对用于排气后处理设备的喷射器进行操作的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于内燃发动机的排气后处理设备及其操作方法。更具体地，本发明涉及一种用于防止后处理系统的后处理喷射器喷嘴的结焦污染(coke fouling)的设备和方法。
【背景技术】
[0002]汽车的排气后处理设备用于转化或从排气中去除目标物质。后处理装置例如包括:柴油氧化催化剂(D0C)，其能够去除排气中的颗粒物质并氧化排气中的一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物；柴油颗粒过滤器(DPF)，其能够从排气中去除颗粒物质；以及选择性催化还原(SCR)系统，其在催化剂存在的情况下喷射一种氨基还原剂以将氮氧化物(NOx)转化为氮气和水。某些后处理装置仅运行在阈值温度或高于阈值温度，例如SCR装置。其他装置(例如DPF)需要从过滤器本体中定期去除所收集的颗粒物质。被称为“再生”的一种此类过程是通过氧化所收集的颗粒物质而进行的，它要求过滤器本体处于升高的温度下，通常高于600°C。
[0003]在发动机起动时，后处理部件可能处于环境温度或接近于环境温度，这样的温度对于这些设备的运行来说通常太低了。另外，汽车的排气、尤其是柴油发动机排气并非始终处于足够高的温度以用于车辆上的某些排气后处理系统的运行，尤其是DPF的再生。为此，提供了一些在必要时升高排气温度的装置或方法。排气的加热方法和加热装置包括用于控制排气温度的发动机管理、置于排气中的电阻加热线圈、以及燃烧器。一种此类装置是用于将碳氢化合物(典型地是柴油燃料)喷射到排气中的系统，其包括带有喷嘴的喷射器，该喷嘴被定位成将燃料喷射到排气流中。
[0004]碳氢化合物喷射器的问题是:由于已分解的液态碳氢化合物、颗粒物质和积聚在喷嘴上的其他残留物导致的喷射器喷嘴的污染，这称为“结焦”。
【发明内容】
[0005]为了解决这些问题，本发明提出了一种设备和方法。
[0006]根据本发明，具有碳氢化合物喷射器的排气后处理设备包括涂有催化材料的喷射器喷嘴。该催化涂层允许积聚在喷嘴上的碳氢化合物在比非催化氧化低的温度下氧化。
[0007]根据本发明的设备还包括响应于排气温度来提供和控制经过喷射器的空气流的
目.ο
[0008]本发明的用于操作喷射器的方法具有三种状态:(I)燃料喷射，用于加热后处理装置，(2)燃料喷射之后，空气流通过喷嘴以清除残留的燃料和/或冷却该喷嘴，以防止排气温度低时的积碳，以及(3)没有(或少量)空气流，以允许喷嘴被排气被动加热，从而在排气温度高到足以支持氧化时氧化任何所积聚的焦炭。紧接着状态(3)之后，本方法可包括额外的空气吹扫(air purge)，以去除灰焊。
[0009]对用于排气后处理设备的喷射器(该喷射器的喷嘴具有催化剂涂层)进行操作以避免积碳的方法包括以下步骤:在选定的一段时间内向排气流中喷射碳氢化合物流体；当排气温度低于阈值温度时，使空气流过喷射器喷嘴，以及，当排气温度高于阈值温度时，基本停止使空气流过喷射器喷嘴。
[0010]根据本发明的另一方面，所述方法还包括以下步骤:监测后处理设备的状况，监测排气温度，以及，响应于后处理设备的状况并响应于排气温度，控制碳氢化合物向排气流中的喷射。
[0011]根据本发明的另一方面，空气流优选是脉冲式的，响应于排气温度来控制空气流的参数:体积，频率和持续时长。
【附图说明】
[0012]参考以下结合附图进行的详细描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0013]图1是内燃发动机和具有根据本发明示例性实施例的后处理系统的排气系统的示意图；
[0014]图2是示例性的后处理喷射器的简化图；并且
[0015]图3是根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]图1示出了一种包括内燃发动机10的设备，其具有根据本发明的排气后处理系统12。发动机10连接到排气导管14，该排气导管14接收来自发动机的排气。排气由该导管输送到后处理系统16，后处理系统16可包括柴油氧化催化剂(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、以及用于处理氮氧化物的装置，例如选择性催化还原装置(SCR)或稀燃NOx催化剂(LNC)。在排气被处理之后，它通过排气短管或排气管18被释放到环境中。
[0017]DPF过滤排气并收集烟灰和其他颗粒物质，它们必须定期被去除，否则DPF会变得堵塞。一种用于去除颗粒物质(主要是碳基颗粒物质)的常规方法是将DPF过滤器本体的温度升高到足以氧化所述颗粒物质的温度。如本领域中已知的，可通过各种方法来升高DPF过滤器本体的温度。其中一种方法是向排气中添加碳氢化合物(或燃料)，该碳氢化合物(或燃料)被氧化，从而释放热能。图1中示出了与碳氢化合物源22连接的喷射器20，以用于此目的。喷射器20包括喷嘴24，以将碳氢化合物引入到排气流中。在所示出的实施例中，喷射器20还连接到空气源26。控制器28被编程以控制碳氢化合物和空气流过喷射器20，下文将对此更详细地描述。温度传感器30、34分别位于后处理装置16的入口和出口处，以在排气进入和离开该装置时监测排气的温度。替代地，对于包括DOC和DPF的后处理设备，温度传感器可布置在DOC的上游、DOC的下游以及DPF的上游和DPF的下游。另外，压力传感器32、36被分别设置在后处理装置16的入口和出口处，以监测DPF两端之间的排气的压力变化。入口和出口处的排气压力之间的差异有助于确定DPF的烟灰负载(sootloading)。
[0018]由于喷射器20在后处理装置16的上游，其暴露于携载有颗粒物质的排气中。另夕卜，喷射器喷嘴24以及在喷射器喷嘴24处的和离开喷射器喷嘴24的碳氢化合物液体暴露在排气的热量下。这可能随着碳氢化合物液体和颗粒物质沉积形成在喷嘴上而导致喷嘴的结焦。
[0019]尽管不能完全消除，但使喷嘴保持在相对低的温度下可有助于避免结焦。可通过将喷嘴加热到足够高的温度使碳氧化来去除积碳，而且，用于加热喷嘴的装置是已知的。然而，这些增加了喷射器系统的成本和复杂性。
[0020]根据本发明，喷射器喷嘴24设有催化材料的涂层，其允许积碳在相对低的温度下氧化。适当的催化材料包括贵金属催化剂，例如铂和钯。参照