CN112814768A - 一种scr热管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气热管理领域，公开了一种SCR热管理方法及系统，包括：步骤S1、检测并判断SCR温度是否高于第一预设阈值；若是，则退出热管理；若否，则执行步骤S2；步骤S2、检测并判断车辆是否处于减负荷工况；若是，则控制执行保温模式，并返回执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；步骤S3、检测并判断SCR温度是否高于第二预设阈值；若是，则控制执行第一提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；若否，则控制执行第二提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1。其中，由第二提温模式到第一提温模式再到保温模式的燃油消耗率逐渐减小，第二提温模式的提温速度大于第一提温模式的提温速度。本发明能在实现对SCR温度合理控制的基础上，降低燃油消耗率的牺牲。

Description

一种SCR热管理方法及系统
技术领域
本发明涉及排气热管理技术领域，尤其涉及一种SCR热管理方法及系统。
背景技术
随着对内燃机低排放的要求不断严格，能兼顾动力性、经济性、排放性的内燃机越来越复杂，成本急剧上升。因此，世界各国都先后开发排气后处理技术，在不影响或者少影响内燃机其他性能的同时，降低最终向大气环境的排放。
其中，SCR(全称Selective Catalytic Reduction，中文名称选择性催化还原)尾气后处理是整个排气处理流程中的重要一环。其利用还原剂(尿素、氨水、纯氨)在催化剂(SCR商用催化剂主要以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份)的作用下，在富氧的环境内将氮氧化物选择性还原生成氮气和水。而在没有催化剂的情况下，SCR脱硝还原反应只是在很窄的温度范围内(980℃左右)进行，采用催化剂时其反应温度可控制在300～400℃下进行。因此，SCR热管理的水平对于保证后处理尾气脱硝水平有着显著的影响。
现有的SCR热管理方法能够满足热管理的需求，进而将SCR位置处的温度控制在最佳温度区间范围内。但是，现有的SCR热管理方法多为基于稳态工况划分区域、基于温度需求触发的热管理方法。具体而言，其将发动机的负荷分成高、中、低等若干等级并检测SCR位置处的实际温度，然后根据实际负荷所处的负荷等级以及SCR位置实际温度(即将高、中、低稳态负荷工况以及最佳温度区间的温度需求作为热管理触法条件)通过控制发动机的排气量、进气量、喷油量、喷油油压等方式来实现不同负荷状态下的SCR热管理。其问题在于该类热管理控制方法虽然能够将SCR位置处的温度控制在最佳温度区间范围内，但是该类判断及控制方法较为粗放，并没有考虑提温的过程，也没有考虑保温的需求，这样的情况一定程度上容易导致燃油消耗率过多的牺牲，并不利于燃油节约，也就是会造成一定的燃油浪费。
因此，亟需提出一种SCR热管理方法及系统，能够在实现对SCR温度合理控制的基础上，灵活降低热管理过程中燃油消耗率的牺牲。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种SCR热管理方法，能够在实现对SCR温度合理控制的基础上，灵活降低热管理过程中燃油消耗率的牺牲。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种SCR热管理方法，包括以下步骤：
步骤S1、检测并判断SCR温度是否高于第一预设阈值；若是，则退出热管理；若否，则执行步骤S2；
步骤S2、检测并判断车辆是否处于减负荷工况；若是，则控制执行保温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；
步骤S3、检测并判断SCR温度是否高于第二预设阈值，所述第二预设阈值低于所述第一预设阈值；若是，则控制执行第一提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；若否，则控制执行第二提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；
其中，由所述第二提温模式到所述第一提温模式再到所述保温模式的燃油消耗率逐渐减小，所述第二提温模式的提温速度大于所述第一提温模式的提温速度。
可选地，步骤S2中的控制执行保温模式包括以下步骤：
减小发动机的排气管路旁通阀的开度，以限制通过所述排气管路旁通阀进入排气管路内的新鲜冷空气流量。
可选地，步骤S3中的控制执行第一提温模式包括以下步骤：
减小发动机的进气管路节气门开度，降低发动机进气量；采用电加热装置辅助加热排气管路。
可选地，步骤S3中的控制执行第二提温模式包括以下步骤：
减小发动机的进气管路节气门开度，降低发动机进气量；
降低主喷喷射轨压、延后执行主喷时刻，同时在发动机完成主喷射动作后，执行后喷射动作；
采用电加热装置辅助加热排气管路。
可选地，当步骤S1中SCR温度低于第一预设阈值时在执行步骤S2之前还包括以下步骤：
检测并判断当前第一预设时区的平均车速与当前车速的差值是否大于预设差值；若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S3。
可选地，所述预设差值为5～7km/h，所述当前第一预设时区为3～5s。
可选地，步骤S2中检测并判断车辆是否处于减负荷工况包括以下步骤：
检测并判断SCR当前温度是否小于当前预设时间段内的SCR平均温度；若否，则车辆不处于减负荷工况；若是，则判断当前预设时间段内的SCR平均温度是否持续降低预设持续时间；若否，则车辆不处于减负荷工况；若是，则车辆处于减负荷工况。
可选地，所述当前预设时间段的时长为8～12s，所述预设持续时间为8～12s。
可选地，所述第一预设阈值为300℃，所述第二预设阈值为250℃。
本发明的另一个目的在于提出一种SCR热管理系统，能够在实现对SCR温度合理控制的基础上，灵活降低热管理过程中燃油消耗率的牺牲。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种SCR热管理系统，采用如上所述的SCR热管理方法。
本发明的有益效果：
不同于现有的SCR热管理方法，本发明通过步骤S1-步骤S3来检测获取SCR温度与第一预设阈值以及第二预设阈值的大小关系，并配合判断车辆是否处于减负荷工况；进而当SCR温度不达标时，在减负荷工况下，统一采用保温模式，来减少SCR温度的降低。在非减负荷工况下，则当SCR温度小于第二预设阈值时，控制执行第二提温模式来提升SCR温度；当SCR温度位于第一预设阈值以及第二预设阈值之间时，控制执行第一提温模式提升SCR温度，直至SCR温度达到第一预设阈值以上，进而退出热管理。其中，由第二提温模式到第一提温模式再到保温模式的燃油消耗率逐渐减小，第二提温模式的提温速度大于第一提温模式的提温速度。
由于其根据车辆是否处于减负荷工况以及SCR温度，提出了保温模式、第一提温模式和第二提温模式，来对应调控SCR温度，即优先判定是否处于减负荷工况，在减负荷工况下采用燃油消耗率牺牲最小的保温模式来减少SCR温度的降低。而当处于非减负荷工况时，则在SCR温度很低(低于第二预设阈值)的情况下采用燃油消耗率牺牲最大的第二提温模式，在SCR温度较低(位于第一预设阈值以及第二预设阈值之间)的情况下采用燃油消耗率牺牲较大的第一提温模式，进而能够在实现对SCR温度合理控制的基础上，实现燃油消耗量牺牲大小的合理调控，进而灵活降低热管理过程中燃油消耗率的牺牲。
附图说明
图1是本发明提供的SCR热管理方法的步骤流程图之一；
图2是本发明提供的SCR热管理方法的步骤流程图之二；
图3是本发明提供的SCR热管理方法的步骤流程图之三；
图4是本发明提供的SCR热管理系统的连接关系示意图；
图5是本发明提供的SCR热管理系统的结构关系示意图。
图中：
1-控制器；2-发动机；3-SCR排温传感器；4-排气管路旁通阀；5-进气管路节气门；6-电加热装置；7-车速传感器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-5所示，本实施例提供一种SCR热管理方法以及采用该SCR热管理方法的SCR热管理系统。SCR热管理系统包括控制器1，以及分别与控制器1电连接的SCR排温传感器3、排气管路旁通阀4、进气管路节气门5、电加热装置6、车速传感器7、发动机2。控制器1能够通过车速传感器7接收车速信号，判断车速变化，通过SCR排温传感器3接收SCR位置处的温度信号，判断温度变化；通过控制排气管路旁通阀4的开度来控制排气管路进入新鲜冷空气的流量；通过控制进气管路节气门5的开度来控制发动机的进气量；同时，通过控制电加热装置6来对排气管路进行辅助加热；此外，发动机2为电控发动机，控制器1能够控制发动机2的喷油油压(即喷射轨压)、喷油量、主喷时刻、后喷时刻等执行参数，进而实现喷油控制。如图1-3所示，本实施例中，SCR热管理方法主要包括以下步骤：
步骤S1、检测并判断SCR温度是否高于第一预设阈值；若是，则退出热管理；若否，则执行步骤S2；
步骤S2、检测并判断车辆是否处于减负荷工况；若是，则控制执行保温模式，采用保温模式来减少SCR温度的降低，并返回执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；
步骤S3、检测并判断SCR温度是否高于第二预设阈值，第二预设阈值低于第一预设阈值；若是，则控制执行第一提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；若否，则控制执行第二提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；其中，由第二提温模式到第一提温模式再到保温模式的燃油消耗率逐渐减小，第二提温模式的提温速度大于第一提温模式的提温速度。现有技术中，SCR温度的最佳温度区间一般在300℃～400℃。具体而言，本实施例中，第一预设阈值为300℃，第二预设阈值为250℃，进而本实施例提供的SCR热管理方法主要是针对SCR温度低于最佳温度区间的情况而提出的SCR热管理方法。
不同于现有的SCR热管理方法，本实施例通过步骤S1-步骤S3来检测获取SCR温度与第一预设阈值以及第二预设阈值的大小关系，并配合判断车辆是否处于减负荷工况；进而当SCR温度不达标(低于SCR的最佳温度区间)时，在减负荷工况下，统一采用保温模式来减少SCR温度的降低。在非减负荷工况下，则当SCR温度小于第二预设阈值时，控制执行第二提温模式来提升SCR温度；当SCR温度位于第一预设阈值以及第二预设阈值之间时，控制执行第一提温模式提升SCR温度，直至SCR温度达到第一预设阈值以上，进而退出热管理。由于其根据车辆是否处于减负荷工况以及SCR温度，提出了保温模式、第一提温模式和第二提温模式，来对应调控SCR温度，即优先判定是否处于减负荷工况，在减负荷工况下采用燃油消耗率牺牲最小的保温模式来提升SCR温度。而当处于非减负荷工况时，则在SCR温度很低(低于第二预设阈值)的情况下采用燃油消耗率牺牲最大的第二提温模式，在SCR温度较低(位于第一预设阈值以及第二预设阈值之间)的情况下采用燃油消耗率牺牲较大的第一提温模式，进而能够在实现对SCR温度合理控制的基础上，实现燃油消耗量牺牲大小的合理调控，进而灵活降低热管理过程中燃油消耗率的牺牲。其中，燃油消耗率英文简称BSFC(英文全称Brake Specific Fuel Consumption)，燃油消耗率是指发动机以一千瓦的功率工作一小时的燃油消耗量，也称为汽车制动油耗率；或者指每小时单位有效功消耗的燃油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。
进一步地，对于控制执行保温模式的实施方式。如图1-4所示，本实施例中，步骤S2中的控制执行保温模式包括以下步骤：
减小发动机2的排气管路旁通阀4的开度，以限制通过排气管路旁通阀4进入排气管路内的新鲜冷空气流量。
可以想到的是，步骤S2中的控制执行保温模式还可以包括采用电加热装置6辅助加热排气管路。需要说明的是，控制执行保温模式的原则为在不牺牲燃油消耗率或者尽量减少牺牲燃油消耗率的基础上，来实现对排气管路的保温控制，进而尽量减小SCR温度的降低。由于在减负荷工况的情况下，发动机一般处于倒拖工况(不喷油)或者喷油不断减少的工况，该种状况下，发动机尾气产生的氮氧化物及可燃颗粒已经很少，所以不必牺牲燃油消耗率来提升SCR温度，只需要通过保温模式尽量减小SCR温度的降低即可，相比依然采用现有的增加后喷喷油量或者其它方式来提升SCR温度的热管理方法，能够降低不必要的燃油消耗，达到降低油耗的效果。
进一步地，对于第一提温模式的实施方式。如图1-4所示，本实施例中，步骤S3中的控制执行第一提温模式包括以下步骤：
减小发动机2的进气管路节气门5开度，降低发动机2进气量；采用电加热装置6辅助加热排气管路。
本实施例在当SCR温度处于第一预设阈值以及第二预设阈值之间时，采用第一提温模式来提升SCR温度。其优点在于当SCR温度处于第一预设阈值以及第二预设阈值之间时，后处理过程中的SCR催化还原效率接近最佳状态下的SCR催化还原效率。但由于汽车处于非减负荷工况(如负荷维持状态、加速加负荷状态)，因此此时的发动机尾气中依然含有一定量的氮氧化物及可燃颗粒，需要提升SCR温度来保证后处理催化还原的正常进行。但由于该温度区间内的SCR实际温度不是太低，因此只需缓慢提升其温度即可，即不需要过度牺牲燃油消耗率，因此通过减小发动机2的进气管路节气门5开度，降低发动机2进气量，进而减少冷空气的进入量，使得发动机气缸内温度提升，进而使得排气管路的尾气温度提升，最终提高SCR温度，由于进气降低会提高油耗，进而该种方式牺牲了一定的燃油消耗率。
进一步地，对于控制执行第二提温模式的实施方式。如图1-4所示，本实施例中，步骤S3中的控制执行第二提温模式包括以下步骤：
减小发动机2的进气管路节气门5开度，降低发动机2进气量；
降低主喷喷射轨压、延后执行主喷时刻，同时在发动机2完成主喷射动作后，执行后喷射动作；
采用电加热装置6辅助加热排气管路。
在非减负荷工况下，由于此时的SCR温度过低，已经严重影响到后处理催化还原反应的正常进行；因此，必须快速提升SCR温度，故此时采用第二提温模式，一方面减小发动机2的进气管路节气门5开度，降低发动机2进气量，以提高排气温度；另一方面，降低主喷喷射轨压、延后执行主喷时刻，同时在发动机2完成主喷射动作后，执行后喷射动作，进一步提升排气温度；同时，采用电加热装置6辅助加热排气管路，进而同步采用多种方式同步提升SCR温度，达到短时快速提升SCR温度的效果，但是该种方式相比上述的其它两种方式，其对燃油消耗率的牺牲最大，也为现有通常采用的提升SCR温度的热管理控制方法。
需要说明的是，本实施例的核心点在于，其根据车辆是否处于减负荷工况以及实际的SCR温度来合理控制执行保温模式、第一提温模式以及第二提温模式，实现灵活控制燃油消耗率，以降低油耗。本实施例仅对保温模式、第一提温模式以及第二提温模式的具体方法进行了解释但不做限定，在不违背保温模式、第一提温模式以及第二提温模式的原则的基础上的其它现有的具体方法也可用于本实施例，来实现SCR温度控制，只要保证由保温模式到第一提温模式再到第二提温模式，燃油消耗率牺牲逐渐增大，而第一提温模式到第二提温模式的提温速度也逐渐增大，以达到在实现对SCR温度合理控制的基础上，控制燃油消耗率牺牲量，进而节省油耗的目的即可。因此，可以想到的是，在保温模式状态下，由于此时车辆处于减负荷工况，发动机2排出的排气温度处于不断降温状态，而发动机2的排气吹向SCR位置，相当于采用冷风去吹温度高于冷风温度的排气管路的SCR位置(即当前状态下SCR位置的温度高于发动机的排气温度，继续排气吹风相当于对SCR位置进行降温)，进而不利于保温。故为了达到保温效果，进一步地，也可以减小发动机2的排气管路的开度，进行憋气，减少单位时间内向SCR位置的排气量，进而也有利于排气管路的SCR位置的保温，尽量减小SCR温度的降低。
进一步地，如图3-4所示，本实施例中，当步骤S1中SCR温度低于第一预设阈值时在执行步骤S2之前还包括以下步骤：
检测并判断当前第一预设时区的平均车速与当前车速的差值是否大于预设差值；若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S3。具体而言，预设差值为5～7km/h，当前第一预设时区为3～5s。更具体的，预设差值为5km/h，当前第一预设时区为3s。进而在执行步骤S2之前，本实施例进一步引入了对当前车速的状态的检测和判断，并以此作为执行步骤S2的优先判断级，其优点在于可以直接通过车速的变化对比预设差值，来判定车辆从车速的角度而言是否达到减速减负荷状态(即减负荷工况)，进而没有达到减速减负荷状态时则跳过步骤S2，直接执行步骤S3，省去了步骤S2的判断过程，提高了SCR热管理方法的执行效率；当从车速的角度而言达到减速减负荷状态时，再进一步执行步骤S2，来具体判断其是否真正达到减负荷工况，若没有达到减负荷工况则执行步骤S3，若达到了减负荷工况再控制执行保温模式。
而对于如何判断车辆是否处于减负荷工况，本实施例中，步骤S2中检测并判断车辆是否处于减负荷工况包括以下步骤：
检测并判断SCR当前温度是否小于当前预设时间段内的SCR平均温度；需要说明的是，SCR平均温度是指以当期时刻为截止点，向前追溯预设时长(比如10s)，在该时间段内采集到的所有SCR温度值的平均值即为SCR平均温度；
若否，则判定车辆不处于减负荷工况；
若是，则检测并判断预设持续时间内的SCR平均温度是否持续降低；需要说明的是，预设持续时间内的SCR平均温度是指连续采集预设时长(比如10s)内的SCR平均温度，进而获得预设时长内的多个SCR平均温度，从而可以进行SCR平均温度的变化对比；
若否，则判定车辆不处于减负荷工况；
若是，则判定车辆处于减负荷工况。
具体而言，当前预设时间段的时长为8～12s，预设持续时间为8～12s。更具体而言，当前预设时间段的时长为10s，预设持续时间为10s。进而通过该种方法可以检测出，若SCR当前温度小于当前10s内的SCR平均温度，且SCR平均温度持续降低10s，则可以确定车辆处于减负荷工况，其它情况则没有处于减负荷工况。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种SCR热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、检测并判断SCR温度是否高于第一预设阈值；若是，则退出热管理；若否，则执行步骤S2；
步骤S2、检测并判断车辆是否处于减负荷工况；若是，则控制执行保温模式，并返回执行步骤S1；若否，则执行步骤S3；
步骤S3、检测并判断SCR温度是否高于第二预设阈值，所述第二预设阈值低于所述第一预设阈值；若是，则控制执行第一提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；若否，则控制执行第二提温模式提升SCR温度，并返回执行步骤S1；
其中，由所述第二提温模式到所述第一提温模式再到所述保温模式的燃油消耗率逐渐减小，所述第二提温模式的提温速度大于所述第一提温模式的提温速度。
2.如权利要求1所述的SCR热管理方法，其特征在于，步骤S2中的控制执行保温模式包括以下步骤：
减小发动机的排气管路旁通阀的开度，以限制通过所述排气管路旁通阀进入排气管路内的新鲜冷空气流量。
3.如权利要求1所述的SCR热管理方法，其特征在于，步骤S3中的控制执行第一提温模式包括以下步骤：
减小发动机的进气管路节气门开度，降低发动机进气量；采用电加热装置辅助加热排气管路。
4.如权利要求1所述的SCR热管理方法，其特征在于，步骤S3中的控制执行第二提温模式包括以下步骤：
减小发动机的进气管路节气门开度，降低发动机进气量；
降低主喷喷射轨压、延后执行主喷时刻，同时在发动机完成主喷射动作后，执行后喷射动作；
采用电加热装置辅助加热排气管路。
5.如权利要求1所述的SCR热管理方法，其特征在于，当步骤S1中SCR温度低于第一预设阈值时在执行步骤S2之前还包括以下步骤：
检测并判断当前第一预设时区的平均车速与当前车速的差值是否大于预设差值；若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S3。
6.如权利要求5所述的SCR热管理方法，其特征在于，所述预设差值为5～7km/h，所述当前第一预设时区为3～5s。
7.如权利要求1-6中任一项所述的SCR热管理方法，其特征在于，步骤S2中检测并判断车辆是否处于减负荷工况包括以下步骤：
检测并判断SCR当前温度是否小于当前预设时间段内的SCR平均温度；若否，则判定车辆不处于减负荷工况；若是，则检测并判断预设持续时间内的SCR平均温度是否持续降低；若否，则判定车辆不处于减负荷工况；若是，则判定车辆处于减负荷工况。
8.如权利要求7所述的SCR热管理方法，其特征在于，所述当前预设时间段的时长为8～12s，所述预设持续时间为8～12s。
9.如权利要求1所述的SCR热管理方法，其特征在于，所述第一预设阈值为300℃，所述第二预设阈值为250℃。
10.一种SCR热管理系统，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的SCR热管理方法。
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