CN110425025B - 一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，包括下面的步骤：步骤一，通过车辆环境空气温度传感器采集、或根据进气温度传感器读数计算，并从ECU读取环境温度H；步骤二，通过ECU读取停车下电前nvm内最后一次存储的后处理器管道壁温T₀；步骤三，在步骤一得到H、步骤二得到T₀的基础上根据下面式2计算得出安装管壁初始温度T(t)：T(t)＝H+(T₀‑H)·e^‑kt式2，式中t为停车时长；k为时间常数，单位为s^‑1；e为自然对数。实现准确评估后处理器NOx传感器(1)及压差传感器(2)的安装管壁初始温度，从而可用于提升对NOx传感器(1)及压差传感器(2)露点温度估算的准确性。

Description

一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始 温度确定方法

技术领域

本发明涉及一种温度确定方法，更具体的说涉及一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，属于发动机尾气净化处理技术领域。

背景技术

目前，为满足国六对低温区域排放的严格要求，后处理器通常安装前后NOx传感器及压差传感器，分别用于实时测量车辆排出废气的NOx含量及测量DPF压降(用于估算DPF碳载量)；NOx传感器要正常工作，需开启加热功能，使传感器保持在一定的温度。当后处理管道内壁温度过低时，排气中的水蒸气可能会凝结在管道内壁上形成露水，露水若流到正在加热的NOx传感器上，存在导致NOx传感器开裂等失效风险；露水若流到压差传感器的探头，可能形成一小段液柱，造成压差传感器测量数据的异常，此时压差传感器数据不可用。因此，需要对传感器安装的后处理管道壁温进行准确预估，当露点通过时，才允许NOx传感器打开加热功能；露点通过后，压差传感器读数才可被用于DPF碳载量估算。

中国发明专利申请《一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法》(专利号：201811546862.9)提出了一种准确测量NOx传感器露点温度的设备及其测量方法。该发明专利申请通过将热电偶安装于后处理管路壁面实时测量其准确露点温度，并通过试验测量找出该温度值与累计排气量及排气温度的关系，从而实现了可直接根据排气累积能量和排气温度即可确认NOx露点温度的目的，且无需加装专用传感器，避免了成本上升。但是，该发明专利申请中露点温度估算方法整体较为粗放，并未考虑到传感器安装管壁的初始温度，例如：当车辆正常行驶一段时间、并较短时间停车后，直接热机再启动，此时由于整个排气后处理系统还处于较热的状态并未完全冷却，再次启动发动机后传感器安装管壁温度很快就会达到露点温度甚至一启动直接就处于露点温度之上，可以更早就开始NOx传感器加热功能以获取该传感器读数，但是采用该发明专利申请技术方案将导致NOx传感器露点通过的时间与正常冷机启动相当或略有提前，而在无NOx传感器读数的这一段时间内将对SCR喷射尿素处理NOx尾气产生不良影响。又比如：当环境温度极低如零下20度、且车辆停放较久时，在完全冷却的状态下启动车辆，由于此时的传感器安装管壁初始温度极低，若采用该发明专利申请技术方案，则会出现计算结果已经达到露点温度开始NOx加热功能、但实际管壁温度并未达到露点温度的情况，此使管路内壁依旧可能出现冷凝水，并存在流到NOx传感器导致开裂等失效风险。

发明内容

本发明的目的在于针对存在的上述技术问题，提供一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，包括下面的步骤：

步骤一，通过车辆环境空气温度传感器采集、或根据进气温度传感器读数计算，并从ECU读取环境温度H；

步骤二，通过ECU读取停车下电前nvm内最后一次存储的后处理器管道壁温T₀；

步骤三，在步骤一得到H、步骤二得到T₀的基础上根据下面式2计算得出安装管壁初始温度T(t)：

T(t)＝H+(T₀-H)·e^-kt式2

式中t为停车时长；k为时间常数，单位为s^-1；e为自然对数。

所述的时间常数k标定方法如下：

S1，取一后处理器试验样品放置于发动机台架试验室内，将其连接于试验发动机后端，启动发动机，待发动机运行至后处理器NOx传感器及压差传感器安装管路处足够热时，关闭发动机，同时试验室关闭风机、保留空调，模拟后处理自然冷却过程，并测量后处理器NOx传感器及压差传感器安装管路的壁温，同时开始计时，每隔一段时间测量一次温度并记录时间，直到测量值达到一定冷却程度时停止计时，从而得到一系列试验数据(T₀ t₀)、(T₁ t₁)……(T_n t_n)；

S2，每次任取两组数据代入式2中，可求得一个时间常数k_n，重复该过程，将所有得到的k_n求平均值得到k_mean，最后对k_mean值按公式k＝k_mean*K_H进行环境温度修正，即可得到最终的时间常数值，K_H为修正系数，K_H的初始值为1，环境温度H值每增大10度K_H增大2.5％～3％。

所述S1中试验室温度控制在25度。

所述S1中当后处理器的尾端NOx传感器安装处管路壁温达到200度时认定安装管路处足够热，关闭发动机。

所述S1中直到后处理器的前端NOx传感器安装处管路壁温测量值降至80度时停止计时。

所述S1中n的值在5～8之间。

在管路为钢质圆管时，当后处理器与已标定用后处理器不同时，根据现后处理器与已标定用后处理器两个管路的当量直径、壁厚及外/内表面积之比对k_mean进行修正：管路当量直径与k_mean成反比，壁厚与k_mean成反比，外/内表面积之比与k_mean成正比。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现准确评估后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度，从而可用于提升对NOx传感器及压差传感器露点温度估算的准确性。

2、本发明中时间常数k标定方法简单、成本低、周期短，满足了实际工程需求。

附图说明

图1是本发明中后处理器NOx传感器及压差传感器安装位置示意图。

图2是本发明中后处理器NOx传感器及压差传感器安装管路自然冷却试验温度变化示意图。

图3是本发明流程图。

图中：NOx传感器1，压差传感器2。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图3，一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，参见图1，通常后处理器安装前后NOx传感器1及压差传感器2，本方法具体包括下面的步骤：

步骤一，通过车辆环境空气温度传感器采集、或根据进气温度传感器读数及其它条件计算得到，并从ECU读取环境温度H。

步骤二，通过ECU读取停车下电前nvm内最后一次存储的后处理器管道壁温T₀；在行车过程中ECU会实时计算后处理器管道壁温并存储在nvm内，当遇见停车后再次启动的情况，可通过ECU可读取停车前最后一次存储在nvm内的管道壁温T₀。

上面步骤一、步骤二中的ECU为车辆上的电子控制单元，其可以是发动机控制单元EECU、也可以是单独的后处理控制单元DCU等。步骤二中的nvm为安装于ECU内的非易失性存储单元，其特性为其内存储的数据在下电后不会丢失。

步骤三，将整个后处理器看作一个整体，停车后后处理器的冷却过程可看作自然对流冷却，根据自然对流冷却原理，在一定温度范围内，对于自然对流冷却的物体，其冷却速度T'与其当前温度与环境温度之间的温差成正比，如下面的式1：

T’＝-k(T-H) 式1

式中T表示物体当前的温度，其为与时间t相关的函数；T的导数表示物体温度变化的速率；式1等号右边的负号表示降温过程。

在步骤一得到H、步骤二得到T₀的基础上，对式1进行积分及变形求解得到下面的式2，根据下面式2计算得出安装管壁初始温度T(t)：

T(t)＝H+(T₀-H)·e^-kt 式2

式中t为停车时长，即停车后并再次启动所经历的时间，可从ECU内读取该值；e为自然对数；k为时间常数，单位为s^-1。因此，知道时间常数k后，可根据式2计算出后处理器NOx传感器1及压差传感器2安装管壁初始温度。

时间常数k通常可通过复杂的热力学理论离线计算出来，但运算量大，影响因素众多，容易与实际情况产生偏离，偏离后修正过程复杂，可能需要一些专门的热力学试验辅助方可完成，成本高，周期长。为解决此问题，本发明中提出了一种可用于工程运用的时间常数k的简单试验标定方法，具体如下：

S1，取一后处理器试验样品放置于发动机台架试验室内，将其连接于试验发动机后端，启动发动机，待发动机运行至后处理器NOx传感器1及压差传感器2安装管路处足够热时，关闭发动机，同时试验室关闭风机、保留空调，模拟后处理自然冷却过程，并测量后处理器NOx传感器1及压差传感器2安装管路的壁温，同时开始计时，每隔一段时间测量一次温度并记录时间，直到测量值达到一定冷却程度，从而得到一系列试验数据(T₀ t₀)、(T₁t₁)……(T_n t_n)；

S2，每次任取两组数据代入式2中，可求得一个时间常数k_n，重复该过程，将所有得到的k_n求平均值得到k_mean，最后对k_mean值按公式k＝k_mean*K_H进行环境温度修正，即可得到最终的时间常数值，修正系数为K_H，K_H的初始值为1，环境温度H值每增大10度K_H增大2.5％～3％。

具体的，所述S1中试验室温度控制在25度。

具体的，所述S1中当后处理器的尾端NOx传感器1安装处管路壁温达到200度时认定安装管路处足够热，关闭发动机。

具体的，所述S1中直到后处理器的前端NOx传感器1安装处管路壁温测量值降至80度时停止计时。

具体的，所述S1中n的值在5～8之间。

具体的，在管路为钢质圆管时，当后处理器与已标定用后处理器不同时，根据现后处理器与已标定用后处理器两个管路的当量直径、壁厚及外/内表面积之比对k_mean进行修正即可使用：管路当量直径与k_mean成反比，壁厚与k_mean成反比，外/内表面积之比与k_mean成正比。

参见图1至图3，本方法能够准确评估管壁初始温度，可用于进一步提高NOx传感器1和DPF压差传感器2露点温度计算精度。

具体实施例一：

参见图1至图3，一种车辆后处理器NOx传感器1及压差传感器2的安装管壁初始温度确定方法，对图1所示的NOx传感器1及压差传感器2安装管道分别建立初始壁温计算模型，分别计算各传感器安装管路的时间常数，具体包括下面的过程：

首先，通过车辆环境空气温度传感器采集、或根据进气温度传感器读数及其它条件计算得到，并从ECU读取环境温度H。

其次，通过ECU读取停车下电前nvm内最后一次存储的后处理器管道壁温T₀。

然后，根据下面式2计算得出安装管壁初始温度T(t)：

T(t)＝H+(T₀-H)·e^-kt 式2

式中t为停车时长，通过ECU可根据发动机状态及计时器模块得到；k为时间常数，单位为s^-1；e为自然对数。

其中，时间常数k由下述方法进行试验标定：

首先，取一后处理器试验样品放置于发动机台架试验室内，试验室温度控制在25度，将其连接于试验发动机后端，启动发动机，待发动机运行至后处理器的尾端NOx传感器1安装处管路壁温达到200度时，关闭发动机，同时试验室关闭风机、保留空调，维持试验室温度在25度附近，模拟后处理自然冷却过程。并测量后处理器NOx传感器1及压差传感器2安装管路的壁温，由图1可知共需测量4处管路的壁温；管路壁温测量可采用在传感器附近管路打孔安装热电偶的方式测量，亦可采用红外测温仪的方式测量等。同时开始计时，每隔一段时间测量一次温度并记录时间，直到后处理器的前端NOx传感器1安装处管路壁温测量值降至80度左右时停止计时，因为这个温度降低的范围是我们最关注的停机一段时间后又重新热启动所对应的温度范围，有利于提高时间常数的标定准确性；从而得到一系列试验数据(T₀ t₀)、(T₁t₁)……(T_n t_n)，共n+1组数，建议n的值在5～8之间即可，数据太少不利于数据准确性、数据太多则增加处理数据工作量。

其次，每次任取两组数据代入T(t)＝H+(T₀-H)·e^-kt中，结合图2所示，比如取(T₁t₁)、(T₂ t₂)两点，可得到

从而可计算得到一个时间常数k_n的值。重复该过程，n+1组数据共可计算得到(1+n)*n/2个k_n的值，将所有得到的k_n求平均值得到k_mean。由于车辆实际运行的环境温度H不一定等于以上的标定试验温度25度，需要根据H对k_mean进行修正，通常时间常数k与环境温度正相关，设修正系数为K_H，则最后对k_mean值按公式k＝k_mean*K_H进行环境温度修正，即可得到最终的时间常数值；K_H的初始值为1，环境温度H值每增大10度K_H增大2.5％～3％。

在实际应用中，在管路为钢质圆管时，在不涉及材料和形式的巨大改变时，当后处理器与已标定用后处理器不同时(发生产品设计变更)，无需重复进行该试验标定过程，仅需根据现后处理器与已标定用后处理器两个管路的当量直径、壁厚及外/内表面积之比对k_mean进行修正即可使用：管路当量直径与k_mean成反比，壁厚与k_mean成反比，外/内表面积之比与k_mean成正比。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，其特征在于，包括下面的步骤：

步骤一，通过车辆环境空气温度传感器采集、或根据进气温度传感器读数计算，并从ECU读取环境温度H；

步骤二，通过ECU读取停车下电前nvm内最后一次存储的后处理器管道壁温T₀；

步骤三，在步骤一得到H、步骤二得到T₀的基础上根据下面式2计算得出安装管壁初始温度T(t)：

T(t)＝H+(T₀-H)·e^-kt 式2

式中t为停车时长；k为时间常数，单位为s^-1；e为自然对数；

所述的时间常数k标定方法如下：S1，取一后处理器试验样品放置于发动机台架试验室内，试验室温度控制在25度，将其连接于试验发动机后端，启动发动机，待发动机运行至后处理器NOx传感器(1)及压差传感器(2)安装管路处足够热时，当后处理器的尾端NOx传感器安装处管路壁温达到200度时认定安装管路处足够热，关闭发动机，同时试验室关闭风机、保留空调，模拟后处理自然冷却过程，并测量后处理器NOx传感器(1)及压差传感器(2)安装管路的壁温，同时开始计时，每隔一段时间测量一次温度并记录时间，直到测量值达到一定冷却程度时停止计时，具体为直到后处理器的前端NOx传感器(1)安装处管路壁温测量值降至80度时停止计时；从而得到一系列试验数据(T₀t₀)、(T₁t₁)……(T_nt_n)，n的值在5～8之间；S2，每次任取两组数据代入式2中，可求得一个时间常数k_n，重复该过程，将所有得到的k_n求平均值得到k_mean，最后对k_mean值按公式k＝k_mean*K_H进行环境温度修正，即可得到最终的时间常数值，K_H为修正系数，K_H的初始值为1，环境温度H值每增大10度K_H增大2.5％～3％。

2.根据权利要求1所述的一种车辆后处理器NOx传感器及压差传感器的安装管壁初始温度确定方法，其特征在于，在管路为钢质圆管时，当后处理器与已标定用后处理器不同时，根据现后处理器与已标定用后处理器两个管路的当量直径、壁厚及外/内表面积之比对k_mean进行修正：

管路当量直径与k_mean成反比，壁厚与k_mean成反比，外/内表面积之比与k_mean成正比。

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