CN110953041A - 一种非道路柴油机燃烧器dpf系统控制方法 - Google Patents

一种非道路柴油机燃烧器dpf系统控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，该方法包括：DPF强制再生请求；DPF强制停止再生完成请求；DPF燃烧器暖机工作请求；基于压差/流阻模型再生工作时机判断；点火预热塞加热初始化；混合气火焰传播扩散工作；混合气燃烧成功工作；DPF再生温度闭环控制工作；喷油量开环计算；喷油量闭环计算；DPF排温过温判断；DPF再生结束空气泵吹扫。本发明中DPF燃烧器再生速度快，不需要与柴油机进行总线信号传输，对车辆运行影响小，而且操作简单，无负效应，不会对柴油机性能产生影响。

Description

一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法
技术领域
本发明涉及DPF主动再生控制技术领域，尤其涉及一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法。
背景技术
柴油车尾气排放污染中颗粒物也是一个主要的污染物，颗粒物处理技术主要通过捕集手段来降低排气中的颗粒物。在降低柴油机颗粒物排放方面，目前公认最有效的技术是颗粒物过滤技术。柴油机尾气颗粒物捕集器(DPF)系统能够消除柴油机95％的颗粒物(黑烟)排放，减少空气中PM含量。实际柴油发动机的怠速、低转速小负荷工况排气温度较低，无法满足DOC催化器、DPF催化器的工作温度要求。通过燃烧器系统方案，可提高柴油机排气温度，保证DOC催化器催化反应的工作温度。
燃烧器将根据DOC催化器的入口温度和DPF入口温度信号，可以自动点火燃烧，提高DOC催化器的入口温度，同时也将吸附在DPF上面的碳烟微粒加热燃烧，变成二氧化碳等气体排出，使DPF不断实现再生过程。当加热器温度超过设定温度时停止加热并报警，避免系统过热。
由于颗粒捕集器不断收集内燃机废气中的颗粒，势必造成排气背压的上升，所以需要定期清除DPF中的颗粒。在DPF运用中存在被动再生和主动再生两种清除颗粒的功能。主动再生清除颗粒是在DPF之前增加一个燃烧器，燃烧器负责燃油和空气的点燃、混合扩散燃烧，火焰传播。因此制定合理的燃烧器DPF系统工作过程控制策略是非常关键的，需要对再生温度进行精确闭环控制，避免DPF在温度过高情况下烧毁载体。
发明内容
本发明的目的在于通过一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，该方法包括：DPF强制再生请求；DPF强制停止再生完成请求；DPF燃烧器暖机工作请求；基于压差/流阻模型再生工作时机判断；点火预热塞加热初始化；混合气火焰传播扩散工作；混合气燃烧成功工作；DPF再生温度闭环控制工作；喷油量开环计算；喷油量闭环计算；DPF排温过温判断；DPF再生结束空气泵吹扫。
特别地，所述DPF强制再生请求具体包括：DPF再生强制开关打开且持续时间大于预设时间，再生请求标志位打开，燃烧器进行准备工作状态；需要主动再生时，司机按下再生按键，系统自动控制完成再生过程；所述DPF强制停止再生完成请求具体包括：DPF再生强制停止开关打开，再生结束请求标志位打开，燃烧器停止燃油喷射、停止气泵、停止点火；所述DPF燃烧器暖机工作请求具体包括：柴油机在冷机工况下，根据涡后排气温度进行判断，当涡后排气温度大于设定阀值时，进行燃油喷射使能判断。
特别地，所述点火预热塞加热初始化具体包括：点火预热塞加热初始模块工作：点火预热塞首先进行预加热，点火加热塞继电器吸合，加热设定时间，保证预热塞温度达到设定温度以上，加热预设时间后，电磁油泵开始工作，开始供给柴油；喷出的燃油遇火焰预热塞的高温将燃烧释放出热量。
特别地，所述混合气火焰传播扩散工作、混合气燃烧成功工作具体包括：混合气火焰传播扩散工作模块、混合气燃烧成功工作模块工作：在气泵辅助供气情况下，空气和柴油进行混合加热，火焰在第一燃烧筒内进行传播，并往第二燃烧筒进行火焰传播。
特别地，所述DPF再生温度闭环控制工作具体包括：DPF再生温度闭环控制工作模块工作：当燃烧器火焰温度高于设定阀值时，说明混合气燃烧成功，同时DOC催化器氧化开始；在燃烧器和DOC催化器复合升温作用下，排气温度升高；当DPF前后温度大于设定阀值时，则判定燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制。
特别地，所述喷油量开环计算具体包括：喷油量开环计算模块工作：当DPF前后温度大于设定阀值时，说明燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制；DPF前排气温度的控制通过向排气管路中喷入喷油量控制来实现的，采用“开环+闭环”的控制方式；喷油量开环计算模块根据柴油机进气量查找开环喷油脉谱得到开环主动再生基本喷油量，其中进气量根据空气流量传感器采集得到。
特别地，所述喷油量闭环计算具体包括：喷油量闭环计算模块根据DPF前排温和主动再生目标温度计算出温度差，比例调节(P)部分根据比例系数得到比例调节输出油量；积分调节(I)部分根据积分系数得到积分调节输出油量。
特别地，所述DPF排温过温判断具体包括：DPF排温过温判断模块对DPF前后排气温度是否过温进行判断，如果DPF的前排温大于排温过温值或者DPF的后排温大于排温过温值，则过温标志位置1；否则过温标志位置0。
特别地，所述DPF再生结束空气泵吹扫具体包括：DPF再生结束空气泵吹扫模块工作：当按下DPF强制再生结束按钮时，DPF工作状态进入5状态即再生结束控制状态，燃油电磁泵停止工作，气泵和点火塞持续工作设定时间，DPF工作状态1即待机、预热状态，工作状态2即点火、升温开环控制状态，工作状态3即开环升温控制状态，工作状态4即再生温度闭环控制状态的计时器清零，此时DPF工作状态处于5状态即再生结束控制状态，属于空气泵吹扫阶段；当累积时间达到设定时间时，气泵再停止工作，DPF工作状态进入1状态；再生结束先关闭燃油电磁泵，然后关闭预热塞，最后关闭空气泵。
本发明提出的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法实现了柴油机各种运行工况下安全、可靠的DPF主动再生。本发明的具体有益效果如下：一、DPF再生速度快，再生过程持续20-30分钟，对车辆正常运行小；二、操作简单，根据再生强制按钮，系统完成再生过程；三、再生温度采用开环和闭环控制，采用变参数PID控制，同时积分带死区控制，通过开环控制实现喷油量的及时响应性，通过闭环实现温度闭环控制的精准性；四、DPF前后温度采用安全保护控制策略，又能避免DPF温度过高，保证DPF再生过程的安全；五、系统带空气泵吹扫模块，实现DPF系统的安全再生，避免残余燃油的累积，对柴油机性能不会带来影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃烧器DPF再生过程各个阶段流程图；
图2为本发明实施例提供的燃烧器DPF预加热阶段控制流程图；
图3为本发明实施例提供的燃烧器DPF再生温度闭环控制流程图；
图4为本发明实施例提供的燃烧器DPF再生温度过高控制流程图；
图5为本发明实施例提供的燃烧器DPF再生吹扫控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。
请参照图1至图5所示，本实施例中非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法具体包括：DPF强制再生请求；DPF强制停止再生完成请求；DPF燃烧器暖机工作请求；基于压差/流阻模型再生工作时机判断；点火预热塞加热初始化；混合气火焰传播扩散工作；混合气燃烧成功工作；DPF再生温度闭环控制工作；喷油量开环计算；喷油量闭环计算；DPF排温过温判断；DPF再生结束空气泵吹扫。
在本实施例中所述DPF强制再生请求具体包括：DPF再生强制开关打开且持续时间大于预设时间，再生请求标志位打开，燃烧器进行准备工作状态；需要主动再生时，司机按下再生按键，系统自动控制完成再生过程；所述DPF强制停止再生完成请求具体包括：DPF再生强制停止开关打开，再生结束请求标志位打开，燃烧器停止燃油喷射、停止气泵、停止点火；所述DPF燃烧器暖机工作请求具体包括：柴油机在冷机工况下，根据涡后排气温度进行判断，当涡后排气温度大于设定阀值时，进行燃油喷射使能判断。
具体的，在本实施例中所述DPF强制再生请求具体包括：DPF再生强制开关打开且持续时间大于预设时间(例如5秒)，再生请求标志位打开，燃烧器进行准备工作状态；需要主动再生时，司机按下再生按键，系统自动控制完成再生过程；整个再生过程持续时间25分钟，对车辆正常运行影响小。在本实施例中所述DPF强制停止再生完成请求具体包括：DPF再生强制停止开关打开，再生结束请求标志位打开，燃烧器停止燃油喷射、停止气泵、停止点火。在本实施例中所述DPF燃烧器暖机工作请求具体包括：柴油机在冷机工况下，排气温度低、燃油温度低，会导致燃油和空气混合燃烧效率低，会导致冒白烟、泄露燃油现象，因此根据涡后排气温度进行判断，当涡后排气温度大于设定阀值时，进行燃油喷射使能判断。
具体的，在本实施例中所述点火预热塞加热初始化具体包括：点火预热塞加热初始模块工作：点火预热塞首先进行预加热，点火加热塞继电器吸合，加热设定时间(例如加热时间40s)，保证预热塞温度达到设定温度(例如600度)以上，加热预设时间(例如40s)后，电磁油泵开始工作，开始供给柴油；喷出的燃油遇火焰预热塞的高温将燃烧释放出热量,提升排温。这样做的目的是让加热塞充分加热，引燃由柴油喷嘴喷射出的燃油，当柴油喷射到高温的加热塞时，可以迅速形成火苗。点火助燃预热塞控制，该阶段电磁油泵必须关闭，气泵可以打开，否则难以燃烧形成火苗。在点火塞预热阶段，气泵工作，提供一部分氧气，有利于燃油着火。所述点火升温的控制过程需要进行缓慢调节喷油量控制，从而避免HC、CO等二次污染物泄露问题，因此采用分阶段油量控制。当进入DPF再生温度闭环控制，采用带死区的闭环PID控制，进行快速问题调节控制；当再生过程中DPF前温度、DPF出口温度出现超限值的情况下，喷油量清零。
具体的，在本实施例中所述混合气火焰传播扩散工作、混合气燃烧成功工作具体包括：混合气火焰传播扩散工作模块、混合气燃烧成功工作模块工作：在气泵辅助供气情况下，空气和柴油进行混合加热，火焰在第一燃烧筒内进行传播，并往第二燃烧筒进行火焰传播。这个阶段很重要，是混合器边燃烧、边扩散的工作过程。在这个阶段，混合器燃烧温度进一步升温，最高温度可以达到700多摄氏度。
具体的，在本实施例中所述DPF再生温度闭环控制工作具体包括：DPF再生温度闭环控制工作模块工作：当燃烧器火焰温度高于设定阀值时，说明混合气燃烧成功，同时DOC催化器氧化开始，进一步提高对燃油氧化升温的能力。在这个阶段，在燃烧器和DOC催化器复合升温作用下，排气温度升高；当DPF前后温度大于设定阀值时，则判定燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制。
具体的，在本实施例中所述喷油量开环计算具体包括：喷油量开环计算模块工作：当DPF前后温度大于设定阀值时，说明燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制；DPF前排气温度的控制通过向排气管路中喷入喷油量控制来实现的，采用“开环+闭环”的控制方式；开环的油量作为前馈控制，主要克服可以预见的因素引起的温度变化，其中温度的变化和排气流量的变化是这些因素中的两个主要因素。温度升高后，为了维持再生所需温度，应较少或者停止燃油喷射，反之亦然；另外，排气流量过大时，排气气流带走大量排气热量，排气温度降低，需增大喷油量以提高再生排气温度，反之则适当减小再生排气温度。喷油量开环计算模块根据柴油机进气量查找开环喷油脉谱得到开环主动再生基本喷油量，其中进气量根据空气流量传感器采集得到。
具体的，在本实施例中所述喷油量闭环计算具体包括：喷油量闭环计算模块根据DPF前排温和主动再生目标温度计算出温度差，比例调节(P)部分根据比例系数得到比例调节输出油量；积分调节(I)部分根据积分系数得到积分调节输出油量。
具体的，在本实施例中所述DPF排温过温判断具体包括：DPF排温过温判断模块对DPF前后排气温度是否过温进行判断，如果DPF的前排温大于排温过温值或者DPF的后排温大于排温过温值，则过温标志位置1；否则过温标志位置0。
具体的，在本实施例中所述DPF再生结束空气泵吹扫具体包括：DPF再生结束空气泵吹扫模块工作：当按下DPF强制再生结束按钮时，DPF工作状态进入5状态即再生结束控制状态，燃油电磁泵停止工作，气泵和点火塞持续工作设定时间，DPF工作状态1即待机、预热状态，工作状态2即点火、升温开环控制状态，工作状态3即开环升温控制状态，工作状态4即再生温度闭环控制状态的计时器清零，此时DPF工作状态处于5状态即再生结束控制状态，属于空气泵吹扫阶段；当累积时间达到设定时间时，气泵再停止工作，DPF工作状态进入1状态；再生结束先关闭燃油电磁泵，然后关闭预热塞，最后关闭空气泵。
在本实施例中后处理电控单元根据排温传感器、压差传感器采集到的参数，当DPF前后压差达到要再生的标定值时，电控单元首先进行点火预热塞的预加热，当预加热时间达到一定时间时，电控单元进行电磁燃泵的燃油供给驱动，气液由连接管输送到喷嘴处雾化喷到燃烧腔中，油雾接触到点火塞点燃燃烧，让燃油在预热塞上进行充分加热，形成火苗，为了让火苗进一步形成火焰，空气泵开启工作，让油气混合器进一步传播，形成火焰进一步扩散燃烧，让排气温度迅速升高。控制器控制喷油量把高温气流控制在550℃±20℃，使高温气流均匀喷流到颗粒捕集器烧除沉积的颗粒物产生可靠的主动再生。
本发明的技术方案实现了柴油机各种运行工况下安全、可靠的DPF主动再生。本发明中DPF燃烧器再生速度快，整个再生过程持续时间20分钟，不需要与柴油机进行总线信号传输、对车辆运行影响小；操作简单，无负效应，不会对柴油机性能产生影响。
本发明的具体有益效果如下：一、DPF再生速度快，再生过程持续20-30分钟，对车辆正常运行小；二、操作简单，根据再生强制按钮，系统完成再生过程；三、再生温度采用开环和闭环控制，采用变参数PID控制，同时积分带死区控制，通过开环控制实现喷油量的及时响应性，通过闭环实现温度闭环控制的精准性；四、DPF前后温度采用安全保护控制策略，又能避免DPF温度过高，保证DPF再生过程的安全；五、系统带空气泵吹扫模块，实现DPF系统的安全再生，避免残余燃油的累积，对柴油机性能不会带来影响。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，该方法包括：DPF强制再生请求；DPF强制停止再生完成请求；DPF燃烧器暖机工作请求；基于压差/流阻模型再生工作时机判断；点火预热塞加热初始化；混合气火焰传播扩散工作；混合气燃烧成功工作；DPF再生温度闭环控制工作；喷油量开环计算；喷油量闭环计算；DPF排温过温判断；DPF再生结束空气泵吹扫。
2.根据权利要求1所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述DPF强制再生请求具体包括：DPF再生强制开关打开且持续时间大于预设时间，再生请求标志位打开，燃烧器进行准备工作状态；需要主动再生时，司机按下再生按键，系统自动控制完成再生过程；所述DPF强制停止再生完成请求具体包括：DPF再生强制停止开关打开，再生结束请求标志位打开，燃烧器停止燃油喷射、停止气泵、停止点火；所述DPF燃烧器暖机工作请求具体包括：柴油机在冷机工况下，根据涡后排气温度进行判断，当涡后排气温度大于设定阀值时，进行燃油喷射使能判断。
3.根据权利要求2所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述点火预热塞加热初始化具体包括：点火预热塞加热初始模块工作：点火预热塞首先进行预加热，点火加热塞继电器吸合，加热设定时间，保证预热塞温度达到设定温度以上，加热预设时间后，电磁油泵开始工作，开始供给柴油；喷出的燃油遇火焰预热塞的高温将燃烧释放出热量。
4.根据权利要求3所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述混合气火焰传播扩散工作、混合气燃烧成功工作具体包括：混合气火焰传播扩散工作模块、混合气燃烧成功工作模块工作：在气泵辅助供气情况下，空气和柴油进行混合加热，火焰在第一燃烧筒内进行传播，并往第二燃烧筒进行火焰传播。
5.根据权利要求4所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述DPF再生温度闭环控制工作具体包括：DPF再生温度闭环控制工作模块工作：当燃烧器火焰温度高于设定阀值时，说明混合气燃烧成功，同时DOC催化器氧化开始；在燃烧器和DOC催化器复合升温作用下，排气温度升高；当DPF前后温度大于设定阀值时，则判定燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制。
6.根据权利要求5所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述喷油量开环计算具体包括：喷油量开环计算模块工作：当DPF前后温度大于设定阀值时，说明燃烧器温度已经传播到DPF载体上面，DPF进入工作状态4即再生温度闭环控制状态，处于再生过程阶段，在再生过程阶段，燃油喷射分成两个部分，一部分为前馈开环燃油喷射量，第二部分为闭环燃油喷射量，通过前馈和闭环组合，实现目标再生温度的闭环控制；DPF前排气温度的控制通过向排气管路中喷入喷油量控制来实现的，采用“开环+闭环”的控制方式；喷油量开环计算模块根据柴油机进气量查找开环喷油脉谱得到开环主动再生基本喷油量，其中进气量根据空气流量传感器采集得到。
7.根据权利要求6所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述喷油量闭环计算具体包括：喷油量闭环计算模块根据DPF前排温和主动再生目标温度计算出温度差，比例调节(P)部分根据比例系数得到比例调节输出油量；积分调节(I)部分根据积分系数得到积分调节输出油量。
8.根据权利要求7所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述DPF排温过温判断具体包括：DPF排温过温判断模块对DPF前后排气温度是否过温进行判断，如果DPF的前排温大于排温过温值或者DPF的后排温大于排温过温值，则过温标志位置1；否则过温标志位置0。
9.根据权利要求8所述的非道路柴油机燃烧器DPF系统控制方法，其特征在于，所述DPF再生结束空气泵吹扫具体包括：DPF再生结束空气泵吹扫模块工作：当按下DPF强制再生结束按钮时，DPF工作状态进入5状态即再生结束控制状态，燃油电磁泵停止工作，气泵和点火塞持续工作设定时间，DPF工作状态1即待机、预热状态，工作状态2即点火、升温开环控制状态，工作状态3即开环升温控制状态，工作状态4即再生温度闭环控制状态的计时器清零，此时DPF工作状态处于5状态即再生结束控制状态，属于空气泵吹扫阶段；当累积时间达到设定时间时，气泵再停止工作，DPF工作状态进入1状态；再生结束先关闭燃油电磁泵，然后关闭预热塞，最后关闭空气泵。
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