CN115045735A - 用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法、控制装置和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法、控制装置和可读存储介质。该方法包括：确定发动机是否处于运行状态，在处于运行状态时，确定发动机冷却液温度是否高于预定温度，在不高于预定温度时，使电加热装置处于最大功率状态；在高于预定温度时，确定尾气能量比值是否高于第一预定值，如果不高于第一预定值，使电加热装置处于最大功率状态；如果高于第一预定值，确定尾气能量比值是否高于比第一预定值大的第二预定值，如果高于第二预定值，使电加热装置处于关闭状态；如果不高于第二预定值，根据尾气能量比值来调节电加热装置的功率；尾气能量比值为尾气的实时能量与基准能量之比。根据本发明可防止能量浪费或尾气处理效率降低。
Description
技术领域
本发明涉及柴油发动机的尾气后处理系统，尤其涉及一种用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法、控制装置和可读存储介质。
背景技术
在使用柴油发动机的车辆中，通常装有尾气后处理系统，以减少所排放的尾气中氮氧化物、颗粒物以及未充分燃烧碳氢化合物的含量。图1示意性地显示了设置有电加热装置的尾气后处理系统。如图1所示，尾气后处理系统1大体包括用于对来自发动机的未充分燃烧的碳氢化合物进行氧化的氧化催化器3和用于利用尿素水溶液将氮氧化物还原成氮气的选择性催化还原器5。在图中氧化催化器3和选择性催化还原器5被显示为通过尾气管连接起来，它们实际上可以组装在一起。尾气后处理系统也包括用于过滤固体颗粒物的过滤器(未示出)。随着对环境保护的越来越重视，对发动机尾气尤其是氮氧化物的排放要求越来越苛刻。尽管在合适的温度区间内现有的尾气后处理系统中选择性催化还原器将氮氧化物转化为氮气的转化率几户已经达到90％以上，但是由于选择性催化还原器将氮氧化物转化为氮气的转化率与温度高度相关，发动机在低温运行时尤其是发动机冷起动阶段整个尾气后处理系统的温度相对较低，因而很大一部分有害排放物是在发动机工作循环的冷起动阶段例如在冷起动之后最初几百秒内产生的。当然，在诸如车辆等待红绿灯时的怠速运行阶段(长期低速运行工况)也可能导致整个尾气后处理系统的温度相对较低。为此，已经提出在尾气后处理系统1中设置电加热装置7以改善尾气后处理系统在温度相对较低时尤其是发动机冷起动阶段的性能。在图1中电加热装置7被设置在氧化催化器3上游，但是电加热装置7也可以设置在选择性催化还原器5上游或其它可能的位置。图2示意性地显示了电加热装置的电路结构。如图2所示，电加热装置的电路结构包括用于给电加热装置7供电的电源9以及与车辆的电子控制单元(ECU)11连通的继电器13。电子控制单元11控制继电器13连通或者断开以便使电加热装置7工作或者停止工作。控制电加热装置的一种现有方法是基于时间的连续加热，例如在预定时间内保持电加热装置连续工作。另一种方法是基于电加热装置7的温度间断性地加热。前一种方法的加热时间不能根据发动机的运行状态被调节，因而是非智能的。后一种方法只是单纯地考虑温度，而没有考虑尾气质量，也存在片面性。两种方法都可能导致过加热进而浪费能量，或者加热不足导致尾气后处理效率过低，进而可能产生尿素水溶液结晶现象。
因此，需要对现有的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法进行改进。
发明内容
本发明的一个目的是要克服上述现有技术中的缺陷，提供一种用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法能够智能地控制电加热装置，从而防止过加热或者加热不足的问题，进而避免能量浪费或者尾气后处理效率降低的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，所述方法包括：
确定发动机是否处于运行状态，在发动机处于非运行状态时，使所述电加热装置处于非工作的关闭状态；
在发动机处于运行状态时，确定发动机冷却液温度是否高于预定温度，在发动机冷却液温度不高于所述预定温度时，使所述电加热装置处于最大功率的工作状态；
在发动机冷却液温度高于所述预定温度时，确定尾气能量比值是否高于第一预定值，如果所述尾气能量比值不高于第一预定值，使所述电加热装置处于所述最大功率的工作状态；
如果所述尾气能量比值高于所述第一预定值，确定所述尾气能量比值是否高于第二预定值，其中，所述第二预定值大于所述第一预定值，如果所述尾气能量比值高于所述第二预定值，使所述电加热装置处于所述非工作的关闭状态；
如果所述尾气能量比值不高于所述第二预定值，根据所述尾气能量比值来调节所述电加热装置的功率；
其中，所述尾气能量比值为尾气的实时能量与基准能量之比。
根据本发明的另一方面，提供一种控制装置，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行如上所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。
根据本发明的又一方面，提供一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行如上所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。
根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，基于尾气能量比值来对电加热装置的加热功率进行控制和/或调节，避免了单纯基于温度对电加热装置的加热功率进行控制和/或调节的片面性，能够智能地控制电加热装置，从而防止过加热或者加热不足的问题，进而避免能量浪费或者尾气处理效率降低的问题。
附图说明
图1示意性地显示了设置有电加热装置的尾气后处理系统；
图2示意性地显示了电加热装置的电路结构；
图3示意性地显示了根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法的流程图；
图4示意性地显示了根据本发明一种实施例的电加热装置的加热功率与尾气能量比值R之间的关系；
图5示意性地显示了根据本发明另一种实施例的电加热装置的加热功率与尾气能量比值R之间的关系；以及
图6示意性地显示了根据本发明的控制装置。
具体实施方式
正如所知，发动机通常包括如下几个状态：待机(standby)、准备(ready)、起动(cranking)、运行(running)、停机(stopping)和结束(finish)，其中，待机状态是指发动机完成初始化的状态，准备状态是指发动机上电后的状态，起动是指发动机点火并且转速大于零且低于一定速度(例如400rpm)的状态，运行状态是指发动机可稳定运转的状态，停机是指发动机下电但转速不为零的状态，而结束状态是指发动机下电且转速为零的状态。由于发动机除运行状态之外的状态持续时间都相对较短，根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法主要是适用于发动机的运行状态。
根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法是一种智能控制方法，不仅考虑尾气的温度，而且还考虑尾气的质量，即，根据尾气的能量来控制尾气后处理系统的电加热装置的运行。以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图3示意性地显示了根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法的流程图。如图3所示，在步骤S1开始执行本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。事实上，在发动机上电点火之后，车辆的电子控制单元就自动执行本发明的方法。在步骤S2，电子控制单元确定发动机是否处于运行状态。如果发动机处于非运行状态，电子控制单元11控制继电器13处于断开状态，从而使电加热装置7处于非工作的关闭状态POff。如果发动机处于运行状态，则执行步骤S3。
在步骤S3，电子控制单元确定发动机冷却液温度是否高于预定温度。如果发动机冷却液温度不高于预定温度，电子控制单元11控制继电器13处于接通状态，从而使电加热装置7处于工作状态并且是处于电加热最大功率的工作状态POn-Max。发动机冷却液温度由与电子控制单元11电连通的温度传感器实时测量。预定温度可以根据发动机的型号或者控制策略需要而选取不同的数值，例如预定温度可以设定为大约50℃。如果发动机冷却液温度高于预定温度，则执行步骤S4。
在步骤S4，电子控制单元确定尾气能量比值R是否高于第一预定值R1。如果尾气能量比值R不高于第一预定值R1，电子控制单元11控制继电器13处于接通状态，从而使电加热装置7处于工作状态并且是处于电加热最大功率的工作状态POn-Max。如果尾气能量比值R高于第一预定值R1，则执行步骤S5。
在步骤S5，电子控制单元确定尾气能量比值R是否高于第二预定值R2，其中，第二预定值R2大于第一预定值R1。如果尾气能量比值R高于第二预定值R2，电子控制单元11控制继电器13处于断开状态，从而使电加热装置7处于非工作的关闭状态POff。如果尾气能量比值R不高于第二预定值R2，则执行步骤S6。
根据本发明的一种实施方式，在步骤S6中，电子控制单元11控制继电器13处于接通状态，从而使电加热装置7处于工作状态，并且电子控制单元11根据尾气能量比值R的大小来控制电源9的供电电压，进而可以实时地调节(或者说无极地连续调节)电加热装置7的电加热功率，如图4所示。在图4中，横坐标表示尾气能量比值R，纵坐标P表示电加热装置7的电加热功率。
尽管根据图4所示方式可以更加精确地控制电加热装置7的功率以避免能量浪费，但是这种方式增加了控制的复杂性和难度。作为替代，可以根据尾气能量比值R的大小对于电加热装置7实行分档控制。图5示意性地显示了根据本发明另一种实施例的电加热装置的加热功率与尾气能量比值R之间的关系。在图5中，横坐标表示尾气能量比值R，纵坐标P表示电加热装置7的电加热功率。如图5所示，在步骤S6，电子控制单元确定尾气能量比值R是否高于第三预定值R3，其中，第三预定值大于第一预定值R1但小于第二预定值R2。如果尾气能量比值R高于第三预定值R3，电子控制单元11控制继电器13处于接通状态，从而使电加热装置7处于工作状态并且是处于电加热最小功率的工作状态POn-Min，其中，电加热最小功率不为零。如果尾气能量比值R不高于第三预定值，电子控制单元11控制继电器13处于接通状态，从而使电加热装置7处于工作状态并且是处于电加热功率为中间值的工作状态POn-Mid，其中，为中间值的电加热功率处于最小电加热功率与最大电加热功率之间。在图5所示实施例中，电加热装置7被分成最大电加热功率(例如7.2kW)、中间电加热功率(例如5kW)和最小电加热功率(例如3kW)三档功率来控制。应理解的是，根据控制策略的需要，可以将电加热装置7分成更多档的功率来进行控制。
根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法可以在车辆运行期间反复地执行上述S2至S6的步骤，并且在发动机下电之后进入步骤S7，即，停止执行本发明的方法。
在根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法中，尾气能量比值R可以定义为尾气的实时能量与基准能量之比。由于可以以不同能量作为基准能量，尾气能量比值R也可能不同。
根据本发明的一个实施例，尾气能量比值R可以以下列公式来确定：
公式(1)中的分子表示尾气的实时能量，其中：
Cp表示尾气的热容，它是一个常数，例如可以取值为1.07kJ/(kg·K)；
T是在尾气后处理系统的选择性催化还原器上游的尾气的温度，它可以由温度传感器测得。
公式(1)中的分母(即，基准能量)表示在相应法规要求的瞬态冷循环时的尾气的平均能量，其中：
当以公式(1)来确定尾气能量比值R时，第一预定值R1可以例如为0.8，第二预定值R2可以例如为1.2，而第三预定值R3可以例如为1.0。
根据本发明的另一实施例，尾气能量比值R可以下列公式来确定：
公式(2)中的分子也是表示尾气的实时能量，但公式(2)中的分母(即，基准能量)表示实时喷射的尿素水溶液的成分水解所需要的能量，其中：
Δhvap表示尿素水溶液的蒸发焓，其取值为2350kJ/kg。
当以公式(2)来确定尾气能量比值R时，第一预定值R1可以例如为0.5，第二预定值R2可以例如为1.0，而第三预定值R3可以例如为0.8。
无论是实时地控制电加热装置的功率还是分档地控制电加热装置的功率都可以通过改变电加热装置的电源的供电电压，进而改变流经电加热装置的电流大小来实现，或者通过改变电加热装置的电阻大小来实现。
尽管在以上优选实施例中，基于车辆的电子控制单元来执行本发明的方法，应理解的是，也可以采用包括处理器和存储器的其它控制装置例如单片机来代替电子控制单元执行本发明的方法也是可行的。图6示意性地显示了根据本发明的控制装置。根据本发明的控制装置20包括处理器21以及存储有可执行指令的存储器23。当存储器23中的可执行指令被执行时使得处理器21执行根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。
根据本发明的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，由于是基于尾气能量比值来对电加热装置的加热功率进行控制和/或调节，避免了单纯基于温度对电加热装置的加热功率进行控制和/或调节的片面性，能够智能地控制电加热装置，从而防止过加热或者加热不足的问题，进而避免能量浪费或者尾气处理效率降低的问题。
尽管已经结合本发明优选实施例对本发明进行了详细描述，但应当理解的是，这种详细描述仅是用于解释本发明而不构成对本发明的限制。本发明的范围由权利要求限定的技术方案来确定。
Claims (12)
1.一种用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，所述方法包括：
确定发动机是否处于运行状态，在发动机处于非运行状态时，使所述电加热装置处于非工作的关闭状态(POff)；
在发动机处于运行状态时，确定发动机冷却液温度是否高于预定温度，在发动机冷却液温度不高于所述预定温度时，使所述电加热装置处于最大功率的工作状态(POn-Max)；
在发动机冷却液温度高于所述预定温度时，确定尾气能量比值(R)是否高于第一预定值，如果所述尾气能量比值(R)不高于第一预定值(R1)，使所述电加热装置处于所述最大功率的工作状态(POn-Max)；
如果所述尾气能量比值(R)高于所述第一预定值，确定所述尾气能量比值(R)是否高于第二预定值(R2)，其中，所述第二预定值(R2)大于所述第一预定值(R1)，如果所述尾气能量比值(R)高于所述第二预定值(R2)，使所述电加热装置处于所述非工作的关闭状态(POff)；
如果所述尾气能量比值(R)不高于所述第二预定值(R2)，根据所述尾气能量比值(R)来调节所述电加热装置的功率；
其中，所述尾气能量比值(R)为尾气的实时能量与基准能量之比。
2.如权利要求1所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，调节所述电加热装置的功率包括根据所述尾气能量比值(R)的大小实时地控制所述电加热装置的功率。
3.如权利要求1所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，调节所述电加热装置的功率包括根据所述尾气能量比值(R)的大小分档地控制所述电加热装置的功率。
4.如权利要求3所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，调节所述电加热装置的功率包括确定所述尾气能量比值(R)是否高于第三预定值(R3)，其中，所述第三预定值(R3)大于所述第一预定值(R1)但小于所述第二预定值(R2)；
如果所述尾气能量比值(R)高于所述第三预定值(R3)，使所述电加热装置处于最小功率的工作状态(POn-Min)；
如果所述尾气能量比值(R)不高于所述第三预定值(R3)，使所述电加热装置处于中间功率的工作状态(POn-Mid)，其中，所述中间功率处于所述最小功率与所述最大功率之间。
5.如权利要求4述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，所述基准能量是在相应法规要求的瞬态冷循环时的尾气的平均能量，所述尾气能量比值(R)根据以下公式计算：
其中，
表示尾气的实时质量流量，Cp表示尾气的热容，T是在尾气后处理系统的选择性催化还原器上游测量的尾气的温度，
表示在相应法规要求的瞬态冷循环时尾气的质量流量，
表示在相应法规要求的瞬态冷循环时尾气的平均温度。
6.权利要求5述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，所述第一预定值(R1)为0.8，所述第二预定值(R2)为1.2，所述第三预定值(R3)为1.0。
7.如权利要求4述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，所述基准能量是实时喷射的尿素水溶液的成分水解所需要的能量，所述尾气能量比值(R)根据以下公式计算：
其中，
表示尾气的实时质量流量，Cp表示尾气的热容，T是测量的尾气的温度，
表示实时喷射的尿素水溶液质量流量，Δhvap表示尿素水溶液的蒸发焓。
8.权利要求7述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，所述第一预定值(R1)为0.5，所述第二预定值(R2)为1.0，所述第三预定值(R3)为0.8。
9.权利要求1述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法，其中，所述预定温度是大约50℃。
10.一种控制装置，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储有可执行指令的存储器，当所述可执行指令被执行时使得所述处理器执行如权利要求1至9种任一项所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。
11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置是车辆的电子控制单元。
12.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，当所述可执行指令被执行时使得机器执行权利要求1至9中任一项所述的用于控制尾气后处理系统的电加热装置的方法。
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