專利名稱：用于柴油機排氣處理液加熱控制的裝置、系統和方法
用于柴油機排氣處理液加熱控制的裝置、系統和方法相關申請的交叉引用本申請要求2009年8月27日提交的美國臨時專利申請號61/237，584的利益，其 在這里通過引用被并入。領域本公開涉及柴油機排氣處理液輸送系統，尤其是涉及控制柴油機排氣處理液輸送 系統中的柴油機排氣處理液的加熱。背景排氣后處理系統接收并處理從內燃發動機產生的廢氣。典型的排氣后處理系統 包括配置成減小存在于廢氣中的有害排氣排放的水平的各種部件。例如，柴油提供動力的 內燃發動機的一些排氣后處理系統包括各種部件，例如柴油氧化催化器(DOC)、顆粒物質過 濾器或柴油機顆粒過濾器(DPF)和SCR催化器。在一些排氣后處理系統中，廢氣首先通過 D0C,然后通過DPF，隨后通過SCR催化器。D0C、DPF和SCR催化器部件中的每個配置成對通過這些部件的廢氣執行特定的排 氣排放處理操作。通常，DOC通過氧化技術減少存在于廢氣中的一氧化碳和碳氫化合物的 量。DPF過濾存在于廢氣中的有害柴油機顆粒物質和煤煙。最后，SCR催化器減少存在于廢 氣中的氧化氮(NOx)的量。SCR催化器系統利用柴油機排氣處理液(DEF)或還原劑來還原廢氣中的N0X。典 型的SCR系統包括DEF輸送系統，其包括DEF源、泵和輸送機構。DEF源可為儲存DEF例如 尿素溶液或甲酸銨溶液的容器或罐。泵通過DEF線路將DEF從源提供到輸送機構。一般為 DEF注射器的輸送機構將DEF輸送到在SCR催化器上游的廢氣流中。在汽車應用中，DEF — 般是尿素，其分解以產生氨。在還原之后，氨在存在SCR催化劑時與NOx起反應以將NOx還 原成害處較少的排放物，例如N2和H20。為了正確的操作，存儲在DEF儲存罐中并通過罐和輸送機構之間的DEF線路抽吸 的DEF的溫度必須被維持在DEF的凝固點之上和DEF的最大溫度之下。排放調節需要SCR 系統提供溫度控制系統以在低環境溫度操作時用于加熱DEF。一些常規DEF溫度控制系統 使用發動機冷卻液來加熱存儲在儲存罐和線路中的DEF。其它常規DEF溫度控制系統使用 電子加熱器而不是冷卻劑來加熱儲存罐和線路中的DEF。通常，為了正確的操作，常規DEF溫度控制系統需要環境空氣溫度傳感器作為主 要輸入。需要如環境空氣傳感器所探測的環境空氣溫度作為參考點，正確的加熱溫度，即， 加熱上限，從該參考點來建立。然而不幸的是，環境空氣溫度傳感器根據傳感器安裝位置和 /或車操作條件可具有不同的容限。例如，環境空氣溫度傳感器可對不同的發動機平臺安裝 在不同的位置上。此外，不同的發動機平臺可用不同的方式使用環境空氣溫度傳感器以探 測環境空氣溫度。傳感器容限可影響環境空氣溫度讀數的精確性。例如，環境空氣溫度傳感器可安 裝在趨向于引起環境空氣溫度傳感器讀數中的正或負誤差的位置上。進一步地，根據傳感 器的限制和安裝位置，久而久之，環境空氣溫度傳感器可變得有缺陷或變成不精確的，這可導致使DEF再次凍結或過熱的增加的風險。概述響應于當前的技術狀態，特別是響應于本領域中還沒有被當前可用的排氣后處理 控制系統和DEF加熱系統充分解決的問題和需要，發展了本申請的主題。因此，本申請的主 題被發展來提供克服現有技術的至少一些缺點的裝置、系統和方法。例如，在這里所述的一 些實施方式中，用于DEF加熱控制的裝置、系統和方法包括在某些操作條件下依賴于環境 溫度傳感器進行DEF加熱控制以及在其它操作條件下依賴于DEF儲存罐溫度傳感器進行 DEF加熱控制。以這種方式，提供了用于DEF加熱控制的裝置、系統和方法，其考慮到了不精 確的環境溫度傳感器讀數或環境溫度傳感器和DEF儲存罐溫度傳感器讀數之間的明顯差異。根據一個實施方式，這里公開了用于控制DEF輸送系統中的柴油機排氣處理液 (DEF)的加熱的裝置。DEF輸送系統可為具有DEF儲存容器的系統。該裝置包括溫度比較 模塊，其配置成比較所感測的環境空氣溫度和所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫 度之間的差異與預定溫度差異閾值。此外，該裝置包括DEF加熱狀態模塊，其配置成如果所 感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差異小于預定溫度閾值則根據所感測的 環境空氣溫度產生DEF加熱命令。相反，如果所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度 之間的差異大于預定溫度閾值，則DEF加熱狀態模塊根據所感測的DEF溫度(例如獨立于 所感測的環境空氣溫度)產生DEF加熱命令。該裝置還包括配置成根據DEF加熱命令控制 DEF的加熱的DEF加熱控制模塊。在本裝置的某些實現中，DEF加熱控制模塊將DEF加熱事件狀態傳遞到DEF加熱 狀態模塊。DEF加熱命令可基于DEF加熱事件狀態。根據本裝置的一些實現，當DEF加熱事件狀態指示正在進行的DEF加熱事件出現 時，DEF加熱命令可為DEF加熱事件停止命令。而且，DEF加熱事件停止命令的產生和傳遞 被延遲，直到所感測的環境溫度高于第一預定上溫度閾值和所感測的包含在DEF儲存容器 中的DEF的溫度高于第二預定上溫度閾值中的至少一個滿足為止。第一和第二預定上溫度 閾值可以相同。可選地，在一些實現中，第一和第二預定上溫度閾值可以不同。在某些實現中，當所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差異小于預 定溫度閾值時，第一和第二預定上溫度閾值被限定為第一組第一和第二預定上溫度閾值。 當環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差異大于預定溫度閾值時，第一和第二預定上 溫度閾值被限定為第二組第一和第二預定上溫度閾值。第一組第一和第二預定上溫度閾值 高于第二組相應的第一和第二預定上溫度閾值。在本裝置的某些實現中，當DEF加熱事件狀態指示正在進行的DEF加熱事件未出 現時，DEF加熱命令可為DEF加熱事件開始命令。DEF加熱事件開始命令的產生可被延遲， 直到所感測的環境溫度落在第一預定下溫度閾值之下和所感測的包含在DEF儲存容器中 的DEF的溫度落在第二預定下溫度閾值之下中的至少一個滿足為止。在一些實現中，第一 和第二預定下溫度閾值可以相同，而在另一些實現中，第一和第二預定下溫度閾值可以不 同。在本裝置的一些實現中，當所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差 異小于預定溫度閾值時，第一和第二預定下溫度閾值被限定為第一組第一和第二預定下溫度閾值。而且，當環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差異大于預定溫度閾值時，第一 和第二預定下溫度閾值被限定為第二組第一和第二預定下溫度閾值。第一組第一和第二預 定下溫度閾值高于第二組相應的第一和第二預定下溫度閾值。根據另一實施方式，DEF加熱系統包括在DEF輸送系統中與DEF保持熱傳輸聯系 的可通信的DEF加熱機構。在某些實現中，DEF輸送系統包括DEF儲存罐和DEF線路。該 系統還包括配置成感測環境空氣的溫度的環境空氣溫度傳感器和配置成感測包含在DEF 儲存罐中的DEF的溫度的DEF溫度傳感器。進一步地，系統包括與DEF加熱機構保持電通 信以控制熱從DEF加熱機構到DEF輸送系統中的DEF的傳輸的可通信的控制器。控制器在 第一模式中可操作來根據如環境空氣溫度傳感器所感測的環境空氣的溫度而控制熱從DEF 加熱機構到DEF輸送系統中的DEF的傳輸。此外，控制器在第二模式中可操作來根據如DEF 溫度傳感器所感測的包含在DEF儲存罐中的DEF的溫度而控制熱從DEF加熱機構到DEF輸 送系統中的DEF的傳輸。在第二模式中的操作獨立于由環境空氣溫度感測的環境空氣的溫 度而被執行。在本系統的某些實現中，當所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之間的差 異小于預定溫度閾值時，控制器在第一模式中操作。此外，當所感測的環境空氣溫度和所感 測的DEF溫度之間的差異大于預定溫度閾值時，控制器在第二模式中操作。在一些實現中， 熱從DEF加熱機構到DEF輸送系統中的DEF的傳輸被限定為熱從DEF加熱機構到DEF儲存 罐和DEF線路中的DEF的傳輸。因此，在第一模式中，控制器根據所感測的環境空氣溫度和 所感測的包含在DEF儲存罐中的DEF的溫度之一控制熱從DEF加熱機構到(i)DEF儲存罐 中的DEF的傳輸；以及根據所感測的環境空氣溫度獨立于所感測的包含在DEF儲存罐中的 DEF的溫度控制熱從DEF加熱機構到(ii)DEF線路中的DEF的傳輸。在第二模式中，控制 器根據所感測的包含在DEF儲存罐中的DEF的溫度獨立于所感測的環境空氣溫度控制熱從 DEF加熱機構到DEF線路中的DEF的傳輸。根據系統的一些實現，熱從DEF加熱機構到DEF輸送系統中的DEF的傳輸包括熱 從DEF加熱機構到DEF線路中的DEF的傳輸。在這樣的實現中，根據第一和第二模式控制 熱的傳輸只與熱從DEF加熱機構到DEF線路中的DEF的傳輸相應。在系統的又一些另外的實現中，當所感測的環境空氣溫度小于所感測的包含在 DEF儲存罐中的DEF的溫度時，控制器在第一模式中操作，而當環境空氣溫度經歷不合理的 工作情況時，控制器在第二模式中操作。在另一實施方式中，在這里公開了用于控制包含在DEF輸送系統中的柴油機排氣 處理液(DEF)的加熱的方法，該DEF輸送系統包括DEF儲存罐和DEF輸送線路。該方法包 括感測環境空氣的溫度和感測包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度。進一步地，該方法包 括確定所感測的環境空氣溫度和所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度之間的溫度 差異。該方法還包括比較該溫度差異與預定閾值。此外，該方法包括如果溫度差異低于預 定閾值則根據所感測的環境空氣溫度加熱DEF輸送系統中的DEF。可選地，該方法包括如果 溫度差異高于預定閾值則根據所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度加熱DEF輸送 系統中的DEF。根據該方法的一些實現，如果溫度差異低于預定閾值，則該方法包括確定DEF加 熱事件是否出現，確定所感測的環境空氣溫度是否大于預定上溫度閾值，并且如果DEF加熱事件出現且所感測的環境空氣溫度大于預定上溫度閾值則停止DEF加熱事件。該方法還 可包括如果DEF加熱事件出現且所感測的環境空氣溫度低于預定上溫度閾值則允許DEF加 熱事件繼續。在該方法的又一些實現中，如果溫度差異低于預定閾值，則該方法包括確定DEF 加熱事件是否出現，確定所感測的環境空氣溫度是否小于預定下溫度閾值，并且如果DEF 加熱事件未出現且所感測的環境空氣溫度小于預定下溫度閾值則開始DEF加熱事件。該方 法還可包括如果DEF加熱事件未出現且所感測的環境空氣溫度大于預定下溫度閾值則延 遲DEF加熱事件的開始。根據某些實現，如果溫度差異高于預定閾值，則該方法包括確定DEF加熱事件是 否出現，確定所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度是否大于預定上溫度閾值，并且 如果DEF加熱事件出現且所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度大于預定上溫度閾 值則停止DEF加熱事件。該方法還可包括如果DEF加熱事件出現且所感測的包含在DEF儲 存容器中的DEF的溫度低于預定上溫度閾值則允許DEF加熱事件繼續。在又一些實現中，如果溫度差異高于預定閾值，則該方法包括確定DEF加熱事件 是否出現，確定所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度是否小于預定下溫度閾值，并 且如果DEF加熱事件未出現且所感測的包含在DEF儲存容器中的DEF的溫度小于預定下溫 度閾值則開始DEF加熱事件。該方法還可包括如果DEF加熱事件未出現且所感測的包含在 DEF儲存容器中的DEF的溫度大于預定下溫度閾值則延遲DEF加熱事件的開始。在整個這個說明書中對特征、優點或類似語言的提及并不意味著使用本公開可實 現的所有特征和優點都應在或在本公開的單個實施方式或實現中。更確切地，表示特征和 優點的語言被理解為意味著結合實施方式描述的特定的特征、優點或特性包括在本公開的 至少一個實施方式中。在整個這個說明書中對特征、優點或類似語言的討論可以但不是一 定指同一實施方式或實現。本公開的所述特征、優點和特性可按任何適當的方式合并在一個或多個實施方式 和/或實現中。相關領域中的技術人員將認識到，本公開的主題可在沒有特定實施方式或 實現的一個或多個特定的特征或優點的情況下被實踐。在其它情況下，在某些實施方式和 /或實現中可出現可能并不在所有實施方式或實現中存在的額外的特征和優點。從下面的 描述和所附權利要求中，本公開的這些特征和優點將變得更充分明顯，或可通過如下文中 闡述的本公開的實踐被意識到。附圖的簡要說明為了使主題的優點可被更容易理解，將通過參考在附圖中示出的特定實施方式描 繪上面簡要描述的主題的更具體的描述。理解了這些附圖只描述主題的一般實施方式因而 不被認為是其范圍的限制后，在附圖的使用中將自始至終使用額外的特征和細節描述并解 釋主題。

圖1是根據一個代表性實施方式的具有發動機、排氣后處理系統、控制器和DEF加 熱機構的內燃發動機系統的示意性結構圖。圖2是根據一個代表性實施方式的內燃發動機系統的控制器的示意性結構圖。圖3是根據一個代表性實施方式的用于在DEF輸送系統中控制DEF的加熱的方法 的流程圖。
詳細描述在整個這個說明書中對“一個實施方式”、“實施方式”或類似語言的提及意指結合 實施方式描述的特定的特征、結構或特性包括在本發明的至少一個實施方式中。在整個這 個說明書中短語“在一個實施方式中”、“在實施方式中”和類似的語言的出現可以但不一定 都指同一實施方式。類似地，術語“實現”的使用意指具有結合本公開的一個或多個實施方 式描述的特定的特征、結構或特性的實現，然而，在缺少指示另外方面的表達相關性的情況 下，實現可與一個或多個實施方式相關。這里所描述的主題的所述特征、結構或特性可用任何適當的方式合并在一個或多 個實施方式中。在下面的描述中，提供了很多特定的細節以給出對本公開的實施方式的徹 底理解。然而相關領域的技術人員將認識到，可在沒有一個或多個特定的細節的情況下或 使用其它方法、部件、材料等實踐本公開的主題。在其它情況下，沒有詳細示出或描述公知 的結構、材料或操作，以避免使本公開的方面不明顯。圖1示出內燃發動機系統100的一個實施方式。發動機系統100的主要部件包括 內燃發動機110、耦合到發動機的排氣后處理系統120、以及與發動機110和后處理系統120 電通信的控制器130。內燃發動機110可為壓縮點火內燃發動機例如柴油機加燃料發動機或點火花內 燃發動機例如低含量操作的以汽油為燃料的發動機。在內燃發動機110內，來自大氣的空 氣與燃料合并以給發動機提供動力。燃料和空氣的燃燒產生被操作性地排出到排氣歧管的 廢氣。從排氣歧管中，所產生的廢氣的至少一部分在方向箭頭144所指示的方向上流到排 氣后處理系統120中。通常，排氣后處理系統120配置成移除存在于由發動機110產生的廢氣中的各種 化學化合物和顆粒排出物。作為示例性的一個特定實施方式，排氣后處理系統120包括氧 化催化器140、顆粒物質(PM)過濾器150、SCR系統160和氨氧化(AMOX)催化器170。在由 方向箭頭144指示的排氣流動方向上，排氣可從發動機110流動通過氧化催化器140、通過 顆粒過濾器150、通過SCR系統160的SCR催化器162、通過AMOX催化器170，并接著通過尾 管排到大氣中。換句話說，顆粒過濾器150位于氧化催化器140的下游，SCR催化器162位 于顆粒過濾器150的下游，而AMOX催化器170位于SCR催化器162的下游。隨后，在排氣后處理系統120中處理并釋放到大氣中的廢氣包含比未處理的廢氣 明顯更少的污染物，例如柴油機顆粒物質、NOx、碳氫化合物和一氧化碳。雖然所示排氣后處 理系統120包括沿著排氣流動路徑相對于彼此位于特定位置上的氧化催化器140、顆粒過 濾器150、SCR催化器162和AMOX催化器170之一，在其它實施方式中，排氣后處理系統可 按需要包括沿著排氣流動路徑相對于彼此位于不同位置的任何位置上的各種催化器中的 多于一個的任何催化器。進一步地，雖然氧化催化器140和AMOX催化器170是非選擇性催 化器，在一些實現中，氧化和AMOX催化器可為選擇性催化器。SCR系統160包括DEF輸送系統164，DEF輸送系統164包括存儲DEF200的DEF 罐166、DEF泵184和DEF輸送機構168。DEF罐166能夠保留DEF 200，DEF 200可為例如 尿素溶液或甲酸銨溶液。DEF罐166與泵184處于DEF供給相通中，泵184配置成通過DEF 線路180將DEF從DEF罐166泵到輸送機構168。可選地，泵184可為在DEF罐166的上游 的推動式泵。DEF線路180可為通常在本領域中使用的各種還原劑線路中的任何線路。在一些實現中，還原劑線路180是具有例如在大約6mm和大約8mm之間的不同直徑中的任何
直徑的一段細長液壓管。DEF輸送機構168可包括配置成在SCR催化器162的上游將DEF注射到廢氣流中 的DEF注射器182。注射器182在廢氣進入SCR催化器162之前選擇性地可控制來將DEF 直接注射到廢氣流中。如上所述，DEF可為尿素溶液，其分解以產生氨。氨在SCR催化器162 存在時與NOx起反應以將NOx還原成害處較小的排出物，例如N2和H20。SCR催化器162可 為本領域中已知的各種催化器中的任何催化器。例如，在一些實現中，SCR催化器162是基 于釩的催化器，而在另一些實現中，SCR催化器上基于沸石的催化器，例如Cu-沸石或Fe-沸 石催化器。在一個代表性實施方式中，DEF是水溶尿素，而SCR催化器162是基于沸石的催化器。在發動機110和排氣后處理系統120形成交通工具的一部分的汽車應用中，發動 機110和排氣后處理系統可暴露給苛刻的環境條件。然而，外部條件對排氣后處理系統120 的性能可能有潛在地負面的影響，排氣后處理系統被預期依照規章標準減少有害的排氣排 出物，而不考慮外部條件。在非常冷的條件下，DEF易于凍結，這將阻止DEF被注射到廢氣 流中和在SCR催化器162上的NOx還原。因此，由源166包含的DEF必須被加熱以防止凍 結，這對32. 5% wt尿素溶液(例如，由挪威Laksevaag的WEMA制造的AdBlue尿素溶液) 是大約_11°C。此外，在DEF線路180內從罐166流到輸送機構168的DEF 200也必須被加 熱以防止凍結。然而，DEF200不應被加熱得太多，因為高溫可能導致DEF的化學特性的破 壞和/或對DEF輸送系統164的部件例如DEF線路180的損壞。為了解凍或防止DEF輸送系統164中的DEF 200的凍結，內燃發動機系統100包 括DEF加熱機構190。DEF加熱機構190配置成加熱罐166和DEF線路180中的DEF 200 以使DEF解凍(如果在發動機110的啟動之前DEF凍結了的話)，并在發動機的操作期間 將DEF維持在解凍或融化狀態中。在一些實施方式中，DEF加熱機構190是基于發動機冷 卻劑的加熱機構、基于電子加熱器的機構或兩者的組合。在一個實施方式中，DEF加熱機構 190包括加熱罐166中的DEF的基于冷卻劑的加熱機構和加熱線路180中的DEF的基于電 子加熱器的機構。DEF加熱系統190還包括DEF罐溫度傳感器186和環境空氣溫度傳感器 194。DEF罐溫度傳感器186配置成感測存儲在DEF罐166中的DEF的溫度，而環境空氣溫 度傳感器194配置成感測環境空氣的溫度。DEF罐和環境空氣溫度傳感器186、194與控制 器130電子地通信。通常，控制器130控制DEF加熱機構190的操作。DEF加熱控制包括指向DEF加熱 機構190的命令以發起DEF加熱事件，停止正在進行的DEF加熱事件，并在DEF加熱事件期 間調節提供到DEF的熱的量。根據一些實現，提供到DEF的熱的量通過調節脈沖寬度調制 (PWM)信號而變化，其中PWM信號的占空比與提供到DEF的熱的水平成正比。DEF加熱控制 命令基于如環境空氣溫度傳感器194所感測(例如，獨立于在DEF罐中的DEF的溫度)的環 境空氣溫度、或如DEF罐溫度傳感器186所感測(例如，獨立于環境空氣溫度)的在罐166 中的DEF 200的溫度、或兩者。通常，如這里定義的且除非另外說明，當DEF加熱控制命令 “基于”環境空氣溫度和DEF罐溫度中的一個或“根據”環境空氣溫度和DEF罐溫度中的一 個產生時，這樣的命令獨立于環境空氣和DEF罐溫度中的另一個被確定或產生。在某些實施方式中，當溫度傳感器186、194提供精確的讀數時，用于控制罐166中的DEF 200的加熱的DEF加熱控制命令基于如DEF罐溫度傳感器186所感測的DEF罐溫度， 而用于線路180中的DEF 200的加熱的DEF加熱控制命令基于如環境空氣溫度傳感器194 所感測的環境空氣溫度。因此，控制器130根據DEF罐溫度讀數控制DEF罐266上的加熱 事件，并根據環境空氣溫度讀數控制在DEF線路180上的加熱事件，除非環境空氣溫度傳感 器194正經歷不合理的工作情況。如果環境空氣溫度傳感器194正經歷不合理的工作情況， 則控制器130根據來自DEF罐溫度傳感器186的DEF溫度讀數控制在DEF罐166和DEF線 路180上的加熱事件，而不使用來自環境空氣溫度傳感器的環境空氣溫度讀數。在其它實施方式中，控制器130根據來自環境空氣溫度傳感器194的環境空氣溫 度讀數控制在DEF罐266和DEF線路180上的加熱事件，除非環境空氣溫度傳感器正經歷 不合理的工作情況。在這樣的實施方式中，當環境空氣溫度傳感器正經歷不合理的工作情 況時，控制器130仍然根據來自DEF罐溫度傳感器186的DEF溫度讀數控制在DEF罐166 和DEF線路180上的加熱事件。參考圖2，控制器130包括溫度比較模塊200、DEF加熱狀態模塊210和DEF機構 控制模塊220。溫度比較模塊200接收作為輸入的如環境空氣溫度傳感器194所感測的環 境空氣溫度230和如DEF罐溫度傳感器186所感測的DEF罐溫度240。溫度比較模塊200 配置成確定環境空氣溫度230和DEF罐溫度240之間的差異。所確定的差異與預定溫度差 異閾值比較，且比較的結果被傳遞到DEF加熱狀態模塊210。通常，在正常操作條件下，在罐166中的DEF的溫度和環境空氣的實際溫度應實質 上相同。因此，在所檢測的環境空氣溫度230和DEF罐溫度240之間的明顯差異可指示環 境溫度傳感器194的問題或異常操作條件。例如，讀數實質上比DEF罐溫度240高的環境 空氣溫度230可指示環境空氣溫度傳感器194出故障或被發動機110異常加熱。因此，預 定溫度差異閾值表示環境空氣溫度230變得不合理或不可靠的溫度差。環境空氣溫度230 和DEF罐溫度240之間的差異越大，所探測的環境空氣溫度就越不合理。因此，在某些實現 中，預定溫度差異閾值表示最大溫度差異，在該最大溫度差異處環境空氣溫度230仍然被 認為合理和可靠的。如上所述，環境空氣溫度230的不合理性可由于環境空氣溫度傳感器 194的某些容限或限制而出現。DEF加熱狀態模塊210配置成產生DEF加熱命令250并將DEF加熱命令傳遞到DEF 機構控制模塊220。DEF加熱命令250指示DEF加熱控制模塊220停止DEF加熱事件、開始 DEF加熱事件或更改正在進行的DEF加熱事件。如這里定義的，DEF加熱事件可為在DEF罐 166、DEF線路180或兩者上的加熱事件。在一些優選實施方式中，DEF加熱事件是在DEF線 路180上的加熱事件，且對線路上的DEF加熱事件的控制獨立于DEF罐166的DEF加熱的 控制。在這樣的實施方式中，DEF加熱命令250指示DEF加熱控制模塊220停止或開始在 DEF線路180上的DEF加熱事件。DEF加熱命令250根據環境空氣溫度230和DEF罐溫度240之間的差異產生。更 具體地，DEF加熱狀態模塊210基于環境空氣溫度230和DEF罐溫度240之間的差異是否 高于預定閾值而產生DEF加熱命令250。通常，在某些實施方式中，如果該差異低于預定閾 值，則環境空氣溫度230被認為是準確的，且DEF加熱命令250基于環境空氣溫度230。然 而，如果該差異高于閾值，則環境空氣溫度230被認為是不準確的，且DEF加熱命令250基 于DEF罐溫度240。
DEF加熱命令250也基于DEF加熱事件是否出現。如圖2所示，DEF加熱狀態模塊 210從DEF加熱控制模塊220接收DEF加熱事件狀態270。DEF加熱事件狀態270識別DEF 加熱事件是否正在進行。如果DEF加熱事件狀態270指示DEF加熱事件正在進行，則DEF 加熱命令250產生以指示DEF加熱控制模塊220停止或更改DEF加熱事件。然而，如果DEF 加熱事件狀態270指示DEF加熱事件未出現，則DEF加熱命令250產生以指示DEF加熱控 制模塊220發起DEF加熱事件。除非某些條件被滿足，DEF加熱命令250不產生并被傳遞到DEF加熱控制模塊 220。例如，當DEF加熱事件出現時，停止加熱事件的DEF加熱命令250不產生并被傳遞到 DEF加熱控制模塊220，直到環境空氣溫度230和DEF罐溫度240中的相應一個大于相應的 預定上溫度閾值。同樣，當DEF加熱事件沒有在發生時，開始加熱事件的DEF加熱命令250 不產生并被傳遞到DEF加熱控制模塊220，直到環境空氣溫度230和DEF罐溫度240中的相 應一個小于相應的預定下溫度閾值。因此，在某些實現中，DEF加熱狀態模塊從相應的溫度 傳感器194、186連續接收環境空氣和DEF罐溫度輸入230、240。分別基于環境空氣和DEF罐溫度230、240的DEF加熱控制的預定上溫度閾值每個 都表示儲存在罐166中的DEF的期望最大溫度。期望最大溫度可與一溫度相關，在該溫度之 上DEF輸送系統164的部件和DEF加熱機構190可能開始出故障，或DEF本身的破壞可能 開始出現。在一些實施方式中，分別與環境空氣和DEF罐溫度230、240相關的預定上溫度 閾值實質上相同。在另一些實施方式中，分別與環境空氣和DEF罐溫度230、240相關的預 定上溫度閾值不同。此外，根據發動機被使用的應用，基于環境空氣溫度230的與DEF加熱 控制相關的上溫度閾值可高于基于DEF罐溫度240的與DEF加熱控制相關的上溫度閾值。分別基于環境空氣和DEF罐溫度230、240的DEF加熱控制的預定下溫度閾值每個 都表示儲存在罐166中的DEF的期望最小溫度。期望最小溫度可與一溫度相關，在該溫度之 下儲存在罐166和線路180中的DEF200凍結。在一些實現中，期望最小溫度在DEF 200的 凍結溫度之上至少幾度，以確保DEF的流動性。在一些實施方式中，分別與環境空氣和DEF 罐溫度230、240相關的預定下溫度閾值實質上相同。在另一些實施方式中，分別與環境空 氣和DEF罐溫度230、240相關的預定下溫度閾值不同。此外，根據發動機被使用的應用，基 于環境空氣溫度230的與DEF加熱控制相關的下溫度閾值可高于基于DEF罐溫度240的與 DEF加熱控制相關的下溫度閾值。DEF加熱控制模塊220配置成發起、停止并調節DEF加熱事件。響應于DEF加熱 命令250，DEF加熱控制模塊220產生DEF加熱機構命令260并將DEF加熱機構命令傳遞到 DEF加熱機構190。DEF加熱機構命令260指示DEF加熱機構190停止DEF加熱事件，開始 DEF加熱事件或調節DEF加熱事件。當DEF加熱命令250請求DEF加熱事件時，DEF機構控 制模塊200通過DEF加熱機構命令260通知DEF加熱機構190的啟動設備(例如，電子加熱 器或冷卻劑流調節閥)來啟動，以便于將熱傳輸到罐166或線路180中的DEF。當DEF的加 熱應停止時，DEF機構控制模塊200同樣通知啟動設備來以相反的方式啟動，使得到DEF的 熱傳輸停止。在DEF的加熱期間，如果或多或少的熱傳輸是期望的，DEF機構控制模塊200 相應地通知啟動設備。圖3示出根據一個代表性實施方式的用于控制DEF輸送系統中的加熱的方法300。 方法300實質上包括執行關于圖1的內燃發動機系統100的操作在上面提出的功能的行動。方法300通過確定所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF罐溫度之間的差異是否大于 第一閾值在305開始。如果該差異小于第一閾值，則該方法繼續前進以根據所感測的環境 空氣溫度在第一模式中控制DEF的加熱(S卩，行動310-330)。然而，如果該差異大于第一閾 值，則該方法繼續前進以根據所感測的DEF罐溫度在第二模式中控制DEF的加熱(即，行動 335-355)。通常，當發動機系統100在穩定環境中且環境空氣溫度正常操作時，環境空氣溫 度和DEF罐溫度之間的差異低于閾值。方法300還說明環境中的變化，例如當容納有發動 機系統100的車從熱的車庫型環境移到冷的室外型環境時。在這種情況下，環境空氣溫度 可明顯低于DEF罐溫度，因為DEF罐中潛在的能量或熱團(heat mass)可在延長的一段時 間內維持DEF罐溫度高于環境空氣溫度。如果DEF加熱控制只基于DEF罐溫度，則DEF加 熱事件將不出現，且冷環境的冷溫度可能使DEF線路凍結并損壞DEF輸送系統。因此，方法 300配置成根據所感測的環境空氣溫度在第一模式中控制DEF的加熱，以在DEF罐溫度讀數 高于環境空氣溫度時防止DEF線路的凍結。當所感測的環境空氣和DEF罐溫度之間的差異小于第一閾值時(例如，當環境空 氣溫度和DEF罐溫度大約相同或DEF罐溫度高于環境空氣溫度時)，方法300繼續前進以在 310確定DEF加熱事件是否出現。如果DEF加熱事件已經出現，則方法300在315確定所感 測的環境空氣溫度是否大于第二上閾值。當所感測的環境空氣溫度小于第二上閾值時，方 法300接著在315繼續檢查所感測的環境空氣溫度并重復該判斷。在315的判斷重復，直 到所感測的環境空氣溫度大于第二上閾值為止，此時方法300繼續前進以在320停止DEF 加熱事件且方法300結束。在310，如果DEF加熱事件沒有正在發生，則方法300繼續前進 以在325確定所感測的環境空氣溫度是否小于第二下閾值。當所感測的環境空氣溫度高 于第二下閾值時，方法300接著在325繼續檢查所感測的環境空氣溫度并重復該判斷。在 325的判斷重復，直到所感測的環境空氣溫度小于第二下閾值為止，此時方法300繼續前進 以在330開始DEF加熱事件且方法300結束。當在305所感測的環境空氣溫度和DEF罐溫度之間的差異大于第一閾值時，方法 300繼續前進以在335確定DEF加熱事件是否出現。如果DEF加熱事件已經出現，則方法 300在340確定所感測的DEF罐溫度是否大于第三上閾值。當所感測的DEF罐溫度小于第 三上閾值時，方法300接著在340繼續檢查所感測的DEF罐溫度并重復該判斷。在340的 判斷重復，直到所感測的DEF罐溫度大于第三上閾值為止，此時方法300繼續前進以在345 停止DEF加熱事件且方法300結束。在335，如果DEF加熱事件沒有正在發生，則方法300 繼續前進以在350確定所感測的DEF罐溫度是否小于第三下閾值。當所感測的DEF罐溫度 高于第三下閾值時，方法300接著在350繼續檢查所感測的DEF罐溫度并重復該判斷。在 350的判斷重復，直到所感測的DEF罐溫度小于第三下閾值為止，此時方法300繼續前進以 在355開始DEF加熱事件且方法300結束。在一些實施方式中，第二和第三上閾值相同，而在另一些實施方式中，第二和第三 上閾值不同。類似地，在一些實施方式中，第二和第三下閾值相同，而在另一些實施方式中， 第二和第三下閾值不同。雖然上面的實施方式在內燃柴油機發動機系統和柴油機排氣流加熱的背景下被 描述，本公開的主題不限于這樣的配置。例如，在其它實施方式中，這里所述的裝置、系統和方法可應用于各種發動機系統或材料被需要加熱的其它系統中的任何一種，而不偏離本公 開的本質。在本說明書中描述的很多功能單元被標為模塊，以便更具體地強調其實現獨立 性。例如，模塊可被實現為包括定制的VLSI電路或門陣列的硬件電路、現貨供應的半導體 例如邏輯芯片、晶體管或其它分立的部件。模塊也可在可編程硬件設備例如現場可編程門 陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設備等中實現。模塊也可在由各種處理器執行的軟件中實現。所識別的可執行代碼的模塊可例如 包括計算機指令的一個或多個物理或邏輯塊，其可例如被組織為對象、程序或功能。然而， 可執行的所識別的模塊不需要物理地定位在一起，而是可包括儲存在不同位置上的不同的 指令，當這些指令在邏輯上結合在一起時包括該模塊并實現該模塊的規定目的。實際上，可執行代碼的模塊可為單個指令或很多指令，并可甚至連同不同的程序 一起被分布在幾個不同的代碼段上和幾個存儲設備中。類似地，操作數據可在這里在模塊 中被標識和示出，并可體現任何適當的形式中和被組織在任何適當類型的數據結構內。操 作數據可作為單個數據集被收集，或可分布在不同的位置上，包括在不同的存儲設備上，并 可至少部分地只作為系統或網絡上的電子信號存在。在模塊或模塊的一部分在軟件中實現 時，軟件部分存儲在一個或多個計算機可讀介質上。對計算機可讀介質的提及可采取能夠將機器可讀指令存儲在數字處理裝置上的 任何形式。計算機可讀介質可由傳輸線路、光盤、數字視頻光盤、磁帶、伯努里式驅動器、磁 盤、穿孔卡片、閃存、集成電路或其它數字處理裝置存儲設備體現。本公開的主題可體現在其它特定的形式中，而不偏離其精神或本質特征。所述實 施方式在所有方面被認為是例證性的而不是限制性的。本發明的范圍因此由所附權利要求 而不是由前述描述指示。出現在權利要求的意義和范圍內的所有變化被包括在其范圍內。
權利要求
1.一種用于控制在具有DEF儲存容器的DEF輸送系統中的柴油機排氣處理液(DEF)的 加熱的裝置，包括溫度比較模塊，其配置成比較所感測的環境空氣溫度和所感測的包含在所述DEF儲存 容器中的DEF的溫度之間的差異與預定溫度差異閾值；DEF加熱狀態模塊，其配置成如果所述所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之 間的所述差異小于所述預定溫度閾值則根據所述所感測的環境空氣溫度產生DEF加熱命 令，而如果所述所感測的環境空氣溫度和所述所感測的DEF溫度之間的所述差異大于所述 預定溫度閾值則根據所述所感測的DEF溫度控制對所述DEF的加熱；以及DEF加熱控制模塊，其配置成根據所述DEF加熱命令控制對所述DEF的加熱。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述DEF加熱控制模塊將DEF加熱事件狀態傳遞到 所述DEF加熱狀態模塊，且其中所述DEF加熱命令基于所述DEF加熱事件狀態。
3.如權利要求2所述的裝置，其中當所述DEF加熱事件狀態指示正在進行的DEF加熱 事件出現時，所述DEF加熱命令包括DEF加熱事件停止命令，且其中所述DEF加熱事件停止 命令的產生被延遲，直到所述所感測的環境溫度高于第一預定上溫度閾值和所述所感測的 包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度高于第二預定上溫度閾值這兩個條件中的至少一 個滿足為止。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述第一預定上溫度閾值和所述第二預定上溫度閾 值相同。
5.如權利要求3所述的裝置，其中所述第一預定上溫度閾值和所述第二預定上溫度閾 值不同。
6.如權利要求3所述的裝置，其中當所述所感測的環境空氣溫度和所述所感測的DEF 溫度之間的所述差異小于所述預定溫度閾值時，所述第一預定上溫度閾值和所述第二預定 上溫度閾值包括第一組第一預定上溫度閾值和第二預定上溫度閾值，而當所述環境空氣溫 度和所述所感測的DEF溫度之間的所述差異大于所述預定溫度閾值時，所述第一預定上溫 度閾值和所述第二預定上溫度閾值包括第二組第一預定上溫度閾值和第二預定上溫度閾 值，其中所述第一組中的所述第一預定上溫度閾值和所述第二預定上溫度閾值高于所述第 二組中相應的所述第一預定上溫度閾值和所述第二預定上溫度閾值。
7.如權利要求2所述的裝置，其中當所述DEF加熱事件狀態指示正在進行的DEF加熱 事件未出現時，所述DEF加熱命令包括DEF加熱事件開始命令，且其中所述DEF加熱事件開 始命令的產生被延遲，直到所述所感測的環境溫度落在第一預定下溫度閾值之下和所述所 感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度落在第二預定下溫度閾值之下這兩個條件 中的至少一個滿足為止。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述第一預定下溫度閾值和所述第二預定下溫度閾 值相同。
9.如權利要求7所述的裝置，其中所述第一預定下溫度閾值和所述第二預定下溫度閾 值不同。
10.如權利要求3所述的裝置，其中當所述所感測的環境空氣溫度和所述所感測的DEF 溫度之間的所述差異小于所述預定溫度閾值時，所述第一預定下溫度閾值和所述第二預定 下溫度閾值包括第一組第一預定下溫度閾值和第二預定下溫度閾值，而當所述環境空氣溫度和所述所感測的DEF溫度之間的所述差異大于所述預定溫度閾值時，所述第一預定下溫 度閾值和所述第二預定下溫度閾值包括第二組第一預定下溫度閾值和第二預定下溫度閾 值，其中所述第一組中的所述第一預定下溫度閾值和所述第二預定下溫度閾值高于所述第 二組中相應的所述第一預定下溫度閾值和所述第二預定下溫度閾值。
11.一種柴油機排氣處理液(DEF)加熱系統，包括DEF加熱機構，其通信來與DEF輸送系統中的DEF保持熱傳輸聯系，所述DEF輸送系統 包括DEF儲存罐和DEF線路；環境空氣溫度傳感器，其配置成感測環境空氣的溫度；DEF溫度傳感器，其配置成感測包含在所述DEF儲存罐中的DEF的溫度；以及控制器，其通信來與所述DEF加熱機構保持電通信，以控制熱從所述DEF加熱機構到所 述DEF輸送系統中的DEF的傳輸，所述控制器可操作在第一模式和第二模式中，在所述第一 模式中，所述控制器根據由所述環境空氣溫度傳感器所感測的環境空氣的溫度而控制熱從 所述DEF加熱機構到所述DEF輸送系統中的DEF的傳輸，在所述第二模式中，所述控制器根 據由所述DEF溫度傳感器所感測的包含在所述DEF儲存罐中的DEF的溫度并獨立于由所述 環境空氣溫度感測的環境空氣的溫度而控制熱從所述DEF加熱機構到所述DEF輸送系統中 的DEF的傳輸。
12.如權利要求11所述的系統，其中當所感測的環境空氣溫度和所感測的DEF溫度之 間的差異小于預定溫度閾值時，所述控制器在所述第一模式中操作，而當所述所感測的環 境空氣溫度和所述所感測的DEF溫度之間的差異大于所述預定溫度閾值時，所述控制器在 所述第二模式中操作。
13.如權利要求12所述的系統，其中熱從所述DEF加熱機構到所述DEF輸送系統中的 DEF的傳輸包括熱從所述DEF加熱機構到所述DEF儲存罐和所述DEF線路中的DEF的傳輸， 其中在所述第一模式中，所述控制器根據所感測的環境空氣溫度和所感測的包含在所述 DEF儲存罐中的DEF的溫度之一來控制熱從所述DEF加熱機構到所述DEF儲存罐中的DEF 的傳輸，并獨立于所感測的包含在所述DEF儲存罐中的DEF的溫度根據所述所感測的環境 空氣溫度來控制熱從所述DEF加熱機構到所述DEF線路中的DEF的傳輸，以及其中在所述 第二模式中，所述控制器根據所感測的包含在所述DEF儲存罐中的DEF的溫度獨立于所述 所感測的環境空氣溫度來控制熱從所述DEF加熱機構到所述DEF線路中的DEF的傳輸。
14.如權利要求11所述的系統，其中熱從所述DEF加熱機構到所述DEF輸送系統中的 DEF的傳輸包括熱從所述DEF加熱機構到所述DEF線路中的DEF的傳輸，且其中根據所述第 一模式和所述第二模式控制熱的傳輸只與熱從所述DEF加熱機構到所述DEF線路中的DEF 的傳輸相應。
15.如權利要求11所述的系統，其中當所感測的環境空氣溫度小于所感測的包含在所 述DEF儲存罐中的DEF的溫度時，所述控制器在所述第一模式中操作，而當所述環境空氣溫 度經歷不合理的工作情況時，所述控制器在所述第二模式中操作。
16.一種用于控制對包含在DEF輸送系統中的柴油機排氣處理液(DEF)的加熱的方法， 所述DEF輸送系統包括DEF儲存罐和DEF輸送線路，所述方法包括感測環境空氣的溫度；感測包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度；確定所感測的環境空氣溫度和所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度之間 的溫度差異；比較所述溫度差異與預定閾值；如果所述溫度差異低于所述預定閾值則根據所述所感測的環境空氣溫度加熱所述DEF 輸送系統中的DEF;以及如果所述溫度差異高于所述預定閾值則根據所述所感測的包含在所述DEF儲存容器 中的DEF的溫度加熱所述DEF輸送系統中的DEF。
17.如權利要求16所述的方法，其中如果所述溫度差異低于所述預定閾值，則所述方 法還包括確定DEF加熱事件是否出現；確定所述所感測的環境空氣溫度是否大于預定上溫度閾值；如果DEF加熱事件出現且所述所感測的環境空氣溫度大于所述預定上溫度閾值，則停 止所述DEF加熱事件；以及如果DEF加熱事件出現且所述所感測的環境空氣溫度低于所述預定上溫度閾值，則允 許所述DEF加熱事件繼續。
18.如權利要求16所述的方法，其中如果所述溫度差異低于所述預定閾值，則所述方 法還包括確定DEF加熱事件是否出現；確定所述所感測的環境空氣溫度是否小于預定下溫度閾值；如果DEF加熱事件未出現且所述所感測的環境空氣溫度小于所述預定下溫度閾值則 開始DEF加熱事件；如果DEF加熱事件未出現且所述所感測的環境空氣溫度大于所述預定下溫度閾值則 延遲DEF加熱事件的開始。
19.如權利要求16所述的方法，其中如果所述溫度差異高于所述預定閾值，則所述方 法還包括確定DEF加熱事件是否出現；確定所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度是否大于預定上溫度閾值；如果DEF加熱事件出現且所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度大于 所述預定上溫度閾值則停止所述DEF加熱事件；以及如果DEF加熱事件出現且所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度低于 所述預定上溫度閾值則允許所述DEF加熱事件繼續。
20.如權利要求16所述的方法，其中如果所述溫度差異高于所述預定閾值，則所述方 法還包括確定DEF加熱事件是否出現；確定所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度是否小于預定下溫度閾值；如果DEF加熱事件未出現且所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度小 于所述預定下溫度閾值則開始DEF加熱事件；以及如果DEF加熱事件未出現且所述所感測的包含在所述DEF儲存容器中的DEF的溫度大 于所述預定下溫度閾值則延遲DEF加熱事件的開始。
全文摘要
本發明涉及用于柴油機排氣處理液加熱控制的裝置、系統和方法。根據一個實施方式，控制DEF輸送系統中的柴油機排氣處理液(DEF)的加熱的裝置包括溫度比較模塊，其比較感測的環境空氣溫度和感測的DEF罐溫度之間的差異與預定溫度差異閾值。此外，該裝置包括DEF加熱狀態模塊，其配置成如果感測的環境空氣溫度和感測的DEF罐溫度之間的差異小于預定溫度閾值則根據(i)感測的環境空氣溫度產生DEF加熱命令；而如果感測的環境空氣溫度和感測的DEF罐溫度之間的差異大于預定溫度閾值，則根據(ii)感測的DEF罐溫度產生DEF加熱命令。該裝置還包括配置成根據DEF加熱命令控制DEF的加熱的DEF加熱控制模塊。
文檔編號F01N3/20GK102003256SQ20101026757
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者大衛·埃弗拉德, 張躍濤, 米奇·麥克丹尼爾, 齊寶華 申請人:康明斯知識產權公司