CN110206624A - 一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力车辆排放后处理系统的加热和温度控制装置，包括温度传感器、排放后处理系统、温度传感器、电磁阀、排气管、监测及控制模块、加热循环管路、电加热器、耐高温循环气泵、泄压管路、泄压阀、发动机、动力电池、整车控制器和压力传感器。本发明可使发动机在起动之前将排放后处理系统加热至工作温度，保证发动机有害排放物得到高效率转化，保护环境；温度控制装置中加热循环管路的设置可大大提高回路气体的加热效率，同时采用了排放后处理系统的热力学模型和监测及控制模块中的PID控制策略，可根据排放后处理系统实际温度的改变调整温度控制装置对其加热的功率；温度控制装置带有泄压管路，降低了发生危险的可能性。

Description

一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置及方法

技术领域

本发明创造属于车辆排放后处理系统技术领域，尤其是涉及一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置及方法。

背景技术

在全球石油能源紧张、环境急剧恶化等诸多因素下，燃油-电能作为动力的油电混动车辆将成为未来一种重要的机动车能源动力型式。

相对比传统的瞬态工况占发动机工况绝大比例的传统汽车来说，混动车辆优势在于可以将发动机运行于高效和低排放的工况区间。但由于混动车辆的整车控制策略中会存在发动机冷启动和频繁起/停的工况，这使得有些需要靠发动计排气热量升温和保持温度的排放后处理系统温度过低，不能有效工作导致有害排放物直接排出，如现在广泛使用的汽油机三元催化器，柴油机SCR催化器，都有最佳工作温度要求，因此如何控制和保持混合动力车辆排放后处理系统的工作温度是亟待解决的一个主要问题。目前，传统燃油汽车通过推迟怠速点火提前角、增加后喷等方式以提高排气温度加速冷启动时的后处理器快速升温，或者通过紧凑型排气管缩短后处理系统与发动机排气出口的距离来充分利用排气热量快速升温，或者通过电加热催化器的方式使后处理器升温。但如何应对混合动力车辆由于发动机启停工况的存在造成的后处理器温度大幅波动以及如何采用尽可能小的能量消耗来保持排放后处理系统温度等问题仍然值得我们进一步考虑。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置，可以根据排放后处理系统的最佳工作温度要求预热或保持其温度，从而有效减少在发动机冷起动工况和混动车辆发动机频繁起/停工况造成的污染物排放。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置，包括设置在发动机的排气管上的排放后处理系统，排放后处理系统的入口处设有第一温度传感器，用于测量入口温度，排放后处理系统的出口处设有第二温度传感器，用于测量出口温度，排放后处理系统的下游的排气管内设有压力传感器，排放后处理系统的下游的排气管上设有第一电磁阀，排放后处理系统的两端设有加热循环管路，与排放后处理装置并联，加热循环管路内部设有电加热器和耐高温循环泵，且电加热器布置在耐高温循环气泵的出口附近，加热循环管路在靠近发动机的一侧上设有第二电磁阀；排放后处理系统的下游还设有泄压管路，泄压管路进出口开设在第一电磁阀的两端，在进口端一侧设有泄压阀；还包括监测及控制模块，第一温度传感器、第二温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、压力传感器、电加热器、耐高温循环气泵传输线均与监测及控制模块相连。

进一步的，发动机的一端还连接动力电池，动力电池的信号传输线与监测及控制模块相连。

进一步的，所述监测及控制模块还与整车控制器通过CAN通信完成信号交互，整车控制器连接发动机。

本发明的另一目的在于提出一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制方法，具体方案是这样实现的：

一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置的控制方法，具体控制过程如下：

(1)整车控制器判断发动机是否处于停机状态，若发动机处于工作状态，排放后处理系统的加热方式是尾气加热；

(2)发动机处于停机状态，监测及控制模块监测动力电池电量，若低于预设值，则起动发动机对动力电池进行充电，此时则需要通过排气对排放后处理系统进行加热；

(3)若动力电池电量不低于预设值，监测及控制模块则需要通过第一温度传感器和第二温度传感器监测排放后处理系统的入口温度T1和出口温度T2，并通过公式(T1+T2)/2计算得到排放后处理系统的实际平均温度，并将其与排放后处理系统正常工作温度对比，若未达到工作温度，则需要启动温度控制装置对排放后处理系统进行加热，直至加热至工作温度；

(4)当排放后处理系统达到工作温度后，若发动机起动，加热过程停止，后处理系统温度由发动机尾气加热保持，在此过程中，监测及控制模块通过压力传感器监测排气管的压力信号判断是否存在故障；

(5)若发动机依旧未启动，则需要判断发动机停机时间t，设定判断时间t1，t2，t2>t1，若发动机停机超过时间t2仍未起动，终止电加热；

(6)若发动机停机超过时间t1，但未超过t2，则可通过监测控制模块使电加热功率减小、耐高温循环泵流量降低，从而使排放后处理系统的实际平均温度降低至设置的维持温度，此温度范围可依据排放后处理系统热力学仿真模型设置，同时该温度范围可通过监测及控制模块的PID控制在短时间内将排放后处理系统加热至工作温度；

(7)若未超过时间t1，仍按温度维持的方法继续电加热保持后处理系统的温度。

进一步的，监测及控制模块发出加热控制指令后，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，加热循环管路、排气管和排放后处理系统三者构成一密闭回路，随后耐高温循环气泵开始工作，电加热器通电准备加热，监测及控制模块计算此时排放后处理系统的工作温度与实际平均温度差值，判断差值是否超过设定临界值，

若超过，监测及控制模块通过PID控制令电加热器以较大功率、耐高温循环泵以较大流量对排放后处理系统进行快速加热；

若温度差值小于临界值，监测及控制模块通过PID控制在保证加热时间的条件下，令电加热器和耐高温循环泵工作在最佳状态下使排放后处理系统升温；

加热时，判断在规定时间内是否将排放后处理系统加热至工作温度，若在规定时间内排放后处理系统未达到预期工作温度，则说明温度控制装置发生故障，需要向整车诊断系统(OBD)报送诊断信息。

进一步的，发动机起动后，在运行过程中压力传感器监测排气管内压力状态，将此信号传输给监测及控制模块，整车控制器的诊断系统(OBD)与监测及控制模块进行交互，实时判断实际压力值是否超过设定限值，根据限值设定，可以判断加热循环系统是否存在机械故障，若达到危险限值，需根据压力检测值的情况判定是否需要立刻停机检修还是开启跛行模式。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置及方法具有以下优势：

(1)本发明可使发动机在起动之前将排放后处理系统加热至工作温度，保证发动机有害排放物得到高效率转化，保护环境；

(2)本发明的温度控制装置中加热循环管路的设置可大大提高回路气体的加热效率，同时采用了排放后处理系统的热力学模型和监测及控制模块中的PID控制策略，可根据排放后处理系统实际温度的改变调整温度控制装置对其加热的功率，既有效减少了温度控制装置消耗的电能，又大大缩短了加热排放后处理系统的时间；

(3)温度控制装置带有泄压管路，在排气管末端并联设有泄压阀与压力传感器的回路，避免电磁阀故障导致排气管处于压力过高容易发生危险的情况，当排气管中尾气过多造成压力过高时可通过此回路泄压，降低了发生危险的可能性。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明的装置的结构示意简图；

图2为本发明所述的温度控制装置的工作主流程图；

图3为本发明装置的的泄压管路在发动机起动后的工作流程图。

附图标记说明：

1-泄压管路；2-泄压阀；3-第二温度传感器；4-排放后处理系统；5-第一温度传感器；6-第二电磁阀；7-排气管；8-发动机；9-动力电池；10-整车控制器；11-监测及控制模块；12-加热循环管路；13-电加热器；14-耐高温循环气泵；15-压力传感器；16-第一电磁阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

本发明提供的混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置在排气管7上设有排放后处理系统4、第二温度传感器3、第一温度传感器5、压力传感器15和第一电磁阀16。其中，本发明专利所述的发动机8不特指汽油机或柴油机中某一类，即泛指供给燃油的发动机；排放后处理系统4不特指三元催化转化器或其他催化器中的某一类，可泛指任何对工作温度有要求的后处理系统。以上提及的传感器与电磁阀的信号传输线均与监测及控制模块11相连，监测及控制模块11与整车控制器10同样通过CAN通信完成信号交互。在排气管7上设有两个管路，即泄压管路1和加热循环管路12。加热循环管路12的进出口开设在排放后处理系统4的两端，与排放后处理装置并联，加热循环管路12内部设有电加热器13和耐高温循环泵14，且电加热器13布置在耐高温循环气泵14的出口附近，加热循环管路12在靠近发动机8的一侧上设有第二电磁阀6。其中，第二电磁阀6、电加热器13和耐高温循环泵14均与监测及控制模块11相连。泄压管路1布置在排放后处理系统4的下游，泄压管路进出口开设在第一电磁阀16的两端，在进口端一侧设有泄压阀2。

监测及控制模块11实现电池剩余电量监控、发动机停机计时监控、后处理系统管路温度和压力监控及相关驱动电磁阀的控制。

监测及控制模块11依据排放后处理系统4热力学仿真模型对动力电池9的剩余电量标定一个预设值，当监测剩余电量大于该预设值时，可以启动温度控制装置将排放后处理系统4加热至工作温度，但低于此预设值，将不进行后处理系统的电加热过程，直接由发动机8起动来加热排放后处理系统4；

本发明提供的排放后处理系统4可通过热力学仿真模型计算预估其升温所需热量，结合本发明温度控制装置中的电加热器13和耐高温循环泵14的加热效率，可以预估出从排放后处理系统4不同温度条件下加热至工作温度的耗电量和不同加热功率的加热时间。

本发明提供的监测及控制模块11经第一温度传感器5、第二温度传感器3监测的温度T1、T2，将当前排放后处理系统4的实际温度平均值(T1+T2)/2与后处理器的工作温度进行对比，当温度差值△T较大，超过预先设定临界值T_limit时，监测及控制模块11采用PID控制方法令电加热器13以较大功率、耐高温循环泵14以较大流量对排放后处理系统4进行快速加热，在短时间内达到排放后处理系统4的工作温度；若差值小于预先设定临界值，监测及控制模块11通过PID控制在保证加热时间的条件下，令电加热器13和耐高温循环泵14工作在最佳状态下使排放后处理系统4升温，以节约电能。

发动机8在运行工况时，若出现排气管7压力升高情况时，需判断压力值是否超过限值F1与限值F2。限值F1是泄压阀2与第一电磁阀16正常开启时排气管压力，限值F2高于限值F1一定范围，依据发动机正常工作范围设定；若此时排气管7压力介于限值F2与限值F1之间，则说明第一电磁阀16和泄压阀2均出现故障，不能完全地实现泄压作用，但此时未到达限值F2说明排气通路仍然可以起到一定泄压作用，此时需根据实际路况判断发动机8是否停机。若压力传感器15测得压力大于限值F2，必须立刻检查故障程度，判断是否需要停机检修。

发动机8在停机过程中，监测及控制模块11与整车控制器10完成交互监测发动机8停机时间，并对监测及控制模块11设定时间t1与时间t2的数值，且时间t2的数值大于时间t1的数值，发动机8停机时间超过时间t1可降低温度控制装置的加热功率，以节约电能，发动机8停机时间超过时间t2可停止加热。

下面参照图2对本发明提供的混合动力车辆排放后处理系统4的温度控制装置的主要工作流程进行描述。

所述的整车控制器10判断发动机8是否处于停机状态，若发动机8处于工作状态，排放后处理系统4的加热方式则是尾气加热，此过程并非本专利重点，不再赘述。若发动机8处于停机状态，监测及控制模块11监测动力电池9电量，若低于预设值，则需要立即起动发动机8对动力电池进行充电，此时则需要通过排气对排放后处理系统4进行加热。若动力电池9电量不低于预设值，监测及控制模块11则需要通过第一温度传感器5和第二温度传感器3监测排放后处理系统4的入口温度和出口温度，并通过公式(T1+T2)/2计算得到排放后处理系统4的实际平均温度，并将其与排放后处理系统4正常工作温度对比，若未达到工作温度，则需要根据工况需求启动温度控制装置对排放后处理系统4进行加热，其加热过程在下文中详细说明。

发动机8起动工作时，监测及控制模块11通过压力传感器15监测排气管7的压力信号判断是否存在故障。若发动机8停机阶段时，则需要监测及控制模块11判断发动机8是否停机超过时间T1，若未超过时间T1，则需要重新判断此时排放后处理系统4实际平均温度是否达到工作温度，重复以上判断流程，不再赘述；若发动机8停机超过时间T1，则可通过监测控制模块11使控制电加热器13加热功率减小、耐高温循环泵14流量降低，从而使排放后处理系统4的实际平均温度降低至某一范围，此温度范围可依据排放后处理系统4热力学仿真模型设置，同时该温度范围可通过监测及控制模块11的PID控制在短时间内将排放后处理系统4加热至工作温度。若发动机停机8停机超过时间T2仍未起动，则令温度控制装置断电。

所述的监测及控制模块11发出加热控制指令后，第二电磁阀6开启，第一电磁阀16关闭，使加热循环管路12、排气管7和排放后处理系统4三者构成一密闭回路，随后耐高温循环气泵14开始工作，电加热器13通电加热。此时由监测及控制模块11计算此时排放后处理系统4的工作温度与实际平均温度差值，监测及控制模块11判断差值是否超过某一临界值，若超过，监测及控制模块11通过PID控制令电加热器13以较大功率、耐高温循环泵14以较大流量对排放后处理系统4进行快速加热，加热至使温度差值小于临界值；若温度差值小于临界值，监测及控制模块11通过PID控制在保证加热时间的条件下，令电加热器13和耐高温循环泵14工作在最佳状态下使排放后处理系统4升温。加温过程中需判断在规定时间内温度控制装置是否将排放后处理系统4加热至工作温度，若在预期时间内排放后处理系统4未达到起燃温度，则说明温度控制装置发生故障，需要向整车控制器的车载诊断系统(OBD)提供诊断信息。

下面参照图3对泄压管路1在发动机8起动后的工作流程进行描述。

发动机8起动运行过程中，通过压力传感器15监测排气管7内压力状态实时判断实际压力值是否超过限值F2，若超过限值F2，则紧急故障报警，并确定是否立刻停机检修或开启跛行模式。若未超过限值F2，继续判断实际压力值是否超过限值F1，若超过限值F1，则故障报警的同时，根据实际路况确定车辆是否执行跛行模式，若执行跛行模式混合动力车辆可以慢速行驶至维修厂。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置，其特征在于：包括设置在发动机的排气管上的排放后处理系统，排放后处理系统的入口处设有第一温度传感器，用于测量入口温度，排放后处理系统的出口处设有第二温度传感器，用于测量出口温度，排放后处理系统的下游的排气管内设有压力传感器，排放后处理系统的下游的排气管上设有第一电磁阀，排放后处理系统的两端设有加热循环管路，与排放后处理装置并联，加热循环管路内部设有电加热器和耐高温循环泵，且电加热器布置在耐高温循环气泵的出口附近，加热循环管路在靠近发动机的一侧上设有第二电磁阀；排放后处理系统的下游还设有泄压管路，泄压管路进出口开设在第一电磁阀的两端，在进口端一侧设有泄压阀；还包括监测及控制模块，第一温度传感器、第二温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、压力传感器、电加热器、耐高温循环气泵传输线均与监测及控制模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置，其特征在于：发动机的一端还连接动力电池，动力电池的信号传输线与监测及控制模块相连。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置，其特征在于：所述监测及控制模块还与整车控制器通过CAN通信完成信号交互，整车控制器连接发动机。

4.根据上述权利要求1-3所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制装置的控制方法，其特征在于：具体控制过程如下：

(1)整车控制器判断发动机是否处于停机状态，若发动机处于工作状态，排放后处理系统的加热方式是尾气加热；

(2)发动机处于停机状态，监测及控制模块监测动力电池电量，若低于预设值，则起动发动机对动力电池进行充电，此时则需要通过排气对排放后处理系统进行加热；

(3)若动力电池电量不低于预设值，监测及控制模块则需要通过第一温度传感器和第二温度传感器监测排放后处理系统的入口温度T1和出口温度T2，并通过公式(T1+T2)/2计算得到排放后处理系统的实际平均温度，并将其与排放后处理系统正常工作温度对比，若未达到工作温度，则需要启动温度控制装置对排放后处理系统进行加热，直至加热至工作温度；

(4)当排放后处理系统达到工作温度后，若发动机起动，加热过程停止，后处理系统温度由发动机尾气加热保持，在此过程中，监测及控制模块通过压力传感器监测排气管的压力信号判断是否存在故障；

(5)若发动机依旧未启动，则需要判断发动机停机时间t，设定判断时间t1，t2，t2>t1，若发动机停机超过时间t2仍未起动，终止电加热；

(6)若发动机停机超过时间t1，但未超过t2，则可通过监测控制模块使电加热功率减小、耐高温循环泵流量降低，从而使排放后处理系统的实际平均温度降低至设置的维持温度，此温度范围可依据排放后处理系统热力学仿真模型设置，同时该温度范围可通过监测及控制模块的PID控制在短时间内将排放后处理系统加热至工作温度；

(7)若未超过时间t1，仍按温度维持的方法继续电加热保持后处理系统的温度。

5.根据权利要求4所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制方法，其特征在于：监测及控制模块发出加热控制指令后，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，加热循环管路、排气管和排放后处理系统三者构成一密闭回路，随后耐高温循环气泵开始工作，电加热器通电准备加热，监测及控制模块计算此时排放后处理系统的工作温度与实际平均温度差值，判断差值是否超过设定临界值，

若超过，监测及控制模块通过PID控制令电加热器以较大功率、耐高温循环泵以较大流量对排放后处理系统进行快速加热；

若温度差值小于临界值，监测及控制模块通过PID控制在保证加热时间的条件下，令电加热器和耐高温循环泵工作在最佳状态下使排放后处理系统升温；

加热时，判断在规定时间内是否将排放后处理系统加热至工作温度，若在规定时间内排放后处理系统未达到预期工作温度，则说明温度控制装置发生故障，需要向整车诊断系统(OBD)报送诊断信息。

6.根据权利要求4所述的一种混合动力车辆排放后处理系统的温度控制方法，其特征在于：发动机起动后，在运行过程中压力传感器监测排气管内压力状态，将此信号传输给监测及控制模块，整车控制器的诊断系统(OBD)与监测及控制模块进行交互，实时判断实际压力值是否超过设定限值，根据限值设定，可以判断加热循环系统是否存在机械故障，若达到危险限值，需根据压力检测值的情况判定是否需要立刻停机检修还是开启跛行模式。