用于发动机的废气处理液解冻的系统以及监测液位方法与流程

本申请涉及用于发动机、特别是柴油发动机的废气处理液解冻的系统以及在解冻过程中监测液位的方法。

背景技术：

随着环保法规越来越严格，机动车、特别是柴油车普遍安装废气处理系统，从而降低发动机、特别是柴油发动机废气中的不合格物质排放量。废气处理系统包括废气处理液容器以及与废气处理液容器相连的选择性催化还原装置，该选择性催化还原装置具有通到机动车的排气管中的喷嘴。依据需要，诸如尿素水溶液的废气处理液能够从废气处理液容器被供应到选择性催化还原装置的喷嘴，并由喷嘴喷射到排气管中，以便与发动机废气混合发生反应，减少废气中的氮氧化物含量。

可以看出，废气处理液属于消耗品，需要在机动车行驶一定里程后按时补充，以确保选择性催化还原装置的反应能够依要求进行，从而降低废气中的氮氧化物含量。因此，通常会在废气处理液容器中设置液位传感器，当废气处理液容器中的废气处理液的液位低于一预定值后，可以向机动车的驾驶员发出预警，提醒应当充注废气处理液。

但是在寒冷的冬季，特别是针对北方地区，因为气温经常在零下，所以当机动车长时间在外停放后诸如尿素水溶液的废气处理液在其容器中会冻住。为了解冻废气处理液，在废气处理液容器还会设置电加热器，其通电后产生热量以便使得废气处理液容器内冻住的废气处理液融化，并能够依据需要被供应至选择性催化还原装置的喷嘴。

这种电加热器往往设置在废气处理液容器的底部并靠近废气处理液容器的出口。当较满的废气处理液容器被冻住后，为了解冻，需要使得电加热器通电从而热量从电加热器的加热面向四周散发。然后，电加热器的加热面周围的固态废气处理液转变成液态废气处理液并经由出口从废气处理液容器排出。此时，电加热器周围将经由空气与其它冻住的固态废气处理液隔离。因为空气是热的不良导体，所以电加热器的热量将会很难进一步传递至其它冻住的固态废气处理液，导致无法使其进一步解冻。在这种情况下，液位传感器已无法起作用并发出液态废气处理液不足的警告，导致驾驶员根本不清楚液态废气处理液已无法排出而机动车废气排放超标。

技术实现要素：

本发明旨在解决废气处理液解冻时因解冻程度不足造成无法及时获知液态废气处理液不足的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于发动机、特别是柴油发动机的废气处理液、特别是尿素水溶液解冻的系统，包括：

用于存储废气处理液的废气处理液容器；

在所述废气处理液容器内设置的ptc电加热器，所述ptc电加热器具有启动后产生热量的加热面；

测量所述ptc电加热器的工作电流的电流传感器；以及

电子控制单元，其从所述电流传感器接收信号并控制所述ptc电加热器的操作，其中，所述电子控制单元配置成在所述ptc电加热器启动后，指令所述电流传感器测量所述ptc电加热器的工作电流；并且在所述电流传感器的n次测量结果表明每次所测量的工作电流值小于一预定的电流值后产生预警信号，其中所述n为大于1的整数。采用ptc电加热器的工作电流测量结果来预测废气处理液容器内的废气处理液是否不足，这样能够更加准确地获知正在解冻时，当前废气处理液容器内的液位情况，避免排放超标。此外，以ptc电流传感器的电流测量结果来判断液位是否不足，可以相应地提高废气处理液的利用率。

可选地，所述n次测量结果是所述电流传感器连续测量所述ptc电加热器的工作电流得到的结果。

可选地，每次测量结果在与预定的电流值比较之前被信号滤波处理，特别是被高频信号滤波处理。对测量结果进行滤波处理可以有效地减少杂波干扰。

可选地，所述电流传感器在所述ptc电加热器内集成。利用在ptc电加热器本身内集成的电流传感器可以在不更改现有系统硬件设计的情况下，仅通过软件升级就可以方便地实施本申请的技术方案。

可选地，所述预定的电流值依据所述ptc电加热器的加热面由液态废气处理液所覆盖的覆盖率而确定。这样，设计人员可以针对不同维度地区的(冬季)气温特点和/或废气处理液容器的具体形状来确定预警策略。

可选地，所述系统还包括在所述废气处理液容器内设置的液位传感器。液位传感器的设置是对电流传感器测量的一种补充。

可选地，所述预定的电流值为在所述ptc电加热器的加热面的覆盖率达到30％时流经所述ptc电加热器的工作电流值。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种用于在发动机、特别是柴油发动机的废气处理液、特别是尿素水溶液解冻时监测液位的方法，其中，废气处理液容纳在机动车的废气处理系统的废气处理液容器内，在所述废气处理液容器内设置ptc电加热器，所述方法包括：

在所述ptc电加热器启动以加热废气处理液后，测量所述ptc电加热器的工作电流；

在n次测量结果表明每次所测量的工作电流值小于一预定的电流值后，产生预警信号，其中所述n为大于1的整数。

可选地，所述n次测量结果是连续所述ptc电加热器的工作电流得到的结果；和/或，每次测量结果在与预定的电流值比较之前被信号滤波处理，特别是被高频信号滤波处理。

可选地，所述预定的电流值依据所述ptc电加热器的加热面由液态废气处理液所覆盖的覆盖率而确定，特别地所述预定的电流值为在所述ptc电加热器的加热面的覆盖率达到30％时流经所述ptc电加热器的工作电流值。

采用本申请的上述技术手段，可以在废气处理液解冻时更精确地确定废气处理液容器内的当前液位，同时提高了在发出预警之前废气处理液容器内可用的废气处理液体积。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本申请的理解。在附图中：

图1示意性示出了废气处理系统的一个简易框图；

图2a示意性示出了废气处理液容器内的废气处理液在解冻初期的情况；

图2b示意性示出了废气处理液容器内的废气处理液在解冻一段时间后且液态废气处理液排出后的情况；

图3示意性示出了根据本申请的一个实施例的用于在发动机的废气处理液解冻时监测液位的方法的流程图；并且

图4示意性示出了当ptc电加热器的加热面由废气处理液覆盖的覆盖率不同时测量得到的流经ptc电加热器的电流图。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

图1示意性示出了可以用于机动车的发动机废气处理的废气处理系统的一部分的简图。根据本申请的上下文，机动车可以是柴油车，因此发动机可以是柴油发动机。该废气处理系统包括废气处理液容器100、与废气处理液容器100流体连通的泵模块200、以及与泵模块200流体连通的喷嘴300。诸如尿素水溶液的废气处理液在容器100内容纳。喷嘴300能够至少部分地伸入到柴油车的尾气管道内，从而在泵模块200的驱动下，废气处理液能够从容器100加压供应至喷嘴300，并依据需要喷射到尾气管道内，以与发动机废气发生化学反应。

为了监测容器100内的废气处理液是否足够，通常会在废气处理液容器100中设置液位传感器10。此外，在废气处理液容器100中还会设置电加热器20，其通常位于废气处理液容器100内部的底出口附近。可选地，在出口处还设有过滤器(未示出)，以便排出容器100的废气处理液事先均被过滤。

图2a和2b分别示意性示出了废气处理液容器内的废气处理液在解冻初期和解冻一段时间后的情况。例如冬季北方，当机动车长时间停放在室外后，容器100内的废气处理液被完全冻住，废气处理液呈固态30。从图2a可以看出，为了解冻，电加热器20通电从而热量在电加热器20周围发散。这样，电加热器20周围的废气处理液将会首先呈液态31。接着，呈液态的废气处理液31会作为传热媒介不断地将来自电加热器20的热量向周围的呈固态的废气处理液30传递。

在容器100内的所有固态废气处理液完全融化之前，如果发动机启动的话，为了防止机动车尾气超标，废气处理系统的电子控制单元会指令泵模块200操作，以将呈液态的废气处理液31从容器100内排出。因此，如图2b所示，当先期融化的废气处理液31逐渐排走或甚至完全排空后，在电加热器20周围与剩下的固态废气处理液30之间会留下一定空间。也就是说，剩下的固态废气处理液30与电加热器20之间将会仅存空气40。与废气处理液相比，空气40的导热性能很差。这就造成了电加热器20发散的热量很难有效传递至固态废气处理液30，进而加剧了解冻延缓的趋势。此外，因没有液体与电加热器20及时交换热量，甚至可以引起电加热器受损。

在液态废气处理液31排空的情况下，需要提醒驾驶员及时充注废气处理液。但是，有时剩下的废气处理液处于冻住的固态，液位传感器10根本无法起作用。另外，为了避免电加热器20“干烧”，通常会将液位传感器10设置成需要报警的液位高于电加热器20的整个加热面。需要报警的液位意味着当液态废气处理液一旦低于该液位则就向驾驶员报警。因而减小了每次重新充注废气处理液之前可使用的废气处理液的体积。

根据本申请的一个技术方案，电加热器20被设置为是ptc(positivetemperaturecoefficient)加热器，其主要包括由ptc发热体构成的加热面。ptc电加热器的特性在于随着加热面的温度升高，ptc电加热器/加热体的电阻会明显升高。因此，在将ptc电加热器用作为废气处理液容器100中的加热器的情况下，通过监测流经该ptc电加热器的电流可以确定废气处理液容器100中的液体情况。

图3示意性示出了根据本申请一个实施例的用于在发动机的废气处理液解冻时监测液位的方法的流程图。例如，采用该方法，在废气处理液解冻的过程中监测废气处理液容器100内的废气处理液是否足够以便及时发出重新充注废气处理液的警报。例如，方法可以包括步骤s10。在该步骤10，电加热器20开机，以开始对废气处理液进行解冻。接着，在步骤s20，测量流经电加热器20的工作电流。需要的话，可以对测量的工作电流信号进行高频滤波，以去除测量信号中的高频杂波信号干扰。接着，在步骤s30，判断所测量的工作电流信号(或者经滤波的电流信号)是否小于一个预定的电流值ip。如果判断结果为“否”，则回转到步骤s20；如果判断结果为“是”，则转到步骤s30。

上述预定的电流值ip例如可以依据电加热器20的具体构造例如加热面的形状以及液体在加热面上的覆盖面积之间的关系而定。例如，针对具有特定加热面形状的ptc电加热器20，事先通过在其运行时改变覆盖ptc电加热器的加热面面积的液体多少，测量流经ptc电加热器的电流大小，以确定当液体不足以覆盖ptc电加热器的加热面时的工作电流值。因此，该电流值可以作为设定上述预定的电流值ip的依据。也就是说，在本申请的技术方案中认定，当液态废气处理液在容器100内与ptc电加热器的加热面的接触面积低于一定值时，因与电加热器的加热面交换热量的废气处理液不足，导致电加热器的电阻升高且电流降低，如果电流低于预定值，则视为容器100内的废气处理液需要重新充注。

为了防止因未知偶然因素导致的电流测量值超标造成的频繁报警，可以判断所测量的电流信号低于预定的电流值ip是否多次出现。如果已经多次出现，则产生报警信号。例如，在步骤s20之前或者在步骤s10，可以设定一个初始值为零的计数器t。当步骤s30的判断结果为“是”时，该计数器t加1。

在步骤s40，判断该计数器t是否大于一预定的值，例如该值为整数且大于1，例如为5或10或100等。如果判断结果为“否”，则转到步骤s41，在该步骤，计数器t加1。然后，从步骤s41再转到步骤s20。如果判断结果为“是”，则转到步骤s50。在步骤s50，可以向机动车的驾驶员发出预警信号，从而提醒应当采取充注废气处理液的措施或者其它合理的措施。例如，预警信号能够以蜂鸣警报或者仪表盘上的指示灯闪烁或其它合适的方式呈现。

以上提到的具体方法实施例可以在一个电子控制单元中执行。例如，本申请提供一种用于发动机的废气处理液解冻的系统，包括：

用于存储废气处理液的废气处理液容器100；

在所述废气处理液容器100内设置的ptc电加热器20，所述ptc电加热器20具有启动后产生热量的加热面；

测量所述ptc电加热器20的工作电流的电流传感器；以及

电子控制单元，其从所述电流传感器接收信号并控制所述ptc电加热器的操作，其中，所述电子控制单元配置成在所述ptc电加热器启动后，指令所述电流传感器测量所述ptc电加热器的工作电流；并且在所述电流传感器的n次测量结果表明每次所测量的工作电流值小于一预定的电流值ip后产生预警信号，其中所述n为大于1的整数。

在一个优选的实施例中，所述n次测量结果是所述电流传感器连续测量所述ptc电加热器的工作电流得到的结果。在另一个替代实施例中，所述n次测量结果也可以是所述电流传感器在一段时间内累计测量所述ptc电加热器的工作电流得到的结果。

在本申请的上下文中，术语“液位”指的是在废气处理液正在解冻的过程中或者已完全解冻的情况下液态废气处理液在废气处理液容器中的液面高度。

在一个优选的实施例中，电流传感器可以是在ptc电加热器中集成的传感器。在另一替代实施例中，电流传感器也可以是一独立于ptc电加热器的传感器，专门用于测量流经ptc电加热器的电流。在一个优选的实施例中，ptc电加热器在废气处理液容器的底部靠近出口处设置。

为了证明本申请的系统和方法的可行性，图4示意性示出了当ptc电加热器20的加热面由废气处理液覆盖的面积不同时所测量得到的流经ptc电加热器20的电流图，曲线1代表原始测量的电流值，曲线2代表对测量的电流值进行高频滤波后的值，纵坐标代表电流幅值大小，横坐标代表时间或者ptc电加热器的加热面由液态废气处理器覆盖的面积百分比。在每次ptc电加热器通电时，监测经过其的电流，其中，i表示第i次对ptc电加热器通电(在图4中，i为整数)，而ti表示该第i次通电时的时刻，在ti与ti+1之间的百分比数字表示ptc电加热器20的加热面由液态废气处理液所覆盖的覆盖率。

从图中可以看出，在t1至t2的时间段内，ptc电加热器20的加热面的覆盖率是100％。因此，测量的电流变化波动不大。在t2至t3的时间段内，因为ptc电加热器20的加热面的覆盖率降低，变为80％，所以从t2时刻ptc电加热器通电后，因为与100％覆盖率相比，较少的废气处理液接触ptc电加热器20的加热面，造成加热面产生的热量经由热传导向外扩散不足，因此随着时间的流逝(在t3时刻之前)，ptc电加热器的电阻变大，导致所测量的电流呈减小的趋势。从图4可以看出，随着覆盖率降低，每次在ptc电加热器20通电后，所测量的电流值会降低更多。从t7时刻开始，ptc电加热器20的加热面的覆盖率是30％，在ptc电加热器通电后，所测量的电流值大致维持在2000ma左右。在三个通电周期(以t7、t8、t9开始)中，覆盖率维持30％，ptc电加热器20通电后，所测量的电流值均大致为2000ma左右。因此，针对图3所示的方法，可以将2000ma设为预定的电流值ip。只要所测量的电流值达到或低于该预定的电流值ip并保持一定时间，则认为废气处理液容器100内的废气处理液的液位低于正常值，产生报警信号，提醒需要再次充注废气处理液。

从附图4可以看出，ptc电加热器20的加热面由废气处理液覆盖的覆盖率与流经ptc电加热器20的电流是有关联的，因此，本申请的方法和系统完全可以用于在废气处理液解冻时监测液位。

采用本申请的方法和系统，可以节省液位传感器或者作为液位传感器的补充手段，以便更加精确地监测废气处理液容器内的液位情况。另外，在废气处理液解冻时，由于可以依靠ptc电加热器20的电流来作为充注的提醒，所以提高了废气处理液容器内可用的废气处理液体积。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。