CN110925065B - 颗粒捕集器主动再生分级控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒捕集器主动再生分级控制方法，它是获取实时颗粒捕集器的碳载量和温度，依据碳载量的多少，确定若干碳载量限定值，依据温度高低确定若干温度限定值，比较颗粒捕集器实时碳载量与碳载量限定值，比较实时颗粒捕集器温度与温度限定值，确定主动再生的方式，所述主动再生的方式是控制发动机推迟点火角、空燃比变稀、提高怠速转速中的一种或一种以上的组合。本发明根据不同碳载量和颗粒捕集器温度所在的区域，及区域的标定，确定主动再生的方式，从而保证在碳载量过高时及时有效清除积碳，降低排气背压。

Description

颗粒捕集器主动再生分级控制方法

技术领域

本发明属于机动车排放控制技术，具体涉及一种颗粒捕集器再生的技术，特别是颗粒捕集器的主动再生的控制技术。

背景技术

为了改善尾气排放环保的要求，颗粒捕集器已在机动车上广泛使用。颗粒捕集器可以捕捉汽车尾气中90％以上数量的颗粒。但是被捕捉到的颗粒物将附着在捕集器过滤体上，随着颗粒物的不断积累，发动机的排气阻力会不断增加，当颗粒捕集器被严重堵塞时，发动机排气系统背压上升，造成发动机动力性经济性也会恶化。为解决该问题，颗粒捕集器的再生技术应运而生。

现有颗粒捕集器的再生技术包括被动再生和主动再生。被动再生指的是当发动机断油工况激活时，如果此时颗粒捕集器内的温度和含氧量达到主动再生所需的条件，无需主动调节发动机的参数，便将颗粒捕集器内的颗粒物燃烧掉。主动再生指的是发动机控制器ECU主动调节发动机参数，使颗粒捕集器内的温度和含氧量达到主动再生所需的条件，将颗粒捕集器内的颗粒物燃烧掉。

CN103511043B公开《一种颗粒物捕集器的主动再生控制方法及装置》，它是根据发动机排气空速和DPF修正后的压差值查询碳载量标定迈普图得当前工况下的碳载量；根据当前工况下的碳载量，控制DPF开始再生或者控制DPF停止结束再生。该文献仅仅是依据碳载量控制主动再生的激活与否，解决的是碳载量的获取问题。没有涉及发动机采用的何种动作实现主动再生。

CN108757116A公开《一种主动再生颗粒捕集器及控制方法》，它是利用传热介质对颗粒捕集器过滤体传热，解决的是通过电加热装置实现颗粒捕集器再生过程中受热均匀的问题。CN109899134A公开《一种柴油机颗粒捕集器主动再生系统及方法》，它是利用电加热，将氧气通入颗粒捕集器过滤体内进行再生的方法。上述两种主动再生控制方法均不是利用改变发动机参数实现的。它需要特殊结构的颗粒捕集器，增加相应的装置结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒捕集器主动再生分级控制方法，采用不同的发动机的运行状态，实现不同的主动再生需求。

本发明的技术方案为：颗粒捕集器主动再生分级控制方法，获取实时颗粒捕集器的碳载量和温度，依据碳载量的多少，确定若干碳载量限定值，依据温度高低确定若干温度限定值，比较颗粒捕集器实时碳载量与碳载量限定值，比较实时颗粒捕集器温度与温度限定值，确定主动再生的方式，所述主动再生的方式是控制发动机推迟点火角(也称为降低点火效率)、空燃比变稀、提高怠速转速中的一种或一种以上的组合。

上述确定若干碳载量限定值至少设定两个限定值，基于限定值可以将碳载量多少分成两个区域区间或三个区域区间；确定若干温度限定值设定两个限定值，基于限定值可以将温度的高低分成两个区域区间或三个区域区间。

当然，可以进一步优化的是：碳载量限定值设定为五个限定值，基于限定值可以将碳载量多少分成四个区域区间；确定若干温度限定值设定为四个限定值，基于限定值可以将温度高低分成四个区域区间。

将碳载量多少分成的四个区域区间做出标示标定，将温度高低分成的四个区域区间做出标示标定。

本发明通过对碳载量和颗粒捕集器温度区域进行划分并做标定，获取实时监测碳载量和颗粒捕集器温度，根据不同碳载量和颗粒捕集器温度所在的区域，及区域的标定，确定主动再生的方式，从而保证在碳载量过高时及时有效清除积碳，降低排气背压。

上述控制发动机运行状态指的是发动机正常运行时，推迟点火角是将正常的点火角度滞后，空燃比变稀是降低正常的空气与燃油蒸汽的比值，提高怠速转速是将正常的怠速提高。

进一步优选的技术方案为：将实时颗粒捕集器的碳载量转化为主动再生请求系数r_RegeReq，r_RegeReq＝m_Soot/m_SootCapacity；其中m_Soot为实时颗粒捕集器的碳载量，m_SootCapacity为颗粒捕集器碳载量负荷的上限值，确定若干主动再生请求系数限定值。

将实时碳载量转化为主动再生请求系数，一方面直观反映主动再生的强烈程度需求，另一方面便于控制策略方法的标定及运行。由上式可知主动再生请求系数r_RegeReq的取值范围是0到1之间；值越大说明颗粒捕集器的碳载量越高，1说明本时刻颗粒捕集器的碳载量已达到颗粒捕集器碳载量负荷的上限值，0说明本时刻的碳载量理论值为零，这种状态可以是上一时刻由于被动再生形成的，也可以是上一时刻主动再生形成的。

进一步优选的技术方案为：调整发动机在实施主动再生过程中，依据发动机转速、车速，气缸内进气量和断油标志位；判断是否禁止调整空燃比变稀。该技术特征是为了避免催化器损坏；如果采用控制发动机空燃比变稀进行主动再生时，发动机运行状态可能导致排气系统温度过高，造成催化器损坏。

进一步优选的技术方案为：确定五个主动再生请求系数限定值，分别是主动再生复位请求系数，主动再生轻度请求最小系数，主动再生轻度请求最大系数，主动再生中度请求最大系数，和主动再生重度请求最大系数，形成四个主动再生请求系数区域程度标示。

依据主动再生请求系数分成多个限值，反应颗粒捕集器载碳再生强烈程度，更有利于调控发动机运行状态。

上述方案可以独立实施，此状态下温度可以仅限定一个值。

进一步优选的技术方案为：确定四个温度限定值，分别是主动再生轻度请求最小温度，主动再生轻度请求最大温度，主动再生中度请求最大温和主动再生重度请求最大温度，形成四个主动再生温度区域程度标示。

将获取的颗粒捕集器温度，设为四个限定值，形成四个区域，实现主动再生更为精准的控制。

进一步优选的技术方案为：判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围，确定主动再生请求系数区域程度标示；判断温度所在的主动再生温度范围，确定主动再生温度区域程度标示，依据确定主动再生请求系数区域标示和主动再生温度区域标示，确定主动再生的方式。

进一步优选的技术方案为：确定主动再生的方式时，当主动再生请求系数不满足复位请求条件下，判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围后，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域高程度标示。

进一步优选的技术方案为：确定主动再生的方式时，当主动再生请求系数满足复位请求条件下，判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围后，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域低程度标示。

本发明的优势在于：

主动再生指的是发动机控制器ECU主动调节发动机参数，使颗粒捕集器内的温度和含氧量达到主动再生所需的条件，将颗粒捕集器内的颗粒物燃烧掉。特别地，在碳载量过高时，可屏显或者语音提醒驾驶员尽可能高速行驶车辆一段时间，并有松加速踏板的动作，以达到清碳的效果。

一般情况下在较大车速下行驶不会出现累碳过多，主动再生是只有在迫不得已的情况下进行的，因为主动再生会造成排放、燃油经济性和动力性等变差，但是在累碳量过大时为了保护GPF本体，必须进行主动再生，根据不同的累碳量，累碳量过高时，需要进一步牺牲排放、动力性和燃油经济性来加快GPF再生而防止GPF堵塞；而且在主动再生过程中监测GPF温度，一方面在GPF温度较佳的时候进行主动再生，提高主动再生的效率，另一方面在GPF温度过高时，调控发动机参数，放在GPF温度异常过高而烧坏GPF本体；另外也防止在某些特殊工况下出现可能GPF温度过高风险，特别限制了空燃比变稀的请求；同时也限制了GPF主动再生的最大时间防止主动再生过长而造成排放过差而污染环境。

因此本系统在根据不同工况条件下不同程度控制GPF主动再生，最大程度上保障排放、动力性和经济性，同时防止GPF累碳量过高而实现了GPF的清碳。

附图说明

图1本发明流程图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

主动再生过程中，在发动机运行状态指的是发动机正常运行时，推迟点火角是将正常的点火角度滞后，如在主动再生请求系数区域标示为3，主动再生请求温度区域标示为0时，将降低点火效率为正常点火效率的0.9倍；空燃比变稀是增大正常的空气与燃油蒸汽的比值，如将正常的空气与燃油蒸汽的比值增大为正常的1.1倍，提高怠速转速是将正常的怠速提高，如将正常的发动机怠速增加到1400rpm。不同的主动再生请求系数区域标示，不同的主动再生请求温度区域标示，主动再生的方式和程度不一样。

上述控制发动机的工作参数可以由发动机控制器ECU完成。

车辆行驶过程中，当发动机转速和车速在设定范围内，同时发动机运行时间超过设定时间后，才允许进行上述主动再生。即车辆需要在较低转速和车速下进行，车速或转速过高时，被动再生容易发生，无需过度主动再生。从发动机起动开始计时，如果发动机运行时间较短，主动再生造成排放和油耗过高。

具体的主动再生控制过程是：

获取实时颗粒捕集器的碳载量和温度；颗粒捕集器的碳载量的获取可以是基于CN201710858110.5《柴油车颗粒捕集器累碳量估算方法》，CN201811574677.0《一种汽油机颗粒捕集器减速断油再生分级控制方法和控制系统》和CN103511043B公开《一种颗粒物捕集器的主动再生控制方法及装置》等文献中均有颗粒捕集器的碳载量的获取方法。颗粒捕集器的的实时温度的获取可以采用温度检测等方式得到。

将获取的实时颗粒捕集器的碳载量转化为主动再生请求系数r_RegeReq；r_RegeReq＝m_Soot/m_SootCapacity；其中m_Soot为实时颗粒捕集器的碳载量，m_SootCapacity为颗粒物捕集器碳载量负荷的上限值。r_RegeReq的取值范围是0到1之间。

分别将主动再生请求系数r_RegeReq和颗粒捕集器温度T_GPF划分成几个区域。具体划分方法为：

根据主动再生的强力程度设定五个主动再生请求系数限定值，分别是r_RegeResetLim主动再生复位请求系数，比如为0.06；主动再生轻度请求最小系数r_MildRegeMin，比如为0.436；主动再生轻度请求最大系数r_MildRegeMax，比如为0.4375；主动再生中度请求最大系数r_MediumRegeMax，比如为0.5638；主动再生重度请求最大系数r_HardRegeMax，比如为0.95。

根据主动再生的强力程度，将主动再生请求划分为四个区域，四个区域相应为五个限定值之间的区域，为了便于控制，实现控制计数，将四个区域分别主动再生区域程度标示，Cnt_RegeReqRegion分别为0，1，2，3。

根据获取到的本时刻的主动再生请求系数，落入到上述那个区域，确定主动再生请求系数区域程度标示，可有两种不同的确定方法：

第一种情况是：本时刻获取的主动再生请求系数数值及其低，几乎完全清除累碳后(这种情况可能是在上一时刻由于被动再生或主动再生，导致颗粒捕集器的碳载量几乎为零)，我们称之为颗粒捕集器的碳载量复位状态，即r_RegeReq≤r_RegeResetLim时且保持一段时间，才有可能根据主动再生请求系数范围来选择最终的区域数值，即当主动再生请求系数满足复位请求条件下，判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围后，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域低程度标示。

第二种情况是：本时刻获取的主动再生请求系数数值r_RegeReq大于主动再生复位请求系数r_RegeResetLim，我们称之为颗粒捕集器的碳载量非复位状态；主动再生请求系数区域Cnt_RegeReqRegion的取值不会减少，根据实际计算的区域范围数值与之前的区域范围数值取最大值，即判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围后，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域高程度标示。

具体的确定主动再生请求系数区域程度标示确定为区域程度标示的算法如下：

第一种情况：

当r_RegeReq≤r_RegeResetLim时且保持一段时间后，表明再生区域可复位，如果r_RegeReq≤r_MildRegeMin，Cnt_RegeReqRegion＝0；如果r_MildRegeMin＜r_RegeReq≤r_MildRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝1；如果r_MildRegeMax＜r_RegeReq≤r_MediumRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝2；如果r_MediumRegeMax＜r_RegeReq≤r_HardRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝3。

第二种情况：当条件“r_RegeReq≤r_RegeResetLim时且保持一段时间后”不满足时，如果r_RegeReq≤r_MildRegeMin，Cnt_RegeReqRegion＝max[0,Cnt_RegeReqRegion(z)]，即取两者之间最大值，即主动再生请求系数区域程度标示取1；如果r_Mi ldRegeMin＜r_RegeReq≤r_MildRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝max[1,Cnt_RegeReqRegion(z)]，即取两者之间最大值，即主动再生请求系数区域程度标示取2；如果r_MildRegeMax＜r_RegeReq≤r_MediumRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝max[2,Cnt_RegeReqRegion(z)]，即取两者之间最大值，即主动再生请求系数区域程度标示取3；如果r_MediumRegeMax＜r_RegeReq≤r_HardRegeMax，Cnt_RegeReqRegion＝max[3,Cnt_RegeReqRegion(z)]，即取两者之间最大值，即主动再生请求系数区域程度标示取3。其中Cnt_RegeReqRegion(z)是指上一时刻的再生区域数值程度标示。

对于获取的颗粒捕集器的温度，我们也进行限值设定，根据颗粒捕集器的温度高度设定四个限值，分别是：主动再生轻度请求最小温度T_MildRegeMin，比如为180℃；主动再生轻度请求最大温度T_MildRegeMax：比如为410℃；主动再生中度请求最大温度T_MediumRegeMax，比如为610℃；主动再生重度请求最大温度T_HardRegeMax，比如为900℃。

基于上述温度限值的设定，颗粒捕集器温度T_GPF同样划分4个区域，同样将四个温度区域分别主动再生温度区域程度标示，Cnt_TempRegion分别为0，1，2，3。数值越大代表GPF温度越高。

根据获取到的本时刻的颗粒捕集器的温度，落入到上述那个区域，确定生颗粒捕集器主动再温度区域程度标示，的方法如下：

如果T_GPF≤T_MildRegeMin，Cnt_TempRegion＝0；如果T_MildRegeMin＜T_GPF≤T_MildRegeMax，Cnt_TempRegion＝1；如果T_MildRegeMax＜T_GPF≤T_MediumRegeMax，Cnt_TempRegion＝2；如果T_MediumRegeMax＜T_GPF≤T_HardRegeMax，Cnt_TempRegion＝3。

本实施例中在获取颗粒捕集器实时的主动再生请求系数r_RegeReq和颗粒捕集器温度T_GPF后，确定了主动再生请求系数区域程度标示和主动再温度区域程度标示后，我们就可以确定如何控制发动机调整运行状态实现主动再生。如下表：

如当主动再生请求系数r_RegeReq在标示3区域内，颗粒捕集器温度T_GPF在标示0的区域内，可以同时控制发动机调整空燃比变稀；点火角推迟；怠速提高。

由于车辆的发动机的排量，颗粒捕集器的配置不同，因此针对不同的车型，我们可以通过调校，实现不同上述调整发动机状态的对应关系。

在上述实施方式过程中，如果采用控制发动机空燃比变稀进行主动再生时，发动机运行状态可能导致排气系统温度过高，造成催化器损坏。必须避免上述情况的发生，我们设定了发动机空燃比变稀的禁止。具体的如下：

A发动机转速和车速超过设定值，如发动机转速超过3000rpm，车速超过30km/h；

B.发动机气缸内进气量低于设定值，如5g/s；

C.发动机气缸缸内进气量超过设定值，如40g/s。

其中C中要求的数值大于或等于B中要求的数值。

在以上A、B条件均满足且维持一段时间后，禁止主动再生中调整空燃比变稀；

在A、B任一条件不满足且C满足，且维持超过一段时间后，主动再生中可允许调整空燃比变稀，具体根据不同的划分区域确定。

在允许调整空燃比变稀之前都是禁止调整空燃比变稀。

对于通过控制发动机运行状态进行主动再生，我们还设定了主动再生的时间，主动再生时间从三种主动再生方式如推迟点火角(降低点火效率)、空燃比变稀、提高怠速转速任一方式发生时开始计时，最长时间不超过1800s

特别地，在碳载量过高，即r_RegeReq接近1时，可屏显或者语音提醒驾驶员尽可能高速行驶车辆一段时间，并有松加速踏板的动作，以达到清碳的效果。

在再生请求中方法中任一条件(推迟点火角(降低点火效率)、空燃比变稀、提高怠速转速)使能时，便禁止智能节油系统(STT)激活，防止STT工作过程中造成累碳量增加，失去了主动再生的效果。

上述流程如图1所示。

Claims (4)

1.一种颗粒捕集器主动再生分级控制方法，其特征是：获取实时颗粒捕集器的碳载量和温度，依据碳载量的多少，确定若干碳载量限定值，依据温度高低确定若干温度限定值，比较颗粒捕集器实时碳载量与碳载量限定值，比较实时颗粒捕集器温度与温度限定值，确定主动再生的方式，所述主动再生的方式是控制发动机推迟点火角、空燃比变稀、提高怠速转速的组合；

将实时颗粒捕集器的碳载量转化为主动再生请求系数(r_RegeReq)，

确定五个主动再生请求系数限定值，分别是主动再生复位请求系数，主动再生轻度请求最小系数，主动再生轻度请求最大系数，主动再生中度请求最大系数，和主动再生重度请求最大系数；形成四个主动再生请求系数区域程度标示；四个区域主动再生区域程度标示分别为0，1，2，3；

确定四个温度限定值，分别是主动再生轻度请求最小温度T_MildRegeMin，主动再生轻度请求最大温度T_MildRegeMax，主动再生中度请求最大温度T_MediumRegeMax和主动再生重度请求最大温度T_HardRegeMax，形成四个主动再生温度区域程度标示，四个主动再生温度区域程度标示分别为0，1，2，3；数值越大代表颗粒捕集器温度越高；获取到的本时刻的颗粒捕集器的温度T_GPF，落入到上述哪个区域，确定颗粒捕集器主动再生温度区域程度标示的方法如下：

如果T_GPF≤T_MildRegeMin，Cnt_TempRegion＝0；如果T_MildRegeMin＜T_GPF≤T_MildRegeMax，Cnt_TempRegion＝1；如果T_MildRegeMax＜T_GPF≤T_MediumRegeMax，Cnt_TempRegion＝2；如果T_MediumRegeMax＜T_GPF≤T_HardRegeMax，Cnt_TempRegion＝3；

所述确定主动再生的方式包括：

确定主动再生的方式时，当主动再生请求系数不满足复位请求条件时，判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围，根据实际计算的区域范围数值与之前的区域范围数值比较，取最大值，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域高程度标示；所述不满足复位请求条件是：本时刻获取的主动再生请求系数(r_RegeReq)大于主动再生复位请求系数；

确定主动再生的方式时，当主动再生请求系数满足复位请求条件时，判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围后，主动再生请求系数区域程度标示确定为区域低程度标示，所述满足复位请求条件是：本时刻获取的主动再生请求系数(r_RegeReq)小于等于主动再生复位请求系数时且保持一段时间。

2.如权利要求1所述颗粒捕集器主动再生分级控制方法，其特征是：所述将实时颗粒捕集器的碳载量转化为主动再生请求系数(r_RegeReq)为，r_RegeReq＝m_Soot/m_SootCapacity；其中m_Soot为实时颗粒捕集器的碳载量，m_SootCapacity为颗粒物捕集器碳载量负荷的上限值，确定若干主动再生请求系数限定值。

3.如权利要求1所述颗粒捕集器主动再生分级控制方法，其特征是：调整发动机在实施主动再生过程中，依据发动机转速、车速、气缸内进气量和断油标志位；判断是否禁止调整空燃比变稀。

4.如权利要求1所述颗粒捕集器主动再生分级控制方法，其特征是：判断主动再生请求系数所在的主动再生请求系数范围，确定主动再生请求系数区域程度标示；判断温度所在的主动再生温度范围，确定主动再生温度区域程度标示，依据确定的主动再生请求系数区域程度标示和主动再生温度区域程度标示，确定主动再生的方式。

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