CN114738093B - 一种dpf再生控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机后处理器技术领域，尤其涉及一种DPF再生控制方法，其包括S1、计算DPF中soot燃烧过程产生的总热量Q；S2、建立DPF温度模型，将DPF温度模型分成i个独立的分片单元，对每个分片单元标定分配系数k_i，每个分片单元在soot燃烧过程产生的热量Q_i＝k_i*Q，其中k₁+k₂+…+k_i＝1；S3、计算每个分片单元的载体温度T_{cell_i}，确定最大值T_{cell_max}；S4、比较最大值T_{cell_max}与再生阈值T’的大小，若T_{cell_max}＜T’，则DPF进入再生模式，若T_{cell_max}≥T’，则DFP进入冷却模式，至T_{cell_max}＜T’时，恢复再生模式。本发明通过对不同的分片单元标定不同的分配系数，从而确定每个分片单元的载体温度，只有当各个分片单元的载体温度均小于再生阈值时，DPF才会进入再生模式，避免DPF局部峰值温度较高，提高DPF的安全性。

Description

一种DPF再生控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机后处理器技术领域，尤其涉及一种DPF再生控制方法。

背景技术

随着柴油机排放技术升级，采用DPF(Diesel Particulate Filter，颗粒捕捉器)技术，可以过滤掉尾气大部分的碳烟等PM颗粒物，有效的减少PM排放，满足国六排放法规要求。

但随着内燃机运行时间的增加，DPF的捕集碳颗粒增加，会导致发动机排气背压变大，缸内燃烧恶化，油耗排放均变差，影响发动机的动力性、燃油经济性，因此当碳颗粒积聚达到一定数量后，DPF需要定期进行主动再生，再生过程中内燃机通过缸内后喷或是尾管后喷柴油，柴油在DOC(柴油机氧化催化剂：Diesel Oxidation Catalyst)内氧化放热，产生高温，将碳烟高温氧化燃烧去除，恢复DPF功能

但在实际应用中，随着DPF内部碳颗粒积累量的增加，可能会导致在再生过程中DPF局部峰值温度较高，导致DPF载体损坏，降低DPF使用可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DPF再生控制方法，提高DPF的安全性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种DPF再生控制方法，包括：

S1、计算DPF中soot燃烧过程产生的总热量Q；

S2、建立DPF温度模型，将所述DPF温度模型分成i个独立的分片单元，对每个所述分片单元标定分配系数k_i，每个所述分片单元在soot燃烧过程产生的热量Q_i＝k_i*Q，其中k₁+k₂+…+k_i＝1；

S3、计算每个所述分片单元的载体温度T_{cell_i}，确定最大值T_{cell_max}；

S4、比较最大值T_{cell_max}与再生阈值T’的大小，若T_{cell_max}＜T’，则DPF进入再生模式，若T_{cell_max}≥T’，则DFP进入冷却模式，至T_{cell_max}＜T’时，恢复再生模式。

作为优选，沿DPF的入口至DPF的出口的方向，所述分片单元的分配系数k_i递增。

作为优选，所述步骤S1包括：根据DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度，结合采集的再生时间和排气总流量计算DPF中soot燃烧消耗的氧气总量，再根据反应方程式计算出soot燃烧过程产生的总热量Q。

作为优选，采集DOC入口氧气浓度和DPF出口氧气浓度，DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度＝DOC入口氧气浓度-DPF出口氧气浓度-再生喷油量消耗氧气的浓度。

作为优选，根据再生喷油量确定再生喷油量消耗氧气的浓度。

作为优选，再生喷油量＝HC喷射反馈油量+HC喷射前馈油量。

作为优选，采集DOC入口温度，确定DPF入口需求温度，HC喷射前馈油量＝(DPF入口需求温度-DOC入口温度)×排气比热容/(燃油热值×DOC燃烧效率)。

作为优选，采集DPF入口温度，确定DPF入口需求温度，HC喷射反馈油量＝DPF入口需求温度-DPF入口温度。

作为优选，所述HC喷射反馈油量可以通过PID调节。

作为优选，DPF进入所述冷却模式后，可以通过停止再生燃油喷射和增加进气量的方式降低载体温度T_{cell_i}。

本发明的有益效果：本发明通过将DPF模型分成多个独立的分片单元，对不同的分片单元标定不同的分配系数，从而确定每个分片单元的载体温度，只有当各个分片单元的载体温度均小于再生阈值时，DPF才会进入再生模式，避免DPF局部峰值温度较高，提高DPF的安全性。

附图说明

图1是本发明所提供的DPF再生控制方法流程图；

图2是DPF再生试验的传感器设置示意图；

图3是DPF再生试验各部分温度结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

随着柴油机排放技术升级，采用DPF(Diesel Particulate Filter，颗粒捕捉器)技术，可以过滤掉尾气大部分的碳烟等PM颗粒物，有效的减少PM排放，满足国六排放法规要求。

但随着内燃机运行时间的增加，DPF的捕集碳颗粒增加，会导致发动机排气背压变大，缸内燃烧恶化，油耗排放均变差，影响发动机的动力性、燃油经济性，因此当碳颗粒积聚达到一定数量后，DPF需要定期进行主动再生，再生过程中内燃机通过缸内后喷或是尾管后喷柴油，柴油在DOC(柴油机氧化催化剂：Diesel Oxidation Catalyst)内氧化放热，产生高温，将碳烟高温氧化燃烧去除，恢复DPF功能

但在实际应用中，随着DPF内部碳颗粒积累量的增加，可能会导致在再生过程中DPF局部峰值温度较高，导致DPF载体损坏，降低DPF使用可靠性。

因此，如图1所示，本实施例提供了一种DPF再生控制方法，包括：

S1、计算DPF中soot燃烧过程产生的总热量Q；

S2、建立DPF温度模型，将DPF温度模型分成i个独立的分片单元，对每个分片单元标定分配系数k_i，每个分片单元在soot燃烧过程产生的热量Q_i＝k_i*Q，其中k₁+k₂+…+k_i＝1；

S3、计算每个分片单元的载体温度T_{cell_i}，确定最大值T_{cell_max}；

S4、比较最大值T_{cell_max}与再生阈值T’的大小，若T_{cell_max}＜T’，则DPF进入再生模式，若T_{cell_max}≥T’，则DFP进入冷却模式，至T_{cell_max}＜T’时，恢复再生模式。

步骤S1中，计算DPF中soot燃烧过程产生的总热量Q的具体步骤如下：

首先，计算再生喷油量，再生喷油量＝HC喷射反馈油量+HC喷射前馈油量，其中，HC喷射前馈油量＝(DPF入口需求温度-DOC入口温度)×排气比热容/(燃油热值×DOC燃烧效率)，排气比热容、燃油热值和DOC燃烧效率均为定值，只需要采集DOC入口温度，并确定DPF入口需求温度即可得到HC喷射前馈油量；而HC喷射反馈油量＝DPF入口需求温度-DPF入口温度，因此还需采集DPF入口温度，即可得到HC喷射反馈油量。

通过再生喷油量，能够确定再生喷油量消耗氧气的浓度，由于DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度＝DOC入口氧气浓度-DPF出口氧气浓度-再生喷油量消耗氧气的浓度，其中，DOC入口氧气浓度和DPF出口氧气浓度可以直接通过采集得到。

通过DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度，再结合采集能够得到的再生时间和排气总流量，即可算出DPF中soot燃烧消耗的氧气总量，最后，已知DPF中soot燃烧消耗的氧气总量，根据反应方程式计算出soot燃烧过程产生的总热量Q。

在步骤S2中，对每个分片单元标定分配系数k_i的规律，需要符合实际规律，因此先进行试验，如图2和图3所示，从DPF的入口开始，沿着气流的流通方向，间隔设置三个温度传感器(如图2中的三个测试点)，对DPF的内部进行测温，其中测试点1测试为温度曲线为T_01,测试点2测试为温度曲线为T_02，测试点3测试为温度曲线为T_03。由实验结果可知，再生过程持续一段时间后，DPF的各部分的温度稳定在相同的规律下，即：从DPF的入口至出口，DPF的温度逐渐增大，因此k_i也逐渐增大，同时需满足：k₁+k₂+…+k_i＝1。

例如：若将DPF温度模型分成三个独立的分片单元，则从DPF的入口至DPF的出口，三个分片单元的分配系数可以被预设为k₁＝0.25、k₂＝0.35、k₃＝0.4，则三个分片单元的热量依次为：Q₁＝0.25Q、Q₂＝0.35Q、Q₃＝0.4Q。

根据传热学相关知识，DPF载体温度变化主要分为三个部分：DPF载体内排气和载体的热交换(主要为对流换热)、DPF载体与大气之间的热交换(主要为对流换热和辐射换热)、再生过程中DPF中soot燃烧放热。

DPF载体温度随时间的变化导致的热量：

其中：

Q_i，第i片DPF中soot燃烧的放热；

载体与排气的对流换热量；

其中，T_{cell_i，us}是分片单元上游的排气温度；T_{cell_i，ds}是分片单元下游的排气温度；

载体与环境的对流换热和辐射换热量；

α_env是导热系数；A_{cell_i}是DPF分片单元的外部面积；

T_env是环境温度；T_{cell_i}是DPF分片单元的载体温度；

ε是辐射系数；σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数。

分别求取每个分片单元的载体温度T_{cell_i}，最终可以确定各个分片单元中载体温度的最大值T_{cell_max}。通过比较最大值T_{cell_max}与再生阈值T’的大小，判断DPF的状态，若T_{cell_max}＜T’，则DPF进入再生模式，若T_{cell_max}≥T’，则DFP进入冷却模式，至T_{cell_max}＜T’时，恢复再生模式。

需要说明的是，DFP进入冷却模式时，通过停止再生燃油喷射和增加进气量的方式降低载体温度T_{cell_i}，防止DPF因高温损坏，当满足冷却模式退出条件时退出冷却模式继续进行再生。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种DPF再生控制方法，其特征在于，包括：

S1、计算DPF中soot燃烧过程产生的总热量Q；

S2、建立DPF温度模型，将所述DPF温度模型分成i个独立的分片单元，对每个所述分片单元标定分配系数k_i，每个所述分片单元在soot燃烧过程产生的热量Q_i=k_i*Q，其中k₁+k₂+…+k_i=1；

S3、计算每个所述分片单元的载体温度T_{cell_i}，确定最大值T_{cell_max}；

S4、比较最大值T_{cell_max}与再生阈值T’的大小，若T_{cell_max}＜T’，则DPF进入再生模式，若T_{cell_max}≥T’，则DFP进入冷却模式，至T_{cell_max}＜T’时，恢复再生模式；

沿DPF的入口至DPF的出口的方向，所述分片单元的分配系数k_i递增。

2.根据权利要求1所述的DPF再生控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度，结合采集的再生时间和排气总流量计算DPF中soot燃烧消耗的氧气总量，再根据反应方程式计算出soot燃烧过程产生的总热量Q。

3.根据权利要求2所述的DPF再生控制方法，其特征在于，采集DOC入口氧气浓度和DPF出口氧气浓度，DPF中soot燃烧消耗的氧气浓度=DOC入口氧气浓度-DPF出口氧气浓度-再生喷油量消耗氧气的浓度。

4.根据权利要求3所述的DPF再生控制方法，其特征在于，根据再生喷油量确定再生喷油量消耗氧气的浓度。

5.根据权利要求4所述的DPF再生控制方法，其特征在于，再生喷油量=HC喷射反馈油量+HC喷射前馈油量。

6.根据权利要求5所述的DPF再生控制方法，其特征在于，采集DOC入口温度，确定DPF入口需求温度，HC喷射前馈油量=（DPF入口需求温度-DOC入口温度）×排气比热容/（燃油热值×DOC燃烧效率）。

7.根据权利要求5所述的DPF再生控制方法，其特征在于，采集DPF入口温度，确定DPF入口需求温度，HC喷射反馈油量=DPF入口需求温度-DPF入口温度。

8.根据权利要求7所述的再生控制方法，其特征在于，所述HC喷射反馈油量通过PID调节。

9.根据权利要求1所述的再生控制方法，其特征在于，DPF进入所述冷却模式后，通过停止再生燃油喷射和增加进气量的方式降低载体温度T_{cell_i}。

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