專利名稱：具有集成的凈化和點燃裝置的再生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種再生系統(tǒng)，并且更特別是，本發(fā)明涉及一種具 有集成裝置的再生系統(tǒng)，該集成裝置用于在清潔過程中凈化燃料噴 射器并在噴射過程中點燃燃料。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、燃氣動力發(fā)動才幾以及本領(lǐng)域公 知的其它發(fā)動機的發(fā)動機排出空氣污染物的復合混合物。這些空氣 污染物包括公知為顆粒物質(zhì)或煙灰的固體材料。由于對環(huán)保的關(guān)注 日益增加，廢氣排放標準變得更加嚴格，并且根據(jù)發(fā)動機的類型、 發(fā)動機的尺寸和/或發(fā)動機的等級來規(guī)定從發(fā)動機排出的顆粒物質(zhì)含 量。
發(fā)動機制造商所采用的 一 種符合排放到環(huán)境中的顆粒物質(zhì)規(guī)定 的方法是通過所謂的顆粒捕集器或柴油顆粒過濾器從發(fā)動機的廢氣 流中去除顆粒物質(zhì)。顆粒捕集器是被設計成捕集顆粒物質(zhì)的過濾器， 并通常包括絲網(wǎng)或陶瓷蜂窩介質(zhì)。雖然開始時顆粒捕集器會充分地 去除顆粒，但是顆粒捕集器的長時間使用會造成顆粒物質(zhì)在介質(zhì)內(nèi) 積累，由此降低過濾器的功能，繼而降低發(fā)動機的性能。
被收集的顆粒物質(zhì)可以經(jīng)由所謂的再生工藝從過濾器去除。為 了開始過濾器的再生工藝，被捕集在過濾器內(nèi)的顆粒物質(zhì)的溫度必 須升高到燃燒閾值，此時顆粒物質(zhì)被燃盡。 一種升高顆粒物質(zhì)溫度 的方法是將例如柴油燃料的能量源噴射到發(fā)動機廢氣流中并點燃被 噴射的燃料。點燃通常通過火花塞來實現(xiàn)。
在再生過程之后，關(guān)斷燃料供給。然而， 一些燃料會保留在燃 料噴射器或?qū)⑷剂弦龑У絿娚淦鞯娜剂瞎芫€內(nèi)。這種保留的燃料在經(jīng)受廢氣流的惡劣情況下會變成焦炭，或局部燃燒而留下固體殘留物，這些殘留物會限制或甚至堵塞燃料噴射器。另外，顆粒物質(zhì)可以從廢氣流進入并堵塞噴射器。為此，需要在再生過程之間周期性地凈化燃料噴射器和/或任何積累殘留物或顆粒物質(zhì)。
凈化燃料噴射器的一種方法在1985年8月6日授權(quán)給Takino等人的美國專利No.4533316 ( ，316專利)中描述。具體地，，316專利披露一種燃料蒸發(fā)式燃燒設備，其中燃料(煤油)被供給到燃料噴射器以便蒸發(fā)，并且被蒸發(fā)的燃料經(jīng)由氣體噴嘴輸送到燃燒器以便燃燒。在來自于燃料噴射器的氣體燃料通過從點燃裝置產(chǎn)生的火花放電點燃時，實現(xiàn)燃燒。
雖然煤油在，316專利的燃料噴射器中蒸發(fā)，由于分子聚合、微觀殘留物(雜質(zhì))等情況，煤油緩慢地還原成焦油。由于焦油在燃料噴射器的蒸發(fā)芯內(nèi)附著并沉積，用于被蒸發(fā)煤油的通路逐漸被焦油堵塞，使得被蒸發(fā)的油氣比例降低，并且燃燒速度減緩，造成故障燃燒狀態(tài)。為了解決這種問題，所述燃燒設備的特征在于一種加熱器，該加熱器在高溫下去除燃料噴射器內(nèi)附著的焦油。
該加熱器緊貼地座置在燃料噴射器主體的側(cè)壁上，并且受到彈簧力朝著燃料噴射器主體地恒定偏壓。在正常燃燒狀態(tài)，加熱器操作以便在溫度監(jiān)測元件(通常是正特性熱敏電阻)以及電子控制器的控制下將燃料噴射器的內(nèi)部保持在240。C -280。C的溫度。在希望進行無燃料燃燒(為了去除焦油)時，溫度監(jiān)測元件被短路，中斷電子控制器的操作，并且形成連續(xù)的加熱過程。因此，燃料噴射器內(nèi)的溫度達到500°C，并且附著在燃料噴射器的蒸發(fā)缸上的焦油被熱熔融并被最終去除。在實現(xiàn)無燃料燃燒時，相關(guān)燃料罐內(nèi)的殘留燃料應該纟皮去除。
雖然，316專利的燃料噴射器得益于所述的焦油去除工藝，但這種受益是高成本的。特別是，，316專利的燃料噴射器需要用于清潔噴射器的加熱器以及用于正常操作的分開的點燃裝置。具有分開的加熱器和點燃裝置會增加部件成本以及組裝時間。另外，由于，316專利建議從燃料罐去除燃料，噴射器的操作會被周期性地中斷。本發(fā)明的燃料噴射器解決了所述的 一 個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種再生裝置。再生裝置可包括能夠在噴射過程中噴射加壓燃料的噴射器。再生裝置還可包括能夠在噴射過程中點燃加壓燃料的加熱器。加熱器還能夠在噴射過程之間凈化噴射器。
另一方面，本發(fā)明涉及一種操作噴射器的方法。該方法可包括對燃料加壓并在噴射過程中噴射加壓燃料。該方法還可包括加熱噴射器，以便在噴射過程之間凈化噴射器。加熱噴射器以凈化噴射器的過程也點燃隨后噴射過程的燃料。


圖1是本發(fā)明的示例性動力單元的示意性簡圖；圖2是與圖1的動力單元一起使用的本發(fā)明的示例性廢氣處理裝置的分解視圖3是圖2的廢氣處理裝置的截面圖4是與圖2和3的裝置一起使用的本發(fā)明的示例性控制系統(tǒng)的示意性簡圖；以及
圖5是說明由圖4的控制系統(tǒng)實施以凈化圖2和3的廢氣處理裝置的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1表示具有燃料系統(tǒng)12和輔助再生系統(tǒng)14的動力單元10。出于本發(fā)明的目的，動力單元10作為四沖程柴油發(fā)動才幾來描述和i兌明。然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解到動力單元IO可以是任何其它類型的內(nèi)燃機，例如汽油或燃氣動力發(fā)動機。動力單元10可包括至少部分限定多個燃燒室17的發(fā)動機機體16。在所示實施方式中，動力單元10包括四個燃燒室17。然而可以設想到動力單元10可包括或多或少數(shù)量的燃燒室17,并且燃燒室17可以布置成"直列"構(gòu)型、"V形"構(gòu)型或任何其它適當?shù)臉?gòu)型。
同樣如圖1所示，動力單元10可包括曲軸18,曲軸18可轉(zhuǎn)動地布置在發(fā)動機機體16內(nèi)。連桿(未示出)可將多個活塞(未示出)連接到曲軸18,使得每個活塞在各自燃燒室17內(nèi)的滑動運動造成曲軸18轉(zhuǎn)動。類似地，曲軸18的轉(zhuǎn)動可造成活塞的滑動運動。
燃料系統(tǒng)12可包括協(xié)作以便將加壓燃料噴射到每個燃燒室17內(nèi)的部件。具體地，燃料系統(tǒng)12可以是共軌系統(tǒng)，并且包括能夠保持燃料供給的罐20，以及能夠?qū)θ剂霞訅翰⑼ㄟ^軌道24將加壓燃料引導到多個燃料噴射器23的燃料泵送設備22。
燃料泵送設備22可包括一個或多個泵送裝置，該泵送裝置可用來增加燃料的壓強，并將一個或多個加壓燃料流引導到軌道24。在一個例子中，燃料泵送設備22包括串聯(lián)布置并通過燃料管線30流體連接的低壓源26和高壓源28。低壓源26可體現(xiàn)為傳送泵，該傳送泵將低壓供給提供給高壓源28。高壓源28可接收低壓供給，并且增加燃料的壓強。高壓源28可通過燃料管線32連接到軌道24。 一個或多個過濾元件34 (例如主過濾器和輔助過濾器)可以串聯(lián)關(guān)系布置在燃料管線32內(nèi)，以便從燃料泵送設備22加壓的燃料中去除碎片和/或水。
低壓源26和高壓源28中的一個或兩者可操作地連接到動力單元10,并且通過曲軸18驅(qū)動。低壓源26和/或高壓源28可通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易明白的使得曲軸18的轉(zhuǎn)動造成泵軸的相應驅(qū)動轉(zhuǎn)動的任何方式與曲軸18連接。例如，高壓源28的泵驅(qū)動軸36在圖1中被表示成經(jīng)由齒輪系38連接到曲軸18。但是應該設想到，低壓源26和高壓源28中的一個或兩者可替代地電驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動或以任何其它適當方式驅(qū)動。還可設想到，燃料系統(tǒng)12可替代地體現(xiàn)為另 一類型的燃料系統(tǒng)，例如機械單元燃料噴射器系統(tǒng)或液壓單元燃料噴射器系統(tǒng)，其中噴射燃料的壓強在單獨的噴射器內(nèi)產(chǎn)生或加強，而不使用高壓源。
燃料閥33可控制燃料泵送設備22到輔助再生系統(tǒng)14的燃料流速以及從燃料泵送設備22到軌道24的燃料流速。在一個例子中，燃料閥33可以是抵抗彈'簧偏壓電磁致動的，從而在第一位置和第二位置之間運動，在第一位置上，燃料可以流到軌道24,而在第二位置上，燃料可以流到輔助再生系統(tǒng)14?？梢栽O想到，燃料閥33可替代地通過多個獨立計量閥來代替，使得燃料同時流到軌道24和輔助再生系統(tǒng)14。還可設想到，燃料閥33可替代地導引致動、機械致動、或者以任何其它適當方式致動。
輔助再生系統(tǒng)14可與廢氣處理裝置40相關(guān)聯(lián)。特別是，在廢氣從動力單元io流過廢氣處理裝置40時，例如顆粒物質(zhì)、NOx、HC以及其它組分的廢氣組分可從廢氣流中去除，或另外轉(zhuǎn)換成無害氣體。在一個例子中，廢氣處理裝置40可包括被定位成從廢氣流去除顆粒物質(zhì)的絲網(wǎng)或陶瓷蜂窩過濾介質(zhì)42。 一段時間之后，顆粒物質(zhì)會在過濾介質(zhì)42內(nèi)積累，并且如果長時間不檢查，顆粒物質(zhì)積累會是很顯著的，足以限制或甚至堵塞通過廢氣處理裝置40的廢氣流，使得動力單元10內(nèi)的背壓增加。動力單元10的背壓增加會降低動力單元抽吸新鮮空氣的能力，造成性能下降，廢氣溫度增加以及燃料消耗率不良。
如圖2所示，輔助再生系統(tǒng)14可包括協(xié)作以便周期性地減少顆粒物質(zhì)在廢氣處理裝置40內(nèi)的積累的部件。這些部件尤其包括殼體44、噴射器46、混合板48、第一熱電偶52、第二熱電偶53以及燃燒罐54?？梢栽O想到，輔助再生系統(tǒng)14可包括另外或不同的部件，而不是圖2所示那些，例如可包括一個或多個導引噴射器、另外的主噴射器、壓力傳感器、流量傳感器、廢氣流阻擋裝置和本領(lǐng)域公知的其它部件。還可"i殳想到，代替過濾介質(zhì)42或除了過濾介質(zhì)42之外，廢氣處理裝置40可包括選擇性催化還原(SCR)裝置以及與噴射器46幾乎相同的相關(guān)噴射器(未示出)，以便將例如尿素的還原劑引入SCR裝置上游的廢氣流。殼體44可接收并流體互連噴射器46、混合板48、第一熱電偶52和第二熱電偶53。特別是，殼體44可具有中央臺階孔56、環(huán)形凹入開口 58、中央定位孔60以及一個或多個徑向偏移孔(未示出)。殼體44還可包括導引燃料端口 62、主燃料端口 64以及各自的入口冷卻端口 68和出口冷卻端口 70。如果希望， 一個或多個止回閥(未示出)可與這些端口的任一或所有端口相關(guān)聯(lián)，從而確保流體各自單向流過該端口和/或使周期性重新供給或凈化所需的容積最小化。
中央定位孔60可經(jīng)由內(nèi)表面72 (指的是圖2所示的殼體44的通向燃燒罐54的表面)接收噴射器46。中央定位孔60與噴射器46一起形成導引燃料腔74 (參考圖3)、主燃料腔76、以及位于中央定位孔60的臺階內(nèi)的冷卻劑腔78。導引燃料腔74可與導引燃料端口62流體連通，而主燃料腔76可與主燃料端口 64流體連通。冷卻劑腔78可與入口冷卻端口 68和出口冷卻端口 70兩者流體連通?；旌习?8可通過例如Bellville墊片80的彈性構(gòu)件將噴射器46保持在中央定位孔60內(nèi)。
中央臺階孔56可同樣經(jīng)由內(nèi)表面72接收混合板48?；旌习?8可以完全壓配合在中央臺階孔56內(nèi)和/或通過卡環(huán)82保持就位?；旌习?8可以與噴射器46和殼體44對中地對準，并且通過一個或多個定位銷83相對于殼體44以一定角度定向。
所述一個或多個徑向偏移孔可經(jīng)由殼體44的外表面接收第一熱電偶52和第二熱電偶53。第一熱電偶52和第二熱電偶53可具有接合相應徑向偏移孔的內(nèi)螺紋的外螺紋。第一熱電偶52的末端部可定位在噴射器46內(nèi)或與噴射器46接觸。第二熱電偶53的末端部可經(jīng)由混合板48內(nèi)的第一通孔88延伸到燃燒罐54內(nèi)。
噴射器46可以:操作以^便將一個或多個加壓燃津+ (例如加壓柴油燃料)量噴射到燃燒罐54中。噴射器46可布置在殼體44內(nèi)，并且可包括入口端51和噴嘴端50。噴射器46的入口端51可接收燃料并朝著噴嘴端50引導燃料。具體地，入口端51可包括多個通路，以便將燃料連通到噴嘴端50。噴射器46內(nèi)的分開通路可用來將燃料從導引燃料腔74和主燃料腔76引導到噴嘴端50,以便在噴射過程中 提供導引擊射和主擊射的燃料。
噴射器46可以在預定的時刻、流體壓強和流體流速下噴射加壓 流體。例如，在噴射過程中，噴射器46可噴射導引擊射的燃料，隨 后是一個或多個主擊射的燃料。燃料噴射到燃燒罐54內(nèi)的時刻可通 過從第一熱電偶52、第二熱電偶53、 一個或多個壓力傳感器(未示 出)、定時器(未示出)或任何其它類似的傳感裝置接收的傳感輸 入來同步，使得燃料噴射大致與顆粒物質(zhì)在過濾介質(zhì)42內(nèi)的積累相 對應(參考圖1)。例如，燃料可作為噴射器46的噴嘴端50的溫度 以及噴射器46的噴嘴端50保持在該溫度下的時間周期(即在噴射 器凈化過程結(jié)束時或附近)的函數(shù)來噴射?？梢栽O想到，如果希望， 除了壓力和溫度情況之外或不考慮壓力和溫度，燃料也可根據(jù)設定 的周期來噴射。
混合板48 (例如漩流板)可和殼體44的環(huán)形凹入開口 58 —起 形成空氣分配通道84 (參考圖3)，空氣分配通道84經(jīng)由空氣供給 通道66供給壓縮空氣?；旌习?8可包括多個環(huán)形布置的通氣孔86, 通氣孔86將空氣分配通道84與燃燒罐54流體連通。通氣孔86可 將空氣與燃燒罐54內(nèi)的噴射燃料混合，以改善其中的燃燒。可以設 想到，如果希望，通氣孔86可另外或作為替代地將加壓空氣引導到 燃燒罐54的外周邊，以用于冷卻和/或隔離目的。
第一熱電偶52可測量燃燒罐54內(nèi)的溫度。熱電偶通常包括通 常嵌置在例如細絲或桿的細長構(gòu)件內(nèi)的兩種不近似的金屬。熱電偶 的兩種金屬可在熱電偶的測量端(通常為末端部)處經(jīng)由焊劑結(jié)合 部結(jié)合。在熱電偶的測量端處的溫度相對于參考端(即非測量端) 處的溫度改變時，產(chǎn)生可測量的電壓。所測量的電壓的數(shù)值可用來 確定熱電偶的測量端處的絕對溫度。
第 一 熱電偶5 2可確認燃料/空氣混合物在燃燒罐5 4內(nèi)成功點燃。 在燃燒罐54內(nèi)測量的溫度超過預定數(shù)值時，可以得出已經(jīng)實現(xiàn)空氣 -燃料混合物點燃的結(jié)論。類似地，在燃燒罐54內(nèi)測量的溫度降低到預定數(shù)值以下時，可以得出出現(xiàn)熄火的結(jié)論。如下面描述那樣，可
以設想到，噴射器46和/或與噴射器46相互作用的部件可協(xié)作，以 響應第一熱電偶52測量的溫度，從而保持穩(wěn)定的火焰和/或避免熄 火。同樣可以設想到，多個熱電偶或例如紅外傳感器的其它傳感器 可用來確定燃燒罐54內(nèi)的燃料何時點燃。
第二熱電偶53可被定位成測量噴射器46的噴嘴端50處的溫度。 第二熱電偶53測量的溫度可用來控制凈化過程和/或確定噴射器46 的噴嘴端50何時達到點燃闊值溫度。點燃閾值溫度可以是足以點燃 噴射燃料的任何溫度。例如，在噴射燃料是柴油燃料時，點燃閾值 溫度可以是大約450°C。
燃燒罐54可體現(xiàn)為管狀構(gòu)件，該管狀構(gòu)件能夠?qū)Ⅻc燃的燃料/ 空氣混合物(即火焰)從輔助再生系統(tǒng)14軸向引導到廢氣處理裝置 40的廢氣流中。特別是，燃燒罐54可包括中央開口 94，該中央開 口 94將來自于噴射器46的燃料和來自于空氣分配通道84的空氣與 廢氣流流體連通。燃燒罐54可在中央開口 94的一端處采用火焰穩(wěn) 定板94,以便提供限制，使得廢氣處理裝置40內(nèi)的脈沖最小。即， 火焰穩(wěn)定板96的內(nèi)徑可以小于中央開口 94的內(nèi)徑。
如圖3和4所示，具有加熱器106的控制系統(tǒng)142可用來確保 噴射器46即使在惡劣的操作情況下也可連續(xù)操作。加熱器106可被 定位成加熱噴射器46的噴嘴端50，以便在再生過程點燃噴射燃料， 并有助于在再生過程之間或剛好在再生過程之前凈化噴射器46。加 熱器106可包括布置在主體內(nèi)的電阻線圏繞組136,該主體被壓配合 到噴嘴端50或另外結(jié)合到噴嘴端50 (參考圖3)。在電流流過線圏 繞組136時，可以產(chǎn)生熱量。
通過線圈繞組136產(chǎn)生的熱量可用來凈化噴射器46。具體地， 由線圏繞組136產(chǎn)生的這種熱量可被傳導到噴射器通道，并用來從 噴射器通道清除燃料殘留物。根據(jù)所需的凈化過程，加熱器106可 被啟動以便針對不同的凈化加熱周期實現(xiàn)不同的溫度。例如，如果 凈化過程緊隨再生過程，并且希望只蒸發(fā)殘留燃料，凈化過程的溫度可以只增加到大約300。C持續(xù)大約10-15分鐘。相比之下，如果凈 化過程是標準周期的凈化，所需溫度可能更高，并且加熱持續(xù)時間 可能更長。例如，周期性的凈化過程可以包括大約475。C的溫度，持 續(xù)大約1小時的周期。如果凈化過程與無效的再生過程(即噴射器 46被堵住)相關(guān)聯(lián)，凈化過程的溫度可能甚至更高，并持續(xù)更長的 時間周期?？梢栽O想到，加熱器106也可將噴射器46連續(xù)加熱到中 等溫度，使得極度溫度差最小，并且減小達到凈化溫度水平的時間。 應該注意到，上述溫度和持續(xù)時間與柴油燃料相關(guān)，如果不同的燃 料(例如生物柴油、汽油、天然氣等)被引入噴射器46，溫度和持 續(xù)時間會變化。還應該注意到，所述持續(xù)時間與適當溫度下流逝的 時間相關(guān)聯(lián)，而不必與自凈化工藝開始流逝的時間相關(guān)聯(lián)。
加熱器106還有助于在噴射過程使得從噴射器46噴灑到燃燒罐 54內(nèi)的燃料點燃。具體地，在凈化過程之后，噴射器46的噴嘴端 50處的溫度可以處于或高于噴射燃料的點燃閾值溫度(例如對于柴 油燃料來說是大約450-500。C的溫度)。在噴嘴端50處的溫度處于 或高于點燃闊值溫度時，來自于噴射器46的少量(即導引擊射)燃 料可被噴灑或另外噴射到燃燒罐54中。在燃料經(jīng)過噴射器46的噴 嘴端50時，噴嘴端50處的高溫會點燃燃料。點燃的燃料會形成火 焰，火焰會朝著被捕集的顆粒物質(zhì)噴射或以其它方式前進。從噴射 器46傳播的火焰會將廢氣處理裝置40內(nèi)的溫度升高到容易支持來 自于噴射器46的較大量(即主擊射)的燃料的有效點燃的程度。在 主擊射的燃料被點燃時，廢氣處理裝置40內(nèi)的溫度會繼續(xù)升高到造 成過濾介質(zhì)42中捕集的顆粒物質(zhì)燃燒的程度和/或升高到支持催化 劑有效操作的程度。可以設想到，導引擊射和主擊射可以是離散的 過程或者可以在燃料連續(xù)計量過程中變化。還可以設想到，加熱器 106和噴射器46可獨立于凈化過程啟動，以便實現(xiàn)燃料點燃。這種 燃料點燃可用來對過濾介質(zhì)42再生。
控制系統(tǒng)142可用來調(diào)節(jié)噴射器46的致動(例如控制噴射過程) 和加熱器106的致動(例如控制凈化過程)?？刂葡到y(tǒng)142可包括分別經(jīng)由連通管線158、 160、 162和164與加熱器106、第一熱電偶 52、第二熱電偶53以及燃料閥33連通的控制器150。還考慮到，如 果希望，控制系統(tǒng)142可與空氣供給泵(未示出)連通，以便控制 空氣流入燃燒罐54。根據(jù)來自于第一熱電偶52和/或第二熱電偶53 的輸入，控制器150可調(diào)節(jié)加熱器106所產(chǎn)生的溫度和/或至噴射器 46的燃料流速。還可設想到，根據(jù)另外或不同的輸入(例如流過噴 射器46的冷卻劑的溫度或壓強、定時器和/或動力單元10的轉(zhuǎn)動速 度)，控制器150可替代地調(diào)節(jié)加熱器106所產(chǎn)生的溫度。
控制器150可體現(xiàn)為單個微型處理器或多個微型處理器，該微 型處理器包括用于控制噴射器46的噴射以及加熱器106的操作的裝 置。多種可在商業(yè)上得到的微型處理器可被構(gòu)造成執(zhí)行控制器150 的功能。應該理解到，控制器150可容易體現(xiàn)為能夠控制多種動力 單元功能的通用動力單元微型處理器。還考慮到，控制器150可包 括配置成控制與噴射器46和加熱器106相關(guān)聯(lián)的過程和操作的模擬 電路。多種其它的公知電路可與控制器150相關(guān)聯(lián)，包括電源電路、 信號調(diào)節(jié)電路、信號放大電路以及其它適當?shù)碾娐贰?br> 控制器150可包括存儲在控制器150的內(nèi)部存儲器內(nèi)的一個或 多個圖表，并且可參考這些圖表以針對多種凈化過程來確定與加熱 器106的啟動相關(guān)聯(lián)的溫度、加熱持續(xù)時間和/或電流?？刂破?50 還可包括確定實現(xiàn)導致過濾介質(zhì)42再生的多種噴射過程的溫度、加 熱持續(xù)時間、所需電流和/或噴射器流速的一個或多個圖表。這些圖 表的每個可包括表格、圖形和/或等式形式的數(shù)據(jù)集合。
控制器150可在適當時刻將預定或產(chǎn)生的電流波形引入加熱器 106,以便針對所需加熱持續(xù)時間實現(xiàn)所需溫度。在一個例子中，控 制器150可根據(jù)來自于以上描述的圖表的數(shù)據(jù)以開環(huán)程序的形式調(diào) 節(jié)加熱器106的操作。作為替代，如果希望，控制器150可根據(jù)來 自于圖表的數(shù)據(jù)和來自于第一熱電偶52、第二熱電偶53和/或其它 來源的輸入以閉環(huán)程序的形式調(diào)節(jié)加熱器106的操作。出于本發(fā)明 的目的，加熱器106內(nèi)感應的電流大小與用來產(chǎn)生單個凈化過程或在噴射過程中進行燃料點燃的持續(xù)時間的組合可被認為是電流波形。
控制器150可使用任何控制方法，例如開關(guān)控制、比例控制、 比例積分微分控制、自適應控制、基于模型的控制、基于邏輯的控 制或本領(lǐng)域公知的任何其它控制方法?？刂破?50可使用前饋或反 饋控制。
控制器150可將預定或產(chǎn)生的波形發(fā)送到加熱器106和/或燃料 閥33，以響應接收或確認觸發(fā)。具體地，控制器150可啟動和控制 加熱器106，以響應成功再生過程的結(jié)束、響應指出噴射器46堵塞 的無效再生過程、和/或響應自前一凈化過程的流逝時間周期實現(xiàn)凈 化過程。
控制器150還可啟動和控制加熱器106和/或燃料閥33，以響應 觸發(fā)實現(xiàn)噴射過程(造成噴射燃料的點燃)。例如，實現(xiàn)所需點燃 閾值溫度的加熱器106可通過將燃料閥33運動到打開位置來啟動噴 射過程，造成導引擊射的燃料噴射。還可以設想到，成功的凈化過 程與加熱器106實現(xiàn)所需點燃閾值溫度相結(jié)合可觸發(fā)噴射過程。可 以設想到，點燃閾值溫度可經(jīng)由第二熱電偶53直接測量，或者可以
使用來自于以上描述的 一 個或多個圖表的數(shù)據(jù)來預測。
控制器150還可調(diào)整噴射和加熱過程的性能，例如加熱器106、 燃料閥33和/或空氣供給泵(如果有的話)的致動程度，以保持穩(wěn)定 的火焰或響應預定或檢測到的熄火。控制器150可使用來自于例如 第一熱電偶52的傳感器的反饋，以確定噴射燃料是否正在燃燒罐54 內(nèi)燃燒?？刂破?50可保持穩(wěn)定的火焰，直到再生過程完成。可以 設想到，如果希望，其它的觸發(fā)和/或觸發(fā)的組合可用來啟動凈化過 程和/或噴射過程。
圖5表示噴射、點燃和凈化過程中操作噴射器46的示例性方法。 在下面的部分中將詳細描述圖5,以便更好地說明本發(fā)明的系統(tǒng)及其操作。
工業(yè)實用性本發(fā)明的再生系統(tǒng)可適用于多種燃料噴射系統(tǒng)，該燃料噴射系 統(tǒng)包括例如再生裝置，該再生裝置與需要對捕集的顆粒物質(zhì)進行周 期性氧化的顆粒捕集器、需要預定溫度以便最佳操作的催化轉(zhuǎn)換器 以及本領(lǐng)域已知的其它類似裝置相關(guān)聯(lián)。實際上，本發(fā)明的再生系 統(tǒng)可應用于任何燃料噴射系統(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)可得益于用于清潔 和點燃兩種作用的單個裝置。現(xiàn)在將說明動力單元io的操作。
參考圖1,空氣和燃料可被抽吸到動力單元IO的燃燒室17內(nèi)， 以隨后燃燒。具體地，來自于燃料系統(tǒng)12的燃料可被噴射到動力單 元10的燃燒室17內(nèi)，與其中的空氣混合，并且燃燒以產(chǎn)生機械功 輸出和熱氣體的廢氣流。廢氣流可包含具有氣態(tài)和固體材料的空氣 污染物的復合混合物，固體材料包括顆粒物質(zhì)。在這種富含顆粒的 廢氣流被從燃燒室17引導經(jīng)過廢氣處理裝置40時，顆粒物質(zhì)可通 過過濾介質(zhì)42從廢氣流中去除。 一段時間之后，顆粒物質(zhì)會在過濾 介質(zhì)42內(nèi)積累，并且如果不經(jīng)常檢查，這種積累會限制或甚至堵塞 通過廢氣處理裝置40的廢氣流。如上所述，對來自于動力單元10 的廢氣流的限制會增加動力單元IO的背壓，并且減小動力單元的抽 吸新鮮空氣的能力，造成動力單元IO性能下降，廢氣溫度增加以及 燃料消耗率不良。
為了防止顆粒物質(zhì)在廢氣處理裝置40內(nèi)不希望地積累，過濾介 質(zhì)42可被再生。圖5的方法可在需要再生時啟動(步驟200)。再 生可以是周期性的，或者基于觸發(fā)條件，例如發(fā)動機操作的流逝時 間、過濾介質(zhì)42上測量的壓差、從動力單元10流出的廢氣的溫度 或者本領(lǐng)域公知的任何其它條件或條件的組合。如果需要再生，加 熱器106可被啟動(步驟210),以便將噴嘴端50加熱到隨后噴射 燃料的點燃閾值溫度。
在噴射器46的噴嘴端50的加熱過程中，噴嘴端50處的溫度可 以經(jīng)由第二熱電偶53來測量(步驟220)。在噴嘴端50處的溫度高 于噴射燃料的點燃閾值溫度時，通過噴射器46噴射導引擊射的燃料 (步驟240)。作為替代，如果噴嘴端50處的溫度低于點燃閾值溫度，控制器150可增加供給到加熱器106的電流量(步驟230 )和/ 或施加電流的持續(xù)時間。噴嘴端50處的溫度可再次與點燃閾值溫度 比較(步驟220),并且此過程可被重復，直到噴嘴端50處的溫度
處于或高于點燃閾值溫度。
在噴射器46噴射導引擊射的燃料之后(步驟240),第一熱電 偶52和/或其它火焰?zhèn)鞲衅骺捎脕泶_定噴射燃料的點燃是否出現(xiàn)(步 驟250 )。如果已經(jīng)形成火焰，可以噴射主擊射的燃料(步驟260 )。 主擊射的燃料可持續(xù)適當?shù)脑偕訜嶂芷?即再生介質(zhì)42所需的時 間)或者直到不再滿足再生觸發(fā)條件。如果沒有形成火焰，該方法 可返回到增加至加熱器106的電流和/或增加加熱器106的加熱持續(xù) 時間(步驟230 )。還可以設想到，噴射燃料量可被調(diào)節(jié)以響應不成 功的點燃。
可以設想到，在多個再生過程之后，噴射器46可能被顆粒物質(zhì) 和燃料殘留物堵塞。當噴射器46變得堵塞時，加熱器106可被啟動， 以便在噴射器46內(nèi)獲得足夠溫度持續(xù)足夠時間，從而進行凈化過程。 還可以設想到，凈化過程結(jié)束時的溫度可足以點燃隨后噴射過程的 燃料。在這種情況下，控制器150可啟動加熱器106 (步驟210)長 達足夠的時間，以便進行凈化過程，并且通過確認凈化過程中所實 現(xiàn)的噴嘴端50的溫度足以點燃噴射燃料(步驟220)，控制器150 接著在再生工藝中繼續(xù)進行，等等。
在燃料的主擊射過程中，需要控制空氣/燃料混合物，以保持穩(wěn) 定的火焰和/或避免熄火。這需要調(diào)整經(jīng)由空氣供給泵(如果有的話) 供給的空氣、經(jīng)由噴射器46供給的燃料以及噴嘴端50處經(jīng)由加熱 器106升高的溫度。還可考慮到，作為替代，噴射燃料的初始點燃 和/或持續(xù)穩(wěn)定燃燒可通過開環(huán)控制來實現(xiàn)，并且沒有實時反饋。
由于本發(fā)明的噴射器可只需要單個裝置來加熱噴射器和點燃噴 射燃料，可以降低部件成本以及用于本發(fā)明噴射器和與噴射器操作 相關(guān)聯(lián)的部件的組裝時間。另外，本發(fā)明的輔助再生系統(tǒng)可致動噴 射器和/或加熱器，以通過持久和可控方式實現(xiàn)過濾器再生。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白，可以針對本發(fā)明的再生系統(tǒng)進行 多種變型和改型而不偏離本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從 說明書的研究以及這里披露的再生系統(tǒng)的實施中將明白其它的實施 例。例如，雖然本發(fā)明的噴射器被描述為從燃料系統(tǒng)抽吸加壓燃料， 如果希望，本發(fā)明的噴射器可替代地從分開的專用來源抽吸加壓燃 料。另外，可以設想到，如果希望，所披露的加熱器和控制系統(tǒng)可 與空氣-或化學凈化系統(tǒng)相結(jié)合，以便從所披露的噴射器更加有效地 去除液體燃料和/或殘留物。所打算的是此說明書和實例只是示例性 的，本發(fā)明的真實范圍通過權(quán)利要求及其等同物來指明。
權(quán)利要求
1.一種再生裝置，包括噴射器(46)，能夠在噴射過程中噴射加壓燃料；以及加熱器(106)，能夠在所述噴射過程中點燃所述加壓燃料；以及在所述噴射過程之間凈化所述噴射器。
2. 如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其中所述加熱器被定位成加 熱所述噴射器的噴嘴端(50)。
3. 如權(quán)利要求2所述的再生裝置，其中所述加熱器是電加熱器。
4. 如權(quán)利要求1所述的再生裝置，其中所述噴射過程包括燃料 的導引擊射和燃料的主擊射。
5. 如權(quán)利要求4所述的再生裝置，其中在所述噴射器的噴嘴端 高于點燃閾值溫度時，所述噴射器噴射導引擊射的燃料。
6. 如權(quán)利要求5所述的再生裝置，其中所述點燃閾值溫度作為 凈化過程的結(jié)果來實現(xiàn)。
7. —種操作噴射器(46)的方法，包括 對燃料加壓；在噴射過程中噴射所述加壓燃料；以及 在噴射過程之間加熱所述噴射器以凈化所述噴射器； 其中加熱所述噴射器以凈化所述噴射器并還點燃隨后噴射過程 的燃料。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中加熱所述噴射器包括加熱所 述噴射器的噴嘴端(50)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述噴射器的噴嘴端被加 熱到點燃闊值溫度以上時噴射導引擊射的燃料。
10. —種與燃燒式發(fā)動機一起使用的再生系統(tǒng)，包括 通路，能夠從所述燃燒式發(fā)動機接收廢氣流； 過濾介質(zhì)，被定位成從所述廢氣流去除顆粒物質(zhì)；噴射器，能夠在噴射過程中在所述過濾介質(zhì)上游將加壓燃料噴射到廢氣流中，以便再生所述過濾介質(zhì)；以及如權(quán)利要求1-6中任一項所述的再生裝置(40)，能夠在所述過 濾介質(zhì)(42)的上游點燃所述噴射加壓燃料，以便開始所述過濾介 質(zhì)的再生。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種再生裝置。該再生裝置具有能夠在噴射過程中噴射加壓燃料的噴射器(46)。該再生裝置還具有能夠在所述噴射過程中點燃所述加壓燃料的加熱器(106)。該加熱器還能夠在所述噴射過程之間凈化所述噴射器。
文檔編號F01N3/025GK101688453SQ200880022380
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者A·J·基瑟, G·B·科克斯, J·W·麥克梅納米, M·W·克賴格, R·D·辛諾格勒 申請人:卡特彼勒公司