CN108487970A - 用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法 - Google Patents

用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法，包括基准喷油量计算模块，用于计算基准喷油量；修正喷油量计算模块，用于计算修正喷油量；总喷油量计算模块，用于计算总喷油量；基准喷油量＝(DPF前目标温度‑DOC前排温)x{[排气流量+(排气流量修正值x车速修正值)]x0.00654}；修正喷油量＝P项喷油量+I项喷油量+环境温度修正喷油量+大气压力修正喷油量+DPF压差修正喷油量；总喷油量＝基准喷油量+修正喷油量；对燃油喷嘴的总喷油量进行先期控制，在DPF温度场出现变化之前就开始增加或者减少总喷油量的操作，提高了再生过程的安全性和经济性，可控性好。

Description

用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法
技术领域
本发明涉及柴油动力机动车尾气后处理颗粒物污染控制技术领域，具体而言，涉及用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法。
背景技术
随着我国对机动车污染防治工作力度的逐步加强，柴油动力机动车固体颗粒物排放已经成为社会关注的焦点；在柴油动力机动车尾气后处理系统上加装颗粒过滤捕集装置(Diesel Particulate Filter，俗称DPF)是减少柴油机颗粒物排放的最常见的，也是最行之有效的方法。
随着车辆的使用，柴油发动机排放出的固体颗粒物(Particulate Matter，俗称PM，主要成分为碳)中的绝大部分被颗粒过滤捕集装置所捕集，随着捕集量的不断增加，车辆的排气背压也不断增加；排气背压过大，将导致车辆动力性下降，油耗上升，影响车辆的正常使用；因此，在颗粒过滤捕集装置的PM捕集量达到一定限值时，需要将PM去除掉，该去除PM的过程被称为颗粒过滤捕集装置的再生过程。
比较常见的去除PM的方式描述如下：在颗粒过滤捕集装置的再生过程中，排气发动机101排出，燃油经燃油喷嘴104喷射入排气中，流经DOC102时，经DOC102的氧化作用，使DPF103前端温度达到600℃左右，PM可在该温度下快速被再生并生成气态物排出颗粒过滤捕集装置，以达到再生的目的，再生过程中的DOC102前端温度可由DOC前温度传感器105测量得到，DPF103前端温度可由DPF前温度传感器106测量得到，DPF103前后压差值由压差传感器107测量得到，发动机ECU108读取发动机相关状态数据，并与后处理DCU109进行数据交互。
颗粒过滤捕集装置的再生过程必须做到安全可控，车辆运行工况瞬息万变，不可控因素极多，这导致再生过程的控制困难极大，具体表现为再生过程中很容易出现DPF前温度超温或者温度过低；当DPF前温度超温时，将导致颗粒过滤捕集装置出现烧蚀，甚至整个车辆着火，出现安全事故；当DPF前端温度过低时，将导致颗粒过滤捕集装置再生持续时间延长，油耗升高，动力性下降，影响到客户满意度；基于此考虑，颗粒过滤捕集装置在再生阶段的温度控制对于车辆的安全性、经济性至关重要；如上所述风险是目前现有技术所普遍面临的难题。
在现有的技术中，DOC前温度传感器105和DPF前温度传感器106作为颗粒过滤捕集装置再生过程温度控制的主要计算依据，然而，由于温度响应的迟滞性和DOC及DPF本身存在较大的热容，当系统检测到DPF前温度超温或过低时再进行响应操作往往已经为时已晚，极易出现超温或者温度不够的情况。
发明内容
本发明目的是提供一种能够根据发动机以及车辆的实际运行工况，实时进行DOC及DPF的温度监控，实时评估和计算DOC及DPF的温度数据，同时依据车辆运行工况对DPF再生过程的影响进行限期预判，并根据预判结果对燃油喷嘴的喷油量进行先期控制，即在DPF温度场出现变化之前就开始增加或者减少喷油量的操作，提高了再生过程的安全性和经济性，而且可控性好的用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法，解决了以上技术问题。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法，其特征是：包括计算基准喷油量，计算修正喷油量，以及计算总喷油量；
所述的基准喷油量＝(DPF前目标温度-DOC前排温)x{[排气流量+(排气流量修正值x车速修正值)]x0.00654}；
所述的修正喷油量＝P项喷油量+I项喷油量+环境温度修正喷油量+大气压力修正喷油量+DPF压差修正喷油量；
所述的总喷油量＝基准喷油量+修正喷油量。
作为优选的技术方案：所述的DPF前目标温度为600℃；所述的DOC前排温是通过DOC前温度传感器读到的的温度值；所述的排气流量根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量Map得到；所述的排气流量修正值根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量修正Map得到；所述的车速修正值根据当前车辆运行的车速信息通过查排气流量车速修正曲线得到；所述的0.00654为与燃油及排气特性相关的定值常数。
作为优选的技术方案：所述的P项喷油量＝(基于温度差的Kp+基于排气流量的Kp)xDPF入口温度偏差；所述的基于温度差的Kp是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Kp曲线得到；所述的基于排气流量的Kp是基于排气流量通过查基于排气流量的Kp曲线得到；所述的DPF入口温度偏差＝DPF前目标温度-DPF前排温；
所述的I项喷油量＝∫[(基于温度差的Ki+基于排气流量的Ki)xDPF入口温度偏差]dt；所述的基于温度差的Ki是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Ki曲线得到；所述的基于排气流量的Ki是基于排气流量通过查基于排气流量的Ki曲线得到；
所述的环境温度修正喷油量是基于基准喷油量和环境温度通过查环境温度修正Map得到；
所述的大气压力修正喷油量是基于基准喷油量和大气压力通过查大气压力修正Map得到；
所述的DPF压差修正喷油量是基于基准喷油量和DPF压差通过查DPF压差修正Map得到。
用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法所采用的装置，其特征是：包括基准喷油量计算模块，以发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温和DPF前排温为基础，用于计算基准喷油量；
修正喷油量计算模块，以DPF压差、发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温、DPF前排温、环境温度和大气压力为基础，用于计算修正喷油量；
总喷油量计算模块，用于计算总喷油量，从而达到控制DPF前端温度。
本发明的有益效果是：用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制装置及计算方法，与传统方法相比：通过基准喷油量计算模块计算得到基准喷油量，再通过修正喷油量计算模块计算得到修正喷油量，最后计算总喷油量；保证了计算的精度；该计算方法根据发动机以及车辆的实际运行工况，实时进行DOC及DPF的温度监控，实时评估和计算DOC及DPF的温度数据，同时依据车辆运行工况对DPF再生过程的影响进行限期预判，并根据预判结果对燃油喷嘴的总喷油量进行先期控制，即在DPF温度场出现变化之前就开始增加或者减少总喷油量的操作，提高了再生过程的安全性和经济性，可控性好，而且修正喷油量计算模块中含有DPF压差修正模块以及环境因子修正模块，使的该计算方法适用于高温、低温、高海拔等车辆极端使用环境，提高了该计算方法的环境适应性。
附图说明
图1为本发明现有技术颗粒过滤捕集装置结构示意图；
图2为本发明喷油量计算逻辑图；
图3为本发明基准喷油量计算模块计算逻辑图；
图4为本发明修正喷油量计算模块计算逻辑图；
图5为本发明总喷油量计算模块计算逻辑图；
图6为本发明排气流量Map图表；
图7为本发明排气流量修正Map图表；
图8为本发明排气流量车速修正曲线图表；
图9为本发明基于温度差的Kp曲线图表；
图10为本发明基于排气流量的Kp曲线图表；
图11为本发明基于温度差的Ki曲线图表；
图12为本发明基于排气流量的Ki曲线图表；
图13为本发明环境温度修正Map图表；
图14为本发明大气压力修正Map图表；
图15为本发明DPF压差修正Map图表；
图中数字所表示的相应名称：101.排气发动机、102.DOC、103.DPF、104.燃油喷嘴、105.DOC前温度传感器、106.DPF前温度传感器、107.压差传感器、108.发动机ECU、109.后处理DCU。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述；
在附图中：用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法，包括计算基准喷油量，计算修正喷油量，以及计算总喷油量；对燃油喷嘴的喷油量进行先期控制，在DPF温度场出现变化之前就开始增加或者减少总喷油量的操作，提高了再生过程的安全性和经济性，可控性好。
所述的基准喷油量＝(DPF前目标温度-DOC前排温)x{[排气流量+(排气流量修正值x车速修正值)]x0.00654}；所述的DPF前目标温度为600℃；所述的DOC前排温是通过DOC前温度传感器105读到的的温度值；所述的排气流量根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量Map得到；所述的排气流量修正值根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量修正Map得到；所述的车速修正值根据当前车辆运行的车速信息通过查排气流量车速修正曲线得到；所述的0.00654为与燃油及排气特性相关的定值常数；
基准喷油量计算的第一实施例：
DPF前目标温度为期望达到的温度值，为600℃；
DOC前排温为300℃；
排气流量为2000kg/h；
排气流量修正值为2000kg/h；
车速修正值为0.5,无量纲；
基准喷油量＝(600-300)x{[2000+(2000x0.5)]x0.00654}＝5886mg/s；
所述的修正喷油量＝P项喷油量+I项喷油量+环境温度修正喷油量+大气压力修正喷油量+DPF压差修正喷油量；
所述的P项喷油量＝(基于温度差的Kp+基于排气流量的Kp)xDPF入口温度偏差；所述的基于温度差的Kp是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Kp曲线得到；所述的基于排气流量的Kp是基于排气流量通过查基于排气流量的Kp曲线得到；所述的DPF入口温度偏差＝DPF前目标温度-DPF前排温；
所述的I项喷油量＝∫[(基于温度差的Ki+基于排气流量的Ki)xDPF入口温度偏差]dt；所述的基于温度差的Ki是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Ki曲线得到；所述的基于排气流量的Ki是基于排气流量通过查基于排气流量的Ki曲线得到；
所述的环境温度修正喷油量是基于基准喷油量和环境温度通过查环境温度修正Map得到；
所述的大气压力修正喷油量是基于基准喷油量和大气压力通过查大气压力修正Map得到；
所述的DPF压差修正喷油量是基于基准喷油量和DPF压差通过查DPF压差修正Map得到。
修正喷油量计算的第一实施例：
基于温度差的Kp为0.5；
基于排气流量的Kp为0.8；
DPF入口温度偏差为20℃；
P项喷油量＝(0.5+0.8)x20＝26mg/s；
基于温度差的Ki为1；
基于排气流量的Ki为0.75；
DPF入口温度偏差为20℃；
I项喷油量为随时间及DPF入口温度偏差不断累积变化的量；
环境温度修正喷油量为40mg/s；
大气压力修正喷油量为40mg/s；
DPF压差修正喷油量为0mg/s；
修正喷油量为根据时间及DPF入口温度偏差不断变化的量；
所述的总喷油量＝基准喷油量+修正喷油量。
所述总喷油量为当DPF需要再生时，需要额外喷射至排气管中的燃油量，该部分计算是在DCU内部完成，并由DCU驱动燃油喷嘴104将燃油喷入排气管；根据发动机以及车辆的实际运行工况，实时进行DOC及DPF的温度监控，实时评估和计算DOC及DPF的温度数据，同时依据车辆运行工况对DPF再生过程的影响进行限期预判，并根据预判结果对燃油喷嘴104的总喷油量进行先期控制，即在DPF温度场出现变化之前就开始增加或者减少总喷油量的操作；
所述的总喷油量的范围，取决于所适配的发动机排量大小、车型情况、后处理封装结构等因素。
用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法所采用的装置，包括基准喷油量计算模块，以发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温和DPF前排温为基础，用于计算基准喷油量；
修正喷油量计算模块，以DPF压差、发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温、DPF前排温、环境温度和大气压力为基础，用于计算修正喷油量；
总喷油量计算模块，用于计算总喷油量，从而达到控制DPF前端温度的目的，安全可靠性好。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法，其特征是：包括计算基准喷油量，计算修正喷油量，以及计算总喷油量；
所述的基准喷油量＝(DPF前目标温度-DOC前排温)x{[排气流量+(排气流量修正值x车速修正值)]x0.00654}；
所述的修正喷油量＝P项喷油量+I项喷油量+环境温度修正喷油量+大气压力修正喷油量+DPF压差修正喷油量；
所述的总喷油量＝基准喷油量+修正喷油量。
2.根据权利要求1所述的用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法，其特征是：所述的DPF前目标温度为600℃；所述的DOC前排温是通过DOC前温度传感器(105)读到的的温度值；所述的排气流量根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量Map得到；所述的排气流量修正值根据当前发动机转速及发动机扭矩信息通过查排气流量修正Map得到；所述的车速修正值根据当前车辆运行的车速信息通过查排气流量车速修正曲线得到；所述的0.00654为与燃油及排气特性相关的定值常数。
3.根据权利要求1所述的用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法，其特征是：
所述的P项喷油量＝(基于温度差的Kp+基于排气流量的Kp)xDPF入口温度偏差；所述的基于温度差的Kp是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Kp曲线得到；所述的基于排气流量的Kp是基于排气流量通过查基于排气流量的Kp曲线得到；所述的DPF入口温度偏差＝DPF前目标温度-DPF前排温；
所述的I项喷油量＝∫[(基于温度差的Ki+基于排气流量的Ki)xDPF入口温度偏差]dt；所述的基于温度差的Ki是基于DPF入口温度偏差通过查基于温度差的Ki曲线得到；所述的基于排气流量的Ki是基于排气流量通过查基于排气流量的Ki曲线得到；
所述的环境温度修正喷油量是基于基准喷油量和环境温度通过查环境温度修正Map得到；
所述的大气压力修正喷油量是基于基准喷油量和大气压力通过查大气压力修正Map得到；
所述的DPF压差修正喷油量是基于基准喷油量和DPF压差通过查DPF压差修正Map得到。
4.根据权利要求1所述的用于颗粒过滤捕集装置再生阶段温度控制的计算方法所采用的装置，其特征是：包括基准喷油量计算模块，以发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温和DPF前排温为基础，用于计算基准喷油量；
修正喷油量计算模块，以DPF压差、发动机转速、发动机扭矩、DOC前排温、DPF前排温、环境温度和大气压力为基础，用于计算修正喷油量；
总喷油量计算模块，用于计算总喷油量，从而达到控制DPF前端温度。
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