CN105026713A - 具有除焦加热器的离子传感器 - Google Patents

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Abstract

一种废气处理系统，其可包括燃烧器、火焰传感器组件和控制模块。火焰传感器组件可以至少部分放置在燃烧器中，并且可以包括绝缘体和电加热元件，该电加热元件与绝缘体具有热传递的关系。控制模块可以与火焰传感器组件连通。基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可确定燃烧室中是否存在火焰。基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可检测绝缘体上的污染物。响应污染物的检测，控制模块可在第一模式下操作加热元件，其中，控制模块引起足够的电力施加到加热元件，以将加热元件的温度提升到足以将污染物从绝缘体上燃烧去除的水平。

Description

具有除焦加热器的离子传感器
技术领域
本发明涉及一种用于处理废气气体的系统。更具体地，描述了一种包括具有除焦加热器的离子传感器的废气后处理燃烧器。
背景技术
本节提供涉及本发明的背景信息，该背景信息不一定为现有技术。
为了试图在内燃机运行期间减少排放到大气中的NOX和颗粒物的量，已开发了大量的废气后处理装置。当进行柴油燃烧工序时，尤其需要废气后处理系统。用于柴油发动机废气的典型的后处理系统可包括一个或多个柴油颗粒过滤器(DPF)、选择性催化还原(SCR)系统、碳氢化合物(HC)喷射器和柴油氧化催化剂(DOC)。
在发动机运行期间，DPF阻挡由发动机排出的烟尘，并且减少颗粒物(PM)的排放。随着时间的推移，DPF变得被充满且开始阻塞。为了正常运行，需要周期性的再生或氧化在DPF中被阻挡的烟尘。要再生DPF，在废气流中需要相对高的废气温度结合充足的氧气，以氧化在过滤器中被阻挡的烟尘。
DOC通常被使用于产生热量，以再生充满烟尘的DPF。当碳氢化合物(HC)在特定的点火温度或高于特定的点火温度下被喷洒于DOC时，HC将氧化。该反应高度放热，并且在点火期间废气气体被加热。被加热的废气气体被使用于再生DPF。
然而，在许多发动机运行的条件下，要达到大约300℃的DOC点火温度，废气还不够热。如此，DPF再生不会被动地出现。更进一步，NOX吸附器和选择性催化还原系统通常需要最小废气温度，以正常运行。因此，可设置燃烧器，以在多种后处理装置的上游将废气流加热到适合的温度，以促进DOC点火、后处理装置的再生和有效运行。虽然在过去燃烧器已经与废气处理系统相关，但有益的是，提供一种改进的燃烧器和混合器系统，以提供在极低的温度下的改进的点火、在废气和燃烧器之间的改进的热传递、改进的燃油效率和/或能源使用以及稳健的使用寿命。
发明内容
本节提供本发明的总体概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面的公开。
在一种形式中，本发明提供了一种废气处理系统，以提高从内燃机排出的废气气体的温度。废气处理系统可包括燃烧器、火焰传感器组件和控制模块。燃烧器可至少部分放置在废气气体通路中，该废气气体通路位于内燃机和废气后处理装置之间。燃烧器可包括燃烧室并且被配置为在燃烧室中燃烧燃料。火焰传感器组件可至少部分放置在燃烧器中，并且可包括绝缘体和电加热元件，该电加热元件与绝缘体具有热传递的关系。控制模块可与火焰传感器组件连通。基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可确定燃烧室中是否存在火焰。基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可检测绝缘体上的污染物。响应污染物的检测，控制模块可在第一模式下操作加热元件，其中，控制模块引起足够的电力施加到加热元件，以将加热元件的温度提升到足以将污染物从绝缘体上燃烧去除的水平。
在另一种形式中，本发明提供了一种废气处理系统，其可包括燃烧器、火焰传感器组件和控制模块。燃烧器可至少部分放置在废气气体通道中，该废气气体通道位于内燃机和废气后处理装置之间。燃烧器可包括燃烧室并且被配置为在燃烧室中燃烧燃料。火焰传感器组件可至少部分放置在燃烧器中并且可包括绝缘体和电加热元件，该电加热元件与绝缘体具有热传递的关系。控制模块可与火焰传感器组件电连通。基于加热元件的反馈，控制模块可操作以确定燃烧室中是否存在火焰。
进一步的适用领域将通过在此提供的描述变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例目的仅在于说明，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
在此描述的附图仅作为所选实施方式而非所有可行实施的说明用途，并且不旨在限制本发明的范围。
图1是发动机和根据本发明的原理的废气后处理系统的示意图；
图2是图1的废气后处理系统的燃烧器的立体视图；
图3是燃烧器的分解立体视图；
图4是燃烧器的立体剖视图；
图5是燃烧器的剖视图；
图6是燃烧器的喷嘴组件的立体视图；
图7是沿图6的线7-7所取的喷嘴组件的剖视图；
图8是沿图6的线8-8所取的喷嘴组件的剖视图；
图9是沿图6的线9-9所取的喷嘴组件的剖视图；
图10是示出了燃烧器的火焰传感器的操作的流程图；
图11是被安装在根据本发明的原理的混合器外壳中的燃烧器的剖视图；
图12是图11的燃烧器和混合器外壳的立体剖视图；并且
图13是图11的混合器外壳的侧视图。
遍及附图的多个视图，相应的附图标记表示相应的部分。
具体实施方式
将参考附图更全面的描述示例实施方式。
提供示例实施方式，以便本发明是详尽的且全面地将范围传达给本领域的技术人员。阐述了许多具体的细节，诸如特定的部件、装置以及方法的示例，以提供本发明的实施方式的全面理解。对于本领域的技术人员将显而易见的是，具体的细节不需要被采用，示例实施方式可以多种不同的形式被实施，并且实施方式都不应该被理解为限制了本发明的范围。在某些示例实施方式中，不会详细的描述众所周知的工序、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
本文使用的术语的目的仅在于描述特定的示例实施方式，并且不旨在进行限制。如本文所使用的，除非上下文明确的指出，不然单数形式“一”、“一个”和“该”也可能旨在包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”、“具有”是开放式的，并且因此说明了所表示的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或增加。除非具体确定为执行的顺序，否则本文所描述的方法步骤、工序和操作不被理解为它们必须需要以所讨论或示出的特定的顺序来执行。还应该理解的是，可采用额外的或可选的步骤。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”或“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，该元件或层可直接在另一元件或层上或直接接合到、连接到或耦合到另一元件或层上，或可存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可能没有中间元件或层存在。应该以相同的方式来解释使用于描述元件之间的关系的其他词汇(例如“之间”与“直接地在之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关的列出的项的一个或多个的任何及所有组合。
尽管在本文中术语第一、第二、第三等可被使用于描述多种元件、部件、区域、层和/或段，这些元件、部件、区域、层和/或段不应该被这些术语限制。这些术语仅可被使用于将一个元件、部件、区域、层或段和另一个元件、层或段区分开。除非由上下文明确地指出，否则当本文中使用诸如“第一”、“第二”和其他数字术语时并不表示序列或顺序。从而，在不背离示例实施方式的教导的情况下，下面所讨论的第一元件、部件、区域、层或段可被命名为第二元件、部件、区域、层或段。
诸如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等空间相关的术语可在本文中被使用于简化描述，以描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相关的术语可旨在涵盖除了附图所描绘的方位以外的、使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果颠倒在图中的装置，被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件则应该被定向为在其他元件或特征的“上面”。从而，示例术语“下面”能同时涵盖上面的方位和下面的方位。装置可被不同的定向(旋转90度或处于其他方位)，并且相应地理解在本文中使用的空间相关的描述信息。
图1示出了废气气体后处理系统10，其用于处理从示例发动机12输出到主废气通路14的废气。进气通道16被耦合到发动机12，以向其提供燃烧空气。涡轮增压器18包括被放置在废气流中的驱动构件(未示出)。在发动机运行期间，废气流在进入发动机12之前引起驱动构件旋转并且提供压缩空气给进气通道16。应了解的是，废气气体后处理系统10还能被使用于处理从不包括涡轮增压器的自然吸气式发动机或任何发动机输出的废气。
废气后处理系统10可包括燃烧器26，燃烧器26接收且燃烧来自燃料传输系统98的燃料和来自空气传输系统110的空气。燃烧器26被放置在涡轮增压器18的下游和若干废气后处理装置的上游。例如，废气后处理装置可包括碳氢化合物喷射器28、柴油氧化催化剂30和/或柴油颗粒过滤器32。
燃烧器26可被放置为与流过主废气通路14的废气气体有热传递关系。如图1所示，燃烧器26可至少部分地被置于混合器外壳400中。混合器外壳400可为置于主废气通路14中的一部分，以便废气气体可流到混合器外壳中并且围绕燃烧器26，以在废气气体和燃烧器26之间传递热量。燃烧器26可被用于将通过主废气通路14的废气气体加热到提升DOC30的效率且允许DPF32的再生的升高的温度。另外地或可选地，燃烧器26可被使用于在发动机12启动之前预热排放系统，以便在发动机启动时提高排放系统的效率，从而减少冷启动排放。
如图2至5所示，燃烧器26可包括外壳组件40、喷嘴组件36和火焰传感器组件37。外壳组件40可被构造为金属制部件的多件式组件。外壳组件40可包括外壳体42、中间壳体44和内壳体46。如图4和5所示，外壳体42、中间壳体44和内壳体46可大致彼此同心，以便外壳体42和中间壳体44可协作限定它们之间的第一环形通道48，并且中间壳体44和内壳体46可协作限定在它们之间的第二环形通道50。第一环形通道48和第二环形通道50可通过在中间壳体44中的一个或多个孔49互相流体连通。
壳体42、44、46可分别包括通大致圆柱状的管部51、52、54和大致漏斗状的后壁部56、58、60。分别的管部51、52、54的第一端部62、64、66可被分别焊接或附接于后壁部56、58、60的第一端部68、70、72。外管部51和内管部54的各自的第二端部74、78可被焊接或附接于中间管部52的第二端部76。内壳体46的内表面96可限定燃烧室94(如图4和5中所示)。火焰管95可被置于燃烧室94中，以作用为引起在燃烧室94中的贫氧燃烧物的再循环的汽化元件。再循环导致燃料的完全汽化，并且可致使在燃烧室94中的火焰是表示清洁燃烧、低排放火焰的蓝色火焰。火焰管95可通过一个或多个支架92被连接到内表面96。叶片扩压器77可在管部51、52、54的第二端部74、76、78处或附近处被连接到外壳组件40，并且可使排出燃烧器26的加热空气扩散和打旋。
后壁部56、58、60的第二端部80、82、84可固定地支撑喷嘴衬套86，喷嘴衬套86容纳喷嘴组件36。喷嘴衬套86可相对于第二端部80、82、84滑动，以允许中间壳体44和内壳体46相对于彼此和相对于外壳体42热膨胀和收缩。喷嘴衬套86可为包括主孔87和凹陷部88的环形组件。凹陷部88可被设置为邻近燃烧室94，并且可包括与第二环形通道50流体连通的多个径向延伸孔90。喷嘴组件36被固定地容纳于主孔87中。喷嘴组件36的一部分可至少部分延伸穿过靠近燃烧室94的凹陷部88。
外壳体42的后壁部56可包括在空气传输系统110和第一环形通道48之间提供流体连通的空气入口119。如图4所示，在操作燃烧器26期间，来自空气传输系统110的空气可从空气入口119流到蜿蜒的流动路径中，穿过第一和第二环形通道，并且进入到燃烧室94中。即是，来自空气传输系统110的空气可流到空气入口119中，随后穿过第一环形通道48。该空气随后可通过孔49流到第二环形通道50中。该空气随后可流过环形通道50，并且通过在喷嘴衬套86中的孔90进入到燃烧室94中。在燃烧室94中，空气和燃料可被点燃。在点燃之后，在燃烧室94中燃烧之前，随着空气流过蜿蜒的流动路径，流过第一和第二环形通道48、50的进入空气可吸收来自外壳体42、中间壳体44和内壳体46的热量以及来自燃烧室94中的火焰的热量。以这种方式，在燃烧之前空气能被预热并且能冷却外壳体42、中间壳体44和内壳体46。喷嘴组件36可喷射且点燃接收自燃料传输系统98的燃料和接收自空气传输系统110的空气的混合物。例如，燃料可为传统的柴油燃料或任何烃基或氢基燃料。喷嘴组件36可被构造为喷射燃料和空气的组合的喷射器，或可提供燃料和空气的分开的喷射器。
如图6至9所示，喷嘴组件36可包括主体部120、外喷嘴体部122、内喷嘴体部123、喷嘴帽124和热线点火塞126。主体部120包括具有外表面128和径向延伸凸缘130的大致圆柱状的构件。如图4和5所示，外表面128可被容纳于主孔87中，以便凸缘130邻接喷嘴衬套86的轴向端部132。多个螺栓134(图2和3)可将凸缘130固定于喷嘴衬套86。应了解的是，例如，主体部120可通过任何其他适合的方式被固定到喷嘴衬套86，诸如焊接或压入配合。在某些实施方式中，主体部120可与喷嘴衬套86被一体地形成。
如图7至9所示，主体部120还可包括第一凹槽136、中心孔138和第二凹槽140。热线点火塞126可与第一凹槽136螺纹接合，并且可延伸穿过中心孔138和第二凹槽140。外喷嘴体部122可被固定地容纳于第二凹槽140中。内喷嘴体部123被可滑动地容纳于中心孔138中，以允许内喷嘴体部123的轴向膨胀和收缩，以允许内喷嘴体部123的轴向热膨胀和收缩。
主体部120还可包括燃料入口通道97(图8中示出)和空气入口通道99(图9中示出)。燃料入口通道97可延伸穿过主体部120的端部142到达第一凹槽136。空气入口通道99可延伸穿过主体部120的端部142到达第二凹槽140。
如图1所示，燃料入口通道97与燃料传输系统98流体连通。燃料传输系统98可包括由燃料管路108互相连接的燃料箱100、燃料过滤器102和燃料泵104。在某些实施方式中，燃料泵104可为计量式泵，其中增加或减少泵电动机转速以控制燃料传输速率。基于来自火焰传感器组件37的反馈可控制泵104。在某些实施方式中，燃料传输系统98可包括控制燃料传输的燃料模块(未示出)。燃料管路108可直接地或间接地与燃料入口通道97耦合。燃料传输系统98的部件的操作选择性地将燃料提供给喷嘴组件36。空气入口通道99与空气传输系统110流体连通。空气传输系统110可包括副空气过滤器112和MAF传感器114。压缩机116接收穿过副空气过滤器112和MAF传感器114的空气。压缩机116可包括增压机、涡轮增压器18或独立式电动压缩机的一部分。压缩机116的输出通过空气供应管路118被提供给空气入口通道99。空气供应管路118还将空气供应到外壳体42的空气入口119。
在一些实施方式中，阀117可被置于压缩机116的下游，以控制进入到喷嘴组件36和进入到入口119的空气流。阀117可被配置为保证预定量的空气流入到喷嘴组件36中。例如，在一些实施方式中，阀117可被配置为使得在喷嘴组件36的入口处的空气气压为大约每平方英寸(psi)五磅，比在入口119处的空气气压高。然而，应了解的是，流过空气供应管路118的大多数空气可流到入口119中，伴随着相对小部分的空气转移到喷嘴组件36，以雾化在喷嘴组件36中的燃料。
再次参考图6至9，外喷嘴体部122可包括圆柱部144和截头锥形部146。圆柱部144可被固定地容纳于主体部120的第二凹槽140中，以便截头锥形部146邻接主体部120的端部。外喷嘴体部122可被焊接于或固定于主体部120。
外喷嘴体部122还可包括第一凹槽148和第二凹槽150。第一凹槽148可部分地由环形凸缘152限定。第二凹槽150可从圆柱部144的轴向端部延伸穿过截头锥形部146的一部分然后进入到第一凹槽148中。第二凹槽150可由圆柱环形表面153和邻近第一凹槽148的锥状环形表面154限定。
内喷嘴体部123可包括体部156和头部158。体部156可从主体部120的第一凹槽136延伸穿过中心孔138然后穿过第二凹槽140的一部分。体部156可包括外表面160和内表面162。外表面160可包括圆柱部164和锥状部166。例如，圆柱部164可通过滑动配合被容纳于中心孔138中。外表面160的圆柱部164和锥状部166可与外喷嘴体部122的圆柱环形表面153和锥状环形表面154分别协作，以限定与空气入口通道99流体连通的环形通路168。内喷嘴体部123的体部156的内表面162可限定具有锥状端部172的大致圆柱形的内腔170。内腔170可通过第一凹槽136与燃料入口通道97流体连通。
内喷嘴体部123的头部158可从体部156的锥状部166的端部径向向外延伸。喷嘴帽124和头部158可被容纳于外喷嘴体部122的第一凹槽148中。喷嘴帽124可被焊接于外喷嘴体部122，从而将头部158固定于第一凹槽148中。头部158可包括燃料排出孔174和多个空气排出孔176。燃料排出孔174可与内腔170和喷嘴帽124的出口孔178流体连通。空气排出孔176可与环形通路168和喷嘴帽124的出口孔178流体连通。从燃料排出孔174排出的燃料在出口孔178中和/或出口孔178的下游可通过来自空气排出孔176的高压空气被雾化。
热线点火塞126可包括衬套部180和加热棒182。例如，热线点火塞126可为120W的京瓷(Kyocera)SiN热线点火塞，或者任何其他适合的热线点火塞和其他加热元件。衬套部180可被螺纹地容纳于主体部120的第一凹槽136中。加热棒182可从衬套部180延伸到内腔170中。加热棒182和内腔170的尺寸可设置为使得在加热棒182和内喷嘴体部123的体部156的内表面162之间存在环形空间184。
虽然喷嘴组件36在上面被描述为包括一体的热线点火塞，但是额外地或可选地，火花塞或其他点火装置可被提供用于点燃燃料和空气。火花塞或其他点火装置可与喷嘴组件36分离且区分开，或被集成在其中。
提供控制模块38(图1)，以监测且控制穿过喷嘴组件36的燃料流和空气流，并且使用任何适合的处理器、传感器、流量控制阀、线圈等来监测和控制热线点火塞126的操作。控制模块38可包括或属于专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的(共享、专用或组)处理器和/或(共享、专用或组)存储器、组合逻辑电路和/或提供描述的功能的其他适合的部件。控制模块38可属于或包括控制一个或多个其他车辆系统的控制单元。可选地，控制模块38可为专用于废气后处理系统10的控制单元。
控制模块38可以多个操作模式中的其中一个来操作热线点火塞126，以达到特定的目的。例如，控制模块38可以高功率电平操作热线点火塞126，以将内喷嘴体部123中的燃料加热到超过燃料的自燃点的温度，以便当燃料在出口孔178和/或在燃烧室94中接触到加压空气时，燃料自发地点燃。一旦燃烧器26被点着，控制模块38可终止或减少给热线点火塞126的电力，以将热线点火塞126的温度降低到点火塞126预热燃料以允许燃料在火焰管95中被动地汽化的温度点。
周期性地和/或在燃烧周期结束时(即是，当控制模块38确定后处理装置已被充分地加热到燃烧器26不需要运行以加热后处理装置的温度点时)，可以清洁模式或除焦模式操作热线点火塞126。在清洁模式或除焦模式中，给喷嘴组件36的燃料供应可被切断，并且热线点火塞温度可增加，以将可能积累在喷嘴组件36上的任何漆和/或碳沉积物烧尽。在该清洁周期完成后，热线点火塞126可掉到低电平，并且热线点火塞126的温度可被监测(应了解的是，在热线点火塞126运行期间的任何时间，热线点火塞126的温度都可被监测)。热线点火塞的温度监测可通过基于热线点火塞126的电阻的计算来完成，能基于供给热线点火塞126的电压和电流确定热线点火塞126的电阻。在某些实施方式中，在清洁和/或监测周期期间，空气可继续通过喷嘴组件36被泵送，以防止烟尘和/或其他残渣从燃烧室94进入喷嘴组件36。
在上述的任何或所有操作模式期间，都能进行基于热线点火塞的电阻的热线点火塞126的温度监测。控制模块38可基于热线点火塞126的温度调整热线点火塞126的功率电平(例如，脉冲宽度调制占空比)。以这种方式，控制模块38可供应不多于实现特定目的所需要的电力。监测热线点火塞温度和相应地调节功率电平还能保证热线点火塞126不被加热超过其额定温度阈值，也不经受归因于比阈值速率更快的加热和/或冷却的热冲击，从而防止热线点火塞126因为过热而损坏。
目前参考图1和5，火焰传感器组件37可由外壳组件40的后壁部56、58、60支撑。火焰传感器组件37可包括衬套190、火焰棒192、绝缘体193和加热元件194(示意性地在图5中示出)。衬套190可接合后壁部56、58、60中的一个或多个，并且可容纳火焰棒192和绝缘体193。绝缘体193可为由氧化铝形成的管状物，并且可包围火焰棒192的一部分。加热元件194可在靠近后壁60处(即是在燃烧室94的入口点)被嵌入到绝缘体193中。绝缘体193可穿过后壁58、60且可滑动地接合后壁58、60，并且间隙可被设置以减少它们之间的空气泄漏。
火焰棒192可为细长的耐高温线缆，其包括可至少部分地被放置到燃烧室94中或靠近燃烧室94的电极196。可将偏压施加到火焰传感器192，以创造从电极196到接地极的电场，接地极诸如内壳体46。当施加电压时，电场可从电极196辐射到接地极。如果电场中存在自由离子，则离子电流可流动。离子电流的幅值提供了离子密度的表示。控制模块38探测到并且接收到来自火焰传感器组件37的表示离子电流的信号，以确定燃烧室94中存在或不存在火焰。传感器组件37还可确定绝缘体193是否结垢。虽然火焰传感器192在上面被描述为离子传感器，但是应了解的是，在某些实施方式中，例如，火焰传感器192可包括任何其他类型的火焰传感器，诸如光学传感器或热电偶。
例如，传感器组件37的加热元件194可包括被嵌入到绝缘体中的电阻加热器，或任何适合的电阻加热装置。加热元件194与绝缘体193呈热传递关系，并且可与电极196同轴。绝缘体193可使加热元件194与电极196和外壳组件40的任何金属部件电绝缘，并且可起到耐热的结构支撑的作用。加热元件194可至少部分地被置于燃烧室94中。在示例性实施方式中，加热元件194在长度上可跨越至少大约10mm，并且可被设置为离电极196的远端尖端大约20mm。
如随后将描述的，加热元件194可以清洁或除焦模式以及以监测模式操作。在除焦模式中，控制模块38可使得电流被施加到加热元件194，以将归因于暴露于废气气体和/或燃烧室94中的燃烧的、积累在绝缘体193上的任何沉积物和/或污垢燃尽。在监测模式中，控制模块38可将减少的电流施加到加热元件194，并且基于施加于加热元件194的电压和电流确定加热元件194的电阻。根据该电阻，能从查询表计算或确定加热元件194的温度。以这种方式，控制模块38能使用加热元件194作为燃烧室温度传感器。即是，加热元件194的温度表示燃烧室94的温度。控制模块38可将从加热元件194获得的温度数据与来自火焰传感器192的数据相比较。如果来自加热元件194的数据表明燃烧室94中存在火焰，而火焰传感器192没有表明火焰存在，则控制模块38可以减少容量模式或“慢进模式(limp mode)”来操作燃烧器26，而不是完全禁用燃烧器26。
通过烟尘、油渍和/或其他污垢的沉积物可发生绝缘体193结垢，该沉积物形成了从火焰棒196到接地极的导电桥，绝缘体在此处穿过后壁60。当绝缘体193结垢时，可能无法区分通过火焰的离子电流和通过导电污垢到接地极的漏电流。因此，控制模块38可确定绝缘体193是否足够干净，以允许在燃烧器26点燃之前火焰传感器组件37正常工作。如果火焰传感器组件37被确定为准备就绪，控制模块38可点燃燃烧器26。
控制模块38可判断许多其他参数，这些参数包括燃烧的存在和在燃烧器26的下游处的主废气通路14中的废气气体的温度，以确定何时停止供应燃料和空气到燃烧器26。例如，控制模块38可接收来自位于燃烧器26中或主废气通路14中的一个或多个温度传感器的信号，以通过操作燃烧器26进行闭环控制，以在特定的位置保持期望的温度。如果燃烧意外熄灭，则控制模块38可停止供应燃料和/或尝试重新点燃燃烧器26。其他控制方案也在本发明的范围内。
参考图10，将详细地描述操作传感器组件37的方法。在步骤210，点燃燃烧器26之前，控制模块38可使得偏压施加到火焰传感器192。在步骤220，可确定产生的通过火焰传感器192的电流。在步骤230，控制模块38可确定通过火焰传感器192的电流(在步骤220确定的)是否比预定的值更小或者更大。当火焰没有出现在燃烧室94中时，通过火焰传感器192的任何可感知的电流表示烟尘和/或其他污垢已积累在绝缘体193上，并且探测到的电流是通过绝缘体193上的污垢的漏电流。因此，预定值可为非常小的值或表示绝缘体193上的、可影响火焰传感器192的性能的一定量的污垢的任何值。
如果在步骤230处控制模块38确定通过火焰传感器192的电流比预定值更大，则控制模块38可在步骤240使得加热元件194以除焦模式操作。在除焦模式中，例如，电力可通过脉冲宽度调制被施加到加热元件194，以将加热元件194的温度升高到将绝缘体193的烟尘沉积物和/或其他污垢燃尽的温度(例如，大约650摄氏度或更高)。控制模块38可改变给加热元件194的脉冲宽度调制电力的占空比，以控制加热元件194的温度。加热元件194的温度可通过首先基于已知的电压和探测的流过的电流来计算加热元件194的电阻来确定。例如，随后加热元件194的温度能基于电阻通过计算或查询表被确定。
在以除焦模式操作加热元件194期间，如关于步骤210-230的上述，控制模块38可继续监测流过火焰传感器192的电流。当绝缘体193的烟尘和/或其他污垢被燃尽时，通过火焰传感器192的电流可降低到可接受的电平。一旦电流到达可接受的电平，控制模块38可在步骤250处使得加热元件194以监测模式来操作。
在监测模式中，控制模块38可将减小的占空比应用到加热元件194。应用于在监测模式中的加热元件194的占空比可为允许计算加热元件194的电阻以便加热元件194的温度能被监测的任何占空比。以这种方式，加热元件194可提供反馈给控制模块38，该反馈表示燃烧室94的温度以及在燃烧室94中是否存在火焰。在一些实施方式中，不给在监测模式中的加热元件194提供比计算加热元件194的电阻所需的电流更多的电流。
在步骤255，控制模块38可确定条件是否为燃烧器26应该被操作以加热在主废气通路14中和/或一个或多个后处理装置中的废气气体。如果控制模块38确定燃烧器26应该被操作，则控制模块38可在步骤206处操作燃烧器26并且继续操作火焰传感组件37。即是，燃料和空气可被供应到燃烧器26且在其中被点燃，并且电压可被施加到火焰传感器192。在步骤270，控制模块38可确定作为施加于火焰传感器192的偏压的结果的、通过火焰传感器192的离子电流。在步骤280，控制模块38可确定通过火焰传感器192的离子电流是否表示燃烧室94中存在火焰。如果来自火焰传感器192的数据显示燃烧室94中存在火焰，则控制模块38可在步骤290处确定接收自加热元件194的温度数据(在监测模式中的加热元件194的操作期间)是否也表示在燃烧室94中存在火焰。如果来自加热元件194的温度数据也表示在燃烧室94中存在火焰，则燃烧器26的操作可根据需要继续。如果来自加热元件194的温度数据表示在燃烧室94中不存在火焰，则控制模块38可在步骤300处以减少容量模式或慢进模式来操作燃烧器26。控制模块38还可生成出错信号，该出错信号警告车辆驾驶员已在后处理系统10中探测到故障，并且需要维修后处理系统10。
在步骤280，如果来自火焰传感器192的数据表示在燃烧室94中不存在火焰，则控制模块38可在步骤310处确定接收自加热元件194的温度数据是否也表示在燃烧室94中火焰不存在。如果来自加热元件194的温度数据也表示在燃烧室94中火焰不存在，则控制模块38在步骤320处可将燃烧器26关掉(即是，终止供应燃料和空气给燃烧器26)。如果来自加热元件194的温度数据表示在燃烧室94中存在火焰，则控制模块38在步骤300处可以减少容量模式或慢进模式操作燃烧器26，并且生成警告驾驶员已在后处理系统10中探测到故障的出错信号。
应了解的是，加热元件194对于温度变化的响应时间可比火焰传感器192的响应时间慢。因此，当确定来自加热元件194的温度数据是否表示在燃烧室94中存在或不存在火焰时(在步骤290和310处)，控制模块38可考虑加热元件194的滞后的响应时间。
参考图1以及11至13，将详细地描述混合器外壳400。混合器外壳400可相对于主废气通路14支撑燃烧器26，并且可流体地耦合主废气通路14的上游部401和下游部403(图1和11)。混合器壳体400可包括主体部402、入口体部404、第一叶片扩压器406和第二叶片扩压器408。
主体部402可包括管状壳体410和环形后壁412。管状壳体410可包括第一轴向端部414和第二轴向端部416以及被置于第一轴向端部414和第二轴向端部416之间的入口418。后壁412可在第一轴向端部414处被固定地附接于管状壳体410或与管状壳体410被一体地形成。第一扩压器406可被置于管状壳体410中，并且可相对于管状壳体410被固定于入口418和第二轴向端部416之间。第二扩压器408可在第二轴向端部414处或附近被固定地附接于管状壳体410。以这种方式，混合器外壳400可限定在管状壳体410中、后壁412和第一扩压器406之间的第一室420以及在管状壳体410中、第一扩压器406和第二扩压器408之间的第二室422。第二轴向端部414和第二扩压器408可限定第二室422的出口，该出口与主废气通路14的下游部403流体耦合。
第一扩压器406和后壁412分别均可为包括中心开口424、426的环形构件。燃烧器26可延伸穿过开口424、426，并且燃烧器26的外壳体42可固定地与后壁412和第一扩压器406接合。以这种方式，燃烧器26的外壳组件40的至少一部分可被容纳于第一室420中。燃烧器26的外壳组件40的管部51、52、54可大致与混合器外壳400的管状壳体410同心(即是，管部51、52、54可与管状壳体410分享共同的纵轴线A1)。应了解的是，然而，在某些实施方式中，管部51、52、54相对于管状壳体410是偏心的。
外壳组件40的管部51、52、54的第二端部74、76、78可延伸到第二室422中，以便加热的空气和燃烧气体可通过扩压器77排出燃烧器26，然后流到第二室422中，在第二室422中加热的空气和燃烧气体可与来自主废气通路14的废气气体混合。废气气体和加热气体的混合物可从燃烧器26通过第二扩压器408排出混合器外壳400，然后流到主废气通路14的下游部403中。
入口体部404可为管状构件，其包括纵轴线A2、第一轴向端部430和第二轴向端部432。第一轴向端部430可与主废气通路14的上游部401流体耦合。第二轴向端部432可与主体部402的入口418流体耦合。以这种方式，入口体部404将废气气体从主废气通路14的上游部401供给到混合器外壳400的第一室420中。
入口体部404相对主体部402可被放置为使得入口体部404的纵轴线A2可与管状壳体410的纵轴线A1大致垂直(如图11和13所示)并且偏离纵轴线A1，以便纵轴线A1、A2彼此不交叉(如图13所示)。在其他实施方式中，轴线A2可与轴线A1平行且交叉(即是，入口体部404可径向地从主体部402延伸)。
图13中所示的入口体部404相对于主体部402偏移的位置(即是，轴线A2相对于轴线A1偏移的位置)可允许至少一部分废气气体大致切向地进入第一室420。进入到第一室420中的切向的气流可在第一室420中引起旋流，并且可促使通过围绕外壳组件40的环形空间的废气气流更均匀，从而改善从外壳组件40的外表面到废气气体的热传递。在第一室420中的废气气体可与在燃烧器26中的燃烧气体和空气流体隔离，直到废气气体以及来自燃烧器26的空气和燃烧气体在第二室422中合并。
废气气体可从第一室420流过第一扩压器406进入第二室422。第一扩压器406的叶片407可进一步促使穿过其中的废气气体打旋。燃烧器26的扩压器77的叶片75可促使排出燃烧器26的加热空气和燃烧气体打旋。在第二室422中的废气气体、加热空气和燃烧气体的旋流可促进废气气体与加热空气和燃烧气体的混合，并且促进在第二室422中的废气气体的加热。第二扩压器408的叶片409可进一步促使废气气体和加热空气和燃烧气体的混合物在排出第二室422且流到主废气通路14的下游部403中时打旋。以这种方式，在主废气通路14的下游部403中的废气气体可在与后处理装置28、30、32(图1)相互作用之前被充分地加热。
在某些实施方式中，扩压器77、406、408的叶片75、407、409均可沿相同的方向被倾斜或定向，以便扩压器77、406、408均产生在相同旋转方向上的打旋效果。在其他实施方式中，叶片75、407、409的其中一组可沿相反的方向被倾斜或定向，以便扩压器77、406、408的其中一个产生在相对于其他两个扩压器77、406、408的打旋效果的旋转方向相反的旋转方向上的打旋效果。
在某些实施方式中，主体部402可包括隔离构件440(图11)，隔离构件440给在第二室422中的管状壳体410的内直径加衬。例如，隔离构件440可包括包住纤维隔离材料444的环形壳体442，并且可减少第二室422的热量流失(即是，减少从第二室422到周围环境的热传递)。这提高了混合器外壳400和燃烧器26的效率，并且还将管状壳体410的外表面保持在相对适中的温度。
以说明和描述的目的提供了上述实施方式的描述。这并非旨在穷尽本发明或限制本发明。特定实施方式的单个元件或特征通常不被限制于特定实施方式，但是，即使没有具体地示出或描述，在适用的情况下，它们可互换且可以被用于所选的实施方式中。上述也可以以许多方式变化。该变化并不被认为是偏离本发明，并且所有这些修改都被包括在本发明的范围内。

Claims (23)

1.一种废气处理系统，其用于提高从内燃机排出的废气气体的温度，该废气处理系统包括：
燃烧器，其至少部分放置在废气气体通路中，该废气气体通路位于内燃机和废气后处理装置之间，该燃烧器包括燃烧室并且被配置为在燃烧室中燃烧燃料；
火焰传感器组件，其至少部分放置在燃烧器中，并且包括绝缘体和电加热元件，该电加热元件与绝缘体具有热传递的关系；
控制模块，其与火焰传感器组件电连通，基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可操作以确定燃烧室中是否存在火焰，基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可操作以检测绝缘体上的污染物，响应污染物的检测，控制模块可操作以在第一模式下操作加热元件，其中，控制模块引起足够的电力施加到加热元件，以将加热元件的温度提升到足以将污染物从绝缘体上燃烧去除的水平。
2.如权利要求1所述的废气处理系统，其中，来自火焰传感器组件的反馈包括离子电流的指示，离子电流响应施加到火焰传感器组件上的电压而流动。
3.如权利要求2所述的废气处理系统，其中，来自火焰传感器组件的反馈包括泄漏电流的指示，泄漏电流在没有火焰的时候流动。
4.如权利要求1所述的废气处理系统，其中，基于加热元件的电阻，控制模块可操作以确定加热元件的温度。
5.如权利要求4所述的废气处理系统，其中，基于加热元件的温度，控制模块控制施加到加热元件上的电力的大小。
6.如权利要求4所述的废气处理系统，其中，控制模块可操作以在第二模式下操作加热元件，其中，控制模块确定加热元件的温度是否表示出燃烧室中火焰的存在。
7.如权利要求6所述的废气处理系统，其中，如果来自于火焰传感器组件的反馈和加热元件的温度都表示出燃烧室中没有火焰，则控制模块可操作以中止燃料至燃烧器的供应。
8.如权利要求7所述的废气处理系统，其中，如果来自于火焰传感器组件的反馈和加热元件的温度中仅一个表示出燃烧室中存在火焰，则控制模块可操作以在减少容量模式下操作燃烧器。
9.如权利要求1所述的废气处理系统，其中，通过脉冲宽度调制占空比，电力被施加到加热元件。
10.如权利要求1所述的废气处理系统，其中，加热元件包括嵌入到绝缘体中的电阻加热元件。
11.如权利要求10所述的废气处理系统，其中，加热元件与火焰传感器同轴，并且包围火焰棒的至少一部分。
12.一种废气处理系统，其用于提高从内燃机排出的废气气体的温度，该废气处理系统包括：
燃烧器，其至少部分放置在废气气体通道中，该废气气体通道位于内燃机和废气后处理装置之间，该燃烧器包括燃烧室并且被配置为在燃烧室中燃烧燃料；
火焰传感器组件，其至少部分放置在燃烧器中并且包括绝缘体和电加热元件，该电加热元件与绝缘体具有热传递的关系；
控制模块，其与火焰传感器组件电连通，基于加热元件的反馈，该控制模块可操作以确定燃烧室中是否存在火焰。
13.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可操作以确定燃烧室中是否存在火焰。
14.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，基于火焰传感器组件的反馈，控制模块可操作以检测绝缘器上的污染物。
15.如权利要求14所述的废气处理系统，其中，响应污染物的检测，控制模块可操作以在第一模式下操作加热元件，其中，控制模块引起足够的电力施加到加热元件，以将加热元件的温度提升到足以将污染物从绝缘体上燃烧去除的水平。
16.如权利要求15所述的废气处理系统，其中，通过脉冲宽度调制占空比，电力被施加到加热元件。
17.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，来自于火焰传感器组件的反馈包括离子电流，该离子电流响应施加到火焰棒上的电力而流动。
18.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，基于加热元件的电阻，控制模块可操作以确定加热元件的温度，基于加热元件的温度，控制模块确定是否在燃烧室中存在火焰。
19.如权利要求18所述的废气处理系统，其中，基于加热元件的温度，控制模块控制施加到加热元件上的电力的大小。
20.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，如果来自于火焰传感器组件的反馈和来自于加热元件的反馈都表示出燃烧室中没有火焰，则控制模块可操作以中止燃料至燃烧器的供应。
21.如权利要求20所述的废气处理系统，其中，如果来自于火焰传感器组件的反馈和加热元件的反馈中仅一个表示出燃烧室中存在火焰，则控制模块可操作以在减少容量模式下操作燃烧器。
22.如权利要求12所述的废气处理系统，其中，加热元件包括嵌入到绝缘体中的电阻加热元件。
23.如权利要求22所述的废气处理系统，其中，加热元件与火焰棒同轴，并且包围火焰棒的至少一部分。
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