CN114922721B - 一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混动柴油机尾气处理技术领域，公开了一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置和方法，本发明的控制方法在发动机为启动工况时根据SCR载体平均温度和加热时间对尾气进行加热控制，运行工况时，采用周期加热的计时方式对尾气进行加热。本发明的控制装置通过在排气净化装置上设置电加热装置实现对尾气的加热控制。针对混动柴油机在冷启动和低温区间运行工况的尾气排气温度低的问题，本发明能够快速实现混动柴油机在低温低负荷工况下快速升温，优化了混动柴油机的尾气热管理效果，解决了冷启动工况和运行工况下尾气排气温度低的问题。

Description

一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置和方法
技术领域
本发明涉及混动柴油机尾气处理技术领域，尤其涉及一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置和方法。
背景技术
随着能源短缺和环境污染等全球性问题的不断加剧，新能源汽车已经成为当前大力倡导的一种绿色环保交通工具。针对商用车运行环境与工况，在充电设施还未普及和电池技术还未突破的较长一段时间内，混合动力模式是目前最佳的新能源汽车过渡模式。
混合动力发动机在低速低负荷工况下，由于此时发动机排气温度较低，同时柴油机SCR(选择性催化还原法)高效区域一般需在250℃以上，为了进一步降低混合动力柴油机的污染排放，因此需要针对冷启动及低温区间的发动机尾气进行加热。
现有技术中多少从利用尾气高温能源进行回收，但是缺少对于尾气温度不足时对于SCR效率的关注，尤其是对于混动柴油机的尾气低温排放，缺少热管理方案，存在尾气超标排放问题，且油耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置和方法，以解决混动柴油机在冷启动和低温区间的尾气排气温度低的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，包括如下步骤：
S1，判断发动机是否为启动工况，如果是，则执行步骤S2，否则，如果所述发动机为运行工况，采用周期加热的计时方式对尾气进行加热；
S2，计算SCR载体平均温度；
S3，如果所述SCR载体平均温度小于温度阈值，则执行步骤S4，否则执行步骤S5；
S4，开始对所述尾气进行加热，判断加热时间是否小于时间阈值，如果是则返回步骤S2；否则，执行步骤S5；
S5，停止加热。
可选地，步骤S4中所述时间阈值为蓄电池最大允许加热时间、排气流量最大允许加热时间和SCR排温控制最大允许加热时间中的任意一个的最小值。
可选地，步骤S1中所述周期加热的计时方式对尾气进行加热，具体为：
加热单周期时长＝加热周期数×加热占空比；
加热总时长＝加热单周期时长×加热周期数；
其中，加热周期数的最大值为所述蓄电池所允许的最长加热时间或加热周期；加热占空比根据所述SCR载体平均温度对应的所述行车工况的加热占空比表得到。
本发明还提供一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置，包括：
电加热装置，所述电加热装置设置在排气净化装置上，能够对所述排气净化装置内的尾气进行加热；
蓄电池，所述蓄电池与所述电加热装置电连接；
电子控制单元，所述电子控制单元与所述蓄电池连接，所述电子控制单元检测所述蓄电池的电压，并根据本发明提供的所述用于混动柴油机的尾气加热控制方法对所述电加热装置进行加热控制。
可选地，所述用于混动柴油机的尾气加热控制装置还包括继电器，所述继电器通过线缆连接所述电加热装置和所述蓄电池，所述继电器与所述电子控制单元通信连接，所述电子控制单元控制所述继电器的通断，通过所述继电器控制所述电加热装置的加热过程。
可选地，所述电子控制单元采用PWM波形控制所述继电器的通断。
可选地，所述电加热装置包括：
接线柱，所述接线柱的一端从外向内穿设所述排气净化装置的侧壁并延伸至对侧固定，所述接线柱的另一端能够与所述蓄电池连接以对所述排气净化装置内的尾气进行加热；
保护罩，所述保护罩盖设所述接线柱的所述另一端并固定在所述排气净化装置上。
可选地，所述电加热装置设置在所述排气净化装置的顶部，所述保护罩的朝向尾气排出方向的一端具有开口，所述开口与所述接线柱之间的所述保护罩上设有栅格结构。
可选地，所述电加热装置还包括压接端子，所述压接端子的第一端为筒状，所述第一端穿设在所述排气净化装置的侧壁上，所述接线柱穿设并固定在所述第一端，所述压接端子的第二端朝向所述尾气排出方向延伸。
可选地，所述压接端子的所述第二端为半圆柱壳结构，所述半圆柱壳结构的开口端与所述排气净化装置的外侧壁相抵接，所述接线柱的线缆能够从所述半圆柱壳结构引出。
本发明的有益效果：
本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，针对混动柴油机在冷启动和低温区间运行工况的尾气排气温度低的问题，采用一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，快速实现混动柴油机在低温低负荷工况下快速升温，控制方式上采用智能策略识别发动机工况，根据SCR载体平均温度进行尾气加热控制，优化了混动柴油机的尾气热管理效果，解决了冷启动工况和运行工况下尾气排气温度低的问题。
本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置，通过电子控制单元控制蓄电池为电加热装置进行加热，而电加热装置设置在排气净化装置上，进而实现对排气净化装置内尾气的加热，试验结果显示，电加热可以将尿素起喷时刻提前，氮氧化物的去除率大大增加。
附图说明
图1是本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法流程图；
图2是本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置的第一角度结构示意图；
图3是本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置的第二角度结构示意图；
图4是本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置中的压接端子的第一角度结构示意图；
图5是本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置中的压接端子的第二角度结构示意图。
图中：
100、排气净化装置；
1、电加热装置；11、接线柱；12、保护罩；13、压接端子；131、第一端；132、第二端；1321、弹片；
2、蓄电池；3、电子控制单元；4、继电器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，如图1所示流程图，包括如下步骤：
S1，判断发动机是否为启动工况，如果是，则执行步骤S2，否则，如果所述发动机为运行工况，采用周期加热的计时方式对尾气进行加热；
S2，计算SCR载体平均温度；
在一些实施例中，SCR载体平均温度Tmean根据SCR入口温度T入口、SCR出口温度T出口进行计算，具体为：
Tmean＝T入口×f+T出口(1-f)
其中，f为权重系数，0＜f＜1。
当然，SCR载体平均温度的计算方法不限于上述计算方式，在计算精度和计算速度的需求下，也可以采用现有技术中的其他方法，本实施例不做限制。
S3，如果所述SCR载体平均温度小于温度阈值，则执行步骤S4，否则执行步骤S5；
其中，温度阈值为目标控制温度，根据SCR效率或尿素起喷时刻等参数，预先通过试验等方式进行标定得出，本实施例中为设定值。
S4，开始对排气进行加热，判断加热时间是否小于时间阈值，如果是则返回步骤S2；否则，执行步骤S5；
S5，停止加热。
在发动机起动工况时，由于发动机排温较低，导致SCR转化效率低，排放较差，通过对尾气进行加热能迅速提高SCR载体温度，提高SCR转化效率，进而优化排放，其次，在发动机运行在混动工况下，如果整车一直运行在纯电模式下，会导致发动机的排温相对降低，发动机重新启动时，也会存在排温过低的情况，所以电加热模式可以提高起动工况及运行工况下的低排温，进而优化排放。可以理解，本实施例中提到的发动机运行工况是指在混动柴油机的低温工况。
本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，针对混动柴油机在冷启动和低温区间运行工况的尾气排气温度低的问题，采用一种尾气加热控制方法，快速实现混动柴油机在低温低负荷工况下快速升温，控制方式上采用智能策略识别发动机工况，根据SCR载体平均温度进行尾气加热控制，优化了混动柴油机的尾气热管理效果，解决了冷启动工况和运行工况下尾气排气温度低的问题。
可选地，步骤S4中时间阈值为蓄电池最大允许加热时间、排气流量最大允许加热时间和SCR排温控制最大允许加热时间中的任意一个的最小值。
本实施例中，时间阈值是指在启动工况下对尾气进行加热的最大加热时间，受上述三个条件限制，首先对上述的三个最大允许加热时间进行对比，找出最小值，并作为时间阈值。其中，蓄电池最大允许加热时间属于标定值，一般为1800s。其他两个根据实际情况设定。
可选地，步骤S1中周期加热的计时方式对尾气进行加热，具体为：
加热单周期时长＝加热周期数×加热占空比；
加热总时长＝加热单周期时长×加热周期数；
其中，加热周期数的最大值为蓄电池所允许的最长加热时间或加热周期；加热占空比根据SCR载体平均温度对应的行车工况加热占空比表得到。
本发明还提供一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置，用于实现上述的用于混动柴油机的尾气加热控制方法。
如图2所示，该用于混动柴油机的尾气加热控制装置包括电加热装置1、蓄电池2和电子控制单元3，电加热装置1设置在排气净化装置100上，能够对排气净化装置100内的尾气进行加热；蓄电池2与电加热装置1电连接；电子控制单元3与蓄电池2连接，电子控制单元3检测蓄电池2的电压，并根据发动机工况对电加热装置1进行加热控制。
本发明中，电子控制单元3根据本发明实施例提供的用于混动柴油机的尾气加热控制方法，对电加热装置1进行加热控制，电加热装置1通过蓄电池2提供的电加热电源，在蓄电池2电压允许的前提下对尾气进行加热，确保蓄电池2的正常工作电压不受影响。排气净化装置100设置在排气管上，排气净化装置100内设置SCR载体和电加热载体EHC，通过尾气加热，可以提高尿素起喷时刻和降低氮氧化物排放。
本发明的一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置，通过电子控制单元3控制蓄电池2为电加热装置1进行加热，而电加热装置1设置在排气净化装置100上，进而实现对排气净化装置100内尾气的加热。进行台架试验验证，基于冷态WHTC试验循环，4kW电加热可以将尿素起喷时刻从562s提前至198s，氮氧化物NOx从1.1g/kWh下降至0.4g/kWh；2kW电加热可以将尿素起喷时刻提前至256s，氮氧化物NOx下降至0.69g/kWh。
可选地，用于混动柴油机的尾气加热控制装置还包括继电器4，继电器4通过线缆连接电加热装置1和蓄电池2，继电器4与电子控制单元3通信连接，电子控制单元3根据蓄电池2的电压和发动机工况控制继电器4的通断，通过继电器4控制电加热装置1的加热过程。
如图2所示，当继电器4导通时，蓄电池2能够为电加热装置1供电加热，当蓄电池2的监测电压达到临界值，或出现短路，或电加热装置1的一个加热周期结束，或需要停止加热时，电子控制单元3控制继电器4断开，电加热装置1停止加热。
可选地，电子控制单元3采用PWM波形控制继电器4的通断。本实施例中，电子控制单元为车载ECU单元，能够获得SCR入口温度、SCR出口温度以及据此计算SCR载体平均温度，还能够获得尾气流量等参数，用于实现混动柴油机尾气的加热智能控制，优化混动柴油机的尾气热管理效果。
可选地，电加热装置1包括接线柱11和保护罩12，接线柱11的一端从外向内穿设排气净化装置100的侧壁并延伸至对侧固定，接线柱11的另一端能够与蓄电池2连接以对排气净化装置100内的尾气进行加热；保护罩12盖设接线柱11的另一端并固定在排气净化装置100上。
如图3所示，接线柱11为杆状，贯穿排气净化装置100的排气通道穿设设置，接线柱11采用电阻加热原理，当蓄电池2为接线柱11通电加热时，能够提高接线柱11加热尾气效果，且两端固定，稳定性好。本实施例中，在接线柱11的端部设置保护罩12，主要是考虑雨水防护，一般地，电加热装置1设置在排气净化装置100的顶部，保护罩12的朝向尾气排出方向的一端具有开口，开口与接线柱11之间的保护罩12上设有栅格结构，栅格结构具有散热效果。保护罩12罩设在接线柱11的顶端能够防止雨水溅射造成线路短路等风险。由于电加热接线柱11的温度一般200-300℃，环境温度如果是170℃条件下温度有可能达到500℃以上，因此本施例中，保护罩12为非金属绝缘材料，并设置栅格散热，保护罩12与排气净化装置100之间可拆卸地连接，本实施例为螺栓连接，以便于维修。
可选地，如图4和图5，电加热装置1还包括压接端子13，压接端子13的第一端131为筒状，第一端131穿设在排气净化装置100的侧壁上，接线柱11穿设并固定在第一端131，压接端子13的第二端132朝向尾气排出方向延伸。在一些实施例中，压接端子13的第二端132为半圆柱壳结构，半圆柱壳结构的开口端与排气净化装置100的外侧壁相抵接，接线柱11的线缆能够从半圆柱壳结构引出。在另一些实施例中，第二端132的开口端为多组弹片1321构成，接线柱11的引出线缆能够穿设在多组弹片1321内以定位和导向，第二端132的延伸长度不超过保护罩12的开口端面。
本发明为了快速提升混合动力柴油机冷启动及低温区间的尾气温度，开发了基于电加热的尾气加热控制方法及装置，主要包括ECU内部加热控制方法和电加热装置1组成，通过监控SCR入口温度同时综合工况条件对电加热装置1进行控制，实现混动柴油机尾气温度快速提升目标。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于混动柴油机的尾气加热控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，判断发动机是否为启动工况，如果是，则执行步骤S2，否则，如果所述发动机为运行工况，采用周期加热的计时方式对尾气进行加热；
所述周期加热的计时方式对所述尾气进行加热，具体为：
加热单周期时长＝加热周期数×加热占空比；
加热总时长＝加热单周期时长×加热周期数；
其中，所述加热周期数的最大值为蓄电池(2)所允许的最长加热时间或加热周期；加热占空比根据SCR载体平均温度对应的行车工况的加热占空比表得到；
S2，计算SCR载体平均温度；
S3，如果所述SCR载体平均温度小于温度阈值，则执行步骤S4，否则执行步骤S5；
S4，开始对所述尾气进行加热，判断加热时间是否小于时间阈值，如果是则返回步骤S2；否则，执行步骤S5；
所述时间阈值为所述蓄电池(2)最大允许加热时间、排气流量最大允许加热时间和SCR排温控制最大允许加热时间中的任意一个的最小值；
S5，停止加热；
其中，对所述尾气进行加热，采用电加热装置(1)，所述电加热装置(1)包括：
接线柱(11)，所述接线柱(11)的一端从外向内穿设排气净化装置(100)的侧壁并延伸至对侧固定，所述接线柱(11)的另一端能够与所述蓄电池(2)连接以对所述排气净化装置(100)内的尾气进行加热；
保护罩(12)，所述保护罩(12)盖设所述接线柱(11)的所述另一端并固定在所述排气净化装置(100)上。
2.一种用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，包括：
电加热装置(1)，所述电加热装置(1)设置在排气净化装置(100)上，能够对所述排气净化装置(100)内的尾气进行加热；
蓄电池(2)，所述蓄电池(2)与所述电加热装置(1)电连接；
电子控制单元(3)，所述电子控制单元(3)与所述蓄电池(2)连接，所述电子控制单元(3)检测所述蓄电池(2)的电压，并根据权利要求1所述用于混动柴油机的尾气加热控制方法对所述电加热装置(1)进行加热控制。
3.根据权利要求2所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，还包括继电器(4)，所述继电器(4)通过线缆连接所述电加热装置(1)和所述蓄电池(2)，所述继电器(4)与所述电子控制单元(3)通信连接，所述电子控制单元(3)控制所述继电器(4)的通断，通过所述继电器(4)控制所述电加热装置(1)的加热过程。
4.根据权利要求3所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，所述电子控制单元(3)采用PWM波形控制所述继电器(4)的通断。
5.根据权利要求2所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，所述电加热装置(1)包括：
接线柱(11)，所述接线柱(11)的一端从外向内穿设所述排气净化装置(100)的侧壁并延伸至对侧固定，所述接线柱(11)的另一端能够与所述蓄电池(2)连接以对所述排气净化装置(100)内的尾气进行加热；
保护罩(12)，所述保护罩(12)盖设所述接线柱(11)的所述另一端并固定在所述排气净化装置(100)上。
6.根据权利要求5所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，所述电加热装置(1)设置在所述排气净化装置(100)的顶部，所述保护罩(12)的朝向尾气排出方向的一端具有开口，所述开口与所述接线柱(11)之间的所述保护罩(12)上设有栅格结构。
7.根据权利要求5所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，所述电加热装置(1)还包括压接端子(13)，所述压接端子(13)的第一端(131)为筒状，所述第一端(131)穿设在所述排气净化装置(100)的侧壁上，所述接线柱(11)穿设并固定在所述第一端(131)，所述压接端子(13)的第二端(132)朝向所述尾气排出方向延伸。
8.根据权利要求7所述的用于混动柴油机的尾气加热控制装置，其特征在于，所述压接端子(13)的所述第二端(132)为半圆柱壳结构，所述半圆柱壳结构的开口端与所述排气净化装置(100)的外侧壁相抵接，所述接线柱(11)的线缆能够从所述半圆柱壳结构引出。
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