本發(fā)明涉及柴油機(jī)再生溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法。

背景技術(shù)：

隨著非道路柴油機(jī)排放法規(guī)的不斷升級(jí)，柴油機(jī)顆粒物排放(pm)對(duì)顆粒物質(zhì)量和數(shù)量具有很好的轉(zhuǎn)化效率，因此會(huì)得到更好的應(yīng)用。非道路柴油機(jī)國(guó)四階段排放控制要求，hc和co轉(zhuǎn)化效率大于90％，顆粒物pm降低85％。柴油機(jī)燃燒器dpf(顆粒捕集器)再生方式包括主動(dòng)再生方式和被動(dòng)再生方式，被動(dòng)再生方式不需要額外的能量提供進(jìn)行碳煙的燃燒，主動(dòng)再生方式需要額外的能量提供或者柴油機(jī)排氣溫度控制實(shí)現(xiàn)dpf顆粒捕集器的溫度控制。針對(duì)農(nóng)用柴油機(jī)低速、大扭矩、高振動(dòng)、高沖擊的環(huán)境，采用適合農(nóng)機(jī)特點(diǎn)的壁流式dpf后處理系統(tǒng)。保證在低溫和瞬態(tài)工況下，顆粒捕集器(dpf)能夠很好的再生，需要精確控制dpf催化器再生溫度。針對(duì)燃燒器dpf系統(tǒng)，涉及到復(fù)雜的空氣、燃油噴射和點(diǎn)火系統(tǒng)，在dpf再生過(guò)程中，保持恒定的再生溫度和低排放是比較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。dpf再生溫度控制對(duì)于燃燒器而言是至關(guān)重要的，過(guò)溫現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響dpf的性能，出現(xiàn)再生不徹底現(xiàn)象，甚至?xí)p壞dpf載體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法，來(lái)解決以上背景技術(shù)部分提到的問(wèn)題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法，其包括：設(shè)定dpf目標(biāo)再生溫度；dpf控制器判斷dpf實(shí)際溫度與所述dpf目標(biāo)再生溫度的差值即dpf再生溫度差；dpf控制器通過(guò)帶前饋的pid控制器將dpf再生溫度差轉(zhuǎn)化為排氣管燃油噴射量大小，燃油噴射量在doc催化器上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生溫度，從而加熱dpf催化器實(shí)際溫度，dpf實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度產(chǎn)生差值，完成基于溫度的dpf再生溫度閉環(huán)控制。

特別地，所述帶前饋的pid控制器采用pid位置閉環(huán)控制算法進(jìn)行dpf再生溫度閉環(huán)控制，使用的差分方程如下：

其中，u(k)——第k個(gè)采樣時(shí)刻的控制值；

u0——再生溫度噴油量的初始值；

kp——比例放大系數(shù)；

ki——積分放大系數(shù)；

kd——微分放大系數(shù)；

e(k)——第k次采樣時(shí)刻偏差值；

e(k-1)——第k-1次采樣時(shí)刻偏差值；

k——0，1，2，……。

特別地，所述pid位置閉環(huán)算法中加入有積分分離算法，積分分離算法具體如下：

其中：當(dāng)e(k)≤ε時(shí)，α為1；當(dāng)e(k)≥ε時(shí)，α為0；

在積分分離算法中，當(dāng)dpf再生溫度差e(k)大于ε時(shí)，采用pd控制，保證再生溫度控制的響應(yīng)速度；當(dāng)再生溫度偏差e(k)小于ε時(shí)，采用pid控制，保證再生溫度控制的精度。

特別地，所述pid位置閉環(huán)算法中加入有死區(qū)限制，即當(dāng)e(k)≤φ時(shí)，e(k)為0，φ為設(shè)定閾值；當(dāng)e(k)≥φ時(shí)，e(k)正常輸出。

本發(fā)明提出的非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法將前饋控制和pid反饋控制相結(jié)合完成對(duì)非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制，具有閉環(huán)控制穩(wěn)定和前饋控制快速的優(yōu)點(diǎn)，提高了dpf催化器再生溫度控制精度，在各種柴油機(jī)工況下，dpf催化器入口實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度誤差會(huì)控制在25℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)dpf系統(tǒng)在各種工況下進(jìn)行可靠再生溫度管理。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容，除非另有定義，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例，不是旨在于限制本發(fā)明。

請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法應(yīng)用示意圖。

本實(shí)施例中非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制方法具體包括：設(shè)定dpf目標(biāo)再生溫度；dpf控制器判斷dpf實(shí)際溫度與所述dpf目標(biāo)再生溫度的差值即dpf再生溫度差；dpf控制器通過(guò)帶前饋的pid控制器將dpf再生溫度差轉(zhuǎn)化為排氣管燃油噴射量大小，燃油噴射量在doc催化器上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生溫度，從而加熱dpf催化器實(shí)際溫度，dpf實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度產(chǎn)生差值，完成基于溫度的dpf再生溫度閉環(huán)控制。

在本實(shí)施例中所述帶前饋的pid控制器采用pid位置閉環(huán)控制算法進(jìn)行dpf再生溫度閉環(huán)控制，使用的差分方程如下：

其中，u(k)——第k個(gè)采樣時(shí)刻的控制值；

u0——再生溫度噴油量的初始值；

kp——比例放大系數(shù)；

ki——積分放大系數(shù)；

kd——微分放大系數(shù)；

e(k)——第k次采樣時(shí)刻偏差值；

e(k-1)——第k-1次采樣時(shí)刻偏差值；

k——0，1，2，……。

在dpf再生溫度管理的控制當(dāng)中，存在著飽和特性，當(dāng)控制變量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)輸出變量不再增長(zhǎng)，系統(tǒng)進(jìn)入飽和區(qū)。pid位置閉環(huán)控制算法中，飽和主要由積分引起的，需要克服積分飽和，需要限制積分作用，保證積分累積不能過(guò)大。在本實(shí)施例中所述pid位置閉環(huán)算法中加入有積分分離算法，積分分離算法具體如下：

其中：當(dāng)e(k)≤ε時(shí)，α為1；當(dāng)e(k)≥ε時(shí)，α為0；

在積分分離算法中，當(dāng)dpf再生溫度差e(k)大于ε時(shí)，采用pd控制，可以避免多大的超調(diào)，又能保證再生溫度控制的響應(yīng)速度；當(dāng)再生溫度偏差e(k)小于ε時(shí)，采用pid控制，保證再生溫度控制的精度。

在本實(shí)施例中所述pid位置閉環(huán)算法中加入有死區(qū)限制，即當(dāng)e(k)≤φ時(shí)，e(k)為0，φ為設(shè)定閾值；當(dāng)e(k)≥φ時(shí)，e(k)正常輸出。

具體的，滿足非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生控制后處理技術(shù)方案主要包括doc+cdpf催化轉(zhuǎn)化器、噴油助燃低溫燃燒燃油噴射系統(tǒng)。尾氣從柴油機(jī)排氣口出來(lái)后，先經(jīng)過(guò)低溫燃燒器+doc和cdpf催化轉(zhuǎn)化器，實(shí)現(xiàn)對(duì)co、hc和pm排放的控制。后處理系統(tǒng)包括：柴油機(jī)、低溫燃燒器、doc催化器、cdpf催化轉(zhuǎn)化器、燃油電磁泵、燃油噴嘴、顆?？刂破鳌⑷加拖?、壓差傳感器、排溫傳感器、報(bào)警指示燈。工作時(shí)，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、柴油機(jī)負(fù)荷與前饋燃油噴射量相關(guān)，前饋燃油噴射量增大時(shí)，pwm驅(qū)動(dòng)電磁油泵，燃油噴射量增加，doc催化器溫升，dpf催化器再生溫度升高，導(dǎo)致dpf實(shí)際溫度增大，dpf再升溫度差減小，pid控制中比例項(xiàng)燃油噴射量、積分項(xiàng)燃油噴射量、微分項(xiàng)燃油噴射量對(duì)應(yīng)調(diào)整。

燃油供給系統(tǒng)提供精確的柴油燃料輸送到燃燒器里面，進(jìn)行燃燒溫度的控制。最常見(jiàn)的燃油供給裝置為燃油計(jì)量電磁泵或者計(jì)量電磁閥。

采用將前饋控制和pid反饋控制結(jié)合起來(lái)構(gòu)成前饋pid反饋控制系統(tǒng)，從而帶前饋的閉環(huán)pid方法具有閉環(huán)控制穩(wěn)定和前饋控制快速的優(yōu)點(diǎn)。dpf再生溫度閉環(huán)控制周期時(shí)間根據(jù)doc催化器氧化放熱滯后時(shí)間確定，保證燃油噴射周期與doc氧化放熱周期相匹配。dpf燃油噴射流量與dpf燃油電磁泵的驅(qū)動(dòng)頻率成線性比例關(guān)系，從而可以確定燃油噴射流量與電磁閥工作頻率的比例關(guān)系。dpf催化器目標(biāo)再生溫度設(shè)定要綜合考慮dpf催化器再生時(shí)間合理數(shù)值，保證dpf催化器碳顆粒高效轉(zhuǎn)化。比例作用與再生溫度偏差成正比，積分作用是再生溫度偏差對(duì)時(shí)間的累積；微分作用是再生溫度偏差的變化率。比例控制能迅速響應(yīng)減少再生溫度差。比例放大系數(shù)的加大,會(huì)引起再生溫度控制效果的不穩(wěn)定。積分控制的作用是只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量,消除誤差。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大,甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可減小超調(diào)量,克服振蕩,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高,改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

燃油在燃燒器內(nèi)進(jìn)行合理燃燒，需要合理的燃油和空氣配比，電控單元決定燃油、空氣量的配比關(guān)系，點(diǎn)火系統(tǒng)負(fù)責(zé)在合理的時(shí)機(jī)進(jìn)行燃料供給，保證燃油迅速燃燒。通過(guò)合理的再生溫度閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)混合氣燃燒溫度達(dá)到再生溫度，保證顆粒物能夠點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)dpf安全、可靠再生。燃燒器再生溫度工作狀態(tài)使控制排氣溫度到目標(biāo)再生溫度。依靠dpf再生請(qǐng)求，目標(biāo)溫度設(shè)定有不同的目標(biāo)溫度和斜率。燃燒器根據(jù)柴油機(jī)不同工況控制空氣和燃油比例，從而達(dá)到目標(biāo)再生溫度。同時(shí)燃燒器由于空氣供給系統(tǒng)的限值和火焰燃燒的穩(wěn)定性會(huì)影響控制效果，空氣輔助系統(tǒng)受限于流量設(shè)計(jì)的范圍和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致空氣量的不足，從而影響火焰燃燒的穩(wěn)定性。控制理想的燃油和空氣比例，維持火焰在瞬態(tài)工況下的燃燒的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。

燃燒器再生溫度控制是通過(guò)控制空氣和燃油比例實(shí)現(xiàn)再生溫度的控制。當(dāng)柴油機(jī)工況變化時(shí)，空氣量和燃油量必須隨著變化，而dpf再生溫度不變化。通過(guò)閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)dpf目標(biāo)再生溫度控制是有效的，但是沒(méi)有前饋控制的閉環(huán)控制算法對(duì)于維持各種瞬態(tài)工況下的再生溫度控制在目標(biāo)范圍之內(nèi)是很困難的，dpf催化器入口實(shí)際溫度與目標(biāo)再生溫度誤差會(huì)超過(guò)50℃以上。為了提高dpf催化器再生溫度控制精度，因此采用前饋控制和閉環(huán)控制結(jié)合的控制策略，這樣在各種柴油機(jī)工況下，dpf催化器入口實(shí)際溫度與目標(biāo)再生溫度誤差會(huì)控制在25℃以內(nèi)。

本發(fā)明根據(jù)dpf催化器實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度差進(jìn)行有效控制，采用前饋和閉環(huán)pid結(jié)合的方法進(jìn)行再生溫度的有效控制，當(dāng)發(fā)生變化形成偏差值時(shí)產(chǎn)生減少系統(tǒng)輸出量偏移的控制。單獨(dú)依靠pid閉環(huán)控制在時(shí)間上會(huì)產(chǎn)生滯后問(wèn)題，實(shí)際dpf催化器溫度與目標(biāo)溫度無(wú)法吻合跟蹤，會(huì)導(dǎo)致dpf催化器實(shí)際溫度超調(diào)、滯后、震蕩等現(xiàn)象。采用前饋控制則具有一定的預(yù)見(jiàn)性，提高控制的響應(yīng)性，但是無(wú)法對(duì)再生溫度差進(jìn)行修正補(bǔ)償和對(duì)外在熱管理擾動(dòng)的抑制功能。因此綜合考慮，采用將前饋控制和pid反饋控制結(jié)合起來(lái)構(gòu)成前饋pid反饋控制系統(tǒng)，從而帶前饋的閉環(huán)pid方法具有閉環(huán)控制穩(wěn)定和前饋控制快速的優(yōu)點(diǎn)。在dpf控制器中，dpf實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度差為控制目標(biāo)，當(dāng)dpf控制器判斷出dpf再生溫度差后，通過(guò)帶前饋的pid控制器將再生溫度偏差值轉(zhuǎn)化為排氣管燃油噴射量大小，燃油噴射量在doc催化器上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生溫度，從而加熱dpf催化器實(shí)際溫度，dpf催化器實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度產(chǎn)生差值，實(shí)現(xiàn)了基于溫度的dpf再生溫度閉環(huán)控制策略。

本發(fā)明的技術(shù)方案將前饋控制和pid反饋控制相結(jié)合完成對(duì)非道路柴油機(jī)燃燒器dpf再生溫度控制，具有閉環(huán)控制穩(wěn)定和前饋控制快速的優(yōu)點(diǎn)，提高了dpf催化器再生溫度控制精度，在各種柴油機(jī)工況下，dpf催化器入口實(shí)際溫度與dpf目標(biāo)再生溫度誤差會(huì)控制在25℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)dpf系統(tǒng)在各種工況下進(jìn)行可靠再生溫度管理。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過(guò)以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。