排气处理装置的制作方法

本发明总体上涉及一种在室内环境中与内燃机一起使用的排气处理装置，其中，柴油内燃机被包括在例如车辆或它他机器中。本发明还涉及一种控制移动式排气处理装置的方法。

背景技术：

在用于(通常与车辆或其它机器成一体的)内燃机的后处理系统的设计和操作上的最新进展已从根本上改进了柴油颗粒物质或碳烟从内燃机的排气中的去除。这样的后处理系统通常包括柴油颗粒过滤器。

后处理系统非常稳定耐用，但取决于操作模式，可能会在柴油颗粒过滤器内积累污染物(其主要是碳颗粒或碳烟)，该污染物随着时间的推移会影响系统性能。随着越来越多的颗粒积聚在过滤器中，对排气流量的增加的限制导致排气背压(即，过滤器上游的排气中的压力)逐渐增加。如果过滤器未被正确维护，则排气背压可能增加到会危及发动机部件寿命的程度。因此，需要定期对排气系统部件进行再生和脱硫，以用于高效操作。

柴油颗粒过滤器的再生需要根据过滤器尺寸、类型、碳烟量和再生条件将过滤器加热到高于450℃的温度一段时间，例如对于正常操作的卡车高速公路运行柴油发动机，持续约10分钟至超过1小时。

在某些情况下，可能希望在静止条件下进行再生，即，所谓的“驻车”或“静止”再生。它在必要的情况下例如为车辆驾驶员提供了在正常工作循环之外执行再生的选项。在这种情况下，所排放的排气的混合可能很低，导致车辆周围的潜在臭味或危险化合物水平升高。另外，必须注意的是，由于排气温度升高(通常高于500℃)而使例如车辆周围潜在地引起周围结构内的着火风险。

因此，希望提高执行柴油颗粒过滤器的驻车再生或静止再生的可能性，特别是考虑到上文所述的与环境及温度有关的潜在风险。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，上述问题通过如下一种排气处理装置至少部分地得到缓解，该排气处理装置包括：排气导管，该排气导管具有第一端，该第一端适于以可移除方式连接到内燃机的排气管；以及吸附床，该吸附床包括吸附材料，用于吸附发动机排气中的元素，该吸附床被操作性地连接到排气导管的第二端，以接收发动机排气，其中，该排气处理装置还包括热量调节单元，该热量调节单元布置在吸附床的上游但在排气导管的第一端的下游，其中，该热量调节单元被构造成将发动机排气的温度调节到基于所述吸附材料选择的温度范围内。

典型地，本发明允许在基本不希望进行通常的驻车再生或静止再生的情形中迅速处理来自内燃机的排气，特别是由内燃机所包括的后处理系统的再生过程产生的排气。例如，这样的情形可以是当内燃机布置在室内或人员相对较近地在附近时，即，不希望人员吸入由再生过程产生的潜在有臭味或危险的化合物的情形和/或难以便利地进行通风的情形。

根据本发明的排气处理装置布置在内燃机的外部。具体地，该排气处理装置相对于所述车辆或机器被布置为独立的实体/单元，其有利地适于连接到不同类型的车辆和/或机器。这样，排气导管优选是可延伸的，以允许独立于其相对于内燃机的放置而连接到排气管。类似地，排气导管的第一端优选相对于其周界是可调节的，以允许其连接到不同类型的排气管。

此外，通过本发明及其所包括的热量调节单元，还将能够允许该排气处理装置处理来自不同类型的内燃机的排气。如上所述，再生过程通常需要加热到高于450℃的温度，所产生的排气的温度通常将不适于直接被提供至吸附材料和/或吸附床。此外，由于该排气处理装置连接到不同类型内燃机的灵活性，所以，通常可以预期的是，对于不同类型的内燃机，再生过程期间的排气温度可能是不同的。因此，排气处理所包括的可控热量调节单元将允许将排气调节成最佳地适合于所述吸附材料和/或吸附床，以优化吸附过程。

在再生过程期间产生的排气通常包括硫化合物和颗粒。由于包含吸附材料，吸附床允许针对这些排气进行吸附过程。在吸附过程期间，排气所包含的原子或分子以气相移动到固态基质的表面上，在这种情况下，该固态基质是布置在吸附床内的吸附材料。通常，该吸附材料是依赖于温度的，并且本发明允许调整排气以对应于与所使用的特定吸附材料(或其组合)相匹配的期望温度范围。该吸附材料例如可以包括cao、bao、beta沸石(betazeolite)和活性碳中的至少一种。

在本发明的优选实施例中，该排气处理装置是移动式的。因此，希望将排气处理装置的部件以使该排气处理装置可从一个内燃机快速移动到下一个内燃机的方式进行组合。考虑到对热量调节单元产生的可能过剩热量的处理，即在希望降低排气温度的热量调节单元的操作中，这当然是适用的。该移动式排气处理装置可以布置成在不同的操作点(operationalpoint)之间被运送，或者可以布置在托架上。

该排气处理装置优选还包括控制单元，该控制单元用于控制热量调节单元的操作。这样，该控制单元可以配置成适应性地控制热量调节单元，以优化排气的温度。在一实施例中，该控制单元被配置成接收发动机排气的温度的指示，并且基于该温度和吸附材料的预选温度范围来操作热量调节单元。该温度指示例如可以通过排气处理装置所包括的一个或多个温度传感器来提供，该一个或多个温度传感器优选布置成监测热量调节单元处或上游的发动机排气温度

在本发明的一些实施例中，可能希望将所述控制单元配置成使得它可以接收来自内燃机的即将到来的再生(upcomingregeneration)的指示。通过获取这样的信息，控制单元例如能够预热所述吸附材料，例如用于从再生的初始阶段就已经达到最佳性能。

在本发明的优选实施例中，该热量调节单元是热交换器。尽管操作该热交换器的最可能的场景是用于降低排气的温度，但该热交换器可布置成用于在升高方向和降低方向上调节温度。在一实施例中，可能希望将该热交换器连接到被布置成与内燃机连接的加热系统或冷却系统，从而例如在降低排气温度时充分利用由该热交换器产生的过剩热量。该过剩热量也可用于例如加热该排气处理装置周围的环境。

优选地，该热量调节单元另外包括用于允许发动机排气与环境空气混合的扩散器管。在一些实施方式中，这种实施例可足以将排气的温度降低到处于如上所述的吸附材料的期望温度范围内(在这种实施例中被视为形成热量调节单元的一部分)。

在本发明的优选实施例中，该排气处理装置还包括适于控制吸附床的排气吞吐量的风扇。该风扇的操作可能经受排气的当前温度和/或潜在臭味或有害化合物的当前(预计的或测量的)含量的影响。此外，该风扇确保排气通过吸附床，并避免泄漏到排气处理装置的周围。

在一优选实施例中，该排气处理装置被布置成用于在配备有内燃机的车辆或机器(例如包括建筑设备)的排气后处理系统的再生期间经由吸附床处理排气。该排气后处理系统可以包括柴油颗粒过滤器、选择性催化还原(scr)系统和柴油氧化催化剂(doc)系统中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于处理内燃机的排气的方法，其中，该方法包括以下步骤：将排气处理装置连接到内燃机的排气管；识别发动机排气温度；在发动机排气进入排气处理装置中的吸附床之前调整排气温度，使得排气温度在基于吸附床中的吸附材料选择的温度范围内；以及，使吸附床经受排气，用于吸附发动机排气中的元素。本发明的这个方面提供了与上文关于本发明的前述方面讨论的类似的优点。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

下面参考附图更详细地描述作为示例给出的本发明的实施例。

在附图中：

图1示出了根据本发明的当前优选实施例的示例性排气处理装置；

图2a和图2b分别示出了与车辆和机器相关的本发明的排气处理装置的示例性场景；并且

图3概念性地示出了执行根据本发明的方法的处理步骤。

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当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，而且不应解释为仅限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了彻底和完整性，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。相同的附图标记始终表示相同的元件。

现在参考附图并特别参考图1，其中描述了根据本发明的示例性排气处理装置100，它例如连接到车辆或机器的内燃机的排气管(如将关于图2a和图2b进一步讨论的)。排气处理装置100包括排气导管102，该排气导管102具有用于允许以可移除方式连接到排气管的连接器104。排气导管102提供从排气管到保持吸附材料的吸附床106的排气通道。

在内燃机所包括的排气后处理系统的再生过程期间，在排气管处提供的排气将达到高温，通常高于450℃。因此，排气处理装置100配备有热量调节单元，该热量调节单元布置在连接器104的下游但在吸附床106的上游。在所示的实施例中，该热量调节单元是连接到控制单元110的可控热交换器108，控制单元110也被包括在排气处理装置100中。

此外，排气处理装置100包括风扇112以及至少第一温度传感器114和第二温度传感器116，它们全部由控制单元110连接和操作。第一温度传感器114布置在热交换器108的上游，并且第二温度传感器116布置在热交换器108的下游，刚好在排气进入吸附床106之前。

控制单元110可以包括通用处理器、专用处理器、包含处理组件的电路、一组分布式处理组件、被配置成用于处理的一组分布式计算机等。该处理器可以是或可以包括任意数量的硬件，以用于数据处理或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码。该存储器可以是用于存储数据和/或用于完成或促进本说明书中描述的各种方法的计算机代码的一个或多个设备。该存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。该存储器可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件，或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式存储器设备或本地存储器设备可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，存储器被通信地连接到处理器并包括用于执行本文描述的一个或多个处理的计算机代码。

包含在吸附床106内的吸附材料(通常用于对来自内燃机的再生过程的排气进行脱硫)可包括基于沸石、混合金属氧化物、活性炭和负载金属化合物的吸附剂。在一实施例中，使用cao、bao、beta沸石和活性炭中的至少一种或其混合物，然而，其它可能存在的和/或未来的吸附材料也在本发明的范围内。

进一步参考图3，在排气处理装置100的操作期间，连接器104被牢固地连接s1到内燃机的排气管。一旦希望执行在内燃机所包括的排气后处理系统的再生过程，就可以可选地将信号从内燃机传输到排气处理装置100的控制单元110，以使排气处理装置100准备处理来自内燃机的排气。控制单元110进而可以启动风扇112以在吸附床106处产生负压，从而限制到排气处理装置100周围的环境的任何泄漏。

布置在热交换器108之前的温度传感器114还可以检测“急剧”增加的温度变化，这通常指示再生过程的开始。这样的指示也可以用于启动风扇112。

根据本发明，希望将排气的温度调节到与适合于布置在吸附床内的吸附材料的温度相对应的温度范围内。在一实施例中，希望将进入吸附床106时的排气温度保持在小于200℃。由于排气在再生期间可能达到超过450-500℃的温度，所以需要借助热交换器108从排气中除去大量的热能。

在一实施例中，热交换器108例如通过调节流过例如设置用于传导排气的、热交换器108的盘管的空气量而被气冷。在另一实施例中，热交换器108例如使用水、油等而被液冷。替代地，热交换器108也可以连接到内燃机所包括的冷却系统/加热系统，用于处理过剩热量等。

温度传感器114、116、风扇112和热交换器108将全部由控制单元110控制，以作为对所识别s2的排气温度的反应来调节排气温度排气，使得进入吸附床106的排气被调整s3到期望的温度范围内。控制单元110可以例如实现pi/pd/pid控制器等，用于调节排气的温度。一旦到达吸附床106，排气将使吸附床经受s4如上所述的吸附过程。

现在转到图2a和图2b，其示出了其中可使用本发明的排气处理装置100的两个替代实施例。图2a所示的第一实施例示出了卡车200，其中，卡车200的排气管连接到排气处理装置100的连接器104。关于图2a，排气导管102设置有还允许连接到布置在升高位置的排气管的延伸部。在这样的实施例中，排气处理装置100包括有排气延伸框架会是适当的，以简化排气导管102到排气管的安全连接。

在一些实施例中，排气导管102可以是部分刚性的且部分柔性的。在所示的实施例中，卡车200通常在部分通风的室内环境中、例如在地下矿井内操作。在“正常操作”期间产生的排气由布置在矿井内的(正常)通风系统处理，然而，通常不配备这种通风系统以处理在与卡车200的内燃机一起设置的排气后处理系统的再生过程期间产生的大量排气。因此，本发明的排气处理装置100也将允许在地下矿井内处理再生过程，而不需要将卡车200移动到室外。这将相应地允许卡车200的长时间完全操作使用。

在必要时，例如卡车200的驾驶员可以启动再生过程。该启动可以同时广播指示即将到来的再生过程的无线信号，其中该信号由排气处理装置100所包括的无线接收器拾取，从而使排气处理装置100准备用于处理升温的排气等。

图2b示出了其中可使用本发明的排气处理装置100的第二实施例。在图2b中，内燃机包括在移动电站220中，该移动电站200布置在室内部分通风的环境中。再次，室内环境中的正常通风能够处理由移动电站220在“正常”操作期间产生的排气。然而，在一些情况下，将希望对与移动电站200一起设置的内燃机的排气后处理系统执行再生过程。类似于上述内容，本发明的排气处理装置100还将允许在室内环境中处理再生过程，而不需要将移动电站220移动到室外，从而能够减少重要生产时间的任何损失。

应该理解，排气处理装置100还可以连接到小汽车、任何形式的机械、诸如倾卸车、轮式装载机的建筑设备，等等。

总之，本发明涉及一种排气处理装置，其包括：排气导管，该排气导管具有第一端，该第一端适于以可移除方式连接到内燃机的排气管；以及吸附床，该吸附床包括吸附材料，用于吸附发动机排气中的元素，该吸附床被操作性地连接到排气导管的第二端以接收发动机排气，其中，该排气处理装置还包括热量调节单元，该热量调节单元布置在吸附床的上游但在排气导管的第一端的下游，其中，该热量调节单元被构造成将发动机排气的温度调节到基于吸附材料选择的温度范围内。

这种系统的优点在于：在基本不希望通常的驻车再生或静止再生的情形中，改进对来自内燃机的排气的处理，特别是对来自内燃机所包括的后处理系统的再生过程产生的排气的处理。

另外，本公开的控制功能可以使用现有的计算机处理器实现，或者通过为此目的或其它目的而集成的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。在本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于承载或其上存储有机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是任何可用的介质，其可以由通用计算机或专用计算机或具有处理器的其它机器访问。例如，这样的机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储设备，或者可以用于承载或存储机器可执行指令形式的期望的程序代码或数据结构，并且其可由通用计算机或专用计算机或具有处理器的其它机器访问。

当通过网络或其它通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)将信息传输或提供到机器时，该机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被适当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。所述机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。

尽管这些图可能示出了一个序列，但这些步骤的顺序可以与所描述的不同。也可以同时执行或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件系统和硬件系统，并取决于设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，软件实现可以通过标准编程技术、通过用基于规则的逻辑和其它逻辑来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。此外，尽管已参考具体的示例性实施例描述了本发明，但对本领域的技术人员来说，许多不同的变更、修改等将变得明显。此外，单个单元可以执行权利要求中记载的若干装置的功能。在权利要求中，位于括号中的任何附图标记不应解释为对权利要求的限制。此外，在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。

本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求可以理解和实现对所公开的实施例的变型。本领域技术人员认识到，本发明不限于这些优选实施例。