CN110630355B - Dpf温度控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DPF温度控制系统及其控制方法，包括DOC目标温度计算模块、变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和补偿模块；DOC目标温度计算模块计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器计算DOC温度命令值，PID控制器计算PID控制值，前馈控制器计算前馈控制值；PWM计算模块根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿模块根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比。本发明的尾气处理系统采用的温度控制系统，可以补偿DOC和DPF温度控制系统的计量误差，对系统的温度控制性能进行校正。

Description

DPF温度控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种尾气处理系统，尤其涉及一种DPF温度控制系统及其控制方法。

背景技术

从发动机排出的尾气已被确定为空气污染的主要原因，现有技术中可采用尾气处理系统去除尾气中的空气污染物。在尾气处理系统中，柴油颗粒过滤器(DPF)通常用于捕集颗粒物(PM)，其中可能包括未燃烧的碳氢化合物颗粒(碳烟)和少量其他颗粒，如金属氧化物颗粒(灰分)。颗粒物积聚在DPF中，在累积导致发动机的背压过高之前，需要通过再生过程以去除积聚的碳烟。

通常在再生过程中，使用发热装置将尾气温度提高到碳烟可以被氧气有效氧化的水平，而这个过程中的氧气由稀燃发动机的尾气来提供。再生过程中产生的高温尾气通过DPF，将其中累积的碳烟氧化成二氧化碳和水。因此尾气的温度控制是再生过程的关键因素，太低的温度可能导致碳烟不能充分氧化，而太高的温度则会损坏DPF。

多种发热装置可用于再生过程，其中，应用得最广泛的是(燃油)燃烧器和柴油氧化催化剂装置(DOC)。在燃烧器中，碳氢化合物由碳氢计量喷射装置提供，由碳氢计量喷射装置将碳氢化合物喷射到燃烧室中。而在DOC装置中，碳氢化合物可以在后喷射期间由发动机燃油控制系统提供或者直接将其喷射到催化剂中。与可能导致发动机油稀释进而引起发动机可靠性问题的发动机后喷相比，因为碳氢化合物没有在进入催化剂之前燃烧，外置碳氢化合物计量喷射装置能够提供更准确的碳氢喷射率。

然而，燃料燃烧器和DOC装置中使用的碳氢计量喷射会有堵塞或结块问题，这可能导致喷嘴部分堵塞，产生温度控制问题。通过在碳氢化合物计量喷射过程完成后清除残余物，并使用更好的设计来降低在喷嘴处结块的可能性是目前应用的一些问题解决办法。然而，由于缺乏有效的碳氢化合物与高温尾气的分离，这些方法不是很可靠。

尾气的温度控制也受到发热装置和DPF的碳氢转化效率的影响。理想地，输送到尾气处理系统的碳氢应该被完全氧化以避免由尾气处理系统本身引起的碳氢化合物排放。然而受发热装置的碳氢转化效率的限制，存在碳氢泄漏。当DPF未催化时，碳氢泄漏水平必须低于调节极限，而如果DPF被催化，由于DPF可以降低尾管中的碳氢水平，因此允许发热装置具有更高的碳氢泄漏水平。碳氢泄漏极限与发热装置和DPF的碳氢转化效率决定了碳氢喷射率的上限。当发热装置或DPF的碳氢转化效率太低时，碳氢喷射指令可以被限制到不足以再生DPF的水平。在这种情况下，需要触发故障以避免进一步损坏DPF。

低碳氢转化效率可以是由发热装置和DPF中的问题引起的“实际”低效率(例如堵塞的DOC，硫中毒，在DOC或DPF催化剂颗粒积聚等)，或由碳氢计量喷射问题导致的“显示”低效率(例如不准确的碳氢计量喷射)。对于具有“实际”低效率的系统，可以通过对部件进行服务(比如从发动机产生高温尾气或更换DOC和DPF)来解决问题。然而，如果低效率只是“显示”出来的，只要系统仍然有能力，比如碳氢计量喷射仍然能够提供所需的碳氢流量，则可以通过补偿来校正低效率。

除了低效率之外，还可以出现过高的碳氢转化效率。如同低碳氢转化效率，过高的碳氢转化效率可以是由碳氢输送问题引起的“显示”的过高效率，也可以是“真实”的过高效率。“真实”的过高效率其主要由发动机燃料系统故障引起(比如大量未燃烧的碳氢化合物释放到发热装置中)，或是在高温下碳氢化合物沉积物蒸发。

因而，亟需解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种可改善尾气处理系统中的温度控制性能的DPF温度控制系统。

本发明的第二目的是提供该DPF温度控制系统的控制方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种DPF温度控制系统，包括DOC目标温度计算模块、变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和补偿模块；DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器根据DOC温度命令值、第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿模块根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比。

本发明一种DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块，DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器；第二温度传感器将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器，PID控制器根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器，前馈控制器根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，并将PWM指令传输至补偿模块，补偿模块根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比。

本发明一种DPF温度控制系统，包括DOC目标温度计算模块、变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和补偿系数模块；DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器根据DOC温度命令值、第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿系数模块根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，PWM指令与补偿因子相乘得到PWM占空比。

其中，所述状态向量值标示外置碳氢喷射装置、DOC入口温度、DOC出口温度、DPF出口温度和尾气质量流量值的有效性。

优选的，所述补偿系数模块的控制方法包括如下步骤：

(1)、判断状态向量值是否有效？若无效，则转(3)；

(2)、根据具有劣化因子值DF作为输入的查表法得到补偿因子；

(3)、将补偿因子的先前值赋值为当前补偿因子。

本发明一种DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块，DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器；第二温度传感器将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器，PID控制器根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器，前馈控制器根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，将状态向量值和劣化因子值DF传输至补偿系数模块，补偿系数模块根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，将PWM指令与补偿因子相乘得到PWM占空比。

本发明一种DPF温度控制系统，包括DOC限值计算模块、前馈控制器、PID控制器、最小值计算模块和PWM计算模块；DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

本发明一种DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块；前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

本发明一种DPF温度控制系统，其特征在于：一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，其特征在于：包括DPF限值计算模块、DOC限值计算模块、前馈控制器、PID控制器、最小值计算模块和PWM计算模块；DPF限值计算模块根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

本发明一种DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率传输至DPF限值计算模块，DPF限值计算模块根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，并传输至DOC限值计算模块；将DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块；前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)、本发明的尾气处理系统采用的温度控制系统，可以根据碳氢化合物喷射的劣化因子值来补偿DOC和DPF温度控制系统的计量误差，对系统的温度控制性能进行校正；

(2)、本发明的尾气处理系统采用的温度控制系统，可以根据实际的DOC和DPF的碳氢转换效率，来补偿DOC和DPF温度控制系统的计量误差，对系统的温度控制性能进行校正。

附图说明

图1为本发明中尾气处理系统的结构示意图；

图2为本发明中外置碳氢喷射装置的结构示意图一；

图3为本发明中外置碳氢喷射装置的结构示意图一；

图4为本发明中缓冲装置的结构示意图一；

图5为本发明中缓冲装置的结构示意图二；

图6为本发明中空气电磁阀与缓冲装置的装配示意图；

图7为本发明中外置碳氢喷射装置的故障诊断流程示意图；

图8为本发明中外置碳氢喷射装置的启动流程示意图；

图9为本发明中外置碳氢喷射装置的吹扫流程示意图；

图10为本发明中DPF温度控制系统的示意图一；

图11为本发明中DPF温度控制系统的示意图二；

图12为本发明中补偿系数模块的控制方法的流程示意图；

图13为本发明中DOC的平均碳氢转化效率的计算示意图一；

图14为本发明中DOC的平均碳氢转化效率的计算示意图二；

图15为本发明中DPF温度控制系统的示意图三；

图16为本发明中DPF温度控制系统的示意图四。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明一种尾气处理系统包括内燃机100、位于内燃机尾气歧管101的尾气排放口处的催化剂转换装置160，催化剂转换装置160包括尾气通道166、锥形缩颈165、DOC161、DPF162、外置碳氢喷射装置、第一温度传感器163、第一压差传感器164、第二温度传感器167、第三温度传感器169、第二压差传感器168和控制器150。其中尾气通道166、锥形缩颈165、DOC161和DPF162沿尾气出气方向排列，在内燃机100中产生的尾气通过尾气歧管101进入尾气通道166，控制器即为ECU。外置碳氢喷射装置设置在尾气通道上，通过该外置碳氢喷射装置可以将碳氢化合物喷射到尾气中。第一温度传感器163设置在DOC161的上游，并通过管线155连接到ECU150。第一压差传感器164设置在DOC161的上游，并通过连线154连接到ECU150，第一压差传感器164可用于测量DOC161上游压力和通过锥形缩颈165的压力差。第二温度传感器167设置在DPF的上游，并通过连线156与ECU150连接；第三温度传感器169设置在DPF的下游，并通过连线158与ECU150连接。第二压差传感器168设置在DPF上，并通过连线157连接到ECU150，第二压差传感器168可用于测量DPF出口压力和通过DPF的压力差。本发明通过利用控制器控制燃油电磁阀通电打开，碳氢源通过燃油电磁阀进入控制歧管内再流向燃料喷射器并喷射出，压力传感器检测控制歧管内的碳氢压力并反馈至控制器，控制器通过控制燃料喷射器的通断电时间实现精准控制喷射的碳氢化合物流量；

在正常操作期间，从内燃机100排放的还原性物质，比如一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物等，会在DOC和DPF(如果涂敷有催化剂)中被氧化。同时在DPF再生过程中，在DPF中收集的烟灰会在高温尾气中烧除，而DPF再生中高温尾气可通过DOC氧化由燃料喷射器130喷出的碳氢化合物产生。如图1所示，碳氢化合物从碳氢源120通过燃油电磁阀210和控制歧管230供给喷嘴130。在DPF再生期间，碳氢化合物从碳氢源120的端口121被压入燃油电磁阀的端口145，并且进一步从控制歧管230的端口144流入燃料喷射器130的端口131。在外置碳氢喷射装置中，压力传感器250通过端口142和线路151将碳氢化合物的压力发送给ECU150，同时通过连接到端口211的线路152，ECU150控制流向燃料喷射器130的碳氢化合物流量。外置碳氢喷射装置中积存的空气通过电磁阀260的端口172返回碳氢储存箱，积存空气的释放由ECU150通过连接到电磁阀260的端口261的信号线176来进行控制。在DPF再生之后，为了防止燃料喷射器表面上的碳氢化合物焦化，可以通过使用由压缩空气源125通过空气电磁阀240的端口141来提供的压缩空气来去除碳氢化合物残余物，压缩空气流量可由ECU150通过连接到端口146的线路159来控制。

在DPF再生期间，需要将尾气温度控制在一定范围，过高的温度可能会损坏DPF，而过低的温度则不足以在DPF中燃去碳烟，导致再生失败。为了控制尾气温度，需要控制通过燃料喷射器130的碳氢化合物流量。而碳氢化合物的流量可以通过在重复控制循环中控制燃料喷射器130的打开时间来控制。如图1所示，根据从第一压差传感器164、第一温度传感器163、第二温度传感器167、第二温度传感器168和第三温度传感器169获得的感测值，供应控制模块144外置碳氢喷射装置中的压力传感器250，以及通过线路155从发动机100获得的信息，该信息可包括尾气质量流量，发动机燃油喷射率，发动机速度，车辆速度，和发动机运行状态等，第三温度传感器130的打开时间由ECU 150通过连接到第三温度传感器130的端口132的线路153来控制。

如图2和图3所示，外置碳氢喷射装置的功能是控制经过燃料喷射器130的碳氢流量。本发明的一种外置碳氢喷射装置，包括控制歧管230、燃油电磁阀210、燃料喷射器130、压力传感器250、缓冲装置220、空气电磁阀240和电磁阀260。控制歧管230具有5个端口，其中5个端口分别为端口231、端口232、端口233、端口144和端口223，5个端口之间相互连接形成空心腔室235。

控制歧管230的端口231连接缓冲装置220的下通气口222，其功能是为控制歧管230中的压力提供阻尼。控制歧管230的端口232与燃油电磁阀210的端口213相连接，燃油电磁阀210的端口145与碳氢源120的端口121相连接，同时燃油电磁阀210由ECU150通过连接到燃油电磁阀210的端口211的线路152控制。控制歧管230的端口233上连接压力传感器250，同时该压力传感器250的端口142通过连线151与ECU150连接，压力传感器250用于检测控制歧管腔室235内的压力。控制歧管230的端口144上连接燃料喷射器130的端口131，同时该燃料喷射器130由ECU150通过连接到燃料喷射器130的端口132的线路153控制，燃料喷射器130上设有冷却液进口133、冷却液出口134和连通冷却液进、出口的冷却液通道，燃料喷射器130设置在尾气通道166上，为了防止燃料喷射器130过热，冷却液在燃料喷射器中从冷却液进口133循环到冷却液出口134。控制歧管230的端口223与电磁阀260的端口262相连接，同时该电磁阀260由ECU150通过连接到电磁阀260的端口261的线路176控制，电磁阀260的端口172上连接外设的碳氢储存箱；电磁阀260可选用常开电磁阀(通电关闭，断电打开)或者常闭电磁阀(通电打开，断电关闭)，在ECU的控制下，打开电磁阀260可以将积存在缓冲装置220和控制歧管230中的空气释放，也可以在DPF再生结束以后泄放掉在缓冲装置220和控制歧管230中的部分碳氢剩余。

当燃油电磁阀210通电打开时，在碳氢源120提供的压力下，碳氢化合物通过端口145、燃油电磁阀210的端口213和控制歧管230的端口232流入空心腔室235，压力传感器250可检测空心腔室235内的压力，当燃料喷射器130通电打开时，通过燃料喷射器130的碳氢流量由空心腔室235中的压力确定；因此，通过根据从压力传感器250获得的压力值在重复循环中调节燃料喷射器130的通电时间，可以控制碳氢化合物流量。

当DPF再生过程完成时，燃油电磁阀210和燃料喷射器130都断电。如果这时碳氢化合物仍然留存在控制歧管230的空心腔室235中，则因为燃料喷射器的喷嘴头部必须暴露在尾气中，与其相邻的碳氢化合物可能会接触高温。而高温则可使碳氢焦化，阻止碳氢流动并降低碳氢计量喷射性能。为了减少焦化的机会，在碳氢计量喷射过程完成以后，可以在碳氢喷射装置中引入压缩空气以清除剩余的碳氢。

如图2所示，本发明中缓冲装置220的端口221可与空气电磁阀240的端口242相连接，空气电磁阀240的端口141连接压缩空气源125的端口126，空气电磁阀240的端口241露于外部环境或连接到外设的碳氢储存箱，电磁阀240由ECU150通过连接到端口146的线路159控制；碳氢喷射完成后ECU控制空气电磁阀240通电打开，压缩空气通过缓冲装置220进入控制歧管230进行吹扫。或者如图3所示，空气电磁阀240的端口242也可通过一三通接头与燃油电磁阀210的端口213和控制歧管230的端口232相连接，空气电磁阀240的端口141连接压缩空气源125的端口126，空气电磁阀240的端口241露于外部环境或连接到外设的碳氢储存箱，电磁阀240由ECU150通过连接到端口146的线路159控制；碳氢喷射完成后ECU控制空气电磁阀240通电打开，压缩空气由端口232进入控制歧管230进行吹扫。

如图4所示，本发明采用的缓冲装置220包括筒状体301、位于筒状体一端的盖体307和位于筒状体另一端的用于密封连通控制歧管230的连接组件310，该筒状体301内腔设有将内腔分割为上腔室320和下腔室330的活塞303，活塞303的外壁开设有凹槽306，凹槽306内设有用于密封的O型圈304；上腔室320内设有两端分别与盖体307和活塞303相抵接的弹簧302，盖体307上开设有与上腔室320连通且可外接碳氢储存箱的上通气口221，端口221通过阳螺纹适配器316将腔室320连接回碳氢储存箱，在活塞303密封失效的情况下，泄漏的碳氢化合物可以排回到碳氢存储箱。连接组件310包括具有多个台阶面的连接柱，该连接柱的第一阶柱体外壁和第二阶柱体外壁分别开设有凹槽312和凹槽314，在凹槽312和凹槽314内分别设有用于密封的O型圈311和O型圈313，连接柱上开设有与下腔室330连通并连通控制歧管的下通气口222。在筒状体301上，两个带孔309的安装凸缘308用于将缓冲装置220固定在控制歧管230上。

如图3所示的碳氢喷射装置中，缓冲装置采用图4所示的结构，同时电磁阀260选择常闭电磁阀，在空气电磁阀240通电时，关闭燃油电磁阀210和燃料喷射器130，同时通电打开电磁阀260，这样压缩空气可以将控制歧管230和缓冲装置220中的部分残余碳氢通过电磁阀260压回到碳氢存储箱，完成前期清理。然后可以打开燃料喷射器130，用压缩空气完成剩余碳氢的清理，清理完以后，关闭燃料喷射器130。

如图2所示，如果在选用空气电磁阀240进行吹扫的前提下，本发明的缓冲装置220的活塞303上设有可使上腔室320单向导通下腔室330的单向阀350，压缩空气从上腔室320传送到下腔室330中，如图5所示。空气电磁阀240选用如图6所示的三通电磁阀，当空气电磁阀240通电时，缓冲装置220中的上腔室320连接到压缩空气源，而断电时，空气电磁阀240将上腔室320连接到外部环境。为了在空气电磁阀240断电时减小空气释放噪声，在图6中，还可包括消声器410，消声器的端口411与空气电磁阀240的端口241连接，消声器的端口412暴露于外部环境中或连接到碳氢存储箱。

如图2和图3所示，如果选用连接压缩空气的空气电磁阀，那么当电磁阀260选用常闭电磁阀时，可以在吹扫后进一步将一部分压缩空气积存在控制歧管230中。在压缩空气的作用下，碳氢化合物将很难从燃油电磁阀210渗入到控制歧管230中，更难于从控制歧管230经燃料喷射器130渗入到尾气中，从而会大大减轻由于碳氢泄露导致的焦化而影响喷射精度的现象。如果没有选用连接压缩空气的空气电磁阀，电磁阀260则可选用常开电磁阀。这样当再生结束后，电磁阀260断电打开，控制歧管230与碳氢储存箱连通，渗入进入控制歧管230中的碳氢化合物通过电磁阀260流回碳氢存储箱，从而泄放其中的压力，减轻碳氢经燃料喷射器130的泄露。本发明中利用连接有压缩空气源的空气电磁阀，来清除碳氢喷射装置内部的碳氢化合物残余物，有效避免燃料喷射器的喷嘴处发生碳氢焦化，从而阻止碳氢流动并降低碳氢喷射装置的喷射性能的现象；

在图2所示的外置碳氢喷射装置中，如果没有选装选用连接压缩空气的空气电磁阀，但却使用了如图4所示的缓冲装置，则当燃油电磁阀210通电时，在碳氢源120的压力下，碳氢化合物流入空气腔室235，在其中形成压力；空心腔室235中的压力使活塞303向上移动使得下腔室330的容积增加。当施加压力P时，如果活塞表面的横截面积为A，弹簧302的弹簧常数为K，而且摩擦效应和弹簧和活塞的质量忽略不计，则下腔室330的体积变化ΔV与压力P的变化ΔP成比例，即

ΔP＝K×ΔV/A² (1)

当没有积存空气的情况下，当燃油电磁阀210断电时，下腔室330的体积变化ΔV仅由燃料喷射器130通电导致的碳氢化合物释放所引起，即

ΔV＝∫(D/ρ)dt (2)

，D为碳氢输送速率，即燃料喷射器喷射的碳氢化合物流量，ρ为碳氢化合物的密度；根据上述等式可得到碳氢输送速率D与空心腔室235中的压力之间的关系为

，该等式关系可用于检测碳氢计量喷射中的劣化。

本发明一种基于尾气处理系统的碳氢喷射装置的劣化因子值的计算方法，包括如下步骤：

(1)、燃油电磁阀是否断电？若否转(12)；

(2)、设置定时器TMR1＝TMR1+T，其中定时器TMR1的值为从燃油电磁阀断电和燃料喷射器通电到程序执行的当前时刻时的检测时间，T为重复周期；

(3)、计算预期碳氢流量Dr，计算公式为

其中C_i为燃料喷射器的喷嘴孔流量系数，A_i为喷嘴孔的最小横截面积，ρ为碳氢化合物的密度，P为控制歧管内的当前压力值；

(4)、用预期碳氢流量Dr计算得到的检测时间内流出的碳氢量DM，DM＝DM+Dr×T；

(5)、将定时器TMR1值与设定阀值Thd_T1进行比较，判断TMR1＞Thd_T1？若否，则运行结束；

(6)、燃料喷射器断电，燃油电磁阀通电；

(7)、计算初始压力值P0与当前压力值P之间的差值，即检测时间内的压力变化值，ΔP＝P-P0；

(8)、计算下腔室中碳氢化合物质量变化量ΔM，

A为缓冲装置的活塞表面的横截面积，K为弹簧的弹簧常数；

(9)计算劣化因子值DF，

本发明当燃油电磁阀210断电时，由于碳氢仅由缓冲装置220提供，碳氢量DM等于下腔室330中的碳氢质量变化ΔM，因此，计算出的ΔM值与DM值可以探测碳氢计量喷射中问题。而导致ΔM值和DM值不匹配的问题包括燃料喷射器的喷嘴问题，例如由焦化碳氢化合物引起的燃料喷射器的喷嘴部分堵塞，缓冲装置的故障，比如活塞卡在缓冲器中，以及使用了不纯的碳氢化合物或非碳氢物质等，比如碳氢化合物与空气或水混合等混合物。本发明的基于尾气处理系统的碳氢喷射装置故障诊断方法可以在正常的碳氢化合物计量喷射过程中或在碳氢化合物计量喷射过程结束时的特别诊断中启用。

本发明一种基于尾气处理系统的碳氢喷射装置故障诊断方法在ECU150中可以重复周期T周期性地运行。如图7所示，该基于尾气处理系统的碳氢喷射装置故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)、燃油电磁阀是否断电？若否转(12)；

(2)、设置定时器TMR1＝TMR1+T，其中定时器TMR1的值为从燃油电磁阀210断电和燃料喷射器130通电到程序执行的当前时刻时的检测时间，T为重复周期；

(3)、计算预期碳氢流量Dr，计算公式为

，其中C_i为燃料喷射器的喷嘴孔流量系数，A_i为喷嘴孔的最小横截面积，ρ为碳氢化合物的密度，P为控制歧管内的当前压力值；

(4)、用预期碳氢流量Dr计算得到的检测时间内流出的碳氢量DM，DM＝DM+Dr×T；

(5)、将定时器TMR1值与设定阀值Thd_T1进行比较，判断TMR1＞Thd_T1？若否，则运行结束；

(6)、燃料喷射器断电，燃油电磁阀通电；

(7)、计算初始压力值P0与当前压力值P之间的差值，即检测时间内的压力变化值，ΔP＝P-P0；

(8)、计算下腔室中碳氢化合物质量变化量ΔM，

，A为缓冲装置的活塞表面的横截面积，K为弹簧的弹簧常数；

(9)计算劣化因子值DF，

(10)将劣化因子值DF与设定阀值Thd_DFL和Thd_DFH进行比较，判断DF＞Thd_DFH？或DF＜Thd_DFL？若否，则运行结束；

(11)触发碳氢化合物碳氢喷射装置中的故障提示，即触发故障标注F1，运行结束；

(12)、燃油电磁阀断电，燃料喷射器通电；

(13)、重置定时器TMR1和碳氢量DM，即TMR1和DM被复位为0；

(14)、将压力传感器所检测到的当前压力值P赋值为P0，即P0＝P，运行结束。

如图2所示，为了防止由空气腔室235和燃料喷射器130中的碳氢化合物残留物引起的结焦，可以使用连通压缩空气的空气电磁阀将碳氢化合物残余物排空。在使用如图6所示的空气电磁阀240时，可以通过在ECU150中运行的控制程序来控制图2的碳氢喷射装置的启动和吹扫。

如图8所示，本发明一种基于尾气处理系统的碳氢喷射装置启动预备控制方法，包括如下步骤：

(1)、首先电磁阀260通电打开以释放积存在缓冲装置220和控制歧管230中的空气；

(2)、将压力传感器250检测到的当前压力值P与设定阀值Thd_LP进行比较，判断P＜Thd_LP？

(3)、当积存的空气释放后，即当测得的压力值P低于阈值Thd_LP时，燃油电磁阀210通电打开，延迟时间Time_delay1至碳氢化合物充满缓冲装置220和控制歧管230后，电磁阀260断电；

(4)、燃料喷射器130通电打开，延迟时间Time_delay2至积存在燃料喷射器130内的空气完全释放后，燃料喷射器130断电；

(5)、设置碳氢计量喷射标注为Prime_completed，完成外置碳氢喷射装置的启动预备。

如图9所示，本发明一种基于尾气处理系统的碳氢喷射装置吹扫控制方法，包括如下步骤：

(1)、燃油电磁阀210断电关闭切断碳氢化合物供应，电磁阀通电打开以释放部分积存在缓冲装置220和控制歧管230中的碳氢化合物；

(2)、将压力传感器250检测到的当前压力值P与设定阀值Thd_Pmin进行比较，判断P＜Thd_Pmin？

(3)、当当前压力值P小于设定阀值Thd_Pmin时电磁阀断电；

(4)、同时通电打开燃料喷射器130和空气电磁阀240对剩余的碳氢进行吹扫，延迟时间Time_delay3至积存在外置碳氢喷射装置内的碳氢化合物完全释放后，燃料喷射器130和空气电磁阀240均断电；

(5)、设置碳氢计量喷射标注为Purging_completed，完成外置碳氢喷射装置的吹扫。

在吹扫过程完成后，压缩空气被积存在碳氢喷射装置中，当积存的空气压力高于碳氢化合物供应压力时，它将防止碳氢化合物通过燃油电磁阀210泄漏；因此，焦化的可能性进一步降低。积存在控制歧管230中的压缩空气可能泄漏，从而导致压力损失，为了保持控制歧230中的空气压力高于碳氢化合物供应压力，当从压力传感器250获得的压力感测值低时，可以通过瞬时给空气电磁阀240通电来重新填充压缩空气以控制压力，但这个压力控制在再生过程中禁用。

本发明通过比较释放的碳氢化合物的量和控制歧管中的体积变化，可以精准的计算劣化因子值，根据劣化因子值可以准确判断碳氢喷射装置的性能状态；通过本发明的一种基于尾气处理系统的碳氢喷射装置故障诊断方法检测到劣化因子值DF后，可以在DPF再生期间的温度控制中对碳氢化合物计量喷射精度进行补偿。如图10所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，包括DOC目标温度计算模块601、变化率限制器602、前馈控制器603、PID控制器604、PWM计算模块605和补偿模块606；DOC目标温度计算模块601根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器602根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器167所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器604根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器603根据DOC温度命令值、第一温度传感器163所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块605根据PID控制值乘以尾气质量流量值实现的非线性补偿后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610，补偿模块606根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比，生成PWM占空比值通过控制燃料喷射器130来控制碳氢化合物流量，由燃料喷射器130喷出的碳氢化合物在DOC161中被氧化，加热尾气温度使得DOC出口温度感测值达到由变化率限制器602计算得到的DOC温度命令值。

如图10所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块601，DOC目标温度计算模块601根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器602；第二温度传感器167将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器602，变化率限制器602根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感167器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器603；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器604，PID控制器604根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器163所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器603，前馈控制器603根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块605，PWM计算模块605根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610，并将PWM指令610传输至补偿模块606，补偿模块606根据PWM指令610和劣化因子值DF计算PWM占空比。

如图11所示，本发明另一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，包括DOC目标温度计算模块601、变化率限制器602、前馈控制器603、PID控制器604、PWM计算模块605和补偿系数模块611；DOC目标温度计算模块601根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器602根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器604根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器603根据DOC温度命令值、第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块605根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿系数模块611根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，PWM指令与补偿因子相乘得到PWM占空比。状态向量值标示外置碳氢喷射装置、DOC入口温度、DOC出口温度、DPF出口温度和尾气质量流量值的有效性。

如图11所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块601，DOC目标温度计算模块601根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器602；第二温度传感器167将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器602，变化率限制器602根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器167所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器603；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器604，PID控制器604根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器163所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器603，前馈控制器603根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块605，PWM计算模块605根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610，将状态向量值和劣化因子值DF传输至补偿系数模块611，补偿系数模块611根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，将PWM指令610与补偿因子相乘得到PWM占空比。

DOC目标温度计算模块601、前馈控制器603和PWM计算模块605可采用查表的方法来实现，而其中的表格可以通过标定过程来确定。变化率限制器602的功能是提供用于限制温度变化率的温度曲线，从而可以将DOC和DPF中的温度梯度和热应力控制得较低，变化率限制器602可以使用查表然后配合一个变化率限制算法来实现，即当查表得到的输出值的变化率大于某一设定值时，最终输出值等于以该设定值变化的查表输出值。PID控制器604可以用一个普通的PID算法来实现。补偿模块606用DF值补偿PWM命令可以通过多种方法来实现。在如图11所示中，劣化因子值DF与状态向量值一起用来计算补偿因子值，其中状态向量值标示执行器即碳氢喷射装置以及传感器感测值，包括第一温度传感器163、第二温度传感器167和第三温度传感器169获得的感测值和质量流量感测值的有效性。补偿系数模块611可以用图12中所示的控制方法来实现。在该补偿系数模块的控制方法中，仅在状态矢量值显示执行器和传感器感测值有效时，即没有报告致动器和传感器的错误，才计算补偿因子；如果状态向量值显示无效，则不计算补偿因子而仅使用其先前值。在补偿系数模块611中计算的补偿因子值乘以PWM命令610以产生PWM占空比；而用于计算补偿因子值的一个简单方法是使用具有DF值作为输入的查表法。

如图12所示，本发明的补偿系数模块的控制方法包括如下步骤：

(1)、判断状态向量值是否有效？若无效，则转(3)；

(2)、根据具有劣化因子值DF作为输入的查表法得到补偿因子；

(3)、将补偿因子的先前值赋值为当前补偿因子。

除了应用于温度控制之外，劣化因子值DF还可以用于计算DOC的碳氢转化效率。如图1所示，DOC161中产生的放热主要由氧化碳氢化合物来提供，因此从第一温度传感器163和第二温度传感器167获得的温度感测值之间的差异是尾气流中的碳氢化合物量的函数：

(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fe+m_DOC×C_m×T_DOC+P_e＝D×DF×η_d×LHV (6)

其中T₁₆₇和T₁₆₃为从第一温度传感器163和第二温度传感器167获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量，m_DOC是DOC的质量，C_m为DOC的热容量，T_DOC为DOC的平均温度，P_e为DOC与环境之间的热交换功率，η_d为碳氢转换效率，LHV为碳氢化合物的低热值。在上述公式中，如果DOC和环境之间的热交换可以忽略不计，则在稳定状态下，即当温度T_DOC保持恒定时，上述公式可简化为：

(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fee＝D×DF×η_d×LHV (7)

可计算碳氢转换效率η_d为η_d＝D×DF×LHV/[(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fe](8)

可以计算平均碳氢转换效率

如图13所示，本发明可以使用周期性运行的计时器中断服务程序来计算DOC的平均碳氢转化效率，本发明一种基于尾气处理系统的DOC碳氢转化效率的计算方法，包括如下步骤：

(1)、计算第一温度传感器的变化率R(T₁₆₃)和第二温度传感器的变化率R(T₁₆₇)，

(2)、将变化率R(T₁₆₃)与设定阀值Thd_T163进行比较并将变化率R(T₁₆₇)与设定阀值Thd_T167进行比较，判断R(T₁₆₃)＜Thd_T163？且R(T₁₆₇)＜Thd_T167？若否，则运行结束；

(3)、计算碳氢能量Ef，Ef＝Ef+D×DF×LHV×T，D为碳氢输送速度，DF为劣化因子值，LHV为碳氢化合物的低热值，T为重复周期，即中断时间周期，每T秒计算一次；

(4)、计算气体焓变化Eg，Eg＝Eg+(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fe×T，T₁₆₇为第二温度传感器获得的温度感测值，T₁₆₃为第一温度传感器获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量；

(5)、将碳氢能量Ef与设定阀值Thd_EF进行比较，判断Ef＞Thd_Ef？若否则运行结束；

(6)、计算DOC的平均碳氢转化效率

(7)、重置Ef和Eg，即Ef和Eg被复位为0，运行结束。

碳氢转换效率η_d和平均碳氢转换效率

是DOC性能的指标，DOC的低碳氢转化效率可能产生一些问题，包括导致排放问题的碳氢泄漏和DPF的低再生温度等，而低再生温度又会导致DPF内的烟灰的不均匀分布，引起可靠性问题。为了避免使用有问题的DOC再生，一旦检测到低碳氢转化效率，就需要报告故障。

在触发低碳氢化合物效率故障的情况下，需要禁用DPF再生。但是，并不总是通过更换DOC来解决问题。低碳氢转化效率可能的原因包括DOC前脸部分堵塞，催化剂硫中毒和损坏。通常，DOC前脸部分堵塞和硫中毒是可以恢复的，在高温下，可以去除堵塞DOC前脸的烟灰和使DOC性能劣化的硫化合物。但是催化剂的损坏，比如铂的催化剂颗粒在高温下聚集造成的损坏，是不可恢复的。这两种不同的因素可以通过使用高温尾气流区别出来，而高温尾气流可以通过以高扭矩模式运行发动机和/或使用后喷技术在发动机中燃烧额外的燃料而产生。在经过高温尾气流一段时间后，如果转化效率恢复，那么低碳氢转化效率是由可恢复的因素引起的，否则需要更换DOC。

除了触发故障之外，DOC碳氢转化效率值还可用于限制碳氢流量，以避免产生过多的碳氢泄漏或在催化剂涂覆的DPF中导致过高的温度梯度。流量限制可以放在PWM控制信号产生之前。如图15所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，包括DOC限值计算模块900、前馈控制器603、PID控制器604、最小值计算模块905和PWM计算模块610；DOC限值计算模块900根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器603输出前馈控制值，PID控制器604输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块905根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块610根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。最大允许DOC出口处碳氢含量可以通过DPF出口处的最大允许碳氢含量以及DPF工作状态进一步确定，同时通过计算的DOC碳氢转化效率，可以根据以下公式确定碳氢流量的限制值：

，其中D_max是碳氢流量的限制值，C_HCD是DOC出口处允许的最高可允许的碳氢含量。

如图15所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：将最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块900，DOC限值计算模块900根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块905；前馈控制器603输出前馈控制值，PID控制器604输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块905，最小值计算模块905根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块605，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块605，PWM计算模块605根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610。

计算得到的碳氢转化效率值可高于100％，过高的碳氢转化效率表明发动机排出的空气中的高碳氢化合物水平，这可能进一步表明系统中存在额外的碳氢供给。这个额外的碳氢供给可能是发动机的燃油系统问题(比如燃油喷嘴卡死问题)，也可能是碳氢化合物沉积物问题。碳氢化合物沉积问题的造成是由于低温下碳氢化合物液滴撞击在尾气管内壁上而存留，而在尾气温度升高时，存留的碳氢化合物蒸发产生多余的碳氢流量。由沉积的碳氢化合物引起的过高碳氢化合物转化效率仅在尾气温度从低变高到高的瞬态期间发生。如果在长时间内存在过高的碳氢化合物转化效率，则要触发发动机燃油系统的故障。这个故障的探测可以通过使用如图13所示的DOC碳氢转化效率计算方法来检测长时间过高的碳氢转换效率而实现。在这个程序中，阈值Thd_Ef是计算平均碳氢转化效率值所需的最小碳氢能量。如果将Thd_Ef设定为高于沉积碳氢的能量，过高的的碳氢转换效率就表示存在长期额外的碳氢供给，意为着发动机系统存在故障。

如图1所示，如果在催化剂转换器160中，尾气和环境之间的热交换可忽略不计，则根据公式(8)，如果使用从第三温度传感器169获取的温度感测值T₁₆₉而不是T₁₆₇，同时假设燃烧碳烟释放的热量与氧化碳氢释放的热量相比可以忽略不计，DOC和DPF的总碳氢转化效率η_a可以用下面的公式得到：

η_a＝(D×DF×LHV)/[(T₁₆₉-T₁₆₃)×C_P×M_fe] (11)

总碳氢转化效率η_a和DOC碳氢转化效率η_d可以进一步用于根据下式计算DPF碳氢转化效率η_f：

η_f＝(η_a-η_d)/(1-η_d) (12)

可以使用如图14所示的基于尾气处理系统的DPF碳氢转化效率计算方法来计算平均总碳氢转化效率

并且与平均DOC碳氢转化效率

一起，根据等式(12)计算平均DPF碳氢转化效率

与DOC碳氢转化效率类似，DPF碳氢转化效率是DPF性能的指示，当检测到低DPF碳氢转化效率时，要触发故障。

如图14所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF碳氢转化效率的计算方法，包括如下步骤：

(1)、计算第一温度传感器的变化率R(T₁₆₃)和第三温度传感器的变化率R(T₁₆₉)，

(2)、将变化率R(T₁₆₃)与设定阀值Thd_T163进行比较并将变化率R(T₁₆₉)与设定阀值Thd_T169进行比较，判断R(T₁₆₃)＜Thd_T163？且R(T₁₆₉)＜Thd_T169？若否则运行结束；

(3)、计算碳氢能量Ef，Ef＝Ef+D×DF×LHV×T，D为碳氢输送速度，DF为劣化因子值，LHV为碳氢化合物的低热值，T为重复周期，即中断时间周期，每T秒计算一次；

(4)、计算气体焓变化Eg，Egt＝Egt+(T₁₆₉-T₁₆₃)×C_P×M_fe×T，T₁₆₉为第三温度传感器获得的温度感测值，T₁₆₃为第一温度传感器获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量；

(5)、将碳氢能量Ef与设定阀值Thd_EF进行比较，判断Ef＞Thd_Ef？若否则运行结束；

(6)、计算DOC和DPF的总平均碳氢转化效率

(7)、重置Ef和Eg，即Ef和Eg被复位为0；

(8)、计算第一温度传感器的变化率R(T₁₆₃)和第二温度传感器的变化率R(T₁₆₇)，

(9)、将变化率R(T₁₆₃)与设定阀值Thd_T163进行比较并将变化率R(T₁₆₇)与设定阀值Thd_T167进行比较，判断R(T₁₆₃)＜Thd_T163？且R(T₁₆₇)＜Thd_T167？若否，则运行结束；

(10)、计算碳氢能量Ef，Ef＝Ef+D×DF×LHV×T，D为碳氢输送速度，DF为劣化因子值，LHV为碳氢化合物的低热值，T为重复周期，即中断时间周期，每T秒计算一次；

(11)、计算气体焓变化Eg，Eg＝Eg+(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fe×T，T₁₆₇为第二温度传感器获得的温度感测值，T₁₆₃为第一温度传感器获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量；

(12)、将碳氢能量Ef与设定阀值Thd_EF进行比较，判断Ef＞Thd_Ef？若否则运行结束；

(13)、计算DOC的平均碳氢转化效率

(14)、根据总平均碳氢转化效率

和DOC的平均碳氢转化效率

计算DPF的平均碳氢转化效率

(15)、重置Ef和Eg，即Ef和Eg被复位为0，运行结束。

DPF碳氢转化效率也可用于确定DOC出口处的最大允许碳氢含量以限制碳氢流量。如图16所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，包括DPF限值计算模块910、DOC限值计算模块900、前馈控制器603、PID控制器604、最小值计算模块905和PWM计算模块610；DPF限值计算模块910根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，DOC限值计算模块900根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器603输出前馈控制值，PID控制器604输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块905根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块605根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610。

如图16所示，本发明一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统的控制方法，包括如下步骤：

将最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率传输至DPF限值计算模块910，DPF限值计算模块910根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，并传输至DOC限值计算模块900；将DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块900，DOC限值计算模块900根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块905；前馈控制器603输出前馈控制值，PID控制器604输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块905，最小值计算模块905根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块605，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块605，PWM计算模块605根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令610。

DOC限值计算模块900的DOC出口最大允许碳氢含量输入由DPF限值计算模块910提供。DPF限值计算模块910具有最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率两个输入，同时DPF出口处的最大允许碳氢含量C_HCF可用以下公式来计算：

DOC和DPF的碳氢转换效率也可以用来检测硫中毒，硫对贵金属催化剂的影响主要是生成金属硫化物使得催化剂失效。失效催化剂使得对碳氢化合物的起燃温度升高，会导致碳氢转换率降低从而产生碳氢泄漏。催化剂的硫中毒有一个过程。由于DOC在DPF的上游，DOC会比DPF更早出现中毒的症状，即DOC的碳氢转化效率远低于DPF的效率。因此，通过比较平均效率

和

的值，可以及早发现硫中毒现象以避免出现碳氢泄漏或其他问题。

在硫中毒的检测过程中，在得到

和

的值后，对这两个值进行比较，如果有：

，其中Thd_RS是一个阈值，就触发硫中毒故障，硫中毒故障触发以后，需要立即终止DPF再生过程，同时启动一个维护流程，在这个维护流程中，可以对催化剂进行高温脱硫，比如可以让发动机运行到一个高负荷工况，产生高温尾气，或者进行离线脱硫处理。

本发明一种基于尾气处理系统的硫中毒诊断方法，包括如下步骤：

(1)、计算第一温度传感器的变化率R(T₁₆₃)和第三温度传感器的变化率R(T₁₆₉)，

(2)、将变化率R(T₁₆₃)与设定阀值Thd_T163进行比较并将变化率R(T₁₆₉)与设定阀值Thd_T169进行比较，判断R(T₁₆₃)＜Thd_T163？且R(T₁₆₉)＜Thd_T169？若否则运行结束；

(3)、计算碳氢能量Ef，Ef＝Ef+D×DF×LHV×T，D为碳氢输送速度，DF为劣化因子值，LHV为碳氢化合物的低热值，T为重复周期，即中断时间周期，每T秒计算一次；

(4)、计算气体焓变化Eg，Egt＝Egt+(T₁₆₉-T₁₆₃)×C_P×M_fe×T，T₁₆₉为第三温度传感器获得的温度感测值，T₁₆₃为第一温度传感器获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量；

(5)、将碳氢能量Ef与设定阀值Thd_EF进行比较，判断Ef＞Thd_Ef？若否则运行结束；

(6)、计算DOC和DPF的总平均碳氢转化效率

(7)、重置Ef和Eg，即Ef和Eg被复位为0；

(8)、计算第一温度传感器的变化率R(T₁₆₃)和第二温度传感器的变化率R(T₁₆₇)，

(9)、将变化率R(T₁₆₃)与设定阀值Thd_T163进行比较并将变化率R(T₁₆₇)与设定阀值Thd_T167进行比较，判断R(T₁₆₃)＜Thd_T163？且R(T₁₆₇)＜Thd_T167？若否，则运行结束；

(10)、计算碳氢能量Ef，Ef＝Ef+D×DF×LHV×T，D为碳氢输送速度，DF为劣化因子值，LHV为碳氢化合物的低热值，T为重复周期，即中断时间周期，每T秒计算一次；

(11)、计算气体焓变化Eg，Eg＝Eg+(T₁₆₇-T₁₆₃)×C_P×M_fe×T，T₁₆₇为第二温度传感器获得的温度感测值，T₁₆₃为第一温度传感器获得的温度感测值，C_P为尾气的恒压热容量，M_fe为尾气质量流量；

(12)、将碳氢能量Ef与设定阀值Thd_EF进行比较，判断Ef＞Thd_Ef？若否则运行结束；

(13)、计算DOC的平均碳氢转化效率

(14)、根据总平均碳氢转化效率

和DOC的平均碳氢转化效率

计算DPF的平均碳氢转化效率

(15)、重置Ef和Eg，即Ef和Eg被复位为0；

(16)、将DOC的平均碳氢转化效率

与DPF的平均碳氢转化效率

的比值与设定阀值Thd_RS进行比较，判断

若否则运行结束；

(17)、触发硫中毒故障提示，运行结束。

Claims (10)

1.一种DPF温度控制系统，其特征在于：包括DOC目标温度计算模块、变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和补偿模块；DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器根据DOC温度命令值、第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿模块根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比。

2.一种根据权利要求1所述的DPF温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块，DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器；第二温度传感器将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器，PID控制器根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器，前馈控制器根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，并将PWM指令传输至补偿模块，补偿模块根据PWM指令和劣化因子值DF计算PWM占空比。

3.一种DPF温度控制系统，其特征在于：包括DOC目标温度计算模块、变化率限制器、前馈控制器、PID控制器、PWM计算模块和补偿系数模块；DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，PID控制器根据DOC温度命令值和DOC出口温度比较得到的误差值计算PID控制值，前馈控制器根据DOC温度命令值、第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；PWM计算模块根据PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，补偿系数模块根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，PWM指令与补偿因子相乘得到PWM占空比。

4.根据权利要求3所述的DPF温度控制系统，其特征在于：所述状态向量值标示外置碳氢喷射装置、DOC入口温度、DOC出口温度、DPF出口温度和尾气质量流量值的有效性。

5.根据权利要求3所述的DPF温度控制系统，其特征在于：所述补偿系数模块的控制方法包括如下步骤：

(1)、判断状态向量值是否有效？若无效，则转(3)；

(2)、根据具有劣化因子值DF作为输入的查表法得到补偿因子；

(3)、将补偿因子的先前值赋值为当前补偿因子。

6.一种根据权利要求3-5任一所述的DPF温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将DPF目标温度DPFT_target传输至DOC目标温度计算模块，DOC目标温度计算模块根据DPF目标温度DPFT_target计算得到DOC目标温度DOCT_target，并传输至变化率限制器；第二温度传感器将所测量的DOC出口温度传输至变化率限制器，变化率限制器根据DOC目标温度DOCT_target和第二温度传感器所测量的DOC出口温度计算DOC温度命令值，并传输至前馈控制器；将DOC出口温度与DOC温度命令值进行比较得到的误差值传输至PID控制器，PID控制器根据误差值计算PID控制值；将第一温度传感器所测量的DOC入口温度和尾气质量流量值传输至前馈控制器，前馈控制器根据DOC温度命令值、DOC入口温度和尾气质量流量值计算前馈控制值；将PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到的计算值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据计算值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令，将状态向量值和劣化因子值DF传输至补偿系数模块，补偿系数模块根据状态向量值和劣化因子值DF得到补偿因子，将PWM指令与补偿因子相乘得到PWM占空比。

7.一种DPF温度控制系统，其特征在于：包括DOC限值计算模块、前馈控制器、PID控制器、最小值计算模块和PWM计算模块；DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

8.一种根据权利要求7所述的DPF温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块；前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

9.一种DPF温度控制系统，其特征在于：其特征在于：一种基于尾气处理系统的DPF温度控制系统，其特征在于：包括DPF限值计算模块、DOC限值计算模块、前馈控制器、PID控制器、最小值计算模块和PWM计算模块；DPF限值计算模块根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，PID控制值乘以尾气质量流量值后与前馈控制值相加得到计算值，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

10.一种根据权利要求9所述的DPF温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率传输至DPF限值计算模块，DPF限值计算模块根据最大允许DPF出口处碳氢含量和DPF碳氢转化效率计算最大允许DOC出口处碳氢含量，并传输至DOC限值计算模块；将DOC碳氢转化效率传输至DOC限值计算模块，DOC限值计算模块根据最大允许DOC出口处碳氢含量和DOC碳氢转化效率计算碳氢流量限制值，并传输至最小值计算模块；前馈控制器输出前馈控制值，PID控制器输出PID控制值，将PID控制值与尾气质量流量值相乘后的值与前馈控制值相加得到的计算值传输至最小值计算模块，最小值计算模块根据计算值和碳氢流量限制值输出两者中的最小值，并将最小值传输至PWM计算模块，将碳氢化合物供给压力值传输至PWM计算模块，PWM计算模块根据最小值和碳氢化合物供给压力值计算得到PWM指令。

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