本发明涉及柴油发动机排放后处理的技术领域，具体涉及一种基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统及控制方法。
背景技术
柴油机具有热效率高，燃油消耗率低和性能可靠等特点，被广泛用做汽车、船舶以及工程机械的动力源。然而柴油机的微粒(pm)排放量高，与城市空气悬浮颗粒物的超标有直接联系，对人体健康造成了严重的危害。为了满足越来越严格的排放法规，各种柴油机pm净化措施得到应用，柴油机微粒捕集器dpf(dieselparticulatefilter)是降低柴油机pm(微粒)和pn(碳粒数量)排放的有效措施之一。随着dpf使用时间的增加，内部沉积的不可再生的灰分也越来越多，造成的排气流动阻力增加以及dpf过滤和再生效率下降的问题也越来越严重。
目前国内外处理灰分的方法都是将dpf从车辆上取下，由专门的维修机构对dpf采用高压空气或水进行清灰处理。这种清灰方法给驾驶员带来不便，影响汽车使用效率，并且有可能由于没有及时清灰导致dpf性能变差，达不到减排效果，甚至影响dpf使用寿命，因此开发实用的车载清灰装置，及时实现定期清灰处理，已经成为当务之急。
近二十年国内外虽然在灰分的沉积和分布机理、灰分的形态、结构、成分、灰分分布与压降的关系、排气条件的瞬态变化对灰分沉积特性的影响、以及灰分对dpf捕集和再生的影响等方面开展了一些研究，但是在车载清灰系统的研究比较少，目前也没有安装了车载清灰系统的车辆。中国专利zl2013106642572公开一种分隔型逆向喷气再生式柴油机排气颗粒捕集器装置。该装置结构复杂，包括主过滤系统、再生过滤系统、喷气过滤系统和控制系统。主过滤系统单纯依靠反吹再生，再生效率较低，辅助再生过滤体依然需要电加热再生，同样会产生灰分堆积，影响颗粒捕集器的使用寿命。中国专利zl2015100223216公开一种车用颗粒捕集器的辅助再生装置，该装置可以在现有颗粒捕集器的基础上进行改造，结构相对简单，但是需要携带专用储气罐，在使用完压缩空气后利用压缩机重新充气，这样要增加额外的能量消耗，还要设计压缩机充气的装置，因此限制了其使用。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统及控制方法，该系统及控制方法回收车辆制动能量来产生压缩空气，并以此压缩空气为气源设计车载反吹灰分清除过程对灰分进行清除。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
一种基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统，其特征在于该系统包括涡轮增压器、设置在涡轮增压器之后的排气管的两个支路上的第一蝶阀和第二蝶阀、发动机、空气冷却器、颗粒捕集器、电控ecu、储气罐，在涡轮增压器之前的紧挨发动机侧的排气管上依次安装充气阀和第三蝶阀，充气阀连接储气罐的进口，在储气罐上安装有用于监测喷射压力的压力传感器和用于调节压力大小的压力调节阀；所述第一蝶阀连接外部大气；
所述第二蝶阀分成两个支路，一支路连接颗粒捕集器的进口，另一路经过真空阀连接真空泵，真空泵同时连接收集器；颗粒捕集器的出口安装喷射器，在喷射器后方的颗粒捕集器出口处设有排气阀；所述喷射器的进口通过电磁阀连接压力调节阀，喷射器的出口朝向颗粒捕集器的出口；
上述的第一蝶阀、第二蝶阀、真空阀、真空泵、排气阀、电磁阀、压力传感器、压力调节阀、充气阀和第三蝶阀、发动机均与电控ecu连接。
一种上述的基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统的控制方法，该方法将制动能量进行回收，回收的压力气以反吹的方式对颗粒捕集器内的灰分进行清除，具体步骤是：
第一步、制动能量回收：
在发动机正常工作时，发动机排气管路上的第三蝶阀打开、充气阀关闭；发动机制动工作时，电控ecu切断发动机的燃油供给，同时关闭第三蝶阀，在排气行程某时刻开启充气阀，使发动机缸内气体进入储气罐，回收压力气体；
第二步、车载电控反吹清灰：
在柴油机正常工作时，电控ecu关闭第一蝶阀和真空阀，打开第二蝶阀和排气阀，排气经过微粒捕集器过滤后排到大气中；清灰时，电控ecu打开第一蝶阀、真空阀和真空泵，关闭第二蝶阀和排气阀，在涡轮增压器之后的排气管与颗粒捕集器的过滤体的通道被切断，涡轮增压器之后的排气通过旁通管经第一电磁阀直接排入大气，储气罐内的压缩空气通过喷射器以逆向流的方式通过颗粒捕集器的过滤体，在真空泵的作用下，灰分从颗粒捕集器的过滤体壁面脱落，随气流进入收集器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法采用反吹方式对再生之后不能燃烧的灰分进行清除，从而可以保证颗粒捕集器的过滤效果，延长颗粒捕集器的使用寿命。反吹所需要的压缩空气来源于制动能量的回收，不需要增加压缩机等额外的充气装置，从而可以提高能源利用效率，减少能源消耗。
本发明方法中制动能量回收为反吹清灰提供压缩空气，反吹清灰为给再生之后的颗粒捕集器清除灰分，使柴油机颗粒捕集器可以连续再生，不必因为灰分堆积影响其使用寿命，提高颗粒捕集器的使用效率和耐久性，为颗粒捕集器的稳定工作提供支持。
本发明系统在柴油机原有装置基础上进行改进，设置车载储气罐、收集器，可以实现车载清灰，不需要对颗粒捕集器定期更换或者拆装，减少使用成本。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显。其中：
图1为本发明基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统的工作示意图。
图2为本发明基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统的控制策略的流程图。
图中，涡轮增压器101，第一蝶阀102，第二蝶阀103，真空阀104，收集器105，真空泵106，颗粒捕集器107，电磁阀108，喷射器109，排气阀110，储气罐111，压力调节阀112，压力传感器113，电控ecu114，第三蝶阀115，充气阀116,发动机117，空气冷却器118。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统(简称系统，参见图1)包括涡轮增压器101、设置在涡轮增压器之后的排气管的两个支路上的第一蝶阀102和第二蝶阀103、发动机117、空气冷却器118、颗粒捕集器107、电控ecu114、储气罐111，在涡轮增压器之前的紧挨发动机侧的排气管上依次安装充气阀116和第三蝶阀115，充气阀连接储气罐111的进口，在储气罐111上安装有用于监测喷射压力的压力传感器113和用于调节压力大小的压力调节阀112；所述第一蝶阀102连接外部大气；
所述第二蝶阀103分成两个支路，一支路连接颗粒捕集器107的进口，另一路经过真空阀104连接真空泵106，真空泵106同时连接收集器105；颗粒捕集器107的出口安装喷射器109，在喷射器后方的颗粒捕集器出口处设有排气阀110；所述喷射器的进口通过电磁阀108连接压力调节阀112，喷射器的出口朝向颗粒捕集器107的出口；
上述的第一蝶阀102、第二蝶阀103、真空阀104、真空泵106、排气阀110、电磁阀108、压力传感器113、压力调节阀112、充气阀116和第三蝶阀115、发动机117均与电控ecu114连接。
本发明基于制动能量回收的柴油机dpf车载清灰系统的控制方法，该方法将制动能量进行回收，回收的压力气以反吹的方式对颗粒捕集器内的灰分进行清除，具体步骤是：
第一步、制动能量回收：
在发动机正常工作时，发动机排气管路上的第三蝶阀115打开、充气阀116关闭；发动机制动工作时，电控ecu114切断发动机的燃油供给，同时关闭第三蝶阀115，在排气行程某时刻开启充气阀116，使发动机缸内气体进入储气罐111，回收压力气体；
第二步、车载电控反吹清灰：
在柴油机正常工作时,电控ecu关闭第一蝶阀102和真空阀104，打开第二蝶阀103和排气阀110，排气经过微粒捕集器107过滤后排到大气中；清灰时，电控ecu打开第一蝶阀102、真空阀104和真空泵106，关闭第二蝶阀103和排气阀110，在涡轮增压器之后的排气管与颗粒捕集器107的过滤体的通道被切断，涡轮增压器之后的排气通过旁通管经第一电磁阀102直接排入大气，储气罐111内的压缩空气通过喷射器109以逆向流的方式通过颗粒捕集器107的过滤体，在真空泵106的作用下，灰分从颗粒捕集器107的过滤体壁面脱落，随气流进入收集器105。
本发明系统及控制方法主要适合主动再生系统的颗粒捕集器dpf中灰分的清除。
本发明中电控ecu114可以为柴油机上自带的电控单元，能控制制动能量回收的第三蝶阀115和充气阀116进行开启或关闭，同时能控制反吹清灰过程中第一蝶阀102、第二蝶阀103和排气阀110进行相应的开启或关闭动作，该电控ecu能根据发动机的运转工况判断是否处于制动状态，从而决定压缩空气回收时刻，同时进行制动能量回收和反吹清灰的灵活控制。
本发明中所述充气阀116由电控ecu114根据发动机工况和颗粒捕集器107的排气压力以及预先设定的map图(预存在电控ecu内的数据，这些数据包括发动机的运行工况、储气罐压力、颗粒捕集器的压降等，这些数据是发动机出厂之前标定好存储在电控ecu中的，116的启闭主要由发动机的运行工况决定，发动机由电控ecu控制，根据颗粒捕集器前后压差来判断灰分的多少)确定是否开启。
本发明电控ecu内存储的清灰程序流程是：预设颗粒捕集器107内前后压差，采集当前颗粒捕集器107前后压差，判断当前dpf前后压差是否超过预设值；如果超过预设值则进行反吹清灰，如果不大于预设值，则不进行反吹清灰；
同时，电控ecu114采集发动机的各项参数值(例如速度，扭矩，喷油量等数据)进行分析；判定车辆当前的行驶工况，即判断是否处于制动状态，如果不处于制动状态，则压缩空气回收结束；如果处于制动状态，则压缩空气回收开始；电控ecu实时采集储气罐的压力，判断储气罐压力是否达到其压力最大值，若达到，则压缩空气回收结束；若没有达到压力最大值，则继续进行压缩空气回收；
接着，根据dpf清灰之后的前后压差判断清灰效果，如果压降明显就再进行清灰操作，如果压降不明显，即压降变化较小，压降数值小，说明过滤流畅，没有堵塞，则反吹清灰结束。
本发明中颗粒捕集器107内前后压差的具体数值，根据不同阶段国家排放标准而定，各个厂商可以根据国标制定自己的数值；设定这个数值需要做相应的试验，通过试验来标定这个压差；这个数值与颗粒捕集器的长径比、颗粒捕集器的过滤材质等结构和材质因素相关。根据测试分析结果对制动能量回收的始毕及预设反吹清灰喷射始毕进行控制，判断车辆的行驶工况，当车辆处于制动状态时进行压缩空气的回收，在不影响发动机动力输出的情况下，应该尽可能保证储气罐内存有一定压力的气体；当颗粒捕集器的前后压差大于预设的反吹清灰喷射的前后压差时，开始进行清灰。
本发明中制动能量回收和车载电控反吹灰分清除具有一定相关性。利用发动机性能试验优化标定不同运转工况时的储气罐压缩空气回收时刻和反吹喷射时刻，以保证dpf的清灰效果。清除灰分的前提是储气罐中有压力气体，如果只根据某一种特定工况来回收压缩空气，可能很长时间段内都没有压缩空气回收，所以可以根据不同的工况，在保证不影响正常动力输出的情况下，尽可能的使储气罐内存有一定压力的气体，可以提高清灰效果。
本发明未述及之处适用于现有技术。