專利名稱：用于加熱流體管線的控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利公開文本總體上涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機的排氣處理系統(tǒng)，且更具體地涉及用于熱處理這種系統(tǒng)中的流體還原劑的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動機一包括柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機和燃燒天然氣的發(fā)動機一在運轉(zhuǎn)期間形成并散發(fā)可能對環(huán)境以及人和動物健康有害的各種污染物。這些空氣污染物可包括例如氮氧化物，例如NO2和NO3,通常稱為NOx。由于提高的環(huán)境意識，包括政府強制執(zhí)行的排放規(guī)定和控制，許多內(nèi)燃發(fā)動機制造商已采取措施來減少所形成的污染物的量和影響。這些措施的一部分被加入與內(nèi)燃發(fā)動機相關(guān)的排氣系統(tǒng)中，以除去、捕集從發(fā)動機排出的污染物或與這些污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一種通過化學(xué)反應(yīng)來還原NOx的排氣處理措施稱為選擇性催化還原，通常稱為 SCR0在SCR處理中，氣態(tài)或液態(tài)還原劑被弓I導(dǎo)至排氣系統(tǒng)，其中還原劑可與排氣混合，或者還原劑可被吸收至位于內(nèi)燃發(fā)動機下游的排氣系統(tǒng)中的催化劑。常用的還原劑為尿素，不過可在SCR處理中容易地使用其它合適的物質(zhì)，例如氨。NOx污染物可與還原劑和催化劑發(fā)生反應(yīng)，以使得NOx轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的氮(N2)和水(H2OX還原劑通常被存儲在位于內(nèi)燃發(fā)動機附近的儲罐中。例如，當(dāng)采用內(nèi)燃發(fā)動機來驅(qū)動車輛類機器時，儲罐通常將被設(shè)置為該機器的一部分。流體管線可與儲罐和排氣系統(tǒng)流體連通，以將流體還原劑傳送到排氣系統(tǒng)，其中還原劑可被引導(dǎo)到催化劑的上游，或者在其它實施例中被噴射到催化劑上。由于內(nèi)燃發(fā)動機可能用于極冷的環(huán)境中，所以必須采用有效方法來確保流體還原劑在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間不會在儲罐或流體管線內(nèi)凍結(jié)。例如，尿素通常在11° C凍結(jié)，并且如果發(fā)動機在冷環(huán)境中長時間停機，則當(dāng)發(fā)動機下次起動時尿素可能被凍結(jié)。這一情況的不利后果是SCR系統(tǒng)不能足夠地從儲罐傳送凍結(jié)的還原劑并將其導(dǎo)入排氣系統(tǒng)中以轉(zhuǎn)化NOx。美國專利申請公報No. 2009/0205320 (’ 320申請)中描述了一種解決與SCR系統(tǒng)中凍結(jié)的還原劑相關(guān)的問題的方法?！?20公報描述了一種具有安置在遍布系統(tǒng)的三個不同位置的三個不同加熱構(gòu)件的SCR系統(tǒng)。加熱構(gòu)件包括配置在用于還原劑的儲罐中的電阻式加熱器、經(jīng)過儲罐的發(fā)動機冷卻液管線和位于還原劑供給管線附近的電阻式加熱器。’ 320申請還公開了一種啟用和停用各種加熱構(gòu)件的控制策略。然而，該控制策略設(shè)計成用于控制三個完全不同的加熱構(gòu)件并依賴于測量還原劑的精確溫度。此外，所公開的控制策略并不包括錯誤檢查策略以幫助確保還原劑處于適當(dāng)?shù)奈锢頎顟B(tài)下。本發(fā)明針對克服上述缺陷中的一個或多個和/或本領(lǐng)域中存在的其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明描述了一種控制選擇性催化還原系統(tǒng)中位于用于傳送還原劑的流體管線附近的管線加熱器的方法。該方法包括以下步驟測量代表被收容在儲罐中的還原劑的罐溫度，以及測量代表選擇性催化還原系統(tǒng)附近的環(huán)境溫度的典型環(huán)境溫度。然后，該方法根據(jù)罐溫度和典型環(huán)境溫度確定最低可能的還原劑溫度(“LPRAT”)。該方法將LPRAT與預(yù)定期望的還原劑溫度進行比較，并可部分地基于該比較而啟用管線加熱器以防止還原劑凍結(jié)或使還原劑解凍。在另一方面，本發(fā)明描述了一種供內(nèi)燃發(fā)動機使用的選擇性催化還原(“SCR”)系統(tǒng)。該SCR系統(tǒng)包括用于收容還原劑的儲罐和用于測量代表儲罐中的還原劑的罐溫度的罐溫度傳感器。該SCR系統(tǒng)還包括用于測量典型環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器。為了將還原劑從儲罐傳送到排氣系統(tǒng)中的導(dǎo)入點，SCR系統(tǒng)可包括具有管線加熱器的流體管線?？刂破骺膳c罐溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器和管線加熱器通信，并且可包括用于部分地基于來自罐溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器的信息來確定LPRAT的邏輯線路?？刂破髟诖_定LPRAT時啟用或停用管線加熱器。在另一方面，本發(fā)明描述了一種還原來自內(nèi)燃發(fā)動機的排氣中的氮氧化物的方法。該方法在與內(nèi)燃發(fā)動機相關(guān)的排氣系統(tǒng)中提供催化劑。還原劑被收容在儲罐中，儲罐 經(jīng)由流體管線與排氣系統(tǒng)流體連通。該方法測量代表罐中的還原劑的罐溫度和代表內(nèi)燃發(fā)動機附近的環(huán)境溫度的典型環(huán)境溫度。然后，該方法部分地基于罐溫度和典型環(huán)境溫度來確定LPRAT。響應(yīng)于確定LPRAT，該方法可啟用流體管線附近的管線加熱器，以便防止還原劑凍結(jié)或使還原劑解凍。


圖I是包括內(nèi)燃發(fā)動機形式的動力系統(tǒng)和用于還原來自發(fā)動機的污染物的排氣處理系統(tǒng)的機器的圖解說明。圖2是用于還原劑在機器的儲罐和排氣系統(tǒng)之間的流體傳送的示例性流體管線的局部剖切的立體圖。圖3是示意性流程圖，示出了可以作為用于控制排氣處理系統(tǒng)中的流體還原劑的溫度的控制策略的一部分的示例性程序，所述控制策略可測量各種與排氣處理系統(tǒng)相關(guān)的溫度并且可確定最低可能的還原劑溫度。圖4是示意性流程圖，示出了可測量最低可能的還原劑溫度并將其與期望的還原劑溫度進行比較的控制策略的另一個示例性程序。圖5是示意性流程圖，示出了響應(yīng)于各種測定的、確定的和預(yù)設(shè)的溫度值而控制管線加熱器的控制策略的另一個示例性程序。
具體實施例方式參見圖1，示出了結(jié)合在車輛類機器102例如自卸式卡車中的內(nèi)燃發(fā)動機形式的動力系統(tǒng)100。盡管圖示的動力系統(tǒng)為內(nèi)燃發(fā)動機且具體而言為柴油發(fā)動機，但本發(fā)明可涉及燃燒化石燃料和類似物質(zhì)的任何合適類型的動力系統(tǒng)，例如汽油發(fā)動機、天然氣發(fā)動機、基于丙烷的發(fā)動機和燃煤動力系統(tǒng)。同樣，盡管圖示的機器102為自卸式卡車，但應(yīng)了解，動力系統(tǒng)100可在采用此類系統(tǒng)來驅(qū)動工作機具的運動或操作的任何類型的車輛類機器上實行。該動力系統(tǒng)還可用于任何各種靜止應(yīng)用，例如發(fā)電機和泵。
動力系統(tǒng)100與帶走由燃燒過程產(chǎn)生的排氣產(chǎn)物的排氣系統(tǒng)110相關(guān)。動力系統(tǒng)100和排氣系統(tǒng)110由機器102的框架104支承。為了容納控制機器102的操作員，框架104也可支承或體現(xiàn)為司機室106，可從其中到達轉(zhuǎn)向機構(gòu)和各種機器控制裝置。當(dāng)然，在靜止應(yīng)用中，司機室106可能是不必要的，因此不包括在內(nèi)。在圖不實施例中，排氣系統(tǒng)110包括穿過機器102配置以將排氣產(chǎn)物從動力系統(tǒng)100傳送到周圍環(huán)境的排氣管或排氣通道112。雖然圖示的排氣通道112采用沿機器的長度延伸的長形導(dǎo)管的形式，但應(yīng)了解，排氣通道可具有任何合適的形狀、大小和布置，取決于使用動力系統(tǒng)102的應(yīng)用。排氣通道112終止于排氣口 114，排氣產(chǎn)物在這里排放到環(huán)境中。為了減少排氣產(chǎn)物可能對環(huán)境和/或人和動物的健康產(chǎn)生的危害或影響，排氣系統(tǒng)110可包括在有害污染物進入環(huán)境之前將它們除去或轉(zhuǎn)化的一個或多個后處理裝置116 或系統(tǒng)。此類裝置和系統(tǒng)通常被稱為后處理裝置，這是因為它們在排氣產(chǎn)物已在動力系統(tǒng)100中形成并從動力系統(tǒng)100排出之后工作或運轉(zhuǎn)，并由此與燃料配方和類似的燃燒前措施進行區(qū)分。后處理裝置116可包括配置在排氣通道112中使得排氣被引導(dǎo)通過后處理裝置而使得污染物被除去或被處理的消聲器、微粒過濾器或催化轉(zhuǎn)化器。如上所述，排氣系統(tǒng)110可包括的一種具體的后處理裝置或系統(tǒng)為SCR系統(tǒng)120。SCR系統(tǒng)通過在存在催化劑122的情況下使還原劑與排氣混合以將有害的NOx轉(zhuǎn)化為對環(huán)境更友好的氮(N2)和水(H2O)而運轉(zhuǎn)。為了存儲通常為流體的還原劑，SCR系統(tǒng)120可包括被安裝或支承在機器102的框架104上的儲槽或儲罐124。為了補充還原劑的供給，儲罐124可包括可從機器102的外部到達的入口 126。因此，儲罐124本身可接近或暴露于機器102周圍的環(huán)境并可與動力系統(tǒng)100間隔開。為了將還原劑從儲罐124傳送或引導(dǎo)到排氣系統(tǒng)110，流體管線128可布置成與儲罐和排氣通道112流體連通。流體管線128可為任何合適類型的用于傳送或引導(dǎo)流體的管線，例如柔性軟管或金屬或塑料導(dǎo)管。在圖示實施例中，流體管線128在催化劑122上游的部位到達排氣通道112，以使得還原劑和排氣可在它們進入催化劑或與催化劑接觸之前混合。在其它實施例中，流體管線128可到達催化劑122本身，以使得還原劑被直接噴射到催化劑中。催化劑122可為獨立的單元，帶有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如涂覆有啟動或接受化學(xué)反應(yīng)以改變排氣的組分的陶瓷蜂窩框架或金屬網(wǎng)基底。將還原劑導(dǎo)入排氣流或催化劑中的過程有時被稱為“計量供給”。為了防止還原劑凍結(jié)或者使流體管線中凍結(jié)的還原劑熔化，流體管線可包括一個或多個管線加熱器或者流體管線可位于管線加熱器附近。參見圖2，示出了經(jīng)加熱的多層橡膠軟管形式的用于傳送還原劑的流體管線128的合適形式。在圖示實施例中，管線加熱器130可采用電阻式加熱器131且更具體地螺旋卷繞在流體管線的內(nèi)芯部132周圍的連續(xù)金屬絲的形式。當(dāng)電流施加至該電阻式加熱器時，電阻產(chǎn)生加熱流體管線和位于其中的還原劑的熱量。為了防止電阻式加熱器131短路或燒壞可能與流體管線128接觸的機器的其它部分，電阻式加熱器可由合適的絕熱材料的外層134覆蓋。在其它實施例中，包括流體管線具有與柔性軟管不同的結(jié)構(gòu)的實施例，電阻式加熱器可同樣具有不同結(jié)構(gòu)。再參見圖1，為了控制還原劑向排氣流中的計量供給，SCR系統(tǒng)120可包括位于機器102上的電子控制單元、模塊或控制器140或者與這些構(gòu)件相關(guān)?？刂破?40可包括微處理器或其它適當(dāng)?shù)碾娐罚⒖删哂杏洃浕驍?shù)據(jù)存儲能力。盡管在圖I中將圖示的控制器140表示為單個、分散的單元，但在其它實施例中，控制器及其功能可分布在多個完全不同且分開的單元當(dāng)中。除控制SCR系統(tǒng)120外，控制器140可承擔(dān)控制與機器相關(guān)的各種其它系統(tǒng)和處理的任務(wù)。此外，控制器140可包括可從司機室106到達的用戶界面142，該用戶界面可向操作員傳送信息和從操作員接收指令。為了接收與SCR系統(tǒng)120有關(guān)的信息，控制器140可與配置在機器102周圍的各種傳感器和儀器通信連結(jié)。例如，這些傳感器可包括配置在儲罐124的內(nèi)部以測量罐內(nèi)溫度的罐溫度傳感器144。儲罐124的溫度可提供存儲在其中的還原劑的溫度的合適近似值。事實上，如果罐溫度傳感器144浸沒在還原劑中，則它可提供還原劑的精確溫度?？刂破?40也可與環(huán)境溫度傳感器146通信連結(jié)，所述環(huán)境溫度傳感器配置在機器102上任何合適的位置，以用于測量代表SCR系統(tǒng)120周圍的環(huán)境條件的溫度。罐溫度傳感器144和環(huán)境溫度傳感器146可為向控制器140提供電子或數(shù)字輸出的電子操作的溫度計。在其它實施例中，所述傳感器可為間接導(dǎo)出它們計劃通過監(jiān)控各種機器參數(shù)并基于所監(jiān)控到的值來預(yù)測溫度而測量的溫度的虛擬傳感器?？刂破?40也可與動力系統(tǒng)100和 機器102上的其它裝置和系統(tǒng)通信連結(jié)，以交換與這些裝置和系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)的信息并指導(dǎo)對這些裝置和系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)控制。為了選擇性地控制流體管線128的溫度并防止還原劑凍結(jié)或使凍結(jié)的還原劑熔化，控制器140可包括體現(xiàn)為結(jié)合各種溫度傳感器操作以啟用管線加熱器130的控制策略的軟件或邏輯。該控制策略可包括或被直觀表示為一系列程序或步驟，所述程序或步驟確定或估計還原劑的最低可能溫度，將該值與預(yù)定或已知的性質(zhì)進行比較，并響應(yīng)于該比較而啟用管線加熱器。此外，該控制策略可在判斷管線加熱器是否應(yīng)該被啟用時可選地考慮其它信息，例如發(fā)動機運行時間和環(huán)境溫度。選擇性地控制管線加熱器的啟用的一個可能的優(yōu)點是管線加熱器僅在需要時主動加熱以防止還原劑凍結(jié)或者使凍結(jié)的還原劑熔化。這可使管線加熱器的工作壽命延長。參見圖3，示出了可由控制策略執(zhí)行以測量或感測與SCR系統(tǒng)相關(guān)的特定溫度參數(shù)的初始或第一操作、邏輯或程序的可視表示。被稱為溫度感測程序200的程序可在初始步驟202中使用來自圖I所示的環(huán)境溫度傳感器146的信息來測量典型環(huán)境溫度。由于環(huán)境溫度傳感器146可為虛擬傳感器，所以在步驟202中測定的溫度可能僅為代表真實環(huán)境溫度的近似值或估計值。在可與測量典型環(huán)境溫度的步驟202同時發(fā)生的另一個步驟204中，罐溫度傳感器144可測量代表儲罐內(nèi)部溫度的溫度。如上所述，罐溫度可與儲罐中的還原劑的溫度相同或者為該溫度的相當(dāng)準(zhǔn)確的近似值。溫度感測程序200可包括可檢查罐溫度傳感器144和環(huán)境溫度傳感器146的可能錯誤或故障的邏輯或軟件。為了完成這種檢查，在步驟206中，可設(shè)定預(yù)定環(huán)境溫度或?qū)⑵漭斎氲娇刂破?40中，并且類似地，在步驟208中，可設(shè)定或輸入預(yù)定罐溫度。預(yù)定環(huán)境溫度和預(yù)定罐溫度可代表環(huán)境溫度傳感器146和罐溫度傳感器144在現(xiàn)實中不應(yīng)該被測量到的溫度值或范圍，例如極熱或極冷的溫度。如果環(huán)境溫度傳感器或罐溫度傳感器要感測此類極熱或極冷的溫度，則表示傳感器發(fā)生故障或損壞。與文中所述的所有其它預(yù)設(shè)或預(yù)定值一樣，預(yù)定環(huán)境溫度和預(yù)定罐溫度可在對控制策略編程時輸入到控制器，或者它們可由機器的操作員設(shè)定并因此可調(diào)節(jié)。
在比較步驟210中，將由環(huán)境溫度傳感器146測定的典型環(huán)境溫度與預(yù)定環(huán)境溫度進行比較，以判斷典型環(huán)境溫度是否與預(yù)定環(huán)境溫度相等。如果為“是”，則步驟212中的溫度感測程序200設(shè)定或確認(rèn)測定的典型環(huán)境溫度正確并且應(yīng)該被用于控制策略的其余部分。如果比較步驟210為“否”，則在后續(xù)步驟214中，溫度感測程序200設(shè)定或確認(rèn)相對于典型環(huán)境溫度的誤差。測定的罐溫度和預(yù)定罐溫度同樣可由另一個比較步驟220接收并在其中進行比較，以判讀兩值是否相等。如果為“是”，則在步驟222中，溫度感測程序200設(shè)定或確認(rèn)測定的罐溫度正確并且應(yīng)該被采用。如果比較步驟220為“否”，則后續(xù)步驟224中的溫度感測程序200將罐溫度設(shè)定為錯誤。
以上測定的溫度或確定的誤差值被傳送到控制邏輯的計算或確定還原劑的最低可能溫度的第二階段、邏輯或程序230。圖3示出了最低可能的還原劑溫度(“LPRAT”)程序230可執(zhí)行的示例性的一系列步驟。初始比較步驟232中的LPRAT程序230判斷罐溫度是否已由前一步驟224設(shè)定為錯誤。如果為“是”，則另一個比較步驟234中的LPRAT程序230可詢問典型環(huán)境溫度是否已由前一步驟214設(shè)定為錯誤。如果罐溫度和典型環(huán)境溫度兩者都已被設(shè)定為錯誤，則在后續(xù)步驟236中，LPRAT程序230可將LPRAT設(shè)定為錯誤。如果比較步驟234判斷判斷典型環(huán)境溫度未出錯，并因此充分精確地代表了還原劑溫度，則在另一個步驟238中，LPRAT程序230可將LPRAT設(shè)定為等于典型環(huán)境溫度。再參見初始比較步驟234，如果判斷罐溫度未被設(shè)定為錯誤，則LPRAT程序230可進行另一個比較步驟240，該比較步驟判斷典型環(huán)境溫度是否已被設(shè)定為錯誤。如果典型環(huán)境溫度出現(xiàn)錯誤，則比較步驟240可將罐溫度傳輸給步驟242，在該步驟中將LPRAT設(shè)定為等于罐溫度。然而，如果比較步驟240判斷典型環(huán)境溫度未被設(shè)定為錯誤，則將罐溫度和典型環(huán)境溫度兩者都傳輸給比較步驟244，該比較步驟244比較這兩個溫度，以判斷兩者中哪一者較小。如果罐溫度的值小于典型環(huán)境溫度的值，則在步驟246中將LPRAT設(shè)定為罐溫度。然而，如果典型環(huán)境溫度的值小于罐溫度的值，則在步驟248中將LPRAT設(shè)定為典型環(huán)境溫度。因此，如果環(huán)境溫度傳感器和罐溫度傳感器兩者都未正常工作，則LPRAT程序230將LPRAT設(shè)定為錯誤，或者如果環(huán)境溫度傳感器和罐溫度傳感器中的任一者或兩者工作，則所述程序?qū)PRAT設(shè)定為典型環(huán)境溫度或罐溫度中的最低值。在已設(shè)定LPRAT的值之后，LPRAT程序230在步驟250中可將LPRAT傳送給組成控制策略的其它程序?，F(xiàn)在參見圖4，控制策略還可包括滯后程序300，該滯后程序可進一步處理LPRAT，以生成用于啟用或停用管線加熱器的啟用信號或停用信號。如文中所用，啟用信號或停用信號可采取任何合適的形式，包括電脈沖信號和/或射頻信號。此外，在一些實施例中，啟用信號和停用信號可相互排斥，以使得停用信號僅代表不存在啟用信號，且反之亦然。在初始步驟302中，滯后程序300可接收由前一 LPRAT程序230計算的LPRAT。在比較步驟304中，滯后程序300可檢查或判斷LPRAT是否已被設(shè)定為錯誤。如果LPRAT出錯，意味著控制策略由于環(huán)境溫度傳感器和罐溫度傳感器的故障而不能確定或粗略估計還原劑的溫度，則滯后程序300在步驟306中將為管線加熱器生成啟用信號。然而，如果比較步驟304判斷LPRAT未出錯，則滯后程序300可將LPRAT與預(yù)定期望的還原劑溫度進行比較。期望的還原劑溫度可在步驟310中被輸入到滯后程序。期望的還原劑溫度可為精確的溫度值或者可為一個溫度值的范圍，還原劑在該范圍將處于未凍結(jié)的流體狀態(tài)并能計量供給到排氣系統(tǒng)中。在另一個比較步驟312中將期望的還原劑溫度與LPRAT進行比較，以判斷兩值是否匹配。如果LPRAT等于期望的還原劑溫度或在期望的還原劑溫度范圍內(nèi)，由此表示還原劑為流體，則滯后程序300在步驟314中生成停用信號。然而，如果比較步驟312判斷LPRAT與期望的還原劑溫度不匹配，表示還原劑可能被凍結(jié)，則在步驟316中，滯后程序300生成啟用信號，以啟用管線加熱器。在滯后程序300的結(jié)束步驟320中，啟用信號或停用信號被傳送到控制策略的其它程序。參見圖5，示出了可啟用或停用管線加熱器的加熱器程序400的一個示例。在初始步驟402中，如果已執(zhí)行滯后程序，則加熱器程序400從滯后程序300接收啟用或停用信號。加熱器程序400可執(zhí)行各種初始操作，以針對環(huán)境溫度檢查管線加熱器啟用的必要性并基于發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間來檢查啟用是否可能過早。例如，為了確保當(dāng)SCR系統(tǒng)周圍的環(huán)境溫度高于還原劑的凍結(jié)溫度時管線加熱器不起作用，加熱器程序400可檢查并比較SCR系統(tǒng)附近的環(huán)境溫度。在步驟404中，達到或 高于還原劑的凝點的預(yù)設(shè)最低環(huán)境溫度可被預(yù)設(shè)或作為加熱器程序400的一部分被存儲。在步驟406中，加熱器程序400可測量典型環(huán)境溫度，以用于與預(yù)設(shè)的最低環(huán)境溫度進行比較。來自步驟406的典型環(huán)境溫度可由參照圖I說明的環(huán)境溫度傳感器146測量，并可為真實環(huán)境溫度的近似值。在比較步驟410中，將典型環(huán)境溫度與預(yù)設(shè)的最低環(huán)境溫度進行比較。如果預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度小于典型環(huán)境溫度，表示SCR系統(tǒng)周圍的溫度高于還原劑的凝點，則加熱器程序400在步驟412中生成停用信號，以停用管線加熱器。然而，如果最低環(huán)境溫度大于典型環(huán)境溫度，表示SCR系統(tǒng)周圍的溫度低于還原劑的凝點，則加熱器程序400可進行進一步的計算，以判斷是否啟用管線加熱器是否可能過早。例如，雖然政府規(guī)定可能要求包括用于還原NOx的排氣處理系統(tǒng)，但它們也可能規(guī)定此類系統(tǒng)無需發(fā)揮效力直到或除非動力系統(tǒng)已運轉(zhuǎn)特定的時間周期。這允許動力系統(tǒng)達到通常運轉(zhuǎn)條件，此時可能不需要向排氣系統(tǒng)中計量供給還原劑。此外，延遲可允許動力系統(tǒng)將SCR系統(tǒng)周圍的區(qū)域加熱至高于還原劑的凝點的溫度，從而使管線加熱器的啟用變得不必要。為了提供這種延遲，可在步驟420中將預(yù)設(shè)的最低動力系統(tǒng)或發(fā)動機運行時間輸入到加熱器程序400中。在步驟422中，加熱器程序400可測量動力系統(tǒng)自起動以來的實際運行時間。運行時間可由設(shè)置在機器上并與控制器通信的任何各種類型的計數(shù)器或傳感器測量。在比較步驟424中，將動力系統(tǒng)的實際運行時間與預(yù)設(shè)的最小發(fā)動機運行時間進行比較。如果實際發(fā)動機運行時間小于預(yù)設(shè)的最小發(fā)動機運行時間，表示延遲時間尚未過期并且還原劑的計量供給過早，則在步驟426中，加熱器程序400可生成停用信號。然而，如果比較步驟424判斷實際發(fā)動機運行時間大于預(yù)設(shè)的最小發(fā)動機運行時間，表示延遲時間已過期，則加熱器程序400接下來判斷是否需要啟用管線加熱器。例如，加熱器程序400可包括比較步驟430，該比較步驟430詢問滯后程序300是否生成了啟用信號，由此表示還原劑可能存在凍結(jié)的危險。如果這樣，則在步驟432中，力口熱器程序400可生成啟用信號或確認(rèn)設(shè)定了啟用信號。然而，如果比較步驟430判斷滯后程序300未生成啟用信號，則在步驟434中，生成停用信號或者將停用信號傳送給控制策略的其余操作。加熱器程序400可包括執(zhí)行一系列步驟或操作以使得管線加熱器的實際啟用或停用的啟用/停用子程序450。例如，管線加熱器可處于兩種狀態(tài)之一下，其中第一狀態(tài)460對應(yīng)于管線加熱器是起作用的，而第二狀態(tài)470對應(yīng)于管線加熱器不起作用的。為了在第一狀態(tài)460與第二狀態(tài)470之間啟動和/或切換，可將啟用信號或停用信號傳輸?shù)奖容^步驟452，該比較步驟452判斷控制策略是否由于機器的起動而處于其第一或初始執(zhí)行循環(huán)中。如果為“是”，則比較步驟452認(rèn)為管線加熱器將很有可能處于對應(yīng)于管線加熱器的停用的第一狀態(tài)460下。事實上，如果比較步驟452判斷控制策略處于其第一執(zhí)行循環(huán)中，則比較步驟452可觸發(fā)必定停用管線加熱器的步驟462。如果控制策略和管線加熱器處于未起作用的第一狀態(tài)460下，則可執(zhí)行比較步驟464，以判斷是否已通過控制策略的在先操作生成啟用信號。如果沒有，則比較步驟464判斷控制策略應(yīng)該保持在第一狀態(tài)460下并返回步驟462，由此將管線加熱器維持在不活動狀態(tài)下。然而，如果比較步驟464判斷已生成啟用信號，則它使啟用/停用子程序450切換到活動的第二狀態(tài)470。這樣，啟用/停用子程序450可轉(zhuǎn)入必定啟用管線加熱器的步驟472。
一旦控制策略和管線加熱器處于活動的第二狀態(tài)下，則可執(zhí)行判斷在先操作是否已生成停用信號的另一個比較步驟474。如果尚未生成停用信號，由此表示管線加熱器應(yīng)該保持開啟，則啟用/停用子程序保持在第二狀態(tài)470下并繼續(xù)觸發(fā)維持管線加熱器的啟用的步驟472。然而,如果比較步驟474寄存(registers)停用信號,則啟用/停用子程序450轉(zhuǎn)入判斷是否切換到不活動的第一狀態(tài)。例如，如果比較步驟471寄存停用信號，則可執(zhí)行后續(xù)比較步驟476，以判斷SCR系統(tǒng)目前是否正在計量供給還原劑。如果比較步驟476確實判斷系統(tǒng)正在計量供給，則啟用/停用子程序450可返回第一狀態(tài)460，并因此可執(zhí)行停用管線加熱器的步驟462。然而，如果比較步驟476判斷SCR系統(tǒng)未正在計量供給，則啟用/停用子程序450可保持在第二狀態(tài)470下并回到維持管線加熱器的啟用的步驟472。當(dāng)SCR系統(tǒng)沒有正在計量供給時，可能希望保持在活動的第二狀態(tài)470下，以確?？赡苡俜e的殘留在流體管線128中的還原劑不會凍結(jié)。當(dāng)然，在其它實施例中，如果系統(tǒng)沒有正在計量供給，則控制策略可完全終止。雖然已基于比較步驟452中控制策略處于其初始的第一執(zhí)行循環(huán)中的判斷而描述了啟用/停用子程序450，但比較步驟452可推斷控制策略未處于其第一執(zhí)行循環(huán)中。如果比較步驟452作出這種判斷，則啟用/停用子程序可轉(zhuǎn)入步驟454，該步驟使子程序回到第一狀態(tài)460或第二狀態(tài)470，這取決于控制策略之前處于哪種狀態(tài)下。然后，啟用/停用子程序450可如上所述進行。工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明適用于解決在極冷溫度中使用SCR系統(tǒng)等引起的問題。本發(fā)明可由具有帶SCR系統(tǒng)或類似的排氣處理措施的動力系統(tǒng)的任何類型的機器用來減少有害污染物的影響或數(shù)量。參見圖I和2，機器102的操作員可為儲罐124充填還原劑，例如尿素。在起動時，如果機器102在很冷的環(huán)境中運轉(zhuǎn)，則體現(xiàn)為控制策略的控制器140可判斷流體管線128中的還原劑是否存在凍結(jié)或可能凍結(jié)的危險。為此，控制器140與包括罐溫度傳感器144和環(huán)境溫度傳感器146的各種傳感器通信。經(jīng)由這種通信，控制器接收儲罐124和流體管線128兩者中的還原劑的典型溫度。典型溫度被傳送到用于SCR系統(tǒng)120的控制策略。為了檢查環(huán)境溫度傳感器和/或罐溫度傳感器是否發(fā)生故障，控制策略的溫度感測程序200將所述典型溫度與將表示溫度傳感器的問題的預(yù)設(shè)值進行比較。典型溫度或錯誤消息被發(fā)送到確定LPRAT的LPRAT程序230。LRPAT將被設(shè)定為典型環(huán)境溫度或罐溫度中較小的一者，除非兩者都出錯，這種情況下LPRAT將被設(shè)定為錯誤。滯后程序300處理LPRAT并將其與期望的還原劑溫度進行比較，以生成啟用信號或停用信號。然而，如果LPRAT出錯，則滯后程序300自動生成停用信號。加熱器程序400從滯后程序300接收啟用和/或停用信號，并可執(zhí)行其它操作，以檢查這些信號相對于其它參數(shù)的精度。這些操作可包括與機器周圍的環(huán)境溫度進一步比較和檢查動力系統(tǒng)是否已運轉(zhuǎn)足量的時間。啟用和/或停用信號然后被傳送到啟用/停用子程序450，以用于與流體管線128相關(guān)的管線加熱器130的實際啟用或停用。經(jīng)由控制策略處理溫度數(shù)據(jù)和其它變量在滿足特定條件的情況下引起管線加熱器130的選擇性啟用。例如，如果罐溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器兩者都發(fā)生故障，則生成啟用信號，以啟用管線加熱器。如果LPRAT小于期望的還原劑溫度，則生成啟用信號。如果LPRAT大于期望的還原劑溫度，則生成停用信號。然而，如果發(fā)動機運行時間小于最小發(fā)動 機運行時間，則生成停用信號。同樣，如果典型環(huán)境溫度大于最低環(huán)境溫度，則生成停用信號。根據(jù)一部分或全部上述條件選擇性地啟用管線加熱器可延長管線加熱器的使用壽命，并可防止流體管線中的還原劑的熱降解。應(yīng)該理解，前面的描述提供了所公開的系統(tǒng)和技術(shù)的示例。然而，可以設(shè)想的是，本發(fā)明的其它實施方案可在細節(jié)方面可不同于前述示例。本發(fā)明的所有參考物或示例旨在提供就這一點討論的具體示例的參考，并且并非意圖在更一般的意義上暗示對本發(fā)明的范圍的任何限制。關(guān)于特定特征的所有區(qū)分和貶低的語言旨在表示并不優(yōu)選那些特征，而非將其從本發(fā)明的范圍徹底排除在外，除非另外指出。文中對數(shù)值范圍的敘述僅旨在用作引用處于該范圍內(nèi)的每個單獨數(shù)值的簡便方法，除非文中另外指出，且每個單獨數(shù)值都結(jié)合在說明書中，便如在文中單獨敘述一樣。文中所述的所有方法均能以任何合適的次序執(zhí)行，除非文中另外指出或否則與上下文明顯抵觸。
權(quán)利要求
1.一種控制選擇性催化還原系統(tǒng)(120)中用于傳送還原劑的流體管線(128)附近的管線加熱器(130)的方法，所述方法包括 測量代表被收容在儲罐(124)中的還原劑的罐溫度(204)； 測量代表所述選擇性催化還原系統(tǒng)(120)附近的環(huán)境溫度的典型環(huán)境溫度(202)； 根據(jù)所述罐溫度和所述典型環(huán)境溫度確定最低可能的還原劑溫度； 將所述最低可能的還原劑溫度與預(yù)定期望的還原劑溫度進行比較(312);以及響應(yīng)于將所述最低可能的還原劑溫度與預(yù)定期望的還原劑溫度進行比較而啟用所述管線加熱器(130)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 將所述罐溫度與預(yù)定罐溫度值進行比較以檢查錯誤(220 );以及 將所述典型環(huán)境溫度與預(yù)定環(huán)境溫度值進行比較以檢查錯誤(210 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定所述最低可能的還原劑溫度的步驟包括 如果所述罐溫度和所述典型環(huán)境溫度均出錯，則將所述最低可能的還原劑溫度設(shè)定為錯誤(236)； 如果所述罐溫度出錯但所述典型環(huán)境溫度未出錯，則將所述最低可能的還原劑溫度設(shè)定為所述典型環(huán)境溫度(238)； 如果所述典型環(huán)境溫度出錯但所述罐溫度未出錯，則將所述最低可能的還原劑溫度設(shè)定為所述罐溫度(242);以及 如果所述罐溫度和所述典型環(huán)境溫度均未出錯，則將所述最低可能的還原劑溫度設(shè)定為所述罐溫度和所述典型環(huán)境溫度中較小的一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括如果所述最低可能的還原劑溫度出錯，則啟用所述管線加熱器(130)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 測量采用所述選擇性催化還原系統(tǒng)(120)的內(nèi)燃發(fā)動機(100)自所述內(nèi)燃發(fā)動機(100)起動以來的實際運行時間(422)； 將所述實際運行時間與預(yù)定最小運行時間進行比較(424);以及如果所述實際運行時間小于或等于所述預(yù)定最小運行時間，則停用所述管線加熱器(130)或者將所述管線加熱器(130)維持在不活動狀態(tài)下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 將所述典型環(huán)境溫度與預(yù)定最低環(huán)境溫度進行比較(410);以及如果所述典型環(huán)境溫度大于或等于所述預(yù)定最低環(huán)境溫度，則停用所述管線加熱器(130)或者將所述管線加熱器(130)維持在不活動狀態(tài)下。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 響應(yīng)于將所述最低可能的還原劑溫度與所述預(yù)定期望的還原劑溫度進行比較(312)而生成啟用信號(316);以及 響應(yīng)于所述啟用信號而啟用所述管線加熱器(130)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括判斷所述選擇性催化還原系統(tǒng)(120)是否正在計量供給還原劑(476)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括僅響應(yīng)于判斷得知所述選擇性催化還原系統(tǒng)(120)正在計量供給還原劑(476)和所述啟用信號的不存在而停用所述管線加熱器(130)。
10.一種供內(nèi)燃發(fā)動機(100)使用的選擇性催化還原系統(tǒng)(120)，所述選擇性催化還原系統(tǒng)(120)包括 用于收納還原劑的儲罐(124)，所述儲罐(124)包括罐溫度傳感器(144)，所述罐溫度傳感器(144)用于測量代表所述儲罐(124)中的還原劑的罐溫度； 用于測量典型環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器(146)；流體管線(128)，所述流體管線將還原劑從所述儲罐(124)傳送到與所述內(nèi)燃發(fā)動機(100)相關(guān)的排氣系統(tǒng)(110)中的導(dǎo)入點，所述流體管線(128)包括管線加熱器(130);以及 與所述罐溫度傳感器(144)、所述環(huán)境溫度傳感器(146)和所述管線加熱器(130)通信的控制器(140 )，所述控制器(150 )包括用于部分地基于來自所述罐溫度傳感器(144 )和所述環(huán)境溫度傳感器(146)的信息來確定最低可能的還原劑溫度的邏輯； 其中，所述控制器(140)在確定所述最低可能的還原劑溫度之后啟用或停用所述管線加熱器(130)。
全文摘要
控制策略選擇性地控制配備有可供選擇性催化還原系統(tǒng)(120)使用的管線加熱器(130)的流體管線(128)的加熱。該控制策略測量代表儲罐(124)中的還原劑的罐溫度和代表流體管線(128)附近的環(huán)境溫度的典型環(huán)境溫度。該控制策略基于測定的罐溫度和典型環(huán)境溫度來確定最低可能的還原劑溫度(“LPRAT”)。將LPRAT與期望的還原劑溫度進行比較，并且響應(yīng)于該比較，控制策略可啟用管線加熱器(128)。
文檔編號F01N3/20GK102812216SQ201180014959
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者D·J·麥科伊, S·J·芬克, E·金 申請人:卡特彼勒公司