阅读说明：本技术 一种用于dpf主动再生的燃油喷射控制系统及方法 (A kind of fuel injection control systems and method for DPF initiative regeneration ) 是由 韩虎 程欢 周杰敏 张衡 朱丹丹 张鑫 谢文 蒋学锋 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统及方法,控制系统包括传感器模块、信号采集模块、工作模式划分模块、模式调度管理模块、指令驱动模块、执行器模块和DPF再生判断模块,传感器模块与信号采集模块连接,信号采集模块与模式调度管理模块连接,模式调度管理模块与指令驱动模块连接,指令驱动模块与执行器模块连接,工作模式划分模块与模式调度管理模块连接,DPF再生判断模块与模式调度管理模块连接；方法包括：进入维护模式,进入建压模式,进入到喷射模式,进入自清洁模式、完成自清洁功能。实现了DPF的主动再生功能；可自动清洁排气管侧的喷嘴及燃油管路,避免了残留在管路中的燃油由于高温裂化导致喷嘴及附近管路的堵塞问题。(A kind of fuel injection control systems and method for DPF initiative regeneration, control system includes sensor module, signal acquisition module, operating mode division module, mode dispatching management module, order-driven module, executor module and dpf regeneration judgment module, sensor module is connect with signal acquisition module, signal acquisition module is connect with mode dispatching management module, mode dispatching management module is connect with order-driven module, order-driven module is connect with executor module, operating mode division module is connect with mode dispatching management module, dpf regeneration judgment module is connect with mode dispatching management module；Method includes:, into die pressing type is built, to enter jet mode into service mode, into automatically cleaning mode, completes self-cleaning function.Realize the initiative regeneration function of DPF；Can automated cleaning exhaust pipe side nozzle and fuel pipe, avoid the fuel oil remained in pipeline since pyrolytic cracking leads to the blockage problem of nozzle and neighbouring pipeline.)

一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于DPF的燃油喷射系统，更具体的说涉及一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统及方法，属于汽车零部件技术领域。

背景技术

颗粒物PM和氮氧化物NOx是柴油机主要的两种污染物，为了应对环境污染问题，我国出台了史上严格的国六柴油机排放法规。目前，柴油机颗粒捕集器DPF(dieselparticulate filter)技术被认为是解决柴油机颗粒排放问题最有效的手段，其蜂窝状的陶瓷载体结构通过扩散、沉积和撞击机理来过滤捕集柴油机废气中颗粒物。但是，在过滤捕集过程中，随着微粒不断在DPF中聚集累积，会引起柴油机排气背压升高，导致柴油机性能恶化；因此必须定期除去DPF中的微粒，使DPF恢复到初始状态，实现DPF的再生。

对于重型柴油机，要实现DPF的主动再生，主要通过向安装在排气管中的柴油氧化催化器DOC前端喷入燃油、经过DOC的氧化作用释放大量的热量来提升下游DPF内部的排气温度，以达到颗粒物高温氧化目的。为了实现此功能，需要提供一种向排气管喷射燃油的控制系统及控制方法。

中国发明专利《控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法》(专利号：201110007431.7，授权公告号：CN 102305118 B)公开了一种控制在颗粒物质过滤器再生期间的排气温度的系统和方法，其中发动机控制系统包括喷射确定模块、校正因子确定模块和再生控制模块，喷射确定模块基于排气流率确定要喷射到发动机所产生的排气中的碳氢化合物的期望量，校正因子确定模块基于发动机速度和发动机负载确定用于HC的期望量的校正因子，再生控制模块控制颗粒物质过滤器的再生期间进入到排气中的HC的调节量的喷射，其中HC的调节量基于HC的期望量和校正因子。该系统适用于采用缸内喷射实现DPF主动再生的发动机，但是对于重型柴油机，采用该系统和方法会带来机油稀释的问题。

中国发明专利《用于再生、温度加载和/或热管理的装置以及从属的喷射阀和方法》(专利号：200780018911.5，授权公告号：CN 101454546 B)公开了一种用于再生、温度加载和/或热管理的装置以及从属的喷射阀和方法，该装置具有至少一个喷射阀，优选以振荡工作方式将流体、尤其是燃料例如根据所输入的流体的压力喷射到该排气系统中，实现DPF的主动再生功能。该实用新型虽然能实现通过向排气管喷射燃油的方式实现DPF的主动再生功能，但是，该再生燃油喷射管路无自清洁功能，容易引起排气管侧喷嘴及管路的堵塞。

发明内容

本发明的目的在于针对现有实现DPF主动再生技术存在的会带来机油稀释、或者燃油喷射管路无自清洁功能等不足，提供一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统，该燃油喷射控制系统用于燃油喷射系统中，所述的燃油喷射系统包括油箱、低压油泵、喷嘴、空压机、储气罐，所述的油箱通过低压油泵与喷嘴连接，所述的低压油泵与喷嘴连接的管路上连接有燃油滤清器，所述的空压机与储气罐连接，所述的储气罐与喷嘴连接，本燃油喷射控制系统包括传感器模块、信号采集模块、工作模式划分模块、模式调度管理模块、指令驱动模块、执行器模块和DPF再生判断模块，所述的传感器模块与信号采集模块连接，所述的信号采集模块与模式调度管理模块连接，所述的模式调度管理模块与指令驱动模块连接，所述的指令驱动模块与执行器模块连接，所述的工作模式划分模块与模式调度管理模块连接，所述的DPF再生判断模块与模式调度管理模块连接；

所述的传感器模块包括燃油温度传感器、上游燃油压力传感器下游燃油压力传感器，所述的执行器模块包含调压阀、计量阀和清洁阀三个执行器，所述的计量阀设置在低压油泵与喷嘴连接的管路上，所述的清洁阀设置在储气罐与喷嘴连接的管路上，所述的燃油温度传感器安装在或燃油滤清器上，所述上游燃油压力传感器安装在燃油滤清器和计量阀连接的管路上，所述的下游燃油压力传感器安装在计量阀和喷嘴连接的管路上，所述调压阀设置在燃油滤清器和计量阀连接的管路上；

所述的信号采集模块用来实现燃油温度信号的采集、上游燃油压力信号的采集和下游燃油压力信号的采集，采集的燃油温度信号用来修正燃油喷射量、提升喷油量控制精度，采集的燃油压力信号用来控制燃油喷射量以及系统故障诊断使用；

所述的工作模式划分模块包括维护模式、建压模式、喷射模式和自清洁模式四种模式，在维护模式中周期性地对喷射管路及喷嘴进行压缩空气吹扫，防止排气管侧燃油管路及喷嘴的堵塞；在建压模式中建立DPF主动再生时所需要的稳定喷射压力；在喷射模式中输出DPF再生所需求的喷射油量，保证实际喷射油量与需求油量在误差允许范围内，保证喷油执行精度；自清洁模式用于当喷射模式结束后对燃油管路及喷嘴进行自清洁功能，防止排气侧燃油管路及喷嘴由于残留燃油裂变导致的堵塞问题；

所述的模式调度管理模块用于管理工作模式划分模块中四种模式之间的切换控制逻辑、需求油量计算以及需求油量转换控制信号，实现燃油喷射控制功能及燃油管路自清洁功能；

所述的指令驱动模块用于实现对执行器模块的控制指令输出功能；

所述的执行器模块用于执行相应的控制指令，完成相应的燃油喷射和管路自清洁操作；

所述的DPF再生判断模块用于发送DPF再生开启信号、DPF再生中断信号以及DPF再生结束信号。

一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制方法，包括下面的步骤：

步骤一，模式调度管理模块检测DPF再生判断模块是否满足DPF主动再生触发条件、是否发出DPF再生开启信号，若不满足主动再生触发条件、没有发出DPF再生开启信号，则进入维护模式，此时指令驱动模块发出指令使调压阀和计量阀处于关闭状态、清洁阀周期性地进行开启与关闭；

步骤二，当模式调度管理模块检测DPF再生判断模块满足DPF的主动再生触发条件、发出DPF再生开启信号时，则进入建压模式，此时指令驱动模块发出指令使清洁阀处于关闭状态，指令驱动模块控制调压阀处于开启状态，经过标定时间后，指令驱动模块控制计量阀打开，持续标定时间后，指令驱动模块控制计量阀关闭，从而使燃油充满调压阀与喷嘴之间的燃油管路，此时上游燃油压力传感器所测量的压力为稳定的燃油供给压力值，从而建立了DPF主动再生时所需要的稳定喷射压力，实现了建压的目的；

步骤三，当模式调度管理模块检测到建压完成，则进入到喷射模式，模式调度管理模块根据燃油供给压力值、DPF再生所需求的喷射油量和燃油温度确定计量阀的需求控制信号，完成对喷射油量的控制；

步骤四，当模式调度管理模块检测到喷射模式即将结束时，关闭调压阀，经过相应延迟时间后，再关闭计量阀；

步骤五，当模式调度管理模块检测DPF再生判断模块发出DPF再生中断信号或DPF再生结束信号后，进入自清洁模式，此时调压阀和计量阀都已关闭，指令驱动模块控制清洁阀打开、并控制清洁阀处于开启状态保持适当时间，使压缩空气通过清洁阀将燃油管路及喷嘴处残留的燃油吹到排气管中，完成自清洁功能。

所述步骤三中采取燃油温度修正和计量阀分级控制两种措施改善喷射油量的控制精度，优化计量阀对喷射需求油量的控制精度，经过燃油温度修正后的DPF再生的喷射需求油量为Q。

所述的燃油温度修正措施指的是考虑燃油温度对喷射需求油量的影响，经过燃油温度修正后的DPF再生的喷射需求油量Q为：

Q＝α·Q_req

其中，α为燃油温度修正系数，为燃油温度的一个线性函数，由燃油特性决定，通过台架标定试验获得；Q_req为DPF主动再生时实际需求的喷射油量。

所述的实际需求的喷射油量Q_req根据下列式(1)求得：

其中δ为油量计算系数，其根据DOC入口实际温度和排气质量流量查询已标定好的油量计算系数表即可确定；为理论需求喷油量，其单位为kg/h；

理论需求喷油量根据下列式(2)求得：

其中c_p为排气比定压热容，为常数1.004，单位为kJ/(kg·K)；Q_m为排气质量流量，单位为kg/h；ΔT为排气温度升高值，其为DPF入口再生设定目标温度与DPF入口实际温度之差，单位为K；DPF入口再生设定目标温度为人为设定的温度，DPF入口实际温度根据后处理系统安装的传感器采集得到；H_fuel为燃油低热值，为常数4260，单位kJ/kg。

所述的计量阀分级控制措施包括：

首先，将计量阀的控制阶段分为两级，一级为工作周期控制阶段，一级为占空比控制阶段，这两个阶段的分界阈值为Q_Lim，Q_Lim为燃油压差Δp的一个查表函数，燃油压差Δp为上游燃油压力与DOC入口处的压力之差，Q_Lim通过试验标定得到；

其次，当喷射需求油量Q小于分界阈值Q_Lim时，进入工作周期控制阶段：固定占空比，调整工作周期，实现对喷射油量的控制；当需求的油量Q大于等于分界阈值Q_Lim时，进入占空比控制阶段：固定工作周期，调整占空比，实现对喷射油量的控制。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明实现了DPF的主动再生功能，不会产生机油稀释的问题；同时可自动清洁排气管侧的喷嘴及燃油管路，避免了残留在管路中的燃油由于高温裂化导致喷嘴及附近管路的堵塞问题。

附图说明

图1是本发明中燃油喷射控制系统结构框图。

图2是本发明中方法流程图。

图3是本发明中燃油喷射系统结构示意图。

图中，燃油温度传感器1，上游燃油压力传感器2，下游燃油压力传感器3，调压阀4，计量阀5，清洁阀6，油箱7，空压机8，储气罐9，单向阀10，排气管11，喷嘴12，燃油滤清器13，低压油泵14。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

具体实施例一

参见图1，一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制系统，包括传感器模块、信号采集模块、工作模式划分模块、模式调度管理模块、指令驱动模块、执行器模块和DPF再生判断模块，所述的传感器模块与信号采集模块连接，所述的信号采集模块与模式调度管理模块连接，所述的模式调度管理模块与指令驱动模块连接，所述的指令驱动模块与执行器模块连接，所述的工作模式划分模块与模式调度管理模块连接，所述的DPF再生判断模块与模式调度管理模块连接。

参见图1，所述的传感器模块包括燃油温度传感器1、上游燃油压力传感器2和下游燃油压力传感器3，所述的执行器模块包含调压阀4、计量阀5和清洁阀6三个执行器。

参见图3，本燃油喷射控制系统用于燃油喷射系统中，所述的燃油喷射系统包括油箱7、低压油泵14、喷嘴12、空压机8、储气罐9，所述的油箱7通过低压油泵14与喷嘴12连接，所述的低压油泵14与喷嘴12连接的管路上连接有燃油滤清器13，所述的空压机8与储气罐9连接，所述的储气罐9与喷嘴12连接。所述的计量阀5设置在低压油泵14与喷嘴12连接的管路上，所述的清洁阀6设置在储气罐9与喷嘴12连接的管路上，所述的燃油温度传感器1安装在油箱7或燃油滤清器13上，所述上游燃油压力传感器2安装在燃油滤清器13和计量阀5连接的管路上，所述的下游燃油压力传感器3安装在计量阀5和喷嘴12连接的管路上，所述调压阀4设置在燃油滤清器13和计量阀5连接的管路上。

参见图1，所述的信号采集模块用来实现燃油温度信号的采集、上游燃油压力信号的采集和下游燃油压力信号的采集，采集的燃油温度信号用来修正燃油喷射量、提升喷油量控制精度，采集的燃油压力信号用来控制燃油喷射量以及系统故障诊断使用。

参见图1，所述的工作模式划分模块包括维护模式、建压模式、喷射模式和自清洁模式四种模式，在维护模式中周期性地对喷射管路及喷嘴12进行压缩空气吹扫，防止排气管11侧燃油管路及喷嘴12的堵塞；在建压模式中建立DPF主动再生时所需要的稳定喷射压力；在喷射模式中输出DPF再生所需求的喷射油量，保证实际喷射油量与需求油量在误差允许范围内，保证喷油执行精度；自清洁模式用于当喷射模式结束后对燃油管路及喷嘴12进行自清洁功能，防止排气侧11燃油管路及喷嘴12由于残留燃油裂变导致的堵塞问题。

参见图1，所述的模式调度管理模块用于管理工作模式划分模块中四种模式之间的切换控制逻辑、需求油量计算以及需求油量转换控制信号，实现燃油喷射控制功能及燃油管路自清洁功能。

参见图1，所述的指令驱动模块用于实现对执行器模块的控制指令输出功能。

参见图1，所述的执行器模块用于执行相应的控制指令，完成相应的燃油喷射和管路自清洁操作。

参见图1，所述的DPF再生判断模块用于发送DPF再生开启信号、DPF再生中断信号以及DPF再生结束信号。

具体实施例二

参见图1至图3，一种用于DPF主动再生的燃油喷射控制方法，其基于上面的控制系统进行控制，具体包括下面的步骤：

步骤一，模式调度管理模块检测DPF再生判断模块是否满足DPF主动再生触发条件、是否发出DPF再生开启信号，若不满足主动再生触发条件、没有发出DPF再生开启信号，则进入维护模式，此时指令驱动模块发出指令使调压阀4和计量阀5处于关闭状态、清洁阀6周期性地进行开启与关闭，清洁阀6开启持续时间为t1，关闭持续时间为t2，t1、t2根据实际需要可人为设定，比如t1＝15s，t2＝200s。在该模式中周期性地对喷射管路及喷嘴12进行压缩空气吹扫，防止排气管11侧燃油管路及喷嘴12的堵塞。

步骤二，当模式调度管理模块检测DPF再生判断模块满足DPF的主动再生触发条件、发出DPF再生开启信号时，则进入建压模式，此时指令驱动模块发出指令使清洁阀6处于关闭状态，指令驱动模块控制调压阀4处于开启状态，燃油由油箱7经过低压油泵14、燃油滤清器13，流过调压阀4进入喷射管路。经过标定时间t3后，指令驱动模块控制计量阀5打开；此处的标定时间t3通过标定试验，从调压阀4打开开始计时，直到上游燃油压力传感器2达到设定阈值(比如7个大气压)所持续的时间，比如0.5s，这个时间与管路的长度有关。持续标定时间t4后，指令驱动模块控制计量阀5关闭，从而使燃油充满调压阀4与喷嘴12之间的燃油管路，此时上游燃油压力传感器2所测量的压力为稳定的燃油供给压力值，从而建立了DPF主动再生时所需要的稳定喷射压力，实现了建压的目的；此处的标定时间t4通过标定试验，从计量阀5打开开始计时，直到下游燃油压力传感器3达到设定阈值(比如4个大气压)所持续的时间，比如0.5s，这个时间与管路的长度有关。

步骤三，当模式调度管理模块检测到建压完成，则进入到喷射模式，模式调度管理模块根据燃油供给压力值、DPF再生所需求的喷射油量和燃油温度确定计量阀5的需求控制信号，完成对喷射油量的控制。此处喷射需求油量通过查找事先标定好的MAP可转化成需求控制信号，该标定好的MAP输入为燃油供给压力和喷射需求油量，输出为需求控制信号；在实际标定过程，保持燃油供给压力不变，改变不同的控制信号，得到不同的喷射需求油量。

步骤四，当模式调度管理模块检测到喷射模式即将结束时，关闭调压阀4，经过延迟时间t5后，再关闭计量阀5；从而最大程度地降低燃油供给管路的压力，缩短清洁模式负担。此处的延迟时间t5人为设定，可以设为0-1s之间的任意时间。

步骤五，当模式调度管理模块检测DPF再生判断模块发出DPF再生中断信号或DPF再生结束信号后，进入自清洁模式，此时调压阀4和计量阀5都已关闭，指令驱动模块控制清洁阀6打开、并控制清洁阀6处于开启状态保持t6持续时间，使压缩空气通过清洁阀6将燃油管路及喷嘴12处残留的燃油吹到排气管11中，完成自清洁功能，防止排气侧11燃油管路及喷嘴12由于残留燃油裂变导致的堵塞问题。此处的状态保持t6可人为设定，比如10s。

参见图3，进一步的，所述步骤三中采取燃油温度修正和计量阀5分级控制两种措施改善喷射油量的控制精度，优化计量阀5对喷射需求油量的控制精度；经过燃油温度修正后的DPF再生的喷射需求油量为Q。

具体的，所述的燃油温度修正措施指的是考虑燃油温度对喷射需求油量的影响，经过燃油温度修正后的DPF再生的喷射需求油量Q为：

Q＝α·Q_req

其中，α为燃油温度修正系数，为燃油温度的一个线性函数，由燃油特性决定，通过台架标定试验获得；Q_req为DPF主动再生时实际需求的喷射油量。

进一步的，所述的实际需求的喷射油量Q_req根据下列式(1)求得：

其中δ为油量计算系数，其根据DOC入口实际温度和排气质量流量查询已标定好的油量计算系数表即可确定；为理论需求喷油量，其单位为kg/h。

而理论需求喷油量根据下列式(2)求得：

其中c_p为排气比定压热容，为常数1.004，单位为kJ/(kg·K)；Q_m为排气质量流量，单位为kg/h。ΔT为排气温度升高值，其为DPF入口再生设定目标温度与DPF入口实际温度之差，单位为K；DPF入口再生设定目标温度为人为设定的温度，DPF入口实际温度根据后处理系统安装的传感器采集得到。H_fuel为燃油低热值，为常数4260，单位为kJ/kg。

具体的，所述的计量阀5分级控制措施包括：

首先，将计量阀5的控制阶段分为两级，一级为工作周期控制阶段，一级为占空比控制阶段，这两个阶段的分界阈值为Q_Lim。Q_Lim为燃油压差Δp的一个查表函数，燃油压差Δp为上游燃油压力与DOC入口处的压力之差，Q_Lim通过试验标定得到；在实际应用中，Q_Lim通过发动机台架试验标定获得。工作周期为计量阀5单个脉冲所持续的时间，占空比为控制计量阀5通电时间相对于工作周期所占的比例。

其次，当喷射需求油量Q小于分界阈值Q_Lim时，进入工作周期控制阶段：固定占空比，调整工作周期；此处即为保持占空比恒定不变、调节工作周期对计量阀5进行控制，实现对喷射油量的控制，提升喷油精度。当需求的油量Q大于等于分界阈值Q_Lim时，进入占空比控制阶段：固定工作周期，调整占空比；即为保持工作周期恒定不变、调节占空比对计量阀5进行控制，实现对喷射油量的控制，提升喷油精度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。