CN101550882A - 混合动力车的三元催化器预热装置和方法以及混合动力车 - Google Patents
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Abstract
一种用于混合动力车的三元催化器预热装置和方法以及混合动力车，该装置包括温度传感器、控制器和加热器，所述温度传感器用于检测三元催化器的温度并输出温度信号到控制器，控制器用于控制加热器的工作状态，加热器用于对三元催化器加热；其中该装置还包括电量采集单元，该电量采集单元用于采集混合动力车中蓄电池的剩余电量并输出剩余电量信号到所述控制器，所述控制器用于分别根据剩余电量信号和温度信号确定蓄电池的剩余电量和三元催化器的温度，分别比较剩余电量与设定的蓄电池参考电量、三元催化器的温度与设定的三元催化器最佳工作温度，根据比较结果控制加热器的工作状态。该装置能有效地减少尾气中有害气体的排放，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种三元催化器的预热装置和方法以及混合动力车，更具体地，涉及一种用于混合动力车的三元催化器的预热装置及预热方法以及具有该预热装置的混合动力车。
背景技术
为了减少以汽油、柴油等为主要燃料的燃油汽车尾气排放的有害气体的含量，目前汽车工业中大多在汽车排气管上安装三元催化器。三元催化器能有效地减少汽车尾气中有害气体的含量。但是，三元催化器只有工作在最佳工作温度250℃～300℃才能有效地发挥作用，因此在汽车发动机冷启动时，由于三元催化器的温度很低，不能有效地减少尾气中有害气体的含量。
现有技术中有用于在发动机冷启动前对三元催化器进行预热的装置，该装置包括温度传感器、控制器、加热装置，该装置在发动机冷启动前用温度传感器检测三元催化器的温度并将温度信号传送给控制器，控制器将该温度信号与控制器中的设定值进行比较，如果三元催化器的温度低于设定温度，控制器就控制加热装置给加热装置中的气体加热，并将加热后的气体送到三元催化器中从而给三元催化器加热；如果三元催化器的温度大于设定值，控制器控制加热装置停止加热并启动发动机。
但是，上述装置只适用于纯燃油汽车。在混合动力车中，当蓄电池剩余电量低于一个设定值时，汽车的ECU就会控制发动机启动，使发动机带动发电机给蓄电池充电。而发动机的这种启动方式不同于现有技术中的冷启动，如将上述适用于纯燃油汽车冷启动的三元催化器预热装置应用到这种混合动力车中时，在这种启动情况下该预热装置是不工作的，因此三元催化器在发动机启动时不能达到最佳工作温度，就使得在发动机启动时排出的尾气几乎不能得到净化处理，大部分有害气体直接排到大气中，造成环境的污染。基于这一点，上述适用于纯燃油汽车的三元催化器预热装置并不适用于混合动力车中。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于混合动力车的三元催化器的预热装置及预热方法，以及具有该预热装置的混合动力车。该装置和方法能在混合动力车蓄电池电量低、需要启动发动机时有效预热三元催化器，从而有效地减少尾气中有害气体的排放。
为实现上述目的，本发明提供一种用于混合动力车的三元催化器的预热装置，该装置包括温度传感器、控制器和加热器，所述温度传感器用于检测三元催化器的温度并输出温度信号到控制器，控制器用于控制加热器的工作状态，加热器用于对三元催化器加热；其中，该装置还包括电量采集单元，该电量采集单元用于采集混合动力车中蓄电池的剩余电量并输出剩余电量信号到所述控制器，所述控制器用于分别根据剩余电量信号和温度信号确定蓄电池的剩余电量和三元催化器的温度，分别比较剩余电量与设定的蓄电池参考电量、三元催化器的温度与设定的三元催化器最佳工作温度，根据比较结果控制加热器的工作状态。
本发明还提供一种混合动力车，该汽车包括车辆主体、三元催化器和用于该三元催化器的预热装置，其中，所述预热装置为上述用于混合动力车的三元催化器的预热装置。
本发明还提供一种用于混合动力车的三元催化器的预热方法，该方法包括：
S1)采集混合动力车中蓄电池的剩余电量，并检测三元催化器的温度；
S2)分别比较采集到的剩余电量与设定的蓄电池参考电量、检测到三元催化器的温度与设定的三元催化器最佳工作温度；
S3)根据步骤S2)的比较结果来控制对三元催化器的预热。
本发明提供的一种用于混合动力车的三元催化器预热装置及预热方法，工作时，该装置的控制器接收温度传感器传送过来的温度信号和电量采集单元采集到的反映汽车中蓄电池剩余电量大小的剩余电量信号，根据所述信号，控制器作出控制步骤：如果蓄电池剩余电量低于设定值，控制器判断三元催化器的温度是否低于三元催化器最佳工作温度(即设定温度)，如果三元催化器的温度大于最佳工作温度，控制器启动发动机；如果三元催化器的温度等于或小于最佳工作温度，控制器控制加热器工作，加热器对三元催化器加热。本发明提供的预热方法能根据混合动力车中蓄电池剩余电量的大小和三元催化器温度的高低来控制加热器是否给三元催化器加热，并优选情况下在达到三元催化器最佳工作温度时控制发动机的启动。因此，本发明提供的装置及方法在发动机需要启动时，只在三元催化器的温度达到最佳工作温度的情况下启动发动机。本发明还提供一种混合动力车，因其包括上述预热装置，因此在该汽车发动机需要启动时，该汽车中的三元催化器已经达到最佳工作温度，这样能有效地减少尾气中有害气体的排放，保护环境。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于混合动力车的三元催化器预热装置的结构框图；
图2为图1的预热装置的工作流程图；
图3为本发明提供的一种用于混合动力车的三元催化器预热方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的用于混合动力车的三元催化器的预热装置，该装置包括温度传感器12、控制器10和加热器13，所述温度传感器12用于检测三元催化器11的温度并输出温度信号到控制器10，控制器10用于控制加热器13的工作状态，加热器13用于对三元催化器11加热；其中，该装置还包括电量采集单元14，该电量采集单元14用于采集混合动力车中蓄电池18的剩余电量并输出剩余电量信号到所述控制器10，所述控制器10用于分别根据剩余电量信号和温度信号确定蓄电池18的剩余电量和三元催化器11的温度，分别比较剩余电量与设定的蓄电池参考电量、三元催化器11的温度与设定的三元催化器最佳工作温度，根据比较结果控制加热器13的工作状态。
其中，所述控制器10可以包括AD转换器，用于分别根据剩余电量信号和温度信号确定蓄电池18的剩余电量和三元催化器11的温度。
所述控制器10还可以包括比较单元，分别比较所述剩余电量与设定的蓄电池参考电量、三元催化器11的温度与设定的三元催化器最佳工作温度，并输出用于控制加热器13的控制信号。
其中，当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量且三元催化器11的温度等于或小于三元催化器11最佳工作温度时，比较单元输出控制加热器13工作的控制信号，控制器10控制加热器13工作；当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量且三元催化器11的温度大于三元催化器11最佳工作温度时，比较单元输出控制加热器13停止工作的控制信号，控制器10控制加热器13停止工作。
所述控制器10为本领域技术人员公知的可编程的控制器，例如单片机、DSP芯片及其***电路、ECU等。
所述控制器10可以为单片机或DSP芯片及其***电路，在控制器10控制加热器13停止工作的同时向控制发动机19启动的ECU发出启动信号，ECU接收该启动信号启动发动机19。控制器10也可以为ECU，在控制加热器13停止工作的同时启动发动机19。
优选地，所述控制器10为控制发动机19启动的ECU。
通常，在现有的混合动力车中，当蓄电池18的电量低于一设定电量时，ECU就会启动发动机19，该设定电量通常为蓄电池18的满载电量的20％～80％，优选情况下为25％～40％。蓄电池参考电量可以设置为略大于上述设定电量，可以为该设定电量的140％～160％，即可以为所述满载电量的35％～60％。所述蓄电池参考电量可以采用本领域技术人员所公知的方法通过实验来测定。蓄电池参考电量的值主要取决于蓄电池18的性能。高于设定电量的部分用于给加热器13空出一定的加热时间(本装置加热时间为2分钟左右)。应当理解的是，不同厂家的混合动力车由于其蓄电池及整车性能的不同，行驶过程中电量的下降速度也不同，所以所述蓄电池参考电量的值也会因生产厂家而异。值得说明的是，蓄电池参考电量略大于所述设定电量可以为加热器13赢取一定的加热时间而不影响到汽车的正常运行，也不会造成发动机19的滞后启动。
所述三元催化器最佳工作温度根据不同的三元催化器11所需要的最佳工作温度而设定，一般来说，所述三元催化器最佳工作温度为280℃～350℃。
所述温度传感器12为本领域人员所知，可以优选为热电阻类传感器中的铜电阻传感器。
所述加热器13为本领域技术人员公知的加热器13，加热器13包括加热室，用于容纳一定量的气体以及加热元件，用于给加热室中的气体加热。所述加热元件可以为本领域技术人员公知的加热丝，加热丝可以缠绕在加热室周围；也可以为本领域技术人员公知的加热片，贴附在加热室的侧壁上。
优选地，所述加热器13可选为居里温度在100℃～200℃的蜂窝状PTC发热体自热型加热器。
所述电量采集单元14可以为本领域技术人员公知的常见的电量采集器，用于采集蓄电池电量信号，主要包括电压电流采集放大模块、功率转换模块、A/D转换模块、MCU模块、485接口模块及电源等，通过对信号的采集、放大、转换得到蓄电池的当前电量信息。电量采集单元14也可以为一些采集模块，例如R-820X系列智能电量采集模块等。
所述加热器13与三元催化器11的连接方式为管路连接，所述加热室具有出气口，加热室的出气口通过管路与三元催化器11的进气口连接。
优选地，所述加热器13的出气口与三元催化器11的进气口的连接管路上连有单向阀16，该单向阀16只允许加热器13和三元催化器11之间的连接管路中的气体从加热器13的出气口流向三元催化器11的进气口。所述单向阀16为本领域技术人员所知，不多作描述。
本发明提供的装置还包括气泵15，用于给加热室供气，所述控制器10在控制加热器13工作的同时控制气泵15工作。控制器10在启动加热器13的同时启动气泵15。所述气泵15为本领域技术人员所公知的具有控制端的气泵，气泵15可以和加热器13一体形成，也可以作为单独器件。
优选地，本发明提供的装置还包括空气滤清器17，该空气滤清器17为本领域技术人员所知。所述空气滤清器17防止空气中的颗粒、灰尘进入三元催化器11对其功能造成影响例如堵塞、黏附其表面，降低其催化效率。所述空气滤清器17优选为干式滤芯材料(如滤纸)的滤清器。
下面参照图2描述本发明提供的预热装置的工作过程。
可以对所述控制器10进行编程和初始值的设定。例如，在混合动力车中，当蓄电池18的剩余电量为所述蓄电池参考电量时，将所述电量采集单元14传送给控制器10的信号设定为参考电量信号；当所述三元催化器11的温度达到最佳工作温度时，将此时所述温度传感器12传送到控制器10的温度信号设定为参考温度信号，该参考温度信号对应的温度为三元催化器最佳工作温度(例如280℃～350℃，可以在该温度范围内选取一温度点作为三元催化器最佳工作温度)。
所述控制器10控制方法为：控制器10根据所述电量采集单元14传送过来的信号与所述设定的参考电量信号进行比较，来判断蓄电池18剩余电量是否低于蓄电池参考电量。如果蓄电池18剩余电量低于蓄电池参考电量，控制器10将所述温度传感器12传送过来的温度信号与设定的参考温度信号(该信号与三元催化器最佳工作温度相对应)进行比较。如果三元催化器11温度大于三元催化器最佳工作温度，控制器10输出控制信号给气泵15和加热器13，使气泵15和加热器13停止工作，同时输出控制信号给发动机19以启动发动机19；如果三元催化器11温度等于或小于三元催化器最佳工作温度，控制器10输出控制信号给气泵15和加热器13，控制气泵15和加热器13工作。
气泵15开始为加热器13充气，加热器13给气泵15充入的气体加热并将加热后的气体通过连接管道输送到所述三元催化器11中，加热后的气体在通过三元催化器11时给三元催化器11加热。由于加热器13和三元催化器11之间的管道上连有所述单向阀16，因此，气体只能从加热器13流向三元催化器11而不发生回流。等到三元催化器11升温后的温度达到所述最佳工作温度，控制器10输出控制信号关闭气泵15和加热器13，同时启动发动机19。
本发明还提供一种混合动力车，该汽车包括车辆主体、三元催化器11，和用于该三元催化器11的预热装置，其中，所述预热装置为上述用于混合动力车的三元催化器的预热装置。
所述车辆主体为本领域技术人员所知，不多做描述。
如图3所示，本发明还提供一种用于混合动力车的三元催化器11的预热方法，该方法包括S1)采集混合动力车中蓄电池18的剩余电量，并检测三元催化器11的温度；S2)分别比较采集到的剩余电量与设定的蓄电池参考电量、检测到三元催化器11的温度与设定的三元催化器11最佳工作温度；S3)根据步骤S2)的比较结果来控制对三元催化器11的预热。
其中，步骤S3)包括当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量、三元催化器11的温度等于或小于三元催化器最佳工作温度时，则对三元催化器11进行预热；当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量、三元催化器11的温度大于三元催化器最佳工作温度时，停止对三元催化器11进行预热。
其中，该方法还包括：S4)在步骤S3)中所述剩余电量低于蓄电池参考电量且检测到三元催化器11的温度大于三元催化器最佳工作温度从而停止对三元催化器11进行预热的同时，启动发动机19。
其中，所述三元催化器11最佳工作温度范围为280℃-350℃。
下面阐述本发明提供的一种用于混合动力车的三元催化器的预热装置是如何减少发动机19冷启动时有害气体排放。
对控制器10设定参考电量信号和参考温度信号，所述控制器10将电量采集单元14传送过来的剩余电量信号与参考电量信号进行比较，根据比较结果判断蓄电池18剩余电量是否低于所述蓄电池参考电量，如果剩余电量低于蓄电池参考电量，控制器10将温度传感器12传送过来的温度信号与所述参考温度信号进行比较，如果所述温度信号大于(或小于)参考温度信号，说明三元催化器11的温度已经达到三元催化器最佳工作温度，控制器10控制所述发动机19启动；如果所述温度信号小于(或大于)参考温度信号，说明三元催化器11的温度低于三元催化器最佳工作温度，控制器10控制所述加热器13和气泵15工作，加热器13对三元催化器11加热。这样，在发动机19需要启动时，所述用于混合动力车的三元催化器的预热装置只在三元催化器11达到最佳工作温度时才启动发动机19，因而能有效地减少发动机19冷启动时有害气体的排放。
Claims (10)
1、一种用于混合动力车的三元催化器的预热装置，该装置包括温度传感器(12)、控制器(10)和加热器(13)，所述温度传感器(12)用于检测三元催化器(11)的温度并输出温度信号到控制器(10)，控制器(10)用于控制加热器(13)的工作状态，加热器(13)用于对三元催化器(11)加热；其中该装置还包括电量采集单元(14)，该电量采集单元(14)用于采集混合动力车中蓄电池(18)的剩余电量并输出剩余电量信号到所述控制器(10)，所述控制器(10)用于分别根据剩余电量信号和温度信号确定蓄电池(18)的剩余电量和三元催化器(11)的温度，分别比较剩余电量与设定的蓄电池参考电量、三元催化器(11)的温度与设定的三元催化器最佳工作温度，根据比较结果控制加热器(13)的工作状态。
2、根据权利要求1所述的预热装置，其中，所述控制器(10)用于当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量且三元催化器(11)的温度等于或小于三元催化器最佳工作温度时，控制加热器(13)工作；
当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量且三元催化器(11)的温度大于三元催化器最佳工作温度时，控制加热器(13)停止工作。
3、根据权利要求2所述的预热装置，其中，所述控制器(10)为ECU，还用于在控制加热器(13)停止工作的同时，启动发动机(19)。
4、根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的预热装置，其中，三元催化器最佳工作温度为280℃～350℃，所述蓄电池参考电量为所述蓄电池(18)的满载电量的35％～60％。
5、根据权利要求2所述的预热装置，其中加热器(13)包括加热室和加热元件，加热室用于容纳气体并与三元催化器(11)连接，向三元催化器(11)输送加热后的气体；加热元件用于给加热室中的气体加热。
6、根据权利要求5所述的预热装置，其中，该装置还包括气泵(15)，用于给加热室供气，所述控制器(10)在控制加热器(13)工作的同时控制气泵(15)工作。
7、一种混合动力车，该汽车包括车辆主体、三元催化器(11)和用于该三元催化器(11)的预热装置，其特征在于，所述预热装置为根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的用于混合动力车的三元催化器的预热装置。
8、一种用于混合动力车的三元催化器的预热方法，该方法包括
S1)采集混合动力车中蓄电池(18)的剩余电量，并检测三元催化器(11)的温度；
S2)分别比较采集到的剩余电量与设定的蓄电池参考电量、检测到三元催化器(11)的温度与设定的三元催化器最佳工作温度；
S3)根据步骤S2)的比较结果控制对三元催化器(11)的预热。
9、根据权利要求8所述的方法，其中，步骤S3)包括
当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量、三元催化器(11)的温度等于或小于三元催化器最佳工作温度时，则对三元催化器(11)进行预热；
当比较结果为剩余电量低于蓄电池参考电量、三元催化器(11)的温度大于三元催化器最佳工作温度时，停止对三元催化器(11)进行预热。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括：
S4)在步骤S3)中所述剩余电量低于蓄电池参考电量且检测到三元催化器(11)的温度大于三元催化器最佳工作温度从而停止对三元催化器(11)进行预热的同时，启动发动机(19)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110706 Termination date: 20210403 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |