具有清洗加热器的流体喷射器的制作方法

专利名称：具有清洗加热器的流体喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体喷射器，并且尤其涉及一种具有清洗加热器
(purge heater)的流体喷射器。
背景技术：
包括柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机和本领域中已知 的其它发动机在内的发动机排放空气污染物的复杂混合物。这些空气污染 物包括被称为颗粒物或煤烟的固体材料.由于日益增加的对环境的关注， 排气排放标准已变得更加严格，并且根据发动机的类型、发动机的尺寸和/ 或发动机的等级来调节从发动机排出的颗粒物的量。
一种由发动机制造商实现的、遵守被排放到环境中的颗粒物规定的方 法已利用被称为颗粒捕集器或柴油颗粒过滤器的装置从发动机的排气流中 除去颗粒物。颗粒捕集器是被设计成捕集颗粒物的过滤器，并且通常包括 丝网或陶瓷蜂窝介质。但是，将颗粒捕集器使用延长的时间段可能会使得 颗粒物积聚在介质中，从而降低过滤器的功能性以及相应的发动机性能。
可通过^L称为再生的处理从过滤器中除去收集的颗粒物。为了启动过 滤器的再生，必须将过滤器中捕集的颗粒物的温度升高至燃烧阈值，在该 燃烧阈值下颗粒物被烧尽。 一种升高颗粒物温度的方式是将催化剂例如柴 油燃料喷射到发动机的排气流中，并且点燃所喷射的燃料。
在再生事件之后，切断燃料的供给。但是， 一些燃料可能仍残留在燃 料喷射器中或者将燃料引到喷射器的燃料管线中。此残留燃料在遭受到排 气流的严苛条件时可能转化成焦炭或部分燃烧，从而留下可能限制甚至阻 塞燃料喷射器的固体残渣。另外，来自排气流的颗粒物可能进入并阻塞喷射器。为此，需要在再生事件之间定期清洗燃料喷射器和/或任何积聚的残 渣或颗粒物。
1991年1月29号授予Lopez-Crevillen等人的美国专利第4,987,738 号(，738专利)中描述了一种清洗燃料喷射器的方法。具体来说，，738专 利公开了具有用于焚烧被捕集颗粒的燃烧器的颗粒过滤器。该燃烧器包括 用于在再生期间将燃料喷射到燃烧器中的燃料喷射器喷嘴。如，738专利的 图1所示，燃料泵经由沿轴向与喷嘴的孔对齐的通路将燃料提供给喷射器 喷嘴。为了保持燃烧器的高效且可靠的操作，在再生事件之后，通过沿轴 向对齐的通路向燃料喷射器喷嘴供给清洗空气，以清洗燃料喷嘴。清洗空 气持续流过喷射器喷嘴，直至随后的再生事件。
尽管，738专利的燃烧器可能在一定程度上受益于上述清洗处理，但是 收益的成^艮高。特别地，支持空气清洗所需的附加通路可增加机加工成 本、部件成本和组装时间。另夕卜，保持清洗空气的持续流动可能成^艮高， 并且增加了碎屑流过流体喷射器喷嘴的危险。
本发明的流体喷射器解决了上述问题中的一个或多个。

发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于排气处理系统的流体喷射器。该流体 喷射器可包括体部、销构件和加热器。销构件可"^殳置在该体部中，并且具 有流体接收端和流体喷射端。该加热器可围绕该销构件的流体喷射端设置。
本发明的另 一个方面涉及另 一种流体喷射器。此流体喷射器可包括体 部、被冷却的销构件、套管和被加热的销构件。被冷却的销构件可设置在 该体部中并且构造成接收流体。该套管可连接到该体部的端部。被加热的
销构件可与被冷却的销构件流体连通地设置在该套管中，以喷射所接收的 流体。
本发明的另 一方面涉及一种排气处理系统。该排气处理系统可包括构 造成接收排气的通路，和构造成将流体喷射到该通路内的排气中的喷射器。 该排气处理系统可进一步包括联接到喷射器的加热器。


图l是示例性公开的发动机组的示意简图2是用于图l的发动机组的示例性公开的排气处理设备的分解视图3是图2的排气处理设备的横截面视图4是用于图2和3的设备的流体喷射器的横截面视图5是用于图2和3的设备的示例性公开的控制系统的示意简图；以
及
图6是示出由图5的控制系统执行的清洗图4的流体喷射器的示例性 方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出具有燃料系统12和辅助再生系统14的发动机组10。为了公 开的目的，发动机组10被示出和描述为四沖程柴油发动机。但是，本领域 技术人员应认识到，发动机组10可以是任何其它类型的内燃发动机，例如 汽油发动机或气体燃料动力发动机。发动机组10可包括至少部分地限定多 个燃烧室17的机体16。在所示的实施例中，发动机组IO包括四个燃烧室 17。但是，可以设想发动机组10包括更多或更少数量的燃烧室17,并且 燃烧室17可设置成"直排"构型、"V"构型或任何其他合适的构型。
还如图1中所示，发动机组10可包括可旋转地设置在机体16中的曲 轴18。连接杆(未示出)可将多个活塞(未示出)连接到曲轴18，从而每 个活塞在相应的燃烧室17中的滑动导致曲轴18的旋转。类似地，曲轴18
的旋转可导致活塞的滑动。
燃料系统12可包括相协作以将喷射的加压燃料传送至每个燃烧室17 的部件。具体来说，燃料系统12可以是共轨系统，并且包括构造成保持燃 料供给的箱20、以及构造成给燃料加压并且利用(油)轨24将加压燃料 引到多个燃料喷射器23的燃料泵送装置22。
燃料泵送装置22可包括一个或多个泵送设备，其用于增加燃料的压力
6并且将一个或多个加压燃料流引到(油)轨24。在一个示例中，燃料泵送 装置22包括依次设置并且通过燃料管线30流体连接的低压源26和高压源 28。低压源26可以是向高压源28提供低压进给的输送泵。高压源28可接 收该低压进给，并且在一些情况下将燃料的压力一直增加到300MPa。高 压源28可利用燃料管线32连接到(油)轨24。 一个或多个过滤元件34、 例如主过滤器和副过滤器，可依次设置在燃料管线32中以便从被燃料泵送 装置22加压的燃料中除去碎屑和/或水。
低压源和高压源26、 28中的一个或两者可操作性地连接到发动机组 10，并且被曲轴18驱动。低和/或高压源26、 28可通过本领域技术人员显 而易见的任何方式与曲轴18连接，其中曲轴18的旋转将导致泵轴的对应 的驱动旋转。例如，高压源28的泵驱动轴36在图1中示出为通过齿轮系 38连接到曲轴18。但是，可以设想低压源和高压源26、 28中的一个或两 者可选择地^^电驱动、液压驱动、气动驱动或以任何其他合适的方式驱动。 还可以设想，燃料系统12可以可选择地采用另一种燃料系统，例如机械单 元燃料喷射器系统或液压单元燃料喷射器系统，其中，在各喷射器中生成
或提高所喷射燃料的压力而无需使用高压源。
辅助再生系统14可与排气处理设备40相关联。特别地，发动机组IO 的排气可经由排气通路35被传输至排气通路35的端部(未示出)，在该 端部排气可被释放到大气中。在到达排气通路35的端部之前，排气可通过 排气处理设备40。在排气处理设备40中，排气成分例如颗粒物、NOx、 HC以及其他成分可被从排气流中除去，或者被转换成无害气体。在一个 示例中，排气处理i殳备40可包括安置成从排气流中除去颗粒物的丝网或陶 瓷蜂窝过滤介质42。随着时间的经过，颗粒物可在过滤介质42中积聚， 并且如果未被处理，则颗粒物积聚可能严重到足以限制甚至阻塞排气流过 处理设备40,使得发动机组IO中的背压增加。发动机组10的背压的增加 可减小发动机组10抽入新鲜空气的能力，导致性能下降，排气温度增加以 及燃料消耗变差。
如图2所示，辅助再生系统14可包括相协作以定期减少排气处理设备40中的颗粒物积聚的部件。这些部件尤其可包括壳体44、喷射器46、混 合板48、火花塞50、热电偶52和燃烧罐54。可以设想，辅助再生系统14 可包括附加的或不同的部件，例如一个或多个先导(pilot)喷射器、附加 主喷射器、控制器、压力传感器、流量传感器、流阻塞装置、以及本领域 中已知的其它部件。还可设想，代替过滤介质42 (见图1)或除过滤介质 42之外，排气处理设备40可包括选择性催化还原(SCR)装置和与喷射 器46几乎相同的相关喷射器(未示出)，以用于将还原剂例如尿素引入在 SCR装置上游的排气流。
壳体44可接纳和流体地互连喷射器46、混合板48、火花塞50和热电 偶52。特别地，壳体44可具有中心阶梯孔56、环形凹入开口58、位于中 心的孔60、第一径向偏置孔61、和第二径向偏置孔(未示出)。壳体44 还可包括先导燃料通路62、主燃料通路64、空气供给通路66、以及入口 和出口冷却通路68、 70。如果希望的话， 一个或多个止回阀(未示出)可 位于这些通路中的任何一个或全部内，以确保在通路中的各流体的单向流 动，和/或使需要定期重新供给或清洗的体积减少或最小化。
位于中心的孔60可通过内表面72 (是指通向燃烧罐54的图2中所示 的壳体44的表面)接纳喷射器46。位于中心的孔60与喷射器46 —起可 在孔60的阶梯部中形成先导燃料室74 (参照图3)、主燃料室76、和冷 却剂室78。先导燃料室74可与先导燃料通路62流体连通，而主燃料室76 可与主燃料通路64流体连通。冷却剂室78可与入口和出口冷却通路68、 70流体连通。混合板48可利用弹性件例如贝氏(bellville)垫圈80将喷射 器46保持在位于中心的孔60中。
中心阶梯孔56也可通过内表面72接纳混合板48。混合板48可完全 压配合在中心阶梯孔56中，和/或被扣环82保持在合适位置。混合板48 可与喷射器46和壳体44中心对齐，并且利用 一个或多个定位销83相对于 壳体44在角度上定向。
第一径向偏置孔61可通过壳体44的外表面接纳火花塞50。特别地， 火花塞50可包括接合第一径向偏置孔61的内螺紋的外螺紋。如果需要的
8话，第一径向偏置孔61可与空气供给通路66连通，从而碳和其他污染物 可从第一径向偏置孔61被定期清洗出，从而防止了在火花塞50上积聚和 造成不希望的电弧放电。
第二径向偏置孔可通过壳体44的外表面接纳热电偶52。类似于火花 塞50，热电偶52也可具有接合第二径向偏置孔的内螺紋的外螺紋。尽管 没有通路被示出与热电偶52流体连通，但是如果需要的话，可以设想来自 供给通路66的清洗流体例如空气可选择地或附加地被引到第二径向偏置 孔，以使其中的污染物积聚减小或最小化。
喷射器46可设置在壳体44中，并且可操作以在预定的正时、燃料压 力和燃料流率下将一个或多个数量的加压燃料(例如，通过先导、主和/
或后喷射)喷射到燃烧罐54中。燃料喷射到燃烧罐54中的正时可与从热 电偶52、 一个或多个压力传感器(未示出)、计时器(未示出)、或任何 其他类似的传感设备接收到的传感输入同步，从而燃料的喷射基本对应于 颗粒物在过滤介质42 (参照图1)中的积聚。例如，当流过排气处理设备 40的排气的温度超过预定值时，可喷射燃料。可选择地或附加地，当流过 排气处理设备40的排气的压力超过预定压力水平或者过滤介质42两端的 压降超过预定的差值时，可喷射燃料。如果需要的话，可以设想除了压力 和温度条件之外或者无论压力和温度条件如何，基于设定的周期喷射燃料。
混合板48 (例如，涡流板)与壳体44的环形凹入开口 58 —起可形成 空气分配通路84 (参照图3 )，可经由供给通路66向该通路84供给压缩 空气。混合板48可包括使空气分配通路84与燃烧罐54流体连通的多个成 环形设置的空气孔86。空气孔86可使空气与喷射到燃烧罐54中的燃料混 合以改进其中的燃烧。如果需要的话，可以设想空气孔86可附加地或可选 择地将加压空气引到燃烧罐54的外周边，以用于冷却和/或绝缘目的。
混合板48可包括容纳热电偶52和火花塞50的开口。具体来说，热电 偶52可经由混合板48中的第一通孔88延伸到燃烧罐54中，而火花塞50 可经由第二通孔90延伸到燃烧罐54中。接地电极92可在第二通孔90附 近从混合板48延伸以与火花塞50相互作用。火花塞50可有助于从喷射器46喷洒到燃烧罐54中的燃料的点火。具 体地，在再生事件期间或者当排气处理设备40中的催化剂需要升高的温度 时，离开发动机组10的排气的温度可能过低从而不能导致从喷射器46喷 出的燃料自动点火。为了启动燃料以及随后的被捕集颗粒物的燃烧，可从 喷射器46朝火花塞50喷洒或喷射少量(即，先导射流)燃料，以产生可 由火花塞50容易地点火的局部浓的气氛。在火花塞50的电极和混合板48 的接地电极92之间产生的火花可点燃局部浓的气氛，从而产生火焰，该火 焰可朝捕集的颗粒物喷出或前进。从喷射器46传播的火焰喷射可使排气处 理设备40中的温度升高到容易地支持来自喷射器46的较大量(即，主要 射流)燃料的有效点火的水平。当主要喷射的燃料点火时，排气处理设备 40的温度可继续升高到导致过滤介质42中捕集的颗粒物燃烧的水平和/或 支持催化剂的高效操作的水平。
热电偶52可确认在燃烧罐54中的燃料/空气混合物的成功点火，并且 帮助基于实现的温度控制燃料的喷射量。热电偶通常包括两种不同金属， 其经常釆用细长构件例如线或杆。热电偶的两种金属可经由(软)钎焊接 头在热电偶的测量端(通常为终端)相接合。当在热电偶的测量端的温度 相对于在基准端(即，非测量端)的温度改变时，可生成可测量的电压。 所测量的电压的值可被用于确定在热电偶的测量端的温度。热电偶52可通 过混合板48延伸到燃烧罐54中，以便指示其中的温度。当在燃烧罐54 中测量的温度超过预定值时，可推断出已经实现空气-燃料混合物的点火。 类似地，当在燃烧罐54中测量的温度下降到低于预定值时，可推断出火焰 喷射已被熄灭。可以设想，向燃烧罐54中的燃料喷射、被引到燃烧罐54 中的空气的流率或压力、喷射器46的温度、和/或其它温度相关操作可响 应于由热电偶52生成的电流值而改变。
燃烧罐54 (参照图2)可采用管状构件，其构造成将点燃的燃料/空气 混合物(即，火焰喷射)从辅助再生系统14沿轴向引到处理i殳备40的排 气流。特别地，燃烧罐54可包括使来自喷射器46的燃料和来自分配通路 84的空气与排气流体连通的中心开口 94 (即，中心开口 94可与通路35
10流体连通或者与通路35共同延伸〔扩及同空间，coextensive〕)。燃烧罐 54可在中心开口 94的一端使用火焰稳定板96,以提供使排气处理设备40 中的脉动减小或最小化的限制。即，火焰稳定板96的内径可小于中心开口 94的内径。燃烧罐54可基本是直的，并且具有根据预期的火焰引入位置 在制造期间设定的预定长度(由燃料/空气混合物的点燃产生的火焰从燃烧 罐54延伸到排气流的距离)。在一个示例中，此预期引入位置可距燃烧罐 54的火焰稳定板96大约12英寸。
如图4所示，喷射器46可以是多个部件的组件，所述多个部件相互作 用以便即使在严苛操作条件下仍确保将燃料连续喷射到燃烧罐54 (参照图 2)中。具体来说，喷射器46可包括体部98、设置在体部98中的被冷却 的销构件100、套管102、设置在套管102中的被选择性加热的销构件104、 压配合到或联接到套管102上的加热器106、以及围绕加热器106设置的 热屏蔽108。加压燃料可朝向被加热的销构件104被引导到被冷却的销构 件100中和周围以便喷射，同时，冷却剂可被引导到体部98周围以防止被 冷却的销构件100中的燃料发生焦化。在喷射事件之间，可向加热器106 选择性地施加电流以蒸发和/或烧尽被加热的销构件104中的任何残留燃料 或积聚物(即，清洗喷射器46的流体喷射端部)。喷射器46的外表面也 可被清除沉淀物和燃料，从而保持喷洒角度和品质。热屏蔽108可使清洗 处理期间从加热器106对流和/或辐射损失的热量减小或最小化。
体部98可以是大致为圆柱形的构件，其构造成組装在位于中心的孔 60(参照图2)中，并且可包括一个或多个通路。具体来说，体部98可包 括构造成通过螺玟接纳^L冷却的销构件100的孔109，以及构造成通过螺 紋接纳套管102的端部的连接孔110。体部98可在相对端具有直径扩大的 外表面，从而在它们之间形成凹部112。凹部112可至少部分地限定冷却 剂室78 (参见图3)。即，来自入口冷却通路68的冷却剂可在凹部112 处与体部98的环形外表面直接接触。 一个或多个密封件114可与体部98 的扩大区域相关联，以使体部98和壳体44之间的流体泄漏和污染减小或 最小化。凸缘116可帮助将体部98正确定位在位于中心的孔60中。
ii被冷却的销构件100可以是细长圓柱形构件，其可滑动地设置在位于 中心的孔60(参照图3)中并且与体部98螺紋接合。；故冷却的销构件IOO 与体部98的接合位置可基本对应于凹部112和冷却剂室78 (参照图3 )的 轴向位置。这样，；陂冷却的销构件100中产生的或者传递到被冷却的销构 件100的任何热量可通过这种接合被传导到室78 (参照图3 )中的冷却剂。 被冷却的销构件100可包括内部通路118,该内部通路118以在先导燃料 室74 (参照图3 )处的阴锥形部120开始，并且在被加热的销构件104的 接纳端处终止。；故冷却的销构件100也可在燃料接收端部处具有直径扩大 的外表面，从而在被冷却的销构件100的扩大表面和体部98之间形成凹部 122。凹部122可至少部分地限定主燃料室76,而位于被冷却的销构件100 的扩大直径的轴向上游位置的在位于中心的孔60内的空间可至少部分地 限定先导燃料室74 (参照图3)。类似于体部98， 一个或多个密封件114 可与被冷却的销构件100的扩大区域相关联，以使被冷却的销构件100和 壳体44之间的流体泄漏和污染减小或最小化。
套管102可采用大致为管形的构件，其将被加热的销构件104固定地 连接到加热器106、体部98和被冷却的销构件100。即，套管102可包括 与,皮加热的销构件104螺紋接合的中心孔124,以及环形外表面，加热器 106可被压配合、线缠绕、(硬)钎焊、铸造、紧密间隙配合或夹持在该 环形外表面上。套管102还可与体部98的连接孔110螺玟接合。套管102、 被加热的销构件104和加热器106之间的接合可有助于从加热器106到被 加热的销构件104的传导性热传递。套管102还可包括位于套管102的相 对端的凸缘部128。凸缘部128可轴向支承和定位加热器106。凸缘部128 中的中心开口 130可允许通过套管102喷射燃料。如上所述的贝氏垫圏80 可被混合板48压在凸缘部128上，以将喷射器46保持在壳体44 (参照图 2和3)中。
末端(nib)132可位于中心开口 130中以用作密封表面。即，末端132 的内表面可被精密加工以紧靠位于,i^口热的销构件104中的第二末端134 的外表面密封。末端134可包括先导喷射孔131和主喷射孔133。可以设想，末端134还可包含附加的孔。当末端134紧靠末端132就位时，可防 止燃料在末端134周围流动，除非是通过允许燃料在末端132和134之间 流动和被喷射的精密狭槽(未示出)。相反地，当正确就位时，可迫使燃 料流过末端134的喷射孔。通过在末端132上而不是在中心开口 130处在 套管102的内表面上提供内部密封表面，套管102的制造可被筒化。
被加热的销构件104可采用大致圆柱形的构件，并且如上所述，可利 用螺紋被接纳在套管102中。被加热的销构件可构造成将从加热器106接 收的热能保持和/或集中到喷射器46的喷嘴部中。,皮加热的销构件104可 接收来自被冷却的销构件100的先导燃料，并且将先导燃料引到末端134 以便喷射到燃烧罐54 (参照图3)中。在被加热的销构件104和被冷却的 销构件100之间可保持分隔部135 (即，只有被冷却的销构件100的减小 区域凸起部可接触被加热的销构件104)，以使它们之间的热传导减小或 最小化。另外，可防止被加热的销构件104的延伸越过热屏蔽108的上游 端部的部分与套管102接触，从而可使在该位置处的传导性热传递减小或 最小化。但是，应指出，即使在被冷却的销构件IOO和被加热的销构件104 之间可保持分隔部，仍需设有流体密封(例如，通过垫圏、过盈配合或其 它手段)。此外，套管102和/或体部98的才黄截面积可在此位置减小或最 小化，以进一步限制向喷射器46的被冷却部分的热传递。
加热器106可包括设置在压配合到套管102上的体部中的电线圏元件 或线圏绕组136,以及用于将电流引到线圏绕组136的单个电引线138。为 了产生流过加热器106的电流，壳体44、混合板48、贝氏垫圏80和套管 102可被接地。为了使电引线138和壳体44之间短路的可能性最小，电引 线138可与壳体44绝缘。电引线138可沿基本平行于被冷却的销构件100 和#^口热的销构件104的轴向的垂直方向从线團绕组136延伸出，以便在 电引线138上的重力和振动的影响可被减小或最小化。如果需要的话，可 以设想电引线138可以可选择地沿水平或其它方向从线圏绕组136延伸出。
热屏蔽108可基本包封加热器106，以使向分配通路84 (参照图3 ) 中的空气对流和/或辐射的热能的量减小或最小化。即，热屏蔽108可成环形地围绕线圏绕组136，并且可与线圏绕组136间隔开，从而在热屏蔽108 中形成绝缘空气间隙137。热屏蔽108的环形部分可包括容许线圏绕组136 与电引线138连接的径向突出部。通过包含突出部而不是简单地增加热屏 蔽108的直径以容许连接到电引线138,由热屏蔽108占用的壳体44中的 空间可被减小或最小化。热屏蔽108可在一端围绕凸缘部128形成。另夕卜， 盖构件或端盖140可被i丈置成封闭热屏蔽108的相对上游端，从而防止、 减小或最小化向体部98的热传递。电引线138可通过端盖140中的孔。
图5示出用于调节喷射器46的清洗操作的控制系统142。控制系统142 可包括发动机转速传感器144、冷却剂传感器146、计时器148和控制器 150。控制器150可分别经由通信线152、 154、 156、 158和160与发动机 转速传感器144、冷却剂传感器146、计时器148、加热器106的电引线138、 以及热电偶52通信。控制器150可基于来自发动机转速传感器144、冷却 剂传感器146、计时器148和/或热电偶52的输入调节加热器106的温度。 可以设想，如果需要的话，控制器150可以可选择地基于附加的或不同的 输入来调节加热器106的温度。
发动机转速传感器144可感测发动机组10的转速，并且例如采用与曲 轴18或齿轮系38相关联的磁性拾取传感器(pickup sensor)。发动机转 速传感器144可设置在嵌入曲轴18、嵌入齿轮系38的元件、或嵌入被发 动机组10直接或间接驱动的任何其他部件的磁性元件(未示出)的近侧， 以产生对应于得到的磁场的转速的信号。转速信号可通过通信线152 ,U 送给控制器150。
冷却剂传感器146可与流过喷射器46的冷却剂和/或在整个发动机组 IO(即，在机体16、与燃烧室17相关联的缸盖、以及发动机组10的其它 部件)中流通的冷却剂相关联。冷却剂传感器146可以是温度型传感器， 其构造成产生指示与其接触的冷却剂的信号。温度信号可通过通信线154 被送至控制器150。
计时器148可以是数字式或模拟式装置，其构造成指示自再生事件开 始经过的时间、到下一个再生事件之前的剩余时间、再生事件的持续时间、自清洗事件开始经过的时间、到下一个清洗事件之前的剩余时间、清洗事
件的持续时间、或任何其它类似的时间度量。计时器148可生成指示时间 度量的信号，并且经由通信线156将此信号发送给控制器150。
控制器150可采用包含用于控制喷射器46的清洗操作的装置的单个微: 处理器或多个孩t处理器。多种市场上可得到的微处理器可构造成执行控制 器150的功能。应理解，控制器150可容易地采用能够控制多种发动^L组 功能的通用发动机组微处理器。各种其他已知的电路可与控制器150相关 联，包括供电电路、信号调整电路、螺线管驱动器电路、通信电路以及其 他合适的电路。
控制器150可包括存储在控制器150的内部存储器中的一个或多个图/ 映射表，并且可参考这些图确定用于各种清洗操作的与加热器106的激活/ 启用相关联的温度、加热持续时间和/或电流。这些图中的每一个可包括形 式为表格、曲线图和/或方程式的数据集合。在一个示例中，可通过用于确 定所得到的适合于清洗喷射器46的温度和/或持续时间的2-D或3-D表格 来参考预期类型的清洗处理。在另一个示例中，预期的温度和/或持续时间 以及可用的源电压可形成用于确定施加给加热器106的电引线138的产生 预期温度的电流的另一 2-D或3-D表格的坐标轴。控制器150可将预期类 型的清洗处理和可用的源电压与这些图进行比较，以响应于比较结果确定 预期温度、加热持续时间和所需的电流波形。为了公开的目的，用于产生 单个清洗事件的在加热器106中感应出的电流电平与其持续时间的组合可 净皮i人为是电流波形。
然后控制器150可在合适的正时经由电引线138将预定的或产生的电 流波形送至加热器106,以实现对于预期加热持续时间的预期温度。在一 个示例中，控制器150可基于来自上述图的数据在开环程序中调节加热器 106的操作。可选择地，如果需要的话，控制器150可基于来自所述图的 数据以及来自热电偶52和/或其它源的输入在闭环程序中调节加热器106 的操作。
控制器150可响应于接收到或识别出触发条件(trigger),将预定的
15或产生的波形发送给加热器106。具体地，控制器150可响应于成功的再 生事件的结束、响应于指示喷射器46堵塞的失败的再生事件(再生事件可 包括喷射事件)、和/或响应于自前一清洗事件起经过的时间段，激活加热 器106。在一个示例中，经过的时间段可为大约25小时。可以设想，如果 需要的话，可利用其它的和/或附加的触发条件来启动加热事件。
控制器150可构造成仅在某些条件满足时激活加热器106。这些条件 尤其可包括发动机组10的转速高于预定转速阈值、由冷却剂传感器146 测量的温度高于预定温度阈值、自再生事件起经过的最小时间、以及到下 一再生事件之前剩余的最小时间量。在一个示例中，预定转速阈值可为大 约600rpm或发动机组10的空转速度，从而在清洗事件期间确保发动机操 作。在此相同示例中，预定温度阈值可以是大约65X:，从而加热器106生 成的温度足以烧尽任何残余燃料或其它积聚材料。为了避免在喷射器46 的未被加热部分产生沉积物，可能需要在再生事件已发生之后并在启动清 洗事件之前等待最小的时间段。在一些情况下，此最小的时间段可以为大 约3600秒。清洗所需的时间段(即，燃烧喷射器46中的沉积物所需的时 间)可在3600秒至14400秒之间。因此，只有在即将到来的再生事件之前 剩佘足够的时间才允许发生清洗事件。可以设想，如果需要的话，在清洗 之前还要满足其他的或附加的条件。
才艮据预期的清洗事件，控制器150可激活加热器106以对于不同的持 续时间实现不同的温度。例如，如果清洗事件紧接在再生事件之后并且仅 希望残余燃料蒸发，则加热器106的温度可仅增加到大约300'C并持续大 约10-15分钟的时间。与此不同，如杲清洗事件是标准周期性清洗(即， 自前一清洗事件起已经过大约25小时)，则所需的温度可能更高，并且加 热持续时间更长。例如，周期性清洗事件可包括持续大约1小时的大约475 。C的温度。如果清洗事件与失败的再生事件(即，由于喷射器46被堵塞， 再生事件的喷射事件失败)相关联，则清洗事件的温度可能更高并且时间 段更长。可以设想，控制器150也可将喷射器46持续地升温至中等温度， 从而使极端的温度差减小或最小化，并且减小达到清洗温度水平的时间。
16应指出，上述温度和持续时间与燃料例如柴油燃料相关联，当不同的流体
(例如，生物柴油、尿素等)被引导通过喷射器46时，所述温度和持续时 间可改变。还应指出，上述持续时间与在合适温度下经过的时间相关联， 而不一定是自清洗处理开始经过的时间。
图6示出清洗喷射器46的示例性方法。下文将详细描述图6以更好地 说明所公开的系统及其操作。
工业应用性
本申请中的流体喷射器可应用于各种排气处理设备，包括例如需要定 期再生的颗粒捕集器、需要用于最佳操作的预定温度的催化转换器，需要 喷射氨或另一种催化剂的SCR装置、以及本领域已知的其它类似设备。实 际上，所公开的喷射器可在受益于无堵塞喷射器操作的任何发动机系统中 实现。下文将阐述发动机組10的操作。
参照图1，空气和燃料可被抽入发动机组10的燃烧室17以便随后燃 烧。具体来说，来自燃料系统12的燃料可被喷射到发动机组10的燃烧室 17中，与其中的空气混合，并且被燃烧以产生机械功输出和热气体的排气 流。排气流可包含由气体和固体材料组成的空气污染物的复杂混合物，该 固体材料可包括颗粒物。当装载颗粒物的排气流被从燃烧室17引导通过排 气处理设备40时，颗粒物可被过滤介质42从排气流中滤除。随着时间过 去，颗粒物可在过滤介质42中积聚，并且如果未被处理，则这种积聚可能 严重到足以限制甚至阻塞排气流过排气处理设备40。如上所述，对来自发 动机组10的排气流的限制可增加发动机组10的背压和减小发动机组吸入 新鲜空气的能力，从而导致发动机組10的性能降低、排气温度增加以及燃 料消耗变差。
为了防止在排气处理设备40中的不希望的颗粒物积聚，过滤介质42 可被再生。再生可以是周期性的，或者基于触发条件，例如发动机操作的 经过时间、在过滤介质42两端测量的压力差、从发动机组10流出的排气 的温度、或者本领域中已知的任何其它条件。
为了启动再生，可使得喷射器46以预期的速率将燃料选择性地送到排
17气处理i殳备40中(即，喷射事件)。当来自喷射器46的燃料的先导喷射 喷洒到燃烧罐54中时，来自火花塞50的火花可点燃燃料。当来自喷射器 46的燃料的主喷射被送到排气处理设备40中时，正在燃烧的先导燃料流 可点燃燃料的主流。被点燃的燃料主流然后可将过滤介质42中捕集的颗粒 物的温度升高至被捕集的颗粒物的燃烧水平，从而烧尽颗粒物，因此使过 滤介质42再生。
在再生事件之间(再生事件包括喷射事件)，可对喷射器46选择性地 清除燃料以及任何累积的积聚物(即，进行加热以蒸发或烧尽燃料和/或累 积的积聚物)以确保其正确的操作。图6的流程图中示出了一个示例性的 喷射器清洗处理。当控制器150接收到或识别出清洗触发条件时，可开始 清洗处理(步骤200)。清洗可以多种不同的方式被触发。例如，当自前 次清洗事件以来经过的时间已超过阈值时间段时，清洗可被触发。在一些 情况下，此阈值时间段可在20-60小时的范围内，特别是大约25小时。在 另一示例中，在成功地完成上迷每个再生事件之后，清洗可被触发。在又 一示例中，当再生事件已失败时(即，当被喷射燃料的点火不能被确认、 当颗粒物的温度未能达到其燃烧阈值温度、和/或当再生事件期间已发生太 多燃烧损失)，清洗可被触发。可以设想，如果需要的话，也可使用或者 可选择地使用其它清洗触发条件。
在启动预期的清洗处理之后的下一步骤可包括确定什么触发了预期的 清洗处理(步骤210)。如上所述，清洗处理可以多种不同方式^^触发。 如果触发条件是再生事件的成功完成，则预期的清洗处理可仅包括使喷射 器46升温以蒸发在被加热的销构件104以及末端132和134中剩余的任何 燃料(步骤220)。如果需要升温，则控制器150可参考其存储器中存储 的图，并且将适当的波形送到加热器106,以便加热器106的温度达到大 约300n，并且维持大约10-15分钟。
但是，如果触发条件是自前次清洗事件以来经过的时间量或者在喷射 器46中的燃料的异常压力衰减率，则可能需要这样的清洗事件(清洗1)， 即，该清洗事件要求较高温度和/或加热持续时间。但是，在能够启动清洗l之前，控制器150可比较当前发动机組操作条件与预定的阈值条件，并 且确定是否允许等级l的清洗(即，清洗l)(步骤230)。具体地，如果 自前一再生事件以来的时间大于最小阁值(大约3600秒)并且直到下一再 生事件之前的时间大于当前预期的清洗处理所需的时间(大约1-4小时)、 发动机组10是操作的(即，发动机转速大于大约600rpm)、并且加热器 106产生的热量将足以蒸发或烧尽残佘燃料和/或积聚物(即，冷却剂温度 大于大约65匸)，则控制器150可启动预期的清洗处理(步骤240)。在 此清洗等级(即，图6中所示的清洗1),被控制器150引至加热器106 的波形可导致达到大约475'C的温度被维持大约1小时的持续时间。
如果触发条件是失败的再生事件，则可推断出喷射器46被至少部分地 堵塞(即，失败的喷射事件)。为了消除喷射器46的堵塞，可使加热器 106的温度和持续时间进一步增加(即，可实现图6中所示的清洗2)。类 似于对清洗l的要求，在能够启动清洗2之前，控制器150可比较当前发 动机组操作条件与预定阈值条件，并且确定是否允许清洗2 (步骤250)。 在此情况下，时间可能不是一个因素。即，由于喷射器46可能被至少部分 地堵塞，因此无论在即将到来的再生事件之前的时间如何，均可实现等级 2的清洗(即，清洗2)。在某些情况下，这可能需要推迟即将到来的再生 事件(步骤260)以允许有充足的时间进行清洗。只要发动机组10是操作 的(即，发动机转速大于大约600rpm ),并且加热器106产生的热量将足 以蒸发或烧尽残余燃料和/或积聚物(即，冷却剂温度大于大约65'C )，则 控制器150可启动预期的清洗处理(步骤270 )。在此清洗等级(即，图6 所示的清洗2)，由控制器150引至加热器106的波形可在大于1小时的 时间中产生超过475。C的温度。可以设想，在失败的再生事件之后，试图 消除喷射器46的堵塞的清洗可局限于预定数量的事件。即，如果需要的话， 如果例如在刚刚完成等级2的清洗事件之后再生事件失败，则可采取其他 预防性措施，例如使发动机组10的操作器升温、关断发动机组10以及其 他这样的措施。
通过以有效的方式从喷射器中除去残余燃料和积聚物，所公开的喷射
19器构型可确保连续的和成功的再生事件。具体来说，通过加热喷射器的喷
嘴部(即，将燃料喷洒到燃烧罐54中的喷射器46的部分)，其中的残余 液体和固体积聚物均可被有效地烧尽。与仅除去大部分液体的清洗系统相
比，通过除去液体和固体两者，所公开的喷射器的成功操作可被延长。另 外，通过在给定的时间仅清洗必需的量，不同等级的清洗可以有效的方式 清洁所公开的喷射器。此外，由于单独的流体清洗系统可能不是必需的， 因此所公开的喷射器及相关清洗系统的复杂性和成本可降低。
本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下可对 本申请的流体喷射器做出各种修改和改变。考虑到这里所公开的喷射器的 说明和实践，其它实施例对于本领域技术人员是明显的。例如，尽管所公 开的喷射器被示出从燃料系统抽取加压燃料，但是如果需要的话，所公开 的喷射器可以可选择地从单独的专用源抽取加压燃料。此外，尽管一般的 示例示出所公开的喷射器与用于颗粒物再生目的的燃料相关联，但是可以 设想，如果需要的话，喷射器46可同样容易地用于在选择性催化还原 (SCR)设备中喷射氨、AdBlue和/或尿素。另外，可以设想，如果需要 的话，所公开的加热器和控制系统可与空气或化学清洗系统相结合，以便 从所公开的喷射器中更有效地除去液体燃料和/或残余物。说明书和示例应 被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由下文的权利要求及其等同方案 给出。
权利要求
1.一种用于排气处理系统(14)的流体喷射器(46)，包括体部(98)；设置在所述体部中的销构件(104)，所述销构件具有流体接收端和流体喷射端；以及围绕所述销构件的流体喷射端设置的加热器(106)。
2. 根据权利要求l所述的流体喷射器，其特征在于，还包括环形地 围绕所述销构件的流体喷射端的套管(102)，所述套管位于所述加热器和 所述销构件之间，并且将所述加热器连接到所述体部。
3. 根据权利要求l所述的流体喷射器，其特征在于，还包括围绕所 述加热器的热屏蔽(108)。
4. 根据权利要求3所述的流体喷射器，其特征在于，在所述加热器 和所述热屏蔽之间保持绝缘空气间隙。
5. 根据权利要求2所述的流体喷射器，其特征在于，所述体部、销 构件、加热器和套管被混合板(48)保持就位。
6. —种排气处理系统(14),包括 构造成接收排气的通路(35);构造成将流体喷射到所述通路内的排气中的喷射器(46);以及 联接到所述喷射器的加热器(106)。
7. 根据权利要求6所述的排气处理系统，其特征在于， 被所述流体喷射器接收和喷射的流体是柴油燃料；以及 所述排气由柴油发动机(10)产生。
8. 根据权利要求6所述的排气处理系统，其特征在于，所述加热器 联接到所述喷射器的流体喷射端。
9. 根据权利要求6所述的排气处理系统，其特征在于，围绕所述加 热器设有热屏蔽(108)。
10. 根据权利要求6所述的排气处理系统，其特征在于，所述喷射器包括体部(98);联接到所述体部的套管(102);设置在所述体部中以接收流体的第一销构件(104);以及设置在所述套管中并与所述第 一销构件流体连通以喷射流体的第二销构件(100 )。
全文摘要
本发明公开了一种用于排气处理系统(14)的流体喷射器(46)。该流体喷射器可具有体部(98)、销构件(104)和加热器(106)。所述销构件可设置在所述体部中，并且具有流体接收端和流体喷射端。所述加热器可围绕所述销构件的流体喷射端设置。
文档编号F01N3/025GK101675219SQ200880014346
公开日2010年3月17日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年3月2日
发明者G·B·考克斯, J·R·韦伯, R·L·厄文, S·D·鲁森步姆, S·M·威立 申请人:卡特彼勒公司