柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法与流程

本发明涉及一种柴油机颗粒捕集器的再生控制方法，本发明具体涉及一种柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法。

背景技术：

中国专利cn104454085a提供了一种dpf再生的控制方法，该方法通过dpf（颗粒捕集器）前后压差和doc（氧化催化器）前温度是否都超过阈值来判断是否进行燃油喷射，燃油喷射量由电控单元根据发动机相关参数对应开环喷油脉谱，得到开环控制燃油喷射油量值，根据dpf过滤器前进气口处温度传感器采集的dpf过滤器前温度数值与电控单元设定的dpf过滤器目标温度数值的差值，运行pid算法，得到闭环控制燃油喷射油量值，根据开环控制燃油喷射油量值和闭环控制燃油喷射油量值得到燃油喷射总油量值。这是一种常规的dpf再生控制方法。

该方法中没有对dpf前目标温度的确定进行说明，dpf前目标温度会影响到dpf内颗粒的燃烧有很大的影响，且该方法的开环油量确定，要达到精确涉及巨量的校正参数以调整控制器性能，该巨量的校正参数自然会导致在校正开发中的大量工作，特别是在时间和资源方面，且还对发动机控制单元具有成本冲击。

中国专利cn102140950b提供了一种控制发动机后喷油量控制氧化催化器出口温度的方法，该方法为根据柴油氧化催化器（doc）出口处的目标温度确定后喷的开环油量，然后根据doc出口处的当前温度通过闭环得到后喷油量的反馈油量，闭环油量对开环油量修正得到正确的后喷油量，该专利为了常规的开环油量的确定方法的缺点（常规方法涉及巨量的校正参数以调整控制器性能，该巨量的校正参数自然会导致在校正开发中的大量工作，特别是在时间和资源方面，且还对发动机控制单元具有成本冲击）其开环油量采用hc氧化的物理模型的方法确定。

该专利提出的hc氧化的物理模型方法虽然理论上能够解决常规方法的缺点，但是其物理模型是把整个doc作为一个整体，doc作为一个复杂的系统，其内部环境条件分布不同，其对建立物理模型的参数造成不同的影响，所以把整个doc作为一个物理模型很难得到精确的结果。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以减小再生燃油消耗、提高燃油经济性并提高驾驶性能的柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法。

按照本发明提供的技术方案，所述柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法包括以下步骤：

首先，确定dpf入口目标温度；

然后，根据dpf入口目标温度，通过doc物理模型计算得到doc内部的目标温度和doc升温所需的开环hc量；根据doc物理模型计算得到的doc内部的实际温度和doc内部的目标温度之间的差值计算得到反馈hc量；开环hc量和反馈hc加起来即为总的hc需求量；

最后，根据多次喷射对扭矩的影响，对主喷油量进行修正，使得再生工况和正常工况扭矩尽量靠近。

所述dpf入口目标温度的确定首先需要确定dpf安全再生所允许的最大温度阈值和dpf安全再生所允许的最小温度阈值；其中，dpf安全再生最小温度阈值由碳烟负载不同试验得到。

所述dpf入口温度所允许的最大阈值计算包括doc本身氧化能力决定的最大doc升温阈值计算、最坏情况下再生安全温度阈值计算，最坏情况下再生安全温度阈值确定方法是选择一个中等的可以再生的温度进行再生，再生过程突降到怠速观察dpf内部温度是否安全，逐步提高再生温度，直到找到可以安全再生的最大温度。

所述dpf入口温度可以通过小于1的工况修正系数对dpf入口温度所允许的最大阈值修正得到，使得每个工况下再生燃油消耗最小。

所述doc物理模型的建立是把doc分成n个很小的分块，每一分块建立一个独立物理模型。

所述doc内部目标温度为由doc出口目标温度通过doc物理模型计算得到的doc的n个分块各块下游的目标温度。

所述doc升温所需的hc量计算方法是，根据doc每一分块入口排气温度和目标温度计算每一分块升温所需的hc量，然后加和所有分块升温所需hc油量并考虑doc对hc的转化效率最终得到doc升温所需的反馈hc量。

所述doc内部实际温度由doc前排气hc量和doc前温度通过doc物理模型计算得到。

所述反馈hc量计算方法是doc每个分块处实际温度和目标温度之差乘以反馈系数然后加和得到，其中，反馈系数根据每个分块所处位置不同而不同。

所述多次喷射对扭矩的影响，其计算方法是把每一次喷射油量转化为最佳扭矩点产生相同扭矩所需的油量，控制再生工况和正常工况转化的最佳扭矩点油量相等，即可保证扭矩不变，最佳扭矩点为在一确定工况下，单位质量燃油做功最多的燃油喷射时刻。

利用本发明，能够确定各种情况下最优的dpf再生目标温度，而且能够快速准确的得到doc升温所需的燃油量，因而能够实现dpf再生的安全快速有效，并有效减少再生过程的燃油消耗，提高发动机的经济性。此外，本发明还提供了再生过程扭矩补偿方法，使得正常到再生工况转换扭矩不发生明显变化，提高了驾驶性能。

附图说明

图1是装备有颗粒捕集器的柴油机后处理布置图。

图2是颗粒捕集器再生温度控制示意图。

图3是dpf入口目标温度示意图。

图4是dpf入口最大允许温度计算示意图。

图5是doc模型示意图。

图6是多次喷射扭矩转换示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明中提及的hc即燃油消耗量。

本发明的一种柴油机颗粒捕集器再生时的温度控制方法包括以下步骤：

首先，确定dpf入口目标温度；

然后，根据dpf入口目标温度，通过doc物理模型计算得到doc内部的目标温度和doc升温所需的开环hc量；根据doc物理模型计算得到的doc内部的实际温度和doc内部的目标温度之间的差值计算得到反馈hc量；开环hc量和反馈hc量加起来即为总的hc需求量；

最后，根据多次喷射对扭矩的影响，对主喷油量进行修正，使得再生工况和正常工况扭矩尽量靠近。

所述dpf入口目标温度的确定首先需要确定dpf安全再生所允许的最大温度阈值和dpf安全再生所允许的最小温度阈值；其中，dpf安全再生最小温度阈值由碳烟负载不同试验得到。

所述dpf入口温度所允许的最大阈值计算包括doc本身氧化能力决定的最大doc升温阈值计算、最坏情况下再生安全温度阈值计算，最坏情况下再生安全温度阈值确定方法是选择一个中等的可以再生的温度进行再生，再生过程突降到怠速观察dpf内部温度是否安全，逐步提高再生温度，直到找到可以安全再生的最大温度。

所述dpf入口温度可以通过小于1的工况修正系数对dpf入口温度所允许的最大阈值修正得到，使得每个工况下再生燃油消耗最小。

所述doc物理模型的建立是把doc分成n个很小的分块，每一分块建立一个独立物理模型。

所述doc内部目标温度为由doc出口目标温度通过doc物理模型计算得到的doc的n个分块各块下游的目标温度。

所述doc升温所需的hc量计算方法是，根据doc每一分块入口排气温度和目标温度计算每一分块升温所需的hc量，然后加和所有分块升温所需hc油量并考虑doc对hc的转化效率最终得到doc升温所需的反馈hc量。

所述doc内部实际温度由doc前排气hc量和doc前温度通过doc物理模型计算得到。

所述反馈hc量计算方法是doc每个分块处实际温度和目标温度之差乘以反馈系数然后加和得到，其中，反馈系数根据每个分块所处位置不同而不同。

所述多次喷射对扭矩的影响，其计算方法是把每一次喷射油量转化为最佳扭矩点产生相同扭矩所需的油量，控制再生工况和正常工况转化的最佳扭矩点油量相等，即可保证扭矩不变，最佳扭矩点为在一确定工况下，单位质量燃油做功最多的燃油喷射时刻。

本发明的控制方法包括再生dpf入口目标温度计算，doc升温氧化燃油量确定和扭矩补偿。dpf入口目标温度确定首先由试验确定极限状态dpf最大允许的入口温度，然后由发动机工况得到一工况修正系数，保证在各工况下再生油耗最低。doc升温氧化燃油量确定首先根据dpf入口目标温度和doc物理模型计算得到doc内部目标温度曲线，然后根据doc入口排气温度和doc物理模型计算得到doc升温所需氧化燃油量即开环hc量，然后根据doc物理模型计算得到的doc内部实际温度和目标温度之间的差值计算得到反馈hc量，开环hc量和反馈hc加起来即为总的hc需求量，增加了温度控制精度，减少了温度升高时间，达到降低油耗的目的。扭矩补偿，首先根据再生工况和正常工况多次喷射喷射时刻计算转化为最优扭矩点相同扭矩燃油喷射量。然后根据再生工况和正常工况扭矩相同，即转化的最优扭矩点燃油量相等，即可得到再生工况推迟的主喷转化的最优扭矩点的燃油量，最后根据再生主喷喷射时刻计算得到再生主喷喷油量，使得正常工况转到再生工况扭矩不发生明显变化，提高了驾驶性能。

图1为本发明所述柴油机尾气净化方法的典型运用结构图。柴油机1在尾气后处理系统上安装有颗粒捕集器2以及氧化催化器3。

颗粒捕集器2的主要作用是捕集柴油机排放的颗粒量，当捕集量达到一定程度以后，进行再生活动，将捕集的颗粒物燃烧掉，如此反复使用，以降低颗粒排放物对大气的污染。

氧化催化器3的主要作用是当入口温度达到其活性温度（一般是230℃）后，通过氧化尾气中的柴油进一步提升尾气温度，以便颗粒捕集器2能够完成再生。

通过调节可变增压器4、节流阀5、废气再循环系统6控制进气量，通过推迟主喷和增加近后喷等措施来提高发动机排气温度使得氧化催化器3入口温度达到起燃温度。

氧化催化器入口温度传感器10用于氧化催化器3入口温度的闭环控制，颗粒捕集器入口温度传感器9，用于颗粒捕集器2入口温度的闭环控制，颗粒捕集器出口温度传感器8用于对颗粒捕集器2内部温度的预测。

此外该系统还包括柴油机电子控制器7（即ecu），用于控制发动机的正常的工作和再生的控制。

图2为颗粒捕集系统再生温度控制示意图。颗粒捕集系统再生温度控制主要包括三个部分：doc温度控制通过调节进气和增加近后喷等措施控制再生时氧化催化器3入口温度达到起燃温度，使得hc能够在氧化催化器3中氧化，提高氧化催化器3出口的温度；dpf温度控制通过增加远后喷控制颗粒捕集器2入口温度，实现颗粒捕集器2内碳烟颗粒的再生；扭矩补偿通过对再生时主喷油量的调节实现正常模式和再生模式扭矩保持一致。

图3是dpf入口目标温度示意图。首先根据发动机工况和碳烟负载计算得到dpf最大允许的温度，根据碳烟负载计算dpf能够主动再生所需的最小温度，然后根据发动机转速和喷油量计算得到dpf入口目标温度工况修正系数，最后，dpf最大允许的温度和dpf入口目标温度工况修正系数相乘并通过dpf最大允许的温度和最小允许温度限值得到最终的dpf入口目标温度。

图4是dpf入口最大允许温度计算示意图。影响dpf入口最大允许温度的因数主要包括两个方面，一是doc本身的特性，dpf入口温度是排气通过doc，hc氧化释放能量使得排气升温得到的，因此通过发动机工况查doc升温最大温度map表得到doc升温最大限值；二是再生过程dpf安全因素，dpf再生安全要求在再生过程中出现最坏的情况下dpf都要保证不被烧坏，首先根据碳烟负载查表得到一个基本的dpf保护目标温度，然后根据工况查表得到的修正系数相乘得到最终的dpf保护温度，具体做法是选择一个碳烟负载和发动机工况，设定一个安全的再生温度，进行再生，再生过程中突然降到怠速，观察dpf内部温度，判断dpf是否安全，如果安全，则逐步提高再生温度，直到找到最大的安全再生温度。doc升温最大限值和dpf保护温度取小值即为dpf入口最大允许温度。

doc计算模型被分成n个brick。当dpf入口目标温度确定后，doc出口目标温度也即确定。doc第n块的出口目标温度即为doc出口目标温度。对于一块doc分片，其目标温度计算时假设没有hc氧化释放能量，只需要考虑其和环境的能量交换，通过向环境散热，使得温度由入口目标温度降到出口目标温度，因此对一个确定的doc分块当其出口目标温度确定了，其入口目标温度即可计算得到。具体的来说，doc第n分块其出口目标温度即为doc出口目标温度，通过环境能量交换方程计算得到入口目标温度，也即第n-1分块的出口目标温度，同样依次计算即可得到1到n每个分块的出口目标温度。当目标温度确定后，开始计算doc升温所需的hc量，其具体计算方法如下，对于一确定的doc分块其能量主要包括入口排气带入的能量，出口排气带出的能量，排气中hc的能量，和环境交换的能量以及doc基体的能量。对于doc第1分块，入口排气温度为doc入口温度，出口温度为doc第1分块出口目标温度，根据能量守恒即可得到第1分块升温所需要的hc量。计算结果和doc第1分块所能转化的最大hc量取小值即为第1分块需要的hc量，同理由计算得到的hc量可以计算得到第1分块出口温度，即为doc第1分块实际的出口目标温度，计算得到的第1分块实际目标温度，即为第2分块入口排气温度，同理依次可以计算得到每一分块的升温所需hc量。如图5中，第n块所需要的hc量根据如下能量守恒公式计算得到：第n块所需hc量×第n块的hc放热转换系数=第n块对环境的散热+流过第n块排气温升的能量。所以，第n块所需hc量=min(第n块的最大转换hc量，(第n块对环境的散热+流过第n块排气温升的能量)/第n块的hc放热转换系数)。其中，第n块的hc放热转换系数根据排气质量流量与第n块的位置决定。第n块的最大转换hc量，根据排气质量流量决定。流过第n块排气温升等于其出口目标温度减去其入口温度。最终，加和所有块的所需hc量在除以doc对hc的转化效率即得到doc升温到目标温度所需的开环hc量。同样的，doc内部实际温度也可以这样计算得到，根据doc入口处的排气实际温度和排气中的hc量，通过doc物理模型得到doc内部每一分块的实际温度。最总由doc内部实际温度和目标温度反馈得到反馈hc量，反馈hc量对开环hc量修正得到总的所需的hc量。

dpf再生时为了满足温度要求会采取推迟主喷，增加后喷等措施，这些措施会影响到发动机扭矩输出，因此为了不影响驾驶性能，需要对扭矩进行补偿，使正常工况和再生工况扭矩不出现明显变化。

正常工况和再生工况的燃油喷射都等效为最佳扭矩点处产生相同扭矩时的喷油量，通过调整再生主喷油量，使得正常工况和再生工况下转化的最佳扭矩点处（mbt）油量相等。具体做法是根据喷射时刻与最优扭矩点的角度关系确定相应喷射扭矩输出的转化关系，即喷射单位质量油量产生的扭矩与最优扭矩点喷射产生相同扭矩油量的比值，正常工况各次喷射转化为最优扭矩点的喷油量减去再生工况除主喷外其他多次喷射转化的最优扭矩点喷油量，得到的即为再生工况推迟的主喷喷油量转化为最优扭矩点的喷油量，然后再根据推迟的主喷与最优扭矩点的喷油量转化关即可得到推迟的主喷油量。如图6，假设某稳态工况下，正常模式下的主喷油量为q_m_nrm，提前角为a1；进入再生模式后增加了两次后喷：其一为后喷1，其喷射油量为q_po1_rgn，提前角为a3；其二为后喷2，其喷油量为q_po2_rgn，其提前角为a4。再生模式下的主喷油量为q_m_rgn，其提前角为a2。为了使再生前后的总扭矩相同，即q_m_nrm×fac(a1)=q_m_rgn×fac(a2)+q_po1_rgn×fac(a3)+q_po2_rgn×fac(a4)。这样就可以得到再生模式下的推迟的主喷油量q_m_rgn=(q_m_nrm×fac(a1)-q_po1_rgn×fac(a3)-q_po2_rgn×fac(a4))/fac(a2)。其中，fac(ax)为提前角ax的油量转换到mbt点等效油量的转换系数。