CN105298602B - 一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法，其中：计算机在线监控系统的传感器通过电路和信号转换装置连接ECU，计算机在线监测系统将数据将实时监测到的发动机工况和排气状态信息输入数据分析软件作为再生控制的信息参数，数据分析软件依据输入信息参数和存储在ECU中的再生控制MAP图，对微粒捕集器的再生开始判定、过程控制、终止判断进行分析，并通过再生执行机构完成对整个再生循环的控制，该发明考虑了灰烬沉积对再生开始时刻的影响，基于不同灰烬沉积状态下的再生开始时刻判定MAP图，消耗了灰烬沉积对再生时刻判定的影响，避免因灰烬沉积致使再生开始提前或滞后，减少再生提前造成的能量消耗，防止再生滞后造成的再生过程失控。

Description

一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法

技术领域

本发明涉及一种微粒捕集器再生控制策略，尤其涉及一种实时在线更新再生控制MAP图的再生控制方法。

技术背景

长期以来，柴油机微粒捕集器再生技术一直制约着微粒捕集器在车载上的推广运用。微粒捕集器的再生控制策略是整个再生技术的核心，主要包括再生开始时机判定、再生过程控制、再生终止判断三个不封。所谓再生时机判定是指通过发动机工况和排气状态确定微粒的承载量，从而判定微粒捕集器的再生开始时机。再生过程控制是指根据再生过程中工况和排气状态的变化，判断再生过程是否处于再生合理区域，根据反馈信息调整再生执行机构，确保再生过程一直处于再生合理区域。再生终止判断是通过监测排气状态信息是否恢复微粒捕集器洁净状态来判断再生是否终止。

微粒捕集器再生控制策略的研究已经越来越成熟和完善，国内外学者们设计的再生系统已经能在发动机不同工况范围内实现可控的再生。但是在微粒捕集器车载使用过程中，排气微粒中存在不可燃灰烬物质，其不能通过再生清除，会随着再生循环会累积在过滤体进口孔道内。柴油机排气微粒中的灰烬物质来源于润滑油添加剂、发动机磨损和腐蚀、柴油添加剂以及排气系统腐蚀。虽然在单次循环过程中，微粒中灰烬物质占比很少，但在成百上千的再生循环过程中，灰烬物质的累积会越来越多。美国Sappok对微粒捕集器进行道路车载试验发现微粒捕集器装车运行50000公里后，过滤体内沉积微粒中灰烬物质所占比例超过50％。微粒捕集器内灰烬的沉积会影响其排气流动特性和再生性能，改变其压降损失特性以及再生过程热量传递过程，最终影响微粒捕集器的微粒承载量和再生温升特性等，为此在微粒捕集器的实际工作中对其再生控制策略必须考虑累积灰烬对微粒捕集器再生控制策略的影响。

对于累积灰烬影响微粒捕集器再生控制策略的问题，专利201410577687.5公开了一种柴油机微粒捕集器微波再生系统控制策略及其装置，其基于微波再生系统在考虑灰烬沉积的状态下对微粒捕集器的再生开始和终止时机进行修正。Yoshihisa Tashiro专利US6,682,480 B2公开了一种微粒捕集器再生终止控制策略，其根据微粒捕集器的再生压降信息，计算灰烬沉积厚度，并基于此更新再生终止判断MAP图。上述专利在再生控制中考虑了灰烬沉积对部分控制模块的影响，但微粒捕集器的再生控制包括再生时机、再生过程和再生终止三个过程，灰烬沉积对再生三个过程都存在着影响，为了对其整个过程实施精准的控制，必须考虑灰烬沉积对整个再生过程的影响，尤其是对再生过程的影响。本发明基于灰烬沉积状态下的微粒捕集器再生控制方程，利用数值模拟和试验结合的方法，确定不同灰烬沉积状态下再生控制MAP图，并基于此设计一种可以根据工况和排气状态信息实时在线调整整个总体再生循环的控制策略，实现对微粒捕集器完整再生过程的精准控制。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种微粒捕集器实时在线更新再生控制策略，考虑再生循环过程中过滤体内沉积灰烬对再生控制的劣化影响，避免由于灰烬沉积致使微粒捕集器再生开始和终止时机判断出现偏差，防止再生过程控制因灰烬沉积而无效。

本发明的技术方案是提供了一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法，其中：计算机在线监控系统的传感器通过电路和信号转换装置连接ECU，计算机在线监测系统将数据将实时监测到的发动机工况和排气状态信息输入数据分析软件作为再生控制的信息参数，数据分析软件依据输入信息参数和存储在ECU中的再生控制MAP图，对微粒捕集器的再生开始判定、过程控制、终止判断进行分析，并通过再生执行机构完成对整个再生循环的控制，其特征在于：

利用再生开始判定模块对微粒捕集器的再生开始时机进行控制；

利用再生控制过程模块控制微粒捕集器的再生过程，防止灰烬沉积致使再生温度和温升速率出现失控；

利用再生终止模块在线监控工况和排气状态，将实时信息输入数据分析软件，对比ECU中存储的再生终止判断MAP图，分析再生过程是否达到再生终止状态。

本发明的有益效果是:

(1)微粒捕集器实时在线更新再生控制策略考虑了灰烬沉积对再生开始时刻的影响，基于不同灰烬沉积状态下的再生开始时刻判定MAP图，消耗了灰烬沉积对再生时刻判定的影响，避免因灰烬沉积致使再生开始提前或滞后，减少再生提前造成的能量消耗，防止再生滞后造成的再生过程失控。

(2)微粒捕集器实时在线更新再生控制策略考虑了灰烬沉积对再生过程控制的影响，通过再生控制数学模型以及试验标定的方法获得不同灰烬沉积状态下的再生控制过程MAP图，从而可以根据灰烬沉积量、再生过程温度以及温升速率实时调整再生能量的输入，控制再生过程始终在可控范围内，避免因灰烬沉积致使再生失控，可有效延长微粒捕集器使用寿命。

(3)微粒捕集器实时在线更新再生控制策略考虑了灰烬沉积对再生终止时刻判断的影响，依据再生终止时刻判断MAP图，采用计算机在线监测系统和数据分析软件准确选择灰烬沉积状态下的最优化再生终止时刻判断MAP图，及时终止再生，减少再生能耗。

(4)微粒捕集器实时在线更新再生控制策略能根据微粒捕集器再生后的实时工况和排气状态信息，获得灰烬沉积状态信息，并基于此选择最合理的再生控制MAP图，完成开始判定、过程控制和终止判断MAP图的更新，达到根据灰烬沉积状态实时调整再生控制策略的目的。

附件说明

图1是微粒捕集器再生总体控制策略流程图；

图2是微粒捕集器再生时机判定模块示意图；

图3是微粒捕集器再生过程控制模块示意图；

图4是微粒捕集器再生终止判断模块示意图；

图5是再生控制MAP图更新流程图。

具体实施方式

以下将结合附图1-5对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明涉及再生控制MAP制定和选择，使得它适应灰烬沉积状态下微粒捕集器的再生控制需求，同时本发明涉及总体再生循环的控制策略，以完成微粒捕集器灰烬沉积状态下的准确再生控制。

本发明公开的再生控制MAP图是利用微粒捕集器灰烬沉积状态再生数学模型，采用数值模拟的方法首先获得不同灰烬沉积阶段的再生控制MAP图，然后通过发动机台架试验标定，从而获得不同灰烬沉积状态下的微粒捕集器最优化再生控制MAP图。再生控制MAP图包括再生起燃判定、过程控制和终止判断MAP图。不同的灰烬沉积状态下再生控制MAP不同，再生控制MAP图存储在ECU中，包含不同灰烬沉积状态下的最优化再生控制MAP图。

本发明公开的数据分析软件是根据灰烬沉积状态下再生控制模型编译的分析软件，其将发动机工况和排气状态实时信息作为输入参数，对比ECU中存储的再生控制MAP图信息，完成再生开始、过程和终止的控制。数据分析软件包括再生开始判定、再生过程控制和再生终止判断三大模块。

如图1所示，该实施例中，微粒捕集器实时在线更新再生控制方法通过以下方式实现，计算机在线监控系统的传感器通过电路和信号转换装置连接ECU，计算机在线监测系统将数据将实时监测到的发动机工况和排气状态信息输入数据分析软件作为再生控制的信息参数，数据分析软件依据输入信息参数和存储在ECU中的再生控制MAP图，对微粒捕集器的再生开始判定、过程控制、终止判断进行分析，并通过再生执行机构完成对整个再生循环的控制。

如图2所示，再生开始判定模块是对微粒捕集器的再生开始时机进行控制，为了在灰烬沉积的状态下准确判定微粒捕集器再生开始时机，本发明中再生开始判定的包括如下步骤：

步骤1：通过安装的传感器，计算机在线监测系统实时检测到发动机扭矩N、转速S、排气背压ΔP、排气温度T、排气成分浓度η、排气流量γ以及微粒捕集器压差ΔP_DPF信息等，并将其输入数据分析软件中的再生开始判定模块；

步骤2：根据发动机工况信息，在ECU中调用发动机该工况下的再生开始判定MAP图，并获得再生开始判定的限值，不同的再生开始判定方法其判定限值不同，如可以采用排气背压ΔP或者微粒捕集器压差ΔP_DPF作为判定限值；

步骤3：根据发动机排气状态信息对比再生开始判定MAP图中的开始判定限值，若实时监测值小于判定值，则继续等待，反之，满足再生求情，再生开始。

再生开始后，再生过程控制模块启动，再生控制过程模块是为了在灰烬沉积的状态下精确控制微粒捕集器的再生过程，防止灰烬沉积致使再生温度和温升速率出现失控，如图3所示，本发明中再生过程控制方法包括如下步骤：

步骤1：再生开始后，在线监测系统检测到的发动机工况和排气状态信息将实时输入数据分析软件中的再生过程控制模块，利用再生过程控制数学模型计算得到再生过程中温度T和温升速率T_v；

步骤2：查询发动机实时工况下ECU中存储的再生过程控制MAP图，并获得再生过程中温度T和温升速率T_v的最高温度限值T^H _lim、最低温度限值T^L _lim以及最高温升速率限值T^H _{v_lim}和最低温升速率限值T^L _{v_lim}；

步骤3：将计算得到的实时温度T和温升速率T_v与其最低和最高限值进行对比，若T^L _lim＜T＜T^H _lim，T^L _{v_lim}＜T_v＜T^H _{v_lim}，则再生过程正常，按原再生方案执行再生，反之，则再生过程异常，将异常信息反馈给再生过程控制程序，获得再生异常状态下的再生过程控制方案并执行，若T≥T^H _lim，T_v≥T^H _{v_lim}，则减少再生输出功率，若T≤T^H _lim，T_v≤T^H _{v_lim}，则增加再生输出功率，确保再生在可控范围内进行。

所述再生终止模块通过在线监控工况和排气状态，将实时信息输入数据分析软件，对比ECU中存储的再生终止判断MAP图，分析再生过程是否达到再生终止状态，发送再生终止指令给终止执行机构，分析微粒捕集器压差和发动机背压变化，判定模块内MAP图是否更新，如果是，启动MAP图更新程序更新判定和控制MAP图。

再生终止判断模块中存储着判定再生终止的MAP图，再生终止判断流程如图4所示，其具体步骤如下：

步骤1：计算机在线监测系统将实时检测到的发动机工况和排气状态信息输入再生终止判读模块；

步骤2：根据发动机工况信息，在ECU中调用发动机该工况下的再生终止判断MAP图，获得再生终止判断限值，如再生终止背压限值ΔP_re或者再生终止微粒捕集器压差限值ΔP_{DPF_re}；

步骤3：对比排气状态信息和再生终止判断限值，若排气背压ΔP小于等于再生终止背压限值ΔP_re，或者微粒捕集器压差ΔP_DPF小于等于再生终止压差限值ΔP_{DPF_re}，则再生终止，否则再生继续。

步骤4：再生终止后，启动再生控制MAP图更新程序，诊断是否需要更新再生控制MAP图。

本发明公开的再生控制MAP图是实现准确控制再生过程的关键，其包括再生开始判定MAP图、再生过程控制MAP图和再生终止判断MAP图。

本发明中的再生控制MAP图是基于灰烬沉积状态下微粒捕集器再生数学模型采用数值模拟和试验标定的方法，得到的系列再生控制MAP图。

再生控制MAP图更新程序流程如图5所示，其具体包括如下步骤：

步骤1：再生终止后，发动机工况和排气状态信息通过计算机在线监测系统输入数据分析软件，作为微粒捕集器排气流动模型的输入参数；

步骤2：通过灰烬沉积状态下的微粒捕集器排气流动模型，计算灰烬沉积状态等级，若灰烬沉积状态等级范围保持不变，则直接进入下一个再生循环，反之，启动再生控制MAP图更新程序；

步骤3：在ECU中查询当前灰烬沉积状态下的再生控制MAP图，调用并将其替换为当前在用的再生控制MAP图，MAP图更新完毕后进入下一个再生循环。

本发明的技术方案并不限制于本发明所述实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (1)

1.一种微粒捕集器实时在线更新再生控制方法，其特征在于：计算机在线监控系统的传感器通过电路和信号转换装置连接ECU，计算机在线监测系统将实时监测到的发动机工况和排气状态信息输入数据分析软件作为再生控制的信息参数，数据分析软件依据输入信息参数和存储在ECU中的再生控制MAP图，对微粒捕集器的再生开始判定、过程控制、终止判断进行分析，并通过再生执行机构完成对整个再生循环的控制；

利用再生开始判定模块对微粒捕集器的再生开始时机进行控制；

利用再生控制过程模块控制微粒捕集器的再生过程，防止灰烬沉积致使再生温度和温升速率出现失控；

利用再生终止模块在线监控工况和排气状态，将实时信息输入数据分析软件，对比ECU中存储的再生终止判断MAP图，分析再生过程是否达到再生终止状态：

再生开始判定模块按照以下步骤工作：

步骤1、通过安装的传感器，计算机在线监测系统实时检测到发动机扭矩N、转速S、排气背压ΔP、排气温度T、排气成分浓度η、排气流量γ以及微粒捕集器压差ΔP_DPF信息，并将其输入数据分析软件中的再生开始判定模块；

步骤2、根据监测的发动机工况信息，在ECU中调用发动机该工况下的再生开始判定MAP图，并获得再生开始判定的限值；

步骤3、根据监测的发动机排气状态信息对比再生开始判定MAP图中的开始判定限值，若实时监测值小于判定值，则继续等待，反之，满足再生条件，再生开始；

再生控制过程模块按照以下步骤工作：

步骤1：再生开始后，在线监测系统检测到的发动机工况和排气状态信息将实时输入数据分析软件中的再生过程控制模块，利用再生过程控制数学模型计算得到再生过程中温度T和温升速率T_v；

步骤2：查询发动机实时工况下ECU中存储的再生过程控制MAP图，并获得再生过程中温度T和温升速率T_v的最高温度限值T^H _lim、最低温度限值T^L _lim以及最高温升速率限值T^H _{v_lim}和最低温升速率限值T^L _{v_lim}；

步骤3：将计算得到的实时温度T和温升速率T_v与其最低和最高限值进行对比，若T^L _lim＜T＜T^H _lim，T^L _{v_lim}＜T_v＜T^H _{v_lim}，则再生过程正常，按原再生方案执行再生，反之，则再生过程异常，将异常信息反馈给再生过程控制程序，获得再生异常状态下的再生过程控制方案并执行，若T≥T^H _lim，T_v≥T^H _{v_lim}，则减少再生输出功率，若T≤T^H _lim，T_v≤T^H _{v_lim}，则增加再生输出功率，确保再生在可控范围内进行；

再生终止判读模块按照以下步骤工作：

步骤1：计算机在线监测系统将实时检测到的发动机工况和排气状态信息输入再生终止判读模块；

步骤2：根据发动机工况的信息，在ECU中调用该发动机工况下的再生终止判断MAP图，获得再生终止判断限值，设定再生终止背压限值ΔP_re或者再生终止微粒捕集器压差限值ΔP_{DPF_re}；

步骤3：对比排气状态信息和再生终止判断限值，若排气背压ΔP小于等于再生终止背压限值ΔP_re，或者微粒捕集器压差ΔP_DPF小于或者等于再生终止压差限值ΔP_{DPF_re}，则再生终止，否则再生继续；

步骤4：再生终止后，启动再生控制MAP图更新程序，诊断是否需要更新再生控制MAP图。