CN102782272B - 热增强器和碳氢化合物定量加料器 - Google Patents

热增强器和碳氢化合物定量加料器 Download PDF

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Abstract

一种定位在例如燃料燃烧式燃烧器的热增强器的下游的催化器。定量加料器将碳氢化合物注入到热增强器中，以维持废气温度使得催化器处于激活状态中、并且将废气温度升高至使得柴油颗粒过滤器能够被再生的水平。

Description

热增强器和碳氢化合物定量加料器
相关申请
本申请要求美国专利申请第12/639,2883号的优先权，该美国专利申请提交于2009年12月16日。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆排气系统的热增强器，更特别地，涉及一种带有碳氢化合物定量加料器的将废气温度升高以对颗粒过滤器进行再生的热增强器。
背景技术
热增强器（TE）提升废气的排气温度以激活催化器。柴油颗粒过滤器（DPF）从由柴油发动机的操作而产生的废气中移除煤烟颗粒（soot）和其他颗粒物质。该DPF久而久之会变为阻塞，这降低了发动机的操作效率。DPF需要被再生以烧掉所捕集的颗粒物质。在一些特定的应用中，TE不能够将废气温度提升至可以允许用于清除DPF的有效再生的水平。
发明内容
一种热增强器（TE）——例如燃料燃烧式燃烧器，其使用定量加料器以将碳氢化合物注入到由柴油发动机产生的废气中以便升高废气温度。
在一个例子中，催化器定位在热增强器的下游并且定量加料器出于多种目的将碳氢化合物注入到热增强器中。一个目的是维持废气温度使得催化器处于激活状态。另一个目的是将废气温度升高至使得柴油颗粒过滤器（DPF）能够被再生的水平。
在一个例子中，热增强器包括燃料燃烧式局部范围（partial range）燃烧器，其用来点燃废气以将废气温度升高至期望的温度水平。控制器以多个操作模式之一操作该燃料燃烧式燃烧器以控制废气温度。
在一个例子中，多个操作模式至少包括：仅仅包括燃烧器模式的第一模式；包括燃烧器及定量加料器模式的第二模式；以及仅仅包括定量加料器模式的第三模式。控制器以所述第一模式操作以启动燃料燃烧式燃烧器直到实现催化器的燃起温度。在催化器达到燃起温度之后，控制器以燃料燃烧式燃烧器被启动并且定量加料器将碳氢化合物添加至废气的第二模式操作，直到实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限（rich limit）。只要催化器保持激活并且碳氢化合物不在所述催化器的下游延续，则控制器就以定量加料器将碳氢化合物添加至废气的第三模式操作。
在一个例子中，催化器为柴油氧化催化器（DOC）、稀燃（lean）NOx（氮氧化物）催化器、或稀燃NOx捕集器。
本发明的这些和其他的特征可以从以下说明书和附图中得到最好地理解，以下是其简要说明。
附图说明
图1为结合有本发明的车辆排气系统的示意图。
具体实施方式
车辆排气系统10包括至少一个捕集颗粒物质的排气部件，例如柴油颗粒过滤器（DPF）12。DPF 12从由柴油发动机14的操作产生的废气中移除煤烟颗粒和其他类型的颗粒材料。当废气温度高得合适时，积聚的煤烟颗粒通过与来自发动机14的二氧化氮的反应连续地被移除。燃料燃烧式局部范围燃烧器16产生热，使得当废气温度不是充分地足够高时，DPF 12中的被捕集的颗粒物质能够在再生循环中被烧掉。
排气系统10还包括催化器18。在一个例子中，催化器为柴油氧化催化器（DOC）、稀燃NOx（氮氧化物）催化器或稀燃NOx捕集器。二氧化氮通过催化器18的催化反应从由发动机14生成的一氧化氮中产生，催化器18在DPF 12的上游。DPF 12和催化器18能够包括在共用的壳体结构内，或者能够形成为单独的部件。
燃料燃烧式燃烧器包括热增强器（TE）20，该热增强器包括在排气系统10中，以将催化器18升高到该催化器18激活的燃起温度。TE 20还增加废气温度以在低的废气温度操作状态下再生DPF 12。TE 20也能够与催化器18和DPF 12布置在共用的壳体中，或者能够是单独的结构。
定量加料器22包括在TE 20中以添加碳氢化合物HC到废气。定量加料器22引入碳氢化合物HC以利用催化器18进行反应并燃烧以增加DPF 12处的温度以用于再生目的。一个喷嘴被使用以激活催化器以及引入HC以用于再生目的。第二喷嘴能够被使用来附加地供应HC；然而，使用单个喷嘴从成本和组装的角度看提供更有益的构造。
然而，如果温度对于再生仍然不够高，则燃料燃烧式局部范围燃烧器16操作以点燃废气来将废气温度升高以再生DPF 12。在一个例子中，燃料燃烧局部范围燃烧器16在热增强器20内主动地操作以增加温度。点燃器30——例如电极——点燃经由定量加料器22提供的废气/碳氢化合物混合物以提升废气温度。
控制器40以多个操作模式之一操作燃料燃烧式局部范围燃烧器16以控制废气温度以用于DPF 12的再生。传感器32测量、监控各种不同的废气系统信息并将各种不同的废气系统信息传送至控制器40，使得控制器40能够确定用哪种操作模式来启动。例如，这些传感器能够包括温度传感器、压力传感器、发动机传感器等。此外，控制器40能够是专用于排气系统10的单独的电控单元或者微处理器，或者控制器40能够集成到现有的车辆控制单元——例如发动机控制单元——中。此外，控制器40利用软件编程并与各个不同的车辆传感器32和车辆数据链路通信，使得控制器40被提供以充足的信息以确定何时DPF 12将被再生以及用那种操作模式来启动。
在一个例子中，压力传感器能够被布置在DPF 12的上游和下游以监控DPF12的压力降。当这些压力传感器之间的压力差达到预定标准或极限时，控制器40能够启动再生循环。应当理解的是，这只是一个例子，并且其他的确定何时再生应当进行的方法也是能够使用的。
在一个例子中，多个操作模式至少包括：第一模式，该第一模式仅仅包括燃烧器模式，其中燃料燃烧式燃烧器16启动；第二模式，该第二模式包括燃烧器及定量加料器模式，在该模式中燃烧器16启动并且定量加料器22向废气供应添加剂；以及第三模式，该第三模式仅仅包括定量加料器模式，其中定量加料器22向废气供应添加剂。控制器40以第一模式操作以启动燃料燃烧式燃烧器16直到实现催化器18的燃起温度。在催化器18的激活之后，控制器40以燃料燃烧式燃烧器16被启动并且定量加料器22添加碳氢化合物HC到废气的第二模式操作，直到实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度或者燃料燃烧式燃烧器16达到富油极限。只要催化器高于燃起温度并且碳氢化合物不在柴油氧化催化器的下游延续——也就是说防止碳氢化合物经过催化器18溜走，则控制器40就以定量加料器22添加碳氢化合物HC至废气的第三模式操作。
使用TE 20允许催化器18被升高到该催化器18激活的温度。这对于任何类型的要求操作的最小温度的催化器都是有益的。TE 20包括定量加料器22以添加碳氢化合物HC以催化地燃烧，从而导致废气温度提升至足够用于再生的水平。如果废气已经处于催化器18激活的足够温度，则定量加料器22仅仅注入碳氢化合物HC以升高废气温度以用于DPF 12的再生。在过渡的操作中，燃料燃烧式燃烧器16可激活并实现催化器18的燃起温度，因而以第一模式操作。随后，控制器40切换至第二模式，从而使TE变为处于富油（rich）状态。当废气温度超过燃烧器操作范围——例如处于350℃的温度，或者如果燃料燃烧式燃烧器16达到富油极限，控制器40切换至第三模式。接着，只要催化器18的滞后现象延伸范围（hysteresis extended range）仍然保持碳氢化合物不经过催化器18溜走，则控制器40就以第三模式操作。
本发明提供一种具有与现有设计相比、以明显更高的水平配给碳氢化合物的能力的简单又容易的方法和设备。此外，仅仅需要单个定量加料器来既维持催化器18激活又再生DPF 12。
虽然已公开了本发明的优选的实施方式，本领域的普通技术人员应当了解到，可在本发明的范围内做出某些修改。为此，后附的权利要求应当被研究以确定本发明的真实的范围和内容。

Claims (17)

1.一种排气部件组件，包括：
催化器；
燃料燃烧式燃烧器，所述燃料燃烧式燃烧器升高废气温度以激活所述催化器；
定量加料器，所述定量加料器将碳氢化合物注入到所述燃料燃烧式燃烧器中，以维持废气温度，使得所述催化器处于激活状态，并且将废气温度升高至足以再生柴油颗粒过滤器或者在所述催化器上执行另一期望反应的温度水平；以及
控制器，所述控制器以多个操作模式中的至少一个模式操作所述燃料燃烧式燃烧器以控制废气温度，所述多个操作模式至少包括：第一模式，所述第一模式包括仅燃烧器模式，其中所述燃料燃烧式燃烧器是启动的，并且所述定量加料器是未启动的；第二模式，所述第二模式包括燃烧器及定量加料器模式，其中所述燃烧器是启动的，并且所述定量加料器向所述废气供应碳氢化合物；以及第三模式，所述第三模式包括仅定量加料器模式，其中所述定量加料器向所述废气供应碳氢化合物，并且所述燃烧器是未启动的。
2.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述催化器包括柴油氧化催化器、稀燃NOx催化器和稀燃NOx捕集器中的一种，并且其中所述燃料燃烧式燃烧器点燃废气，以将废气温度升高至期望的温度水平。
3.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述控制器确定废气温度是否足以激活所述催化器，并且其中如果废气温度不足以激活所述催化器，则所述控制器以所述第一模式操作以仅启动所述燃料燃烧式燃烧器直到实现所述催化器的燃起温度，并且其中如果废气温度足以激活所述催化器，则所述控制器以所述第三模式操作。
4.根据权利要求3所述的排气部件组件，其中，在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，所述控制器以所述第二模式操作，其中所述燃料燃烧式燃烧器被启动并且所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气，直到实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者所述燃料燃烧式燃烧器达到富油极限。
5.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，只要所述催化器高于燃起温度并且碳氢化合物不在所述催化器的下游延续，则所述控制器以所述第三模式操作，其中所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气。
6.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，所述控制器确定废气温度是否足以激活所述催化器，并且如果废气温度不足以激活所述催化器，则所述控制器以所述第一模式操作以仅启动所述燃料燃烧式燃烧器直到实现所述催化器的燃起温度，并且，
其中在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，所述控制器以所述第二模式操作，其中所述燃料燃烧式燃烧器被启动并且所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气，直至实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者所述燃料燃烧式燃烧器到达富油极限，并且，
其中只要所述催化器高于燃起温度并且碳氢化合物不在所述催化器的下游延续，所述控制器就以所述第三模式操作，其中所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气。
7.根据权利要求1所述的排气部件组件，其中，在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，所述控制器以第二模式操作，直到实现至少一个目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限，并且其中，当达到目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限时，则所述控制器即通过关闭所述燃料燃烧式燃烧器启动第三操作模式。
8.一种排气部件组件，包括：
柴油氧化催化器；
燃料燃烧式燃烧器，所述燃料燃烧式燃烧器将所述柴油氧化催化器升高至所述柴油氧化催化器被激活的温度；
柴油颗粒过滤器，所述柴油颗粒过滤器从废气中收集颗粒物质，其中，燃料燃烧式燃烧器增加废气温度以再生所述柴油颗粒过滤器；
定量加料器，所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述燃料燃烧式燃烧器内的废气；以及
控制器，所述控制器以多个操作模式中的一个模式操作所述燃料燃烧式燃烧器以控制废气温度以用于所述柴油颗粒过滤器的再生，并且其中所述多个操作模式至少包括：第一模式，所述第一模式包括仅燃烧器模式，其中所述燃料燃烧式燃烧器是启动的，并且所述定量加料器是未启动的；第二模式，所述第二模式包括燃烧器及定量加料器模式，其中所述燃烧器是启动的并且所述定量加料器向所述废气供应碳氢化合物；以及第三模式，所述第三模式包括仅定量加料器模式，其中所述定量加料器向所述废气供应碳氢化合物，并且所述燃烧器是未启动的。
9.根据权利要求8所述的排气部件组件，其中，所述控制器确定废气温度是否足以激活所述催化器，并且其中如果废气温度不足以激活所述催化器，则所述控制器以所述第一模式操作以仅启动所述燃料燃烧式燃烧器直到实现所述催化器的燃起温度，并且，其中在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，所述控制器以所述第二模式操作，其中所述燃料燃烧式燃烧器被启动并且所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气，直至实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者所述燃料燃烧式燃烧器到达富油极限，并且，其中只要所述催化器高于燃起温度并且碳氢化合物不在所述催化器的下游延续，所述控制器就以所述第三模式操作，其中所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气。
10.根据权利要求8所述的排气部件组件，其中，在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，所述控制器以第二模式操作，直到实现至少一个目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限，并且其中，当达到目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限时，则所述控制器即通过关闭所述燃料燃烧式燃烧器启动第三操作模式。
11.一种操作排气处理部件的方法，包括：
将催化器定位在燃料燃烧式燃烧器的下游；
将定量加料器与所述燃料燃烧式燃烧器相关联以将添加剂注射到所述催化器上游的废气中；
确定废气温度是否足以实现激活所述催化器；
如果废气温度不足以激活所述催化器，则通过仅激活所述燃料燃烧式燃烧器开启第一操作模式，并保持所述定量加料器未启动；以及
借助所述定量加料器选择性地注入所述添加剂，以维持废气温度使得所述催化器处于激活状态，并且将废气温度升高至使得柴油颗粒过滤器能够被再生的温度水平。
12.根据权利要求11所述的方法，包括以多个操作模式中的一个模式操作所述燃料燃烧式燃烧器以控制废气温度，其中，所述多个操作模式至少包括：所述第一操作模式，所述第一操作模式包括仅燃烧器模式，其中所述燃料燃烧式燃烧器是启动的而所述定量加料器是未启动的；第二操作模式，所述第二操作模式包括燃烧器及定量加料器模式，其中所述燃烧器是启动的并且所述定量加料器向所述废气供应所述添加剂；以及第三操作模式，所述第三操作模式包括仅定量加料器模式，其中所述定量加料器向所述废气供应添加剂，而所述燃料燃烧式燃烧器是未启动的。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：以所述第一模式操作以仅启动所述燃料燃烧式燃烧器直到实现所述催化器的燃起温度。
14.根据权利要求12所述的方法，包括：在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，以所述第二模式操作，其中所述燃料燃烧式燃烧器被启动并且所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气，直到实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者所述燃料燃烧式燃烧器达到富油极限。
15.根据权利要求12所述的方法，包括：只要所述催化器高于燃起温度并且碳氢化合物不在所述柴油氧化催化器的下游延续，就以所述第三模式操作，其中所述定量加料器将碳氢化合物添加至所述废气。
16.根据权利要求12所述的方法，包括：响应于仅由所述燃料燃烧式燃烧器将所述废气温度升高至足以激活催化器的水平时启动所述第二操作模式。
17.根据权利要求12所述的方法，包括：在所述催化器由于所述燃料燃烧式燃烧器被启动而达到燃起温度之后，以燃料燃烧式燃烧器和定量加料器均被启动的第二模式操作，直到实现至少一个目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限；并包括，
当实现目标温度、排气温度超过燃烧器操作温度、或者燃料燃烧式燃烧器达到富油极限时，通过关闭燃料燃烧式燃烧器启动第三操作模式。
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