基於燃燒器的DPF主動再生狀態機控制方法與流程

2023-10-23 23:33:07

本發明涉及噴油主動再生技術領域，具體涉及一種基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法。

背景技術：

隨著我國大氣環境惡化和排放法規的日趨嚴格，柴油車從京ⅴ/國ⅵ階段安裝dpf(dieselparticulatefilter柴油顆粒過濾器)成為了大家的共識和唯一可行的技術措施。dpf再生燃燒器屬於噴油主動再生技術領域，就是利用燃油放熱能量燃燒掉dpf中的碳煙使其恢復正常的工作狀態。

燃燒器噴油助燃再生需要具備dpf碳灰載量模型、溫度控制、點火控制、再生過程狀態機控制、故障處理機制等主要控制模塊。目前技術主要集中於對dpf主動再生系統功能性研究，基本上均能滿足再生的功能性要求，比較籠統和粗獷，對再生的關鍵環節控制較為欠缺。如專利文獻1公開了一種dpf柴油機顆粒過濾系統噴油助燃再生溫度控制方法，其通過溫度傳感器實時採集dpf系統溫度數值，將其傳送到電控單元，電控單元根據溫度數值通過開環控制算法加閉環pid控制算法計算出將dpf過濾器當前溫度調整為目標溫度所需的燃油噴射量，並將其轉化為相應脈寬信號驅動燃油控制閥，實現對doc柴油氧化催化器(dieseloxidationcatalyst，doc)催化器前燃油噴射量的精確控制，以控制發動機排氣溫度，進而控制dpf過濾器溫度。專利文獻2公開了一種帶有燃燒器的dpf主動再生系統，其公開的燃燒器和發動機分別通過單獨的油路，由單獨的油泵驅動，燃燒器的排氣管連接到發動機排氣管，發動機排氣管上依次串接有氧化催化器和顆粒捕集器裝置，在氧化催化器和顆粒捕集器的前端分別設有溫度傳感器，在顆粒捕集器的進氣、出氣端串接壓差傳感器；電控單元ecu根據收集的溫度信號及壓力信號控制燃燒器油泵噴油和燃燒器內的電熱塞引燃，繼而產生高溫氣體，高溫氣體匯入發動機排氣管對排氣管中的廢氣加熱，加熱後的廢氣經doc氧化進一步升溫，實現dpf中的顆粒再生。

然而，專利文獻1和專利文獻2採用的dpf主動再生控制方法是基於簡單溫度pid控制的算法進行的，不能實現燃燒器的高效率運行，往往會導致燃燒惡化，而且燃燒器工作中對再生過程中間狀態不能準確判斷和有效安全保護，容易造成再生不徹底或再生不可控，再生過程控制比較粗糙。

因此，亟待出現一種對dpf再生過程狀態機進行精細化控制的dpf主動再生控制方案。

【引用的專利文獻】

專利文獻1：中國發明公開專利申請no.cn104454085a；

專利文獻2：中國實用新型公開專利申請no.cn204299654u

技術實現要素：

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法，旨在解決現有技術中dpf燃燒器再生控制策略中普遍存在再生過程狀態機控制缺乏或粗獷、再生故障處理機制缺乏或粗獷等問題。

本發明採用的技術方案為：

本發明提供一種基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法，包括：對發動機工況信息、發動機的排氣溫度信號、燃燒器的火焰強度信號、微粒捕集裝置dpf的入口溫度信號、dpf壓差信號和dpf的出口溫度信號進行實時監測；響應於監測到的監測信息滿足預設觸發條件，按照預設觸發條件對應的控制策略，進入不同的dpf再生狀態，所述dpf再生狀態包括再生待機狀態、再生溫升狀態、再生點火失敗狀態、再生溫升失敗狀態、再生開始狀態、再生失敗狀態、再生成功狀態和再生清空狀態；其中，所述再生待機狀態指示各工作元件正常，等待再生的狀態，在該狀態下，持續對再生觸發條件進行監測；所述再生溫升狀態指示通過燃油噴射系統對發動機排出的廢氣溫度加熱至標定的再生溫度的狀態；所述再生點火失敗狀態指示燃油噴射系統在設定時間內沒有點火成功的狀態；所述再生溫升失敗狀態指示在設定時間內，dpf的入口溫度沒有達到標定的再生溫度的狀態；所述再生開始狀態指示在設定時間內，dpf的入口溫度達到標定的再生溫度，使得dpf中的碳進行燃燒的狀態；所述再生失敗狀態指示在設定時間內，所述dpf內部的碳沒有被成功清除的狀態；所述再生成功狀態指示在設定時間內，所述dpf內部的碳被成功清除的狀態；所述再生清空狀態指示將燃燒器中的燃油噴射系統中的燃油清空以防止堆積在噴嘴處形成積碳的狀態。

可選地，當監測到的監測信息表徵各個工作元件處於正常狀態時，進入再生待機狀態，並持續監測再生觸發條件，在再生觸發條件觸發的情況下，進入再生溫升狀態；在所述再生溫升狀態下，dpf控制單元控制所述燃油噴射系統按照預定的燃油噴射量進行噴油並控制點火執行器執行點火動作以加熱發動機排出的廢氣，在設定時間內檢測到點火成功時，控制所述dpf的入口溫度按照標定的溫升速率上升，並在設定時間內所述dpf的入口溫度達到標定的再生溫度的情況下進入再生開始狀態；在所述再生開始狀態下，控制所述dpf中的碳在所述標定的再生溫度下進行燃燒，並在設定時間內滿足再生成功條件的情況下，進入再生成功狀態；在所述再生成功狀態下，將再生成功次數累加器的值加1，控制再生次數累加器的值加1和將再生裡程計數器清零，並進入再生清空狀態。

可選地，還包括：在設定時間內檢測到點火沒有成功時，進入再生點火失敗狀態；在設定時間內檢測到所述dpf的入口溫度沒有達到標定的再生溫度時，進入所述再生溫升失敗狀態，並記錄導致溫升失敗的原因以系統功能性故障的原因；以及在設定時間內檢測到沒有滿足再生成功條件時，進入再生失敗狀態，並記錄再生完成程度、再生失敗原因。

可選地，所述再生觸發條件包括dpf壓差滿足預設壓差值、再生裡程計數器的裡程滿足預設裡程值、dpf捕集的碳載量滿足預設碳載量值、發動機工況滿足預設工況；所述再生成功條件表徵在設定時間內，所述dpf內的碳被成功清除。

可選地，在所述再生溫升狀態下，如果在設定時間內檢測到燃燒器的火焰強度大於預設強度，則指示點火成功；在所述再生點火失敗狀態下，所述dpf控制單元控制所述點火執行器繼續執行點火動作，如果重新點火的次數小於設定次數，則指示重新點火成功。

本發明提供的基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法採用燃燒器噴油助燃再生過程狀態機控制，準確判斷當前dpf碳/灰載量、點火狀態、溫度控制狀態、再生進行狀態等dpf再生過程中關鍵步驟，細化並明確當前dpf狀態，提高了燃燒器的燃燒效率和工作可靠性，解決了dpf再生過程中燃燒器中間狀態不能準確評判的難點，通過再生過程燃燒器中間狀態機的控制，有利於提高dpf再生過程完成度，減少再生失效等風險，確保再生過程的安全和可靠。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的dpf主動再生系統的結構示意圖。

圖2是本發明實施例提供基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法的具體流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1是本發明一實施例提供的dpf主動再生系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明實施例提供的dpf再生主動再生系統包括燃燒器3、微粒捕集裝置dpf5、dpf控制單元(以下簡稱dcu)4，所述燃燒器3一端與發動機1的排氣管連接，另一端與dpf5的進口端連接，所述dpf控制單元4與發動機控制單元ecu2通過can通訊通信連接，獲取發動機工況信息，所述dpf控制單元4通過安置在所述排氣管上的溫度傳感器、安置在所述燃燒器上的光敏傳感器、安置所述dpf的入口和出口上的溫度傳感器以及壓力傳感器來實時獲取所述排氣管中的排氣溫度信號、燃燒器的火焰強度信號、dpf的入口溫度信號、dpf壓差信號和dpf的出口溫度信號。

dcu基於獲取的信息，對dpf再生時機進行合理判斷並實時控制再生過程。當dpf捕集器裡捕集的碳到達再生觸發限值時，dcu控制燃燒器進行噴油點火動作，對廢氣進行加熱，將dpf入口溫度按照安全的溫控程序加熱升至再生溫度並穩定維持在該溫度，再生開始，再生過程監測壓差、溫度等信號，按照再生控制邏輯對再生程度進行判斷，再生結束後記錄再生結果，作為下一次再生的判斷輸入。

以下，對dcu的具體控制過程進行描述。

本發明的另一實施例提供一種基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法，該方法通過上述實施例描述的dpf再生主動再生系統來實現。如圖2所示，該方法包括：

s10、對發動機工況信息、發動機的排氣溫度信號、燃燒器的火焰強度信號、微粒捕集裝置dpf的入口溫度信號、dpf壓差信號和dpf的出口溫度信號進行實時監測。

s20、響應於監測到的監測信息滿足預設觸發條件，按照預設觸發條件對應的控制策略，進入不同的dpf再生狀態，所述dpf再生狀態包括再生待機狀態、再生溫升狀態、再生點火失敗狀態、再生溫升失敗狀態、再生開始狀態、再生失敗狀態、再生成功狀態和再生清空狀態。

其中，所述再生待機狀態指示各工作元件正常，等待再生的狀態，在該狀態下，持續對再生觸發條件進行監測；所述再生溫升狀態指示通過燃油噴射系統對發動機排出的廢氣溫度加熱至標定的再生溫度的狀態；所述再生點火失敗狀態指示燃油噴射系統在設定時間內沒有點火成功的狀態；所述再生溫升失敗狀態指示在設定時間內，dpf的入口溫度沒有達到標定的再生溫度的狀態；所述再生開始狀態指示在設定時間內，dpf的入口溫度達到標定的再生溫度，使得dpf中的碳進行燃燒的狀態；所述再生失敗狀態指示在設定時間內，所述dpf內部的碳沒有被成功清除的狀態；所述再生成功狀態指示在設定時間內，所述dpf內部的碳被成功清除的狀態；所述再生清空狀態指示將燃燒器中的燃油噴射系統中的燃油清空以防止堆積在噴嘴處形成積碳的狀態。上述8個再生狀態是事先儲存在dpf控制單元中，可根據不同的預設觸發條件來進入，判斷是否進入不同再生狀態的觸發條件是基於監測的監測信息來確定的，隨後會詳細說明。

在本發明中，dpf控制單元可通過相應的傳感器來實時獲取上述監測信息，並基於獲取的監測信息來控制進入相應的狀態機，並進行相應的記錄，以作為下次再生的判斷輸入。

具體地，當監測到的監測信息表徵各個工作元件處於正常狀態時，進入再生待機狀態，並持續監測再生觸發條件，在再生觸發條件觸發的情況下，進入再生溫升狀態。在本發明中，各個工作元件處於正常狀態主要包括dpf再生系統無故障、電氣無故障等，在再生待機狀態下，會記錄距離上次成功再生時的發動機運行時間，並會再生觸發條件進行持續監測。所述再生觸發條件包括dpf壓差滿足預設壓差值、再生裡程計數器的裡程滿足預設裡程值、dpf捕集的碳載量滿足預設碳載量值、發動機工況滿足預設工況例如車輛處於正常行駛狀態，預設壓差值、預設裡程值和預設碳載量值根據實際情況進行標定。各工作元件包括車輛電氣系統、主動再生系統的工作元件無故障等。

其中，在所述再生溫升狀態下，dpf控制單元控制燃燒器中的燃油噴射系統按照預定的燃油噴射量進行噴油並控制點火執行器執行點火動作以加熱發動機排出的廢氣，在設定時間內檢測到點火成功時，控制所述dpf的入口溫度按照標定的溫升速率上升，並在設定時間內所述dpf的入口溫度達到標定的再生溫度的情況下進入再生開始狀態。在本發明中，標定的再生溫度是指滿足dpf捕集的碳與氧氣發生反應的主動再生溫度，該溫度通過安置在dpf入口處的溫度傳感器的反饋信號來獲得。並且，如果在設定時間內光敏傳感器檢測到燃燒器的火焰強度大於預設強度，則指示點火成功。

在所述再生開始狀態下，dpf控制單元控制所述dpf中的碳在所述標定的再生溫度下進行燃燒，並在設定時間內滿足再生成功條件的情況下，進入再生成功狀態，並控制再生次數累加器的值加1和將再生裡程計數器清零。本發明的再生成功條件表徵在設定時間內，所述dpf內的碳被成功清除。在再生開始狀態下，dpf的入口溫度穩定控制在標定的再生溫度附近，並實時監控dpf的壓差、入口溫度和出口溫度等信號，依據再生控制策略為碳載量模型和壓差模型提供計算輸入，以便實時對再生完成程度進行判斷，在判斷dpf的碳被完全清除的情況下，進入再生成功狀態。此外，在再生成功狀態下，dpf控制單元將再生成功次數累加器的值加1，並進入再生清空狀態。並且，在再生清空狀態下，液力管路中不存在燃油，並且有持續的降溫設計或動作來進行噴嘴處的冷卻保護。

在本發明中，再生控制策略是指依據哪種條件作為再生開始的條件判斷，並依據再生系統特性(燃油噴射點火系統和dpf捕集器)及過程表現，做出何時再生，如何再生，再生多久，再生好壞的控制和監控的全過程方法和步驟的總稱，碳載量模型是依據各種傳感器信號的輸入，間接推算出當前dpf載體中捕集的碳的重量的一種算法，dpf捕集的碳與dpf的壓差、溫度和發動機的廢氣流量等之間存在對應的關係，它們之間的對應關係可根據實際經驗來生成對應關係表，可預先存儲在dpf控制單元中。壓差模型是依據dpf壓差信號為dpf碳載量模型提供壓差信號輸入，對原始壓差信號進行可信度判斷和信號處理的算法。

進一步地，本發明的基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法還包括：在設定時間內檢測到點火沒有成功時，進入再生點火失敗狀態；在設定時間內檢測到所述dpf的入口溫度沒有達到標定的再生溫度時，進入所述再生溫升失敗狀態，並記錄導致溫升失敗的原因以系統功能性故障的原因；以及在設定時間內檢測到沒有滿足再生成功條件時，進入再生失敗狀態，並記錄再生完成程度、再生失敗原因。

具體地，如果在設定時間內，光敏傳感器檢測的火焰強度沒有大於預設強度，則指示點火失敗，進入再生點火失敗狀態。在再生點火失敗狀態下，dpf控制單元會控制所述點火執行器繼續執行點火動作，如果點火執行器重新點火的次數小於設定次數，則指示重新點火成功，否則關閉點火。再生完成程度可通過壓差、溫度、發動機排出的廢氣流量信號及碳載量模型等間接判斷載體內剩餘碳載量來確定，例如，可通過查閱存儲在dpf控制單元中的對應關係表來確定。

上述再生次數累加器和再生裡程計數器可為設置在dpf控制單元中的模塊。

在本發明的一具體實施中，如圖3所示，本發明的基於燃燒器的dpf主動再生狀態機控制方法可具體包括以下步驟：

s101、在各工作元件無故障的情況下，進入再生待機狀態，持續監控再生觸發條件。

s102、基於監測的信息，判斷是否觸發再生條件，如果觸發了再生條件，進入步驟s103，否則，進入步驟s101。

s103、進入再生溫升狀態，控制所述燃燒器按照預定的燃油噴射量進行噴油點火動作以加熱發動機排出的廢氣；進入步驟s104。

s104、判斷在設定時間內是否點火成功，如果點火成功，進入步驟s105，否則，進入步驟s106。

s105、控制所述dpf的入口溫度按照標定的溫升速率上升；進入步驟s108。

s106、進入點火失敗狀態，控制點火執行器進行設定次數的點火動作，進入步驟s107。

s107、判斷重新點火的次數是否超過設定次數，如果小於設定次數，進入步驟s108，否則，進入步驟s115。

s108、判斷dpf的入口溫度是否達到標定的再生溫度，如果達到了標定的再生溫度，進入步驟s109，否則，進入步驟s110。

s109、進入再生開始狀態，控制所述dpf中的碳在所述標定的再生溫度下進行燃燒，並控制再生次數累加器的值加1和將再生裡程計數器清零；進入步驟s111。

s110、進入再生溫升失敗狀態，將導致溫升失敗的原因以系統功能性故障的原因進行記錄；進入步驟s115。

s111、判斷是否滿足再生成功條件，如果滿足，進入步驟s114，否則，進入步驟s112，所述再生成功條件表徵所述dpf內部的捕集的碳顆粒被成功清除。

s112、進入再生失敗狀態，記錄再生完成程度和再生失敗原因；進入步驟s113。

s113、判斷是否滿足重新再生的條件，如果滿足，進入步驟s109，否則，進入步驟s115。

s114、進入再生成功狀態，控制再生成功次數累加器的值加1；進入步驟s115。

s115、進入再生清空狀態，控制燃油器的燃油噴射系統中的燃油清空。

綜上，本發明提供的再生過程狀態機控制方法，提高了燃燒器的燃燒效率和工作可靠性，解決了dpf再生過程中燃燒器中間狀態不能準確評判的難點，通過再生過程燃燒器中間狀態機的控制，有利於提高dpf再生過程完成度，減少再生失效等風險。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以作出適當改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。