[发明专利]用于还原剂管线加热控制的设备、系统和方法

说明书

本申请是申请日为2010年6月17日，申请号为201080032748.X，发明名称为“用于还原剂管线加热控制的设备、系统和方法”的申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请之权利要求为以引用形式并入本文的、提交于2009年6月18日的美国临时专利申请No.61/218,222之利益。

发明领域

本发明涉及内燃机的选择性催化还原(SCR)系统，更具体地讲，涉及如何控制SCR系统用以降低废气中NO_x排放的还原剂的温度。

背景技术

废气后处理系统用于接收和处理由内燃机产生的废气。典型的废气后处理系统包括多个被配置为用于降低废气中存在的有害废气排放水平的组件。例如，一些针对柴油内燃机的废气后处理系统包括多个组件，如柴油氧化催化器(DOC)、微粒物过滤器或柴油微粒过滤器(DPF)以及SCR催化器。在一些废气后处理系统中，废气首先通过柴油氧化催化器，然后通过柴油微粒过滤器，接着通过SCR催化器。

DOC、DPF和SCR催化器组件中的每一个都被配置为对通过该组件的废气执行具体的废气排放处理操作。通常，DOC通过氧化技术减少废气中存在的一氧化碳和碳氢化合物的量。DPF过滤废气中存在的有害柴油微粒物和黑烟。最后，由SCR催化器减少废气中存在的氮氧化物(NO_x)的量。

SCR催化器系统使用还原剂降低废气中的NO_x。典型的SCR系统包括还原剂递送系统，该系统包括还原剂源、泵和递送机构。还原剂源可为能够存储还原剂(例如脲溶液或甲酸铵溶液)的容器或槽。泵负责通过还原剂管线，从还原剂源向递送机构供应还原剂。递送机构一般为还原剂喷射器，它负责向SCR催化器上游的废气流中递送还原剂。在汽车应用领域中，还原剂一般为分解后会生成氨的脲。还原后，在存在SCR催化器的情况下，氨与NO_x发生反应，将NO_x还原成危害更低的排放物，例如N₂和H₂O。

为确保正常工作，存储在还原剂储槽中以及通过还原剂管线在槽和递送机构之间泵送的还原剂的温度，必须保持高于还原剂溶液的凝固点。排放法规要求SCR系统提供对在较低环境温度下工作的还原剂进行加热的温度控制系统。

鉴于加热大量还原剂所需功率较大，常规SCR系统一般配备利用发动机冷却液对槽中存储的还原剂进行加热的还原剂温度控制系统。与此相反，鉴于流经还原剂管线的还原剂的数量相对较少，对还原剂管线进行加热所需功率也较小。因此，常规系统可以采用电加热器(而非冷却液)对还原剂管线进行加热。

但是，电加热器存在若干局限性。例如，由于很难测量还原剂管线中还原剂的温度，电加热器需要配备一个环境空气温度传感器，作为确保正常工作的主要输入。这是因为，电加热器所用能量是由以可调受控方式施加的电压或电流供应的。由于还原剂温度升高取决于所供应的电能而非绝对温度，通过环境空气传感器检测到的环境空气温度必须作为据以确定正常加热温度(即，加热上限温度)的参考点。遗憾的是，环境空气温度传感器可能存在缺陷，或根据环境空气温度传感器的限制和位置，经过较长时间可能已经不准确，这可能会导致还原剂过热风险加大。除环境空气温度传感器之外，电加热器还需要配备单独的控制器、电池和控制继电器，其中每种部件都会增加能源、软件和硬件成本，并导致系统变得更加笨重和复杂。

作为另外一种选择，在某些常规系统中，利用发动机流出的冷却液，而非电加热器，对还原剂管线中的还原剂进行加热。一般采用一个专用冷却液控制阀，以促进冷却液流过还原剂管线；再使用一个或多个附加的冷却液控制阀，以促进冷却液流过还原剂槽。常规的基于冷却液的还原剂加热系统中采用的控制装置，不能控制或调节冷却液流速。相反，这些控制装置根据按照检测的环境温度而预定的时间进程，要么打开控制阀，允许冷却液流过；要么关闭控制阀，阻止冷却液流过。因此，与电加热器一样，常规冷却液加热器一般也需要配备环境温度传感器，以提供参考点。

此外，由于还原剂管线中没有配备温度传感器，常规系统的另一局限性在于，无法确保还原剂管线中还原剂的温度保持高于还原剂的凝固点并低于对应于还原剂递送系统中允许的最高温度的上限门槛值。

发明内容