柴油机颗粒补集器的再生控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，包括：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；在排放颗粒触发估算中充分考虑了载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布对主动再生速率的影响。保证合理地确定颗粒补集器的再生请求。

Regeneration control system for diesel particulate arrester.

The invention provides a regeneration control system, a diesel particulate arrester comprises a load estimation unit, regeneration control unit, regeneration temperature management unit; load estimation unit is mainly responsible for the estimation of content of complement in particle arrester, used to determine whether to trigger active regeneration; active regeneration triggering method comprises a differential pressure triggering particles estimation, particle emission estimation, trigger driving distance estimation, fuel consumption estimation, trigger trigger trigger operation time estimation and differential protection trigger estimates, when meet one or more trigger mode active regeneration request, put forward the request to the unit active regeneration regeneration control through the request loading unit in the estimation of the amount of regeneration in the trigger coordination module; the trigger particle emissions from the exhaust mass flow estimation considering particle volume, loading through the carrier carrier The effect of exhaust oxygen content, carrier temperature and particle distribution on active regeneration rate. Reasonably determine the regeneration particle arrester request.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柴油机的尾气净化方法，尤其是一种颗粒补集器的再生控制系统。
技术介绍
随着车辆排放法规的日益严格，降低柴油机尾气污染物的排放成为当务之急。柴油机尾气中有害成分主要是氮氧化物和颗粒。对于降低尾气中的颗粒物来讲，在柴油机尾气后处理装置中安装颗粒补集器是目前最有效的办法。颗粒补集器轴向有许多平行的蜂窝状孔道，相邻的两个蜂窝孔道两端交替堵塞。当柴油机废气从孔道中通过时，必须流经蜂窝孔道之间的薄壁才能排出去，而薄壁内的小孔直径均在微米级，因此尾气中的颗粒物在流经薄壁时会被补集下来。一般来讲，颗粒补集器对尾气中颗粒物的补集效率可以达到95％以上，是比较理想的尾气净化系统。在颗粒补集器实际使用过程中，随着补集的颗粒量不断累加，势必使得尾气背压逐渐增加，从而导致柴油机性能恶化和油耗增加。因此，颗粒补集系统需要实时监测颗粒补集量，当发现补集量到达一定程度时，会触发再生请求，将补集的颗粒物燃烧掉，如此循环使用。由此可见，精确估算颗粒补集器内补集的颗粒量，从而确定合适的再生时刻至关重要。如果颗粒补集量估算不准确，很难保证再生时刻的合理性。目前现有的文献和专利中，通常采用排放估算和压差传感器信号估算这两种方式来估算颗粒补集器载体中的颗粒量。然而，对于压差传感器信号估算颗粒补集器中的颗粒物来讲，由于压差信号比较敏感，在柴油机低转速、低废气流量这种工况下信号并不能准确反映颗粒补集器载体内部的颗粒含量，尤其是在颗粒补集器再生情况下，压差信号更是不可信的。同时，相同的颗粒含量，不同的颗粒分布情况下，反映的压差信号是不一样的。另外，压差传感器的布置对传感器的信号影响也很明显。因此，利用压差传感器来估算颗粒补集器中的颗粒量具有一定的局限性和不确定性。为此，中国专利CN101466921公开了一种排气气体净化方法，该方法在根据DPF前后的压力差判断DPF的强制再生开始时间而进行强制再生控制的排气气体净化系统中，在检测到内燃机的运转状态处于低于旋转运转状态的情况下，测量低转速运转状态的持续时间，当测量的持续时间超过规定的时间阈值时，与DPF前后压力差无关的进行DPF的强制再生控制。该方法默认了在压差信号不可用的内燃机运行工况下，单位时间内内燃机产生的颗粒量是一定的，因此很难精确估算颗粒物的累积量，难免存在估算的偏差。对于采用排放估算颗粒量方法来讲，一般将柴油机排放的颗粒质量流量减去被动再生速率再减去主动再生的颗粒速率，将上述差值进行积分，得到最终累积在颗粒补集器载体内部的颗粒量。如中国专利CN1289800中所述，可以根据发动机的运行状态计算出排出的颗粒物质的量和氧化除去的颗粒物量差，并根据该差值来推算堆积在过滤器上的颗粒物的量，通过比较该累积量和判定的阈值进行判断。然而，该专利并没有详细描述氧化去除颗粒物量的具体估算方法。研究表明，颗粒物的氧化量计算相当复杂，与当前载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布有关。如果氧化去除的颗粒量估算过大，会导致实际颗粒含量还没有再生完全而再生被终止的情况发生，这就会使得每次再生结束之后都会有残余，未燃烧干净的颗粒物长年累月堆积在载体内部，影响颗粒补集器的性能和寿命。如果氧化去除颗粒量估算过小，会导致颗粒补集器已经再生完成，控制器仍然认为颗粒还没有再生完全，继续往氧化催化器内喷射燃油，使得燃油消耗大大增加。因此，如何精确估算颗粒物的氧化速度对于利用排放估算颗粒物含量的方法来讲至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的克服现有技术中存在的不足，提供一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，通过在柴油机控制器中设置控制逻辑，能够充分考虑颗粒补集器的多种触发再生方式，同时，充分考虑了颗粒捕集器载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布对主动再生速率的影响。在颗粒补集器补集和再生过程中都能够精确估算载体内部的颗粒量，保证合理地确定颗粒补集器的主动再生请求和主动再生终止时刻。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，在柴油机的控制器中设有：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；装载量估算单元中的排放颗粒触发估算模块是本专利技术的主要改进点；再生控制单元进行主动再生的控制、中断和再生状态的监测；再生控制单元主要包括再生协调模块、再生状态计算模块、再生监控模块和再生中断模块。再生协调模块主要负责主动再生请求和等待、主动再生状态的过渡和切换；再生状态计算主要负责计算主动再生开始和主动再生结束状态(即主动再生终止时刻)，同时判断主动再生是否成功；再生监控模块主要负责监控颗粒补集器的性能，包括主动再生频率、载体性能和补集效率等；再生中断模块主要对颗粒补集器主动再生过程中的再生时间和再生温度进行监控，当发现再生时间超过标定阈值或者再生温度不满足主动再生要求时，将中断颗粒补集器的主动再生。再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器的活性温度以上；在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，进一步控制提升废气温度，比如通过柴油机缸内远后喷的方式，或是通过在排气管中安装碳氢喷嘴，直接往废气中喷射柴油的方式，使得进入颗粒补集器的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。在装载量估算单元中，对于行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；装载量估算单元在车辆运行过程中，通过行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块，分别对柴油机颗粒补集器上次主动再生结束后的行驶距离、油耗和运行时间进行累加，并与标定的再生阈值相比较；当累加值大于或者等于再生触发标定的阈值时，触发对应的主动再生请求状态；行驶距离累加值、油耗累加值和运行时间累加值在一次成功的主动再生结束之后均清零。在装载量估算单元中，对于压差保护触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；压差保护触发估算模块在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据柴油机当前工况，查询压差上限阈值表格，当检测到当前工况下的压差信号超过标定阈值时，触发压差保护主动再生请求。在装载量估算单元中，压差颗粒触发估算模块主要是通过压差传感器的压差信号，估算颗粒捕集器中补集颗粒的累积量。压差颗粒触发估算模块在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，在柴油机的控制器中设有：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；再生控制单元进行主动再生的控制、中断和再生状态的监测；再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器的活性温度以上，在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，进一步控制提升废气温度，使得进入颗粒捕集器的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。

【技术特征摘要】
1.一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，在柴油机的控制器中设有：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；再生控制单元进行主动再生的控制、中断和再生状态的监测；再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器的活性温度以上，在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，进一步控制提升废气温度，使得进入颗粒捕集器的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。2.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，所述排放颗粒触发估算模块通过颗粒物排放质量流量、颗粒物被动再生速率、颗粒物主动再生速率估算颗粒捕集器补集的颗粒量即载体颗粒装载量；当载体颗粒装载量大于或等于标定的颗粒量上限阈值时，触发对应的主动再生请求；载体颗粒装载量为颗粒补集器入口处的颗粒物排放质量流量，减去颗粒物被动再生的速率，再减去颗粒物主动再生的速率，再随着时间的积分值。3.如权利要求2所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，排放颗粒触发估算模块中，颗粒物主动再生速率的估算方法为：首先根据当前载体颗粒装载量查表估算主动再生速率基本值，其次分别根据流经载体的废气质量流量、废气中的氧含量和载体温度查表估算主动再生速率修正系数，再次根据颗粒分布模型估算颗粒分布修正系数，最后将主动再生速率基本值乘以主动再生速率修正系数，再乘以颗粒分布修正系数计算主动再生速率最终值。4.如权利要求3所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，主动再生速率的颗粒分布修正系数在0～1之间，颗粒分布修正系数仅在主动再生过程中起作用，不处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数等于1；颗粒分布修正系数仅在检测到主动再生刚开始的时候计算一次，在整个主动再生过程中，保持上述计算得到的值。5.如权利要求3所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，排放颗粒触发估算模块中，主动再生速率的颗粒分布修正系数为下述四个修正系数中的最小值：颗粒含量对再生速率修正系数、车辆行驶里程对再生速率修正系数、车辆行驶时间对再生速率修正系数、车辆累计油耗对再生速率修正系数；对于计算颗粒含量对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据装载量估算单元中上一次计算得到的压差颗粒估算量DPSot和排放颗粒估算量ExSot，计算根据两种不同方法计算得到的颗粒估算量的比值RSot＝DPSotExSot，根据上述比值RSot，查...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚笑舞，庄志华，王伏，王维，吴逸庭，曾伟，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32