CN110603373A - 用于控制NOx控制部件的温度的方法和排气后处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃发动机(100)的排气后处理系统(1,1’)中的NOx控制部件(10)的温度的方法。NOx控制部件(10)具有限定内部部件空间(20)的内表面部(12)，排气(3)被布置成流动通过该内部部件空间以便进行NOx控制，并且具有背向内部部件空间(20)的外表面部(14)。该方法包括以下步骤：通过布置在外表面部(14)外侧的热传递介质(30,30’)来控制NOx控制部件(10)的至少一部分的温度。

Description

用于控制NOx控制部件的温度的方法和排气后处理系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃发动机的排气后处理系统中的NOx控制部件的温度的方法。本发明还涉及一种包括NOx控制部件的排气后处理系统以及设置有这种排气后处理系统的车辆。

本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车描述本发明，但是本发明不限于这种特定车辆，而是还可以用于其他车辆，例如其他重型车辆和汽车。

背景技术

车辆(例如卡车和公共汽车)通常在发动机的下游装有排气后处理系统(通常简称为EATS)，并且被构造成减少源于发动机排气产生的排放。EATS可以包括不同类型的部件以减少不同类型的排放，并且通常与车辆中使用的发动机的类型有关。例如，连接到柴油发动机的EATS通常包括NOx控制部件以控制NOx。可以通过各种方式来控制NOx，例如通过控制NO₂/NOx在例如柴油氧化催化剂(DOC)部件中的比率。DOC部件通常包含催化剂材料，例如钯、铂和/或氧化铝，它们全部用于氧化氮成分(例如NOx)以至少形成NO₂，以及将碳氢化合物和一氧化碳氧化以形成二氧化碳和水。在另一个示例中，EATS可包括在所谓的NOx吸附器或NOx捕集器中至少临时吸附或存储基于氮的排放物(例如NOx排放物)的部件。此外，可以在选择性催化还原(SCR)部件中处理基于氮的排放物，在SCR部件中使用诸如氨的试剂将NOx还原为氮气。氨通常是通过将尿素注入到排气中而供应给EATS的，然后尿素会进行热分解并水解为氨。EATS通常还包括过滤器(例如颗粒过滤器)，用于减少排气中的烟灰。然后，清洁的或至少减排的排气通过车辆的排气管离开EATS和车辆。

政府法规对车辆的排放物施加了严格的限制，例如，即将到来的排放法规，例如CARB Ultra Low NOx(CARB超低NOx)，计划于2024-2025年左右生效。这与对增加车辆燃料经济性的持续需求一起意味着需要更有效和持久的EATS。关于排放方面有待改进的一种操作模式是发动机的冷起动(即在达到部件的工作温度之前，发动机和EATS的操作)。

US2015/0377102处理了车辆的NOx排放，并解决了冷起动期间这些排放的问题。根据摘要，US2015/0377102公开了：一种内燃发动机系统，包括发动机和后处理系统，该后处理系统连接到发动机以接收来自发动机的排气流。该后处理系统包括：被动式存储装置，用于在冷起动期间和低温运行条件下被动地存储发动机产生的NOx和/或碳氢化合物；以及在被动式存储装置下游的NOx还原催化剂，用于当排气流中的温度条件和/或NOx还原催化剂的温度高于用于NOx还原的有效温度时接收从被动式存储装置释放的NOx。所述被动式存储装置和/或在被动式存储装置下游的传感器的诊断至少部分地基于响应于被动式存储装置的存储操作模式或释放操作模式的、预期的传感器输出。此外，响应于从被动式存储装置释放的NOx量而提供还原剂喷射控制。

但是，US2015/0377102中的系统相对复杂，因此行业中需要一种更简单但有效的系统来处理车辆的排放物。

发明内容

鉴于现有技术的上述及其他缺点，本发明的目的是提供一种对排气后处理系统中的NOx控制部件的温度的、改进的控制。

根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1所述的用于控制内燃发动机的排气后处理系统中的NOx控制部件的温度的方法来实现。该NOx控制部件具有限定内部部件空间的内表面部，排气被布置成流过该内部部件空间以进行NOx控制，并且具有背向所述内部部件空间的外表面部。该方法包括以下步骤：

通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质来控制所述NOx控制部件的至少一部分的温度。

通过提供将热传递介质布置在NOx控制部件的外表面部外侧，提供了一种控制NOx控制部件的至少一部分的温度的有效方式。另外，通过将热传递介质布置在NOx控制部件的外表面部外侧，允许对排气后处理系统进行温度控制，而无需例如将排气与热或冷气体直接混合，因此，可以使EATS中的在NOx控制部件下游的部件保持相对不受影响。

应当理解，术语“控制”NOx控制部件的至少一部分的温度包括对所述NOx控制部件的至少一部分的加热和/或冷却。因此，应该理解，根据本发明的方法可以包括经由外表面部冷却和加热NOx控制部件。加热和/或冷却的选择取决于例如车辆的操作模式和例如NOx控制部件的类型和操作模式。例如，对于至少一种操作模式(例如，发动机的冷起动)，并且对于用作NOx捕集器或NOx吸附器的NOx控制部件，为了延迟释放由NOx控制部件吸附的任何排放物，可以使NOx控制部件经受冷却，直到达到EATS中的其他部件的工作温度为止(例如，直到达到EATS中的SCR部件的工作温度为止)。根据另一示例，对于至少一种其他操作模式，加热NOx控制部件以提高NO₂/NOx比率。

应当注意，本领域已知的传感器、控制单元、诊断方法等以及例如在US2015/0377102中描述的内容通常用于确定操作模式以及NOx控制部件是否应当经受加热或冷却。例如，EATS包括被构造成检测和测量NO、NOx、CO、CO₂、其他碳氢化合物和/或O₂的量的至少一个传感器。此外，EATS可包括连接到所述至少一个传感器的至少一个控制单元，并且所述至少一个控制单元被配置成分析和诊断车辆的排放状况和/或操作模式。此外，控制单元可以连接到阀(例如，截止阀)或EATS中的其他部件，以控制对NOx控制部件的加热和/或冷却。

应该理解，NOx控制部件的外表面部可以被称为NOx控制部件的夹套。此外，应当理解，当陈述“至少一部分所述NOx控制部件”是温度控制的时，热传递介质沿着NOx控制部件的至少一部分长度与外表面部热接触。因此，最靠近要经受热传递介质的外表面部的内部部件空间通常要经受大部分的温度控制。根据一个实施例，该方法包括通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质控制所述NOx控制部件(例如，整个所述NOx控制部件)的温度的步骤。例如，热传递介质可以布置成沿着NOx控制部件的整个长度与外表面部热接触。

根据一个实施例，经由所述外表面部(例如，所述外表面部包括在NOx控制部件的外壁中)，例如从所述NOx控制部件的内部部件空间接收热量，或将热量释放到所述NOx控制部件的内部部件空间。因此，对于热传递的至少一部分，热量通过NOx控制部件的至少一部分传导，例如通过外壁热传导。

应当理解，热传递介质被布置成向所述NOx控制部件释放热量(加热)或从所述NOx控制部件接收热量(冷却)。因此，通过所述热传递介质加热或冷却NOx控制部件(例如内部部件空间)。

根据一个实施例，所述NOx控制部件是柴油氧化催化剂(DOC)部件或NOx吸附器，例如，被动式NOx吸附器(PNA)、稀薄NOx捕集器(LNT)或其他类型的NOx吸附器。

因此，NOx控制部件通常被称为EATS的部件，其通过某种方式控制NOx，例如，通过至少暂时地吸附或存储NOx和/或通过氧化NOx以形成至少NO₂。因此，并且根据一个实施例，术语“为了进行NOx控制”是指NOx控制部件至少通过暂时吸附NOx、存储NOx和/或氧化NOx来控制NOx。根据一个实施例，DOC部件包括适于吸附或存储NOx的活性部件，因此，NOx控制部件可以被称为具有NOx吸附能力的DOC。

根据一个实施例，控制温度的所述步骤包括引导所述热传递介质的流流过所述NOx控制部件的所述外表面部。

因此，热传递介质至少可通过部分对流热传递而将热量传递到外表面部，从而在热传递介质和NOx控制部件之间提供有效的热传递过程。应该注意，热传递介质可以仅流过NOx控制部件的所述外表面部的一部分，例如，流过多达50％或70％或90％的外表面部。根据一个实施例，热传递介质被布置成沿着NOx控制部件的整个外周在外表面部上流动。

根据一个实施例，控制温度的所述步骤包括通过所述热传递介质冷却所述NOx控制部件的至少一部分。

即，热传递介质从NOx控制部件的外表面部接收热量，并因此冷却NOx控制部件。例如，热传递介质可以在其流过NOx控制部件的外表面部时接收热量。例如，当期望延迟释放由NOx控制部件(例如NOx吸附器)吸附或储存的物质时，可以使用该步骤，并且当EATS中的其他部件到达工作温度时，应将所吸附或储存的物质释放。

根据一个实施例，该方法包括进一步的步骤：在所述NOx控制部件的下游对所述排气的子部分进行排流(bleeding)，并使用所述子部分形成所述热传递介质的至少一部分。

因此，提供了一种用于提供至少一部分热传递介质的相对简单的装置。应当理解的是，在NOx控制部件的下游，由于排气向周围环境散热以及向EATS中的其他部件(例如，选择性催化还原(SCR)部件)释放热量，因此排气通常比NOx控制部件的上游冷。因此，通过在NOx控制部件的下游对排气的子部分进行排流，提供了相对冷的气体流，该相对冷的气体流可用于接收来自NOx控制部件的热量。因此，应当理解，在NOx控制部件的下游被排流的排气的子部分用于形成在所述NOx控制部件的所述外表面部上流动的所述热传递介质的至少一部分。排气的子部分可以在EATS中的SCR部件的下游被排流。

根据一个实施例，该方法包括进一步的步骤，该步骤使用外部冷却气体(例如环境空气)来形成所述热传递介质的至少一部分。

因此，提供了一种有效但相对便宜的方式来提供至少一部分热传递装置。应当理解，外部冷却气体用于形成在所述NOx控制部件的所述外表面部上流动的所述热传递介质的至少一部分。外部冷却气体可以在经受与NOx控制部件的所述外表面部的热传递之前、将外部冷却气体例如与在NOx控制部件的下游被排流的所述子部分混合。

外部冷却气体可以例如在发动机冷起动期间用作冷却的增强和/或在正常运行期间当EATS较热时用作冷却。

根据一个实施例，控制温度的所述步骤包括通过所述热传递介质加热所述NOx控制部件的至少一部分。

即，热传递介质将热量释放到NOx控制部件的所述外表面部，并因此加热NOx控制部件。例如，热传递介质可以在其流过NOx控制部件的外表面部时释放热量。

根据一个实施例，所述EATS包括用于通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质来加热和冷却所述NOx控制部件的至少一部分的装置。即，该装置被构造成通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质对所述NOx控制部件的至少一部分进行顺序的或同时的加热和冷却。例如，在某些操作模式下(例如，在发动机的冷起动期间)，可能期望对NOx控制部件进行冷却，以延迟释放吸附或存储在NOx控制部件中的任何物质，而在当NO/NOx比例应提高的其他运行模式期间，可能期望对NOx控制部件进行加热。例如，如果NOx控制部件是稀薄NOx捕集器LNT，则期望温度的快速升高，这可以通过LNT的初始加热来执行。在LNT达到所需的温度，即其工作温度之后，希望保持该温度，这可以例如通过随后冷却LNT以除去任何多余的热量来执行此操作。

根据一个实施例，该方法包括进一步的步骤：通过燃烧器来加热在加热管线中的流体，并使用所述加热的流体形成所述热传递介质的至少一部分。

即，该加热管线包括由燃烧器加热的加热流体，该加热流体与所述NOx控制部件的所述外表面部流体连接。因此，提供了一种有效但相对便宜的方式来提供至少一部分热传递装置。应该理解，该加热流体用于形成在所述NOx控制部件的所述外表面部上流动的所述热传递介质的至少一部分。。

根据一个实施例，通过热交换或经由排气的排流的子部分的直接混合来使用NOx控制部件上游的热量，以作为至少一部分热传递介质。

根据一个实施例，其中，控制温度的所述步骤包括通过所述热传递介质的相变从所述NOx控制部件接收热量或向所述NOx控制部件释放热量。

因此，提供了一种使所述热传递介质流过所述NOx控制部件的所述外表面部的替代方式。因此，已将热传递介质选择为相变热传递介质(phase change heat transfermedium)，即，以下的热传递介质：其适于NOx控制部件的温度范围并且适于NOx控制部件的期望的温度变化。

例如，通过以相变来冷却NOx控制部件，只要热传递介质具有吸收热量的能力，热传递介质就会将使NOx控制部件保持低温。这可以例如在EATS系统加热到其工作温度时延迟对NOx控制部件的加热。

根据一个实施例，该方法包括进一步的步骤：通过向所述NOx控制部件上游的排气中添加热量来加热NOx控制部件。

因此，通过布置在NOx控制部件的外表面部外侧的热传递介质来控制NOx控制部件的过程可以与以下过程进行组合：通过热交换器、涡轮旁通和/或将加热气体与在NOx控制部件的上游的排气进行混合而对排气添加热量。。因此，可以通过不同的方式来控制NOx控制部件的温度。

在以下各节中，将描述NOx控制部件的更多详细示例。

例如，NOx控制部件可以是被动式NOx吸附器(PNA)，可能具有DOC的功能。当温度相对较低(即相对较冷)时，PNA会吸附或存储所进入的NOx，而当温度升高并超过阈值温度(通常约为180℃)时，PNA会释放所存储的NOx。如果在下游的SCR部件达到其工作温度时从PNA释放出存储的NOx，则在排气后处理系统中使用PNA会更有效。之前在EATS中使用PNA的问题在于，当PNA超过阈值温度时，SCR部件尚未达到其工作温度，因此SCR部件太冷而无法处理所进入的NOx。但是，通过在PNA的外表面部外侧布置热传递介质来控制PNA的温度，可以有效地延迟所存储的NOx的释放，直到SCR部件达到其工作温度，因此可以有效地处理NOx。

对于其中NOx控制部件是氧化催化剂部件(例如DOC)的实施例，来自DOC的NO₂/NOx比率优选被控制为使得：当其到达SCR部件时，其为约0.5(这是由于所谓的期望的快速SCR反应)。NO₂/NOx比率取决于温度，并因此由本领域技术人员已知的温度来控制。如果可以将NO₂/NOx的比率保持在0.5，则可以使用在SCR部件中的铁基催化剂(例如，铁交换沸石)，与其他SCR催化剂相比，铁基催化剂在快速SCR反应期间具有很高的活性。因此，对于相同的效率，可以减小SCR部件的尺寸。此外，控制NO₂/NOx的比例可以进一步改善过滤器(例如，柴油颗粒过滤器，DPF)中的被动烟灰再生，其中高NO₂浓度是优选的。

因此，应当理解，将NOx控制部件冷却可以通过减少NOx排放来帮助提高EATS的效率。例如，在发动机的冷起动期间，NOx控制部件(例如PNA)的冷却有助于在SCR组件尚未达到其工作温度时防止NOx的解吸或释放。此外，在NO₂/NOx比率大于0.5的情况下(这通常在DOC为新的或未用的并且DOC的温度高于250℃时发生)，DOC的冷却可使NO₂/NOx的比率回到大约0.5。

可以使用NOx控制部件(例如DOC或PNA)的加热，以提高NO₂/NOx比率，因此，通过确保通过SCR中的快速反应转化尽可能多的NOx来提高EATS的效率。当催化剂(例如，存在于DOC或DOC和PNA的组合中)是新的或未用的，加热实现了一种可以快速达到或保持NOx控制部件的工作温度的方法，并因此使NO₂/NOx比率达到0.5。这在闲置时间段(例如，在DOC已经被冷却至其最佳温度以下但SCR部件的温度高于其工作温度)之后可以很有用。对于老化的DOC，加热可能是补偿失活的一种方式，这种失活通常需要较低的NO₂/NOx比率。

根据本发明的第二方面，所述目的通过一种排气后处理系统来实现，该排气后处理系统包括根据权利要求10所述的NOx控制部件。该NOx控制部件包括限定内部部件空间的内表面部，排气被布置成流过该内部部件空间以便进行NOx控制，并且包括背向所述内部部件空间的外表面部，其中，所述排气后处理系统还包括热传递装置，该热传递装置被布置成至少部分地包围所述NOx控制部件，所述热传递装置被构造成包含热传递介质，以便通过从所述NOx控制部件的所述外表面部接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件的所述外表面部来控制所述NOx控制部件的温度。

本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合发明构思的第一方面描述的效果和特征。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容，在下文中明确地公开了其中的一些实施例。

根据一个实施例，所述热传递装置包括用于接收所述热传递介质的入口、以及用于排出所述热传递介质的出口，从而允许所述热传递介质流过所述热传递装置，并且其中，所述热传递装置被构造成在所述外表面部上引导所述热传递介质的流动，以便从所述NOx控制部件接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件。

这种热传递装置可以被称为流动热传递装置，因为其提供了允许热传递介质流动通过热传递装置并因此流动通过NOx控制部件的外表面部的功能。因此，所述入口可以与任何类型的冷却装置流体连接和/或与任何类型的加热装置流体连接。所述出口例如可以与车辆的排气管保持流体连接。

根据一个实施例，所述排气后处理系统还包括布置在所述NOx控制部件的下游的选择性催化还原单元、以及冷却旁通通道，其被构造成在所述催化还原单元的下游对所述排气的子部分进行排流，并且其中，所述热传递介质至少部分地包括所述子部分，以便从所述NOx控制部件接收热量。

因此，提供了一种有效但相对便宜的方式来提供至少一部分热传递装置。所述冷却旁通通道与热传递装置的入口流体连接，由此使排气的子部分能够经由所述入口流动到热传递装置中，在所述NOx控制部件的所述外表面部上流动并且流动到所述出口。

根据一个实施例，所述排气后处理系统还包括进气口，该进气口被构造成接收环境空气，并且其中，所述热传递介质至少部分地包括所述接收的环境空气，以便从所述NOx控制部件接收热量。

因此，提供了一种有效但相对便宜的方式来提供至少一部分热传递装置。应当理解，除环境空气之外的另一种冷却气体可以通过进气口进入。该进气口与热传递装置的入口流体连接，由此使周围空气或另一种外部冷却气体能够经由所述入口流动到热传递装置中，在所述NOx控制部件的所述外表面部上流动并且流动到所述出口。环境空气或另一种外部冷却气体可以例如在经受与NOx控制部件的所述外表面部进行热传递之前、与在NOx控制部件的下游被排流的所述排气的所述子部分混合。

根据一个实施例，所述排气后处理系统还包括燃烧器，该燃烧器被构造成对加热管线中的流体进行加热，并且其中，所述热传递介质至少部分地由所述加热的流体构成，以便将热量释放到所述NOx控制部件。

另外或替代地，作为使用燃烧器进行加热目的的替代或补充，该加热管线可以通过热交换器与在NOx控制部件上游的排气流进行热交换。

即，加热流体与热传递装置的入口流体连接，并因此与所述NOx控制部件的所述外表面部流体连接。因此，提供了一种有效但相对便宜的方式来提供至少一部分热传递装置。

根据一个实施例，所述EATS包括用于加热和冷却所述NOx控制部件的至少一部分的装置，所述加热和冷却是通过布置在所述热传递装置中的所述外表面部外侧的热传递介质来实现的。即，该装置被构造成通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质对所述NOx控制部件的至少一部分进行顺序的或同时的加热和冷却。加热和/或冷却的选择取决于例如车辆的操作模式和例如NOx控制部件的类型和操作模式。为了清楚起见，所述冷却旁通通道和子部分可以被称为NOx控制部件的第一冷却装置，所述进气口和环境空气可以被称为NOx控制部件的第二冷却装置，所述燃烧器和加热管线可以被称为NOx控制部件的第一加热装置，并且所述热交换器和加热管线可以被称为NOx控制部件的第二加热装置。

根据一个实施例，所述热传递介质被选择为相变热传递介质，并且其中，所述热传递装置包括膨胀容器，该膨胀容器被构造成：当所述相变热传递介质在从所述NOx控制部件接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件时经受相变时，该膨胀容器补偿所述相变热传递介质的体积变化。

因此，提供了一种使所述热传递介质流过所述NOx控制部件的所述外表面部的替代方式。因此，已经将热传递介质选择为相变热传递介质，即，该热传递介质适于NOx控制部件的温度范围，并且适于NOx控制部件的期望的温度变化。为此，使膨胀容器的尺寸与所选择的相变热传递介质相对应。例如，当冷却NOx控制部件的外表面部时，选择相变热传递介质，使得其经历从固体到液体或从液体到气体的相变，以实现所期望的氧化催化剂的温度变化。因此，该膨胀容器用于补偿相变热传递介质在例如从固体变为液体或从液体变为气体时的体积变化。对应地，为了加热NOx控制部件的外表面部，选择相变热传递介质，使得其经历例如从液体变为固体或从气体变为液体的相变，以实现所期望的氧化催化剂的温度变化。因此，该膨胀容器用于补偿相变热传递介质在从液体变为固体或从气体变为液体时的体积变化。相对于相变的这种体积膨胀或减小特性、以及对冷却或加热的期望需求取决于相变热传递介质的选择，并且是本领域技术人员已知的。因此，该膨胀容器通常适于相变热传递介质的选择。

根据一个实施例，所述NOx控制部件是柴油氧化催化剂(DOC)部件或NOx吸附器，例如，被动式NOx吸附器(PNA)、稀薄NOx捕集器(LNT)或其他类型的NOx吸附器，如关于本发明第一方面所述的。

根据本发明的第三方面，该目的通过一种车辆来实现，该车辆包括根据本发明的第二方面的排气后处理系统。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其他优点和有利特征。

附图说明

通过以下对本发明的示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，其中：

图1是包括根据本发明的一个示例的排气后处理系统和内燃机的车辆的侧视图；

图2是根据本发明的一个示例的排气后处理系统的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的、被包括在排气后处理系统中的NOx控制部件和热传递装置的截面图；

图4示出了根据本发明的一个替代实施例的、被包括在排气后处理系统中的NOx控制部件和热传递装置的截面图；

图5是根据本发明的一个示例的排气后处理系统的示意图；

图6是示出了根据本发明的一个实施例的、用于控制NOx控制部件温度的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供所述实施例是为了充分性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

特别参考图1，提供了一种车辆800，其包括根据本发明的一个示例的排气后处理系统(EATS)1、1’，以及燃烧式发动机100，例如内燃发动机100，其经由管道802布置在EATS1、1’的上游并与EATS 1、1’流体连接。图1中描绘的车辆800是卡车800，将在下面详细描述的发明构思适合于卡车800。

图2示出了根据本发明的一个实施例的EATS 1的示意图。在图2的非限制性示例中，EATS 1包括各种部件，例如NOx控制部件10、过滤器20(例如，用于减少排气3中的烟灰含量的颗粒过滤器)和选择性催化还原(SCR)部件60。此外，EATS 1包括：具有对应的截止阀6’的冷却旁通通道5’，该冷却旁通通道5’被构造成在SCR部件60的下游对排气3的子部分5进行排流；以及具有对应的截止阀41’的进气口40’，该进气口40’被构造成接收环境空气40。冷却旁通通道5’和进气口40’二者都流体连接到下文将描述的NOx控制部件10的夹套或外表面部。此外，在图2中，可选的燃烧器70和可选的加热管线72流体连接到下文将描述的NOx控制部件10的夹套或外表面部。

转到图3，其示出了图2的NOx控制部件10和流体热传递装置50的示意图。NOx控制部件10包括限定内部部件空间20的内表面部12，排气3被布置成流动穿过该内部部件空间20以进行NOx控制。NOx控制部件10还包括背向所述内部部件空间20的外表面部14。流体热传递装置50被布置成至少部分地包围NOx控制部件10，并且在图3中，流体热传递装置50完全包围NOx控制部件10。流体热传递装置50被构造成包含热传递介质30，该热传递介质30可以从NOx控制部件10的外表面部14接收热量或将热量释放到NOx控制部件10的外表面部14，以便至少部分地控制NOx控制部件10的温度。

更详细地，如图3中所示，流体热传递装置50包括热传递壳体51，其中，热传递壳体51限定了容纳NOx控制部件10并包含热传递介质30的热传递空间53。因此，在热传递空间53中，允许在NOx控制部件10的外表面部14与热传递介质30之间发生热传递。

还如图3中的实施例所示，流体热传递装置50包括用于接收热传递介质30的入口52和用于排出热传递介质30的出口54。由此，允许热传递介质30流动通过流体热传递装置50和热传递空间53，以便与NOx控制部件10的外表面部14进行热交换(由图3中的箭头指示)。为此，入口52优选布置成将热传递介质30的流体引导到外表面部14上方。根据一个实施例，如图3中所示，入口52被布置成将热传递介质30的流体引导至NOx控制部件10的入口部。因此，可以实现NOx控制部件10的有效热传递。然而，应当注意，入口52可以沿着NOx控制部件的长度布置在不同的位置处，和/或在流体热传递装置50中布置不止一个入口(未示出)。

现在将参照图2和图3更详细地描述EATS 1的功能。来自发动机100(图1中所示)的排气3或排气流3通过流体连接到NOx控制部件10的管道802被供给至EATS 1。排气流3随后穿过EATS 1，即通过NOx控制部件10的内部部件空间20，并随后通过其他部件(例如过滤器20和SCR部件60)，以便在经由排气管803离开EATS 1之前被清洁。图2中的EATS 1被构造成在至少一个示例性的操作模式下通过使用冷却旁通通道5’的子部分5和/或使用由进气口40’接收到的环境空气40来实现对NOx控制部件10的冷却。应该理解，冷却旁通通道5’和进气口40’二者者或其中之一可以由各自的截止阀6’、截止阀41’关断，以便控制、甚至停止对NOx控制部件10的冷却。在图2中所示的示例中，所述排气的子部分5和环境空气40被组合成冷却流42，该冷却流42被供给到流体热传递装置50的入口52，由此允许其流过NOx控制部件10的外表面部14，以便吸收热量，并因此冷却NOx控制部件10。即，图2中的EATS 1被构造成利用冷却流42作为热传递介质30。因此，图2所示的实施例中的热传递介质至少部分地包括子部分5并且至少部分地包括环境空气40，以便从NOx控制部件10接收热量。

另外或替代地，图2中的EATS 1被构造成能够加热NOx控制部件10。因此，对于这样的实施例，优选分别关闭冷却旁通通道5’的截止阀6’和进气口40的截止阀41’。EATS 1包括燃烧器70，该燃烧器70被构造成加热所述加热管线72中的流体，由此，被加热的流体用于形成热传递介质30的至少一部分。因此，加热管线72中的加热的流体被引导至流体热传递装置50的入口52，并允许在NOx控制部件10的外表面部14上流动，以便将热量释放到NOx控制部件10。另外或替代地，作为使用燃烧器70进行加热目的的替代或补充，加热管线72可以通过热交换器70’与在NOx控制部件10上游的排气流3进行热交换。

应当注意，关于图2描述的加热和冷却装置中的所有或仅一些(例如仅一个)可以包括在EATS 1中。为了清楚起见，冷却旁通通道5’和子部分5可以被称为NOx控制部件10的第一冷却装置，进气口40’和环境空气40可以被称为NOx控制部件10的第二冷却装置，燃烧器70和加热管线72可以被称为NOx控制部件10的第一加热装置，并且热交换器70’和加热管线72可以被称为NOx控制部件10的第二加热装置。例如，可以省略冷却旁通通道5’(或由截止阀6’关闭)，并且仅进气口40可以用于冷却NOx控制部件10的外表面部14。对应地，可以省略进气口40’(或由截止阀41’关闭)，并且仅冷却旁通通道5’可以用于冷却NOx控制部件10的外表面部14。同样，可以从EATS中省略燃烧器70和/或热交换器70’，或者可以根据NOx控制部件10的需要将它们分开使用并单独关闭。

转到图4，其示出了图2和图3的NOx控制部件10、以及膨胀热传递装置50’的示意图。图4中的NOx控制部件10与参照图3描述的NOx控制部件相同，这里不再描述特征，但是相同的附图标记用于对应的特征。膨胀热传递装置50’被布置成至少部分地包围NOx控制部件10，并且在图4中，膨胀热传递装置50完全包围NOx控制部件10。膨胀热传递装置50’被构造成包含热传递介质30’，该热传递介质30’可从NOx控制部件10的外表面部14接收热量或将热量释放到NOx控制部件10的外表面部14，以便至少部分地控制NOx控制部件10的温度。

更详细地，并且如图4中所示，膨胀热传递装置50’包括热传递壳体51’，其中，热传递壳体51’限定了容纳NOx控制部件10并且包含热传递介质30’的热传递空间53’。选择所包含的热传递介质30’作为相变热传递介质30’，这意味着：选择热传递介质30’的特性，使得热传递介质30’将在从NOx控制部件10的外表面部14接收热量或将热量释放到NOx控制部件10的外表面部14时经历相变。因此，相变热传递介质30’适于NOx控制部件10的温度范围和NOx控制部件10的期望的温度变化。因此，在热传递空间53’中，允许在NOx控制部件10的外表面部14和相变热传递介质30’之间进行热传递。

同样如图4中的实施例所示，膨胀热传递装置50’包括膨胀容器56’，该膨胀容器56’被构造成：当相变热传递介质30’从NOx控制部件10接收热量或将热量释放到NOx控制部件10而经历相变时，该膨胀容器56’补偿相变热传递介质30’的体积变化。为此，使膨胀容器56’的尺寸与所选择的相变热传递介质30’相对应。

现在将更详细地描述膨胀热传递装置50’的功能。为了冷却NOx控制部件10的外表面部14，选择相变热传递介质30’，使得其经历从固体到液体或从液体到气体的相变，以实现所需的氧化催化剂的温度变化。因此，膨胀容器56’用于补偿相变热传递介质在例如从固体变为液体或从液体变为气体时的体积变化。对应地，为了加热NOx控制部件10的外表面部14，选择相变热传递介质，使得其经历例如从液体变为固体或从气体变为液体的相变，以实现所期望的氧化催化剂的温度变化。因此，膨胀容器56’用于补偿该相变热传递介质在从液体变为固体或从气体变为液体时的体积变化。相对于相变的这种体积膨胀或减小特性、以及对冷却或加热的期望需求取决于相变热传递介质30’的选择，并且是本领域技术人员已知的。因此，膨胀容器56’通常适于相变热传递介质30’的选择。

图5示出了类似于图2的EATS 1的EATS 1’，因此相同的附图标记用于对应的特征，并且不再对图5进行详细描述。此外，EATS 1’的功能类似于图2的EATS 1的功能，特别是关于通过EATS 1’的排气3的流动，因此不再赘述。然而，图5的EATS 1’包括参照图4描述的膨胀热传递装置50’，而不是参照图3描述的流体热传递装置50。因此，如参照图4所描述的，根据相变热传递介质30’的选择，能够利用膨胀热传递装置50’加热和冷却NOx控制部件10的外表面部14，且因此可以省略冷却旁通通道5’、进气口40’和加热管线72。

如图5中所示，EATS 1’包括可选的排气燃烧器80和布置在NOx控制部件10上游的涡轮单元90。排气燃烧器80可用于在排气3进入NOx控制部件10之前加热排气3和/或在NOx控制部件10之后加热排气，并且涡轮单元90可设置有涡轮旁通通道92，从而使热的排气绕过涡轮单元90，并因此在排气3进入NOx控制部件10之前加热该排气3。

同样如图5中所示，EATS 1’包括可选的冷却管线94，例如，被供给有环境空气，冷却管线94被构造成在NOx控制部件10之前直接冷却排气3。因此，冷却管线94可用于在排气3进入NOx控制部件10之前冷却排气3。

图5中所示的排气的加热装置和/或冷却装置(即，图5中所示的燃烧器80、和/或具有涡轮旁通通道92的涡轮单元90、和/或冷却管线94)也适用于图2的EATS 1。

现在将参照用于控制如图2和图5中描述的排气后处理系统EATS1、1’中的NOx控制部件10的温度的方法来描述本发明。该方法在图6的流程图中被描述，并且当参考对应的特征时，将在对图6的流程图的整个描述中使用图1至图5中所使用的附图标记。

在该方法的第一步骤601中，通过布置在NOx控制部件10的外表面部14外侧的热传递介质30、30’来控制NOx控制部件10的至少一部分的温度。因此，热传递介质30、30’被布置为经由外表面部14将热量释放到NOx控制部件10或从NOx控制部件10接收热量。

在第二步骤603中，控制温度的第一步骤601包括通过热传递介质30、30’冷却NOx控制部件10的至少一部分。即，第二步骤603包括通过从外表面部14接收热量来冷却NOx控制部件10的至少一部分。

下面，描述了与流体热传递装置50的使用或膨胀热传递装置50’的使用有关的、不同的替代步骤。更详细地，第一替代步骤和第三替代步骤与流体热传递装置50的使用有关，而第二替代步骤和第四替代步骤与膨胀热传递装置50’的使用有关。

在第一替代性的第一步骤603a1中，进行冷却的第二步骤603包括引导热传递介质30的流40在NOx控制部件10的外表面部上流过。因此，当热传递介质30在外表面部14上流过时，热传递介质30可以从NOx控制部件10接收热量。

在第一替代性的第二步骤603a2中，对所述排气的在NOx控制部件10下游的子部分5进行排流，并且所述子部分用于形成热传递介质30的至少一部分。

在第一替代性的第三步骤603a3中，可以对第一替代性的第二步骤603a2进行补充或者作为第一替代性的第二步骤603a2的替代，使用外部冷却气体(例如，环境空气40)来形成热传递介质30的至少一部分。

在第二替代性的第一步骤603b1中，进行冷却的第二步骤603包括通过热传递介质30’的相变而从NOx控制部件10接收热量。通常在该步骤603b1之前是选择热传递介质的步骤，该热传递介质被选择为适于NOx控制部件10的期望的温度变化的相变热传递介质。

在第三步骤605中，该第三步骤可以作为第二步骤603的补充或替代，控制所述温度的第一步骤601包括通过热传递介质30、30’加热NOx控制部件10的至少一部分。

在第三替代性的第一步骤605a1中，进行加热的第三步骤605包括引导热传递介质30的流40在NOx控制部件10的外表面部上流过。因此，当热传递介质30在外表面部14上流过时，热传递介质30可以将热量释放到NOx控制部件10。

在第三替代性的第二步骤605a2中，通过燃烧器对加热管线中的流体进行加热，并且加热后的流体用于形成热传递介质30的至少一部分。

在第四替代性的第一步骤605b1中，进行加热的第三步骤605包括通过热传递介质30’的相变来接收释放到NOx控制部件10的热量。通常在该步骤605b1之前是选择热传递介质的步骤，该热传递介质被选择为适于NOx控制部件10的期望的温度变化的相变热传递介质。

在第四可选步骤607中，通过在NOx控制部件10的上游向排气3添加热量来加热NOx控制部件10。例如，这可以通过使用燃烧器或涡轮旁通通道来进行。

应当理解，本文所述的EATS 1、1’中的NOx控制部件10可以是例如柴油机氧化催化剂(DOC)部件或NOx吸附器，例如被动式NOx吸附器(PNA)、稀薄NOx捕集器(LNT)或其他类型的NOx吸附器。

此外，应当注意，图1中所示的EATS 1、1’可以对应于图2和图5中描述的EATS 1、1’中的任一个。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (19)

1.一种用于控制内燃发动机的排气后处理系统(1,1’)中的NOx控制部件(10)的温度的方法，所述NOx控制部件具有限定内部部件空间(20)的内表面部(12)，排气(3)被布置成流动通过所述内部部件空间以便进行NOx控制，并且所述NOx控制部件具有背向所述内部部件空间的外表面部(14)，所述方法的特征在于以下步骤：

通过布置在所述外表面部外侧的热传递介质(30,30’)来控制所述NOx控制部件的至少一部分的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述温度的所述步骤包括：引导所述热传递介质的流(40)在所述NOx控制部件的所述外表面部上流过。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，控制所述温度的所述步骤包括：通过所述热传递介质冷却所述NOx控制部件的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：在所述NOx控制部件的下游对所述排气的子部分(5)进行排流，并使用所述子部分来形成所述热传递介质的至少一部分。

5.根据权利要求3和4中的任一项所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：使用外部冷却气体来形成所述热传递介质的至少一部分，所述外部冷却气体例如是环境空气(40)。

6.根据权利要求1-2中的任一项的方法，其中，控制所述温度的所述步骤包括：通过所述热传递介质加热所述NOx控制部件的至少一部分。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：通过燃烧器(70)对加热管线(72)中的流体进行加热，并使用被加热的所述流体来形成所述热传递介质的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述温度的所述步骤包括：通过所述热传递介质的相变从所述NOx控制部件接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述NOx控制部件是柴油氧化催化剂、DOC部件(10)或NOx吸附器(10)，所述NOx吸附器例如是被动式NOx吸附器、PNA、稀薄NOx捕集器、LNT或其他类型的NOx吸附器。

10.一种排气后处理系统(1,1’)，其包括NOx控制部件(10)，所述NOx控制部件具有限定内部部件空间(20)的内表面部(12)，排气(3)被布置成流动通过所述内部部件空间以便进行NOx控制，并且所述NOx控制部件具有背向所述内部部件空间的外表面部(14)，其特征在于，所述排气后处理系统还包括热传递装置(50,50’)，所述热传递装置被布置成至少部分地包围所述NOx控制部件，所述热传递装置被构造成包含热传递介质(30,30’)，以便通过从所述NOx控制部件的所述外表面部接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件的所述外表面部来控制所述NOx控制部件的温度。

11.根据权利要求10所述的排气后处理系统，其中，所述热传递装置(50)包括用于接收所述热传递介质的入口(52)和用于排出所述热传递介质的出口(54)，从而允许所述热传递介质流动通过所述热传递装置，并且其中，所述热传递装置被构造成引导所述热传递介质的流在所述外表面部上流过，以便从所述NOx控制部件接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件。

12.根据权利要求11所述的排气后处理系统，还包括：选择性催化还原单元(60)，所述选择性催化还原单元被布置在所述NOx控制部件的下游；以及冷却旁通通道(5’)，所述冷却旁通通道被构造成在所述催化还原单元的下游对所述排气的子部分(5)进行排流，并且其中，所述热传递介质至少部分地包括所述子部分，以便从所述NOx控制部件接收热量。

13.根据权利要求11至12中的任一项所述的排气后处理系统，还包括进气口(40’)，所述进气口被构造成接收环境空气(40)，并且其中，所述热传递介质至少部分地包括所接收的所述环境空气，以便从所述NOx控制部件接收热量。

14.根据权利要求10-11中的任一项所述的排气后处理系统，还包括燃烧器(70)，所述燃烧器被构造成对加热管线(72)中的流体进行加热，并且其中，所述热传递介质至少部分地包括被加热的所述流体，以便将热量释放到所述NOx控制部件。

15.根据权利要求10所述的排气后处理系统，其中，所述热传递介质被选择为相变热传递介质，并且其中，所述热传递装置(50’)包括膨胀容器(56’)，所述膨胀容器被构造成：当所述相变热传递介质在从所述NOx控制部件接收热量或将热量释放到所述NOx控制部件时经历相变时，所述膨胀容器补偿所述相变热传递介质(30’)的体积变化。

16.根据权利要求10至15中的任一项所述的排气后处理系统，其中，所述NOx控制部件是柴油氧化催化剂、DOC部件(10)或NOx吸附器(10)，所述NOx吸附器例如是被动式NOx吸附器、PNA、稀薄NOx捕集器、LNT或其他类型的NOx吸附器。

17.一种车辆，其包括根据权利要求10至16中的任一项所述的排气后处理系统。

18.一种计算机程序，其包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1-9中的任一项所述的步骤。

19.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求1-9中的任一项所述的步骤。