用于還原劑管線加熱控制的設備、系統(tǒng)和方法本申請是申請日為2010年6月17日，申請?zhí)枮?01080032748.X，發(fā)明名稱為“用于還原劑管線加熱控制的設備、系統(tǒng)和方法”的申請的分案申請。對相關申請的交叉引用本申請之權利要求為以引用形式并入本文的、提交于2009年6月18日的美國臨時專利申請No.61/218,222之利益。發(fā)明領域本發(fā)明涉及內燃機的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，更具體地講，涉及如何控制SCR系統(tǒng)用以降低廢氣中NOx排放的還原劑的溫度。

背景技術：
廢氣后處理系統(tǒng)用于接收和處理由內燃機產(chǎn)生的廢氣。典型的廢氣后處理系統(tǒng)包括多個被配置為用于降低廢氣中存在的有害廢氣排放水平的組件。例如，一些針對柴油內燃機的廢氣后處理系統(tǒng)包括多個組件，如柴油氧化催化器(DOC)、微粒物過濾器或柴油微粒過濾器(DPF)以及SCR催化器。在一些廢氣后處理系統(tǒng)中，廢氣首先通過柴油氧化催化器，然后通過柴油微粒過濾器，接著通過SCR催化器。DOC、DPF和SCR催化器組件中的每一個都被配置為對通過該組件的廢氣執(zhí)行具體的廢氣排放處理操作。通常，DOC通過氧化技術減少廢氣中存在的一氧化碳和碳氫化合物的量。DPF過濾廢氣中存在的有害柴油微粒物和黑煙。最后，由SCR催化器減少廢氣中存在的氮氧化物(NOx)的量。SCR催化器系統(tǒng)使用還原劑降低廢氣中的NOx。典型的SCR系統(tǒng)包括還原劑遞送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括還原劑源、泵和遞送機構。還原劑源可為能夠存儲還原劑(例如脲溶液或甲酸銨溶液)的容器或槽。泵負責通過還原劑管線，從還原劑源向遞送機構供應還原劑。遞送機構一般為還原劑噴射器，它負責向SCR催化器上游的廢氣流中遞送還原劑。在汽車應用領域中，還原劑一般為分解后會生成氨的脲。還原后，在存在SCR催化器的情況下，氨與NOx發(fā)生反應，將NOx還原成危害更低的排放物，例如N2和H2O。為確保正常工作，存儲在還原劑儲槽中以及通過還原劑管線在槽和遞送機構之間泵送的還原劑的溫度，必須保持高于還原劑溶液的凝固點。排放法規(guī)要求SCR系統(tǒng)提供對在較低環(huán)境溫度下工作的還原劑進行加熱的溫度控制系統(tǒng)。鑒于加熱大量還原劑所需功率較大，常規(guī)SCR系統(tǒng)一般配備利用發(fā)動機冷卻液對槽中存儲的還原劑進行加熱的還原劑溫度控制系統(tǒng)。與此相反，鑒于流經(jīng)還原劑管線的還原劑的數(shù)量相對較少，對還原劑管線進行加熱所需功率也較小。因此，常規(guī)系統(tǒng)可以采用電加熱器(而非冷卻液)對還原劑管線進行加熱。但是，電加熱器存在若干局限性。例如，由于很難測量還原劑管線中還原劑的溫度，電加熱器需要配備一個環(huán)境空氣溫度傳感器，作為確保正常工作的主要輸入。這是因為，電加熱器所用能量是由以可調受控方式施加的電壓或電流供應的。由于還原劑溫度升高取決于所供應的電能而非絕對溫度，通過環(huán)境空氣傳感器檢測到的環(huán)境空氣溫度必須作為據(jù)以確定正常加熱溫度(即，加熱上限溫度)的參考點。遺憾的是，環(huán)境空氣溫度傳感器可能存在缺陷，或根據(jù)環(huán)境空氣溫度傳感器的限制和位置，經(jīng)過較長時間可能已經(jīng)不準確，這可能會導致還原劑過熱風險加大。除環(huán)境空氣溫度傳感器之外，電加熱器還需要配備單獨的控制器、電池和控制繼電器，其中每種部件都會增加能源、軟件和硬件成本，并導致系統(tǒng)變得更加笨重和復雜。作為另外一種選擇，在某些常規(guī)系統(tǒng)中，利用發(fā)動機流出的冷卻液，而非電加熱器，對還原劑管線中的還原劑進行加熱。一般采用一個專用冷卻液控制閥，以促進冷卻液流過還原劑管線；再使用一個或多個附加的冷卻液控制閥，以促進冷卻液流過還原劑槽。常規(guī)的基于冷卻液的還原劑加熱系統(tǒng)中采用的控制裝置，不能控制或調節(jié)冷卻液流速。相反，這些控制裝置根據(jù)按照檢測的環(huán)境溫度而預定的時間進程，要么打開控制閥，允許冷卻液流過；要么關閉控制閥，阻止冷卻液流過。因此，與電加熱器一樣，常規(guī)冷卻液加熱器一般也需要配備環(huán)境溫度傳感器，以提供參考點。此外，由于還原劑管線中沒有配備溫度傳感器，常規(guī)系統(tǒng)的另一局限性在于，無法確保還原劑管線中還原劑的溫度保持高于還原劑的凝固點并低于對應于還原劑遞送系統(tǒng)中允許的最高溫度的上限門檻值。

技術實現(xiàn)要素：
為響應現(xiàn)有技術，更具體地講，為響應當前市售的廢氣后處理控制系統(tǒng)和還原劑加熱系統(tǒng)尚未完全解決的現(xiàn)有技術中的問題和需求，開發(fā)了本專利申請的主題。因此，開發(fā)了本專利申請的主題以提供克服現(xiàn)有技術的至少一些缺點的設備、系統(tǒng)和方法。在一個代表性實施例中，介紹了一種利用內燃機流出的冷卻液對還原劑遞送管線進行加熱的設備，其中，還原劑遞送管線負責從盛裝還原劑的還原劑槽中接收還原劑，且冷卻液管線的一部分置于還原劑槽之中。該設備包括一個配置為可確定還原劑槽出口冷卻液溫度目標的冷卻液溫度模塊。此外，該設備包括一個配置為可生成冷卻液閥流速命令并將冷卻液閥流速命令傳送至冷卻液閥的冷卻液流速模塊。該冷卻液閥為可控型，可調節(jié)通過冷卻液管線的冷卻液的流速。該冷卻液閥流速命令基于還原劑槽出口冷卻液溫度目標、還原劑槽入口冷卻液溫度以及還原劑槽還原劑溫度。在某些具體實施中，該冷卻液閥流速命令包括一個脈沖寬度調制信號。在其他一些具體實施中，該冷卻液流速模塊負責生成與環(huán)境溫度無關的冷卻液閥流速命令。此外，在某些具體實施中，該冷卻液流速模塊根據(jù)前饋模式生成冷卻液流速命令。根據(jù)更加特定的具體實施，該冷卻液閥流速命令基于還原劑槽還原劑溫度隨時間的變化率。根據(jù)該設備的一種具體實施，該還原劑槽出口冷卻液溫度目標由預定上限溫度門檻值和預定下限溫度門檻值加以定義。在該設備的另一種具體實施中，該還原劑槽出口冷卻液溫度目標包括一個冷卻液溫度值，該值足以在內燃機工作過程中使還原劑槽中的還原劑產(chǎn)生融化、在內燃機工作過程中防止還原劑槽中的還原劑重新凝固并在內燃機工作過程中使還原劑槽和還原劑遞送管線中還原劑的溫度保持低于最高容許溫度。根據(jù)另一種具體實施，該設備進一步包括一個配置為可確定熱交換功率因數(shù)的熱交換功率模塊。該熱交換功率模塊可根據(jù)還原劑槽還原劑溫度高于還原劑的凝固溫度時的第一模式并根據(jù)還原劑槽還原劑溫度低于還原劑的凝固溫度時的第二模式確定熱交換功率因數(shù)。該冷卻液閥流速命令基于所確定的熱交換功率因數(shù)。在第一模式中，通過將還原劑槽中的還原劑的液位、還原劑槽還原劑溫度的變化率以及還原劑槽中的還原劑的比熱相乘，即可確定該熱交換功率因數(shù)。在第二模式中，該熱交換功率因數(shù)可預定為常數(shù)。在某些具體實施中，該設備可進一步包括一個冷卻液溫差模塊。該冷卻液溫差模塊可配置為能確定還原劑槽出口冷卻液溫度目標與還原劑槽入口冷卻液溫度之差。該冷卻液閥流速命令可基于還原劑槽出口冷卻液溫度目標與還原劑槽入口冷卻液溫度之差。此外，在某些具體實施中，該設備還可包括一個配置為將該熱交換功率因數(shù)和還原劑槽出口冷卻液溫度目標與還原劑槽入口冷卻液溫度之差同預定查找表進行對比、以確定冷卻液閥調制信號值的對比模塊。在這種具體實施中，該冷卻液閥流速命令對應于所確定的冷卻液閥調制信號值。在另一個實施例中，還原劑加熱系統(tǒng)包括一條冷卻液管線，其中包括一個可與還原劑槽中的還原劑進行熱交換傳導的第一部分以及可與還原劑管線中的還原劑進行熱交換傳導的第二部分。該還原劑管線配置為從該還原劑槽中接收還原劑。該系統(tǒng)包括一個與該冷卻液管線相連的流量調節(jié)裝置。該裝置配置為可調節(jié)進入該冷卻液管線的第一部分的冷卻液的流速。該系統(tǒng)進一步包括一個控制器，該控制器可通過與該流量調節(jié)裝置的信號傳輸連通而進行通信，進而改變通過冷卻液管線的第一部分的冷卻液的流速，從而使冷卻液管線的第二部分中的冷卻液達到期望的溫度。根據(jù)一些具體實施，該還原劑加熱系統(tǒng)進一步包括一個與該冷卻液管線相連的溫度傳感器。該溫度傳感器配置為可檢測進入該冷卻液管線的第一部分的冷卻液的溫度。此外，該控制器配置為可根據(jù)該溫度傳感器所檢測的冷卻液的溫度，改變進入該冷卻液管線的第一部分的冷卻液的流速。在該系統(tǒng)的另一個具體實施中，該控制器進一步配置為可根據(jù)還原劑槽中的還原劑的溫度、還原劑槽中還原劑的溫度的變化率、還原劑槽中還原劑的比熱、還原劑槽中還原劑的液位、溫度傳感器所檢測的冷卻液的溫度與冷卻液管線的第二部分中冷卻液的期望溫度之差以及還原劑槽的形狀和冷卻液的比熱等之中至少一項，改變進入該冷卻液管線的第一部分的冷卻液的流速。在某些具體實施中，冷卻液管線的第二部分纏繞在還原劑管線上。根據(jù)另一個實施例，用于對與還原劑槽相連的還原劑管線中的還原劑進行加熱的方法包括檢測進入冷卻液管線的冷卻液的溫度。該冷卻液管線可與還原劑管線和還原劑槽中的還原劑進行傳熱傳導。該方法還包括確定還原劑管線中還原劑的上限和下限溫度門檻值。此外，該方法還包括通過調節(jié)單流調節(jié)閥，從而根據(jù)檢測的進入冷卻液管線的冷卻液的溫度而調節(jié)通過冷卻液管線的冷卻液的流速，進而使還原劑管線中還原劑的溫度保持低于上限溫度門檻值并高于下限溫度門檻值。在某些具體實施中，對單流調節(jié)閥進行調節(jié)可以包括調節(jié)通過冷卻液管線的冷卻液的流速，從而使還原劑槽中還原劑的溫度保持高于門檻值。在其他一些具體實施中，對單流調節(jié)閥進行調節(jié)系基于還原劑槽中還原劑的溫度。本說明書中對特征、優(yōu)點或類似語言的引用并不意味著可以利用本公開申請實現(xiàn)的所有特征和優(yōu)點都應當在或都在其任何單個實施例或具體實施中。相反，結合特征和優(yōu)點的語言應理解為意指結合實施例描述的具體特征、優(yōu)點或特性包括在本公開申請的至少一個實施例中。本說明書中有關特征和優(yōu)點的討論以及類似語言可以(但并不一定)涉及相同實施例或具體實施。所述本公開申請的特征、優(yōu)點和特性可以通過任何合適的方式與一個或多個實施例和/或具體實施相結合。相關領域的技術人員將認識到，可以在特定實施例或具體實施不具有一個或多個具體特征或優(yōu)點的情況下實踐本公開申請的主題。在其他情況下，可能在某些實施例和/或具體實施中發(fā)現(xiàn)其他特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點不一定存在于本公開申請的所有實施例或具體實施中。在以下描述和所附權利要求中，本公開申請的這些特征和優(yōu)點將更加顯而易見，或可以通過下文所述本公開申請的主題的實踐進行了解。附圖說明為了可以更輕松地理解本主題的優(yōu)點，將結合附圖中所示具體實施例對上面簡述的主題進行更具體的說明。應當理解這些附圖僅示出了本主題的典型實施例，然而并不因此被視為對其范圍的限制，將通過使用附圖對本主題的特異性和細節(jié)進行描述和解釋，其中：圖1為根據(jù)一個代表性實施例的具有發(fā)動機、廢氣后處理系統(tǒng)、控制器和還原劑加熱系統(tǒng)的內燃機系統(tǒng)的示意性框圖；圖2為根據(jù)一個代表性實施例的還原劑加熱系統(tǒng)的部分示意性框圖；圖3為根據(jù)一個代表性實施例的內燃機系統(tǒng)的控制器的示意性框圖；以及圖4為根據(jù)一個代表性實施例的圖3所示控制器的冷卻液流速模塊的示意性框圖。具體實施方式本說明書中對“一個實施例”、“實施例”或類似語言的引用意指結合該實施例描述的具體特征、結構或特性包括在本公開申請的至少一個實施例中。本說明書中出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”或類似語言可以(但并不一定)全部涉及相同實施例。類似地，使用術語“具體實施”意指具有結合本公開申請的一個或多個實施例描述的具體特征、結構或特性的具體實施，然而，缺乏明確的相關性來另外指明，具體實施可與一個或多個實施例相關。在以下描述中，提供了許多具體細節(jié)以深入理解本公開申請的實施例。然而，相關領域的技術人員將認識到，可以在不具有一個或多個具體細節(jié)或使用其他方法、組件、材料等的情況下實施本公開申請。在其他情況下，未示出或詳細描述熟知的結構、材料或操作，以避免本公開申請的各個方面含糊不清。本文描述了用于對還原劑遞送系統(tǒng)中的還原劑進行加熱并可克服常規(guī)方法的一項或多項局限性的一種設備、系統(tǒng)和方法的多個實施例。根據(jù)至少某些實施例，該設備、系統(tǒng)和方法利用發(fā)動機冷卻液對還原劑管線進行加熱。通過調節(jié)具有脈沖寬度調制(PWM)功能的冷卻液單流調節(jié)閥的工作循環(huán)，可以控制還原劑管線中還原劑的溫度。負責控制該閥的PWM命令與環(huán)境空氣溫度無關，因此，該系統(tǒng)不需要配備環(huán)境空氣溫度傳感器。此外，該設備和系統(tǒng)配置為，通過調制該冷卻液單流調節(jié)閥，可使還原劑槽中還原劑的溫度保持高于還原劑的凝固溫度，并使還原劑管線中還原劑的溫度保持低于對應于還原劑遞送系統(tǒng)中允許的最高溫度的上限門檻值溫度。在某些實施例中，該設備和系統(tǒng)采用前饋方式生成PWM命令并將其發(fā)送至該冷卻液單流調節(jié)閥，因此，與采用反饋方式的系統(tǒng)相比，可降低軟件、硬件和能源成本以及系統(tǒng)復雜性。此外，由于本文特定實施例中所描述的還原劑加熱系統(tǒng)系基于發(fā)動機系統(tǒng)中其他系統(tǒng)(例如：發(fā)動機冷卻液管線、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、還原劑液位傳感器和還原劑溫度傳感器)已經(jīng)在使用的組件和硬件，因此，與常規(guī)還原劑加熱系統(tǒng)相比，該加熱系統(tǒng)可降低能源和硬件成本。圖1示出了內燃機系統(tǒng)100的一個實施例。內燃機系統(tǒng)100的主要組件包括內燃機110、連接到發(fā)動機的廢氣后處理系統(tǒng)120以及可與發(fā)動機110和后處理系統(tǒng)120進行電子通信的控制器130。內燃機110可為壓縮點火式內燃機(例如柴油機)或火花點火式內燃機(例如稀燃式汽油發(fā)動機)。在該內燃機110中，來自大氣的空氣與燃油混合，為發(fā)動機提供動力。燃油和空氣的燃燒會產(chǎn)生可操作地通向排氣歧管的廢氣。從該排氣歧管，產(chǎn)生的廢氣中至少有一部分沿方向箭頭144所示方向流入廢氣后處理系統(tǒng)120。通常，廢氣后處理系統(tǒng)120配置為用于去除發(fā)動機110產(chǎn)生的廢氣中存在的多種化合物和微粒排放物。例如，在一個具體實施例中，廢氣后處理系統(tǒng)120包括氧化催化器140、微粒物(PM)過濾器150、SCR系統(tǒng)160和氨氧化(AMOX)催化器170。沿方向箭頭144所示的廢氣流方向，廢氣可以從發(fā)動機110流經(jīng)氧化催化器140、微粒過濾器150、SCR系統(tǒng)160的SCR催化器162、AMOX催化器170，然后通過排氣管排入大氣。換句話講，微粒過濾器150設置在氧化催化器140的下游，SCR催化器162設置在微粒過濾器150的下游，AMOX催化器170設置在SCR催化器162的下游。通常，在廢氣后處理系統(tǒng)120中處理并釋放到大氣中的廢氣所包含的污染物比未處理廢氣顯著減少，例如柴油微粒物質、NOx、碳氫化合物和一氧化碳。雖然圖中所示的廢氣后處理系統(tǒng)120所包括的氧化催化器140、微粒過濾器150、SCR催化器162和AMOX催化器170等各一個均沿廢氣流路徑排列在彼此間相對的特定位置上，但在其他實施例中，廢氣后處理系統(tǒng)可以包括多個任一催化器，它們可以相對彼此根據(jù)需要排列在廢氣流路徑上的任何位置。此外，雖然氧化催化器140和AMOX催化器170均為非選擇性催化器，但在某些實施例中，氧化催化器和AMOX催化器可以是選擇性催化器。SCR系統(tǒng)160包括還原劑遞送系統(tǒng)164，該還原劑遞送系統(tǒng)則包括用于存儲還原劑200的還原劑槽166、還原劑泵184以及還原劑遞送機構168。還原劑槽166能夠保留還原劑200(例如脲溶液或甲酸銨溶液)。還原劑槽166與泵184之間存在還原劑供應連通，該泵配置為可通過還原劑管線180從還原劑槽166向遞送機構168泵送還原劑。作為另外一種選擇，泵184可以是位于還原劑槽166上游的推式泵。還原劑管線180可以是現(xiàn)有技術中常用的多種還原劑管線的任一種。在某些具體實施中，還原劑管線180是可為多種直徑(例如，約6毫米至約8毫米之間)之一的一定長度的液壓管路。遞送機構168可以包括配置為向SCR催化器162上游的廢氣流中噴射還原劑的還原劑噴射器182。可選擇性控制噴射器182，以將還原劑直接噴射到廢氣流中，然后再讓廢氣進入SCR催化器162。在某些實施例中，還原劑可為分解后會生成氨的脲。正如下面將更詳細描述的，在這些實施例中，在存在SCR催化器162的情況下，氨與NOx發(fā)生反應，將NOx還原成危害更低的排放物，例如N2和H2O。SCR催化器162可以是現(xiàn)有技術中多種已知催化器的任何一種。例如，在某些具體實施中，SCR催化器162包含釩基催化劑；而在其他具體實施中，SCR催化器包含基于沸石的催化劑，例如銅-沸石或鐵-沸石催化劑。在一個代表性實施例中，還原劑為脲水溶液，SCR催化器162包含基于沸石的催化劑。在一個由發(fā)動機110和廢氣后處理系統(tǒng)120構成車輛一部分的汽車應用中，發(fā)動機和廢氣后處理系統(tǒng)可承受苛刻的環(huán)境條件。盡管外部條件可能對廢氣后處理系統(tǒng)120的性能產(chǎn)生潛在不利影響，但無論外部條件如何，該廢氣后處理系統(tǒng)仍有望依據(jù)法規(guī)標準降低有害廢氣排放。在嚴寒條件下，還原劑很容易凝固，從而導致無法將還原劑噴射入廢氣流中并阻礙SCR催化器162對NOx進行還原。因此，必須對源166中盛裝的還原劑進行加熱，以防止凝固；對于重量百分比為32.5％的脲溶液(例如，挪威拉克瑟沃格市WEMA公司生產(chǎn)的AdBlue脲溶液)而言，其凝固溫度約為-11℃。此外，對于還原劑管線180中從源166流向遞送機構168的還原劑，也必須進行加熱，以防止凝固。但是，不應將還原劑加熱到太高溫度，這是因為，過高溫度可能導致還原劑化學性質破壞和/或對還原劑管線180等還原劑遞送系統(tǒng)164的組件造成損壞。為使還原劑遞送系統(tǒng)164中的還原劑產(chǎn)生融化或防止其凝固，內燃機系統(tǒng)100包括一個還原劑加熱系統(tǒng)190。還原劑加熱系統(tǒng)190包括一條從發(fā)動機110連接至還原劑遞送系統(tǒng)164的冷卻液供應管線192。此外，還原劑加熱系統(tǒng)190包括還原劑溫度傳感器186、還原劑液位傳感器188和冷卻液溫度傳感器194。在某些具體實施中，還原劑溫度傳感器186與還原劑液位傳感器188集成在一起(例如，挪威拉克瑟沃格市WEMA公司制造的AdBlue系列傳感器)。還原劑溫度傳感器186配置為可檢測還原劑槽166中存儲的還原劑的溫度，冷卻液溫度傳感器194配置為可檢測流經(jīng)冷卻液供應管線192的冷卻液的溫度，而還原劑液位傳感器188則配置為可檢測還原劑槽166中還原劑的液位。冷卻液供應管線192負責從發(fā)動機110中接收加熱的冷卻液。按照常規(guī)方式，在發(fā)動機工作過程中，未加熱的冷卻液流經(jīng)發(fā)動機110。隨著冷卻液流過發(fā)動機110，發(fā)動機產(chǎn)生的熱量傳導給冷卻液，對冷卻液進行加熱。如此，冷卻液被用于幫助發(fā)動機進行散熱，即，降低發(fā)動機溫度。在某些實施例中，在發(fā)動機110工作過程中，冷卻液溫度保持在預定范圍內。在一個特定具體實施中，在發(fā)動機110工作過程中，冷卻液溫度保持在約50℃至約90℃之間。利用現(xiàn)有技術中已知的普通測試方法，可以預定特定發(fā)動機系統(tǒng)中冷卻液的最高溫度。參見圖2，冷卻液供應管線192從發(fā)動機110中連出，并可與還原劑槽166中存儲的還原劑進行供熱傳導。冷卻液沿方向箭頭199所示方向流經(jīng)冷卻液供應管線和冷卻液回流管線198。冷卻液供應管線192可在還原劑槽166中按照多種不同布置或配置的任一種進行安排。為擴大冷卻液供應管線192與還原劑接觸的表面積，從而加強傳熱效果，在圖示實施例中，冷卻液供應管線以盤繞配置210形式卷繞在還原劑槽166中。從還原劑槽166連出后，冷卻液供應管線192設置為可與還原劑管線180進行供熱傳導。冷卻液供應管線192可按照相對于還原劑管線的多種不同布置或配置的任一種進行安排。在圖示實施例中，冷卻液供應管線192沿還原劑管線長度上以盤繞配置220形式連續(xù)纏繞在還原劑管線180上。在其他實施例中，冷卻液供應管線192沿還原劑管線長度上包絡在還原劑管線180上，形成一個同心管熱交換器。在某些具體實施中，與冷卻液供應管線192進行傳熱傳導的還原劑管線180的長度，基本上就是還原劑槽166與遞送機構168之間還原劑管線180的全長。在其他具體實施中，傳熱長度為小于還原劑管線180全長的多種不同所需長度的任一長度。將熱量傳導給還原劑管線180之后，冷卻液供應管線192轉變?yōu)槔鋮s液回流管線198，它使冷卻液流回發(fā)動機110中，以便連續(xù)使用。由于存在至還原劑源166和還原劑管線180中還原劑的傳熱損失，冷卻液回流管線198中冷卻液的溫度低于冷卻液供應管線192中冷卻液的溫度。還原劑加熱系統(tǒng)190包括單流調節(jié)閥196，該閥配置為可調節(jié)從發(fā)動機110流入還原劑源166的冷卻液的流量。單流調節(jié)閥196可與控制器130進行信號接收通信。控制器130向單流調節(jié)閥196傳輸對應于通過該閥的期望冷卻液流速的命令信號。在某些實施例中，控制器130可根據(jù)PWM技術控制單流調節(jié)閥196的工作循環(huán)。如此，控制器130可將通過閥196的冷卻液的流速調節(jié)為無數(shù)種流速的任一流速。通常，控制器130負責控制發(fā)動機系統(tǒng)100及其相關子系統(tǒng)(如：發(fā)動機110和廢氣后處理系統(tǒng)120)的工作?？刂破?30在圖2中顯示為單一的物理單元，但在某些實施例中可根據(jù)需要包括兩個或更多個物理分離的單元或組件。通常，控制器130接收多個輸入、處理輸入并傳送多個輸出。多個輸入可以包括從傳感器檢測到的測量值和各種用戶輸入?？刂破?30使用各種算法、已存儲數(shù)據(jù)和其他輸入對這些輸入進行處理，以更新存儲的數(shù)據(jù)和/或生成輸出值。生成的輸出值和/或命令會傳送至控制器的其他組件和/或傳送至內燃機系統(tǒng)100的一個或多個元件，以便控制該系統(tǒng)獲得期望的結果，更具體地講，以便獲得期望的廢氣排放。參見圖3，控制器130包括冷卻液溫度模塊300和冷卻液流速模塊320。冷卻液溫度模塊300配置為可確定還原劑槽出口冷卻液溫度目標310。該目標310代表離開還原劑槽166的冷卻液的期望溫度，該溫度取決于還原劑管線180中還原劑的期望溫度。例如，對于還原劑管線180中還原劑的最高溫度(例如，最高容許還原劑溫度，在某些實施例中，該溫度約為60℃)，可通過最高冷卻液溫度(一般約為90℃)加以確定。因此，可以利用已知的最高冷卻液溫度(而非環(huán)境溫度)作為參考點，以實現(xiàn)還原劑管線溫度控制。依據(jù)最高冷卻液溫度作為參考，可通過控制還原劑加熱系統(tǒng)190，使還原劑管線180中還原劑的溫度保持低于最高容許還原劑溫度并高于還原劑凝固溫度。這是通過至少部分根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、槽166中還原劑的溫度以及槽中還原劑溫度變化率，使用PWM工作循環(huán)來調制通過還原劑槽166的冷卻液的流速而實現(xiàn)的。在某些具體實施中，冷卻液溫度模塊300將還原劑槽出口冷卻液溫度目標310設置為足以(i)在預定時限內使還原劑槽中的還原劑產(chǎn)生融化；(ii)在發(fā)動機系統(tǒng)100于最低環(huán)境溫度下工作過程中防止還原劑槽中的還原劑重新凝固；以及(iii)在發(fā)動機系統(tǒng)于最高環(huán)境溫度下工作過程中使還原劑槽和管線溫度保持低于最高容許溫度的值。通常，通過控制冷卻液流量、傳導足夠熱量以防止還原劑管線180中的還原劑發(fā)生凝固，但又不能傳導過多熱量，以免還原劑管線中還原劑的溫度升高到最高容許溫度以上。假設槽166中還原劑的溫度低于離開槽的冷卻液的溫度，則根據(jù)傳熱原理，還原劑管線180中還原劑的溫度決不會高于冷卻液的溫度。因此，還原劑槽出口冷卻液溫度目標310最好等于或低于最高容許溫度，而高于還原劑的凝固溫度。如上所述，通過配置系統(tǒng)190以實現(xiàn)還原劑管線中還原劑的溫度高于凝固溫度，還原劑槽中還原劑的溫度必須高于凝固溫度。因此，系統(tǒng)190可配置為利用來自發(fā)動機的冷卻液以及冷卻液單流調節(jié)閥，同時實現(xiàn)兩個目標，一是使還原劑管線中還原劑的溫度保持低于最高容許溫度且高于凝固溫度，二是使還原劑槽中還原劑的溫度保持高于凝固溫度。至少部分基于還原劑槽出口冷卻液溫度目標310，冷卻液流速模塊320配置為可生成冷卻液閥流速命令340，該命令由控制器通過(例如)控制器的接口模塊(圖中未顯示)傳輸?shù)絾瘟髡{節(jié)閥196。如以下方程1所示，冷卻液閥流速命令340表示為該閥全開條件下PWM工作循環(huán)與通過該閥的最大冷卻液流速的乘積。單流調節(jié)閥196隨后驅動一個閥，允許對應于該命令的冷卻液流速的冷卻液通過該閥。冷卻液流速模塊320至少部分基于溫度傳感器194和186所分別檢測到的還原劑槽入口冷卻液溫度325和還原劑槽還原劑溫度330，而生成冷卻液閥流速命令340。當還原劑槽還原劑溫度330高于凝固溫度(例如-11℃)時，冷卻液流速模塊320配置為可根據(jù)以下方程而生成冷卻液閥流速命令(CVFRC)340：其中：PWM為PWM工作循環(huán)，為通過閥196的最大冷卻液流速，Lr為還原劑槽166中還原劑的液位(例如，槽中脲的質量)，cr為還原劑的比熱，為槽166中還原劑的溫度變化率，Tc,in為還原劑槽入口冷卻液溫度325，Tc,out_target為還原劑槽出口冷卻液溫度目標310，k為基于還原劑源166的形狀和冷卻液的比熱的預定系數(shù)。對于規(guī)則的還原劑槽，可使用以下方程計算出參數(shù)k：其中：cc為冷卻液的比熱，Dr為還原劑密度，Ar為還原劑槽的有效橫截面積。如果還原劑槽形狀不規(guī)則，則橫截面積Ar為還原劑液位Lr的函數(shù)，計算如下：其中：Vr為液位為Lr時的還原劑體積。在某些具體實施中，可根據(jù)能通過冷卻液流速模塊320獲得的預定值，從查找表中確定最大冷卻液流速還原劑的比熱cr和系數(shù)k。查找表可以存儲在控制器130的內存中。根據(jù)一個實施例，冷卻液流速模塊320按照圖4所示的控制結構而實現(xiàn)方程1。冷卻液流速模塊320包括還原劑溫度變化率模塊400和還原劑比熱模塊410。還原劑溫度變化率模塊400負責根據(jù)溫度傳感器186所檢測的存儲的還原劑槽還原劑溫度值330的歷史而確定還原劑溫度變化率420。更具體地講，還原劑溫度變化率模塊400通過對比一段時間內采集的還原劑槽還原劑溫度值330，進而估算出槽中還原劑的當前溫度變化率。還原劑比熱模塊410通過將還原劑槽還原劑溫度330與包含預定比熱值和相應還原劑溫度的查找表進行對比，確定還原劑的比熱430。冷卻液流速模塊320還包括熱交換功率模塊440，該模塊配置為可確定代表還原劑加熱系統(tǒng)190向還原劑傳熱的當前能力的熱交換功率因數(shù)460。由于與液體還原劑相關的傳熱機理不同于凝固態(tài)或固體還原劑，所以，根據(jù)還原劑的相態(tài)，應采用不同方法確定熱交換功率因數(shù)460。因此，熱交換功率模塊440配置為可根據(jù)還原劑槽還原劑溫度330而確定還原劑源166中還原劑的相態(tài)。如果溫度330高于還原劑的預定凝固溫度，則熱交換功率模塊440將按照第一模式確定熱交換功率因數(shù)460。然而，如果溫度330低于還原劑的預定凝固溫度，則熱交換功率模塊440將按照第二模式確定熱交換功率因數(shù)460。第一模式包括將還原劑槽還原劑液位450、還原劑溫度變化率420以及還原劑比熱430相乘，從而獲得熱交換功率因數(shù)460。第二模式包括將熱交換功率因數(shù)460設置為與凝固態(tài)或固體還原劑相關的預定常數(shù)值。再次參見圖4，冷卻液流速模塊320包括配置為可確定冷卻液溫差480的冷卻液溫差模塊470。由于在流經(jīng)還原劑源166的過程中，冷卻液會損失熱量，所以，進入還原劑源166的冷卻液的溫度高于離開還原劑源的冷卻液的溫度。冷卻液溫差480定義為溫度傳感器194檢測到的還原劑槽入口冷卻液溫度325與冷卻液溫度模塊300確定的還原劑槽出口冷卻液溫度目標310之差。因此，冷卻液溫差模塊470接收還原劑槽入口冷卻液溫度325和還原劑槽出口冷卻液溫度目標310，將其應用于對比算法，進而確定冷卻液溫差480。冷卻液流速模塊320還包括配置為可生成冷卻液閥流速命令340的對比模塊490。對比模塊490將熱交換功率因數(shù)460和冷卻液溫差480與包含預定PWM信號值的查找表進行對比。每個PWM信號值分別與查找表提供的一個特定的熱交換功率因數(shù)460和冷卻液溫差480組合相關聯(lián)。查找表中的PWM信號值都經(jīng)過了預先校正，已經(jīng)考慮到特定發(fā)動機系統(tǒng)平臺和冷卻液類型可能特有的還原劑槽166形狀和冷卻液比熱(例如上述常數(shù)k)。獲得與熱交換功率因數(shù)460和冷卻液溫差480相關聯(lián)的PWM信號值之后，對比模塊490生成冷卻液閥流速命令340，該命令代表了所獲得的PWM信號。如上所述，然后將冷卻液閥流速命令340發(fā)送給冷卻液流速調節(jié)閥196，該閥按照命令進行動作，從而實現(xiàn)對應于冷卻液溫度目標310的實際槽出口冷卻液溫度。雖然上述各個實施例是在內燃機系統(tǒng)和還原劑加熱的背景下闡述的，但本發(fā)明并不限于此類配置。例如，在其他實施例中，在不脫離本發(fā)明的實質的情況下，本文描述的設備、系統(tǒng)和方法可以應用于可能希望對某種材料進行加熱的多種不同系統(tǒng)的任一種。本說明書中描述的許多功能單元已被標記為模塊，以便更具體地強調它們的具體實施獨立性。例如，模塊可以被實施為包括定制VLSI電路或門陣列、成品半導體(例如邏輯芯片、晶體管或其他離散組件)的硬件電路。模塊還可以被實施在可編程的硬件設備中，例如現(xiàn)場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設備等等。模塊還可以被實施在通過各種類型的處理器用于執(zhí)行的軟件中。可執(zhí)行代碼的已識別模塊可以(例如)包括計算機指令的一個或多個物理塊或邏輯塊，該計算機指令可以(例如)被安排為目標、程序或函數(shù)。然而，已識別模塊的可執(zhí)行文件無需在物理上設置在一起，可以包括存儲在不同位置中的不同指令，這些不同的位置在邏輯上合并在一起時包括該模塊并實現(xiàn)該模塊的預期目標。實際上，可執(zhí)行代碼的模塊可以是單個指令或多個指令，并且甚至可以分散在多個不同的代碼段中、位于不同的程序中以及分布在多個存儲設備中。相似地，運行數(shù)據(jù)可以在模塊中被識別和說明，并且可以體現(xiàn)為任何合適的形式，以及組織在任何合適類型的數(shù)據(jù)結構中?？梢詫⑦\行數(shù)據(jù)收集為單個數(shù)據(jù)集，或者可以分布到不同位置(包括分布到不同存儲設備中)，以及可以至少部分地僅以系統(tǒng)或網(wǎng)絡上的電子信號形式存在。在實施有模塊或模塊部分的軟件中，該軟件部分存儲在一個或多個計算機可讀媒體中。對計算機可讀媒體的引用可以采取任何形式，只要該形式能夠在數(shù)碼處理設備上存儲機器可讀指令。計算機可讀媒體可以體現(xiàn)為傳輸線、光盤、數(shù)字視頻磁盤、磁帶、貝努里驅動器、磁盤、打孔卡、閃存、集成電路或其他數(shù)字處理設備存儲裝置。在不脫離本公開申請精神或基本特征的情況下，本發(fā)明可以體現(xiàn)為其他具體形式。所述實施例的各方面應視為僅作為示例，并且不具有限制性。因此，本發(fā)明的范圍由所附權利要求指示，而非由上述說明指示。在權利要求等同含義和范圍內的所有更改均包括在其范圍內。