CN109630247A - 一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法 - Google Patents

一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法 Download PDF

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蔡继业
陈平
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    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
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Abstract

本发明提供了一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法，包括如下步骤：步骤1：读取当前或典型发动机工况统计表中每个区间的时间分布比例p；步骤2：读取发动机颗粒排放模型中对应所述区间的颗粒排放值W；步骤3：计算DPF颗粒值平均增长率步骤4：获取DPF当前颗粒值M，计算达到再生前的剩余颗粒值Wr＝Wmax‑M；步骤5：计算该工况下DPF再生剩余时间或里程：对比当前的DPF再生策略只能在颗粒物累积值或者DPF两端压差达到限值后才能提醒用户进行再生的技术，本发明能够向用户给出达到下次再生的剩余时间/里程信息，使用户能够更清楚地了解下次再生时间，以便合理安排再生，减少或避免对正常业务的影响。

Description

一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，尤其涉及一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法。
背景技术
柴油机颗粒捕集器(DPF)是一种安装在柴油发动机排放***中的过滤器装置，它可以分离发动机尾气中的颗粒物，在其进入大气之前将其拦截并累积在过滤材料上。随着过滤材料上累积的颗粒物越来越多，会导致过滤孔堵塞，使排气阻力增加，导致发动机动力下降。这时需要及时清理颗粒，保证DPF的正常工作，这个过程就是DPF再生。
DPF再生分为主动再生和被动再生两种方式。主动再生时控制器会通过额外喷射燃油等控制手段提升排气温度，以达到颗粒物的燃点(550～600摄氏度)，使累积在过滤器中的颗粒被以较快的速度燃烧去除。被动再生是指当发动机处于高转速和高负荷工况下运转时，进入颗粒捕集器的排气温度已达到颗粒物燃烧的条件，过滤器内累积的颗粒物会自动进行缓慢燃烧去除。
被动再生的过程不受控制器的控制，完全依赖于排气后处理***与尾气的化学反应完成。而主动再生的进入一般须由用户手动触发，或由发动机控制器根据评估得出的颗粒物累积量或者DPF两端的压力差来进行判断。
对于部分车用柴油机，可以在发动机运行时调整运行参数，以提升排气温度实现主动再生。在此过程中，车辆的正常工作并不受影响。但对于部分车辆(如校车、邮政车辆等)，以及拖拉机、叉车等非道路车辆和机械设备，一方面，因其工作负载一般不大，不利于被动再生的实现。同时，因其工作环境特殊，为防止高温排气带来安全隐患，不允许一边工作一边再生，只能将车辆/机械处于静止状态，由用户手动触发进行原地主动再生。
当车辆/机械设备的DPF中的颗粒物累积量达到需要进行再生的时候，用户的工作将受到影响。用户不得不停止当前的工作，将车辆置于原地并触发再生，等再生完成之后才能恢复工作。若不及时进行再生，则可能使DPF颗粒物累积过高而造成堵塞，导致发动机动力不足，轻则影响车辆/机械设备的工作，重则会造成发动机熄火而无法工作的情况。此外，颗粒物累积量严重过高的DPF可能无法通过在车辆/机械设备上主动或被动再生降低颗粒，只能拆下并使用专用维修设备清除颗粒物。
当前，DPF再生的触发完全依赖于控制器对DPF中现有颗粒物累积量的评估和侦测。
判断是否满足触发再生条件的方法主要有二个：一是通过建立发动机在不同运行工况下(主要基于发动机转速、扭矩和车速等)的颗粒排放模型，持续基于实时的运行工况对颗粒物累积量进行累加，从而测算出当前DPF中的颗粒物累积量并判断是否达到或者超过DPF运行安全限值，如图1所示。二是通过安装于DPF两端的压差传感器，实时监控DPF是否存在颗粒物累积量达到或超过DPF再生的限值，如图2所示。当测算的DPF中的颗粒物累积量或者DPF两端压力差超过某一限值时，控制器提示用户DPF需要再生，或自动进入再生状态。
上述方案的局限在于：只能对当前DPF中的颗粒物累积量进行评估，然后根据当前DPF颗粒物累积量决定是否需要开展DPF再生工作，无法对达到DPF再生的剩余运行时间或者里程给出预测，让用户更灵活地安排DPF再生时机。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法(即再生剩余时间/里程的预测方法)，通过对颗粒物累积量的增长速度进行计算，来预测DPF中颗粒物达到堵塞或者需要触发再生的时间或里程，给用户提供到达下次再生的剩余运行时间或里程，方便用户提前安排DPF再生，减少或避免对正常工作的影响。
本发明提出了一种柴油机颗粒捕集器再生剩余时间/里程的预测方法，包括如下步骤：
步骤1：读取发动机工况统计表中每个区间的时间分布比例p，所述工况统计表中横向表示发动机的转速，纵向表示发动机的扭矩，所述区间由特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围限定，所述时间分布比例是指特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围所用的时间占整个发动机运行时间的比例；
步骤2：读取发动机颗粒排放模型中对应所述区间的颗粒排放值W；
步骤3：计算DPF颗粒值平均增长率所述平均增长率等于各所述颗粒排放值乘以对应区间的所述时间分布比例之和，即
步骤4：获取DPF当前颗粒值M，计算达到再生前的剩余颗粒值Wr＝Wmax-M；其中，Wmax为DPF允许的最大颗粒值，属于DPF的固有特性；
步骤5：计算所述发动机工况下DPF再生剩余时间或里程，所述再生剩余时间
优选地，所述发动机工况统计表包括当前发动机工况统计表和典型发动机工况统计表，所述发动机工况包括当前发动机工况以及典型发动机工况。
优选地，所述典型发动机工况包括：城市路况、高速路况、综合路况等、满载运行、空载运行和综合工况。
优选地，步骤1之前还包括通过车辆发动机工况统计获得发动机工况统计表的步骤。
优选地，所述发动机颗粒排放模型预先通过统计获得。
优选地，步骤5中，所述再生剩余里程通过再生剩余时间t与车辆速度获得。
本发明具有如下有益效果：
对比当前的DPF再生策略只能在颗粒物累积值或者DPF两端压差达到限值后才能提醒用户进行再生的技术，本发明能够向用户给出达到下次再生的剩余时间/里程信息，使用户能够更清楚地了解下次再生时间，以便合理安排再生，减少或避免对正常业务的影响。
附图说明
图1是传统的DPF再生监控方法的流程图。
图2是发动机及其尾气后处理装置连接示意图。
图3是本发明的一个实施例的DPF再生预测方法的流程图。
图4是本发明的另一个实施例的DPF再生预测方法的流程图。
图5是发动机颗粒排放模型示意图。
图6是发动机工况统计表示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。
本发明的DPF再生预测方法的原理为：在上一次DPF再生完成之后，DPF内部颗粒物累积量被复位为0或某一默认值时，发动机控制器基于发动机当前运行的工况(转速、扭矩、车速等)查询颗粒排放模型并计算当前DPF中累积的颗粒物的同时，同步记录下累计的发动机运行工况统计表(转速、扭矩、车速等)。一般地，累计了一段时间(例如1分钟)的工况运行数据会集中进行一次新增颗粒物数量的计算，并同步更新DPF中剩余颗粒物的值。
实施例1：
假设发动机/车辆的运行工况不发生大的变化，即可基于当前的工况分布计算得出颗粒物累积量从当前值达到DPF再生限值所剩余的时间/里程。
如图3所示，本实施例的DPF再生预测方法包括如下步骤：
步骤1：读取当前发动机工况统计表中每个区间的时间分布比例p，所述工况统计表中横向表示发动机的转速，纵向表示发动机的扭矩，所述区间由特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围限定，所述时间分布比例是指特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围所用的时间占整个发动机运行时间的比例。例如，在发动机转速为700～800(单位：rpm转每分)之间、扭矩在0～50(单位：Nm牛米)之间的区间内，时间分布比例为2.23。在发动机转速为800～900(单位：rpm转每分)，扭矩在50～100(单位：Nm牛米)之间的区间内，时间分布比例为0.02。发动机工况统计表如图6所示。图6的表格中，发动机转速800即表示转速在700～800之间，转速900即表示转速在800～900之间；扭矩0即表示扭矩在0～50之间，扭矩50即表示扭矩在50～100之间。同理，图5也是如此。
另外，步骤1之前还包括通过车辆发动机工况统计获得当前发动机工况统计表的步骤。
步骤2：读取发动机颗粒排放模型中对应所述区间的颗粒排放值W；这里，所述发动机颗粒排放模型预先通过统计获得，如图5所示。
步骤3：计算DPF颗粒值平均增长率所述平均增长率等于各所述颗粒排放值乘以对应区间的所述时间分布比例之和，即
步骤4：获取DPF达到再生前的剩余颗粒值Wr。该剩余颗粒值可通过车辆***自动获得。也就是说，发动机控制器基于发动机当前运行的工况(转速、扭矩、车速等)查询颗粒排放模型就可以计算获得当前DPF中累积的颗粒值M，而最大颗粒值Mmax(即达到该颗粒值就启动再生)是车辆***已知固定的值，通过最大颗粒值减去当前DPF累积的颗粒值，即可获得剩余颗粒值Wr，即Wr＝Wmax–M。
步骤5：计算当前工况下DPF再生剩余时间另外，当前工况下DPF再生剩余里程可以通过再生剩余时间t与车辆速度获得。
实施例2：
根据车辆/机械设备的各种典型的运行工况，可以将各种运行状态转化为相应的发动机运行工况统计表，根据各个工况统计表与颗粒排放模型可以分别计算在各种不同工况下运行时达到DPF再生限值所需要的时间/里程。所述典型发动机工况包括：城市路况、高速路况、综合路况等、满载运行、空载运行和综合工况。
如图4所示，本实施例的DPF再生预测方法包括如下步骤：
步骤1：读取典型发动机工况统计表中每个区间的时间分布比例p，所述工况统计表中横向表示发动机的转速，纵向表示发动机的扭矩，所述区间由特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围限定，所述时间分布比例是指特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围所用的时间占整个发动机运行时间的比例。例如，在发动机转速为700～800(单位：rpm转每分)之间、扭矩在0～50(单位：Nm牛米)之间的区间内，时间分布比例为2.23。在发动机转速为800～900(单位：rpm转每分)，扭矩在50～100(单位：Nm牛米)之间的区间内，时间分布比例为0.02。发动机工况统计表如图6所示。另外，步骤1之前还包括通过车辆发动机工况统计获得典型发动机工况统计表的步骤。
步骤2：读取发动机颗粒排放模型中对应所述区间的颗粒排放值W；这里，所述发动机颗粒排放模型预先通过统计获得，如图5所示。
步骤3：计算DPF颗粒值平均增长率所述平均增长率等于各所述颗粒排放值乘以对应区间的所述时间分布比例之和，即
步骤4：获取DPF达到再生前的剩余颗粒值Wr。该剩余颗粒值可通过车辆***自动获得。也就是说，发动机控制器基于发动机当前运行的工况(转速、扭矩、车速等)查询颗粒排放模型就可以计算获得当前DPF中累积的颗粒值M，而最大颗粒值Mmax(即达到该颗粒值就启动再生)是车辆***已知固定的值，通过最大颗粒值减去当前DPF累积的颗粒值，即可获得剩余颗粒值Wr，即Wr＝Wmax–M。
步骤5：计算典型工况下DPF再生剩余时间另外，当前工况下DPF再生剩余里程可以通过剩余时间t与车辆速度获得。
如上所述，根据本发明的上述测算方法得到的DPF再生剩余时间/里程信息可以展现给用户，用户可以结合自身的工作计划，合理地安排时间进行再生。
显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种柴油机颗粒捕集器再生预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：读取发动机工况统计表中每个区间的时间分布比例p，所述工况统计表中横向表示发动机的转速，纵向表示发动机的扭矩，所述区间由特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围限定，所述时间分布比例是指特定的转速数值范围和特定的扭矩数值范围所用的时间占整个发动机运行时间的比例；
步骤2：读取发动机颗粒排放模型中对应所述区间的颗粒排放值W；
步骤3：计算柴油机颗粒捕集器DPF颗粒值平均增长率所述平均增长率等于各所述颗粒排放值乘以对应区间的所述时间分布比例之和，即
步骤4：获取DPF当前颗粒值M，计算达到再生前的剩余颗粒值Wr＝Wmax-M；其中，Wmax为DPF允许的最大颗粒值；
步骤5：计算所述发动机工况下DPF再生剩余时间或里程，所述再生剩余时间
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机工况统计表包括当前发动机工况统计表和典型发动机工况统计表，所述发动机工况包括当前发动机工况以及典型发动机工况。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述典型发动机工况包括：城市路况、高速路况、综合路况等、满载运行、空载运行和综合工况。
4.据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1之前还包括通过车辆发动机工况统计获得发动机工况统计表的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机颗粒排放模型预先通过统计获得。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述再生剩余里程通过再生剩余时间t与车辆速度获得。
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