專利名稱：用于具有燃燒器的熱端系統(tǒng)的快動閥的制作方法
技術領域：
本公開總體上涉及一種用于處理排氣的系統(tǒng)。更具體地，公開了一種用于增加排氣溫度的偏流器(flow diverter)和燃燒器布置。
背景技術：
在試圖減少在內燃機運轉期間排放至大氣的NOx和顆粒物質的量期間，已開發(fā)出多種排氣后處理裝置。對排氣后處理系統(tǒng)的需要尤其在執(zhí)行柴油機內的燃燒過程時出現(xiàn)。典型的用于柴油機排氣的后處理系統(tǒng)可包括柴油顆粒過濾器(DPF)、選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)、碳氫化合物(HC)噴射器、以及柴油氧化催化劑(DOC)中的一項或多項。在發(fā)動機運轉期間，DPF捕獲由發(fā)動機排放的煤煙并減少顆粒物質(PM)的排放。久而久之，DPF變得被裝滿并且開始阻塞。為了適當?shù)倪\轉，需要對在DPF中捕獲的煤煙進行定期的加工和氧化。為使DPF再生，需要將相對較高的排氣溫度與排氣流中的足量的氧氣相結合，以氧化在過濾器中捕獲的煤煙。DOC典型地用于產(chǎn)生熱，以使裝滿煤煙的DPF再生。當在等于或大于一特定點火溫度下將碳氫化合物(HC)噴灑在DOC上時，HC將氧化。該反應是高度放熱的并且排氣在點火期間被加熱。加熱的排氣用于使DPF再生。然而，在許多發(fā)動機運轉狀況下，排氣沒有熱到足以實現(xiàn)大約為300°C的DOC點火溫度。由此，沒有被動地出現(xiàn)DPF的再生。此外，NOx吸附劑和選擇性催化還原系統(tǒng)典型地需要最低的排氣溫度以進行適當?shù)倪\轉。可設置燃燒器，以加熱后處理裝置上游的排氣流。公知的燃燒器已成功地增加了供汽車使用的相對較小排量的內燃機的排氣溫度。然而，包括柴油機車、固定發(fā)電站、船舶等的其他應用可裝配有相對較大的壓縮柴油機(diesel compression engine)。來自較大發(fā)動機的排氣質量流量可以是典型地提供至燃燒器的最大流量的十倍以上。雖然為了增加排氣質量流量可增加燃燒器的尺寸，但與該解決方案相關的成本、重量和包裝問題可能是無法接受的。因而，在本領域中可能存在對這樣一種布置的需要該布置能增加從較大柴油機輸出的排氣的溫度，同時最低程度地影響排氣系統(tǒng)的成本、重量、尺寸和性能。還可能期望最低程度地影響與燃燒器的使用相關的壓降和/或背壓。

發(fā)明內容
本章節(jié)僅提供對本公開的總括概要，并且不是對其整個范圍或其全部特征的全面公開。一種用于控制排氣流的溫度的系統(tǒng)，包括適于接收來自發(fā)動機的排氣流的主排氣通道。旁路通道包括與主排氣通道連通的入口和出口。出口位于入口的下游。燃燒器定位在旁路通道內以用于處理通過旁路通道的排氣。閥在入口的下游且在出口的上游定位在主排氣通道內。該閥可操作成改變通過燃燒器的排氣流。控制器選擇性地操作燃燒器以保持出口的下游的期望排氣溫度。
一種用于控制來自發(fā)動機的排氣的溫度的系統(tǒng)，包括旁路通道，所述旁路通道具有與接收來自發(fā)動機的排氣流的主排氣通道連通的入口。旁路通道還包括位于入口的下游的一位置處的與主排氣通道連通的出口。燃燒器定位在旁路通道內以用于加熱通過旁路通道的排氣。閥在入口的下游且在出口的上游定位在主排氣通道內。該閥可操作成改變通過燃燒器的排氣流。排氣后處理裝置位于出口的下游且接收從旁路通道和主排氣通道供給的混合排氣。從本文中提供的描述，其他應用領域將變得顯而易見。本概要中的描述和具體實施例旨在僅用于示出的目的而并非旨在限制本公開的范圍。


本文中描述的附圖僅用于選定實施例的示出目的而并非所有可能的實施方式，并且并非旨在限制本公開的范圍。圖I是示出了用于控制來自發(fā)動機的排氣的溫度的系統(tǒng)的示意圖； 圖2是處于關閉位置中的來自溫度控制系統(tǒng)的閥的側視圖；圖3是處于關閉位置中的圖2的閥的端視圖；圖4是處于全開位置中的圖2的閥的側視圖；以及圖5是處于全開位置中的圖2所示的閥的端視圖。在幾個附圖中對應的參考標號表示對應的部件。
具體實施例方式現(xiàn)將參考附圖更全面地描述示例性實施例。圖I示出了用于處理由發(fā)動機12向主排氣通道14輸出的排氣的柴油排氣后處理系統(tǒng)10。進氣通道16接合至發(fā)動機12以將燃燒氣體提供至發(fā)動機。渦輪增壓器18包括定位在流過主排氣通道14的排氣流中的從動構件20以及定位在進氣通道16內的且與進氣連通的驅動構件22。在發(fā)動機運轉期間，排氣流致使從動構件20旋轉。由于驅動構件22安裝成與從動構件20 —起旋轉，所以進氣在進入發(fā)動機12中之前在進氣通道16內被壓縮。排氣后處理系統(tǒng)10還包括定位在渦輪增壓器18的下游和多個排氣后處理裝置的上游的閥和燃燒器布置26。在圖I所示的示例性后處理系統(tǒng)中，后處理裝置包括碳氫化合物噴射器28、柴油氧化催化劑30、柴油微粒過濾器32、尿素噴射器34以及選擇性催化還原系統(tǒng)36。設想將發(fā)動機12構造為相對較大排量的壓縮柴油機，其根據(jù)發(fā)動機運轉速度而具有范圍在每小時3000kg至20，OOOkg的排氣質量流量。應當理解，該質量流量范圍僅是示例性的，并且本公開的教導可應用于具有不同排氣質量流量的其他發(fā)動機。還設想，發(fā)動機12典型地作為具有通常小于300°C的排氣溫度的稀薄燃燒發(fā)動機而操作。如之前所提到的，當進入后處理裝置的排氣溫度超過300°C時，出現(xiàn)許多排氣后處理裝置的適當操作。由此，燃燒器和閥布置26設置在排氣后處理裝置的上游。燃燒器和閥布置26包括定位在系統(tǒng)10的平行部分內的燃燒器40和閥42。具體地，燃燒器40定位在旁路通道44內，該旁路通道具有定位在閥42的上游的且與主排氣通道14連通的入口 46。旁路出口 48定位在閥42的上游且與主排氣通道14連通。旁路出口48位于每個排氣后處理裝置28、30、32、34和36的上游。由此，燃燒器40可用于將排氣加熱至將提高DOC 30和SCR系統(tǒng)36的效率的高溫。燃燒器40可包括用于噴射燃料的一個或多個噴射器52以及一個或多個氧合器54。一個或多個點火器55可用于點燃噴射的燃料和氧氣以及在排氣中載有的未燃燒的燃料?？商娲兀總€噴射器52可以是噴射燃料和氧氣兩者的組合式噴射器?？稍O置控制器56以用于監(jiān)控和控制通過注射器52、54的燃料和/或氧氣的流動以及點火器55的操作。閥42是在旁路入口 46的下游且在旁路出口 48的上游定位在主排氣通道14的管狀部分60內的被動快動閥。圖2和圖3所示的閥42包括彈簧錨定件64、閥彈簧66、外杠杠臂68、閥瓣70、閥支撐軸72以及從軸72伸出的附接點74。閥瓣70具有基本符合管60的內弓形表面的第一和第二弓形邊緣。閥瓣70此外具有線性側邊緣76和78，當閥瓣處于圖2和圖3所示的關閉位置中時，該線性側邊緣在閥瓣70和管60的內表面之間提供間隙80、82。偏壓元件或彈簧66在管60上的彈簧錨定件64和外杠桿臂68的附接點74之間延伸。彈簧66朝向圖2所示的關閉位置偏壓閥瓣70。當處于全閉位置中時，閥瓣70以除90°之外的一角度位于垂直于管60的縱向軸線延伸的平面。閥瓣相對于管60的垂直橫截面的角度表示為A。在操作中，排氣壓力從如圖2-5所示的左側作用在閥瓣70。當排氣壓力足以克服彈簧66的偏壓力時，閥瓣70將開始圍繞軸72旋轉。閥瓣70上的扭矩由偏壓彈簧力乘以距離d確定。距離d是彈簧66的軸線和軸72之間的距離。當閥瓣打開且彈簧66伸展時，彈簧力增加。然而，當閥繼續(xù)打開而導致隨著彈簧的縱向軸線接近“過中心(over-center) ”位置扭矩接近零時，d變短。如圖4和圖5所示的閥瓣70的該接近過中心定位導致閥瓣在處于全開位置中時的基本水平位置。該定位又在閥處于全開位置中時使管中的背壓減到最小。此外，需要注意的是，管自身為處于其全閉和全開位置中的閥瓣提供止動機構。在全閉位置中，閥瓣70的弓形邊緣接觸管60的內表面，以定義此位置。相反地，當處于全開位置中時，如圖4和圖5示出，閥瓣70利用其線性側邊緣(圖3的76和78)接觸管60的內表面，從而為閥瓣70的全開位置提供止動位置。使閥瓣旋轉以使彈簧接近過中心狀態(tài)還導致更易于維修處于全開位置中的閥。應當理解，閥瓣70的構造僅是示例性的，并且可設想用在燃燒器和閥布置26內的其他快動閥。具體地，將美國專利No. 7，434，570和美國專利申請公開No. 2008-0223025和No. 2008-0245063通過引證結合于此，并說明可替代的適用閥?？刂破?6還接收來自與后處理系統(tǒng)10和發(fā)動機12相關的各種傳感器84的信號。例如，傳感器84可包括用于收集特定數(shù)據(jù)或可廣泛地涉及從CAN總線上獲得的數(shù)據(jù)的單個傳感器。當在車輛中使用發(fā)動機12和后處理系統(tǒng)10時，提供至控制器56的信息可包括電池電壓和點火開關位置數(shù)據(jù)。包括空氣質量流量傳感器、與噴射器52相關的空氣流量和燃料流量傳感器、燃料壓力傳感器、空氣壓力傳感器、燃燒器入口溫度傳感器、燃燒器出口溫度傳感器和/或旁路出口 48下游的排氣溫度傳感器的附加傳感器也與可后處理系統(tǒng)10相關并與控制器56連通。應當理解，排氣后處理系統(tǒng)10可以多種不同的模式操作。在第一操作模式中，控制器56可接收指令以便以起動模式操作燃燒器40。當車輛點火打開并且其他傳感器數(shù)據(jù)顯示發(fā)動機12正在燃燒燃料時，可進入該操作模式。在發(fā)動機12的運轉期間，控制器56命令燃燒器40保持期望的排氣溫度。該控制溫度數(shù)據(jù)可由位于燃燒器出口處的傳感器86(圖I)提供?？商娲鼗蚋郊拥兀艢鉁囟葌鞲衅?8可定位在旁路出口 48和主排氣通道14的互連的更下游，以確定進入D0C30的混合排氣的溫度?？刂破?6可操作燃燒器40以保持如由傳感器88顯示的期望的混合排氣溫度。燃燒器控制繼續(xù)，直至控制器56顯示發(fā)動機12已停止運轉和/或點火開關處于關閉位置中。應當注意，閥42被動地操作，并且閥瓣70的位置根據(jù)施加至閥瓣70的排氣流壓力而變化。將確定并定義閥瓣70在關閉位置的角度、彈簧66的初始預加載和速率、以及軸72的位置，以確保將適當?shù)呐艢饬饕氲脚月吠ǖ?4和燃燒器40中。控制器56可選擇性地致動噴射器52、54和點火器55，以加熱流過旁路出口 48的排氣，從而保持目標溫度。在另一操作模式中，燃燒器40可用于在已關掉發(fā)動機12之后執(zhí)行DPF 32的主動再生。在某些操作狀況中，如果期望DPF 32的連續(xù)被動再生，則發(fā)動機12將比所期望的更快地冷卻。由此,控制器56可起動燃燒器40,以加熱主排氣通道14內的排氣,從而在已關 掉發(fā)動機12之后使DPF 32再生。當排氣流已被有效地堵塞時，燃燒器40加熱排氣。操作排氣后處理系統(tǒng)10的另一模式包括監(jiān)控沒有通過發(fā)動機12的燃燒過程而加熱的對發(fā)動機12或排氣后處理系統(tǒng)10的新鮮空氣輸入的使用。這種系統(tǒng)可包括動態(tài)制動器，其中當不進行燃燒以試圖使車輛減速時，相對較冷的周圍空氣可能通過發(fā)動機12而泵送。該冷卻空氣然后提供至DOC 30、DPF 32和/或SCR系統(tǒng)36。當暴露于諸如動態(tài)發(fā)動機制動期間的熱沖擊時，排氣后處理裝置30、32和36內的某些部件可能受到不良的影響。由此，可能期望在發(fā)動機制動期間操作燃燒器40，以確保進入后處理裝置的排氣將等于或大于最低溫度。當發(fā)動機12以相對較高的載荷和/或運轉速度運轉時，設想閥42將處于基本打開狀態(tài)中，并且主排氣通道14內的排氣的溫度將超過用于排氣后處理裝置30、32和36的適當操作的預定最低溫度。由此，控制器56將保持燃燒器40處于靜止狀態(tài)，在該靜止狀態(tài)中，燃料未通過噴射器52噴射并且點火器55未通電。當發(fā)動機12以較低的載荷和較低的運轉速度運轉時，排氣溫度將可能降低。一旦控制器56確定DOC 30的上游的排氣溫度等于或小于預定閾值時，燃燒器40將以其主動模式操作，以保持期望的燃燒器出口溫度或排氣后處理裝置的上游的混合氣體溫度。已出于示出和描述的目的提供了對實施例的以上描述。并非旨在是詳盡的或限制本公開。具體實施例的單個元件或特征一般不限于該具體實施例，而是，如適用是可互換的并可用在選定的實施例中，即使未具體示出或描述。相同的事物也可以多種方式改變。這種變型不應被視為是背離了本公開，并且所有這種變型旨在包含在本公開的范圍內。
權利要求
1.一種用于控制來自發(fā)動機的排氣流的溫度的系統(tǒng)，所述發(fā)動機位于排氣后處理裝置的上游的一位置處，所述系統(tǒng)包括 主排氣通道，適于接收來自所述發(fā)動機的排氣流； 旁路通道，具有與所述主排氣通道連通的入口以及與所述主排氣通道連通的且位于所述入口的下游的一位置處的出口； 燃燒器，定位在所述旁路通道內以用于處理通過所述旁路通道的排氣； 閥，在所述入口的下游且在所述出口的上游定位在所述主排氣通道內，所述閥可操作成改變通過所述燃燒器的排氣流；以及 控制器，用于選擇性地操作所述燃燒器以保持所述出口的下游的期望排氣溫度。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，還包括燃料噴射器，用于將燃料噴射到通過所述旁路通道的所述排氣中。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，還包括氧合器，用于將氧氣噴射到通過所述旁路通道的所述排氣中。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，還包括溫度傳感器，定位在所述出口的下游且可操作成將表示排氣溫度的信號輸出至所述控制器。
5.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，還包括溫度傳感器，定位在所述旁路通道內并向所述控制器提供表示所述旁路通道中的排氣溫度的信號，所述控制器可操作成基于所述溫度信號起動和停用所述燃燒器。
6.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，通向所述旁路通道的所述入口適于定位在渦輪增壓機的下游。
7.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器起動和停用所述燃燒器以保持所述出口的下游的排氣溫度基本等于或大于300°C。
8.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述主排氣通道的尺寸形成為以20，OOOkg/hr輸送排氣。
9.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述閥包括定位在所述主排氣通道內部以在全閉位置與全開位置之間旋轉的閥瓣，在該全閉位置中，所述閥瓣的第一外圍部分接觸所述主排氣通道的內表面，在該全開位置中，所述閥瓣的平面基本平行于所述主排氣通道的縱向軸線并且所述閥瓣的第二外圍部分接觸所述主排氣通道的內表面。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述主排氣通道的包含所述閥的部分包括管，所述閥瓣固定于樞轉地接合至所述管的軸。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，處于所述全閉位置中的所述閥瓣以一銳角與所述管的縱向軸線相交。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括朝向所述全閉位置推動所述閥瓣的偏壓元件，所述偏壓元件安裝在所述管的外部。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述管中的排氣壓力將所述閥瓣推動至所述全開位置，只要所述排氣壓力高到足以克服偏壓元件力。
14.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述旁路通道基本平行于所述主排氣通道延伸。
15.一種用于控制來自發(fā)動機的排氣的溫度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主排氣通道，適于接收來自所述發(fā)動機的排氣流； 旁路通道，具有與所述主排氣通道連通的入口以及與所述主排氣通道連通的且位于所述入口的下游的一位置處的出口； 燃燒器，定位在所述旁路通道內以用于加熱通過所述旁路通道的排氣； 閥，在所述入口的下游且在所述出口的上游定位在所述主排氣通道內，所述閥可操作成改變通過所述燃燒器的排氣流；以及 排氣后處理裝置，位于所述出口的下游且接收從所述旁路通道和所述主排氣通道供給的混合排氣。
16.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，還包括控制器，用于選擇性地操作所述燃燒器以保持期望的排氣溫度。
17.根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器接收表示排氣溫度的信號，所述控制器基于在預定溫度以下的所述信號起動所述燃燒器。
18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器可操作成當所述排氣流不流動時起動所述燃燒器。
19.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器可操作成當所述發(fā)動機以發(fā)動機制動模式運轉時起動所述燃燒器。
20.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置是柴油氧化催化劑。
21.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置是微粒過濾器。
22.根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置是選擇性催化還原系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于控制排氣流的溫度的系統(tǒng)，包括適于接收來自發(fā)動機的排氣流的主排氣通道。旁路通道包括與主排氣通道連通的入口和出口。出口位于入口的下游。燃燒器定位在旁路通道內以用于處理通過旁路通道的排氣。閥在入口的下游且在出口的上游定位在主排氣通道內。該閥可操作成改變通過燃燒器的排氣流?？刂破鬟x擇性地操作燃燒器以保持出口的下游的期望排氣溫度。
文檔編號F01N3/30GK102741516SQ201180008119
公開日2012年10月17日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者加布里埃爾·薩蘭察, 邁克·戈林, 鄭貫宇, 阿達姆·J·科特爾巴 申請人:坦尼科汽車操作有限公司