发动机微粒净化再生控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种发动机微粒净化再生控制系统，能够对微粒过滤器的炭黑负荷进行精确估计与监测，以确定合适的再生时机。本发明专利技术使用平均噪声能量强度来判断压差传感器信号是否可靠，压差传感器信号可靠时，采用微粒过滤器压差信号来推算炭黑的负荷量；压差信号不可靠时，采用模型来确定炭黑负荷量的增加值，并累积计算。压差噪声能量用来对压差低通滤波带宽实时调整，增加滤波后压差信号精度。滤波后的压差信号与排气温度及排气量构建炭黑模型，获得微粒过滤器负载总量。本发明专利技术还考虑了灰分变化对炭黑负荷量的影响，将灰分引起的压差变化换算为引起同等压差变化时等效炭黑负荷量，且去除灰分等效炭黑负荷量，以获得精确与可靠的炭黑负荷量。

【技术实现步骤摘要】
发动机微粒净化再生控制系统
本专利技术涉及一种发动机微粒净化再生控制系统，属于发动机后处理DPF系统控制

技术介绍
我国引入的更严格的排放法规(包括对成本，油耗和污染物的限制)正成为发动机市场变革的驱动力。考虑到更低的微粒排放，发动机需要先进的后处理技术与之相适应(例如在近几年里由于后处理技术的运用NOx和PM的含量被大大降低了)。现有发动机在排气系统中都配备了尾气微粒过滤装置，目的即是减少排入大气的微粒物质含量。为了提高废气微粒过滤装置的寿命，当微粒捕集装置累积了一定的炭黑后，需要进行尾气燃烧处理以主动再生捕集装置，发动机控制模块会控制发动机并提升废气微粒过滤器的温度值预定水准来完成其再生。由于过载的微粒物质的过滤器再生时会产生高温并劣化过滤器陶瓷，使得过滤器寿命降低；并且过度频繁的再生会导致发动机润滑油稀释，从而致使发动机部件磨损加剧并出现故障。因此，需要使用可靠的微粒净化再生控制系统来对微粒过滤器的炭黑负荷进行监测，以确定合适的再生时机。日产公司公开的专利CN1734067A提供了一种确定微粒过滤器炭黑以控制再生时机的方法，当压差传感器可靠时，采用微粒过滤器压差信号来推算炭黑的负荷量；当压差信号不可靠时，采用负荷与转速来确定炭黑负荷量的增加值，并进行累积计算。而压差信号可靠与否的判断，则采用预定车速阈值来实现(车速大于阈值认为可靠；车速小于阈值认为不可靠)。福特公司公开的专利CN101598058提供了一种确定炭黑的再生控制方法，其基本思路与日产公司相同，而不同点在于压差信号可靠与否的确定，福特公司认为，在稳态情况下，压差信号是真实可靠的，而在瞬态情况下，由于其排气系统中不稳定的流体力学特性以及传感器的高时间常数(HighTimeConstants)的作用，会导致压差信号测量值的不精确性；当排气流量较小时，压差传感器工作在检测范围的极限上使得压差信号精度劣化。因此，在发动机稳态工作时，采用压差估算获得的炭黑量作为微粒滤清器负荷输出；当发动机在瞬态或是排气流量较小工作时，以压差法确定的可靠炭黑计算值作为初始累积量，并使用炭黑模型基于负荷与转速来确定烟度增量，并对最终输出结果进行工况/环境修正。美国万国引擎知识产权有限公司的专利申请CN101936207B还提供了另一种确定压差可靠性的方法，其定义了阻力灵敏度的概念来评估压差信号的可靠性，阻力灵敏度定义为基于前一时间与当前时间流过微粒过滤器排气的压力变化值。当灵敏度下降至低于预定阈值时，说明压差信号可靠性差，确定炭黑的方法将从基于压差检测转换为基于模型的炭黑累积估算法检测。现代起亚公司的专利申请CN101458108提供一种测量微粒过滤器有效容积的方法，微粒过滤器中的微粒有两种，一种是炭黑(soot)，另一种是灰分(ash)，其中由于灰分无法被主动再生，因此在车辆运行过程中，微粒过滤器的有效容积是不断变小的，所以在确定柴油微粒过滤器的负荷之前，要先确定有效容积并去除灰分导致的有效容积变小对炭黑负荷量的影响。专利公开的测量微粒过滤器有效容积的方法是，通过监测再生后由灰分引起的压差变化情况与排气流量来计算灰分系数的变化情况，并通过使用灰分系数的变化量的累积来计算微粒过滤器的有效容积。日产公司、福特公司以及美国万国引擎知识产权有限公司公布的专利中，提出的微粒过滤器负荷检测与确定方法，其大致流程是相同的，即在压差传感器可靠时，采用微粒过滤器压差信号来推算炭黑的负荷量；在压差信号不可靠时，采用基于负荷与转速的炭黑模型来确定炭黑负荷量的增加值，并进行累积计算，因此此方法具有普适性。三个公司提出的专利的不同点在于压差信号可靠与否的判断条件，日产公司认为车速低于预定阈值的时候压差不可靠，而福特公司则认为发动机在瞬态工作或是排气量较小时压差信号不可靠。美国万国引擎知识产权甚至定义了阻力灵敏度的概念来评估压差信号的可靠性，以解决压差信号可靠性的判断问题。三个公司的解决方案中公开的压差信号可靠性检测方法均有不足之处。首先，日产公司提供的检测压差可靠性的方法中，仅使用了车速阈值来判定压差信号是否可靠，此方法的原理是，当车速较低时，排气流量较小，这导致了压差传感器工作在检测范围的极限上使得压差信号精度劣化。此方法的缺陷是，首先，其仅避免了在传感器处于测量极限时导致的压差信号不可靠问题，不能避免由于排气系统不稳定导致的压差信号不可靠；其次，每台发动机具有特异性，仅使用车速阈值作为判定压差信号可靠性参数太过简略，况且发动机运行劣化后，其车速阈值将会发生畸变，原标定参数可能不适用。因此，使用此方法判断压差可靠性的精确度较差。万国引擎知识产权有限公司定义的阻力灵敏度来检测压差可靠性的方法，较日产公司更胜一筹，虽然此方法仅能检测排气流量较小导致的压差信号不可靠，但是由于阻力灵敏度是由前一时间与当前时间流过微粒过滤器排气的压力变化值实时计算得到的，因此，此方法精确度高且即使发动机长期运行产生劣化，此方法也能同步自适应。但此方法的缺陷是，不能检测由于排气系统不稳定导致的压差信号不可靠问题。福特公司提出的专利，既考虑了在传感器处于测量极限时导致的压差信号不可靠问题，又考虑了由于排气系统不稳定导致的压差信号不可靠问题，但是此方法也有不足之处，其判断排气流量较小与排气流量不稳定的方法，是使用负荷与转速等标定量进行阈值标定，当实际值小于标定阈值时，则认为发动机处于瞬态或低速，并禁止压差法计算炭黑负荷，此方法也没有考虑每台发动机具有的特异性与发动机长时间运行后的劣化问题，其判断压差不可靠的精度与同步自适应性不足。现代起亚公司公布的专利认为，在进行炭黑计算的同时，需要去除灰分引起的微粒过滤器有效容积减少的影响，只有在去除了灰分影响后获得了炭黑估算量，才是微粒过滤器的真实负荷。这对微粒过滤器炭黑负荷的确定起到了重要的补充作用。但是，此方法的不足之处在于，首先，灰分引起的有效容积变化是一个体积量，而在计算最终炭黑估算量时，灰分引起的有效容积变化要转换为，由灰分引起的压差转换为同等负荷的炭黑的数量(千克)；其次，监测灰分引起的有效容积的变化仅发生在主动再生后，因此，此方法的计算输出不是连续值，不能实时更新灰分引起的压差变化情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种发动机微粒净化再生控制系统，主要解决了微粒过滤器炭黑(soot)负荷量的可靠检测与有效确定的问题，以获得微粒过滤器合适主动再生的时机。按照本专利技术提供的技术方案，所述发动机微粒净化再生控制系统，其特征是：包括能够获得微粒过滤器压差信号的压差传感器以及设置于微粒过滤器和氧化催化器上下游的温度传感器；所述压差传感器的输出端连接压差信号获取模块，压差信号获取模块的输出端分别连接高通滤波器和压差低通滤波模块，高通滤波器的输出端连接噪声能量平均值计算模块，噪声能量平均值计算模块计算得到平均噪声能量强度；所述噪声能量平均值计算模块的输出端分别连接低通滤波带宽获取模块和压差可靠性判定模块，低通滤波带宽获取模块的另一输入端连接炭黑模型计算模块，炭黑模型计算模块包括炭黑模型负荷增量值获取模块和炭黑负荷量到压差的转换模块，炭黑模型负荷增量值获取模块用于获得模型估计得到的炭黑负荷增量，炭黑模型负荷增量值获取模块的输出端连接炭黑负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机微粒净化再生控制系统，其特征是：包括能够获得微粒过滤器(11)压差信号的压差传感器(13)以及设置于微粒过滤器(11)和氧化催化器(10)上下游的温度传感器；所述压差传感器(13)的输出端连接压差信号获取模块(203)，压差信号获取模块(203)的输出端分别连接高通滤波器(204)和压差低通滤波模块(210)，高通滤波器(204)的输出端连接噪声能量平均值计算模块(214)，噪声能量平均值计算模块(214)计算得到平均噪声能量强度；所述噪声能量平均值计算模块(214)的输出端分别连接低通滤波带宽获取模块(208)和压差可靠性判定模块(209)，低通滤波带宽获取模块(208)的另一输入端连接炭黑模型计算模块(215)，炭黑模型计算模块(215)包括炭黑模型负荷增量值获取模块(201)和炭黑负荷量到压差的转换模块(202)，炭黑模型负荷增量值获取模块(201)用于获得模型估计得到的炭黑负荷增量，炭黑模型负荷增量值获取模块(201)的输出端连接炭黑负荷量到压差的转换模块(202)，炭黑负荷量到压差的转换模块(202)用于得到模型计算压差变化量；所述低通滤波带宽获取模块(208)使用平均噪声能量强度和模型计算压差变化量，得到低通滤波带宽宽度；所述低通滤波带宽获取模块(208)的输出端连接压差低通滤波模块(210)，压差低通滤波模块(210)使用低通滤波带宽与未经滤波的压差信号对压差进行低通滤波，获得滤波后的压差信号，压差低通滤波模块(210)的输出端连接压差到炭黑负载量的转换模块(213)，压差到炭黑负载量的转换模块(213)的另一输入端连接灰分等效炭黑负荷信号，压差到炭黑负载量的转换模块(213)的输出端输出压差法计算获得的炭黑负载；所述压差可靠性判定模块(209)的输出端连接压差到炭黑负载量的转换模块(213)以及输出炭黑模型计算使能信号至炭黑模型负荷量增量值获取模块(201)；当压差可靠性判定模块(209)的压差可靠性判断通过后，使用滤波后的压差信号与灰分等效炭黑负载采用压差到炭黑负载量的转换柜块(213)求取根据压差法计算获得的炭黑负载量，以此作为主动再生的判断依据；当压差可靠性判定模块(209)压差可靠性判断不通过时，采用炭黑模型计算模块(215)确定炭黑模型负荷增量值、并累加获得炭黑模型计算负荷。...

【技术特征摘要】
1.一种发动机微粒净化再生控制系统，其特征是：包括能够获得微粒过滤器(11)压差信号的压差传感器(13)以及设置于微粒过滤器(11)和氧化催化器(10)上下游的温度传感器；所述压差传感器(13)的输出端连接压差信号获取模块(203)，压差信号获取模块(203)的输出端分别连接高通滤波器(204)和压差低通滤波模块(210)，高通滤波器(204)的输出端连接噪声能量平均值计算模块(214)，噪声能量平均值计算模块(214)计算得到平均噪声能量强度；所述噪声能量平均值计算模块(214)的输出端分别连接低通滤波带宽获取模块(208)和压差可靠性判定模块(209)，低通滤波带宽获取模块(208)的另一输入端连接炭黑模型计算模块(215)，炭黑模型计算模块(215)包括炭黑模型负荷增量值获取模块(201)和炭黑负荷量到压差的转换模块(202)，炭黑模型负荷增量值获取模块(201)用于获得模型估计得到的炭黑负荷增量，炭黑模型负荷增量值获取模块(201)的输出端连接炭黑负荷量到压差的转换模块(202)，炭黑负荷量到压差的转换模块(202)用于得到模型计算压差变化量；所述低通滤波带宽获取模块(208)使用平均噪声能量强度和模型计算压差变化量，得到低通滤波带宽宽度；所述低通滤波带宽获取模块(208)的输出端连接压差低通滤波模块(210)，压差低通滤波模块(210)使用低通滤波带宽与未经滤波的压差信号对压差进行低通滤波，获得滤波后的压差信号，压差低通滤波模块(210)的输出端连接压差到炭黑负载量的转换模块(213)，压差到炭黑负载量的转换模块(213)的另一输入端连接灰分等效炭黑负荷信号，压差到炭黑负载量的转换模块(213)的输出端输出压差法计算获得的炭黑负载；所述压差可靠性判定模块(209)的输出端连接压差到炭黑负载量的转换模块(213)以及输出炭黑模型计算使能信号至炭黑模型负荷量增量值获取模块(201)；当压差可靠性判定模块(209)的压差可靠性判断通过后，使用滤波后的压差信号与灰分等效炭黑负载采用压差到炭黑负载量的转换柜块(213)求取根据压差法计算获得的炭黑负载量，以此作为主动再生的判断依据；当压差可靠性判定模块(209)压差可靠性判断不通过时，采用炭黑模型计算模块(215)确定炭黑模型负荷增量值、并累加获得炭黑模型计算负荷。2.如权利要求1所述的发动机微粒净化再生控制系统，其特征是：所述灰分等效炭黑负荷信号由灰分等效炭黑负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：施华传，顾欣，龚笑舞，胡川，周奇，马二林，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32