CN103382873B - 用于控制排气再生的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制排气再生的系统和方法,具体提供一种用于控制后处理部件中的再生的系统,所述系统包括反馈模块、误差模块、增益模块和再生控制模块。所述反馈模块配置成确定控制参数的值的变化率。所述误差模块与所述反馈模块通讯并且配置成通过从控制参数的值中减去目标参数的值来确定误差项的值。所述增益模块配置成通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值以及通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值。所述再生控制模块配置成确定合理控制增量的值。

Description

用于控制排气再生的系统和方法
技术领域
本发明涉及车辆排气系统,更具体地涉及用于控制内燃发动机的后处理部件中的排气再生的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述用于总体上介绍本发明的背景。在本背景技术描述的范围内,当前署名的发明人的成果,以及该描述的、在提交申请时可能不构成现有技术的那些方面,既非明示也非暗示地被认为是本发明的现有技术。
在柴油发动机中的燃烧期间,空气/燃料混合物通过进气门输送到气缸并且被压缩并且在其中燃烧。在燃烧之后,活塞迫使气缸中的排出气体进入排气系统中。排出气体可能含有微粒物质、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO),并且由于环境原因这些组分的排放物是被管制的。因此,配备压缩点火发动机的车辆通常包括用于转换、还原和/或移除来自它们的排出气流的微粒物质以及其他管制组分的后处理部件。排气后处理系统可在构造成实现后处理程序-例如还原NOX来产生更可容许的排气组分氮(N2)和水(H2O)的一个或多个部件中采用催化剂。还原剂可添加到后处理部件上游的排出气体从而帮助还原NOX。可采用柴油微粒过滤器(DPF)来捕获烟灰,并且可在再生循环期间周期性地烧掉烟灰。
微粒过滤器和其他后处理部件可能是有效的,但是也可能随着它们收集微粒物质而增加背压,所述微粒物质可包括灰以及通常称为烟灰的未燃烧碳颗粒。随着这种碳基微粒物质在后处理部件中堆积,可增加排气系统中的背压。具有大微粒质量排放率的发动机可在相对短的时间段发展出过大的背压,从而降低发动机效率和产生功率的能力。因此,期望具有使背压最小化同时有效地捕获排气中的微粒物质的微粒过滤系统。
为了实现这些竞争目标,后处理部件必须经常被监测并且通过替换部件或通过去除堆积的烟灰来维护。从后处理部件清除堆积的烟灰可通过氧化成CO2(即,烧掉)来实现并且在所属领域中称为再生。为了避免使用中断,再生通常优于替换后处理部件。连续再生捕集器(CRT)是捕获排出气流中的颗粒的后处理部件并且还包括帮助再生的催化剂。
可以帮助再生的一种方式是:通过将过滤器材料和/或收集的微粒物质的温度增加到高于微粒物质的燃烧温度的水平。提高温度通过允许排出气体中的过量氧将微粒物质氧化来帮助消耗烟灰。再生程序可以是被动的或主动的。在被动系统中,每当热量(例如,由排出气体携带的)和烟灰(例如,捕获在后处理部件中的)足以帮助氧化时发生再生。在主动系统中,通过从外部热源(例如,电加热器、燃料燃烧器、微波加热器和/或从发动机本身-例如通过后期缸内喷射或燃料直接喷射到所述排出气流中)引入热量而在期望的时间引发再生。可以在各种车辆运转和排气条件期间起动主动再生。这些有利运转条件之一就是静止车辆运转-例如当车辆停止时,例如在加注燃料停车期间。
某些柴油发动机系统使用气缸喷射器通过在气缸中添加过量燃料以便额外的燃料可用于增加后处理部件中的温度来控制后处理部件中的温度。其他柴油发动机系统配备有还称为烃类喷射器(HCI)的后处理燃料喷射器,以便通过直接添加燃料到发动机排气系统来支撑DPF再生。通常,HCI仅在DPF再生期间使用并且受发动机控制系统命令,并且如果这样配备,其直接喷射燃料到发动机的涡轮增压器下游的发动机的排出气体中。HCI仅在启用再生事件期间供应测量的燃料量到排出气体中。氧化催化剂(DOC)通过烧掉堆积的烟灰将该添加燃料转换成DPF再生所需的热量。再生期间通过排出气体温度传感器来监测DOC的温度。
发动机控制系统不仅可用于预测何时它可有利地主动帮助再生事件,而且可用于有利于实现对再生程序的控制。为了对再生事件实行主动控制,发动机控制系统经常寻求在后处理部件中或者在DOC上实现引发再生程序的期望温度。为了实现稳定控制,发动机控制模块可依靠诸如比例积分微分(PID)控制器的反馈控制器,所述反馈控制器计算测量的程序变量-例如催化剂温度与期望选定点之间的差值作为误差值。控制器调节一个或多个程序变量-例如HCI量,以便寻求使误差值最小化直到它在可接受的公差内。
可惜的是,可能需要大量调谐以便使PID控制器能够提供稳定的响应性控制系统。例如,如果PID基后处理再生控制器的增益没有适当地设定,那么HCI可能过快增加,从而导致过调节。如果控制器反复对HCI需求作出过大的改变,那么期望的催化剂温度可能过调节而使得催化剂温度在期望温度周围振荡而非接近它。如果振荡随着时间增加,那么系统会不稳定。如果振荡幅度稳定地减小,那么只要可以最终实现平衡该控制可能足够稳定。就PID基后处理再生控制器而言,调谐以实现足够稳定的响应性控制系统所需的校准工作的量可能是繁杂和庞大的,并且通常需要使用大量修正曲线和映射图,所述大量修正曲线和映射图每个都需要成百上千个校准数据点级别的细节以便产生适当的控制稳定性和响应性。
相应地,期望获得一种用于控制后处理系统中的再生的改进的系统和方法。
发明内容
在本发明的一个示例性实施方式中,提供了一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的方法,所述方法包括确定控制参数在第一时间的第一值、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值以及通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率。通过从控制参数的值减去目标参数的值来确定误差项的值。通过排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值。通过增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值。通过将数学常数提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值。通过比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值。通过控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值。通过误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值。通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值。通过原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
在本发明的另一个示例性实施方式中,提供了一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的系统,所述系统包括反馈模块、误差模块、增益模块和再生控制模块。所述反馈模块配置成确定控制参数在第一时间的第一值、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值以及通过控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率。所述误差模块与所述反馈模块通讯并且配置成通过从控制参数的值中减去目标参数的值来确定误差项的值。所述增益模块配置成通过排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值。所述增益模块还配置成通过增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值、通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值以及通过比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值。所述再生控制模块与所述误差模块以及所述增益模块通讯并且配置成通过控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值。所述再生控制模块还配置成通过误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值、通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值以及通过原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
方案1.一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的方法,包括:
确定控制参数在第一时间的第一值;
确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值;
通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率;
通过从控制参数的值减去目标参数的值来确定误差项的值;
通过用排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值;
通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值;
通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值;
通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值;
通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值;
通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值;
通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值;以及
通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
方案2.如方案1所述的方法,其中所述控制参数是催化剂的感测温度。
方案3.如方案1所述的方法,其中所述目标参数是催化剂的期望温度。
方案4.如方案1所述的方法,其中所述排出气流的热惯量是通过排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定的。
方案5.如方案1所述的方法,其中所述催化剂的热惯量是通过催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定的。
方案6.如方案1所述的方法,其中所述调谐因数是基于经验数据来预先确定的。
方案7.如方案1所述的方法,其中确定所述调谐因数以便提供目标参数的稳定控制。
方案8.如方案1所述的方法,其中确定所述调谐因数以便提供目标参数的关键阻尼控制。
方案9.如方案1所述的方法,其中所述合理控制增量代表将喷射到排出气流中的燃料量的变化。
方案10.如方案1所述的方法,进一步包括将所述增益指数的值分成两半。
方案11.一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的系统,包括:
反馈模块,所述反馈模块配置成确定控制参数在第一时间的第一值、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值以及通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率;
误差模块,所述误差模块与所述反馈模块通讯并且配置成通过从控制参数的值中减去目标参数的值来确定误差项的值;
增益模块,所述增益模块配置成通过用排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值;通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值;通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值;以及通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值;以及
再生控制模块,所述再生控制模块与所述误差模块以及所述增益模块通讯,所述再生控制模块配置成通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值;通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值;通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值;以及通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
方案12.如方案11所述的系统,其中所述控制参数是催化剂的感测温度。
方案13.如方案11所述的系统,其中所述目标参数是催化剂的期望温度。
方案14.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成通过给排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定排出气流的热惯量。
方案15.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成通过给催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定催化剂的热惯量。
方案16.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成基于经验数据来确定调谐因数。
方案17.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成确定所述调谐因数以便提供目标参数的稳定控制。
方案18.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成确定所述调谐因数以便提供目标参数的关键阻尼控制。
方案19.如方案11所述的系统,其中所述再生控制模块配置成基于合理控制增量的值来帮助改变喷射到排出气流中的燃料的量。
方案20.如方案11所述的系统,其中所述增益模块配置成将所述增益指数的值分成两半。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将通过下面结合附图对本发明的详细描述而变得显而易见。
附图说明
在下面对实施方式的详细描述中,仅通过示例来呈现其他特征、优点和细节,所述详细描述参阅附图进行,附图中:
图1是包括根据本发明的排气控制系统的发动机控制系统的功能框表;以及
图2是图1的排气控制系统的控制模块的示例性实施型式的功能框表。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的,并非旨在限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见,相同的附图标记将在附图中用于标识类似的元件。如在此使用的,短语“A、B和C中的至少一个”应被解释为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。当理解的是,在不改变本发明的原理的情况下,方法内的步骤可以不同的次序执行。
如在此使用的,术语“模块”意指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适当部件。
根据本发明的示例性实施方式,本发明提供一种用于控制后处理部件中的再生的改进的系统和方法。图1示出了用于控制车辆(未示出)的压缩点火发动机102的后处理部件内的再生的示例性系统100。压缩点火发动机102联接到排气系统104,来自发动机102的排气103穿过所述排气系统并且在排放到大气之前被处理。排气系统104构造成减少管制的排出气体组分并且因此包括至少一个后处理部件106-例如用于从排出气流移除微粒物质和其他管制组分的微粒过滤器。如所能理解的,在此描述的后处理部件、系统、模型和控制可在各种发动机系统中实施。这些发动机系统可包括例如但不限于柴油发动机、汽油直接喷射系统以及均质充量压缩点火发动机系统。
在示例性实施方式中,后处理部件106是包括氧化催化剂(OC)和微粒过滤器的连续再生捕集器(CRT)。CRT106的CO可包括例如流通金属或陶瓷整料基体。所述基体可封装在具有用于从发动机102接纳排气的入口以及与所述CRT106的微粒过滤器流体连通的出口的壳或罐中。所述基体可包括设置在其上的氧化催化剂化合物。所述氧化催化剂化合物可作为涂层施加并且可包含铂族金属-例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他适当的氧化催化剂或它们的组合。CO处理未燃烧的气体以及非易挥发性HC和CO,所述未燃烧的气体以及非易挥发性HC和CO被氧化以形成CO2和H2O。
后处理部件106的微粒过滤器部分能够过滤排出气体103的碳和其他微粒。在各种实施方式中,后处理部件106的微粒过滤器部分可使用壁流整料过滤器或其他过滤器装置-例如缠绕或填充了纤维的过滤器、开放式发泡过滤器、烧结金属纤维过滤器等来构造。所述过滤器可封装在壳或罐中并且可具有与CO流体连通的入口以及用于排放处理过的排出气体103的出口。
后处理部件106的微粒过滤器部分内的微粒物质的堆积被周期性地清洁或再生。再生涉及堆积的碳和其他微粒通常在高温(>600℃)环境下的氧化或燃烧。OC内的氧化生成再生所需的高温。
如图1所示,加热器108构造成增加热量(例如,通过热交换器、额外燃料加热)到后处理部件106从而主动引发后处理部件106中的再生。发动机控制系统110配置成预测何时可能需要进行后处理部件再生或何时进行再生是有利的,并且当合适时主动帮助再生事件。发动机控制系统110可帮助这种事件-例如通过从诸如加热器108的外部源引入热量到后处理部件106,所述发动机控制系统110可配置成导致燃料喷射到发动机102或排气系统104中。
为了使发动机控制系统110能够更好地执行其功能,各种仪器定位在发动机102和排气系统104内。所述仪器配置成响应于发动机102和排气系统104中相关参数的变化以及传递信号到发动机控制系统110,其中所述信号指示发动机102和后处理部件104的运转。例如,在示例性实施方式中,上游压力传感器112测量后处理部件106上游的排出气流的压力并且产生上游压力信号114。类似地,下游压力传感器116测量后处理部件106下游的排出气流的压力并且产生下游压力信号118。另外,上游温度传感器120测量后处理部件106上游的排出气流的温度并且产生上游温度信号122。
下游温度传感器124测量后处理部件106下游的排出气流的温度并且产生下游温度信号126。应当理解的是,下游温度信号126可反映排出气体103的温度或者可反映后处理部件106的氧化催化剂的温度。发动机速度传感器128感测发动机102的速度并且产生发动机速度信号130。发动机流量传感器132感测发动机102或排气系统104中流动的工作流体(例如,空气或空气和燃料或排出气体)103的质量流率并且产生发动机流率信号134。发动机进气温度传感器142感测进入发动机102的燃烧空气的温度并且产生进气温度信号144。下游充气冷却器温度传感器146感测与进入发动机102的燃烧空气流关联的充气冷却器下游的燃烧空气的温度并且产生充气温度信号148。环境温度传感器150感测发动机102运转的周围环境的温度并且产生环境温度信号152。
发动机控制系统110接收信息-例如下述信息中的一个或多个:来自上游压力传感器112、下游压力传感器116、上游温度传感器120、下游温度传感器124、发动机速度传感器128、发动机流率传感器132、发动机进气温度传感器142、下游充气冷却器温度传感器146以及环境温度传感器150的上游压力信号114、下游压力信号118、上游温度信号122、下游温度信号126、发动机速度信号130、发动机流率信号134、进气温度信号144、充气温度信号148以及环境温度信号152。发动机控制系统110的处理器136与关联于发动机控制系统110的存储器138相互协作以便执行配置成使发动机控制系统110帮助有效的监测、诊断和控制后处理部件106的运转的指令-包括确定或预期后何时处理部件106可能需要或期望再生,从而帮助后处理部件106中的再生和/或控制再生程序或其他补救措施。
在示例性实施方式中,发动机控制系统110包括反馈模块190、误差模块192、增益模块194和再生控制模块196。反馈模块190配置成确定控制参数在第一时间的第一值、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值以及通过控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率。误差模块192与反馈模块190通讯并且配置成通过从控制参数的值中减去目标参数的值来确定误差项的值。在示例性实施方式中,控制参数是催化剂的感测温度,而目标参数是催化剂的期望温度。
增益模块194配置成通过排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值。增益模块194还配置成通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值、通过将数学常数“e”(即,欧拉数2.71828…)提高到调谐增益指数的值的负乘方(negativepower)来确定比例增益因数的值以及通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值。
在示例性实施方式中,增益模块194配置成通过给排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定排出气流的热惯量并且通过给催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定催化剂的热惯量。在示例性实施方式中,增益模块194配置成基于经验数据确定调谐因数。增益模块194可配置成确定调谐因数以便提供目标参数的稳定控制,并且再进一步以便提供目标参数的关键阻尼控制。增益模块194可配置成将增益指数的值分成两半。
再生控制模块196与误差模块192以及增益模块194通讯并且配置成通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值。再生控制模块196还配置成通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值、通过将微分控制参数的值加给比例控制参数的值来确定原始控制增量的值以及通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。在示例性实施方式中,合理控制增量可用于代表喷射到排出气流中的燃料量的变化。另外,合理控制增量可用于通过诸如加热器108的其他装置来增加热量。
根据本发明的示例性实施方式,如图2所示,用于控制压缩点火发动机的后处理部件内的再生的示例性程序200包括接收关于穿过后处理部件的排出气流的一个或多个参数的一个或多个值的步骤(步骤202)。在示例性实施方式中,所述参数可代表上游压力、下游压力、横越后处理部件的压力变化、上游温度、下游温度、氧化催化剂温度、发动机速度或发动机流率。
可接收来自上游压力传感器112、下游压力传感器116、上游温度传感器120、下游温度传感器124、发动机速度传感器128或者发动机流率传感器132或者基于它们的组合的信号来作为所述值。所述参数可以是指示排出气流穿过后处理部件时的压力降低的压力降低指数、指示排出气流的流率的流率指数以及/或者指示排出气流或氧化催化剂的温度的温度指数。
除了接收一个或多个感测值,程序200包括确定控制参数在第一时间的第一值(步骤204)、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值(步骤206)以及通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率(步骤208)。
在示例性实施方式中,通过从控制参数的值中减去目标参数的值来确定误差项的值(步骤210)。在示例性实施方式中,控制参数是氧化催化剂的感测温度,而目标参数是氧化催化剂的期望温度。
在示例性实施方式中,通过排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值(步骤212)。可以通过排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定排出气流的热惯量(步骤214)。可以通过催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定催化剂的热惯量(步骤216)。
在示例性实施方式中,通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值(步骤218)。应当指出的是,可以基于经验数据来预先确定调谐因数并且将该因数配置成旨在提供目标参数的稳定控制并且进一步旨在提供目标参数的关键阻尼控制。在示例性实施方式中,将增益指数的值分成两半(步骤220)。
通过将数学常数“e”(即,欧拉数2.71828…)提高到调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值(步骤222)。通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值(步骤224)。
通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值(步骤226)。通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值(步骤228)。通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值来确定原始控制增量的值(步骤230)。通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值(步骤232)。在示例性实施方式中,合理控制增量代表将喷射到排出气流中的燃料的量的变化或者增加到排出气流中的热量的变化。
相应地,本发明提供了一种用于控制后处理系统中的再生的改进的系统和方法同时避免了关于校准曲线以及用于使PID控制器能够对再生程序提供稳定的响应性控制的其他常规技术的使用的复杂性和其他困难。本发明提供了对再生过程的基于测量反馈的直接计算形式的稳定的响应性控制,同时允许通过使用增益因数来精确调谐增益参数。
虽然已经参照示例性实施方式描述了本发明,但是所属领域技术人员将会理解的是,在不偏离本发明的范围的情况下,可对本发明做出各种改变并且可用等同元件来代替本发明的元件。另外,在不偏离本发明的实质范围的情况下,可做出多种改型以使本发明的教导适应特定情况或材料。因此,本发明将不局限于所公开的特定实施方式;相反,本发明将包括落入本申请的范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的方法,包括:
确定控制参数在第一时间的第一值;
确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值;
通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率;
通过从控制参数的当前值减去目标参数的值来确定误差项的值;
通过用排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值;
通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值;
通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值;
通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值;
通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值;
通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值;
通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值;以及
通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述控制参数是催化剂的感测温度。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述目标参数是催化剂的期望温度。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述排出气流的热惯量是通过排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定的。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述催化剂的热惯量是通过催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定的。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述调谐因数是基于经验数据来预先确定的。
7.如权利要求1所述的方法,其中确定所述调谐因数以便提供目标参数的稳定控制。
8.如权利要求1所述的方法,其中确定所述调谐因数以便提供目标参数的关键阻尼控制。
9.如权利要求1所述的方法,其中所述合理控制增量代表将喷射到排出气流中的燃料量的变化。
10.如权利要求1所述的方法,进一步包括将所述增益指数的值分成两半。
11.一种用于控制排气系统的后处理部件中的再生的系统,包括:
反馈模块,所述反馈模块配置成确定控制参数在第一时间的第一值、确定控制参数在所述第一时间之后发生时间增量的第二时间的第二值以及通过用控制参数的第一值与控制参数的第二值之间的差值除以时间增量来确定控制参数的值的变化率;
误差模块,所述误差模块与所述反馈模块通讯并且配置成通过从控制参数的当前值中减去目标参数的值来确定误差项的值;
增益模块,所述增益模块配置成通过用排出气流的热惯量除以催化剂的热惯量来确定增益指数的值;通过给增益指数的值乘以调谐因数来确定调谐增益指数的值;通过将数学常数“e”提高为调谐增益指数的值的负乘方来确定比例增益因数的值;以及通过给比例增益因数的值乘以调谐因数来确定微分增益因数的值;以及
再生控制模块,所述再生控制模块与所述误差模块以及所述增益模块通讯,所述再生控制模块配置成通过给控制参数的变化率乘以微分增益因数的值来确定微分控制参数的值;通过给误差项的值乘以比例增益因数的值来确定比例控制参数的值;通过将微分控制参数的值加到比例控制参数的值中来确定原始控制增量的值;以及通过给原始控制增量乘以排出气流的热惯量来确定合理控制增量的值。
12.如权利要求11所述的系统,其中所述控制参数是催化剂的感测温度。
13.如权利要求11所述的系统,其中所述目标参数是催化剂的期望温度。
14.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成通过给排出气流的质量流率乘以排出气流的比热来确定排出气流的热惯量。
15.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成通过给催化剂的质量乘以催化剂的比热来确定催化剂的热惯量。
16.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成基于经验数据来确定调谐因数。
17.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成确定所述调谐因数以便提供目标参数的稳定控制。
18.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成确定所述调谐因数以便提供目标参数的关键阻尼控制。
19.如权利要求11所述的系统,其中所述再生控制模块配置成基于合理控制增量的值来帮助改变喷射到排出气流中的燃料的量。
20.如权利要求11所述的系统,其中所述增益模块配置成将所述增益指数的值分成两半。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116771479B (zh) * 2023-08-25 2023-11-17 潍柴动力股份有限公司 一种碳载量修正方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6422001B1 (en) * 2000-10-10 2002-07-23 Bae Systems Controls Inc. Regeneration control of particulate filter, particularly in a hybrid electric vehicle
CN101583778A (zh) * 2007-01-26 2009-11-18 五十铃自动车株式会社 废气净化方法及废气净化系统
CN101666253A (zh) * 2009-09-18 2010-03-10 杭州电子科技大学 柴油车尾气处理控制装置
CN101713320A (zh) * 2008-10-03 2010-05-26 通用汽车环球科技运作公司 微粒过滤器再生时优化车辆中排气温度控制的设备和方法
CN102191981A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 目标颗粒物质过滤器再生系统
WO2012053279A1 (ja) * 2010-10-20 2012-04-26 三菱重工業株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1198798A (zh) * 1995-09-29 1998-11-11 西门子公司 在催化剂上转化废气中有害物质的方法与设备
JP4403944B2 (ja) * 2004-01-13 2010-01-27 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置
DE102004016538A1 (de) 2004-03-31 2005-11-03 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Regenerationsverfahren für ein Partikelfilter sowie Abgasanlage mit Partikelfilter
JP4513593B2 (ja) * 2005-02-15 2010-07-28 株式会社デンソー 内燃機関の排気ガス浄化装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6422001B1 (en) * 2000-10-10 2002-07-23 Bae Systems Controls Inc. Regeneration control of particulate filter, particularly in a hybrid electric vehicle
CN101583778A (zh) * 2007-01-26 2009-11-18 五十铃自动车株式会社 废气净化方法及废气净化系统
CN101713320A (zh) * 2008-10-03 2010-05-26 通用汽车环球科技运作公司 微粒过滤器再生时优化车辆中排气温度控制的设备和方法
CN101666253A (zh) * 2009-09-18 2010-03-10 杭州电子科技大学 柴油车尾气处理控制装置
CN102191981A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 目标颗粒物质过滤器再生系统
WO2012053279A1 (ja) * 2010-10-20 2012-04-26 三菱重工業株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置

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