确定后处理系统周围的虚拟环境空气温度的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及用于与内燃(IC)发动机一起使用的后处理系统。
背景
废气后处理系统用于接收并且处理由IC发动机产生的废气(exhaust gas)。通常，废气后处理系统包括降低存在于废气中的有害废气排放物的水平的若干不同的部件中的任一个。例如，用于柴油动力的IC发动机的某些废气后处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统，该SCR系统包括催化剂，催化剂被制备以在氨(NH3)存在的情况下将NOx(一定百分比的NO和NO2)转换成无害的氮气(N2)和水蒸汽(H2O)。通常，在这样的后处理系统中，废气还原剂(例如，柴油机废气处理液，诸如尿素溶液)被注入到SCR系统中以提供氨源，并与废气混合在一起以部分地还原NOx气体。然后，废气的还原副产物流体地传递到被包括在SCR系统中的催化剂，以使基本上所有NOx气体分解成相对无害的副产物，这些无害的副产物从后处理系统被排出。
为了将还原剂有效地引入(insert)后处理系统中，期望测量废气中的NOx气体和/或氨的量。NOx传感器用于测量在SCR系统上游和/或下游的废气中的NOx气体的量或水平。NOx传感器通常包括感测和/或加热元件，诸如封装在防护体(shield)或外壳(casing)中的陶瓷感测和加热元件。在寒冷的环境条件下，水可能以水滴的形式凝结在感测和加热元件上。在凝结的水蒸发之前开启或激活NOx传感器会致使感测和/或加热元件由于热应力而破裂(crack)。因此，期望在激活NOx传感器之前，确保水滴在NOx传感器的感测和加热元件上蒸发。通常，关于何时激活NOX传感器的确定是基于经由物理环境空气温度(AAT)传感器测量的AAT的。物理AAT传感器的失灵或物理AAT传感器的不可用可能导致对AAT的确定不准确，这可能会导致NOx传感器在达到其露点之前被激活，并导致NOx传感器故障。
概述
本文描述的实施例总体上涉及用于在后处理系统中AAT的物理测量不可用时或者在物理AAT传感器故障时确定虚拟AAT的系统和方法。虚拟AAT用于确定NOx传感器温度露点延迟计时器，并且NOx传感器温度露点延迟计时器结束后，包括在后处理系统中的NOx传感器就被激活。
在一些实施例中，后处理系统包括：选择性催化还原系统，其被配置为处理由发动机产生的废气；出口NOx传感器，其被配置为测量后处理部件下游的废气中的NOx气体的量；入口废气温度传感器，其被配置为测量流入到选择性催化还原系统中的废气的入口废气温度；进料(charge)温度传感器，其被配置为确定进入发动机的进料空气(charge air)的进料温度；冷却剂温度传感器，其被配置为确定流过发动机的冷却剂的冷却剂温度；还原剂罐温度传感器，其被配置为确定储存在后处理系统的还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度；以及控制器，其可操作地联接到出口NOx传感器、入口废气温度传感器、进料温度传感器、冷却剂温度传感器和还原剂罐温度传感器中的每一个，该控制器被配置为：响应于虚拟AAT确定标准被满足，基于进料温度、冷却剂温度、还原剂温度和/或入口废气温度来确定虚拟AAT值，基于该虚拟AAT值和出口废气温度来估计包括在后处理系统中的出口NOx传感器的NOx传感器露点延迟计时器，以及响应于NOx传感器露点延迟计时器被满足，激活出口NOx传感器。
在一些实施例中，用于确定在联接到发动机的后处理系统外部的虚拟AAT的方法，包括：响应于虚拟AAT确定标准被满足，由进料空气温度传感器确定进入发动机的进料空气的进料空气温度；由冷却剂温度传感器确定流过发动机的冷却剂的冷却剂温度；由还原剂罐温度传感器确定储存在后处理系统的还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度；由入口废气温度传感器确定进入后处理系统的废气的入口废气温度；以及由控制器基于进料空气温度、冷却剂温度、还原剂温度和/或入口废气温度来确定虚拟AAT值；使用控制器，基于该虚拟AAT值和出口废气温度来估计包括在后处理系统中的NOx传感器的NOx传感器露点延迟计时器；以及响应于NOx传感器露点延迟计时器被满足，使用控制器激活NOx传感器。
应理解，前述概念和下面更详细讨论的另外的概念(假定这样的概念不相互矛盾)的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的所要求保护的主题的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的一部分。
附图简述
根据下面的描述和所附权利要求并结合附图，本公开的前述特征和其它特征将变得更充分明显。应理解，这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施方式且因此不应被视为对本公开范围的限制，本公开将通过使用附图以另外的具体说明和细节进行描述。
图1A是根据实施例的后处理系统的示意图。
图1B是根据实施例的可被包括在图1A的后处理系统中的出口NOx传感器的框图。
图2是根据实施例的控制模块的示意框图，该控制模块可以包括图1A的后处理系统的控制器。
图3A-3B是根据实施例的用于确定虚拟AAT并由此确定NOx传感器露点延迟计时器的方法的示意流程图。
图4A-4B是根据实施例的用于使用进料温度、冷却剂温度、储存在还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度和/或入口废气温度来确定虚拟AAT的方法的示意流程图。
在整个以下详细描述中参考了附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不旨在是限制性的。可以利用其它实施方式，并且可以做出其他改变而不偏离此处提出的主题的精神或范围。应容易理解，在本文中大致描述和在附图中示出的本公开的方面可在各种不同的配置中被布置、代替、组合和设计，所有这些配置被明确地设想并构成本公开的一部分。
详细描述
本文描述的实施例总体上涉及用于在后处理系统中AAT的物理测量不可用时或者在物理AAT传感器故障时确定虚拟AAT的系统和方法。虚拟AAT用于确定NOx传感器温度露点延迟计时器，并且NOx传感器温度露点延迟计时器结束后，包括在后处理系统中的NOx传感器就被激活。
为了将还原剂有效地引入后处理系统中，期望测量废气中的NOx气体和/或氨的量。NOx传感器用于测量在SCR系统上游和/或下游的废气中的NOx气体的量或水平。NOx传感器可以包括陶瓷感测和/或加热元件。在寒冷的环境条件下，水可能以水滴的形式凝结在感测和加热元件上。在凝结的水蒸发之前开启或激活NOx传感器可能会导致感测和/或加热元件由于热应力而破裂。因此，对露点的准确确定对于保护NOx传感器是必要的。
通常，使用AAT经由物理AAT传感器和出口废气温度传感器来确定NOx传感器露点延迟计时器。NOx传感器露点延迟计时器对应于时间延迟，在该时间延迟之后，NOx传感器被激活，以便确保NOx传感器在激活前已经达到露点。例如，露点延迟计时器可以包括具有基于AAT(例如，本文所述的物理AAT或虚拟AAT)确定的时间段的计数器。一旦产生废气的发动机被启动，露点延迟计时器就开始，并且一旦露点延迟计时器结束，NOx传感器就被激活。
物理AAT传感器的失灵或物理AAT传感器的不可用可能导致对AAT的确定不准确，从而导致对NOx传感器露点延迟计时器的确定不准确。例如，NOx传感器的感测元件和加热元件可以设置在防护体或传感器壳体的内部。NOx传感器设置在后处理系统中，使得传感器壳体暴露于废气。当废气流过后处理系统时，传感器壳体温度达到废气温度，该废气温度通常高于露点温度，在露点温度下，凝结在感测或加热元件上的水蒸发，并且在特定时间段之后，NOx传感器的感测和加热元件升高到废气温度。
在一些情况下，出口废气温度和感测/加热元件之间可能存在大于100摄氏度或更多的温差(例如，当发动机第一次被启动时)，使得出口废气的温度可能大于露点，但是感测/加热元件的温度可能仍然低于露点。如果在NOx传感器感测/加热元件的实际温度小于露点时，NOx传感器被激活或开启，则会导致NOx传感器的感测或加热元件破裂，致使感测或加热元件故障，并从而导致NOx传感器故障。例如，在SCR系统的出口处的出口废气温度可能是200-250摄氏度，但是NOx传感器的感测和加热元件的温度可能仍然小于100摄氏度。如果在所有水蒸发之前基于出口废气温度激活NOx传感器，则加热元件升高到高操作温度(例如，高达800摄氏度)，导致凝结在其上的水滴快速蒸发，致使局部热应力，并且在一些情况下，致使加热元件破裂，从而导致NOx传感器故障。
相比之下，本文描述的系统和方法的各个实施例可以提供一个或更多个益处，例如包括：(1)当物理AAT传感器不可用或失灵时，允许确定和使用虚拟AAT值来代替物理AAT值；(2)允许基于虚拟AAT和出口废气温度来准确估计NOx传感器露点延迟计时器，从而防止NOx传感器的感测或加热元件破裂；以及(3)降低NOx传感器的故障率，从而降低维护成本。
图1A是根据实施例的后处理系统100的示意图。后处理系统100联接到发动机10(例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、生物柴油发动机、双燃料发动机、酒精发动机、E85或任何其它合适的内燃发动机)，并且被配置为从发动机10接收废气(例如，柴油机废气)。后处理系统100被配置为还原废气的成分，例如NOx气体(例如，NO、NO2、N2O、NO3等)、CO等。后处理系统100可包括还原剂储存罐110、还原剂引入组件120、进料空气歧管130和冷却剂循环系统140以及SCR系统150。虽然后处理系统100的各个实施例是针对包括SCR系统的柴油机后处理系统来描述的，但是本文描述的概念同等地适用于包括NOx传感器的任何其他后处理系统(例如，包括三元催化剂的后处理系统等)。
后处理系统100包括限定内部体积的壳体101。壳体101可由刚性、耐热和耐腐蚀材料形成，例如不锈钢、铁、铝、金属、陶瓷或任何其它合适的材料。壳体101可以具有任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、卵形的、椭圆形的、多边形的或任何其它合适的形状。
SCR系统150被定位在由壳体101限定的内部体积中。SCR系统150包括被配制为选择性地分解废气的成分的SCR催化剂154。入口废气温度传感器106设置在SCR系统150的上游并被配置为确定进入SCR系统150的废气的温度。
任何合适的催化剂可以用作SCR催化剂154，诸如，例如基于铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其它合适的催化剂或其组合。SCR催化剂154可以设置在合适的基底上，诸如例如，可以例如限定蜂窝状结构的陶瓷(例如，堇青石)或金属(例如，铬铝钴耐热钢(kanthal))单块芯体上。涂层(washcoat)也可以用作SCR催化剂154的载体材料。这样的涂层材料可以包括例如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其它合适的涂层材料或其组合。废气(例如，柴油机废气)可在SCR催化剂154上方和/或周围流动，使得包括在废气中的任何NOx气体被进一步还原以产生基本上没有NOx气体的废气。在一些实施例中，SCR系统150可以包括选择性催化还原过滤器(SCRF)系统或者被配置为在还原剂存在的情况下分解流过后处理系统100的废气的成分(例如，NOx气体，诸如一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮等)的任何其它后处理部件，如本文中所描述的。
在一些实施例中，除了SCR系统150之外，多个后处理部件可以定位在由壳体101限定的内部体积内。这样的后处理部件可以包括例如过滤器(例如，颗粒物质过滤器、催化过滤器等)、氧化催化器(例如，一氧化碳和/或碳氢化合物催化器)、混合器、挡板或任何其它合适的后处理部件。在特定实施例中，后处理系统100可包括氨氧化(AMOx)催化器，其定位在SCR系统150的下游，并被配置为分解在SCR系统150的下游泄露(slip)的未消耗的氨气。
入口导管102联接到壳体101的入口，并且被构造成接收来自发动机10的废气并将废气传送到由壳体101限定的内部体积。此外，出口导管104联接到壳体101的出口，并且被构造成将处理过的废气排放到环境中。入口NOx传感器103可设置在入口导管102中，并被配置为确定进入后处理系统100的废气中所包括的NOx气体的量。在一些实施例中，入口NOx传感器103可包括物理NOx传感器。在其他实施例中，入口NOx传感器103可包括虚拟NOx传感器。虽然示出为包括入口NOx传感器103，但是在一些实施例中，压力传感器、氧传感器或被配置为测量一个或更多个废气参数(例如，温度、压力、流速、废气中NOx的量等)的任何其他传感器也可以设置在入口导管102中。
出口NOx传感器105可以定位在出口导管104中，并且被配置为确定在通过SCR系统150之后排放到环境中的废气中NOx气体的量。此外，出口温度传感器111也可以设置在出口导管104中，并且被配置为测量离开后处理系统100的废气的出口废气温度。在其他实施例中，一个或更多个其他传感器也可以设置在出口导管104中，例如，颗粒物传感器、氧传感器或被配置为确定经由出口导管104被排放到环境中的废气的一个或更多个参数的任何其他传感器。
在一些实施例中，出口NOx传感器105可以包括感测元件和加热元件。例如，图1B示出了根据实施例的出口NOx传感器105的框图。出口NOx传感器包括壳体108(例如，金属壳体)，感测元件107和加热元件109设置在壳体108内。感测元件107被配置为感测从后处理系统100排出的废气中所包括的NOx气体的量(例如，浓度)，并且加热元件109被配置为将感测元件107加热到预定温度(例如，大于300、400、500、600、700或800摄氏度，包括300、400、500、600、700或800摄氏度在内)。在一些实施例中，入口NOx传感器103在结构和功能上可以类似于出口NOx传感器105。在其他实施例中，入口NOx传感器103包括虚拟传感器。
还原剂储存罐110被构造成储存还原剂。还原剂被配制以有助于废气的成分(例如，废气中所包括的NOx气体)的分解。可使用任何适当的还原剂。在一些实施例中，废气包括柴油机废气，并且还原剂包括柴油机废气处理液。例如，柴油机废气处理液可以包括尿素、尿素的水溶液或包括氨、副产物的任何其它流体或如本领域中已知的任何其它柴油机废气处理液(例如，名为
还原剂端口156可以定位在入口导管102或壳体101上，并且被构造为允许将还原剂引入到流过后处理系统100的废气的流动路径中。还原剂引入组件120流体地联接到还原剂储存罐110。还原剂引入组件120被配置为通过还原剂端口156选择性地将还原剂引入到废气流动路径中。还原剂引入组件120可包括泵，该泵被配置为将预定量的还原剂泵送至废气的流动路径中。泵可包括例如离心泵、抽吸泵(suction pump)、正排量泵、隔膜泵或任何其它合适的泵。
滤网、止回阀、脉动阻尼器或其他结构也可以定位在泵的下游，以向废气提供还原剂。在各个实施例中，还原剂引入组件120还可以包括混合室，该混合室被构造成以可控速率从定位在泵下游的计量阀接收加压还原剂。混合室还可以被构造成例如从空气供应单元接收空气或任何其他惰性气体(例如，氮气)，以便通过还原剂端口156将空气和还原剂的组合流输送到废气中。在各个实施例中，喷嘴可设置在还原剂端口156中，并被构造成将还原剂的流(stream)或射流(jet)输送到壳体101的内部体积内，以便将还原剂输送到废气中。
在各个实施例中，还原剂引入组件120还可以包括配给(dosing)阀，用于将还原剂从还原剂引入组件120选择性地输送到废气流动路径中。配给阀可以包括任何合适的阀，例如蝶阀、闸阀、止回阀(例如，斜翻盘止回阀(tilting disc check valve)、摆动式止回阀(swing check valve)、轴式止回阀等)、球阀、弹簧加载阀、空气辅助喷射器、电磁阀或任何其它合适的阀。
进料歧管130流体联接至发动机10，并被配置为将进料空气输送至可被包括在发动机10中的燃料引入系统。燃料引入系统可以使用进料空气来向发动机10提供空气/燃料混合物。进料温度传感器136联接到进料空气歧管130，并被配置为测量流过进料空气歧管130的进料空气的温度。
冷却剂循环系统140可操作地联接到发动机10，并被配置为使冷却剂循环通过发动机10(以冷却发动机10)。冷却剂温度传感器146可操作地联接到冷却剂循环系统140，并被配置为确定冷却剂的温度。
后处理系统100还包括控制器170，控制器170可以使用任何类型和任何数量的有线或无线连接可操作地联接到包括在后处理系统100中的各个传感器和组件。例如，有线连接可以包括串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。无线连接可以包括互联网、Wi-Fi、蜂窝、无线电、蓝牙、ZigBee等。在一个实施例中，控制器局域网(CAN)总线提供信号、信息和/或数据的交换。CAN总线包括任何数量的有线和无线连接。
控制器170可操作地联接到入口NOx传感器103、出口NOx传感器105、入口废气温度传感器106、出口废气温度传感器111、还原剂罐温度传感器116、进料空气温度传感器136和冷却剂温度传感器146。控制器170可被配置为从入口NOx传感器103接收入口NOx量信号，并确定进入后处理系统100的NOx气体的入口NOx量。此外，控制器170可被配置为从出口NOx传感器105接收出口NOx量信号，并确定在经过后处理系统100之后从后处理系统100排出的废气中所包括的NOx气体的量。
在一些实施例中，包括后处理系统100的交通工具或装备还可以包括物理AAT传感器16，物理AAT传感器16被配置为物理地测量AAT。控制器170还可以可操作地联接到物理AAT传感器，并被配置为基于从物理AAT传感器接收的AAT信号来确定AAT。
在物理AAT传感器16是可用的一些实施例中，控制器170可以被配置为解释从物理AAT传感器16接收的物理AAT传感器信号，并确定由AAT传感器信号提供的物理AAT数据是否有效(例如，数据是否在预定范围内)。响应于物理AAT数据有效，控制器170被配置为基于物理AAT数据和出口废气温度，例如使用方程式、算法或查找表，来估计NOx传感器露点延迟计时器。NOx传感器露点延迟计时器可以对应于激活出口NOx传感器105的时间延迟，该时间延迟允许出口NOx传感器105达到其露点。控制器170可被配置为确定NOx传感器露点延迟计时器是否被满足。计时器被满足可以包括计时器在运行了其确定的时间段之后结束。响应于NOx传感器露点延迟计时器被满足，控制器170激活出口NOx传感器105。
例如，估计的NOx传感器露点延迟计时器结束后，控制器170就可以激活加热元件109。一旦废气开始流过后处理系统100，NOx传感器露点延迟计时器就对应于使出口NOx传感器105或入口NOx传感器103达到其露点或水沸点的估计的时间段。如果在凝结在NOx传感器103、105上(例如，加热元件109或感测元件107上)的水蒸发之前，入口NOx传感器103或出口NOx传感器105(例如，包括在出口NOx传感器105中的加热元件109)被激活，则NOx传感器103、105的加热元件109可能破裂，致使NOx传感器103、105故障。估计的NOx传感器露点延迟计时器被满足后就激活NOx传感器确保了凝结在NOx传感器103、105上的任何水已经蒸发，从而防止NOx传感器103、105故障。
响应于虚拟AAT确定标准被满足，控制器170被配置为确定虚拟AAT代替物理AAT，并使用虚拟AAT来估计NOx传感器露点延迟计时器。例如，控制器170可以从进料温度传感器136接收进料温度信号，并由此确定进料温度。控制器170还可以从冷却剂温度传感器146接收流过发动机10的冷却剂的冷却剂温度信号，并由此确定冷却剂温度。此外，控制器170从还原剂罐传感器116接收还原剂温度信号，并从入口废气温度传感器106接收入口废气温度信号，并由此分别确定还原剂温度和入口废气温度。控制器170被配置为基于进料温度、冷却剂温度、还原剂温度和/或入口废气温度来确定虚拟AAT值。
在一些实施例中，控制器170可以被编程为当来自物理AAT传感器的数据无效或者物理AAT传感器(例如，物理AAT传感器16)不存在时，确定虚拟AAT确定标准被满足。例如，如果物理AAT传感器不存在(即，包括后处理系统100的交通工具或装备不包括物理AAT传感器)，则控制器170可以被配置为默认继续确定虚拟AAT。当存在物理AAT传感器时，如果物理AAT传感器数据无效(例如，损坏、通过控制器170不可读、在预定范围之外或者具有小于阈值信噪比(SNR)的SNR)，则控制器170可以继续确定虚拟AAT值。
在一些实施例中，控制器170被编程为当虚拟AAT使能标准被满足并且用户标准被满足时，确定虚拟AAT确定标准被满足。例如，虚拟AAT使能标准被满足可以包括冷却剂温度传感器146的冷却剂温度传感器状态有效、进料温度传感器136的进料温度传感器状态有效、入口废气温度传感器106的入口废气温度传感器状态有效、还原剂罐传感器116的还原剂罐温度传感器状态有效以及发动机10启动。控制器170可以被配置为确定每个相应传感器的状态是否有效(例如，传感器106、116、136、146中的每一个的输出值是否位于预定阈值内，是否在预定范围内变化，或者是否具有小于SNR阈值的SNR)。此外，用户标准被满足可包括控制器170接收到来自用户的指令，用于确定虚拟AAT、以及用于使用虚拟AAT和出口废气温度来确定NOx传感器露点延迟计时器。
然而，如果虚拟AAT使能标准不被满足(例如，从传感器106、116、136、146中的一个或更多个接收的传感器数据无效或者发动机关闭)或者用户标准不被满足(例如，控制器170从用户接收到不使用虚拟AAT值代替物理AAT值的指令)，则控制器170被配置为使用默认AAT值作为虚拟AAT值。默认AAT值可以是保护NOx传感器免于在NOx传感器的感测元件(例如，感测元件107)和加热元件(例如，加热元件109)达到露点之前过早激活的温度值。在特定实施例中，默认AAT值可以在20-30摄氏度的范围内。
响应于虚拟AAT使能标准和用户标准中的每一个被满足，控制器170被配置为基于虚拟AAT和出口废气温度来估计NOx传感器露点延迟计时器。如上所述，控制器170被配置为基于进料温度、冷却剂温度、还原剂温度和入口废气温度中的至少一个来确定虚拟AAT。
在一些实施例中，控制器170可被配置为确定后处理系统关闭时间(off time)状态是否有效(例如，后处理系统100以及由此控制器170自上次关闭以来被停用的持续时间)。响应于后处理系统关闭时间状态有效，控制器170确定后处理系统关闭时间是否等于或大于后处理系统关闭时间阈值(例如，足以将冷却剂和还原剂冷却到AAT的预定关闭持续时间，诸如8小时)。响应于后处理系统关闭时间等于或大于后处理系统关闭时间阈值，控制器170被配置为将虚拟AAT确定为进料温度、还原剂温度和入口废气温度的平均值。
响应于后处理系统关闭时间状态无效或后处理系统关闭时间小于后处理系统关闭时间阈值中的至少一个，控制器170被配置为确定冷却剂温度是否等于或大于冷却剂温度阈值(例如，在30-40摄氏度范围内的温度)。响应于冷却剂温度等于或大于冷却剂温度阈值，控制器170被配置为确定进料温度、还原剂温度和入口废气温度的标准偏差。响应于该标准偏差小于标准偏差阈值，控制器170将虚拟AAT值确定为进料温度、还原剂温度和入口废气温度的平均值。然而，响应于该标准偏差等于或大于标准偏差阈值，控制器170将虚拟AAT值确定为进料温度、还原剂温度和入口废气温度的最小值。
响应于冷却剂温度小于冷却剂温度阈值，控制器170被配置为确定进料温度、还原剂温度和入口废气温度的最小值是否等于或大于冷起动阈值(例如，10-20摄氏度范围内的预定温度)。响应于该最小值等于或大于冷起动阈值，控制器170被配置为将虚拟AAT值确定为进料温度、还原剂温度和入口废气温度的最小值。然而，响应于该最小值小于冷起动阈值，控制器170被配置为确定入口废气温度是否等于或大于入口废气冷温度阈值(例如，在零摄氏度至5摄氏度的范围内的预定温度)。响应于入口废气温度小于入口废气冷温度阈值，控制器170被配置为将虚拟AAT值确定为进料温度、还原剂温度和入口废气温度的平均值。此外，响应于入口废气温度等于或大于入口废气冷温度阈值，控制器170被配置为将虚拟AAT值确定为进料温度、还原剂温度的平均值。
在特定实施例中，控制器170可以是控制模块的一部分。例如，图2是根据实施例的包括控制器170的控制电路171的示意框图。控制器170包括处理器172、存储器174或任何其它计算机可读介质以及通信接口176。此外，控制器170还包括温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e。应理解，控制器170只示出控制器170的一个实施例，并且可以使用能够执行本文所描述的操作的任何其它控制器。
处理器172可以包括微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、ASIC芯片或任何其它合适的处理器。处理器172与存储器174通信并被配置为执行存储在存储器174中的指令、算法、命令或另外的程序。
存储器174包括本文中讨论的存储器和/或储存部件中的任何一种。例如，存储器174可以包括处理器172的RAM和/或高速缓存。存储器174还可以包括对于控制器170是本地的或远程的一个或更多个储存设备(例如，硬盘驱动器、闪存驱动器、计算机可读介质等)。存储器174被配置为存储查找表、算法或指令。
在一个配置中，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e被体现为可由处理器(例如，处理器172)执行的机器或计算机可读介质(例如，存储在存储器174中的可读介质)。如本文中所描述的，除其它用途外，机器可读介质(例如，存储器174)有助于执行某些操作以实现数据的接收和发送。例如，机器可读介质可以提供指令(例如，命令等)以例如获取数据。在这点上，机器可读介质可以包括定义数据采集(或数据传输)的频率的可编程逻辑。因此，计算机可读介质可以包括代码，代码可以用任何编程语言编写，编程语言包括但不限于Java或类似语言和任何常规的程序化编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。计算机可读程序代码可以在一个处理器或多个远程处理器上执行。在后一种情况下，远程处理器可以通过任何类型的网络(例如，CAN总线等)彼此连接。
在另一配置中，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e被体现为硬件单元，例如电子控制单元。因此，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e可以被体现为一个或更多个电路部件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等。
在一些实施例中，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e可以采取一个或更多个模拟电路、电子电路(例如，集成电路(IC)、分立电路、片上系统(SOC)电路、微控制器等)、电信电路、混合电路和任何其它类型的“电路”的形式。在这点上，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e可以包括用于完成或促进本文描述的操作的实现的任何类型的部件。例如，如本文中描述的电路可以包括一个或更多个晶体管、逻辑门(例如，NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等)、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、布线等等。
因此，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e还可以包括可编程硬件设备，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。在这点上，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e可以包括一个或更多个存储器设备，用于存储可由温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e的处理器执行的指令。一个或更多个存储器设备和处理器可以具有与下面关于存储器174和处理器172提供的定义相同的定义。
在所示的示例中，控制器170包括处理器172和存储器174。处理器172和存储器174可以被构造或配置为执行或实现本文关于温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e描述的指令、命令和/或控制过程。因此，所描绘的配置代表了前述布置，其中温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e被体现为机器或计算机可读介质。然而，如上面所提到的，该图示并不意味着限制，因为本公开设想了其他实施例，例如前述实施例，其中，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e，或者温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e中的至少一个电路，被配置为硬件单元。所有这些组合和变化均旨在落入本公开的范围内。
处理器172可以实现为一个或更多个通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理部件、或其它合适的电子处理部件。在一些实施例中，一个或更多个处理器可以由多个电路共享(例如，温度确定电路174a、物理AAT传感器信号验证电路174b、虚拟AAT确定电路174c、NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d和NOx传感器激活电路174e可以包括同一处理器或以其它方式共享同一处理器，在一些示例实施例中，该处理器可以执行经由存储器的不同区域存储的指令或以其它方式被访问的指令)。可替代地或另外地，一个或更多个处理器可以被构造成独立于一个或更多个协同处理器执行某些操作或以其它方式执行某些操作。在其它示例实施例中，两个或更多个处理器可以经由总线联接，以实现独立的、并行的、流水线式的或多线程的指令执行。所有这样的变型均旨在落入本公开的范围内。存储器174(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等)可以储存数据和/或计算机代码，以有助于本文中所描述的各个过程。存储器174可以可通信地连接至处理器172来为处理器172提供计算机代码或指令，用于执行本文中所描述的过程中的至少一些过程。此外，存储器174可以是或可以包括有形的、非临时的易失性存储器或非易失性存储器。因此，存储器174可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件、或用于支持本文描述的多种活动和信息结构的任何其它类型的信息结构。
通信接口176可以包括无线接口(例如，插孔、天线、发射器、接收器、通信接口、有线终端等)，用于例如使用CAN协议(如J1939)与各个系统、设备或网络进行数据通信。在一些实施例中，通信接口176可包括以太网卡和端口，用于经由基于以太网的通信网络和/或Wi-Fi通信接口发送和接收数据，以与入口NOx传感器103、出口NOx传感器105、入口废气温度传感器106、出口废气温度传感器111、还原剂罐温度传感器116、进料空气温度传感器136、冷却剂温度传感器146、另一控制器(例如，发动机控制单元)以及在一些实施方式中的物理AAT传感器16(当这样的传感器可用时)进行通信。通信接口176可以被构造成经由局域网或广域网(例如，互联网等)通信并且可以使用各种通信协议(例如，IP、LON、蓝牙、ZigBee、无线电、蜂窝、近场通信等)。
温度确定电路174a被配置为在存在物理AAT传感器的实施方式中接收来自物理AAT传感器16的物理AAT传感器信号、来自入口废气温度传感器106的入口废气温度信号、来自还原剂罐温度传感器116的还原剂罐温度信号、来自进料温度传感器136的进料温度信号以及来自冷却剂温度传感器146的冷却剂温度信号。控制器170被配置为解释这些信号并由此分别确定物理AAT、入口废气温度、还原剂温度、进料空气温度和冷却剂温度。
物理AAT传感器信号验证电路174b被配置为确定物理AAT传感器信号是否有效。例如，物理AAT传感器信号验证电路174b被配置为确定物理AAT传感器信号是否可读且未损坏、是否在预定范围内或是否具有可接受的SNR以确定其有效性。
如本文先前所述，虚拟AAT确定电路174c被配置为响应于物理AAT信号无效(例如，不可读或损坏)或物理AAT传感器不存在来确定虚拟AAT。此外，如本文先前所述，虚拟AAT确定电路174c可被配置为响应于虚拟AAT使能标准和用户标准被满足来确定虚拟AAT。如本文先前所述，虚拟AAT确定电路174c基于还原剂温度、入口废气温度、进料温度和冷却剂温度中的至少一个来确定虚拟AAT。
如本文先前所述，NOx传感器露点延迟计时器确定电路174d被配置为基于所确定的虚拟AAT值和出口废气温度值来估计NOx传感器露点延迟计时器。此外，NOx传感器激活电路174e被配置为确定所估计的NOx传感器露点延迟计时器是否被满足(即，结束)，并且响应于NOx传感器露点延迟计时器被满足，激活NOx传感器(例如，包括在NOx传感器中的加热元件和感测元件)。
图3A-3B是用于确定在包括NOx传感器(例如，和/或出口NOx传感器105)的后处理系统(例如，后处理系统100)外部的环境空气的虚拟AAT的方法200的示意流程图。尽管关于控制器170进行了描述，但是方法200可以用任何其他控制器170或在任何其他后处理系统中执行。
方法200包括在202解释物理AAT传感器信号，例如从物理AAT传感器接收的信号。在204，(例如，通过控制器170)确定从物理AAT传感器信号接收的物理AAT传感器数据是否有效。响应于物理AAT传感器数据有效(204：是)，方法200包括在206基于物理AAT确定NOx传感器露点延迟计时器。在208，方法200确定NOx传感器露点计时器达到或结束。响应于NOX传感器露点延迟时间结束，在210，NOx传感器被激活。
如果在204确定物理AAT传感器数据无效(204：否)，则该方法进行到操作212，并且如本文先前所述，确定虚拟AAT使能标准是否被满足且用户标准是否被满足。响应于虚拟AAT使能标准或用户标准中的至少一个不被满足(212：否)，方法200进行到操作212，并且如本文先前所述，(例如，通过控制器170)默认值被用作虚拟AAT值。响应于虚拟AAT使能标准和用户标准中的每一个都被满足(212：是)，在216，(例如，通过控制器170)基于(例如，由入口废气温度传感器106确定的)入口废气温度、(例如，由还原剂罐温度传感器116确定的)还原剂温度、(例如，由进料空气温度传感器136确定的)进料空气温度和(例如，由冷却剂温度传感器146确定的)冷却剂温度来确定虚拟AAT。在218，基于虚拟AAT来估计NOx传感器露点延迟计时器。然后，方法200进行到操作208。
图4A-4B是根据实施例的使用进料温度、冷却剂温度、储存在还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度和/或入口废气温度来确定虚拟AAT的方法300的示意流程图。方法300包括在302确定冷却剂温度(例如，通过冷却剂温度传感器146)、进料温度(例如，通过进料温度传感器136)、还原剂温度(例如，通过还原剂罐温度传感器116)和入口废气温度(例如，通过入口废气温度传感器106)。
在304，如本文先前所述，(例如，通过控制器170)确定后处理系统关闭时间状态信号是否有效。如果关闭时间状态有效(304：是)，则在306，(例如，通过控制器170)确定从后处理关闭时间值确定的后处理系统关闭时间(例如，后处理系统100不活动或关闭的时间段)是否大于或等于后处理系统关闭时间阈值。响应于后处理系统关闭时间大于后处理系统关闭时间阈值(306：否)，方法300进行到操作308，并且虚拟AAT值被确定为进料空气温度、还原剂温度和入口废气温度的平均值。然后，在310，基于虚拟AAT和出口废气温度来估计NOx传感器露点延迟计时器。
响应于后处理系统关闭时间状态信号无效(304：否)或者后处理关闭时间小于后处理系统关闭时间阈值(306：否)，在312，如本文先前所述，确定冷却剂温度是否等于或大于冷却剂温度阈值。响应于冷却剂温度等于或大于冷却剂温度阈值(312：是)，确定进料温度、入口废气温度和还原剂温度的标准偏差是否等于或大于标准偏差阈值。响应于确定进料温度、入口废气温度和还原剂温度中的任何一个的标准偏差小于标准偏差(314：否)，方法300进行到操作308，并且该方法如本文先前所述地进行。
如果确定进料温度、入口废气温度和还原剂温度的标准偏差等于或大于标准偏差阈值，则在316，虚拟AAT值被确定为进料温度和还原剂温度的最小值。然后，方法300进行到操作310。
如果在操作312确定冷却剂温度小于冷却剂温度阈值(312：否)，则方法300进行到操作318，并且确定进料温度、入口废气温度和还原剂温度的最小值是否等于或大于冷起动阈值(例如，当发动机10冷起动时废气的预定温度)。响应于该最小值等于或大于冷起动阈值(318：是)，方法300进行到操作316。
如果确定该最小值小于冷起动阈值(318：否)，则在320，确定入口废气温度是否等于或大于入口废气温度阈值(例如，在发动机10冷起动时进入SCR系统150的废气的温度)。响应于确定入口废气温度小于入口废气温度阈值(320：否)，方法300进行到操作308。如果确定入口废气温度等于或大于入口废气温度阈值(320：是)，则在322，虚拟AAT值被确定为进料温度和还原剂温度的平均值。然后，方法300进行到操作310。
应注意，本文用于描述各种实施例的术语“示例”旨在表示这样的实施例是可能的实施例的可能的示例、表示和/或说明(并且这样的术语并不意图暗示这样的实施例必须是特别的或最好的示例)。
如在本文使用的术语“联接”和类似术语意指两个构件直接或间接连结到彼此。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件附接至彼此，这样的连结可以被实现。
重要的是注意到，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施例，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。此外，应理解，来自本文公开的一个实施例的特征可与本文公开的其它实施例的特征组合，如本领域中的普通技术人员应理解的。也可在各种示例性实施例的设计、操作状况和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。
虽然本说明书包含很多特定的实施细节，但这些不应被解译为对任何发明的范围或可被要求保护的内容的限制，而是作为特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中，在独立的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何适当的子组合的方式实施。此外，虽然特征在上文可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
本公开的多个方面可以在下面的一个或更多个实施例中实现。
1)一种后处理系统，包括：
选择性催化还原系统，其被配置为处理由发动机产生的废气；
出口NOx传感器，其被配置为测量在后处理部件下游的废气中的NOx气体的量；
入口废气温度传感器，其被配置为测量流入到所述选择性催化还原系统中的废气的入口废气温度；
进料温度传感器，其被配置为确定进入所述发动机的进料空气的进料空气温度；
冷却剂温度传感器，其被配置为确定流过所述发动机的冷却剂的冷却剂温度；
还原剂罐温度传感器，其被配置为确定储存在所述后处理系统的还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度；以及
控制器，其能够操作地联接到所述出口NOx传感器、所述入口废气温度传感器、所述进料温度传感器、所述冷却剂温度传感器和所述还原剂罐温度传感器中的每一个，所述控制器被编程为响应于虚拟环境空气温度确定标准被满足：
基于所述进料空气温度、所述冷却剂温度、所述还原剂温度和/或所述入口废气温度来确定虚拟环境空气温度值，
基于所述虚拟环境空气温度值和出口废气温度来估计包括在所述后处理系统中的所述出口NOx传感器的NOx传感器露点延迟计时器，以及
响应于所述NOx传感器露点延迟计时器被满足，激活所述出口NOx传感器。
2)根据1)所述的后处理系统，其中，所述出口NOx传感器包括感测元件和加热元件，并且其中，激活所述出口NOx传感器包括激活所述加热元件。
3)根据1)-2)中任一项所述的后处理系统，其中：
所述后处理系统包括物理环境空气温度传感器，并且
所述控制器被编程为当来自所述物理环境空气温度传感器的数据无效时，确定所述虚拟环境空气温度确定标准被满足。
4)根据1)-3)中任一项所述的后处理系统，其中，所述控制器被编程为当虚拟环境空气温度使能标准被满足并且用户标准被满足时，确定所述虚拟环境空气温度确定标准被满足。
5)根据4)所述的后处理系统，其中，所述控制器被编程为当出现以下情况时，确定所述虚拟环境空气温度使能标准被满足：
所述冷却剂温度传感器的冷却剂温度传感器状态有效；
所述进料温度传感器的进料温度传感器状态有效；
所述入口废气温度传感器的入口废气温度传感器状态有效；
所述还原剂罐温度传感器的还原剂罐温度传感器状态有效；以及
所述发动机被启动。
6)根据4)或5)所述的后处理系统，其中，所述控制器被配置为响应于所述虚拟环境空气温度使能标准或所述用户标准中的至少一个不被满足，使用存储在所述控制器的存储器中的默认环境空气温度值作为所述虚拟环境空气温度值。
7)根据1)-6)中任一项所述的后处理系统，其中，所述NOx传感器露点延迟计时器对应于激活所述出口NOx传感器时的时间延迟，所述时间延迟允许所述出口NOx传感器达到所述出口NOX传感器的露点。
8)根据1)-7)中任一项所述的后处理系统，其中，所述控制器被配置为：
确定后处理系统关闭时间状态是否有效，
响应于所述后处理系统关闭时间状态有效，确定后处理系统关闭时间是否等于或大于后处理系统关闭时间阈值，以及
响应于所述后处理系统关闭时间等于或大于所述后处理系统关闭时间阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的平均值。
9)根据8)所述的后处理系统，其中，所述控制器被配置为：
响应于所述后处理系统关闭时间状态无效或后处理系统关闭时间小于所述后处理系统关闭时间阈值中的至少一个，确定所述冷却剂温度是否等于或大于冷却剂温度阈值，
响应于所述冷却剂温度等于或大于所述冷却剂温度阈值，确定所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的标准偏差，以及
响应于所述标准偏差小于标准偏差阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的平均值。
10)根据9)所述的后处理系统，其中，所述控制器被配置为：
响应于所述标准偏差等于或大于所述标准偏差阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的最小值。
11)根据9)所述的后处理系统，其中，所述控制器被配置为：
响应于冷却剂温度小于所述冷却剂温度阈值，确定所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的最小值是否等于或大于冷起动阈值，以及
响应于所述最小值等于或大于所述冷起动阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的最小值。
12)根据11)所述的后处理系统，其中，所述控制器还被配置为：
响应于所述最小值小于所述冷起动阈值，确定所述入口废气温度是否等于或大于入口废气冷温度阈值，以及
响应于所述入口废气温度小于所述入口废气冷温度阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度和所述还原剂温度的平均值。
13)根据12)所述的后处理系统，其中，所述控制器还被配置为：
响应于所述入口废气温度等于或大于所述入口废气冷温度阈值，将所述虚拟环境空气温度值确定为所述进料空气温度、所述还原剂温度和所述入口废气温度的平均值。
14)一种用于确定在后处理系统外部的环境空气温度的方法，所述后处理系统联接到发动机，所述方法包括：
响应于虚拟环境空气温度确定标准被满足，由进料温度传感器确定进入所述发动机的进料空气的进料空气温度；
由冷却剂温度传感器确定流过所述发动机的冷却剂的冷却剂温度；
由还原剂罐温度传感器确定储存在所述后处理系统的还原剂储存罐中的还原剂的还原剂温度；
由入口废气温度传感器确定进入所述后处理系统的废气的入口废气温度；
使用控制器基于所述进料空气温度、所述冷却剂温度、所述还原剂温度和/或所述入口废气温度来确定虚拟环境空气温度值；
使用所述控制器基于所述虚拟环境空气温度值和出口废气温度来估计包括在所述后处理系统中的NOx传感器的NOx传感器露点延迟计时器；以及
响应于所述NOx传感器露点延迟计时器被满足，使用所述控制器激活所述NOx传感器。
