CN107762594A - 用于柴油机排气处理液储存的压力释放系统 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的柴油机排气处理液(DEF)容器压力释放的系统包括柴油机排气处理液(DEF)储存箱，以及位于该DEF储存箱的内部中的DEF泵组件。该DEF泵组件包括具有泵体的DEF泵，紧固至该泵体的外部并配置成用于感测DEF压力的流体压力传感器，以及紧固至该泵体的外部并配置成用于感测DEF温度的流体温度传感器。该系统还包括流体通道，以及与该流体通道热连通的加热元件，其中，该加热元件被配置成用于加热流体通道以将DEF从靠近泵体的位置处移走。

Description

用于柴油机排气处理液储存的压力释放系统
技术领域
本发明涉及用于柴油机排气处理液的储存容器，并且更具体地涉及用于根据液体的凝固来释放容器中的压力的系统。
背景技术
柴油发动机优选用于一些重型应用(例如长途火车运输)，例如由于它们所基于的奥托循环中内在的性能特征。遗憾的是，这种性能伴有特定规定排出物成分的成本增加。必须被控制的一类排出物成分为氮氧化物(NOx)，且在汽车应用中，这样做的一种方法是通过使用在柴油发动机的排气系统中设置的主动选择性催化还原装置(“NOx捕获器”)。典型的NOx捕获器利用涂覆催化剂的基质，其通过添加柴油机排气处理液(DEF)被“启动”，该柴油机排气处理液可被喷射进捕获器的上游位置处的柴油机废气之中。DEF与柴油机废气相混合，并以已知的方式与涂覆催化剂的基质相反应，以降低某些氮氧化物(NOx化合物)。
利用用于降低NOx的DEF系统的汽车应用可在箱内承载供应DEF，该箱经由供应系统流体地连接至柴油发动机排气系统。这些系统的设计中的挑战在于DEF倾向于在11摄氏度(-11℃)附近凝固，该温度远大于车辆的最小操作温度。DEF箱内的DEF凝固可部分地通过箱内DEF泵组件的热质量被驱动，这导致箱体最终的流体部分位于泵组件之上或附近。当最终流体部分凝固时，DEF受到约10％的膨胀率，这导致将显著的力施加在泵组件上，可导致损坏。
期望的是，提供一种DEF系统，该DEF系统避免当在低操作温度下发生DEF凝固时而导致产生的损坏力。
发明内容
在本发明的一个示意性实施例中，用于车辆的柴油机排气处理液(DEF)压力释放的系统包括：柴油机排气处理液(DEF)储存箱；位于该DEF储存箱内的DEF泵组件，该DEF泵组件包括：具有泵体的DEF泵；流体压力传感器，该流体压力传感器被紧固至泵体的外部并被配置成用于感测DEF压力；和流体温度传感器，该流体温度传感器被紧固至泵体并被配置成用于感测DEF温度；流体通道；以及与流体通道相热连通的加热元件，其中，该加热元件被配置成用于加热流体通道，以将DEF从靠近泵体的位置移至DEF储存箱内部的空气空间。
在本发明的另一示意性实施例中，一种用于车辆的柴油机排气处理液(DEF)压力释放的方法包括：经由处理器获取来自配置在泵体上的流体温度传感器的温度信息；经由处理器获取来自配置在泵体上的流体压力传感器的压力信息；经由处理器获取来自车辆控制器的车辆控制信息；经由处理器给与流体通道热连通的加热元件传递信号，以基于温度信息、压力信息和车辆控制信息来加热流体通道；利用加热元件加热流体通道；以及经由加热后的流体通道将DEF从靠近泵体的位置处移走。
在另一示意性实施例中，具有用于柴油机排气处理液(DEF)容器压力释放的系统的车辆包括：柴油机排气处理液(DEF)储存箱；位于该DEF储存箱内的DEF泵组件，该DEF泵组件包括：具有泵体的DEF泵；流体压力传感器，该流体压力传感器被紧固至泵体的内部并被配置成用于感测DEF压力；和流体温度传感器，该流体温度传感器被紧固至泵体的内部并被配置成用于感测DEF温度；流体通道；以及与流体通道相热连通的加热元件，其中，该加热元件被配置成用于加热流体通道以将DEF从靠近泵体的位置处移走。
当结合附图，从以下本发明的详细说明中将很容易理解本发明的以上特征和优势以及其它特征和优势。
附图说明
仅仅作为实例，其它特征、优势和细节在以下实施例的详细说明中出现，详细的说明参考附图，其中：
图1A是DEF箱内的柴油机排气处理液(DEF)的示意性凝固顺序中的一个步骤的示意图；
图1B是DEF箱内的柴油机排气处理液(DEF)的示意性凝固顺序中的第二步骤的示意图；
图1C是DEF箱内的柴油机排气处理液(DEF)的示意性凝固顺序中的第三步骤的示意图；
图2是根据一个实施例的具有柴油机排气处理液(DEF)储存释放系统的车辆的局部视图；
图3是根据一个实施例的具有柴油机排气处理液(DEF)储存释放系统的车辆的示意图；以及
图4是根据一个实施例的用于操作图3的DEF储存释放系统的方法。
具体实施方式
以下说明在本质上仅仅是示意性的，且并不意于限制本发明、它的应用或使用。应当理解的是，在整个附图中，相应的附图标记指示相同的或相应的部件和特征。如在此所使用，术语模块指的是处理电路，该处理电路可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或者提供所描述功能的其它适当的部件。
根据本发明的示意性实施例，图1A-1C示出了DEF系统10，该DEF系统为能够安装在具有柴油类型内燃机(未示出)的车辆中的类型的DEF系统，其经历柴油排气流体(DEF)15的凝固顺序。DEF系统10包括DEF储存箱12，该DEF储存箱具有在其中设置的泵组件14。如以上所述，利用用于还原NOx的DEF系统的汽车应用可在DEF储存箱12内承载DEF15的供应。DEF15经由供应系统(未示出)可被流体地连接至车辆的排气系统(未示出)。一些DEF系统的挑战发生在-11摄氏度(-11℃)，在这时，DEF15倾向于凝固。-11℃大于车辆的最小操作温度。DEF储存箱12内的DEF15基于各种因素可能发生凝固。例如，泵组件14(作为热质量)与周围DEF15相比可能需要更长的时间来冷却，且可能因此导致靠近泵组件14的DEF最终发生凝固。如在图1B中所示，DEF15倾向于从DEF储存箱12的外部至DEF储存箱12的内部发生凝固。该凝固模式可能导致最终流体部分16驻留在泵组件14之上或非常邻近于泵组件14。如在图1C中所描绘，当最终的流体部分16凝固时，DEF15可遭受约10％的膨胀率，这可能导致将相当大的力(力Fd)施加在泵组件14上。有利的是，提供一种系统，该系统被配置成用于减轻施加在泵组件14部件上的流体力。图2描绘了用于DEF储存箱12的DEF容器要释放系统18(此后称“系统18”)。
现在参考图2，在示意性实施例中，车辆5包括图1的配置成用于包含DEF15的DEF储存箱12，用于经由加压供应管线17供应至系统。根据实施例，DEF储存箱12包括DEF容器压力释放系统18(关于图3更详细地描述)。
根据实施例，现在参考图3，DEF容器压力释放系统18(此后称“系统18”)被描绘。系统18可包括DEF储存箱12，以及位于DEF储存箱12内部的泵组件14。系统18还包括流体通道40，以及与流体通道40相热连通的加热元件32。泵组件14可包括具有泵体14A的DEF泵组件14，紧固至泵体14A的外部的流体压力传感器20，以及紧固至泵体14A的外部的流体温度传感器19。在实施例中，系统18还包括流体体积传感器22，该流体体积传感器可被紧固至DEF储存箱12的内部或外部。系统18可包括和/或从车载供电电源38和/或独立的电源28中的一个或多个接收能量。
系统18可至少部分地基于代表超过预定阈值的DEF流体压力的信号来操作。流体压力传感器20可被配置成用于感测DEF15的流体压力(更具体的，感测最终流体部分16的流体压力)，并将代表流体压力的信号传送至控制模块24。
系统18可至少部分地基于代表小于和/或大于预定阈值的DEF流体温度的信号来操作。用于温度的预定阈值可以为例如-11℃。流体温度传感器19可被配置成用于感测最终流体部分16的流体温度，并将代表流体温度的信号传送至控制模块24。
流体通道40可被附接至DEF储存箱12，以使得流体通道40的一个端部浸入泵组件14附近，以使得最靠近泵组件14的端部可接收DEF15的最终流体(未凝固)部分16，并允许DEF流体逃离至空气空间8中。通过逃离至空气空间8中，系统18可减轻通过最终流体部分16施加至泵组件14的力。
位于DEF储存箱12内部的空气空间8允许最终流体部分16逃离靠近于泵体的外部的加压泡，且因而，减轻由于凝固DEF15的热膨胀而产生的施加在泵组件14上的压力。当被填充至预定最大操作流体水平时，DEF储存箱12允许空气空间8保留在DEF储存箱12。
系统18还可包括控制模块24(此后称“控制模块24”)，该控制模块可被操作性地连接至流体温度传感器19、流体压力传感器20和加热元件32。控制模块24可包括处理器44以及操作性地连接至处理器44的存储器模块42。
根据一些实施例，控制模块24可以为操作性地连接至车辆控制器30的独立的控制器。在其它方面，控制模块24可为车辆控制器30的一部分或者可与该车辆控制器相集成。控制模块24可被配置成用于从车辆控制器30接收车辆控制信息，包括例如：代表车辆5的操作环境的环境温度信息。车辆控制信息还可包括车辆电池水平信息，和/或代表车辆是否处在操作中的车辆状态(例如，被驱动、怠速等)。
控制模块24可经由控制总线26被操作性地连接至流体温度传感器19、流体压力传感器20、流体体积传感器22和/或加热元件32中的一个或多个。在实施例中，系统18可包括DEF压力释放泵36，该DEF压力释放泵可经由控制总线26被操作性地连接至控制模块24。在一些实施例中，控制模块24可被配置成接收来自流体温度传感器的温度信息、来自流体压力传感器的压力信息、和来自车辆控制器的车辆控制信息中的一个或多个。因此，控制模块24可基于温度信息、压力信息和车辆控制信息将信号传送至加热元件，以加热流体通道。
流体体积传感器22可为接近传感器或配置成用于感测并传送代表DEF储存箱12中的DEF15的存在(或水平)的信号的其它类型的传感器。
如所示，系统18可包括DEF压力释放泵36。在一些方面，控制模块24可被配置成用于基于温度信息、压力信息和车辆控制信息中的一个或多个来将信号传送至DEF压力释放泵。该信号可引起DEF压力释放泵36以经由流体通道40将最终流体部分16从靠近泵体14A的位置处移至DEF储存箱12的内部中的空气空间8。在一些方面，控制模块24可将信号传送至DEF压力释放泵36，以在处理器基于来自流体压力传感器20的压力信息而确定出泵组件14不再接收超过正常操作压力的DEF15的流体压力之后来停止泵操作。
根据其它实施例，控制模块24可被配置成用于将信号传送至加热元件32，以在处理器基于来自流体压力传感器20的压力信息而确定出泵组件14不再接收超过正常操作压力的DEF15的流体压力之后停止加热流体通道40。通过一旦压力被减轻而停止加热操作，系统18可减轻施加至内部部件的压力，同时又节省系统能量资源。
系统18还可包括车载供电电源38，该车载电源可为与其它车辆5的电子部件共享的车辆5的电源总线。在其它实施例中，系统18可包括单独的电源28。单独的电源28可与车辆供电电源38相分离，这可防止主电源总线(未示出)上的主车辆电池的消耗。
根据又一实施例，系统18可包括独立的电源和车载供电电源38两者。因此，控制模块24可从车辆控制器30接收代表车辆电池的车辆电池水平的信息，以及基于车辆电池水平信息将电源从车载供电电源38切换至独立的电源28。因此，当车载电池水平达到代表消耗状态(例如，具有大约40％、30％电荷等)的预定阈值时，控制模块24可仅仅启动独立的电源28。
根据一些实施方式，流体通道40可以为由导热材料构造的管，以使得加热元件32能够加热流体通道40并允许DEF15的最终流体部分通过流体通道40的内部逃离。通过加热流体通道40，加热元件32还在管的外部部分上建立流动通道，由于通过熔化任何邻近于流体通道的凝固DEF而建立的用于流体流动的空间。导热材料可为例如不锈钢、铜、铝等。
在较低温度(例如，-11℃或更小)下操作中，当DEF15处于凝固状态时，最终流体部分可保留在靠近泵组件14的位置处。倘若没施加热量，则DEF15的凝固部分将阻断最终流体部分16的逃离，以使得最终流体部分16的加压泡施加压力至泵组件14的顶部。因此，在一些实施例中，加热元件32可加热流体通道40直至在外绕流体通道40的空间中的DEF15变成液体。在一些方面，流体通道40可将DEF从靠近泵组件14的泵体的位置处移至DEF储存箱12的内部中的空气空间8。由于施加至最终流体部分16的内部力迫使流体通过并绕着流体通道40，则可发生该移动。还可通过泵送作用发生该移动。
根据一个实施例，现在参考图4，描绘了用于操作DEF容器压力释放系统18的方法45的流程图。如在方框46中所示，系统18可经由处理器44获取来自流体温度传感器19的温度信息。
如在方框48中所示，处理器44可获取来自流体压力传感器20的压力信息。
如在方框50中所示，处理器44可获取来自车辆控制器的车辆控制信息。
如在方框52中所示，处理器44可基于温度信息、压力信息和车辆控制信息来将信号传送至加热元件32，引起加热元件32来加热流体通道40。根据一些实施例，处理器44还可传送信号至DEF压力释放泵36，这可引起DEF压力释放泵36开始将液体从靠近泵体14A的区域泵送至储存箱8中的空气空间。
如在方框54中所示，系统18可将DEF15的最终流体部分16从靠近泵体14A的位置处移至DEF储存箱12的内部中的空气空间8。根据一些实施例，系统18通过将流体通道40加热至足以使得靠近流体通道40的区域中的任何凝固DEF液化所需的温度来使得最终流体部分移动。在一些实施例中，处理器44可传送信号至加热元件32和/或DEF压力释放泵36中的一个或多个以停止加热和/或泵送操作。在一些实施例中，可能并不包括DEF压力释放泵36，且因而，当加热元件32建立足以允许最终流体部分16从靠近泵组件14的加压泡自由流动至空气空间8的流体通道时，最终流体部分可自减轻压力。因此，处理器44可传送信号以仅仅停止加热操作。
尽管已经参考示意性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可制作各种变化以及它的元件可进行等价替换。此外，在不脱离本发明本质范围的情况下，为适用于特定条件或材料来达到本发明的教导，可以做出许多修改。因此，意向的是，本发明并不被限制为所公开的特定实施例，而且本发明将包括落在本申请的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于车辆的柴油机排气处理液(DEF)压力释放的系统，包括：
柴油机排气处理液(DEF)储存箱；
位于所述DEF储存箱的内部中的DEF泵组件，所述DEF泵组件包括：
具有泵体的DEF泵；
流体压力传感器，所述流体压力传感器被紧固至所述泵体的外部并被配置成用于感测DEF压力；和
流体温度传感器，所述流体温度传感器被紧固至所述泵体并被配置成用于感测DEF温度；
流体通道；以及
与所述流体通道相热连通的加热元件，其中，所述加热元件被配置成用于加热所述流体通道，以将DEF从靠近所述泵体的位置移至所述DEF储存箱的所述内部中的空气空间。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体通道为包括导热材料的管。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：操作性地连接至所述DEF泵组件和所述加热元件的控制模块，其中，所述控制模块包括处理器，所述处理器被配置成用于：
接收来自所述流体温度传感器的温度信息；
接收来自所述流体压力传感器的压力信息；
接收来自车辆控制器的车辆控制信息；以及
基于所述温度信息、所述压力信息和所述车辆控制信息来传送信号至所述加热元件以加热所述流体通道。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述车辆控制信息包括代表所述车辆的环境温度信息和代表所述车辆是否在操作中的车辆状态中的一个或多个环境温度信息。
5.根据权利要求3所述的系统，还包括：DEF压力释放泵，所述DEF压力释放泵操作性地连接至所述控制模块并与靠近所述泵体的位置相流体连通。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制模块被配置成用于传送信号至所述DEF压力释放泵，这引起所述DEF压力释放泵经由所述流体通道将液体DEF从靠近所述泵体的所述位置处移至所述DEF储存箱的所述内部中的所述空气空间。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制模块被配置成用于基于所述温度信息、所述压力信息和所述车辆控制信息中的一个或多个来将所述信号传送至所述DEF压力释放泵。
8.根据权利要求3所述的系统，还包括流体体积传感器，所述流体体积传感器操作性地连接至所述控制模块并被配置成用于感测所述DEF储存箱内部的流体体积，其中，所述控制模块还被配置成用于：
接收来自所述流体体积传感器的流体体积信息；以及
基于所述温度信息、所述压力信息、所述流体体积信息和所述车辆控制信息将所述信号传送至所述加热元件以加热所述流体通道。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括配置成用于给所述系统供电的电源，其中，所述电源独立于所述车辆的主供电电源。
10.一种用于操作车辆上的柴油机排气处理液(DEF)容器压力系统的方法，包括：
经由处理器获取来自配置在所述泵体上的流体温度传感器的温度信息；
经由所述处理器获取来自配置在所述泵体上的流体压力传感器的压力信息；
经由所述处理器获取来自车辆控制器的车辆控制信息；
基于所述温度信息、所述压力信息和所述车辆控制信息，经由所述处理器传送信号至与流体通道热连通的加热元件，以加热流体通道；
利用所述加热元件加热所述流体通道；以及
经由所述加热后的流体通道将DEF从靠近泵体的位置处移走。
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