用于在喷射尝试之前解冻还原剂喷射器和还原剂罐的方法和系统

摘要

一种方法，包括在发动机的控制器(140)中确定环境温度(TAMB)是否低于表示发动机(104)的废气系统(100)的冷冻还原剂的预定温度(TTH)，控制器(140)包括一个或多个处理器。方法包括当环境温度低于预定温度时确定用于废气系统中的还原剂喷射器(224)的喷射器解冻期间。方法包括确定用于与废气系统关联的还原剂罐(216)的罐解冻期间，还原剂罐构造为向还原剂喷射器供应还原剂。方法也包括控制(i)在罐解冻期间加热还原剂罐的加热器(218)，以及(ii)在喷射器解冻期间供应至还原剂喷射器的电流，使得罐解冻期间以及喷射器解冻期间同时结束。

权利要求

1.一种用于解冻还原剂喷射器和还原剂罐的方法，所述方法包括：发动机的控制器确定环境温度是否低于表示发动机的废气系统的冷冻还原剂的预定温度，所述控制器包括一个或多个处理器；

当所述环境温度低于所述预定温度时，所述控制器确定用于废气系统中的还原剂喷射器的喷射器解冻期间；

控制器确定用于与废气系统关联的还原剂罐的罐解冻期间，所述还原剂罐构造为向还原剂喷射器供应还原剂；

由控制器控制，(i)在罐解冻期间加热还原剂罐的加热器，以及(ii)在喷射器解冻期间供应至还原剂喷射器的电流，使得罐解冻期间以及喷射器解冻期间同时结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其中喷射器解冻期间基于环境温度、由发动机供能的车辆速度、以及还原剂罐内的温度中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的方法，其中喷射器解冻期间基于环境温度和车辆速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中控制器构造为使用查找表，查找表将环境温度范围中的不同的环境温度与不同的喷射器解冻期间和不同的车速关联，以确定喷射器解冻期间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中环境温度范围为从-40摄氏度(℃)至0℃，其中预定温度为0℃，并且其中不同车辆速度包括零和非零。

6.根据权利要求1所述的方法，其中向还原剂喷射器供应电流包括由控制器控制还原剂喷射器的最大占空比。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述控制器计算罐解冻期间和喷射器解冻期间的差值以获得解冻延迟；以及基于所述解冻延迟由控制器控制加热器和向还原剂喷射器供应电流。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：所述控制器确定还原剂喷射器的线圈的电阻；以及当线圈电阻达到预定临界电阻时，由控制器取消激活还原剂喷射器。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：当线圈电阻降至小于预定临界电阻的预定可接受电阻以下时，由控制器再次激活还原剂喷射器。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：基于线圈电阻，在控制器中确定线圈温度；

当线圈温度达到预定临界温度时，控制器取消激活还原剂喷射器；以及当线圈温度降至小于预定临界温度的预定可接受温度以下时，控制器再次激活还原剂喷射器。

11.一种发动机系统，包括：

发动机，构造为产生驱动扭矩以推进汽车；

选择性催化还原(SCR)系统，构造为处理由发动机产生的废气，选择性催化还原系统包括：螺线管型还原剂喷射器，具有线圈，并构造为将还原剂喷射至废气，选择性催化还原系统催化剂，构造为与还原剂和废气的混合物反应并输出处理后的废气，还原剂罐，构造为容纳还原剂，

加热器，构造为加热还原剂罐，以及

还原剂供给线，构造为将还原剂从还原剂罐供应至还原剂喷射器；以及控制器，构造为当环境温度低于表示冷冻还原剂的预定温度时，(i)在罐解冻期间激活加热器以及(ii)在喷射器解冻期间向还原剂喷射器提供电流，使得罐解冻期间和喷射器解冻期间同时结束。

12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中控制器进一步构造为：基于环境温度、车辆的速度，以及还原剂罐内的温度中的至少一个确定用于还原剂喷射器的喷射器解冻期间；以及确定用于还原剂罐的罐解冻期间。

13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中喷射器解冻期间基于环境温度和车辆速度。

14.根据权利要求13所述的发动机系统，其中控制器构造为使用查找表，查找表将环境温度范围中的不同的环境温度与不同的喷射器解冻期间和不同的车速关联，以确定喷射器解冻期间。

15.根据权利要求14的发动机系统，其中环境温度的范围为从-40摄氏度(℃)至0℃，其中预定温度为0℃，并且其中不同车辆速度包括零和非零。

16.根据权利要求11所述的发动机系统，其中电流对应于还原剂喷射器的最大占空比。

17.根据权利要求11所述的发动机系统，其中控制器进一步构造为，计算罐解冻期间和喷射器解冻期间的差值以获得解冻延迟；以及基于解冻延迟由控制器控制加热器和向还原剂喷射器供应电流。

18.根据权利要求11所述的发动机系统，其中控制器进一步构造为：确定还原剂喷射器的线圈的电阻；

当线圈电阻达到预定临界电阻时，取消激活还原剂喷射器；以及当线圈电阻降至小于预定临界电阻的预定可接受电阻以下时，再次激活还原剂喷射器。

19.根据权利要求18所述的发动机系统，其中控制器进一步构造为：基于线圈电阻确定线圈温度；

当线圈温度达到预定临界温度时，取消激活还原剂喷射器；以及当线圈温度降至低于预定临界温度的预定可接受温度以下时，再次激活还原剂喷射器。

说明书

用于在喷射尝试之前解冻还原剂喷射器和还原剂罐的方法和

系统

[0001] 本申请要求于2014年4月24日提交的美国专利序列号No.14/260,335的优先权。在此通过引用并入其全部内容。

技术领域

[0002] 本发明总地涉及选择性催化还原(SCR)系统以及，更具体地，涉及在意欲喷射之前解冻还原剂喷射器和还原剂罐。

背景技术

[0003] 发动机在气缸内燃烧空气和燃料的混合物以驱动活塞，活塞可旋转地转动曲柄轴以产生驱动扭矩。燃烧产生的废气从气缸排出至废气系统。废气系统包括废气处理部件以减少排放。用于发动机的废气处理的例子为选择性催化还原(SCR)系统。选择性催化还原系统将例如尿素溶剂的还原剂从选择性催化还原催化剂喷射至上游的废气系统。还原剂和废气的混合物与选择性催化还原催化剂反应，因此减少诸如氮氧化物(NOx)的排放。在冻结冰点或低于冰点的温度下，还原剂喷射器和/或还原剂罐内的还原剂被冻结，因此阻止了还原剂的喷射。用于还原剂喷射器的隔热板、加热器，和/或温度传感器通常被应用于帮助解冻或阻止还原剂喷射器的冻结，但这些部件会增加成本。由此，当这些系统为了预定目的而运行时，依然存在相关领域内的对改进的需要。

发明内容

[0004] 在一方面，根据本发明的教导提供了一种方法。在一个示例性的实施方式中，方法包括发动机的控制器确定环境温度是否低于表示发动机的废气系统的冷冻还原剂的预定温度，控制器包括一个或多个处理器。方法包括当环境温度低于预定温度时，控制器确定用于废气系统中的还原剂喷射器的喷射器解冻期间。方法包括控制器确定用于与废气系统关联的还原剂罐的罐解冻期间，还原剂罐构造为向还原剂喷射器供应还原剂。方法也包括由控制器控制，(i)在罐解冻期间加热还原剂罐的加热器，以及(ii)在喷射器解冻期间供应至还原剂喷射器的电流，使得罐解冻期间以及喷射器解冻期间同时结束。

[0005] 在一些实施方式中，喷射器解冻期间基于环境温度、发动机供能的车辆速度、以及还原剂罐内的温度中的至少一个。

[0006] 在一些实施方式中，方法包括控制器确定还原剂喷射器的线圈的阻力或温度，并且当线圈电阻或线圈温度接近预定的临界程度时控制器取消激活还原剂喷射器。

[0007] 在一些实施方式中，方法包括当线圈电阻或线圈温度降至低于预定的临界程度的预定的可接受程度以下时，控制器激活还原剂喷射器。

[0008] 另一方面，根据本发明的教导提供一种发动机系统。在一个示例性实施方式中，发动机系统包括发动机，发动机构造为在多个气缸内燃烧空气和燃料的混合物，以产生驱动扭矩而推进车辆。发动机系统包括选择性催化还原(SCR)系统，选择性催化还原系统构造为处理由发动机产生的废气。选择性催化还原系统包括螺线管型还原剂喷射器、选择性催化还原还原剂、还原剂罐、加热器以及还原剂供给线，螺线管型还原剂喷射器具有线圈且构造为将还原剂喷射进废气，选择性催化还原催化剂构造为与还原剂和废气的混合物反应并排除处理后的废气，还原剂罐构造为容纳还原剂，加热器构造为加热还原剂罐，还原剂供给线构造为将还原剂从还原剂罐提供至还原剂喷射器。发动机系统也包括控制器，控制器构造为当环境温度低于表明冷冻还原剂的预定温度时，(i)在罐解冻期间激活加热器，以及(ii)在喷射器解冻期间向还原剂喷射器提供电流，使得罐解冻期间和喷射器解冻期间同时结束。

[0009] 在一些实施方式中，控制器构造为确定用于还原剂喷射器的喷射器解冻期间以及确定用于还原剂罐的罐解冻期间，还原剂喷射器基于环境温度、车辆速度以及还原剂罐内的温度之一。

[0010] 在一些实施方式中，控制器构造为确定还原剂喷射器的线圈的电阻和温度，并在线圈电阻或线圈温度达到预定临界程度时取消激活还原剂喷射器。

[0011] 在一些实施方式中，控制器构造为当线圈电阻或线圈温度降至低于预定临界程度之下的预定可接受程度时，激活还原剂喷射器。

[0012] 本发明所教导的更进一步的适用范围可通过后文将提供的细节性描述、权利要求书以及附图而清楚地得出，其中在附图的多个视图中，类似的附图标记代表类似的技术特征。可以理解，细节性描述，包括本文所引用的公开的实施方式和附图，仅仅为示例性的以说明为目的，并不意味着限定本发明、申请及应用的范围。因此，不偏离本发明的意图的变形也意味着在本发明的范围之内。

附图说明

[0013] 图1为根据本发明的原则的发动机系统的示例性的局部示意图；

[0014] 图2为根据本发明的原则的废气系统的示例性的局部示意图；

[0015] 图3为根据本发明的原则的控制器的示例性功能性模块图；以及

[0016] 图4为根据本发明的原则的在喷射尝试之前解冻还原剂喷射器和还原剂喷射器罐的方法的示例性的流程图。

具体实施方式

[0017] 如上所述，需要在选择性催化还原(SCR)系统领域内的改进，特别是用于使用螺线管型还原剂喷射器的选择性催化还原系统。传统的选择性催化还原系统使用用于还原剂喷射器的隔热板、加热器，和/或温度传感器，以帮助还原剂喷射器的阻止冷冻的解冻，但是这些部件会增加成本。储存在还原剂罐内的还原剂可以冷冻，并由此还原剂罐也会需要解冻。这些部件的解冻需要不同长度的时间，并且因此一个部件可能在另一个之前解冻。如果在两个元件都被解冻之前实施喷射尝试，然而，错误剂量的喷射还原剂可能被喷射。没有温度传感器，传感器喷射器可能在解冻期间被过度加热。

[0018] 因此，在此提出用于在喷射尝试之前解冻还原剂喷射器和还原剂喷射罐的技术。在一个示例性实施方式中，解冻还原剂喷射器和还原剂喷射罐，使得两个部件在同一时间不再冷冻。还原剂喷射器为螺线管型还原剂喷射器，并且其被控制器解冻，控制器在喷射器解冻期间向它的螺线管/线圈提供电流。由此，还原剂喷射器不具有用于自身的隔热板、加热器，和/或温度传感器，这节约了成本。另一方面，还原剂罐在罐解冻期间被加热器解冻，加热器由控制器控制。喷射器解冻期间和罐解冻期间为基于一个或多个运行参数的校准期间一个或多个，并且控制器构造为控制还原剂喷射器和加热器，以使得喷射器解冻期间和罐解冻期间同时结束。运行参数的示例包括环境温度、车辆速度，以及还原剂罐的温度。

[0019] 现参考图1，示出了发动机系统100的示例性的局部示意图。发动机系统100包括发动机104。在一个实施方式中，发动机104为柴油发动机，但是可以理解，也可以应用其他的合适的能够使用选择性催化还原系统的发动机，例如均质混合气压燃烧技术(HCCI)发动机。发动机104将空气通过进气系统112吸入进气岐管108，进气系统112被节流阀116控制。进气岐管108内的空气被分配至多个气缸120并与燃料混合以形成空气和燃料的混合物。虽然示出了八个气缸120，可以理解的是也可应用其他数量(4、5、6、10等)的气缸。

[0020] 空气和燃料的混合物被活塞(未示出)压缩，直到混合物达到临界压力和/或温度，并且燃烧。空气和燃料的混合物的燃烧驱动活塞，活塞可旋转地转动曲柄轴124以产生驱动扭矩。驱动扭矩被传动装置132传递至动力传动系统128(一个或多个轮子，一个差速器，等)。燃烧产生的废气从气缸120排出至废气系统136中。废气系统136包括废气处理部件，废气处理部件用于处理废气以在废气释放至大气之前减少排放。废气系统136和其废气处理部件将在下文中参考图2进行更详细的讨论。

[0021] 例如发动机控制单元(ECU)的控制器140控制发动机系统100的运行。控制器140从驱动器经由例如加速踏板的驱动器输入装置144接收输入。驱动器输入代表扭矩需求，并且控制器140控制节流阀116和燃料的注入，以使得发动机104产生/输出响应于扭矩需求的一定量的扭矩。控制器140也从环境温度传感器148接收环境温度，从例如传送装置输出轴速(TOSS)或防锁制动系统(ABS)轮速传感器的车辆速度传感器152接收车辆速度。控制器140也接收其他的温度相关的测量参数，并且根据本发明的原则运行控制废气系统136的运行，这将在下文中进行更详细的讨论。

[0022] 现参考图2，示出了废气系统136的示例性的局部示意图。废气系统136包括废气管200，发动机104产生的废气在被作为处理过的废气排放至大气之前在废气管200内流动。废气系统136包括微粒物质过滤器(PMF)204，微粒物质过滤器204从废气中移除微粒物质。选择性催化还原系统208定位在微粒物质过滤器204的下游。虽然只示出了微粒物质过滤器
204和选择性催化还原系统208，可以理解的是废气系统136可包括其他废气处理部件(氧化催化剂、稀燃NOx捕集器，NOx吸收器，NOx吸附器等等)。

[0023] 选择性催化还原系统208包括选择性催化还原催化剂212、还原剂罐216、还原剂供给线220、以及还原剂喷射器224。还原剂罐216储存例如尿素溶液的还原剂。还原剂从还原剂罐216经由还原剂供给线220被供给至还原剂喷射器224。在一个示例性实施方式中，还原剂喷射器224为喷射包括外壳228、柱塞232、螺线管或线圈236，以及尖端240的螺线管型喷射器。还原剂喷射器224也可以包括其他合适的部件，例如联接至柱塞232上部的磁性件(未示出)和围绕柱塞232朝向尖端240的弹簧(未示出)。可以理解，然而，也可使用其他类型的具有相同或相似构造的尖端240的螺线管型喷射器。

[0024] 由微粒物质过滤器204排出的废气与由还原剂喷射器224喷射进废气管道200的还原剂混合。废气和还原剂的混合物与选择性催化还原催化剂212反应，因此减少诸如NOx的排放。在一个示例性的实施方式中，选择性催化还原催化剂12为用沸石或贵金属封闭底漆的陶瓷材料。选择性催化还原催化剂212可以具有蜂巢形的构造、板形构造，或其他合适的构造。反应之后，处理后的废气从选择性催化还原催化剂212排出，并然后释放至大气。还原剂喷射器224可以垂直于废气管200(未示出)布置，或相对于废气管200成角度地布置，例如，朝向选择性催化还原催化剂212瞄准/喷射。

[0025] 控制器140基于不同的运行参数控制还原剂喷射器224的占空比。具体地，控制器140向还原剂喷射器224的线圈236提供电流。在一个示例性实施方式中，电流为脉冲宽度调制电(PWM)电流。线圈236中的电流导致活塞232缩回，因此还原剂喷射器224打开，并允许将还原剂通过尖端240喷射进入废气管道200。控制器140从还原剂罐温度传感器244接收在还原剂罐216内的测量到的温度。在一个示例性的实施方式中，还原剂罐温度传感器244测量在还原剂罐216内的还原剂的温度。控制器140也构造为控制还原剂罐216的加热器248。加热器248构造为产生热量，例如，解冻还原剂罐216并因此解冻内部的还原剂。在一个示例性的实施方式中，加热器248为电加热器，并且控制器140控制供应至加热器248的电流。

[0026] 现参考图3，示出了控制器140的示例功能性模块图。控制器140包括通信装置300、处理器304和存储器308。通信装置300包括合适的例如收发器的构造为经由控制器区域网络与发动机系统100的其他部件通信的部件。存储器308为构造为在控制器140中存储信息任何合适的存储介质(闪存、硬盘等)。在一个示例性实施方式中，存储器308储存用于本申请的喷射器和罐解冻期间的查找表，下文将进行更详细地描述。

[0027] 处理器304控制控制器140的运行，并由此控制发动机系统100的运行。处理器304所执行的功能的包括加载/执行控制器140的运行系统、控制通过通信装置300的传送，并处理经由通信装置300接收的信息，并控制存储器308的读/写运行。可以理解本文所用的术语“处理器”指的是一个处理器或两个或多个处理器并行运行或在分布结构中运行。处理器304也执行本发明的还原剂喷射器224和还原剂罐216解冻技术，这将在下文中进行具体描述。

[0028] 处理器304首先确定环境温度是否低于指示在发动机104的废气系统136中的冷冻还原剂的预定温度。在一个示例性实施方式中，预定温度为零摄氏度(℃)或32华氏度(°F)。可以理解，预定温度也可以为大约0℃或32°F，例如稍小于或大于这些值。同样可以理解，处理器304可以确定环境温度低于或等于预定温度，例如低于或等于0℃或32°F。处理器304使用环境温度传感器148确定环境温度。在一个示例性实施方式中，环境温度传感器148应用为控制器140的一部分。

[0029] 当环境温度低于预定温度时，处理器304确定用于废气系统136中的还原剂喷射器224的喷射器解冻期间。喷射器解冻期间代表在特定的条件下还原剂喷射器224从环境温度解冻至预定温度的期间。特定条件的例子包括供应至线圈236的特定电流和/或特定占空比。在一个示例性实施方式中，特定条件为还原剂喷射器224的最大占空比。可以控制还原剂喷射器224的最大占空比以相对于较小占空比而更快地解冻还原剂喷射器224。

[0030] 处理器304基于一个或多个运行参数确定喷射器解冻期间。这些运行参数的例子包括环境温度、由发动机104供能的车辆的速度(“车辆速度”)，以及还原剂罐216内的温度。在一个示例性实施方式中，处理器304基于环境温度和车辆速度确定喷射器解冻期间。在一个示例性实施方式中，处理器304使用将不同的喷射器解冻期间与一个或多个运行参数关联的查找表喷射一个或多个运行。还原剂罐216内的温度由还原剂罐温度传感器244测量。
例如，查找表可以被存储在存储器308中。

[0031] 在一个示例性实施方式中，处理器304使用查找表，该查找表将以秒(s)计量的的不同的喷射器解冻期间(TINJ-THAW)与范围为从-40℃至0℃的环境温度(TAMB)关联，并且与两个车辆速度(每小时英里数(MPH)为零或不为零)关联。仅作为示例，此查找表可以为下面的查找表：

[0032]TAMB(℃) TINJ-THAW@0MPH(s) TINJ-THAW@>0MPH(s)
0 0 0
-10 300 900
-20 400 1000
-30 500 1100
-40 600 1200

[0033] 可以理解，这些数值仅作为示例的目的并可在加载至控制器140前为了发动机104校准，并可存储至存储器308中。可以理解，可以应用多个车辆速度和/或车辆速度范围(0-10MPH、10-20MPH、20-30MPH，等)。

[0034] 当环境温度低于预定温度时，处理器304也确定用于与废气系统136相关联的还原剂罐的罐解冻期间。罐解冻期间代表了在特定条件下进行运行时加热器248将还原剂罐216从环境温度解冻至预定温度的期间。特定条件的一个示例为当加热器248为电加热器时供应至加热器248的特定电流。在一个示例性实施方式中，最大可接受电流可以供应至加热器248，以为了相对于较小电流更快地解冻还原剂喷射器224。

[0035] 处理器304基于一个或多个运行参数确定罐解冻期间。这些运行参数的示例包括环境温度、车辆速度，以及还原剂罐温度。在一个示例性实施方式中，处理器304基于环境温度和还原剂罐温度确定罐解冻期间。可以理解，一个或多个运行参数可以包括其他合适的参数，诸如供应至加热器248的电流。在一个示例性实施方式中，处理器304使用查找表，查找表将不同的罐解冻期间与一个或多个运行参数关联。例如，查找表可以被存储在存储器308中。在一个示例性实施方式中，查找表可以在加载至控制器140前为了发动机104校准，并可并且存储在存储器308中。

[0036] 处理器304然后控制(i)在罐解冻期间加热还原剂罐216的加热器248，以及控制(ii)在喷射器解冻期间供应至还原剂喷射器224的电流两者，使得罐解冻期间和喷射器解冻期间同时或几乎同时结束。由此，如果喷射器解冻期间比罐解冻期间短，处理器304可以通过供应电流喷射器解冻期间加热还原剂喷射器224之前的延迟期间加热还原剂罐216喷射。在一个示例性实施方式中，处理器304可以计算罐解冻期间和喷射器解冻期间之间的差值以获得解冻延迟，并且然后处理器304可以基于解冻延迟控制加热器248以及向还原剂喷射器224的电流的供应。仅作为示例，如果罐解冻期间为1800秒，并且喷射器解冻期间为1200秒，解冻延迟将为600秒，并且加热器248可以向还原剂喷射器224的电流供应之前被激活600秒，使得罐和喷射器解冻期间同时结束。

[0037] 如前面所提到的，在一个示例性的实施方式中，根据最大占空比，处理器304向还原剂喷射器224供应电流。因此，在这样的示例性实施方式中，处理器304也可以监控还原剂喷射器的线圈236的电阻以防止对还原剂喷射器224的损害。换句话说，处理器304可以确定线圈236的电阻，并当线圈电阻达到预定临界电阻时取消激活还原剂喷射器224(例如停止供应电流)。然后，当线圈电阻降低至小于预定临界电阻的预定可接受电阻以下时，处理器304可再次激活还原剂喷射器224(例如重新供应电流)。可选地，处理器304可以实施此保护，其可以基于线圈温度和预定临界和可接受温度实施策略。仅作为示例，可以基于线圈阻力确定线圈温度。

[0038] 现参考图4，示出了在喷射尝试之前用于解冻还原剂喷射器224和还原剂罐216的方法400的示意流程图。在404处，控制器140确定环境温度(TAMB)是否低于表明发动机104的废气系统136的冷冻还原剂的预定温度(TTH)。在一个示例性实施方式中，预定温度TTH为零℃。如果环境温度TAMB低于预定温度TTH，方法400继续至408。否则，方法400结束或回至404而进行一个或多个另外的循环。

[0039] 在408处，控制器140确定用于还原剂喷射器224的喷射器解冻期间。在一个示例性实施方式中，喷射器解冻期间基于环境温度TAMB、车辆速度、以及还原剂罐温度中的至少一个。在412处，控制器140确定用于还原剂罐216的罐解冻期间。在416处，控制器140控制(i)加热器248在罐解冻期间加热还原剂罐216，也控制(ii)在喷射器解冻期间供应至还原剂喷射器224的电流，使得罐解冻期间和喷射器解冻期间同时结束。方法400结束或回至404而进行一个或多个另外的循环。

[0040] 可以理解不同示例之间的特点、元件、方法和/或功能的结合和匹配，在本文中可以清楚地思考得到，使得本领域的技术人员可以根据本发明而教导一个示例的特点、元件和/或功能可以合适地并入另一个示例，除非上文中另有描述。