CN111749769B

CN111749769B - 一种dpf主动再生效率检测方法

Info

Publication number: CN111749769B
Application number: CN202010585910.6A
Authority: CN
Inventors: 李延红; 高发廷; 王秋花; 刘浩; 黄少文; 付广龙
Original assignee: China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Current assignee: China National Heavy Duty Truck Group Jinan Power Co Ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN111749769A

Abstract

本发明提供一种DPF主动再生效率检测系统及方法，系统在柴油发动机后处理系统基础上在DPF上游排气管上增加了用于检测二氧化碳浓度的DPF上游二氧化碳传感器以及在DPF下游排气管上增加了用于检测二氧化碳浓度的DPF下游二氧化碳传感器。后处理控制电控单元ACU利用DPF上游二氧化碳传感器和DPF下游二氧化碳传感器的检测结果计算主动再生时DPF中soot燃烧消耗效率。检测系统结构简单，能准确快速计算主动再生时DPF中soot燃烧效率，进而快速检测DPF主动再生效率不合理故障，减少了DPF堵塞和HCI燃油消耗高的风险，适于大规模应用。

Description

一种DPF主动再生效率检测方法

技术领域

本发明涉及发动机控制领域，尤其涉及一种DPF主动再生效率检测系统及方法。

背景技术

国Ⅵ重型柴油车排放法规明确要求PM排放限制，现在普遍采用柴油发动机颗粒捕集器DPF捕集废气中的颗粒物来减少颗粒物排放。随着发动机运行一段时间后，DPF捕集的颗粒物会逐渐增加导致发动机排气背压升高、发动机性能下降。因此需要对DPF进行高温再生清除DPF载体内颗粒物。

DPF再生目前采用在DOC前增加HCI喷射燃油来提升温度来实现。本文中DPF再生效率为在DPF再生过程中实际燃烧消耗的soot质量和后处理控制电控单元ACU中计算燃烧消耗的soot质量之比。如果DPF再生效率过低，则再生过程中实际燃烧消耗的soot质量过低，则后处理控制电控单元ACU中 soot计算质量会比实际soot质量小，容易出现DPF堵塞；如果DPF效率过高，则再生过程中实际燃烧消耗的soot质量过高，则后处理控制电控单元ACU中soot计算质量会比实际soot质量大，容易出现再生频繁的情况，导致燃油消耗高。

在实际应用中，保证DPF再生效率在合理范围内一般会采用大量DPF再生试验来完成。首先需要将DPF载体内soot质量加载到再生阈值，取出DPF 载体进入烤箱300摄氏度烘烤三个小时后称重获得DPF再生前soot实际质量；然后将DPF载体装载后进行DPF再生试验，试验结束后再取出DPF载体进入烤箱300摄氏度烘烤三个小时后称重DPF再生后soot实际质量；最后计算 DPF再生效率。上述试验步骤复杂且需要时间长，需要大量重复性工作。因此，急需设计一种DPF主动再生效率检测系统。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种能准确快速进行主动再生效率计算及主动再生效率不合理检测的DPF主动再生效率检测系统，包括：柴油发动机、柴油发动机氧化催化器DOC、柴油发动机颗粒捕集器DPF、后处理控制电控单元ACU；

柴油发动机氧化催化器DOC上游排气管上依次设置有DOC上游温度传感器、HCI喷射系统、上游NOx传感器；

沿排气方向柴油发动机氧化催化器DOC与柴油发动机颗粒捕集器DPF 之间排气管上依次设置DPF上游温度传感器和上游二氧化碳传感器；

柴油发动机颗粒捕集器DPF下游排气管上设置有下游二氧化碳传感器；

柴油发动机颗粒捕集器DPF上下游排气管之间设置DPF压差传感器。

进一步需要说明的是，上游二氧化碳传感器与后处理控制电控单元ACU 通信连接，上游二氧化碳传感器用于检测DOC下游以及DPF上游排气中二氧化碳浓度，并将二氧化碳浓度传输给后处理控制电控单元ACU；

下游二氧化碳传感器与后处理控制电控单元ACU通信连接，下游二氧化碳传感器用于检测DPF下游排气中二氧化碳浓度，并将二氧化碳浓度传输给后处理控制电控单元ACU。

后处理控制电控单元ACU用于计算DPF载体内soot质量，控制DPF再生，计算DPF主动再生效率。

本发明还提供一种DPF主动再生效率检测方法，方法包括：

a)检测DPF是否处于主动再生过程；如是则转至步骤b)；否则继续保持在步骤a)；

b)读取DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳浓度值；

c)计算DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳质量流量；

d)计算DPF soot消耗流量；

e)计算DPF soot在再生过程中总消耗质量；

f)检测DPF是否主动再生结束；如是则转至步骤h)；否则返回步骤b)；

h)计算DPF主动再生效率；

i)检测DPF主动再生效率在合理范围内；如是则转至步骤j)；否则转至步骤k)；

j)DPF主动再生效率不合理原始故障位清零；转至步骤l)；

k)DPF主动再生效率不合理原始故障位置位；转至步骤l)；

l)DPF主动再生效率检测结束。

可选的，步骤b)中后处理控制电控单元ACU通过CAN通信模块读取 DPF上游二氧化碳浓度值和DPF下游二氧化碳浓度值。

可选的，步骤c)中后处理控制电控单元ACU计算DPF上游二氧化碳质量流量和DPF下游二氧化碳质量流量按照如下公式计算：

二氧化碳质量流量＝二氧化碳浓度×二氧化碳摩尔质量×排气质量流量

可选的，步骤d)中后处理控制电控单元ACU计算DPF soot消耗流量按照如下公式计算：

soot消耗流量＝(下游二氧化碳质量流量-上游二氧化碳质量流量)×化学反应系数

可选的，步骤e)中，后处理控制电控单元ACU计算再生过程中总消耗质量按照如下公式：

再生过程中实际soot总消耗质量＝∫soot消耗流量

可选的，步骤h)中，后处理控制电控单元ACU计算DPF主动再生效率按照如下公式：

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提出的DPF主动再生效率检测系统结构简单，能准确快速计算主动再生时DPF中soot燃烧效率，进而快速检测DPF主动再生效率不合理故障，减少了DPF堵塞和HCI燃油消耗高的风险，适于大规模应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出了DPF主动再生效率检测系统示意图；

图2示出了DPF主动再生效率检测算法流程图。

其中附图标记为：1-DOC上游温度传感器；2-HCI喷射系统；3-上游NOx 传感器；4-DOC；5-DPF上游温度传感器；6-DPF上游二氧化碳传感器；7-DPF 载体；8-DPF压差传感器；9-DPF下游二氧化碳传感器。

具体实施方式

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本发明提供一种DPF主动再生效率检测系统，如图1所示，包括：柴油发动机、柴油发动机氧化催化器DOC 4、柴油发动机颗粒捕集器DPF 7、后处理控制电控单元ACU。柴油发动机氧化催化器DOC 4上游排气管上依次设置DOC上游温度传感器1、HCI喷射系统2、上游NOx传感器3；沿排气方向柴油发动机氧化催化器DOC 4与柴油发动机颗粒捕集器DPF 7之间排气管上依次设置DPF上游温度传感器5、上游二氧化碳传感器6；柴油发动机颗粒捕集器DPF 7下游排气管上设置下游二氧化碳传感器9；柴油发动机颗粒捕集器DPF 7上下游排气管之间设置DPF压差传感器8。

本实施例中，上游二氧化碳传感器6用于检测DOC下游DPF上游排气中二氧化碳浓度，与后处理控制电控单元ACU通信连接；下游二氧化碳传感器9用于检测DPF下游排气中二氧化碳浓度，与后处理控制电控单元ACU 通信连接；

后处理控制电控单元ACU包括一个或多个处理器执行，如一个或多个数字信号处理器(DSP)，通用微处理器，特定应用集成电路(ASICs)，现场可编程门阵列(FPGA)，或者其它等价物把集成电路或离散逻辑电路。因此，术语“处理器，”由于在用于本文时可以指任何前述结构或任何其它的结构更适于实现的这里所描述的技术。另外，在一些方面，本公开中所描述的功能可以提供在软件模块和硬件模块。

在一些实施例中，计算机可读存储介质可以包括非易失性介质。术语“非暂态”所述存储介质可以指示不包含在载波或传播信号。在某些实施例中，非临时性存储介质可以存储数据，它可以随时间改变(例如，RAM或者高速缓存)中。

如果在硬件中实现，本发明涉及一种装置，例如可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

基于上述检测系统本发明还提供一种DPF主动再生效率检测方法，如图 2所示，后处理控制电控单元ACU周期运行DPF主动再生效率检测算法，包括如下步骤：

a)检测DPF是否处于主动再生过程；如是则转至步骤b)；否则继续保持在步骤a)；如附图2步骤S101；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU判断DPF处于主动再生过程检测时，需要判断当前工况是否允许主动再生以及是否触发主动再生。

本实施例中，后处理控制电控单元ACU检测允许主动再生条件为：无禁止DPF主动再生故障、无排气制动。

本实施例中，后处理控制电控单元ACU触发主动再生条件为：soot超过主动再生阈值或者自上次主动再生后的里程超过主动再生阈值或者自上次主动再生后的发动机运行时间超过主动再生阈值。

b)读取DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳浓度值；如附图2步骤 S102；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU通过CAN通信模块读取DPF上游二氧化碳浓度值ratCO2Up ppm和DPF下游二氧化碳浓度值ratCO2Dwn ppm。

c)计算DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳质量流量；如附图2步骤S103；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU计算DPF上游二氧化碳质量流量dmCO2Upmg/s和DPF下游二氧化碳质量流量dmCO2Dwn mg/s按照如下公式计算：

其中MOLCO2为二氧化碳摩尔质量；dmEGUp为DPF上游排气质量， dmEGDwn为DPF下游排气质量，单位为mg/s。

d)计算DPF soot消耗流量dmSoot mg/s；如附图2步骤S104；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU计算DPF soot消耗流量dmSoot 按照如下原理计算：

在主动再生过程中DOC发生主要反应为：

HC+O₂→CO₂+H₂O

在主动再生过程中DPF载体内发生主要反应为：

O₂+C→CO₂+CO

则DPF soot消耗流量dmSoot按照如下公式计算：

其中

为在主动再生过程中DPF载体内化学反应中C转换为CO₂系数。

e)计算DPF soot在再生过程中总消耗质量mSoot mg；如附图2步骤S105；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU计算再生过程中总消耗质量 mSoot按照如下公式：

mSoot＝∫dmSoot

本实施例中，再生过程中总消耗质量mSoot积分从触发主动再生时开始，直至主动再生结束为止。

f)检测DPF是否主动再生结束；如是则转至步骤h)；否则返回在步骤b)；如附图2步骤S106；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU判断DPF主动再生结束是按照ACU计算的模型soot质量减少到再生结束阈值实现。

h)计算DPF主动再生效率EtaRgn；如附图2步骤S107；

本实施例中，后处理控制电控单元ACU计算DPF主动再生效率EtaRgn 按照如下公式：

其中mSootSim为后处理控制电控单元ACU计算的DPF主动再生过程中消耗的模型soot质量。

本实施例中，计算完DPF主动再生效率EtaRgn后，后处理控制电控单元 ACU会将计算的再生过程中总消耗质量mSoot清零，便于下次计算用。

i)检测DPF主动再生效率在合理范围内；如是则转至步骤j)；否则转至步骤k)；如附图2步骤S108；

j)DPF主动再生效率不合理原始故障位清零；转至步骤l)；如附图2步骤S109；

k)DPF主动再生效率不合理原始故障位置位；转至步骤l)；如附图2步骤S10A；

l)DPF主动再生效率检测结束，如附图2步骤S10B。

本实施例中，HCI喷射系统2用于主动再生过程中喷射燃油，提升DOC 上游温度，进而提升DPF上游温度，燃烧DPF载体内soot。

本实施例中，DPF压差传感器8用于后处理控制电控单元ACU中进行soot 质量计算。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种DPF主动再生效率检测方法，其特征在于，方法采用DPF主动再生效率检测系统，系统包括：柴油发动机、柴油发动机氧化催化器DOC、柴油发动机颗粒捕集器DPF、后处理控制电控单元ACU；

沿排气方向柴油发动机氧化催化器DOC与柴油发动机颗粒捕集器DPF之间排气管上依次设置DPF上游温度传感器和上游二氧化碳传感器；

柴油发动机颗粒捕集器DPF上下游排气管之间设置DPF压差传感器；

上游二氧化碳传感器与后处理控制电控单元ACU通信连接，上游二氧化碳传感器用于检测DOC下游以及DPF上游排气中二氧化碳浓度，并将二氧化碳浓度传输给后处理控制电控单元ACU；

下游二氧化碳传感器与后处理控制电控单元ACU通信连接，下游二氧化碳传感器用于检测DPF下游排气中二氧化碳浓度，并将二氧化碳浓度传输给后处理控制电控单元ACU；

后处理控制电控单元ACU用于计算DPF载体内soot质量，控制DPF再生，计算DPF主动再生效率；

方法包括：

b)读取DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳浓度值；

c)计算DPF上游二氧化碳和DPF下游二氧化碳质量流量；

后处理控制电控单元ACU计算DPF上游二氧化碳质量流量和DPF下游二氧化碳质量流量按照如下公式计算：

二氧化碳质量流量＝二氧化碳浓度×二氧化碳摩尔质量×排气质量流量；

d)计算DPF soot消耗流量；

后处理控制电控单元ACU计算DPF soot消耗流量按照如下公式计算：

soot消耗流量＝(下游二氧化碳质量流量-上游二氧化碳质量流量)×化学反应系数；

e)计算DPF soot在再生过程中总消耗质量；

f)检测DPF是否主动再生结束；如是则转至步骤h)；否则转至步骤b)；

h)计算DPF主动再生效率；

j)DPF主动再生效率不合理原始故障位清零；转至步骤l)；

k)DPF主动再生效率不合理原始故障位置位；转至步骤l)；

l)DPF主动再生效率检测结束。

2.根据权利要求1所述的DPF主动再生效率检测方法，其特征在于，

步骤b)中，

后处理控制电控单元ACU通过CAN通信模块读取DPF上游二氧化碳浓度值和DPF下游二氧化碳浓度值。

3.根据权利要求1所述的DPF主动再生效率检测方法，其特征在于，

步骤e)中，

后处理控制电控单元ACU计算再生过程中总消耗质量按照如下公式：

再生过程中实际soot总消耗质量＝∫soot消耗流量。

4.根据权利要求1所述的DPF主动再生效率检测方法，其特征在于，

步骤h)中，

后处理控制电控单元ACU计算DPF主动再生效率按照如下公式：