一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及内燃机排气后处理技术领域，具体涉及一种DPF自适应主动再生控制方法、装置和系统。

背景技术

柴油机颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)是柴油机满足排放法规要求的必备后处理装置。DPF通过物理过滤的方式对柴油机排气中的颗粒物(ParticulateMatter，PM)进行捕集，降低柴油机的PM排放。随着颗粒物在DPF孔道中的累积，DPF的压降会越来越大，这会增大发动机的排气背压，恶化发动机的油耗，严重时甚至会直接堵塞排气管，导致发动机损坏。因此，在DPF使用过程中，一般需要周期性地对DPF执行再生操作，以将DPF中累积的碳烟氧化去除，使DPF的流动阻力控制在合理的范围内，保证发动机和DPF的正常工作。

目前，DPF的再生技术从再生方式上可分为被动式再生和主动式再生。被动式再生是利用可能存在的发动机的高速高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧，但因为用户使用发动机的模式是不确定的，所以这种方式不能够排除DPF堵塞故障。主动式再生是根据监测的DPF工作状态来随时产生高于DPF中颗粒物能够起燃的温度的排气，对DPF进行再生的专门系统。

在DPF主动再生控制过程中，DPF再生时机的判断是DPF主动再生控制中的一个重要环节。DPF过早地再生，将导致DPF再生频繁，因DPF再生消耗的燃油增加，降低发动机的燃油经济性。而DPF延迟再生则会因为再生时DPF中累积的碳烟过多，碳烟氧化燃烧过于剧烈，释放热量的速度过快，导致DPF内部温度过高，烧毁过滤载体，降低DPF的可靠性与耐久性。因此，在DPF主动再生控制过程中，一般会建立DPF碳载量的预测模型，对DPF中的碳载量进行实时估计。当DPF中的碳载量达到预设的碳载量时，即对DPF执行再生操作。

现有的DPF碳载量预测模型一般是通过预先标定好的DPF碳载量与DPF前后压差之间的关联关系，通过压差传感器测得的DPF前后的压差，结合发动机排气流量及DPF入口温度，对DPF中的碳载量进行估计。然而，DPF再生时，DPF中累积的PM中的灰分成分无法通过再生的方式去除，随着DPF使用时长的增加，灰分会在DPF中不断累积，并改变DPF碳载量与DPF压差之间的关联关系，从而导致DPF碳载量预测模型对DPF碳载量的错误估计，另一方面，PM在DPF中的分布形式与DPF压差相关，相同的碳载量可能由于分布形式不同导致DPF压差不同，以上因素都会使得DPF过早或延迟再生。

然而，为了实现对碳载量估算模型进行修正，现有技术主要是根据里程或运行工况标定相应修正系数，采用查表的方式来修正碳载量估算值，这种修正方法未与DPF当前实际碳载量水平相关联，误差较大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供一种DPF自适应主动再生控制方法，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种DPF自适应主动再生控制方法，该方法包括以下步骤：

获取柴油机颗粒捕集器DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量；

根据soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量；

基于碳载量估算模型计算的在主动再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，对碳载量估算模型进行调整；

根据调整后的碳载量估算模型对DPF触发下一次主动再生。

一些实施例中，所述获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量，包括：

获取主动再生过程中柴油氧化催化器DOC入口排气能量和DPF出口排气能量、以及DOC传热和DPF传热；

计算主动再生过程中HC喷射的燃烧放热量；

根据公式：soot燃烧放热总量＝∫t

一些实施例中，获取DPF主动再生过程中DOC入口排气能量和DPF出口排气能量、以及DOC传热和DPF传热，包括：

采集DOC入口的第一温度和DPF出口的第二温度；

根据DOC入口的排气压力、排气质量流量和第一温度，获取DOC入口排气能量；

根据DPF出口的排气压力、排气质量流量和第二温度，获取DPF出口排气能量；

建立DOC、DPF温度模型，分别根据第一温度和第二温度，按照壁面与空气的热交换传热计算DOC传热和DPF传热。

另一些实施例中，所述获取DPF主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量，包括：

采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量；

计算HC氧化消耗的氧气总量；

根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

一些实施例中，所述获取主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量，包括：

采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量；

计算HC氧化消耗氧气的速率；根据HC氧化模型计算得到

根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

本发明第二方面提供一种DPF自适应主动再生控制装置，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种DPF自适应主动再生控制装置，包括：

计算模块，其用于获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，并根据soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量；

调整模块，其基于碳载量估算模型计算的在再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，对碳载量估算模型进行调整；

再生控制模块，其根据修正后的碳载量估算模型对DPF进行主动再生。

一些实施例中，所述计算模块用于：

获取主动再生过程中DOC入口排气能量和DPF出口排气能量、以及DOC传热和DPF传热；

计算主动再生过程中HC喷射的燃烧放热量；

根据公式：soot燃烧放热总量＝∫t

一些实施例中，所述计算模块包括：

第一温度传感器，其用于采集DOC入口的第一温度；

第二温度传感器，其用于采集DPF出口的第二温度；

第一计算单元，其根据DOC入口的排气压力、排气质量流量和第一温度，获取DOC入口排气能量，并根据DPF出口的排气压力、排气质量流量和第二温度，获取DPF出口排气能量，且所述第一计算单元还用于建立DOC、DPF温度模型，根据第一温度和第二温度，按照壁面与空气的热交换传热计算DOC传热和DPF传热。

另一些实施例中，所述计算模块包括：

第一氧传感器，其用于采集DOC入口氧含量；

第二氧传感器，其用于采集DPF出口氧含量；

第二计算单元，其用于计算HC氧化消耗的氧气总量，并根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

或，用于计算HC氧化消耗氧气的速率，并根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

本发明第三方面提供一种DPF自适应主动再生控制系统，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种DPF自适应主动再生控制系统，包括如权利要求上述的DPF自适应主动再生控制装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中的DPF自适应主动再生控制方法，其只需要获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot氧化速率，即可主动再生过程中参与燃烧的soot总量，基于碳载量估算模型计算的在再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，便可对碳载量估算模型进行调整。整个过程中，只需要采集DOC入口的第一温度和DPF出口的第二温度；或采集DPF出口的氧含量和DOC入口的氧含量，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。而且计算的过程中也不需要建立过于复杂的理论模型，也不需要通过解方程组进行求解，更利于工程实现。

附图说明

图1为本发明实施例中DPF自适应主动再生控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量的流程图；

图3为本发明一个实施例中获取DPF主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量的流程图；

图4为本发明另一个实施例中获取DPF主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量的流程图；

图5为本发明实施例中DPF自适应主动再生控制方法的原理图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本发明实施例提供一种DPF自适应主动再生控制方法，该方法包括以下步骤：

S1.获取柴油机颗粒捕集器DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量。

S2.根据soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量。

S3.基于碳载量估算模型计算的在主动再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，对碳载量估算模型进行调整。

S4.根据调整后的碳载量估算模型对DPF触发下一次主动再生。

在本发明中，为了得到主动再生过程中参与燃烧的soot(碳烟)总量，可以采用两种方式，一个是通过计算soot燃烧放热总量来得到，另一个是通过计算soot燃烧消耗的氧气总量来得到。

其中，参见图2所示，获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量，包括以下步骤：

S10.获取主动再生过程中柴油氧化催化器DOC入口排气能量和DPF出口排气能量、以及DOC传热和DPF传热。

具体而言，首先采集DOC入口的第一温度、以及DPF出口的第二温度，然后根据DOC入口的排气压力、排气质量流量和第一温度，获取DOC入口排气能量；并根据DPF出口的排气压力、排气质量流量和第二温度，获取DPF出口排气能量。

可以理解的是，DOC入口的排气压力、排气质量流量、DPF出口的排气压力、排气质量流量均可以通过测量得到。

在本实施例中，获取主动再生过程中的DOC传热和DPF传热，主要是通过建立DOC、DPF温度模型，然后分别根据第一温度和第二温度，按照壁面与空气的热交换传热计算DOC传热和DPF传热。具体计算DOC传热和DPF传热的方式为现有技术，故在此不再赘述。

S11.计算主动再生过程中HC喷射的燃烧放热量。

S12.根据公式：soot燃烧放热总量＝∫t

值得说明的是，DPF再生需要提高排温，会用缸内远后喷或在排气管单独的喷嘴额外喷射燃油，这里喷出的油不参与缸内燃烧，而在DOC内被氧化放热，加热排气，达到升高排温的目的。因此，为了获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量，应该减去单独喷射的燃油放热量，即HC喷射的燃烧放热量，其中，单独喷射的燃油放热量由柴油燃烧热值计算得到。

在获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量后，便可以由化学反应放热规律，从燃烧放热推出参与燃烧的soot总量M

此外，参见图3所示，获取DPF主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量，包括以下步骤：

S13.采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量。

S14.计算HC氧化消耗的氧气总量。

S15.根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

值得说明的是，DPF出口氧含量相对于DOC入口氧含量的差值，一部分为单独喷射的HC燃烧所消耗，一部分为soot被氧化成CO2造成，而单独喷射的HC喷射速率是已知的，即可以计算出HC氧化消耗的氧气总量(比如可以通过柴油的化学反应方程式得到)。通过积分，即可得到soot燃烧消耗的氧气总量，进而可以计算出参与燃烧的soot总量M

此外，参见图4所示，另一些实施例中，获取DPF主动再生过程中的soot燃烧消耗的氧气总量，包括以下步骤：

S13.采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量。

S16.计算HC氧化消耗氧气的速率。

S17.根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

本实施例和上一实施例的区别在于是通过计算HC氧化消耗氧气的速率，来计算soot燃烧消耗的氧气总量。HC氧化消耗氧气的速率可以通过HC氧化模型计算得到。

参见图5所示，以对本发明中DPF自适应主动再生控制方法进行进一步说明：

首先，碳载量估算模型会实时计算当前碳载量，若当前碳载量大于预设的阈值，则DPF主动再生被触发。此时，一方面可以根据soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量M

综上所述，本发明中的DPF自适应主动再生控制方法，其只需要获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，即可得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量，基于碳载量估算模型计算的在再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，便可对碳载量估算模型进行调整。整个过程中，只需要采集DOC入口的第一温度和DPF出口的第二温度；或采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。而且计算的过程中也不需要建立过于复杂的理论模型，也不需要通过解方程组进行求解，更利于工程实现。

与此同时，本发明还提供一种DPF自适应主动再生控制装置，其包括计算模块、调整模块和再生控制模块。

其中，计算模块用于获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，并根据soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，得到主动再生过程中参与燃烧的soot总量。

调整模块基于碳载量估算模型计算的在再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，对碳载量估算模型进行调整。

再生控制模块根据修正后的碳载量估算模型对DPF触发主动再生。

一些实施例中，计算模块用于：

获取主动再生过程中DOC入口排气能量和DPF出口排气能量、以及DOC传热和DPF传热。

计算主动再生过程中HC喷射的燃烧放热量，根据公式：soot燃烧放热总量＝∫t

具体而言，计算模块包括第一温度传感器、第二温度传感器和第一计算单元。

第一温度传感器用于采集DOC入口的第一温度。第二温度传感器用于采集DPF出口的第二温度。

第一计算单元根据DOC入口的排气压力、排气质量流量和第一温度，获取DOC入口排气能量，并根据DPF出口的排气压力、排气质量流量和第二温度，获取DPF出口排气能量，且所述第一计算单元还用于建立DOC、DPF温度模型，根据第一温度和第二温度，按照壁面与空气的热交换传热计算DOC传热和DPF传热。

在获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量后，便可以由化学反应放热规律，从燃烧放热推出参与燃烧的soot总量M

一些实施例中，计算模块包括第一氧传感器、第二氧传感器和第二计算单元。

第一氧传感器用于采集DOC入口氧含量。第二氧传感器用于采集DPF出口氧含量。

第二计算单元用于计算HC氧化消耗的氧气总量，并根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

或，用于计算HC氧化消耗氧气的速率，并根据公式：soot燃烧消耗的氧气总量＝∫t

得到soot燃烧消耗的氧气总量后，便可计算出参与燃烧的soot总量M

综上所述，本发明中的DPF自适应主动再生控制装置，其只需要获取DPF主动再生过程中的soot燃烧放热总量或soot燃烧消耗的氧气总量，即可主动再生过程中参与燃烧的soot总量，基于碳载量估算模型计算的在再生起始时的碳载量和主动再生过程中参与燃烧的soot总量的差值，便可对碳载量估算模型进行调整。整个过程中，只需要采集DOC入口的第一温度和DPF出口的第二温度；或采集DPF出口氧含量和DOC入口氧含量，其在对碳载量估算模型进行修正时，能与DPF当前实际碳载量水平相关联，以减少修正时的误差。而且计算的过程中也不需要建立过于复杂的理论模型，也不需要通过解方程组进行求解，更利于工程实现。

与此同时，本发明还提供一种DPF自适应主动再生控制系统，其包括上述的DPF自适应主动再生控制装置。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。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，或一体地连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。