CN110080917A - 一种降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法，控制系统包括发动机、ECU、整车控制器、电池、BMS、三元催化器、水泵、保温装置、加热装置、冷却水路阀、三元水路阀以及三个温度传感器，整车控制器通过温度传感器检测发动机冷却水温度、三元催化器温度和保温装置内冷却水温度，并根据各处温度值控制是否开启相应阀门使高温冷却水流入发动机冷却水路或三元催化器。通过本发明所述的控制系统及其控制方法，在车辆冷启动时，可利用保温装置中的高温冷却水快速提高发动机机体冷却水温度，与此同时缩短三元催化器达到起燃温度的时间，从而达到降低油耗和排放的目的，进一步满足油耗及排放法规。

Description

一种降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车发动机节能减排技术领域，具体涉及一种降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法。
背景技术
随着排放法规和油耗法规的日趋严格，节能减排已成为当今汽车发动机发展的首要目标。发动机点火成功到机内冷却水和机油从较低温度上升至正常温度的冷启动过程历时较长，直接影响发动机的油耗和排放。
发动机冷启动时，机体温度和冷却水温度均较低，油气混合不均匀，不能充分燃烧，进而导致油耗升高，且碳氢化合物(HC)与颗粒物排放量也随之增加。不充分的燃烧也导致了排气温度较低，三元催化器无法快速达到起燃温度，转换效率较差。
研究表明，冷启动阶段产生的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放占整个排放测试过程排放量的50％-80％，并且汽油机中颗粒物的排放也主要集中在冷启动阶段，所以在冷启动阶段快速提高冷却水温度，缩短三元催化器起燃时间可以有效的降低整车的油耗和排放。
为了提高冷却水温度，现有技术通常是利用排气能量，通过在排气歧管和水室之间布置热管，基于热管的热传导性对冷却水加热，或根据环境温度、压力等外界指标改善喷油策略等。
为了缩短三元催化器起燃时间，现有技术通常在冷启动阶段会采用增加循环喷油量、减小点火提前角等方式，但这种方式由于混合气加浓，将会增加HC、CO和颗粒物的排放量。此外，还可以利用蓄电池对三元催化器进行加热以达到缩短起燃时间的目的，但这种加热模式的耗电量较大，容易导致蓄电池馈电。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法，可快速提升发动机冷却水路内的冷却水温度并缩短三元催化器起燃时间，以达到同时降低整车油耗和排放的目的。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种降低整车油耗和排放的控制系统，所述控制系统包括发动机5、ECU4、第一温度传感器6、整车控制器18、电池1、BMS2、三元催化器16、第二温度传感器15、水泵7、保温装置8、加热装置9、第三温度传感器10、冷却水路阀11和三元水路阀13；
所述发动机5的发动机冷却水路A口、水泵7和保温装置8依次通过管路12连接后，管路12分为两路，其中一条支路连接冷却水路阀11后与发动机冷却水路B口相连，另一条支路连接三元水路阀13后依次与三元催化器16和发动机冷却水路C口相连；
所述电池1与加热装置9电连接，所述加热装置9安装在保温装置8上；
所述水泵7、冷却水路阀11和三元水路阀13分别与整车控制器18控制连接；
所述BMS2和ECU4分别通过CAN总线3与整车控制器18相连；
所述第一温度传感器6安装在发动机5内的发动机冷却水路回水口附近，用于实时检测发动机冷却水温度；
所述第二温度传感器15安装在三元催化器16内，用于实时检测三元催化器温度；
所述第三温度传感器10安装在保温装置8内部，用于实时检测保温装置中冷却水温度；
所述第一温度传感器6、第二温度传感器15以及第三温度传感器10分别与整车控制器18信号连接。
一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，当发动机5处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置8中冷却水温度T3≥80℃时，同时打开冷却水路阀11和三元水路阀13，使保温装置8中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器16，实现提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度。
一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，当发动机5处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置8中冷却水温度T3＜80℃时，若电池1的电池容量SOC≤50％，则进入行车充电模式对电池1进行充电，若电池容量SOC＞50％，通过加热装置9对保温装置8中的冷却水进行加热，待保温装置中冷却水温度T3≥80℃后，同时打开冷却水路阀11和三元水路阀13，使保温装置8中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器16，实现提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度。
一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，
当发动机5停机超过三分钟后，当保温装置中冷却水温度T3＜80℃时，开启冷却水路阀11和水泵7，发动机冷却水路内的高温冷却水流入保温装置8中，进行保温，为发动机5再次启动时提高发动机冷却水路内的温度或对三元催化器16进行加热做准备。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过本发明所述的降低整车油耗和排放的控制系统及其控制方法，在车辆冷启动时，可利用保温装置中的高温冷却水快速提高发动机机体冷却水温度，与此同时缩短三元催化器达到起燃温度的时间，从而达到降低油耗和排放的目的，进一步满足油耗及排放法规。
附图说明
图1为本发明所述降低整车油耗和排放的控制系统的结构示意图；
图2为本发明所述降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法的流程框图。
图中：
1-电池， 2-BMS， 3-CAN总线， 4-ECU，
5-发动机， 6-第一温度传感器， 7-水泵， 8-保温装置，
9-加热装置， 10-第三温度传感器， 11-冷却水路阀， 12-管路，
13-三元水路阀， 14-控制线， 15-第二温度传感器， 16-三元催化器，
17-排气管， 18-整车控制器， 19-信号线， 20-电线。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
如图1所示，本发明提供了一种降低整车油耗和排放的控制系统，包括：发动机5、ECU(电子控制单元)4、第一温度传感器6、整车控制器18、电池1、BMS(电池管理系统)2、三元催化器16、第二温度传感器15、排气管17以及冷却水外部循环系统，所述冷却水外部循环系统由水泵7、保温装置8、加热装置9、第三温度传感器10、冷却水路阀11、三元水路阀13和冷却水外部循环管路组成。
所述发动机冷却水路A口通过管路12(图中“管路”由“双实线”表示)与冷却水外部循环系统相连接，所述冷却水外部循环系统中，所述管路12的入口端连接发动机冷却水路A口后，水泵7和保温装置8依次布置连接在管路12上，管路12经由保温装置8分为两路，其中一条支路连接冷却水路阀11后，管路12的出口端与发动机冷却水路B口相连，另一条支路连接三元水路阀13后与三元催化器16相连，该支路经由三元催化器16后，管路12的出口端与发动机冷却水路C口相连，所述三元催化器16布置安装在与发动机5相连的排气管17上。
所述电池1通过电线20(图中“电线”由“单实线”表示)与加热装置9连接，所述加热装置9安装在保温装置8上，加热装置9通过电池1供电，进而对保温装置8内部储存的冷却水进行加热；
所述水泵7、冷却水路阀11和三元水路阀13分别通过控制线14(图中“控制线”由“单点划线”表示)与整车控制器18相连，通过整车控制器18控制水泵7、冷却水路阀11或三元水路阀13的动作；
所述BMS2和ECU4分别通过CAN总线3(图中“CAN总线”由“双虚线”表示)与整车控制器18相连，其中，BMS2将电池容量SOC信号发送给整车控制器18，ECU4将发动机启动信号发送给整车控制器18；
所述第一温度传感器6安装在发动机5内的发动机冷却水路回水口附近，用于实时检测发动机冷却水温度；所述第二温度传感器15安装在三元催化器16内，用于实时检测三元催化器温度；所述第三温度传感器10安装在保温装置8内部，用于实时检测保温装置中冷却水温度；所述第一温度传感器6、第二温度传感器15以及第三温度传感器10分别通过信号线19(图中“信号线”由“双点划线”表示)与整车控制器18相连，以实时向整车控制器18发送发动机冷却水温度、保温装置中冷却水温度以及三元催化器温度信号。
基于上述控制系统的结构组成及连接方式，本发明还提供了一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，如图2所示，所述控制方法具体步骤如下：
步骤1：ECU4将发动机5的启动信号发送给整车控制器18以判断发动机5是否启动，若发动机5已启动，则执行步骤2，否则执行步骤13；
步骤2：整车控制器18接收并读取第一温度传感器6检测到的发动机冷却水温度T1和第二温度传感器15检测到的三元催化器温度T2，并将发动机冷却水温度T1与预设的发动机冷却水阈值温度T1’进行对比，同时将三元催化器温度T2与预设的三元催化器阈值温度T2’进行对比，若T1>T1’且T2>T2’，则结束本控制过程，说明此时发动机机体冷却水温度和三元催化器温度足够高，无需启用本发明所述的控制过程，否则继续执行步骤3；
步骤3：整车控制器18接收并读取第三温度传感器10检测到的保温装置中冷却水温度T3，并与80℃对比，以作为是否需要电池1对加热装置9通电，进而对保温装置8进行加热的依据，若T3<80℃，则执行步骤4，否则执行步骤7；
步骤4：BMS2将电池1的电池容量SOC信号发送给整车控制器18，若SOC>50％，执行步骤5，否则执行步骤6；
步骤5：电池1放电驱动加热装置9开始工作，通过加热装置9对保温装置8中的冷却水进行加热，并返回执行步骤3；
步骤6：电池1的电量较低，此时切换为行车充电模式，返回执行步骤4；
步骤7：整车控制器18再次接收并读取第一温度传感器6检测到的发动机冷却水温度T1，若T1>T1’，执行步骤8，否则执行步骤10；
步骤8：整车控制器18再次接收并读取第二温度传感器15检测到的三元催化器温度T2，若T2<T2’，执行步骤9，否则结束控制过程；
步骤9：整车控制器18控制开启三元水路阀13，保温装置8内温度较高的冷却水通过管路12流入三元催化器16，进而对三元催化器16进行加热，然后转至执行步骤3；
步骤10：整车控制器18再次接收并读取第二温度传感器15检测到的三元催化器温度T2，若T2<T2’，执行步骤11，否则执行步骤12；
步骤11：整车控制器18控制开启冷却水路阀11和三元水路阀13，一方面保温装置8内温度较高的冷却水通过管路12流入发动机冷却水路B口，提高发动机冷却水路内的温度，另一方面保温装置8内温度较高的冷却水通过管路12流入三元催化器16，对三元催化器16进行加热，然后转至执行步骤3；
步骤12：整车控制器18控制开启冷却水路阀11和三元水路阀13，保温装置8内温度较高的冷却水通过管路12流入发动机冷却水路B口，进而提高发动机冷却水路内的温度，然后转至执行步骤3；
步骤13：整车控制器18检测发动机5停机是否超过三分钟，如果超过三分钟，执行步骤14，否则转到步骤1；
步骤14：整车控制器18接收并读取第三温度传感器10检测到的保温装置中冷却水温度T3，若T3<80℃，则执行步骤15，否则结束控制过程；
步骤15：整车控制器18控制开启冷却水路阀11和水泵7，发动机冷却水路内的高温冷却水从发动机冷却水路A口经管路12被水泵7泵入保温装置8中，进行保温，为发动机5再次启动时提高发动机冷却水路内的温度或对三元催化器16进行加热做准备，然后转至执行步骤14。
上述步骤中，预设的发动机冷却水阈值温度T1’和预设的三元催化器阈值温度T2’是通过试验台架标定得到。
根据上述降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法的具体步骤，所述控制过程共分为三种情况，分别总结如下：
情况一：
当发动机5处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置8中冷却水温度T3≥80℃，此时，同时打开冷却水路阀11和三元水路阀13，使保温装置8中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器16，提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度，达到降低冷启动油耗和排放的目的。
情况二：
当发动机5处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置8中冷却水温度T3＜80℃，此时，若电池1的电池容量SOC≤50％，则进入行车充电模式对电池1进行充电，若电池容量SOC＞50％，通过加热装置9对保温装置8中的冷却水进行加热，待保温装置中冷却水温度T3≥80℃后，同时打开冷却水路阀11和三元水路阀13，使保温装置8中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器16，提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度，达到降低冷启动油耗和排放的目的。
情况三：
当发动机5停机超过三分钟后，当保温装置中冷却水温度T3＜80℃时，开启冷却水路阀11和水泵7，发动机冷却水路内的高温冷却水流入保温装置8中，进行保温，为发动机5再次启动时提高发动机冷却水路内的温度或对三元催化器16进行加热做准备。

Claims (4)

1.一种降低整车油耗和排放的控制系统，其特征在于：
所述控制系统包括发动机(5)、ECU(4)、第一温度传感器(6)、整车控制器(18)、电池(1)、BMS(2)、三元催化器(16)、第二温度传感器(15)、水泵(7)、保温装置(8)、加热装置(9)、第三温度传感器(10)、冷却水路阀(11)和三元水路阀(13)；
所述发动机(5)的发动机冷却水路A口、水泵(7)和保温装置(8)依次通过管路(12)连接后，管路(12)分为两路，其中一条支路连接冷却水路阀(11)后与发动机冷却水路B口相连，另一条支路连接三元水路阀(13)后依次与三元催化器(16)和发动机冷却水路C口相连；
所述电池(1)与加热装置(9)电连接，所述加热装置(9)安装在保温装置(8)上；
所述水泵(7)、冷却水路阀(11)和三元水路阀(13)分别与整车控制器(18)控制连接；
所述BMS(2)和ECU(4)分别通过CAN总线(3)与整车控制器(18)相连；
所述第一温度传感器(6)安装在发动机(5)内的发动机冷却水路回水口附近，用于实时检测发动机冷却水温度；
所述第二温度传感器(15)安装在三元催化器(16)内，用于实时检测三元催化器温度；
所述第三温度传感器(10)安装在保温装置(8)内部，用于实时检测保温装置中冷却水温度；
所述第一温度传感器(6)、第二温度传感器(15)以及第三温度传感器(10)分别与整车控制器(18)信号连接。
2.如权利要求1所述一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，其特征在于：
当发动机(5)处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置(8)中冷却水温度T3≥80℃时，同时打开冷却水路阀(11)和三元水路阀(13)，使保温装置(8)中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器(16)，实现提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度。
3.如权利要求1所述一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，其特征在于：
当发动机(5)处于启动阶段，发动机冷却水温度T1＜发动机冷却水阈值温度T1’，且三元催化器温度T2＜三元催化器阈值温度T2’，且保温装置(8)中冷却水温度T3＜80℃时，若电池(1)的电池容量SOC≤50％，则进入行车充电模式对电池(1)进行充电，若电池容量SOC＞50％，通过加热装置(9)对保温装置(8)中的冷却水进行加热，待保温装置中冷却水温度T3≥80℃后，同时打开冷却水路阀(11)和三元水路阀(13)，使保温装置(8)中的冷却水流入发动机冷却水路和三元催化器(16)，实现提高发动机机体冷却水温度和三元催化器温度。
4.如权利要求1所述一种降低整车油耗和排放的控制系统的控制方法，其特征在于：
当发动机(5)停机超过三分钟后，当保温装置中冷却水温度T3＜80℃时，开启冷却水路阀(11)和水泵(7)，发动机冷却水路内的高温冷却水流入保温装置(8)中，进行保温，为发动机(5)再次启动时提高发动机冷却水路内的温度或对三元催化器(16)进行加热做准备。
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