针对柴油机热管理系统的DOC快速起燃加热装置及方法

作者: 黄志宏,吴锋,姚栋伟 CNPIM 2020年12月25日

发明人:黄志宏,吴锋,姚栋伟
专利权人:浙江大学
公开日:2020-12-25
公开号:CN110617127B
专利类别:发明授权
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摘要:本发明公开了针对柴油机热管理系统的DOC快速起燃加热装置及方法,该装置包括DOC载体、电热丝、绝缘筒、保温筒、车载电源、DOC入口温度传感器、DOC出口温度传感器、排气管、温度控制模块、固态继电器。电热丝螺旋缠绕在DOC载体外表面,并嵌入在绝缘筒的内壁上。DOC入口温度传感器、DOC出口温度传感器均与温度控制模块的输入端连接,温度控制模块的输出端与固态继电器连接。温度控制模块通过控制PWM波形的占空比来控制加热功率的大小,进而实时控制DOC载体的加热过程。DOC快速起燃加热装置的控制方法包括数据采集与计算并进行逻辑判定与执行。本发明解决了柴油机排气温度控制中的瓶颈问题,扩大了排气温度控制的范围。

1.一种基于针对柴油机热管理系统的DOC快速起燃加热装置的控制方法,其特征在于,所述柴油机热管理系统的DOC快速起燃加热装置包括DOC载体、电热丝、绝缘筒、保温筒、车载电源、DOC入口温度传感器、DOC出口温度传感器、温度控制模块和固态继电器;所述电热丝螺旋缠绕在DOC载体外表面,并嵌入在绝缘筒的内壁上,所述绝缘筒与保温筒做成一体;所述车载电源与电热丝连接;所述DOC入口温度传感器、DOC出口温度传感器均与温度控制模块的输入端连接,温度控制模块的输出端与固态继电器连接;所述温度控制模块通过控制PWM波形的占空比来控制加热功率的大小,进而实时控制DOC载体的加热过程;所述控制方法包括以下步骤:(1)数据采集与计算部分(1.1)温度控制模块通过CAN总线阅读报文;等时间间隔采集DOC入口和出口温度传感器的温度T_(in)~i、T_(ou)~i,其中i表示当前采样次数,1≤i≤N,N为预设的采样次数;通过查发动机出厂时整机标定过程中测得的排气质量流量MAP图得到当前排气质量流量m_(exh);(1.2)使用滤波器平均温度计算模块,计算得DOC入口和出口平均温度为T_(in)、T_(ou),计算公式如下: 假设DOC载体中的温度在轴向具有均匀性,则根据对流换热公式:C_(P,g)*m_(exh)*(T_(ou)-T_(in))=h*A*(T_(doc)-(T_(ou)+T_(in))/2)计算得DOC载体的温度T_(doc);其中C_(P,g)是柴油机排气的比热容;h是DOC载体与排气气流之间的对流换热系数,可通过标定得到;A是DOC载体与排气气流之间的接触面积,可通过DOC厂家得到;(1.3)逻辑判定,当计算得到的DOC载体温度小于DOC起燃温度值时,执行步骤(2);反之执行步骤(1),继续采集与计算;(2)逻辑启动与执行部分(2.1)在柴油机运行过程中,如果DOC载体的温度T_(doc)小于DOC起燃温度值,温度控制模块输出PWM波形高电平,固态继电器开关闭合,通过控制PWM波的占空比来控制加热功率;前馈控制计算如下; 其中a_0表示前馈占空比,表示DOC载体具有的能量,在继电器作用的一个周期里,上式可做稳态处理;前馈控制输出的占空比由下式计算; 其中,f表示固态继电器的工作频率,U表示车载电源电压,R表示电热丝热阻,m表示DOC载体质量,c表示DOC载体的比热容,T_(起燃)表示DOC起燃温度值;(2.2)采用位置式PID算法来计算占空比,计算公式如下:e_k=T_(起燃)-T_(doc) 其中e_k表示当前DOC载体温度和DOC起燃温度之间的差值,下标k表示时间序列,a表示占空比,k_p、k_i、k_d分别表示PID控制中的比例系数、积分系数、微分系数,T是PID控制中的采样周期;根据占空比a控制加热功率P,公式如下: 重复步骤(1)和步骤(2),直至占空比a=0,DOC起燃。
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