CN111485979A - 一种液体供给泵的加热控制方法 - Google Patents

一种液体供给泵的加热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种液体供给泵的加热控制方法，该方法包括如下步骤：使用液体供给泵内部温度传感器判断液体供给泵内液体所处冻结状态；根据环境温度传感器获取的环境温度判断液体供给泵所处的工作环境状态；根据液体供给泵内液体所处冻结状态及液体供给泵所处的工作环境计算液体供给泵需进入的加热模式；根据液体供给泵加热模式，使用为液体供给泵供电的电源电压计算适用于液体供给泵的解冻控制参数；根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断。本发明能够根据液体供给泵内液体冻结状态及其所处环境，计算合适的控制参数进行解冻或保温控制，使液体供给泵在寒冷环境下工作稳定可靠。

Description

一种液体供给泵的加热控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机后处理领域，尤其涉及一种液体供给泵的加热控制方法。
背景技术
柴油发动机具有经济性高、动力强、使用寿命长的特点，是当今运输载具使用最多的动力源之一。因应用广泛，也使其成为颗粒污染物和氮氧化物等大气污染物质的主要排放源之一。仅靠柴油发动机自身改进，已无法满足我国目前及未来的排放法规。为柴油发动机安装选择性催化还原系统(SCR)，是当前主流的尾气净化解决方案。在该系统中，液体供给泵用于将液体还原剂(一定浓度的尿素溶液)从存储罐内吸出，并加压至一定压力后经喷嘴雾化喷射至排气管道内。液体供给泵是该系统的关键组成部件。SCR系统使用的标准尿素溶液在零下11度时冻结，使得整个系统无法正常工作。因此在寒冷环境下使用该系统的前提即是进行尿素溶液罐、液体供给泵和管路解冻。安全快速地进行液体供给泵解冻对整个SCR系统及早进入工作状态，降低柴油发动机污染极为重要。
当前液体供给泵使用的解冻方式分为液体加热和电加热两种方式。液体加热方式采用发动机冷却液等相对温度较高的液体流经液体供给泵内部独立管路，将热量传递至液体供给泵；电加热方式通过在液体供给泵内部布置加热电阻丝或PTC等电加热材料，将车载电源电力转化为热能用于加热。液体加热方式存在液体管路连接复杂，布置限值多，增加整车冷却系统泄漏点的缺点。电加热往往采取开关控制，不对加热功率调节；在完成加热后，未采取保温措施，防止液体供给泵再次冻结；另外，也未有针对整车供电电源的保护。
发明内容
本发明的目的在于通过一种液体供给泵的加热控制方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种液体供给泵的加热控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，根据液体供给泵内部温度传感器采集的液体供给泵内部温度信号判断液体供给泵内液体所处冻结状态；根据环境温度传感器获取的环境温度判断液体供给泵所处的工作环境状态；
步骤二，根据步骤一判断得到的液体供给泵内液体所处冻结状态及液体供给泵所处的工作环境计算液体供给泵需进入的加热模式，其中，所述加热模式包括解冻模式、保温模式或无加热模式；
步骤三，根据车辆状态计算液体供给泵加热控制参数限值；
步骤四，根据步骤二计算的液体供给泵加热模式以及步骤三计算加热占空比上限，综合环境温度和液体供给泵内部温度计算适用于解冻模式、保温模式下液体供给泵的加热控制参数；
步骤五，根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断。
特别地，所述步骤一液体供给泵内部温度传感器安装于能够反映液体供给泵内部温度的位置。
特别地，所述步骤一中液体供给泵内液体所处冻结状态是指：液体供给泵内部温度与工作液体解冻阈值的大小关系，该阈值为工作液体凝固后固体的熔点与偏移温度A之和，偏移温度A为正值，用于确保液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵内部液体能够完全解冻；当液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵处于完成解冻状态，否则处于未完成解冻状态。
特别地，所述步骤一中液体供给泵所处的工作环境状态是指：液体供给泵所处环境温度与保温温度阈值的大小关系，该保温温度阈值为纯水的冰点与偏移温度B之和,偏移温度B为正值；当液体供给泵所处环境温度高于保温温度阈值时，工作环境状态为常温状态，否则为低温状态。
特别地，所述步骤二中液体供给泵需进入的加热模式的选择依据是：液体供给泵处于未完成解冻状态时，使用解冻模式，使泵内冻结工作液体快速融化；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境状态为低温状态时，使用保温模式，防止泵内液体再次冻结；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境为常温状态时，使用无加热模式，不进行任何加热。
特别地，所述步骤三中车辆状态是指：发动机转速状态和为液体供给泵供电的电源电压状态；当发动机转速高于怠速转速，且电源电压高于低电压阈值时，可使能加热控制，否则禁用加热控制；电压阈值为整车正常工作的电压范围下限；为保护供电电源，根据电源电压高低将加热档位划分为三个档位，每个档位对液体供给泵的最终加热控制参数进行了不同的限制，即电压高于低电压阈值，低于中电压阈值时，使用低加热档占空比限值；电压高于中电压阈值，低于高电压阈值时，使用中加热档占空比限值，电压高于高电压阈值时，使用高加热档占空比限值。
特别地，所述步骤四中液体供给泵解冻模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比，其计算方法为：当液体供给泵处于解冻模式时，取100％占空比与当前电压加热档位限制占空比二者的较大值，使液体供给泵在整车状态允许的情况下，尽快完成解冻。
特别地，所述步骤四中液体供给泵保温模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比；当液体供给泵处于保温模式时：a.根据预先测量的液体供给泵内部容积得到该容积下的液体质量；b.使用工作液体比热容、工作液体质量、当前液体供给泵内部温度、保温温度阈值计算得到加热泵内部液体至解冻状态所需能量；c.根据供给泵内部温度、环境温度及泵传热效率计算泵向外部环境的传热功率；d.根据电源电压、加热器阻值，计算加热器接通时的加热功率；综合上述a、b、c、d进行计算，得到保证液体供给泵不会冻结的保温功率。
特别地，所述步骤五中根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断包括：在进入解冻状态后，开始进行计时，如果在指定时间内，液体供给泵内部温度未上升指定温度，则认为液体供给泵内部加热器故障或液体供给泵内部温度传感器故障，此时停止加热。
本发明提出的液体供给泵的加热控制方法能够根据液体供给泵内液体冻结状态及其所处环境，计算合适的控制参数进行解冻或保温控制，使液体供给泵在寒冷环境下工作稳定可靠。本发明克服现有液体供给泵加热方法的不足，根据液体供给泵内部温度和所处环境温度，采用不同的加热模式。本发明综合考虑了液体供给泵内部液体冻结状态、外部环境对其加热效果的影响以及整车运行状态对加热模块的限制，能够确保加热速度、系统可靠性。
附图说明
图1为柴油机后处理尿素喷射系统部件示意图；
图2为本发明实施例提供的液体供给泵加热控制方法结构图；
图3为本发明实施例提供的液体供给泵冻结状态与环境状态计算示意图；
图4为本发明实施例提供的液体供给泵加热状态计算示意图；
图5为本发明实施例提供的整车工作条件计算示意图；
图6为本发明实施例提供的液体供给泵加热控制参数计算示意图；
图7为本发明实施例提供的液体供给泵加热诊断逻辑计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。
请参照图1所示，图1为柴油机后处理尿素喷射系统部件示意图。柴油机后处理尿素喷射系统包括柴油机电控单元11，供给泵控制线束12，喷嘴控制线束13，液体供给泵14，供液管15，回液管16，吸液管17，喷嘴18，尿素箱19组成。柴油机电控单元与液体供给泵通过线束12进行信息交互。本实施例所述的液体供给泵加热方法在柴油机电控单元内运行，柴油机电控单元根据液体供给泵发送的内部温度信号以及自身获取的环境温度信号进行液体供给泵的加热控制。
具体的，在本实施例中液体供给泵的加热控制方法包括如下步骤：步骤一，根据液体供给泵内部温度传感器采集的液体供给泵内部温度信号判断液体供给泵内液体所处冻结状态；根据环境温度传感器获取的环境温度判断液体供给泵所处的工作环境状态。步骤二，根据步骤一判断得到的液体供给泵内液体所处冻结状态及液体供给泵所处的工作环境计算液体供给泵需进入的加热模式，其中，所述加热模式包括解冻模式、保温模式或无加热模式。步骤三，根据车辆状态计算液体供给泵加热控制参数限值。步骤四，根据步骤二计算的液体供给泵加热模式以及步骤三计算加热占空比上限，综合环境温度和液体供给泵内部温度计算适用于解冻模式、保温模式下液体供给泵的加热控制参数。步骤五，根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断，确保加热系统工作可靠。
具体的，在本实施例中所述步骤一液体供给泵内部温度传感器安装于能够反映液体供给泵内部温度的位置。具体的，在本实施例中所述步骤一中液体供给泵内液体所处冻结状态是指：液体供给泵内部温度与工作液体解冻阈值的大小关系，该阈值为工作液体凝固后固体的熔点与偏移温度A之和，偏移温度A为正值，用于确保液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵内部液体能够完全解冻；当液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵处于完成解冻状态，否则处于未完成解冻状态。具体的，在本实施例中所述步骤一中液体供给泵所处的工作环境状态是指：液体供给泵所处环境温度与保温温度阈值的大小关系，该保温温度阈值为纯水的冰点与偏移温度B之和,偏移温度B为正值；当液体供给泵所处环境温度高于保温温度阈值时，工作环境状态为常温状态，否则为低温状态。
具体的，在本实施例中所述步骤二中液体供给泵需进入的加热模式的选择依据是：液体供给泵处于未完成解冻状态时，使用解冻模式，使泵内冻结工作液体快速融化；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境状态为低温状态时，使用保温模式，防止泵内液体再次冻结；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境为常温状态时，使用无加热模式，不进行任何加热。
具体的，在本实施例中所述步骤三中车辆状态是指：发动机转速状态和为液体供给泵供电的电源电压状态；当发动机转速高于怠速转速，且电源电压高于低电压阈值时，可使能加热控制，否则禁用加热控制；电压阈值为整车正常工作的电压范围下限；为保护供电电源，根据电源电压高低将加热档位划分为三个档位，每个档位对液体供给泵的最终加热控制参数进行了不同的限制，即电压高于低电压阈值，低于中电压阈值时，使用低加热档占空比限值；电压高于中电压阈值，低于高电压阈值时，使用中加热档占空比限值，电压高于高电压阈值时，使用高加热档占空比限值。
具体的，在本实施例中所述步骤四中液体供给泵解冻模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比，其计算方法为：当液体供给泵处于解冻模式时，取100％占空比与当前电压加热档位限制占空比二者的较大值，使液体供给泵在整车状态允许的情况下，尽快完成解冻。具体的，在本实施例中所述步骤四中液体供给泵保温模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比；当液体供给泵处于保温模式时：a.根据预先测量的液体供给泵内部容积得到该容积下的液体质量；b.使用工作液体比热容、工作液体质量、当前液体供给泵内部温度、保温温度阈值计算得到加热泵内部液体至解冻状态所需能量；c.根据供给泵内部温度、环境温度及泵传热效率计算泵向外部环境的传热功率；d.根据电源电压、加热器阻值，计算加热器接通时的加热功率；综合上述a、b、c、d进行计算，得到保证液体供给泵不会冻结的保温功率。
具体的，在本实施例中所述步骤五中根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断包括：在进入解冻状态后，开始进行计时，如果在指定时间内，液体供给泵内部温度未上升指定温度，则认为液体供给泵内部加热器故障或液体供给泵内部温度传感器故障，此时停止加热。
下面结合附图，对本发明进行说明如下，本发明总的结构如图2所示。该结构下分为5个计算逻辑，包括液体供给泵内液体所处冻结状态与工作环境状态计算、液体供给泵加热模式计算、液体供给泵加热控制参数限值计算、加热控制参数计算和系统诊断。
具体的，如图3所示，液体供给泵内液体所处冻结状态与工作环境状态计算如下：在步骤301中，使用液体供给泵内部温度传感器信号与实现标定好的温度阈值Tfrz进行比较，若低于该值，则认为泵内仍处于冷冻状态；在步骤302中，使用环境温度传感器获取的环境温度与事先标定好的环境温度阈值TEnvMin进行比较，若低于该值，则认为泵处于低温环境。
具体的，如图4所示，液体供给泵液体供给泵加热状态计算如下：在步骤401中，使用步骤301的判断结果作为依据，若该结果为冷冻状态，则使能解冻模式；若401判断结果为假，则进入步骤402，使用步骤302的判断结果作为依据，若该结果为低温状态，则使能保温模式；若步骤401与步骤402皆不满足，认为供给泵无需加热，进入无加热模式。
具体的，如图5所示，整车工作条件计算如下：在步骤501中，使用柴油机电控单元获取的发动机转速与标定值转速下限进行比较，若高于该标定值，则认为当前发动机状态满足加热条件，否则禁用泵加热；在步骤502中，使用电源电压与标定值继续比较，若低于该值，则表明整车电源过低，不可进行加热，防止电源损伤。若501与502都满足，则允许进行加热。
具体的，如图6，液体供给泵的加热控制参数计算如下：如果步骤401的判断结果为冷冻状态，则使用步骤601的计算结果作为加热控制参数。在步骤601内，使用事先标定好的恒定占空比作为加热控制参数Pd，为提高解冻速度，该恒定占空比通常为95％～100％。
如果步骤401的判断结果为已解冻状态，且步骤402为低温环境状态，则使用步骤602的计算结果作为加热控制参数。在步骤602内，辐射传热功率P1＝(泵内部温度-环境温度)*K1，K1为泵表面积与泵表面导热率的乘积；加热需求功率P2＝(环境温度阈值TEnvMin-泵内部温度)*K2,K2为泵内部液体质量与泵内部液体比热容的乘积。辐射传热功率P1+加热需求功率P2可得到泵的总加热功率P3。液体供给泵加热功率P3＝U^2/R,U为泵加热器供电电压，R为泵加热器电阻。保温占空比＝((P1+P2)/P3)*100％，若保温占空比大于100％，则限值为100％。
具体的，如图7所示，液体供给泵诊断计算如下：如果开始加热，且步骤701为真，则存储起始泵内温度T1，并开始进行加热计时，计时时间为t。完成起始温度T1存储并开始加热计时后，在步骤703中使用当前泵内温度与T1进行比较。如果当前泵内温度在起始泵内温度T1的基础上，上升幅度超过标定的温度差，则进行步骤704的计时比较，如果计时超过标定时间，则认为加热器未能在指定时间内使泵内上升指定温度，判断为系统出现故障；如果计时未超过标定时间，则继续加热，并再次进行步骤703的温度比较。
本发明的技术方案能够根据液体供给泵内液体冻结状态及其所处环境，计算合适的控制参数进行解冻或保温控制，使液体供给泵在寒冷环境下工作稳定可靠。本发明克服现有液体供给泵加热方法的不足，根据液体供给泵内部温度和所处环境温度，采用不同的加热模式。本发明综合考虑了液体供给泵内部液体冻结状态、外部环境对其加热效果的影响以及整车运行状态对加热模块的限制，能够确保加热速度、系统可靠性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一，根据液体供给泵内部温度传感器采集的液体供给泵内部温度信号判断液体供给泵内液体所处冻结状态；根据环境温度传感器获取的环境温度判断液体供给泵所处的工作环境状态；
步骤二，根据步骤一判断得到的液体供给泵内液体所处冻结状态及液体供给泵所处的工作环境计算液体供给泵需进入的加热模式，其中，所述加热模式包括解冻模式、保温模式或无加热模式；
步骤三，根据车辆状态计算液体供给泵加热控制参数限值；
步骤四，根据步骤二计算的液体供给泵加热模式以及步骤三计算加热占空比上限，综合环境温度和液体供给泵内部温度计算适用于解冻模式、保温模式下液体供给泵的加热控制参数；
步骤五，根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断。
2.根据权利要求1所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤一中液体供给泵内部温度传感器安装于能够反映所述液体供给泵内部温度的位置。
3.根据权利要求1所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤一中液体供给泵内液体所处冻结状态是指：液体供给泵内部温度与工作液体解冻阈值的大小关系，该阈值为工作液体凝固后固体的熔点与偏移温度A之和，偏移温度A为正值，用于确保液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵内部液体能够完全解冻；当液体供给泵内部温度高于工作液体解冻阈值时，液体供给泵处于完成解冻状态，否则处于未完成解冻状态。
4.根据权利要求3所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤一中液体供给泵所处的工作环境状态是指：液体供给泵所处环境温度与保温温度阈值的大小关系，该保温温度阈值为纯水的冰点与偏移温度B之和,偏移温度B为正值；当液体供给泵所处环境温度高于保温温度阈值时，工作环境状态为常温状态，否则为低温状态。
5.根据权利要求1所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤二中液体供给泵需进入的加热模式的选择依据是：液体供给泵处于未完成解冻状态时，使用解冻模式，使泵内冻结工作液体快速融化；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境状态为低温状态时，使用保温模式，防止泵内液体再次冻结；液体供给泵处于完成解冻状态，且工作环境为常温状态时，使用无加热模式，不进行任何加热。
6.根据权利要求1所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤三中车辆状态是指：发动机转速状态和为液体供给泵供电的电源电压状态；当发动机转速高于怠速转速，且电源电压高于低电压阈值时，可使能加热控制，否则禁用加热控制；电压阈值为整车正常工作的电压范围下限；为保护供电电源，根据电源电压高低将加热档位划分为三个档位，每个档位对液体供给泵的最终加热控制参数进行了不同的限制，即电压高于低电压阈值，低于中电压阈值时，使用低加热档占空比限值；电压高于中电压阈值，低于高电压阈值时，使用中加热档占空比限值，电压高于高电压阈值时，使用高加热档占空比限值。
7.根据权利要求1所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤四中液体供给泵解冻模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比，其计算方法为：当液体供给泵处于解冻模式时，取100％占空比与当前电压加热档位限制占空比二者的较大值，使液体供给泵在整车状态允许的情况下，尽快完成解冻。
8.根据权利要求7所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤四中液体供给泵保温模式下的加热控制参数是指：控制液体供给泵内部加热器的工作占空比；当液体供给泵处于保温模式时：a.根据预先测量的液体供给泵内部容积得到该容积下的液体质量；b.使用工作液体比热容、工作液体质量、当前液体供给泵内部温度、保温温度阈值计算得到加热泵内部液体至解冻状态所需能量；c.根据供给泵内部温度、环境温度及泵传热效率计算泵向外部环境的传热功率；d.根据电源电压、加热器阻值，计算加热器接通时的加热功率；综合上述a、b、c、d进行计算，得到保证液体供给泵不会冻结的保温功率。
9.根据权利要求1至8之一所述的液体供给泵的加热控制方法，其特征在于，所述步骤五中根据液体供给泵内部温度上升特性进行诊断包括：在进入解冻状态后，开始进行计时，如果在指定时间内，液体供给泵内部温度未上升指定温度，则认为液体供给泵内部加热器故障或液体供给泵内部温度传感器故障，此时停止加热。
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