對用于排氣后處理設備的噴射器進行操作的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于內燃發(fā)動機的排氣后處理設備及其操作方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于防止后處理系統(tǒng)的后處理噴射器噴嘴的結焦污染(coke fouling)的設備和方法。
【背景技術】
[0002]汽車的排氣后處理設備用于轉化或從排氣中去除目標物質。后處理裝置例如包括:柴油氧化催化劑(D0C)，其能夠去除排氣中的顆粒物質并氧化排氣中的一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物；柴油顆粒過濾器(DPF)，其能夠從排氣中去除顆粒物質；以及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，其在催化劑存在的情況下噴射一種氨基還原劑以將氮氧化物(NOx)轉化為氮氣和水。某些后處理裝置僅運行在閾值溫度或高于閾值溫度，例如SCR裝置。其他裝置(例如DPF)需要從過濾器本體中定期去除所收集的顆粒物質。被稱為“再生”的一種此類過程是通過氧化所收集的顆粒物質而進行的，它要求過濾器本體處于升高的溫度下，通常高于600°C。
[0003]在發(fā)動機起動時，后處理部件可能處于環(huán)境溫度或接近于環(huán)境溫度，這樣的溫度對于這些設備的運行來說通常太低了。另外，汽車的排氣、尤其是柴油發(fā)動機排氣并非始終處于足夠高的溫度以用于車輛上的某些排氣后處理系統(tǒng)的運行，尤其是DPF的再生。為此，提供了一些在必要時升高排氣溫度的裝置或方法。排氣的加熱方法和加熱裝置包括用于控制排氣溫度的發(fā)動機管理、置于排氣中的電阻加熱線圈、以及燃燒器。一種此類裝置是用于將碳氫化合物(典型地是柴油燃料)噴射到排氣中的系統(tǒng)，其包括帶有噴嘴的噴射器，該噴嘴被定位成將燃料噴射到排氣流中。
[0004]碳氫化合物噴射器的問題是:由于已分解的液態(tài)碳氫化合物、顆粒物質和積聚在噴嘴上的其他殘留物導致的噴射器噴嘴的污染，這稱為“結焦”。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決這些問題，本發(fā)明提出了一種設備和方法。
[0006]根據本發(fā)明，具有碳氫化合物噴射器的排氣后處理設備包括涂有催化材料的噴射器噴嘴。該催化涂層允許積聚在噴嘴上的碳氫化合物在比非催化氧化低的溫度下氧化。
[0007]根據本發(fā)明的設備還包括響應于排氣溫度來提供和控制經過噴射器的空氣流的
目.ο
[0008]本發(fā)明的用于操作噴射器的方法具有三種狀態(tài):(I)燃料噴射，用于加熱后處理裝置，(2)燃料噴射之后，空氣流通過噴嘴以清除殘留的燃料和/或冷卻該噴嘴，以防止排氣溫度低時的積碳，以及(3)沒有(或少量)空氣流，以允許噴嘴被排氣被動加熱，從而在排氣溫度高到足以支持氧化時氧化任何所積聚的焦炭。緊接著狀態(tài)(3)之后，本方法可包括額外的空氣吹掃(air purge)，以去除灰焊。
[0009]對用于排氣后處理設備的噴射器(該噴射器的噴嘴具有催化劑涂層)進行操作以避免積碳的方法包括以下步驟:在選定的一段時間內向排氣流中噴射碳氫化合物流體；當排氣溫度低于閾值溫度時，使空氣流過噴射器噴嘴，以及，當排氣溫度高于閾值溫度時，基本停止使空氣流過噴射器噴嘴。
[0010]根據本發(fā)明的另一方面，所述方法還包括以下步驟:監(jiān)測后處理設備的狀況，監(jiān)測排氣溫度，以及，響應于后處理設備的狀況并響應于排氣溫度，控制碳氫化合物向排氣流中的噴射。
[0011]根據本發(fā)明的另一方面，空氣流優(yōu)選是脈沖式的，響應于排氣溫度來控制空氣流的參數:體積，頻率和持續(xù)時長。
【附圖說明】
[0012]參考以下結合附圖進行的詳細描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0013]圖1是內燃發(fā)動機和具有根據本發(fā)明示例性實施例的后處理系統(tǒng)的排氣系統(tǒng)的示意圖；
[0014]圖2是示例性的后處理噴射器的簡化圖；并且
[0015]圖3是根據本發(fā)明的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1示出了一種包括內燃發(fā)動機10的設備，其具有根據本發(fā)明的排氣后處理系統(tǒng)12。發(fā)動機10連接到排氣導管14，該排氣導管14接收來自發(fā)動機的排氣。排氣由該導管輸送到后處理系統(tǒng)16，后處理系統(tǒng)16可包括柴油氧化催化劑(DOC)、柴油顆粒過濾器(DPF)、以及用于處理氮氧化物的裝置，例如選擇性催化還原裝置(SCR)或稀燃NOx催化劑(LNC)。在排氣被處理之后，它通過排氣短管或排氣管18被釋放到環(huán)境中。
[0017]DPF過濾排氣并收集煙灰和其他顆粒物質，它們必須定期被去除，否則DPF會變得堵塞。一種用于去除顆粒物質(主要是碳基顆粒物質)的常規(guī)方法是將DPF過濾器本體的溫度升高到足以氧化所述顆粒物質的溫度。如本領域中已知的，可通過各種方法來升高DPF過濾器本體的溫度。其中一種方法是向排氣中添加碳氫化合物(或燃料)，該碳氫化合物(或燃料)被氧化，從而釋放熱能。圖1中示出了與碳氫化合物源22連接的噴射器20，以用于此目的。噴射器20包括噴嘴24，以將碳氫化合物引入到排氣流中。在所示出的實施例中，噴射器20還連接到空氣源26。控制器28被編程以控制碳氫化合物和空氣流過噴射器20，下文將對此更詳細地描述。溫度傳感器30、34分別位于后處理裝置16的入口和出口處，以在排氣進入和離開該裝置時監(jiān)測排氣的溫度。替代地，對于包括DOC和DPF的后處理設備，溫度傳感器可布置在DOC的上游、DOC的下游以及DPF的上游和DPF的下游。另外，壓力傳感器32、36被分別設置在后處理裝置16的入口和出口處，以監(jiān)測DPF兩端之間的排氣的壓力變化。入口和出口處的排氣壓力之間的差異有助于確定DPF的煙灰負載(sootloading)。
[0018]由于噴射器20在后處理裝置16的上游，其暴露于攜載有顆粒物質的排氣中。另夕卜，噴射器噴嘴24以及在噴射器噴嘴24處的和離開噴射器噴嘴24的碳氫化合物液體暴露在排氣的熱量下。這可能隨著碳氫化合物液體和顆粒物質沉積形成在噴嘴上而導致噴嘴的結焦。
[0019]盡管不能完全消除，但使噴嘴保持在相對低的溫度下可有助于避免結焦?？赏ㄟ^將噴嘴加熱到足夠高的溫度使碳氧化來去除積碳，而且，用于加熱噴嘴的裝置是已知的。然而，這些增加了噴射器系統(tǒng)的成本和復雜性。
[0020]根據本發(fā)明，噴射器噴嘴24設有催化材料的涂層，其允許積碳在相對低的溫度下氧化。適當的催化材料包括貴金屬催化劑，例如鉑和鈀。參照