本发明涉及内燃机领域，尤其是柴油机节能减排系统。
背景技术：
方案1：中国专利cn1304743c提供一种发动机废气清洁部件，它的控制方法中包括了估算微粒过滤器碳载量的一种方法。该专利采取的技术手段和达成的效果是：发动机控制单元根据微粒过滤器上游压力和下游压力之差估算微粒过滤器微粒累积量，并且建议使用由发动机转速和负载通过查图表获取的废气流速调整估算的微粒累积量。该专利不足及原因是，在仅使用压差作为估算微粒累积量的方法时，未兼顾颗粒分布状态对压差估算的影响。在微粒过滤器不完全再生后，微粒分布状态为非均匀分布状态，压差——累积量对应关系与均匀分布时不再相同，如果不考虑对分布状态进行修正，将会产生微粒累积量估算误差，进而影响正确计算微粒过滤器的再生时机，并且有造成微粒过滤器再生时热失控的风险。
方案2：中国专利cn1297733c提供一种发动机排气净化装置，它的控制方法中包括了估算微粒过滤器碳载量的一种方法。该专利采取的技术手段和达成的效果是：使用两个传感器检测压力传感器检测微粒过滤器上下游压力差，并根据发动机转速查map获得第一推断累积量；使用发动机转速和喷油量，通过查map获得表示前一次强制再生结束后累积的第二推断累积量。当这两个推断的累积量其中任意一个超出对应阈值是触发强制再生的基本条件，系统再根据氧化催化器温度等条件确定是否开始强制再生。该专利不足及原因是，在计算第一推断累积量时，未考虑微粒分布对压差的影响；在计算第二推断累积量时，只使用了发动机转速和喷油量作为计算微粒排放的条件，但未考虑在内燃机实际工作中，egr率（废气再循环率）和内燃机冷却水温对其微粒排放的影响。
方案3：中国专利cn100538033c提供一种废气净化系统的控制方法及废气净化系统。该专利采取的技术手段和达成的效果是：通过压差和行驶里程两个因素确定对微粒过滤器的再生，通过微粒累积量和行驶里程与预先设定的判定值进行比较，来判断对连续再生型微粒过滤器进行强制再生时机。该方法考虑了微粒过滤器再生造成的机油稀释问题。根据压差得到的微粒累积量和行驶里程，综合判断当前条件下是否触发手动或自动微粒过滤器再生，以及在机油稀释过多仍需要再生的情况下，提醒驾驶员前往维修中心检修。该专利不足及原因是：在以压差为参数的微粒累积量计算中，未考虑微粒分布状态对通过压差计算微粒累积量的影响，可能导致微粒实际累积量高于估计量，引起微粒过滤器再生热失控。
现有技术中主要还存在下列缺点：
1.在微粒过滤器不完全再生后，微粒分布状态为非均匀分布状态，压差—累积量对应关系与均匀分布时不再相同，如果不考虑对分布状态进行修正，将会产生微粒累积量估算误差，进而影响正确计算微粒过滤器的再生时机，并且有造成微粒过滤器再生时热失控的风险；
2.在使用发动机转速和喷油量作为计算微粒排放的条件时，未考虑在内燃机实际工作中，内燃机冷却水温对其微粒排放的影响。；
3.没有考虑当压差传感器故障时，计算微粒累积量的第二种方法或者第二种方法的修正量较少，精度有限，不能够为微粒过滤器提供准确再生时机。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种内燃机微粒过滤器控制系统，能够在不依赖压力或压差传感器的情况下，精确计算内燃机微粒过滤器内微粒负载。本发明采用的技术方案是：
一种内燃机微粒过滤器控制系统，包括微粒流量模块、氧流量模块、二氧化氮流量模块、主动再生模块、被动再生模块、捕集速率模块和微粒累积模块；
微粒流量模块用于计算进入微粒过滤器的微粒流量；
氧流量模块用于计算得到氧化催化器出口氧气流量，即进入微粒过滤器的氧气流量；
二氧化氮流量模块用于计算氧化催化器出口的二氧化氮流量，即进入微粒过滤器的二氧化氮流量；
主动再生模块用于计算微粒过滤器主动再生期间微粒过滤器内微粒与氧气的反应速率，即微粒过滤器主动再生反应速率；
被动再生模块用于计算微粒过滤器被动再生期间微粒过滤器内微粒与二氧化氮的反应速率，即微粒过滤器被动再生反应速率；
捕集速率模块根据微粒流量及再生反应速率来确定微粒过滤器内的微粒累积速率；
微粒累积模块根据微粒累积速率积分确定微粒过滤器内的微粒累积量。
该控制系统可在不依赖压力或压差传感器的情况下，精确计算内燃机微粒过滤器内微粒负载。
微粒流量模块用来计算进入微粒过滤器的微粒流量；微粒流量由稳态工况基本微粒流量和瞬态工况修正量共同决定；通过一个基本微粒计算模块根据内燃机转速、燃油喷射量变量表征的内燃机工况查询相应map表确定稳态工况基本微粒流量；同时考虑内燃机冷却水温等对稳态工况基本微粒流量的修正；通过一个水温修正模块根据内燃机冷却水温查询相应map表得到水温修正系数，通过一个瞬态工况修正模块根据内燃机转速、燃油喷射量、内燃机进气量计算得到瞬态空燃比偏差，用该值查询相应的map表得到瞬态工况修正系数；微粒流量修正计算模块将基本微粒计算模块计算得到的稳态工况基本微粒流量经过由水温修正模块计算的水温修正系数和瞬态工况修正模块计算的瞬态工况修正系数进行修正后，得到进入微粒过滤器的微粒流量；
氧化催化器出口氧流量模块，用于计算排气歧管出口排出废气中的氧气经氧化催化器反应后进入微粒过滤器的氧气流量；其包括排气歧管出口氧气含量系数计算模块和doc出口氧气流量计算模块；内燃机排气歧管出口处氧气流量由内燃机瞬态空燃比,废气再循环率等内燃机燃烧控制参数通过排气歧管出口氧气含量系数计算模块查询相应map表得到的废气中氧气含量系数或根据燃烧模型计算得到废气中氧气含量系数；在doc出口氧气流量计算模块中，排气歧管出口废气质量流量与排气歧管出口氧气含量系数计算模块得到的排气歧管出口处氧气含量系数相乘得到进入氧化催化器的氧气流量；进入氧化催化器的氧气流量与氧化催化器载体温度查询相应map或者根据氧化催化器化学反应模型计算得到的氧气在氧化催化器内的反应速率；氧气在催化器内的反应速率与后喷油量查相应map得到氧化催化器中单位时间内反应消耗的氧气量；进入氧化催化器的氧气流量减去氧化催化器单位时间内反应消耗的氧气量，得到氧化催化器出口氧气流量，即进入微粒过滤器的氧气流量。
二氧化氮流量模块根据内燃机排气歧管处氮氧化物流量和氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮的转化率相乘得到进入微粒过滤器的二氧化氮流量；内燃机排气歧管处氮氧化物基本流量由内燃机转速和燃油喷射量等变量表征的内燃机工况查询相应map表确定，同时考虑废气再循环率和内燃机冷却水温对氮氧化物基本流量的修正，得到内燃机排气歧管处氮氧化物流量；氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮转换的基本转化率由氧化催化器温度和排气歧管处氮氧化物流量查询相应map表或化学反应模型确定，经由氧化催化器老化程度系数进行修正后，得到氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮的转化率；内燃机排出的已知流量（排气歧管处氮氧化物流量）的氮氧化物进入氧化催化器，按照确定的转化率可得到氧化催化器出口的二氧化氮流量，即进入微粒过滤器的二氧化氮流量；
氧化催化器老化程度系数是由氧化催化器载体温度超出老化温度阈值的累积时间经查询相应map表确定的。
主动再生模块通过微粒过滤器内氧气与微粒的基本反应效率和主动反应效率修正系数相乘计算微粒过滤器主动再生期间微粒过滤器内微粒与氧气的主动反应效率；微粒过滤器内氧气与微粒的基本反应效率由微粒过滤器载体温度和氧化催化器出口氧气流量所表征的微粒过滤器内的反应条件经查相应map或反应模型得到；主动反应效率修正系数由微粒累积量所反映的微粒沉积特性查相应曲线特性表获取；通过微粒过滤器内的微粒累积量和主动反应效率相乘可得到微粒过滤器主动再生期间微粒过滤器内微粒与氧气的反应速率。
被动再生模块通过微粒过滤器内的微粒累积量和微粒过滤器内被动反应效率相乘计算微粒过滤器被动再生期间过滤器内微粒与二氧化氮的反应速率；微粒过滤器内被动反应效率由氧化催化器出口废气温度、进入微粒过滤器的二氧化氮流量与微粒过滤器内微粒累积量之比通过查相应map表或被动反应模型得到；通过微粒过滤器内被动反应效率和微粒过滤器内的微粒累积量相乘可得到微粒过滤器被动再生反应速率。
捕集速率模块包括捕集效率计算模块和捕集速率计算模块；在捕集效率计算模块内，由微粒过滤器内微粒累积量和微粒过滤器总容积所表征的过滤特性经查相应map表或捕集效率模型得到微粒过滤器捕集效率；捕集速率计算模块根据进入微粒过滤器的微粒流量，和捕集效率计算模块计算的微粒过滤器捕集效率相乘得到微粒过滤器捕集速率，即单位时间内捕集到的微粒质量；微粒过滤器捕集速率减去微粒过滤器主动再生反应速率和微粒过滤器被动再生反应速率得到微粒过滤器内的微粒累积速率；
微粒累积模块包括微粒积分模块；微粒积分模块用于计算当前微粒过滤器内的微粒累积量；当内燃机处于工作状态时，此时微粒积分模块开始使用微粒累积积分初始值和微粒累积速率进行微粒质量积分，计算微粒过滤器内累积的微粒累积量；当控制器发出微粒过滤器更换或清洁信号时，将积分值进行重置，重置后的初始值为过滤器重置初始量；在内燃机停机时，控制器将保存微粒积分模块计算的微粒累积量，并且作为下次内燃机工作时用于计算的微粒累积积分初始值。
本发明的优点在于：
1.可避免使用压差计算微粒累积量时，由于微粒过滤器因不完全再生引起微粒分布不均对通过压差计算微粒累积量造成误差，导致微粒过滤器主动再生发生热失控的危险，提高系统安全性。
2.可避免使用压差计算微粒累积量时，由于压力传感器失效造成无法计算微粒累积量的危险，提高系统安全性；
3.计算过程不依赖压差传感器，排放控制系统可不必安装压力传感器，降低成本；应用于使用压力传感器的排放控制系统时，可通过本发明中计算方法校正通过压差计算的微粒累积量，提高系统的可靠性和精度；
4.在计算微粒、氮氧化物和氧气排放时，充分考虑了相关影响条件，可准确计算各排放物的排放量。
附图说明
图1为本发明的内燃机废气处理结构示意图。
图2为本发明的结构组成示意图。
图3为本发明的微粒流量模块示意图。
图4为本发明的氧流量模块示意图。
图5为本发明的二氧化氮流量模块示意图。
图6为本发明的主动再生模块计算示意图。
图7为本发明的被动再生模块计算示意图。
图8为本发明的捕集速率模块计算示意图。
图9为本发明的微粒累积模块计算示意图。
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中，内燃机的废气通过排气歧管先经过氧化催化器（简称doc），再经过微粒过滤器（也称为微粒捕集器，简称dpf）处理，以满足国家的废气排放标准。
图2是内燃机微粒过滤器控制系统结构示意图。本发明所述的内燃机微粒过滤器控制系统包括微粒流量模块、氧流量模块、二氧化氮流量模块、主动再生模块、被动再生模块、捕集速率模块和微粒累积模块。
微粒流量模块用于计算内燃机废气未经处理前的微粒排放流量；
氧流量模块计算内燃机废气未经处理前的氧气流量和经过氧化催化器反应后废气中氧气流量；
二氧化氮流量模块计算内燃机废气未经处理前的氮氧化物排放流量和经过氧化催化器反应后废气中二氧化氮流量，也就是进入微粒过滤器的二氧化氮流量；
主动再生模块用于计算微粒过滤器主动再生期间微粒过滤器内微粒与氧气的反应速率，即微粒过滤器主动再生反应速率；
被动再生模块用于计算微粒过滤器被动再生期间微粒过滤器内微粒与二氧化氮的反应速率，即微粒过滤器被动再生反应速率；
捕集速率模块根据微粒流量及再生反应速率来确定微粒过滤器内的微粒累积速率；
微粒累积模块根据微粒累积速率积分确定微粒过滤器内的微粒累积量。
图3是微粒流量模块示意图；微粒流量模块用来计算进入微粒过滤器的微粒流量109；微粒流量由稳态工况基本微粒流量和瞬态工况修正量共同决定；根据由例如内燃机转速102、燃油喷射量103等变量表征的内燃机工况经由基本微粒计算模块105查询相应map表确定稳态工况基本微粒流量，同时需要考虑内燃机冷却水温101和内燃机进气量104等对稳态工况基本微粒流量的修正；微粒流量修正计算模块108将基本微粒计算模块106计算得到的稳态工况基本微粒流量经过由水温修正模块105计算的水温修正系数和瞬态工况修正模块107计算的瞬态工况修正系数进行修正后，得到进入微粒过滤器的微粒流量109；其中，水温修正模块105根据内燃机冷却水温101查询相应map表得到水温修正系数，瞬态工况修正模块107根据内燃机转速102、燃油喷射量103、内燃机进气量104计算得到瞬态空燃比偏差，用该值查询相应的map表得到瞬态工况修正系数；
图4是氧化催化器出口氧流量模块，用于计算排气歧管出口排出废气中的氧气经氧化催化器反应后进入微粒过滤器的氧气流量208；其包括排气歧管出口氧气含量系数计算模块206和doc出口氧气流量计算模块207；内燃机排气歧管出口处氧气流量由内燃机瞬态空燃比201,废气再循环率203等内燃机燃烧控制参数通过排气歧管出口氧气含量系数计算模块206查询相应map表得到的废气中氧气含量系数或根据燃烧模型计算得到废气中氧气含量系数；在doc出口氧气流量计算模块207中，排气歧管出口废气质量流量202与排气歧管出口氧气含量系数计算模块206得到的排气歧管出口处氧气含量系数相乘得到进入氧化催化器的氧气流量；进入氧化催化器的氧气流量与氧化催化器载体温度204查询相应map或者根据氧化催化器化学反应模型计算得到的氧气在氧化催化器内的反应速率；氧气在催化器内的反应速率与后喷油量205查相应map得到氧化催化器中单位时间内反应消耗的氧气量；进入氧化催化器的氧气流量减去氧化催化器单位时间内反应消耗的氧气量，得到氧化催化器出口氧气流量208，即进入微粒过滤器的氧气流量。
图5是微粒过滤器入口二氧化氮流量模块示意图。微粒过滤器入口二氧化氮流量模块用于计算进入微粒过滤器的二氧化氮流量311；内燃机排气歧管与氧化催化器间没有对废气进行处理的设备，所以内燃机排气歧管出口处氮氧化物流量可以认为是氧化催化器入口处氮氧化物流量。在氧化催化器入口氮氧化物计算模块309中，氧化催化器入口氮氧化物基本流量由内燃机转速102和内燃机燃油喷射量103等变量表征的内燃机工况查询相应map表确定，同时考虑废气再循环率203和内燃机冷却水温101对氮氧化物基本流量的修正，得到氧化催化器入口氮氧化物流量（即内燃机排气歧管处氮氧化物流量）。在氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮转换的转化率计算模块308中，氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮转换的基本转化率由氧化催化器温度301和氧化催化器入口废气流量202通过查相应map文件或化学反应模型确定，并由氧化催化器载体温度204超出老化温度阈值时长查相应map得到的催化器老化程度系数进行修正后，得到氧化催化器内氮氧化物向二氧化氮的转化率。在氧化催化器出口no2流量计算模块310内，计算模块309确定的氧化催化器入口氮氧化物流量，按照计算模块308确定的转化率可得到氧化催化器出口的二氧化氮流量311，也就是进入微粒过滤器的二氧化氮流量311。
图6是主动再生模块计算示意图。主动再生模块404用于计算微粒过滤器内主动再生时过滤器内微粒与氧气的反应速率405，它表示单位时间内被动再生消耗的微粒质量。在主动再生模块404内，微粒过滤器内氧气与微粒的基本反应效率由微粒过滤器载体温度401和氧化催化器出口氧气流量208所表征的微粒过滤器内的反应条件经查相应map或反应模型得到；主动反应效率修正系数由微粒累积量808所反映的微粒沉积特性查相应曲线特性表获取。将微粒过滤器内主动再生期间微粒过滤器内氧气与微粒的基本反应效率和主动反应效率修正系数相乘计算微粒过滤器主动再生期间微粒过滤器内微粒与氧气的主动反应效率；最后通过微粒过滤器内的微粒累积量和主动反应效率相乘可得到微粒过滤器主动再生反应速率405。
图7是被动再生模块计算示意图。被动再生模块504用于计算微粒过滤器内被动再生时过滤器内微粒与二氧化氮的反应速率505，它表示单位时间内被动再生消耗的微粒质量。在被动再生模块504内，微粒过滤器内被动反应效率由氧化催化器出口废气温度501和氧化催化器出口二氧化氮流量311与微粒过滤器内的微粒累计量808之比所表征的微粒过滤器内的被动反应条件经查相应map或反应模型得到。通过微粒过滤器内被动反应效率和微粒过滤器内的微粒累积量808相乘可得到微粒过滤器被动再生反应速率505。
图8为捕集速率模块计算示意图；其包括捕集效率计算模块706和捕集速率计算模块607；捕集效率计算模块706用于计算流经微粒过滤器的废气中被微粒过滤器截留在载体内的微粒占废气中总微粒的百分比；在捕集效率计算模块706内，由微粒过滤器内微粒累积量808和微粒过滤器总容积705所表征的过滤特性经查相应map表或捕集效率模型得到微粒过滤器捕集效率；捕集速率计算模块607根据进入微粒过滤器的微粒流量109，和捕集效率计算模块706计算的微粒过滤器捕集效率相乘得到微粒过滤器捕集速率，即单位时间内捕集到的微粒质量；微粒过滤器捕集速率减去微粒过滤器主动再生反应速率405和微粒过滤器被动再生反应速率505得到微粒过滤器内的微粒累积速率608。
图9为微粒累积模块计算示意图；其包括微粒积分模块807；微粒积分模块807用于计算当前微粒过滤器内的微粒累积量808；当内燃机停机状态801不为0，即内燃机处于工作状态时，此时微粒积分模块807开始使用微粒累积积分初始值804和微粒累积速率608进行微粒质量积分，计算微粒过滤器内累积的微粒累积量808；当控制器发出微粒过滤器更换或清洁信号802时（比如去服务站更换或清洁微粒过滤器），将积分值进行重置，重置后的初始值为过滤器重置初始量805；在内燃机停机时，控制器将保存微粒积分模块807计算的微粒累积量808，并且作为下次内燃机工作时用于计算的微粒累积积分初始值。
本发明不依赖于压差传感器，可独立计算微粒累积量，或作为带有压差传感器的微粒过滤系统的备用微粒累积量计算。