CN106640303A - 柴油机颗粒补集器的再生控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，包括：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；在排放颗粒触发估算中充分考虑了载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布对主动再生速率的影响。保证合理地确定颗粒补集器的再生请求。

Description

柴油机颗粒补集器的再生控制系统
技术领域
本发明涉及一种柴油机的尾气净化方法，尤其是一种颗粒补集器的再生控制系统。
背景技术
随着车辆排放法规的日益严格，降低柴油机尾气污染物的排放成为当务之急。柴油机尾气中有害成分主要是氮氧化物和颗粒。对于降低尾气中的颗粒物来讲，在柴油机尾气后处理装置中安装颗粒补集器是目前最有效的办法。
颗粒补集器轴向有许多平行的蜂窝状孔道，相邻的两个蜂窝孔道两端交替堵塞。当柴油机废气从孔道中通过时，必须流经蜂窝孔道之间的薄壁才能排出去，而薄壁内的小孔直径均在微米级，因此尾气中的颗粒物在流经薄壁时会被补集下来。一般来讲，颗粒补集器对尾气中颗粒物的补集效率可以达到95％以上，是比较理想的尾气净化系统。在颗粒补集器实际使用过程中，随着补集的颗粒量不断累加，势必使得尾气背压逐渐增加，从而导致柴油机性能恶化和油耗增加。因此，颗粒补集系统需要实时监测颗粒补集量，当发现补集量到达一定程度时，会触发再生请求，将补集的颗粒物燃烧掉，如此循环使用。
由此可见，精确估算颗粒补集器内补集的颗粒量，从而确定合适的再生时刻至关重要。如果颗粒补集量估算不准确，很难保证再生时刻的合理性。目前现有的文献和专利中，通常采用排放估算和压差传感器信号估算这两种方式来估算颗粒补集器载体中的颗粒量。
然而，对于压差传感器信号估算颗粒补集器中的颗粒物来讲，由于压差信号比较敏感，在柴油机低转速、低废气流量这种工况下信号并不能准确反映颗粒补集器载体内部的颗粒含量，尤其是在颗粒补集器再生情况下，压差信号更是不可信的。同时，相同的颗粒含量，不同的颗粒分布情况下，反映的压差信号是不一样的。另外，压差传感器的布置对传感器的信号影响也很明显。因此，利用压差传感器来估算颗粒补集器中的颗粒量具有一定的局限性和不确定性。为此，中国专利CN101466921公开了一种排气气体净化方法，该方法在根据DPF前后的压力差判断DPF的强制再生开始时间而进行强制再生控制的排气气体净化系统中，在检测到内燃机的运转状态处于低于旋转运转状态的情况下，测量低转速运转状态的持续时间，当测量的持续时间超过规定的时间阈值时，与DPF前后压力差无关的进行DPF的强制再生控制。该方法默认了在压差信号不可用的内燃机运行工况下，单位时间内内燃机产生的颗粒量是一定的，因此很难精确估算颗粒物的累积量，难免存在估算的偏差。
对于采用排放估算颗粒量方法来讲，一般将柴油机排放的颗粒质量流量减去被动再生速率再减去主动再生的颗粒速率，将上述差值进行积分，得到最终累积在颗粒补集器载体内部的颗粒量。如中国专利CN1289800中所述，可以根据发动机的运行状态计算出排出的颗粒物质的量和氧化除去的颗粒物量差，并根据该差值来推算堆积在过滤器上的颗粒物的量，通过比较该累积量和判定的阈值进行判断。然而，该专利并没有详细描述氧化去除颗粒物量的具体估算方法。研究表明，颗粒物的氧化量计算相当复杂，与当前载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布有关。如果氧化去除的颗粒量估算过大，会导致实际颗粒含量还没有再生完全而再生被终止的情况发生，这就会使得每次再生结束之后都会有残余，未燃烧干净的颗粒物长年累月堆积在载体内部，影响颗粒补集器的性能和寿命。如果氧化去除颗粒量估算过小，会导致颗粒补集器已经再生完成，控制器仍然认为颗粒还没有再生完全，继续往氧化催化器内喷射燃油，使得燃油消耗大大增加。因此，如何精确估算颗粒物的氧化速度对于利用排放估算颗粒物含量的方法来讲至关重要。
发明内容
本发明的目的克服现有技术中存在的不足，提供一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，通过在柴油机控制器中设置控制逻辑，能够充分考虑颗粒补集器的多种触发再生方式，同时，充分考虑了颗粒捕集器载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布对主动再生速率的影响。在颗粒补集器补集和再生过程中都能够精确估算载体内部的颗粒量，保证合理地确定颗粒补集器的主动再生请求和主动再生终止时刻。本发明采用的技术方案是：
本发明提供的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，在柴油机的控制器中设有：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；
装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；装载量估算单元中的排放颗粒触发估算模块是本发明的主要改进点；
再生控制单元进行主动再生的控制、中断和再生状态的监测；再生控制单元主要包括再生协调模块、再生状态计算模块、再生监控模块和再生中断模块。再生协调模块主要负责主动再生请求和等待、主动再生状态的过渡和切换；再生状态计算主要负责计算主动再生开始和主动再生结束状态(即主动再生终止时刻)，同时判断主动再生是否成功；再生监控模块主要负责监控颗粒补集器的性能，包括主动再生频率、载体性能和补集效率等；再生中断模块主要对颗粒补集器主动再生过程中的再生时间和再生温度进行监控，当发现再生时间超过标定阈值或者再生温度不满足主动再生要求时，将中断颗粒补集器的主动再生。
再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器的活性温度以上；在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，进一步控制提升废气温度，比如通过柴油机缸内远后喷的方式，或是通过在排气管中安装碳氢喷嘴，直接往废气中喷射柴油的方式，使得进入颗粒补集器的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。
在装载量估算单元中，对于行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；装载量估算单元在车辆运行过程中，通过行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块，分别对柴油机颗粒补集器上次主动再生结束后的行驶距离、油耗和运行时间进行累加，并与标定的再生阈值相比较；当累加值大于或者等于再生触发标定的阈值时，触发对应的主动再生请求状态；行驶距离累加值、油耗累加值和运行时间累加值在一次成功的主动再生结束之后均清零。
在装载量估算单元中，对于压差保护触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；压差保护触发估算模块在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据柴油机当前工况，查询压差上限阈值表格，当检测到当前工况下的压差信号超过标定阈值时，触发压差保护主动再生请求。
在装载量估算单元中，压差颗粒触发估算模块主要是通过压差传感器的压差信号，估算颗粒捕集器中补集颗粒的累积量。压差颗粒触发估算模块在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据当前的压差传感器值和模型估算的流经颗粒补集器的废气质量流量，估算出当前颗粒补集器中补集的颗粒量基本值，然后根据颗粒补集器的载体温度，可查询预先标定的温度对捕集颗粒量修正的一维图表，对补集的颗粒量基本值进行修正，得到颗粒补集器中补集颗粒的累积量，与标定的颗粒量上限阈值比较，当大于或等于标定的颗粒量上限阈值时，触发对应的主动再生请求。压差颗粒触发估算模块估算得到的颗粒补集器中补集的颗粒量为压差颗粒估算量DPSot；
在装载量估算单元中，排放颗粒触发估算模块主要通过柴油机颗粒物排放质量流量、颗粒物被动再生速率、颗粒物主动再生速率估算颗粒捕集器补集的颗粒量即载体颗粒装载量；当载体颗粒装载量大于或等于标定的颗粒量上限阈值时，触发对应的主动再生请求；载体颗粒装载量为颗粒补集器入口处的颗粒物排放质量流量，减去颗粒物被动再生的速率，再减去颗粒物主动再生的速率，再随着时间的积分值就是颗粒补集器补集的颗粒量。排放颗粒触发估算模块估算得到的颗粒补集器中补集的颗粒量为排放颗粒估算量ExSot；
排放颗粒触发估算模块中，如何精确估算颗粒物主动再生速率至关重要；颗粒物主动再生速率与当前载体颗粒装载量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布有关；排放颗粒触发估算模块在车辆实际运行中，首先根据当前载体颗粒装载量查表估算主动再生速率基本值，其次分别根据流经载体的废气质量流量、废气中的氧含量和载体温度查表估算主动再生速率修正系数，再次根据颗粒分布模型估算颗粒分布修正系数，最后将主动再生速率基本值乘以主动再生速率修正系数，再乘以颗粒分布修正系数计算主动再生速率最终值。
在进行主动再生速率估算时，主动再生速率的颗粒分布修正系数范围在在0～1之间，当颗粒分布修正系数等于1时，表示颗粒分布对主动再生速率影响不大，当颗粒分布修正系数越小时，代表颗粒分布对主动再生速率影响越大。进行主动再生速率估算时，在车辆实际运行中，首先判断当前颗粒补集器是否处于主动再生过程中，由于主动再生速率的颗粒分布修正系数仅在主动再生过程中起作用，因此不处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数等于1，也就是不做修正。当检测到处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数仅在检测到主动再生刚开始的时候计算一次，在整个主动再生过程中，保持上述计算得到的值即可。当检测到主动再生状态上升沿触发时，进入主动再生速率的颗粒分布修正技术计算逻辑。主动再生速率的颗粒分布修正系数需要综合考虑压差颗粒估算量DPSot、排放颗粒估算量ExSot、车辆行驶里程、车辆行驶时间和车辆累计油耗。
排放颗粒触发估算模块中，在进行主动再生速率估算时，主动再生速率的颗粒分布修正系数为下述四个修正系数中的最小值：颗粒含量对再生速率修正系数、车辆行驶里程对再生速率修正系数、车辆行驶时间对再生速率修正系数、车辆累计油耗对再生速率修正系数；
对于计算颗粒含量对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据装载量估算单元中上一次计算得到的压差颗粒估算量DPSot和排放颗粒估算量ExSot，计算根据两种不同方法计算得到的颗粒估算量的比值RSot＝DPSot/ExSot，根据上述比值RSot，查询颗粒含量比值对再生速率修正系数表格，获取颗粒含量对再生速率的修正系数facSot；
对于计算车辆行驶里程对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的里程与理想状态下需要触发主动再生时的里程阈值比较，获得里程百分比，查询行驶里程百分比对再生速率修正表格，得到行驶里程对再生速率的修正系数；
对于计算车辆行驶时间对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的时间与理想状态下需要触发主动再生时的时间阈值比较，获得行驶时间百分比，查询行驶时间百分比对再生速率修正表格，得到行驶时间对再生速率的修正系数；
对于计算车辆累计油耗对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计的油耗与理想状态下需要触发主动再生时的油耗阈值比较，获得累计油耗的百分比，查询累计油耗百分比对再生速率修正表格，得到车辆累计油耗对再生速率的修正系数；
进行主动再生速率估算时，最终的颗粒分布修正系数为上述四个修正系数的最小值。
本发明的优点：本发明能够充分考虑颗粒补集器的多种触发再生方法，同时，充分考虑了载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布对主动再生速率的影响。利用本发明，在颗粒补集器补集和再生过程中都能够精确估算载体内部的颗粒量，保证合理地确定颗粒补集器的主动再生请求和主动再生终止时刻。
附图说明
图1是本发明的装备有颗粒补集器的柴油机后处理系统布置图。
图2是本发明的柴油机后处理系统再生控制示意图。
图3是本发明的装载量估算单元示意图。
图4是本发明的排放颗粒估算流程图。
图5是本发明的颗粒补集器主动再生速率估算示意图。
图6a是本发明的颗粒补集器内部颗粒均匀分布示意图。
图6b是本发明的颗粒补集器内部颗粒不均匀分布示意图。
图7是本发明的主动再生速率的颗粒分布修正系数计算流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为配置有尾气后处理装置(尾气后处理装置中设有颗粒捕集器)的柴油机系统布置图。柴油机1在进气系统中配置有节流阀8、可变截面增压器9、带冷却的废气再循环系统(简称EGR)7，在尾气后处理系统中配置有氧化催化器10和颗粒补集器11；电子控制器16在采集了油门踏板5的位置信息之后，根据驾驶员请求计算每缸引入燃烧室2的空气量和喷射的油量。新鲜空气通过可变截面增压器9增压，在节流阀8后与流经EGR阀7的部分废气混合，通过进气歧管3引入燃烧室。喷油器4接收控制器16的信号，在合适的正时将期望的油量喷入燃烧室2。燃烧完成之后，废气由废气歧管6，经过可变截面增压器9后，在氧化催化器10和颗粒补集器11的净化作用下，使得尾气中的有害气体成分满足法规的要求，最终排向大气。
尾气后处理装置中的颗粒补集器11，主要作用是补集柴油机尾气中的颗粒成分，当累计补集的颗粒量超过一定程度之后，进行再生动作，将补集的颗粒通过燃烧的方式去除，如此反复使用，以降低柴油机尾气中的颗粒物对环境的污染。颗粒补集器11的再生方式有主动再生和被动再生两种。颗粒补集器11在进行主动再生时，内部的颗粒物与废气中残余的氧气进行剧烈的氧化反应，使得颗粒补集器11载体中的颗粒量急剧减少，直到低于一定程度之后，认为再生成功完成。主动再生过程中，颗粒补集器11的载体温度一般会控制在600～800℃。如果载体温度过低，被补集的颗粒将不会被氧气燃烧；如果载体温度过高，则会降低载体的使用寿命，更严重的情况下会直接将载体烧毁。被动再生是指补集的颗粒物与废气中的二氧化氮反应，将补集的颗粒转化为二氧化碳和一氧化氮的过程。被动再生是个比较缓慢的过程，适宜的反应温度也比较苛刻，一般在300～350℃之间。
尾气后处理装置中的氧化催化器10主要作用是控制颗粒补集器11的再生温度。当流经氧化催化器10的废气温度超过其活性温度(一般是200℃左右)，氧化催化器10会将废气中残余的燃油氧化，放出大量的热量，使得氧化催化器10的出口温度达到颗粒补集器11能够进行主动再生的适宜温度。同时，氧化催化器10还能够将尾气中的一氧化氮转化为二氧化氮，为颗粒补集器11的被动再生创造条件。
当电控单元ECU16检测到颗粒补集器11需要进行再生动作时，为了使氧化催化器10的入口温度能够提升到其活性温度以上，主要采用的措施有两种，一种是进气调节，一种是喷油调节。进气调节是指通过调节进气系统中的可变截面增压器9的转速或者调节进气节流阀8的开度或者调节EGR阀7的开度，来改变柴油机1每缸引入的新鲜空气量。喷油调节是指通过增加近后喷，在柴油燃烧结束前增加一部分燃油以增加柴油的燃烧时间，从而提高尾气的温度，同时为了补偿增加后喷之后产生的扭矩波动，需要推迟主喷射。上述两种方法从柴油机节油的角度优先采用进气调节，但是进气调节会影响柴油机的动力性，因此进气调节到一定程度之后，如果氧化催化器10的入口温度仍然达不到活性温度，则会增加喷油调节。
尾气后处理装置中温度传感器15主要作用是采样氧化催化器10的入口温度。当颗粒补集器11需要进行再生时，判断此处尾气温度是否满足氧化催化器10的活性温度条件。
尾气后处理装置中温度传感器14主要作用是采集氧化催化器10的出口温度。当颗粒补集器11需要进行再生时，判断此处尾气温度是否满足颗粒补集器11的主动再生温度条件。当氧化催化器10的入口温度超过活性温度之后，紧接着可以通过两种方式实现氧化催化器10出口温度的进一步提升至颗粒补集器11合适的主动再生温度，一种是通过柴油机缸内远后喷的方式，另一种是通过在排气管中安装碳氢喷嘴，直接往废气中喷射柴油的方式。
尾气后处理装置中温度传感器12主要作用是采集颗粒捕集器11的出口废气温度。颗粒补集器11再生过程中，通过温度传感器12处的废气温度来近似代替颗粒补集器11的载体温度。当颗粒补集器11的载体温度过高或者过低时，需要由再生控制单元中断主动再生。
如图2所示，柴油机尾气净化系统包括装载量估算单元、再生控制单元和再生温度管理单元；
装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器11中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；柴油机尾气后处理系统在实际使用过程中，最主要运用的是压差颗粒触发估算和排放颗粒触发估算，剩下的行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算作为上述两种触发估算方法的补充，用于防止意外情况下颗粒补集器11的过载；再生请求触发协调模块主要作用是对上述六种触发方式进行协调，当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；装载量估算单元中的排放颗粒触发估算模块是本发明的主要改进点；
再生控制单元主要包括再生协调模块、再生状态计算模块、再生监控模块和再生中断模块。再生协调模块主要负责主动再生请求和等待、主动再生状态的过渡和切换；再生状态计算主要负责计算主动再生开始和主动再生结束状态(即主动再生终止时刻)，同时判断主动再生是否成功；再生监控模块主要负责监控颗粒补集器11的性能，包括主动再生频率、载体性能和补集效率等；再生中断模块主要对颗粒补集器11主动再生过程中的再生时间和再生温度进行监控，当发现再生时间超过标定阈值或者再生温度不满足主动再生要求时，将中断颗粒补集器11的主动再生。
再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器10的活性温度以上；在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，通过柴油机缸内远后喷的方式，或是通过在排气管中安装碳氢喷嘴，直接往废气中喷射柴油的方式，进一步控制提升废气温度，使得进入颗粒补集器11的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。
图3所示的装载量估算单元中，依次执行行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块、压差保护估算模块、压差颗粒估算模块和排放颗粒触发估算模块。当上述触发模块有一种或者多种参数满足触发条件时，执行触发请求。
对于行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；装载量估算单元在车辆运行过程中，通过行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块，分别对柴油机颗粒补集器上次主动再生结束后的行驶距离、油耗和运行时间进行累加，并与标定的再生阈值相比较；当累加值大于或者等于再生触发标定的阈值时，触发对应的主动再生请求状态；行驶距离累加值、油耗累加值和运行时间累加值在一次成功的主动再生结束之后均清零。
对于压差保护触发估算模块来讲，主要是作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；压差保护触发估算模块在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器13，对颗粒补集器11的前后压差进行实时监控，根据柴油机当前工况，查询压差上限阈值表格，当检测到当前工况下的压差信号超过标定阈值时，触发压差保护主动再生请求。
压差颗粒触发估算模块主要是通过压差传感器13的压差信号，估算颗粒补集器11中颗粒的累积量。一般来讲，颗粒补集器11的颗粒补集量与压差传感器13的压差信号、废气流量、颗粒补集器11的载体温度和颗粒在载体内部的分布情况等因素有关。装载量估算单元在车辆实际运行过程中，根据当前的压差传感器13采样值和模型估算的流经颗粒补集器11的废气质量流量，估算出当前颗粒补集器11中补集的颗粒量基本值，然后根据颗粒补集器11的载体温度，查询预先标定的温度对捕集颗粒量修正的一维图表，对补集的颗粒量进行修正，得到颗粒补集器中补集颗粒的累积量，压差颗粒触发估算模块估算得到的颗粒补集器中补集的颗粒量为压差颗粒估算量DPSot；
然而，在某些特殊工况下，比如说颗粒补集器11的载体温度低于一定程度或者流经颗粒补集器11的废气流量低于一定程度时，此时的压差传感器13的信号是不可信的。并且，压差传感器13的信号非常敏感，容易被传感器布置、传感器本体震动等外界因素影响。由此可见，仅仅用压差信号来估算颗粒补集器11中补集的颗粒量是不够的，会导致实际补集量与估算的补集量差生较大的偏差，而错过期望的主动再生时机。因此，为了精确估算颗粒补集器11中的颗粒补集量，必须引入排放颗粒触发估算模块；
图4为排放颗粒触发估算模块内部计算流程图。对于颗粒补集器11来讲，载体内部补集的颗粒量与发动机排放颗粒量、被动再生速率和主动再生速率有关。原排估算模型主要是用于估算颗粒补集器11入口端的废气成分，包括颗粒物质量流量、二氧化氮质量流量和氧气的质量流量。二氧化氮质量流量主要用于估算颗粒物被动再生速率，需要考虑柴油机排气歧管出口端的质量流量以及被氧化催化器10转换后的二氧化氮质量流量。被动再生是个非常缓慢的过程，需要颗粒补集器11的载体温度范围也比较严格，一般在300～350℃之间。氧气质量流量主要用于估算颗粒补集器11的主动再生速率。主动再生速率比较剧烈，一般在10～20分钟之内可以把满载的颗粒补集器11再生完成。载体颗粒装载量为颗粒补集器11入口处的颗粒物排放质量流量，减去颗粒物被动再生的速率，再减去颗粒物主动再生的速率，再随着时间的积分值就是颗粒补集器补集的颗粒量。排放颗粒触发估算模块估算得到的颗粒补集器中补集的颗粒量为排放颗粒估算量ExSot；
颗粒补集器11的主动再生是个非常剧烈的过程，再生过程中，如何精确估算主动再生速率至关重要。如果主动再生速率估算过快，会导致实际颗粒含量还没有再生完全而再生被终止的情况发生，这就会使得每次再生结束之后都会有残余，未燃烧干净的颗粒物长年累月堆积在载体内部，影响颗粒补集器11的性能和寿命。如果主动再生速率估算过慢，会导致颗粒补集器11已经再生完成，控制器16仍然认为颗粒还没有再生完全，继续往氧化催化器10内喷射燃油，使得燃油消耗大大增加。主动再生速率与当前载体装载的颗粒量、流经载体的废气质量流量、废气氧含量、载体温度以及颗粒物的分布有关。图5为颗粒补集器11的主动再生速率估算模型，首先根据当前载体颗粒装载量查表估算主动再生速率基本值(此处可预先标定载体颗粒装载量与主动再生速率基本值关系表)，其次分别根据流经载体的废气质量流量、废气中的氧含量和载体温度查表估算主动再生速率修正系数(此处可预先标定两张表格：废气质量流量和废气中的氧含量对主动再生速率修正表格，以及废气中的氧含量和载体温度对主动再生速率修正表格)，再次根据颗粒分布模型估算颗粒分布修正系数，最后将主动再生速率基本值乘以主动再生速率修正系数，再乘以颗粒分布修正系数计算主动再生速率最终值。
图6a和图6b分别是颗粒补集器11内部，两种不同的颗粒分布示意图。图中，箭头表示废气气流方向，阴影部分表示被补集的颗粒物。图6a为颗粒分布比较均匀，常见于车辆经常行驶于颗粒排放较低，路况较好的情况；图6b为颗粒分布比较密集，常见于车辆经常行驶于颗粒排放较大的工况，如经常出现急加速等恶劣情况。对于图6a和图6b两种情况来讲，虽然载体内部的颗粒总量是一样的，但由于颗粒物在颗粒补集器11内部分布不均匀，再生过程中的颗粒物燃烧的速度显然是不一样。因此，为了精确计算颗粒分布对主动再生速率的影响，引入主动再生速率的颗粒分布修正系数。
图7为主动再生速率的颗粒分布修正系数计算流程图。主动再生速率的颗粒分布修正系数范围在在0～1之间，当颗粒分布修正系数等于1时，表示颗粒分布对主动再生速率影响不大，当颗粒分布修正系数越小时，代表颗粒分布对主动再生速率影响越大。进行主动再生速率估算时，在车辆实际运行中，首先判断当前颗粒补集器是否处于主动再生过程中，由于主动再生速率的颗粒分布修正系数仅在主动再生过程中起作用，因此不处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数等于1，也就是不做修正。当检测到处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数仅在检测到主动再生刚开始的时候计算一次，在整个主动再生过程中，保持上述计算得到的值即可。当检测到主动再生状态上升沿触发时，进入主动再生速率的颗粒分布修正技术计算逻辑。主动再生速率的颗粒分布修正系数需要综合考虑压差颗粒估算量DPSot、排放颗粒估算量ExSot、车辆行驶里程、车辆行驶时间和车辆累计油耗。
主动再生速率的颗粒分布修正系数为下述四个修正系数中的最小值：颗粒含量对再生速率修正系数、车辆行驶里程对再生速率修正系数、车辆行驶时间对再生速率修正系数、车辆累计油耗对再生速率修正系数；
对于计算颗粒含量对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据装载量估算单元中上一次计算得到的压差颗粒估算量DPSot和排放颗粒估算量ExSot，计算根据两种不同方法计算得到的颗粒估算量的比值RSot＝DPSot/ExSot，根据上述比值RSot，查询颗粒含量比值对再生速率修正系数表格，获取颗粒含量对再生速率的修正系数facSot；对比图6a和图6b所示，虽然两种情况下颗粒补集器11所补集的颗粒总量是一样的，但是通过压差估算的颗粒量DPSot显然是不一样的，因此通过两者的比值RSot就可以修正由于颗粒分布不均导致的主动再生速率的不一致。
对于计算车辆行驶里程对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的里程与理想状态下需要触发主动再生时的里程阈值比较，获得里程百分比，查询行驶里程百分比对再生速率修正表格，得到行驶里程对再生速率的修正系数；
对于计算车辆行驶时间对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的时间与理想状态下需要触发主动再生时的时间阈值比较，获得行驶时间百分比，查询行驶时间百分比对再生速率修正表格，得到行驶时间对再生速率的修正系数；
对于计算车辆累计油耗对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计的油耗与理想状态下需要触发主动再生时的油耗阈值比较，获得累计油耗的百分比，查询累计油耗百分比对再生速率修正表格，得到车辆累计油耗对再生速率的修正系数。
最终的颗粒分布修正系数为上述四个修正系数的最小值。

Claims (9)

1.一种柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，在柴油机的控制器中设有：装载量估算单元、再生控制单元、再生温度管理单元；
装载量估算单元主要负责估算颗粒补集器中补集颗粒的含量，用于确定是否需要触发主动再生；主动再生触发方式包括压差颗粒触发估算、排放颗粒触发估算、行驶距离触发估算、油耗触发估算、运行时间触发估算和压差保护触发估算，分别由装载量估算单元中的压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块、行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块、运行时间触发估算模块和压差保护触发估算模块负责；当发现一种或者多种触发方式满足主动再生请求时，通过装载量估算单元中的再生请求触发协调模块向再生控制单元提出主动再生请求；
再生控制单元进行主动再生的控制、中断和再生状态的监测；
再生温度管理单元负责废气温度控制，包括氧化催化器的入口温度控制模块和氧化催化器的出口温度控制模块；氧化催化器的入口温度控制模块主要作用是在主动再生模式下，将柴油机出口处温度提升到氧化催化器的活性温度以上，在此基础上，氧化催化器的出口温度控制模块，进一步控制提升废气温度，使得进入颗粒捕集器的废气温度能够达到主动再生所需要的温度。
2.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
所述排放颗粒触发估算模块通过颗粒物排放质量流量、颗粒物被动再生速率、颗粒物主动再生速率估算颗粒捕集器补集的颗粒量即载体颗粒装载量；当载体颗粒装载量大于或等于标定的颗粒量上限阈值时，触发对应的主动再生请求；
载体颗粒装载量为颗粒补集器入口处的颗粒物排放质量流量，减去颗粒物被动再生的速率，再减去颗粒物主动再生的速率，再随着时间的积分值。
3.如权利要求2所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
排放颗粒触发估算模块中，颗粒物主动再生速率的估算方法为：首先根据当前载体颗粒装载量查表估算主动再生速率基本值，其次分别根据流经载体的废气质量流量、废气中的氧含量和载体温度查表估算主动再生速率修正系数，再次根据颗粒分布模型估算颗粒分布修正系数，最后将主动再生速率基本值乘以主动再生速率修正系数，再乘以颗粒分布修正系数计算主动再生速率最终值。
4.如权利要求3所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
主动再生速率的颗粒分布修正系数在0～1之间，颗粒分布修正系数仅在主动再生过程中起作用，不处于主动再生过程中时，颗粒分布修正系数等于1；颗粒分布修正系数仅在检测到主动再生刚开始的时候计算一次，在整个主动再生过程中，保持上述计算得到的值。
5.如权利要求3所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
排放颗粒触发估算模块中，主动再生速率的颗粒分布修正系数为下述四个修正系数中的最小值：颗粒含量对再生速率修正系数、车辆行驶里程对再生速率修正系数、车辆行驶时间对再生速率修正系数、车辆累计油耗对再生速率修正系数；
对于计算颗粒含量对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据装载量估算单元中上一次计算得到的压差颗粒估算量DPSot和排放颗粒估算量ExSot，计算根据两种不同方法计算得到的颗粒估算量的比值RSot＝DPSotExSot，根据上述比值RSot，查询颗粒含量比值对再生速率修正系数表格，获取颗粒含量对再生速率的修正系数facSot；
对于计算车辆行驶里程对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的里程与理想状态下需要触发主动再生时的里程阈值比较，获得里程百分比，查询行驶里程百分比对再生速率修正表格，得到行驶里程对再生速率的修正系数；
对于计算车辆行驶时间对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计行驶的时间与理想状态下需要触发主动再生时的时间阈值比较，获得行驶时间百分比，查询行驶时间百分比对再生速率修正表格，得到行驶时间对再生速率的修正系数；
对于计算车辆累计油耗对再生速率修正系数的步骤来讲，首先根据上次主动再生结束之后累计的油耗与理想状态下需要触发主动再生时的油耗阈值比较，获得累计油耗的百分比，查询累计油耗百分比对再生速率修正表格，得到车辆累计油耗对再生速率的修正系数。
6.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
在装载量估算单元中，行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块作为压差颗粒触发估算模块、排放颗粒触发估算模块的补充；在车辆运行过程中，装载量估算单元通过行驶距离触发估算模块、油耗触发估算模块和运行时间触发估算模块，分别对柴油机颗粒补集器上次主动再生结束后的行驶距离、油耗和运行时间进行累加，并与标定的再生阈值相比较；当累加值大于或者等于再生触发标定的阈值时，触发对应的主动再生请求状态；行驶距离累加值、油耗累加值和运行时间累加值在一次成功的主动再生结束之后均清零。
7.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
压差保护触发估算模块，在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据柴油机当前工况，查询压差上限阈值表格，当检测到当前工况下的压差信号超过标定阈值时，触发压差保护主动再生请求。
8.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
压差颗粒触发估算模块，在车辆实际运行过程中，通过排气管道中布置的压差传感器，对颗粒补集器的前后压差进行实时监控，根据当前的压差传感器值和模型估算的流经颗粒补集器的废气质量流量，估算出当前颗粒补集器中补集的颗粒量基本值，然后根据颗粒补集器的载体温度，对补集的颗粒量基本值进行修正，得到颗粒补集器中补集颗粒的累积量，与标定的颗粒量上限阈值比较，当大于或等于标定的颗粒量上限阈值时，触发对应的主动再生请求。
9.如权利要求1所述的柴油机颗粒补集器的再生控制系统，其特征在于，
再生控制单元包括再生协调模块、再生状态计算模块、再生监控模块和再生中断模块；再生协调模块主要负责主动再生请求和等待、主动再生状态的过渡和切换；再生状态计算主要负责计算主动再生开始和主动再生结束状态，同时判断主动再生是否成功；再生监控模块主要负责监控颗粒补集器的性能，包括主动再生频率、载体性能和补集效率；再生中断模块主要对颗粒补集器主动再生过程中的再生时间和再生温度进行监控，当发现再生时间超过标定阈值或者再生温度不满足主动再生要求时，将中断颗粒补集器的主动再生。
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