[发明专利]低能耗尾气处理系统的DPF温度控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种低能耗尾气处理系统的DPF温度控制系统，包括变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和保护模块，变化率限制器计算温度指令值，前馈控制器根据尾气温度Exh_T、环境温度Ambient_T、新鲜空气质量流量Fresh_MF、排气质量流量Exh_MF和温度指令值计算前馈控制指令，PID控制器计算反馈控制指令，PWM计算模块根据反馈控制指令与前馈控制指令相加得到的计算值和燃油压力值计算得到PWM占空比值，保护模块根据PWM占空比值和新鲜空气质量流量Fresh_MF计算用于控制燃油电磁阀的PWM占空比指令。本发明不依赖发动机运行状态信息非常适合于在用车改装。

技术领域

本发明涉及一种DPF温度控制系统及控制方法，尤其涉及一种低能耗尾气处理系统的DPF温度控制系统及控制方法。

背景技术

发动机排放的废气已被确认为造成空气污染的主要因素。为了去除废气中的空气污染物，需要使用尾气处理系统。通常使用的尾气处理系统中使用柴油机微粒捕捉器(DPF)捕集微粒物质(PM)，其中可能包括未燃烧的碳氢化合物颗粒或炭烟以及少量其他颗粒，例如金属氧化物颗粒或灰烬等。PM颗粒积聚在DPF中，增加了发动机的背压，而在发动机背压过高之前，需要进行一个再生过程以去除积累的炭烟。

通常，在再生过程中，需要使用加热装置将排气温度升高到炭烟可以被氧气有效氧化的水平，在稀燃发动机中氧气可以由尾气提供。然后，高温尾气通过DPF，其中积累的炭烟被氧化成二氧化碳和水。

很多种加热设备可以用于再生DPF。其中，使用比较广泛的是燃油燃烧器和柴油氧化催化剂(DOC)装置。在燃油燃烧器中，碳氢化合物由燃油计量装置提供，碳氢化合物燃油由碳氢化合物计量装置注入燃烧室。而在DOC设备中，碳氢化合物可以在后喷射过程中由发动机燃油系统提供，也可以由外置碳氢喷射装置直接注入催化剂中。

在再生DPF时，燃油燃烧器不受排气温度的限制。然而，为了使燃油燃烧，需要新鲜空气流，并且需要额外的热能来加热新鲜空气流，这就导致了更高的能量消耗。此外，新鲜空气流需要在进入DPF之前与排气流混合，因此需要更多的燃油和新鲜空气流才能达到再生温度。而因为高新鲜空气流和高排气流在DPF上产生高压差，这又需要大功率的空气供应装置来提供更多的新鲜空气流。大功率空气供应装置进一步增加了能量消耗和系统成本。还有，如前所述，为了使排气和新鲜空气的混合空气流达到DPF再生温度，需要更高温度的新鲜空气流。由燃油燃烧产生的高温新鲜空气流在DPF温度控制中会造成困难，尤其是在排气流量突然下降的时候，比如当发动机从高速和高扭矩运行迅速下降到怠速时。这些困难需要复杂的高温控制设备和方法，从而导致更高的系统成本。

与燃油燃烧器相比，DOC不需要新鲜的空气来燃烧燃油。但是，DOC需要较高的PGM(贵金属)负载，并且只有当排气温度要高于起燃温度(通常高于200℃)，才能开始计量地喷入燃油。同时，DOC中的PGM对燃油中的硫含量敏感，因为尾气中的高硫含量会毒化并使PGM催化剂失效。高温尾气的要求限制了DOC的某些应用，比如低功率输出的工业应用以及频繁启停的车辆应用等。

在DPF再生时，为了降低操作条件变化对DPF温度控制的影响，通常DPF控制器需要得到发动机运行状态的信息，比如在一个带DOC的DPF系统中，需要使用发动机空燃比来确定最高的燃油供给率，高于这个最高的供给率的燃油不能在DOC中被有效氧化。在带有燃油燃烧器的DPF系统中，需要密切监控发动机排气流量。DPF控制器应及时对排气流量的突然下降做出反应，以避免出现过热问题。发动机运行信息的要求限制了在没有合适的传感装置和通信装置的系统中，比如对机械控制燃油系统的发动机进行改造，使用DPF系统。

因而，亟需解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种不依赖发动机运行状态信息适合于在用车改装的低能耗尾气处理系统的DPF温度控制系统。

本发明的第二目的是提供低能耗尾气处理系统的DPF温度控制方法。