CN101644181A - 再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于废气系统的微粒过滤器的再生装置，其中，该废气系统包括废气管以及在微粒过滤器的上游与废气管结合的催化器。该废气系统或内燃机包括喷射装置，该喷射装置与燃料箱连通并且能够将燃料、特别是包含碳氢化合物的燃料输入到废气流中。所述再生装置包括燃烧器和至少一个切换装置。所述燃烧器能够将催化器加热到发生燃料的放热反应的反应温度。所述切换装置能够根据废气系统的操作状态选择性地激活和停用燃烧器和/或喷射装置。本发明还涉及用于内燃机的废气系统，并且涉及用于废气系统的微粒过滤器再生的方法。

Description

再生装置
技术领域
本发明涉及用于废气系统的微粒过滤器的再生装置，其中，该废气系统包括用于引导热废气流离开内燃机(特别是离开柴油机)的废气管，以及在微粒过滤器的上游与废气管结合的催化器(特别是氧化催化器)，其中，该废气系统或内燃机包括与燃料箱连通并且能够将燃料(特别是包含碳氢化合物的燃料)输入到废气流中的喷射装置。
背景技术
内燃机将包含不同种类污染物的废气流排放到大气中。已开发出用于废气后处理的多种装置来减少污染物排放。例如，使用催化器将有害气态物质转化成无害成分，以及使用微粒过滤器捕获有害的固态颗粒。柴油机的排气道(exhausttract)可以例如设置有布置在其下游的柴油氧化催化器和微粒过滤器。废气流中的煤烟颗粒由微粒过滤器捕获并储存在微粒过滤器中。从特定数量起，所收集的煤烟必须从微粒过滤器中去除，使得废气排放不会受到太不能让人接受的影响。这个过程称为再生。用于微粒过滤器再生的通常处理是将微粒过滤器加热到特定温度，从而使沉积的煤烟燃烧。这在原则上能够通过任何期望的加热装置来进行。但是，这样的加热装置必须具有较高的性能以将微粒过滤器加热到煤烟的着火温度，这导致对能量和安装空间的要求增加。
因此已开发出基于二次燃料喷射(HC定量供给)原理的其它处理。在这方面，利用的事实是燃料(特别是未燃烧的碳氢化合物形式的燃料)能够在催化器中引起反应从而能够加热催化器。从特定温度(其通常称为起燃温度)起，发生燃料的放热反应，即在点燃后该反应持续独立进行，同时持续放热。催化器能够被放热反应充分加热，以将布置在下游的微粒过滤器加热到需要的温度，以便烧尽沉积的煤烟。在这种情况下不需要单独的加热装置。通常使用紧邻催化器布置的喷射装置将燃料喷射到废气流中。或者，例如通过将燃料紧接着喷射到燃烧室中，也可以在内燃机内将燃料喷射到废气流中。
但是，在起燃温度以下的催化器温度不会发生放热反应，使得通过燃料喷射进行的微粒过滤器再生只可能在内燃机的特定操作状态下进行。而且，存在燃料消耗增加的问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是使微粒过滤器的再生变得更灵活、更可靠和更节省燃料。该目的由具有权利要求1所述特征的再生装置来实现。
根据本发明，再生装置还包括：燃烧器，该燃烧器能够将催化器加热到发生所喷射燃料的放热反应的反应温度；以及至少一个切换装置，切换装置能够根据废气系统和/或内燃机的操作状态而选择性地激活和停用燃烧器和/或喷射装置。
使用燃烧器能够随时将催化器加热到起燃温度，并且能够独立于内燃机的操作状态进行所述再生。在这方面，因为根据本发明，燃烧器仅需要能够将催化器加热到反应温度，所以该燃烧器能够被设计成与用于直接加热微粒过滤器的燃烧器相比小很多且更节省能量。因为该反应温度通常比沉积煤烟颗粒的烧尽温度低很多，所以得到相当大的节省潜力。根据废气系统和/或内燃机的操作状态，切换装置能够选择和激活相应的适合的装置或两者，因而能够总体上优化再生装置的操作。
本发明还涉及一种用于废气系统的微粒过滤器再生的方法，其中，该废气系统包括：用于引导热废气流离开内燃机、特别是离开柴油机的废气管；以及在微粒过滤器的上游与废气管结合的催化器，特别是氧化催化器，其中，该废气系统或内燃机包括喷射装置，该喷射装置与燃料箱连通并且能够将燃料(特别是包含碳氢化合物的燃料)输入到废气流中。
根据本发明的方法还包括步骤：提供能够将催化器加热到发生燃料的放热反应的反应温度的燃烧器；确定废气系统和/或内燃机的操作状态；以及在再生微粒过滤器的情况下，根据所确定的操作状态，激活燃烧器和/或喷射装置。
本发明的可能的其他展开在从属权利要求、说明书和附图中阐述。
优选是使得切换装置在催化器的温度在反应温度以下并且应当进行微粒过滤器再生时激活燃烧器，并且在必要时激活喷射装置。因此，如果例如以沉积的煤烟颗粒填充微粒过滤器达到需要再生的程度，但是另一方面，例如由于内燃机刚刚启动所以催化器的温度太低以致不能进行放热反应，则切换装置能够激活燃烧器，从而实现将催化器有效而快速地加热到二次燃料喷射所需的温度。另外，激活喷射装置，除非在废气流中已包含充足的未消耗的燃料。
优选是使得切换装置在催化器的温度在反应温度以上并且应当进行微粒过滤器再生时仅仅激活喷射装置。这样，避免了燃烧器多余的操作，并且在任何可能的时候能够通过二次燃料喷射高效地进行微粒过滤器的再生。
还可以使得切换装置在催化器的温度上升到反应温度以上时再次停用燃烧器。因此，一旦催化器已达到需要的温度，就直接切换到更有效的加热原理。取决于应用的不同，可能还希望在达到反应温度后的特定时间段内同时操作燃烧器和喷射装置，或者同时操作燃烧器和喷射装置直到达到特定阈值温度。
再生装置可以被制成模块化单元，喷射装置被集成到该模块化单元中。这使得能够将再生装置安装到不同类型内燃机的排气道中，并且具有生产和维护方面的优点。
特别地，燃烧器和喷射装置可以由能够易于与多个不同废气系统结合的共同部件实现。
本发明的目的还由具有权利要求8所述的特征的废气系统来实现。
在根据本发明的再生方法中，例如通过附着到废气系统的温度传感器，能够确定催化器的温度，以便确定废气系统的操作状态。或者，还能够确定内燃机的操作参数，例如内燃机的温度或速度。
燃烧器优选是在催化器的温度在反应温度以上并且应当进行微粒过滤器再生时被激活。相反，如果催化器的温度在反应温度以上并且如果应当进行再生，则优选是仅激活喷射装置。如果催化器的温度已上升到反应温度以上，则可以再次停用燃烧器。
附图说明
下面将参考附图、通过示例描述本发明。
图1示意性示出废气系统的一部分，该废气系统包括微粒过滤器和氧化催化器，以及根据本发明的再生装置。
具体实施方式
图中示出的废气管13在布置于上游的一端从内燃机(未示出)接收热废气流，并继续引导热废气流直到排气尾管(未示出)，通过该排气尾管，废气被排放到大气中。在进入大气之前，废气流(由箭头表示)经过催化器15和微粒过滤器11，以便进行排放控制。催化器15可以是通用的氧化催化器如柴油氧化催化器。微粒过滤器11是煤烟颗粒过滤器，其从废气流中过滤出废气流中包含的煤烟颗粒并将其储存在自身内部。再生装置布置在催化器15的上游，并且在本文中被制成模块化设备或再生模块23。再生模块23包括均与废气管13连通的喷射装置17和燃烧器19二者。喷射装置17还与燃料箱(未示出)连通。再生模块23与废气管13之间的连通使得：一方面，喷射装置17通向废气管13，而另一方面，燃烧器19与催化器15充分热连通。
再生模块23能够采用4个不同的操作状态。根据第一操作状态，喷射装置17和燃烧器19二者都被停用，也就是说，既没有燃料喷射到废气流中，燃烧器19也没有加热废气流。根据第二操作状态，喷射装置17被停用，而燃烧器19被激活，也就是说，由燃烧器19加热废气流，但是没有燃料喷射。根据第三操作状态，喷射装置17被激活而燃烧器19被停用，也就是说，喷射装置17将燃料输入到废气流中，但是燃烧器19没有加热废气流。根据第四操作状态，喷射装置17和燃烧器19二者都被激活，也就是说，同时有燃料喷射到废气流中并且由燃烧器19加热废气流。
对再生模块23的各操作状态的控制通过与再生模块23连接的切换装置21进行。切换装置21可以是简单的电切换装置，其例如使用双金属片，以便进行温度确定。或者，切换装置21也可以包括复杂的集成电路。在所示实施例中，切换装置21被制成远离再生模块23布置并通过电缆与该再生模块23连接的单独的控制设备。或者，切换装置21还可以被直接制成直接位于再生模块23处或位于再生模块23中的附加部件。根据另一实施例，切换装置21还可以被整合到内燃机的控制设备中。
切换装置21接收不同的输入信号，并在这基础上控制再生模块23的操作。特别地，切换装置21接收催化器温度信号25和微粒过滤器填充信号27。但是，可以想到其它多种输入信号，通过这些输入信号，能够决定是否应当进行微粒过滤器11的再生，催化器15的温度是否在起燃温度以上，以及是否需要燃料喷射。
如果微粒过滤器填充信号27指示应当进行微粒过滤器11的再生，则切换装置21参考催化器温度信号25，检查催化器15的温度是否在发生所喷射燃料的放热反应的反应温度以下。如果催化器15的温度在反应温度以下，则燃烧器19被激活以加热废气管13以及催化器15。切换装置21于是参考催化器温度信号25、根据需要继续检查催化器温度。只要催化器温度已上升到反应温度以上，切换装置21就根据需要激活喷射装置17，从而将未燃烧的液态碳氢化合物输入到废气流中。它们在催化器15中以放热形式反应，由此释放热，并且催化器温度上升。在达到反应温度之后，燃烧器19继续加热催化器15并且喷射装置17继续喷射燃料，直到达到预定阈值温度。在达到该阈值温度后，燃烧器19被切换装置21再次停用。紧邻布置的催化器15和微粒过滤器11由所喷射燃料的放热反应加热到足以使微粒过滤器11中的煤烟颗粒燃烧从而实现微粒过滤器11的再生的温度。
在示出的实施例中，再生装置被制成模块化单元，该模块化单元包括喷射装置17以及燃烧器19。或者，喷射装置17和燃烧器19可以被实现为单个共同部件。但是，取决于应用的不同，将喷射装置17和燃烧器19制成独立的、分离的装置并将它们彼此分离布置也可能是有利的。例如，喷射装置17可以由为内燃机操作而提供的燃料喷射装置来实现。在该变型中，在膨胀周期期间以一时间延迟将燃料引入燃料室，这样，燃料以至少部分未燃烧的形式到达废气流。因此，在这里燃料喷射在内燃机内进行，使得省略了单独的喷射装置17。
通过上述再生模块23，在任何时间以及在废气系统或内燃机的任何操作状态期间，也就是说，例如包括直接在内燃机启动之后，可以进行微粒过滤器11的再生。但是不需要昂贵且耗费空间的加热装置来将微粒过滤器11直接加热到煤烟烧尽温度。而且，因为仅仅当燃料喷射还会导致期望的结果时，也就是在催化器15的温度已上升到起燃温度以上时才进行燃料喷射，所以避免增加燃料消耗。根据本发明的再生构思能够用于工厂和汽车部门中的多种不同类型的内燃机中。
附图标记列表
11    微粒过滤器
13    废气管
15    催化器
17    喷射装置
19    燃烧器
21    切换装置
23    再生模块
25    催化器温度信号
27    微粒过滤器填充信号。

Claims (13)

1、一种用于废气系统的微粒过滤器(11)的再生装置，所述废气系统包括：废气管(13)，用于引导热废气流离开内燃机，特别是离开柴油机；以及催化器(15)，特别是氧化催化器，其在所述微粒过滤器(11)的上游与所述废气管(13)结合，其中，所述废气系统或所述内燃机包括喷射装置(17)，该喷射装置(17)与燃料箱连通并且能够将燃料、特别是包含碳氢化合物的燃料输入到所述废气流中；
其特征在于：
所述再生装置包括：
燃烧器(19)，该燃烧器(19)能够将所述催化器(15)加热到发生所述燃料的放热反应的反应温度；
以及
至少一个切换装置(21)，所述切换装置(21)能够根据所述废气系统和/或所述内燃机的操作状态而选择性地激活和停用所述燃烧器(19)和/或所述喷射装置(17)。
2、根据权利要求1所述的再生装置，其特征在于，所述切换装置(21)被制成在所述催化器(15)的温度在所述反应温度以下并且应该进行所述微粒过滤器(11)再生时激活所述燃烧器(19)，并且必要时激活所述喷射装置(17)。
3、根据权利要求1或权利要求2所述的再生装置，其特征在于，所述切换装置(21)被制成在所述催化器(15)的温度在所述反应温度以上并且应当进行所述微粒过滤器(11)再生时仅仅激活所述喷射装置(17)。
4、根据任一前述权利要求所述的再生装置，其特征在于，使得所述切换装置(21)在所述催化器(15)的温度已上升到所述反应温度以上时再次停用所述燃烧器(19)。
5、根据任一前述权利要求所述的再生装置，其特征在于，所述再生装置被制成模块化单元(23)。
6、根据权利要求5所述的再生装置，其特征在于，所述喷射装置(17)集成在所述模块化单元(23)中。
7、根据任一前述权利要求所述的再生装置，其特征在于，所述燃烧器(19)和所述喷射装置(17)由共同部件实现。
8、一种用于内燃机、特别是用于柴油机的废气系统，包括：
废气管(13)，用于引导热废气流离开所述内燃机；
微粒过滤器(11)；以及
催化器(15)，特别是氧化催化器，其在所述微粒过滤器(11)的上游与所述废气管(13)结合；
其中，所述废气系统或所述内燃机包括喷射装置(17)，该喷射装置(17)与燃料箱连通并且能够将燃料、特别是包含碳氢化合物的燃料输入所述废气流中；
其特征在于：
所述废气系统还包括根据任一前述权利要求所述的再生装置。
9、一种用于废气系统的微粒过滤器(11)再生的方法，所述废气系统包括：废气管(13)，用于引导热废气流离开内燃机，特别是离开柴油机；以及催化器(15)，特别是氧化催化器，其在所述微粒过滤器(11)的上游与所述废气管(13)结合，其中，所述废气系统或所述内燃机包括喷射装置(17)，该喷射装置(17)与燃料箱连通并且能够将燃料、特别是包含碳氢化合物的燃料输入到所述废气流中；
其特征在于以下步骤：
提供燃烧器(19)，该燃烧器(19)能够将所述催化器(15)加热到发生所述燃料的放热反应的反应温度；
确定所述废气系统和/或所述内燃机的操作状态；以及
在再生所述微粒过滤器(11)的情况下根据所确定的操作状态激活所述燃烧器(19)和/或所述喷射装置(17)。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定所述催化器(15)的温度，以便确定所述废气系统的操作状态。
11、根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述催化器(15)的温度在所述反应温度以下并且应当进行所述微粒过滤器(11)再生时激活所述燃烧器(19)，并且必要时激活所述喷射装置(17)。
12、根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述催化器(15)的温度在所述反应温度以上并且应当进行再生时仅仅激活所述喷射装置(17)。
13、根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述催化器(15)的温度已上升到所述反应温度以上时再次停用所述燃烧器(19)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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