专利名称：用于具有燃烧器的热端系统的快动阀的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及一种用于处理排气的系统。更具体地，公开了一种用于增加排气温度的偏流器(flow diverter)和燃烧器布置。
背景技术：
在试图减少在内燃机运转期间排放至大气的NOx和颗粒物质的量期间，已开发出多种排气后处理装置。对排气后处理系统的需要尤其在执行柴油机内的燃烧过程时出现。典型的用于柴油机排气的后处理系统可包括柴油颗粒过滤器(DPF)、选择性催化还原(SCR)系统、碳氢化合物(HC)喷射器、以及柴油氧化催化剂(DOC)中的一项或多项。在发动机运转期间，DPF捕获由发动机排放的煤烟并减少颗粒物质(PM)的排放。久而久之，DPF变得被装满并且开始阻塞。为了适当的运转，需要对在DPF中捕获的煤烟进行定期的加工和氧化。为使DPF再生，需要将相对较高的排气温度与排气流中的足量的氧气相结合，以氧化在过滤器中捕获的煤烟。DOC典型地用于产生热，以使装满煤烟的DPF再生。当在等于或大于一特定点火温度下将碳氢化合物(HC)喷洒在DOC上时，HC将氧化。该反应是高度放热的并且排气在点火期间被加热。加热的排气用于使DPF再生。然而，在许多发动机运转状况下，排气没有热到足以实现大约为300°C的DOC点火温度。由此，没有被动地出现DPF的再生。此外，NOx吸附剂和选择性催化还原系统典型地需要最低的排气温度以进行适当的运转。可设置燃烧器，以加热后处理装置上游的排气流。公知的燃烧器已成功地增加了供汽车使用的相对较小排量的内燃机的排气温度。然而，包括柴油机车、固定发电站、船舶等的其他应用可装配有相对较大的压缩柴油机(diesel compression engine)。来自较大发动机的排气质量流量可以是典型地提供至燃烧器的最大流量的十倍以上。虽然为了增加排气质量流量可增加燃烧器的尺寸，但与该解决方案相关的成本、重量和包装问题可能是无法接受的。因而，在本领域中可能存在对这样一种布置的需要该布置能增加从较大柴油机输出的排气的温度，同时最低程度地影响排气系统的成本、重量、尺寸和性能。还可能期望最低程度地影响与燃烧器的使用相关的压降和/或背压。
发明内容
本章节仅提供对本公开的总括概要，并且不是对其整个范围或其全部特征的全面公开。一种用于控制排气流的温度的系统，包括适于接收来自发动机的排气流的主排气通道。旁路通道包括与主排气通道连通的入口和出口。出口位于入口的下游。燃烧器定位在旁路通道内以用于处理通过旁路通道的排气。阀在入口的下游且在出口的上游定位在主排气通道内。该阀可操作成改变通过燃烧器的排气流。控制器选择性地操作燃烧器以保持出口的下游的期望排气温度。
一种用于控制来自发动机的排气的温度的系统，包括旁路通道，所述旁路通道具有与接收来自发动机的排气流的主排气通道连通的入口。旁路通道还包括位于入口的下游的一位置处的与主排气通道连通的出口。燃烧器定位在旁路通道内以用于加热通过旁路通道的排气。阀在入口的下游且在出口的上游定位在主排气通道内。该阀可操作成改变通过燃烧器的排气流。排气后处理装置位于出口的下游且接收从旁路通道和主排气通道供给的混合排气。从本文中提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。本概要中的描述和具体实施例旨在仅用于示出的目的而并非旨在限制本公开的范围。
本文中描述的附图仅用于选定实施例的示出目的而并非所有可能的实施方式，并且并非旨在限制本公开的范围。图I是示出了用于控制来自发动机的排气的温度的系统的示意图； 图2是处于关闭位置中的来自温度控制系统的阀的侧视图；图3是处于关闭位置中的图2的阀的端视图；图4是处于全开位置中的图2的阀的侧视图；以及图5是处于全开位置中的图2所示的阀的端视图。在几个附图中对应的参考标号表示对应的部件。
具体实施例方式现将参考附图更全面地描述示例性实施例。图I示出了用于处理由发动机12向主排气通道14输出的排气的柴油排气后处理系统10。进气通道16接合至发动机12以将燃烧气体提供至发动机。涡轮增压器18包括定位在流过主排气通道14的排气流中的从动构件20以及定位在进气通道16内的且与进气连通的驱动构件22。在发动机运转期间，排气流致使从动构件20旋转。由于驱动构件22安装成与从动构件20 —起旋转，所以进气在进入发动机12中之前在进气通道16内被压缩。排气后处理系统10还包括定位在涡轮增压器18的下游和多个排气后处理装置的上游的阀和燃烧器布置26。在图I所示的示例性后处理系统中，后处理装置包括碳氢化合物喷射器28、柴油氧化催化剂30、柴油微粒过滤器32、尿素喷射器34以及选择性催化还原系统36。设想将发动机12构造为相对较大排量的压缩柴油机，其根据发动机运转速度而具有范围在每小时3000kg至20，OOOkg的排气质量流量。应当理解，该质量流量范围仅是示例性的，并且本公开的教导可应用于具有不同排气质量流量的其他发动机。还设想，发动机12典型地作为具有通常小于300°C的排气温度的稀薄燃烧发动机而操作。如之前所提到的，当进入后处理装置的排气温度超过300°C时，出现许多排气后处理装置的适当操作。由此，燃烧器和阀布置26设置在排气后处理装置的上游。燃烧器和阀布置26包括定位在系统10的平行部分内的燃烧器40和阀42。具体地，燃烧器40定位在旁路通道44内，该旁路通道具有定位在阀42的上游的且与主排气通道14连通的入口 46。旁路出口 48定位在阀42的上游且与主排气通道14连通。旁路出口48位于每个排气后处理装置28、30、32、34和36的上游。由此，燃烧器40可用于将排气加热至将提高DOC 30和SCR系统36的效率的高温。燃烧器40可包括用于喷射燃料的一个或多个喷射器52以及一个或多个氧合器54。一个或多个点火器55可用于点燃喷射的燃料和氧气以及在排气中载有的未燃烧的燃料。可替代地，每个喷射器52可以是喷射燃料和氧气两者的组合式喷射器。可设置控制器56以用于监控和控制通过注射器52、54的燃料和/或氧气的流动以及点火器55的操作。阀42是在旁路入口 46的下游且在旁路出口 48的上游定位在主排气通道14的管状部分60内的被动快动阀。图2和图3所示的阀42包括弹簧锚定件64、阀弹簧66、外杠杠臂68、阀瓣70、阀支撑轴72以及从轴72伸出的附接点74。阀瓣70具有基本符合管60的内弓形表面的第一和第二弓形边缘。阀瓣70此外具有线性侧边缘76和78，当阀瓣处于图2和图3所示的关闭位置中时，该线性侧边缘在阀瓣70和管60的内表面之间提供间隙80、82。偏压元件或弹簧66在管60上的弹簧锚定件64和外杠杆臂68的附接点74之间延伸。弹簧66朝向图2所示的关闭位置偏压阀瓣70。当处于全闭位置中时，阀瓣70以除90°之外的一角度位于垂直于管60的纵向轴线延伸的平面。阀瓣相对于管60的垂直横截面的角度表示为A。在操作中，排气压力从如图2-5所示的左侧作用在阀瓣70。当排气压力足以克服弹簧66的偏压力时，阀瓣70将开始围绕轴72旋转。阀瓣70上的扭矩由偏压弹簧力乘以距离d确定。距离d是弹簧66的轴线和轴72之间的距离。当阀瓣打开且弹簧66伸展时，弹簧力增加。然而，当阀继续打开而导致随着弹簧的纵向轴线接近“过中心(over-center) ”位置扭矩接近零时，d变短。如图4和图5所示的阀瓣70的该接近过中心定位导致阀瓣在处于全开位置中时的基本水平位置。该定位又在阀处于全开位置中时使管中的背压减到最小。此外，需要注意的是，管自身为处于其全闭和全开位置中的阀瓣提供止动机构。在全闭位置中，阀瓣70的弓形边缘接触管60的内表面，以定义此位置。相反地，当处于全开位置中时，如图4和图5示出，阀瓣70利用其线性侧边缘(图3的76和78)接触管60的内表面，从而为阀瓣70的全开位置提供止动位置。使阀瓣旋转以使弹簧接近过中心状态还导致更易于维修处于全开位置中的阀。应当理解，阀瓣70的构造仅是示例性的，并且可设想用在燃烧器和阀布置26内的其他快动阀。具体地，将美国专利No. 7，434，570和美国专利申请公开No. 2008-0223025和No. 2008-0245063通过引证结合于此，并说明可替代的适用阀。控制器56还接收来自与后处理系统10和发动机12相关的各种传感器84的信号。例如，传感器84可包括用于收集特定数据或可广泛地涉及从CAN总线上获得的数据的单个传感器。当在车辆中使用发动机12和后处理系统10时，提供至控制器56的信息可包括电池电压和点火开关位置数据。包括空气质量流量传感器、与喷射器52相关的空气流量和燃料流量传感器、燃料压力传感器、空气压力传感器、燃烧器入口温度传感器、燃烧器出口温度传感器和/或旁路出口 48下游的排气温度传感器的附加传感器也与可后处理系统10相关并与控制器56连通。应当理解，排气后处理系统10可以多种不同的模式操作。在第一操作模式中，控制器56可接收指令以便以起动模式操作燃烧器40。当车辆点火打开并且其他传感器数据显示发动机12正在燃烧燃料时，可进入该操作模式。在发动机12的运转期间，控制器56命令燃烧器40保持期望的排气温度。该控制温度数据可由位于燃烧器出口处的传感器86(图I)提供。可替代地或附加地，排气温度传感器88可定位在旁路出口 48和主排气通道14的互连的更下游，以确定进入D0C30的混合排气的温度。控制器56可操作燃烧器40以保持如由传感器88显示的期望的混合排气温度。燃烧器控制继续，直至控制器56显示发动机12已停止运转和/或点火开关处于关闭位置中。应当注意，阀42被动地操作，并且阀瓣70的位置根据施加至阀瓣70的排气流压力而变化。将确定并定义阀瓣70在关闭位置的角度、弹簧66的初始预加载和速率、以及轴72的位置，以确保将适当的排气流引入到旁路通道44和燃烧器40中。控制器56可选择性地致动喷射器52、54和点火器55，以加热流过旁路出口 48的排气，从而保持目标温度。在另一操作模式中，燃烧器40可用于在已关掉发动机12之后执行DPF 32的主动再生。在某些操作状况中，如果期望DPF 32的连续被动再生，则发动机12将比所期望的更快地冷却。由此,控制器56可起动燃烧器40,以加热主排气通道14内的排气,从而在已关 掉发动机12之后使DPF 32再生。当排气流已被有效地堵塞时，燃烧器40加热排气。操作排气后处理系统10的另一模式包括监控没有通过发动机12的燃烧过程而加热的对发动机12或排气后处理系统10的新鲜空气输入的使用。这种系统可包括动态制动器，其中当不进行燃烧以试图使车辆减速时，相对较冷的周围空气可能通过发动机12而泵送。该冷却空气然后提供至DOC 30、DPF 32和/或SCR系统36。当暴露于诸如动态发动机制动期间的热冲击时，排气后处理装置30、32和36内的某些部件可能受到不良的影响。由此，可能期望在发动机制动期间操作燃烧器40，以确保进入后处理装置的排气将等于或大于最低温度。当发动机12以相对较高的载荷和/或运转速度运转时，设想阀42将处于基本打开状态中，并且主排气通道14内的排气的温度将超过用于排气后处理装置30、32和36的适当操作的预定最低温度。由此，控制器56将保持燃烧器40处于静止状态，在该静止状态中，燃料未通过喷射器52喷射并且点火器55未通电。当发动机12以较低的载荷和较低的运转速度运转时，排气温度将可能降低。一旦控制器56确定DOC 30的上游的排气温度等于或小于预定阈值时，燃烧器40将以其主动模式操作，以保持期望的燃烧器出口温度或排气后处理装置的上游的混合气体温度。已出于示出和描述的目的提供了对实施例的以上描述。并非旨在是详尽的或限制本公开。具体实施例的单个元件或特征一般不限于该具体实施例，而是，如适用是可互换的并可用在选定的实施例中，即使未具体示出或描述。相同的事物也可以多种方式改变。这种变型不应被视为是背离了本公开，并且所有这种变型旨在包含在本公开的范围内。
权利要求
1.一种用于控制来自发动机的排气流的温度的系统，所述发动机位于排气后处理装置的上游的一位置处，所述系统包括 主排气通道，适于接收来自所述发动机的排气流； 旁路通道，具有与所述主排气通道连通的入口以及与所述主排气通道连通的且位于所述入口的下游的一位置处的出口； 燃烧器，定位在所述旁路通道内以用于处理通过所述旁路通道的排气； 阀，在所述入口的下游且在所述出口的上游定位在所述主排气通道内，所述阀可操作成改变通过所述燃烧器的排气流；以及 控制器，用于选择性地操作所述燃烧器以保持所述出口的下游的期望排气温度。
2.根据权利要求I所述的系统，还包括燃料喷射器，用于将燃料喷射到通过所述旁路通道的所述排气中。
3.根据权利要求I所述的系统，还包括氧合器，用于将氧气喷射到通过所述旁路通道的所述排气中。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括温度传感器，定位在所述出口的下游且可操作成将表示排气温度的信号输出至所述控制器。
5.根据权利要求I所述的系统，还包括温度传感器，定位在所述旁路通道内并向所述控制器提供表示所述旁路通道中的排气温度的信号，所述控制器可操作成基于所述温度信号起动和停用所述燃烧器。
6.根据权利要求I所述的系统，其中，通向所述旁路通道的所述入口适于定位在涡轮增压机的下游。
7.根据权利要求I所述的系统，其中，所述控制器起动和停用所述燃烧器以保持所述出口的下游的排气温度基本等于或大于300°C。
8.根据权利要求I所述的系统，其中，所述主排气通道的尺寸形成为以20，OOOkg/hr输送排气。
9.根据权利要求I所述的系统，其中，所述阀包括定位在所述主排气通道内部以在全闭位置与全开位置之间旋转的阀瓣，在该全闭位置中，所述阀瓣的第一外围部分接触所述主排气通道的内表面，在该全开位置中，所述阀瓣的平面基本平行于所述主排气通道的纵向轴线并且所述阀瓣的第二外围部分接触所述主排气通道的内表面。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述主排气通道的包含所述阀的部分包括管，所述阀瓣固定于枢转地接合至所述管的轴。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，处于所述全闭位置中的所述阀瓣以一锐角与所述管的纵向轴线相交。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括朝向所述全闭位置推动所述阀瓣的偏压元件，所述偏压元件安装在所述管的外部。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述管中的排气压力将所述阀瓣推动至所述全开位置，只要所述排气压力高到足以克服偏压元件力。
14.根据权利要求I所述的系统，其中，所述旁路通道基本平行于所述主排气通道延伸。
15.一种用于控制来自发动机的排气的温度的系统，所述系统包括主排气通道，适于接收来自所述发动机的排气流； 旁路通道，具有与所述主排气通道连通的入口以及与所述主排气通道连通的且位于所述入口的下游的一位置处的出口； 燃烧器，定位在所述旁路通道内以用于加热通过所述旁路通道的排气； 阀，在所述入口的下游且在所述出口的上游定位在所述主排气通道内，所述阀可操作成改变通过所述燃烧器的排气流；以及 排气后处理装置，位于所述出口的下游且接收从所述旁路通道和所述主排气通道供给的混合排气。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括控制器，用于选择性地操作所述燃烧器以保持期望的排气温度。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制器接收表示排气温度的信号，所述控制器基于在预定温度以下的所述信号起动所述燃烧器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器可操作成当所述排气流不流动时起动所述燃烧器。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器可操作成当所述发动机以发动机制动模式运转时起动所述燃烧器。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述排气后处理装置是柴油氧化催化剂。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述排气后处理装置是微粒过滤器。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述排气后处理装置是选择性催化还原系统。
全文摘要
一种用于控制排气流的温度的系统，包括适于接收来自发动机的排气流的主排气通道。旁路通道包括与主排气通道连通的入口和出口。出口位于入口的下游。燃烧器定位在旁路通道内以用于处理通过旁路通道的排气。阀在入口的下游且在出口的上游定位在主排气通道内。该阀可操作成改变通过燃烧器的排气流。控制器选择性地操作燃烧器以保持出口的下游的期望排气温度。
文档编号F01N3/30GK102741516SQ201180008119
公开日2012年10月17日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月25日
发明者加布里埃尔·萨兰察, 迈克·戈林, 郑贯宇, 阿达姆·J·科特尔巴 申请人:坦尼科汽车操作有限公司