一种DPF再生温度控制系统及其方法与流程

一种dpf再生温度控制系统及其方法
技术领域
1.本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种dpf再生温度控制系统及其方法。


背景技术：

2.随着柴油机排放法规的升级，对柴油机后处理系统的要求也越来越严格。目前，柴油机后处理系统主要包括氧化催化器(氧化催化器)、dpf(颗粒物捕集器)等装置，氧化催化器可以氧化排气中的碳氢化合物和氮氧化物，dpf可以捕集过滤排气中的碳颗粒物。随着dpf中捕集的碳颗粒物不断增多，会引起排气背压升高，导致燃油经济型恶化甚至动力不足，此时需要向排气中喷射燃料，在氧化催化器中氧化放热提高排气温度，烧除dpf中的碳颗粒物，这一过程叫做dpf再生。
3.中国专利《dpf再生温度控制方法及装置》(申请公布号cn105240097 a)介绍了一种dpf再生温度控制方法，该方法可对 dpf再生时的设定温度变化梯度进行动态调节，然后将dpf设定温度与dpf实际温度做差，通过pid模块计算再生喷油量喷射至排气中提高dpf温度，实现dpf再生温度控制。中国专利《一种 dpf再生温度控制方法》(申请公布号cn 108397267 a)介绍了一种dpf再生温度控制方法，该方法将氧化催化器划分成多块，分别计算每一分块的开环hc油量和反馈hc油量，并将所有分块计算的开环hc油量和反馈hc油量相加得到hc需求量。
4.专利《dpf再生温度控制方法及装置》中采用pid控制方法计算再生喷油量，没有考虑再生油量从喷射到产生热量并传递到 dpf入口被温度传感器检测到的这一过程的迟滞性，当dpf入口实际温度低于再生目标温度时根据温度偏差计算喷油量喷射，但是此时喷射的油量需要经过一定时间后才会提高dpf入口温度，因此，在实际再生中dpf入口温度很容易出现超调和振荡的问题。专利《一种dpf再生温度控制方法》分成很多块分别计算开环hc 油量和闭环油量，计算量大且计算hc需求量时未考虑氧化催化器温升延迟特性，易出现再生温度控制不稳定的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种dpf再生温度控制系统及其方法，解决现有技术存在的未考虑再生油量从喷射到在氧化催化器中氧化放热并提高氧化催化器出口温度的过程的迟滞特性的问题，引入氧化催化器模型，并在氧化催化器模型中考虑氧化催化器温度变化的迟滞性，使再生温度控制更加稳定，控制效果更好。
6.本发明采用的技术方案是：一种dpf再生温度控制系统，其特征在于：包括再生目标温度计算模块、内模控制单元、再生油量计算模块、温度测量模块和再生油量喷射模块；所述内模控制单元包括氧化催化器模型模块和内模控制模块；再生目标温度计算模块的输出端与内模控制单元的输入端连接；温度测量模块的输出端与内模控制单元的输入端和再生油量计算模块连接；内模控制单元的输出端与再生油量计算模块的输入端连接；再生油量计算模块的输出端与再生油量喷射模块的输入端连接；所述再生目标温度计算模块用于
计算dpf再生的目标温度并将dpf再生的目标温度的计算结果输出至内模控制模块；所述温度测量模块用于获取氧化催化器出口实际温度并输出至内模控制模块；氧化催化器模型模块基于内模控制模块输出的再生控制温度估算氧化催化器出口温度，得到氧化催化器出口估算温度；内模控制模块根据再生目标温度与温度偏差计算得到再生控制温度；所述温度偏差为氧化催化器出口实际温度与氧化催化器出口估算温度的差；所述再生油量计算模块根据内模控制模块输出的再生控制温度计算得到再生实际喷油量；所述再生油量喷射模块基于再生油量计算模块输出的再生实际喷油量将再生油量喷入排气中。
7.上述技术方案中，所述再生目标温度由基础再生目标温度加上再生目标温度补偿，并与最大再生目标温度限值取小后得到，所述基础再生目标温度根据再生起始时的碳载量确定，所述再生目标温度补偿根据再生实时碳载量和再生时间获取，所述最大再生目标温度限值根据排气流量和空燃比确定。
8.上述技术方案中，所述温度测量模块测量再生时的氧化催化器入口温度和dpf入口温度，并根据dpf入口温度计算氧化催化器出口实际温度。
9.上述技术方案中，所述再生油量计算模块根据再生控制温度、氧化催化器入口温度、排气流量计算再生喷油量；再生油量计算模块根据计算得到的再生油量和最大再生限制油量取小后为再生实际喷油量；所述最大再生限制油量根据排气流量和氧化催化器入口温度决定。
10.上述技术方案中，所述再生喷油量q的计算方法为：
[0011][0012]
其中，me为排气质量流量，c
p
为排气比热容，t
ctr
为内模控制模块输出的再生控制温度，t
docin
为氧化催化器入口温度，h为再生燃油的热值，n为再生燃油在氧化催化器中的燃烧效率。
[0013]
上述技术方案中，所述氧化催化器模型模块通过氧化催化器模型估算氧化催化器出口温度，所述氧化催化器模型包括惯性环节和滞后环节，所述氧化催化器模型传递函数g
doc
(s)为：
[0014][0015]
其中，惯性环节时间常数τ和阶次σ根据氧化催化器出口温度传感器动态响应特性确定，所述纯滞后环节参数td根据再生油量从喷射到提高氧化催化器出口温度的延迟时间确定。
[0016]
上述技术方案中，所述再生油量喷射模块将再生油量计算模块输出的再生实际喷油量转化成喷油脉宽，将再生油量通过发动机缸内后喷或hc喷射单元喷入排气中，再生油量在氧化催化器中氧化放热，提高氧化催化器出口温度。
[0017]
上述技术方案中，内模控制模块输入点至氧化催化器模型模块输出点的传递函数为：
[0018]
g(s)＝g
imc
(s)*g
doc
(s)
[0019]
[0020][0021][0022]
其中，g
m-(s)是氧化催化器模型中稳定且不包含预测项的具有最小相位特征的传递函数,f(s)是内模控制模块中的滤波器，t是滤波器参数；g
imc
(s)是内模控制模块的传递函数。
[0023]
本发明还提供了一种dpf再生温度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0024]
s1，计算再生目标温度，
[0025]
s2，获取氧化催化器入口温度、氧化催化器出口实际温度，排气流量；
[0026]
s3，根据将再生目标温度和氧化催化器出口实际温度计算得到再生控制温度；
[0027]
s4，根据计算得到的再生控制温度、氧化催化器入口温度、排气流量计算再生需求油量；
[0028]
s5，再生需求油量经过hc喷射单元喷射，在氧化催化器中氧化放热，提高氧化催化器出口温度。
[0029]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有dpf再生温度控制方法程序，所述dpf再生温度控制方法程序被车辆控制器执行时实现上述技术方案中所述dpf再生温度控制方法的步骤。
[0030]
本发明的有益效果是：本发明在再生温度控制中考虑了氧化催化器出口温度变化的迟滞特性，引入氧化催化器模型。所述氧化催化器模型考虑了氧化催化器出口温度的迟滞性，使氧化催化器模型估算的氧化催化器出口温度和温度传感器测量的氧化催化器出口实测温度对应同一时刻的油量，并反馈修正再生油量，从而使再生油量控制更精确，不易发生再生温度超调和振荡，再生温度控制效果更好。采用本发明的方法计算的再生目标温度可随再生时间和碳载量调整，保证再生彻底和安全。所述再生目标温度由基础再生目标温度加上再生目标温度补偿，并与最大再生目标温度限值取小后得到，所述基础再生目标温度根据再生起始时的碳载量确定，当再生起始碳载量较高时，为了提高dpf再生安全性，防止dpf中累积的碳猛烈燃烧引起dpf超温，再生目标温度设置低一点，当再生起始碳载量较低时，再生目标温度设置稍高点，可以提高再生效率。所述再生目标温度补偿根据实时碳载量和再生时间获取，随着再生时间的增加和dpf中实时碳载量的变化逐渐提高再生目标温度，使dpf中的碳载量再生更彻底。所述最大再生目标温度限值根据排气流量和空燃比确定，当排气流量较小或空燃比较小时降低最大再生目标温度限值值，从而减少再生喷油量，防止dpf超温，保护dpf再生安全。
附图说明
[0031]
图1为本发明的系统模块示意图；
[0032]
图2为本发明的再生温度控制原理图；
[0033]
图3为本发明的再生温度控制流程图；
[0034]
图4为本发明的再生目标温度计算流程图；
[0035]
图5为氧化催化器中温度时滞原理简图。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
[0037]
如图1-2所示，本发明提供了一种dpf再生温度控制系统，其特征在于：包括再生目标温度计算模块、内模控制单元、再生油量计算模块、温度测量模块和再生油量喷射模块；所述内模控制单元包括氧化催化器模型(doc模型)模块和内模控制(imc) 模块；再生目标温度计算模块的输出端与内模控制单元的输入端连接；温度测量模块的输出端与内模控制单元的输入端和再生油量计算模块连接；内模控制单元的输出端与再生油量计算模块的输入端连接；再生油量计算模块的输出端与再生油量喷射模块的输入端连接；所述再生目标温度计算模块用于计算dpf再生的目标温度并将dpf再生的目标温度的计算结果输出至内模控制模块；所述温度测量模块用于获取氧化催化器出口实际温度并输出至内模控制模块；氧化催化器模型模块基于内模控制模块输出的再生控制温度估算氧化催化器出口温度，得到氧化催化器出口估算温度；内模控制模块根据再生目标温度与温度偏差计算得到再生控制温度；所述温度偏差为氧化催化器出口实际温度与氧化催化器出口估算温度的差；所述再生油量计算模块根据内模控制模块输出的再生控制温度计算得到再生实际喷油量；所述再生油量喷射模块基于再生油量计算模块输出的再生实际喷油量将再生油量喷入排气中。其中，再生控制温度＝内模控制模块的传递函数* (再生目标温度-温度偏差)即t
ctr
＝g
imc
*(t
targ
‑△
t)。
[0038]
上述技术方案中，所述再生目标温度由基础再生目标温度加上再生目标温度补偿，并与最大再生目标温度限值取小后得到；所述取小是两(或多)个值比较，输出最小的值。所述基础再生目标温度根据再生起始时的碳载量查标定map图确定，所述再生目标温度补偿根据再生实时碳载量和再生时间查标定map图获取，所述最大再生目标温度限值根据排气流量和空燃比查标定map图确定。
[0039]
所述再生目标温度由基础再生目标温度加上再生目标温度补偿，并与最大再生目标温度限值取小后得到，所述基础再生目标温度根据再生起始时的碳载量查标定map图确定，当再生起始碳载量较高时，为了提高dpf再生安全性，防止dpf中累积的碳猛烈燃烧引起dpf超温，再生目标温度设置低一点，当再生起始碳载量较低时，再生目标温度设置稍高点，可以提高再生效率。所述再生目标温度补偿根据实时碳载量和再生时间查标定map图获取，随着再生时间的增加和dpf中实时碳载量的变化逐渐提高再生目标温度，使dpf中的碳载量再生更彻底。所述最大再生目标温度限值根据排气流量和空燃比查标定map图确定，当排气流量较小或空燃比较小时降低最大再生目标温度限值，从而减少再生喷油量，防止dpf超温，保护dpf再生安全。
[0040]
上述技术方案中，所述温度测量模块通过温度传感器测量再生时的氧化催化器入口温度和dpf入口温度，并根据dpf入口温度和标准热力学模型计算氧化催化器出口实际温度。
[0041]
上述技术方案中，所述再生油量计算模块根据再生控制温度、氧化催化器入口温度、排气流量计算再生喷油量；再生油量计算模块根据计算得到的再生油量和最大再生限制油量取小后为再生实际喷油量；所述最大再生限制油量根据排气流量和氧化催化器入口温度查标定map图确定。
[0042]
上述技术方案中，所述再生喷油量q的计算方法为：
[0043][0044]
其中，me为排气质量流量，根据发动机进气量和喷油量计算，进气量由进气流量传感器获取；c
p
为排气比热容，由排气的物理特性决定；t
ctr
为内模控制模块输出的再生控制温度；t
docin
为氧化催化器入口温度，从doc入口温度传感器获取；h为再生燃油的热值，由燃油的物理特性得到；n为再生燃油在氧化催化器中的燃烧效率，由氧化催化器中的温度查标定map图得到。
[0045]
上述技术方案中，所述氧化催化器模型模块通过氧化催化器模型估算氧化催化器出口温度，所述氧化催化器模型包括惯性环节和滞后环节，所述氧化催化器模型传递函数g
doc
(s)为：
[0046][0047]
其中，惯性环节时间常数τ和阶次σ根据氧化催化器出口温度传感器动态响应物理特性确定，所述纯滞后环节参数td为再生油量从喷射到提高氧化催化器出口温度的延迟时间，根据排气流量查标定map图确定。
[0048]
上述查标定map图是指，预先根据实际运行工况标定脉谱图 (map)，然后通过查map图得到所需的参数数值。
[0049]
具体地，所述惯性环节时间常数τ为doc出口的温度传感器的惯性时间，可根据温度传感器的动态响应特性获得，本实施例惯性环节取二阶惯性环节。所述纯滞后环节参数td为再生油量从喷射到该油量转化成温度传递到doc出口的纯滞后时间，根据不同排气流量下的再生温度滞后试验获得。
[0050]
所述doc(氧化催化器)模型根据再生需求油量在doc中氧化放热释放的温度传递到doc出口有延迟的特点，仅针对doc温度延迟特性建模，再生油量从喷射到该油量转化成温度传递到 doc出口是一个纯延时过程，延迟时间可以根据不同排气流量工况下的试验得到，doc出口温度传感器采集温度具有惯性特性，因此doc模型包括惯性环节和纯滞后环节
[0051]
上述技术方案中，内模控制模块输入点至氧化催化器模型模块输出点的传递函数为：
[0052]
g(s)＝g
imc
(s)*g
doc
(s)
[0053][0054][0055][0056]
其中，g
m-(s)是氧化催化器模型中稳定且不包含预测项的具有最小相位特征的传递函数,f(s)是内模控制模块中的滤波器，t是滤波器参数；g
imc
(s)是内模控制模块的传递函数。
[0057]
如图5所示，所述imc控制器(内模控制模块)为doc模型的可逆部分加上一阶滤波器，调整滤波器参数t实现imc控制器在响应性和鲁棒性之间的平衡。
[0058]
imc控制器输入点至doc模型输出点的传递函数为：
[0059]
g(s)＝g
imc
(s)*gd
oc
(s),
[0060]
该传递函数的稳态增益为1，从而有t
targ-(t
meas-t
est
)＝t
est
，因而有t
targ
＝t
meas
，实现doc出口实际温度与再生目标温度稳态无偏差，其中t
targ
为doc出口实际温度，t
meas
为doc出口估算温度， t
est
为再生控制温度。
[0061]
上述技术方案中，所述再生油量喷射模块将再生油量通过发动机缸内后喷或hc喷射单元喷入排气中，再生油量在氧化催化器中氧化放热，提高氧化催化器出口温度。
[0062]
如图3所示，本发明还提供了一种dpf再生温度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0063]
s1，计算再生目标温度，
[0064]
s2，获取氧化催化器入口温度、氧化催化器出口实际温度，排气流量；
[0065]
s3，根据将再生目标温度和氧化催化器出口实际温度计算得到再生控制温度；
[0066]
s4，根据计算得到的再生控制温度、氧化催化器入口温度、排气流量计算再生需求油量；
[0067]
s5，再生需求油量经过hc喷射单元或发动机缸内后喷喷射至排气中，再生油量在氧化催化器中氧化放热，提高氧化催化器出口温度。
[0068]
如图4所示，所述步骤s1具体包括以下步骤：根据基础再生目标温度、再生目标温度补偿、再生目标温度限值计算再生目标温度：由基础再生目标温度与再生目标温度补偿求和，并与再生目标温度限值取小后得到再生目标温度。所述的基础再生目标温度根据再生起始时的碳载量确定，所述再生目标温度补偿根据实时碳载量和再生时间获取，所述再生目标温度限值根据排气流量和空燃比确定。
[0069]
所述步骤s2中，所述氧化催化器的出口和入口处均设置有温度传感器，分别用于获取氧化催化器入口温度和氧化催化器出口实际温度。所述氧化催化器的出口处还是有气体流量传感器，用于获取氧化催化器的排气流量。
[0070]
所述步骤s3中，再生目标温度与温度偏差输入内模控制模块得到再生控制温度。再生控制温度输入氧化催化器模型得到氧化催化器出口估算温度，所述温度偏差为氧化催化器出口实际温度与氧化催化器出口估算温度的差值。
[0071]
所述步骤s4中，再生油量根据imc控制器输出的控制温度 t
ctr
和doc入口温度以及排气流量计算。
[0072]
再生喷油量q的计算方法为：
[0073][0074]
其中，me为排气质量流量，c
p
为排气比热容，t
ctr
为内模控制模块输出的再生控制温度，t
docin
为氧化催化器入口温度，h为再生燃油的热值，n为再生燃油在氧化催化器中的燃烧效率。
[0075]
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
[0076]
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
[0077]
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
[0078]
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
[0079]
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
[0080]
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行
[0081]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0082]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0083]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0084]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0085]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。
[0086]
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。