CN110671176A - 一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法及计算模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法及计算模块，计算方法包括：基于当前工况下发动机的转速n和喷油器的喷油量q，从氧浓度MAP图中查找当前工况下的氧浓度设定值；根据氧浓度实际值和氧浓度设定值获得氧浓度偏差；基于氧浓度偏差和喷油量q，从模型修正MAP图中查找当前工况下的模型修正系数fac；根据原始碳载量模型计算值和模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。计算模块包括实施上述步骤的信息获取单元、氧浓度设定值确定单元、氧浓度偏差确定单元、修正单元和修正后碳载量模型计算单元。本发明可准确计算DPF累积碳载量，便于正确再生，保护DPF过滤器不被堵塞、损坏，确保车辆的正常运行。

Description

一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法及计算模块

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法及计算模块。

背景技术

市场油品或柴滤质量不达标往往会导致喷油器喷孔磨损、喷孔堵塞、喷油器卡滞等故障；发动机增压器、进气中冷管路漏气堵塞等故障；这些油路气路相关故障都会引起实际喷油量或实际进气量发生改变，从而影响燃烧，导致发动机尾气中的碳烟排放超过或低于正常水平(即导致发动机废气中的氧浓度改变)。

目前控制策略中，未考虑发动机油路气路相关故障原因导致的发动机碳烟水平的改变。因此，当油路气路故障时，原始DPF碳载量估算(原始碳载量模型计算值)不准确，不能正确进入后续的再生过程(DPF过滤器累积碳载量达到一定程度后，去除碳载量的过程)。当实际喷油量增大或实际进气量变小，废气中的碳烟水平升高时，碳载量估算不足，车辆继续行驶，会导致DPF过滤器堵塞，车辆动力不足，DPF过滤器的载体后移。当模型估算到需要再生时，DPF过滤器内部实际碳载量水平已超过安全再生阈值，如果此时进行再生，温度过高，产生热应力过大，会使载体烧裂。市场上DPF过滤器阻塞、载体烧裂，载体后移的现象屡屡发生。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个技术问题是，提供一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法，可以根据发动机油路气路相关故障即氧浓度变化正确计算碳载量，便于后续根据实际碳载量进行正确再生，保护DPF过滤器不被堵塞、损坏，确保车辆的正常运行。

作为同一个技术构思，本发明解决的第二个技术问题是，提供一种基于氧浓度变化的碳载量计算模块。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法，所述碳载量计算方法包括：

S1、基于当前工况下发动机的转速n和喷油器的喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值；

S2、氧传感器测量出当前工况下的氧浓度实际值，根据所述氧浓度实际值和查找的所述氧浓度设定值获得氧浓度偏差；

S3、基于当前工况下的所述氧浓度偏差和所述喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac；

S4、根据原始碳载量模型计算值和查找到的所述模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。

进一步，所述修正后碳载量模型计算值的计算公式为:

修正后碳载量模型计算值＝原始碳载量模型计算值+模型修正系数fac×原始碳载量模型计算值。

进一步，所述步骤S4包括：

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量q；从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间进行累积积分计算，获得所述原始碳载量模型计算值。

进一步，所述步骤S4包括：

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量，从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量；

S42、根据环境压力、环境湿度、当前工况下的进气温度和冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a；

S43、根据计算出的所述碳载量和确定的环境修正系数a获得所述原始碳载量模型计算值。

进一步，所述步骤S4还包括：

S40、基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下DPF过滤器两端压差、发动机废气流量与碳累积速率的特性曲线，或标定出不同工况下转速n、喷油量q与碳累积速率的特性曲线；所述特性曲线定义为所述碳累积速率MAP图；将所述碳累积速率MAP图预先存入发动机电控单元中。

进一步，所述步骤S1包括：

基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下转速n、喷油量q与氧浓度的特性曲线，所述特性曲线定义为所述氧浓度MAP图；将所述氧浓度MAP图预先存入发动机电控单元中。

进一步，所述步骤S3包括：

基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下喷油量q、氧浓度偏差与模型修正系数fac的特性曲线，所述特性曲线定义为所述模型修正MAP图；将所述模型修正MAP图预先存入发动机电控单元中。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供一种基于氧浓度变化的碳载量计算模块，所述碳载量计算模块包括：

信息获取单元，用于获取当前工况下发动机的转速n、喷油器的喷油量q和氧浓度实际值；

氧浓度设定值确定单元，基于当前工况下所述转速n和所述喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值；

氧浓度偏差确定单元，根据所述氧浓度实际值和查找到的所述氧浓度设定值获得氧浓度偏差；

修正单元，基于当前工况下的所述氧浓度偏差和所述喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac；

修正后碳载量模型计算单元，根据原始碳载量模型计算值和查找到的所述模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。

进一步，还用于获取环境压力，环境湿度，以及当前工况下DPF过滤器两端的压差、进气温度和冷却液温度。

进一步，所述碳载量计算模块还包括：

原始碳载量模型计算单元，基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量；从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量；然后根据所述环境压力、所述环境湿度、所述进气温度和所述冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a；最后根据计算出的所述碳载量和确定的环境修正系数a获得原始碳载量模型计算值。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明基于氧浓度变化的碳载量计算方法及计算模块，计算方法主要包括基于当前工况下发动机的转速n和喷油器的喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值；根据氧浓度实际值和查找的氧浓度设定值获得氧浓度偏差；基于当前工况下的氧浓度偏差和喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac；根据原始碳载量模型计算值和查找到的模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。计算模块用于实施上述计算方法。

简言之，本发明充分考虑了因发动机油路、气路相关故障导致实际喷油量、进气量发生改变而影响燃烧使发动机碳烟水平发生改变(即氧浓度改变)的现象，在原始碳载量模型计算值的基础上基于氧浓度的变化进行修正，以确保碳载量计算的正确性；便于后续根据实际碳载量进行正确再生，保护DPF过滤器不被堵塞、损坏，确保车辆的正常运行；且本发明控制方法简单易实现。

附图说明

图1是本发明基于氧浓度变化的碳载量计算方法的逻辑框图；

图2是本发明基于氧浓度变化的碳载量计算方法的具体流程图；

图3是图2中步骤S4的一种具体流程图；

图4是图2中步骤S4的另一种具体流程图；

图5是本发明基于氧浓度变化的碳载量计算模块的一种结构框图；

图6是本发明基于氧浓度变化的碳载量计算模块的另一种结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是为了便于简化描述，用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

由图1至图3共同所示，一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法，具体包括以下步骤：

S1、基于当前工况下发动机的转速n和喷油器的喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值ratO2_set。

其中，步骤S1包括：基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下转速n、喷油量q与氧浓度的特性曲线，该特性曲线定义为氧浓度MAP图；将氧浓度MAP图预先存入发动机电控单元中，以便于查找调用。

S2、氧传感器测量出当前工况下的氧浓度实际值ratO2_act，根据氧浓度实际值ratO2_act和查找的氧浓度设定值ratO2_set获得氧浓度偏差ratO2_diff。

S3、基于当前工况下的氧浓度偏差ratO2_diff和喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac。

其中，步骤S3包括：基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下喷油量q、氧浓度偏差和模型修正系数fac的特性曲线，该特性曲线定义为模型修正MAP图；将模型修正MAP图预先存入发动机电控单元中，以便于查找调用。

S4、根据原始碳载量模型计算值soot_base和查找到的模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值soot_fianl。修正后碳载量模型计算值soot_fianl的计算公式为:修正后碳载量模型计算值soot_fianl＝原始碳载量模型计算值soot_base+模型修正系数fac×原始碳载量模型计算值soot_base。

其中，步骤S4具体包括：

S40、基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下DPF过滤器两端压差、发动机废气流量与碳累积速率的特性曲线，或标定出不同工况下转速n、喷油量q与碳累积速率的特性曲线；该特性曲线定义为碳累积速率MAP图；将碳累积速率MAP图预先存入发动机电控单元中，以便于查找调用。

需要说明，碳累积速率MAP图有两种，一种为不同工况下DPF过滤器两端压差、发动机废气流量与碳累积速率的特性曲线；另一种为不同工况下转速n、喷油量q与碳累积速率的特性曲线。

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端压差和废气流量，或基于当前工况下转速n和喷油量q，从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间进行累积积分计算，获得上述原始碳载量模型计算值soot_base。

本实施例还公开了一种实施上述计算方法的基于氧浓度变化的碳载量计算模块。由图5所示，碳载量计算模块包括：

信息获取单元，用于获取当前工况下发动机的转速n、喷油器的喷油量q和氧浓度实际值ratO2_act。

氧浓度设定值确定单元，基于当前工况下转速n和喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值ratO2_set。

氧浓度偏差确定单元，根据氧浓度实际值ratO2_act和经氧浓度设定值确定单元查找到的氧浓度设定值ratO2_set获得氧浓度偏差ratO2_diff。

修正单元，基于当前工况下的氧浓度偏差ratO2_diff和喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac。

修正后碳载量模型计算单元，根据原始碳载量模型计算值soot_base和经修正单元查找到的模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值soot_final。

实施例二：

实施例二与实施例一的构思基本相同，唯一不同之处在于原始碳载量模型计算值soot_base更加精确，下面仅针对不同之处进行详细描述。

由图4所示，步骤S4包括：

S40、基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下DPF过滤器两端压差、发动机废气流量与碳累积速率的特性曲线，或标定出不同工况下转速n、喷油量q与碳累积速率的特性曲线；该特性曲线定义为碳累积速率MAP图；将碳累积速率MAP图预先存入发动机电控单元中，以便查找调用。

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端压差和废气流量，或基于当前工况下转速n和喷油量q，从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量。

S42、根据环境压力、环境湿度、当前工况下的进气温度和冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a。

S43、根据计算出的碳载量和确定的环境修正系数a获得原始碳载量模型计算值soot_base；此时原始碳载量模型计算值soot_base的计算公式为:原始碳载量模型计算值soot_base＝碳载量×环境修正系数a。

环境修正系数a的确定方法是本领域技术人员利用惯用技术手段可毫无疑义地直接或间接获得，在此不做赘述。

本实施例还公开了一种实施上述计算方法的基于氧浓度变化的碳载量计算模块。由图6所示，碳载量计算模块包括：

信息获取单元，用于获取当前工况下发动机的转速n、喷油器的喷油量q和氧浓度实际值ratO2_act；还用于获取环境压力，环境湿度，以及当前工况下的DPF过滤器两端的压差、进气温度和冷却液温度。

氧浓度设定值确定单元，基于当前工况下转速n和喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值ratO2_set。

氧浓度偏差确定单元，根据氧浓度实际值ratO2_act和经氧浓度设定值确定单元查找到的氧浓度设定值ratO2_set获得氧浓度偏差ratO2_diff。

修正单元，基于当前工况下的氧浓度偏差ratO2_diff和喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac。

原始碳载量模型计算单元，先基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的转速n和喷油量；从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量；然后根据环境压力、环境湿度、进气温度和冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a；最后根据计算出的碳载量和确定的环境修正系数a获得原始碳载量模型计算值soot_base。

修正后碳载量模型计算单元，根据经原始碳载量模型计算单元获得的原始碳载量模型计算值soot_base和经修正单元查找到的模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值soot_final。

其中，信息获取单元、氧浓度设定值确定单元、氧浓度偏差确定单元、修正单元、原始碳载量模型计算单元和修正后碳载量模型计算单元可直接通过编写软件模块集成在发动机电控单元内，也可以是独立的一个集成计算方法的处理芯片，该处理芯片与发动机电控单元可进行数据交换。

具体工作工程可参照前文计算方法部分的内容，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可相互参见即可。对于实施例二中公开的计算模块而言，由于其与实施例二公开的计算方法相对应，所述描述较为简单，相关之处可参见方法部分说明即可。

本文中所公开的实施例描述的方法可以直接用硬件、发动机电控单元执行的软件模块(程序模块)，或者二者的结合来实施。为了清楚的说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照一般性的描述个各示例的组成及步骤，这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。

综上，本发明充分考虑了因发动机油路、气路相关故障引起的实际喷油量、进气量变化导致燃烧改变进而引起发动机排气碳烟水平改变(即氧浓度改变)的现象，在原始碳载量模型计算值的基础上基于氧浓度的变化进行修正，以确保碳载量计算的正确性；便于后续根据实际碳载量进行正确再生，保护DPF过滤器不被堵塞、损坏，确保车辆的正常运行；且本发明控制方法简单易实现。

以上所述仅为本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明设计原理的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述碳载量计算方法包括：

S1、基于当前工况下发动机的转速n和喷油器的喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值；

S2、氧传感器测量出当前工况下的氧浓度实际值，根据所述氧浓度实际值和查找的所述氧浓度设定值获得氧浓度偏差；

S3、基于当前工况下的所述氧浓度偏差和所述喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac；

S4、根据原始碳载量模型计算值和查找到的所述模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。

2.如权利要求1所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述修正后碳载量模型计算值的计算公式为:

修正后碳载量模型计算值＝原始碳载量模型计算值+模型修正系数fac×原始碳载量模型计算值。

3.如权利要求1所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量q；从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间进行累积积分计算，获得所述原始碳载量模型计算值。

4.如权利要求1所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量，从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量；

S42、根据环境压力、环境湿度、当前工况下的进气温度和冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a；

S43、根据计算出的所述碳载量和确定的环境修正系数a获得所述原始碳载量模型计算值。

5.如权利要求3或4所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

S40、基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下DPF过滤器两端压差、发动机废气流量与碳累积速率的特性曲线，或标定出不同工况下转速n、喷油量q与碳累积速率的特性曲线；所述特性曲线定义为所述碳累积速率MAP图；将所述碳累积速率MAP图预先存入发动机电控单元中。

6.如权利要求1所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下转速n、喷油量q与氧浓度的特性曲线，所述特性曲线定义为所述氧浓度MAP图；将所述氧浓度MAP图预先存入发动机电控单元中。

7.如权利要求1所述的基于氧浓度变化的碳载量计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

基于模拟的不同工况进行发动机台架试验，标定出不同工况下喷油量q、氧浓度偏差与模型修正系数fac的特性曲线，所述特性曲线定义为所述模型修正MAP图；将所述模型修正MAP图预先存入发动机电控单元中。

8.一种基于氧浓度变化的碳载量计算模块，其特征在于，所述碳载量计算模块包括：

信息获取单元，用于获取当前工况下发动机的转速n、喷油器的喷油量q和氧浓度实际值；

氧浓度设定值确定单元，基于当前工况下所述转速n和所述喷油量q，从预先标定的氧浓度MAP图中查找出当前工况下的氧浓度设定值；

氧浓度偏差确定单元，根据所述氧浓度实际值和查找到的所述氧浓度设定值获得氧浓度偏差；

修正单元，基于当前工况下的所述氧浓度偏差和所述喷油量q，从预先标定的模型修正MAP图中查找出当前工况下的模型修正系数fac；

修正后碳载量模型计算单元，根据原始碳载量模型计算值和查找到的所述模型修正系数fac获得修正后碳载量模型计算值。

9.如权利要求8所述的基于氧浓度变化的碳载量计算模块，其特征在于，

所述信息获取单元，还用于获取环境压力，环境湿度，以及当前工况下DPF过滤器两端的压差、进气温度和冷却液温度。

10.如权利要求9所述的基于氧浓度变化的碳载量计算模块，其特征在于，所述碳载量计算模块还包括：

原始碳载量模型计算单元，基于当前工况下DPF过滤器两端的压差和发动机废气流量，或基于当前工况下的所述转速n和所述喷油量；从预先标定的相应碳累积速率MAP图中查找出当前工况下的碳累积速率，根据该工况持续的时间累积积分计算出碳载量；然后根据所述环境压力、所述环境湿度、所述进气温度和所述冷却液温度中至少之一确定环境修正系数a；最后根据计算出的所述碳载量和确定的环境修正系数a获得原始碳载量模型计算值。

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