CN109404100A - 一种排气净化装置、排气净化控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种排气净化装置、排气净化控制方法及其控制装置，其中，所述排气净化装置，在PNA的前端增加设置可变功率电加热器，ECU根据PNA上下游的温度传感器的检测数据，控制可变空滤电加热器对废气进行加热，并控制可变功率电加热器的功率，使得废气温度持续保持在PNA的存储NOx的峰值温度。对应的，首先判断发动机是否处于冷启动或低温工况，若判断结果为是，则判断PNA内部温度是否小于PNA存储NOx的峰值温度，若是，则说明废气需要进行加热，则通过ECU控制可变功率加热器对PNA进行加热，使得PNA内部温度维持在PNA存储NOx的峰值温度，进而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

Description

一种排气净化装置、排气净化控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及柴油机排气技术领域，尤其涉及一种排气净化装置、排气净化控制方法及其控制装置。

背景技术

柴油机在汽车中的应用日益广泛，同时面临排放法规不断加严和排放限值不断降低的挑战。随着排放法规的加严，需要进一步降低NOx的排放，从而实现超低排放。

现有净化NOx的后处理技术包括低温催化分解、选择性催化还原(SCR)、稀燃NOx捕集(LNT)、被动NOx吸附(PNA，Passive NOx Adsorber)和低温等离子技术等。其中PNA是在发动机冷启动阶段吸附并存储NOx，直到废气温度达到PNA可以释放NOx的温度后，PNA将存储的NOx释放到下游后处理装置中。

但是PNA存储效率与废气温度关系密切，废气温度过低或温度过高都会影响PNA的存储NOx效率，且存在某一温度，使其达到存储NOx的峰值。因此，如何将废气温度维持在存储NOx的峰值温度成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种排气净化装置、排气净化控制方法及其控制装置，以解决现有技术中因废气温度过低或温度过高而影响PNA的存储NOx效率的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种排气净化装置，包括：

发动机电子控制单元ECU、第一温度传感器、第二温度传感器、可变功率电加热器和被动NOx吸附器PNA；

所述第一温度传感器位于所述PNA的上游，用于检测进入所述PNA的废气温度，得到第一温度；

所述第二温度传感器位于所述PNA的下游，检测得到第二温度；

所述可变功率电加热器位于所述PNA上，用于对进入所述PNA的废气进行加热；

所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述可变功率电加热器均与所述ECU相连；

在发动机处于冷启动或低温工况时，所述ECU根据所述第一温度和所述第二温度，计算得到所述PNA内部温度，判断所述PNA内部温度是否高于预设目标值，所述预设目标值为所述PNA存储NOx的峰值温度；

当所述PNA内部温度小于所述预设目标值时，所述ECU控制所述可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热，至所述PNA内部温度达到所述预设目标值；

当所述PNA内部温度等于或大于所述预设目标值时，所述PNA释放内部存储的NOx。

优选地，所述可变功率电加热器包括多个相互并联的加热元件，每个加热元件上设置有控制开关，所述控制开关与所述ECU相连，接收所述ECU的控制。

优选地，所述加热元件为PTC加热元件。

本发明还提供一种排气净化控制方法，基于上面所述的排气净化装置，所述排气净化控制方法包括：

判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

若是，则判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

若是，则控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则所述PNA释放内部存储的NOx。

优选地，在所述PNA释放内部存储的NOx时，还包括：

控制所述可变功率电加热器关闭。

优选地，所述控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热，具体包括：

判断所述废气的排气流量是否大于排气流量阈值；

若是，则控制所述可变功率电加热器以最大功率对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则根据所述PNA内部温度与所述预设目标温度之间的差值和排气流量计算所述可变功率电加热器的加热功率；

控制所述可变功率电加热器以所述加热功率对进入所述PNA的废气进行加热。

优选地，在所述判断发动机是否处于冷启动或低温工况之前，还包括：

接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号。

优选地，所述判断发动机是否处于冷启动或低温工况，具体包括：

判断所述第一温度检测信号的第一温度是否满足预设温度范围；

若是，则所述发动机处于冷启动或低温工况；

若否，则所述发动机不处于冷启动或低温工况，则所述发动机正常运行。

本发明还提供一种排气净化控制装置，用于实现所述排气净化控制方法，所述排气净化控制装置包括：

第一判断模块，用于判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

第二判断模块，用于判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

控制模块，用于在PNA内部温度小于预设目标温度时，控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；以及用于在PNA内部温度不小于预设目标温度时，控制所述PNA释放内部存储的NOx。

优选地，排气净化控制装置还包括：

接收模块，用于接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号；

计算模块，用于根据所述第一温度检测信号和所述第二温度检测信号计算得到所述PNA内部温度。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的排气净化装置，在PNA的前端增加设置可变功率电加热器，ECU根据PNA上下游的温度传感器的检测数据，控制可变功率电加热器对废气进行加热，并控制可变功率电加热器的功率，使得废气温度持续保持在PNA的存储NOx的峰值温度，从而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

本发明还提供一种排气净化控制方法，首先判断发动机是否处于冷启动或低温工况，若判断结果为是，则判断PNA内部温度是否小于PNA存储NOx的峰值温度，若是，则说明废气需要进行加热，则通过ECU控制可变功率加热器对PNA进行加热，使得PNA内部温度维持在PNA存储NOx的峰值温度，进而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中PNA存储NOx效率随温度变化的曲线示意图；

图2为本发明实施例提供的一种排气净化装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可变功率电加热器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种排气净化控制方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种排气净化控制方法流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种排气净化控制装置结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种排气净化控制装置结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中PNA存储效率与废气温度关系密切，废气温度过低或温度过高都会影响PNA的存储NOx效率。请参见图1，图1为PNA存储NOx效率随温度变化的曲线示意图。存在某一温度，使PNA达到存储NOx的峰值。

发明人发现，这是由于废气温度过低，PNA的存储能力降低，存储NOx的质量减少，NOx的转化效率降低；废气温度过高，使其达到PNA释放NOx的温度时间减少，PNA的存储效率降低，NOx的效率降低。

基于此，本发明提供一种排气净化控制方法，基于排气净化装置，所述排气净化控制方法包括：

判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

若是，则判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

若是，则控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则所述PNA释放内部存储的NOx。

本发明提供一种排气净化控制方法，首先判断发动机是否处于冷启动或低温工况，若判断结果为是，则判断PNA内部温度是否小于PNA存储NOx的峰值温度，若是，则说明废气需要进行加热，则通过ECU控制可变功率加热器对PNA进行加热，使得PNA内部温度维持在PNA存储NOx的峰值温度，进而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供一种排气净化装置，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种排气净化装置结构示意图，所述排气净化装置，包括：

发动机电子控制单元ECU1、第一温度传感器2、第二温度传感器3、可变功率电加热器4和被动NOx吸附器PNA5；第一温度传感器2位于PNA5的上游，用于检测进入PNA5的废气温度，得到第一温度T1；第二温度传感器3位于PNA5的下游，检测得到第二温度T2；可变功率电加热器4位于PNA5上，用于对进入PNA5的废气进行加热；第一温度传感器2、第二温度传感器3和可变功率电加热器4均与ECU1相连。

在发动机处于冷启动或低温工况时，ECU1根据第一温度T1和第二温度T2，计算得到PNA内部温度T，判断PNA内部温度T是否高于预设目标值T0，预设目标值T0为PNA存储NOx的峰值温度；当PNA内部温度T小于预设目标值T0时，ECU1控制可变功率电加热器4对进入PNA的废气进行加热，至PNA内部温度T达到预设目标值T0；当PNA内部温度T等于或大于预设目标值T0时，PNA5释放内部存储的NOx。

需要说明的是，本实施例中可变功率加热器4位于PNA5，用于对进入PNA5的废气进行加热，因此，本发明实施例中可变功率加热器4位于PNA5的前端，且位于PNA5的上游。本实施例中不限定可变功率加热器4与PNA5的具体位置关系，为了使得可变功率加热器4能够对进入PNA5的废气均进行加热，可变功率加热器4可以位于PNA5的内部，或者进气口的位置，从而能够与废气直接接触，对废气直接加热，进而避免可变功率加热器与废气之间存在较多导热物质，导致热量浪费的问题。

本实施例中不限定可变功率电加热器的具体结构，本实施例中可变功率电加热器可以包括多个相互并联的加热元件，请参见图3，图3为本发明实施例中提供的一种可变功率电加热器的结构示意图；其中，每个加热元件41上设置有控制开关，所述控制开关K与所述ECU相连，接收所述ECU的控制。当需要所有加热元件进行加热时，ECU控制所有开关均关闭，导通所有加热元件并联，从而产生热量。当仅需要部分加热元件进行加热时，ECU控制部分开关关闭，产生较少热量，从而控制可变功率加热器的功率较小。

本实施例中不限定加热元件的具体结构，在本发明的一个实施例中加热元件为PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热元件。其中，PTC加热元件具有恒温发热特性，其原理是PTC加热片加电后自热升温使阻值升高进入跃变区，PTC加热片表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC加热片的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。

本发明提供的排气净化装置，在PNA的前端增加设置可变功率电加热器，ECU根据PNA上下游的温度传感器的检测数据，控制可变功率电加热器对废气进行加热，并控制可变功率电加热器的功率，使得废气温度持续保持在PNA的存储NOx的峰值温度，从而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

本发明实施例还提供一种排气净化控制方法，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种排气净化控制方法流程示意图；本实施例中提供的排气净化装置基于上面实施例中所述的排气净化装置，即所述排气净化装置包括：发动机电子控制单元ECU、第一温度传感器、第二温度传感器、可变功率电加热器和被动NOx吸附器PNA。

所述排气净化控制方法包括：

S11：判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

需要说明的是，PNA是在发动机冷启动阶段或低温工况中吸附并存储NOx，直到废气达到特定温度后，PNA将存储的NOx释放到下游后处理中。

本实施例中，所述冷启动或低温工况为尾气温度大于50℃且小于150℃，尾气温度即为第一温度传感器测量的第一温度T1。

因此，判断发动机是否处于冷启动或低温工况，具体包括：

判断所述第一温度检测信号的第一温度是否满足预设温度范围，也即PNA的上游温度范围：T_阈值1≤T1≤T_阈值2；

若是，则所述发动机处于冷启动或低温工况；

若否，则所述发动机不处于冷启动或低温工况，则所述发动机正常运行。

由于需要判断第一温度检测信号的第一温度，因此，在所述判断发动机是否处于冷启动或低温工况之前，还包括：接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号。其中，第一温度检测信号包括第一温度参数，第二温度检测信号包括第二温度参数。

当发动机处于冷启动或低温工况后，PNA进行NOx的存储。也即若上述判断结果为“是”的情况下，则进入步骤S12：判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

需要说明的是，废气进入PNA后经过存储，温度有所降低，而且PNA内部的温度无法直接检测，因此，本实施例中为了提高计算精度，将PNA的上游温度T1和下游温度T2的平均值作为PNA内部温度T。判断PNA内部温度T是否小于预设目标温度T0，其中，所述预设目标温度为PNA存储NOx的峰值温度。

若是，则进入步骤S13：控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；

也就是说，当PNA内部温度达不到PNA存储NOx的峰值温度时，PNA不释放NOx，此时，PNA的NOx存储效率也较低，为了提高PNA的NOx存储效率，通过ECU控制可变功率电加热器对废气进行加热。

本实施例中不限定可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热的具体方式。

需要说明的是，当废气的排气流量大于排气流量的阈值时，由于排气流量较大，可以将可变电加热器的功率开至最大，以满足对大于排气流量阈值的废气进行加热。因此，请参见图5，图5为本发明实施例提供的另一种排气净化控制方法流程示意图；在进行可变功率电加热器的功率调节时还包括：

S131：判断所述废气的排气流量是否大于排气流量阈值；

若是，则进入S132：控制所述可变功率电加热器以最大功率对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则进入S133：根据所述PNA内部温度与所述预设目标温度之间的差值和排气流量计算所述可变功率电加热器的加热功率；

S134：控制所述可变功率电加热器以所述加热功率对进入所述PNA的废气进行加热。

具体的，可变功率电加热器的加热功率计算满足以下公式：

P＝t×ΔT×G×C/3600

其中，P为可变功率电加热器的工作功率，t为加热时间，G为排气流量，C为排气比热容，ΔT为预设目标温度T0与PNA内部温度T的差值。

通过上述公式计算可变功率加热器的加热功率，从而使得PNA内部温度T加热至与预设目标温度T0相同。

若否，则进入步骤S14：所述PNA释放内部存储的NOx。

需要说明的是，本实施例中PNA释放内部存储的NOx，只要PNA内部温度达到预设温度后，即可进行释放NOx。所述预设温度可以为PNA存储NOx的峰值温度。在所述PNA释放内部存储的NOx时，还包括：控制所述可变功率电加热器关闭。由于PNA释放内部存储的NOx时，PNA内部温度已经达到PNA存储NOx的峰值温度，因此，无需再进行加热，通过ECU控制可变功率电加热器关闭，停止对废气进行加热。

本发明提供的排气净化控制方法，首先判断发动机是否处于冷启动或低温工况，若判断结果为是，则判断PNA内部温度是否小于PNA存储NOx的峰值温度，若是，则说明废气需要进行加热，则通过ECU控制可变功率加热器对PNA进行加热，使得PNA内部温度维持在PNA存储NOx的峰值温度，进而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

对应的，请参见图6，图6为本发明实施例中提供的一种排气净化控制装置结构示意图，本发明实施例还提供一种排气净化控制装置，用于实现所述排气净化控制方法，所述排气净化控制装置包括：

第一判断模块61，用于判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

第二判断模块62，用于判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

控制模块63，用于在PNA内部温度小于预设目标温度时，控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；以及用于在PNA内部温度不小于预设目标温度时，控制所述PNA释放内部存储的NOx。

请参见图7，图7为本发明实施例中提供的另一种排气净化控制装置结构示意图，还包括：接收模块64，用于接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号；计算模块65，用于根据所述第一温度检测信号和所述第二温度检测信号计算得到所述PNA内部温度。

本发明实施例提供的排气净化控制装置，对应上面实施例中的排气净化控制方法，也即应用于本发明实施例中提供的排气净化装置的ECU控制部分，从而使得PNA内部温度维持在PNA存储NOx的峰值温度，进而提升PNA的存储效率，降低NOx排放。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种排气净化装置，其特征在于，包括：

发动机电子控制单元ECU、第一温度传感器、第二温度传感器、可变功率电加热器和被动NOx吸附器PNA；

所述第一温度传感器位于所述PNA的上游，用于检测进入所述PNA的废气温度，得到第一温度；

所述第二温度传感器位于所述PNA的下游，检测得到第二温度；

所述可变功率电加热器位于所述PNA上，用于对进入所述PNA的废气进行加热；

所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述可变功率电加热器均与所述ECU相连；

在发动机处于冷启动或低温工况时，所述ECU根据所述第一温度和所述第二温度，计算得到所述PNA内部温度，判断所述PNA内部温度是否高于预设目标值，所述预设目标值为所述PNA存储NOx的峰值温度；

当所述PNA内部温度小于所述预设目标值时，所述ECU控制所述可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热，至所述PNA内部温度达到所述预设目标值；

当所述PNA内部温度等于或大于所述预设目标值时，所述PNA释放内部存储的NOx。

2.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，所述可变功率电加热器包括多个相互并联的加热元件，每个加热元件上设置有控制开关，所述控制开关与所述ECU相连，接收所述ECU的控制。

3.根据权利要求2所述的排气净化装置，其特征在于，所述加热元件为PTC加热元件。

4.一种排气净化控制方法，其特征在于，基于权利要求1-3任意一项所述的排气净化装置，所述排气净化控制方法包括：

判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

若是，则判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

若是，则控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则所述PNA释放内部存储的NOx。

5.根据权利要求4所述的排气净化控制方法，其特征在于，在所述PNA释放内部存储的NOx时，还包括：

控制所述可变功率电加热器关闭。

6.根据权利要求4所述的排气净化控制方法，其特征在于，所述控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热，具体包括：

判断所述废气的排气流量是否大于排气流量阈值；

若是，则控制所述可变功率电加热器以最大功率对进入所述PNA的废气进行加热；

若否，则根据所述PNA内部温度与所述预设目标温度之间的差值和排气流量计算所述可变功率电加热器的加热功率；

控制所述可变功率电加热器以所述加热功率对进入所述PNA的废气进行加热。

7.根据权利要求4所述的排气净化控制方法，其特征在于，在所述判断发动机是否处于冷启动或低温工况之前，还包括：

接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号。

8.根据权利要求7所述的排气净化控制方法，其特征在于，所述判断发动机是否处于冷启动或低温工况，具体包括：

判断所述第一温度检测信号的第一温度是否满足预设温度范围；

若是，则所述发动机处于冷启动或低温工况；

若否，则所述发动机不处于冷启动或低温工况，则所述发动机正常运行。

9.一种排气净化控制装置，其特征在于，用于实现权利要求4-8任意一项所述的排气净化控制方法，所述排气净化控制装置包括：

第一判断模块，用于判断发动机是否处于冷启动或低温工况；

第二判断模块，用于判断PNA内部温度是否小于预设目标温度，所述预设目标温度为所述PNA存储NOx的峰值温度；

控制模块，用于在PNA内部温度小于预设目标温度时，控制可变功率电加热器对进入所述PNA的废气进行加热；以及用于在PNA内部温度不小于预设目标温度时，控制所述PNA释放内部存储的NOx。

10.根据权利要求9所述的排气净化控制装置，其特征在于，还包括：

接收模块，用于接收第一温度传感器发送的第一温度检测信号，以及第二温度传感器发送的第二温度检测信号；

计算模块，用于根据所述第一温度检测信号和所述第二温度检测信号计算得到所述PNA内部温度。