CN113685254B - 一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法和柴油发动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法和柴油发动系统，该方法，包括：计算颗粒捕捉器中碳载量；判断碳载量是否达到主动再生触发值；若碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；若柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，则判断碳载量是否到达第一风险限值；若碳载量达到第一风险限值，则控制柴油发动机开启停缸功能，触发颗粒捕捉器执行主动再生动作；从而，当柴油发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用柴油发动机停缸功能提高排温，可以更好的完成整个主动再生过程，将积碳完全燃烧干净。

Description

一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法和柴油发动系统

技术领域

本发明属于DPF主动再生技术领域，更具体的说，尤其涉及一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法和柴油发动系统。

背景技术

DPF(Diesel Particulate Filter，颗粒物捕捉器)技术，可以过滤掉尾气大部分的碳烟等PM颗粒物，满足国六排放法规要求，但随着柴油发动机运行时间增加，DPF中的碳烟积聚重量也随之增加，导致排气背压升高，影响柴油发动机的动力性、燃油经济性，当碳载量达到主动再生条件后触发主动再生，主动再生过程中柴油发动机通过缸内后喷柴油，柴油在DOC(Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化剂)内氧化放热，提高排气温度将碳烟氧化燃烧去除，恢复DPF功能。

在柴油发动机实际使用过程中，由于环境温度偏低或者排气温度偏低，无法达到DOC起燃温度，导致无法正常进行DPF主动再生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法和柴油发动系统，用于当柴油发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用停缸功能提高排气温度，使颗粒物捕捉器进入再生模式。

本申请第一方面公开了一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法，包括：

计算颗粒捕捉器中碳载量；

判断所述碳载量是否达到主动再生触发值；

若所述碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；

若所述柴油发动机的排气温度不满足所述主动再生要求，则判断所述碳载量是否到达第一风险限值；

若所述碳载量达到所述第一风险限值，则控制所述柴油发动机开启停缸功能，触发所述颗粒捕捉器执行主动再生动作。

可选的，在判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求之后，还包括：

若所述柴油发动机的排气温度满足所述主动再生要求，则触发所述颗粒捕捉器执行主动再生动作。

可选的，在触发所述颗粒捕捉器执行主动再生动作之后，还包括：

判断所述碳载量是否高于所述第二风险限值。

可选的，在判断所述碳载量是否高于所述第二风险限值之后，还包括：

若所述碳载量高于所述第二风险限值，则禁止所述柴油发动机开启停缸功能。

可选的，在禁止所述柴油发动机开启停缸功能之后，还包括：

若所述碳载量低于所述第二风险限值，则控制所述柴油发动机开启停缸功能。

可选的，所述主动再生触发值小于所述第一风险限值。

可选的，所述第二风险限值大于所述主动再生触发值，且小于所述第一风险限值。

本申请第二方面一种柴油发动系统，包括：柴油发动机、控制单元、颗粒物捕捉器DPF和检测单元；

所述检测单元，用于检测所述柴油发动机的排气温度；

所述控制单元分别与所述柴油发动机、DPF和所述检测单元通信连接；

所述控制单元，用于执行如本申请第一方面任一项所述的颗粒捕捉器的主动再生控制方法。

可选的，还包括：氧化催化转化器和选择性催化还原器；

所述氧化催化转化器设置于所述DPF的前级；

所述选择性催化还原器设置于所述DPF的后级。

可选的，所述检测单元包括：排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器；

排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器均与所述控制单元通信连接。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法，包括：计算颗粒捕捉器中碳载量；判断碳载量是否达到主动再生触发值；若碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；若柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，则判断碳载量是否到达第一风险限值；若碳载量达到第一风险限值，则控制柴油发动机开启停缸功能，触发颗粒捕捉器执行主动再生动作；从而，当柴油发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用柴油发动机停缸功能提高排温，可以更好的完成整个主动再生过程，将积碳完全燃烧干净。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例提供的一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种柴油发电机系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例提供了一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法，用于解决现有技术中在柴油发动机实际使用过程中，由于环境温度偏低或者排气温度偏低，无法达到DOC起燃温度，导致无法正常进行颗粒捕捉器主动再生的问题。

参见图1该颗粒捕捉器的主动再生控制方法，包括：

S101、计算颗粒捕捉器中碳载量。

需要说明的是，该碳载量为颗粒捕捉器中碳颗粒物重量除以颗粒捕捉器体积。

该颗粒物捕捉器为执行主动再生动作时，其主要用于收集碳颗粒物。在该颗粒物捕捉器执行主动再生动作时，将积碳进行燃烧，尽可能将积碳烧净，去除颗粒物捕捉器内积累的碳颗粒物。

也就是说，颗粒捕捉器在整车上使用过程中正常捕集排气中的碳烟颗粒，当碳载量相应值被触发主动再生时，将碳烟烧掉。

S102、判断碳载量是否达到主动再生触发值。

若碳载量达到主动再生触发值，则执行步骤S103。

该主动再生触发阈值的具体取值，根据实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

也就是说，在该碳载量达到该主动再生触发阈值，则说明需要将颗粒捕捉器中的碳烟进行燃烧。进而执行步骤S103。

S103、判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求。

需要说明的是，在柴油发动机的排气温度满足主动再生要求时，可以直接执行主动再生；而在柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，也即现有技术中由于环境温度偏低或者排气温度偏低，无法达到催化剂起燃温度，导致无法正常进行颗粒捕捉器主动再生。

也即，当发动机排气温度达到主动再生要求值后，才能触发主动再生过程，如果发动机排气温度持续低于主动再生要求值，则无法进行主动再生，颗粒捕捉器中碳载量持续增加。

因此，若柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，则执行步骤S104。

S104、判断碳载量是否到达第一风险限值。

若碳载量达到第一风险限值，则执行步骤S105。

在实际应用中，主动再生触发值小于第一风险限值。也就是说，需要柴油颗粒捕捉器的碳载量积累较多时，再执行步骤S105。

该第一风险限值的取值，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

S105、控制柴油发动机开启停缸功能，触发颗粒捕捉器执行主动再生动作。

停缸功能是指柴油发动机停止喷油器喷油，当前气缸不做功，减少做功缸数量可以提高发动机排气温度。

需要说明的是，控制柴油发动机开启停缸功能，停缸后发动机排气温度升高，达到主动再生要求值后，控制发动机喷油器的后喷柴油进入DOC放出大量热量，也即控制喷油器喷柴油，提高进入颗粒捕捉器气体温度，将碳烟燃烧干净。其中，当进入颗粒捕捉器的气体温度达到550度以上就可以将碳烟烧掉。

DOC的左右侧是氧化柴油放热，提高进入颗粒捕捉器的气温，柴油来自喷油器，后喷指的是活塞在气缸内做功完成，从下止点往上止点运行过程中喷油器喷油，气缸内气体被挤压排出到排气管中将柴油带出。

具体的，停缸数量为发动机总气缸数量的一半，当然也不仅限于此，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

颗粒捕捉器完成主动再生过程后，积碳烧净，退出主动再生模式，颗粒捕捉器继续正常捕集排气中的碳烟颗粒。

需要说明的是，步骤S101可以被步骤S105触发；也即步骤S101-S105是一个循环执行的过程，也就是说，在步骤S105中的主动再生动作完成之后，返回执行步骤S101。步骤S105和S101之间可以增加一个判断，也即判断是否完成主动再生。当然，也可以是，步骤S101，按照预设时间周期或实时执行；此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。相应的，预设时间周期，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，计算颗粒捕捉器中碳载量；判断碳载量是否达到主动再生触发值；若碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；若柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，则判断碳载量是否到达第一风险限值；若碳载量达到第一风险限值，则控制柴油发动机开启停缸功能，触发颗粒捕捉器执行主动再生动作；从而，当柴油发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用柴油发动机停缸功能提高排温，可以更好的完成整个主动再生过程，将积碳完全燃烧干净。

参见图2，在实际应用中，在步骤S103判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求之后，若柴油发动机的排气温度满足主动再生要求，则还可以包括：

S106、触发颗粒捕捉器执行主动再生动作。

发动机排气温度满足主动再生要求时，可以正常触发主动再生过程；也即，控制柴油发动机中喷油器喷柴油进入DOC(Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化剂)放出大量热量，提高进入颗粒捕捉器的气体温度，积碳被燃烧减少，同时颗粒捕捉器的碳载量持续减小。

需要说明的是，如果碳载量高于第二风险限值时，需要禁止柴油发动机开启停缸功能，该停缸功能指令由用户触发，该情况不能开启停缸功能的原因是停缸后排气流量减少，颗粒捕捉器的再生过程中散热减少，颗粒捕捉器的内部产生高温而导致颗粒捕捉器的载体损坏。如果碳载量低于第二风险限值时发动机可以开启停缸功能，此时控制发动机喷油器后喷柴油进入DOC放出大量热量，提高进入颗粒捕捉器的气体温度，直至完成主动再生过程。

因此，在实际应用中，在步骤S106、触发颗粒捕捉器执行主动再生动作之后，还可以包括：

S107、判断碳载量是否高于第二风险限值。

在实际应用中，第二风险限值大于主动再生触发值，且小于第一风险限值。

若碳载量高于第二风险限值，则执行步骤S108。

该第二风险限值的取值，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

S108、禁止柴油发动机开启停缸功能。

在步骤S103判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；若排气温度满足主动再生要求，则控制颗粒捕捉器正常执行主动再生动作，此时，主动再生过程开始不需要开启停缸功能，随着主动再生过程进行，实际碳载量降低。但需要注意的是，碳载量超过第二风险限值时开启停缸功能会影响载体可靠性。

因此，在实际应用中，在禁止柴油发动机开启停缸功能之后，还包括：

S109、判断碳载量是否高于第二风险限值。

若碳载量低于第二风险限值，则执行步骤S110。

S110、控制柴油发动机开启停缸功能。

下面，对上述三个排气温度值，进行说明：

主动再生触发阈值：如果发动机碳载量达到LV0但是没有正常触发主动再生，也就是喷油器没有后喷柴油，此时碳载量会一直增加，所以进入主动再生过程时实际碳载量要大于LV0；其中，LV0为主动再生触发阈值。

第一风险限值：如果发送机正常运行情况下排气温度一直低于温度阈值时，需要开启停缸功能的碳载量阈值，LV0<LV1；其中LV1为第一风险限值。

第二风险限值：如果发送机正常运行情况，排气温度一直高于温度阈值时，不需要开启停缸功能提高排气温度，进入主动再生过程时实际碳载量开始见效，但是实际碳载量高于LV2时，不能开启停缸功能，LV0<LV2<LV1。其中，LV2为第二风险限值。

在本实施例中，当发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用停缸功能提高排气温度，使颗粒捕捉器进入再生模式；在正常主动再生过程中，通过判断碳载量是否超过风险值来决策是否执行停缸功能，可以有效保护颗粒捕捉器不因高温损坏。同时，发动机动态停缸技术，在保证输出功率不变情况下，减少工作气缸数量，可以提高排气温度，通过使用该方法可以有助于颗粒捕捉器主动再生过程进行。

本申请另一实施例提供了一种柴油发动系统。

该柴油发动系统，包括：柴油发动机、控制单元(如图3所示的ECU)、颗粒物捕捉器DPF和检测单(包括如图3所示的排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器)。

具体的，柴油发动机的输出端口，与增压器相连；该涡轮增压器用于增加该柴油发动机输出端口的柴油压强，以实现喷油。

该涡轮增压器通过排气管路连接颗粒物捕捉器进气口处。

检测单元，用于检测柴油发动机的排气温度。也就是说，检测上述排气管路内的温度，将该排气管路内的温度作为该柴油发动机的排气温度。

控制单元分别与柴油发动机、DPF和检测单元通信连接。

需要说明的是，图3中仅示出了控制单元与柴油发动机之间的连接关系，该DPF、检测单元与该控制单元之间的连接关系未进行图示。

控制单元，用于执行上述任一项实施例提供颗粒捕捉器的主动再生控制方法。

该控制单元可以是ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)。当然也不限于此，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，DPF：Diesel Particulate Filter，颗粒物捕捉器；碳载量：DPF中碳颗粒物重量除以DPF体积；ECU：Electronic Control Unit，电子控制单元。

该颗粒捕捉器的主动再生控制方法的工作过程和原理，详情参见上述任一实施例，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，该柴油发动系统，还可以包括：氧化催化转化器(包括如图3所示的DOC)和选择性催化还原器(包括如图3所示的SCR)。

氧化催化转化器设置于DPF的前级。选择性催化还原器设置于DPF的后级。

具体的，该排气管路的出气口与氧化催化转化器的进气口相接；氧化催化转化器的出气口与DPF的进气口相接；DPF的出气口与选择性催化还原器的进气口相接。

该氧化催化转化器中设置有DOC(Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化剂)。具体的，将柴油燃烧后的排放物如一氧化碳、碳氢化合物和SOF，进行氧化，然后产生二氧化碳和水。

选择性催化还原器中设置有SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原剂)；具体的，将氮氧化物(NOx)转化为双原子氮和水以及少量二氧化碳的化学过程。通过添加汽车级尿素(称为柴油机尾气处理液(DEF)或商业品牌如AdBlue和Bluetech)，将柴油引擎的有害NOx排放转化为无害的氮和水的一个过程。SCR模块控制泵从储罐中抽出DEF，并用适当的计量阀将其注入柴油机废气中。为了优化燃油效率，在催化还原过程之后使用气体传感器，然后将气体传感器的信息输送到柴油引擎ECU，后者将该信息与引擎状态相结合，向SCR单元提供有关待释放的正确DEF液体量的准确信息。

在实际应用中，检测单元，包括：排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器。

排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器均与控制单元通信连接。

ECU计算颗粒捕捉器中碳载量；判断碳载量是否达到主动再生触发值；若碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；若柴油发动机的排气温度不满足主动再生要求，则判断碳载量是否到达第一风险限值；若碳载量达到第一风险限值，则控制柴油发动机开启停缸功能，触发颗粒捕捉器执行主动再生动作；从而，当柴油发动机排气温度较低，不满足触发主动再生条件时，利用柴油发动机停缸功能提高排温，可以更好的完成整个主动再生过程，将积碳完全燃烧干净。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，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。

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 (7)

1.一种颗粒捕捉器的主动再生控制方法，其特征在于，包括：

计算颗粒捕捉器中碳载量；

判断所述碳载量是否达到主动再生触发值；

若所述碳载量达到主动再生触发值，则判断柴油发动机的排气温度是否满足主动再生要求；

若所述柴油发动机的排气温度不满足所述主动再生要求，则判断所述碳载量是否到达第一风险限值；

若所述碳载量达到所述第一风险限值，则控制所述柴油发动机开启停缸功能，触发所述颗粒捕捉器执行主动再生动作；

若所述柴油发动机的排气温度满足所述主动再生要求，则触发所述颗粒捕捉器执行主动再生动作；判断所述碳载量是否高于第二风险限值；若所述碳载量高于所述第二风险限值，则禁止所述柴油发动机开启停缸功能。

2.根据权利要求1所述的颗粒捕捉器的主动再生控制方法，其特征在于，在禁止所述柴油发动机开启停缸功能之后，还包括：

若所述碳载量低于所述第二风险限值，则控制所述柴油发动机开启停缸功能。

3.根据权利要求1-2任一项所述的颗粒捕捉器的主动再生控制方法，其特征在于，所述主动再生触发值小于所述第一风险限值。

4.根据权利要求3所述的颗粒捕捉器的主动再生控制方法，其特征在于，所述第二风险限值大于所述主动再生触发值，且小于所述第一风险限值。

5.一种柴油发动系统，其特征在于，包括：柴油发动机、控制单元、颗粒物捕捉器DPF和检测单元；

所述检测单元，用于检测所述柴油发动机的排气温度；

所述控制单元分别与所述柴油发动机、DPF和所述检测单元通信连接；

所述控制单元，用于执行如权利要求1-4任一项所述的颗粒捕捉器的主动再生控制方法。

6.根据权利要求5所述的柴油发动系统，其特征在于，还包括：氧化催化转化器和选择性催化还原器；

所述氧化催化转化器设置于所述DPF的前级；

所述选择性催化还原器设置于所述DPF的后级。

7.根据权利要求5或6所述的柴油发动系统，其特征在于，所述检测单元包括：排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器；

排气温度传感器、DPF前温度传感器和DPF后温度传感器均与所述控制单元通信连接。

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