CN109356698B - 一种dpf自适应主动再生控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统，在DPF中累积的灰分改变了DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系的情况下，通过DPF主动再生时DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整，使DPF再生时的碳载量收敛到预设碳载量，始终保持在恰当的再生时机对DPF进行主动再生，从而降低DPF再生油耗，提高DPF的可靠性与耐久性。

Description

一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统

技术领域

本发明实施例涉及内燃机排气后处理技术领域，更具体地，涉及一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统。

背景技术

柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是柴油机满足排放法规要求的必备后处理装置。DPF通过物理过滤的方式对柴油机排气中的颗粒物(ParticulateMatter，PM)进行捕集，降低柴油机的PM排放。随着颗粒物在DPF孔道中的累积，DPF的压降会越来越大，这会增大发动机的排气背压，恶化发动机的油耗，严重时甚至会直接堵塞排气管，导致发动机损坏。因此，在DPF使用过程中，一般需要周期性地对DPF执行再生操作，以将DPF中累积的碳烟氧化去除，使DPF的流动阻力控制在合理的范围内，保证发动机和DPF的正常工作。

目前，发动机颗粒捕集器DPF的再生技术从再生方式上可分为被动式再生和主动式再生。被动式再生是利用可能存在的发动机的高速高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧，但因为用户使用发动机的模式是不确定的，所以这种方式不能够排除DPF堵塞故障，特别是对于车用柴油发动机，这种工况出现的概率非常低，基本上难以有效再生DPF。主动式再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF中颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门系统。

在DPF主动再生控制过程中，DPF再生时机的判断是DPF主动再生控制中的一个重要环节。DPF过早地再生，将导致DPF再生频繁，因DPF再生消耗的燃油增加，降低发动机的燃油经济性。而DPF延迟再生则会因为再生时DPF中累积的碳烟过多，碳烟氧化燃烧过于剧烈，释放热量的速度过快，导致DPF内部温度过高，烧毁过滤载体，降低DPF的可靠性与耐久性。因此，在DPF主动再生控制过程中，一般会建立DPF碳载量的预测模型，对DPF中的碳载量进行实时估计。当DPF中的碳载量达到预设的碳载量时，即对DPF执行再生操作。

现有的DPF碳载量预测模型一般是通过预先标定好的DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系，通过压差传感器测得的DPF前后的压差，结合发动机排气流量及DPF入口温度，对DPF中的碳载量进行估计。然而，DPF再生时，DPF中累积的PM中的灰分成分无法通过再生的方式去除，随着DPF使用时长的增加，灰分会在DPF中不断累积，并改变DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，从而导致DPF碳载量预测模型对DPF碳载量的错误估计，使DPF过早或延迟再生。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统。

第一个面，本发明实施例提供了一种DPF自适应主动再生控制方法，包括：

基于柴油机颗粒捕集器DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值，调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使每次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量；

基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF碳载量达到预设碳载量时，对DPF进行下一次DPF主动再生。

第二个面，本发明实施例提供了一种DPF自适应主动再生控制装置，包括：

DPF模型模块，用于基于发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，对DPF出口温度进行实时估计，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

DPF碳载量模型模块，用于基于发动机排气流量、DPF压差及DPF入口温度信息，利用预先标定的DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，实时预测DPF的碳载量；

自适应算法模块，用于基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型，以使下次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量收敛至预设碳载量；

DPF再生控制模块，用于基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF中碳载量达到预设碳载量时，对DPF执行DPF主动再生操作。

第三方面，本发明实施例提供了一种DPF自适应主动再生控制系统，包括如本发明实施例第三方面所述的DPF自适应主动再生控制装置。

本发明实施例提出一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统，在DPF中累积的灰分改变了DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系的情况下，通过DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整，使DPF再生时的碳载量收敛到预设碳载量，始终保持在恰当的再生时机对DPF进行主动再生，从而降低DPF再生油耗，提高DPF的可靠性与耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的DPF自适应主动再生控制方法示意图；

图2为根据本发明实施例的DPF自适应主动再生控制装置示意图；

图3为根据本发明实施例的DPF自适应主动再生控制系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

DPF主动再生一般是通过喷油助燃的方式实现。当DPF需要再生时，通过柴油机缸内后喷或直接往排气管中喷射柴油的方式在排气管中形成大量的碳氢化合物(Hydrocarbon，HC)，HC在柴油机氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst，DOC)中氧化放热，将DPF入口的气流温度提高到600℃以上，DPF中累积的碳烟在高温下氧化燃烧成气态物质排出，从而实现DPF的再生。

DPF再生时机的判断是DPF主动再生控制中的一个重要环节。DPF过早地再生，将导致DPF再生频繁，因DPF再生消耗的燃油增加，降低发动机的燃油经济性。而DPF再生延迟则会因为再生时DPF中累积的碳烟过多，碳烟氧化燃烧过于剧烈，释放热量的速度过快，导致DPF内部温度过高，烧毁过滤载体，降低DPF的可靠性与耐久性。因此，在DPF主动再生控制过程中，一般会建立DPF碳载量的预测模型，对DPF中的碳载量进行实时估计。当DPF中的碳载量达到预设的碳载量时，即对DPF执行再生操作。

现有的DPF碳载量预测模型一般是通过预先标定好的DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系，通过压差传感器测得的DPF前后的压差，结合发动机排气流量及DPF入口温度，对DPF中的碳载量进行估计。然而，DPF再生时，DPF中累积的PM中的灰分成分无法通过再生的方式去除，随着DPF使用时长的增加，灰分会在DPF中不断累积，并改变DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，从而导致DPF碳载量预测模型对DPF碳载量的错误估计，使DPF过早或延迟再生。

针对现有技术中的上述缺陷，本发明是实施例在DPF中累积的灰分改变了DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系的情况下，对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整，使DPF再生时的碳载量收敛到预设碳载量，始终保持在恰当的再生时机对DPF进行再生。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

如图1所示，本实施例中示出了一种DPF自适应主动再生控制方法，包括：

S12、基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使每次DPF再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量；

S13、基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF中碳载量达到预设碳载量时，对DPF进行下一次主动再生。

在本实施例中，通过在DPF主动再生过程中，根据DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值对DPF碳载量预测模型进行调整，例如，随着DPF使用时长的增加，灰分会在DPF中不断累积，并改变DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，从而导致DPF碳载量预测模型对DPF碳载量的错误估计，使DPF过早或延迟再生；在本实施例中，通过DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值对DPF碳载量预测模型进行自适应调整、修正，以使下次DPF再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量收敛至预设碳载量；本实施例能够使DPF再生时的DPF碳载量收敛到预设碳载量，始终保持在恰当的再生时机对DPF进行再生，从而降低DPF再生油耗，提高DPF的可靠性与耐久性。

在上述各实施例的基础上，调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型前，还包括：

基于发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，对DPF出口温度进行实时估计，获得DPF再生时DPF出口温度预测值；

具体的，根据能量守恒原理、碳烟在DPF中氧化的化学反应动力学方程、DPF传热传质方程建立方程组，通过解方程组实时预测DPF主动再生时的DPF出口温度，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

通过温度传感器测得DPF出口温度实测值。

在本实施例中，通过从发动机控制单元中读取到的发动机排气流量信息、发动机油耗信息、及DPF前温度传感器测量到的DPF入口温度信息，对DPF再生时DPF出口处的温度进行实时估计，得到DPF出口温度预测值；DPF出口温度预测值与DPF后温度传感器实时测量的DPF出口温度实测值进行对比，通过两者的差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整。

在本实施例中，通过通过DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值，通过该温度差值对DPF碳载量预测模型进行自适应修正，使DPF在后续的再生事件中，再生时的碳载量收敛到预设碳载量。

在上述各实施例的基础上，上述DPF碳载量预测模型为：

基于发动机排气流量、DPF压差及DPF入口温度信息，利用预先标定并存储在控制器ROM中的DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，实时预测DPF的碳载量。

在上述各实施例的基础上，调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型前，还包括：

以DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值及预设DPF碳载量为样本，结合上述DPF碳载量预测模型进行训练，得到DPF碳载量预测模型调整系数；

上述调整系数用于调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型，以使每次DPF再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量。

在本实施例中，通过大量样本进行统计训练，最终得到用于调整DPF碳载量预测模型的调整系数，以根据本实施例中的温度差值对的DPF碳载量预测模型进行自适应调整，以使每次DPF再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量。使DPF在后续的再生事件中，再生时的DPF碳载量收敛到预设碳载量。

在上述各实施例的基础上，调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型，具体包括：

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为负值，则基于上述调整系数自适应调整DPF碳载量预测模型中的系数，使调整后DPF碳载量预测模型的预测结果小于调整前DPF碳载量预测模型的预测结果，且收敛至DPF碳载量实际值；

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为正值，则基于上述调整系数自适应调整DPF碳载量预测模型中的系数，使调整后DPF碳载量预测模型的预测结果大于调整前DPF碳载量预测模型的预测结果，且收敛至DPF碳载量实际值。

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为零，则不调整上述DPF碳载量预测模型。

如图2所示，在本实施例中，基于以上各实施例中方法上述的DPF自适应主动再生控制方法，还提供了一种DPF自适应主动再生控制装置，如图2所示，DPF自适应主动再生控制装置2，其中，DPF自适应主动再生控制装置2包括DPF模型模块10、DPF碳载量模型模块12、自适应算法模块11、DPF再生控制模块13，其中：

所述DPF碳载量模型模块12包括用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型；

DPF模型模块10，用于基于发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，对DPF出口温度进行实时估计，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；具体的，根据能量守恒原理、碳烟在DPF中氧化的化学反应动力学方程、DPF传热传质方程建立方程组，通过解方程组实时预测DPF主动再生时的DPF出口温度，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

自适应算法模块11基于DPF主动再生过程中，DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使每次DPF再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量；

DPF再生控制模块13基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF中碳载量达到预设碳载量时，对DPF进行下一次主动再生；

DPF碳载量模型模块12基于发动机排气流量、DPF压差及DPF入口温度信息，利用预先标定并存储在控制器ROM中的DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，结合自适应算法模块更新的修正系数，实时预测DPF的碳载量。

具体的，在本实施例中，如图3所示，本实施例中的DPF自适应主动再生控制系统示意图，DOC前温度传感器4用于监测DOC入口温度，图中的DPF再生控制模块13通过从发动机控制单元1中读取的发动机排气流量信息、DPF前温度传感器5测得的DPF入口温度、及DPF压差传感器6测得的DPF压差对DPF中的碳载量进行实时估计，当其估计的DPF碳载量达到预设的DPF主动再生碳载量时(即预设碳载量)，DPF再生控制模块13对DPF执行主动再生操作，命令柴油喷嘴3往发动机排气管中喷射一定量的柴油，柴油在DOC8中催化氧化释放热量，将DPF入口处的温度提高到600℃以上，DPF9开始主动再生。自适应主动再生控制装置2中的DPF模型模块10通过从发动机控制单元1中读取到的发动机排气流量信息和发动机油耗信息、及DPF前温度传感器5测量到的DPF入口温度信息，对DPF再生时DPF出口处的温度进行实时估计，得到DPF出口温度预测值。自适应主动再生控制装置2中的自适应算法模块11将DPF模型模块10估计的DPF出口温度预测值与DPF后温度传感器7实时测量的DPF出口温度实测值进行对比，通过两者的差值对DPF碳载量模型模块12中的DPF碳载量预测模型进行自适应的调整。DPF再生控制模块13通过调整后的DPF碳载量预测模型确定DPF下一次主动再生的时机，对DPF执行主动再生操作。如此循环，DPF每主动再生一次，自适应算法模块11对DPF碳载量预测模型进行一次自适应的调整，从而使DPF再生时的DPF碳载量收敛到预设碳载量，始终保持DPF在恰当的再生时机对DPF进行主动再生。

综上所述，本发明实施例提出了一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统，在DPF中累积的灰分改变了DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系的情况下，通过DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整，使DPF再生时的碳载量收敛到预设碳载量，始终保持在恰当的再生时机对DPF进行主动再生，从而降低DPF再生油耗，提高DPF的可靠性与耐久性。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种DPF自适应主动再生控制方法，其特征在于，包括：

基于柴油机颗粒捕集器DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值，调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使每次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量都收敛至预设碳载量；其中，DPF出口温度预测值与DPF后温度传感器实时测量的DPF出口温度实测值进行对比，通过两者的差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整；

基于发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，根据能量守恒原理、碳烟在DPF中氧化的化学反应动力学方程、DPF传热传质方程建立方程组，通过解方程组实时预测DPF主动再生时的DPF出口温度，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF碳载量达到预设碳载量时，对DPF进行下一次主动再生；

其中，基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型前，还包括：

基于自适应算法，以DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值及预设DPF碳载量为样本，结合所述DPF碳载量预测模型进行训练，得到DPF碳载量预测模型调整系数；

所述调整系数用于调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使下次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量收敛至预设碳载量。

2.根据权利要求1所述的DPF自适应主动再生控制方法，其特征在于，基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型前，还包括：

通过温度传感器测得DPF出口温度实测值。

3.根据权利要求1所述的DPF自适应主动再生控制方法，其特征在于，所述DPF碳载量预测模型为：

基于发动机排气流量、DPF压差及DPF入口温度信息，利用预先标定的DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，实时预测DPF碳载量。

4.根据权利要求1所述的DPF自适应主动再生控制方法，其特征在于，基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，具体包括：

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为负值，则基于所述调整系数自适应调整DPF碳载量预测模型中的系数，使调整后DPF碳载量预测模型的预测结果小于调整前DPF碳载量预测模型的预测结果，且收敛至DPFDPF碳载量实际值；

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为正值，则基于所述调整系数自适应调整DPF碳载量预测模型中的系数，使调整后DPF碳载量预测模型的预测结果大于调整前DPF碳载量预测模型的预测结果，且收敛至DPFDPF碳载量实际值；

若DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值为零，则不调整所述DPF碳载量预测模型。

5.一种DPF自适应主动再生控制装置，其特征在于，包括：

DPF模型模块，用于基于发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，对DPF出口温度进行实时估计，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

DPF碳载量模型模块，用于基于发动机排气流量、DPF压差及DPF入口温度信息，利用预先标定的DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，实时预测DPF的碳载量；

DPF模型模块，用于从发动机控制单元中读取发动机排气流量、发动机油耗、DPF入口温度信息，根据能量守恒原理、碳烟在DPF中氧化的化学反应动力学方程、DPF传热传质方程建立方程组，通过解方程组实时预测DPF主动再生时的DPF出口温度，获得DPF主动再生时DPF出口温度预测值；

自适应算法模块，用于基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测碳载量的DPF碳载量预测模型，以使下次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量收敛至预设碳载量；其中，DPF出口温度预测值与DPF后温度传感器实时测量的DPF出口温度实测值进行对比，通过两者的差值对DPF碳载量预测模型进行自适应的调整；

DPF再生控制模块，用于基于调整后DPF碳载量预测模型预测到DPF中碳载量达到预设碳载量时，对DPF执行主动再生操作；

其中，基于DPF主动再生过程中DPF出口温度预测值与DPF出口温度实测值的温度差值调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型前，还包括：

基于自适应算法，以DPF出口温度预测值和DPF出口温度实测值的温度差值及预设DPF碳载量为样本，结合所述DPF碳载量预测模型进行训练，得到DPF碳载量预测模型调整系数；

所述调整系数用于调整用于预测DPF碳载量的DPF碳载量预测模型，以使下次DPF主动再生时，DPF碳载量预测模型预测的DPF碳载量收敛至预设碳载量。

6.根据权利要求5所述的DPF自适应主动再生控制装置，其特征在于，所述DPF模型模块，还包括：通过温度传感器测得DPF出口温度实测值。

7.一种DPF自适应主动再生控制系统，其特征在于，包括如权利要求5至6任一所述的DPF自适应主动再生控制装置。

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