本申請要求于2014年8月8日提交的美國臨時申請序列號62/035,143的申請日的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開了用于使用來自鼓風(fēng)機的環(huán)境空氣冷卻尾管處或尾管附近的排氣的系統(tǒng)、方法和裝置。

背景技術(shù)：

在標(biāo)稱內(nèi)燃機操作條件下，離開尾管的排氣的溫度高于環(huán)境溫度。由于在發(fā)動機中發(fā)生的燃燒事件，這種狀況在預(yù)期之中。隨著后處理系統(tǒng)的添加，排氣溫度必須周期地增加到由標(biāo)稱發(fā)動機操作引起的排氣溫度之上，以幫助維持后處理系統(tǒng)的正確操作和效率。持續(xù)時間和溫度高于標(biāo)稱值的增加取決于后處理裝置的類型、在特定后處理裝置的構(gòu)造中使用的材料和待除去的污染物的類型和量以及其它因素。

排氣出口溫度的增加可影響位于排氣出口周圍的物體。一些工業(yè)對具有在升高排氣溫度下需要某種類型的維護(hù)的后處理系統(tǒng)的發(fā)動機做出了重要規(guī)定。在某些位置，出于安全原因，來自排氣系統(tǒng)的溫度必須保持低于特定閾值。這些系統(tǒng)必須停止使用，并且在升高排氣溫度維護(hù)活動期間移動至特定位置以進(jìn)行監(jiān)測。

機械擴散器已經(jīng)被設(shè)計為幫助將新鮮環(huán)境空氣與排氣混合以降低排氣的溫度?？諝馀c排氣的混合效果由通過裝置的排氣流量決定，從而阻礙了將排氣出口溫度可靠地降低至低于特定排氣流量閾值的能力。此外，機械擴散器增加發(fā)動機上的背壓，從而增加泵送損失且負(fù)面地影響燃料經(jīng)濟性。雖然較大擴散器可緩減這些問題中的一些，但是大擴散器增加了封裝的覆蓋面積和困難。

其它系統(tǒng)由來自發(fā)動機的進(jìn)氣或通過在后處理系統(tǒng)的上游噴射空氣來冷卻排氣。在這種系統(tǒng)中控制排氣溫度的能力取決于發(fā)動機操作或后處理系統(tǒng)的溫度要求，從而也阻礙了將排氣出口溫度可靠地降低至低于特定閾值的能力。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)控制排氣出口溫度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文公開了系統(tǒng)、方法和裝置，其包括排氣系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)外部的空氣源，所述空氣源被構(gòu)造為強制附加空氣擴散至發(fā)動機下游的排氣流中；以及用以幫助將冷空氣與排氣流混合的后處理系統(tǒng)。強制空氣與排氣的混合的量和時間可由電子控制器確定，使得響應(yīng)于一個或多個預(yù)定操作條件和/或預(yù)期操作條件提供混合空氣。

在一個實施方案中，強制進(jìn)入排氣流中的空氣的時間和量在后處理維護(hù)期間提供近似標(biāo)稱排氣溫度的排氣出口溫度。空氣流可以是冷卻環(huán)境空氣，該冷卻環(huán)境空氣獨立于進(jìn)入空氣流和排氣流而被強制進(jìn)入排氣流中，從而允許優(yōu)化對排氣的冷卻效果，而與發(fā)動機速度和后處理系統(tǒng)溫度要求無關(guān)。

在其它實施方案中，系統(tǒng)包括利用至少一個管道連接至發(fā)動機和后處理系統(tǒng)下游的排氣系統(tǒng)的鼓風(fēng)機。在一個實施方案中，管道連接至尾管。其結(jié)果是，沒有對排氣系統(tǒng)添加限制，因此發(fā)動機上的背壓不增加，且燃料經(jīng)濟性不受影響。

本發(fā)明內(nèi)容不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在用于幫助限制所要求保護(hù)的主題的范圍。通過以下描述和附圖，其它實施方案、形式、目的、特征、優(yōu)點、方面和益處將變得顯而易見。

附圖說明

圖1示出用于控制排氣出口區(qū)域中的排氣溫度的示例系統(tǒng)的局部示意圖。

圖2示出根據(jù)用于排氣出口溫度降低系統(tǒng)的示例控制的流程圖。

圖3示出根據(jù)另一實施方案的排氣出口溫度降低系統(tǒng)的示例控制的流程圖。

具體實施方式

為了清楚、簡明和準(zhǔn)確地描述本發(fā)明的示例實施方案的目的，制造并使用本發(fā)明的方式和過程，以及為了能夠?qū)嵺`、制造和使用本發(fā)明，現(xiàn)在將參考某些示例實施方案，包括圖中所示的那些，且特定語言將用于描述本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，由此不會產(chǎn)生對本發(fā)明的范圍的限制，并且本發(fā)明包括并保護(hù)本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到的示例實施方案的這種改變、修改和其它應(yīng)用。

參考圖1，示出系統(tǒng)10，其包括內(nèi)燃機14，該內(nèi)燃機接收進(jìn)氣流16和燃料并且可操作以產(chǎn)生進(jìn)入排氣系統(tǒng)20中的排氣流12。排氣流12包括一定量的排氣，這些排氣穿過后處理系統(tǒng)22到達(dá)排氣系統(tǒng)20的尾管24。系統(tǒng)10可用于任何應(yīng)用，包括至少對車輛提供動力、為固定發(fā)電提供動力、為對車輛提供動力的電動機提供發(fā)電、對船提供動力、為泵(例如石油鉆機泵)提供動力、對機車提供動力和/或?qū)θ魏纹渌?fù)載提供動力。排氣系統(tǒng)20還可包括未示出的各種組件，諸如排氣再循環(huán)系統(tǒng)、渦輪增壓器系統(tǒng)、冷卻器，以及將排氣系統(tǒng)20連接至進(jìn)氣系統(tǒng)的其它組件。應(yīng)理解，未示出通常存在的這些系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)。

系統(tǒng)10包括位于后處理系統(tǒng)22下游的排氣出口區(qū)域26，該排氣出口區(qū)域包括尾管24并延伸至出口28。系統(tǒng)10還包括鼓風(fēng)機30，該鼓風(fēng)機在后處理系統(tǒng)22下游的一個或多個位置處由空氣管道34與排氣出口區(qū)域26連接。鼓風(fēng)機30接收環(huán)境空氣42并經(jīng)由電動機31操作以產(chǎn)生用于與排氣出口區(qū)域26和/或尾管24中的排氣混合的環(huán)境空氣流。獨立于進(jìn)氣流16、發(fā)動機14和排氣流12而提供環(huán)境空氣42。

空氣管道34可包括具有致動器38的一個或多個控制閥36，所述致動器用以調(diào)節(jié)控制閥36的定位，以控制通過空氣管道34的空氣流量。在其它實施方案中，鼓風(fēng)機30可替代地或附加地包括電動機31，該電動機能夠改變速度以控制通過其中的空氣流的量。例如，電動機31可以是變速電動機或與變速驅(qū)動器連接。

控制器40可操作地耦接至至少一個或多個傳感器，諸如排氣出口區(qū)域傳感器44。傳感器44與排氣出口區(qū)域26相關(guān)聯(lián)以提供其溫度?？商娲鼗蚋郊拥靥峁┓謩e與發(fā)動機14、排氣系統(tǒng)20和/或后處理系統(tǒng)22中的至少一個相關(guān)聯(lián)的其它傳感器46、47、48。傳感器可以是溫度傳感器、速度傳感器或其它合適的傳感器或傳感器的組合。此外，任何傳感器都可以是物理傳感器或虛擬傳感器。在一個實施方案中，排氣出口區(qū)域傳感器44向排氣出口區(qū)域26處或附近的溫度條件的控制器40提供溫度指示，諸如排氣管道外部以及距離排氣出口區(qū)域26預(yù)定距離內(nèi)的環(huán)境溫度。

在某些實施方案中，控制器40被構(gòu)建為形成處理系統(tǒng)的一部分，該部分包括一個或多個計算裝置，該裝置具有在一個或多個控制器局域網(wǎng)(CAN)系統(tǒng)上操作通信的存儲器、處理和通信硬件。控制器40可以是單個裝置或分布式裝置，且控制器40的功能可由硬件或軟件來進(jìn)行?？刂破?0可包括在發(fā)動機控制器(未示出)內(nèi)、部分地包括在發(fā)動機控制器中或與發(fā)動機控制器完全分離。控制器40還可與貫穿本文公開的系統(tǒng)的任何傳感器或致動器通信，包括通過直接通信、通過數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行的通信和/或通過與其它控制器或部分的通信。在一個實施方案中，控制器40響應(yīng)于來自傳感器44的溫度指示可操作地耦接至鼓風(fēng)機30并提供對從鼓風(fēng)機30產(chǎn)生的空氣量的反饋控制，以維持或驅(qū)動與排氣出口區(qū)域26相關(guān)聯(lián)的溫度低于預(yù)定閾值。

控制器40可被構(gòu)造為提供控制命令，該控制命令調(diào)節(jié)從鼓風(fēng)機30提供至排氣出口區(qū)域26的空氣量的量、時間和持續(xù)時間，以提供其提供期望溫度降低的空氣量。因此，控制器40可連接至與來自發(fā)動機14的排氣流的產(chǎn)生和對鼓風(fēng)機30的空氣流的控制相關(guān)聯(lián)的各種致動器、開關(guān)、傳感器或其它裝置。例如，根據(jù)某些實施方案，控制器40可與其與發(fā)動機14相關(guān)聯(lián)的一個或多個組件和/或傳感器可操作地通信，以確定發(fā)動機速度或扭矩輸出，以確定或預(yù)測與排氣流相關(guān)聯(lián)的溫度增加。

示例控制器40可被構(gòu)造為用于執(zhí)行控制算法，該控制算法包括向鼓風(fēng)機30提供排氣冷卻命令，以響應(yīng)于排氣溫度漂移事件和/或響應(yīng)于在排氣出口區(qū)域26處或附近的溫度的反饋控制來提供環(huán)境空氣流量?？蓮睦绱鎯υ诳刂破?0中的等式(其使空氣流量與溫度降低量和其它操作條件相關(guān))，或存儲在控制器40中的圖/表格(其確定待提供的空氣流量與排氣混合，以響應(yīng)于各種操作條件將廢氣溫度降低某一溫度降低量)來確定待提供的環(huán)境空氣流量。

如本文所使用，溫度降低量可以是以下中的任何一個或其組合：排氣溫度超過閾值溫度的量、響應(yīng)于預(yù)期排氣溫度增加事件而預(yù)冷卻以避免超過溫度閾值的排氣量、預(yù)冷卻以限制隨后溫度增加以避免超過溫度閾值的排氣量、排氣朝向溫度閾值的溫度降低速率或任何其它合適的溫度降低量。在另一實施方案中，用戶或操作者基于當(dāng)前或預(yù)期溫度控制要求輸入用戶或機器控制命令以啟動排氣冷卻或維持排氣溫度處于或低于特定閾值。

現(xiàn)在將描述用于排氣出口區(qū)域26的幾種示例溫度控制技術(shù)的其它細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在參考圖2，示出示例控制例程100的流程圖，其可存儲在非暫時性控制器可讀存儲介質(zhì)中并由控制器40執(zhí)行以控制排氣溫度降低系統(tǒng)(例如本文所述的系統(tǒng)10或其它類型的發(fā)動機系統(tǒng))的操作。控制例程100在操作102中開始，其中操作發(fā)動機14以產(chǎn)生進(jìn)入排氣系統(tǒng)20的排氣流。

控制例程100在操作104中繼續(xù)以確定與排氣出口區(qū)域26相關(guān)聯(lián)的溫度條件T。在條件106下，如果溫度條件T小于閾值溫度，則控制例程返回10操作102。如果條件106是正的且溫度條件T超過溫度閾值，則控制例程100在操作108中繼續(xù)以確定溫度降低量。然后控制例程100在操作110中繼續(xù)以響應(yīng)于溫度降低量確定由鼓風(fēng)機30提供的空氣流量。然后在操作112中，控制器40提供控制命令以控制鼓風(fēng)機30來提供空氣流量。

在某些實施方案中，在操作104中的溫度條件T的確定可以是排氣出口區(qū)域26的溫度的直接測量。在其它實施方案中，溫度條件T的確定由與后處理系統(tǒng)22相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前或預(yù)期再生事件的指示來提供。在又一些其它實施方案中，溫度條件T的確定由與發(fā)動機14的操作相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前或預(yù)期排氣溫度增加事件的指示(諸如發(fā)動機速度的測量或預(yù)期增加、扭矩輸出的測量或預(yù)期增加、對發(fā)動機14的供油的測量或預(yù)期增加及其組合)來提供。在又其它實施方案中，溫度條件T的確定由指示需要排氣冷卻的手動用戶輸入來提供。

可響應(yīng)于一個或多個期望溫度降低結(jié)果來確定響應(yīng)于溫度降低量而從操作110確定被引導(dǎo)至排氣中的空氣流量。例如，可響應(yīng)于期望實現(xiàn)或維持用于排氣出口區(qū)域26的目標(biāo)溫度或目標(biāo)溫度范圍小于溫度閾值的溫度降低量來控制環(huán)境空氣的空氣流量。在一個實施方案中，環(huán)境空氣的空氣流量被引導(dǎo)至排氣中并通過經(jīng)由電動機31調(diào)節(jié)通過或來自鼓風(fēng)機30的空氣流并且將來自鼓風(fēng)機30的空氣流量引導(dǎo)至排氣出口區(qū)域26中的排氣系統(tǒng)20來控制。在該實施方案的改進(jìn)中，空氣流量經(jīng)由致動器38通過控制閥36來控制，所述致動器允許調(diào)節(jié)控制閥36以提供進(jìn)入排氣出口區(qū)域26處的排氣中的期望空氣流量。在另一改進(jìn)中，通過控制鼓風(fēng)機的電動機的速度來控制空氣流量。

在某些實施方案中，公開了一種系統(tǒng)、方法和裝置，其包括直接噴射至后處理系統(tǒng)22和尾管24之間的排氣中的空氣。還公開了一種系統(tǒng)、方法和裝置，其獨立于且不影響發(fā)動機14的冷卻或進(jìn)氣特性、后處理系統(tǒng)22或后處理系統(tǒng)22上游的系統(tǒng)的任何其它部分的冷卻或操作將空氣直接噴射至排氣系統(tǒng)20中。還公開了一種系統(tǒng)、方法和裝置，其用于獨立于排氣穿過其中的后處理系統(tǒng)22的任何控制操作來冷卻排氣。

還公開了一種系統(tǒng)、方法和裝置，其用于通過將環(huán)境空氣引導(dǎo)至后處理系統(tǒng)22和尾管24之間的排氣中而響應(yīng)于排氣溫度漂移事件來控制排氣冷卻?，F(xiàn)在參考圖3，示出示例控制例程200的流程圖，該控制例程可存儲在非暫時性控制器可讀存儲介質(zhì)中并由控制器40執(zhí)行來控制排氣溫度降低系統(tǒng)(諸如本文所述的系統(tǒng)10或其它類型的發(fā)動機系統(tǒng))的操作?？刂评?00在操作202中開始，其中操作發(fā)動機14以產(chǎn)生進(jìn)入排氣系統(tǒng)20的排氣流。

控制例程200在操作204中繼續(xù)以確定排氣溫度漂移事件。排氣溫度漂移事件可包括以下中的任何一個或其組合：后處理系統(tǒng)22的后處理組件的主動或即將再生、排氣溫度超過或接近高溫閾值、尾管24處或附近的溫度接近或超過高溫閾值、由發(fā)動機14操作的車輛的速度接近或超過閾值、發(fā)動機14的速度接近或超過閾值、發(fā)動機14上的負(fù)載接近或超過閾值，以及發(fā)動機14和與發(fā)動機相關(guān)聯(lián)的組件中的一個或多個的操作狀態(tài)。

響應(yīng)于確定溫度漂移事件，控制例程200在操作206中繼續(xù)以確定溫度降低量。然后控制例程200在操作208中繼續(xù)以響應(yīng)于溫度降低量確定由鼓風(fēng)機30提供的空氣流量。然后在操作210中，控制器40提供控制命令以控制鼓風(fēng)機30來提供空氣流量。

在每個控制例程100、200中，可在溫度漂移事件期間多次進(jìn)行溫度降低量和/或空氣流量的確定以調(diào)節(jié)空氣流量(如可能需要響應(yīng)于變化的操作條件)，同時提供空氣流量。此外，可在提供空氣流的同時多次進(jìn)行溫度確定和/或溫度漂移事件確定，使得可根據(jù)需要繼續(xù)或終止所提供的空氣流量。

預(yù)期本文公開的各個方面。例如，根據(jù)一方面，系統(tǒng)包括內(nèi)燃機和排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)連接至內(nèi)燃機以接收由內(nèi)燃機的操作產(chǎn)生的排氣流。排氣系統(tǒng)包括后處理系統(tǒng)和后處理系統(tǒng)下游的排氣出口區(qū)域。系統(tǒng)還包括鼓風(fēng)機，該鼓風(fēng)機流體地連接至排氣出口區(qū)域，所述鼓風(fēng)機可操作以提供用于與排氣出口區(qū)域中的排氣混合的環(huán)境空氣流。

在一個實施方案中，系統(tǒng)包括控制器，該控制器被構(gòu)造為確定與排氣流相關(guān)聯(lián)的溫度漂移事件，并且響應(yīng)于溫度漂移事件，控制鼓風(fēng)機產(chǎn)生環(huán)境空氣流。在該實施方案的改進(jìn)中，控制器被構(gòu)造為確定溫度降低量并且響應(yīng)于溫度降低量控制從鼓風(fēng)機進(jìn)入排氣出口區(qū)域的環(huán)境空氣流量。在進(jìn)一步改進(jìn)中，系統(tǒng)包括流體管道中的控制閥，所述流體管道將鼓風(fēng)機連接至排氣出口區(qū)域。控制器連接至控制閥，且控制器被構(gòu)造為調(diào)制控制閥以響應(yīng)于溫度降低量控制環(huán)境空氣流量。在又另一改進(jìn)中，系統(tǒng)包括與鼓風(fēng)機相關(guān)聯(lián)的電動機，且控制器被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度降低量來改變電動機的速度以控制環(huán)境空氣流量。

在另一實施方案中，進(jìn)入鼓風(fēng)機的環(huán)境空氣獨立于進(jìn)入內(nèi)燃機的進(jìn)氣流和由內(nèi)燃機產(chǎn)生的排氣流。在又另一實施方案中，系統(tǒng)包括控制器，所述控制器被構(gòu)造為確定排氣出口區(qū)域的溫度條件超過溫度閾值，并且響應(yīng)于溫度條件超過溫度閾值，控制鼓風(fēng)機產(chǎn)生環(huán)境空氣流。在該實施方案的改進(jìn)中，溫度條件是排氣出口區(qū)域的溫度的直接測量。在另一改進(jìn)中，控制器被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度條件超過溫度閾值來確定溫度降低量、響應(yīng)于溫度降低量確定環(huán)境空氣流量，并控制鼓風(fēng)機和空氣流與排氣出口區(qū)域之間的控制閥中的至少一者以向排氣出口區(qū)域提供環(huán)境空氣流量。

另一方面，方法包括操作內(nèi)燃機以產(chǎn)生進(jìn)入排氣系統(tǒng)的排氣流，所述排氣系統(tǒng)包括后處理系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)下游的尾管，和后處理系統(tǒng)和尾管之間的排氣出口區(qū)域；確定與排氣出口區(qū)域相關(guān)聯(lián)的溫度條件超過溫度閾值；由流體地連接至排氣出口區(qū)域的鼓風(fēng)機產(chǎn)生環(huán)境空氣流；和在排氣出口區(qū)域處將環(huán)境空氣流提供至排氣系統(tǒng)中以冷卻排氣出口區(qū)域中的排氣。

在一個實施方案中，方法包括響應(yīng)于確定溫度條件超過溫度閾值來確定溫度降低量；響應(yīng)于溫度降低量來確定環(huán)境空氣流量；和將環(huán)境空氣流量提供至排氣出口區(qū)域中。在該實施方案的改進(jìn)中，提供環(huán)境空氣流量包括響應(yīng)于環(huán)境空氣流量來改變驅(qū)動鼓風(fēng)機的電動機的速度。在其它改進(jìn)中，提供環(huán)境空氣流量包括響應(yīng)于環(huán)境空氣流量來控制控制閥在鼓風(fēng)機和排氣出口區(qū)域之間的位置。

在方法的另一實施方案中，確定溫度條件包括直接測量排氣出口區(qū)域的溫度。在又另一實施方案中，確定溫度條件超過溫度閾值包括識別與后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的主動再生事件和迫近再生事件中的至少一者。

根據(jù)另一方面，方法包括操作內(nèi)燃機以產(chǎn)生進(jìn)入排氣系統(tǒng)的排氣流，所述排氣系統(tǒng)包括后處理系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)下游的尾管，和后處理系統(tǒng)和尾管之間的排氣出口區(qū)域；確定與排氣出口區(qū)域相關(guān)聯(lián)的溫度漂移事件；響應(yīng)于溫度漂移事件來確定排氣出口區(qū)域的溫度降低量；響應(yīng)于溫度漂移事件來確定環(huán)境空氣流量；和通過由流體地連接至排氣出口區(qū)域的鼓風(fēng)機產(chǎn)生環(huán)境空氣流來冷卻排氣出口區(qū)域，以在排氣出口區(qū)域處將環(huán)境空氣流量提供至排氣系統(tǒng)中。

在方法的一個實施方案中，確定溫度漂移事件包括確定與后處理系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的主動再生事件和迫近再生事件中的至少一者。在另一實施方案中，確定溫度漂移事件包括接收指示需要排氣冷卻的手動輸入。

在其它實施方案中，環(huán)境空氣流獨立于進(jìn)入內(nèi)燃機的進(jìn)氣流和從內(nèi)燃機至后處理系統(tǒng)的排氣流而產(chǎn)生。在另一實施方案中，提供環(huán)境空氣流量包括控制控制閥在將鼓風(fēng)機連接至排氣出口區(qū)域的流體管道中的位置。

雖然在附圖和前面的描述中已經(jīng)詳細(xì)地示出并描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的，應(yīng)理解，僅示出并描述了某些示例性實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在實質(zhì)上不脫離本發(fā)明的情況下，可對示例性實施方案進(jìn)行許多修改。因此，所有這樣的修改旨在被包括在如以下權(quán)利要求所限定的本公開的范圍內(nèi)。

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