CN112324545B - 一种dpf再生耦合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种DPF再生耦合控制方法，包括以下步骤：基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，触发DPF再生；基于浓度采集模块采集DPF入口的颗粒物浓度和DPF出口的颗粒物浓度，计算得到颗粒物减排效率，若颗粒物减排效率高于预设置的减排效率阈值，则DPF持续再生过程，否则，停止DPF再生；重复步骤上述步骤，直至DPF停止工作。与现有技术相比，本发明基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，实时计算DPF的减排效率，根据DPF的实时碳载量和DPF的减排效率耦合控制DPF的再生过程，提高了再生强度控制的精确性，有效避免了因DPF过度再生造成的颗粒物排放增多的问题，提升了DPF的再生可靠性。

Description

一种DPF再生耦合控制方法

技术领域

本发明涉及车辆排气控制领域，尤其是涉及一种DPF再生耦合控制方法。

背景技术

2018年6月22日，我国发布了《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》的国家标准(标准号为GB17691-2018)。该国家标准将在2019年7月1日开始实施。我国对包括重型柴油车在内的各种车辆的污染物排放要求越来越高，这有利于我国自然环境的持续优化。

颗粒捕集器(DPF，Diesel Particulate Filter)是净化柴油机颗粒排放的最有效途径，现有技术常通过颗粒捕捉器DPF对车辆尾气进行净化。DPF载体通常是壁流式结构，载体内部有许多平行的通道，相邻的两个通道其中一个只有进口开放，另一个只有出口开放，排气从进口开放的通道流入，穿过载体的壁面至相邻的通道排出，在此过程中，颗粒物被过滤在通道内，对排气起到净化作用，DPF能够减少90％以上的颗粒排放，是柴油机满足最新排放法规必不可少的后处理装置。

捕集效率和排气背压是DPF的两大要设计指标。随着时间的推移，DPF捕捉的颗粒物越来越多，造成排气背压不断升高，较高的排气背压会造成柴油机的动力性和经济性下降。因此当排气背压升高到一定阈值时，会触发DPF的再生策略，再生时，会借助燃烧器提高DPF的温度，当温度超过碳烟的燃点时，DPF中捕集的碳烟颗粒会燃烧，从而使排气背压会下降。但同时，累积的碳烟颗粒的燃烧会使颗粒破碎，较小的颗粒会从DPF中排出，造成颗粒数量PN排放有所增加。而国六排放法规中新增了柴油机PN排放限值，DPF再生时造成的小颗粒排放浓度的升高使得柴油机颗粒排放可能会超过国六PN排放限值。

中国专利201810715857.X公开了一种主动喷油燃烧再生DPF控制策略，根据预设置的时间间隔和通过DPF碳载量模型判断得到的背压确定是否进行再生，再生过程中通过控制喷油量对再生中的温度进行控制，再生温度控制精确，再生速度快，但是，该专利没有考虑DPF再生过程中由于颗粒物燃烧导致的小颗粒物排放增浓度升高，可能会造成排放超标。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种DPF再生耦合控制方法，基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，实时计算DPF的减排效率，根据DPF的实时碳载量和DPF的减排效率耦合控制DPF的再生过程，提高了再生强度控制的精确性，有效避免了因DPF过度再生造成的颗粒物排放增多的问题，提升了DPF的再生可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种DPF再生耦合控制方法，包括以下步骤：

S1：基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2；

S2：触发DPF再生；

S3：基于浓度采集模块采集DPF入口的颗粒物浓度和DPF出口的颗粒物浓度，计算得到颗粒物减排效率，若颗粒物减排效率高于预设置的减排效率阈值，则DPF持续再生过程，否则，执行步骤S4；

S4：停止DPF再生；

S5：重复步骤S1，直至DPF停止工作。

进一步的，所述碳载量预估模型是根据DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系生成的。

更进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：

S101：记录DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系并生成碳载量预估模型；

S102：基于碳载量预估模型确定预设置的碳载量阈值对应的排气背压阈值；

S103：获取DPF的实时排气背压，若实时排气背压小于排气背压阈值，则DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

进一步的，所述碳载量预估模型是根据DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系生成的。

更进一步的，所述DPF所在车辆的实际工况参数包括车辆的当前工况、发动机进气量、发动机转速、发动机扭矩和油耗。

更进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：

S101：记录DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系并生成碳载量预估模型；

S102：获取DPF所在车辆的实际工况参数，基于碳载量预估模型得到DPF的实时碳载量；

S103：若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

进一步的，所述步骤S3中，浓度采集模块包括设于DPF入口的碳烟传感器和设于DPF出口的碳烟传感器。

更进一步的，所述碳烟传感器的采样频率不低于1Hz。

进一步的，所述步骤S3中，颗粒物减排效率E_PN的计算公式具体为：

其中，C_up表示DPF入口的颗粒物浓度，C_down表示DPF出口的颗粒物浓度。

进一步的，所述步骤S3中，预设置的减排效率阈值为90％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，实时计算DPF的减排效率，根据DPF的实时碳载量和DPF的减排效率耦合控制DPF的再生过程，提高了再生强度控制的精确性，有效避免了因DPF过度再生造成的颗粒物排放增多的问题，提升了DPF的再生可靠性。

(2)可以根据DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系生成碳载量预估模型，能直接根据排气背压确定DPF的实时碳载量是否达到阈值，判断方式简单，提高了再生时机触发的准确性。

(3)在DPF工作过程中，可能因通道堵塞造成排气背压升高，难以正确判断DPF的实时碳载量，本方法可以根据DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系生成碳载量预估模型，根据DPF所在车辆的实际工况参数计算DPF的实时碳载量，不受异常因素干扰，可以准确确定DPF的碳载量。

(4)通过碳烟传感器实时采集DPF入口的颗粒物浓度和DPF出口的颗粒物浓度，计算颗粒物减排效率，并根据颗粒物减排效率判断是否继续进行DPF再生，确保DPF再生过程中颗粒物减排效率始终不低于90％，减少了因DPF再生而造成的颗粒物排放。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例中DPF排气背压随DPF工作时间的变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

颗粒捕集器DPF能够减少柴油发动机所产生的宴会，减排效率达90％以上。在DPF再生过程中，借助燃烧器提高DPF内的温度，当温度超过碳烟的燃点时，DPF中捕集的碳烟颗粒会燃烧，从而减少DPF的碳载量，降低排气背压。但是，DPF再生会引起DPF内累积的碳烟颗粒层破碎，燃烧使大颗粒破碎，较小的颗粒会从DPF中排出，若干DPF过度再生，会造成排放尾气中颗粒物数量增加。为了保证尾气排放符合国家标准，必须精确控制DPF再生的时间和强度。

一种DPF再生耦合控制方法，具体流程如图1所示，包括以下步骤：

S1：基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

可以根据DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系生成碳载量预估模型，此种情况下，步骤S1包括以下步骤：

S101：记录DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系并生成碳载量预估模型；

S102：基于碳载量预估模型确定预设置的碳载量阈值对应的排气背压阈值；

S103：获取DPF的实时排气背压，若实时排气背压小于排气背压阈值，则DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

具体的，持续记录DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系，生成碳载量预估模型。DPF排气背压随DPF工作时间的变化如图2所示。从碳载量预估模型中可以得到DPF排气背压对应的DPF碳载量，例如，DPF排气背压为7kPa时，对应的DPF碳载量为3g/L，DPF碳载量也可以使用其他表示方式。本实施例中，碳载量阈值设为7g/L，对应的排气背压阈值为15kPa，实时监测DPF的实时排气背压，实时排气背压小于排气背压阈值，如为13kPa，则DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，DPF继续捕集尾气中的碳烟颗粒，否则，执行步骤S2。

在其他实施方式中，也可以根据实际需要设置不同大小的碳载量阈值。

也可以根据DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系生成碳载量预估模型，DPF所在车辆的实际工况参数包括车辆的当前工况、发动机进气量、发动机转速、发动机扭矩和油耗。此种情况下，步骤S1包括以下步骤：

S101：记录DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系并生成碳载量预估模型；

S102：获取DPF所在车辆的实际工况参数，基于碳载量预估模型得到DPF的实时碳载量；

S103：若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

具体的，持续记录DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量之间的关系，生成碳载量预估模型，从碳载量预估模型中可以得到DPF所在车辆的实际工况参数与DPF碳载量的关系，实时获取DPF所在车辆的实际工况参数，根据碳载量预估模型计算得到DPF的实时碳载量。本实施例中，碳载量阈值设为7g/L，若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，如为6.8g/L，则DPF继续捕集尾气中的碳烟颗粒，否则，执行步骤S2。DPF碳载量也可以使用其他表示方式。

在其他实施方式中，也可以根据实际需要设置不同大小的碳载量阈值。

S2：触发DPF再生。

具体的，控制器发出再生信号，燃烧器接收再生信号后，进行喷油点火燃烧，燃烧放出的热量会随排气进入DPF内部，从而升高DPF内的温度，DPF中捕集累积的碳烟颗粒在高温条件下氧化燃烧。

S3：基于浓度采集模块采集DPF入口的颗粒物浓度和DPF出口的颗粒物浓度，计算得到颗粒物减排效率，若颗粒物减排效率高于预设置的减排效率阈值，则DPF持续再生过程，否则，执行步骤S4，预设置的减排效率阈值为90％。

浓度采集模块包括设于DPF入口的碳烟传感器和设于DPF出口的碳烟传感器，为了能获取实时颗粒物减排效率，碳烟传感器的采样频率不低于1Hz。

颗粒物减排效率E_PN的计算公式具体为：

其中，C_up表示DPF入口的颗粒物浓度，C_down表示DPF出口的颗粒物浓度。

具体的，本实施例中，碳烟传感器的采样频率为1Hz，颗粒物浓度的单位是粒/cm³，采集到的DPF入口的颗粒物浓度为5.2×10⁷粒/cm³，采集到的DPF出口的颗粒物浓度为4.8×10⁶粒/cm³，计算颗粒物减排效率E_PN：

此时，颗粒物减排效率E_PN为90.77％，高于设定的阈值90％，表示大多数颗粒物都在DPF内燃烧，因DPF燃烧产生的小颗粒物浓度不高，排放符合标准，DPF可以继续进行再生过程。

若计算得到的颗粒物减排效率不高于设定的阈值90％，表示虽然大多数颗粒物都在DPF内燃烧，但是，因DPF燃烧使累积的颗粒破碎，产生了较多小颗粒，小颗粒物浓度升高，可能导致排放超过标准限值。

在其他实施方式中，可以根据排放需要，设置不同大小的减排效率阈值。

S4：停止DPF再生。

具体的，控制器不再发出再生信号，或发出再生停止信号，燃烧器停止工作，DPF再生结束。

S5：重复步骤S1，直至DPF停止工作。

具体的，自DPF开始工作，就重复步骤S1-S5，不断根据DPF的实时碳载量和颗粒物排放效率确定是否进行DPF再生和是否结束DPF再生。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于碳载量预估模型确定DPF的实时碳载量，若DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，则DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2；

S2：触发DPF再生；

S3：基于浓度采集模块采集DPF入口的颗粒物浓度和DPF出口的颗粒物浓度，计算得到颗粒物减排效率，若颗粒物减排效率高于预设置的减排效率阈值，则DPF持续再生过程，否则，执行步骤S4；

S4：停止DPF再生；

S5：重复步骤S1，直至DPF停止工作，

步骤S1中，所述碳载量预估模型是根据DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系生成的。

2.根据权利要求1所述的一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S101：记录DPF排气背压与DPF碳载量之间的关系并生成碳载量预估模型；

S102：基于碳载量预估模型确定预设置的碳载量阈值对应的排气背压阈值；

S103：获取DPF的实时排气背压，若实时排气背压小于排气背压阈值，则DPF的实时碳载量小于预设置的碳载量阈值，DPF继续捕集颗粒物，否则，执行步骤S2。

3.根据权利要求1所述的一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，浓度采集模块包括设于DPF入口的碳烟传感器和设于DPF出口的碳烟传感器。

4.根据权利要求3所述的一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，所述碳烟传感器的采样频率不低于1Hz。

5.根据权利要求1所述的一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，颗粒物减排效率E_PN的计算公式具体为：

其中，C_up表示DPF入口的颗粒物浓度，C_down表示DPF出口的颗粒物浓度。

6.根据权利要求1所述的一种DPF再生耦合控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，预设置的减排效率阈值为90％。

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