[发明专利]用于加热流体管线的控制策略

说明书

技术领域

本专利公开文本总体上涉及用于内燃发动机的排气处理系统，且更具体地涉及用于热处理这种系统中的流体还原剂的系统和方法。

背景技术

内燃发动机——包括柴油发动机、汽油发动机和燃烧天然气的发动机——在运转期间形成并散发可能对环境以及人和动物健康有害的各种污染物。这些空气污染物可包括例如氮氧化物，例如NO₂和NO₃，通常称为NOx。由于提高的环境意识，包括政府强制执行的排放规定和控制，许多内燃发动机制造商已采取措施来减少所形成的污染物的量和影响。这些措施的一部分被加入与内燃发动机相关的排气系统中，以除去、捕集从发动机排出的污染物或与这些污染物发生化学反应。

一种通过化学反应来还原NOx的排气处理措施称为选择性催化还原，通常称为SCR。在SCR处理中，气态或液态还原剂被引导至排气系统，其中还原剂可与排气混合，或者还原剂可被吸收至位于内燃发动机下游的排气系统中的催化剂。常用的还原剂为尿素，不过可在SCR处理中容易地使用其它合适的物质，例如氨。NOx污染物可与还原剂和催化剂发生反应，以使得NOx转化为对环境无害的氮（N₂）和水（H₂O）。

还原剂通常被存储在位于内燃发动机附近的储罐中。例如，当采用内燃发动机来驱动车辆类机器时，储罐通常将被设置为该机器的一部分。流体管线可与储罐和排气系统流体连通，以将流体还原剂传送到排气系统，其中还原剂可被引导到催化剂的上游，或者在其它实施例中被喷射到催化剂上。

由于内燃发动机可能用于极冷的环境中，所以必须采用有效方法来确保流体还原剂在发动机运转期间不会在储罐或流体管线内冻结。例如，尿素通常在11°C冻结，并且如果发动机在冷环境中长时间停机，则当发动机下次起动时尿素可能被冻结。这一情况的不利后果是SCR系统不能足够地从储罐传送冻结的还原剂并将其导入排气系统中以转化NOx。

美国专利申请公报No.2009/0205320（'320申请）中描述了一种解决与SCR系统中冻结的还原剂相关的问题的方法。'320公报描述了一种具有安置在遍布系统的三个不同位置的三个不同加热构件的SCR系统。加热构件包括配置在用于还原剂的储罐中的电阻式加热器、经过储罐的发动机冷却液管线和位于还原剂供给管线附近的电阻式加热器。'320申请还公开了一种启用和停用各种加热构件的控制策略。然而，该控制策略设计成用于控制三个完全不同的加热构件并依赖于测量还原剂的精确温度。此外，所公开的控制策略并不包括错误检查策略以帮助确保还原剂处于适当的物理状态下。

本发明针对克服上述缺陷中的一个或多个和/或本领域中存在的其它问题。

发明内容

在一方面，本发明描述了一种控制选择性催化还原系统中位于用于传送还原剂的流体管线附近的管线加热器的方法。该方法包括以下步骤：测量代表被收容在储罐中的还原剂的罐温度，以及测量代表选择性催化还原系统附近的环境温度的典型环境温度。然后，该方法根据罐温度和典型环境温度确定最低可能的还原剂温度（“LPRAT”）。该方法将LPRAT与预定期望的还原剂温度进行比较，并可部分地基于该比较而启用管线加热器以防止还原剂冻结或使还原剂解冻。

在另一方面，本发明描述了一种供内燃发动机使用的选择性催化还原（“SCR”）系统。该SCR系统包括用于收容还原剂的储罐和用于测量代表储罐中的还原剂的罐温度的罐温度传感器。该SCR系统还包括用于测量典型环境温度的环境温度传感器。为了将还原剂从储罐传送到排气系统中的导入点，SCR系统可包括具有管线加热器的流体管线。控制器可与罐温度传感器、环境温度传感器和管线加热器通信，并且可包括用于部分地基于来自罐温度传感器和环境温度传感器的信息来确定LPRAT的逻辑线路。控制器在确定LPRAT时启用或停用管线加热器。

在另一方面，本发明描述了一种还原来自内燃发动机的排气中的氮氧化物的方法。该方法在与内燃发动机相关的排气系统中提供催化剂。还原剂被收容在储罐中，储罐经由流体管线与排气系统流体连通。该方法测量代表罐中的还原剂的罐温度和代表内燃发动机附近的环境温度的典型环境温度。然后，该方法部分地基于罐温度和典型环境温度来确定LPRAT。响应于确定LPRAT，该方法可启用流体管线附近的管线加热器，以便防止还原剂冻结或使还原剂解冻。

附图说明

图1是包括内燃发动机形式的动力系统和用于还原来自发动机的污染物的排气处理系统的机器的图解说明。