排气处理装置绝热检测系统的制作方法
【专利摘要】一种排气后处理系统，包括至少具有第一部分和第二部分的排气通道。排气处理部件可以被定位在该排气通道内在第一部分与第二部分之间，并且隔绝毯分别隔绝第一部分、第二部分、以及排气处理部件。多个温度传感器可以被定位在第一部分处、第二部分处、排气处理部件处，其中每个传感器监测其位置处的温度。控制器可以访问与隔绝的排气后处理系统相关联的温度数据，并且该控制器将监测到的温度与该温度数据进行比较以确定是否存在超过预定阈值的差值。如果该差值超过预定阈值，则控制器输出错误信号，该错误信号标识排气系统的不再是隔绝的具体部分。
【专利说明】
排气处理装置绝热检测系统
技术领域
[0001 ]本披露涉及一种包括绝热检测系统的排气后处理系统。
【背景技术】
[0002] 此部分提供与本披露相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0003] 含水的尿素排气处理流体被用来处理发动机排气。因为尿素溶液含水，所以尿素 溶液在定量给送到排气流中时优选被定量给送模块雾化，以确保溶液中的尿素转换为氨并 且将水蒸发。然而在较低温度下，可能难以维持尿素溶液的雾化，这样使得经定量给送的尿 素溶液可能撞击在排气通道的内壁上。在这些情况下，反应副产品可能在排气通道的内壁 上形成可能阻塞排气通道的固体沉积物。
【发明内容】
[0004] 此部分提供本披露的总体概述而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。
[0005] 本披露提供了一种用于处理发动机所产生的排气的排气后处理系统。排气后处理 系统包括可运行来接收发动机所产生的排气的排气通道。排气通道可以至少包括第一部分 和第二部分。排气处理部件可以被定位在排出通道内在第一部分与第二部分之间。隔绝毯 分别隔绝第一部分、第二部分、以及排气处理部件。第一温度传感器可以被定位在第一部分 处，第二温度传感器可以被定位在第二部分处，并且第三温度传感器可以被定位在排气处 理部件处，其中每个传感器输出表明在其位置处的温度的信号。控制器可以接收由这些温 度传感器输出的信号，并且可以访问与隔绝的排气后处理系统相关联的温度数据，其中控 制器将表明温度的信号与温度数据进行比较并且确定是否存在超过预定阈值的差值。控制 器可以基于差值确定来输出错误信号，该错误信号标识排气系统的不再是隔绝的具体部 分。
[0006] 从本文所提供的描述将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用 于说明的目的而并非旨在限制本披露的范围。
【附图说明】
[0007] 在此描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实施例的说明性 目的，并且不旨在限制本披露的范围。
[0008] 图1是包括根据本披露的多个特征的示例性排气系统的示意性表示；
[0009] 图2是根据本披露原理的排气通道的一部分的透视截面视图；
[0010] 图3是例示根据本披露原理的控制方法的流程图；
[0011] 图4是例示根据本披露原理的另一控制方法的流程图；并且
[0012] 图5是根据本披露另一原理的排气通道的一部分的透视截面视图。
[0013] 在附图的各视图中，相应的参考号表不相应的部分。
【具体实施方式】
[0014] 现在将参考附图更全面地描述示例实施例。
[0015] 图1示意性地展示了根据本披露的示例性排气系统10。排气系统10可以至少包括 与燃料源(未示出）相连通的发动机12,燃料一旦消耗掉就产生排放气体，排放气体被排入 具有排气后处理系统16的排气通道14中。可以在发动机12的下游布置一对排气处理部件18 和20,该对排气处理部件可以包括催化剂涂覆的基材或过滤器22和24。催化剂涂覆的基材 或过滤器22和24可以是以下各项的任何组合：柴油微粒过滤器（DPF)、柴油氧化催化器 (D0C)、选择性催化还原(SCR)部件、贫NOx催化器、氨逃逸催化器、或本领域技术人员已知的 任何其他类型的排气处理装置。如果使用的是DPF，则它可以是催化剂涂覆的。
[0016] 尽管本披露并未要求，但排气后处理系统16可以进一步包括诸如增热装置或燃烧 器26的部件以便增加经过排气通道14的排放气体的温度。提高排放气体的温度有利于实现 在寒冷天气条件下以及在发动机12启动时点燃在排气处理部件18中的催化剂、以及在排气 处理基材22或24是DPF时开始排气处理部件18的再生。
[0017]为协助对发动机12所产生的排放物加以还原，排气后处理系统16可以包括定量给 送模块28以用于周期性地将排气处理流体定量给送到排气流中。如图1中所展示的，定量给 送模块28可以定位在排气处理部件18的上游，并且可运行来将排气处理流体注入到排气流 中。就此而言，定量给送模块28通过入口管线34与试剂储箱30和栗32处于流体连通，以便将 诸如柴油燃料或尿素的排气处理流体定量给送到排气处理部件18和20上游的排气通道14 中。定量给送模块28还可以经由返回管线36与试剂储箱30相连通。返回管线36允许任何未 被定量给送至排气流的排气处理流体得以返回试剂储箱30。排气处理流体通过入口管线 34、定量给送模块28、和返回管线36的流动还协助了冷却定量给送模块28从而使得定量给 送模块28不会过热。尽管附图中并未展示，但定量给送模块28可以被配置成包括在定量给 送模块28周围传送冷却剂以对其加以冷却的冷却套。
[0018]有效地处理该排气流的所需的排气处理流体量可以随负荷、发动机转速、排放气 体温度、排放气体流量、发动机燃料注入正时、所希望的N0X还原、气压计压力、相对湿度、 EGR比率以及发动机冷却剂温度而变化。为了监测这些变量，排气系统10可以包括如第一温 度传感器37，第一温度传感器可运行来输出表明排气温度的信号。由第一温度传感器37输 出的信号可以充当一个基线信号，如果所测量的温度大于预定阈值(如150C)，则该基线信 号允许控制器42开始定量给送排气处理流体。如果该基线信号没有表明允许用于定量给送 的最小温度，则控制器42将不允许定量给送模块28将排气处理流体定量给送进入该排气流 中。
[0019] 其他示例性传感器包括可以定位在排气处理部件18的下游的N0X传感器或量计 38』0X传感器38可运行来将表明该排气N0 X含量的信号输出给发动机控制单元40。可以经发 动机/车辆的数据总线从发动机控制单元40将所有或者一些发动机运行参数提供给排气后 处理系统控制器42。控制器42作为发动机控制单元40的一部分也可被包括在内。如在图1中 指明，可以通过各个传感器来测量排放气体温度、排放气体流量和排气背压以及其他车辆 运行参数。
[0020] 有效处理排气流所需的排气处理流体的量还可以取决于发动机12的大小。就此而 言，使用在火车机车、海洋应用、以及固定式应用中的大型柴油发动机可以具有超过单一定 量给送模块28能力的排气流速。因而，尽管仅展示了单一定量给送模块28来用于定量给送 排气处理流体，但应理解的是本披露想象了将多重定量给送模块28用于试剂注入。
[0021] 排气后处理系统16可以被包裹在隔绝毯44中。隔绝毯44可以包括多个区段44a、 44b、44c、44d和44e，这些区段包裹排气后处理系统16的不同部分。例如，区段44a可以被用 来在发动机12与第一排气处理部件18之间的位置处隔绝排气通道14;区段44b可以用于隔 绝第一排气处理部件18;区段44c可以用于在第一与第二排气处理部件18和20之间的位置 处隔绝排气通道14;区段44d可以用于隔绝第二排气处理部件20;并且区段44e可以用于在 第二排气处理部件20下游的位置处隔绝排气通道14。区段44a到44e可以成为一体。可替代 地，可以通过使用不同的紧固机构（包括拉链、挂钩和孔眼（未示出）、或本领域技术人员已 知的任何其他紧固机构)将区段44a至44e可移除地彼此联接。将区段44a至44e可移除地彼 此联接使得允许维修排气后处理系统16的不同部分，而无需完全移除隔绝毯44。
[0022]隔绝毯44有助于防止热量从排气后处理系统16逃逸。因此，隔绝毯44可能是由热 防护或热反射材料形成的、或者可能是由玻璃纤维或垫料材料形成的。应该理解的是可以 使用任何类型的绝热材料而不受限制。通过防止热量从排气后处理系统16逃逸，排气处理 部件18和20的催化剂能更有效地处理发动机12所产生的排气以便去除排气流中的各种排 放物。
[0023]进一步，防止热量从排气后处理系统16逃逸还有助于维持试剂排气处理流体在通 过定量给送模块28定量给送入该排气流中之后的雾化。通过维持试剂排气处理流体的雾 化，可以防止、或至少基本上最小化沉积物在排气通道14的内壁上的形成。
[0024] 排气后处理系统16可以包括多个第二温度传感器46。第二温度传感器46可以是热 电偶、热敏电阻器、或本领域技术人员已知的任何其他类型的温度传感器。第二温度传感器 46可以被定位在沿排气后处理系统16的不同位置处，并且被用来监测排气后处理系统16内 的排气的温度。图2展示了排气通道14的一部分，包括与排气通道14的内部48相连通的用于 监测排气温度的温度传感器46。
[0025] 如图1所示，这些"第二"温度传感器包括:温度传感器46a，该温度传感器可以在发 动机12与第一排气处理部件18之间的位置处联接到排气通道14;温度传感器46b，该温度传 感器可以联接到第一排气处理部件18的壳体18a;温度传感器46c，该温度传感器可以在第 一排气处理部件18与第二排气处理部件20之间的位置处联接到排气通道14;温度传感器 46d，该温度传感器可以联接到第二排气处理部件20的壳体20a;以及温度传感器46e，该温 度传感器可以在第二排气处理部件20下游的位置处联接到排气通道14。每个第二温度传感 器46a至46e都可以与控制器42或E⑶40通信。
[0026] 尽管优选使用第二温度传感器46a至46e，但应当理解的是，只有排气处理部件18 和20可以分别包括温度传感器46b和46d。可替代地，本披露想象可以在对应的第一和第二 排气处理部件18和20的上游和下游位置处仅使用第二温度传感器46a、46c和46e，以在排气 流进入和离开每个部件时监测排气温度。另一个替代方案是在邻近定量给送模块28的位置 处仅使用第二温度传感器46c。无论如何，应该理解的是可以使用任何数量的第二温度传感 器46而不背离本披露的范围。
[0027]除了监测排气后处理系统16各个位置的排气流的温度，第二温度传感器46a至46e 可以被用来监测隔绝毯44或其任何区段44a至44e是否已经从排气后处理系统16被移除。图 3展示了示例性控制算法，该算法用于确定隔绝毯44、或其任何区段44a-44e是否已被移除。 [0028] 在控制块100处，控制器42或ECU 40请求第二温度传感器46a至46e监测排气流的 温度。在接收到来自每个温度传感器46a至46e的表明温度的信号之后，控制器42或ECU 40 可以将表明所测量的温度的这些信号与可以存储在控制器42或E⑶40(控制块102)的查询 表中的不同温度进行比较。所存储的温度可以基于隔绝的排气后处理系统在不同发动机负 荷下的已知排气温度。如果在各个区段44a至44e中有任何所测量的温度在预定范围之外， 则控制器42或E⑶40可以确定已经出现异常(控制块104)。可替代地，控制器42或E⑶40可 以将所测量的温度与单个所存储的温度进行比较，并且如果在这些温度之间的差值大于预 定阈值，则控制器42或E⑶40可以确定已经出现异常。在任一情况下，控制器42或ECU 40于 是可以推断出隔绝毯44或其区段44a至44e已经被移除(控制块106)。（下列)表1是存储在控 制器42或E⑶40中的示例性查询表。
[0029]
[0030] 表 1
[0031] 就此而言，如果隔绝毯44或其区段44a至44e已经被移除，那么由于从排气后处理 系统16损失的热量，由具体的温度传感器46a-46e测量的温度将会更低。具体位置的热量损 失可能是由于隔绝毯44降级、或者由于在维修程序过程中移除了隔绝毯44的区段44a至44e 而该区段在该程序之后没有被更换的结果。无论如何，当检测到温度异常时(块104)，控制 器42或ECU 40可以输出标识该位置不再是隔绝的错误信号、发出使发动机12停止运行的信 号、或防止定量给送模块28将排气处理流体定量给送到排气流中（控制块108)。通过发出错 误信号、停止发动机12的运行、或通过防止将排气处理流体定量给送到排气流中，可以防止 或至少基本上最小化在排气通道14内或在排气处理部件18和20上的沉积物。在修复或更换 隔绝毯44或者区段44a至44e之后，可以重新启动发动机12的运行或者可以恢复定量给送。 如果没有检测到异常，则发动机12和定量给送模块28可以继续运行(控制块110)。
[0032]应该理解的是，在大型发动机应用(例如海洋应用、固定式应用以及机车应用）中， 由发动机12所产生的排气量可能是大量的，其可能需要大量的试剂排气处理流体来处理排 气。这样，如果隔绝毯44或其区段44a至44e已经被移除，从排气后处理系统16具体位置处损 失的热量可能大幅度地大于排气系统的其他位置。在这些情况下，试剂排气处理流体不能 保持适当雾化并且可能会在排气处理通道14内形成沉积物。因为在大规模发动机应用中需 要这样大量的试剂排气处理流体，这些沉积物的积聚可能发生得相当快，这可能导致背压 积累，从而妨碍发动机12的最佳运行。进一步的，沉积物的积聚可能必然使发动机运行时间 减少，由于需要去除排气后处理系统16中的沉积物。因此，通过监测排气温度来确定排气后 处理系统16是否被恰当地隔绝，从而可以减少维修排气后处理系统16所需的时间量。
[0033]图4展示了另一个示例性控制算法，该算法用于确定隔绝毯44或其任何区段44a-44e是否已经被移除。在图4的控制算法中，应该理解的是每个温度传感器46a至46e并不监 测如图2所示的排气流的温度。而是，每个温度传感器46a至46e仅被联接到排气通道14的外 部50或排气处理部件18和20的壳体18a和20a。确切地说，如图5所示，每个温度传感器46a至 46e可以被布置在隔绝毯44与排气通道14的外部50或壳体18a和20a之间。
[0034] 在控制块200处，控制器42或ECU 40请求每个温度传感器46a和46e监测每个温度 传感器46a至46e所在具体位置处的温度。在接收来自每个温度传感器46a至46e的所测量的 温度之后，控制器42或E⑶40可以将这些所测量的温度各自与彼此进行比较(控制块202)。 如果有任何所测量的温度在预定范围之外(例如，比其他所测量的温度小25-50摄氏度），则 控制器42或ECU 40可以确定已经出现异常（控制块204)。控制器42或ECU 40于是可以推断 出隔绝毯44或其区段44a至44e已经被移除(控制块206)。
[0035] 就此而言，如果隔绝毯44或其区段44a至44e已经被移除，那么由于从排气后处理 系统16损失的热量，由具体的温度传感器46a-46e测量的温度将会更低。具体位置的热量损 失可能是由于隔绝毯44降级、或者由于在维修程序过程中移除了隔绝毯44的区段44a至44e 的结果。无论如何，当检测到温度异常时(控制块204)，控制器42或ECU 40可以发出使发动 机12停止运行的信号、或防止由定量给送模块28将试剂排气处理流体定量给送到排气流中 (控制块208)。通过停止发动机12的运行、或通过防止定量给送，可以防止或至少基本上最 小化沉积物在排气通道14内或在排气处理部件18和20上的积聚。在修复或更换隔绝毯44或 者区段44a至44e之后，可以重新启动发动机12的运行或者可以增大发动机负荷。如果没有 检测到异常，则发动机12和定量给送模块28可以继续运行(控制块210)。
[0036]应该理解的是，即使第一温度传感器37可以输出表明温度高于允许定量给送排气 处理流体的预定阈值的信号，由第二温度传感器46a至46e输出的信号仍可以被用来防止排 气处理流体的定量给送。就此而言，即使由第一温度传感器37感测到的温度高于用于定量 给送的预定阈值，第一温度37下游的排气温度仍可能改变。因此，如果第二温度传感器46a 至46eK别出温度异常，则控制器42可以使发动机12关闭或阻止由定量给送模块28进行的 定量给送，尽管由第一温度传感器37检测的温度是高于该预定阈值的。
[0037] 可替代地，基于由第二温度传感器46a至46e输出的信号，控制器42可以指示排气 后处理系统16以旁通模式来运行。更确切地，许多海洋排气后处理系统可以装备有旁通通 道(未示出），其允许发动机排气逃逸进入大气中而不是首先穿过后处理系统16。如果由任 何的第二温度传感器46a至46e检测到异常，控制器42可以使后处理系统16关闭并且控制允 许排气进入旁路并离开进入大气的阀门（未示出）。
[0038]以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。并不旨在详尽或限制 本披露。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例，而是在适用时是 可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来 对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本披露，并且所有这样的改动都旨在包含在本 披露的范围之内。
【主权项】
1. 一种排气后处理系统，该排气后处理系统用于处理发动机所产生的排气，该排气后 处理系统包括： 排气通道，该排气通道可运行来接收该发动机所产生的排气，该排气通道至少包括第 一部分和第二部分； 排气处理部件，该排气处理部件被定位在该排气通道内在该第一部分与该第二部分之 间； 隔绝毯，该隔绝毯可操作为分别隔绝该第一部分、第二部分、以及该排气处理部件； 定位在该第一部分处的第一温度传感器、定位在该第二部分处的第二温度传感器以及 定位在该排气处理部件处的第三温度传感器，其中每个传感器输出表明其位置处的温度的 信号；以及 控制器，该控制器接收由这些温度传感器输出的信号并且可以访问与隔绝的排气后处 理系统关联的温度数据， 其中该控制器将表明温度的信号与温度数据进行比较并且确定是否存在超过预定阈 值的差值，该控制器基于该差值确定来输出错误信号，该错误信号标识该排气系统的不再 是隔绝的具体部分。2. 如权利要求1所述的排气后处理系统，其中这些温度传感器与排气相连通，并且由这 些温度传感器输出的信号表明排气温度。3. 如权利要求1所述的排气后处理系统，其中该第一温度传感器被定位在该第一部分 的外部与该隔绝毯之间，该第二温度传感器被定位在该第二部分的外部与该隔绝毯之间， 并且该第三温度传感器被定位在该排气处理部件的外部与该隔绝毯之间。4. 如权利要求3所述的排气后处理系统，其中由这些温度传感器输出的信号表明该第 一部分、该第二部分、和该排气处理部件的外部的外部温度。5. 如权利要求1所述的排气后处理系统，其中该隔绝毯包括多个区段，并且该控制器可 运行来识别该多个区段中是否有任何区段被去除或降级。6. 如权利要求1所述的排气后处理系统，进一步包括定量给送模块，该定量给送模块用 于将排气处理流体定量给送到排气中。7. 如权利要求6所述的排气后处理系统，其中该定量给送模块被定位在该第一部分处、 在该排气处理部件的上游位置处。8. 一种发动机排气后处理系统，包括： 排气通道； 排气处理部件，该排气处理部件与该排气通道相连通； 定量给送模块，该定量给送模块用于在该排气处理部件的上游位置处将排气处理流体 定量给送到该排气通道中； 隔绝毯，该隔绝毯被布置成至少在该位置处围绕该排气通道； 邻近该位置的温度传感器，该温度传感器用于输出表明该位置处的温度的信号；以及 控制器，该控制器接收由该温度传感器输出的信号并且可以访问与隔绝的排气后处理 系统关联的温度数据， 其中该控制器将表明温度的该信号与该温度数据进行比较并且确定该信号是否在预 定范围之外，该控制器基于该确定来输出错误信号，该错误信号标识该位置不再是隔绝的。9. 如权利要求8所述的发动机排气后处理系统，其中该温度传感器与发动机排气相连 通，并且该信号表明发动机排气温度。10. 如权利要求8所述的发动机排气后处理系统，其中该温度传感器被定位在该排气通 道的外部与该隔绝毯之间，并且该信号表明该排气通道的温度。11. 如权利要求8所述的发动机排气后处理系统，其中该隔绝毯包括多个区段，并且该 控制器可运行来识别该多个区段中是否有任何区段被去除或降级。12. 如权利要求8所述的发动机排气后处理系统，其中，该控制器与该定量给送模块相 连通，并且如果该信号在该预定范围之外，则该控制器指示该定量给送模块至少减少对该 排气处理流体的定量给送。13. 如权利要求8所述的发动机排气后处理系统，其中，该控制器与该定量给送模块相 连通，并且如果该信号在该预定范围之外，则该控制器指示该定量给送模块停止对该排气 处理流体的定量给送。14. 一种用于监测排气后处理系统的方法，该排气后处理系统包括排气通道、用于将排 气处理流体定量给送到该排气通道中的定量给送模块、布置成在邻近该定量给送模块的位 置处围绕该排气通道的隔绝毯以及温度传感器，该方法包括： 通过该温度传感器输出信号，该信号表明邻近该定量给送模块的排气通道的温度、或 者在邻近该定量给送模块的位置处的排气的温度； 将表明温度的信号与隔绝的排气后处理系统的存储温度进行比较； 在将该信号与存储温度进行比较之后，确定是否存在超过预定阈值的差值;并且 基于该差值确定来输出错误信号，该错误信号标识该位置不再是隔绝的。15. 如权利要求14所述的方法，其中该温度传感器与发动机排气相连通，并且该信号表 明发动机排气温度。16. 如权利要求14所述的方法，其中该温度传感器被定位在该排气通道的外部与该隔 绝毯之间，并且该信号表明该排气通道的温度。17. 如权利要求14所述的方法，其中该隔绝毯包括多个区段，并且该控制器可运行来识 别该多个区段中是否有任何区段被去除或降级。18. 如权利要求14所述的方法，其中该控制器与该定量给送模块相连通，并且如果该信 号在该预定范围之外，则该控制器指示该定量给送模块至少减少对该排气处理流体的定量 给送。19. 如权利要求14所述的方法，其中该控制器与该定量给送模块相连通，并且如果该信 号在该预定范围之外，则该控制器指示该定量给送模块停止对该排气处理流体的定量给 送。
【文档编号】F01N9/00GK105899777SQ201580004365
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月7日
【发明人】迈克尔·戈林, 约翰·W·德乔治
【申请人】天纳克汽车经营有限公司