一种混合动力汽车的后处理加热装置及控制策略

1.本发明涉及汽车动力设备领域，尤其涉及一种混合动力汽车的后处理加热装置及控制策略。


背景技术：

2.我国实施重型汽车国六排放标准。对汽车发动机的排放污染物控制更为严格，对发动机后处理系统的处理能力要求更高；因催化剂反应的最适工作温度约为250℃～550℃，且尿素水溶液的起喷温度185℃左右(185℃以上才开始处理排气污染物)，发动机的排气污染物处理存在以下问题：
3.1、发动机点火启动后一段时间内或其他情况下的的发动机低排温情况下，排气污染物无法处理直接排出；
4.2、发动机在怠速或低负荷工况下，排气温度较低，排气污染物的转化效率较低，排气污染物排放较大。
5.目前，国六柴油发动机的主要污染物是氮氧化合物和颗粒物，其后处理的催化剂及催化单元为doc、dpf和scr。
6.doc(柴油机氧化催化器)：doc一般以金属或陶瓷作为催化剂的载体。当柴油机尾气通过催化剂时，碳氢化合物、一氧化碳等在一定的温度下可以很快地与尾气中的氧气进行化学反应，生成无污染的h2o和co2。
7.dpf(颗粒捕集器)：dpf是安装在排气系统系统中，通过dpf能将尾气中的颗粒物过滤捕捉，可以减少尾气中的颗粒物，通常过滤效果能达到90％以上。
8.scr(选择性催化还原器)：主要利用尿素为还原剂，在选择性催化剂的还原作用下，将尾气中的氮氧化物还原成氮气与水。目前scr技术在国产重卡上使用最多。
9.混合器：又叫尿素混合器，一般布置在scr前，用于将尿素溶液分散、破碎，与尾气混合均匀，起着提升转化效率、降低尿素结晶的作用。
10.综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。


技术实现要素：

11.针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种混合动力汽车的后处理加热装置及控制策略，其可以提升发动机在启动时或低温工况下的催化剂温度和排气温度，即能提升后处理降低排放污染物的能力，同时还可以通过控制加热策略降低和消除尿素结晶。
12.为了实现上述目的，本发明提供一种混合动力汽车的后处理加热装置，包括柴油机氧化催化器、颗粒捕集器、选择性催化还原器及电加热装置；所述电加热装置包括安装于所述柴油机氧化催化器内部的第一加热机构及安装于选择性催化还原器内部的第二加热机构；所述柴油机氧化催化器包括外壳及安装于外壳内并设有若干气流通道的催化反应板，所述外壳一侧设有连接电极；所述第一加热机构为呈螺旋状结构的电阻金属片；该电阻金属片埋设于所述催化反应板内，该电阻金属片的两端与连接电极相连；连接电极连接外
设的电源。
13.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置，所述连接电极通过dc-dc连接混合动力车辆的动力电池，所述dc-dc一端连接所述连接电极、另一端连接动力电池。
14.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，包括s1：启动加热子程序，判断汽车处于启动状态会处于正常运动状态，若汽车处于启动状态，则加热子程序控制第一加热机构与第二加热机构均最大功率开启；若汽车处于正常运动状态，则加热子程序继续判断doc及scr所处状态；s2：根据条件子程序控制后处理加热装置开始加热；当检测到doc处于低温工况时，则加热子程序控制第一加热机构小功率开启；当检测到doc处于高温工况时，则加热子程序控制第一加热机构关闭；加热子程序根据预定条件控制第二加热机构开启或关闭。
15.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，所述汽车启动状态的判断是通过转速传感器监测发动机转速n来进行判断；当发动机转速n到达预定转速时，子程序条件达成；当发动机转速n未到达预定转速时，所述转速传感器则重新对发动机进行监测。
16.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，采用结晶边界的方法判断是否需要对scr进行加热，需要预先通过试验或者仿真计算的方法获得该后处理不同排气流量q、排气温度t的结晶边界map图，程序运行中采集排气流量q、排气温度t，与结晶边界map对比，在排气流量q、排气温度t在结晶边界以下时，开启第二加热机构；当排气流量q、排气温度t在结晶边界以上时，关闭第二加热机构。
17.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，采用检测混合器壁面温度的方法判断是否需要对混合器进行加热，若壁面温度t＜结晶临界温度t5，则开启第二加热机构；若壁面温度t＞结晶临界温度t5+安全裕度t6，则关闭第二加热机构。
18.根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，其特征在于，采用对混合器定时间大功率加热的方式清理结晶，需要预先通过试验或者仿真计算的方法获得不同车型、不同使用环境下的结晶再生里程；当正常使用过程中，每次达到再生里程，定里程清理结晶程序开启。根据本发明的混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，所述若发生发动机运行模式切换为纯电动模式或发动机停车，则加热子程序停止。
19.本发明提供了一种混合动力汽车的后处理加热装置包括柴油机氧化催化器、颗粒捕集器、选择性催化还原器及电加热装置；所述电加热装置包括安装于所述柴油机氧化催化器内部的第一加热机构及安装于选择性催化还原器内部的第二加热机构；所述柴油机氧化催化器包括外壳及安装于外壳内并设有若干气流通道的催化反应板，该催化反应板可为金属板或陶瓷板；所述外壳一侧设有连接电极；所述第一加热机构为呈螺旋状结构的电阻金属片；该电阻金属片埋设于所述催化反应板内，该电阻金属片的两端与连接电极相连；连接电极连接外设的电源。所述第一加热机构与第二加热机构的结构一致。本发明可以提升发动机在启动时或低温工况下的催化剂温度和排气温度，即能提升后处理降低排放污染物的能力，同时还可以通过控制加热策略降低和消除尿素结晶。
附图说明
20.图1是国六柴油机后处理装置的结构图；图2是图1中油机氧化催化器的结构示意
图；图3是本发明的结构示意图；图4是图3的沿轴线方向的截面图；
21.图5是图3中垂直轴线方向的截面图；图6是后处理加热装置的控制策略的流程图；图7是汽车处于低温工况的控制策略；图8是汽车处于高温工况的控制策略；图9是混合器中的第一日常工作降低结晶程序；图10是混合器中的第二日常工作降低结晶程序；图11是混合器中定里程清理结晶程序的的控制策略；在图中，1-柴油机氧化催化器，100-外壳，101-连接电极，102-催化反应板，103-气流通道，104-电阻金属片，2-颗粒捕集器，3-选择性催化还原器，41-第一加热机构。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.参见图1、图2、图3、图4及图5，本发明提供了一种混合动力汽车的后处理加热装置及控制策略，该混合动力汽车的后处理加热装置包括柴油机氧化催化器1、颗粒捕集器2、选择性催化还原器3及电加热装置；
24.所述电加热装置包括安装于所述柴油机氧化催化器1内部的第一加热机构41及安装于选择性催化还原器3内部的第二加热机构；
25.所述柴油机氧化催化器包括外壳100及安装于外壳100内并设有若干气流通道103的催化反应板102，该催化反应板102可为金属板或陶瓷板；
26.所述第一加热机构41包括呈螺旋状结构的电阻金属片104及设于所述外壳100一侧的连接电极101；该电阻金属片埋设于所述催化反应板102内，该电阻金属片的两端与连接电极101相连；连接电极101连接外设的电源。
27.所述第一加热机构41与第二加热机构的结构一致。
28.参见图6，本发明还提供了一种混合动力汽车的后处理加热装置的控制策略，该控制策略包括：
29.s1：启动加热子程序，判断汽车处于启动状态会处于正常运动状态，若汽车处于启动状态，则加热子程序控制第一加热机构41与第二加热机构均最大功率开启；若汽车处于正常运动状态，则加热子程序继续判断doc及scr所处状态；
30.s2：根据条件子程序控制后处理加热装置开始加热；
31.当检测到doc处于低温工况时，则加热子程序控制第一加热机构41小功率开启；当检测到doc处于高温工况时，则加热子程序控制第一加热机构41关闭；
32.加热子程序根据预定条件控制第二加热机构开启或关闭。
33.启动加热子程序，初始判断汽车启动(发动机转速n从0跳变)，确定启动后开启催化剂加热和混合器加热，采用大功率加热模式可实现快速加热。这样可以实现汽车启动后快速喷射尿素水溶液，快速处理排气污染物。之后判断排气温度t是否达到高温温度t1，达到高温条件后催化剂和混合器停止加热。
34.参见图7，低温工况加热子程序，初始通过转速n、功率p和排气温度t是否达到限值判断是否属于低温工况，确定低温工况后进行开启催化剂和混合器加热，低温工况下采用小功率加热可满足要求。之后判断一个循环内的排放污染物是否小于限值或者排气温度t
是否达到高温温度t1，如果确定则关闭加热节约能源。
35.参见图8高温工况子程序，汽车运行中若发生dpf再生或其他发动机排气高温情况，则通过判断排气温度t是否达到高温温度t3立即停止后处理加热节约能源；
36.优选的是，若发生发动机运行模式切换为纯电动模式或发动机停车(n＝0)，则立即停止后处理加热节约能源。
37.降低后处理尿素结晶的控制策略分三个子程序：
38.参见图9，第一日常工作降低结晶程序采用结晶边界的方法判断是否需要对混合器进行加热，需要预先通过试验或者仿真计算的方法获得该后处理不同排气流量q、排气温度t的结晶边界map图。程序运行中采集排气流量q、排气温度t，与结晶边界map对比，在结晶边界以下则开启混合器加热；当排气流量q、排气温度t在结晶边界以上时停止加热。
39.参见图10，第二日常工作降低结晶程序采用检测混合器壁面温度的方法判断是否需要对混合器进行加热，若壁面温度t＜结晶临界温度t5，则开启混合器加热，若壁面温度t＞结晶临界温度t5+安全裕度t6，则关闭混合器加热。
40.参见图11，定里程清理结晶程序采用对混合器定时间大功率加热的方式清理结晶，需要预先通过试验或者仿真计算的方法获得不同车型、不同使用环境下的结晶再生里程。当正常使用过程中，每次达到结晶再生里程l0(行驶里程l达到再生里程的整数倍)开启定里程清理结晶程序，即开启混合器大功率加热，需达到加热温度和加热时间，使尿素结晶在高温下分解。为了应对特殊难以清理的结晶，或者经过定里程清理结晶后还有结晶的，可以设手动清理按钮。
41.综上所述，本发明提供了一种混合动力汽车的后处理加热装置包括柴油机氧化催化器、颗粒捕集器、选择性催化还原器及电加热装置；所述电加热装置包括安装于所述柴油机氧化催化器内部的第一加热机构及安装于选择性催化还原器内部的第二加热机构；所述柴油机氧化催化器包括外壳及安装于外壳内并设有若干气流通道的催化反应板，该催化反应板可为金属板或陶瓷板；所述外壳一侧设有连接电极；所述第一加热机构为呈螺旋状结构的电阻金属片；该电阻金属片埋设于所述催化反应板内，该电阻金属片的两端与连接电极相连；连接电极连接外设的电源。所述第一加热机构与第二加热机构的结构一致。本发明可以提升发动机在启动时或低温工况下的催化剂温度和排气温度，即能提升后处理降低排放污染物的能力，同时还可以通过控制加热策略降低和消除尿素结晶。
42.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。