，2，3，4，5…，当k＝1时，q1是初始喷油量；
所述的调节油量等于DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值乘以调节参数，所述的调节参数为：0.005～0.015，单位：kg/(h·℃)；
(3)再生控制器DCU6控制DPM喷油泵8和DOC1入口前面的HC喷射单元9按照本次调节后的喷油量qk+1向DOC内喷油燃烧；
(4)重复上述步骤(2)、(3)，当DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则以达到DPF入口再生目标温度时的喷油量喷油燃烧；
所述步骤(1)之前，先通过再生控制器DCU6读取发动机的工况，采集发动机ECU反馈的发动机的排气质量流量、DOC入口温度传感器3测得的DOC的入口温度和设置在DPF出口和入口的气压差传感器5测得的DPF出口和入口的气压差，判断上述三个数值是否都达到再生触发值，当上述三个数值均达到各自的再生触发值时，则触发再生控制，开始步骤(1)；所述的发动机排气质量流量、DOC入口温度以及DPF出口和入口的气压差的再生触发值分别为：DOC入口温度≥270℃，发动机排气质量流量≥200kg/h，DPF出口和入口的气压差≥15kPa。
所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：550℃～600℃。
所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：580℃。
所述步骤(1)中初始喷油量的计算公式：
式中，q为燃油喷射量，单位为kg/h；cp为排气比定压热容，单位为J/(kg·℃)；Qm为排气质量流量，单位为kg/h；Hfuel为燃油的热值，单位为J/kg；η为燃油氧化效率，％；Δt为DPF入口的再生目标温度与喷油前DOC入口温度的差值，单位为℃。
所述步骤(2)中当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于2℃，小于等于5℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于5℃，小于等于10℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)～0.008kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于10℃，小于等于20℃时，调节参数：0.008kg/(h·℃)～0.012kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于20℃，小于等于30℃时，调节参数：0.012kg/(h·℃)～0.015kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于30℃时，调节参数：0.015kg/(h·℃)。
所述步骤(1)中，在HC喷射单元9按照初始喷油量开始喷油后，即开始检测DPF出口和入口的气压差传感器5，当DPF出口和入口的气压差值≤4kPa，则再生控制器DCU6控制DPM喷油泵8并控制喷射单元9停止喷油，完成再生过程。
本发明的原理说明如下：
柴油机DPF再生过程控制采用温度闭环控制来实现，其中在发动机的排气质量流量、DOC入口温度和DPF出口和入口气压差的基础上标定的再生目标温度，将当前DPF入口温度设定为温升闭环控制中的实际温度，通过在控制器来实现DPM喷油量的实时调整，使DPF入口温度达到入口再生目标温度。使得再生过程中DPF内部碳颗粒快速的清除。
实施例1
参见图1和图2，一种柴油机DPF主动再生控制方法，通过向DOC1喷射燃油氧化放热来加热DPF2，包括如下步骤：
(1)再生控制器DCU6读取发动机的运行工况，采集发动机ECU7反馈的发动机的排气质量流量、DOC入口温度传感器3得到DOC入口温度和DPF出口和入口压差传感器5得到DPF出口和入口的气压差，T1＝270℃，ΔP＝15kPa，发动机排气质量流量200kg/h，满足再生触发值，触发再生控制；
(2)触发再生控制后，根据喷油前DOC入口温度T1＝270℃和DPF入口再生目标温度600℃，cp＝1.004J/(kg·℃)，Qm＝200kg/h，Hfuel＝42760J/kg，η＝90％，计算出当前状态下的初始喷油量为1.72kg/h，再生控制器DCU6控制DPM喷油泵8和DOC入口前面的HC喷射单元9按照初始喷油量q1＝1.72kg/h向DOC1内喷油燃烧；
(3)通过DPF入口温度传感器4检测DPF入口温度，将测得的DPF入口温度与DPF入口再生目标温度相比较，
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第1次实测到T2＝500℃，与DPF入口再生目标温度相差100℃，则HC喷射单元9在第一次调节后的喷油量q2＝1.72kg/h+100*0.015kg/h＝3.22kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第2次实测到T2＝650℃，与DPF入口再生目标温度相差50℃，则HC喷射单元9在第二次调节后的喷油量q3＝3.32kg/h-50*0.015kg/h＝2.57kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第3次实测到T2＝588℃，与DPF入口再生目标温度相差12℃，则HC喷射单元9在第三次调节后的的喷油量q4＝2.57kg/h+12*0.008kg/h＝2.666kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第4次实测T2＝599℃等于DPF入口再生目标温度600±1℃，并以此时的喷油量q4持续喷油；DPF入口温度达到T2＝600±2℃后，出现温差则调节喷油量保持DPF入口温度T2＝600±2℃。
(4)喷射装置开始喷油后，实时检测DPF出口和入口压差传感器5，当DPF出口和入口气压差值ΔP＝4kPa，则停止喷油完成再生过程。
实施例2
参见图1和图2，一种柴油机DPF主动再生控制方法，通过向DOC1喷射燃油氧化放热来加热DPF2，包括如下步骤：
(1)再生控制器DCU6读取发动机的运行工况，采集发动机ECU7反馈的发动机的排气质量流量、DOC入口温度传感器3得到DOC入口温度和DPF出口和入口压差传感器5得到DPF出口和入口的气压差，T1＝280℃，ΔP＝17kPa，发动机排气质量流量200kg/h，满足再生触发值，触发再生控制；
(2)触发再生控制后，根据喷油前DOC入口温度T1＝280℃和DPF入口再生目标温度580℃，cp＝1.004J/(kg·℃)，Qm＝200kg/h，Hfuel＝42760J/kg，η＝90％，计算出当前状态下的初始喷油量为1.57kg/h，再生控制器DCU6控制DPM喷油泵8和DOC入口前面的HC喷射单元9按照初始喷油量q1＝1.57kg/h向DOC1内喷油燃烧；
(3)通过DPF入口温度传感器4检测DPF入口温度，将测得的DPF入口温度与DPF入口再生目标温度相比较，
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第1次实测到T2＝550℃，与DPF入口再生目标温度相差30℃，则HC喷射单元9第一次调节后的喷油量q2＝1.57kg/h+30*0.015kg/h＝2.02kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第2次实测到T2＝590℃，与DPF入口再生目标温度相差10℃，则HC喷射单元9第二次调节后的喷油量q3＝2.02kg/h-10*0.008kg/h＝2.012kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第3次实测到T2＝565℃，与DPF入口再生目标温度相差15℃，则HC喷射单元9第三次调节后的喷油量q4＝2.012kg/h+15*0.012kg/h＝2.192kg/h；
HC喷射单元9喷射初始喷油量后第4次实测T2＝581℃等于DPF入口再生目标温度580±2℃，并以此时的喷油量q4持续喷油；DPF入口温度达到T2＝580±2℃后，出现温差则调节喷油量保持DPF入口温度T2＝580±2℃。
(4)喷射装置开始喷油后，实时检测DPF出口和入口压差传感器5，当DPF出口和入口气压差值ΔP＝4kPa，则停止喷油完成再生过程。
本发明解决DPF再生过程中DPF入口温度的控制精度低问题，同时需要标定的参数少，通用性高。
Claims (7)
1.一种柴油机DPF主动再生控制方法，通过向DOC(1)喷射燃油氧化放热来加热DPF(2)，其特征在于包括如下步骤：
(1)触发再生控制后，根据喷油前的DOC入口温度和DPF入口再生目标温度计算出当前状态下的初始喷油量，再生控制器DCU(6)控制DPM喷油泵(8)和DOC入口前面的HC喷射单元(9)按照初始喷油量向DOC(1)内喷油燃烧；
(2)通过DPF入口温度传感器(4)检测DPF入口温度，将测得的DPF入口温度与DPF入口再生目标温度相比较，确定本次调节后的喷油量qk+1；
当测得DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk；
当测得DPF入口温度小于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk加上调节油量；
当测得DPF入口温度大于DPF入口再生目标温度时，则本次调节后的喷油量qk+1等于前一次调节后的喷油量qk减去调节油量；k＝1，2，3，4，5…，当k＝1时，q1是初始喷油量；
所述的调节油量等于DPF入口温度与DPF入口再生目标温度之差的绝对值乘以调节参数，所述的调节参数为：0.005～0.015，单位：kg/(h·℃)；
(3)再生控制器DCU(6)控制DPM喷油泵(8)和DOC(1)入口前面的HC喷射单元(9)按照本次调节后的喷油量qk+1向DOC内喷油燃烧；
(4)重复上述步骤(2)、(3),当DPF入口温度等于DPF入口再生目标温度时，则以达到DPF入口再生目标温度时的喷油量喷油燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(1)之前，先通过再生控制器DCU(6)读取发动机的工况，采集发动机ECU反馈的发动机的排气质量流量、DOC入口温度传感器(3)测得的DOC的入口温度和设置在DPF出口和入口的气压差传感器(5)测得的DPF出口和入口的气压差，判断上述三个数值是否都达到再生触发值，当上述三个数值均达到各自的再生触发值时，则触发再生控制，开始步骤(1)；所述的发动机排气质量流量、DOC入口温度以及DPF出口和入口的气压差的再生触发值分别为：DOC入口温度≥270℃，发动机排气质量流量≥200kg/h，DPF出口和入口的气压差≥15kPa。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：550℃～600℃。
4.根据权利要求3所述的一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中DPF入口再生目标温度为：580℃。
5.根据权利要求1所述的一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中初始喷油量的计算公式：
式中，q为燃油喷射量，单位为kg/h；cp为排气比定压热容，单位为J/(kg·℃)；Qm为排气质量流量，单位为kg/h；Hfuel为燃油的热值，单位为J/kg；η为燃油氧化效率，％；Δt为DPF入口再生目标温度与喷油前DOC入口温度的差值，单位为℃。
6.根据权利要求1所述一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于2℃，小于等于5℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于5℃，小于等于10℃时，调节参数：0.005kg/(h·℃)～0.008kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于10℃，小于等于20℃时，调节参数：0.008kg/(h·℃)～0.012kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于20℃，小于等于30℃时，调节参数：0.012kg/(h·℃)～0.015kg/(h·℃)；当DPF入口温度与DPF入口的再生目标温度之差的绝对值大于30℃时，调节参数：0.015kg/(h·℃)。
7.根据权利要求1所述一种柴油机DPF主动再生控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在HC喷射单元(9)按照初始喷油量开始喷油后，即开始检测DPF出口和入口的气压差传感器(5)，当DPF出口和入口的气压差值≤4kPa，则再生控制器DCU(6)控制DPM喷油泵(8)并控制喷射单元(9)停止喷油，完成再生过程。
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