基于HC累积效应的EHC加热控制方法及系统与流程

本发明涉及柴油机后处理系统快速提温，特别涉及一种基于hc累积效应的ehc加热控制方法及系统。

背景技术：

1、发动机排气中含有氮氧化物(简称nox)这种有害物质，nox是发动机吸入气缸内的空气中的n2和o2在高温下的反应产物，其主要成分是no和no2。发动机的排放法规对nox的排放量进行了限制，并且规定了不同程度的限值。

2、尿素选择性催化还原技术(简称urea-scr技术)是发动机控制nox排放的主要技术，该技术最常见的形式是：利用尿素水溶液分解产生氨气(nh3)，并且在scr催化器的作用下，氨气与nox发生选择性催化还原反应，生成氮气和水后排入大气，通过向柴油机的排气中喷入不同的尿素量，对nox的排放量实现有效控制。

3、温度低于187℃时尿素的水解和热解反应不能充分发生，同时scr反应在温度低于250℃的条件下亦不能充分发生，因此冷启动阶段的nox排放控制的主要难点在于后处理系统由于温度过低完全不能正常发挥催化转化效果。通常需要通过以下手段提升冷启动阶段的排放控制能力：其一是迅速缩短冷启动到后处理系统正常工作温度的时间历程；其二是降低冷启动阶段的发动机排放水平；其三是通过诸如(稀薄nox捕集)lnt或(被动nox吸脱附)pna等技术手段在后处理系统未工作时吸附当前的排放污染物。

4、为了迅速缩短车辆冷启动到后处理系统正常工作温度的时间历程，电加热催化器(简称ehc)是目前常用的一种技术手段。但是，传统车辆的12v或24v供电系统能够给ehc提供的加热功率相对有限，往往不足以起到快速将后处理系统加热到目标温度的效果，同时ehc的加热用电来自于发动机做功带动发电机发电，能量利用率限制在热功转化效率以下，高频率使用ehc对油耗非常不友好。

5、另一种被普遍采用的后处理系统提温技术手段是燃油后喷技术，该技术通过在燃烧后期往汽缸中喷入一定量的燃油，使其随着排气进入柴油机氧化催化器(简称doc)中，随后在doc的强氧化催化作用下与排气中o2的发生反应产生热量从而提高排气温度。但是这一技术手段依旧受限于doc的起燃温度，如果doc载体温度并未达到起燃温度则氧化反应难以发生。

6、传统的ehc加热方式往往在发动机启动的同时开始工作，导致doc在达到起燃温度前的时间有所降低，hc得不到充分的积累，使得ehc的放热速率始终不能有效提升，减慢了后处理系统在冷启动阶段的提温速率。同时传统的燃油后喷控制策略没有对doc的实时吸附能力进行评估，过多的hc无法被doc有效吸附从而容易造成hc排放偏高，而传统加热方式下的ehc过早介入往往会导致无法有效利用低温条件下doc更强的hc吸附能力。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提出一种基于hc累积效应的ehc加热控制方法及系统，从而有效弥补传统低压系统ehc加热功率较低，提温能力有限的不足，进而为冷启动阶段的nox排放的有效控制奠定温度基础。

2、本发明一方面提出一种基于hc累积效应的ehc加热控制方法，所述方法包括：

3、s1：获取后处理系统的工作状态，以根据所述后处理系统的工作状态判断后处理系统是否存在提温需求；

4、s2：若所述后处理系统存在提温需求，则对发动机启动后的hc排放质量流量进行积分运算，得到doc上的hc累积质量和hc累积放热量；

5、s3：判断所述hc累积放热量与目标提温时间内的ehc放热量之和是否大于总目标能量；

6、s4：若所述hc累积放热量与目标提温时间内的ehc放热量之和大于总目标能量，则判定ehc加热功能释放条件满足，此时设定ehc加热功率；

7、s5：每隔第一预设时间记录scr载体温度和温升速率；

8、s6：判断所述scr载体温度是否大于第一预设温度阈值，所述第一预设温度阈值为高效温度窗口下限值与第二预设温度调整阈值之和；

9、s7：若所述scr载体温度大于第一预设温度阈值，则控制ehc加热停止；

10、s8：若所述scr载体温度小于或等于第一预设温度阈值，则判断所述温升速率是否大于第一预设温升速率阈值；

11、s9：若所述温升速率大于第一预设温升速率阈值，则以第一预设调节功率阈值降低ehc加热功率，并重复步骤s5至步骤s6；

12、s10：若所述温升速率小于或等于第一预设温升速率阈值，则判断所述温升速率是否大于第二预设温升速率阈值；

13、s11：若所述温升速率大于第二预设温升速率阈值，则以第一预设燃油后喷量阈值增加燃油后喷量，并重复步骤步骤s5至步骤s6；

14、s12：若所述温升速率小于或等于第二预设温升速率阈值，则直接重复步骤s5至步骤s6，直至所述scr载体温度大于第一预设温度阈值。

15、综上，根据上述的基于hc累积效应的ehc加热控制方法，该方法可以在ehc加热能力有限的情况下，通过促使doc将达到起燃温度前存储的hc短时间集中氧化释放的大量热量增强热管理控制系统对后处理系统的提温性能，该方法可帮助实现后处理系统的快速提温，使得scr系统达到启喷温度的时间提前从而更为有效的控制冷启动阶段的尾管nox排放，同时可更为有效地利用doc在低温条件下的hc吸附能力控制hc排放，该方法大大提高了系统化学能和电能的能量利用率，对提升整车的燃油经济性和排放性能均有明显效果。

16、在本发明较佳实施例中，所述获取后处理系统的工作状态，以根据所述后处理系统的工作状态判断后处理系统是否存在提温需求的步骤包括：

17、获取doc前温度传感器的温度值和doc后温度传感器的温度值，并根据所述doc前温度传感器的温度值和所述doc后温度传感器的温度值计算得到平均温度值；

18、判断所述平均温度值是否小于doc起燃温度；

19、若所述平均温度值小于所述doc起燃温度，则判定所述后处理系统存在提温需求。

20、在本发明较佳实施例中，所述判断所述hc累积放热量与目标提温时间内的ehc放热量之和是否大于总目标能量的步骤包括：

21、利用ehc加热功率、排气质量流量以及doc载体载体温度确定目标提温时间以及在所述目标提温时间内的ehc放热量；

22、根据当前scr载体温度计算提温至scr载体高效温度窗口下限值所需的总目标能量。

23、在本发明较佳实施例中，所述利用ehc加热功率、排气质量流量以及doc载体载体温度确定目标提温时间以及在所述目标提温时间内的ehc放热量的步骤包括：

24、doc载体温度预估模型以doc入口排气温度、doc出口排气温度和排气质量流量为输入，对低温条件下的doc载体温度进行计算；

25、doc载体温度预估模型以ehc额定加热功率、doc载体温度和排气质量流量为输入，通过查后处理目标提温时间标定map获得当前doc载体温度条件下的目标提温时间；

26、基于当前的实际电瓶电压信号计算出ehc的实际加热功率后，将ehc的实际加热功率乘以目标提温时间以得到目标提温时间内的ehc放热量。

27、在本发明较佳实施例中，所述根据当前scr载体温度计算提温至scr载体高效温度窗口下限值所需的总目标能量的步骤包括：

28、以传感器测得的scr入口排气温度、scr出口排气温度和排气质量流量为输入，利用建立的scr载体温度预估模型计算出当前scr的载体温度，比较当前scr载体温度与scr载体高效温度窗口下限值，通过载体比热容计算出载体提温所需的能量输入；

29、基于热力学过程模型对scr载体与排气换热的热效率进行计算，得到scr入口排气所需具备的能量和scr出口排气所具备的能量，依据当前scr入口排气温度和scr入口排气所需具备的能量计算出提升至载体高效温度窗口下限值所需的总目标能量。

30、在本发明较佳实施例中，所述后处理系统存在提温需求，则对发动机启动后的hc排放质量流量进行积分运算，得到doc上的hc累积质量和hc累积放热量的步骤之后还包括：

31、以排气质量流量、hc实时存储量计算值和doc载体温度为输入计算实时脱附速率和最大吸附速率，并以最大吸附速率和hc排放质量流量计算实际的hc累积/脱除速率；

32、当hc排放质量流量小于最大吸附速率时，doc上的hc累积/脱除速率等于当前条件下的hc排放质量流量减去当前条件下的脱附速率。

33、在本发明较佳实施例中，所述doc载体温度预估模型包括对三个热力学过程的建模，所述热力学过程包括排气与催化剂间的对流换热、催化剂内部的热传导以及催化器壳体对大气的辐射换热，其中：

34、根据以下公式计算得到单位时间内排气与催化剂间的对流换热量φp-c：

35、φp-c＝hah-t(tp-tc)

36、式中：h为排气与催化剂对流换热的换热系数，w/(m2k)；tp为排气温度，k；tc为催化剂温度，k；ah-t为催化剂能够与排气接触的所有表面积；采用ε表示催化剂的孔隙率，scat表示催化剂单位可流通气体体积内的催化剂内表面积，m2/m3，则根据以下公式计算得到ah-t：

37、

38、其中，rc为催化剂横截面半径，m；lc为催化器长度，m；为催化剂的总体积vc；为催化剂的总横截面积；为排气被催化剂阻挡的面积。

39、在本发明较佳实施例中，根据以下公式计算得到单位时间内催化剂通过热传导的热量φc：

40、

41、其中，λc表示催化剂载体的导热系数，x表示沿传热方向的微元长度，rc表示载体半径，ε表示孔隙率，tc表示载体温度。

42、在本发明较佳实施例中，根据以下公式计算得到催化器壳体对大气的辐射换热φc-amb：

43、

44、其中，arad为催化器与外界的辐射面积，m2；εrad为辐射黑度；σsb为气体辐射常数，w/m2k4；tamb为环境温度，k。

45、本发明另一方面还提出一种基于hc累积效应的ehc加热控制系统，所述系统包括：

46、提温需求监测模块，用于获取后处理系统的工作状态，以根据所述后处理系统的工作状态判断后处理系统是否存在提温需求；

47、积分运算模块，用于若所述后处理系统存在提温需求，则对发动机启动后的hc排放质量流量进行积分运算，得到doc上的hc累积质量和hc累积放热量；

48、总目标能量监测模块，用于判断所述hc累积放热量与目标提温时间内的ehc放热量之和是否大于总目标能量；

49、加热功率设定模块，用于若所述hc累积放热量与目标提温时间内的ehc放热量之和大于总目标能量，则判定ehc加热功能释放条件满足，此时设定ehc加热功率；

50、实时记录模块，用于每隔第一预设时间记录scr载体温度和温升速率；

51、scr载体温度监测模块，用于判断所述scr载体温度是否大于第一预设温度阈值，所述第一预设温度阈值为高效温度窗口下限值与第二预设温度调整阈值之和；

52、ehc加热停止执行模块，用于若所述scr载体温度大于第一预设温度阈值，则控制ehc加热停止；

53、第一温升速率监测模块，用于若所述scr载体温度小于或等于第一预设温度阈值，则判断所述温升速率是否大于第一预设温升速率阈值；

54、加热功率调节模块，用于若所述温升速率大于第一预设温升速率阈值，则以第一预设调节功率阈值降低ehc加热功率，并重复记录scr载体温度和温升速率；

55、第二温升速率监测模块，用于若所述温升速率小于或等于第一预设温升速率阈值，则判断所述温升速率是否大于第二预设温升速率阈值；

56、若所述温升速率小于或等于第二预设温升速率阈值，则重复记录scr载体温度和温升速率，直至所述scr载体温度大于第一预设温度阈值；

57、燃油后喷量调节模块，用于若所述温升速率大于第二预设温升速率阈值，则以第一预设燃油后喷量阈值增加燃油后喷量，并重复记录scr载体温度和温升速率。

58、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。