CN110242390B - 柴油颗粒过滤装置的再生温度控制方法和系统 - Google Patents

柴油颗粒过滤装置的再生温度控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于柴油发动机的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法和系统，通过获取再生信号、排气歧管排气质量流量、DOC上游温度、排气温度控制器状态、发动机工作状态等信号，控制两次后喷的喷油量，进一步控制DPF入口处温度。本发明操作简便，实施性强；能够有效控制柴油颗粒过滤装置的再生温度，使得DPF入口处的温度稳定保持在温度要求范围内。经测试，可以在发动机正常工作状态下控制DPF再生时的入口温度在要求温度范围内。

Description

柴油颗粒过滤装置的再生温度控制方法和系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体地，涉及一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法和系统，适用于柴油发动机。
背景技术
颗粒物的排放是柴油机排放的最主要污染之一，降低柴油机颗粒物排放需要结合后处理系统进行，其中DPF(柴油颗粒过滤装置)是目前降低柴油机颗粒物排放的最有效装置。
随着国家排放法规的升级，对于DPF装置的要求也越来越高。DPF在使用一段时间后系统内积累的烟尘颗粒累积，会使过滤效果下降。此时需通过特殊方式将系统中的烟尘去除，此过程称为DPF再生。再生方式分为主动再生和被动再生两种。主动再生方式需要柴油机提供额外的能量提升排气温度，因此DPF入口处的温度控制对DPF再生的质量起重要作用。当前国内在此技术领域较为欠缺，大多仅通过简单的闭环控制根据DPF上游温度计算温差调节喷油量。这种方法存在精度低、不稳定，同时存在由于数据传输的延迟性导致温度过高等问题。
与本申请相关的现有技术是专利文献CN208252178U，公开了一种内燃机技术领域的柴油机颗粒捕集器DPF快速加载装置，包括电力测功机、柴油发动机、主排气管、颗粒捕集器、颗粒分析仪、流量控制阀、氧气传感器、温度传感器、废气再循环系统、EGR阀、小型DPF过滤器、EGR冷却器、数据采集控制系统等，这种新型的柴油机颗粒捕集器DPF快速加载装置在发动机台架基础上进行改装，在排气端增加废气再循环EGR系统。通过利用较高的EGR率，对颗粒捕集器DPF进行快速加载，为DPF再生控制策略提供试验参考。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法和系统。
根据本发明提供的一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，包括：
温控计算步骤：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制步骤：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制步骤：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括温控激活步骤：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括控制监控步骤：对内环控制回路进行监控。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
根据本发明提供的一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，包括：
温控计算模块：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制模块：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制模块：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括温控激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括控制监控模块：对内环控制回路进行监控。
优选地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
优选地，所述内温度控制中，校正后的近后喷射量为内环控制修正系数与用于再生的近后喷射量的乘积与近后喷射量的最小附加校正值的和；
空气质量设定点值为空气质量设定值的最小附加校正值与用于再生的空气质量与内环控制修正系数的乘积的差。
优选地，所述外温度控制中，校正后的远后喷射量为外环控制修正系数与用于再生的远后喷射量的乘积与远后喷射量的最小附加校正值的和；
内环控制回路的设定值的附加校正为外环控制修正系数与内环控制回路的设定值的校正值的乘积与内环控制回路的设定值的最大附加校正的和。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明操作简便，实施性强；
2、本发明能够有效控制柴油颗粒过滤装置的再生温度，使得DPF入口处的温度稳定保持在温度要求范围内。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的逻辑示意图；
图2为温度控制器激活的功能框架示意图；
图3为内控制激活回路示意图；
图4为外控制激活回路示意图。
下表为图2-4中，英文变量对应中文定义：
Figure BDA0002054546440000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，包括：
温控计算步骤：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制步骤：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制步骤：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括温控激活步骤：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括控制监控步骤：对内环控制回路进行监控。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
根据本发明提供的一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，包括：
温控计算模块：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制模块：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制模块：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括温控激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括控制监控模块：对内环控制回路进行监控。
具体地，所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
具体地，所述内温度控制中，校正后的近后喷射量为内环控制修正系数与用于再生的近后喷射量的乘积与近后喷射量的最小附加校正值的和；
空气质量设定点值为空气质量设定值的最小附加校正值与用于再生的空气质量与内环控制修正系数的乘积的差。
具体地，所述外温度控制中，校正后的远后喷射量为外环控制修正系数与用于再生的远后喷射量的乘积与远后喷射量的最小附加校正值的和；
内环控制回路的设定值的附加校正为外环控制修正系数与内环控制回路的设定值的校正值的乘积与内环控制回路的设定值的最大附加校正的和。
通过获取再生信号、排气歧管排气质量流量、DOC上游温度、排气温度控制器状态、发动机工作状态等信号，控制两次后喷的喷油量，进一步控制DPF入口处温度。本发明通过从传感器或电子控制单元ECU调用所需参数，借助PI控制器以及MAP图对发动机的后喷1和后喷2的喷油量进行调整以此控制DOC和DPF入口温度。获取发动机转速、发动机转矩、DOC入口温度、DPF入口温度、排气质量流量、实时喷油量、排气氧含量、涡轮出口氧含量等测量值；通过内环回路控制模块控制后喷2及空气量来控制DOC或涡轮上游温度；通过外环回路控制模块调用内环控制回路输出的校正值调整后喷1，以此控制DPF上游温度。内外环控制所进行的数值偏差校正还需选取调用预先设置的MAP图进行数据读取，选取MAP图的依据为发动机转速以及当前喷油量。主要应用在DPF控制单元，控制单元通过CAN总线连接柴油发动机的ECU，温度控制系统所在的DOF控制单元分别连接DPF前段的温度传感器、流量传感器及氧传感器，并通过ECU通过调取其它所需参数。
为此，本发明的主要控制模块包括：初始化模块、温度控制器激活模块、内环控制模块、外环控制模块、目标温度计算模块。每个子模块的功能为：初始化模块：排气温度控制模块初始化；温度控制器激活模块：释放排气温度控制模式及指令；目标温度计算模块：计算温度外环控制的设定点温度和设定点温度变化；内环控制模块：内环控制回路的温度控制(涡轮增压器入口或DOC入口温度)；外环控制模块：外环控制回路的温度控制(颗粒过滤器的入口温度)。
如图1所示的温度控制逻辑图中，包括温度控制激活、反馈控制监控(在本发明的具体实施中，反馈控制监控能够不包含在本发明中，通过采用现有技术中的技术手段进行控制监控)、目标温度计算、内环控制、外环控制。其中，温度控制器激活的功能框架如图2所示，其功能是检测和设置温度控制器的启用条件，当ETCtl_swtActv的第零位为真时，即初始化状态为激活时，排气温度控制系统开始执行。排气温度控制激活系统包含两个控制回路，图3所示的内控制激活回路和图4所示的外控制激活回路，他们的激活是相互独立的，另外开环控制激活回路之前已经激活。内环控制的激活需分别结合发动机运行模式和发动机运行状态。根据当前运行模式和状态查询矩阵得到运行模式编号，通过查找预先设定的数组得到内环控制的温度索引，进而确定温度矩阵中的温度作为内环控制的实际值。另外内环控制的运行模式编号和温度索引会被发送至排气温度控制系统的其他模块用于选择运行模式的参数和值。外环控制的激活与内环控制激活逻辑类似，需分别结合发动机运行模式和发动机运行状态。根据当前运行模式和状态查询MAP图得到运行模式编号，通过查找数组得到外环控制的温度索引，进而确定温度矩阵中的温度作为外环控制的实际值。另外外环控制的运行模式编号和温度索引会被发送至排气温度控制系统的其他模块用于选择运行模式的参数和值。
目标温度计算的功能是对外环温度控制系统的设定点温度(期望温度)进行计算，同时也反映设定点温度的变化。温度控制激活时，该模块激活。并根据当前温度将设定点温度斜升至期望温度。其中，当前温度是通过外环控制的温度选择索引查找并计算得到；斜率取决于传感器采集的排气质量流量。当状态变量显示温度控制关闭时，设定点温度迅速下降复位，从而防止温度控制器重新激活引起的温度震荡。若如果设定点温度与颗粒过滤器入口的测量温度之间的差值超过了可接受值，则设定点温度再次斜升。
内环控制使用近后喷射和空气质量设定点值的变化来控制内环控制回路中的期望温度，例如氧化催化器或者涡轮增压器的入口温度。内环控制循环的实际温度通过内环控制循环的温度索引从排气温度数组中选出。内环控制模块的子单元包括：偏差计算单元、内控制环路单元、值域设定单元、参数自适应单元、限制单元以及输出值计算单元。偏差计算单元用来计算控制偏差，其需要调用涡轮入口设定点温度以及测量的实际温度等，利用函数计算控制偏差值。内控制环路单元的输出值是为确保系统平衡位置能够适应修改后的工作范围。该单元调用参数自适应单元的PI控制器输出值作为输入量并分别输出P部分及I部分。该单元中的控制部分逻辑可表示为：
校正后的近后喷射量为内环控制修正系数与用于再生的近后喷射量的乘积与近后喷射量的最小附加校正值的和；
空气质量设定点值为空气质量设定值的最小附加校正值与用于再生的空气质量与内环控制修正系数的乘积的差。
值域设定单元提供将控制器的输出转换为物理值所需的变量。其中喷油量校正量的最大和最小值通过MAP图定义，通过插值节点返回允许的最小值、最大值以及差值。
参数自适应单元用于预先定义PI的控制器的参数，根绝发动机的工作状态选择对应的MAP图进行参数设置。发动机工作状态的输入为发动机转速以及当前喷油量。
限制单元用于确定内环控制的上下限。
内环控制模块的最终输出由输出值计算单元进行计算，其计算所得的喷油需求量将输出至空气系统和喷油系统当中。
外环控制通过内环控制回路的设定点校正和远后喷来控制期望的温度，例如微粒过滤器上游的温度。其所具有的子单元以及子单元功能均与内环控制类似。在偏差计算单元的控制器输出转换成物理量的公式对应为：
校正后的远后喷射量为外环控制修正系数与用于再生的远后喷射量的乘积与远后喷射量的最小附加校正值的和；
内环控制回路的设定值的附加校正为外环控制修正系数与内环控制回路的设定值的校正值的乘积与内环控制回路的设定值的最大附加校正的和；
不同的是，外环控制模块的输出量在通过输出值计算单元计算后不仅用于空气系统和喷油系统，还将用于内环控制模块的计算。
图1中未包含有初始化模块，其为整个系统的初始化模块，其任务为在控制单元初始化时首先执行。整个排气温度控制系统的关闭由功能开关的ETCtl_swtActv第零位的值决定，而该值又根据开关ETCtl_swtActv_C的值来选择。当ETCtl_swtActv_C的值为0时，排气温度控制系统始终关闭；当ETCtl_swtActv_C的值为1时，排气温度控制系统始终开启；当ETCtl_swtActv_C的值为2时，排气温度控制系统的激活取决于颗粒过滤器的激活状态PFlt_swtActv。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，其特征在于，包括：
温控计算步骤：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制步骤：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制步骤：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正，并得到柴油颗粒过滤装置上游的温度。
2.根据权利要求1所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，其特征在于，还包括温控激活步骤：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
3.根据权利要求1所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，其特征在于，还包括控制监控步骤：对内环控制回路进行监控。
4.根据权利要求1所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法，其特征在于，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
5.一种柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，包括：
温控计算模块：设置排气温度控制的设定点温度，将设定点温度与测量得到的当前温度进行对比，根据对比差值对设定点温度进行调整，以防止温度控制器重新激活时产生温度震荡；
内环控制模块：对内环控制回路进行内温度控制，通过使用近后喷射量和空气质量设定点值的变化控制内环控制回路中的期望温度，得到内环控制回路的内环温度校正值；
外环控制模块：对外环控制回路进行外温度控制，通过使用远后喷射量和设定点温度的校正，对内环控制回路的期望温度进行校正，并得到柴油颗粒过滤装置上游的温度。
6.根据权利要求5所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，还包括温控激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，若初始化状态处于激活状态时，启动排气温度控制。
7.根据权利要求5所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，还包括控制监控模块：对内环控制回路进行监控。
8.根据权利要求5所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，还包括温度控制激活模块：检测并设置温度控制器的启用条件，温度控制器的初始化状态为激活状态，相互独立的激活内环控制回路和外环控制回路。
9.根据权利要求1所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法或根据权利要求5所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，所述内温度控制中，校正后的近后喷射量为内环控制修正系数与用于再生的近后喷射量的乘积与近后喷射量的最小附加校正值的和；
空气质量设定点值为空气质量设定值的最小附加校正值与用于再生的空气质量与内环控制修正系数的乘积的差。
10.根据权利要求1所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制方法或根据权利要求5所述的柴油颗粒过滤装置再生过程中的温度控制系统，其特征在于，所述外温度控制中，校正后的远后喷射量为外环控制修正系数与用于再生的远后喷射量的乘积与远后喷射量的最小附加校正值的和；
内环控制回路的设定值的附加校正为外环控制修正系数与内环控制回路的设定值的校正值的乘积与内环控制回路的设定值的最大附加校正的和。
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