CN111350597B - 一种汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆，控制方法包括以下步骤：将预设海拔范围划分为多个海拔区间，在当前DPF实际温度不满足再生要求时，根据与发动机所处的当前环境海拔对应的海拔区间的参考下限喷油正时和参考上限喷油正时，来确定与当前环境海拔对应的目标喷油正时，并根据目标喷油正时控制喷油正时系统工作。本申请提供的技术方案运用喷油正时的闭环控制，保证DPF载体温度在一定的范围内，保障DPF在不同的使用环境下均能够再生，使得车辆能够满足排放要求。

Description

一种汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆
技术领域
本发明涉及后处理集成技术领域，更具体地说，涉及一种汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆。
背景技术
DPF在工作过程中，当DPF中收集的碳烟颗粒物到达一定的限制时需要进行高温再生，如果不再生，后处理的背压会增加，导致发动机的排气背压增加，从而损坏发动机。DPF再生的过程中需要严格控制DPF的再生温度，如果温度过高(高于580℃)，将会导致DPF载体局部温度过高，造成DPF损坏，如果DPF再生温度过低(低于520℃)，DPF再生能力降低，无法在再生时间内将DPF中的碳烟颗粒物清空，因此需要严格控制DPF再生温度在550±25℃。但是由于发动机的运行的环境温度和海拔高度不一致，导致发动机的排气温度和DPF再生所需的温度差距比较大，差距高达100℃以上，因此用常温的喷油正时无法覆盖发动机所有的运行环境，进而导致DPF的再生条件比较困难，并进一步造成车辆尾气不符合排放标准。
综上所述，如何在采用低成本燃油系统的基础上，使车辆满足国家非道路四阶段的排放法规，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆，在发动机处于不同环境的情况下，DPF均能够顺利再生，对废气进行有效处理，使得废气符合排放要求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种汽车废气排放的控制方法，包括：
将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一所述海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时；
确定发动机所处的当前环境海拔，将所述当前环境海拔所在的所述海拔区间设置为目标海拔区间，将所述目标海拔区间对应的所述下限喷油正时、所述上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时；
根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求；
在当前DPF实际温度不满足所述再生要求时，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照所述目标喷油正时执行喷油正时操作。
优选的，在所述判断当前DPF实际温度是否满足再生要求之后，还包括：
在当前DPF实际温度满足所述再生要求时，控制所述喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。
优选的，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时的过程具体为：
确定权重系数，其中，所述权重系数的值大于或等于0、且小于或等于1；
根据权重分配关系式确定所述目标喷油正时；其中，所述预设权重分配关系式为f(x)＝F·f(y)+(1-F)·f(z)，F为所述权重系数，f(x)为所述目标喷油正时，f(y)为所述参考下限喷油正时，f(z)为所述参考上限喷油正时。
优选的，所述确定权重系数的过程包括：
通过PID控制器并根据权重系数确定关系式计算所述权重系数，其中，所述权重系数确定关系式为F＝1/(Kp*Err+Ki*Err)，Kp为PID控制中的比例控制系数，Ki为PID控制中的积分控制系数，Err为当前DPF实际温度与所述DPF再生目标温度的差值。
一种汽车废气排放的控制系统，包括：
划分模块，用于将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一所述海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时；
参数确定模块，用于确定发动机所处的当前环境海拔，将所述当前环境海拔所在的所述海拔区间设置为目标海拔区间，将所述目标海拔区间对应的所述下限喷油正时、所述上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时；
判断模块，用于根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求；
第一控制模块，用于在当前DPF实际温度不满足所述再生要求时，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照所述目标喷油正时执行喷油正时操作。
优选的，还包括：第二控制模块，用于在当前DPF实际温度满足所述再生要求时，控制所述喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。
一种车辆，包括温度检测装置、海拔检测装置、喷油正时系统以及用于执行权利要求1至4任意一项所述的汽车废气排放的控制方法的控制器；所述控制器与所述温度检测装置连接、并通过所述温度检测装置获取当前DPF实际温度，所述控制器与所述海拔检测装置连接、并通过所述海拔检测装置确定发动机所处的当前环境海拔，所述控制器与所述喷油正时系统连接、并控制所述喷油正时系统执行对应的喷油正时操作。
优选的，所述海拔检测装置包括进气压力传感器，所述进气压力传感器用于检测发动机的进气压力、并将检测到的进气压力信息发送至所述控制器；所述控制器能够根据所述进气压力信息确定发动机所处的当前环境海拔。
优选的，还包括增压器、废气处理系统、设于所述增压器的涡轮机与所述废气处理系统之间的ETV阀；所述控制器与所述ETV阀连接，在当前DPF实际温度低于DPF再生目标温度，所述控制器通过调整所述ETV阀的开度减小排气流量、以提高排气温度。
优选的，所述废气处理系统包括沿废气流通路径从前向后依次分布的DOC、DPF和SCR。
通过上述方案，本申请提供的汽车废气排放的控制方法的有益效果在于：
本发明提供的控制方法将预设海拔范围划分为多个海拔区间，根据发动机所处的当前环境海拔确定具体的海拔区间；在当前DPF实际温度不满足再生要求时，根据与发动机所处的当前环境海拔对应的海拔区间确定目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照目标喷油正时执行喷油正时操作。
在工作过程中，若当前DPF实际温度与DPF再生目标温度差异较大，则自动根据发动机所处的当前环境海拔所在的海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时，来调整喷油正时系统的目标喷油正时，从而改变当前DPF实际温度，使得当前DPF实际温度达到DPF再生目标温度，保障后处理在不同的使用环境下，DPF均能够再生。
本申请还提供了一种控制系统和车辆，具有上述有益效果。
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为本发明所提供的一种控制方法的流程图；
图2为本发明所提供的一种控制系统的结构示意图；
图3为本发明所提供的一种发动机构架图。
具体实施方式
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。
请参考图1，本申请提供的汽车废气排放的控制方法包括以下步骤：
步骤S1、将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时。
具体的，预设海拔范围为发动机在运行过程中可能处于的全部海拔的集合，预设海拔范围按照从低到高的顺序划分为多个独立、且无交集的海拔区间。每一个海拔区间有两套喷油正时，即下限喷油正时和上限喷油正时，在实际设计时，两套喷油正时可以分别为400℃喷油正时和600℃喷油正时。
步骤S2、确定发动机所处的当前环境海拔，将当前环境海拔所在的海拔区间设置为目标海拔区间，将目标海拔区间对应的下限喷油正时、上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时。
具体的，当前环境海拔为实测值，可以为利用高度指示计或其他检测装置直接测试的结果，也可以是通过进气压力传感器来检测发动机的进气压力，并通过进气压力间接确定的结果，能够确定当前环境海拔的具体数值即可。由检测到的当前环境海拔可以唯一确定发动机所处的海拔区间。
步骤S3、根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求，若否，则进入步骤S4。
具体的，DPF再生目标温度可以为特定的温度值，也可以为温度范围，例如，DPF再生目标温度可以为550±25℃。DPF再生目标温度为控制器预先存储的参数，在使用时直接调用。在进行判断的过程中，可以将DPF再生目标温度和当前DPF实际温度作差，且在差值小于预设阈值的情况下判定满足再生要求，预设阈值可以为0。当然，也可以是将DPF再生目标温度和当前DPF实际温度作比，在比值小于预设值的情况下判定满足再生要求。
值得注意的是，本申请中的步骤S3与步骤S1不区分先后顺序。
步骤S4、在当前DPF实际温度不满足再生要求时，根据参考下限喷油正时和参考上限喷油正时确定与当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照目标喷油正时执行喷油正时操作。
具体的，若当前DPF实际温度不满足再生要求，则确定最终用哪一个海拔区间的喷油正时进行PID调节。更具体的，根据当前环境海拔所在的海拔区间所对应的参考下限喷油正时和参考上限喷油正时这两套喷油正时，采用按比例分配、或者其他方式来确定目标喷油正时，并把目标喷油正时作为当前的喷油正时，采用PID调节的方式来控制喷油正时系统工作。
可选的，在实际工作过程中，若步骤S3中的判定结果为是，则控制方法还可以包括步骤S5。
步骤S5、在当前DPF实际温度满足再生要求时，控制喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。即，DPF再生目标温度和当前DPF实际温度差距较小甚至无差距，此时满足DPF的再生要求，DPF可以顺利再生；因此，可以继续使用当前的燃烧逻辑，发动机维持目前的喷油正时控制。
需要说明的是，在工作过程中，工作流程的开启可以有多种方式，例如，控制器可以是在达到预设条件下，如达到预设使用时长，来自动启动工作流程，并进行步骤S3中的判断操作；或者，也可以由DPF触发再生请求，并将再生请求的命令值输入到控制器，而后控制器再启动工作流程并进行步骤S3中的判断操作。
本申请提供的汽车废气排放的控制方法运用喷油正时的闭环控制，在DPF再生时候，通过对喷油正时进行调整，来改变当前DPF实际温度，使得当前DPF实际温度达到DPF再生目标温度，例如将后处理的温度精确控制在550℃±25℃，保证DPF载体温度在一定的范围内，保障DPF在不同的使用环境下均能够再生，保证后处理的可靠性，延长了DPF的有效寿命，使得车辆能够满足CSIV的排放要求。
进一步的，在一个实施例中，步骤S4中的根据参考下限喷油正时和参考上限喷油正时确定与当前环境海拔对应的目标喷油正时的过程具体为：
步骤S41、确定权重系数，其中，权重系数的值大于或等于0、且权重系数的值小于或等于1；
步骤S42、根据权重分配关系式确定目标喷油正时；其中，预设权重分配关系式为f(x)＝F·f(y)+(1-F)·f(z)，F为权重系数，f(x)为目标喷油正时，f(y)为目标喷油正时的参考下限喷油正时，f(z)为目标喷油正时的参考上限喷油正时。
具体的，权重系数可以通过多种方式进行确定，总体而言，在目标海拔区间内，当前环境海拔越接近目标海拔区间上限，则确定的目标喷油正时，参考上限喷油正时所占的权重越大，参考下限喷油正时所占的权重越小；反之相反。本申请优选确定权重系数的过程包括：通过PID控制器并根据权重系数确定关系式计算权重系数，其中，权重系数确定关系式为F＝1/(Kp*Err+Ki*Err)，Kp为PID控制中的比例控制系数，Ki为PID控制中的积分控制系数，Err为当前DPF实际温度与DPF再生目标温度的差值。当然，权重系数也可以采用其他方式。
请参考图2，本申请提供的汽车废气排放的控制系统包括：
划分模块100，用于将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时；
参数确定模块200，用于确定发动机所处的当前环境海拔，将当前环境海拔所在的海拔区间设置为目标海拔区间，将目标海拔区间对应的下限喷油正时、上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时；
判断模块400，用于根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求；
第一控制模块300，用于在当前DPF实际温度不满足再生要求时，根据参考下限喷油正时和参考上限喷油正时确定与当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照目标喷油正时执行喷油正时操作。
进一步的，控制系统还包括：
第二控制模块，用于在当前DPF实际温度满足再生要求时，控制喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。
进一步的，第一控制模块300包括：
权重系数确定模块，用于确定权重系数，其中，权重系数的值大于或等于0、且小于或等于1；
目标喷油正时确定模块，用于根据权重分配关系式确定目标喷油正时；其中，预设权重分配关系式为f(x)＝F·f(y)+(1-F)·f(z)，F为权重系数，f(x)为目标喷油正时，f(y)为参考下限喷油正时，f(z)为参考上限喷油正时。
进一步的，权重系数确定模块包括：
计算模块：用于通过PID控制器并根据权重系数确定关系式计算权重系数，其中，权重系数确定关系式为F＝1/(Kp*Err+Ki*Err)，Kp为PID控制中的比例控制系数，Ki为PID控制中的积分控制系数，Err温度差值，即为当前DPF实际温度与DPF再生目标温度的差值。
请参考图3，本申请提供的车辆包括温度检测装置、海拔检测装置、喷油正时系统以及控制器。
温度传感器用来检测当前DPF实际温度。在实际使用过程中，对于设置有DOC的情况，考虑到发动机排气温度、DOC进口温度、DPF中的温度差异不大，温差可以忽略不计，因此，温度传感器可以根据实际需求灵活设置在DOC进口、或者DPF中、或者其他位置，能够直接检测或者间接确定当前DPF实际温度即可。
海拔检测装置用于确定发动机所处的当前环境海拔，在实际使用时，海拔检测装置可以为高度指示计或其他能够直接检测海拔的检测装置；或者，海拔检测装置可以为间接确定海拔的检测装置，例如，海拔检测装置包括进气压力传感器，进气压力传感器用于检测发动机的进气压力、并将检测到的进气压力信息发送至控制器；相应的，控制器能够根据进气压力信息确定发动机所处的当前环境海拔。
控制器用于执行上述任意一种汽车废气排放的控制方法，在实际使用时，控制器可以具体指发动机ECU。另外，控制器与温度检测装置连接、并通过温度检测装置获取当前DPF实际温度，控制器与海拔检测装置连接、并通过海拔检测装置确定发动机所处的当前环境海拔，控制器与喷油正时系统连接、并向喷油正时系统发送控制指令，来控制喷油正时系统执行对应的喷油正时操作。
本申请提供的车辆采用喷油正时闭环控制，在后处理在不同的使用环境下均能够实现DPF再生能力，增加DPF的使用时间，使得使发动机能够在不同的环境温度和不同的海拔运行。
进一步的，在一个实施例中，车辆还包括增压器WGT、废气处理系统和ETV阀。
增压器WGT包括同轴连接的涡轮机和压气机；其中，压气机通过冷却器cooler与发动机的进气道连通；涡轮机设置在发动机的排气道，且涡轮机设置有与废气处理系统连通、用来将废气向外部环境排出的废气出口。
废气处理系统用于对废气中的CO、HC、PM等物质进行处理，在实际使用时，优选采用DOC+DPF+SCR的后处理技术路线，即废气处理系统包括沿废气流通路径从前向后依次分布的DOC、DPF和SCR，该废气处理系统满足CSIV的排放要求。可选的，可选择铜基的SCR，使NO的转换效率高达96％，DOC+DPF的路线能够捕捉尾气中99％的PM，同时由于泵-喷嘴的燃油系统，产生的pm直径比较大，PN的捕捉率达到了99％，而且DOC能有效的降低排放中的HC。
ETV阀又称排气节气门，其设置在增压器WGT的涡轮机的废气出口与废气处理系统的废气进口之间。ETV阀开度变化能够调整流过ETV阀的排气流量，而废气流量越小、排气温度越高；因此，通过调整ETV阀的开度来控制不同的排气流量，就可以获得所需的排气温度。相应的，控制器与ETV阀连接，且在当前DPF实际温度低于DPF再生目标温度，控制器通过调整ETV阀的开度减小排气流量。由于在非道路三阶段采用的泵-喷嘴燃油系统，为了降低燃油系统的开发成本，在非道路四阶段不改变燃油系统的基础上，满足排放和油耗的限值。泵-喷嘴只有一次喷射，没有后喷，DPF再生存在极大的风险，因此，本实施例采用ETV阀，能将高负荷区域增加到500℃，满足DPF的再生条件。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的汽车废气排放的控制方法、控制系统、车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车废气排放的控制方法，其特征在于，包括：
将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一所述海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时；
确定发动机所处的当前环境海拔，将所述当前环境海拔所在的所述海拔区间设置为目标海拔区间，将所述目标海拔区间对应的所述下限喷油正时、所述上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时；
根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求；
在当前DPF实际温度不满足所述再生要求时，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照所述目标喷油正时执行喷油正时操作。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述判断当前DPF实际温度是否满足再生要求之后，还包括：
在当前DPF实际温度满足所述再生要求时，控制所述喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的控制方法，其特征在于，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时的过程具体为：
确定权重系数，其中，所述权重系数的值大于或等于0、且小于或等于1；
根据权重分配关系式确定所述目标喷油正时；其中，所述权重分配关系式为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为所述权重系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为所述目标喷油正时，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为所述参考下限喷油正时，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为所述参考上限喷油正时。
4.一种汽车废气排放的控制系统，其特征在于，包括：
划分模块，用于将预设海拔范围划分为多个海拔区间，确定每一所述海拔区间的下限喷油正时和上限喷油正时；
参数确定模块，用于确定发动机所处的当前环境海拔，将所述当前环境海拔所在的所述海拔区间设置为目标海拔区间，将所述目标海拔区间对应的所述下限喷油正时、所述上限喷油正时分别设置为参考下限喷油正时和参考上限喷油正时；
判断模块，用于根据DPF再生目标温度和当前DPF实际温度判断当前DPF实际温度是否满足再生要求；
第一控制模块，用于在当前DPF实际温度不满足所述再生要求时，根据所述参考下限喷油正时和所述参考上限喷油正时确定与所述当前环境海拔对应的目标喷油正时，并控制喷油正时系统按照所述目标喷油正时执行喷油正时操作。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，还包括：
第二控制模块，用于在当前DPF实际温度满足所述再生要求时，控制所述喷油正时系统继续执行当前的喷油正时操作。
6.一种车辆，其特征在于，包括温度检测装置、海拔检测装置、喷油正时系统以及用于执行权利要求1至3任意一项所述的汽车废气排放的控制方法的控制器；所述控制器与所述温度检测装置连接、并通过所述温度检测装置获取当前DPF实际温度，所述控制器与所述海拔检测装置连接、并通过所述海拔检测装置确定发动机所处的当前环境海拔，所述控制器与所述喷油正时系统连接、并控制所述喷油正时系统执行对应的喷油正时操作。
7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述海拔检测装置包括进气压力传感器，所述进气压力传感器用于检测发动机的进气压力、并将检测到的进气压力信息发送至所述控制器；所述控制器能够根据所述进气压力信息确定发动机所处的当前环境海拔。
8.根据权利要求6或7任意一项所述的车辆，其特征在于，还包括增压器、废气处理系统、设于所述增压器的涡轮机与所述废气处理系统之间的ETV阀；所述控制器与所述ETV阀连接，在当前DPF实际温度低于DPF再生目标温度，所述控制器通过调整所述ETV阀的开度减小排气流量、以提高排气温度。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述废气处理系统包括沿废气流通路径从前向后依次分布的DOC、DPF和SCR。
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