CN104806365A - Dpf柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，该方法通过控制进气节流阀开度控制柴油机进气量，从而控制发动机排气量，进而实现DPF过滤器再生温度柔性可变控制，既能够保证再生完全性，又能够避免再生温度失控导致的DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象，同时，解决了柴油机低转速、小负荷、排温低的情况下无法进行主动再生的难题。并且，该方法具有操作简单、成本低廉的特点。

Description

DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机尾气排放后处理技术领域，尤其涉及DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法。

背景技术

烟尘颗粒是柴油机尾气排放中最主要的污染物之一，DPF(DieselParticulate Fitter，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，也会使柴油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DPF再生过程中，柴油发动机排气经DOC催化器氧化产生大量热量，改变DOC催化器后排气温度，进而改变DPF过滤器的温度，达到烟尘颗粒燃烧温度时，点燃DPF过滤器捕集的烟尘颗粒，完成积累颗粒的清除工作。但若柴油机处于低转速、小负荷、排温低的情况下，柴油发动机排气温度很难达到DOC催化器起燃温度，通常需要通过缸内燃油后喷、排气尾管燃油喷射、燃烧器等方式对DPF再生温度进行管理，但上述几种方式控制和标定复杂，成本高昂。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，该方法能够实现DPF过滤器再生温度柔性可变控制，并解决柴油机低转速、小负荷、排温低的情况下无法进行主动再生的难题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，包括下述步骤：

A、开始再生，传感器采集数据，传送给电控单元：

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降低柴油发动机排气量，若是，则执行步骤C；

C、电控单元根据柴油发动机的转速、工况设定进气节流阀目标开度，根据进气节流阀目标开度与实际开度的偏差，运行PID算法，获得进气节流阀调节开度；

D、电控单元将进气节流阀调节开度转换为相应脉宽的驱动信号传送给进气节流阀；

E、进气节流阀根据电控单元传送的驱动信号调节进气节流阀开度，调节柴油发动机的进气量。

F、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打开节流控制阀，若是，则执行步骤G；

G、延时若干时间，打开节流控制阀若干时间。

特别地，所述步骤A具体包括：

A1、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；

A2、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；

A3、压力传感器实时采集DPF过滤器前后压差数值。

特别地，所述步骤B具体包括：

B1、电控单元设定DPF过滤器压差阈值；

B2、电控单元将压力传感器传入的DPF过滤器压差数值与电控单元设定的DPF过滤器压差阈值相比较，若DPF过滤器压差数值大于DPF过滤器压差阈值，则判断降低柴油发动机排气量。

特别地，所述步骤C具体包括：

C1、计算进气节流阀调节开度比例输出部分

C2、计算进气节流阀调节开度积分输出部分

C3、计算进气节流阀调节开度微分输出部分

C4、获得进气节流阀调节开度。

特别地，步骤F具体包括：

F1、电控单元设定DPF过滤器前温度阈值；

F2、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过滤器前温度数值大于DPF过滤器前温度阈值，则判断打开节流控制阀。

本发明提出的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，通过控制进气节流阀开度控制柴油机进气量，从而控制发动机排气量，进而实现DPF过滤器再生温度柔性可变控制，既能够保证再生完全性，又能够避免再生温度失控导致的DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象，同时，解决了柴油机低转速、小负荷、排温低的情况下无法进行主动再生的难题。并且，该方法具有操作简单、成本低廉的特点。

附图说明

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；

图2是本发明实施例提供的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法流程图。

具体实施方式

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。

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。

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：柴油发动机101、进气节流阀102、DOC催化器前进气口处温度传感器103、压力传感器104、DPF过滤器后排气口处温度传感器105、DPF过滤器前进气口处温度传感器106、DOC催化器107、DPF过滤器108、电控单元109、发动机ECU110。DOC催化器107与DPF过滤器108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108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，柴油发动机排气经DOC催化器107氧化产生大量热量，改变DOC催化器107后排气温度，进而改变DPF过滤器108的温度，达到烟尘颗粒燃烧温度时，点燃DPF过滤器108捕集的烟尘颗粒，完成积累颗粒的清除工作，再生过程结束。

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进气节流再生温度控制方法流程图。

本实施例中DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法包括如下步骤：

步骤S201：传感器实时采集数据，传送给电控单元109。

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103设置于DOC催化器107前进气口处；DPF过滤器前进气口处温度传感器106设置于DOC催化器107后、DPF过滤器108前进气口处；压力传感器104设置于DPF过滤器108进气口和出气口之间；DPF过滤器后排气口处温度传感器105设置于DPF过滤器108后排气口处。DOC催化器前进气口处温度传感器103、DPF过滤器前进气口处温度传感器106、压力传感器104、DPF过滤器后排气口处温度传感器105与电控单元109电连接。

在DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生期间，再生开始，DOC催化器前进气口处温度传感器103采集DOC催化器107前温度数值，并将其传送给电控单元109；DPF过滤器前进气口处温度传感器106采集DPF过滤器108前温度数值，并将其传送给电控单元109；压力传感器104采集DPF过滤器108前后压差数值，并将其传送给电控单元109；DPF过滤器后排气口处温度传感器105采集DPF过滤器108后温度数值，并将其传送给电控单元109。

步骤S202：电控单元109设定DPF过滤器前温度、DPF过滤器压差的阈值。

DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生过程中，电控单元109设定既保护DPF过滤器108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过滤器前温度阈值；电控单元109设定允许DPF过滤器108达到的最高压差数值，即DPF过滤器压差阈值。

步骤S203：传感器采集的DPF过滤器压差数值大于电控单元109设定的对应阈值。

电控单元109通过比较压力传感器104传入的DPF过滤器108压差数值与电控单元109设定的DPF过滤器压差阈值，判断是否需要降低柴油发动机排气量。当DPF过滤器压差数值大于DPF过滤器压差阈值时，则判断需要降低柴油发动机排气量，执行步骤204；当DPF过滤器压差数值不大于DPF过滤器压差阈值时，则返回新进行判断。

步骤S204：电控单元109计算进气节流阀102调节开度。

电控单元109通过CAN总线与发动机ECU110(Electronic Control Unit，电子控制单元)连接，实时接收柴油发动机101各项参数信息，根据接收的柴油发动机101转速、工况信息，设定进气节流阀102目标开度。进气节流阀102采用闭环的控制方式，根据进气节流阀102目标开度与实际反馈的开度的偏差，运行PID算法，计算闭环控制中比例控制、积分控制、微分控制部分数值，并对其求和获得进气节流阀102调节开度。具体算法如下：

       $u\left(t\right)=\mathrm{Kp}\×e\left(t\right)+\mathrm{Ki}\×{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+\mathrm{Kd}\×\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

其中，u(t)作为PID控制算法的输出即为进气节流阀102调节开度；e(t)作为PID控制算法的输入即为进气节流阀102目标开度与实际开度之差；Kp，Ki，Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。进气节流阀102调节开度u(t)是PID控制算法比例输出部分、积分输出部分、微分输出部分之和，比例输出部分＝比例系数×进气节流阀102目标开度与实际开度之差，积分输出部分为＝积分系数×进气节流阀102目标开度与实际开度之差的累加值，微分控制部分＝微分系数×进气节流阀102目标开度与实际开度之差的微分速率。比例系数、积分系数、微分系数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；进气节流阀102目标开度是电控单元109根据接收的柴油发动机101转速、工况信息设定的；进气节流阀102实际开度是进气节流阀102通过自身反馈获得的。

步骤S205：电控单元109将进气节流阀102调节开度转换为相应脉宽的驱动信号，发送到进气节流阀102。

电控单元109根据通过PID运算获得的进气节流阀102调节开度，计算进气节流阀102阀体电机驱动占空比，产生PWM控制信号发送到进气节流阀102。

步骤S206：进气节流阀102根据电控单元109传送的驱动信号调节进气节流阀102开度，调节柴油发动机101进气量。

DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生过程中，柴油发动机101排气经DOC催化器107氧化产生大量热量，改变DOC催化器107后排气温度，进而改变DPF过滤器108的温度。而控制进气节流阀102的阀门开度，可以调节柴油发动机101进气量，进而调节柴油发动机101排气量，从而改变通过对流、传导带来的热量损失，实现对柴油机排气温度的控制。故对进气节流阀102的阀门开度进行控制实现了对DPF柴油机颗粒过滤系统再生过程温度的控制。

进气节流阀102主要包括进气节流阀体、位置传感器、直流电机、减速齿轮组和控制器。实际控制过程中，控制器接收电控单元109发送的驱动信号，所述驱动信号经控制器的电机驱动芯片进行功率放大和电流放大，驱动直流电机精确控制进气节流阀体开度，进而调节柴油发动机101进气量，从而调节柴油发动机101排气量。所述控制器采用“L6299”H桥电机驱动芯片，该驱动芯片具有高端电流反馈功能，在进气节流阀102工作时，能够对驱动进气节流阀体的直流电机进行故障诊断，判断直流电机是否发生开路、短路等故障。

步骤S207：传感器采集的DPF过滤器前温度数值大于电控单元109设定的对应阈值。

电控单元109对DPF过滤器前进气口处温度传感器106采集的DPF过滤器前温度数值和电控单元设定的DPF过滤器前温度阈值进行比较，DPF过滤器前进气口处温度传感器106采集的DPF过滤器前温度数值不大于DPF过滤器前温度阈值时，说明当前DPF过滤器108温度没有达到设定的再生温度，则继续调节进气节流阀102开度，以调节DPF过滤器108温度，使之达到设定的再生温度；DPF过滤器前进气口处温度传感器106采集的DPF过滤器前温度数值大于DPF过滤器前温度阈值时，说明当前DPF过滤器108温度过高，则执行步骤208。

步骤S208：延时若干时间，打开进气节流阀102若干时间。

DPF过滤器前进气口处温度传感器106采集的DPF过滤器前温度数值大于DPF过滤器前温度阈值时，延时一段时间，确保DPF过滤器108温度达到设定的再生温度，打开进气节流阀102一段时间。延时时间根据现场具体情况设定。

本发明的技术方案能够实现DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生过程温度柔性可变控制，既能够保证再生完全性，又能够避免再生温度失控导致的DPF柴油机颗粒过滤系统老化、破损现象，同时，解决了柴油机低转速、小负荷、排温低的情况下无法进行主动再生的难题。并且，具有操作简单、成本低廉的特点。

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。

Claims (5)

1.DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，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：

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降低柴油发动机排气量，若是，则执行步骤C；

C、电控单元根据柴油发动机的转速、工况设定进气节流阀目标开度，根据进气节流阀目标开度与实际开度的偏差，运行PID算法，获得进气节流阀调节开度；

D、电控单元将进气节流阀调节开度转换为相应脉宽的驱动信号传送给进气节流阀；

E、进气节流阀根据电控单元传送的驱动信号调节进气节流阀开度，调节柴油发动机的进气量。

F、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打开节流控制阀，若是，则执行步骤G；

G、延时若干时间，打开节流控制阀若干时间。

2.根据权利要求1所述的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，其特征在于所述步骤A具体包括：

A1、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；

A2、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；

A3、压力传感器实时采集DPF过滤器前后压差数值。

3.根据权利要求2所述的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，其特征在于所述步骤B具体包括：

B1、电控单元设定DPF过滤器压差阈值；

B2、电控单元将压力传感器传入的DPF过滤器压差数值与电控单元设定的DPF过滤器压差阈值相比较，若DPF过滤器压差数值大于DPF过滤器压差阈值，则判断降低柴油发动机排气量。

4.根据权利要求3所述的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，其特征在于所述步骤C具体包括：

C1、计算进气节流阀调节开度比例输出部分

C2、计算进气节流阀调节开度积分输出部分

C3、计算进气节流阀调节开度微分输出部分

C4、获得进气节流阀调节开度。

5.根据权利要求4所述的DPF柴油机颗粒过滤系统进气节流再生温度控制方法，其特征在于所述步骤F具体包括：

F1、电控单元设定DPF过滤器前温度阈值；

F2、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过滤器前温度数值大于DPF过滤器前温度阈值，则判断打开节流控制阀。