GPF过露点检测方法及系统与流程

gpf过露点检测方法及系统
技术领域
1.本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种gpf过露点检测方法及系统。


背景技术：

2.随着《gb18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》法规的实施，为了应对新增加的颗粒物排放要求，越来越多的轻型车在尾气的后处理装置中增加了颗粒捕集器(gpf，gasoline particulate filter)。
3.某些车型的典型的gpf布置方案如图1所示。图1中：
4.100-排气歧管；
5.200-排气管；
6.lsu，线性氧传感器，安装于排气歧管出口，催化器(twc)前端，用于监测发动机参与燃烧的空气燃油质量比例(即空燃比λ)；线性氧传感器测量空燃比的范围一般为0.7～16(纯空气)；
7.t-sensor，温度传感器，安装于gpf入口，测量gpf的入口排气温度，用于gpf载体温度模型的建立；
8.dp sensor，压差传感器，压力采样点分别布置于gpf入口和出口，用于监测gpf两端压差，诊断gpf载体是否损坏或者脱落。
9.从图1中可以看出，此类车型gpf布置在距排气歧管较远处，低环境温度下由于gpf受排气歧管排气加热的加热量小于散热量进而导致gpf温度无法上升，实际进行gpf过露点标定时，过露点阈值较大，导致在低温环境下的gpf相关诊断功能无法激活或较长时间才激活，同时存在gpf传感器结冰风险。
10.具体而言，当前gpf过露点采用延迟时间标定法，即以lsu温度到达70度作为零点，读取gpf热电偶达到70度与零点的时间差。采用该标定方法，当车辆的gpf布置在距排气歧管较远时，在低温环境下，存在gpf热电偶无法达到70度或较长时间才能达到70度的情况，gpf相关诊断功能无法激活或较长时间才激活，同时当前逻辑对于gpf传感器结冰风险也无相应策略。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种gpf过露点检测方法及系统，以解决低温环境下gpf相关诊断功能无法激活或较长时间才激活，同时存在gpf传感器结冰风险的问题。
12.为解决上述技术问题，本发明提供一种gpf过露点检测方法，包括：
13.计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；
14.建立热量积分模型，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；
15.判断当前车辆工况，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则
主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，以及根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
16.可选的，在所述的gpf过露点检测方法，所述gpf过露点检测方法还包括：
17.若当前车辆工况为驾驶工况，则根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
18.可选的，在所述的gpf过露点检测方法中，所述根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点包括：
19.若所述热量积分模型的计算结果大于当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值，则判定为gpf露点已过。
20.可选的，在所述的gpf过露点检测方法，所述主动激活gpf加热功能的方法包括：
21.提高车辆怠速转速以增大排气流量，和/或，加大扭矩预留提高排气温度。
22.可选的，在所述的gpf过露点检测方法中，所述热量积分模型包括热量总累积模型和热量耗散模型，所述热量总累积模型热量总累积模型热量总累积模型用于计算排气歧管总的排气流量，所述热量耗散模型用于计算通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量，所述热量积分模型的输出值为所述热量总累积模型的计算结果和所述热量耗散模型的计算结果的差值。
23.可选的，在所述的gpf过露点检测方法中，所述热量总累积模型为:
24.q1＝(exhmod_tpfilavrgb1-exhmod_tthdheatflowint_c)
·
exhmod_cpexhpcorrinb1_c
·
exhmod_faccorrnmflow_t
·
exhmod_mfexhpfilb1；
25.其中，q1表示排气歧管总的排气流量，exhmod_tpfilavrgb1表示gpf排温，exhmod_tthdheatflowint_c表示计算热量积分的排气温度起始值，exhmod_cpexhpcorrinb1_c表示气体比热容，exhmod_faccorrnmflow_t表示流量相关系数，exhmod_mfexhpfilb1表示gpf前端排气流量。
26.可选的，在所述的gpf过露点检测方法中，所述热量耗散模型为：
27.q2＝exhmod_coeheatconv_c
·
(exhmod_tpfilavrgb1-tumg)
·
exhmod_surpfilb1_c；
28.其中，q2表示通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量，exhmod_coeheatconv_c表示综合换热系数，tumg表示环境温度，exhmod_surpfilb1_c表示散热面积。
29.可选的，在所述的gpf过露点检测方法中，所述车辆的热量积分值通过检测设置于gpf管壁的热电偶温度得到。
30.本发明还提供一种gpf过露点检测系统，包括：
31.阈值获取模块，用于计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；
32.模型建立模块，用于建立热量积分模型，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；
33.检测模块，用于判断当前车辆工况，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，以及根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
34.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述检测模块还用于判断当前车辆工况，若当前车辆工况为驾驶工况，则根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
35.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述主动激活gpf加热功能的方法包括：
36.提高车辆怠速转速以增大排气流量，和/或，加大扭矩预留提高排气温度。
37.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述热量积分模型包括热量总累积模型和热量耗散模型，所述热量总累积模型热量总累积模型热量总累积模型用于计算排气歧管总的排气流量，所述热量耗散模型用于计算通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量。
38.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述热量总累积模型为:
39.q1＝(exhmod_tpfilavrgb1-exhmod_tthdheatflowint_c)
·
exhmod_cpexhpcorrinb1_c
·
exhmod_faccorrnmflow_t
·
exhmod_mfexhpfilb1；
40.其中，q1表示排气歧管总的排气流量，exhmod_tpfilavrgb1表示gpf排温，exhmod_tthdheatflowint_c表示计算热量积分的排气温度起始值，exhmod_cpexhpcorrinb1_c表示气体比热容，exhmod_faccorrnmflow_t表示流量相关系数，exhmod_mfexhpfilb1表示gpf前端排气流量。
41.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述热量耗散模型为：
42.q2＝exhmod_coeheatconv_c
·
(exhmod_tpfilavrgb1-tumg)
·
exhmod_surpfilb1_c；
43.其中，q2表示通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量，exhmod_coeheatconv_c表示综合换热系数，tumg表示环境温度，exhmod_surpfilb1_c表示散热面积。
44.可选的，在所述的gpf过露点检测系统中，所述车辆的热量积分值通过检测gpf管壁热电偶温度计算得到。
45.综上所述，本发明提供的过露点检测方法及系统，包括：计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；建立热量积分模型，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；判断当前车辆工况，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，以及根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。本发明提供的过露点检测方法及系统采用热量积分值标定法，对于驾驶工况，可更早激活gpf相关诊断功能，对于低温长怠速工况，通过提高怠速转速和增加扭矩预留功能达到快速加热gpf的目的，因此可以保证低温环境下gpf安全过露点、降低gpf传感器结冰风险和保证激活gpf相关诊断功能。
附图说明
46.图1为典型的gpf再生布置方案的示意图；
47.图2为本发明实施例提供的gpf过露点检测方法的流程图；
48.图3为本发明实施例中热量总累积模型和热量耗散模型的计算过程图；
49.图4为本发明实施例中热量积分阈值的计算过程图；
50.图5为本发明实施例提供的gpf过露点检测系统的组成框图。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
52.如图2所示，本发明实施例提供一种gpf过露点检测方法，所述gpf过露点检测方法包括如下步骤：
53.s11，计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；
54.s12，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；以及，
55.s13，判断当前车辆工况，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，以及根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
56.其中，步骤s11及步骤s12的执行不分先后。
57.如前所述，当前gpf过露点采用延迟时间标定法，即以lsu温度到达70度作为零点，读取gpf热电偶达到70度与零点的时间差。采用该标定方法，当车辆的gpf布置在距排气歧管较远时，在低温环境下，存在gpf热电偶无法达到70度或较长时间才能达到70度的情况，gpf相关诊断功能无法激活或较长时间才激活，同时当前逻辑对于gpf传感器结冰风险也无相应策略。而本发明实施例提供的所述gpf过露点检测方法，采用热量积分值标定法，对于驾驶工况，可更早激活gpf相关诊断功能，对于低温长怠速工况，通过提高怠速转速和增加扭矩预留功能达到快速加热gpf的目的，因此可以保证低温环境下gpf安全过露点、降低gpf传感器结冰风险和保证激活gpf相关诊断功能。
58.以下对上述步骤s11～s13作进一步详细描述。
59.本发明提供的gpf过露点检测方法采用新型的热量积分值计算逻辑，其物理背景如下，在一定条件下(环境温度，车的温度，上次熄火前已经充分预热等)，车停机后排气管内的水汽含量是相同的，因此蒸发这些水汽所需的热量也是相同的。而这和车起动之后的运行工况无关。在排气对排气管内的水进行加热的同时，排气管管壁与外界环境存在热交换过程，因此最终用于加热排气管内水的热量为排气歧管总的排气流量减去通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量。其逻辑计算公式如下：
[0060][0061]
其中，q表示加热量，表示排气流量，cp表示气体比热容，t0表示排气温度，tr表示管壁温度，表示流量相关系数,a表示综合换热系数,t
t
表示环境温度,f表示散热面积。
[0062]
即，本发明实施例中，所述热量积分模型包括热量总累积模型和热量耗散模型，所述热量总累积模型热量总累积模型热量总累积模型用于计算排气歧管总的排气流量，所述热量耗散模型用于计算通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量，所述热量积分模型的输出值为所述热量总累积模型的计算结果和所述热量耗散模型的计算结果的差值。
[0063]
由此可以推导出，所述热量总累积模型为:
[0064]
q1＝(exhmod_tpfilavrgb1-exhmod_tthdheatflowint_c)
·
exhmod_cpexhpcorrinb1_c
·
exhmod_faccorrnmflow_t
·
exhmod_mfexhpfilb1；
[0065]
q1表示排气歧管总的排气流量，exhmod_tpfilavrgb1表示gpf排温，exhmod_tthdheatflowint_c表示计算热量积分的排气温度起始值，exhmod_cpexhpcorrinb1_c表示气体比热容，exhmod_faccorrnmflow_t表示流量相关系数，exhmod_mfexhpfilb1表示gpf前端排气流量。
[0066]
q2＝exhmod_coeheatconv_c
·
(exhmod_tpfilavrgb1-tumg)
·
exhmod_surpfilb1_c；
[0067]
q2表示通过排气管的管壁耗散至外界环境的散热量，exhmod_coeheatconv_c表示综合换热系数，tumg表示环境温度，exhmod_surpfilb1_c表示散热面积。
[0068]
所述热量总累积模型和所述热量耗散模型的具体计算过程如图3所示，其中，coeng_st、coeng_running为所述热量总累积模型运行的条件，coeng_st表示发动机处于工作状态，coeng_running表示发动机处于运行状态；exhmod_mfexhpfilb1 gpf表示前端排气流量；exhmod_swtheatconv_c表示通过codeword选择是否考虑对流传热(即exhmod_swtheatconv_c作为选择标志位，当该标志位打开时，可以进行下一步骤)；getbit表示取codeword的第几位，exhmod_egyheatincpfilpb1表示gpf受发动机排气加热的能量积分值，将exhmod_egyheatincpfilpb1转换为时全局变量即为exhmod_egy_inc；proc_50ms表示模型运行的频率为每50ms一次，即所述热量总累积模型和所述热量耗散模型每次进行热量积分的时间为50ms(图4中的0.05亦表示时间为50ms)，但申请不以此为限，模型运行频率可根据实际情况进行调整。所述综合换热系数的单位为j/(m2*s*℃)，因此，exhmod_coeheatconv_c
·
(exhmod_tpfilavrgb1-tumg)
·
exhmod_surpfilb1_c
·
0.05计算得到的数值单元为j，再除以1000后，所述热为量耗散模型最终计算结果的单位为kj，如图4中所示，与所述热量总累积模型最终计算结果的单位一致，便于对两个模型的计算结果作差，得到最终的真实热量累加值。
[0069]
需要说明的是，上述模型计算公式，只体现参考计算的变量，并不涉及模型触发的条件，以及单位的转换关系等。通过图3可以看出，本发明提供的所述gpf过露点检测方法的触发条件包括：coeng_st、coeng_running，因此采用本发明实施例提供的过露点检测方法也能很好的区分怠速工况和驾驶工况。
[0070]
步骤s11中，所述车辆的热量积分值通过检测设置于gpf管壁的热电偶温度得到。计算过程具体如图4所示，其中图4中，tumg和envt_t均表示环境温度；tmst和cengdst_tstrt均表示起动水温；同样的，proc_50ms表示检测环境温度和起动水温的频率为50ms一次，与上述两个模型运行的频率一致，便于比对，exhmod_egyheatpfilminpb1_map gpf表示加热所需要的能量积分阈值(根据实际车辆表现进行标定)；exhmod_facheatthdoffs表示gpf加热所需要的能量积分修正值；exhmod_egythdheatpfilpb1表示经过修正后的gpf加热所需要的能量积分阈值，作为露点判断基准。记录下不同环境温度和起动水温组合下的经过修正后的gpf加热所需要的能量积分阈值，填入exhmod_egyheatpfilminpb1_map，以便于比对时调取。
[0071]
从上述描述可知，本发明实施例提供的gpf过露点检测方法的基础策略为：对车辆
的热量值进行积分计算，在不同环境温度和起动水温下以gpf管壁热电偶温度作为露点判断基准，记下此时的热量积分值，填入exhmod_egyheatpfilminpb1_map，作为此境温度和起动水温下发动机系统过gpf露点判定的热量积分限值。该逻辑可以更好的适应整车工况，对于驾驶工况可更快的使gpf过露点，但是无法解决低温长怠速工况，故步骤s13中，针对低温长怠速工况，增加强制加热策略，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，而后再根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。从而可保证低温环境下gpf也可以安全过露点、降低gpf传感器结冰风险和保证激活gpf相关诊断功能。
[0072]
本实施例中，所述主动激活gpf加热功能的方法包括：提高车辆怠速转速以增大排气流量，和/或，加大扭矩预留提高排气温度。即，在主动激活gpf加热功能时，怠速转速和扭矩预留可以单独使用也可以耦合使用，适用性较广且实际使用效果较明显。
[0073]
另外，本实施例步骤s13中，所述根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点包括：若所述热量积分模型的计算结果大于当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值，则判定为gpf露点已过。
[0074]
在另外一些实施例中，所述根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点也可包括：若所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的差值大于设定值，则判定为gpf露点已过。
[0075]
基于同一思想，如图5所示，本发明实施例还提供一种gpf过露点检测系统，所述gpf过露点检测系统包括：
[0076]
阈值获取模块11，用于计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；
[0077]
模型建立模块12，用于建立热量积分模型，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；以及，
[0078]
检测模块13，用于判断当前车辆工况，若当前车辆工况为驾驶工况，则根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。
[0079]
可以理解的是，所述gpf过露点检测系统中，所述阈值获取模块11、所述模型建立模块12、所述检测模块13可以合并在一个装置中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个子模块，或者，所述阈值获取模块11、所述模型建立模块12、所述检测模块13的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个功能模块中实现。
[0080]
另外，可以理解的是，所述阈值获取模块11用于实现图1所示的步骤s11，所述模型建立模块12用于实现图1所示的步骤s12，所述模型建立模块13用于实现图1所示的步骤s13，从而关于所述阈值获取模块11、所述模型建立模块12、所述检测模块13能够实现的功能的具体说明可以参考所述gpf过露点检测方法的部分中图1所示的关于步骤s11～s13的相关描述，重复之处不再赘述。此外，所述gpf过露点检测系统可以实现与前述gpf过露点检
测方法相似的技术效果，在此不再赘述。
[0081]
综上所述，本发明提供的过露点检测方法及系统，包括计算不同环境温度和起动水温下车辆的热量积分值，作为相应所述环境温度和所述起动水温下gpf过露点的热量积分阈值；建立热量积分模型，所述热量积分模型用于计算排气歧管的排气用以加热排气管内液体的热量；判断当前车辆工况，若当前车辆工况为低温怠速工况，且怠速时间超过设定值，则主动激活gpf加热功能使得gpf温度升高，以及根据所述热量积分模型的计算结果与当前环境温度及起动水温所对应的所述热量积分阈值的大小，判断gpf是否过露点。本发明提供的过露点检测方法及系统采用热量积分值标定法，对于驾驶工况，可更早激活gpf相关诊断功能，对于低温长怠速工况，通过提高怠速转速和增加扭矩预留功能达到快速加热gpf的目的，因此可以保证低温环境下gpf安全过露点、降低gpf传感器结冰风险和保证激活gpf相关诊断功能。
[0082]
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。