CN103742240A - Dpf自动再生控制系统及再生控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在DPF复合再生中采用柴油发动机排气后处理升温装置的加热棒用于起燃，并能够实现自动监测、主动电控、模糊再生的DPF自动再生控制系统及再生控制方法，压差传感器的两个探头分别设置在DPF进气端和出气端且压差传感器信号输出端接ARTECU的信号输入端，热电偶K1和热电偶K2分别设置在DOC和DPF串联连接部和DPF出气端且热电偶K1和热电偶K2信号输出端分别接ARTECU的信号输入端，喷油泵信号控制端接ARTECU的信号输出端，空气阀信号控制端接ARTECU的信号输出端，柴油发动机排气后处理升温装置加热棒信号控制端接ARTECU的信号输出端。
Description
技术领域
本发明涉及一种在DPF复合再生中采用柴油发动机排气后处理升温装置的加热棒用于起燃，并能够实现自动监测、主动电控、模糊再生的DPF自动再生控制系统及再生控制方法，属DPF自动再生控制系统制造领域。
背景技术
CN1517526A、名称“废气净化系统”，在带有电热塞的柴油机的排气通道内具有连 续再生型柴油微粒过滤器、以及连续再生型柴油微粒过滤器的再生控制装置，其特征在于：所述再生控制装置，通过控制对汽缸内的燃料喷射来进行延迟喷射或二次喷射，并且，进行用电热塞加热汽缸内的控制， 以对上述连续再生型柴油微粒过滤器进行再生。
CN102933803A、名称“用于柴油发动机的排气净化装置”，所述柴油发动机在满足预定怠速停止条件的情况下实施怠速停止而自动地停止所述柴油发动机，所述排气净化装置包括：柴油微粒过滤器（DPF），其布置在所述柴油发动机的排气系统中以捕集从所述柴油发动机排出的排气中的微粒物质；DPF再生部，在满足预定DPF再生条件的情况下，所述DPF再生部通过使所述DPF的温度升高来执行DPF再生；DPF再生中断重启部，其中断所述DPF再生，执行怠速停止，自动地重启所述柴油发动机，然后重启所述DPF再生；以及怠速停止延迟部，当在所述DPF再生期间转为怠速操作时，即使在满足所述预定怠速停止条件的情况下，所述怠速停止延迟部也延迟所述怠速停止的执行，直到所述怠速停止启动时的所述DPF的温度变得不低于转为所述怠速操作时的所述DPF的温度为止。
CN1676891A、名称“废气净化系统的控制方法”，该废气净化系统，在搭载于车辆 上的内燃机的废气通路上具有连续再生型柴油机微粒过滤器装置和排气 节流阀，并且具有柴油机微粒过滤器控制机构，该柴油机微粒过滤器控 制机构具有：判断所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的再生开始时 间的再生时间判断机构、和使排气温度上升并将捕集的粒状物强制燃烧 以使所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置再生的再生机构，其特征在 于， 通过所述再生机构，进行所述连续再生型柴油机微粒过滤器装置的 再生控制时，在检测出车辆的停止状态的情况下，中断该再生控制，进 行多级喷射控制，并且关闭所述排气节流阀。
发明内容
设计目的：设计一种在DPF复合再生中采用柴油发动机排气后处理升温装置的加热棒用于起燃，并能够实现自动监测、主动电控、模糊再生的DPF自动再生控制系统及再生控制方法。
设计方案：为了实现上述设计目的。本申请在系统设计中，一是以本申请人在先专利申请的柴油发动机排气后处理升温装置（简称升温装置）为基石，并根据柴油发动机排气后处理升温装置从回油管路取油提供给升温装置，升温装置中的加热棒点燃汽油，由独立气泵提供燃烧所需空气统；二是基于DPF 压差模型的再生时机判断方案，基于闭环控制的再生模糊温度控制策略和再生结束判断方法。
采用ART ECU 实时采集DPF两端的压力差，当压力达到再生设定值时，ART ECU控制加热棒加热，空气阀打开，喷油泵工作，实施再生。ARTECU检测热电耦K1的温度，并控制喷油泵的喷油量，让温度燃烧在设定值。ART检测热电耦K2，当K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生（停止加热棒、喷油泵、空气阀的工作）。
技术方案1：一种DPF自动再生控制系统，压差传感器的两个探头分别设置在DPF进气端和出气端且压差传感器信号输出端接ART ECU的信号输入端，热电偶K1和热电偶K2分别设置在DOC和DPF串联连接部和DPF出气端且热电偶K1和热电偶K2信号输出端分别接ART ECU的信号输入端，喷油泵信号控制端接ART ECU的信号输出端，空气阀信号控制端接ART ECU的信号输出端，柴油发动机排气后处理升温装置加热棒信号控制端接ART ECU的信号输出端。
技术方案2：一种DPF自动再生控制系统自动再生的方法，：ART ECU实时采集DPF两端的压力差，当压力达到再生设定值时，ART ECU控制柴油发动机排气后处理升温装置中的加热棒加热、控制空气阀打开向柴油发动机排气后处理升温装置中的供气管道供气、控制喷油泵向柴油发动机排气后处理升温装置中的输油管定量供油，实施再生，ART ECU检测热电耦K1的温度，并控制喷油泵的喷油量，让温度燃烧在设定值，ART ECU检测热电耦K2，当热电耦K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生，停止柴油发动机排气后处理升温装置加热棒、喷油泵、空气阀的工作。
本发明与背景技术相比，一是本申请以本申请人在先专利申请的柴油发动机排气后处理升温装置为基石，采用本申请自动监测、主动电控、模糊再生DPF自动再生控制系统和方法，不仅突破环境温度及车辆排气温度的低温限制，不受环境温度影响，在环境温度≥ -30℃时，不仅能实现点火再生，而且点火升温时不会产生二次污染，满足各级排放标准，点火过程中先预热燃油，形成油气后，由喷嘴以雾状直接喷到引燃零件上，进而点燃，不仅避免了点火再生时对随车电子器件的干扰和影响，而且实现了柴油机在低排气温度下微粒过滤器升温再生。
附图说明
图1是DPF自动再生控制系统的示意图，其中，ART ECU是指电控设备采集传感器值，再生条件判断、控制再生等；DOC是指氧化性催化转化器；DPF是指PM颗粒物过滤器；热电耦K1\K2是指温度传感器；压差传感器 是指检测DPF两端的压力差；ad1\ad2\ad3是指传感器采集线缆；Control 1\control 2\control 3是指输出控制线缆；空气阀是指控制从空气泵中的空气输入输入到燃烧室；喷油泵是指控制从回油管中取出柴油并向燃烧室中喷入。
图2是温度、压力、油位信号采集电路的示意图。
图3是温度、压力、油位AD 转化电路的示意图。
图4是喷油泵、添加剂泵信号输出电路的示意图。
图5是输出空气泵、加热棒、油路电磁阀控制电路的示意图。
图6是电源电路的示意图。
图7是图2-图6的总装电路示意图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1-7。一种DPF自动再生控制系统，压差传感器5的两个探头分别设置在DPF4进气端和出气端且压差传感器5信号输出端通过ad2接ART ECU6的信号输入端，热电偶K1和热电偶K2分别设置在DOC3和DPF4串联连接部和DPF4出气端且热电偶K1和热电偶K2信号输出端分别通过ad3和ad1接ART ECU6的信号输入端，喷油泵7信号控制端通过Contro3接ART ECU6的信号输出端，空气阀8信号控制端通过Contro2接ART ECU6的信号输出端，柴油发动机排气后处理升温装置2加热棒信号控制端接ART ECU6的信号输出端。
所述喷油泵（7）电路采用隔离控制信号输出，控制为ISO7242芯片，该芯片有高度的隔离特性，防止在控制油泵高电压、大电流时将干扰信号引入采集和CPU处理电路， BTS442E2 为控制输出。所述热电偶K1和热电偶K2采用电路采用ADI 8497处理芯片，集成了温度补偿电路，不用额外的环境温度传感器及其软件算法。所述压差传感器（5）采样电路采用具有6通道的采集能力的ADI 7794电路，且自带滤波功能、自带基准电源，具有24位的高精度，实现多个采集值。所述空气阀（8）采用光耦隔离TLP281-4控制，其耐压远大于24V要求，并且该控制信号无需快速的切换控制，控制频率低。
1、电源电路设计思路：汽车电控ECU工作环境复杂，气候环境、工况环境、电磁环境。在设计时必须充分考虑电路的单个元器件的适应性都达到复杂环境的应用，所有器件的工作温度选择都在零下40度到85度以上的工作范围。工况环境和电磁环境的变化带来电路噪声，最易影响的是电源、信号采集、输出控制的稳定性，设计时充分考虑各个因数的影响，通过以下的电路设计保证设计的性能达到设计要求。
电源电路：采用DC-DC和LDO的综合使用。DC-DC 由于汽车在各工况工作时电源波动范围大、电磁干扰严重，所以选择输入电压范围宽在7V至42V之间都能正常工作、抗电磁干扰强的LMZ14203芯片。
LDO线性稳压电源MIC39100-3.3，在电路设计中增加LDO是为进一步降低电源的波动（纹波干扰），更精确的采集模拟信号（压力、温度），让判断变得更加稳定可靠，减少不必要的误判。
温度采集：K型热电耦，可以采用运放和环境温度传感器，进行电压采集、环境温度传感器采集CPU再进行软件补偿，该方法为很多低端廉价的应用，选择专业的ADI 8497处理芯片，集成了温度补偿电路，不用额外的环境温度传感器及其软件算法，电路简单可靠，也简化了软件设计。
AD采样电路:ADI 7794电路具有6通道的采集能力，自带滤波功能，自带基准电源，具有24位的高精度，单芯片解决多个采集值，硬件设计简单可靠。
油泵控制电路：采用隔离控制信号输出控制为ISO7242 该芯片有高度的隔离特性，防止在控制油泵高电压，大电流时将干扰信号引入采集和CPU处理电路， BTS442E2 为控制输出，该芯片最高可以控制最大电压42V 电流21A，电压和电流的负荷远大于油泵要求。以上设计充分的冗余设计，保证供油频率的稳定性（简介的控制了供油量的稳定）。
空气泵和加热泵控制电路：采用光耦隔离TLP281-4控制IR7240，TLP281-4 、IR7240耐压远大于24V要求，该控制信号无需快速的切换控制（控制频率低）。
二添加剂：CPU 时刻检测油位传感器信号，当油位信号有大幅度改变时，根据油位信号改变的幅度，按一定比例向油箱喷入添加剂，利用CPU 控制添加剂泵实现。
实施例2：在实施例1的基础上，一种DPF自动再生控制系统自动再生的方法， ART ECU6实时采集DPF4两端的压力差，当压力达到再生设定值时，ART ECU6控制柴油发动机排气后处理升温装置2中的加热棒加热201、控制空气阀8打开向柴油发动机排气后处理升温装置2中的供气管道供气、控制喷油泵7向柴油发动机排气后处理升温装置2中的输油管定量供油，喷入燃烧室202燃烧实施再生，ART ECU6检测热电耦K1的温度，并控制喷油泵的喷油量，让温度燃烧在设定值，ART ECU6检测热电耦K2，当热电耦K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生，停止柴油发动机排气后处理升温装置2加热棒、喷油泵、空气阀的工作。
进入再生判定：通过ART ECU6中嵌入式CPU 采集压差传感器时刻监测DPF 4进气和出气端口的压力差值来判定是否需要进入再生，当DPF4中的PM 含量在额定范围内时, DPF4两端的压差值基本平衡；当超出DPF4额定含量压差信号持续上升，利用额定含量和超出额定含量两种不同的压差来判定是否进入自动再生；
再生过程：ART ECU6中CPU 控制加热棒工作电路，打开加热棒进行预热，当预热时间到达，打开空气阀8，然后打开喷油泵7的油路电磁阀，CPU控制喷油电路进行小HZ 喷油，在加热棒和尾气温度的双重作用下，排气温度上升，达到点燃柴油的起燃点，温度迅速上升，同时CPU 时刻检测DPF 前的温度，进入模糊预测控制喷油量，当温度未达到PM 再生温度时，提高喷油量；当温度超过或者接近时减少喷油量，让再生温度达控制在合理的设定范围内。
再生结束：通过嵌入式CPU 采集ART ECU6检测热电耦K2，当热电耦K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生，停止柴油发动机排气后处理升温装置2加热棒、喷油泵、空气阀的工作， CPU控制再生结束。再生结束关闭喷油泵，再关闭加热棒，最后关闭空气泵。
ART ECU6中的CPU时刻检测油位传感器信号，当油位信号有大幅度改变时，根据油位信号改变的幅度，按一定比例向油箱喷入添加剂，利用CPU 控制添加剂泵工作与否。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种DPF自动再生控制系统，包括电源电路，其特征是：压差传感器（5）的两个探头分别设置在DPF（4）进气端和出气端且压差传感器（5）信号输出端接ART ECU（6）的信号输入端，热电偶K1和热电偶K2分别设置在DOC（3）和DPF（4）串联连接部和DPF（4）出气端且热电偶K1和热电偶K2信号输出端分别接ART ECU（6）的信号输入端，喷油泵（7）信号控制端接ART ECU（6）的信号输出端，空气阀（8）信号控制端接ART ECU（6）的信号输出端，柴油发动机排气后处理升温装置（2）加热棒信号控制端接ART ECU（6）的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的DPF自动再生控制系统，其特征是：所述喷油泵（7）电路采用隔离控制信号输出，控制为ISO7242芯片，该芯片有高度的隔离特性，防止在控制油泵高电压、大电流时将干扰信号引入采集和CPU处理电路， BTS442E2 为控制输出。
3.根据权利要求1所述的DPF自动再生控制系统，其特征是：所述热电偶K1和热电偶K2采用电路采用ADI 8497处理芯片，集成了温度补偿电路，不用额外的环境温度传感器及其软件算法。
4.根据权利要求1所述的DPF自动再生控制系统，其特征是：所述压差传感器（5）采样电路采用具有6通道的采集能力的ADI 7794电路，且自带滤波功能、自带基准电源，具有24位的高精度，实现多个采集值。
5.根据权利要求1所述的DPF自动再生控制系统，其特征是：所述空气阀（8）采用光耦隔离TLP281-4控制，其耐压远大于24V要求，并且该控制信号无需快速的切换控制，控制频率低。
6.根据权利要求1所述的DPF自动再生控制系统，其特征是：所述电源电路采用DC-DC和LDO；DC-DC选择输入电压范围宽在7V至42V之间都能正常工作、抗电磁干扰强的LMZ14203芯片，而LDO线性稳压电源MIC39100-3.3，在电路设计中增加LDO是为进一步降低电源的波动，更精确的采集模拟压力、温度信号，让判断变得更加稳定可靠，减少不必要的误判。
7.一种DPF自动再生控制系统自动再生的方法，其特征是：ART ECU（6）实时采集DPF（4）两端的压力差，当压力达到再生设定值时，ART ECU（6）控制柴油发动机排气后处理升温装置（2）中的加热棒加热、控制空气阀（8）打开向柴油发动机排气后处理升温装置（2）中的供气管道供气、控制喷油泵（7）向柴油发动机排气后处理升温装置（2）中的输油管定量供油，实施再生，ART ECU（6）检测热电耦K1的温度，并控制喷油泵的喷油量，让温度燃烧在设定值，ART ECU（6）检测热电耦K2，当热电耦K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生，停止柴油发动机排气后处理升温装置（2）加热棒（201）、喷油泵、空气阀的工作。
8.根据权利要求7所述的DPF自动再生控制系统自动再生的方法，其特征是：
进入再生判定：通过ART ECU（6）中嵌入式CPU 采集压差传感器时刻监测DPF （4）进气和出气端口的压力差值来判定是否需要进入再生，当DPF（4）中的PM 含量在额定范围内时, DPF（4）两端的压差值基本平衡；当超出DPF（4）额定含量压差信号持续上升，利用额定含量和超出额定含量两种不同的压差来判定是否进入自动再生；
再生过程：ART ECU（6）中CPU 控制加热棒工作电路，打开加热棒进行预热，当预热时间到达，打开空气阀（8），然后打开喷油泵（7）的油路电磁阀，CPU控制喷油电路进行小HZ 喷油，在加热棒和尾气温度的双重作用下，排气温度上升，达到点燃柴油的起燃点，温度迅速上升，同时CPU 时刻检测DPF 前的温度，进入模糊预测控制喷油量，当温度未达到PM 再生温度时，提高喷油量；
再生结束：通过嵌入式CPU 采集ART ECU（6）检测热电耦K2，当热电耦K2的温度达到设定值时，表示再生完成，退出再生，停止柴油发动机排气后处理升温装置（2）加热棒、喷油泵、空气阀的工作， CPU控制再生结束。
9.根据权利要求7所述的DPF自动再生控制系统自动再生的方法，其特征是：ART ECU（6）中的CPU时刻检测油位传感器信号，当油位信号有大幅度改变时，根据油位信号改变的幅度，按一定比例向油箱喷入添加剂，利用CPU 控制添加剂泵工作与否。
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