本發(fā)明涉及柴油機(jī)后處理領(lǐng)域，具體地涉及一種柴油機(jī)微粒捕集器的積碳量計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

目前，柴油機(jī)微粒捕集器(DPF)是公認(rèn)的最有效的一種柴油機(jī)微粒后處理方法。DPF是一種安裝在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放系統(tǒng)中的過(guò)濾器，主要用蜂窩陶瓷過(guò)濾體、陶瓷纖維編織物、金屬蜂窩過(guò)濾體和金屬編織物等作為過(guò)濾材料，它能捕捉尾氣中的微粒物質(zhì)，能減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作所產(chǎn)生的碳微粒的90％以上。它的基本工作原理是：DPF安裝于柴油機(jī)尾氣排放管上，尾氣進(jìn)入DPF，微粒會(huì)吸附在過(guò)濾材料上，從而減少尾氣中的微粒物；

但是工作一段時(shí)間后，DPF吸附的微粒逐漸增多以至于將過(guò)濾材料的孔隙堵塞，引起發(fā)動(dòng)機(jī)背壓升高，影響柴油機(jī)尾氣的正常排放，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降，此時(shí)就必須對(duì)DPF進(jìn)行再生，即去除過(guò)濾材料上吸附的微粒，讓DPF可以重新吸附微粒，繼續(xù)工作。

如圖1所示，為典型的DPF積碳量測(cè)量方法，通過(guò)壓差傳感器測(cè)量DPF前后壓差，推算當(dāng)前DPF中的積碳量，其工作特性如圖2所示。此種方法識(shí)別DPF積碳量的原理是根據(jù)DPF在不同積碳量的條件下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同排氣流量時(shí)的DPF前后壓差不同的特性進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)試驗(yàn)手段測(cè)量各種積碳量時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所有運(yùn)行工況的排氣流量下DPF所產(chǎn)生的壓差，測(cè)量并記錄到一張脈譜圖中，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)識(shí)別當(dāng)前壓差與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量，得到DPF積碳量。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 104832258公開(kāi)了一種柴油機(jī)微粒捕集器DPF碳累積量估計(jì)方法，包括：通過(guò)壓差傳感器測(cè)得DPF前后總壓力差ΔPm；利用壓差傳感器采集的DPF兩端的壓差信號(hào)使用低通濾波器進(jìn)行過(guò)濾，以提高壓差信號(hào)的精確度；根據(jù)DPF前后總壓力差和廢氣體積流量得到DPF的總流阻；根據(jù)灰分質(zhì)量和廢氣體積流量得到DPF殘余碳產(chǎn)生的流阻，總流阻減去白載體流阻及殘余碳產(chǎn)生的流阻即可得到積碳所產(chǎn)生的流阻，根據(jù)積碳產(chǎn)生的流阻與廢氣體積流量即可得到碳積累量。該計(jì)算方法也是通過(guò)壓差傳感器測(cè)量DPF前后壓差，然后推算當(dāng)前DPF中的積碳量。

此方法是當(dāng)前主流DPF積碳量識(shí)別方法，雖然簡(jiǎn)單，但在小排氣流量下通過(guò)壓差傳感器進(jìn)行識(shí)別碳載量精度存在較大誤差。從圖2可以看出，圓圈標(biāo)識(shí)區(qū)域內(nèi)，各積碳量距離很近，在排氣流量變化較為劇烈的情況下，很容易導(dǎo)致壓差識(shí)別不準(zhǔn)，使識(shí)別得到的積碳量與真實(shí)積碳量出現(xiàn)偏差。會(huì)導(dǎo)致頻繁再生或延遲再生，進(jìn)一步影響柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性以及再生時(shí)的安全性。

因此，需要解決此類情況下傳統(tǒng)壓差傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)低排氣流量條件下積碳量識(shí)別不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種柴油機(jī)微粒捕集器的積碳量計(jì)算方法和系統(tǒng)，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)下，計(jì)算不同的碳累積量，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)瞬時(shí)碳排放，逐步積分得到最終的DPF積碳量，解決傳統(tǒng)通過(guò)壓差傳感器低排氣流量工況下DPF積碳量識(shí)別不精確的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種柴油機(jī)微粒捕集器的積碳量計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)處于被動(dòng)再生狀態(tài)，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)NOx質(zhì)量流量、氧化催化器（DOC）上游溫度修正系數(shù)和排氣體積流量修正系數(shù)，三者的乘積即為被動(dòng)再生最大碳（Soot）質(zhì)量流量；

S02：測(cè)得DPF入口溫度的修正系數(shù)和DPF積碳量修正系數(shù)，將其與得到的被動(dòng)再生最大Soot質(zhì)量流量相乘，得到被動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量；

S03：當(dāng)處于主動(dòng)再生狀態(tài)時(shí)，測(cè)得排氣氧含量修正系數(shù)，根據(jù)當(dāng)前DPF積碳量，得到基礎(chǔ)Soot氧化速率，將基礎(chǔ)Soot氧化速率乘以排氣氧含量修正系數(shù)，再乘以DPF入口溫度的修正系數(shù)，得到主動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量，主動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量和被動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量相加得到再生總消耗Soot質(zhì)量流量；

S04：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)排放進(jìn)行測(cè)試得到的發(fā)動(dòng)機(jī)Soot質(zhì)量流量，將其減去再生總消耗Soot質(zhì)量流量，即得到未被反應(yīng)的Soot質(zhì)量流量，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)所處的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)選擇不同的積分初始值，對(duì)未被反應(yīng)的Soot質(zhì)量流量進(jìn)行積分，最終得到當(dāng)前DPF積碳量。

優(yōu)選的，所述積分初始值的選擇方法包括以下步驟：

判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)處于再生開(kāi)始狀態(tài)時(shí)，積分初始值選擇上一計(jì)算周期時(shí)計(jì)算得到的DPF積碳量；

當(dāng)處于部分再生成功狀態(tài)時(shí)，積分初始值選擇為試驗(yàn)測(cè)得的部分再生成功后的DPF積碳量；

當(dāng)識(shí)別為完全再生成功狀態(tài)時(shí)，積分初始值選擇為試驗(yàn)測(cè)得的完全再生成功后的DPF積碳量；

否則，積分初始值選擇為利用壓差傳感器測(cè)得的DPF積碳量。

優(yōu)選的，DOC上游溫度、DPF上游溫度、NOx質(zhì)量流量、排氣體積流量及質(zhì)量流量、Soot質(zhì)量流量、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、再生狀態(tài)、排氣氧含量通過(guò)接收發(fā)動(dòng)機(jī)端電子控制單元（ECU）得到。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明彌補(bǔ)了當(dāng)前主流DPF系統(tǒng)積碳量識(shí)別時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)低排氣流量下對(duì)DPF積碳量識(shí)別不準(zhǔn)確的不足。本發(fā)明通過(guò)基于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)模型的計(jì)算，通過(guò)排氣物質(zhì)組分及排氣物理參數(shù)表征后處理系統(tǒng)工作狀態(tài)，以此識(shí)別DPF積碳量，可以使識(shí)別結(jié)果更精確，可以與壓差傳感器相結(jié)合使用，用來(lái)校驗(yàn)當(dāng)前DPF積碳量是否測(cè)量準(zhǔn)確，為DPF再生觸發(fā)的時(shí)機(jī)判斷提供準(zhǔn)確依據(jù)，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性惡化與DPF再生燒毀問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為現(xiàn)有的典型DPF積碳量識(shí)別方法；

圖2為基于壓差傳感器識(shí)別積碳量的特性曲線；

圖3為本發(fā)明的計(jì)算方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明被動(dòng)再生Soot質(zhì)量流量的計(jì)算流程圖；

圖5為本發(fā)明主被動(dòng)再生Soot質(zhì)量流量的計(jì)算流程圖；

圖6為本發(fā)明DPF積碳量S的計(jì)算流程圖；

圖7為本發(fā)明積分初始值選擇的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例中，通過(guò)接收發(fā)動(dòng)機(jī)端電子控制單元（ECU）提供的DOC上游溫度、DPF上游溫度、NOx質(zhì)量流量、排氣體積流量及質(zhì)量流量、Soot質(zhì)量流量、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式、再生狀態(tài)、排氣氧含量等參數(shù)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)各參數(shù)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)前狀態(tài)包括積碳狀態(tài)、被動(dòng)再生狀態(tài)、主動(dòng)再生狀態(tài)、自發(fā)再生狀態(tài)，計(jì)算DPF內(nèi)的累計(jì)積碳量。

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式包括正常運(yùn)行模式（也就是積碳狀態(tài)）和再生模式，其中再生模式包括三種再生狀態(tài)，分別為被動(dòng)再生狀態(tài)、主動(dòng)再生狀態(tài)、自發(fā)再生狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度未達(dá)到一定限值，再生速率低于發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)碳煙排放在DPF中的累積速率時(shí)此狀態(tài)為積碳狀態(tài)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度在合理溫度范圍內(nèi)（例如250℃~400℃）時(shí)為被動(dòng)再生狀態(tài)；通過(guò)額外向排氣系統(tǒng)中噴射燃油通過(guò)氧化催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化釋放熱量提高排溫使DPF入口溫度超過(guò)一定限值，此時(shí)為主動(dòng)再生狀態(tài)；發(fā)動(dòng)機(jī)自身運(yùn)行至較大負(fù)荷工況，排氣溫度也能主動(dòng)再生時(shí)的DPF入口溫度實(shí)現(xiàn)再生，此時(shí)稱為自發(fā)再生狀態(tài)。

主動(dòng)再生狀態(tài)又可以分為部分再生成功狀態(tài)和完全再生成功狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于主動(dòng)再生狀態(tài)時(shí)，此時(shí)DPF內(nèi)的積碳量逐漸減少，當(dāng)DPF內(nèi)的積碳量降低至某一限值時(shí)，此時(shí)認(rèn)為部分再生成功，但DPF內(nèi)還是有一定積碳?xì)埩舻?，并不希望一次就把DPF內(nèi)的積碳全部燒掉，如果全部燒掉就是完全再生成功狀態(tài)。

本發(fā)明計(jì)算方法全部利用發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)有ECU參數(shù)，不用單獨(dú)增加或更改ECU邏輯，利用催化器在不同溫度下的轉(zhuǎn)化特性，判斷被動(dòng)再生的進(jìn)行程度及轉(zhuǎn)化速率，為積碳量的計(jì)算提供狀態(tài)及碳反應(yīng)量輸入。

如圖3所示，本發(fā)明能夠在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式，以及相同的運(yùn)行模式但不同的運(yùn)行狀態(tài)下，計(jì)算不同的碳累積量，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)瞬時(shí)碳排放，逐步積分得到最終的DPF積碳量，不同發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的瞬時(shí)碳排放不同，需要采取不同的積分初始值。

如圖4所示，通過(guò)NOx傳感器或發(fā)動(dòng)機(jī)模型標(biāo)定可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)NOx質(zhì)量流量，基于DOC上游溫度可以得到通過(guò)DOC后排氣中的NO₂比，同時(shí)DOC對(duì)NO的氧化受排氣體積流量的影響，因此再乘以體積流量的修正系數(shù)，即得到DPF入口處的NO₂質(zhì)量流量，假設(shè)所有的NO₂全部參與被動(dòng)再生，則可推算出這些NO₂能夠反應(yīng)掉的被動(dòng)再生最大Soot質(zhì)量流量。

但被動(dòng)再生受DPF內(nèi)部溫度的影響，因此得到的被動(dòng)再生最大Soot質(zhì)量流量需乘以DPF入口溫度的修正系數(shù)，同時(shí)，被動(dòng)再生的速率也受當(dāng)前DPF中的積碳量的影響，因此再乘以上一計(jì)算循計(jì)算得到的DPF積碳量修正系數(shù)，即得到被動(dòng)再生實(shí)際反應(yīng)掉的Soot質(zhì)量流量；

柴油機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中的再生包括主動(dòng)再生與被動(dòng)再生，圖4計(jì)算得到了被動(dòng)再生的Soot質(zhì)量流量，圖5計(jì)算得到總的再生Soot質(zhì)量流量。主動(dòng)再生時(shí)的Soot氧化速率受DPF當(dāng)前積碳量的影響，因此通過(guò)上一計(jì)算循環(huán)得到的DPF積碳量進(jìn)一步得到Soot氧化質(zhì)量流量，同時(shí)主動(dòng)再生受排氣中的氧含量的影響，因此乘以排氣氧含量的修正系數(shù)，主動(dòng)再生同時(shí)又受DPF溫度的影響，因此再乘以基于DPF入口溫度的修正系數(shù)，由此得到了主動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量。與圖4所述被動(dòng)再生Soot質(zhì)量流量求和，得到主被動(dòng)再生總共反應(yīng)掉的Soot質(zhì)量。

各修正系數(shù)是算法中定義的可以針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)更改的可標(biāo)定變量，具體的修正系數(shù)數(shù)值是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)合排放檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的排放物數(shù)值，逐步調(diào)整修正系數(shù)使算法得到的最終催化器入口和出口的組分與排放檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的數(shù)值一致，此時(shí)的修正系數(shù)就為該款發(fā)動(dòng)機(jī)的各修正系數(shù)，每個(gè)修正系數(shù)都是一張表格，不同工況下的修正系數(shù)是不同的。

圖6所示為通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)原機(jī)排放進(jìn)行測(cè)試得到的發(fā)動(dòng)機(jī)Soot質(zhì)量流量，減去圖5所示主被動(dòng)再生消耗的Soot質(zhì)量流量，即得到未被反應(yīng)的Soot質(zhì)量流量，這些Soot被持續(xù)積累在DPF中，因此對(duì)該Soot質(zhì)量流量進(jìn)行積分，就得到了DPF中的實(shí)際積碳量；

由于積分計(jì)算存在初始值，圖7所述為本發(fā)明所述的對(duì)于積分計(jì)算初始值的選擇方法。首先判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于再生剛剛觸發(fā)開(kāi)始階段，若剛觸發(fā)再生，則積分初始值選擇上一循環(huán)計(jì)算得到的DPF積碳量；如果不是，則判斷是否處于部分再生成功的狀態(tài)，若發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分再生成功狀態(tài)，則積分初始值選擇通過(guò)之前催化器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)測(cè)得的部分再生成功后的DPF積碳量，如果不是，則再判斷是否發(fā)動(dòng)機(jī)處于完全再生成功狀態(tài)，如果處于剛剛完全再生狀態(tài)，則積分初始值選擇通過(guò)之前催化器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)測(cè)得的完全再生成功后的DPF積碳量，如果不是，則積分初始值選擇基于壓差傳感器測(cè)得的DPF積碳量。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說(shuō)明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。