CN109736924A - 一种基于dpf后处理控制的柴油机排气流量统计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，包括测量与获取单元、在线观测单元、计算单元，所述第一压降的计算公式为其中u为拟合系数常量，α和β为指数常量，以及为排气质量流量；以及K为排气相对参考温度；所述u、α和β采用最小二乘法求解得到。本发明解决了DPF下游排气管路的压降被忽略的问题，本发明提供了以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF下游排气管路的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF排气体积流量，有利于降低对DPF碳载量水平的估计误差，促进DPF安全和可靠再生。
Description
技术领域
本发明属于柴油机发动机的技术领域，具体涉及一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统。
背景技术
柴油机颗粒物捕集器(以下简称DPF)因其高捕集效率已成为降低柴油机尾气排放中颗粒物质量(PM)和数量(PN)的必不可少的后处理技术。DPF采用壁流式设计，通过将排气中的颗粒物捕集在过滤体多孔介质表面或者沉积壁面上来实现清除颗粒物目的。然而，随着发动机运行，过量的颗粒物的累积会引起发动机排气背压升高，导致发动机动力性和经济性能恶化，以及DPF堵塞等。因此，当DPF累积的碳烟负载量(以下简称碳载量)达到安全再生限值时，需要对DPF实施主动再生，恢复排气背压。
根据DPF上游端和下游端的排气压差信号，以及流经DPF的排气流量大小，可估算DPF内的碳载量水平。流经DPF的柴油机排气流量可以通过安装在DPF上游的排气压力传感器信号并计算得到。然而，在一般的工程应用中，该排气压力传感器因实施成本等考虑往往被取消。因此，这种情况下在计算或获取DPF排气流量的过程中，DPF下游排气管路的压降被忽略。这使得计算或获取的DPF排气流量与实际情况存在较大差别，基于该排气流量大小和压差信号估算的DPF碳载量也存在较大误差，从而影响对DPF的主动再生控制，甚至有可能导致再生风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，旨在解决上述问题中DPF下游排气管路的压降被忽略的问题，本发明的在线观测单元中以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF下游排气管路的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF排气体积流量，有利于降低对DPF碳载量水平的估计误差，促进DPF安全和可靠再生。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，包括测量与获取单元、在线观测单元、计算单元，所述测量与获取单元用于测量并获取排气系统参数和大气环境参数；所述在线观测单元用于对测量与获取单元提供的参数进行实时在线观测，并根据提供的参数计算得到第一压降；所述计算单元根据测量与获取单元提供的参数以及在线观测单元提供的第一压降，计算得到DPF排气体积流量；所述第一压降的计算公式如下：
其中，u为拟合系数常量，α和β为指数常量，以及为排气质量流量；以及K为排气相对参考温度；所述u、α和β采用最小二乘法求解得到。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述α为1～2，所述β为1～2。所述第一压降的公式是通过采用压力传感器检测DPF下游排气管路的压降，然后对应测量排气质量流量、排气相对参考温度，通过对数据的优化拟合得到公式(1)。其中优化拟合的处理方法为现有技术且不是本发明的改进点，故不再赘述。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述排气系统参数包括发动机的新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量参数、以及DPF上、下游端排气温度和DPF两端排气压差的参数。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述排气质量流量由发动机新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量求和得到；所述排气相对参考温度由DPF下游端排气温度和环境温度相除得到。
为了更好的实现本发明，进一步的，测量DPF两端的压差信号，得到发动机排气在DPF上游排气温度下的第二压降；所述第一压降、第二压降以及大气环境压力求和得到上游排气压力。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述计算单元根据DPF床温、上游排气压力和排气质量流量，并基于气体状态方程计算得到流经DPF的排气体积流量。
为了更好的实现本发明，进一步的，包括依次连接的柴油发动机、DPF、消声器，还包括发动机ECU控制单元、设置在柴油发动机前端的空气流量传感器、设置在DPF前端的上游排气管上的上游端排气温度传感器、设置在DPF后端的下游排气管上的下游端排气温度传感器、连接DPF两端的压差传感器；所述发动机ECU控制单元分别连接DPF、柴油发动机、消声器、空气流量传感器、上游端排气温度传感器、下游端排气温度传感器、压差传感器。
本发明中的测量与获取单元、在线观测单元以及计算单元可以单独作为独立的控制装置进行运行处理，同时也可以设置在发动机ECU控制单元中进行运行处理，不局限于单一的方式。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF下游排气管路的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF排气体积流量，有利于降低对DPF碳载量水平的估计误差，促进DPF安全和可靠再生。
(2)本发明中所述u、α和β采用最小二乘法求解得到，所述α为1～2，所述β为1～2，得到的柴油机流量数据精确度高，具有较好的实用性。
附图说明
图1为柴油机排放后处理系统的结构示意图；
图2为本发明的原理示意图；
图3为本发明的流程示意图。
其中：1-发动机ECU控制单元、2-柴油发动机、3-空气流量传感器、4-上游排气管、5-上游端排气温度传感器、7-压差传感器、8-DPF、10-下游端排气温度传感器、11-下游排气管、12-消声器、21-测量与获取单元、22-在线观测单元、23-计算单元。
具体实施方式
实施例1：
一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，如图2所示，包括测量与获取单元21、在线观测单元22、计算单元23，所述测量与获取单元21用于测量并获取排气系统参数和大气环境参数；所述在线观测单元22用于对测量与获取单元21提供的参数进行实时在线观测，并根据提供的参数计算得到第一压降；所述计算单元23根据测量与获取单元21提供的参数以及在线观测单元22提供的第一压降，计算得到DPF8的排气体积流量；所述第一压降的计算公式如下：
其中，u为拟合系数常量，α和β为指数常量，以及为排气质量流量；以及K为排气相对参考温度；所述u、α和β采用最小二乘法求解得到。
如图2所示，所述计算单元23计算得到的DPF8排气体积流量信号可以提供给DPF8主动再生控制单元，以用于估算DPF8的碳载量，所述碳载量可以作为判断依据用于控制DPF8主动再生开始或结束。所述在线观测单元22基于设计的经验压降函数模型(1)得到第一压降。
本发明解决了上述问题中DPF8下游排气管11至大气环境的压降被忽略的问题，本发明的在线观测单元22中提供了以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF8下游排气管11至大气环境的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF8排气体积流量，有利于降低对DPF8碳载量水平的估计误差，促进DPF8安全和可靠再生。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述排气系统参数包括发动机的新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量参数、以及DPF8上、下游端排气温度和DPF8两端排气压差的参数。所述排气质量流量由发动机新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量求和得到；所述排气相对参考温度由DPF8下游端排气温度和环境温度相除得到。测量DPF8两端的压差信号，得到发动机排气在DPF8上游排气温度下的第二压降；所述第一压降、第二压降以及大气环境压力求和得到上游排气压力。
本发明解决了上述问题中DPF8下游排气管11至大气环境的压降被忽略的问题，本发明的在线观测单元22中提供了以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF8下游排气管11至大气环境的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF8排气体积流量，有利于降低对DPF8碳载量水平的估计误差，促进DPF8安全和可靠再生。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图1所示，包括依次连接的柴油发动机2、DPF8、消声器12，还包括发动机ECU控制单元1、设置在柴油发动机2前端的空气流量传感器3、设置在DPF8前端的上游排气管4上的上游端排气温度传感器5、设置在DPF8后端的下游排气管11上的下游端排气温度传感器10、连接DPF8两端的压差传感器7；所述发动机ECU控制单元1分别连接DPF8、柴油发动机2、消声器12、空气流量传感器3、上游端排气温度传感器5、下游端排气温度传感器10、压差传感器7。
所述计算单元23根据DPF床温、上游排气压力和排气质量流量，并基于气体状态方程计算得到流经DPF8的排气体积流量。所述气体状态方程为现有技术且不是本发明的改进点，故不再赘述。
所述第二压降通过压差传感器7检测得到；所述DPF床温通过上游端排气温度传感器5、下游端排气温度传感器10检测的参数计算得到；所述DPF床温为所述DPF8上游和下游端排气温度的加权和，其中，加权系数可通过相应排温传感器的具体安装位置得到，以较真实的反应DPF8内平均温度。
发动机工作时，发动机ECU控制单元1检测空气流量传感器3测量得到进入发动机的新鲜空气质量流量同时发动机ECU控制单元1在控制喷油器喷油的过程中将燃油喷射流量记录并保存，由此，排出发动机的排气质量流量为新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量的和
然而，排气体积流量不仅取决于排气质量流量，同时受排气系统管路中排气压力和排气温度影响。如图1所示，DPF8的床温可通过图中上游端排气温度传感器5和下游端排气温度传感器10测量并计算得到，DPF8两端的压降通过实时检测压差传感器7得到，然而排气管至大气环境的压降是未知的，这给DPF8体积流量的准确计算带来了困难，不利于DPF8主动再生控制优化，从而增大了主动再生风险。
本发明中，测量DPF8两端的压差信号，得到发动机排气在DPF8上游排气温度下的第二压降；所述第一压降、第二压降以及大气环境压力求和得到上游排气压力。根据DPF床温、上游排气压力和排气质量流量，并基于气体状态方程计算得到流经DPF8的排气体积流量。
本发明解决上述问题中DPF8下游排气管11至大气环境的压降被忽略的问题，本发明提供了以排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，从而计算得到DPF8下游排气管11至大气环境的压降并作为第一压降，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF8排气体积流量，有利于降低对DPF8碳载量水平的估计误差，促进DPF8安全和可靠再生。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例是在实施例3的基础上进行优化，如图3所示，所述DPF8的排气体积流量计算方法，主要包括以下步骤：
测量或获取发动机新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量，以及测量或获取DPF8上、下游端排气温度和DPF8两端压差信号，以及获取或测量环境压力和环境温度情况；
优选的，所述发动机新鲜空气质量流量可以通过空气流量传感器3测量得到；或者通过发动机ECU控制单元1控制策略的空气系统控制模型计算中获取得到。
优选的，所述燃油喷射质量流量、环境压力和环境温度参数可以容易的从发动机ECU控制单元1的控制策略中获取得到。
优选的，所述DPF8上、下游端排气温度通过相应的排气温度传感器测量得到，所述DPF8两端压差可以由压差传感器7测量得到。
根据所述新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量，二者求和得到发动机排气质量流量；
根据所述DPF8下游端排气温度和环境温度，二者相除得到相对参考温度；
根据所述排气质量流量和相对参考温度以及基于设计的经验压降函数计算得到DPF8下游端排气管至环境大气的第一压降；
优选的，所述经验压降函数为以所述排气质量流量和所述相对参考温度为自变量的幂函数的乘积，其幂指数和拟合系数常量通过试验数据并采用最小二乘法求解得到。
根据所述DPF8两端压差信号得到所述排气流量在DPF8上游端排气温度下的第二压降；
根据所述第一压降、第二压降和环境压力，将三者求和得到DPF8上游排气压力；
根据DPF8上游和下游端排气温度计算得到DPF床温，基于气体状态方程计算得到经过DPF8的排气体积流量。
优选的，所述DPF床温为DPF8上游和下游端排气温度的加权和；其中，加权系数通过相应排温传感器的实际安装位置得到具体权重大小，以较真实的反应DPF8内平均排气温度。
根据所述DPF8排气体积流量和第二压降可用于估算DPF8碳载量，其可作为判断的参考依据用于控制DPF8主动再生开始或结束。
本发明通过设计的以所述排气质量流量和排气参考温度为变量的经验压降函数模型，计算得到DPF8下游排气管11至大气环境的压降并作为第一压降Δp1，使得在没有安装排气压力传感器的情况下仍能够准确的计算DPF8排气体积流量，有利于减小DPF8碳载量估算误差，促进DPF8安全、可靠再生，降低DPF8后处理系统工作风险。
本实施例的其他部分与上述实施例3相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，包括测量与获取单元(21)、在线观测单元(22)、计算单元(23)，所述测量与获取单元(21)用于测量并获取排气系统参数和大气环境参数；所述在线观测单元(22)用于对测量与获取单元(21)提供的参数进行实时在线观测，并根据提供的参数计算得到第一压降；所述计算单元(23)根据测量与获取单元(21)提供的参数以及在线观测单元(22)提供的第一压降，计算得到DPF(8)的排气体积流量；所述第一压降的计算公式如下：
其中，u为拟合系数常量，α和β为指数常量，以及为排气质量流量；以及K为排气相对参考温度；所述u、α和β采用最小二乘法求解得到。
2.根据权利要求1所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，所述α为1～2，所述β为1～2。
3.根据权利要求1所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，所述排气系统参数包括发动机的新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量参数、以及DPF(8)上游和下游端排气温度、以及DPF(8)两端排气压差的参数。
4.根据权利要求3所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，所述排气质量流量由发动机新鲜空气质量流量和燃油喷射质量流量求和得到；所述排气相对参考温度由DPF(8)下游端排气温度和环境温度相除得到。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，测量DPF(8)两端的压差信号，得到发动机排气在DPF(8)上游排气温度下的第二压降；所述第一压降、第二压降以及大气环境压力求和得到上游排气压力。
6.根据权利要求5所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，所述计算单元(23)根据DPF床温、上游排气压力和排气质量流量，并基于气体状态方程计算得到流经DPF(8)的排气体积流量。
7.根据权利要求1所述的一种基于DPF后处理控制的柴油机排气流量统计系统，其特征在于，包括依次连接的柴油发动机(2)、DPF(8)、消声器(12)，还包括发动机ECU控制单元(1)、设置在柴油发动机(2)前端的空气流量传感器(3)、设置在DPF(8)前端的上游排气管(4)上的上游端排气温度传感器(5)、设置在DPF(8)后端的下游排气管(11)上的下游端排气温度传感器(10)、连接DPF(8)两端的压差传感器(7)；所述发动机ECU控制单元(1)分别连接DPF(8)、柴油发动机(2)、消声器(12)、空气流量传感器(3)、上游端排气温度传感器(5)、下游端排气温度传感器(10)、压差传感器(7)。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190510 |