一种柴油机冷启动尾气温度控制方法及系统与流程

1.本发明涉及柴油机尾气处理领域，具体涉及一种柴油机冷启动尾气温度控制方法及系统。


背景技术：

2.为了降低柴油机的排放污染，主流采用doc dpf scr后处理系统技术路线来实现尾气处理。尾气做功后先到达doc(柴油氧化催化器)，将燃油高温燃烧产生的碳氢化合物和一氧化碳，转化为污染较低的水和二氧化碳；然后通过dpf(柴油颗粒物捕捉器)捕捉并处理尾气中的遗留颗粒物；最后经过scr(选择性催化还原技术)，通过向尾气中喷射尿素溶液，控制尾气中的氮氧化合物含量，并检测尾气是否达标，实现对柴油机的反馈控制。
3.在采用后处理系统技术进行尾气处理的时，对尾气温度存在一定要求，低温下催化剂活性较低、喷射的尿素溶液难以水解，导致在尾气低温状态下后处理系统对氮氧化合物、碳氢化合物等污染物的处理效果较差。
4.冷启动加热单元、柴油机本机热管理都能够解决柴油机冷启动后尾气温度升温较慢的问题，有助于后处理系统快速工作从而降低低温工况排放物的产生，并且相较于本机热管理，采用冷启动加热单元提升尾气温度的热效率更高；但是，若仅采用冷启动加热单元，其在运行时对燃油的利用并不充分，在此低温下doc难以对此过程产生的碳氢化合物进行处理，碳氢化合物等会附着在后处理系统催化剂涂层上，影响催化剂的性能和使用寿命，存在排放超标的风险；若仅采用柴油机本机热管理，尾气升温效果整体欠佳，并且油耗率较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种柴油机冷启动尾气温度控制方法及系统，基于尾气后处理系统在选定温度下，对附着性较强的碳氢化合物的转化效率能够满足需求，以此选定温度作为界限进行冷启动后尾气温度控制手段的调节，在满足排放标准的同时，降低油耗。
6.本发明的第一目的是提供一种柴油机冷启动尾气温度控制方法，采用以下方案：
7.包括以下步骤：
8.获取尾气后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
9.当尾气温度小于第一温度时，选择本机热管理提升尾气温度；
10.当尾气温度大于或等于第一温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；
11.直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求。
12.进一步地，获取尾气后处理系统中氧化催化器在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性。
13.进一步地，冷启动加热单元工作时，其燃烧腔内的混合气燃烧放热并提高尾气温
度。
14.本发明的第二目的是提供一种柴油机冷启动尾气温度控制方法，采用以下方案：
15.包括以下步骤：
16.获取温度后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
17.当尾气温度逐渐上升且大于或等于第二温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；
18.当尾气温度逐渐下降且小于第三温度时，选择本机热管理提升尾气温度；
19.直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求；
20.其中，第二温度大于第一温度，第三温度小于第一温度。
21.进一步地，获取尾气后处理系统中氧化催化器在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性。
22.进一步地，冷启动加热单元工作时，其燃烧腔内的混合气燃烧放热并提高尾气温度。
23.进一步地，当尾气温度逐渐上升且小于第二温度时，选择本机热管理提升尾气温度。
24.进一步地，当尾气温度逐渐下降且大于等于第三温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度。
25.本发明的第三目的是提供一种柴油机冷启动尾气温度控制系统，包括：
26.温度设定模块，被配置为：获取尾气后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
27.模式切换模块，被配置为：当尾气温度小于第一温度时，选择本机热管理提升尾气温度；当尾气温度大于或等于第一温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求。
28.本发明的第四目的是提供一种柴油机冷启动尾气温度控制系统，包括：
29.温度设定模块，被配置为：获取温度后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
30.模式切换模块，被配置为：当尾气温度逐渐上升且大于或等于第二温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；当尾气温度逐渐下降且小于第三温度时，选择本机热管理提升尾气温度；直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求；
31.其中，第二温度大于第一温度，第三温度小于第一温度。
32.与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
33.(1)针对目前柴油机尾气后处理系统冷启动时尾气温度控制难以满足需求的问题，基于尾气后处理系统在选定温度下，对附着性较强的碳氢化合物的转化效率能够满足需求，以此选定温度作为界限进行冷启动后尾气温度控制手段的调节，在满足排放标准的同时，降低油耗。
34.(2)依据氧化催化器上游尾气温度来选择不同的加热方式对柴油机尾气进行加热，既可以提高加热效率，又能够解决单独启用冷启动加热单元对后处理系统催化剂的不利影响，保证催化剂的性能和使用寿命，从而降低排放超标风险。
35.(3)为了避免尾气温度处于选定温度附近时，两种尾气加热模式频繁切换而导致尾气温度控制困难的问题，设定尾气温度波动范围实现延迟触发，减少两种尾气加热模式的频繁切换，提高温度控制执行时的稳定性。
36.(4)相较于单一的尾气加热模式，采用两种尾气加热模式进行切换，能够更为合理进行冷启动后尾气温度的控制，降低油耗并能够避免对后处理系统的不利影响，加速度过尾气低温阶段，使尾气温度尽快提升至合理温度，从而使柴油机的后处理系统尽快进入正常工况，降低尾气排放。
附图说明
37.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
38.图1为本发明一个或多个实施例中提升尾气温度的流程示意图；
39.图2为本发明一个或多个实施例中柴油机冷启动加热单元的工作原理图。
具体实施方式
40.术语解释
41.doc：柴油氧化催化器；dpf：柴油颗粒物捕捉器；scr：选择性催化还原技术；cstu：柴油机冷启动加热单元；nox：氮氧化合物；ch：碳氢化合物。
42.同时，国vi/欧vi柴油机后处理装置通用采用ch喷射 doc dpf scr的技术路线。后处理装置能够有效降低废气污染物的排放。国六发动机上需要安装doc上游温度传感器、dpf上游温度传感器、scr上下游温度传感器。
43.实施例1
44.本发明的一个典型实施例中，如图2所示，给出一种柴油机冷启动尾气温度控制方法。
45.柴油机冷启动尾气温度控制方法用于对柴油机冷启动后的尾气温度进行控制，解决冷启动后排出的尾气温度升温较慢的问题，促进柴油机的尾气温度提升速度，有助于后处理系统快速进入正常工作状态，降低低温工况排放物的产生。
46.提升柴油机冷启动后尾气温度的方式有多种，在本实施中利用冷启动加热单元和柴油机本机热管理两种方式来实现。
47.利用冷启动加热单元(cstu)对尾气温度进行提升作为一种模式，如图2所示，进气系统向燃烧腔内送入空气，供油系统向燃烧腔内喷射燃油，电火系统采用火花塞，cstu工作时，利用火花塞点燃喷射到燃烧腔内部的燃油和空气组成的混合气，混合气燃烧放热并通过排气管输入后处理系统，从而提高尾气温度，使后处理系统催化剂能够正常工作。
48.利用柴油机本机热管理对尾气温度进行提升作为一种模式，可以采用现有的柴油机本机热管理手段，比如采用电子驱动及控制的冷却水泵、风扇、节温器等部件，可以通过传感器和计算机芯片根据实际的发动机温度控制运行，提供最佳的冷却介质流量，实现柴油机热管理系统控制智能化。在本实施例中，可以减小冷却水泵、风扇的运行功率，减少柴油机热量流失，也可以调节柴油机喷油嘴的喷油量，提高冷启动后燃油释放的热量，从而逐渐提高尾气温度。
49.具体的，对于本实施例中的柴油机冷启动尾气温度控制方法，包括以下步骤：
50.获取尾气后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
51.当尾气温度小于第一温度时，选择本机热管理提升尾气温度；
52.当尾气温度大于或等于第一温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；
53.直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求。
54.基于尾气后处理系统在选定温度下，对附着性较强的碳氢化合物的转化效率能够满足需求，以此选定温度作为界限进行冷启动后尾气温度控制手段的调节，在满足排放标准的同时，降低油耗。
55.对于第一温度的选取，在本实施例中，获取尾气后处理系统中氧化催化器在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性。可以通过台架试验获取后处理系统doc在不同温度下对hc的转化效率特性，依据需求获取一个较高转化效率η0，对应的温度t0。
56.该转化效率η0能够保证doc碳氢化合物的处理效率，从而减少或避免碳氢化合物在后处理系统催化剂涂层上的附着，保证催化剂的性能和使用寿命。
57.在运行时，当温度在t0以下且满足其它加热条件时，采用柴油机本机热管理来提升尾气温度，当尾气温度已经达到t0后，由于doc对hc已经具有较高的转化效率，可以选择cstu加热方式提升排气温度。
58.在尾气温度达到t0后，在cstu的作用下，尾气温度会进一步上升，能够保证doc对hc的的转化效率，从而cstu运行时产生的hc能够得到有效处理，同时柴油机缸内燃油燃烧产生的hc也能够得到有效处理。
59.在柴油机缸内燃油燃烧产生的尾气温度达到后处理系统需求，且尾气温度保持稳定时，可以关闭cstu，通过柴油机本机热管理来进行柴油机的温度调节。
60.依据氧化催化器上游尾气温度来选择不同的加热方式对柴油机尾气进行加热，既可以提高加热效率，又能够解决单独启用冷启动加热单元对后处理系统催化剂的不利影响，保证催化剂的性能和使用寿命，从而降低排放超标风险。
61.实施例2
62.本发明的另一典型实施例中，如图1-图2所示，给出一种柴油机冷启动尾气温度控制方法。
63.与实施例1不同的是，在本实施例中，获取满足预设转化效率对应的第一温度后，为了避免尾气温度处于选定的第一温度附近时，两种尾气加热模式频繁切换而导致尾气温度控制困难的问题，对选定的第一温度设定尾气温度波动范围实现延迟触发。
64.具体的，如图1所示，本实施例中的柴油机冷启动尾气温度控制方法包括以下步骤：
65.获取温度后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
66.当尾气温度逐渐上升且大于或等于第二温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；
67.当尾气温度逐渐下降且小于第三温度时，选择本机热管理提升尾气温度；
68.直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求；
69.其中，第二温度大于第一温度，第三温度小于第一温度。
70.对于第一温度的选取，在本实施例中，获取尾气后处理系统中氧化催化器在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性。可以通过台架试验获取后处理系统doc在不同温度下对hc的转化效率特性，依据需求获取一个较高转化效率η0，对应的温度t0。
71.该转化效率η0能够保证doc碳氢化合物的处理效率，从而减少或避免碳氢化合物在后处理系统催化剂涂层上的附着，保证催化剂的性能和使用寿命。在尾气温度达到t0后，在cstu的作用下，尾气温度会进一步上升，能够保证doc对hc的的转化效率，从而cstu运行时产生的hc能够得到有效处理，同时柴油机缸内燃油燃烧产生的hc也能够得到有效处理。
72.在本实施例中，设定一个附加温度波动值为
△
t，可以将第二温度配置为第一温度t0
△
t，可以将第三温度配置为t0‑△
t，
△
t为正数。
73.在实际执行时，结合图1，在尾气温度上升阶段，当尾气温度逐渐上升直到高于t0
△
t时加热模式切换为cstu；在尾气温度下降阶段，当尾气温度逐渐下降且低于t0‑△
t时加热方式切换为柴油机本身热管理。
74.当然，可以理解的是，也可以设置两个波动值分别为
△
t1和
△
t2，并且
△
t1≠
△
t2，使得第二温度与第一温度的差值不等于第一温度与第三温度的差值，使得第一温度两侧的触发范围不同。
75.通过设置上述波动值，并对其不同阶段下的模式切换触发方式进行约束，减少两种尾气加热模式的频繁切换，提高温度控制执行时的稳定性。
76.需要指出的是，本实施例中的cstu的工作方式与实施例1中cstu的工作方式相同，本机热管理的工作方式与实施例1中本机热管理的工作方式也相同，与实施例1的不同在于尾气温度提升模式的触发条件，在触发相同的工作模式后，相同工作模式下的工作方式相同。
77.另外，当尾气温度逐渐上升且小于第二温度时，选择本机热管理提升尾气温度；当尾气温度逐渐下降且大于等于第三温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度。
78.在柴油机缸内燃油燃烧产生的尾气温度达到后处理系统需求，且尾气温度保持稳定时，可以关闭cstu，通过柴油机本机热管理来进行柴油机的温度调节。
79.相较于单一的尾气加热模式，采用两种尾气加热模式进行切换，能够更为合理进行冷启动后尾气温度的控制，降低油耗并能够避免对后处理系统的不利影响，加速度过尾气低温阶段，使尾气温度尽快提升至合理温度，从而使柴油机的后处理系统尽快进入正常工况，降低尾气排放。
80.实施例3
81.本发明的另一典型实施方式中，如图2所示，给出一种柴油机冷启动尾气温度控制系统。
82.包括：
83.温度设定模块，被配置为：获取尾气后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
84.模式切换模块，被配置为：当尾气温度小于第一温度时，选择本机热管理提升尾气温度；当尾气温度大于或等于第一温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求。
85.可以理解的是，上述柴油机冷启动尾气温度控制系统的工作方法与实施例1提供的柴油机冷启动尾气温度控制方法相同，可以参见上述实施例1中的详细描述，这里不再赘述。
86.实施例4
87.本发明的另一典型实施方式中，如图1-图2所示，给出一种柴油机冷启动尾气温度控制系统。
88.包括：
89.温度设定模块，被配置为：获取温度后处理系统在不同温度下对碳氢化合物的转化效率特性，得到满足预设转化效率对应的第一温度；
90.模式切换模块，被配置为：当尾气温度逐渐上升且大于或等于第二温度时，选择冷启动加热单元提升尾气温度；当尾气温度逐渐下降且小于第三温度时，选择本机热管理提升尾气温度；直至尾气温度满足尾气后处理系统的温度需求；
91.其中，第二温度大于第一温度，第三温度小于第一温度。
92.可以理解的是，上述柴油机冷启动尾气温度控制系统的工作方法与实施例2提供的柴油机冷启动尾气温度控制方法相同，可以参见上述实施例2中的详细描述，这里不再赘述。
93.基于尾气后处理系统在选定温度下，对附着性较强的碳氢化合物的转化效率能够满足需求，以此选定温度作为界限进行冷启动后尾气温度控制手段的调节，在满足排放标准的同时，降低油耗。
94.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。