CN111577434A

CN111577434A - Doc的故障判定方法

Info

Publication number: CN111577434A
Application number: CN202010340846.5A
Authority: CN
Inventors: 王梅俊; 张衡; 蒋学锋; 周杰敏; 陈玉俊; 程欢; 韩虎; 李林; 李芳�; 白桃李; 郑攀; 杨晓莹
Original assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Current assignee: Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date: 2020-04-26
Filing date: 2020-04-26
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明涉及一种DOC的故障判定方法，包含步骤：测量发动机进气流量、DOC载体入口的喷射压力；测量DOC载体出口处气体的温度、DOC载体入口气体的温度；计算得到排气质量流量、计算得到后处理HC喷射速率；计算DOC载体的转化效率；将转化效率与人工预设的转化效率阈值对比，并根据对比结果判定DOC是否故障，并输出判定结果。本发明能确保采集同一时刻所测的DOC入口、出口温度进行实际热量计算，避免造成延迟性误差；适合在各种工况下对DOC进行监测，提高最终的效率计算精确度，降低转化效率估算误差值。

Description

DOC的故障判定方法

技术领域

本发明涉及发动机尾气净化处理的控制领域，具体地涉及DOC的故障判定方法。

背景技术

随着柴油机排放法规的升级，发动机对后处理系统的要求也越来越严格。现有主流柴油机后处理系统包含DOC、DPF和SCR；发动机排出的尾气依次经过 DOC、DPF和SCR后再排入大气中，以此减少排放。其中，DOC的作用有：1、将排气中的HC、CO、NO进一步氧化，从而降低HC、CO、PM的量；2、DPF 再生时，向DOC前喷入燃油，通过燃油的燃烧提升DPF入口温度，保证DPF 的顺利再生。当DOC因中毒或老化等原因，造成DOC效率下降时，不仅无法对排气中的HC、CO、NO进一步氧化，同时无法保证再生的正常进行。长期如此会造成后处理堵塞现象，威胁发动机的使用安全。因此，必须对DOC的转化效率进行监控，当其转化效率过低时应及时发出故障警告。

当前主流的判定DOC转化中毒的方案为：通过对比DOC入口喷入预设量燃油所产生的理论热值与实际热值的比值是否超过阀值来判断DOC是否中毒。其中：理论热值由DOC入口喷入的燃油质量与燃油热值相乘而来；实际热值：由设置在DOC入口、出口温度传感器测量对应位置的温度T_in、T_out；燃油喷入时 DOC出/入口的温差、排气比热以及排气质量之积及为实际产生的热值。这样做具有以下缺陷：

1.燃油在DOC入口喷入，到柴油完全燃烧释放热量，最终传递至DOC出口温度传感器，这个过程存在一定的时间延迟；如果用同一时刻所测的DOC入口、出口温度进行实际热量估算会存在延迟，从而造成误差。

2.不同工况下，气体向载体释放的热量存在着差异，这部分热量同样会对最终效率的估算带来误差。

发明内容

本发明针对上述问题，提供DOC的故障判定方法，消除因采集同一时刻所测的DOC入口、出口温度进行实际热量计算造成的延迟性误差；适合在各种工况下对DOC进行监测，提高最终的效率计算精确度，降低转化效率估算误差值。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种DOC的故障判定方法，适用于减小DOC转化效率估算误差值，包含以下步骤：

S100.当DOC载体入口气体流至DOC载体入口处时，测量发动机总进气流量；测量DOC载体入口气体的温度；测量HC的喷射压力；

S200.当DOC载体入口气体流至DOC载体出口处时，测量此时刻DOC载体出口处的气体的温度；

S300.根据发动机总进气流量计算得到排气质量流量；根据喷射压力计算得到后处理HC喷射速率；

S400.计算DOC载体在DOC载体入口气体自进入DOC载体入口处到流至 DOC载体出口处的时间段内的转化效率；转化效率按以下公式计算：

其中，η_t0为t₀时刻DOC的转化效率；△t₀为t₀时刻的采样时间；c为DOC载体入口气体的比热容，是常量；H为燃油的热值，是常量；q_{e_t0}为t₀时刻的排气质量流量；T_{in_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体的温度；T_out为t₀时刻的DOC载体入口气体流动至DOC载体出口处时的温度；q_{f_t0}为t₀时刻后处理HC喷射速率； Q_{2_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体流动至DOC载体出口处期间向DOC载体释放的能量；

S500.将转化效率与人工预设的转化效率阈值对比，并根据对比结果作出如下操作：

如果转化效率大于转化效率阈值，则判定DOC正常工作，并输出判定结果；

或，

如果转化效率小于转化效率阈值，则判定DOC故障，并输出判定结果。

优选地，S300中根据发动机总进气流量计算得到排气质量流量，包含以下步骤：

S310.车载ECU接收来自进气流量传感器测量得到的发动机总进气流量；

S311.车载ECU查找自带数据库，获得发动机9的实际喷射流量；

S312.车载ECU将发动机总进气流量与实际喷射流量相加，得到排气质量流量。

优选地，S300中根据喷射压力计算得到后处理HC喷射速率，包含以下步骤：

S320.HC喷射单元通过安装在自身中的喷射压力传感器，获取喷射压力；

S321.车载ECU接收喷射压力，根据喷射压力与后处理HC喷射速率的对应关系，计算得到后处理HC喷射速率；

喷射压力与后处理HC喷射速率的对应关系由人工预设在车载ECU中，为一一对应关系。

优选地，S400中DOC载体入口气体向DOC载体释放的能量按下式计算：

Q_{2_t0}＝Q_t0-Q_{1_t0}

其中，Q_t0为t₀时刻HC喷射单元喷射出燃油燃烧实际释放的能量；Q_t0与转化效率的关系为：

Q_t0＝△m_{f_t0}·H·η_t0

其中，△m_{f_t0}为t₀时刻HC喷射单元喷射出的燃油质量，按下式计算：

△m_{f_t0}＝q_{f_t0}·△t₀

Q_{1_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体流动至DOC出口处时最终获得的能量，按下式计算：

Q_{1_t0}＝△m_{e_t0}·c·(T_out-T_{in_t0})

其中，△m_{e_t0}为t₀时刻的排气质量。

优选地，排气质量按下式计算：

△m_{e_t0}＝q_{e_t0}·△t₀。

优选地，发动机总进气流量通过安装在发动机空气压缩机的前端管道上的进气流量传感器采集。

优选地，DOC载体入口气体的温度通过安装在DOC载体入口处的第一温度传感器采集。

优选地，DOC载体出口处的温度通过安装在DOC载体出口处的第二温度传感器采集。

优选地，车载ECU分别与进气流量传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和HC喷射单元电信号连接。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1.由于采用了先判定DOC载体入口气体是否流至DOC载体出口处的方法，从而实现了在DOC载体入口处和DOC载体出口处采集的是同一部分DOC载体入口气体的温度，最终实现了消除因采集同一时刻所测的DOC入口、出口温度进行实际热量计算造成的延迟性误差。

2.由于采用将DOC载体入口气体切分成均匀的小单元，再实时监控每个小单元的数据，计算DOC的状况，从而能在各种工况下对DOC进行监测，提高了最终的效率计算精确度，降低了转化效率估算误差值。

附图说明

图1为本发明的具体实施例的流程图。

图2为本发明的具体实施例的DOC载体入口气体流至DOC载体入口处的示意图。

图3为本发明的具体实施例的进气流量传感器的安装位置示意图。

图4为本发明的具体实施例的DOC载体入口气体还未流动至DOC载体出口处3处的示意图。

图5为本发明的具体实施例的DOC载体入口气体流动至DOC载体出口处3 处的示意图。

图中标号如下：1.DOC载体，2.DOC载体入口处，3.DOC载体出口处，4.HC 喷射单元，5.第一温度传感器，6.第二温度传感器，7.DOC载体入口气体，8. 进气流量传感器，9.发动机，10.发动机空气压缩机的前端管道。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种DOC的故障判定方法，适用于减小DOC转化效率估算误差值，包含以下步骤：

S100.如图2所示，当DOC载体入口气体7流至DOC载体入口处2时，测量发动机总进气流量；测量DOC载体入口气体7的温度；测量HC喷射单元4 的喷射压力。

如图3所示，进气流量通过安装在发动机空气压缩机的前端管道10上的进气流量传感器8采集。

DOC载体入口气体7的温度通过安装在DOC载体入口处2第一温度传感器 5采集。

S200.当DOC载体入口气体7流至DOC载体出口处3时，测量此时刻DOC 载体出口处3的DOC载体入口气体7的温度。

DOC载体出口处3的温度通过安装在DOC载体出口处3第二温度传感器6 采集。

车载ECU分别与进气流量传感器8、第一温度传感器5、第二温度传感器6 和HC喷射单元电信号连接。

这里，需要对t₀时刻DOC载体入口气体7是否流经DOC载体出口处3进行判定；判断方法包含以下步骤：

S210.从t₀开始对排气体积进行累加；t₀时刻至t_n时刻的排气气体的累加体积按式计算：

V_sum＝q_{e_t0}·△t₀+q_{e_t1}·△t₁+q_{e_t2}·△t₂+…+q_{e_tn-1}·△t_n-1+q_{e_tn}·△t_n

其中，q_{e_tn}为t_n时刻的排气流量，△t₀、△t₁、…△t_n为两时刻间的时间间隔。

S211.通过判定累加值与DOC载体1的体积大小关系，以此判定t₀时刻的 DOC载体入口气体7是否已流动至DOC载体出口处3；具体判定方法如下：

如图4所示，当累加值V_sum小于DOC载体1体积V_DOC时，说明t₀时刻的DOC 载体入口气体7还未流动至DOC载体出口处3；此时，需要继续累加，直至累加值V_sum大于或等于DOC载体1体积V_DOC时，才说明t₀时刻的DOC载体入口气体 7已流动至DOC载体出口处3。

如图5所示，而当累加值大于或等于DOC载体体积V_DOC时，说明t₀时刻的 DOC载体入口气体7已流动至DOC载体出口处3。

S300.根据进气流量计算得到排气质量流量；根据喷射压力计算得到后处理 HC喷射速率；其中：

根据进气流量计算得到排气质量流量，包含以下步骤：

S310.车载ECU接收来自进气流量传感器8量得到发动机总进气流量。

S311.车载ECU查找自带数据库，获得发动机9运转时的实际喷射油量。

S312.车载ECU将进气流量与实际喷射油量相加，得到排气质量流量。

根据喷射压力计算得到后处理HC喷射速率，包含以下步骤：

S320.HC喷射单元通过安装在自身中的喷射压力传感器，获取喷射压力。

S321.车载ECU接收喷射压力，根据喷射压力与后处理HC喷射速率的对应关系，计算得到后处理HC喷射速率。

S400.计算DOC载体1在DOC载体入口气体7自进入DOC载体入口处2 到流至DOC载体出口处3的时间段内的转化效率；转化效率按式(1)计算：

其中，η_t0为t₀时刻DOC的转化效率；△t₀为t₀时刻的采样时间；c为DOC 载体入口气体7的比热容，是常量；H为燃油的热值，是常量；q_{e_t0}为t₀时刻的排气质量流量；T_{in_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体7的初始温度；T_out为t₀时刻 DOC载体入口气体7流动至DOC载体出口处3的温度；q_{f_t0}为t₀时刻后处理 HC喷射速率；Q_{2_t0}为t₀时刻的DOC载体入口气体7流动至DOC出口处3，总共向DOC载体1释放的能量；其中：

DOC载体入口气体7向DOC载体1释放的能量按式(2)计算：

Q_{2_t0}＝Q_t0-Q_{1_t0} (2)

其中，Q_t0为t₀时刻HC喷射单元喷射出燃油燃烧实际释放的能量；Q_t0与转化效率的关系按式(3)计算：

Q_t0＝△m_{f_t0}·H·η_t0 (3)

其中，△m_{f_t0}为t₀时刻喷入的HC燃油质量，按式(4)计算：

△m_{f_t0}＝q_{f_t0}·△t₀ (4)

Q_{1_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体7流动至DOC出口处3最终获得的能量，按式(5)计算：

Q_{1_t0}＝△m_{e_t0}·c·(T_out-T_{in_t0}) (5)

其中，△m_{e_t0}为排气质量，按式(6)计算：

△m_{e_t0}＝q_{e_t0}·△t₀ (6)

换个角度来看，DOC载体入口气体7向DOC载体1释放的能量还可以看作是t₀至t_x期间内损失的热量的累加。这样做的基础在于：DOC载体入口气体7 向DOC载体1释放能量的速率dQ₂主要与DOC载体1的物理特性、DOC载体1 温度、排气流量以及DOC载体入口处2温度相关。由于选定DOC载体1后，其物理特性也相应的确定了。因此，可通过台架试验确定DOC载体1温度T_DOC、排气流量q_e以及DOC载体入口处2温度T_in与排气向DOC载体1释放能量速率 dQ₂的关系。具体实现方式如下：

台架试验中，在稳定工况下排气流量、DOC载体1温度以及DOC载体入口处2温度都是相对确定的。以恒定采样时间△t下进行如下试验：首先，在某工况A下稳定一段时间，DOC载体1温度为T_{DOC_A}，等于DOC载体入口气体7温度T_{in_A}；然后在t_B0时刻切换工况至B，此时排气流量为q_{e_B}，DOC载体入口处 2温度为T_{in_B}，假设t_Bn时刻，t_B0时刻的入口气体流动至出口，此时测量DOC载体出口处3温度T_{out_B}。根据温差T_{out_B}-T_{in_B}、排气比热容c、排气流量q_{e_B}，算得在DOC载体1温度为T_{DOC_A}、DOC载体入口处2温度为T_{in_B}、排气流量为q_{e_B}的情况下，损失热量的速率，按式(7)计算：

其中，由于排气速率稳定，因此

通过更改不同工况，可得dQ₂关于T_DOC、q_e、T_in的函数关系。

假设t₀时刻DOC入口气体7经过一段时间，流动至DOC出口，则t₀时刻 DOC载体入口气体7向DOC载体1释放的能量按式计算。从t₀时刻开始不断进行累加，直至tx时刻，DOC入口气体7流动至DOC出口时，停止累加：

其中，dQ_{2_t0}、dQ_{2_t1}、…dQ_{2_tx}分别是△t₀、△t₁、…△t_x时间段内损失的热量的速率。

当通过S200判定出t₀时刻的DOC载体入口处2气体已流经DOC载体出口处3的时刻，调取当前时刻DOC载体出口处3温度值T_out。根据t₀时刻的排气流量q_{e_t0}、HC燃油油量q_{f_t0}、DOC载体入口处2温度T_{in_t0}，以及采样间隔时间△t₀、排气的比热容c、燃油热值H、t₀时刻的排气向载体释放的能量为Q_{2_t0}，按照式计算转化效率。

由于估算t₀时刻的转化效率，需要调用t₀时刻的DOC载体入口处2的温度、进气流量、燃油质量，因此需要对这三个变量进行临时存储。待t₀时刻的DOC 载体入口处2气体已流动至DOC载体出口处3，调用这三个变量进行转化效率的估算。因此需要对此三个量进行临时存储：

t₀时刻时，记录下t₀时刻的DOC载体入口处2温度、进气流量、燃油质量；此后当t₀时刻的DOC载体入口处2气体已流动至DOC载体出口处3时，输出t₀时刻的DOC载体入口处2温度、进气流量、燃油质量，并记录此时刻DOC载体入口处2温度、进气流量、燃油质量；待此时DOC载体入口处2气体流动至出口时，输出此三变量，如此循环。

S500.将转化效率与人工预设的转化效率阈值对比，并根据对比结果做出如下操作：

如果转化效率大于转化效率阈值，则判定DOC正常工作，并输出判定结果。

或，

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种DOC的故障判定方法，适用于减小DOC转化效率估算误差值，其特征在于：包含以下步骤：

S100.当DOC载体入口气体(7)流至DOC载体入口处(2)时，测量发动机总进气流量；测量所述DOC载体入口气体(7)的温度；测量HC的喷射压力；

S200.当所述DOC载体入口气体(7)流至DOC载体出口处(3)时，测量此时刻DOC载体出口处(3)的气体的温度；

S300.根据所述发动机总进气流量计算得到排气质量流量；根据所述喷射压力计算得到后处理HC喷射速率；

S400.计算DOC载体(1)在DOC载体入口气体(7)自进入DOC载体入口处(2)到流至DOC载体出口处(3)的时间段内的转化效率；所述转化效率按以下公式计算：

其中，η_t0为t₀时刻DOC的转化效率；△t₀为t₀时刻的采样时间；c为DOC载体入口气体(7)的比热容，是常量；H为燃油的热值，是常量；q_{e_t0}为t₀时刻的排气质量流量；T_{in_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体(7)的温度；T_out为t₀时刻的DOC载体入口气体(7)流动至DOC载体出口处(3)时的温度；q_{f_t0}为t₀时刻所述后处理HC喷射速率；Q_{2_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体(7)由入口流至DOC载体出口处(3)过程中向DOC载体(1)释放的能量；

或，

2.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：S300中所述根据所述发动机总进气流量计算得到排气质量流量，包含以下步骤：

S310.车载ECU接收来自所述进气流量传感器(8)测量得到的发动机总进气流量；

S311.所述车载ECU查找自带数据库，获得发动机(9)的实际喷射流量；

S312.所述车载ECU将所述发动机总进气流量与所述实际喷射流量相加，得到所述排气质量流量。

3.根据权利要求2所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：S300中所述根据所述喷射压力计算得到后处理HC喷射速率，包含以下步骤：

S320.所述HC喷射单元通过安装在自身中的喷射压力传感器，获取所述喷射压力；

S321.所述车载ECU接收所述喷射压力，根据喷射压力与后处理HC喷射速率的对应关系，计算得到所述后处理HC喷射速率；

所述喷射压力与后处理HC喷射速率的对应关系由人工预设在所述车载ECU中，为一一对应关系。

4.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：S400中所述DOC载体入口气体(7)向DOC载体(1)释放的能量按下式计算：

Q_{2_t0}＝Q_t0-Q_{1_t0}

其中，Q_t0为t₀时刻HC喷射单元(4)喷射出燃油燃烧实际释放的能量；Q_t0与转化效率的关系为：

Q_t0＝△m_{f_t0}·H·η_t0

其中，△m_{f_t0}为t₀时刻HC喷射单元(4)喷射出的燃油质量，按下式计算：

△m_{f_t0}＝q_{f_t0}·△t₀

Q_{1_t0}为t₀时刻DOC载体入口气体(7)流动至DOC出口处(3)时最终获得的能量，按下式计算：

Q_{1_t0}＝△m_{e_t0}·c·(T_out-T_{in_t0})

其中，△m_{e_t0}为t₀时刻的排气质量。

5.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：所述排气质量按下式计算：

△m_{e_t0}＝q_{e_t0}·△t₀。

6.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：所述发动机总进气流量通过安装在发动机空气压缩机的前端管道(10)上的进气流量传感器(8)采集。

7.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：所述DOC载体入口气体(7)的温度通过安装在DOC载体入口处(2)的第一温度传感器(5)采集。

8.根据权利要求1所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：所述DOC载体出口处(3)的温度通过安装在DOC载体出口处(3)的第二温度传感器(6)采集。

9.根据权利要求3或6-8中任一所述的DOC的故障判定方法，其特征在于：所述车载ECU分别与所述进气流量传感器(8)、所述第一温度传感器(5)、所述第二温度传感器(6)和所述HC喷射单元电信号连接。