CN109184872B - 一种基于碳载量的柴油机dpf再生时机的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，包括如下步骤：计算基于模型的碳烟存储质量M₁；计算基于流动阻力的碳烟质量M₂；根据发动机运行工况在M₁和M₂之间进行选择，得到最终碳烟质量M；最终碳烟质量M与再生阀值判断是否启动喷油器。计算修正后原机碳烟质量流量M₁₁；计算DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂；计算DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃；根据发动机的转速、扭矩查询原机碳烟排放MAP图，得到对应的原机碳烟质量流量M₁₀；本发明可以弥补了传统的单一使用压差传感器进行碳载量估算的缺陷。

Description

一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法

技术领域

本发明涉及柴油机后处理系统DPF颗粒捕集再生领域，特别涉及一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法。

背景技术

环保法规对尾气中的颗粒物的粒径、数量均提出了严苛的要求，为了减少排气中的颗粒物，必须要在后处理系统中引入颗粒捕捉器DPF技术。柴油机颗粒捕捉器DPF净化效率高，是目前最有效的颗粒净化技术，也是应用最广泛的后处理技术之一。DPF的工作循环包括过滤阶段和再生阶段，过滤阶段时颗粒物被载体内壁拦截进而沉降在DPF内部，随着发动机运行时间的增加，聚集在颗粒捕集器内部的颗粒物数目越来越多，直接导致排气背压升高，当压降达到16-20kPa时会严重影响发动机的动力性和燃油经济性。此时为恢复至最佳状态，需要转入DPF的再生阶段。相应地，DPF控制策略需要解决的两个问题分别是再生时间的判断和再生策略的选择。如果再生时间过早，碳烟沉积量少，则再生不完全、再生频率过高；再生过迟，碳烟沉积量高，再生过程中可能会导致载体发生烧熔现象。

通过压差传感器可以间接测量出DPF内部的碳载量，但压差传感器测量值的大小不仅仅与碳载量有关，还与排气流量、排气温度有关，使用压差传感器间接估算碳载量需要综合考虑以上相关因素。另外，考虑到压差传感器的在小排气流量下偏差较大，往往使通过压差传感器估算得到的碳载量有很大的偏差，从而会导致DPF再生时机不够准确。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，弥补了传统的单一使用压差传感器进行碳载量估算的缺陷。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，包括如下步骤：

计算基于模型的碳烟存储质量M₁；

计算基于流动阻力的碳烟质量M₂；

根据发动机运行工况在M₁和M₂之间进行选择，得到最终碳烟质量M；

最终碳烟质量M与再生阈值判断是否启动喷油器。

进一步，所述基于模型的碳烟存储质量M₁的计算包括如下步骤：

计算修正后原机碳烟质量流量M₁₁；

计算DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂；

计算DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃；

M₁＝M₁₁-M₁₂-M₁₃。

进一步，所述修正后原机碳烟质量流量M₁₁的计算包括如下步骤：

根据发动机的转速、扭矩查询原机碳烟排放MAP图，得到对应的原机碳烟质量流量M₁₀；

根据发动机转速和扭矩查询EGR修正MAP得到EGR率对碳烟的修正量K₁；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正表得到空燃比变化率对碳烟的修正量K₂；

M₁₁＝M₁₀*K₁*K₂*η，其中η为DPF捕集效率。

进一步，所述DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂的计算包括如下步骤：

根据DPF载体内部温度查询反应速率表获得当前温度下碳和氧气的反应速率；

根据DPF内的碳载量得到实时碳载量修正因子K₃；

将DPF内部实时碳载量、实时碳载量修正因子K₃、所述碳和氧气的反应速率相乘计算得到所述DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂。

进一步，所述DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃的计算包括如下步骤：

根据发动机转速和扭矩查询原机NOx排放MAP得到排气中NOx质量流量；

根据发动机转速和扭矩查询NO₂成份MAP得到排气中NO₂/NO_X质量流量；

将得到的NOx质量流量和NO₂/NO_X质量流量相乘得到排气中NO₂的质量流量，积分计算后得出单位时间流经DPF内部的NO₂质量；

根据被动再生的化学反应方程式理论计算得到的碳烟质量消耗值；

根据DPF内部温度查询温度对被动再生反应速率修正MAP得到温度修正因子K₄；

根据DPF内部实时碳载量查询碳载量对被动再生反应速率修正MAP得到碳载量修正因子K₅；

将理论计算得到的所述碳烟质量消耗值、所述温度修正因子K₄和所述碳载量修正因子 K₅进行相乘计算得到DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃。

进一步，所述基于流动阻力的碳烟质量M₂的计算包括如下步骤：根据发动机的转速、扭矩和DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀查询碳烟质量MAP，得到流动阻力的碳烟质量M₂；

进一步，所述DPF两端压差值的计算包括如下步骤：

根据发动机排气流量查询流量对压差的修正表得到流量修正因子K₈；

根据温度传感器示值查询温度对压差修正表得到温度修正因子K₉；

根据DPF内部灰分量查询灰分对压差的修正表得到灰分修正因子K₁₀；

将流量修正因子K₈、温度修正因子K₉、灰分修正因子K₁₀和DPF内的实时排气压差△P 通过DPF两端压差计算模块输出DPF两端压差修正值△P₁，△P₁＝K₈*K₉*K₁₀*△P；

利用未经使用过的标准DPF进行空载参数标定，所述空载参数包括排气流量、DPF前后压差、入口温度和入口压力；通过查表便得到空载状态下各参数对应的DPF内部空载压差△P₂；

DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀＝△P₁-△P₂。

进一步，所述DPF内部灰分量的计算包括如下步骤：

根据发动机转速，喷油量得到灰分的理论计算值；

根据发动机转速和喷油量查询EGR修正MAP得到EGR率对灰分的修正因子K₆；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正MAP得到空燃比变化率对灰分的修正因子K₇；

将EGR率对灰分的修正因子K₆、空燃比变化率对灰分的修正因子K₇和所述灰分的理论计算值进行相乘得到所述DPF内部灰分量。

进一步，所述最终碳烟质量M的计算包括如下步骤：

当V＜V₁或压差传感器故障报警或DPF入口的排气温度T₁处于250℃-350℃时，所述最终碳烟质量M＝M₁；否则，M＝max(M₁，M₂)；其中，V为发动机排气流量；V₁为预先标定出的传感器响应范围要求的流量下限。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，通过补充了在排气流量较小时压差传感器测量不敏感工况下的基于模型的碳载量估计法，得到了一种适应于全工况下的再生时机判断方法。

2.本发明所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，通过工况条件判断，在M₁和M₂均试用的情况下采用保守估计选取两者的最大值与再生阈值进行比较判断作为是否开始主动再生的依据，可以提高发动机的燃油经济性。

3.本发明所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，在使用基于流动阻力的碳载量估算方法时，充分考虑了灰分对碳载量估计的偏差影响，估算结果更加可靠。

附图说明

图1为本发明所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法的流程图。

图2为本发明所述的最终碳烟质量M逻辑计算图。

图3为本发明所述的修正后原机碳烟质量流量M₁₁逻辑计算图。

图4为本发明所述的DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂逻辑计算图。

图5为本发明所述的DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃逻辑计算图。

图6为本发明所述的DPF内部灰分量逻辑计算图。

图7为本发明所述的基于流动阻力的碳烟质量M₂逻辑计算图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，包括如下步骤：

计算基于模型的碳烟存储质量M₁，包括如下步骤：

计算修正后原机碳烟质量流量M₁₁，如图3所示，包括如下步骤：

根据发动机的转速、扭矩查询原机碳烟排放MAP图，得到对应的原机碳烟质量流量M₁₀；

根据发动机转速和扭矩查询EGR修正MAP得到EGR率对碳烟的修正量K₁；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正表得到空燃比变化率对碳烟的修正量K₂；

M₁₁＝M₁₀*K₁*K₂*η，其中η为DPF捕集效率。

计算DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂，温度高于460℃时发生的主动再生反应，主动再生反应包括：O₂+C→CO₂，如图4所示，包括如下步骤：

根据DPF载体内部温度查询反应速率表获得当前温度下碳和氧气的反应速率；

根据DPF内的碳载量得到实时碳载量修正因子K₃；

将DPF内部实时碳载量、实时碳载量修正因子K₃、所述碳和氧气的反应速率相乘计算得到所述DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂。

计算DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃，所述被动再生反应发生的温度需要大于250℃，所述被动再生反应包括：2NO₂+C→2NO+CO₂，如图5所示，包括如下步骤：

根据发动机转速和扭矩查询原机NOx排放MAP得到排气中NOx质量流量；

根据发动机转速和扭矩查询NO₂成份MAP得到排气中NO₂/NO_X质量流量；

将得到的NOx质量流量和NO₂/NO_X质量流量相乘得到排气中NO₂的质量流量，积分计算后得出单位时间流经DPF内部的NO₂质量；

将上述NO₂质量和C与NO₂的摩尔比进行相乘计算得到的碳烟质量消耗值；

根据DPF内部温度查询温度对被动再生反应速率修正MAP得到温度修正因子K₄；

根据DPF内部实时碳载量查询碳载量对被动再生反应速率修正MAP得到碳载量修正因子K₅；

将理论计算得到的所述碳烟质量消耗值、所述温度修正因子K₄和所述碳载量修正因子 K₅进行相乘计算得到DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃。

M₁＝M₁₁-M₁₂-M₁₃。

计算基于流动阻力的碳烟质量M₂，包括如下步骤：根据发动机的转速、扭矩和DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀查询碳烟质量MAP，得到流动阻力的碳烟质量M₂；

如图7所示，所述DPF两端压差值的计算包括如下步骤：

根据发动机排气流量查询流量对压差的修正表得到流量修正因子K₈；

根据温度传感器示值查询温度对压差修正表得到温度修正因子K₉；

根据DPF内部灰分量查询灰分对压差的修正表得到灰分修正因子K₁₀；

将流量修正因子K₈、温度修正因子K₉、灰分修正因子K₁₀和DPF内的实时排气压差△P 通过DPF两端压差计算模块输出DPF两端压差修正值△P₁，△P₁＝K₈*K₉*K₁₀*△P；

利用未经使用过的标准DPF进行空载参数标定，所述空载参数包括排气流量、DPF前后压差、入口温度和入口压力；通过查表便得到空载状态下各参数对应的DPF内部空载压差△ P₂；

DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀＝△P₁-△P₂。

如图6所示，所述DPF内部灰分量的计算包括如下步骤：

根据发动机转速，喷油量得到灰分的理论计算值；

根据发动机转速和喷油量查询EGR修正MAP得到EGR率对灰分的修正因子K₆；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正MAP得到空燃比变化率对灰分的修正因子K₇；

将EGR率对灰分的修正因子K₆、空燃比变化率对灰分的修正因子K₇和所述灰分的理论计算值进行相乘得到所述DPF内部灰分量。

根据发动机运行工况在M₁和M₂之间进行选择，得到最终碳烟质量M，具体为：

当V＜V₁或压差传感器故障报警或DPF入口的排气温度T₁处于250℃-350℃时，所述最终碳烟质量M＝M₁；否则，M＝max(M₁，M₂)；其中，V为发动机排气流量；V₁为预先标定出的传感器响应范围要求的流量下限。此处的压差传感器故障报警包括传感器信号超限，传感器自身故障等。

最终碳烟质量M与再生阈值判断是否启动喷油器。当碳烟质量M大于再生阈值，则当前碳载量满足主动再生的需求，启动喷油器。否则，进入下次的判断。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算基于模型的碳烟存储质量M₁；

计算基于流动阻力的碳烟质量M₂，包括如下步骤：根据发动机的转速、扭矩和DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀查询碳烟质量MAP，得到流动阻力的碳烟质量M₂；

所述DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀的计算包括如下步骤：

根据发动机排气流量查询流量对压差的修正表得到流量修正因子K₈；

根据温度传感器示值查询温度对压差修正表得到温度修正因子K₉；

根据DPF内部灰分量查询灰分对压差的修正表得到灰分修正因子K₁₀；

所述DPF内部灰分量的计算包括如下步骤：

根据发动机转速，喷油量得到灰分的理论计算值；

根据发动机转速和喷油量查询EGR修正MAP得到EGR率对灰分的修正因子K₆；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正MAP得到空燃比变化率对灰分的修正因子K₇；

将EGR率对灰分的修正因子K₆、空燃比变化率对灰分的修正因子K₇和所述灰分的理论计算值进行相乘得到所述DPF内部灰分量；

将流量修正因子K₈、温度修正因子K₉、灰分修正因子K₁₀和DPF内的实时排气压差△P通过DPF两端压差计算模块输出DPF两端压差修正值△P₁，△P₁＝K₈*K₉*K₁₀*△P；

利用未经使用过的标准DPF进行空载参数标定，所述空载参数包括排气流量、DPF前后压差、入口温度和入口压力；通过查表便可以得到空载状态下各参数对应的DPF内部空载压差△P₂；

DPF内部碳烟存在造成的排气净压差△P₀＝△P₁-△P₂；

根据发动机运行工况在M₁和M₂之间进行选择，得到最终碳烟质量M；

最终碳烟质量M与再生阈值判断是否启动喷油器。

2.根据权利要求1所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，所述基于模型的碳烟存储质量M₁的计算包括如下步骤：

计算修正后原机碳烟质量流量M₁₁；

计算DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂；

计算DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃；

M₁＝M₁₁-M₁₂-M₁₃。

3.根据权利要求2所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，所述修正后原机碳烟质量流量M₁₁的计算包括如下步骤：

根据发动机的转速、扭矩查询原机碳烟排放MAP图，得到对应的原机碳烟质量流量M₁₀；

根据发动机转速和扭矩查询EGR修正MAP得到EGR率对碳烟的修正量K₁；

根据原机稳态空燃比和瞬态空燃比的变化值查询空燃比修正表得到空燃比变化率对碳烟的修正量K₂；

M₁₁＝M₁₀*K₁*K₂*η，其中η为DPF捕集效率。

4.根据权利要求2所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，所述DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂的计算包括如下步骤：

根据DPF载体内部温度查询反应速率表获得当前温度下碳和氧气的反应速率；

根据DPF内的碳载量得到实时碳载量修正因子K₃；

将DPF内部实时碳载量、实时碳载量修正因子K₃、所述碳和氧气的反应速率相乘计算得到所述DPF内部发生的主动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₂。

5.根据权利要求2所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，所述DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃的计算包括如下步骤：

根据发动机转速和扭矩查询原机NOx排放MAP得到排气中NOx质量流量；

根据发动机转速和扭矩查询NO₂成份MAP得到排气中NO₂/NO_X质量流量；

将得到的NOx质量流量和NO₂/NO_X质量流量相乘得到排气中NO₂的质量流量，积分计算后得出单位时间流经DPF内部的NO₂质量；

根据被动再生的化学反应方程式理论计算得到的碳烟质量消耗值；

根据DPF内部温度查询温度对被动再生反应速率修正MAP得到温度修正因子K₄；

根据DPF内部实时碳载量查询碳载量对被动再生反应速率修正MAP得到碳载量修正因子K₅；

将理论计算得到的所述碳烟质量消耗值、所述温度修正因子K₄和所述碳载量修正因子K₅进行相乘计算得到DPF内部发生的被动再生反应消耗掉的碳烟质量流量M₁₃。

6.根据权利要求1所述的基于碳载量的柴油机DPF再生时机的判断方法，其特征在于，所述最终碳烟质量M的计算包括如下步骤：

当V＜V₁或压差传感器故障报警或DPF入口的排气温度T₁处于250℃-350℃时，所述最终碳烟质量M＝M₁；否则，M＝max(M₁，M₂)；其中，V为发动机排气流量；V₁为预先标定出的传感器响应范围要求的流量下限。

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